(57)【要約】 【課題】  外装膨れを抑制した端子付電気化学デバイスを提供する。【解決手段】  パッキンを介したケース８およびキャップにより外装され、ケース８およびキャップにそれぞれ接続されたケース側端子１とキャップ側端子２とを備えた端子付電気化学デバイスにおいて、ケース側端子１がケース８の平坦面の周辺部において、ケース８の平坦面と接するように、ケース８と少なくとも３箇所で接続されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッキンを介したコイン型のケースおよびキャップにより外装され、前記ケースおよび前記キャップにそれぞれ接続されたケース側端子とキャップ側端子とを備えた端子付電気化学デバイスにおいて、前記ケース側端子が前記ケースの平坦面の周辺部において、前記ケースの平坦面と接するように、前記ケースと少なくとも３箇所で接続されていることを特徴とする端子付電気化学デバイス。
【請求項２】
パッキンを介したコイン型のケースおよびキャップにより外装され、前記ケースおよび前記キャップにそれぞれ接続されたケース側端子とキャップ側端子とを備えた端子付電気化学デバイスにおいて、前記キャップ側端子が前記キャップの平坦面の周辺部において、前記キャップの平坦部と接するように、前記キャップと少なくとも３箇所で接続されていることを特徴とする端子付電気化学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は端子付電気化学デバイスに関し、特にコイン型あるいはボタン型の二次電池、電気二重層コンデンサ等にリード端子を取り付けた端子付電気化学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化・軽量化に伴いコイン型電気二重層コンデンサやプロトンポリマー電池等のバックアップ二次電池を小型化・軽量化する要求が増大している。プロトンポリマー電池とはプロトン伝導型高分子を電極活物質とした電気化学蓄電池である。従来、携帯機器の補助電源としてクロックおよびメモリー機能バックアップ用として用いられるコイン型、ボタン型の一次電池、二次電池および電気二重層コンデンサは電流を取り出すためのリード端子を取り付けて用いるのが一般的である。
【０００３】
図３は端子付コイン型プロトンポリマー電池の断面図である。図３に示すように、蓄電作用を有する基本セル６を単独または直列に複数個積層された状態でケース８内に配置され、絶縁体によるパッキン７を介して上蓋となるケース８と下蓋となるキャップ５とで機械かしめし、正極端子となるケース側端子１、負極端子となるキャップ側端子２をケース側、キャップ側にそれぞれレーザ溶接を用いて溶接することにより端子付コイン型プロトンポリマー電池が得られる。
【０００４】
図４は基本セルの断面図である。基本セル６は図４に示すように、正極１０および負極１３がセパレータ１２を介して対向配置されており、プロトン源を含む水溶液または非水溶液である電解液が各電極（正極および負極）中およびセパレータ１２中に存在している。各電極に含まれる電極活物質としては目的とする起電力を発現可能な酸化還元電位の差となる組み合わせで適宜選択されたプロトン伝導型高分子を使用する。そして、その周囲は集電体９およびガスケット１１で封止されており集電体は各電極と外部との電気的接触をとる機能を併せ持つ。集電体９、ガスケット１１、およびセパレータ１２には耐酸性を有する材料が使用される。例えば、集電体９にはカーボンなどを添加して導電性を付与したゴムやエラストマー等、ガスケット１１にはゴムや熱可塑性のエラストマーなどの軟質プラスチック等が一般的に使用されている。
【０００５】
近年、端子付コイン型二次電池および電気二重層コンデンサにおいても、リフロー半田取付け対応の要求が大きくなってきており、耐熱性を有するポリエチレンサルファイド等の熱可塑性エンジニアリングプラスチック材料からなるパッキングとゴムからなるガスケットを用いたリフロー可能な二次電池および電気二重層コンデンサが実用化されてきている。
【０００６】
二次電池や電気二重層コンデンサに用いる電解液は有機溶媒系と水溶液系に大別されるが、例えば特許文献１に記載されている通り、リチウムイオン電池においては有機溶媒系電解液を用いたものが一般的である。
【０００７】
一方、プロトンポリマー電池ではプロトン源を含む水溶液の方が特に高容量となるため、専ら酸性水溶液が使用されている。しかし、水溶液系電解液は有機溶媒系に比べ、リフロー時の内圧上昇による膨れが大きい。そのため膨れ抑制に肉厚で丈夫な外装（ケース、キャップ）が必要となり、結果的に外装効率が悪化することが問題となっている。ここで言う外装効率とは全体積中（端子を含まない）の電極の占める割合である。
【０００８】
図５は従来の端子付電気化学デバイスを示す図であり、図５（ａ）は正面図であり、図５（ｂ）は平面図であり、図５（ｃ）は底面図である。図５に示すように従来の端子付コイン型およびボタン型の二次電池ならびに電気二重層コンデンサ等の電気化学デバイスに用いる端子は主に電気化学デバイスの電極から電流を取り出すことを目的としており、それぞれケース８およびキャップ５からケース側端子１およびキャップ側端子２として、例えば溶接により溶接点３、４において接続されている。溶接点３、４はケース８およびキャップ５の中央部で互いに干渉しない間隔で２箇所あるいは３箇所で溶接されている（例えば特許文献１参照）。また、特許文献２、特許文献３のそれぞれの図面に見られるように、ケース側端子１およびキャップ側端子２とケース８およびキャップ５との接する面の面積ＳＡおよびＳＤ（図５の斜線部）はケース８あるいはキャップ５の平坦面の面積ＳＢ、ＳＣに比べ同等とは言えず小さいものとなっていた。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−４０１７４号公報
【特許文献２】特開２００４−１６５５３７号公報
【特許文献３】国際公開WO２００３／０３０２８１号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の端子付電気化学デバイスにおいてはリフロー半田付け時の内圧上昇による膨れを抑えるためにケースおよびキャップを肉厚にする必要があったため外装効率が悪いものとなっていた。本発明の課題は外装効率を悪化させることなくリフロー時の外装膨れを抑制した端子付電気化学デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、コイン型あるいはボタン型の端子付電気化学デバイスにおいて、端子の取り付けについて工夫することにより外装効率を悪化させることなく膨れを抑制することができることを見出したものである。
【００１２】
本発明の端子付電気化学デバイスは、パッキンを介したケースおよびキャップにより外装され、前記ケースおよび前記キャップにそれぞれ接続されたケース側端子とキャップ側端子とを備えた端子付電気化学デバイスにおいて、前記ケース側端子が前記ケースの平坦面の周辺部において、前記ケースの平坦面と接するように、前記ケースと少なくとも３箇所で接続されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の端子付電気化学デバイスは、パッキンを介したケースおよびキャップにより外装され、前記ケースおよび前記キャップにそれぞれ接続されたケース側端子とキャップ側端子とを備えた端子付電気化学デバイスにおいて、前記キャップ側端子が前記キャップの平坦面の周辺部において、前記キャップの平坦部と接するように、前記キャップと少なくとも３箇所で接続されていることを特徴とする。
【００１４】
コイン型あるいはボタン型の電気化学デバイスの場合、外形は偏平な形状をしているため、リフロー半田付け時等に内圧上昇により膨れが生じる場合には、膨れはケースの平坦面、およびキャップの平坦面において歪が最も大きくなる。ケースの平坦面、あるいはキャップの平坦面に接するようにケース側端子、キャップ側端子を接続することにより、ケースの平坦面、あるいはキャップの平坦面の強度はケースあるいはキャップの材料の平坦面の厚さとケース側端子、キャップ側端子の厚さを足し合わせた強度に匹敵することになる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ケースの平坦面、あるいはキャップの平坦面に接するように周辺部においてケース側端子、キャップ側端子を接続することにより、ケースあるいはキャップの材料の厚さを増すことなく、すなわち外装効率を悪化させることなく外装強度を増すことにより、リフロー半田付け時等における外装の膨れを抑制する端子付電気化学デバイスを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態１による端子付コイン型プロトンポリマー電池を示す図であり、図１（ａ）は正面図であり、図１（ｂ）は平面図であり、図１（ｃ）は底面図である。
【００１８】
端子付コイン型プロトンポリマー電池の外装は、図１に示すように、パッキンを介したケース８およびキャップからなる。端子の接続は、ケース８の平坦面でケース側端子１と、キャップの平坦面でキャップ側端子２とレーザ溶接等により接続されている。ケース側端子１は、図１（ｂ）に示すように、ケース８の平担部に合わせ平坦部をほぼ覆う形状とし、ケース８の平坦部の周辺部において４点均等間隔で溶接点３において接続されている。ここでケース側端子１はケース８の平坦部より大きな形状としてもよいし、また、ケース８の平坦部に比較し若干小さくともケース８の平坦部の周辺部において接続できる形状であればよい。溶接点は４点均等間隔でなく、例えば溶接点が３点であっても平坦部の中央を３点が作る３角形が覆うような状態であればよい。溶接点はケースの半径の２／３以上外側にあることがより好ましく、溶接点で形成する多角形がケースの平坦部の半分以上を覆うことがより望ましい。キャップ側端子２は、図１（ｃ）に示すように、キャップの平担部に合わせ平坦部をほぼ覆う形状とし、キャップの平坦部の周辺部において４点均等間隔で溶接点４において接続されている。ここでキャップ側端子２はキャップの平坦部に比較し若干小さくともよく、溶接点４はケースの場合と同様に３点以上あればよい。また、溶接点はキャップの平坦部の半径の２／３以上外側にあることがより好ましい。
【００１９】
図２は、本発明の実施の形態２による端子付コイン型プロトンポリマー電池を示す図であり、図２（ａ）は正面図であり、図２（ｂ）は平面図であり、図２（ｃ）は底面図である。
【００２０】
ケース側端子１は、図２（ｂ）に示すように本発明の実施の形態１と同様に、ケース８の平担部に合わせ平坦部をほぼ覆う形状とし、ケース８の平坦部の周辺部において４点均等間隔で溶接点３において接続されている。キャップ側端子２は、図２（ｃ）に示すように、キャップ５の中央部で２箇所の溶接点４で溶接されている。本発明の実施の形態２においては、ケース側端子１のケース８との接続に本発明を適用し、キャップ側端子２とキャップ５との接続は従来工法で作製したものである。本発明の実施の形態２においてはケースの平坦部の周辺部においてにおいてのみ端子と接続したが、本発明においてはケースの平坦部の周辺部あるいはキャップの平坦部の周辺部のいずれかで端子と接続することも可能である。
【００２１】
次に、本発明の実施の形態による端子付コイン型プロトンポリマー電池の作製について説明する。ここでは端子付コイン型プロトンポリマー電池に関して説明するが、端子付コイン型およびボタン型二次電池ならびに電気二重層コンデンサ等の電気化学デバイスであればこれに限定するものではない。
【００２２】
まず、本発明の実施の形態によるコイン型プロトンポリマー電池に用いた電極の作製方法について説明する。
【００２３】
正極活物質であるインドール３量体に導電材として気相成長カーボン２０重量％を粉末ブレンダーで混合し、混合物にポリテトラフルオロエチレン（以下ＰＴＦＥ）粒子が１０重量（以下ｗｔ）％となるように６０％ＰＴＦＥディスパージョンを添加し、攪拌脱泡機で混合した後、乾燥する。得られた混合物に水を１００ｗｔ％加え、乳鉢で混練する。その後、混練物をロール成型機により圧延し、シート状電極を得る。得られたシート状正極を打ち抜き正極とする。
【００２４】
負極活物質としてのポリフェニルキノキサリンに導電材としてのケッチェンブラックＥＣ６００ＪＤ（ライオン社製）を負極活物質に対して２５ｗｔ％加え粉末ブレンダーで混合する。得られた混合粉末にｍ−クレゾールを負極活物質と導電材の合計重量に対して１００ｗｔ％加え、ニーダで１時間混練する。得られた混練物にさらにｍ−クレゾールを加え混合スラリーの粘度が１０００ｍＰａ・ｓとなるようにホモジナイザーで３０分混合し、スラリーを得る。
【００２５】
得られた電極スラリーをポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴ）上に塗布し、乾燥後、ＰＥＴを剥離することでシート状負極とし、これを打ち抜き負極とする。
【００２６】
次に、基本セルの作製方法について図４を参照して説明する。ブチルゴムにカーボンを分散させて導電性を付与した導電性ブチルゴムシートからなる集電体９上にブチルゴムからなる非電子伝導性のゴムシートからなるガスケット１１を同心円状に配置し、ゴムの粘着性を利用し圧着し、ガスケット１１を有する正極、負極挿入シートを得る。
【００２７】
ガスケットを有する負極挿入シートに負極１３を挿入し電解液を注液する。一方、正極電極挿入シートに正極１０、セパレータ１２の順に配置し、圧着する。その後、これらを同心円状に配列し、加圧下（７ｋｇ／ｃｍ2）、１４０℃、２０秒で加硫接着することにより基本セル６を得る。セパレータ１２は、ＰＴＦＥからなる多孔性シートを用いる。
【００２８】
次に、図３に示すように、この基本セル６をステンレス鋼製のキャップ５およびステンレス鋼製のケース８からなる外装容器中にポリエチレンサルファイド製の絶縁体からなるパッキン７を介して一体化し、その後、かしめ封止することによりコイン型プロトンポリマー電池を得る。このとき、ケース側を正極とし、キャップ側を負極とする。このコイン型プロトンポリマー電池に上述のように、ケース側端子およびキャップ側端子を接続し端子付コイン型プロトンポリマー電池が得られる。
【実施例】
【００２９】
（実施例１）
本発明の実施例１について、図２を参照して、端子付コイン型プロトンポリマー電池の実施例で説明する。コイン型プロトンポリマー電池の基本セルについては上述のように作製した。ケースおよびキャップは材料の厚み０．１０ｍｍのステンレス鋼製であり、基本セルをパッキンを介したケース８とキャップ５からなる外装容器に入れ、かしめ封止し、直径４．８ｍｍ、厚み１．４ｍｍのコイン型プロトンポリマー電池を作製した。
【００３０】
ケース側端子１は厚さ０．１ｍｍのステンレス板を用い、直径４．７ｍｍの円状のケースの平坦面と接する部分とリード取り出し用の端子幅２．８ｍｍの矩形状の部分からなり、矩形状の部分は、ケースの側面に沿って直角に折り曲げられ更に実装するためにケースの平坦面と平行になるように実装部において再度直角に折り曲げられた形状とした。キャップ側端子２は厚さ０．１ｍｍのステンレス板を用い、端子幅１．８ｍｍで先端のキャップとの接続部には面取り加工が施され、キャップとの接続部と実装部間に段差を設けた形状とした。
【００３１】
ケース８とケース側端子１、キャップ５とキャップ側端子２との接続は、ＹＡＧレーザ（ファイバ径０．４ｍｍ、１倍の集光レンズ）を用いたレーザ溶接にて行った。ケース側端子１とケース８の平坦面との溶接はケース８の外径から０．５ｍｍ円心方向内側の円周上を溶接の中心とし、リード端子取り出し方向の中心線上に２箇所、これに垂直な方向に２箇所、計４箇所溶接した。キャップ端子は溶接点が干渉しないよう１．０ｍｍ間隔をあけてリード端子取り出し方向に２点溶接し端子付コイン型プロトンポリマー電池を作製した。
【００３２】
（実施例２）
本発明の実施例２について、図１を参照して説明する。実施例１と同様に直径４．８ｍｍ、厚み１．４ｍｍのコイン型プロトンポリマー電池を作製し、ケース側端子１は実施例１と同様にケース８の平坦面に接続した。キャップ側端子２は厚さ０．１ｍｍのステンレス板を用い、直径３．２ｍｍの円状のキャップの平坦面と接する部分とリード取り出し用の端子幅１．８ｍｍの矩形状の部分からなり、キャップ側端子２とキャップの平坦面との溶接はキャップの外径（Φ３．６ｍｍ）から０．５ｍｍ円心方向内側の円周上を溶接の中心とし、リード端子取り出し方向の中心線上に２箇所、これに垂直な方向に２箇所、計４箇所溶接し端子付コイン型プロトンポリマー電池を作製した。
【００３３】
（実施例３）
材料の厚み０．１５ｍｍのステンレス鋼製のケースおよびキャップを用い、直径４．８ｍｍ、厚み１．４ｍｍのコイン型プロトンポリマー電池を用いた以外は実施例１と同様にして端子付コイン型プロトンポリマー電池を作製した。
【００３４】
（実施例４）
材料の厚み０．１５ｍｍのステンレス鋼製のケースおよびキャップを用い、直径４．８ｍｍ、厚み１．４ｍｍのコイン型プロトンポリマー電池を用いた以外は実施例２と同様にして端子付コイン型プロトンポリマー電池を作製した。
【００３５】
（比較例１）
実施例１と同様に直径４．８ｍｍ、厚み１．４ｍｍのコイン型プロトンポリマー電池を作製した後、図５に示すように、ケース側端子１は厚さ０．１ｍｍのステンレス板を用い、端子幅２．８ｍｍで先端のケースとの接続部には面取り加工が施され、溶接箇所は互いに干渉しないように、ケース８の中央部において１．５ｍｍ間隔でリード端子取り出し方向に２点溶接した。キャップ側端子２は厚さ０．１ｍｍのステンレス板を用い、、端子幅１．８ｍｍで先端のキャップ５との接続部には面取り加工が施され、キャップ側端子２は溶接点が干渉しないよう１．０ｍｍ間隔をあけてリード端子取り出し方向に２点溶接し、端子付コイン型プロトンポリマー電池を作製した。
【００３６】
（比較例２）
ケース、キャップの材料の厚み０．１５ｍｍの外装において直径４．８ｍｍ、厚み１．４ｍｍのコイン型プロトンポリマー電池において比較例１と同様に作製した。
【００３７】
（比較例３）
材料の厚み０．２０ｍｍのステンレス鋼製のケースおよび材料の厚み０．１５ｍｍのステンレス鋼製のキャップを用い、直径４．８ｍｍ、厚み１．４ｍｍのコイン型プロトンポリマー電池を用いた以外は比較例１と同様に端子付コイン型プロトンポリマー電池を作製した。
【００３８】
実施例１−４、比較例１−３により得られた端子付コイン型プロトンポリマー電池の外装効率および赤外式のリフロー処理を行い、その際の外装効率および外装膨れ率を表１に示す。ここで外装効率は実施例１を１としたときの相対値で示す。また、外装膨れ率とはリフロー処理前の電池厚みとリフロー処理後の電池厚みの差を百分率で示したものである。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
表１よりわかるように、本発明で作製した実施例１から４は比較例１，２に比べ外装膨れ率が低く、外装厚みをケース０．２ｍｍ、キャップ０．１５ｍｍとした比較例３と同等であることが分かる。また、比較例３にくらべ外装効率は約１０％から４０％向上したことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１による端子付コイン型プロトンポリマー電池を示す図、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は平面図、図１（ｃ）は底面図。
【図２】本発明の実施の形態２による端子付コイン型プロトンポリマー電池を示す図、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は平面図、図２（ｃ）は底面図。
【図３】端子付コイン型プロトンポリマー電池の断面図。
【図４】基本セルの断面図。
【図５】従来の端子付電気化学デバイスを示す図、図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）は平面図、図５（ｃ）は底面図。
【符号の説明】
【００４２】
１    ケース側端子
２    キャップ側端子
３    （ケース側）溶接点
４    （キャップ側）溶接点
５    キャップ
６    基本セル
７    パッキン
８    ケース
９    集電体
１０    正極
１１    ガスケット
１２    セパレータ
１３    負極
【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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