JP5705569B2 - Electrochemical element and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、小型の表面実装可能な非水電解質電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学素子に関する。 The present invention relates to an electrochemical element such as a small surface-mountable non-aqueous electrolyte battery or an electric double layer capacitor.
非水電解質電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学素子は、時計機能のバックアップ電源、半導体のメモリのバックアップ電源、マイクロコンピュータやICメモリ等の電子装置の予備電源、ソーラ時計の電池、モータ駆動用の電源等として使用されている。近年、半導体メモリは不揮発化、時計機能素子の低消費電力化により、電気化学素子は、容量、電流とも大型化の需要は低い傾向にある。むしろ、小型化、薄型化やリフローハンダ付けにより基板上への実装化の要求が強く望まれている。このため、小型、薄型の略四角形状の電気化学素子が提案されたが、略四角形状の電気化学素子は、丸い形状の電気化学素子と違い、かしめて(クリンプして)封口することができなかった。そこで、略四角形状の容器に正極負極からなる対電極、セパレータ、電解質を収納し、封口板をその上に載置し、抵抗溶接法を用いたシーム溶接を行っていた。この抵抗溶接法を用いたシーム溶接を行う場合、負極に用いる電極活物質を予め封口板に接着しておき、該封口板を上から容器内に押し込み、容器に封口板を押し当てた状態で溶接を行うこととなる。このため、溶接前に、電極活物質を封口板に接着しておく接着作業工程があった。この電極活物質と封口板との接着が不完全であれば、電極活物質が封口板から剥離してしまい、内部抵抗の上昇など動作不良の原因となっていた。 Electrochemical elements such as non-aqueous electrolyte batteries and electric double layer capacitors are used for clock function backup power supplies, semiconductor memory backup power supplies, standby power supplies for electronic devices such as microcomputers and IC memories, solar watch batteries, and motor drives. It is used as a power source. In recent years, the demand for increasing the size and capacity of electrochemical devices tends to be low due to the non-volatility of semiconductor memories and the reduction in power consumption of timepiece functional devices. Rather, there is a strong demand for mounting on a substrate by downsizing, thinning, and reflow soldering. For this reason, a small and thin approximately square-shaped electrochemical element has been proposed, but an approximately rectangular-shaped electrochemical element can be crimped and crimped unlike a round-shaped electrochemical element. There wasn't. Therefore, a counter electrode made of a positive electrode and a negative electrode, a separator, and an electrolyte are housed in a substantially rectangular container, and a sealing plate is placed thereon, and seam welding is performed using a resistance welding method. When performing seam welding using this resistance welding method, the electrode active material used for the negative electrode is previously adhered to the sealing plate, the sealing plate is pushed into the container from above, and the sealing plate is pressed against the container. Welding will be performed. For this reason, there existed the adhesion | attachment work process which adhere | attaches an electrode active material to a sealing board before welding. If the adhesion between the electrode active material and the sealing plate is incomplete, the electrode active material is peeled off from the sealing plate, causing a malfunction such as an increase in internal resistance.
この問題点を解決するため、前記封口板にて封口される容器の開口側の配置される電極活物質に集電体シートの少なくとも一部分を接続し、前記容器の開口部まで延出形成し、前記集電体シートの延出した一部分を介在させて溶接することが提案されていた(例えば、特許文献1)。 In order to solve this problem, at least a part of the current collector sheet is connected to the electrode active material disposed on the opening side of the container sealed by the sealing plate, and is extended to the opening of the container. It has been proposed to perform welding by interposing an extended part of the current collector sheet (for example, Patent Document 1).
ところで、抵抗溶接法を用いたシーム溶接を行う場合、前記集電体シートの延出した一部分を介在させて溶接すると、延出した前記集電体シートが電気化学素子の外部にはみ出し、その後の工程ではみ出した部分を切断する必要があった。 By the way, when performing seam welding using a resistance welding method, when the current collector sheet is welded through an extended portion, the extended current collector sheet protrudes outside the electrochemical element, and thereafter In the process, it was necessary to cut the protruding portion.
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、シート切断工程を簡略することができ、かつ信頼性の高い、小型の表面実装可能な電気化学素子を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a highly reliable, small surface-mountable electrochemical device that can simplify the sheet cutting process. There is to do.
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
請求項1に記載の発明では、第一の電極と、第二の電極と、前記第一の電極及び第二の電極を分離するセパレータと、電解液と、前記第一の電極と第二の電極と前記セパレータとを収納する容器と、前記容器を封口する封口板と、前記第一の電極または前記第二の電極と前記封口板との間に配置された集電体シートとからなる電気化学素子であって、前記集電体シートの一部が、前記封口板と前記容器とともに溶接され、前記封口板と前記容器との溶接において、前記集電体シートを含む箇所はレーザー溶接により溶接され、前記集電体シートを含む箇所以外は抵抗溶接により溶接されていることを特徴とする電気化学素子とした。
The present invention provides the following means in order to solve the above problems.
In invention of
この構成によれば、短時間で高強度に溶接ができ、更に、電解液が入った状態でも安定して溶接することができることから、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。 According to this configuration, it is possible to perform welding with high strength in a short time, and further, it is possible to stably perform welding even in a state where an electrolytic solution is contained, thereby obtaining a highly reliable electrochemical element with stable quality. it can.
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の電気化学素子であって、前記封口板の外周は、前記容器端部の内周より大きく外周より小さいことを特徴とする電気化学素子とした。
この構成によれば、はみ出した集電体シートのはみ出し位置や量が確認し易くなり、より確実に高強度に溶接することができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。
The invention according to
According to this configuration, it is easy to confirm the protruding position and amount of the protruding current collector sheet, and it is possible to weld more reliably with high strength, and to obtain a highly reliable electrochemical element with stable quality. it can.
請求項3に記載の発明では、請求項1または請求項2に記載の電気化学素子であって、前記容器の端部には金属リングが形成され、前記封口板と前記容器は前記金属リングを介して接続されることを特徴とする電気化学素子とした。
この構成によれば、より確実に高強度に溶接することができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。
The invention according to
According to this configuration, it is possible to weld more reliably with high strength, and it is possible to obtain a highly reliable electrochemical element with stable quality.
請求項4に記載の発明では、請求項3に記載の電気化学素子であって、前記金属リングはコバールで形成され、ニッケルめっきが施されていることを特徴とする電気化学素子とした。
この構成によれば、金属リングのニッケルめっきが、ロウ材の役割を果たすことによって、より確実に高強度に溶接することができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an electrochemical element according to the third aspect, wherein the metal ring is formed of Kovar and is plated with nickel.
According to this configuration, the nickel plating of the metal ring can serve as a brazing material, so that it can be more reliably welded with high strength, and a highly reliable and reliable electrochemical element can be obtained. .
請求項5に記載の発明では、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の電気化学素子であって、前記封口板の端部が溶接されていることを特徴とする電気化学素子とした。
この構成によれば、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。
The invention according to claim 5 is the electrochemical element according to any one of
According to this configuration, a highly reliable electrochemical device having stable quality can be obtained.
請求項6に記載の発明では、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の電気化学素子であって、前記集電体シートは、対向する2辺の一部が溶接されていることを特徴とする電気化学素子とした。
この構成によれば、集電体シートの位置ズレが生じないため、より確実に高強度に溶接することができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。
The invention according to claim 6 is the electrochemical element according to any one of
According to this configuration, since the current collector sheet is not misaligned, it can be more reliably welded with high strength, and a highly reliable electrochemical element with stable quality can be obtained.
請求項7に記載の発明では、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の電気化学素子であって、前記集電体シートの厚みは5〜10μmであることを特徴とする電気化学素子とした。
この構成によれば、溶接不良が生じないため、より確実に高強度に溶接することができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。
The invention according to
According to this configuration, since poor welding does not occur, it is possible to weld more reliably with high strength, and to obtain a highly reliable electrochemical element with stable quality.
請求項8に記載の発明では、第一の電極と、第二の電極と、前記第一の電極及び第二の電極を分離するセパレータと、電解液とを容器に収納する収納工程と、集電体シートの一部を前記容器の縁部からはみ出して設置する集電体シート設置工程と、前記集電体シートの一部が前記容器の縁部からはみ出した状態で、封口板と前記容器とを溶接する溶接工程と、からなり、前記溶接工程は、前記封口板の端部近傍であって前記集電体シートが前記封口板端部と前記容器の間にある箇所をレーザー溶接する工程と、前記封口板の端部近傍であって前記集電体シートが前記封口板端部と前記容器の間にない箇所を抵抗溶接する工程と、からなることを特徴とする電気化学素子の製造方法とした。
本発明の製造方法によれば、集電体シートをレーザー溶接時の熱で溶解し、溶接とともに切断することができる。これにより、はみ出した集電体シートを後から切断するという製造工程を簡略することができた。
According to an eighth aspect of the present invention, the first electrode, the second electrode, the separator for separating the first electrode and the second electrode, and a storage step for storing the electrolytic solution in a container, A current collector sheet installation step in which a part of the current collector sheet protrudes from the edge of the container, and a sealing plate and the container in a state in which a part of the current collector sheet protrudes from the edge of the container a welding step of welding the bets, Ri Tona, the welding process, the current collector sheet be near the end of the sealing plate is laser welded portion located between the container and the sealing plate end step and the sealing plate of the steps of resistance welding a portion the current collector sheet is not between the container and the sealing plate ends a end portion, the electrochemical device you characterized in that it consists of It was set as the manufacturing method of this.
According to the manufacturing method of the present invention, the current collector sheet can be melted by heat during laser welding and cut together with welding. Thereby, the manufacturing process of cutting the protruding current collector sheet later could be simplified.
本発明の提案する電気化学素子は、集電体シートを溶接時の熱で溶解し、溶接とともに切断することができ、はみ出した集電体シートを後から切断するという製造工程を簡略することができる。さらに、短時間で高強度に溶接ができ、電解液が入った状態でも安定して溶接することができるため、電気化学素子の特性に影響がなく、品質も安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。 The electrochemical device proposed by the present invention can melt the current collector sheet with heat during welding and cut it with welding, simplifying the manufacturing process of cutting the protruding current collector sheet later. it can. In addition, because it can be welded with high strength in a short time and can be stably welded even in the presence of an electrolyte, it has no effect on the characteristics of the electrochemical element and has a stable and reliable quality. Can be obtained.
(第1実施形態)
以下、本発明の電気化学素子を電気二重層キャパシタに具体化した第1実施形態を、図1、図2及び図6に従って説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which the electrochemical device of the present invention is embodied in an electric double layer capacitor will be described with reference to FIGS. 1, 2, and 6.
図1は、直方体形状の電気化学素子としての電気二重層キャパシタの断面図を示す。図1において、電気二重層キャパシタは、上方が開放した凹状の容器101を有するとともに、その容器101に溶接されその開口部を封口する封口板102を有している。封口板102にて封口された容器101内には、第1の電極活物質としての正極活物質106、セパレータ105、第2の電極活物質としての負極活物質107等からなる要素が配設されるようになっている。略四角形状の電気化学素子は、表面実装での場所占有率を下げることにおいて効果がある。
FIG. 1 shows a cross-sectional view of an electric double layer capacitor as a rectangular parallelepiped electrochemical element. In FIG. 1, the electric double layer capacitor has a
凹状の容器101はアルミナ製で、グリーンシートにタングステンプリントし、コバール(Co:17、Ni:29、Fe:残の比率の合金)製の金属リング109を載せ焼成した。さらに、接続端子A103、接続端子B104には、ニッケル、金めっきを施し、金属リング109の上部には接合材1081(ろう材)となるニッケルおよび金めっきを施した。 金属リング109は、図1左側の側面を通るタングステン層により、接続端子B104に電気的に接続した。この金属リング109は、容器101の端部に形成されている。また、この金属リングはコバールで形成され、ニッケルめっきが施されている。この構成によれば、金属リングのニッケルめっきが、ロウ材の役割を果たすことによって、より確実に高強度に溶接することができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。
The
接続端子A103、及びB104は凹状の容器の下の面に達しているが、容器側面部で止まっていても、ハンダとの濡れにより、基板とのハンダ付けが可能である。 Although the connection terminals A103 and B104 reach the lower surface of the concave container, even if the connection terminals A103 and B104 are stopped on the side surface of the container, they can be soldered to the substrate by being wetted with the solder.
凹状の容器の内側底面全面には、集電体として配線に用いたタングステンと金属層を設け、凹状の容器壁面を貫通し接続端子A103に電気的に接続した。集電体と正極活物質106は炭素を含有する導電性接着剤1111で接着した。
Tungsten used for wiring as a current collector and a metal layer were provided on the entire inner bottom surface of the concave container, and penetrated through the concave container wall surface and electrically connected to the connection terminal A103. The current collector and the positive electrode
負極集電体シート1112は、図2の左右方向の2辺にはみ出すように設置し、前後方向には、はみ出さない形状とした。
第1実施形態において、ニッケルよりなる厚み5μmの負極集電体シート1112を使用した。
The negative electrode
In the first embodiment, a negative electrode
負極集電体シート1112の材質は、ニッケル、銅、アルミニウム等を選択できる。溶接時に金属リングや封口板の材料であるコバールと相性のよいニッケルを選択することがより好ましい。
The material of the negative electrode
負極集電体シート1112の厚さは、20μm以下が好ましい。より好ましい厚さとしては5〜10μmがよい。負極集電体シート1112が10μm以上だとシートのない部分の隙間が大きくなり、溶接のとき、溶接不良となる場合がある。逆に負極集電体シート1112が5μm以下だと強度が弱くハンドリングが難しかったり、溶接のとき、切れて導通がなくなる場合がある。
The thickness of the negative electrode
封口板102の大きさは、金属リング109より小さなものとした。少なくとも負極集電体シート1112がはみ出している部分については金属リング109より小さくする必要がある。封口板102の外周は、容器101の端部の内周より大きく外周より小さい。この構成によれば、はみ出した負極集電体シート1112のはみ出し位置や量が確認し易くなり、より確実に高強度に溶接することができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。また、封口板102の容器側の部分には、接合材1082(ろう材)となるニッケルめっきを施した。
The size of the sealing
負極活物質107は、5μmの厚さのニッケルよりなる負極集電体シート1112上に形成したものを用いた。負極集電体シート1112は負極活物質107より大きいものを用い凹状の容器の外側にはみ出すようにした。図2では、負極集電体シート1112の大部分が凹状の容器の外側にはみ出しているが、はみ出しは負極集電体シートの一部でもかまわない。
The negative electrode
図2に示すような順番で、容器内部に正負極電極、セパレータ105、電解液を収納した。
The positive and negative electrodes, the
次に図6に示したように、封口板102で蓋をした後、負極集電体シート1112が凹状の容器の外側にはみ出した状態で、レーザー溶接により、封口板102の向かい合う2辺の溶接を行った。レーザー溶接で溶接することにより、短時間で高強度に溶接ができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。また、対向する2辺の一部が溶接されていることで、より確実に高強度に溶接することができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。レーザー溶接は、封口板102の端部近傍を狙い、溶接と同時に負極集電体シート1112が溶解して、切断できる位置を狙って溶接した。封口版102の端部が溶接されることにより、負極集電体シート1112が切断しやすくなり、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。レーザー溶接は、負極集電体シート1112が凹状の容器の外側にはみ出した部分の辺を溶接するものであり、パルスによるシーム溶接でもいいし、連続照射の方式であってもかまわない。また、封口板102と凹状の容器101をスポット溶接し仮止めしたあと、レーザー溶接を行うことも工程を安定させることに有効である。これにより、負極集電体シート1112は縁部が封口板102と容器101とともに溶接された。この構成によれば、短時間で高強度に溶接ができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。また溶接と同時に、負極集電体シート1112のはみ出した部分を切断でき、はみ出した負極集電体シート1112を後から切断するという製造工程を簡略することができた。
Next, as shown in FIG. 6, after covering with the sealing
負極集電体シート1112が凹状の容器の外側にはみ出していない2辺は、抵抗溶接の原理を利用したパラレルシーム溶接機(抵抗溶接)により、溶接を行った。これにより、封口板102と容器101は金属リング109を介して接続された。この構成によれば、より確実に高強度に溶接することができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができた。また、負極集電体シート1112を含む箇所以外の溶接をパラレルシーム溶接機(抵抗溶接)により溶接することで、電解液が入った状態でも安定して溶接することができた。
The two sides where the negative electrode
(第2実施形態)
次に、本発明の電気化学素子を電気二重層キャパシタに具体化した第2実施形態を、図3及び図4に従って説明する。図3(a)は、第2実施形態の電気二重層キャパシタの断面図である。(b)は、(a)の一部を拡大した図である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment in which the electrochemical device of the present invention is embodied as an electric double layer capacitor will be described with reference to FIGS. FIG. 3A is a cross-sectional view of the electric double layer capacitor of the second embodiment. (B) is the figure which expanded a part of (a).
本実施形態は、凹状の容器101内に収容される正極活物質とセパレータ及び負極活物質等の構成が相違する。従って、説明の便宜上、共通部分は符号を同一にし、詳細な説明は省略し、その相違する点について詳細に説明する。
In the present embodiment, the configurations of the positive electrode active material, the separator, the negative electrode active material, and the like housed in the
図3において、凹状の容器101内に収容される正極活物質106とセパレータ105及び負極活物質107は、折り曲げ可能なシート状であって、正極活物質106、セパレータ105及び負極活物質107が、それぞれシート状に形成されている。シート状の正極活物質106は、シート状のセパレータ105を介して、同じくシート状に形成された負極活物質107が積層されている。
In FIG. 3, a positive electrode
そして、シート状の正極活物質106であって、セパレータ105と反対側の面には、正極集電体シート1113が貼り合わされている。正極集電体シート1113は、正極活物質106が貼り合わされており、シートの長手方向の一側にはみ出している。
A positive electrode
一方、シート状の負極活物質107であって、セパレータ105と反対側の面には、負極集電体シート1112が貼り合わされている。負極集電体シート1112は、負極活物質107が貼り合わされており、シートの長手方向の一側にはみ出している。
On the other hand, a negative electrode
このように、構成された、シートの層を、凹状の容器101に収容できるように、捲回した。この捲回は、一側面に負極集電体シート1112が、他側面に正極集電体シート1113が現れるように、中心部をはさみ、図4に示すように、シート巻き込み捲回した。
Thus, the layer of the sheet | seat comprised was wound so that it could be accommodated in the
そして、捲回したシートの層を、セルキャパシタの正極集電体シート1113が現れている側から凹状の容器101内に収容する。このとき、図4に示すように、正極集電体シート1113はみ出し部は、折り曲げられて、導電性接着剤1111を介して凹状の容器101の接続端子A103と電気的に接続される。一方、凹状の容器101の開口側に面した、負極集電体シート1112のはみ出し部は、右側の側壁上面の上方位置から外方に突出する。
And the layer of the wound sheet | seat is accommodated in the
この状態から、凹状の容器101内に電解液を注入した後、封口板102を、凹状の容器101の開口部を完全に塞ぐように、当接させる。このとき、シートの層は、圧縮されて凹状の容器101内に収容される。
From this state, after injecting the electrolytic solution into the
次に封口板102で蓋をした後、負極集電体シート1112が凹状の容器の外側にはみ出した状態で、レーザー溶接機により、封口板102の向かい合う2辺の溶接を行った。レーザー溶接は、封口板102の端部近傍を狙い、溶接と同時に負極集電体シート1112が溶解して、切断できる位置を狙って溶接した。レーザー溶接は、負極集電体シート1112が凹状の容器の外側にはみ出した部分の辺を溶接するものであり、パルスによるシーム溶接でもいいし、連続照射の方式であってもかまわない。これにより、負極集電体シート1112は縁部が封口板102と容器101とともに溶接された。この構成によれば、短時間で高強度に溶接ができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。また溶接と同時に、負極集電体シート1112のはみ出した部分を切断でき、はみ出した負極集電体シート1112を後から切断するという製造工程を簡略することができた。
Next, after covering with the sealing
負極集電体シート1112が凹状の容器の外側にはみ出していない2辺は、抵抗溶接の原理を利用したパラレルシーム溶接機により、溶接を行った。これにより、電解液が入った状態でも安定して溶接することができた。
The two sides where the negative electrode
(第3実施形態)
次に、本発明の電気化学素子を電気二重層キャパシタに具体化した第3実施形態を、図5に従って説明する。図5は、第3実施形態の電気二重層キャパシタの断面図である。第2実施形態では、シートの層を捲回し凹状の容器101内に収容したが、第3実施形態では、図5に示すように折りたたんで凹状の容器101内に収容した。その後、第2実施形態と同様に、レーザー溶接で、負極集電体シート1112が凹状の容器の外側にはみ出した部分の辺を溶接した。これにより、負極集電体シート1112は縁部が封口板102と容器101とともに溶接された。この構成によれば、短時間で高強度に溶接ができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。また溶接と同時に、負極集電体シート1112のはみ出した部分を切断でき、はみ出した負極集電体シート1112を後から切断するという製造工程を簡略することができた。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment in which the electrochemical device of the present invention is embodied as an electric double layer capacitor will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of the electric double layer capacitor of the third embodiment. In the second embodiment, the sheet layer is rolled and accommodated in the
負極集電体シート1112が凹状の容器の外側にはみ出していない2辺は、抵抗溶接の原理を利用したパラレルシーム溶接機により、溶接を行った。これにより、電解液が入った状態でも安定して溶接することができた。
The two sides where the negative electrode
負極集電体シート1112の厚さは、20μm以下が好ましい。より好ましい厚さとしては5〜10μmがよい。負極集電体シート1112が10μm以上だとシートのない部分の隙間が大きくなり、溶接のとき、溶接不良となる場合がある。逆に負極集電体シート1112が5μm以下だと強度が弱くハンドリングが難しかったり、溶接のとき、切れて導通がなくなる場合がある。
The thickness of the negative electrode
また、負極集電体シート1112の材質は、ニッケル、銅、アルミニウム等を選択できる。溶接時に金属リングや封口板の材料であるコバールと相性のよいニッケルを選択することがより好ましい。
The material of the negative electrode
正極集電体シート1113の材質は、アルミニウム、チタン等を選択できる。比較的安価なアルミニウムを選択することがコスト的な観点でより好ましい。
As the material of the positive electrode
凹状の容器101は耐熱樹脂、ガラス、セラミックスまたはセラミックスガラス等の耐熱材料がよい。製法としては、低融点のガラスやガラスセラミックスに導体印刷により配線を施し、積層し低温で焼成することも可能である。また、アルミナのグリーンシートと導体印刷により積層し、焼成することも可能である。
The
金属リング109の材質は、凹状の容器101に熱膨張係数の近いものが望まれる。
たとえば、凹状の容器101が熱膨張係数6.8×10−6/℃のアルミナを用いる場合金属リングとしては熱膨張係数5.2×10−6/℃のコバールを用いることが望ましい。
The
For example, when the
また、封口板102も溶接後の信頼性を高めるため、金属リングと同じコバールを用いることが望ましい。溶接後、機器の基板に表面実装されるとき、すなわちリフローハンダ付けのとき再び加熱されるためである。
Further, it is desirable to use the same Kovar as the metal ring in order to increase the reliability after welding for the sealing
また、配線の集電体となる部分は、耐食性の良く、厚膜法での形成が可能なタングステン、パラジウム、銀、白金または金が好ましい。また、アルミニウム、炭素を使用することもできる。凹状の容器101の底面の配線を正極側の集電体とする場合は、特に金またはタングステンが好ましい。これは、耐電圧の高い材料を用い、プラス側の電位がかかったときに溶解しないようにするためである。
Further, the portion of the wiring that becomes the current collector is preferably tungsten, palladium, silver, platinum, or gold, which has good corrosion resistance and can be formed by a thick film method. Aluminum and carbon can also be used. In the case where the wiring on the bottom surface of the
更に電極と配線の導通をよくするため、炭素を含有する導電性接着剤を用いることは有効である。また、耐電圧の低い材料を用いた場合は、集電体の金属に炭素を含有する導電性接着剤を単独で全面に塗りつけ、焼付け硬化させることが有効である。アルミニウムを用いる場合は、蒸着法やスパッタリング法といった乾式製膜が利用できる。 Furthermore, in order to improve the electrical connection between the electrode and the wiring, it is effective to use a conductive adhesive containing carbon. When a material with a low withstand voltage is used, it is effective to apply a conductive adhesive containing carbon to the metal of the current collector alone and bake and harden it. When aluminum is used, dry film formation such as vapor deposition or sputtering can be used.
接続端子A103、接続端子B104の部分については、基盤とハンダ付けするためにニッケル、金、スズ、ハンダの層を設けることがよい。凹状の容器101の縁部についても接合材とのなじみの良いニッケルや金などの層を設けることが好ましい。層の形成方法としては、めっき、蒸着などの気相法等もある。
The connection terminals A103 and B104 are preferably provided with nickel, gold, tin, and solder layers for soldering to the base. It is preferable to provide a layer of nickel, gold, or the like that is compatible with the bonding material at the edge of the
金属リング109および封口板102の接合される面には、ろう材としてニッケル及び/または金の層を設けることが有効である。金の融点は1063℃、ニッケルの融点は1453℃であるが、金とニッケルの合金にすることにより融点を1000℃以下に下げることができるためである。層の形成方法としては、めっき、蒸着などの気相法、印刷を用いた厚膜法等がある。特にめっき、印刷を用いた厚膜法がコスト的に有利である。
It is effective to provide a layer of nickel and / or gold as a brazing material on the surfaces where the
ただし、ろう材の層のP、B、S、N、C等の不純物元素は10%以下にする必要がある。特にめっきを用いた場合は注意が必要である。たとえば、無電解めっきにおいては還元剤の次亜リン酸ナトリウムからP、ジメチルアミンボランからBが入りやすい。また、電解めっきにおいては光沢剤の添加剤や陰イオンから入る可能性があるため注意が必要である。還元剤、添加物等の量を調整して入る不純物を10%以下とする必要がある。10%以上入ってしまうと接合面に金属間化合物が生成しクラックが入ってしまう。 However, impurity elements such as P, B, S, N, and C in the brazing material layer need to be 10% or less. Care must be taken especially when plating is used. For example, in electroless plating, P is likely to enter from the reducing agent sodium hypophosphite and B from dimethylamine borane. Also, in electroplating, care must be taken because it may enter from brightener additives and anions. It is necessary to adjust the amount of reducing agent, additive, etc. to 10% or less. If it enters 10% or more, an intermetallic compound is formed on the joint surface and cracks are generated.
封口板102側の接合材1082にニッケルを用いた場合は、凹状の容器101側の接合材1081には金を用いることが好ましい。金とニッケルの比は1:2から1:1の間がよく、合金の融点が下がることにより溶接温度が下がり接合性もよくなる。
When nickel is used for the
レーザー溶接は、パルスによるシーム溶接でもいいし、連続照射の方式であってもかまわない。パルスによるシーム溶接では、パルス状にレーザーを照射するため、溶接後はシーム状になる。パルスによる個々の溶接跡が重なるようにパルス幅をコントロールしなければ、完全に封止することができない。 Laser welding may be pulsed seam welding or continuous irradiation. In the seam welding by pulse, the laser is irradiated in a pulse shape, so that it becomes a seam shape after welding. If the pulse width is not controlled so that individual weld marks by the pulses overlap, complete sealing cannot be achieved.
抵抗溶接法を利用したシーム溶接は、封口板102の対向する二辺に対向するローラー型の電極を押し付け、電流を流すことで、抵抗溶接の原理により溶接する。ローラー電極を回転させながら電流をパルス状に流すため溶接後はシーム状になる。パルスによる個々の溶接跡が重なるようにパルス幅をコントロールしなければ、完全に封止することができない。
In the seam welding using the resistance welding method, welding is performed according to the principle of resistance welding by pressing a roller-type electrode facing two opposite sides of the sealing
使用するセパレータは耐熱性のある不織布であることが好ましい。たとえば、ロール圧延したポーラスフィルム等のセパレータにおいては、耐熱性があるものの、抵抗溶接法を利用したシーム溶接時の熱で圧延方向に縮んでしまう。その結果、内部ショートを起こしやすい。耐熱性のある樹脂またはガラス繊維を用いたセパレータの場合、縮みが少なく良好であった。樹脂としてはPPS(ポリフェニレンサルファイド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)が良好であった。特にはガラス繊維が有効であった。また、セラミックスの多孔質体を用いることもできる。 The separator to be used is preferably a heat-resistant nonwoven fabric. For example, a roll-rolled separator such as a porous film has heat resistance but shrinks in the rolling direction due to heat during seam welding using a resistance welding method. As a result, internal short circuit is likely to occur. In the case of a separator using a heat-resistant resin or glass fiber, it was good with little shrinkage. As the resin, PPS (polyphenylene sulfide) and PEEK (polyether ether ketone) were good. In particular, glass fiber was effective. A ceramic porous body can also be used.
本発明の電気化学素子の形状は基本的に自由であるが、略四角形状が端子等の出っ張りがないため効率的に基板上に配置することにおいて有利である。
また、本発明の電気化学素子は、電気二重層キャパシタを例にとり説明したが、非水電解質二次電池等へ応用できることは言うまでもない。
Although the shape of the electrochemical element of the present invention is basically free, the substantially square shape is advantageous in efficiently disposing on the substrate because there is no protrusion such as a terminal.
The electrochemical element of the present invention has been described by taking an electric double layer capacitor as an example, but it goes without saying that the electrochemical element can be applied to a non-aqueous electrolyte secondary battery or the like.
101 凹状の容器
102 封口板
103 接続端子A
104 接続端子B
105 セパレータ
106 正極活物質
107 負極活物質
1081 接合材
1082 接合材
109 金属リング
1111 導電性接着剤
1112 負極集電体シート
301 レーザー光
302 レーザー光源
101
104 Connection terminal B
105
Claims (8)
前記集電体シートの一部が、前記封口板と前記容器とともに溶接され、
前記封口板と前記容器との溶接において、前記集電体シートを含む箇所はレーザー溶接により溶接され、前記集電体シートを含む箇所以外は抵抗溶接により溶接されていることを特徴とする電気化学素子。 A first electrode, a second electrode, a separator for separating the first electrode and the second electrode, an electrolytic solution, the first electrode, the second electrode, and the separator are accommodated. An electrochemical device comprising: a container to be sealed; a sealing plate for sealing the container; and a current collector sheet disposed between the first electrode or the second electrode and the sealing plate,
A part of the current collector sheet is welded together with the sealing plate and the container ,
In the welding of the sealing plate and the container, the portion including the current collector sheet is welded by laser welding, and the portion other than the portion including the current collector sheet is welded by resistance welding. element.
集電体シートの一部を前記容器の縁部からはみ出して設置する集電体シート設置工程と、
前記集電体シートの一部が前記容器の縁部からはみ出した状態で、封口板と前記容器とを溶接する溶接工程と、
からなり、
前記溶接工程は、
前記封口板の端部近傍であって前記集電体シートが前記封口板端部と前記容器の間にある箇所をレーザー溶接する工程と、
前記封口板の端部近傍であって前記集電体シートが前記封口板端部と前記容器の間にない箇所を抵抗溶接する工程と、
からなることを特徴とする電気化学素子の製造方法。 A housing step of housing the first electrode, the second electrode, the separator separating the first electrode and the second electrode, and the electrolytic solution in a container;
A current collector sheet installation step of installing a part of the current collector sheet protruding from the edge of the container; and
A welding step of welding the sealing plate and the container with a part of the current collector sheet protruding from the edge of the container;
Tona is,
The welding process includes
Laser welding the vicinity of the end portion of the sealing plate and the current collector sheet between the end portion of the sealing plate and the container;
A step of resistance welding a portion near the end of the sealing plate and the current collector sheet is not between the end of the sealing plate and the container;
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