(57)【要約】【課題】容器の小型化、薄型化を図っても熱に強く側壁部に割れが発生しない信頼性の高い電気化学セルの提供。【解決手段】内部を収容部2aとし、絶縁性を有する凹状容器2と、凹状容器2の上端面に接合されたシールリング3と、シールリング3の上面に接合され、かつ、シールリング3の上面を塞ぐ蓋部4とから形成され、凹状容器2は、長方形板状の底部2bと、底部2bの外縁に立設した長方形状の壁部2cとから構成されており、底部2b及び／又は壁部2cの外周面のうち横方向に長い方の外周面に非平面部14aを設けた電気化学セル1を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を収容部とし、絶縁性を有する凹状容器と、
前記凹状容器の上端面に接合されたシールリングと、
前記シールリングの上面に接合され、かつ、前記シールリングの上面を塞ぐ蓋部とから形成され、
前記凹状容器は、長方形板状の底部と、前記底部の外縁に立設した長方形状の壁部とから構成されており、
前記底部及び／又は前記壁部の外周面のうち横方向に長い方の外周面に非平面部を設けたことを特徴とする電気化学セル。
【請求項２】
前記非平面部は、上面視にて半円状に、少なくとも１箇所以上を切り欠いたもしくは突出した形状であることを特徴とする請求項１記載の電気化学セル。
【請求項３】
前記非平面部は、前記底部及び／又は前記壁部の外周面に半球状の凹みもしくは突起を離して少なくとも１箇所以上設けた形状であることを特徴とする請求項１記載の電気化学セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表面実装可能な電気化学セルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタや電池等の電気化学セルは、時計や半導体メモリのバックアップ用電源としてプリント基板上に実装されている。これらの実装機器の小型化に伴い、電気化学セル自体の小型化や実装面積の縮小化に対応すべく、従前の丸形状であるコイン型やボタン型の電気化学セルに代わって、四角形状であるチップ型の電気化学セルが提供されている。
チップ型の電気化学セルは、ケースに凹状容器が用いられている。この凹状容器の凹部（収容部）には正極及び負極からなる一対の電極、両電極の間に設けたセパレータ及び電解質が収容されている。また凹状容器の上面にシールリングを設け、その上に板状の蓋を被せることにより、容器として形成されている。
【０００３】
特許文献１には、小型化及び高容量を実現した電気化学セルが開示されている。凹状容器の収容部の底面に設けられた正極集電体は、電解質と直接接触した状態で使用すると表面が腐食し断線が生じる。そのためこの電気化学セルでは、正極集電体をアルミニウム等からなる保護膜で覆うことで信頼性の向上を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２００７／０１３２２３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、上記電気化学セルの小型化の要請があるものの、電気化学セルを小型化しようとした場合、全体の厚さを薄くする必要が生じている。
一方、この電気化学セルを密閉するためには、シールリングに蓋を重ねて、抵抗溶接やレーザー溶接等で接合する必要がある。このとき、容器に加えられる熱により、セラミック製の容器は膨張及び収縮するが、容器の壁部を薄くした場合、長辺側の壁部あるいは底部周面に熱応力がかかることで割れが発生することがある。
そこで、本発明は上記の問題点を解決すべく、容器の小型化、薄型化を図っても、熱に強く側壁部に割れが発生しない信頼性の高い電気化学セルの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（第１の発明）
本発明のうち第１の発明は、内部を収容部2aとし、絶縁性を有する凹状容器2と、凹状容器2の上端面に接合されたシールリング3と、シールリング3の上面に接合され、かつ、シールリング3の上面を塞ぐ蓋部4とから形成され、凹状容器2は、長方形板状の底部2bと、底部2bの外縁に立設した長方形状の壁部2cとから構成されており、底部2b及び／又は壁部2cの外周面のうち横方向に長い方の外周面に非平面部14aを設けたことを特徴とする。
本発明によれば、長方形状の電気化学セル1において、凹状容器2の底部2b又は壁部2c若しくは双方の外周面のうち長辺側の外周面に非平面部14aを設けている。これにより、この非平面部14aが熱応力に伴うひずみを吸収すると共に放熱を高めるので、蓋部4をシールリング3に溶接する際の熱応力による長辺側の割れを防止することができる。また、割れが防止できることで、壁部2cを薄くすることができるため、容器の小型化や薄型化を図った電気化学セルの提供が可能となる。
【０００７】
（第２の発明）
本発明のうち第２の発明は、上記の第１の発明の特徴点に加えて、次の点を特徴とする。すなわち、非平面部14aは、上面視にて半円状に、少なくとも１箇所以上を切り欠いたもしくは突出した形状であることを特徴とする。
本発明によれば、長方形状の電気化学セル1において、凹状容器2の底部2b又は壁部2c若しくは双方の外周面のうち長辺側の外周面に、上面視にて半円状の切欠き又は突出部からなる非平面部14aを少なくとも１箇所以上設けている。これにより、この非平面部14aが熱応力に伴うひずみを吸収すると共に、長辺側の外周面の表面積が増大するため、より放熱性を高めることができる。
【０００８】
（第３の発明）
本発明のうち第３の発明は、上記の第１の発明の特徴点に加えて、次の点を特徴とする。非平面部14aは、底部2b及び／又は壁部2cの外周面に半球状の凹みもしくは突起を離して少なくとも１箇所以上設けた形状であることを特徴とする。
本発明によれば、長方形状の電気化学セル1において、凹状容器2の底部2b又は壁部2c若しくは双方の外周面のうち長辺側の外周面に、半球状の凹み又は突起からなる非平面部14aを少なくとも１箇所以上設けている。これにより、長辺側の外周面の表面積が増大するため、熱応力に伴うひずみの吸収個所が増加するだけでなく、より放熱性を高めることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
本発明に係る電気化学セルによれば、壁部に非平面部を設けることで、製造時に蓋部を被蓋する際、シールリングと蓋部を重ねて抵抗溶接やレーザー溶接等で接合しても壁部に割れが発生しない。このため、容器の小型化、薄型化を図っても、信頼性の高い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】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態の電気化学セルの垂直断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の電気化学セルの凹状容器の（Ａ）平面図及び（Ｂ）正面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の電気化学セルの凹状容器の（Ａ）平面図及び（Ｂ）正面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態の電気化学セルの凹状容器の（Ａ）平面図及び（Ｂ）正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
本発明の電気化学セル1は、その外観が略立方形状である。図１に示すとおり、電気化学セル1は、内部に収容部2aを有する絶縁材料からなる有底四角筒状の凹状容器2と、凹状容器2の上端面に接合された四角枠状のシールリング3と、シールリング3の上面に接合され、かつ、シールリング3の上面を塞ぐ四角板状の蓋部4とから構成されている。
凹状容器2は、上方を開放した箱体状のセラミックからなる容器であって、長方形状の底部2bと、底部2bの外縁に立設した長方形枠状の壁部2cを有している。図２（Ａ）に示すとおり、凹状容器2の収容部2aの底面には正極8と電気的に接続される正極集電体6bが４箇所形成されている。また、図１に示すとおり、収容部2aの底面から底部2bの厚さの半分の深さまでビア配線6cが４箇所形成されている。そして、各ビア配線6cの上面が正極集電体6bとして収容部2aの底面に露出している。収容部2aの底面と底部2bの下面との中間部分には層間配線6dが形成されている。この層間配線6dは、一端はビア配線6cに接続され、他端は凹状容器2の側面に露出している。そして、この層間配線6dの露出部分から底部2bの下面にかけて正極外部端子6eが形成されている。さらに、正極外部端子6eのある凹状容器2の側面と反対側の側面の上端部から、壁部2cを経て底部2bの下面にかけて負極外部端子7bが形成されている。
【００１２】
凹状容器2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、ムライト及びこれらの複合材料からなる群から選ばれた少なくとも１種類を含むセラミックから構成されている。また、凹状容器2は、ガラスやガラスセラミックスなどの耐熱材料を用いることができる。一方、ビア配線6c、層間配線6d、正極外部端子6e及び負極外部端子7bは、タングステン、モリブデン、ニッケル、金及びこれらの複合材料から形成されている。
この凹状容器2は、長方形状に打ち抜かれた底部2bに対応するセラミックグリーンシートに、長方形枠状に打ち抜かれた壁部2cに対応するセラミックグリーンシートを貼り合せた後、焼成することにより形成される。この際、あらかじめセラミックグリーンシートに電極のパターンを印刷しておけば、ビア配線6c、層間配線6d、正極外部端子6e及び負極外部端子7bを形成することができる。また、ビア配線6cは、あらかじめ各ビアホールに炭素と樹脂を混合したペーストを充填し、凹状容器2となるセラミックグリーンシートと共に焼成することにより形成してもよい。
【００１３】
シールリング3は、凹状容器2の壁部2cの上端面の形状に合わせた四角枠状の断面を有しており、壁部2cの上端面にロウ材5を介して接合されている。このシールリング3は、熱膨張係数がセラミックの熱膨張係数と近いコバールなどを用いることができる。また、ロウ材5は、Ａｇ−Ｃｕ合金やＡｕ−Ｃｕ合金などから形成されている。
なお、ロウ材5を使用せず、壁部2cの上端面とシールリング3とを直接接合してもよい。
蓋部4は、シールリング3の上面に接合されており、凹状容器2の収容部2aを密封している。蓋部4には、熱膨張係数がセラミックの熱膨張係数と近いコバールや４２ａｌｌｏｙなどの合金にニッケルメッキを施したものが使用される。このような材料を用いた蓋部4は、例えば、抵抗シーム溶接、レーザーシーム溶接、電子ビーム溶接などによってシールリング3に溶接させることができ、塞がれた状態の収容部2aの気密性を向上させる。なお、シールリング3を使用せず、壁部2cの上端面と蓋部4とをロウ材で直接接合させてもよい。
【００１４】
本実施の形態の蓋部4は、導電性を有する材料であるため、蓋部4自体が負極集電体としての役割を果たしている。一方、蓋部4に耐熱樹脂、ガラス、セラミック又はセラミックガラス等の材料を使用した場合、蓋部4の下面に負極集電体を形成する必要がある。この負極集電体は、耐食性に優れかつ膜厚法での形成が可能なタングステン、銀や金を使用することが好ましい。
凹状容器2の収容部2aには、正極及び負極からなる一対の電極と電解質などが収容されている。具体的には、収容部2aは図１に示すように、正極集電体6bの上面とその周囲に形成された保護膜6aと、この保護膜6aに接合される正極8と、正極8の上に設置されるセパレータ10と、セパレータ10により正極8と隔離された負極9と、負極9と蓋部4との間位に設けられた接着部7aとから構成されている。また、収容部2a内は、電解質11で満たされている。
【００１５】
保護膜6aは、正極集電体6bと正極8とを接着する導通性接着剤であるとともに、正極集電体6bと電解質11との直接の接触を防止することにより、充電や放電による正極集電体6bの腐食を抑制するために設けられている。保護膜6aは、耐腐食性が高く、導電性を有するアルミニウム又は炭素を主体とした材料から構成されている。アルミニウムからなる保護膜6aの場合、ＪＩＳにより規定された純アルミニウム系、Ａｌ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金などを用いた蒸着、スパッタ、容射、ペースト塗布などの方法で形成することができる。
また、蓋部4と負極9との間に設けられた接着部7aは、導通性接着剤から形成されており、この導通性接着剤については、保護膜6aに使用される導通性接着剤と同様のものを用いることができる。
【００１６】
正極8と負極9は、電気化学セルを電気二重層キャパシタとして使用する場合には、それぞれおが屑、椰子殻、ピッチなどを賦活処理して得られる活性炭粉末を、適当なバインダーと一緒にプレス成型、又は圧延ロールしたものを用いることができる。また、フェノール系、レーヨン系、アクリル系、ピッチ系などの繊維を、不融化及び炭化賦活処理して活性炭又は活性炭繊維とし、これをフェルト状、繊維状、紙状、又は焼結体状にして用いてもよい。またポリアニリン（ＰＡＮ）やポリアセンなども用いてもよい。
また、正極8は、電気化学セルを電池として使用する場合には、リチウム含有マンガン酸化物、リチウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケル酸化物、リチウム含有チタン酸化物、三酸化モリブデン、五酸化ニオブなど、従来から知られている活物質に適当なバインダーと導電助剤であるグラファイトを混合したものを用いることができる。
【００１７】
また、負極9は、電気化学セルを電池として使用する場合には、炭素、リチウム−アルミニウムなどのリチウム合金、シリコンやシリコン酸化物など従来から知られている活物質に適当なバインダーと導電助剤であるグラファイトを混合したものを用いることができる。
セパレータ10には、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における炉での実装と、蓋部4との溶接による熱影響を考慮すると、セパレータ10は、熱的、機械的耐性に優れたガラス繊維を用いることができる。また、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などの樹脂を用いてもよい。
【００１８】
電解質11は、公知の電気二重層キャパシタや非水電解質二次電池に用いられる液体状、ゲル状のものが好ましい。
液体状及びゲル状の電解質11に用いられる有機溶媒には、アセトニトリル、ジエチルエーテル、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボーネート、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、γ−ブチロラクトン（γＢＬ）などがある。
液体状及びゲル状の電解質11に含まれる材料には、（Ｃ２Ｈ５）４ＰＢＦ４、（Ｃ３Ｈ７）４ＰＢＦ４、（ＣＨ３）（Ｃ２Ｈ５）３ＮＢＦ４、（Ｃ２Ｈ５）４ＮＢＦ４、（Ｃ２Ｈ５）４ＰＰＦ６、（Ｃ２Ｈ５）４ＰＣＦ３ＳＯ４、（Ｃ２Ｈ５）４ＮＰＦ６、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ４）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ６）、トリフルオロメタスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム［ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２］、チオシアン塩、アルミニウムフッ化塩、リチウム塩などを用いることができるが、これらに限定するものではない。
【００１９】
また、ゲル状の電解質11は、液体状の電解質をポリマーゲルに含浸させたものである。ポリマーゲルとしては、ポリエチレンオキシド、ポリメタクリル酸メチル、ポリフッ化ビニリデンが適しているが、これらに限定するものではない。
更に、ピリジン系や脂環式アミン系、脂肪族アミン系やイミダゾリウム系のイオン性液体やアミジン系等の常温溶融塩を用いても構わない。
非平面部14aは、図２に示すとおり、凹状容器2の壁部2cの長辺側の外周面の中央部に設けられており、上面視にて半円状の切欠きである。なお、この切欠きは、凹状容器2の強度を保つべく、壁部2cに限定して形成することが望ましいが、底部2bまで連続して形成することができる。
【００２０】
更に、非平面部14aは、底部2bの長辺側の外周面のみに、あるいは壁部2c及び底部2bの長辺側の外周面に形成することもできる。
非平面部14aは、セラミックグリーンシートをくり貫くことにより形成することができる。これを上述のように容器の形状として焼成することにより、凹状容器2が完成する。
配線接続部14bは、凹状容器2の壁部2cの短辺側の側面の中央に設けられた上面視にて略長方形の切欠きである。配線接続部14bは、電気化学セル1を基板に実装する際に配線を接続できるように、壁部2cのみならず底部2bまで連続して形成されている。
配線形成部14cは、凹状容器2の壁部2cの短辺側の側面の角部に設けられた上面視にて半円状の切欠きである。配線形成部14cは、凹状容器2に配線を形成するため壁部2cのみならず底部2bまで連続して形成されている。
【００２１】
前述のように、電気化学セル1を密閉する際には、シールリング3に蓋部4を重ねて、抵抗溶接やレーザー溶接等で接合する必要がある。このとき、加えられる熱により、凹状容器2は膨張及び収縮する。容器の壁部2cの高さを低く、あるいは、壁部2cの厚さを薄くした場合には、非平面部14aが設けられていなければ、壁部2cの長辺側に熱応力がかかることで割れが発生することがある。そこで、このような壁部2cあるいは底部2bの長辺側に非平面部14aを設けることにより、この非平面部14aによって熱応力により生じる歪みが吸収され、割れの発生が軽減される。
なお、非平面部14aの切欠きについては、上面視にて半円状の他に三角形状、台形状であってもよい。さらに、非平面部14aは、切欠きに限らず上記形状をした突出部であってもよい。
【００２２】
（第２の実施形態）
本実施形態に係る電気化学セル1は、第１の実施形態と同様の基本構造であるが、次の点において異なる。すなわち、第１の実施形態では、壁部2cの長辺側の外周面には非平面部14aを１箇所にしか形成していないのに対し、第２の実施形態では図３のように長辺１辺につき７箇所ずつ計１４箇所形成している。なお、非平面部14aは図３のような長辺１辺につき７箇所に限られず、複数形成されていればよい。
非平面部14aを複数形成することにより、熱応力の分散に加え、側面の表面積が増大することにより、より放熱性を高めることができる。
【００２３】
（第３の実施形態）
本実施形態に係る電気化学セル1は、第２の実施形態と同様の基本構造であるが、次の点において異なる。すなわち、第２の実施形態における半円状の切欠きの代わりに図４のような半球状の凹みを長辺１辺の外周面につき７箇所ずつ計１４箇所形成している。
第２の実施形態と同様に、非平面部14aを複数形成することにより、熱応力の分散に加え、側面の表面積が増大することにより、より放熱性を高めることができる。なお、非平面部14aは図４のような長辺１辺につき７箇所に限られない。また、非平面部14aは図４のような半球状に限られず、側面の表面積を増大させる形状であれば、放熱性を高めることができ好ましい。
【符号の説明】
【００２４】
1   電気化学セル          2   凹状容器          2a  収容部
2b  底部                  2c  壁部
3   シールリング          4   蓋部              5   ロウ材
6a  保護膜                6b  正極集電体        6c  ビア配線
6d  層間配線              6e  正極外部端子
7a  接着部                7b  負極外部端子
8   正極                  9   負極              10  セパレータ
11  電解質                14a 非平面部          14b 配線接続部
14c 配線形成部
【図１】
2015103739.tif 000003
【図２】
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【図３】
2015103739.tif 000005
【図４】
2015103739.tif 000006