KR101291952B1 - 전기 화학 디바이스 - Google Patents

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KR101291952B1
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electrochemical device
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나오토 하기와라
쿄타로 마노
카츠에이 이시다
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다이요 유덴 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 축전 특성을 저하시키지 않고 박화를 실현할 수 있는 전기 화학 디바이스를 제공한다.
[해결 수단] 본 발명의 일 실시형태에 따른 전기 화학 디바이스(101)는 용기(10)와, 축전 소자(20)와, 제1의 구조체(51)와, 제2의 구조체(52)를 구비한다. 상기 용기는 제1의 내면을 가지는 용기 본체와, 상기 제1의 내면에 대향하는 제2의 내면을 가지고, 상기 용기 본체와 접합되는 덮개를 포함한다. 구조체(50)(51, 52)는 오목부(14)의 저면(14a) 및 덮개(12)의 내면(12a)의 적어도 어느 한쪽에 설치되고 정전극층(21) 및 부전극층(22)의 적어도 어느 한쪽의 내부에 적어도 일부가 매립된 도전성 접착제의 경화물로 형성된다.

Description

전기 화학 디바이스{ELECTROCHEMICAL DEVICE}
본 발명은 충방전 가능한 축전 소자를 내장한 전기 화학 디바이스에 관한 것이다.
충방전이 가능한 축전 소자를 구비하는 전기 화학 디바이스는 일반적으로 정전극과, 부전극과, 이들 사이에 배치된 세퍼레이터를 포함하는 축전 소자를 전해액과 함께 수용하는 밀폐성 용기를 가진다. 그리고, 용기 내면과 각 전극과의 양호한 밀착성 및 전기적 접속을 확보하기 위해서, 이들 사이에 도전성 접착층을 형성하는 것이 알려져 있다.
예를 들면 하기 특허문헌 1에는, 정극과, 부극과, 세퍼레이터와, 전해액을 수납하는 세라믹으로 이루어진 오목상(凹狀)의 용기와, 상기 용기를 봉지하는 덮개로 이루어진 전기 이중층 캐패시터 또는 이차전지에 있어서, 정극(正極)과 용기 저부의 사이, 및 부극(負極)과 덮개의 사이를 각각 도전성 접착제로 접착하는 것이 기재되어 있다.
일본 특허 제4773133호 공보
그렇지만 특허문헌 1에 기재의 구성에서는, 정극 및 부극의 전면에 상기 도전성 접착제로 이루어진 접착층이 각각 형성되고 있기 때문에, 각 접착층의 두께분 만큼 디바이스의 두께가 커져, 용기의 박형화가 곤란하다. 한편, 전극층을 얇게 하면 축전 특성이 저하해, 접착층을 얇게 하면 소기의 목적을 달성하는 것이 곤란해진다.
이상과 같은 사정을 감안하여, 본 발명의 목적은 축전 특성을 저하시키지 않고 박화를 실현할 수 있는 전기 화학 디바이스를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 한 형태에 따른 전기 화학 디바이스는 용기와, 축전 소자와, 구조체를 구비한다.
상기 용기는 제1의 내면을 가지는 용기 본체와, 상기 제1의 내면에 대향하는 제2의 내면을 가지고 상기 용기 본체와 접합되는 덮개(蓋)를 포함한다.
상기 축전 소자는 상기 제1의 내면에 접착되는 제1의 전극층과, 상기 제2의 내면에 접착되는 제2의 전극층과, 상기 제1의 전극층과 상기 제2의 전극층의 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함한다. 상기 축전 소자는 상기 제1의 내면과 상기 제2의 내면의 사이에 협지(挾持)된다.
상기 구조체는 상기 제1 및 제2의 내면의 적어도 어느 한쪽에 설치되고, 상기 제1 및 제2의 전극층의 적어도 어느 한쪽의 내부에 적어도 일부가 매립된, 도전성 접착제의 경화물로 형성된다.
도 1은 본 발명의 제1의 실시형태에 따른 전기 화학 디바이스의 전체 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 상기 전기 화학 디바이스의 평면도이다.
도 3은 도 2에 있어서의［A］－［A］선 방향의 개략 단면도이다.
도 4는 상기 전기 화학 디바이스의 용기 본체의 평면도이다.
도 5는 상기 전기 화학 디바이스를 구성하는 세퍼레이터의 개략 평면도이며, 상기 세퍼레이터에 형성되는 박육부(薄肉部)의 한 형태를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 제2의 실시형태에 따른 전기 화학 디바이스의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 7은 제2의 실시형태에서의 용기 본체의 내부의 모습을 나타내는 개략 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제3의 실시형태에 따른 전기 화학 디바이스의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 9는 제3의 실시형태에 있어서의 용기 본체의 내부의 모습을 나타내는 개략 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제4의 실시형태에 따른 전기 화학 디바이스의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 11은 제4의 실시형태에 있어서의 용기 본체의 내부의 모습을 나타내는 개략 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제5의 실시형태에 따른 전기 화학 디바이스의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 13은 제5의 실시형태에 있어서의 용기 본체의 내부의 모습을 나타내는 개략 사시도이다.
도 14는 본 발명의 제6의 실시형태에 따른 전기 화학 디바이스의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 15는 제6의 실시형태에 있어서의 용기 본체의 내부의 모습을 나타내는 개략 사시도이다.
도 16은 본 발명의 제7의 실시형태에 따른 전기 화학 디바이스의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 17은 제7의 실시형태에 있어서의 용기 본체의 내부의 모습을 나타내는 개략 사시도이다.
도 18은 본 발명의 제8의 실시형태에 따른 전기 화학 디바이스의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 19는 제8의 실시형태에 있어서의 용기 본체의 내부의 모습을 나타내는 개략 사시도이다.
도 20은 본 발명의 제9의 실시형태에 따른 전기 화학 디바이스의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 21은 제9의 실시형태에 있어서의 용기 본체의 내부의 모습을 나타내는 개략 사시도이다.
도 22는 본 발명의 제10의 실시형태에 따른 전기 화학 디바이스의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 23은 제10의 실시형태에 있어서의 용기 본체의 내부의 모습을 나타내는 개략 사시도이다.
도 24는 본 발명의 제11의 실시형태에 따른 전기 화학 디바이스의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 25는 제1의 실시형태에 따른 전기 화학 디바이스의 구성의 변형예를 나타내는 개략 측 단면도이다.
도 26은 제8의 실시형태에 따른 전기 화학 디바이스의 구성의 변형예를 나타내는 개략 측 단면도이다.
도 27은 본 발명의 실시형태에 따른 전기 화학 디바이스의 구성의 변형예 나타내는 개략 측 단면도이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 전기 화학 디바이스는 용기와, 축전 소자와, 구조체를 구비한다.
상기 용기는 제1의 내면을 가지는 용기 본체와, 상기 제1의 내면에 대향하는 제2의 내면을 가지고 상기 용기 본체와 접합되는 덮개를 포함한다.
상기 축전 소자는 상기 제1의 내면에 접착되는 제1의 전극층과, 상기 제2의 내면에 접착되는 제2의 전극층과, 상기 제1의 전극층과 상기 제2의 전극층의 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함한다. 상기 축전 소자는 상기 제1의 내면과 상기 제2의 내면과의 사이에 협지된다.
상기 구조체는 상기 제1 및 제2의 내면의 적어도 어느 한쪽에 설치되고, 상기 제1 및 제2의 전극층의 적어도 어느 한쪽의 내부에 적어도 일부가 매립된, 도전성 접착제의 경화물로 형성된다.
상기 전기 화학 디바이스에 있어서, 구조체는 제1 및 제2의 전극층의 적어도 어느 한쪽에 매립되는 도전성 재료의 경화물로 형성되고 있기 때문에, 상기 내면과 상기 전극층의 사이의 양호한 밀착성 및 전기적 접속을 확보할 수 있다. 이것에 의해 전극층의 전면에 걸쳐서 접착층을 형성하지 않고 용기의 내면에 전극층을 접착시킬 수 있기 때문에, 축전 특성을 저하시키지 않고, 디바이스의 박형화를 실현할 수 있다.
상기 구조체는 제1의 구조체를 포함해도 좋다. 상기 제1의 구조체는 상기 제1의 내면에 설치되고, 상기 제1의 전극층의 내부에 적어도 일부가 매립되고 도전성 접착제의 경화물로 형성된다. 이것에 의해, 제1의 내면과 제1의 전극층의 사이의 양호한 밀착성 및 전기적 접속을 확보할 수 있다.
상기 구조체는 제2의 구조체를 더 포함해도 좋다. 상기 제2의 구조체는 상기 제2의 내면에 설치되고, 상기 제2의 전극층의 내부에 적어도 일부가 매립되고 도전성 접착제의 경화물로 형성된다. 이것에 의해, 제2의 내면과 제2의 전극층의 사이의 양호한 밀착성 및 전기적 접속을 확보할 수 있다.
상기 덮개는 평면적인 형상이라도 좋고, 입체적 형상을 가져도 좋다. 예를 들면, 상기 덮개는 상기 제2의 내면을 가지는 평판부와, 상기 평판부의 주위를 둘러싸는 주벽부(周壁部)와, 상기 주벽부의 주위에 설치되고, 상기 용기 본체에 접합되는 접합부를 가진다. 이것에 의해 덮개의 강도가 높아져, 용기의 내구성을 향상시킬 수 있다.
상기 용기는 제1의 단자와, 제2의 단자와, 배선부(配線部)를 더 가져도 좋다.
상기 제1의 단자는 상기 제1의 내면에 설치되고, 상기 제1의 전극층과 전기적으로 접속된다. 상기 제2의 단자는 상기 용기 본체의 외면에 설치된다. 상기 배선부는 상기 제1의 단자와 상기 제2의 단자를 전기적으로 접속한다.
이것에 의해 상기 전기 화학 디바이스를 표면 실장형 부품으로서 구성할 수 있다.
상기 제1의 단자는 상기 제1의 내면에 매립되어 있어도 좋다. 이 경우, 상기 제1의 구조체는 상기 제1의 단자를 피복 하도록 구성됨으로써, 제1의 단자를 전해액으로부터 보호하는 것이 가능해진다.
상기 용기는 상기 제1의 구조체와 상기 제1의 단자의 사이에 배치되고, 상기 제1의 전극층과 접속되는 집전층을 더 가져도 좋다. 이것에 의해 집전 효율이 높아져 디바이스의 전기적 특성의 향상을 도모할 수 있다.
상기 용기는 상기 제1의 내면과 상기 제1의 전극층의 사이에 배치되고, 상기 제1의 구조체가 관통하는 관통홀을 가지는 보조층을 더 가져도 좋다. 보조층의 두께에 의해서 제1의 전극층에 대한 제1의 선단부의 매립량을 조정할 수 있다.
상기 제1의 구조체는 제1의 돌출부와, 복수의 제2의 돌출부를 가져도 좋다.
상기 제1의 돌출부는 상기 제1의 전극층의 중앙부에 배치되고, 상기 제1의 전극층에 매립된다. 상기 복수의 제2의 돌출부는 상기 제1의 전극층의 주변부(周緣部)에 배치되고, 상기 제1의 전극층에 적어도 일부가 매립된다.
이것에 의해, 제1의 내면에 대한 제1의 전극층의 밀착성을 보다 높일 수 있다.
상기 제1의 구조체는 상기 복수의 제2의 돌출부를 상기 용기 본체의 내주면(內周面)에 각각 접속하는 접속부를 더 가져도 좋다. 이것에 의해 용기 본체에 대해서 제2의 돌출부를 강고하게 고정할 수 있다.
상기 제1 및 제2의 구조체는 상기 축전 소자의 두께 방향으로 상호 대향하도록 구성되어도 좋다. 이것에 의해 디바이스의 조립 시에 제1 및 제2의 전극층에 대해서 제1 및 제2의 선단부를 안정하게 매립할 수 있다.
상기 구성에 있어서, 상기 제1 및 제2의 구조체는 상기 축전 소자의 중앙부 에 있어서 상호 대향하도록 구성되어도 좋다. 이것에 의해 디바이스의 조립 시에 제1 및 제2의 구조체에 의한 제1 및 제2의 전극층의 압축 작용으로 전해액이 세퍼레이터의 외주 측으로 밀려 나오기 어려워져, 조립 작업성의 향상을 도모할 수 있다.
한편, 상기 구조체는 상기 제2의 내면에 설치되어도 좋다. 이 경우, 상기 구조체는 상기 제2의 전극층의 내부에 적어도 일부가 매립된다. 이것에 의해, 제2의 내면과 제2의 전극층의 사이의 양호한 밀착성 및 전기적 접속을 각각 확보할 수 있다.
이 경우, 상기 구조체는 제1의 돌출부와, 복수의 제2의 돌출부를 가져도 좋다.
상기 제1의 돌출부는 상기 제2의 전극층의 중앙부에 배치되고, 상기 제2의 전극층에 매립된다. 상기 복수의 제2의 돌출부는 상기 제2의 전극층의 주변부에 배치되고, 상기 제2의 전극층에 적어도 일부가 매립된다.
이것에 의해, 제2의 내면에 대한 제2의 전극층의 밀착성을 보다 높일 수 있다.
상기 제1 및/또는 제2의 구조체는 첨예(先銳) 형상을 가져도 좋다. 이에 따라, 제1 및/또는 제2의 전극층에 대해 구조체가 각각 용이하게 뚫리기 때문에, 이들 전극층에 각 선단부를 매립하기 쉬워져, 조립 작업성을 높일 수 있다.
상기 제1 및/또는 제2의 구조체는 상기 제1의 전극층과 상기 제2의 전극층의 사이에 협지되는 상기 세퍼레이터의 영역 내에 해당 영역의 주변부보다 두께가 얇은 박육부를 형성하도록 구성되어도 좋다.
세퍼레이터의 박육부는 다른 영역보다 고밀도이기 때문에, 모세관 현상에 의해 전해액은 박육부에 모여, 박육부의 보액량이 높아진다. 따라서, 예를 들면 장기 사용에 의한 전해액의 분해에 의해서 용기 내의 전해액량이 저하했을 경우에도, 세퍼레이터의 박육부에 전해액을 집약할 수 있기 때문에, 장기에 걸치는 디바이스의 안정한 동작을 확보할 수 있다.
또 박육부는 제1의 전극층과 제2의 전극층의 사이에 협지되는 세퍼레이터의 영역의 주변부보다 작은 두께로 형성되기 때문에, 용기 본체에의 덮개의 접합시에 상기 영역의 외측으로 밀려 나오는 전해액의 양을 저감할 수 있다. 이것에 의해 용기 본체와 덮개의 접합부에의 전해액의 침입이나 협잡(挾雜)을 억제할 수 있기 때문에, 안정한 접합 작업성을 확보할 수 있어 생산 효율을 높일 수 있다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태를 설명한다.
＜제1의 실시형태＞
［전체 구성］
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전기 화학 디바이스의 전체 구성을 나타내는 사시도, 도 2는 상기 전기 화학 디바이스의 평면도이다. 도 3은 도 2에 있어서의［A］－［A］선 방향의 개략 단면도이다. 각 도에 있어서 X, Y 및 Z축은 상호 직교하는 3축 방향을 나타낸다.
본 실시형태의 전기 화학 디바이스(101)는 X축 방향에 폭 방향, Y축 방향에 길이 방향, Z축 방향에 높이 방향을 가지고, 예를 들면, X축 방향에 따른 폭 치수는 2.5 mm, Y축 방향에 따른 길이 치수는 3.2 mm, Z축 방향에 따른 높이 치수는 0.9 mm로 한다.
본 실시형태의 전기 화학 디바이스(101)는 용기(10)와, 용기(10)의 내부에 전해액(30)과 함께 봉입된 축전 소자(20)를 가진다. 전기 화학 디바이스(101)는 충방전 가능한 전기 이중층 캐패시터 혹은 이차전지로서 구성된다. 전기 화학 디바이스(101)는, 예를 들면 전자 기기의 백업 전원 등으로서 사용된다. 전기 화학 디바이스(101)는 도시하지 않는 전자 기기의 회로 기판 상에 리플로우 납땜법 등에 의해 실장되는 것이 가능한 표면 실장형 부품으로서 구성된다.
(용기)
용기(10)는 직방체로 형성되고, 용기 본체(11)와, 덮개(12)와, 실 링(13)을 가진다. 용기(10)는 실 링(13)을 사이에 두고 용기 본체(11)와 덮개(12)를 상호 접합하는 것으로 구성된다.
도 4는 용기 본체(11)의 평면도이다. 용기 본체(11)는 세라믹스 등의 절연 성 재료로 이루어지고, 전체가 약(略) 직방체로 형성되고 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이 용기 본체(11)의 상면(11a)에는 평면적인 저면(14a)(제1의 내면)과 4개의 측면(14b)을 가지는 직방체 형상의 오목부(凹部)(14)가 형성되고 있다. 오목부(14)는 덮개(12)로 피복됨으로써, 축전 소자(20) 및 전해액(30)을 수용하는 액실(40)을 구성한다.
덮개(12)는 오목부(14)를 피복 하도록 용기 본체(11)의 상면(11a)에 접합되는 약 구형(矩形)의 판재로 구성된다. 덮개(12)는 액실(40)에 대향하는 평면적인 내면(12a)(제2의 내면)을 가지는 판재로 형성되고, 예를 들면 그 X축 방향에 따른 폭치수는 2.2 mm, Y축 방향에 따른 길이 치수는 2.9 mm, Z축 방향에 따른 두께 치수는 0.14 mm로 한다.
본 실시형태에 있어서 덮개(12)는 4변의 주변부가 중앙부보다 용기 본체(11) 측으로 단이 내려간 형상을 가진다. 덮개(12)는 상기와는 반대로, 상기 주변부보다 중앙부가 용기 본체(11) 측으로 단이 내려간 형상이라도 좋고, 주변부 및 중앙부가 동일 평면이 되는 평탄한 형상으로 형성되어도 좋다.
덮개(12)는 각종 금속 등의 도전성 재료로 이루어지고, 예를 들면 코바르(Fe(철)－Ni(니켈)－Co(코발트) 합금)로 구성된다. 또 덮개(12)는 전해 부식을 방지하기 위해, 코바르 등의 모재가 Ni, Pt(백금), Ag(은), Au(금) 혹은 Pd(팔라듐) 등의 내식성이 높은 금속으로 이루어진 피막에 의해서 피복된 크래드재로 구성되어도 좋다.
실 링(13)은 금속제의 링 부재로 구성되고 오목부(14)를 둘러싸도록 용기 본체(11)의 상면(11a)과 덮개(12)의 사이에 배치된다. 실 링(13)은 덮개(12)와 같이 코바르로 형성되지만, 이외의 금속 재료가 이용되어도 좋다. 실 링(13)이 덮개(12)와 동종 혹은 동일한 재료로 구성됨으로써, 양자 사이에 있어서의 열팽창률 차에 기인하는 열 응력의 발생을 저감 할 수 있다.
덮개(12)는 오목부(14)에 축전 소자(20)가 배치되고 전해액(30)이 주입된 후, 실 링(13)을 개재시켜 용기 본체(11)에 접합된다. 이것에 의해 용기(10)의 내부에 밀폐된 액실(40)이 형성된다. 덮개(12)는 용기 본체(11)에 대해서 레이저 용접법에 따라 접합되지만, 이외에도 심 용접법 등의 다른 용접 기술 혹은 접합 기술이 채용되어도 좋다.
용기 본체(11)는 복수매의 세라믹스 시트를 적층해 소성함으로써 제작된다. 오목부(14)는, 예를 들면 개구부를 가지는 단수 또는 복수의 세라믹스 시트를 적층하는 것으로 형성된다. 용기 본체(11)는 액실(40)에 수용된 축전 소자(20)의 정전극층(21)과 전기적으로 접속되는 정극 배선(15)과, 축전 소자(20)의 부전극층(22)과 전기적으로 접속되는 부극 배선(16)을 가진다.
정극 배선(15)은 오목부(14)의 저면(14a)에 매립된 비어(15a)(제1의 단자)와, 외부 정극 단자(15b)(제2의 단자)와, 층간 배선부(15c)를 가진다. 비어(15a)는 오목부(14)의 저면(14a)에 설치되고, 축전 소자(20)의 정전극층(21)과 전기적으로 접속된다. 외부 정극 단자(15b)는 용기 본체(11)의 외면에 설치된다. 본 실시형태에서는 용기 본체(11)의 한쪽 측의 측면(11c)으로부터 하면(11b)에 걸쳐 외부 정극 단자(15b)가 형성되고 있다.
비어(15a)는 오목부(14)의 저면(14a)을 형성하는 세라믹스 시트에 형성되고, 외부 정극 단자(15b)는 용기 본체(11)의 저부를 형성하는 세라믹스 시트의 주위면 및 이면에 형성된다. 층간 배선부(15c)는 복수의 세라믹스 시트의 층간에 형성된다. 비어(15a), 외부 정극 단자(15b) 및 층간 배선부(15c)는 각종 금속 등의 도전성 재료로 구성되고, 예를 들면 텅스텐(W) 혹은 그 위에 Ni, Au 등이 형성된 적층막으로 형성된다.
비어(15a)는 오목부(14)의 저면(14a)의 약 중앙부에 배치된다. 비어(15a)는 단수라도 좋고 복수라도 좋다. 본 실시형태에서는, 비어(15a)는 저면(14a)의 약 중앙의 3개소에 형성되고 있고, 각 비어(15a)를 각각 외부 정극 단자(15b)에 접속하는 복수의 층간 배선부(15c)가 설치되고 있다. 또한 층간 배선부(15c)는 각 비어(15a)에 공통의 단일의 배선부에서 형성되어도 좋다.
부극 배선(16)은 접속 배선부(16a)와, 외부 부극 단자(16b)와, 층간 배선부(16c)를 가진다. 접속 배선부(16a)는 축전 소자(20)의 부전극층(22)과 전기적으로 접속되고, 외부 부극 단자(16b)는 용기 본체(11)의 외면에 설치된다. 본 실시형태에서는 용기 본체(11)의 다른 한쪽 측의 측면(11d)으로부터 하면(11b)에 걸쳐 외부 부극 단자(16b)가 형성되고 있다.
접속 배선부(16a)는 용기 본체(11)의 측벽 내부에 형성되고 용기 본체(11)의 상면(11a)에 배치된 실 링(13)과 전기적으로 접속된다. 즉 접속 배선부(16a)는 실 링(13), 덮개(12), 및, 후술하는 제2의 구조체(52)를 개재시켜 부전극층(22)과 전기적으로 접속된다. 접속 배선부(16a)를 대신하여 용기 본체(11)의 측벽 내부를 개재시켜 실 링(13)과 외부 부극 단자(16b) 또는 층간 배선부(16c)의 사이를 접속하는 비어가 형성되어도 좋다. 접속 배선부(16a), 외부 부극 단자(16b) 및 층간 배선부(16c)는 각종 금속 등의 도전성 재료로 구성되고, 예를 들면 텅스텐(W) 혹은 그 위에 Ni, Au 등이 형성된 적층막으로 형성된다.
(축전 소자)
축전 소자(20)는 정전극층(21)(제1의 전극층)과, 부전극층(22)(제2의 전극층)과, 세퍼레이터(23)를 가진다.
정전극층(21)은 활(活)물질을 포함하는 구형 또는 원형의 시트로 구성된다. 활물질로서는, 예를 들면 활성탄, PAS(Polyacenic Semiconductor：폴리아센계 유기 반도체) 등을 들 수 있다. 이하, 정전극층(21)에 포함되는 활물질을 정극 활물질이라고 한다. 전기 이중층에 의해서 정극 활물질과 전해액의 사이에 캐패시터가 형성되고, 소정의 정전용량［F］이 발생한다. 정전극층(21)의 정전용량은 정극 활물질의 양［g］, 정극 활물질의 표면적［㎡/g］및 정극 활물질의 비용량［F/㎡］의 곱에 의해서 규정된다.
정전극층(21)은 구체적으로는 정극 활물질 입자(예를 들면 활성탄 입자), 도전 보조제(예를 들면 켓첸 블랙) 및 바인더(예를 들면 PTFE(Polytetrafluoroethylene))의 혼합물을 압연하여 시트상으로 형성하고, 그것을 소정 사이즈로 재단하는 것으로 제작된다. 이와 같이 하여 제작된 정전극층(21)은 오목부(14)의 저면(14a)과 덮개(12)의 내면(12a)의 사이에 협지됨으로써, 적당히 압축 변형이 가능하다. 일례로서 정전극층(21)은 0.2 mm의 두께로 형성된다.
부전극층(22)은 정전극층(21)과 같이 활물질을 포함하는 구형 또는 원형의 시트로 구성된다. 이하, 부전극층(22)에 포함되는 활물질을 부극 활물질이라고 한다. 부극 활물질은 정극 활물질과 동일한 물질로 할 수 있고, 정극 활물질이 활성탄인 경우에는 부극 활물질도 활성탄이 이용된다. 부전극층(22)에 있어서도, 부극 활물질 표면에 전해질 이온이 흡착되어 전기 이중층이 형성된다. 부전극층(22)의 정전용량［F］도, 부극 활물질의 양［g］, 부극 활물질의 표면적［㎡/g］및 부극 활물질의 비용량［F/㎡］의 곱에 의해서 규정된다. 부극 활물질은 정극 활물질과 동일한 물질이므로, 비용량도 동일하다.
부전극층(22)도 정전극층(21)과 같이, 부극 활물질 입자(예를 들면 활성탄 입자), 도전 조제(예를 들면 켓첸 블랙) 및 바인더(예를 들면 PTFE(Polytetrafluoroethylene))의 혼합물을 압연하여 시트상으로 형성하고, 그것을 소정 사이즈로 재단하는 것으로 제작된다. 이와 같이 하여 제작된 부전극층(22)은 오목부(14)의 저면(14a)과 덮개(12)의 내면(12a)의 사이에 협지됨으로써, 적당히 압축 변형이 가능하다. 일례로서 부전극층(22)은 0.2 mm의 두께로 형성된다.
세퍼레이터(23)는 정전극층(21)과 부전극층(22)의 사이에 배치되고 전해액(30)을 보지(保持) 가능한 절연 재료로 구성된다. 세퍼레이터(23)는 그 두께 방향으로 이온이 통과 가능한 다공성의 재료로 이루어지고, 예를 들면 폴리올레핀계의 유기 재료나 부직포 등으로 구성된다. 본 실시형태에서는, 유리 섬유를 포함하는 부직포로 구성되지만, 이외에도, 셀룰로오스 섬유, 플라스틱 섬유 등의 다른 섬유재의 부직포로 구성되어도 좋다. 세퍼레이터(23)의 두께는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 0.05~0.2 mm의 두께로 한다.
세퍼레이터(23)는 정전극층(21) 및 부전극층(22)보다 큰 약 구형으로 형성된다. 세퍼레이터(23)는 정전극층(21)에 접촉하는 제1의 표면(231)과 부전극층(22)에 접촉하는 제2의 표면(232)을 가진다. 세퍼레이터(23)는 두께 방향으로 압축 변형이 가능하고, 정전극층(21)과 부전극층(22)의 사이에 적당히 압축 변형한 상태로 액실(40)에 수용된다. 이것에 의해 정전극층(21)과 부전극층(22)의 사이의 내부 저항이 경감된다.
전해액(30)은 특별히 한정되지 않고, 임의의 전해질 재료가 적용 가능하다. 전해액(30)은, 예를 들면 BF4 -(4 불화 붕소 이온)를 포함한 4급 암모늄염 용액, 구체적으로는, 5-아조니아 스피로［4.4］노난-BF4나 에틸메틸 이미다졸륨 노난-BF4의 용액이 적용 가능하다.
［구조체］
본 실시형태의 전기 화학 디바이스(101)는 축전 소자(20)를 압축 변형시킴으로써 정전극층(21)과 부전극층(22)의 사이에 협지되는 세퍼레이터(23)의 영역 내에 해당 영역의 주변부보다 두께가 얇은 박육부(23a)를 형성하는 구조체(50)를 가진다.
본 실시형태에 있어서 구조체(50)는 오목부(14)의 저면(14a)에 설치된 제1의 구조체(51)와, 덮개(12)의 내면(12a)에 설치된 제2의 구조체(52)를 포함한다.
제1의 구조체(51)는 오목부(14)의 저면(14a) 상에 섬상(島狀)으로 형성되고, 저면(14a)으로부터 축전 소자(20)(정전극층(21))로 향해 돌출하도록 구성된다. 제2의 구조체(52)는 덮개(12)의 내면(12a) 상에 섬상으로 형성되고, 내면(12a)으로부터 축전 소자(20)(부전극층(22))로 향해 돌출하도록 구성된다.
제1 및 제2의 구조체(51, 52)는 각각, 정전극층(21) 및 부전극층(22)보다 경질의 재료로 형성되고 있다. 제1의 구조체(51)는 정전극층(21)의 내부에 매립되고, 제2의 구조체(52)는 부전극층(22)의 내부에 매립되고 있다.
제1의 구조체(51)는 그 전체가 정전극층(21)의 내부에 매립되어 있을 필요는 없고, 적어도 일부가 정전극층(21) 내에 매립되어 있으면 좋다. 마찬가지로, 제2의 구조체(52)는 그 전체가 부전극층(22)의 내부에 매립되어 있을 필요는 없고, 적어도 일부가 부전극층(22) 내에 매립되어 있으면 좋다.
제1 및 제2의 구조체(51, 52)는 액실(40) 내에서 축전 소자(20)를 두께 방향(Z축 방향)에 압축 변형시킴으로써, 세퍼레이터(23)에 박육부(23a)를 형성한다. 본 실시형태에 있어서 제1 및 제2의 구조체(51, 52)는 Z축 방향으로 상호 대향하도록 오목부(14)의 저면(14a)과 덮개(12)의 내면(12a)에 각각 설치되고 있다. 이 때문에 제1 및 제2의 구조체(51, 52)에 의해 축전 소자(20)는 그 양면으로부터 압축 변형을 받아 세퍼레이터(23)에는 단일의 박육부(23a)가 형성된다.
박육부(23a)의 두께는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 5 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하로 한다. 이 경우, 박육부(23a)와 세퍼레이터(23)의 최외주부의 두께의 차이는, 예를 들면 10 ㎛ 이상 150 ㎛ 이하로 한다.
제1 및 제2의 구조체(51, 52)는 각각 도전성 접착제의 경화물로 형성된다. 이것에 의해 정전극층(21)과 비어(15a)의 사이, 및 부전극층(22)과 덮개(12)의 사이의 안정한 전기적 접속을 확보할 수 있다. 또 제1 및 제2의 구조체(51, 52)는 정전극층(21) 및 부전극층(22)의 내부에 각각 매립되어 있기 때문에, 제1의 구조체(51)와 정전극층(21)의 사이, 및 제2의 구조체(52)와 부전극층(22)의 사이의 강고한 접착 상태가 확보된다.
제1의 구조체(51)는 정전극층(21)을 오목부(14)의 저면(14a)에 접착함과 동시에 양자를 전기적으로 접속하는 정극 접착층을 구성한다. 제1의 구조체(51)는 오목부(14)의 저면(14a)과 정전극층(21)의 사이의 일부의 영역에 형성되고, 본 실시형태에서는 도 4에 나타낸 바와 같이 3개의 비어(15a)를 피복하는 크기로 형성된다. 이것에 의해 비어(15a)는 전해액(30)과의 접촉에 의한 부식으로부터 보호된다.
제1의 구조체(51)를 구성하는 도전성 접착제에는 도전성 입자를 함유하는 합성 수지 재료가 이용된다. 도전성 입자로서는 도전성, 화학적 안정성이 높은 것이 바람직하고, 예를 들면 그래파이트 입자가 이용된다. 도전성 입자를 함유하는 합성 수지 재료로서는, 전해액에 대한 팽윤성이 작고, 내열성 및 화학적 안정성이 높은 것이 바람직하고, 예를 들면 페놀 수지가 이용된다.
제1의 구조체(51)는 원형의 돔상으로 형성된다. 이것에 의해 정전극층(21)을 개재시켜 세퍼레이터(23)에 박육부(23a)를 안정하게 형성할 수 있다. 제1의 구조체(51)는 정전극층(21)에 매립함으로써 정전극층(21)을 개재시켜 세퍼레이터(23)의 제1의 표면(231)을 국소적으로 압축하고, 해당 제1의 표면(231)에 압축 자국(痕)으로서 소정 깊이의 딤플(D1)을 형성한다. 딤플(D1)은 정전극층(21)과 부전극층(22)의 사이에 협지되는 세퍼레이터(23)의 영역 내에 해당 영역의 주변부로부터 이간해 형성되어 박육부(23a)의 일부를 구성한다.
제1의 구조체(51)의 형성 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 스크린 인쇄법, 포팅법 등의 여러 가지의 도포법을 이용할 수 있다. 제1의 구조체(51)가 돔상으로 형성됨으로써, 정전극층(21)에 과대한 스트레스를 인가하지 않고, 소망한 크기의 박육부(23a)를 형성할 수 있다.
제1의 구조체(51)의 높이는 특별히 한정되지 않고, 액실(40)의 높이, 정전극층(21)의 두께나 탄성율, 박육부(23a)의 두께 등에 따라 적당히 설정 가능하고, 예를 들면 10 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하로 한다. 두께가 10 ㎛ 미만의 경우, 박육부(23a)의 형성이 곤란하고, 두께가 100 ㎛를 넘으면, 정전극층(21)에 과잉인 스트레스를 주어 정전극층(21)의 파손을 부를 우려가 있다.
한편, 제2의 구조체(52)는 부전극층(22)을 덮개(12)의 내면(12a)에 접착함과 동시에 양자를 전기적으로 접속하는 부극 접착층을 구성한다. 제2의 구조체(52)는 덮개(12)의 내면(12a)과 부전극층(22)의 사이의 일부의 영역에 형성된다. 제2의 구조체(52)를 구성하는 도전성 접착제에는 제1의 구조체(51)과 같이 도전성 입자를 함유하는 합성 수지 재료가 이용된다. 이 합성 수지 재료에는, 제1의 구조체(51)를 구성하는 도전성 접착제와 동종의 또는 이종의 도전성 접착제를 이용할 수 있다.
제2의 구조체(52)도 또한 제1의 구조체(51)과 같이 원형의 돔상으로 형성된다. 이것에 의해 부전극층(22)을 개재시켜 세퍼레이터(23)에 박육부(23a)를 안정하게 형성할 수 있다. 제2의 구조체(52)는 부전극층(22)에 매립함으로써 부전극층(22)을 개재시켜 세퍼레이터(23)의 제2의 표면(232)을 국소적으로 압축하고, 해당 제2의 표면(232)에 압축 자국으로서 소정 깊이의 딤플(D2)을 형성한다. 딤플(D2)은 정전극층(21)과 부전극층(22)의 사이에 협지되는 세퍼레이터(23)의 영역내에 해당 영역의 주변부로부터 이간해 형성되어 박육부(23a)의 일부를 구성한다.
제2의 구조체(52)의 형성 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 스크린 인쇄법, 포팅법 등의 여러 가지의 도포법을 이용할 수 있다. 제2의 구조체(52)가 돔상으로 형성됨으로써, 부전극층(22)에 과대한 스트레스를 인가하지 않고, 소망한 크기의 박육부(23a)를 형성할 수 있다.
제2의 구조체(52)의 높이는 특별히 한정되지 않고, 액실(40)의 높이, 부전극층(22)의 두께나 탄성율, 박육부(23a)의 두께 등에 따라 적당히 설정 가능하고, 예를 들면 10 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하로 한다. 두께가 10 ㎛ 미만의 경우, 박육부(23a)의 형성이 곤란하고, 두께가 100 ㎛를 넘으면, 부전극층(22)에 과잉인 스트레스를 주어 부전극층(22)의 파손을 부를 우려가 있다.
본 실시형태에 있어서 제2의 구조체(52)의 형상, 크기, 높이는, 제1의 구조체(51)의 그들과 동등해지도록 형성되고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들면 형상, 크기 및 높이가 적어도 1개가 제1의 구조체(51)의 그것과 다르도록 형성되어도 좋다.
도 5는 박육부(23a)가 형성된 세퍼레이터(23)의 평면도이다. 도에 있어서 해칭(hatching)으로 나타내는 영역(C)은 정전극층(21)과 부전극층(22)의 사이에 협지되는 세퍼레이터(23)의 영역을 나타내고 있고, 도트상의 영역은 박육부(23a)를 나타내고 있다. 제1 및 제2의 구조체(51, 52)는 오목부(14)의 저면(14a) 및 덮개(12)의 내면(12a)에 각각 섬상으로 형성되고 있고, 도 5에 나타낸 바와 같이 영역(C) 내에서 영역(C)의 주변부(Ca)로부터 이간한 위치에 박육부(23a)를 형성한다.
［본 실시형태의 작용］
이상과 같이 구성되는 본 실시형태의 전기 화학 디바이스(101)에 있어서는, 제1 및 제2의 구조체(51, 52)는 정전극층(21) 및 부전극층(22)에 각각 매립되고 도전성 재료의 경화물로 형성되고 있다. 이것에 의해, 정전극층(21)과 오목부(14)의 저면(14a)(비어(15a))의 사이, 및, 부전극층(22)과 덮개(12)의 내면(12a)의 사이의 양호한 밀착성 및 전기적 접속을 확보할 수 있다.
따라서 본 실시형태에 의하면, 양전극층의 전면에 걸쳐서 접착층을 형성하지 않고 용기의 각 내면에 각 전극층을 접착시킬 수 있기 때문에, 전기 화학 디바이스(101)의 두께를 저감할 수 있다. 또, 전극층의 두께를 저감하지 않고 디바이스의 박형화를 실현할 수 있기 때문에, 디바이스의 축전 특성의 저하를 방지할 수 있다.
또 본 실시형태에 있어서 박육부(23a)는 딤플(D1)과 딤플(D2)을 포함하고, 제1 및 제2의 구조체(51,52)에 의해 압축 변형을 받아 형성된다. 따라서 박육부(23a)는 영역(C)의 주변부(Ca)에서의 두께보다 얇고, 딤플(D1,D2)의 형상에 대응 하도록 중심부로 향해 두께가 서서히 작아지는 형태를 가진다.
상술한 바와 같이 세퍼레이터(23)는 조립 시(봉지 시)에 있어서 두께 방향으로 소정량 압축된다. 이 때, 박육부(23a)는 제1 및 제2의 구조체(51, 52)에 의해 영역(C) 내의 다른 영역보다 큰 압축 변형을 받지만, 박육부(23a)는 영역(C)의 주변부(Ca)로부터 세퍼레이터(23)의 중심 측에 이간한 위치에 설치되고 있기 때문에, 박육부(23a)가 형성될 때에 영역(C)의 외측으로 향해 밀려 나오는 전해액의 양을 억제하는 것이 가능해진다. 이것에 의해 용기 본체(11)와 덮개(12)의 접합부에의 전해액(30)의 침입이나 협잡을 억제할 수 있기 때문에, 안정한 접합 작업성을 확보할 수 있어 생산 효율을 높일 수 있다.
또 세퍼레이터(23)는 유리 섬유를 포함하는 부직포로 구성된다. 따라서 박육부(23a)는 세퍼레이터(23)의 다른 영역보다 고밀도가 되어, 모세관 현상에 의해 박육부(23a)에 전해액(30)이 모이는 것으로 보액량이 높아진다. 따라서, 예를 들면 장기 사용에 의한 전해액의 분해에 의해서, 용기(10) 내의 전해액 양이 저하했을 경우에도, 세퍼레이터(23)의 박육부(23a)에 전해액을 집약할 수 있기 때문에, 전기 화학 디바이스(101)가 장기에 걸쳐 안정한 동작을 확보할 수 있다.
＜제2의 실시형태＞
도 6은 본 발명의 제2의 실시형태에 따른 전기 화학 디바이스의 구성을 나타내는 개략 단면도이다. 이하, 제1의 실시형태와 다른 구성에 대해 주로 설명하고, 상술한 제1의 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여 그 설명을 생략 또는 간략화한다.
본 실시형태의 전기 화학 디바이스(102)에 있어서는, 정극 배선(25)의 구성과, 제1 및 제2의 구조체(501,502)의 형태가 제1의 실시형태와 다르다.
본 실시형태에 있어서 정극 배선(25)은 정전극층(21)과 오목부(14)의 저면(14a)의 사이에 배치된 배선층(25a)과, 용기 본체(11)의 측면(11c)으로부터 하면(11b)에 걸쳐 형성된 외부 정극 단자(25b)를 가진다. 배선층(25a)은 용기 본체(11)의 측면(11c)를 형성하는 측벽을 관통하도록 외부에 나타내는 외부 정극 단자(25b)에 접속된다.
제1의 구조체(501)는 배선층(25a)를 개재시켜 오목부(14)의 저면(14a)에 설치되고, 제2의 구조체(502)는 제1의 구조체(501)와 대향하도록 덮개(12)의 내면(12a)에 설치되고 있다. 제1의 구조체(501)는 정전극층(21)의 내부에 매립되고 제2의 구조체(502)는 부전극층(22)의 내부에 매립되고 있다.
도 7은 용기 본체(11)의 내부의 모습을 나타내는 개략 사시도이다. 제1 및 제2의 구조체(501,502)는 각각 도전성 접착제의 경화물로 형성된다. 제1 및 제2의 구조체(501,502)는 각각 약 원추(円錐)형상을 가지고 있고, 각각 정전극층(21) 및 부전극층(22)의 약 중앙부를 뚫리도록 하여 각 전극층(21,22)의 내부에 매립되어 있다.
제1 및 제2의 구조체(501,502)가 약 원추 형상을 가지기 때문에, 제1 및 제2의 구조체(501,502)를 정전극층(21) 및 부전극층(22)에 용이하게 매립할 수 있는 것과 동시에, 용기(10)의 내면(14a, 12a)에 대한 축전 소자(20)(정전극층(21), 부전극층(22))의 상대 이동을 규제할 수 있다.
제1 및 제2의 구조체(501,502)의 형상은 원추 형상에 한정되지 않고, 각뿔 등의 다른 첨예 형상이어도 좋다. 또 제1 및 제2의 구조체(501,502)는 어스펙트비(높이와 저면의 지름과의 비)가 비교적 높은 주상(柱狀)(원주, 각주)으로 형성되어도 좋고, 선단부가 날카로워진 주상으로 형성되어도 좋다. 혹은, 제1 및 제2의 구조체(501,502)는 어스펙트비가 비교적 낮은 형상의 것이어도 좋고, 전극층(21,22)의 내부에 적어도 일부를 매립할 수 있는 형태이면, 형상은 특별히 한정되지 않는다.
이상과 같이 구성되는 본 실시형태의 전기 화학 디바이스(102)에 있어서도, 상술한 제1의 실시형태와 같은 작용을 얻을 수 있다. 또 본 실시형태에 있어서는, 정전극층(21)과 부전극층(22)의 사이에 협지되는 세퍼레이터(23)의 영역 내에, 제1의 실시형태에서 설명한 바와 같은 박육부(23a)가 형성되어도 좋고, 형성되어 있지 않아도 좋다(이하의 실시형태에 있어서도 동일함).
＜제3의 실시형태＞
도 8은 본 발명의 제3의 실시형태에 따른 전기 화학 디바이스의 구성을 나타내는 개략 단면도, 도 9는 그 용기 본체의 내부의 모습을 나타내는 개략 사시도이다. 이하, 상기 각 실시형태와 다른 구성에 대해 주로 설명하고, 상기 각 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여 그 설명을 생략 또는 간략화한다.
본 실시형태의 전기 화학 디바이스(103)는 용기(10)를 구성하는 덮개(120)의 구성이 상술한 제1의 실시형태와 다르다. 즉 본 실시형태에 있어서 덮개(120)는 동일한 두께의 금속판을 중앙부가 바깥쪽으로 돌출하도록 구부려 형성된 프레스 성형체로 구성된다.
덮개(120)는 평판부(121)와, 주벽부(122)와, 접합부(123)를 가진다. 평판부(121)는 부전극층(22)과 접착되는 내면(12a)을 가진다. 주벽부(122)는 부전극층(22)의 주위 면에 대향하도록 평판부(121)의 주위를 둘러싸도록 구형 환상으로 형성된다. 접합부(123)는 주벽부(122)의 주위에 구형 환상으로 설치되고, 용기 본체(11)에 실 링(13)을 개재시켜 접합된다.
한편, 본 실시형태의 전기 화학 디바이스(103)는 상술한 제1의 실시형태와 같은 구성의 정극 배선(15)과, 상술한 제2의 실시형태와 같은 구성의 제1 및 제2의 구조체(501,502)를 가진다. 제1의 구조체(501)는 오목부(14)의 저면으로부터 노출하는 비어(15a)를 피복 하도록 형성되어 비어(15a)를 전해액(30)으로부터 보호 하는 기능을 완수한다.
이상과 같이 구성되는 본 실시형태의 전기 화학 디바이스(103)에 있어서도, 제1의 실시형태와 같은 작용을 얻을 수 있다. 본 실시형태에 있어서는, 덮개(120)가 평면적이 아니고 입체적으로 형성되고 있기 때문에, 덮개(120)의 강도가 높아져, 이것에 의해 용기(10)의 내구성을 향상시킬 수 있다. 이러한 덮개(120)의 구성은 제1 및 제2의 실시형태에 대해서도 동일하게 적용 가능하다.
＜제4의 실시형태＞
도 10은 본 발명의 제4의 실시형태에 따른 전기 화학 디바이스의 구성을 나타내는 개략 단면도, 도 11은 그 용기 본체의 내부의 모습을 나타내는 개략 사시도이다. 이하, 상기 각 실시형태와 다른 구성에 대해 주로 설명하고, 상기 각 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여 그 설명을 생략 또는 간략화한다.
본 실시형태의 전기 화학 디바이스(104)는 용기 본체(11)의 오목부(14)의 저면(14a)과 정전극층(21)의 사이에 스페이서(31)(보조층)가 설치되고 있는 관점에서 상술한 각 실시형태와 다르다.
스페이서(31)는 제1의 구조체(501)가 관통하는 관통홀(31a)을 가진다. 관통홀(31a)은 제1의 구조체(501)의 외주 형상에 대응하는 형상으로 형성되고 있고, 제1의 구조체(501)가 관통홀(31a)의 주벽(周壁)에 지지를 받고 있다. 또, 스페이서(31)는 오목부(14)의 저면(14a)의 내주 형상에 대응하는 형상으로 형성되고 있어 스페이서(31)의 주변이 오목부(14)의 각 측면(14b)에 지지를 받고 있다.
스페이서(31)는 도전성 재료로 형성되어도 좋고, 전기 절연성 재료로 형성되어도 좋다. 스페이서(31)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 정전극층(21)에 대한 제1의 구조체(501)의 매립 구조를 확보하기 때문에, 스페이서(31)의 두께는 제1의 구조체(501)의 높이보다 낮게 할 필요가 있다.
이상과 같이 구성되는 본 실시형태의 전기 화학 디바이스(104)에 있어서도, 제1의 실시형태와 같은 작용을 얻을 수 있다. 본 실시형태에 있어서는, 제1의 구조체(501)의 주위에 스페이서(31)가 설치되고 있기 때문에, 용기 본체(11)에 대한 제1의 구조체(501)의 접합 강도를 높일 수 있다. 또, 스페이서(31)의 두께에 따라, 정전극층(21)에 대한 제1의 구조체(501)의 매립 깊이를 조정할 수 있고, 또 축전 소자(20)의 두께의 격차나 오목부(14)의 깊이의 불균형을 흡수해 디바이스의 품질 안정화를 도모할 수 있다.
＜제5의 실시형태＞
도 12는 본 발명의 제5의 실시형태에 따른 전기 화학 디바이스의 구성을 나타내는 개략 단면도, 도 13은 그 용기 본체의 내부의 모습을 나타내는 개략 사시도이다. 이하, 상기 각 실시형태와 다른 구성에 대해 주로 설명하고, 상기 각 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여 그 설명을 생략 또는 간략화한다.
본 실시형태의 전기 화학 디바이스(105)는 용기 본체(11)의 오목부(14)의 저면(14a)과 정전극층(21)의 사이에 스페이서(32)(보조층)가 설치되고 있는 관점에서, 상술한 제4의 실시형태와 공통되지만, 제1의 구조체(501)가 관통하는 관통홀(32a)의 크기가 다르다. 즉 본 실시형태에 있어서는, 제1의 구조체(501)가 관통하는 스페이서(32)의 관통홀(32a)은 제1의 구조체(501)보다 크게 형성되고 있다. 관통홀(32a)은 구형으로 형성되지만, 원형 그 외의 기하학적 형상이라도 좋다.
본 실시형태에 의하면, 제4의 실시형태와 같이 스페이서(32)의 두께에 따라서 정전극층(21)에 대한 제1의 구조체(501)의 매립 깊이를 조정할 수 있고, 또 축전 소자(20)의 두께의 격차나 오목부(14)의 깊이의 불균형을 흡수하고 디바이스의 품질 안정화를 도모할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 의하면, 스페이서(32)의 관통홀(32a)이 제1의 구조체(501)보다 크게 형성되고 있기 때문에, 스페이서(32)와 제1의 구조체(501)의 사이의 고정밀한 위치 맞춤이 불필요해져, 스페이서(32) 혹은 제1의 구조체(501)를 용이하게 형성할 수 있다.
＜제6의 실시형태＞
도 14는 본 발명의 제6의 실시형태에 따른 전기 화학 디바이스의 구성을 나타내는 개략 단면도, 도 15는 그 용기 본체의 내부의 모습을 나타내는 개략 사시도이다. 이하, 상기 각 실시형태와 다른 구성에 대해 주로 설명하고, 상기 각 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여 그 설명을 생략 또는 간략화한다.
본 실시형태의 전기 화학 디바이스(106)는 정극 배선(15)의 비어(15a)와 정전극층(21)의 사이에 집전층(33)이 설치되고 있는 관점에서 상술한 각 실시형태와 다르다.
집전층(33)은 제1의 구조체(501)와 정극 배선(15)의 비어(15a)의 사이에 설치된 도전체로 구성되고, 본 실시형태에서는 알루미늄 등의 전해액(30)에 대해서 내성이 있는 금속 재료로 구성된다.
집전층(33)은 오목부(14)의 저면(14a)으로부터 노출하는 비어(15a)를 피복 해, 비어(15a)를 전해액(30)과의 접촉으로부터 보호한다. 집전층(33)은 저면(14a) 상에 정전극층(21)보다 넓은 면적으로 형성됨으로써, 집전 효율을 높일 수 있다. 제1의 구조체(501)는 집전층(33) 상에 형성되고, 정전극층(21)의 내부에 매립되어 있다.
이상과 같이 구성되는 본 실시형태의 전기 화학 디바이스(106)에 있어서도, 제1의 실시형태와 같은 작용을 얻을 수 있다. 집전층(33)의 구성은 본 실시형태에 한정되지 않고, 상술한 각 실시형태에 있어서도 동일하게 적용되어도 좋다.
＜제7의 실시형태＞
도 16은 본 발명의 제7의 실시형태에 따른 전기 화학 디바이스의 구성을 나타내는 개략 단면도, 도 17은 그 용기 본체의 내부의 모습을 나타내는 개략 사시도이다. 이하, 상기 각 실시형태와 다른 구성에 대해 주로 설명하고, 상기 각 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여 그 설명을 생략 또는 간략화한다.
본 실시형태의 전기 화학 디바이스(107)는 이하와 같이 제1의 구조체(510) 및 제2의 구조체(520)의 구성이 상술한 각 실시형태와 다르다.
제1의 구조체(510)는 오목부(14)의 저면(14a)과 정전극층(21)의 사이에 배치된다. 제1의 구조체(510)는 베이스층(511)과 이 베이스층(511) 상에 형성된 돌출부(512)를 가지는 도전성 접착제의 경화물로 구성된다.
베이스층(511)은 오목부(14)의 저면(14a)과 정전극층(21)의 사이에 설치되고 정전극층(21)의 약 전면(全面)에 걸쳐서 설치되고 있다. 돌출부(512)는 원추, 각뿔 등의 첨예한 입체 형상을 가지고 있고, 정전극층(21)과 베이스층(511)의 사이에 배치되고, 정전극층(21)의 약 중앙부를 뚫리도록 하여 정전극층(21)의 내부에 매립되어 있다.
본 실시형태에 있어서는, 오목부(14)의 저면(14a)과 베이스층(511)의 사이에 집전층(33)이 설치되고 있지만, 집전층(33)의 설치는 필요에 따라서 생략되어도 좋다. 집전층(33)은 제6의 실시형태와 동일한 구성을 가지기 때문에, 여기에서는 그 설명은 생략한다.
한편, 제2의 구조체(520)는 덮개(12)의 내면(12a)과 부전극층(22)의 사이에 배치된다. 제2의 구조체(520)도 또한 베이스층(521)과 이 베이스층(521) 상에 형성된 돌출부(522)를 가지는 도전성 접착제의 경화물로 구성된다. 베이스층(521)은 덮개(12)의 내면(12a)과 부전극층(22)의 사이에 설치되고, 부전극층(22)의 약 전면에 걸쳐서 설치되고 있다. 돌출부(522)는 원추, 각뿔 등의 첨예한 입체 형상을 가지고 있고, 부전극층(22)과 베이스층(521)의 사이에 배치되고, 부전극층(22)의 약 중앙부를 뚫리도록 하여 부전극층(22)의 내부에 매립되고 있다.
본 실시형태에 의하면, 제1 및 제2의 구조체(510,520)가 각각 베이스층(511,521)을 가지기 때문에, 정전극층(21)과 덮개(12)의 내면(12a)의 사이, 및, 부전극층(22)과 오목부(14)의 저면(14a)의 사이의 밀착성을 보다 높일 수 있다. 또, 제1 및 제2의 구조체(510,520)는 돌출부(512,522)를 각각 가지기 때문에, 베이스층(511,521)을 비교적 얇은 두께로 형성할 수 있고, 이것에 의해 디바이스의 박형화를 저해하지 않고, 또 전극층(21,22)의 두께를 확보할 수 있기 때문에 디바이스 특성의 저하도 억제할 수 있다.
＜제8의 실시형태＞
도 18은 본 발명의 제8의 실시형태에 따른 전기 화학 디바이스의 구성을 나타내는 개략 단면도, 도 19는 그 용기 본체의 내부의 모습을 나타내는 개략 사시도이다. 이하, 상기 각 실시형태와 다른 구성에 대해 주로 설명하고, 상기 각 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여 그 설명을 생략 또는 간략화한다.
본 실시형태의 전기 화학 디바이스(108)에 있어서, 제1의 구조체(530)는 도전성 접착제의 경화물로 각각 형성된 복수의 돌출부(531,532)를 가진다. 각 돌출부(531,532)는 오목부(14)의 저면(14a)과 정전극층(21)의 사이에 각각 설치되고, 정전극층(21)을 뚫리도록 하여 정전극층(21)의 내부에 매립되는 약 원추 형상으로 각각 형성되고 있다.
본 실시형태에 있어서는, 오목부(14)의 저면(14a)과 정전극층(21)의 사이에 집전층(33)이 설치되고, 각 돌출부(531,532)는 집전층(33) 상에 배치되어 있지만, 집전층(33)의 설치는 필요에 따라서 생략되어도 좋다. 집전층(33)은 제6의 실시형태와 동일한 구성을 가지기 때문에, 여기에서는 그 설명은 생략한다.
제1의 구조체(530)는 정전극층(21)의 중앙부에 배치되고 정전극층(21)에 매립되는 제1의 돌출부(531)와, 정전극층(21)의 주변부에 배치되고 정전극층(21)에 매립되는 2개의 제2의 돌출부(532)를 가진다. 제2의 돌출부(532)의 수는 2개에 한정되지 않고, 3 이상 있어도 좋다.
본 실시형태에 있어서도 상술한 제1의 실시형태와 동일한 작용을 얻을 수 있다. 본 실시형태에 의하면, 제1의 구조체(530)가 복수의 돌출부(531,532)로 구성되어 있기 때문에, 정전극층(21)을 오목부(14)의 저면(14a)에 강고하게 고정할 수 있는 것과 동시에, 저면(14a)와 정전극층(21)의 밀착성을 보다 높일 수 있다.
또한 집전층(33)을 대신하여 도 10 또는 도 12를 참조하여 설명한 스페이서(31,32)(보조층)가 오목부(14)의 저면(14a)과 정전극층(21)의 사이에 배치된 실시형태에 있어서도, 제1의 구조체가 상술한 복수의 돌출부(531,532)로 구성되어도 좋다.
＜제9의 실시형태＞
도 20은 본 발명의 제9의 실시형태에 따른 전기 화학 디바이스의 구성을 나타내는 개략 단면도, 도 21은 그 용기 본체의 내부의 모습을 나타내는 개략 사시도이다. 이하, 상기 각 실시형태와 다른 구성에 대해 주로 설명하고, 상기 각 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여 그 설명을 생략 또는 간략화한다.
본 실시형태의 전기 화학 디바이스(109)에 있어서는, 집전층(331)의 크기가 제8의 실시형태와 달리, 정전극층(21)보다 작은 면적으로 오목부(14)의 저면(14a) 상에 형성되고 있다. 이 경우, 제1의 구조체(530)를 구성하는 제2의 돌출부(532)는 집전층(331)의 주변부와 오목부(14)의 저면(14a)을 걸치도록 하여 형성된다. 이것에 의해 제5의 실시형태와 동일한 작용을 얻을 수 있는 것과 동시에, 제2의 돌출부(532)에 의해 집전층(331)과 저면(14a)의 밀착성을 높일 수 있어 디바이스의 내구성을 향상시킬 수 있다.
＜제10의 실시형태＞
도 22는 본 발명의 제10의 실시형태에 따른 전기 화학 디바이스의 구성을 나타내는 개략 단면도, 도 23은 그 용기 본체의 내부의 모습을 나타내는 개략 사시도이다. 이하, 상기 각 실시형태와 다른 구성에 대해 주로 설명하고, 상기 각 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여 그 설명을 생략 또는 간략화한다.
본 실시형태의 전기 화학 디바이스(110)에 있어서, 제1의 구조체(540)는 상술한 제1의 돌출부(531) 및 복수의 제2의 돌출부(532) 외, 복수의 제2의 돌출부(532)를 용기 본체(11)의 측면(14b)(내주면)에 각각 접속하는 복수의 접속부(533)를 더 가진다. 이것에 의해 용기 본체(11)에 대해서 제2의 돌출부(532)를 강고하게 고정할 수 있다.
접속부(533)는 제1 및 제2의 돌출부(531,532)와 같이 도전성 접착제의 경화물로 형성되지만, 이외의 재료로 형성되어도 좋다. 접속부(533)의 형상, 크기는 특별히 한정되지 않고, 제2의 돌출부(532)를 오목부(14)의 측면(14b)에 접속할 수 있는 것이면 어느 형상, 크기어도 좋다.
＜제11의 실시형태＞
도 24는 본 발명의 제11의 실시형태에 따른 전기 화학 디바이스의 구성을 나타내는 개략 단면도이다. 이하, 제3의 실시형태와 다른 구성에 대해 주로 설명하고, 제3의 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여 그 설명을 생략 또는 간략화한다.
본 실시형태의 전기 화학 디바이스(111)는 제1 및 제2의 구조체(551,552)의 형태가 제3의 실시형태와 다르다.
제1의 구조체(551)는 오목부(14)의 저면(14a)과 정전극층(21)의 사이에 배치되고, 저면(14a)에 매립된 비어(15a)를 피복 하도록 저면(14a) 상에 접착되고 있다. 제1의 구조체(551)는 저면(14a) 상에 동일한 두께로 형성되고, 그 평면 형상은 정전극층(21)보다 작은 구형 또는 원형으로 형성된다. 제1의 구조체(551)는 도전성 접착제로 형성되는 것과 동시에 정전극층(21)보다 경질의 재료로 형성되고, 정전극층(21)에 밀어 넣어지도록 하여 정전극층(21)의 내부에 매립되어 있다.
제2의 구조체(552)는 덮개(12)의 내면(12a)와 부전극층(22)의 사이에 배치되고, 덮개(12)의 내면(12a)에 접착되고 있다. 제2의 구조체(552)는 덮개(12)의 내면(12a) 상에 동일한 두께로 형성되고, 그 평면 형상은 부전극층(22)보다 작은 구형 또는 원형으로 형성된다. 제2의 구조체(552)는 도전성 접착제로 형성되는 것과 동시에 부전극층(22)보다 경질의 재료로 형성되고, 부전극층(22)에 밀어 넣어지도록 하여 부전극층(22)의 내부에 매립되고 있다.
본 실시형태에 있어서도 상술한 제3의 실시형태와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다. 본 실시형태에 의하면, 제1 및 제2의 구조체(551,552)가 정전극층(21) 및 부전극층(22)에 대해서 압입(壓入)에 의해 각 전극층(21,22)의 내부를 매립하고 있기 때문에, 밀착성이 높고, 따라서 접촉 저항 및 내부 저항의 더한 저감을 도모할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시형태에만 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지 변경을 더할 수 있는 것은 물론이다.
예를 들면 이상의 각 실시형태에서는, 제1의 구조체와 제2의 구조체를 Z축 방향으로 상호 대향해서 배치되었지만, 이것을 대신하여 상호 대향하지 않는 위치로 배치되어도 좋다. 이것에 의해, 예를 들면, 박육부의 형상이나 크기, 두께 등을 임의로 조정하는 것이 가능해진다.
이상의 제1의 실시형태에서는 정전극층(21)과 부전극층(22)의 사이에 협지되는 세퍼레이터(23)의 영역 내에 박육부(23a)가 형성되었지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들면 도 25에 나타내는 전기 화학 디바이스(112)와 같이, 상기 박육부가 형성되지 않도록 제1 및 제2의 구조체(51, 52)가 각각 구성되어도 좋다.
또, 이상의 제8 및 제9의 실시형태에서는, 제1의 구조체를 복수의 돌출부로 구성한 예에 대해 설명했지만, 이것을 대신해 또는 이것에 더하여 제2의 구조체도 복수의 돌출부로 구성하는 것도 가능하다. 예를 들면 도 26에 나타내는 전기 화학 디바이스(113)는 복수의 돌출부(561,562)로 구성된 제2의 구조체(560)를 가진다. 이것에 의해 부전극층(22)을 덮개(12)의 내면(12a)에 강고하게 고정할 수 있는 것과 동시에, 덮개(12)의 내면(12a)과 부전극층(22)의 밀착성을 보다 높일 수 있다. 또한, 도에 있어서 도 20과 대응하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙여, 그 설명은 생략하는 것으로 한다.
또, 이상의 각 시형태에서는 구조체로서 제1 및 제2의 구조체를 구비하는 전기 화학 디바이스를 예로 들어 설명했지만, 도 27(A)에 나타낸 바와 같이, 구조체로서 용기 본체(11) 측의 제1의 구조체(501)만이 설치되어도 좋고, 도 27(B)에 나타낸 바와 같이, 구조체로서 덮개(12) 측의 제2의 구조체(502)만이 설치되어도 좋다. 또한 각 도에 있어서 도 6과 대응하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙여, 그 설명은 생략하는 것으로 한다.
또, 이상의 실시형태에서는, 축전 소자(20)를 구성하는 정전극층(21) 및 부전극층(22)을 각각 동일한 형상 및 크기로 구성되는 예를 설명했지만, 각 전극층의 크기는 상호 동일한 필요는 없고, 한쪽의 전극층이 다른 한쪽의 전극층보다 크게 형성되어도 좋다.
10: 용기
11: 용기 본체
12: 덮개
20: 축전 소자
21: 정전극층
22: 부전극층
23: 세퍼레이터
51, 501, 510, 530, 540, 551: 제1의 구조체
52, 502, 552, 560: 제2의 구조체
101~113: 전기 화학 디바이스

Claims (16)

  1. 제1의 내면을 가지는 용기 본체와, 상기 제1의 내면에 대향하는 제2의 내면을 가지고 상기 용기 본체와 접합되는 덮개(蓋)를 포함하는 용기와,
    상기 제1의 내면에 접착되는 제1의 전극층과, 상기 제2의 내면에 접착되는 제2의 전극층과, 상기 제1의 전극층과 상기 제2의 전극층의 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하고, 상기 제1의 내면과 상기 제2의 내면의 사이에 협지(挾持)된 축전 소자와,
    상기 제1의 내면의 일부 영역에 섬상(島狀)으로 설치되고, 상기 제1의 전극층의 내부에 적어도 일부가 매립되고, 도전성 접착제의 경화물로 형성된, 상기 제1의 내면에서 상기 축전 소자를 향해 상기 제1의 내면에 평행한 단면의 면적이 작아지는 형상의 제1의 구조체와,
    상기 제2의 내면의 일부 영역에 섬상으로 설치되고, 상기 제2의 전극층의 내부에 적어도 일부가 매립되고, 도전성 접착제의 경화물로 형성된, 상기 제2의 내면에서 상기 축전 소자를 향해 상기 제2의 내면에 평행한 단면의 면적이 작아지는 형상의 제2의 구조체
    를 구비하고,
    상기 제1 및 제2의 구조체는 상기 축전 소자의 두께 방향으로 상호 배향하는
    전기 화학 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 덮개는
    상기 제2의 내면을 가지는 평판부와,
    상기 평판부의 주위를 둘러싸는 주벽부(周壁部)와,
    상기 주벽부의 주위에 설치되고, 상기 용기 본체에 접합되는 접합부를 가지는 전기 화학 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용기는
    상기 제1의 내면에 설치되고, 상기 제1의 전극층과 전기적으로 접속되는 제1의 단자와,
    상기 용기 본체의 외면에 설치된 제2의 단자와,
    상기 제1의 단자와 상기 제2의 단자를 전기적으로 접속하는 배선부를 더 가지는 전기 화학 디바이스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1의 단자는 상기 제1의 내면에 매립되어 있고,
    상기 제1의 구조체는 상기 제1의 단자를 피복하는
    전기 화학 디바이스.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 용기는 상기 제1의 구조체와 상기 제1의 단자의 사이에 배치되고, 상기 제1의 전극층과 접속되는 집전층을 더 가지는 전기 화학 디바이스.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 용기는 상기 제1의 내면과 상기 제1의 전극층의 사이에 배치되고, 상기 제1의 구조체가 관통하는 관통홀을 가지는 보조층을 더 가지는 전기 화학 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1의 구조체는
    상기 제1의 전극층의 중앙부에 배치되고, 상기 제1의 전극층에 매립되는 제1의 돌출부와,
    상기 제1의 전극층의 주변부에 배치되고, 상기 제1의 전극층에 적어도 일부가 매립되는 복수의 제2의 돌출부를 가지는 전기 화학 디바이스.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1의 구조체는 상기 복수의 제2의 돌출부를 상기 용기 본체의 내주면(內周面)에 각각 접속하는 접속부를 더 가지는 전기 화학 디바이스.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2의 구조체는 상기 축전 소자의 중앙부에서 상호 대향하는 전기 화학 디바이스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2의 구조체는
    상기 제2의 전극층의 중앙부에 배치되고, 상기 제2의 전극층에 매립되는 제1의 돌출부와,
    상기 제2의 전극층의 주변부에 배치되고, 상기 제2의 전극층에 적어도 일부가 매립되는 복수의 제2의 돌출부를 가지는 전기 화학 디바이스.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 구조체는 첨예 형상을 가지는
    전기 화학 디바이스.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 구조체는
    상기 제1의 전극층과 상기 제2의 전극층의 사이에 협지되는 상기 세퍼레이터의 영역 내에 해당 영역의 주변부보다 두께가 얇은 박육부를 형성하는 전기 화학 디바이스.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 구조체는 돔상 또는 추체(錐體) 형상을 가지는
    전기 화학 디바이스.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 구조체는 상기 축전 소자를 압축 변형시킴으로써, 상기 제1 및 제2의 전극층의 적어도 어느 한쪽의 내부에 상기 구조체의 적어도 일부가 매립되는 전기 화학 디바이스.
  15. 삭제
  16. 삭제
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