(57)【要約】【課題】密閉容器の材料が薄くなってもかしめられた部分がはがれにくい電気化学デバイスを提供する。【解決手段】一対の電極層３２，３６を有する電気化学素体３０と、電気化学素体３０を包囲する一対の金属製の容器部材１０，２０と、一対の容器部材１０，２０間に介在されて容器部材１０，２０間を電気的に絶縁する電気絶縁性のガスケット４０と、を有し、一方の容器部材１０のカシメ部１０ｂを、他方の容器部材２０の鍔部２０ｂとの間にガスケット４０を介在させた状態で、他方の容器部材２０の鍔部２０ｂに対してかしめることにより電気化学素体３０が密閉された電気二重層キャパシタ１００であって、一方の容器部材１０のカシメ部１０ｂと他方の容器部材２０の鍔部２０ｂとがガスケット４０により接着されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極層を有する電気化学素体と、
前記電気化学素体を包囲する一対の金属製の容器部材と、
前記一対の容器部材間に介在されて前記容器部材間を電気的に絶縁する電気絶縁性のガスケットと、を有し、
前記容器部材の一方の端部を、前記容器部材の他方の端部との間に前記ガスケットを介在させた状態で、前記容器部材の他方の端部に対してかしめることにより前記電気化学素体が密閉され、前記一対の電極層の一方と前記容器部材の一方とが電気的に接続され、前記一対の電極層の他方と前記容器部材の他方とが電気的に接続された電気化学デバイスであって、
前記容器部材の一方の端部と前記容器部材の他方の端部とが、前記ガスケットにより接着されている電気化学デバイス。
【請求項２】
前記ガスケットは、酸変性ポリプロピレン及び酸変性ポリエチレンの少なくとも一方を含む請求項１に記載の電気化学デバイス。
【請求項３】
前記容器部材の一方の端部を前記容器部材の他方の端部に対してかしめた後に前記ガスケットを加熱することにより、前記容器部材の一方と前記容器部材の他方が接着された請求項１又は２に記載の電気化学デバイス。
【請求項４】
一対の電極層を有する電気化学素体と、
前記電気化学素体を包囲する一対の金属製の容器部材と、
前記一対の容器部材間に介在されて前記容器部材間を電気的に絶縁する電気絶縁性のガスケットと、を有し、
前記容器部材の一方の端部を、前記容器部材の他方の端部との間に前記ガスケットを介在させた状態で、前記容器部材の他方の端部に対してかしめることにより前記電気化学素体が密閉され、前記一対の電極層の一方と前記容器部材の一方とが電気的に接続され、前記一対の電極層の他方と前記容器部材の他方とが電気的に接続された電気化学デバイスであって、
前記容器部材の一方と前記容器部材の他方との継目を覆うように前記容器部材の一方から前記容器部材の他方にわたって接着された電気絶縁性の樹脂部を備える電気化学デバイス。
【請求項５】
前記容器部材の一方の端部と前記容器部材の他方の端部とが前記ガスケットによって接着されている請求項４に記載の電気化学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対の電極層を有する電気化学素体が容器内に密封された電気化学デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
コイン型電池等、薄型円筒状の容器内に、一対の電極層を有する電気化学素体が封入された、いわゆる、コイン型又はボタン型といわれる電気化学デバイスが知られている。このようなコイン型の電気化学デバイスにおける容器は、例えば、電気化学素体を収容する下蓋と、この下蓋を密閉するための上蓋と、を有している。そして、下蓋と上蓋との間にガスケットを介在させた上で、上蓋の端部を折り曲げて、下蓋の端部を外側から挟み込むようにかしめることにより、電気化学素体を密封している。
【０００３】
そして、現在一般的に用いられているコイン型の電気化学デバイスにおける容器の上蓋や下蓋の材料の厚さは、２００〜３００μｍである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年の電気化学デバイスの小型軽量化の流れに伴い、このようなコイン型の電気化学デバイス全体の厚さを、例えば、１ｍｍ未満等に、薄型化したいという要望がある。このためには、容器の上蓋や下蓋の材料の厚さを十分に薄くする必要がある。しかしながら、上蓋や下蓋の材料の厚さを薄くすると、上蓋や下蓋の強度が弱くなるため、かしめられた部分がはがれやすくなる傾向がある。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、容器の材料が薄くなってもかしめられた部分がはがれにくい電気化学デバイスを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電気化学デバイスは、一対の電極層を有する電気化学素体と、電気化学素体を包囲する一対の金属製の容器部材と、一対の容器部材間に介在されて容器部材間を電気的に絶縁する電気絶縁性のガスケットと、を有し、容器部材の一方の端部を、容器部材の他方の端部との間にガスケットを介在させた状態で、容器部材の他方の端部に対してかしめることにより電気化学素体が密閉され、一対の電極層の一方と容器部材の一方とが電気的に接続され、一対の電極層の他方と容器部材の他方とが電気的に接続された電気化学デバイスであって、容器部材の一方の端部と容器部材の他方の端部とが、ガスケットにより接着されている。
【０００７】
本発明に係る電気化学デバイスによれば、ガスケットが一方の容器部材の端部と他方の容器部材の端部とを接着しているので、一方の容器部材においてかしめられた部分である端部が剥がれにくくされる。これによって、容器部材の厚さを薄くした場合でも、電気化学デバイスにおける密閉性能の維持が容易となる。
【０００８】
ここで、ガスケットは、酸変性ポリプロピレン及び酸変性ポリエチレンの少なくとも一方を含むことが好ましい。
【０００９】
これによれば、かしめた後にガスケットに熱をかけることによって、容器部材の一方の端部と容器部材の他方の端部同士を容易に接着することができる。
【００１０】
また、容器部材の一方の端部を容器部材の他方の端部に対してかしめた後にガスケットを加熱することにより、容器部材の一方と容器部材の他方が接着されたものであることが好ましい。これによれば、接着操作が容易に行える。
【００１１】
また、本発明に係る他の電気化学デバイスは、一対の電極層を有する電気化学素体と、電気化学素体を包囲する一対の金属製の容器部材と、一対の容器部材間に介在されて容器部材間を電気的に絶縁する電気絶縁性のガスケットと、を有し、容器部材の一方の端部を、容器部材の他方の端部との間にガスケットを介在させた状態で、容器部材の他方の端部に対してかしめることにより電気化学素体が密閉され、一対の電極層の一方と容器部材の一方とが電気的に接続され、一対の電極層の他方と容器部材の他方とが電気的に接続された電気化学デバイスであって、容器部材の一方と容器部材の他方との継目を覆うように容器部材の一方から容器部材の他方にわたって接着された電気絶縁性の樹脂部を備える。
【００１２】
本発明に係る他の電気化学デバイスによれば、容器部材の一方におけるかしめられた部分である端部が樹脂部に保護されて剥がれにくくされる。これによって、容器部材や蓋部材の厚さを薄くした場合でも、電気化学デバイスにおける密閉性能の維持が容易となる。
【００１３】
ここで、容器部材の一方の端部と容器部材の他方の端部とがガスケットによって接着されていることが好ましい。
【００１４】
この場合、各容器部材の端部同士がガスケットによっても接着されるため、容器部材の一方の端部がより一層剥がれにくくされる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る電気化学デバイスの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る電気化学デバイスとしてのコイン型の電気二重層キャパシタ１００である。
【００１７】
この電気二重層キャパシタ１００は、主として、電気二重層キャパシタ素体（電気化学素体）３０と、電気二重層キャパシタ素体３０を上下から挟んで密閉する容器としての上蓋（容器部材の一方）１０及び下蓋（容器部材の他方）２０と、上蓋１０と下蓋２０とを電気的に絶縁するガスケット４０と、を有している。
【００１８】
電気二重層キャパシタ素体３０は、主として、平板状のセパレータ３４と、このセパレータ３４を挟んで互いに対向するアノード（電極層）３２及びカソード（電極層）３６とを有している。
【００１９】
アノード３２及びカソード３６は、各々電子伝導性を有する多孔体内に電解質溶液を含んでなる。このような多孔体としては、例えば、原料炭（例えは、石油系重質油の流動接触分解装置のボトム油や減圧蒸留装置の残さ油を原料油とするディレードコーカーより製造された石油コークス等）を賦活処理することにより得られる炭素材料（例えば、活性炭）を構成材料の主成分としているものを使用することができる。
【００２０】
このアノード３２は、集電体層３７を介して上蓋１０と電気的に接続されている。また、カソード３６は、集電体層３８を介して下蓋２０と電気的に接続されている。集電体層３７、３８は、アノード３２，カソード３６への電荷の移動を充分に行うことができる良導体であれば特に限定されず、例えば、アルミニウムなどの金属箔等を利用できる。
【００２１】
セパレータ３４は、イオン透過性を有しかつ絶縁性を有する多孔体であり、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリオレフィンからなるフィルムの電気化学素体や上記樹脂の混合物の延伸膜、或いは、セルロース、ポリエステル及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも１種の構成材料からなる繊維不織布等を利用できる。セパレータ３４の内部には、電解質溶液が含有されている。
【００２２】
アノード３２，カソード３６，セパレータ３４に含有される電解質溶液は、特に限定されず、公知の電気二重層キャパシタ等の電気化学デバイスに用いられている電解質溶液（電解質水溶液、有機溶媒を使用する電解質溶液）を使用することができる。例えば、代表的な例としては、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレイトのような４級アンモニウム塩を、プロピレンカーボネート、ジエチレンカーボネート、アセトニトリルなどの有機溶媒に溶解したものを使用できる。
【００２３】
上蓋１０及び下蓋２０は、電気二重層キャパシタ素体３０を上下方向から挟み、電気二重層キャパシタ素体３０を取り囲んでいる。
【００２４】
下蓋２０は、アルミニウム等の金属箔から形成されている。この下蓋２０は、下端が閉じられ上端が開放された円筒状の円筒部２０ａと、この円筒部２０ａの上端部から外側に突出するように円環状に形成された鍔部２０ｂ（端部）と、を有している。下蓋２０の円筒部２０ａの底部は集電体層３８と接している。
【００２５】
上蓋１０は、アルミニウム等の金属箔から形成されており、下蓋２０の開口部を覆うと共に集電体層３７と接する板状の中央部１０ａと、この中央部１０ａの周縁沿って設けられ、下蓋の鍔部２０ｂを上下方向から挟みつけてかしめるカシメ部（端部）１０ｂとを有している。
【００２６】
詳しくは、上蓋１０のカシメ部１０ｂは、下蓋２０の鍔部２０ｂとの間に絶縁性のガスケット４０を介在させつつ、下蓋２０の鍔部２０ｂの図示上面に沿って外側に延び、鍔部２０ｂの外側端で下方に折り曲げられ、さらに、鍔部２０ｂの下面に沿って内側に延びている。そして、このカシメ部１０ｂは、鍔部２０ｂとの間にガスケット４０を介在させつつ、鍔部２０ｂを上下から挟み込むように鍔部２０ｂに対してかしめられている。このようにして、電気二重層キャパシタ素体３０が、上蓋１０と下蓋２０とにより形成される外装体の内部に密閉されている。
【００２７】
そして、上蓋１０の中央部１０ａが、集電体層３７を介して電気二重層キャパシタ素体３０のアノード３２と電気的に接続されることにより、上蓋１０は、電気二重層キャパシタ１００の負極として機能する。また、下蓋２０の円筒部２０ａの底部が、集電体層３８を介して電気二重層キャパシタ素体３０のカソード３６と電気的に接続されることにより、下蓋２０は、電気二重層キャパシタ１００の正極として機能する。ガスケット４０は、上蓋１０と下蓋２０との間を電気的に絶縁している。
【００２８】
そして、特に、本実施形態において、上蓋１０のカシメ部１０ｂと、下蓋２０の鍔部２０ｂとが、ガスケット４０によって接着されている。
【００２９】
このようなガスケット４０としては、金属と接着する樹脂を利用できる。例えば、酸変性ポリプロピレン、酸変性ポリエチレン等の樹脂が好ましい。これらのような、加熱されることにより金属と接着する樹脂をガスケット４０として用いると、ガスケット４０を介在させて上蓋１０のかしめ部１０ｂを下蓋２０の鍔部２０ｂに対してかしめた後に、このガスケット４０を外部から加熱することにより、容易にガスケット４０によって上蓋１０及び下蓋２０とを接着させることができる。また、ガスケット４０として、エポキシ樹脂等の接着剤を利用し、かしめと接着とを同時に行ってもよい。
【００３０】
本実施形態に係る電気二重層キャパシタによれば、ガスケット４０が上蓋１０のカシメ部１０ｂと下蓋２０の鍔部２０ｂとを接着しているので、上蓋１０のカシメ部１０ｂが剥がれにくくされる。これによって、上蓋１０や下蓋２０の厚さを従来よりも十分薄くした場合でも、電気二重層キャパシタにおける密閉性能の維持が容易となる。したがって、液漏れ等のトラブルが低減される。
【００３１】
つぎに、このような電気化学デバイスとしての電気二重層キャパシタ素体３０の製造方法の一例について説明する。まず、金属箔を整形して鍔部２０ｂ付きの円筒状の下蓋２０と、平板状の上蓋１０ｄと、を用意する。次に、集電体層３７，３８を設けた電気二重層キャパシタ素体３０を下蓋２０内に収容し、下蓋２０の鍔部２０ｂ上に、加熱により金属との接着性を呈する材料を含む電気絶縁性のガスケット４０を介在させて、下蓋２０の開口を上蓋１０で覆う（図２（ａ）参照）。
【００３２】
次に、上蓋１０ｄの端部１０ｅを下方に折り曲げて鍔部２０ｂを上下から挟み込み、端部１０ｅを鍔部２０ｂに対してかしめてカシメ部１０ｂを形成し、電気二重層キャパシタ素体３０を密封する（図２（ｂ）参照）。
【００３３】
つぎに、カシメ部１０ｂを外部から加熱して、ガスケット４０を溶融させ、上蓋１０及び下蓋２０とをガスケット４０で接着する。これによって、図１のような、電気二重層キャパシタ１００が完成する。
【００３４】
なお、上記実施形態では、加熱により金属との接着性を発現するガスケット４０を用い、カシメ後に熱処理を行って接着を行っているが、例えば、鍔部２０ｂの上下面に接着性を呈する電気絶縁性の樹脂をガスケットとして塗布した後、上蓋を載置してかしめてもよい。
【００３５】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る電気化学デバイスとしてのコイン型の電気二重層キャパシタ２００について図３を参照して説明する。本実施形態に係る電気二重層キャパシタ２００が、第１実施形態と異なる点は、さらに、上蓋１０と下蓋２０との継目９９を覆うように上蓋１０の端部１０ｂから下蓋２０にわたって接着された電気絶縁性の樹脂部９０を備えている点である。
【００３６】
このような樹脂部９０は、例えば、エポキシ樹脂等の接着剤を塗布することにより容易に得られる。
【００３７】
これによれば、さらに、上蓋１０のカシメ部１０ｂの端部が第１実施形態に比べてさらに剥がれにくくなる。
【００３８】
また、このような樹脂部９０を形成した場合、図４に示すように、電気二重層キャパシタ２００を、リフロー用ハンダ部２１５，２１６を用いて、基板２１０上に実装する場合に有利な効果がある。
【００３９】
まず、電気二重層キャパシタ２００の下蓋２０の下面と基板２１０のパターン２０６との間にリフロー用ハンダ部２１６を設け、上蓋１０のかしめ部１０ｂの下面側と基板２１０のパターン２０５との間にリフロー用ハンダ部２１５を設ける。そして、電気二重層キャパシタ２００と基板２１０とをリフロー炉内に入れて加熱し、リフロー用ハンダ部２１５，２１６をリフローさせ、下蓋２０とパターン２０６とをハンダで接続させると共に、上蓋１０とパターン２０５とハンダで接続する。
【００４０】
この場合、電気二重層キャパシタ２００においては、上蓋１０と下蓋２０との継目９９を覆うように電気絶縁性の樹脂部９０が形成されているので、リフロー用ハンダ部２１５，２１６をリフローさせた場合に、互いにショートしにくくされている。
【００４１】
ここで本実施形態では、カシメ部１０ｂのはがれをより効果的に抑制すべく、上蓋１０のかしめ部１０ｂと下蓋２０の鍔部２０ｂとがガスケット４０によって接着されている。しかしながら、樹脂部９０を有する場合には、上蓋１０と下蓋２０とがガスケット４０によって接着されていなくても、従来に比して、カシメ部１０ｂのはがれを抑制する効果がある。
【００４２】
なお、本発明に係る電気化学デバイスは、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形態様をとることが可能である。例えば、本実施形態において、電気二重層キャパシタ素体としては、３層構造のものの他に、キャパシタの機能を発現するように電極とセパレータとが交互に複数積層された５層以上の構成のものでもよい。また、セパレータとして、例えば、固体電解質膜（固体高分子電解質からなる膜又はイオン伝導性無機材料を含む膜）を用いたものでもよい。
【００４３】
また、容器内に密封される電気化学素体は、電気二重層キャパシタ素体３０に限られず、擬似容量キャパシタ、レドックスキャパシタ等でもよい。また、電気化学素体として、一次電池素体や、リチウムイオン二次電池素体等の二次電池素体を使用してもよく、この場合は、電気化学デバイスとしての、一次電池や二次電池等が得られる。
【００４４】
次に、本実施形態に係る電気二重層キャパシタの実施例について説明する。
【００４５】
（実施例１−１〜１−５）
まず、厚さ８０μｍのアルミ箔を円形に打ち抜き、上蓋とした。つぎに、同様のアルミ箔を円形に打ち抜き、さらに絞り加工を施して、円筒部と鍔部とを形成し、下蓋を形成した。つぎに、厚さ３５０μｍの電気二重層キャパシタ素体を用意した。
【００４６】
この電気二重層キャパシタ素体は、正極と、セパレータと、負極とがこの順に積層されたものであり、正極及び負極は多孔質活性炭であり、セパレータは多孔質樹脂であり、これらは、１．８ｍｏｌ／Ｌのトリエチルメチルアンモニウム四フッ化ホウ素塩のプロピレンカーボネート溶液の電解質溶液を含んでいる。
【００４７】
そして、この電気二重層キャパシタ素体を下蓋内に収容した後、酸変性ポリエチレン製の円環状のガスケットを間に挟んで、上蓋を重ね合わせ、上蓋の端部を折り曲げて下蓋に対してかしめ、電気二重層キャパシタ素体を密封した。
【００４８】
続いて、ガスケットを加熱して、上蓋と下蓋とをガスケットで接着した。このような手順で電気二重層キャパシタを５つ作成し、これを実施例１−１〜１−５とした。
【００４９】
（実施例２−１〜２−５）
実施例１−１と同様にして作成した電気二重層キャパシタに対して、さらに、上蓋と下蓋との継ぎ目を覆う樹脂製の接着剤を設け、実施例２−１〜２−５の電気二重層キャパシタとした。
【００５０】
（実施例３−１〜３−５）
ガスケットを加熱しないこと以外は実施例１−１と同様に電気二重層キャパシタを製造し、さらに、この電気二重層キャパシタに対して上蓋と下蓋との継ぎ目を覆う樹脂を接着し、実施例３−１〜３−５の電気二重層キャパシタとした。
【００５１】
（比較例４−１〜４−５）
ガスケットを加熱しないこと以外は実施例１−１と同様に電気二重層キャパシタを製造し、実施例４−１〜４−５の電気二重層キャパシタとした。
【００５２】
このようにして得られた電気二重層キャパシタの初期の内部抵抗及び放電容量を測定した後、室温６０℃、湿度９０％の環境に１００時間放置し、その後に内部抵抗及び放電容量を測定した。さらに、上蓋のカシメ部の一部に５０ｇの荷重をかけ、カシメ部が剥がれるか否かを調べた。さらに、放電容量が測定不能の場合には、電気二重層キャパシタ素体について、電解液が乾燥したドライアップ状態になっているか否かを確認した。
【００５３】
各実施例、比較例の電気二重層キャパシタの初期の内部抵抗及び放電容量と、環境試験後の内部抵抗及び放電容量と、荷重試験結果と、ドライアップありなしの結果を、図５の表にまとめて示す。
【００５４】
比較例１−１，１−３，１−４においては、荷重試験によってカシメ部が剥がれた。また、比較例１−４においては、環境試験後の内部抵抗が著しく増加し、また、環境試験後の放電容量が著しく減少しており、シール性が不良であったことを示している。さらに、比較例１−２、比較例１−５では、環境試験後の放電容量が測定不能であり、電解液の溶媒がほとんど蒸発（ドライアップ）していた。
【００５５】
一方、実施例１−１〜１−５、実施例２−１〜２−５、実施例３−１〜３−５のいずれの電気二重層キャパシタも、環境試験後の内部抵抗や放電容量は適切な範囲に入っており、また、加重試験ではカシメ部が剥がれなかった。
【００５６】
これらによって、本発明によれば、容器や蓋の材料が薄くなってもカシメ部がはずれにくい電気化学デバイスを提供されることが確認された。
【００５７】
【発明の効果】
本発明に係る電気化学デバイスによれば、ガスケットが容器部材の一方の端部と容器部材の他方の端部とを接着している、又は、容器部材の一方と容器部材の他方との継目を覆うように容器部材の一方から容器部材の他方にわたって電気絶縁性の樹脂が接着されている。このため、容器部材の一方においてかしめられた部分である端部が剥がれにくくされる。従って、容器部材や蓋部材の厚さを薄くした場合でも、電気化学デバイスにおける密閉性能の維持が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る電気二重層キャパシタを示す断面図である。
【図２】図２（ａ）は図１の電気二重層キャパシタの製造方法を示す説明図であり、図２（ｂ）は、図１の製造方法を示す図２（ｂ）に続く説明図である。
【図３】第２実施形態に係る電気二重層キャパシタを示す断面図である。
【図４】図３の電気二重層キャパシタの実装例を示す断面図である。
【図５】実施例及び比較例にかかる電気二重層キャパシタの内部抵抗、放電容量、荷重試験結果等を示す表である。
【符号の説明】
１０…上蓋（容器部材の一方）、１０ｂ…端部、２０…下蓋（容器部材の他方）、２０ｂ…端部、３０…電気二重層キャパシタ素体（電気化学素体）、３２…カソード（電極層）、３４…セパレータ、３６…カソード（電極層）、４０…ガスケット、９０…樹脂部、１００，２００…電気二重層キャパシタ（電気化学デバイス）。
【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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