(57)【要約】【課題】正極缶と負極端子が接触しショートしないよう離して溶接でき、負極端子が、電気化学セルに外接する四角形からはみ出さない、端子付電気化学セルを提供することを目的とする。【解決手段】本発明の端子付扁平形電気化学セルは、内側外装ケースと、一端が開口した扁平の筒型形状に成形された外側外装ケースと、前記内側外装ケースと外側外装ケースとの間にガスケットを介して発電要素を収納して封止し、前記外側外装ケースおよび内側外装ケースに端子が溶接されている端子付扁平形電気化学セルであって、前記内側外装ケースが正極であり、前記外側外装ケースが負極であり、前記外側ケースに溶接された端子の基板と接続する接続面は、前記内側外装ケースの端子の基板と接続する面と略同一面にあることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側外装ケースと、一端が開口した扁平の筒型形状に成形された外側外装ケースと、前記内側外装ケースと外側外装ケースとの間にガスケットを介して発電要素を収納して封止し、前記外側外装ケースおよび内側外装ケースに端子が溶接されている端子付扁平形電気化学セルであって、
前記内側外装ケースが正極であり、
前記外側外装ケースが負極であり、
前記外側ケースに溶接された端子の基板と接続する接続面は、前記内側外装ケースの端子の基板と接続する面と略同一面にあることを特徴とする端子付扁平形電気化学セル。
【請求項２】
前記内側外装ケースは、リチウムを参照極とした電位で４．０Ｖ（ｖｓＬｉ）の電位下の環境で耐食性を有する金属材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の端子付扁平形電気化学セル。
【請求項３】
前記内側外装ケースは、ＳＵＳ３１６Ｌで形成されていることを特徴とする請求項２に記載の端子付扁平形電気化学セル。
【請求項４】
前記内側外装ケースに溶接される前記端子の前記接続面は、前記電気化学セルと反対側に曲げられて、先端が細くなる形状をしており、かつ前記電気化学セルに外接する四角形の内側に位置することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の端子付扁平形電気化学セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コインまたはボタン型の端子付電気二重層キャパシタ、二次電池等の電気化学セルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のコインまたはボタン型の電気化学セルにおいては、回路基板にはんだ付けされることを目的に端子が取り付けられている。近年、実装面積を少なくするために、さらなる工夫がされている（例えば、特許文献１）。また、正の極性を持つ、外装ケースは、耐電圧を有するものが用いられている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−９２１０２号公報
【特許文献２】特開２００１−１１８５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
コインまたはボタン型の電気化学セルは、携帯機器に用いられることが多い。一般的にコインまたはボタン型の電気化学セルは、携帯機器の回路基板に端子をはんだ付けされて使用される。最近では、リフローはんだ付けによる回路基板への実装が主流となっている。
【０００５】
コインまたはボタン型の電気化学セルの形状は、上方から見ると丸い形状をしている。一方、他の電子部品は、四角形をしているものがほとんどである。そのため、電気化学セルを他の電子部品と同一の回路基板に、実装する場合、周辺に無駄なスペースが発生してしまう。そのため、特許文献１に示されるように、なるべく、端子を電気化学セルに外接する四角形の内側に入れようとする試みが行なわれてきた。例えば、従来例である図２に示されるようにどちらかの端子が、なるべく電気化学セルに外接する四角形の内側に入るよう工夫されてきた。
【０００６】
一般的に電気化学セルの金属外装ケースは、キャップ状またはハット状に成形された一方の金属外装ケースが負の極性を有し、反対側の金属外装ケースが正の極性を有していた。図４に示したように、キャップ状またはハット状に成形された一方の金属外装ケースが、負極缶１０４２、反対側の金属外装ケースが正極缶１０６２となっている。これは、電池の国際規格ＩＥＣのコインまたはボタン型の一次電池がこの形状をしているため、同様の極性になっているものと思われる。
【０００７】
電気化学セル組み込み機器の設計により、上側を負の極性に用いる場合が増えてきている。これは、電気化学セルを組み込む携帯機の筐体がマイナスにアースされている場合が多いため、万が一、電気化学セルが筐体に接触しても大丈夫とするための配慮である。その場合、従来例図４に示したように、正極缶１０６２と負極端子１０３２が接触しショートしないため、離して溶接する必要があった。その結果、従来例図２に示したように、負極端子１０３２が、電気化学セルに外接する四角形１０２からはみ出してしまい、実装面積が大きくなってしまうという課題があった。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、正極缶と負極端子が接触しショートしないよう離して溶接でき、負極端子が、電気化学セルに外接する四角形からはみ出さない、端子付電気化学セル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】
【０００９】
請求項１の発明は、内側外装ケースと、一端が開口した扁平の筒型形状に成形された外側外装ケースと、前記内側外装ケースと外側外装ケースとの間にガスケットを介して発電要素を収納して封止し、前記外側外装ケースおよび内側外装ケースに端子が溶接されている端子付扁平形電気化学セルであって、前記内側外装ケースが正極であり、前記外側外装ケースが負極であり、前記外側ケースに溶接された端子の基板と接続する接続面は、前記内側外装ケースの端子の基板と接続する面と略同一面にあることを特徴とする端子付扁平形電気化学セルに関するものである。
請求項１の発明によれば、内側外装ケースと、負極端子との接触の心配がなくなり、電気化学セルに外接する四角形の内側入れることができるようになる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の端子付扁平形電気化学セルであって、前記内側外装ケースは、リチウムを参照極とした電位で４．０Ｖ（ｖｓＬｉ）の電位下の環境で耐食性を有する金属材料で形成されていることを特徴とする。
請求項２の発明によれば、内側外装ケースつまり正極缶の金属材料を、リチウムを参照極として電位を測定すると、４．０Ｖ（ｖｓＬｉ）の電位下の環境で耐食性を有する材料とすることにより、電気化学セル耐久性が格段に向上する。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２に記載の端子付扁平形電気化学セルであって、前記内側外装ケースは、ＳＵＳ３１６Ｌで形成されていることを特徴とする。
請求項３の発明によれば、前記４．０Ｖ（ｖｓＬｉ）の電位下の環境で耐食性を有する金属材料をＳＵＳ３１６Ｌとすることにより、キャップ状またはハット状への成形加工が容易となり、また、それだけではなくコスト的にも優位となる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の端子付扁平形電気化学セルであって、前記内側外装ケースに溶接される前記端子の前記接続面は、前記電気化学セルと反対側に曲げられて、先端が細くなる形状をしており、かつ前記電気化学セルに外接する四角形の内側に位置することを特徴とする。
請求項４の発明によれば、前記回路基板と反対側に取り付けられた前記電気化学セルに外接する四角形の内側に位置する端子、つまり負極端子の前記電気化学セルに溶接されていない側の端部が前記電気化学セルと反対側に曲げられていることにより、電気化学セルの高さも低くできる効果がある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、キャップ状またはハット状の正極缶が、一端が開口した扁平の筒型形状に成形された金属外装ケースをクリンプした負極缶より小さくなるため、負極端子との接触の心配がなくなり、電気化学セルに外接する四角形の内側入れることができるようになる。
【００１４】
また、従来のコインまたはボタン型の電気化学セルにおいては、正極が上方に位置する場合のみ電気化学セルに外接する四角形の内側に端子を納めることができたが、本発明によれば、負極が上方に位置する電気化学セルであっても外接する四角形の内側に端子を納めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の端子付電気化学セルを実装した場合の上方向から見た図である。
【図２】比較例の端子付電気化学セルを実装した場合の上方向から見た図である。
【図３】本発明図１の端子付電気化学セルの側面図である。
【図４】比較例図２の端子付電気化学セルの側面図である。
【図５】本発明の端子付電気化学セルを実装した場合の上方向から見た図である。
【図６】本発明図５の端子付電気化学セルの側面図である。
【図７】比較の端子付電気化学セルの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
一般的に電気化学セルの金属外装ケースは、キャップ状またはハット状に成形された一方の金属外装ケース（内側外装ケース）が負の極性を有し、反対側の金属外装ケース（外側外装ケース）が正の極性を有していた。この電気化学セルには、正極、負極、セパレータ、電解液などから構成される発電要素を収納し、内側外装ケースと外側外装ケースの間にガスケットを介して、かしめることにより封止している。
【００１７】
従来の端子付電気化学セルは図４に示したように、キャップ状またはハット状に成形された一方の金属外装ケースが、負極缶１０４２、反対側の金属外装ケースが正極缶１０６２となっている。これは、電池の国際規格ＩＥＣのコインまたはボタン型の一次電池がこの形状をしているため、同様の極性になっているものと思われる。
【００１８】
そのため、負極缶となるキャップ状またはハット状に成形された金属外装ケースは、あまり高耐食性を有する材料を用いられてこなかった。電気化学セル内で、あまり大きな高電位がかからないためである。材質としては、ステンレスであるＳＵＳ３０４等が多く用いられていた。
【００１９】
一方、正極缶となる一端が開口した扁平の筒型形状に成形されたもう一方の金属外装ケースは、高い耐食性が要求される。特に電気化学セルが電気二重層キャパシタである場合は、リチウムを参照極として電位を測定すると、正極缶は４．０Ｖ（ｖｓＬｉ）以上の高電位にさらされることになる。
【００２０】
電気化学セル組み込み機器の設計により、上側を負の極性に用いる場合が増えてきている。これは、電気化学セルを組み込む携帯機の筐体がマイナスにアースされている場合が多いため、万が一、電気化学セルが筐体に接触しても大丈夫とするための配慮である。その場合、従来例図４に示したように、正極缶１０６２と負極端子１０３２が接触しショートしないため、離して溶接する必要があった。その結果、従来例図２に示したように、負極端子１０３２が、電気化学セルに外接する四角形１０２からはみ出してしまい、実装面積が大きくなってしまうという課題があった。従来例図４は従来例図２の端子付電気化学セルをＢ方向からみた側面図である。本発明の例図３は本発明の例図１の端子付電気化学セルをＡ方向からみた側面図である。
【００２１】
そこで、従来の正極缶と負極缶を逆転して用い、さらに回路基板にはんだ付けされることを目的に取り付けられた端子の前記回路基板と反対側に取り付けられた端子を、前記電気化学セルに外接する四角形の内側にいれることにより、従来の負極が上面となる電気化学セルより、実装面積を小さくすることができた。
【００２２】
電気化学セルに外接する四角形１０２は、端子の寸法精度、回路基板の配線パターン精度等を考慮し、一辺の長さが電気化学セル直径の±１０％のものであれば、実装面積削減上有効である。
【００２３】
本発明の代表図１に示される正極缶１０４１となるキャップ状またはハット状に成形された金属外装ケースの材質は、リチウムを参照極として電位を測定すると、４．０Ｖ（ｖｓＬｉ）の電位下の環境で耐食性を有するものである必要がある。代表的な材質の例として、ＪＩＳ規格品ＳＵＳ３１７Ｊ４Ｌ、ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ、ＳＵＳ３１６Ｌなどがある。このうちＳＵＳ３１６Ｌは、比較的やわらかく成形性が容易で、コスト面でも優位である。
【００２４】
本発明の例として、上面から見た本発明の端子付電気化学セルを図５に、その側面図を図６に示した。回路基板と反対側に取り付けられた負極端子１０３３の前記電気化学セルに溶接されていない側の端部が前記電気化学セル側に曲げられている。これにより、電気化学セルに外接する四角形１０２の内側に端子を納めることができた。
【００２５】
従来の極性の電気化学セルに、図５、６に示されたと同形状の負極端子１０３４を用いた場合の比較例となる端子付電気化学セルの側面図を図７に示した。この場合、負極端子１０３４と正極缶１０６２の接触を避けるため、外接する四角形の外側に負極端子１０３４がはみ出してしまう。
【００２６】
本発明の図５、６に示された端子付き電気化学セルは外接する四角形１０２の内側に端子を納めることができ実装面積を削減することができたが、負極端子１０３３と正極缶１０６１の接触を避けるため、正極端子１０７３に段差を設けなければならない。そのため、端子付電気化学セルの総高が、段差の分高くなってしまう。
【００２７】
そのため、図３に示すように負極端子１０７１の前記電気化学セルに溶接されていない側の端部を前記電気化学セルと反対側に曲げることにより、図６に示した端子付き電気化学セルより、正極端子１０７３の段差分、総高を低くできる。
【実施例】
【００２８】
次に、実際に作製した端子付電気化学セルの保存特性を調べた。
本発明での実施例は、電気化学セルとして電気二重層キャパシタを作製し、実施した。電気二重層キャパシタの内部の分極性電極は、活性炭８０重量％、導電材のカーボンブラック１０重量％、結着材のポリ４弗化エチレン１０重量％を混合し、５００ｋｇ/ｃｍ2の成形圧で粉末成形体を用いた。
電気二重層キャパシタの作製は、露点が−４０℃以下のドライルーム中で行った。
【００２９】
キャップ状金属外装ケースにガスケットを挿入し、ガラス繊維製セパレータを正負極の分極性電極に挟み、有機電解液を注入した後、筒型形状に成形された金属外装ケースの開口側をクリンプし、封口した。有機電解液は，プロピレンカーボネート（略称ＰＣ）溶媒に，テトラアルキルアンモニウム４弗化硼酸塩を溶解したものを使用した。
【００３０】
作製した電気二重層キャパシタのセルに図１または、図３に示した端子と同様のものをレーザー溶接で取り付け、その後リフローはんだ付けにより評価基板に取り付けた。作製した電気二重層キャパシタを温度６０℃の恒温槽に入れ、２．６Ｖの電圧を印加し、６０日間保存を行なった。これは、保存性の評価を加速して行なうもので、６０℃、２０日間の保存が、概ね常温での１年の保存に相当する。６０℃、６０日間保存後の電気容量の維持率が５０％以上であれば、電気二重層キャパシタを機器に取り付けて使用した場合問題がないと考えられている。
結果を表１に示した。
【００３１】
【表１】
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実施例1では、キャップ状金属外装ケースを正極缶として、図１、３と同様の形状に端子を付けた。キャップ状金属外装ケースの材質は、ＳＵＳ３１７Ｊ４Ｌとした。６０℃、６０日間保存後の電気容量維持率は、７３％で良好な結果を示した。ただし、ＳＵＳ３１７Ｊ４Ｌは高ニッケルステンレスであるため比較的高価な材料である。
【００３２】
実施例２では、キャップ状金属外装ケースを正極缶として、図１、３と同様の形状に端子を付けた。キャップ状金属外装ケースの材質は、ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌとした。６０℃、６０日間保存後の電気容量維持率は、７５％で良好な結果を示した。ただし、ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌは比較的硬い材料であるため、キャップ状に成形するのが難しい。
【００３３】
実施例３では、キャップ状金属外装ケースを正極缶として、図１、３と同様の形状に端子を付けた。キャップ状金属外装ケースの材質は、ＳＵＳ３１６Ｌとした。６０℃、６０日間保存後の電気容量維持率は、７５％で良好な結果を示した。ＳＵＳ３１６Ｌは比較的やわらかい材料であるため、キャップ状に成形するのが容易であり、価格も実施例１、２のものより安価である。
実施例１から３では、電気化学セルに外接する四角形１０２の内側に端子を納めることができた。
【００３４】
比較例１では、キャップ状金属外装ケースを正極缶として、図１、３と同様の形状に端子を付けた。キャップ状金属外装ケースの材質は、ＳＵＳ３０４とした。従来の極性の電気化学セルを正負極逆に用いた。６０℃、６０日間保存後の電気容量維持率は、１５％で実使用には耐えられないことがわかった。電気二重層キャパシタ内部で、正極にはリチウムを参照極として電位を測定すると、４．０Ｖ（ｖｓＬｉ）以上の高電位がかかるため、ＳＵＳ３０４が溶解したものと考えられる。
【００３５】
比較例２では、キャップ状金属外装ケースを負極缶として、図２、４と同様の形状に端子を付けた。筒型形状に成形された金属外装ケースの材質は、ＳＵＳ３１６Ｌとした。６０℃、６０日間保存後の電気容量維持率は、６９％で良好な結果を示したが、図２からもわかるように電気化学セルに外接する四角形１０２の内側に端子を納めることができなかった。
【符号の説明】
【００３６】
１０１  溶接点
１０２  外接する四角形
１０３１  負極端子
１０３２  負極端子
１０３３  負極端子
１０４１  負極缶
１０４２  負極缶
１０５  ガスケット
１０６１  正極缶
１０６２  正極缶
１０７１  正極端子
１０７２  正極端子
１０７３  正極端子
１０８  めっき層
１０９  めっき層
１１０  回路基板
【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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