JP6766580B2 - フィルム付き電極板 - Google Patents

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本発明は、複数の蓄電池に接続される複数の電極が平面配列された電極板に関し、前記電極板が、フィルムの上に接着層を介して設けられているフィルム付き電極板に関するものである。
従来、複数の並列配置された蓄電池に接続される電極板としては、プレス加工やエッチング加工により、金属板を蓄電池の端子の位置に応じた形状に加工したものが用いられていた(例えば、特許文献1)。
図5は、電極板の各電極と蓄電池の各端子との位置関係の一例について示す図であり、図5(a)は概略平面図、図5(b)は図5(a)におけるA−A断面図である。
例えば、図5(a)に示すように、複数の蓄電池131が密に並列配置されている場合、電極板111の正極として作用する電極111aと、電極板111の負極として作用する電極111bの、蓄電池131の端子(+端子または−端子)と接続する部分(図5(a)において横方向に枝のように伸びる部分)は、互いに隣り合う交互配置された位置関係になる。
ここで、電極111a、電極111bは、それぞれ電気的に独立したものであり、両者が接することは許されない。
なお、図5(a)に示す例において、電極111aと電極111bは、それぞれ図面上縦方向に伸びる幅広の幹のような部分を有している。
これは、電気抵抗を下げて、図面上横方向に枝のように伸びる部分によって集められた電流が、この縦方向に伸びる幅広の幹のような部分を流れやすくするためである。
なお、図5(a)においては省略しているが、図5(b)に示すように、通常、電極板111は、絶縁性の補強板114を介して蓄電池131の上に配設される。
この補強板114には、蓄電池131の端子の位置及び形状に応じて開口部が設けられており、この開口部を通して、電極板111の各電極と、蓄電池131の各端子が接続することになる。
独立した関係の電極111aと電極111bは、それぞれが位置合わせされて、例えば、接着剤によって、補強板114に固定される。
なお、図5は、主に、正極として作用する電極111aと負極として作用する電極111bの隙間が狭いことを示す一例であって、電極板111が有する電極は、他にも種々の形態となり得る。
また、電極板111が有する電極は、図5に示す並列接続の形態の他に、複数の蓄電池131のそれぞれの+端子と−端子を接続する直列接続の形態もある。
特開2014−146516号公報
従来においては、蓄電池131のサイズが大きかったため、また、用いられる蓄電池131の数も少なかったため、電極板111の各電極を補強板に固定する際に、位置精度は特に問題にならなかった。
しかしながら、近年においては、高容量化並びに長期安定化の要求から、蓄電池を小型化し、多数個配列することによって、仮に蓄電池の一部が不具合を起こした場合にも不具合セルを除外して長期稼動が実現できる構造となっている。本構造においては小型の蓄電池が高密度に配列されており、それに伴って、電極板の各電極においても高密度の配列が必要になり、各電極間の位置精度が問題になっていた。
より具体的には、例えば、図5(a)に示す例において、電極111aと電極111bとは、互いに電気的に独立したものであることから、従来においては、電極111aと電極111bとは、プレス加工やエッチング加工により、互いに分離した形態で形成され、この分離した電極111a、電極111bのそれぞれを、個別に補強板114に固定していた。
しかしながら、近年においては、蓄電池131の+端子と−端子の間隔が狭くなってきており、それに伴って、電極111aと電極111bとの隙間も狭くなり、電極111aと電極111bのそれぞれを、個別に補強板114に固定する方法では、その隙間を精度良く保つことが困難になっていた。
さらに、用いる蓄電池131の数が増加する場合には、それに伴って電極板111が占める領域も大きくなり、電極111a、111bの面積も大きくなるため、その隙間を精度良く保つことが、一層困難になっていた。
そして、電極111aと電極111bが接触してしまうと、電気的短絡(ショート)が起きてしまうという不具合が生じていた。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、電極板が有する複数の独立した各電極に対して高密度化が要求される場合であっても、各電極の相対位置精度を保ちつつ、各電極を補強板に固定することが可能な、フィルム付き電極板を提供することを、主たる目的とする。
本発明の請求項1に係る発明は、フィルムの上に接着層を介して電極板が設けられており、前記接着層が、紫外線照射により接着力が低下する紫外線剥離性接着層、または、加熱処理により接着力が低下する熱剥離性接着層であり、前記電極板が、電気的に独立した複数の電極を、平面配列した構成を有しており、前記電極の厚みをT、前記複数の電極間の隙間の最短距離をSとした場合に、Tが0.05mm以上1.0mmの範囲であり、S/Tが0.5以上20以下の範囲であることを特徴とする、フィルム付き電極板である。
また、本発明の請求項2に係る発明は、前記フィルムの上に前記電極が形成されている領域が、平面視において、長辺の長さが300mm以上2000mm以下の矩形状の領域であり、前記電極が、前記長辺の長さ方向に、電気的に接続された形態で形成されていることを特徴とする、請求項1に記載のフィルム付き電極板である。
また、本発明の請求項3に係る発明は、前記電極板が、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ステンレス合金のいずれか一種から構成されていることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載のフィルム付き電極板である。
また、本発明の請求項4に係る発明は、前記電極板の前記フィルムが設けられている側とは反対側の面の上に、前記電極に応じた位置に開口部が設けられた絶縁性の補強板を有することを特徴とする、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のフィルム付き電極板である。
本発明に係るフィルム付き電極板によれば、電極板が有する複数の独立した電極に対して高密度化が要求される場合であっても、各電極の相対位置精度を保ちつつ、各電極を補強板に固定することができる。
本発明に係るフィルム付き電極板の第1の実施形態の一例について示す図 本発明に係るフィルム付き電極板の第2の実施形態の一例について示す図 本発明に係るフィルム付き電極板の製造方法の一例について示す概略工程図 本発明に係るフィルム付き電極板の使用方法の一例について示す図 電極板の各電極と蓄電池の各端子との位置関係の一例について示す図
<フィルム付き電極板>
以下、図面を参考にして、本発明に係るフィルム付き電極板について説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明に係るフィルム付き電極板の第1の実施形態の一例について示す図である。
なお、図1は、本実施形態に係るフィルム付き電極板の一例として、フィルム付き電極板1の各構成について説明するためのものであり、例えば、本実施形態に係るフィルム付き電極板における電極の数や平面形態は、この図1に示す例に限定されない。図2〜図4においても同様である。
図1に示すように、フィルム付き電極板1は、フィルム13の上に、接着層12を介して、電極板11が設けられている構成を有している。
電極板11は、電極11aと電極11bを有しており、電極11a、11bは、それぞれ電気的に独立したものである。
そして、電極11a、11bは、距離(S)の隙間を保った状態で、接着層12を介してフィルム13の上に保持されている。
上記のように、フィルム付き電極板1においては、電極11a、11bは、接着層12を介してフィルム13の上に保持されていることから、Sの距離の隙間を保った状態で、すなわち、電極11a、11bの相対位置精度を保持した状態で、搬送することや、他の物体との接着等の工程を施すことができる。
それゆえ、本実施形態のフィルム付き電極板によれば、各電極の相対位置精度を保ちつつ、各電極を補強板に固定することができる。
ここで、本実施形態のフィルム付き電極板においては、電極板が占める領域が大きくなる場合や、個々の電極の面積が大きくなる場合においても、電極間の隙間を精度良く保つことが、可能である。
すなわち、本実施形態のフィルム付き電極板においては、その厚み等にもよるが、電極板11を構成する金属板、フィルム13を構成するフィルム材とも、ロール状の形態とすることが可能である。それゆえ、例えば、ロールツーロール方式の製造方法により、大面積のフィルム付き電極板1を形成可能である。
このような製造方法を用いることで、電極板が占める領域、すなわち、電極が形成されている領域が、例えば、長辺の長さが300mm以上2000mm以下の矩形状の領域であっても、本実施形態のフィルム付き電極板によれば、電極間の隙間を精度良く保つことが、可能である。
また、電極の平面形態も、例えば、上記のような大面積の領域の端からもう一方の端まで、連続的につながっている形態(電気的に接続された形態)で、形成することも可能である。
(電極板11)
フィルム付き電極板1の電極板11を構成する材料としては、蓄電池の電極用として、導電性を有し、エッチング加工が可能なものであれば、用いることができる。このような材料として、例えば、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金、銅(Cu)、銅合金、ステンレス合金等の導電性金属を、好適に挙げることができる。
中でも、アルミニウム(Al)は比重が小さいことから、高容量化の要求で蓄電池の数が多くなり、それに伴って電極の数が増大し、電極の集合体である電極板の占める面積が大面積化しても、電極板全体を軽量にすることができ、好ましい。
また、アルミニウム(Al)は不動態膜(表面酸化膜)による耐腐食性も有しており、耐腐食用の保護層等を設ける必要が無い点においても、好ましい。
電極板11の厚み(T)は、使用する電流容量により、0.05mm以上1.0mm以下の範囲から選択する。
使用する電流容量や各電極の平面サイズにもよるが、電極板11の厚み(T)が0.05mm未満では、電気抵抗が大きくなってしまう点で、好ましくない。
また、電極板11の厚み(T)が1.0mmより大きい場合は、微細な隙間をエッチング加工することが困難になる点や、電極板11の重量が増えてしまう点で、好ましくない。
なお、本発明においては、この電極板11の厚み(T)は、電極11a、11bの厚みと同等のものとして扱うことができる。
電極11aと電極11bの隙間は、高密度化の要求からは小さい方が好ましいが、そのような小さい隙間のエッチング加工には、電極板11の厚み(T)も影響する。
それゆえ、電極11aと電極11bの隙間の最短距離をSとした場合、SをTで割った値(S/Tの値)は、0.5以上20以下の範囲とすることが好ましい。
エッチング液を用いた加工では、S/Tの値を0.5未満とすることは困難であり、一方、S/Tの値が20より大きいと、高密度化の要求を満たせないおそれがあるからである。
(接着層12)
フィルム付き電極板1の接着層12を構成する材料としては、フィルム13を剥離するまでは、電極11a、11bの相対位置精度を保持した状態で、搬送や、補強板との固定ができるものであって、電極11a、11bを補強板に固定した後は、フィルム13を容易に剥離することができるものであることが好ましい。
例えば、このような接着層12として、紫外線(UV)照射により接着力が低下する紫外線(UV)剥離性接着層、または、加熱処理により接着力が低下する熱剥離性接着層を、好適に用いることができる。
紫外線(UV)剥離性接着層の場合、紫外線(UV)照射前の剥離力が5N/25mm以上であって、紫外線(UV)照射後の剥離力が0.15N/25mm以下のものが望ましい。
紫外線(UV)照射ランプとしては、波長365nm、420nmに発光スペクトルを有するランプであれば使用でき、ランプの発光スペクトルに応じて、照射量を調整する。
例えば、このような紫外線(UV)剥離性接着層を備えた剥離フィルムとして、ソマール製ソマタック125UVを用いることができる。
(フィルム13)
フィルム付き電極板1のフィルム13を構成する材料としては、電極板11に施すエッチング加工等の工程に耐性を有し、フィルム13を剥離するまでは、電極11a、11bの相対位置精度を保持した状態で、搬送や、補強板との固定ができるものであれば用いることができる。
例えば、アニール処理を施した低熱収縮率のPETフィルムを、好適に用いることができる。
(第2の実施形態)
図2は、本発明に係るフィルム付き電極板の第2の実施形態の一例について示す図である。
図2に示すように、フィルム付き電極板2は、図1に示すフィルム付き電極板1の電極板11の上に、絶縁性の補強板14が設けられた構成を有している。
そして、補強板14には、電極11a、11bに応じた位置に、開口部15a、15bが設けられている。この開口部15a、15bを通して、電極板11の電極11a、11bと、対応する蓄電池の各端子が接続されることになる。
言い換えれば、補強板14には、蓄電池の端子の位置及び形状に応じて開口部15a、15bが設けられており、この開口部15a、15bと、電極板11の電極11a、11bが位置合わせされて、電極板11が補強板14に固定されている。
図示はしないが、電極板11と補強板14の間には、接着剤が設けられていても良い。接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤を挙げることができる。
(補強板14)
補強板14を構成する材料としては、絶縁性を有し、電極板11の各電極を保持して、対応する蓄電池の端子と接続できるものであれば用いることができる。また、電極板11よりも剛性が高いことが好ましい。
このような性能を有する材料基板として、例えば、ガラス不織布入りエポキシ基板や、難燃性樹脂基板を用いることができる。また、ベークライト板、BTレジン基板等を用いてもよい。
電極板11と固定される補強板14には、上記のような基板に対し、補強板14としての外形加工や、開口部15a、15bの形成を、予め施されたものを用いる。
<フィルム付き電極板の製造方法>
次に、本発明に係るフィルム付き電極板の製造方法について説明する。
図3は、本発明に係るフィルム付き電極板の製造方法の一例について示す概略工程図である。
上記のようなフィルム付き電極板1、2を製造するには、例えば、まず、金属板11Aを準備し、金属板11Aの上に、感光性レジスト膜を設け、フォトマスクを用いて露光、現像して、図3(a)に示すように、金属板11Aの上に、レジストパターン41を形成する。
金属板11Aは、フィルム付き電極板1、2の電極板11となるものであり、その材料としては、例えば、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金、銅(Cu)、銅合金、ステンレス合金等の導電性金属を用いることができる。
上記の感光性レジスト膜としては、ドライフィルムレジストを好適に用いることができる。また、上記の感光性レジスト膜は、ネガ型、ポジ型のどちらでも使用可能である。なお、図3(a)に示すレジストパターン41a、41bは、それぞれ電極11a、11bに応じたレジストパターンを示す。
次に、図3(b)に示すように、金属板11Aのレジストパターン41を形成した面とは反対側の面に、接着層12付きフィルム13をラミネートする。
次に、図3(c)に示すように、レジストパターン41の開口部から、エッチング液により金属板11Aをエッチングし、その後、レジストパターン41を除去して、図3(d)に示すように、電極11aと電極11bを有するフィルム付き電極板1を得る。
上記のレジストパターン41の除去は、例えば、剥離液を用い、必要があれば、洗浄を行なう。さらに、補強板14と固定する際の密着性を向上させる場合には、適宜、表面処理を行う。
次に、図3(e)に示すように、補強板14の開口部15a、15bと、電極板11の電極11a、11bを位置合わせして、フィルム付き電極板1の電極板11を補強板14に固定して、図2に示すようなフィルム付き電極板2を得る。
なお、図3(e)においては、便宜上、補強板14を上側に配置し、フィルム付き電極板1を下側に配置しているが、補強板14に電極板11を固定する際には、補強板14を下側に配置し、その上から、フィルム付き電極板1の電極板11の表面を接着させていく方法が容易である。
補強板14に電極板11を固定する方法としては、例えば、補強板14の電極11a、11bと接する部分に接着剤や接着フィルムを置き、その上に位置を合わせてフィルム付き電極板1の電極板11を載置し、加圧接着させる。接着条件は、用いる接着剤に適した条件で行い、必要に応じて加熱する。
<フィルム付き電極板の使用方法>
次に、本発明に係るフィルム付き電極板の使用方法、すなわち、本発明に係るフィルム付き電極板を、複数配列された蓄電池の各端子と接続して、蓄電池モジュールを得る方法について説明する。
図4は、本発明に係るフィルム付き電極板の使用方法の一例について示す図である。
なお、図4に示す例において、接着層12は、紫外線(UV)照射により接着力が低下する紫外線(UV)剥離性接着層である。
例えば、図4に示す方法を用いて、蓄電池モジュール50を得るには、まず、図4(a)に示すように、フィルム付き電極板2のフィルム13側から、紫外線21を照射してフィルム13を剥離し、図4(b)に示すような、電極板11と補強板14の積層体(集電板)を得る。
紫外線21を照射するランプとしては、例えば、波長365nm、420nmに発光スペクトルを有するランプであれば使用でき、ランプの発光スペクトルに応じて、照射量を調整する。
なお、フィルム13を剥離して露出させた電極板11の表面は、洗浄処理することが好ましい。残存する接着層12を除去するためである。
次に、図4(b)に示す積層体(集電板)の補強板14の各開口部15から露出する電極11a、11bの面と、蓄電池31a、31bの各端子をそれぞれ接続し、図4(c)に示す蓄電池モジュール50を得る。
上記接続の方法としては、超音波を用いて接続させる方法や、半田等の導電性金属を溶融させて接続させる方法がある。
また、上記においては、接着層12が、紫外線(UV)剥離性接着層の場合の例を説明したが、本発明においては、接着層12は、加熱処理により接着力が低下する熱剥離性接着層であってもよい。この場合は、図4(a)に示す紫外線21の照射に替えて、加熱処理を施せばよい。
以上、本発明に係るフィルム付き電極板について、それぞれの実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一の構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる場合であっても本発明の技術的範囲に包含される。
以下、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。
[実施例1]
図3(a)に示す金属板11Aとして、純アルミニウム板を用い、品番A1080、板厚は0.3mmtを使用した。
アルミニウムの純度としては、導電性を担保することができれば特に制限は無いが、99%以上であれば好適であり、他にA1050、A1230、A1085を用いてもよい。
一般に、アルミニウム板は表面に圧延時のオイル分が付着しているため、脱脂洗浄を行なう。洗浄剤としては、アルカリ脱脂剤や酸系脱脂剤、又は中性脱脂剤を用いることができ、酸性脱脂剤のADEKA製C−720を用いて洗浄した。濃度、温度、処理時間はアルミニウム板の表面状態により適宜調整し、濃度20%、温度40℃、処理時間3分で、表面の油分を除去した。
このアルミニウム板の片面に、図3(a)に示すレジストパターン41を形成するための感光性レジスト膜として、感光性ドライフィルムレジスト(旭化成製AQ−2558)をラミネートした。
ラミネート条件はロール温度120℃、圧力0.3MPa、送り速度1.0m/minで行った。フォトマスクを用いて所望の電極パターンを紫外線露光機で焼付け、現像を行った。
現像は、炭酸ナトリウム1.0%液、温度30℃、スプレー圧0.2MPaで行い、スプレー水洗、温風乾燥を行った。
このアルミニウム板の感光性ドライフィルムレジストを設けた面とは反対の面に、図3(b)に示す、接着層12及びフィルム13として、紫外線(UV)剥離性接着層付サポートフイルム(ソマール製ソマタック125UV)をラミネートした。
ラミネート条件は、室温で圧力0.2MPa、送り速度0.5m/minで行った。ベースPETフィルムには、厚さ100μm、又は125μmのものを用い、アニール処理を行った低熱収縮率フィルムを用いた。
図3(c)に示す、アルミニウムのエッチング加工は、塩化鉄エッチング液を用いて行った。塩化鉄濃度500g/L、温度50℃、スプレー圧0.2MPaで行い、処理時間を適宜調整して所望の形状を形成した。
図3(d)に示す、感光性ドライフィルムレジストの剥離は、水酸化ナトリウム1%液を使用し、温度50℃、スプレー圧0.1MPaで処理し、同様に処理時間を適宜調整した。
また、このアルミニウム電極板の表面を更に洗浄するために、上記の脱脂洗浄に用いたADEKA製C−720で処理を行ない、水洗、乾燥を行なった。
以上の工程により、図3(d)に示すような、電気的に独立した複数の電極が相互の位置精度を保持した状態で形成されたフィルム付き電極板を得た。
次に、このフィルム付電極板を、事前に外形加工及び開口部形成を施し、所望の位置に熱硬化性接着剤を形成した補強板に位置を合わせて重ね、加圧、加熱することにより、図3(e)に示すような、電極に応じた位置に開口部が設けられた絶縁性の補強板を有する、フィルム付き電極板を得た。
上記の補強板には、ガラスエポキシ基板を用い、所望の加工をプレス加工で行った。
熱硬化性接着剤としてはエポキシ系接着剤を用いた。
その後、図4(a)に示すように、得られたフィルム付き電極板のフィルムに紫外線(UV)を500mJ以上照射してからフィルムを剥離し、図4(b)に示すような積層体(集電板)を得た。
紫外線照射ランプとしては、波長365nm、420nmに発光スペクトルを有するランプであれば使用でき、ランプの発光スペクトルに応じて、照射量を調整した。
1、2 フィルム付き電極板
11 電極板
11a、11b 電極
11A 金属板
12 接着層
13 フィルム
14 補強板
15、15a、15b 開口部
21 紫外線
31、31a、31b 蓄電池
41、41a、41b レジストパターン
50 蓄電池モジュール
111 電極板
111a、111b 電極
114 補強板
131 蓄電池

Claims (4)

  1. フィルムの上に接着層を介して電極板が設けられており、
    前記接着層が、紫外線照射により接着力が低下する紫外線剥離性接着層、または、加熱処理により接着力が低下する熱剥離性接着層であり、
    前記電極板が、電気的に独立した複数の電極を、平面配列した構成を有しており、
    前記電極の厚みをT、前記複数の電極間の隙間の最短距離をSとした場合に、
    Tが0.05mm以上1.0mmの範囲であり、S/Tが0.5以上20以下の範囲であることを特徴とする、フィルム付き電極板。
  2. 前記フィルムの上に前記電極が形成されている領域が、
    平面視において、長辺の長さが300mm以上2000mm以下の矩形状の領域であり、
    前記電極が、前記長辺の長さ方向に、電気的に接続された形態で形成されていることを特徴とする、請求項1に記載のフィルム付き電極板。
  3. 前記電極板が、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ステンレス合金のいずれか一種から構成されていることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載のフィルム付き電極板。
  4. 前記電極板の前記フィルムが設けられている側とは反対側の面の上に、前記電極に応じた位置に開口部が設けられた絶縁性の補強板を有することを特徴とする、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のフィルム付き電極板。
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