JP6341686B2 - 電気化学セルおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、安全性の高い、廉価な電気化学セルを提供することである。
本発明に係る電気化学セルは、平板状の第1の容器構成部と、有底筒状の金属からなり前記第1の容器構成部と閉空間を形成する第2の容器構成部と、前記閉空間に収納される正極活物質および負極活物質と、電解質と、前記正極活物質と前記負極活物質とを分離するセパレータとを備える電気化学セルであって、前記第1の容器構成部の外側下面には、第1の外部端子と第2の外部端子が設けられ、前記第1の外部端子は、前記正極活物質と電気的に接続され、前記第2の外部端子は、前記第2の容器構成部を介して前記負極活物質と電気的に接続され、前記正極活物質と前記第2の容器構成部との間に絶縁体が配置されていることを特徴とする。
また、本発明によれば、第1の容器構成部と第2の容器構成部とを、予め第1の容器構成部の周縁に形成されたシールリングを介して接合する構成とすることができる。これにより、第1の容器構成部と第2の容器構成部とが良好に接合され、封止性に優れた電気化学セルを得ることができる。さらに、第1の容器構成部への溶接熱の影響を軽減できるため、容器のクラックなどの不良を低減することができ、より好ましい。
本発明によれば、セパレータと一体の部材やセパレータの延設部が絶縁体として正極活物質の周囲に配置され、正極活物質と第2の容器構成部とが電気的に絶縁されている。これにより、閉空間中において正極活物質を絶縁体で覆うことができ、第2の容器構成部と正極活物質との電気的な絶縁性を十分保つことができる。また、セルの組立工程が簡略されるため、より好ましい。
本発明によれば、正極活物質の周囲が絶縁体で囲われ、正極活物質と第2の容器構成部とが電気的に絶縁されるため、より好ましい。
本発明によれば、正極活物質と第2の容器構成部とを電気的に確実に絶縁することができるため、より好ましい。
本発明によれば、正極活物質と第2の容器構成部とが電気的に絶縁されることに加えて、絶縁体が耐熱性を備えることにより、リフロー実装時において変質することがないため、より好ましい。
本発明によれば、電解液がビア配線に到達する可能性が減少し、ビア配線のアノード溶解の可能性を大きく低減することができるため、より好ましい。
本発明によれば、電解液の入った閉空間に露出する配線を少なくし、この配線のアノード溶解の可能性を大きく低減することができるため、より好ましい。
本発明によれば、耐熱性、耐久性に優れた電気化学セルとなるため、より好ましい。
本発明によれば、セルの部品点数を少なくし、且つ第2の容器構成部と正極活物質との電気的な絶縁性を十分保つことができる。
本発明によれば、正極活物質の側面に絶縁体からなる被膜を形成することで、正極活物質と第2の容器構成部との絶縁を確実にできるため、より好ましい。
本発明で説明する電気化学セルとは、具体的には、正極または負極として用いる活物質と電解液とが容器内に収容されてなる、非水電解質電池や電気二重層キャパシタ等を指す。
なお、本実施形態では、電気化学セルの一例として、表面実装型の電気二重層キャパシタを例に挙げて説明する。
図1に示すように、電気二重層キャパシタ1は、平板状の封口板3(第1の容器構成部)と、金属製のケース2(第2の容器構成部)と、この容器内部に形成された内部空間S中に収納された、非水電解液(図示せず)が含浸された正極活物質13、負極活物質11、及びセパレータ12からなる発電要素4とから構成されている。
さらにまた電気二重層キャパシタ1は、図示しない基板に例えばリフローにより表面実装可能とされたキャパシタである。
絶縁体14は、耐熱性の樹脂、ガラス、セラミック等により形成することができる。
本実施形態の好ましい態様である電気二重層キャパシタの製造方法は、上記構成の電気二重層キャパシタ1を製造する方法であり、封口板3上の集電体5上に正極活物質13を形成した後、セパレータ12を形成し、ついで、ケース2に接続した負極活物質11をセパレータ12と接続するように形成することで、セパレータ12を介して正極活物質13と負極活物質11とを接続させる収納工程と、ケース2と封口板3とを溶接し封止する溶接工程とを、少なくとも具備した方法である。
この収納工程においては、絶縁体14を予め封口板3上に固定し、もしくは、封口板3上の集電体5上に形成された正極活物質13の周囲に配置することができる。
図3に示す電気二重層キャパシタ10は、図1の電気二重層キャパシタ1と同様、ケース2と封口板30とで構成された容器内部に形成された内部空間S中に、非水電解液(図示せず)が含浸された正極活物質13、負極活物質11、及びセパレータ12からなる発電要素4が収納されてなるものである。
さらに、本発明の電気化学セルの別の変形例として、図4に示す表面実装型の電気二重層キャパシタを例に挙げて説明する。
例えば、上記実施形態では、電気化学セルの一例として電気二重層キャパシタを例に挙げて説明したが、この場合に限定されるものではない。酸化・還元反応を伴う二次電池等の他の電気化学デバイスにも適用することができる。例えば、正極または負極の活物質として金属リチウムイオンを吸蔵、放出可能な材料を用いたリチウム二次電池に適用することができる。特に、負極活物質に予めリチウムイオン吸蔵可能な炭素系材料やケイ素系材料を用い、そこにリチウムイオンを予めドープさせたリチウムイオンキャパシタや、リチウムイオン二次電池でも構わない。少なくとも正極または負極のいずれか一方に電気二重層キャパシタ等で用いる活性炭等の電極を組み合わせたリチウムイオンキャパシタにも適用可能である。
1、10、20・・・電気二重層キャパシタ(電気化学セル)
2、21・・・ケース
3、30・・・封口板
4・・・発電要素
5・・・正極集電体
11・・・負極活物質
12・・・セパレータ
13・・・正極活物質
14・・・絶縁体
24・・・被膜
6、7・・・外部端子
8、9、18・・・ビア配線
15、16・・・外部配線
17・・・層間配線
22・・・シールリング
Claims (7)
- 平板状の第1の容器構成部と、有底筒状の金属からなり前記第1の容器構成部と閉空間を形成する第2の容器構成部と、前記閉空間に収納される正極活物質および負極活物質と、電解質と、前記正極活物質と前記負極活物質とを分離するセパレータとを備える電気化学セルであって、
前記第1の容器構成部の外側下面には、第1の外部端子と第2の外部端子が設けられ、
前記第1の外部端子は、前記正極活物質と電気的に接続され、
前記第2の外部端子は、前記第2の容器構成部を介して前記負極活物質と電気的に接続され、
前記正極活物質の側面が絶縁体からなる被膜により被覆されていることにより、前記正極活物質と前記第2の容器構成部とが絶縁されていることを特徴とする電気化学セル。 - 平板状の第1の容器構成部と、有底筒状の金属からなり前記第1の容器構成部と金属リングとで閉空間を形成する第2の容器構成部と、前記閉空間に収納される正極活物質および負極活物質と、電解質と、前記正極活物質と前記負極活物質とを分離するセパレータとを備える電気化学セルであって、
前記第1の容器構成部の外側下面には第1の外部端子と第2の外部端子が設けられ、
前記第1の外部端子は、前記正極活物質と電気的に接続され、
前記第2の外部端子は、前記第2の容器構成部を介して前記負極活物質と電気的に接続され、
前記正極活物質の側面が絶縁体からなる被膜により被覆されていることにより、前記正極活物質と前記第2の容器構成部とが絶縁されていることを特徴とする電気化学セル。 - 前記絶縁体は耐熱性樹脂からなることを特徴とする請求項1又は2のいずれか一項に記載の電気化学セル。
- 前記第1の外部端子と前記正極活物質は、前記第1の容器構成部の厚み方向のビア配線を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の電気化学セル。
- 前記第1の容器構成部の内部には前記ビア配線と接続する層間配線が設けられている請求項4に記載の電気化学セル。
- 前記第1の容器構成部は、アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、ムライトおよびこれらの複合材料からなる群から選ばれる少なくとも1種類を含むセラミックからなることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の電気化学セル。
- 平板状の第1の容器構成部と有底筒状の金属からなる第2の容器構成部とから形成される閉空間に正極活物質および負極活物質と、電解質と、前記正極活物質と前記負極活物質とを分離するセパレータを収納する工程と、
前記第1の容器構成部と前記第2の容器構成部とを溶接により封止する工程と
からなる電気化学セルの製造方法であって、
前記第1の容器構成部の外側下面には、前記正極活物質と電気的に接続する第1の外部端子と、前記第2の容器構成部を介して前記負極活物質と電気的に接続する第2の外部端子とが設けられており、
前記第1の容器構成部の上面に前記正極活物質を固定し、前記正極活物質の側面に絶縁体からなる被膜を形成することを特徴とする電気化学セルの製造方法。
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