(57)【要約】【課題】本発明は、電極素子および電解質が収容された密閉容器内に発生するガスを所定量透過させて、密閉容器外に排出させる密閉型電気化学デバイスのガス透過接合体を提供する。【解決手段】本発明は、第１の成形体２と第２の成形体３との少なくとも一方に接合層５を形成し、接合層５を介して第１の成形体２と第２の成形体３とを接合することにより、密閉容器の構成部材を形成するとともにこの接合層５の一部を密閉容器内と連通させるように所定量除去して第１の成形体２と第２の成形体３とを接合してその接合面に微小な間隙部５Ａ、好ましくは０．１ＭＰａ（Ｇ）の圧力で、ヘリウムリーク速度が１．０×１０−２〜１．０×１０−５Ｐａ・ｍ３／ｓとなる微小な間隙部５Ａを形成して、この微小な間隙部５Ａが密閉容器内に発生するガスを密閉容器外に排出させるガス透過路となるようにした密閉型電気化学デバイスのガス透過接合体である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の成形体と第２の成形体との少なくとも一方に接合層を形成し、前記接合層を介して第１の成形体と第２の成形体とを接合することにより、密閉容器の構成部材を形成するとともに前記接合層の一部を前記密閉容器内と連通させるように所定量除去して第１の成形体と第２の成形体とを接合してその接合面に微小な間隙部を形成して前記微小な間隙部が密閉容器内に発生するガスを密閉容器外に排出させるガス透過路となるようにしたことを特徴とする密閉型電気化学デバイスのガス透過接合体。
【請求項２】
前記微小な間隙部は、０．１ＭＰａ（Ｇ）の圧力で、ヘリウムリーク速度が１．０×１０−２〜１．０×１０−５Ｐａ・ｍ３／ｓのガス透過路であることを特徴とする請求項１に記載の密閉型電気化学デバイスのガス透過接合体。
【請求項３】
前記第１の成形体は貫通孔を有し、第１の成形体と第２の成形体とを前記接合層を介して接合することにより前記貫通孔を閉塞させて、第１の成形体と第２の成形体とで密閉容器の構成部材である封口体を形成して、前記接合層の一部を前記貫通孔と連通させるように所定量除去して第１の成形体と第２の成形体とを接合することにより、前記第１の成形体と第２の成形体との接合面に微小な間隙部を形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の密閉型電気化学デバイスのガス透過接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、電極素子および電解質が収容された密閉型電気化学デバイスのガス透過接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】密閉容器内に電極素子及び電解質が収容されたコンデンサやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイスにあっては、充放電サイクルを繰り返したり、高温で放置したり、短絡・過充電・逆充電などにより電解質が分解されて、その密閉容器内で水素ガスや炭酸ガスなどのガスが発生し、そのガスが密閉容器内に蓄積されることにより急激に密閉容器内の圧力が上昇して、その圧力により密閉容器が膨張し、密閉容器が破裂することにより密閉型電気化学デバイスが損傷するので、発生したガスが密閉容器内に蓄積しすぎないようにその発生したガスを適宜、密閉容器外に排出する機能を備えた密閉型電気化学デバイスが望まれている。【０００３】第１の成形体の貫通孔を開口した筒部の中空とし、この中空内に第２の成形体に相当するガス透過仕切り部を設けて、このガス透過仕切り部をガス透過路としたガス透過フィルターであって、ガス透過仕切り部よりもガス透過量が大きいガス透過表層シートをガス透過仕切り部と離間して設けることにより筒部の中空内でガス透過仕切り部の上下面の少なくとも一方の面に空間部を形成して、水分を透過させにくくガス透過性のよいガス透過フィルターが、特許文献１にて、提案されている。【０００４】しかし、特許文献１のガス透過フィルターにおいては、水分を透過させにくくガス透過性のよいガス透過フィルターとして機能するガス透過仕切り部を中空筒部内に形成する必要がある。【０００５】また、電解液の液口には充電時に発生した電池内部のガスを排出する排気孔を有した液口栓が装着され、この液口栓の排気孔を耐酸性樹脂シートで覆われるとともに、液口栓上部及びガスの排出経路は粘着剤又は接着剤が塗布されていない部分で形成する鉛蓄電池が、特許文献２にて、提案されている。【０００６】しかし、特許文献２の鉛蓄電池においては、液口栓が第１の成形体の貫通孔を閉塞する第２の成形体に相当しても、液口栓自体に流路を形成しておらず、流路の形成には液口栓以外に液口栓を覆う耐酸性樹脂シートが必要である。【０００７】また、特許文献３には、正極シート及び負極シートの間にセパレータと電解質を介在させた状態で外装シートや外装フィルムにて封止した構造を有するシート状リチウム電池において、外装フィルムの熱融着による封止部分の一部に未融着部分を形成することにより幅狭な安全弁部を形成するシート状リチウム電池が提案されている。【０００８】しかし、特許文献３のシート状リチウム電池においては、この未着部分は過充電や高温等で電池内の圧力が上がって外装フィルムが膨張したときに、外装フィルムを破断させて、電池内部のガスを外部に導出（排出）するように形成されており、前記ガスを所定量外部に排出するガス透過路の構造ではない。【０００９】
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１６−１６３８７５号公報
【特許文献２】特開２００９−２１８０３０号公報
【特許文献３】特開２００３−１３２８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】本発明は、上記の問題点を解消するために、電極素子および電解質が収容された密閉容器内に発生するガスを所定量透過させて、密閉容器外に排出させる密閉型電気化学デバイスのガス透過接合体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】本発明の請求項１に記載の密閉型電気化学デバイスのガス透過接合体は、第１の成形体と第２の成形体との少なくとも一方に接合層を形成し、前記接合層を介して第１の成形体と第２の成形体とを接合することにより、密閉容器の構成部材を形成するとともに前記接合層の一部を前記密閉容器内と連通させるように所定量除去して第１の成形体と第２の成形体とを接合してその接合面に微小な間隙部を形成して前記微小な間隙部が密閉容器内に発生するガスを密閉容器外に排出させるガス透過路となるようにしたことを特徴とする。同請求項２に記載の密閉型電気化学デバイスのガス透過接合体は、請求項１において、前記微小な間隙部は、０．１ＭＰａ（Ｇ）の圧力で、ヘリウムリーク速度が１．０×１０−２〜１．０×１０−５Ｐａ・ｍ３／ｓのガス透過路であることを特徴とする。同請求項３に記載の密閉型電気化学デバイスのガス透過接合体は、請求項１または２において、前記第１の成形体は貫通孔を有し、第１の成形体と第２の成形体とを前記接合層を介して接合することにより前記貫通孔を閉塞させて、第１の成形体と第２の成形体とで密閉容器の構成部材である封口体を形成して、前記接合層の一部を前記貫通孔と連通させるように所定量除去して第１の成形体と第２の成形体とを接合することにより、前記第１の成形体と第２の成形体との接合面に微小な間隙部を形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】本発明の密閉型電気化学デバイスのガス透過接合体は、第１の成形体と第２の成形体との少なくとも一方に接合層を形成し、前記接合層を介して第１の成形体と第２の成形体とを接合することにより、密閉容器の構成部材を形成するとともに前記接合層の一部を前記密閉容器内と連通させるように所定量除去して第１の成形体と第２の成形体とを接合してその接合面に例えば、０．１ＭＰａ（Ｇ）の圧力で、ヘリウムリーク速度が１．０×１０−２〜１．０×１０−５Ｐａ・ｍ３／ｓとなる微小な間隙部を形成することにより、ガスを透過させるが水蒸気などの水分を透過させないようにしたガス透過路を構成し、接合体の一部を所定量除去するという簡単な構造で、密閉容器内に発生するガスを密閉容器外に排出させるガス透過路が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１で図２のＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明の実施形態１で密閉型電気化学デバイスのガス透過接合体の平面図である。
【図３】本発明の実施形態１で密閉型電気化学デバイスのガス透過接合体の接合作業状態を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の成形体の表面に微小な間隙部を形成する表面処理の説明図である。
【図５】本発明の実施形態２で図６のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】本発明の実施形態２で密閉型電気化学デバイスのガス透過接合体の平面図である。
【図７】本発明の実施形態２で第２の成形体で接合層を所定量除去した状態を示す背面図である。
【図８】本発明の実施形態３で図９のＣ−Ｃ断面図である。
【図９】本発明の実施形態３で密閉型電気化学デバイスのガス透過接合体の平面図である。
【図１０】本発明の実施形態１〜３の密閉型電気化学デバイスのガス透過接合体を用いた密閉型電気化学デバイスを示す断面図である。
【図１１】本発明の実施形態４で異なる密閉型電気化学デバイスを示す側面図である。
【図１２】本発明の実施形態４で密閉型電気化学デバイスのガス透過接合体における接合面の平面図である。
【図１３】本発明の実施形態４で図１２のＤ−Ｄ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】（実施形態１）
図１〜図４を参照して、円形状の貫通孔を有する平板状の第１の成形体と前記貫通孔に柱状の第２の成形体を組み込んだ密閉型電気化学デバイスのガス透過接合体の構成を説明する。
【００１６】図１において、ガス透過接合体１は、貫通孔４を有する平板状の第１の成形体２と貫通孔４に形成された柱状の第２の成形体３とからなり、密閉容器の一部を構成している。この密閉容器を構成するために、第１の成形体２に形成された貫通孔４は第２の成形体３で閉栓されている。第１の成形体２の素材はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリプロピン（ＰＰ）樹脂などの合成樹脂材やアルミニウム（含む合金）などの金属材が例示できる。また、第２の成形体３は柱状に形成されており、図３に示すように第１の成形体２の貫通孔４に嵌挿して閉栓させている。第２の成形体３の素材は第１の成形体２と同様な素材でできており、その外周面には接合層５が形成されており、この接合層５としては、メルカプト基、チオカルボニル基、シアノ基、イソシアナート基、アミノ基、アンモニウム基、ピリジニウム基、アジニル基、カルボキシル基、ベンゾトリアゾール基、トリアジンチオール基等の何れかまたはこれらを組み合わせた化学的処理剤からなる接着剤の薄膜層やエポキシ樹脂材のよう樹脂結合層が例示できる。第１の成形体２の貫通孔４の内周面に密着接合されるように接合層５が形成されている。このように第２の成形体３を第１の成形体２の貫通孔４に嵌挿すると、この接合層５を介して第２の成形体３が第１の成形体２の貫通孔４に密着接合されて、第１の成形体２の貫通孔４は閉栓された液口栓６となり、密閉容器の密閉性を維持している。
【００１７】密閉容器は後述するような電解液を有するキャパシタやリチウムなどの密閉型電気化学デバイスの密閉容器であり、この種の密閉容器においては、内部（図１では下面）に発生したガスを図１に示す微小な間隙部５Ａから矢印方向の容器外に排出させる必要があり、このガス透過接合体１には、第１の成形体２と第２の成形体３とを密着接合させる接合層５にガスを密閉容器外に排出させるガス透過路を備えている。このガス透過路は接合層５の一部を密閉容器内と連通させるように所定量除去させて所定の微小な間隙部５Ａを形成することにより、ガスを透過させるが、水蒸気などの水分を透過させないようにしたガス透過路を構成している。図４はこのガス透過路を形成する方法の一例を示す。
【００１８】図４は、実施形態１および実施形態２〜４に適用される第１の成形体２、２１と第２の成形体３、３０、３１、３００との接合面に形成される微小な間隙部５Ａの形成方法を示す
【００１９】図４において、第１の成形体２、２１と第２の成形体３、３０、３１、３００との接合面の一方である第２の成形体３、３０、３１、３００の表面にメルカプト基、チオカルボニル基、シアノ基、イソシアナート基、アミノ基、アンモニウム基、ピリジニウム基、アジニル基、カルボキシル基、ベンゾトリアゾール基、トリアジンチオール基等の何れかまたはこれらを組み合わせた化学的処理剤からなる接着剤の薄膜層からなる接合層５を形成し、この接合層５の一部にレーザＬを照射してその接合層５の一部を所定量除去して第１の成形体２、２１と第２の成形体３、３０、３１、３００とを接合してその接合面に微小な間隙部５Ａが形成されたガス透過路が得られ、接合層５を所定量除去する除去量は、０．１ＭＰａ（Ｇ）の圧力で、ヘリウムリーク速度が１．０×１０−２〜１．０×１０−５Ｐａ・ｍ３／ｓとなる微小な間隙部５Ａを形成するように設定することにより、水分を透過させにくくガス透過性のよいガス透過路が形成できた。この場合、この微小な間隙部５Ａがガス透過接合体１の両端面方向に連通させるように第２の成形体３、３０、３１、３００の表面に形成されているが、第１の成形体２、２１の表面に接合層５を形成させてガス透過接合体１の両端面方向に連通させるようにしてもよい。このように、微小な間隙部５Ａがガス透過接合体１の両端面方向に連通されているので、密閉容器を構成するガス透過接合体１がその両端が密閉容器の内外となり、密閉容器内に発生したガスを密閉容器外に排出するガス透過路として機能する。この場合、接合層５としてエポキシ樹脂材のよう樹脂結合層を用い、図示しないが、樹脂結合層を形成する際にマスキング治具で樹脂結合層の一部を所定量除去する方法が例示できる。
【００２０】（実施形態２）
【００２１】図５〜図７を参照して、防爆弁または安全弁を例とする平板状の第２の成形体を実施形態１と同様な第１の成形体に組み込んだガス透過接合体の構成を説明する。
【００２２】図７において、第２の成形体３０は、平板状でアルミニウムや合成樹脂材などのフィルムで表面に環状の接合層５が形成されている。第２の成形体３０の形状は円板を例示するが矩形状の板でもよい。この接合層５は実施形態１と同様な素材でできており、この接合層５の一部を所定量除去して微小な間隙部５Ａが形成されている。この接合層５を所定量除去する除去量は、実施形態１と同様に、０．１ＭＰａ（Ｇ）の圧力で、ヘリウムリーク速度が１．０×１０−２〜１．０×１０−５Ｐａ・ｍ３／ｓとなる微小な間隙部５Ａを形成するように設定すればよい。この第２の成形体３０を図５および図６に示すように貫通孔４を有する第１の成形体２の表面（図５においては上面）に貫通孔４を覆うように接合層５を介して加熱・加圧して接合されている。この微小な間隙部５Ａは第１の成形体２と第２の成形体３０とを接合してその接合面において貫通孔４と連通しており、発生したガスが貫通孔４から微小な間隙部５Ａを矢印方向に排出されるガス透過路となる。このとき、微小な間隙部５Ａからガスが排出される能力を超えて多量のガスが発生し、ガス圧が高くなると、第２の成形体３０は、第１の成形体２の貫通孔４を開放するように第２の成形体３０が破断する防爆弁（または安全弁）７となる。
【００２３】（実施形態３）
【００２４】図８および図９を参照して、電極端端子を例とする柱状と平板状とを組み合わせた形状の第２の成形体を組み込んだガス透過接合体の構成を説明する。
【００２５】図８および図９において、第１の成形体２は貫通孔４を有する密閉容器の一部を構成し、アルミニウム（含む合金）などの金属材でできており、その貫通孔４にはポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリプロピン（ＰＰ）樹脂などの合成樹脂材でできた中空筒のガスケット２Ａが一体に成形されている。このガスケット２Ａの中空内に端面が平板状でその中央部から他端（図８においては下端）方向に柱状部を有する電極端子８となる第２の成形体３００が配置される。この第２の成形体３００は電極端子８となるように銅（含む合金）やアルミニウム（含む合金）等の金属材でできている。第２の成形体３００の表面（第１の成形体２と接合する表面およびガスケット２Ａと接合する表面）にメルカプト基、チオカルボニル基、シアノ基、イソシアナート基、アミノ基、アンモニウム基、ピリジニウム基、アジニル基、カルボキシル基、ベンゾトリアゾール基、トリアジンチオール基等の何れかまたはこれらを組み合わせた化学的処理剤からなる接着剤の薄膜層ｄからなる接合層５が形成されている。第２の成形体３００をガスケット２Ａの中空内に圧着させて第２の成形体３００は接合層５を介してガスケット２Ａに固着されるように配置させることにより、ガスケット２Ａは第１の成形体２と第２の成形体３００とを電気的に絶縁されるように構成されている。また、第２の成形体３００と第１の成形体２と接合する表面および第２の成形体３００とガスケット２Ａと接合する表面における接合層５の一部を所定量除去した微小な間隙部５Ａが形成されている。この接合層５を所定量除去する除去量は、実施形態１と同様に、０．１ＭＰａ（Ｇ）の圧力で、ヘリウムリーク速度が１．０×１０−２〜１．０×１０−５Ｐａ・ｍ３／ｓとなる微小な間隙部５Ａを形成するように設定すればよい。この微小な間隙部５Ａは、第１の成形体２に一体成形されたガスケット２Ａと第２の成形体３００とを接合させた接合面において密閉容器内と連通しており、密閉容器内で発生したガスが微小な間隙部５Ａを矢印方向に排出されるガス透過路となる。
【００２６】（密閉型電気化学デバイス）
【００２７】図１０は、実施形態１〜３の密閉型電気化学デバイスのガス透過接合体を用いた密閉型電気化学デバイスを示す。
【００２８】図１０において、平板状の第１の成形体２は液口栓６や防爆弁（または安全弁）７を備え、一対の電極端子８、８を並設した蓋体である封口板となり、開口端のある円筒状または直方体状の箱型ケース１０を閉蓋して密閉容器となった密閉型電気化学デバイスを示し、この密閉型電気化学デバイスは電解液９を有するコンデンサやリチウム電池などで、この密閉容器の内部には電極端子８の接続部８１、この接続部８１と電気的に接続されるリード９１、このリード９１と電機接続される電極素子部９０および電解液９が密閉されて収容されている。このように、電極素子部９０および電解液９を有するコンデンサやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイスにあっては、電解液９が外に漏れ出ないように密閉されているので、充放電サイクルを繰り返したり、高温で放置したり、短絡・過充電・逆充電などにより電解液８が分解されて、酸素や二酸化炭素などのガスが発生し、そのガスが蓄積されることにより急激に内圧が上昇して、密閉容器本体となる封口板（第１の成形体２）や箱型ケース１０が膨れたり、破裂したりするおそれがあるので、発生したガスをガス透過接合体１の微小な間隙部５Ａから適宜、密閉容器外に排出される。さらに、微小な間隙部５Ａからガスが排出される能力を超えて多量のガスが発生し、ガス圧が高くなると、防爆弁（または安全弁）７を作動させて密閉容器内を開放してガスを排出させて密閉容器の破裂を防止している。
（実施形態４）
【００２９】図１１〜図１３は、ガスが透過する貫通孔を有さない第１の成形体用いて密閉容器とする密閉型電気化学デバイスに適用させたガス透過接合体を示す。
【００３０】図１１〜図１３において、第１の成形体２１と第２の成形体３１とはポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリプロピン（ＰＰ）樹脂などの合成樹脂材のフィルムとアルミニウム（含む合金）などの金属材のフィルムとを積層した多層フィルムでできており、何れも最外層は合成樹脂材のフィルムで構成している。第１の成形体２１は矩形状の平板でその表面には環状の接合層５が形成されている（図１２参照）。第２の成形体３１は端縁に環状の鍔部３１Ａを有する袋状の開口した容器が形成されており、この第１の成形体２１の環状の接合層５が第２の成形体３１の鍔部３１Ａに配置するようにして第１の成形体２１と第２の成形体３１とを後述の電極端子８とともに接合することにより密閉容器が形成されている。この密閉容器内には電解質と結合された電極素子部９２が収容されており、この電極素子部９２は接続部８１を介して正極と負極の一対の電極端子８、８と電気的に接続されて密閉されている。一対の電極端子８、８は接合層５を介して第１の成形体２１と第２の成形体３１の鍔部３１Ａとを加熱・加圧することにより密着接合されている。この一対の電極端子８、８の間において、接合層５の一部が密閉容器内と連通するように所定量除去されて微小な間隙部５Ａが形成されている。この接合層５の一部を所定量除去する除去量は、実施形態１と同様に、０．１ＭＰａ（Ｇ）の圧力で、ヘリウムリーク速度が１．０×１０−２〜１．０×１０−５Ｐａ・ｍ３／ｓとなる微小な間隙部５Ａを形成するように設定すればよい。このようにして形成された微小な間隙部５Ａは、発生したガスが第１の成形体２１と第２の成形体３１の鍔部３１Ａとの接合面において、密閉容器内から矢印方向に排出されるガス透過路となる。
【００３１】以上の通り、ガス透過接合体１、１１は、第１の成形体２、２１と第２の接合体３、３０、３１、３００とを接合層５を介して接合することにより密閉容器の一部を構成し、密閉容器の一部を構成するに際して、接合層５の一部を密閉容器内と連通させるように所定量除去して接合して、密閉容器内と連通したその微小な間隙部５Ａからなるガス透過路を形成しており、好ましくは、接合層５の一部にレーザＬを照射してその接合層５の一部を所定量除去して第１の成形体２、２１と第２の成形体３、３０、３１、３００との接合面に０．１ＭＰａ（Ｇ）の圧力で、ヘリウムリーク速度が１．０×１０−２〜１．０×１０−５Ｐａ・ｍ３／ｓとなる微小な間隙部５Ａを形成することにより、水分を透過させにくくガス透過性のよいガス透過路とする大きさに設定すればよい。また、微小な間隙部５Ａは接合層５に複数箇所に形成して密閉容器内と連通させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】本発明は電解液や固体電解質を有するコンデンサやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイスとして有用である。
【符号の説明】
【００３３】  １、１１  ガス透過接合体
２、２１  第１の成形体
３、３０、３１、３００  第２の成形体
５  接合層
５Ａ  微小な間隙部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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