(57)【要約】【課題】セル内部の短絡を防止し、安全性の高い、廉価な表面実装型電気化学セルを提供すること。【解決手段】平板状の第１の容器構成部３と、有底筒状の金属からなり第１の容器構成部３と閉空間Ｓを形成する第２の容器構成部２と、閉空間Ｓに収納される正極活物質１３および負極活物質１１と、電解質と、正極活物質１３と負極活物質１１とを分離するセパレータ１２とを備える電気化学セルであって、第１の容器構成部３の外側下面には、第１の外部端子６と第２の外部端子７が設けられ、第１の外部端子６は、正極活物質１３と電気的に接続され、第２の外部端子７は、第２の容器構成部２を介して負極活物質１１と電気的に接続され、正極活物質１３と第２の容器構成部２との間に絶縁体１４が配置されていることを特徴とする電気化学セルを提供すること。【選択図】図１
2014195053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の第１の容器構成部と、有底筒状の金属からなり前記第１の容器構成部と閉空間を形成する第２の容器構成部と、前記閉空間に収納される正極活物質および負極活物質と、電解質と、前記正極活物質と前記負極活物質とを分離するセパレータとを備える電気化学セルであって、
前記第１の容器構成部の外側下面には、第１の外部端子と第２の外部端子が設けられ、
前記第１の外部端子は、前記正極活物質と電気的に接続され、
前記第２の外部端子は、前記第２の容器構成部を介して前記負極活物質と電気的に接続され、
前記正極活物質と前記第２の容器構成部との間に絶縁体が配置されていることを特徴とする電気化学セル。
【請求項２】
平板状の第１の容器構成部と、有底筒状の金属からなり前記第１の容器構成部と金属リングとで閉空間を形成する第２の容器構成部と、前記閉空間に収納される正極活物質および負極活物質と、電解質と、前記正極活物質と前記負極活物質とを分離するセパレータとを備える電気化学セルであって、
前記第１の容器構成部の外側下面には第１の外部端子と第２の外部端子が設けられ、
前記第１の外部端子は、前記正極活物質と電気的に接続され、
前記第２の外部端子は、前記第２の容器構成部を介して前記負極活物質と電気的に接続され、
前記正極活物質と前記第２の容器構成部との間に絶縁体が配置されていることを特徴とする電気化学セル。
【請求項３】
前記絶縁体は、前記セパレータと一体であることを特徴とする請求項１または２に記載の電気化学セル。
【請求項４】
前記絶縁体は、リング形状であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電気化学セル。
【請求項５】
前記正極活物質の側面が前記絶縁体からなる被膜により被覆されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電気化学セル。
【請求項６】
前記絶縁体は耐熱性樹脂、ガラス、もしくはセラミックからなることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電気化学セル。
【請求項７】
前記第１の外部端子と前記正極活物質は、前記第１の容器構成部の厚み方向のビア配線を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の電気化学セル。
【請求項８】
前記第１の容器構成部の内部には前記ビア配線と接続する層間配線が設けられている請求項７に記載の電気化学セル。
【請求項９】
前記第１の容器構成部は、アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、ムライトおよびこれらの複合材料からなる群から選ばれる少なくとも１種類を含むセラミックからなることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の電気化学セル。
【請求項１０】
平板状の第１の容器構成部と有底筒状の金属からなる第２の容器構成部とから形成される閉空間に正極活物質および負極活物質と、電解質と、前記正極活物質と前記負極活物質とを分離するセパレータを収納する工程と、
前記第１の容器構成部と前記第２の容器構成部とを溶接により封止する工程と
からなる電気化学セルの製造方法であって、
前記第１の容器構成部の外側下面には、前記正極活物質と電気的に接続する第１の外部端子と、前記第２の容器構成部を介して前記負極活物質と電気的に接続する第２の外部端子とが設けられており、
前記第１の容器構成部に前記正極活物質および前記セパレータを載置した後、前記セパレータの前記正極活物質上に配置された部分以外の部分を前記正極活物質の側面の周囲に配置させることを特徴とする電気化学セルの製造方法。
【請求項１１】
平板状の第１の容器構成部と有底筒状の金属からなる第２の容器構成部とから形成される閉空間に正極活物質および負極活物質と、電解質と、前記正極活物質と前記負極活物質とを分離するセパレータを収納する工程と、
前記第１の容器構成部と前記第２の容器構成部とを溶接により封止する工程と
からなる電気化学セルの製造方法であって、
前記第１の容器構成部の外側下面には、前記正極活物質と電気的に接続する第１の外部端子と、前記第２の容器構成部を介して前記負極活物質と電気的に接続する第２の外部端子とが設けられており、
前記第１の容器構成部の上面に前記正極活物質を固定し、前記正極活物質の側面に絶縁体からなる被膜を形成することを特徴とする電気化学セルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気二重層キャパシタやイオンキャパシタ、非水電解質電池等の電気化学セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
非水電解質を用いた電気二重層キャパシタや二次電池等の小型の電気化学セルは、携帯機器等の電子機器のバックアップ電源などに利用されている。このうち、実装面積を有効に活用できる略直方体形状（チップ形）の電気化学セルが広く利用されている。
【０００３】
このチップ形の電気化学セルは、従来、有底筒状に形成されたセラミック製のケースに正極および負極の活物質と電解液とが収納され、上部を金属製の封口板を用いて封止する構造となっている。一方、リフローハンダ付け工程の加熱によるケースのクラックを防止するために、容器が金属からなる有底筒状のケースと、ケースの開口部を塞ぐセラミック製の封口板からなる構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような構成は、セラミック製の部品の形状が簡易であることから、コスト低減の面においても期待されるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２０１３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、有底筒状に形成された金属製のケースに正極、負極、セパレータ及び電解液を収納し、セラミック製の封口板で封止する構成の電気化学セルでは、負極が接続する金属製のケースは負の電位を有する。また正極は封口板の内表面に接着され、金属製のケースの周壁部と同じ高さに位置している。製造上のばらつきによって、この正極が本来の位置からずれてしまった場合に、このケースの周壁部と接触して短絡するおそれがある。
【０００６】
そのため、このような構成を有する電気化学セルにおいて、電極の位置ずれが起きた場合でも、負の電位を持つ金属性のケースと正極とが短絡しない構成が求められている。
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、安全性の高い、廉価な電気化学セルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明に係る電気化学セルは、平板状の第１の容器構成部と、有底筒状の金属からなり前記第１の容器構成部と閉空間を形成する第２の容器構成部と、前記閉空間に収納される正極活物質および負極活物質と、電解質と、前記正極活物質と前記負極活物質とを分離するセパレータとを備える電気化学セルであって、前記第１の容器構成部の外側下面には、第１の外部端子と第２の外部端子が設けられ、前記第１の外部端子は、前記正極活物質と電気的に接続され、前記第２の外部端子は、前記第２の容器構成部を介して前記負極活物質と電気的に接続され、前記正極活物質と前記第２の容器構成部との間に絶縁体が配置されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る電気化学セルは、平板状の第１の容器構成部と、有底筒状の金属からなり前記第１の容器構成部と金属リングとで閉空間を形成する第２の容器構成部と、前記閉空間に収納される正極活物質および負極活物質と、電解質と、前記正極活物質と前記負極活物質とを分離するセパレータとを備える電気化学セルであって、前記第１の容器構成部の外側下面には第１の外部端子と第２の外部端子が設けられ、前記第１の外部端子は、前記正極活物質と電気的に接続され、前記第２の外部端子は、前記第２の容器構成部を介して前記負極活物質と電気的に接続され、前記正極活物質と前記第２の容器構成部との間に絶縁体が配置されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、正極活物質と第２の容器構成部との間に絶縁体が設けられることにより、両者が電気的に絶縁されている。これにより、正極活物質を第１の容器構成部の上面に固定する際に位置ずれが生じたとしても、第２の容器構成部と正極活物質との間の電気的な絶縁が保たれ、短絡のない安全性の高いセルとなる。
また、本発明によれば、第１の容器構成部と第２の容器構成部とを、予め第１の容器構成部の周縁に形成されたシールリングを介して接合する構成とすることができる。これにより、第１の容器構成部と第２の容器構成部とが良好に接合され、封止性に優れた電気化学セルを得ることができる。さらに、第１の容器構成部への溶接熱の影響を軽減できるため、容器のクラックなどの不良を低減することができ、より好ましい。
【００１０】
本発明に係る電気化学セルにおいて、前記絶縁体は、前記セパレータと一体であることを特徴とする。
本発明によれば、セパレータと一体の部材やセパレータの延設部が絶縁体として正極活物質の周囲に配置され、正極活物質と第２の容器構成部とが電気的に絶縁されている。これにより、閉空間中において正極活物質を絶縁体で覆うことができ、第２の容器構成部と正極活物質との電気的な絶縁性を十分保つことができる。また、セルの組立工程が簡略されるため、より好ましい。
【００１１】
本発明に係る電気化学セルにおいて、前記絶縁体は、リング形状であることを特徴とする。
本発明によれば、正極活物質の周囲が絶縁体で囲われ、正極活物質と第２の容器構成部とが電気的に絶縁されるため、より好ましい。
【００１２】
本発明に係る電気化学セルは、前記正極活物質の側面が前記絶縁体からなる被膜により被覆されていることを特徴とする。
本発明によれば、正極活物質と第２の容器構成部とを電気的に確実に絶縁することができるため、より好ましい。
【００１３】
本発明に係る電気化学セルにおいて、前記絶縁体は耐熱性樹脂、ガラス、もしくはセラミックからなることを特徴とする。
本発明によれば、正極活物質と第２の容器構成部とが電気的に絶縁されることに加えて、絶縁体が耐熱性を備えることにより、リフロー実装時において変質することがないため、より好ましい。
【００１４】
本発明に係る電気化学セルにおいて、前記第１の外部端子と前記正極活物質は、前記第１の容器構成部の厚み方向のビア配線を介して電気的に接続されていることを特徴とする。
本発明によれば、電解液がビア配線に到達する可能性が減少し、ビア配線のアノード溶解の可能性を大きく低減することができるため、より好ましい。
【００１５】
本発明に係る電気化学セルにおいては、前記第１の容器構成部の内部には前記ビア配線と接続する層間配線が設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、電解液の入った閉空間に露出する配線を少なくし、この配線のアノード溶解の可能性を大きく低減することができるため、より好ましい。
【００１６】
本発明に係る電気化学セルにおいて、前記第１の容器構成部は、アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、ムライトおよびこれらの複合材料からなる群から選ばれる少なくとも１種類を含むセラミックからなることを特徴とする。
本発明によれば、耐熱性、耐久性に優れた電気化学セルとなるため、より好ましい。
【００１７】
本発明に係る電気化学セルの製造方法は、平板状の第１の容器構成部と有底筒状の金属からなる第２の容器構成部とから形成される閉空間に正極活物質および負極活物質と、電解質と、前記正極活物質と前記負極活物質とを分離するセパレータを収納する工程と、前記第１の容器構成部と前記第２の容器構成部とを溶接により封止する工程とからなる電気化学セルの製造方法であって、前記第１の容器構成部の外側下面には、前記正極活物質と電気的に接続する第１の外部端子と、前記第２の容器構成部を介して前記負極活物質と電気的に接続する第２の外部端子とが設けられており、前記第１の容器構成部に前記正極活物質および前記セパレータを載置した後、前記セパレータの前記正極活物質上に配置された部分以外の部分を前記正極活物質の側面の周囲に配置させることを特徴とする。
本発明によれば、セルの部品点数を少なくし、且つ第２の容器構成部と正極活物質との電気的な絶縁性を十分保つことができる。
【００１８】
本発明における電気化学セルの製造方法は、平板状の第１の容器構成部と有底筒状の金属からなる第２の容器構成部とから形成される閉空間に正極活物質および負極活物質と、電解質と、前記正極活物質と前記負極活物質とを分離するセパレータを収納する工程と、前記第１の容器構成部と前記第２の容器構成部とを溶接により封止する工程とからなる電気化学セルの製造方法であって、前記第１の容器構成部の外側下面には、前記正極活物質と電気的に接続する第１の外部端子と、前記第２の容器構成部を介して前記負極活物質と電気的に接続する第２の外部端子とが設けられており、前記第１の容器構成部の上面に前記正極活物質を固定し、前記正極活物質の側面に絶縁体からなる被膜を形成することを特徴とする。
本発明によれば、正極活物質の側面に絶縁体からなる被膜を形成することで、正極活物質と第２の容器構成部との絶縁を確実にできるため、より好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、正極活物質が第１の容器構成部に固定される際に位置ずれが生じたとしても、セル内部における正極活物質と第２の容器構成部との間の絶縁が保たれることにより、両者の電気的な接触による短絡を防止し、安全性の高い、廉価な表面実装型電気化学セルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る実施形態を示すチップ形の電気二重層キャパシタの縦断面図である。
【図２】本発明に係る実施形態における絶縁体の別の態様を示す縦断面図である。
【図３】図１に示す電気二重層キャパシタの変形例を示す縦断面図である。
【図４】図１に示す電気二重層キャパシタのさらに別の変形例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る電気化学セルの実施形態について説明する。
本発明で説明する電気化学セルとは、具体的には、正極または負極として用いる活物質と電解液とが容器内に収容されてなる、非水電解質電池や電気二重層キャパシタ等を指す。
なお、本実施形態では、電気化学セルの一例として、表面実装型の電気二重層キャパシタを例に挙げて説明する。
【００２２】
本発明の電気化学セルの実施形態である電気二重層キャパシタ及びその製造方法について、図面を参照しながら以下に説明する。
図１に示すように、電気二重層キャパシタ１は、平板状の封口板３（第１の容器構成部）と、金属製のケース２（第２の容器構成部）と、この容器内部に形成された内部空間Ｓ中に収納された、非水電解液（図示せず）が含浸された正極活物質１３、負極活物質１１、及びセパレータ１２からなる発電要素４とから構成されている。
【００２３】
そして、封口板３には、ビア配線８、９に接続した外部端子６、７が形成されている。負極活物質１１は、ケース２とビア配線９を介して、この外部端子７と電気的に接続している。また正極活物質１３は、正極集電体５、ビア配線８を介して外部端子６と電気的に接続している。正極活物質１３と負極活物質１１とは、セパレータ１２を介して対向配置されている。
【００２４】
さらに、正極活物質１３の側面において、正極活物質１３とケース２との間に絶縁体１４が配置されている。正極活物質１３は、この絶縁体１４により、負の電位を有するケース２と電気的な絶縁を保つことができる。
さらにまた電気二重層キャパシタ１は、図示しない基板に例えばリフローにより表面実装可能とされたキャパシタである。
【００２５】
ケース２は有底筒状をしており、内部空間Ｓには正極、負極、セパレータ、及び電解液が収納可能である。ケース２の開口端部は封口板３により封止されるためのフランジ部を有する。このケース２は金属板をプレス加工などにより作製することができる。
【００２６】
ケース２を構成する材料としては例えば、ステンレスの他、コバール（Ｃｏ：１２重量％、Ｎｉ：２９重量％、Ｆｅ：残部からなる合金）、エリンバー（Ｃｏ：１２重量％、Ｎｉ：３６重量％、Ｆｅ：残部からなる合金）、インバー（Ｎｉ：３６重量％、Ｆｅ：残部からなる合金）、４２−アロイ（Ｎｉ：４２重量％、Ｆｅ：残部からなる合金）など、ニッケル含有の材料を用いることができる。
【００２７】
また、ケース２の表面には、ニッケルや、金などの耐食性に優れた貴金属などからなるメッキ層が形成されている。このメッキ層は、単層膜または下地層及び仕上げ層などからなる積層膜であってもよい。これらメッキ層の形成方法としては、例えば電解メッキや無電解メッキの他、真空蒸着などの気相法などが挙げられる。ケース２と封口板３との溶接の際、ケース２のメッキ層と封口板３上のロウ材とが溶着することにより、ケース２と封口板３とが強固に接合される。
【００２８】
封口板３は図１に示すようにセラミックからなる平板である。封口板３には、一方の面に外部端子６及び外部端子７が形成されている。外部端子が形成される面との反対面には、金属製のケース２が備えられる。ケース２のフランジ部と封口板３とをロウ材を介して溶接することにより、ケース２と封口板３とが封止される。ケース２で封止された内部空間Ｓに現れた封口板３の表面には、正極集電体５が構成されている。この正極集電体５は、内部空間Ｓに収納されている正極活物質１３と電気的に接続している。外部端子６は、ビア配線８及び正極集電体５を介して正極活物質１１と電気的に接続している。また外部端子７は、ビア配線９を介して、フランジ部と電気的に接続している。
【００２９】
また、封口板３の上面の周縁部において、ケース２と接合する箇所にロウ材が形成されている。そして、本実施形態の電気二重層キャパシタ１においては、ロウ材を介してケース２と封口板３とが密封された状態で構成される。
【００３０】
封口板３の材料としては、上記のようにアルミナ、窒化ケイ素、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、ムライトなどのセラミック材料を用いることができる。またロウ材としては、金ロウ、銀ロウなど、従来公知のロウ材が挙げられる。
【００３１】
封口板３には、正極または負極となる外部端子６、７、および、正極または負極のそれぞれに電気的に接続するためのビア配線８、９が設けられている。端子およびビア配線の構造は、図１に示すように、封口板３の内部に形成されたビア配線８、９を介して、正極または負極の外部端子６、７と、正極または負極とを電気的に接続する構造である。外部端子６、７とビア配線８、９には、タングステンやモリブデンなど、セラミックの焼成温度である１５００℃を超える融点をもつ金属が用いられる。
【００３２】
外部端子６、７とビア配線８、９は以下のように形成するのが好ましい。すなわち、封口板３に対応するセラミックグリーンシートにタングステンやモリブデンなどの金属のペーストを埋め込みやパターン印刷する。そして、このセラミックグリーンシートを高温で一括焼結する。これによって、外部端子６、７とビア配線８、９を一括形成することができる。
【００３３】
なお、外部端子６、７およびビア配線８、９には、メッキやスパッタにより更に単層膜や多層膜の金属膜が形成されてもよい。例えば、メッキにより下地にニッケル、表面に金の薄膜が形成されることにより、搭載機器の基板への良好な実装を実施することができる。
【００３４】
このようにして形成された封口板３の上部に、正極側のビア配線８と正極活物質１３とを電気的に接続するために正極集電体５が形成されている。この正極集電体５は、正極側のビア配線８の内部空間Ｓ内における露出部分を覆い、さらにこの露出部分と、封口板３の内部空間Ｓに接する面とを連続して覆っている。これにより、正極側のビア配線８の内部空間Ｓ内における露出部分に非水電解液が浸入することを防止できる。
【００３５】
また、ビア配線８は、正極活物質１３と外部端子６との電気的な接続に必要最小限な上部端面のみを内部空間Ｓ内に露出している。さらに、このビア配線８の上に、より耐食性の高い正極集電体５が形成され、ビア配線８を保護する構造となっている。これにより、正極集電体５にピンホールなどが存在したとしても、電解液がビア配線８に到達する可能性を減らすことができる。
【００３６】
正極集電体５は、電解液と接するために、電解液により腐食されない材料で形成されることが望ましい。このような性質を持つ金属としては、例えば弁金属としてチタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウムが挙げられ、特にアルミニウムが好ましい。正極集電体５を弁金属により形成することにより、ビア配線８を電解腐食から保護することができる。
【００３７】
発電要素４は、正極集電体５を介して封口板３の上面に電気的に接続された正極活物質１３と、この正極活物質１３上にセパレータ１２を挟んで重ねられ、非水電解液を通じてリチウムイオンなどのカチオンまたはアニオンを正極活物質１３との間で移動させる負極活物質１１とを備えている。これら正極活物質１３、負極活物質１１およびセパレータ１２には、図示しない非水電解液が含浸されている。
【００３８】
正極活物質１３と正極集電体５とは、フェノール樹脂などの樹脂材料に黒鉛や無定形炭素等の炭素材料を混合した導電性接着剤により接着固定されている。これにより正極活物質１３は、正極集電体５およびビア配線８を介して、一方の外部端子６に電気的に接続している。
【００３９】
また、負極活物質１１とケース２とについても同様に、導電性接着剤により接着されている。これにより負極活物質１１は、ケース２およびビア配線９を介して、他方の外部端子７に電気的に接続している。
【００４０】
正極活物質１３および負極活物質１１は、非水電解液を介して両者の間でカチオンまたはアニオンが移動し、該カチオンまたはアニオンを吸着、脱着可能な分極性電極である。例えば活性炭、導電材、およびポリテトラフルオロエチレンなどのバインダーを所定の割合で混合した後、所定の成形圧で成形されることにより作製される。
【００４１】
セパレータ１２は、正極活物質１３と負極活物質１１とを隔離して両電極の直接的な接触を規制する部材であり、大きなイオン透過度を有し、機械的強度を有する絶縁膜を用いることができる。リフローハンダ付けやケース２と封口板３との溶接の際の熱影響を考慮すると、セパレータ１２には、熱的、機械的耐性に優れた材料が好ましい。例えば、ガラス繊維のほか、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミド、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン等の樹脂を用いることができる。
【００４２】
非水電解液は、例えば予め水分を１００ｐｐｍ以下に除去した非プロトン性の極性有機溶媒に、同様に水分を除去したＴＥＡＢＦ４塩等の四級アンモニウム塩を支持塩として溶解させた電解液であり、少なくとも正極活物質１３、負極活物質１１及びセパレータ１２に電解液を含浸した状態で内部空間Ｓ内に存在していれば良い。特に、電解液が正極活物質１３、負極活物質１１に十分含浸し、内部空間Ｓ中のうちケース２と封口板３との接合部の近傍に電解液がなければ、溶接時の熱による電解液の蒸発が起こらずより好ましい。
【００４３】
また内部空間Ｓにおいて、正極活物質１３とケース２との間に、絶縁体１４が配置されている。正の電位を有する正極活物質１３が封口板３上に載置される際に位置ずれがあると、負の電位を有する金属製のケース２と接する可能性が生じる。正極活物質１３とケース２との間に絶縁体１４があることにより、正極活物質１３の位置ずれが起こったとしても、正極活物質１３とケース２との間に電気的な接触は発生しない。
【００４４】
絶縁体１４は、図１のように、電気二重層キャパシタ１の封口板３上において、正極活物質１３とケース２の間に配置されている。ケース２の側面と正極活物質１３との電気的な絶縁性を保つために、絶縁体１４は、セル内部を自由に移動しないように配置されている。
【００４５】
例えば、絶縁体１４は、正極活物質１３の外周と近い内周形状を有するリング形状とすることができる。絶縁体１４は、正極活物質１３、セパレータ１２および負極活物質１１が収納された内部空間Ｓにおいて、正極活物質１３とケース２との電気的な絶縁が保たれる範囲に配置される。特に、絶縁体１４が樹脂製のリング等の軟質の材料であれば、内部空間Ｓ中で動いた場合であっても、正極活物質１３を傷つけることがないため好ましい。
【００４６】
絶縁体１４が硬質の材料からなる場合には、絶縁体１４を封口板３上に固定することが好ましい。この場合、絶縁体１４は内部空間Ｓ中を移動することがないため、正極活物質１３を傷つけることがない。絶縁体１４は正極活物質１３の側面を囲むリング形状であり、予め封口板３に固定された後、正極活物質１３が封口板３上に形成された正極集電体５と導電性接着剤を介して接着される。正極活物質１３は、側面の周囲が絶縁体１４で覆われるため、ケース２との接触を防止することができる。
【００４７】
絶縁体１４を封口板３に固定する方法としては、例えば、耐熱性の接着剤を用いて接着する方法がある。また、絶縁体１４が封口板３と同じ材質のセラミックからなる場合においては、絶縁体１４と封口板３とを一体的に形成することにより、絶縁体１４を封口板３に固定することができる。この場合においては、封口板３と同じ材質からなるセラミックグリーンシートを予めリング形状に形成し、これを封口板３の材料となるセラミックグリーンシートに積層し一体焼成することにより、絶縁体１４が形成される。
絶縁体１４は、耐熱性の樹脂、ガラス、セラミック等により形成することができる。
【００４８】
耐熱性の樹脂には、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリフェニルサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）など、種々の樹脂を用いることができる。また、セルのリフロー実装の際にもたらされる２００〜３００℃の高熱によっても変質せず形状変化が小さければ、これらに限られず種々の耐熱性樹脂を用いることができる。
【００４９】
ガラスとしては、ホウ珪酸ガラス、石英ガラス等を用いることができる。またセラミックとしては、アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、ムライトなど、種々のセラミック材料を用いることができる。
【００５０】
本願に示す絶縁体の態様は、独立した絶縁体１４を正極集電体１４の周囲に配置するものに限られない。例えば、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すような絶縁体とすることができる。
【００５１】
図２（ａ）に示すように、セパレータ１２のうち、正極活物質１３と負極活物質１１とで挟まれていない箇所を正極活物質１３の周囲に配置することができる。この場合、セパレータ１２の一部が正極活物質１３とケース２との間に配置され、絶縁体として機能する。この態様であれば、製造工程における部品点数を削減でき、製造コストを低減できるため好ましい。
【００５２】
また、本実施形態における絶縁体の別の態様を図２（ｂ）に示す。正極活物質１３は側面が絶縁体からなる被膜２４で覆われている。この被膜２４により、正極活物質１３が封口板３上に形成される際、位置ずれしたとしても、正極活物質１３とケース２とは電気的な絶縁が保たれる。
【００５３】
このような構成においては、予め被膜２４が形成された正極活物質１３を、封口板３上の正極集電体５に導電性接着剤により固定することができる。また、正極集電体５上に固定された正極活物質１３の側面に被膜２４を形成することもできる。特に小型のセルの場合には、固定された正極活物質１３の側面に被膜２４を形成する方が製造上容易であるためより好ましい。
【００５４】
被膜２４の材料としては、被膜の形成が容易でセルのリフロー実装に耐え得る耐熱性の樹脂が用いられる。例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。これらの樹脂であれば、液体や溶液の前駆体を正極活物質１３の側面に塗布し硬化させることにより、容易に被膜を形成することができるため好ましい。また、これらの材料からなる紫外線硬化性樹脂も用いることができる。特に紫外線硬化性樹脂の場合、硬化時に熱処理を必要としないことから、処理時間を短くすることができ、製造コストを低減できるためより好ましい。
【００５５】
また、被膜２４の厚みについては、少なくとも１０μｍ以上あれば、正極活物質１３とケース２とを確実に絶縁することができ好ましく、２０μｍ以上あればより確実に絶縁することができるためより好ましい。
【００５６】
次に、本発明の電気化学セルである電気二重層キャパシタの製造方法について説明する。
本実施形態の好ましい態様である電気二重層キャパシタの製造方法は、上記構成の電気二重層キャパシタ１を製造する方法であり、封口板３上の集電体５上に正極活物質１３を形成した後、セパレータ１２を形成し、ついで、ケース２に接続した負極活物質１１をセパレータ１２と接続するように形成することで、セパレータ１２を介して正極活物質１３と負極活物質１１とを接続させる収納工程と、ケース２と封口板３とを溶接し封止する溶接工程とを、少なくとも具備した方法である。
【００５７】
収納工程について説明する。まず、封口板３上において、正極集電体５上に導電性接着剤を塗布し正極活物質１３を接着させる。また、ケース２の凹面底部に、導電性接着剤を介して負極活物質１１を接着させる。負極活物質１１が接着したケース２、および正極活物質１３が接着した封口板３を熱処理し、導電性接着剤の硬化と電極の乾燥を行う。このようにして乾燥した電極に非水電解液を注入し含浸させる。
【００５８】
そして、封口板３上の正極活物質１３の上にセパレータ１２を載置し、次いで、負極活物質１１が接続したケース２を封口板３に重ね合わせる。これにより、正極活物質１３と負極活物質１１とが、セパレータ１２を介して接続する。このようにしてケース２と封口板３とで作られる内部空間Ｓ中に、正極活物質１３、負極活物質１１、セパレータ１２、および非水電解液を収納する。
この収納工程においては、絶縁体１４を予め封口板３上に固定し、もしくは、封口板３上の集電体５上に形成された正極活物質１３の周囲に配置することができる。
【００５９】
また、正極活物質１３上に載置したセパレータ１２の、正極活物質１３と負極活物質１１とで挟まれていない箇所にリング形状の治具を押し当てるなどして、正極活物質の側面にセパレータを配置することができる。これによって、図２（ａ）のようにセパレータからなる絶縁体を形成することもできる。
【００６０】
次に溶接工程について説明する。ケース２と封口板３との接合部を溶接し、ケース２と封口板３とで容器を密封する。この際、ケース２と封口板３との溶接方法については特に限定されない。例えば、ローラー電極を接触させることによる抵抗溶接によるシーム溶接の他、レーザー溶接や超音波溶接などが挙げられる。このようなシーム溶接を用いた場合には、ケース２のニッケルメッキと封口板３上に形成されたロウ材とを溶着することができる。
【００６１】
次に、本発明の電気化学セルの変形例として、図３に示す表面実装型の電気二重層キャパシタを例に挙げて説明する。
図３に示す電気二重層キャパシタ１０は、図１の電気二重層キャパシタ１と同様、ケース２と封口板３０とで構成された容器内部に形成された内部空間Ｓ中に、非水電解液（図示せず）が含浸された正極活物質１３、負極活物質１１、及びセパレータ１２からなる発電要素４が収納されてなるものである。
【００６２】
また、図１の電気二重層キャパシタ１と同様に、図３の電気二重層キャパシタ１０の内部空間Ｓにおいて、ケース２の側面と正極活物質１３との間に絶縁体１４が形成されている。これにより、封口板３０上に正極活物質１３を形成する際に位置ずれが生じたとしても、正極活物質１３とケース２との間に電気的な接触は発生しない。このため、セル内部における短絡を防止することができる。
【００６３】
本変形例において、封口板３０の下面には、正極および負極の外部端子６、７が設けられている。封口板３０の一方の側面には外部配線１５が設けられている。この外部配線１５は封口板３０の内部に形成された層間配線１７およびビア配線１８を介して、正極側の外部端子６と正極活物質１３とを電気的に接続することができる。また、封口板３０の他方の側面に外部配線１６が設けられている。この外部配線１６を介して、負極側の外部端子７と負極活物質１１とが電気的に接続されている。封口板３０上にはまた、正極側のビア配線８と正極活物質１３とを電気的に接続する集電体５が形成されている。
【００６４】
正極集電体５は、ビア配線１８の内部空間Ｓ内における露出部分を覆い、さらにこの露出部分と、封口板３０の内部空間Ｓに接する面とを連続して覆っている。これにより、ビア配線１８の内部空間Ｓ内における露出部分に非水電解液が浸入することを防止できる。
【００６５】
また層間配線１７およびビア配線１８は、図３に示すように単数形成されるほか、外部配線１５と接続する複数の層間配線が形成され、各々の層間配線に対応する複数のビア配線が形成されても良い。これにより、複数のビア配線の１つがアノード溶解による腐食を受けたとしても、残りのビア配線および層間配線により、正極活物質１３と外部端子６との電気的な接続を保つことができる。
【００６６】
正極活物質１３と正極集電体５とは、フェノール樹脂などの樹脂材料に黒鉛や無定形炭素等の炭素材料を混合した導電性接着剤により接着されている。これにより正極活物質１３は、正極集電体５、ビア配線１８、層間配線１７、および外部配線１５を介して、一方の外部端子６に電気的に接続している。
【００６７】
また、負極活物質１１とケース２とについても同様に、導電性接着剤により接着されている。これにより負極活物質１１は、ケース２および外部配線１６を介して、他方の外部端子７に電気的に接続している。
さらに、本発明の電気化学セルの別の変形例として、図４に示す表面実装型の電気二重層キャパシタを例に挙げて説明する。
【００６８】
図４に示す電気二重層キャパシタ２０は、ケース２１、シールリング２２、および封口板３０で構成された容器内部に形成された内部空間Ｓ中に、非水電解液（図示せず）が含浸された正極活物質１３、負極活物質１１、及びセパレータ１２からなる発電要素４が収納されてなるものである。
【００６９】
また、図１の電気二重層キャパシタ１と同様に、図４の電気二重層キャパシタ２０の内部空間Ｓにおいて、ケース２の側面と正極活物質１３との間に絶縁体１４が形成されている。これにより、封口板３０上に正極活物質１３を形成する際に位置ずれ生じたとしても、正極活物質１３とケース２との間に電気的な接触は発生しない。このため、セル内部における短絡を防止することができる。
【００７０】
封口板３０の上端部には、接合材を介して予めシールリング２２が接合されている。接合材は例えばＡｇ−Ｃｕロウなどのロウ材が用いられる。この封口板３０に接合されたシールリング２２と、ケース２１とが重ねられ溶接される。溶接方法としては、ローラー電極を接触させることによるシーム溶接、レーザー溶接や、超音波溶接などが用いられる。
【００７１】
ケース２１と封口板３０とは、接合材（図示せず）を介して接合され、内部空間Ｓが形成される。接合材は例えばＡｇ−Ｃｕロウなどのロウ材が用いられる。接合材は予め封口板３０上の接合面に塗布され、その上にケース２が重ねられ溶接される。溶接方法としては、ローラー電極を接触させることによるシーム溶接、レーザー溶接や、超音波溶接などが用いられる。
【００７２】
これにより、ケース２は、シールリング２２を介して封口板３に対して気密に接合されている。そして、封口板３０とケース２とで画成された空間が、気密に封止された内部空間Ｓとされている。
【００７３】
なお、本実施形態のシールリング２２は、ニッケルを含有する金属材料から形成されている。具体的には、コバール、エリンバー、インバー、４２−アロイの中から選ばれる１つとされるが、その限りではない。
【００７４】
特にシールリング２２の材質としては、封口板３に対して熱膨張係数の近いものが好ましい。例えば、熱膨張係数６．８×１０−６／℃のアルミナを用いて封口板３を形成する場合、シールリング２２としては熱膨張係数５．２×１０−６／℃のコバールや、熱膨張係数４．５〜６．５×１０−６／℃の４２−アロイや、ニッケル基合金等を用いることが好ましい。
【００７５】
また、本変形例のケース２１についても、シールリング２２と同様にニッケルを含有する金属材料から形成されている。具体的には、コバール、エリンバー、インバー、４２−アロイの中から選ばれる１つとされている。この場合にも、封口板３０に対して熱膨張係数の近いものが好ましい。
【００７６】
さらにまた、ケース２１やシールリング２２には表面にメッキ層が形成されている。メッキ層は例えばニッケルや、金などの耐食性に優れた貴金属などが挙げられ、単層膜でも構わないし、下地層及び仕上げ層などからなる積層膜であっても構わない。これらメッキ層の形成方法としては、例えば電解メッキや無電解メッキの他、真空蒸着などの気相法などが挙げられる。ケース２１と封口板３０との溶接の際、ケース２１およびシールリング２２それぞれのメッキ層のいずれか一方もしくは両方が溶けることにより、ケース２１とシールリング２２とが強固に接合される。
【００７７】
負極活物質１１とケース２１とは、導電性接着剤を介して接着している。ケース２１はシールリング２２と接し、さらにシールリング２２は外部配線１６と接している。これにより、外部端子７と負極活物質１１とが電気的に接続されている。
【００７８】
本変形例において、封口板３０の下面には、正極および負極の外部端子６、７が設けられている。封口板３０の一方の側面には外部配線１５が設けられている。この外部配線１５は封口板３０の内部に形成された層間配線１７およびビア配線１８を介して、正極側の外部端子６と正極１３とを電気的に接続することができる。
【００７９】
また、封口板３０の他方の側面に外部配線１６が設けられている。この外部配線１６を介して、負極側の外部端子７と負極活物質１１とが電気的に接続されている。封口板３０上にはまた、正極側のビア配線８と正極活物質１３とを電気的に接続する正極集電体５が形成されている。
【００８０】
正極活物質１３と正極集電体５とは、フェノール樹脂などの樹脂材料に黒鉛や無定形炭素等の炭素材料を混合した導電性接着剤により接着されている。これにより正極１３は、集電体５、ビア配線１８、層間配線１７、および外部配線１５を介して、一方の外部端子６に電気的に接続している。
【００８１】
また、負極活物質１１とケース２１とについても同様に、導電性接着剤により接着されている。これにより負極活物質１１は、ケース２１、シールリング２２および外部配線１６を介して、他方の外部端子７に電気的に接続している。
【００８２】
シールリング２２を用いた形態においては、図４に示す本変形例の他に、図１に示す形態において、ケース２と封口板３の間にシールリングを配置した構成も利用することができる。
【００８３】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
例えば、上記実施形態では、電気化学セルの一例として電気二重層キャパシタを例に挙げて説明したが、この場合に限定されるものではない。酸化・還元反応を伴う二次電池等の他の電気化学デバイスにも適用することができる。例えば、正極または負極の活物質として金属リチウムイオンを吸蔵、放出可能な材料を用いたリチウム二次電池に適用することができる。特に、負極活物質に予めリチウムイオン吸蔵可能な炭素系材料やケイ素系材料を用い、そこにリチウムイオンを予めドープさせたリチウムイオンキャパシタや、リチウムイオン二次電池でも構わない。少なくとも正極または負極のいずれか一方に電気二重層キャパシタ等で用いる活性炭等の電極を組み合わせたリチウムイオンキャパシタにも適用可能である。
【符号の説明】
【００８４】
Ｓ・・・内部空間
１、１０、２０・・・電気二重層キャパシタ（電気化学セル）
２、２１・・・ケース
３、３０・・・封口板
４・・・発電要素
５・・・正極集電体
１１・・・負極活物質
１２・・・セパレータ
１３・・・正極活物質
１４・・・絶縁体
２４・・・被膜
６、７・・・外部端子
８、９、１８・・・ビア配線
１５、１６・・・外部配線
１７・・・層間配線
２２・・・シールリング
【図１】
2014195053.tif 000003
【図２】
2014195053.tif 000004
【図３】
2014195053.tif 000005
【図４】
2014195053.tif 000006