JP6986347B2 - ラミネート型蓄電素子およびラミネート型蓄電素子の実装方法 - Google Patents
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Description
より溶着されて内部が密閉されたものである。ラミネートフィルム(11a、11b)は、周知のごとく、アルミ箔などからなる基材の表裏に1層以上の樹脂層が積層された構造となっており、一般的には、一方の面に例えばポリアミド樹脂などからなる保護層が積層され、他方の面には例えばポリプロピレンなどの熱溶着性を有する接着層が積層された構造を有している。そしてラミネート型蓄電素子を組み立てる際には、接着層側を内面として2枚のラミネートフィルム(11a、11b)を対面させ、その2枚のラミネートフィルム間(11a−11b)に電極体10を配置する。そして互いに対面するラミネートフィルム(11a、11b)の周縁領域12を熱圧着して扁平袋状の外装体11に成形する。なおこの熱圧着に際し、外装体11の周縁領域12において電極端子板(23、33)が突出する側の縁辺13ではタブリード2のタブフィルム4をラミネートフィルム(11a、11b)とともに熱溶着する。それによって当該縁辺13では端子リード3に溶着されているタブフィルム4がラミネートフィルム(11a、11b)の接着層に溶着される。
ことができる。なおACFの構造やACFを用いた実装方法などについては、例えば以下の非特許文献1に記載されている。またラミネート型蓄電素子の構造などについては、例えば以下の特許文献1に記載されている。そして以下の非特許文献1には実際に市販されているラミネート型蓄電素子である薄型リチウム電池の特徴や放電性能などが記載されている。
このサポートタイプのラミネート型蓄電素子1sを実装する際には、図4に示したように、サポートタブ15の上方から電極端子板(23、33)とACF70を熱圧着する。それによって電極端子板(23、33)に治具80が直接触れず、電極端子板(23、33)の温度が急激に上昇せず、電極体10の損傷を防止することができる。
前記外装体は、縁辺を揃えて互いに対面し合うラミネートフィルムの周縁領域が互いに溶着されてなり、
前記正極と負極の電極端子板は、前記外装体の所定の縁辺から同方向に導出され、
前記電極端子板の一主面に、前記所定の縁辺に沿う帯状で、当該電極端子板の先端までを覆うフィルム部材が前記外装体に積層されずに取り付けられ、
前記フィルム部材は、基体となる絶縁性の耐熱フィルムの表面に熱圧着によって溶融する接着剤が積層されてなり、
前記フィルム部材の接着剤は、前記電極端子板の前記一主面に対面する領域で接着されているとともに、当該電極端子板の前記一主面に対面していない領域では熱圧着によって溶融可能な未硬化の状態にある、
ことを特徴とするラミネート型蓄電素子としている。
そして前記ラミネート型蓄電素子は、電子回路と電源を内蔵したカード型電子機器の前記電源として使用されることとすればより好適である。
前記電極端子板において、前記フィルム部材と対面する面を上面として、
前記電極端子板の下面に異方導電膜と回路基板とをこの順に積層するステップと、
前記フィルム部材の上面を下方に向けて熱圧着することで、電極端子板と前記フィルム部材の下面を前記回路基板に接着するステップと、
を含むことを特徴とするラミネート型蓄電素子の実装方法としている。
本発明の実施例に係るラミネート型蓄電素子(以下、蓄電素子)の内部構造は図1(B)に示した蓄電素子1aと同じである。しかしサポートタブに替わる特殊な構成を備えて熱圧着工程による電極体の損傷を防止しつつ、当該特殊な構成によって電極端子間の短絡も防止することができるようになっている。図5と図6に本発明の実施例に係るラミネート型蓄電素子(以下、蓄電素子1aとも言う)を示した。なお以下では、図3と同様にして上下前後左右の各方向を規定することとする。図5(A)は蓄電素子1aを上方から見たときの外観図であり、図5(B)は下方から見たときの外観図である。また図6(A)は図5(A)におけるc−c矢視断面の前方側を拡大した図であり、図6(B)は、図6(A)の円100内を拡大した図である。そして図6(C)は図6(A)におけるd−d矢視断面を拡大した図である。
設定することで、接着フィルム層16bにおける電極対面領域18を選択的に溶融させることができる。上記条件としては、例えば、電極対面領域18の下面表層のみが溶融する程度であればよい。すなわち仮接着を目的とした熱圧着工程では接着フィルム層16bをその厚さdにわたって溶融させず、仮接着の状態では接着フィルム層16bに未硬化の領域を残存させている。しかも接着フィルム層16bは熱圧着に際して電極対面領域18が他の領域よりも溶融し易いことから、接着フィルム層16bにおける当該他の領域ではほとんど溶融していない状態になっている。なお仮接着のための熱圧着条件は、回路基板に実装する際の熱圧着条件(温度、圧力、時間)などを参考にしながら条件出しを行うことで求めることができる。もちろん電極対面領域18に対応するサポートフィルム16の上面17に半田ごてを当てるなどして、電極対面領域18の接着フィルム層16bのみを選択的に溶融させることもできる。なお図6(B)に示したように、この例ではサポートフィルム16の後端側が外装体11の前縁辺13と離間しているが、もちろん双方が接触していてもよい。いずれにしても、サポートフィルム16は電極対面領域18にて電極端子板(23、33)の背面51に接着されているとともに、少なくとも電極対面領域18以外の領域では接着フィルム層16bが実装時の熱圧着工程において溶融可能な状態になっていればよい。そして蓄電素子1aを回路基板に実装する際には、図7に示したように、電極端子板(23、33)の下方にACF70と回路基板60とをこの順に積層し、サポートフィルム16の上方からヒーターを内蔵した治具80を用いて熱圧着すればよい。そして実装時の熱圧着に際しては電極対面領域18以外の領域で接着フィルム層16bが溶融する条件に設定すればよい。
上述したように実施例に係る蓄電素子は、熱圧着時の電極体の破損を防止するというサポートタイプのラミネート型蓄電素子と同様の効果に加え、当該サポートタイプのラミネート型蓄電素子において問題となっていた短絡も発生しないという効果を奏するものである。そこで本実施例の蓄電素子では熱圧着工程に起因する短絡が発生しないことを確認するために、本実施例に係る蓄電素子(以下、実施例)と従来のサポートタイプのラミネート型蓄電素子(以下、比較例)をサンプルとして、各サンプルを多数個作製した。なお比較例に係るサンプルは、上記非特許文献2に製品として記載されているサポートタイプのラミネート型のリチウム一次電池(例えば、FDK株式会社、CF052039型)であり、実施例に係るサンプルはサポートタブに代えてサポートフィルムを備えているだけで蓄電素子としての構成は全く同じである。そして全個体を同じ条件(例えば、治具の温度170℃、圧力3MPa、時間8秒)で回路基板に実装した。そして実装前後での正極と負極の端子間の電圧を測定し、電圧降下の有無を確認した。そして比較例に係るサンプルでは42%の個体に電圧降下が発生し、一方実施例に係るサンプルでは電圧が降下した個体が一つも発生しなかった。
本実施例の蓄電素子では、熱圧着による電極体の損傷や短絡を防止できる効果に加え、実装状態での信頼性を向上させることが容易に予想される。具体的には、実施例に係る蓄電素子では、サポートフィルムにおいて電極対面領域以外の領域における接着フィルム層は、実装前では溶融可能な未硬化の状態であり、その領域は実装時に熱圧着されることで溶融して完全に硬化する。そのためサポートフィルムが回路基板の上面に接着し、電極端
子板がそのサポートフィルムによって基板上に強固に押さえつけられる。それによって実装状態での信頼性が向上するのである。図8はこの実装状態における信頼性を説明するための図であり、ここでは実装状態にある蓄電素子1aを、図7におけるe−e矢視断面に対応する図によって示している。この図8に示したように、サポートフィルム16の下面19において、電極端子板(23、33)やACF70と対面していない領域では、当該下面19が回路基板60の上面62に直接接着される。そのためサポートフィルム16が電極端子板(23、33)を上方から押さえつけた状態で回路基板60に強固に固定され、外部からの衝撃などによって電極端子板(23、33)が回路基板60から外れることを防止することができる。なお図8では電極端子板(23、33)、ACF70、回路基板60などの部材、あるいは回路基板60における端子パッド61などの部位の厚さを誇張して示しているが、当該蓄電素子1aが厚さ1mm以下のカード型電子機器にも内蔵可能なことを考えれば明らかなように、これらの部材や部位は実際には極めて薄く、厚くても100μm程度である。したがってサポートフィルム16は熱圧着工程後もほぼ平坦性を維持したまま、接着フィルム層が回路基板60の上面62に接触した状態となる。いずれにしても本実施例の蓄電素子では実装状態での信頼性が向上し、とくに撓み易く繰り返して撓まされるカード型電子機器の電源として使用される場合において、その信頼性は絶大なものとなる。
サポートフィルムの接着フィルム層を構成する樹脂材料は熱硬化樹脂に限らず、熱可塑性樹脂であってもよい。もちろん樹脂材料としては、エポキシ系樹脂に限らず、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、合成ゴム系樹脂、シリコン系樹脂など、適宜なものを採用することができる。
1a,1b 本発明の実施例に係るラミネート型蓄電素子、
1s サポートタイプのラミネート型蓄電素子、11 外装体、
11a,11b ラミネートフィルム、12 周縁領域、
13,13a,13b 電極端子が導出している側の外装体の縁辺(前縁辺)、
16 サポートフィルム、16a 耐熱フィルム、16b 接着フィルム層、
18 電極対面領域、20 正極、21,121 正極集電体、22 正極材料、
23 正極端子板、24、正極端子部の先端部分、30 負極、
31,131 負極集電体、32 負極材料、33 負極端子板、
34 負極端子板の先端部分、40 セパレーター、
50 電極端子板の下面(実装面)、51 電極端子板の上面、60 回路基板、
61 回路基板の端子パッド、70 異方導電膜(ACF)、80 熱圧着用の治具、
110 全固体電池の積層電極体、111 全固体電池
Claims (3)
- 矩形平面形状を有する扁平な袋状に成形された外装体内にシート状の正極と負極とを備えた電極体が密封されているとともに、正極と負極のそれぞれの電極端子板が前記外装体の外方に導出されてなるラミネート型蓄電素子であって、
前記外装体は、縁辺を揃えて互いに対面し合うラミネートフィルムの周縁領域が互いに溶着されてなり、
前記正極と負極の電極端子板は、前記外装体の所定の縁辺から同方向に導出され、
前記電極端子板の一主面に、前記所定の縁辺に沿う帯状で、当該電極端子板の先端までを覆うフィルム部材が前記外装体に積層されずに取り付けられ、
前記フィルム部材は、基体となる絶縁性の耐熱フィルムの表面に熱圧着によって溶融する接着剤が積層されてなり、
前記フィルム部材の接着剤は、前記電極端子板の前記一主面に対面する領域で接着されているとともに、当該電極端子板の前記一主面に対面していない領域では熱圧着によって溶融可能な未硬化の状態にある、
ことを特徴とするラミネート型蓄電素子。 - 請求項1において、電子回路と電源を内蔵したカード型電子機器の前記電源として使用されることとを特徴とするラミネート型蓄電素子。
- 請求項1または2に記載の前記ラミネート型蓄電素子の実装方法であって、
前記電極端子板において、前記フィルム部材と対面する面を上面として、
前記電極端子板の下面に異方導電膜と回路基板とをこの順に積層するステップと、
前記フィルム部材の上面を下方に向けて熱圧着することで、電極端子板と前記フィルム部材の下面を前記回路基板に接着するステップと、
を含むことを特徴とするラミネート型蓄電素子の実装方法。
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