(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の電極と、第二の電極と、前記第一の電極及び前記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、
前記容器の縁部に形成された金属リングと、前記容器を封止する封口板とを、前記金属リング上に形成された接合材を介して配置し、前記封口板の周辺部の一箇所以上を残し、前記金属リングと前記封口板とをレーザー溶接法により溶接する第一の溶接工程と、
前記第一の溶接工程の後、前記封口板の周辺部で、前記金属リングとレーザー溶接法により溶接されていない箇所を抵抗溶接法により溶接する第二の溶接工程と、
を有し、
前記第一の溶接工程は、前記封口板と前記容器を固定治具により固定し、前記封口板を前記容器に対し加圧して行う
ことを特徴とする電気化学素子の製造方法。
【請求項２】
前記封口板は略四角形であり、
前記第一の溶接工程は、前記封口板の対向する二辺を溶接し、
前記第二の溶接工程は、前記封口板のまだ溶接されていない二辺を溶接することを特徴とする請求項１に記載の電気化学素子の製造方法。
【請求項３】
前記第二の溶接工程の抵抗溶接はパラレルシーム溶接であることを特徴とする請求項２に記載の電気化学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３５６００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
略四角形状の電気化学素子の封止を、抵抗溶接法を用いたシーム溶接を行う場合、他の溶接方法に比べて、溶接速度が上げられないことや抵抗溶接機の溶接ローラーのメンテナンスに手間がかかるという課題があった。
【０００５】
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、電気化学素子の製造工程において、設備のメンテナンスを簡略することができる電気化学素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、第一の電極と、第二の電極と、前記第一の電極及び前記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、前記容器の縁部に形成された金属リングと、前記容器を封止する封口板とを、前記金属リング上に形成された接合材を介して配置し、前記封口板の周辺部の一箇所以上を残し、前記金属リングと前記封口板とをレーザー溶接法により溶接する第一の溶接工程と、前記第一の溶接工程の後、前記封口板の周辺部で、前記金属リングとレーザー溶接法により溶接されていない箇所を抵抗溶接法により溶接する第二の溶接工程と、を有し、前記第一の溶接工程は、前記封口板と前記容器を固定治具により固定し、前記封口板を前記容器に対し加圧して行うことを特徴とする電気化学素子の製造方法である。
この製造方法によれば、設備のメンテナンスを大幅に簡略することができる。また、封口板と容器に位置ずれがなく、安定した生産ができる。さらに、位置の加圧による固定により、短時間で溶接ができるため、効果的に溶接できる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１または２に記載の電気化学素子の製造方法において、前記封口板は略四角形であり、前記第一の溶接工程は、前記封口板の対向する二辺を溶接し、前記第二の溶接工程は、前記封口板のまだ溶接されていない二辺を溶接することを
特徴とする。
この製造方法によれば、対向する二辺を同時に溶接できる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項３に記載の電気化学素子の製造方法において、前記第二の溶接工程の抵抗溶接はパラレルシーム溶接であることを特徴とする。
この製造方法によれば、パラレルシーム溶接を有効に行うことができ、容器内部に電解液があっても安定して封口することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の提案する電気化学素子の製造方法は、溶接のほとんどをメンテナンスの頻度の少ないレーザー溶接機により行なうことにより、電解液の最終封止に必要なわずかな部分のみを抵抗溶接機に行なうことができ、抵抗溶接にかかるメンテナンスの時間を大幅に削減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】電気二重層キャパシタの断面図である。
【図２】電気二重層キャパシタ溶接方法を説明する上面図である。
【図３】電気二重層キャパシタ溶接方法を説明する上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（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、及び図２に従って説明する。
【００１４】
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。四角い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。
【００１５】
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。
【００１６】
接続端子Ａ、Ｂ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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
凹状の容器１０１の内部に電解液を入れ、蓋をした。そのときの断面図が図１のようになる。
【００１９】
次に、金属製で四角柱の棒状の固定治具３０１により、封口板１０２を押さえつけた。このときの電気化学セルを上部から見た様子を図２のAに示した。封口板１０２を押さえつけた状態で、上部から見える部分の封口板１０２の端部近傍をレーザー溶接機により、溶接を行った。固定治具３０１を取り除いた後の上部から見た様子を図２のBに示した。封口板１０２の端部の周辺には連続したレーザー溶接部３０２と溶接されていない箇所３０３が存在する。
【００２０】
さらに、溶接されていない箇所３０３を抵抗溶接機によりシーム状に溶接することにより、電気化学セルの封口が完成した。
【００２１】
仮に、固定治具３０１を用いず、封口板１０２を凹状の容器１０１にスポット溶接等で仮止めした後に、レーザー溶接により全周を溶接し、封口を完成しようとすると、内部の電解液が膨張、ガス化し噴出するため、溶接不良が発生してしまう。
【００２２】
（第２実施形態）
電気化学セルの構成は、第１実施形態と同様に、固定治具３０１を変更し、電気化学セルを作製した。
金属製で四角柱の棒状で両側が中心部より細い固定治具３０４により、封口板１０２を押さえつけた。このときの電気化学セルを上部から見た様子を図３のCに示した。封口板１０２を押さえつけた状態で、上部から見える部分の封口板１０２の端部近傍をレーザー溶接機により、溶接を行った。固定治具３０４を取り除いた後の上部から見た様子を図３のDに示した。封口板１０２の端部の周辺には連続したレーザー溶接部３０２が二箇所と溶接されていない箇所３０３が二箇所存在する。
【００２３】
次に、溶接されていない箇所３０３を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シーム状に溶接することにより、電気化学セルの封口が完成した。これにより、内部に電解液があっても安定して封口することができた。
【００２４】
抵抗溶接の原理を利用したパラレルシーム溶接機の溶接部は、通常対向するローラー状のヘッドが用いられることが多い。抵抗溶接時にヘッドが毎回加熱され、溶解した金属が付着したり、溶接時の加圧により磨耗が起こりやすい。そのため、定期的に交換や研磨などのメンテナンスが必要とされる。また、レーザー溶接に比べて、溶接時間も長く、生産効率を上げることが難しい。本発明によれば、溶接のほとんどをメンテナンスの頻度の少ないレーザー溶接機により行なうことができる。電解液の最終封止に必要なわずかな部分のみを抵抗溶接機に行なうことができる。従って、生産効率を大幅に改善できる。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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（リン）、ジメチルアミンボランからＢ（ホウ素）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。
【００３３】
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１０８２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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
本発明の電気化学素子の形状は基本的に自由であるが、四角い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も応用できる。
【符号の説明】
【００３８】
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  導電性接着剤
３０１  固定治具
３０２  レーザー溶接部
３０３  溶接されていない箇所
３０４  固定治具
【図１】
0005466065.tif 000002
【図２】
0005466065.tif 000003
【図３】
0005466065.tif 000004