(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基本セル及び集電体を交互に積層してなる積層セルと、該積層セルの両端にそれぞれ設けられ電気的に接続される端子とを備え、
前記基本セルは、一対の電極が分離層を介して対向配置され、
これら積層セル及び端子は外装パッケージにより覆われてなる蓄電素子であって、
前記積層セルの側面部の集電体と一方の前記端子との接触部に絶縁層を設け、この一方の端子の前記絶縁層側の端部は、前記積層セルの側面から外方に垂直に延び、前記外装パッケージを貫通して外方に露出していることを特徴とする蓄電素子。
【請求項２】
前記基本セルは、正電極及び負電極が分離層を介して対向配置された二次電池用基本セルであることを特徴とする請求項１記載の蓄電素子。
【請求項３】
前記基本セルは、一対の分極性電極が分離層を介して対向配置された電気二重層コンデンサ用基本セルであることを特徴とする請求項１記載の蓄電素子。
【請求項４】
前記絶縁層は、絶縁性の有機樹脂であることを特徴とする請求項１、２または３記載の蓄電素子。
【請求項５】
前記有機樹脂は、熱硬化型樹脂、紫外線硬化型樹脂、有機樹脂フィルムのいずれかであることを特徴とする請求項４記載の蓄電素子。
【請求項６】
複数の基本セル及び集電体を交互に積層してなる積層セルと、該積層セルの両端にそれぞれ設けられ電気的に接続される端子とを備え、
前記基本セルは、一対の電極が分離層を介して対向配置され、
これら積層セル及び端子は、一方の端子の端部が外方に露出している状態で外装パッケージにより覆われてなる蓄電素子の製造方法であって、
一方の前記端子の端部が前記積層セルの側面部から外方に垂直に延びている状態で、前記積層セルの両端に、それぞれ前記端子を電気的に接続し、
次いで、前記積層セルの側面部の集電体と一方の前記端子との接触部に絶縁性の有機樹脂を塗布し、該有機樹脂を硬化させることにより、前記積層セルの側面部の集電体と一方の前記端子との接触部に絶縁層を形成し、
次いで、一方の前記端子の端部が外方に露出するように、これら全体を外装パッケージにより覆うことを特徴とする蓄電素子の製造方法。
【請求項７】
複数の基本セル及び集電体を交互に積層してなる積層セルと、該積層セルの両端にそれぞれ設けられ電気的に接続される端子とを備え、
前記基本セルは、一対の電極が分離層を介して対向配置され、
これら積層セル及び端子は、一方の端子の端部が外方に露出している状態で外装パッケージにより覆われてなる蓄電素子の製造方法であって、
一方の前記端子の端部が前記積層セルの側面部から外方に垂直に延びている状態で、前記積層セルの両端に、それぞれ前記端子を電気的に接続し、
次いで、前記積層セルの側面部の集電体と一方の前記端子との接触部に絶縁性の有機樹脂を挟持し、該有機樹脂を熱融着させることにより、前記積層セルの側面部の集電体と一方の前記端子との接触部に絶縁層を形成し、
次いで、一方の前記端子の端部が外方に露出するように、これら全体を外装パッケージにより覆うことを特徴とする蓄電素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄電素子及びその製造方法に関し、特に、二次電池や電気二重層コンデンサ等の電気的な短絡を防止すると共に、素子の小型化を可能とした蓄電素子及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報通信の分野では、携帯機器の小型化・軽量化が進んでおり、これに対応すべく二次電池や電気二重層コンデンサの開発が盛んに行われている。例えば、二次電池の場合、小型軽量化実現のために、形態自由度の高い柔軟な電池もしくは薄型大面積のシート電池、薄型小面積のカード型電池が望まれている。
そこで、これら二次電池や電気二重層コンデンサにおいては、外装材に、高分子膜や金属箔を貼り合わせてなる複数層から構成されるラミネートフィルムを用いたものが提案されている。
【０００３】
しかしながら、これらの二次電池や電気二重層コンデンサにおいては、基本セルを複数個積層し、ラミネート容器を用いて外装しているために、外装する時に電気的な短絡が発生するという問題がある。これは、積層したセルの側面部の集電体と端子板が接触することが原因として挙げられる。その理由は、集電体が基本セルを積層した積層セルの側面に露出し、また、端子板が外装パッケージを貫通して外方に露出しているために、外装時にこの集電体と端子板が接触し短絡が発生するからである。
【０００４】
この積層セル側面の集電体と端子板との短絡を防ぐ方法として、従来から幾つかの方法が提案されている。
例えば、特開平４−２３７１０９号公報には、基本セルを複数積層した電気二重層コンデンサ及びその製造方法が開示されている（以下、従来例１と称する）。
図３は、この電気二重層コンデンサを示す断面図であり、積層セル１１を陽極端子１２、陰極端子１３および絶縁ケース１４と共に外装ケース１５に組み込み、その後、外装ケース１５をかしめることにより製造される。
この電気二重層コンデンサでは、積層セル１１と陰極端子１３の間に絶縁ケース１４があるために、両者間の短絡を防止することができる。
【０００５】
また、特開平８−７８２９１号公報には、隣接する２つのセルの間に１枚の集電体を備え、この集電体の外周部が隣接するガスケット間に挟み込まれて固着されている構造の電気二重層コンデンサが開示されている（以下、従来例２と称する）。
図４は、この電気二重層コンデンサを示す断面図であり、図において、２１は円板状の集電体、２２は円板状のセパレータ、２３はセパレータ２２と略同径の円板状の集電体、２４は平リング状で非導電性のゴム材からなるガスケット、２５は活性炭電極である。
ここで、活性炭電極２５は粉末あるいは固体の活性炭に電解液を含浸させたものである。
【０００６】
この電気二重層コンデンサは次のようにして製造される。
まず、ガスケット２４と、直径がガスケット２４の外径に等しい円板状の集電体２１と、直径がガスケット２４の外径と内径の中間値をとる円板状のセパレータ２２と、同様に直径がガスケット２４の外径と内径の中間値をとる円板状の集電体２３を準備する。
次いで、ガスケット２４の片面に集電体２１を貼り合せ、活性炭電極２５を詰めた器Ａと、ガスケット２４の片面にセパレータ２２を同心円状に貼り合せ、活性炭電極２５を詰めた器Ｂと、ガスケット２４の片面に集電体２３を同心円状に貼り合せ、活性炭電極２５を詰めた器Ｃを、それぞれ複数個作製し、器Ａを下段にして器Ｂを積層して合体させる。なお、各器Ａ〜Ｃには同量の活性炭電極２５が詰め込まれており、各器Ａ〜Ｃはそれぞれがセル1個分に相当している。
【０００７】
次いで、器Ａ及び器Ｂの組を最下段にし、その上に器Ｃ、器Ｂを交互に重ねて貼り合せた後、最上段の器Ｂの上に集電体２１を貼り合せ、次いで、ガスケット２４のゴム材の加硫特性を利用して電解液を封止する。以上により、電気二重層コンデンサが完成する。
この電気二重層コンデンサでは、隣接する２つのセルの間に１枚の集電体２３を挟み込み、この集電体２３の外周部をガスケット２４の外側の外周部より小さくして該ガスケット２４の内側に収納することで、集電体２３と端子板間を絶縁しており、且つ厚み方向の小型化を実現している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来例１の電気二重層コンデンサにおいては、絶縁ケース１４及び外装ケース１５を使用しているため、製品の外径が大きくなってしまい、さらなる小型化が難しいという問題点があった。
また、従来例２の電気二重層コンデンサにおいては、製造する際に、ガスケット２４の径方向の厚みは、集電体２３及びセパレータ２２を貼り合せるのに十分な厚み、例えば、最低１ｍｍの厚みを確保しなければならず、ガスケット２４と集電体２３及びセパレータ２２の固着部分を小さくすることが難しく、電気二重層コンデンサの径方向の小型化が困難であるという問題点があった。
【０００９】
また、これらの電気二重層コンデンサを小型、省スペースの電子機器に用いる場合、その外形形状は体積効率を考えると四角形状がよいのであるが、四角形状の場合、ガスケット２４と集電体２３及びセパレータ２２との固着部分を小さくしようとすると、位置合わせがさらに困難になるという問題点があった。
【００１０】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、積層セル側面の集電体と端子板との電気的な短絡を防止することができ、かつ、小型化が実現可能な蓄電素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は次のような蓄電素子及びその製造方法を採用した。
すなわち、請求項１記載の蓄電素子は、複数の基本セル及び集電体を交互に積層してなる積層セルと、該積層セルの両端にそれぞれ設けられ電気的に接続される端子とを備え、前記基本セルは、一対の電極が分離層を介して対向配置され、これら積層セル及び端子は外装パッケージにより覆われてなる蓄電素子であって、
前記積層セルの側面部の集電体と一方の前記端子との接触部に絶縁層を設け、この一方の端子の前記絶縁層側の端部は、前記積層セルの側面から外方に垂直に延び、前記外装パッケージを貫通して外方に露出していることを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の蓄電素子は、請求項１記載の蓄電素子において、前記基本セルは、正電極及び負電極が分離層を介して対向配置された二次電池用基本セルであることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の蓄電素子は、請求項１記載の蓄電素子において、前記基本セルは、一対の分極性電極が分離層を介して対向配置された電気二重層コンデンサ用基本セルであることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の蓄電素子は、請求項１、２または３記載の蓄電素子において、前記絶縁層は、絶縁性の有機樹脂であることを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の蓄電素子は、請求項４記載の蓄電素子において、前記有機樹脂は、熱硬化型樹脂、紫外線硬化型樹脂、有機樹脂フィルムのいずれかであることを特徴とする。
【００１６】
請求項６記載の蓄電素子の製造方法は、複数の基本セル及び集電体を交互に積層してなる積層セルと、該積層セルの両端にそれぞれ設けられ電気的に接続される端子とを備え、前記基本セルは、一対の電極が分離層を介して対向配置され、これら積層セル及び端子は、一方の端子の端部が外方に露出している状態で外装パッケージにより覆われてなる蓄電素子の製造方法であって、
一方の前記端子の端部が前記積層セルの側面部から外方に垂直に延びている状態で、前記積層セルの両端に、それぞれ前記端子を電気的に接続し、次いで、前記積層セルの側面部の集電体と一方の前記端子との接触部に絶縁性の有機樹脂を塗布し、該有機樹脂を硬化させることにより、前記積層セルの側面部の集電体と一方の前記端子との接触部に絶縁層を形成し、次いで、一方の前記端子の端部が外方に露出するように、これら全体を外装パッケージにより覆うことを特徴とする。
【００１７】
請求項７記載の蓄電素子の製造方法は、複数の基本セル及び集電体を交互に積層してなる積層セルと、該積層セルの両端にそれぞれ設けられ電気的に接続される端子とを備え、前記基本セルは、一対の電極が分離層を介して対向配置され、これら積層セル及び端子は、一方の端子の端部が外方に露出している状態で外装パッケージにより覆われてなる蓄電素子の製造方法であって、
一方の前記端子の端部が前記積層セルの側面部から外方に垂直に延びている状態で、前記積層セルの両端に、それぞれ前記端子を電気的に接続し、次いで、前記積層セルの側面部の集電体と一方の前記端子との接触部に絶縁性の有機樹脂を挟持し、該有機樹脂を熱融着させることにより、前記積層セルの側面部の集電体と一方の前記端子との接触部に絶縁層を形成し、次いで、一方の前記端子の端部が外方に露出するように、これら全体を外装パッケージにより覆うことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の蓄電素子及びその製造方法の一実施の形態について図面に基づき説明する。
図１は、本発明の一実施の形態の二次電池の内部構造を示す断面図、図２は、この二次電池の基本セルの内部構造を示す断面図である。
この二次電池は、基本セル１を集電体２で挟んだ構造のセルを複数個積層してなる積層セル３の両端にはそれぞれ端子板４が電気的に接続され、この積層セル３の側面部の集電体２と端子板４との接触部には絶縁層５が設けられ、これら全体はラミネートからなる外装パッケージ６により覆われている。そして、一方の端子板４の端部は外装パッケージ６を貫通して外方に露出されている。
【００１９】
基本セル１の内部構造は、図２に示すように、負電極７と正電極８とが、微多孔性のセパレータ９を介して対向配置され、これらはガスケット１０内に挿入され、このガスケット１０の内部は、電解液が含浸された状態で、両端部それぞれに密着固定された集電体２により密封されている。
なお、負電極７及び正電極８を分極性電極に置き換えれば、電気二重層コンデンサとなる。
【００２０】
次に、本実施の形態の二次電池の製造方法について説明する。
まず、基本セル１を作製するために、ガスケット１０の一方の開口部に集電体２を密着固定し、このガスケット１０内に、負電極７と正電極８とを微多孔性のセパレータ９を介して対向配置したセルを正電極８が下側になった状態で挿入する。次いで、負電極７に集電体２を密着固定し、このセルに図示しない注入口から電解液を注入する。これにより、内部を電解液で含浸した基本セル１が得られる。
【００２１】
次いで、この基本セル１を２層以上積層した積層セル３の両端に、それぞれ端子板４を電気的に接続する。ここでは、正電極８側の端子板４の端部が積層セル３の側面から外方に垂直に延びている。次いで、側面部の集電体２と外方に垂直に延びる端子板４との接触部に絶縁層５を設け、この状態で、これら全体をラミネートを用いて外装し、外装パッケージ６により覆われた構造とする。
なお、負電極７及び正電極８を分極性電極に置き換えることにより、同様の製造工程により電気二重層コンデンサを作製することができる。
【００２２】
この二次電池では、積層セル３の側面部の集電体２と端子板４との接触部に絶縁層５を設けたことにより、集電体２と端子板４との間の接触による短絡が起こるおそれがない。また、従来のように絶縁ケースを使用する構造ではないから、積層セル３の面方向、すなわち径方向の大きさを小さくすることができ、素子の小型化が実現可能となる。
【００２３】
このように、本実施の形態の二次電池によれば、積層セル３の側面部の集電体２と端子板４との間の不注意な接触による短絡を防止することができる。したがって、この二次電池を長時間使用した場合においても短絡等の不具合が生じるおそれがなくなり、信頼性を向上させることができる。
【００２４】
また、積層セル３の側面部の集電体２と端子板４との接触部に絶縁層５を設けたので、全体をラミネートからなる外装パッケージ６により被覆することができ、従来のような絶縁ケースを使用する必要がない。したがって、構造を簡単化することができ、製造コストを低減することができる。また、積層セル３の面方向、すなわち径方向の大きさを小さくすることができるので、素子の小型化を図ることができる。
【００２５】
次に、本実施の形態の二次電池のより具体的な実施例及び比較例について説明する。
「実施例１」
電極材料として、負極活物質にＰＱｘ（ポリキノキサリン）、正極活物質にＰＣＩ（ポリシアノインドール）を用い、これらに導電材であるカーボン粉末を適量混合して加圧成型し、薄板状の負電極７及び正電極８を作製した。電解液としては４０ｗｔ％硫酸を用いた。次いで、成膜した電極７、８を微多孔性のセパレータ９を介して対向配置させ、集電体２、ガスケット１０を配置し、所定の圧力、時間、温度で加熱することにより、集電体２とガスケット１０との界面を加硫接着によって封止した。その後注入孔より上記電解液を注入した。
【００２６】
このようにして得られた基本セル１を２層以上積層して積層セル３とし、この積層セル３の両外端の集電体２、２にそれぞれ端子板４を所定位置に密着して配置し、積層セル３側面の集電体２と端子板４の接触部にエポキシ樹脂を塗布し、１２０℃で１時間、加硫接着し、その後ラミネートを用いて外装し、外装パッケージ６とした。
【００２７】
ここで、本実施例１の基本セル１を１０個積層した二次電池を１０００個作製し、短絡による不良発生率をしらべた。
その結果、本実施例１の二次電池では短絡による不良は０個であった。
【００２８】
「比較例」
積層セル３側面の集電体２と端子板４の間にエポキシを塗布しない他は、実施例１と同じ構成をもつ電池を作製した。
次いで、本比較例の基本セルを１０個積層した二次電池を１０００個作製し、短絡による不良発生率をしらべた。
その結果、本比較例の二次電池では短絡による不良は４１６個であった。
【００２９】
以上の結果より、本実施例１の二次電池は、比較例の二次電池と比べて短絡による不良が極めて少ない二次電池であることがわかる。その理由は、積層セル３側面の集電体２と端子板４の接触部にエポキシ樹脂を塗布・硬化させることにより絶縁体５を形成したので、短絡を防ぐことができたと考えられる。また、エポキシ樹脂を使用した場合、加硫接着時に硬化させることができ、硬化時間を短縮することができる。
【００３０】
「実施例２」
端子板４とガスケット１０との接触部にポリプロピレン（ＰＰ）を挟み、熱融着により双方を接着した他は、比較例と同じ構成を有する二次電池を作製した。次いで、本実施例２の基本セル１を１０個積層した二次電池を１０００個作製し、短絡による不良発生率をしらべた。
その結果、本実施例２の二次電池では短絡による不良は０個であった。
【００３１】
以上により、本実施例２の二次電池は、比較例の二次電池と比べて短絡による不良が極めて少ない二次電池であることがわかる。その理由は、端子板４とガスケット１０との接触部にポリプロピレン（ＰＰ）を挟み、熱融着により双方を接着させることにより絶縁体５を形成したので、短絡を防ぐことができたと考えられる。また、ポリプロピレン（ＰＰ）を使用した場合、その軟化温度は１８０℃であり、高温使用時による集電体２及び端子板４間の剥離が抑えられる。
【００３２】
「実施例３」
ガスケット１０と接触する端子板４の一部分に紫外線（ＵＶ）硬化型樹脂を塗布・硬化させた他は、比較例と同じ構成を有する二次電池を作製した。
次いで、本実施例３の基本セル１を１０個積層した二次電池を１０００個作製し、短絡による不良発生率をしらべた。
その結果、本実施例３の二次電池では短絡による不良は０個であった。
【００３３】
以上により、本実施例２の二次電池は、比較例の二次電池と比べて短絡による不良が極めて少ない二次電池であることがわかる。その理由は、ガスケット１０と接触する端子板４の一部分に紫外線（ＵＶ）硬化型樹脂を塗布・硬化させることにより絶縁体５を形成したので、集電体２−端子板４間の短絡を防ぐことができたと考えられる。
【００３４】
「実施例４」
電極材料に活性炭を用いた他は、実施例３と同じ構成を有する電気二重層コンデンサを作製した。
次いで、本実施例４の基本セル１を１０個積層した電気二重層コンデンサを１０００個作製し、短絡による不良発生率をしらべた。
その結果、本実施例４の電気二重層コンデンサでは短絡による不良は０個であった。
以上により、本実施例４の電気二重層コンデンサは、短絡による不良が極めて少ない電気二重層コンデンサであることが分かった。
【００３５】
以上の実施例１〜４及び比較例の短絡による不良発生率を表１にまとめた。
【表１】
0003648152.tif 000002
【００３６】
以上、本発明の蓄電素子及びその製造方法の一実施の形態について図面に基づき説明してきたが、具体的な構成は本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計の変更等が可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明の蓄電素子によれば、前記積層セルの側面部の集電体と一方の前記端子との接触部に絶縁層を設け、この一方の端子の前記絶縁層側の端部は、前記積層セルの側面から外方に垂直に延び、前記外装パッケージを貫通して外方に露出しているので、前記積層セルの側面部の集電体と前記端子との不注意な接触による短絡を防止することができる。したがって、この蓄電素子を長時間使用した場合においても短絡等の不具合が生じるおそれがなくなり、信頼性を向上させることができる。
【００３８】
また、従来のような絶縁ケースを使用する必要がないので、構造を簡単化することができ、製造コストを低減することができる。また、積層セルの面方向、すなわち径方向の大きさを小さくすることができるので、素子の小型化を図ることができる。
【００３９】
また、基本セルを、正電極及び負電極が分離層を介して対向配置された二次電池用基本セルとすれば、短絡等の不具合が生じるおそれがなく、信頼性が向上し、小型化及び製造コストの削減が可能な二次電池を提供することができる。
【００４０】
また、基本セルを、一対の分極性電極が分離層を介して対向配置された電気二重層コンデンサ用基本セルとすれば、短絡等の不具合が生じるおそれがなく、信頼性が向上し、小型化及び製造コストの削減が可能な電気二重層コンデンサを提供することができる。
【００４１】
本発明の蓄電素子の製造方法によれば、一方の前記端子の端部が前記積層セルの側面部から外方に垂直に延びている状態で、前記積層セルの両端に、それぞれ前記端子を電気的に接続し、次いで、前記積層セルの側面部の集電体と一方の前記端子との接触部に絶縁性の有機樹脂を塗布し、該有機樹脂を硬化させることにより、前記積層セルの側面部の集電体と一方の前記端子との接触部に絶縁層を形成し、次いで、一方の前記端子の端部が外方に露出するように、これら全体を外装パッケージにより覆うので、短絡等の不具合が生じるおそれがなく、信頼性が向上した蓄電素子を、高価な設備を用いることなく、簡単な工程で、しかも容易に作製することができる。
【００４２】
本発明の他の蓄電素子の製造方法によれば、一方の前記端子の端部が前記積層セルの側面部から外方に垂直に延びている状態で、前記積層セルの両端に、それぞれ前記端子を電気的に接続し、次いで、前記積層セルの側面部の集電体と一方の前記端子との接触部に絶縁性の有機樹脂を挟持し、該有機樹脂を熱融着させることにより、前記積層セルの側面部の集電体と一方の前記端子との接触部に絶縁層を形成し、次いで、一方の前記端子の端部が外方に露出するように、これら全体を外装パッケージにより覆うので、短絡等の不具合が生じるおそれがなく、信頼性が向上した蓄電素子を、高価な設備を用いることなく、簡単な工程で、しかも容易に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態の二次電池の内部構造を示す断面図である。
【図２】  本発明の一実施の形態の二次電池の基本セルの内部構造を示す断面図である。
【図３】  従来の電気二重層コンデンサの一例を示す断面図である。
【図４】  従来の電気二重層コンデンサの他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  基本セル
２  集電体
３  積層セル
４  端子板
５  絶縁層
６  外装パッケージ
７  負電極
８  正電極
９  微多孔性のセパレータ
１０  ガスケット
１１  積層セル
１２  陽極端子
１３  陰極端子
１４  絶縁ケース
１５  外装ケース
２１  集電体
２２  セパレータ
２３  集電体
２４  ガスケット
２５  活性炭電極
Ａ〜Ｃ  器
【図１】
0003648152.tif 000003
【図２】
0003648152.tif 000004
【図３】
0003648152.tif 000005
【図４】
0003648152.tif 000006