(57)【要約】【課題】四角い形状の非水電解質電池および電気二重層キャパシタにおいては、内部に電解液を含んでいるため、ある程度接着部に余裕がなければ信頼性の高い封口が出来なかった。【解決手段】前述の課題を解決するために、非水電解質電池および電気二重層キャパシタの凹状容器縁部に熱膨張係数の近い金属リングとろう材からなる金属層を設け、更に封口板も金属リングと近い性質の金属であって、接着面にろう材層を有するものを用いた。さらに、正極および負極からなる対電極、セパレータ、電解質とを凹状容器に収納し、封口板をその上部にのせ、抵抗溶接法を用いたシーム溶接を行った。それにより、高信頼性の封口を達成できるようになった。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極および負極からなる対電極、セパレータ、電解質を少なくとも収納する容器とからなる非水電解質電池および電気二重層キャパシタの容器が凹状容器と前記凹状容器上の封口板からなり、前記凹状容器の内側底面部に集電体を有し、前記凹状容器外部に位置する接続端子Ａに電気的に接続し、前記封口板の内側に集電体を有し、凹状容器縁部に形成された金属層を介し前記凹状容器外部に位置する接続端子Ｂに電気的に接続し、前記接続端子Ａ、Ｂの一部が、同一平面上に位置することを特徴とする非水電解質電池および電気二重層キャパシタにおいて、前期凹状容器縁部に位置する金属層が、凹状容器と熱膨張係数の近い金属リングとろう材から少なくともなり、抵抗溶接により、前記封口板と溶接されていることを特徴とする非水電解質電池および電気二重層キャパシタ。
【請求項２】
前記凹状容器がセラミックスまたはセラミックスガラスから選ばれ、かつ、前期凹状容器と熱膨張係数の近い金属リングがコバルトとニッケルを主体とする合金からなり、かつ、前記ろう材が前記金属リング上に形成されたニッケル及び／または金の膜であることを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池および電気二重層キャパシタ。
【請求項３】
前記封口板が金属からなり、前記凹状容器と接合される側の面にろう材が形成されていることを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池および電気二重層キャパシタ。
【請求項４】
前記封口板の金属がコバルトとニッケルを主体とする合金からなり、かつ、前記凹状容器と接合される側の面に形成されたろう材がニッケル及び／または金の膜であることを特徴とする請求項３記載の非水電解質電池および電気二重層キャパシタ。
【請求項５】
前記ろう材の形成方法がめっき法または、印刷を用いた厚膜法であることを特徴とする請求項２および請求項４記載の非水電解質電池および電気二重層キャパシタ。
【請求項６】
前記ろう材に含まれるニッケル及び／または金以外のＰ、Ｂ、Ｓ、Ｎ、Ｃ等の元素が１０％以下であること請求項５記載の非水電解質電池および電気二重層キャパシタ。
【請求項７】
前期凹状容器縁部に位置する金属層の厚さが、前記封口板側に位置する電極とセパレータを合わせた厚さより薄いことを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池および電気二重層キャパシタ。
【請求項８】
前記凹状容器内部に段差を設け、段差上にセパレータを配置したことを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池および電気二重層キャパシタ。
【請求項９】
前記凹状容器の内側底面部の集電体がタングステン、アルミニウム、炭素、パラジウム、銀、白金または金から選ばれる元素を主体とする材質から構成されることを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池および電気二重層キャパシタ。
【請求項１０】
前記凹状容器の内側底面部の集電体の上部にさらに炭素を主体とする導電性を有する層を設けたことを特徴とする請求項９記載の非水電解質電池および電気二重層キャパシタ。
【請求項１１】
前記セパレータが不織布であることを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池および電気二重層キャパシタ。
【請求項１２】
前記不織布からなるセパレータの主成分がＰＰＳ、ＰＥＥＫまたはガラス繊維であることを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池および電気二重層キャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面実装可能な非水電解質電池および電気二重層原理を利用した電気二重層キャパシタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
非水電解質電池および電気二重層キャパシタは、従来、時計機能のバックアップ電源や半導体のメモリのバックアップ電源やマイクロコンピュータやＩＣメモリ等の電子装置予備電源やソーラ時計の電池やモーター駆動用の電源などとして使用されており、近年は電気自動車の電源やエネルギー変換・貯蔵システムの補助貯電ユニットなどとしても検討されている。
【０００３】
非水電解質電池および電気二重層キャパシタは、半導体メモリは不揮発化、時計機能素子の低消費電力化により、容量、電流ともそれほど大きなものの必要性が減ってきている。むしろ、非水電解質電池および電気二重層キャパシタのニーズとしては、薄型やリフローハンダ付け（あらかじめプリント基板上のハンダ付を行う部分にハンダクリーム等を塗布しておきその部分に部品を載置するか、あるいは、部品を載置後ハンダ小球（ハンダバンプ）をハンダ付部分に供給し、ハンダ付部分がハンダの融点以上、例えば、２００〜２６０℃となるように設定された高温雰囲気の炉内に部品を搭載したプリント基板を通過させることにより、ハンダを溶融させてハンダ付を行う方法）に対する要求が強くなっている。
【０００４】
従来の非水電解質電池および電気二重層キャパシタは、図２に示すような断面で、コインやボタンのような丸い形状であるため、リフローハンダ付けを行うには端子等をケースにあらかじめ溶接しておく必要があり、部品点数の増加および製造工数の増加という点でコストアップとなっていた。また、基板状に、端子のスペースを設ける必要があり小型化に限界があった。
【０００５】
四角い形状の非水電解質電池および電気二重層キャパシタの検討もされてきたが、小型化に伴い封口するためのスペースが取れなくなってきた。
【０００６】
【特許文献１】
特開公開２００１−２１６９５２
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
四角い形状の非水電解質電池および電気二重層キャパシタは、丸い形状のものと違いケースをクリンプして封口することが出来ない。そのため、凹状の容器の上部に封口板を何らかの方法で接着し封口するしかなかった。接着の方法としては、接着剤を用いる方法、熱圧着、レーザー溶接、超音波溶接、抵抗溶接等があった。
【０００８】
しかし、非水電解質電池および電気二重層キャパシタは内部に電解液を含んでいるため、ある程度接着部に余裕がなければ信頼性の高い封口が出来なかった。
【０００９】
たとえば、凹状容器縁部に縁部とほぼ同等の形状を有するろう材またはハンダ材等の接合剤を、載せ封口板で挟み、この封口板をろう材またはハンダ材の融点以上で加熱し、加圧することにより封口した場合、ある程度接着部に余裕がなければ中身の電解液が加熱され外に出ようとするため、十分な封口をすることができなかった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、非水電解質電池および電気二重層キャパシタの凹状容器縁部に熱膨張係数の近い金属リングとろう材からなる金属層を設け、更に封口板も金属リングと近い性質の金属であって、接着面にろう材層を有するものを用いた。
【００１１】
さらに、正極および負極からなる対電極、セパレータ、電解質とを凹状容器に収納し、封口板をその上部にのせ、抵抗溶接法を用いたシーム溶接を行った。それにより、高信頼性の封口を達成できるようになった。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の代表的な構造として図１を用いて説明する。本発明の非水電解質電池または電気二重層キャパシタは、主に直方体にする事が、表面実装での場所占有率を下げることにおいて効果がある。
【００１３】
図１は、直方体である本発明の非水電解質電池または電気二重層キャパシタの断面図である。凹状の容器１０１はアルミナ製で、グリーンシートにタングステンプリントし、コバール（Ｃｏ：１７、Ｎｉ：２９、Ｆｅ：残の比率の合金）製の金属リング１０９を載せ焼成した。さらに、接続端子Ａ１０３、接続端子Ｂ１０４には、ニッケル、金めっきを施し、金属リング１０９の上部には接合剤１０８１（ろう材）となるニッケルおよび金めっきを施した。  これは、一般の水晶振動子のセラミックスパッケージと同じ方法により作製した。また、凹状容器１０１縁部に位置する金属層（金属リング１０９と接合剤１０８）の厚さを負極活物質１０７とセパレータ１０５の合計の厚さより薄くした。もし、金属層の厚さが負極活物質１０７とセパレータ１０５の合計の厚さより厚くなってしまうと金属層と正極活物質１０６が接触し、非水電解質電池または電気二重層キャパシタとして機能しなくなってしまう可能性がある。図３に、金属層の厚さが負極活物質１０７とセパレータ１０５の合計の厚さより厚くなる場合の断面図を示した。製造工程のばらつきで正極活物質１０６の位置がずれてしまうと金属リング１０９１と接触して内部ショートとなってしまうためである。
【００１４】
金属リング１０９は、図１左側の側面を通るタングステン層により、接続端子Ｂ１０４に電気的に接続した。
【００１５】
接続端子Ａ、Ｂは凹状の容器の下の面に達しているが、容器側面部で止まっていても、ハンダとの濡れにより、基板とのハンダ付けが可能である。
【００１６】
凹状の容器の内側底面全面には、集電体として配線に用いたタングステンの金属層を設け、凹状の容器壁面を貫通し接続端子Ａ１０３に電気的に接続した。集電体と正極活物質１０６は炭素を含有する導電性接着剤１１１１で接着した。集電体と正極活物質１０６は特に接着する必要はなく上に載せるだけでもかまわない。
【００１７】
封口板１０２の容器側の部分には、接合剤１０８２（ろう材）となるニッケルめっきを施した。封口板１０２と負極活物質１０７は、あらかじめ炭素を含有する導電性接着剤１１１２で接着した。
【００１８】
容器内部に正負極電極、セパレータ１０５、電解液を収納し、封口板１０２で蓋をした後、抵抗溶接の原理を利用したパラレルシーム溶接機により、封口板１０２の向かい合う２辺ずつ溶接を行った。この方法により信頼性の高い封口が得られた。
【００１９】
凹状の容器１０１は耐熱樹脂、ガラス、セラミックスまたはセラミックスガラス等の耐熱材料がよい。製法としては、低融点のガラスやガラスセラミックスに導体印刷により配線を施し、積層し低温で焼成することも可能である。また、アルミナのグリーンシートと導体印刷により積層し、焼成することも可能である。
【００２０】
金属リング１０９の材質は、凹状の容器１０１に熱膨張係数の近いものが望まれる。
【００２１】
たとえば、凹状の容器１０１が熱膨張係数６．８×１０−６／℃のアルミナを用いる場合金属リングとしては熱膨張係数５．２×１０−６／℃のコバールを用いることが望ましい。
【００２２】
また、封口板１０２も溶接後の信頼性を高めるため、金属リングと同じコバールを用いることが望ましい。溶接後、機器の基板に表面実装されるとき、すなわちリフローハンダ付けのとき再び加熱されるためである。
【００２３】
また、配線の集電体となる部分は、耐食性の良く、厚膜法での形成が可能なタングステン、パラジウム、銀、白金または金が好ましい。また、アルミニウム、炭素を使用することもできる。凹状の容器１０１の底面の配線を正極側の集電体とする場合は、特に金またはタングステンが好ましい。これは、耐電圧の高い材料を用い、プラス側の電位がかかったときに溶解しないようにするためである。
【００２４】
更に電極と配線の導通をよくするため、炭素を含有する導電性接着剤を用いることは有効である。また、耐電圧の低い材料を用いた場合は、集電体の金属に炭素を含有する導電性接着剤を単独で全面に塗りつけ焼付け硬化させることが有効である。アルミニウムを用いる場合は溶射や常温溶融塩からのめっき（ブチルピジウムクロリド浴、イミダゾリウムクロリド浴）を利用できる。
【００２５】
接続端子Ａ１０３、接続端子Ｂ１０４の部分については、基盤とハンダ付けするためにニッケル、金、スズ、ハンダの層を設けることがよい。凹状の容器１０１の縁部についても接合材とのなじみの良いニッケルや金などの層を設けることが好ましい。層の形成方法としては、めっき、蒸着などの気相法等もある。
【００２６】
金属リング１０９および封口板１０２の接合される面には、ろう材としてニッケル及び／または金の層を設けることが有効である。金の融点は１０６３℃、ニッケルの融点は１４５３℃であるが、金とニッケルの合金にすることにより融点を１０００℃以下に下げることができるためである。層の形成方法としては、めっき、蒸着などの気相法、印刷を用いた厚膜法等がある。特にめっき、印刷を用いた厚膜法がコスト的に有利である。
【００２７】
ただし、ろう材の層のＰ、Ｂ、Ｓ、Ｎ、Ｃ等の不純物元素は１０％以下にする必要がある。特にめっきを用いた場合は注意が必要である。たとえば、無電解めっきにおいては還元剤の次亜リン酸ナトリウムからＰ、ジメチルアミンボランからＢが入りやすい。また、電解めっきにおいては光沢剤の添加剤や陰イオンから入る可能性があるため注意が必要である。還元剤、添加物等の量を調整して入る不純物を１０％以下とする必要がある。１０％以上入ってしまうと接合面に金属間化合物が生成しクラックが入ってしまう。
【００２８】
封口板１０２側の接合剤１０８２にニッケルを用いた場合は、凹状の容器１０１側の接合剤１０８２には金を用いることが好ましい。金とニッケルの比は１：２から１：１の間がよく、合金の融点が下がることにより溶接温度が下がり接合性もよくなる。
【００２９】
接合部の溶接は、抵抗溶接法を利用したシーム溶接が利用できる。封口板１０２と凹状の容器１０１をスポット溶接し仮止めしたあと、封口板１０２の対向する二辺に対向するローラー型の電極を押し付け、電流を流すことで、抵抗溶接の原理により溶接する。封口板１０２の四辺を溶接することにより封止することができる。ローラー電極を回転させながら電流をパルス状に流すため溶接後はシーム状になる。パルスによる個々の溶接跡が重なるようにパルス幅をコントロールしなければ、完全に封止することができない。
【００３０】
電池、キャパシタの電解液（液体）を含むものの溶接においては、抵抗溶接法を利用したシーム溶接が特に好ましかった。レーザー等の溶接ではさらに大きな溶接しろがなければ液体である電解液の影響で溶接することが困難であった。
【００３１】
使用するセパレータは耐熱性のある不織布であることが好ましい。たとえば、ロール圧延したポーラスフィルム等のセパレータにおいては、耐熱性があるものの、抵抗溶接法を利用したシーム溶接時の熱で圧延方向に縮んでしまう。その結果、内部ショートを起こしやすい。耐熱性のある樹脂またはガラス繊維を用いたセパレータの場合縮みが少なく良好であった。樹脂としてはＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）が良好であった。特にはガラス繊維が有効であった。また、セラミックスの多孔質体を用いることもできる。
【００３２】
内部ショートを防止する上においては、凹状の容器１０１の内側に段差を設け、段差上にセパレータを配置することが有効である。図４に示したように、凹状の容器１０１側面の壁より金属リング１０９の厚さを薄くして段差を作り、段差上にセパレータを配置した。これにより内部ショートを大幅に減らすことができた。また、図５のように凹状の容器１０１側面の壁に段差を設けることも有効であった。
【００３３】
本発明の非水電解質電池および電気二重層キャパシタの形状は基本的に自由である。従来の図２に示したかしめ封口による電気二重層キャパシタの形状はほぼ円形に限定される。そのため、四角形状がほとんどである他の電子部品と同一の基板上に並べようとするとどうしてもデットスペースができ無駄であった。本発明の電気二重層キャパシタは四角い設計も可能で、端子等の出っ張りがないため効率的に基板上に配置することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の非水電解質電池および電気二重層キャパシタは、接続端子を収納容器と一体化し、容器下部に配置したため、基板状のスペースを削減することが可能となった。また、耐熱性の部材により構成することによりリフローハンダ付けに対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の非水電解質電池または電気二重層キャパシタの断面図
【図２】従来の非水電解質電池または電気二重層キャパシタの断面図
【図３】金属層の厚さが負極活物質１０７とセパレータ１０５の合計の厚さより厚くなる場合の断面図
【図４】本発明の凹状の容器１０１の内側に段差を設けた場合の非水電解質電池または電気二重層キャパシタの断面図
【図５】本発明の凹状の容器１０１の内側に段差を設けた場合の非水電解質電池または電気二重層キャパシタの断面図
【符号の説明】
１０１  凹状の容器
１０２  封口板
１０３  接続端子Ａ
１０４  接続端子Ｂ
１０５  セパレータ
１０６  正極活物質
１０７  負極活物質
１０８１  接合材
１０８２  接合材
１０９  金属リング
１０９１  金属リング
１１０  段差
１１０１  段差
１１１１  導電性接着剤
１１１２導電性接着剤
２０１  正極活物質
２０２  電極集電体
２０３  正極ケース
２０４  負極活物質
２０５  負極ケース
２０６  電解質
２０７  ガスケット
２０８  セパレータ
【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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