(57)【要約】【課題】通常よりも高温で処理するリフローハンダ時の耐漏液性を向上させたコイン形蓄電セルを提供することを目的とする。【解決手段】一対の電極１６が絶縁性のセパレータ１８を介して対面するように配置された素子と、この素子を金属ケース１１（陽極側）内に収納して絶縁性のリング状パッキン１５を介して密封する上蓋１３（陰極側）からなるコイン形蓄電セルであって、前記金属ケース１１の電極１６と接する面を内側に押出した構造からなり、前記内側に押出した金属ケース１１の外面部に階段状の外部端子２０を接続し、かつ前記上蓋１３の外面部にも先端が前記金属ケース１１側の外部端子２０の先端部と同一面となるように階段状の外部端子２１を接続した構造からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極が絶縁性のセパレータを介して対面するように配置された素子と、この素子を金属ケース（陽極側）内に収納して絶縁性のリングパッキンを介して密封する上蓋（陰極側）からなるコイン形蓄電セルであって、前記金属ケースの電極と接する面を内側に押出した構造からなり、前記内側に押出した金属ケースの外面部に階段状の外部端子を接続し、かつ前記上蓋の外面部にも先端が前記金属ケース側の外部端子の先端部と同一面となるように階段状の外部端子を接続したコイン形蓄電セル。
【請求項２】
前記上蓋の電極と接する面を内側に押出した構造からなる請求項１に記載のコイン形蓄電セル。
【請求項３】
前記内側に押し出した金属ケース及び／または上蓋の外面部に凹凸加工が施され、その部分に外部端子を接続した請求項１または２に記載のコイン形蓄電セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコンデンサや電池等の電気化学セルの中で、特に面実装用に用いられる外部端子を有したコイン形蓄電セルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のコイン形蓄電セルには、電気二重層コンデンサやボタン電池等があり、図４はコイン形電気二重層コンデンサの構成を示す一部切り欠き断面図である。同図において、活性炭電極からなる陽極性の分極性電極３１と、活性炭電極からなる陰極側の分極性電極３２とをセパレータ３３を介して対向配置し、そして陽極側の分極性電極３１には陽極集電体３４を設け、かつ陰極側の分極電極３２には陰極集電体３５を設け、その後、前記一対の分極性電極３１,３２およびセパレータ３３に電解液３６を含浸させて、これらを陰極端子となる上ケース３７と陽極端子となる下ケース３８で構成される収納空間部に収納し、そして上ケース３７の外周部に形成した折り曲げ部４０と下ケース３８の外周部との間に電気絶縁性を有するパッキン３９を配置して下ケース３８の外周部の先端部４１をカーリングすることにより、パッキン３９で上ケース３７の折り曲げ部４０を外側から包み込んで一対の分極性電極３１,３２を収納している収納空間部の気密封口を行うようにしている。
【０００３】
前記コイン形電気二重層コンデンサをプリント基板に実装する場合は、図５（ａ）に示すように、コイン形電気二重層コンデンサ５０の下ケースと上ケースの外面部に夫々外部リード端子５１，５２を接続し、その外部リード端子５１，５２をプリント基板５３の孔に挿入し、その部分を半田付けして実装したものがある。また、同図（ｂ）はコイン形電気二重層コンデンサを横置きにしたもので、コイン形電気二重層コンデンサ５４の下ケースと上ケースの外面部に夫々外部リード端子５５，５６を接続し、その外部リード端子５５，５６をプリント基板５７の孔に挿入し、その部分を半田付けして実装したものである。
【０００４】
また、プリント基板に実装する他の例として、例えば特許文献１，２に示すように、陽陰極外部リード端子のどちらか一方の端子をキャパシタの外周の内側に収まるように取り付け、さらにプリント基板と対向する側に設置された端子に１段以上の段差を設けることにより、プリント基板に占める占有設置面積を減少・縮小して小さくすることができるという面実装形タイプのものが提案されている。
【０００５】
一方、ボタン電池においても、正極と負極の間にセパレータを介した電極が２つ合わせの金属容器内に収容されており、その外観構造は前記電気二重層コンデンサと同じような構成を有している。
【特許文献１】特開２００３−９２１０２号公報
【特許文献２】特開平８−２０３４９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、機器の小型化による電子部品の高集積化に伴い、基板上の電子部品の高集積化が進んでいる。これに適したハンダ付け方法として、リフローハンダ付けによる面実装が主流となってきている。ここで、リフローハンダ付けとは、ハンダの塗布されたプリント基板に載置した蓄電セルを基板ごと２００℃以上の高温雰囲気の炉内を通過させ、ハンダ付けを行う方法である。
【０００７】
さらに、環境問題を考慮したハンダの鉛フリー化の進行に伴い、鉛系ハンダよりも融点が２０℃程度高い錫系のハンダによるリフローハンダ付けが行われるようになり、基板に搭載される電子部品に対しても、より高い耐熱性及びリフロー対応品の長寿命化が求められるようになってきている。
【０００８】
しかしながら前記特許文献１，２のコイン形電気二重層コンデンサの実装において、ハンダ付け温度が２５０℃もしくはそれ以上に達する鉛フリーのリフローハンダ付け時に、高温状態で有機電解液の溶媒の蒸気圧が高まり、蓄電セルの内圧が著しく上昇することにより、下ケース３８とパッキン３９底面のシール面に隙間が生じ、電解液が外部に漏液するという課題がある。
【０００９】
また、外部リード端子を上ケース及び下ケースに接続するときに、レーザ溶接などで溶接すると、接続強度を保つためにレーザ溶接を強くするので、そのレーザ溶接の熱が分極性電極まで達し、分極性電極が破損され容量を維持しにくいという課題を有していた。
【００１０】
本発明はこのような従来の課題を解決し、コイン形電気化学素子の上ケースと下ケースへの外部リード端子の取り付けの強度を維持し、高温リフローに対する耐熱性を向上させた長寿命のコイン形蓄電セルを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために本発明は、一対の電極が絶縁性のセパレータを介して対面するように配置された素子と、この素子を金属ケース（陽極側）内に収納して絶縁性のリングパッキンを介して密封する上蓋（陰極側）からなるコイン形蓄電セルであって、前記金属ケースの電極と接する面を内側に押出した構造からなり、前記内側に押出した金属ケースの外面部に階段状の外部端子を接続し、かつ前記上蓋の外面部にも先端が前記金属ケース側の外部端子の先端部と同一面となるように階段状の外部端子を接続した構成とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、金属ケースの電極と接する面を内側に押出した構造からなり、前記内側に押出した金属ケースの外面部に階段状の外部端子を接続し、かつ前記上蓋の外面部にも先端が前記金属ケース側の外部端子の先端部と同一面となるように階段状の外部端子を接続することにより、金属ケースの底面部の半分以上がプリント基板から離すことができるため、リフローハンダ付けのときに、プリント基板と接しない部分が空気層となるので高温リフローに対する耐熱性を向上させることができ、プリント基板に占める面積を最小限の面積にすることができるという作用効果を有する。
【００１３】
また、金属ケース及び／または上蓋が電極と接する面を内側に押出した構造とすることから、金属ケース及び上蓋の強度が高まるので、従来よりも金属ケース及び上蓋の厚みを薄くすることができ、その結果、外部端子を接続するレーザ溶接強度も低くすることができるので、レーザ溶接による電極の破損が生じなくなり、蓄電セルの容量低下を防ぐことができるという作用効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明の一実施の形態によるコイン形電気二重層コンデンサの構成を示す断面図である。同図において、金属ケース１１と上蓋１３の内底面に集電材１７をそれぞれ塗布し、一対の分極性電極１６がセパレータ１８を介して集電材１７と接触するように金属ケース１１と上蓋１３に挿入されている。また、一対の分極性電極１６には電解液１９が含浸されている。
【００１５】
そして上蓋１３の外周部に形成した折り曲げ部１４と金属ケース１１の開口部１２との間に電気絶縁性を有するリング状パッキン１５を配置して金属ケース１１の開口部１２の先端をカーリングすることにより、リング状パッキン１５で上蓋１３の折り曲げ部１４を外側から包み込んで一対の分極性電極１６を収納して気密封口を行っている。
【００１６】
なお、気密度をアップするために、金属ケース１１のリング状パッキン１５との接触面及びリング状パッキン１５の上蓋１３との接触面にはシール補助材を塗布して封口性を高めることもできる。
【００１７】
また、前記金属ケース１１は分極性電極１６と接する面を内側に押出した構造を有するもので、その内側に押出した金属ケース１１の外面部に階段状の外部端子２０をレーザ溶接により接続し、また、前記上蓋１３の外面部にも先端が金属ケース１１側の外部端子２０の先端部と同一面となるように階段状の外部端子２１をレーザ溶接により接続した構成とするものである。
【００１８】
以下、具体的な実施例について説明をする。
【００１９】
（実施例１）
まず、一対の分極性電極は、平均粒径５μｍの石油コークス系活性炭粉末と導電性付与剤として平均粒径０．０５μｍのカーボンブラック、カルボキシメチルセルロースを溶解した水溶性バインダー溶液（濃度：５０％）を１０：２：１の重量比に混合して混練機で充分に混練し、この混練品をペレット（φ４ｍｍ）に成形した後、このペレットを１００℃の大気中で１時間乾燥した。
【００２０】
次に、このペレット２枚の間にセパレータを介在させて一対の分極性電極を得て、電解液を含浸させた。この電解液の組成を（表１）に示す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
次に、プレス加工により金属ケース（材質：ＳＵＳ  厚み１．０ｍｍ）の中心からペレットの大きさの部分を内面部に押出した部分に、カーボンペーストを塗布して形成し、その表面に前記一対の分極性電極を配置した。
【００２３】
続いて、金属ケースの内側にリング状パッキンを置き、上蓋（材質：ＳＵＳ  厚み１．０ｍｍ）を被せて金属ケースの外周縁部をカーリングすることにより、リング状パッキンを金属ケースの内底面に密着させるとともに、金属ケースの開口部を密封してコイン形電気二重層コンデンサを作製した（サイズ：直径６．８ｍｍ、高さ１．４ｍｍ）。
【００２４】
次に、内側に押出した金属ケースの外面部に階段状の外部端子（材質：ＳＵＳ  厚み１．０ｍｍ  幅３．０ｍｍ）をレーザ溶接により接続した。また、上蓋の外面部にも、先端が金属ケース側の外部端子（材質：ＳＵＳ  厚み１．０ｍｍ  幅３．０ｍｍ）の先端部と同一面となるように階段状の外部端子をレーザ溶接により接続した。
【００２５】
（実施例２）
前記実施例１において、金属ケース及び上蓋のＳＵＳ材の厚みを１．３ｍｍのものを用いた以外は前記実施例１と同様にしてコイン形電気二重層コンデンサを作製した。
【００２６】
（実施例３）
前記実施例１において、金属ケース及び上蓋のＳＵＳ材の厚みを１．５ｍｍのものを用いた以外は前記実施例１と同様にしてコイン形電気二重層コンデンサを作製した。
【００２７】
（実施例４）
前記実施例１において、上蓋の形状を図２に示すように、上蓋の電極と接する面を内側に押出した構造のものを用いた以外は前記実施例１と同様にしてコイン形電気二重層コンデンサを作製した。
【００２８】
（実施例５）
前記実施例１において、金属ケースの外部端子を接続する面を、プレス加工（凸金型の表面に凹凸を設ける）により金属ケースの内側に押出すと同時に凹凸の粗面化（平均表面粗さＲａ０．２μｍ）した以外は前記実施例１と同様にしてコイン形電気二重層コンデンサを作製した。
【００２９】
（実施例６）
前記実施例４において、上蓋の外部端子を接続する面を、プレス加工（凸金型の表面に凹凸を設ける）により上蓋の内側に押出すと同時に凹凸の粗面化（平均表面粗さＲａ０．２μｍ）した以外は前記実施例４と同様にしてコイン形電気二重層コンデンサを作製した。
【００３０】
（比較例１）
前記実施例１において、内側に押出していない金属ケース（材質：ＳＵＳ  厚み１．５ｍｍ）と上蓋（材質：ＳＵＳ  厚み１．５ｍｍ）を使用した以外は前記実施例１と同様にしてコイン形電気二重層コンデンサを作製した。
【００３１】
なお、実施例１〜６と比較例１での外部端子の接続するときのレーザ溶接条件は一定条件で行った。
【００３２】
前記実施例１〜６と比較例１のコイン形電気二重層コンデンサについて、図３に示す温度プロファイルでリフローハンダ付けを行い、その容量変化と漏液の検査結果を（表２）に示す。また、金属ケース及び上蓋の厚みとレーザ溶接との適性を外部端子間の抵抗値より判定した。なお、サンプル数は２０個であり、容量変化はリフロー前後の容量変化率である。
【００３３】
【表２】
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【００３４】
（表２）から明らかなように、前記実施例１〜６のコイン形電気二重層コンデンサは比較例１のコイン形電気二重層コンデンサに比べて、リング状パッキンから外部に漏液がなく、極めて安定したコイン形電気二重層コンデンサを得ることができた。
【００３５】
また、金属ケース及び上蓋のＳＵＳ材の厚みを１．０〜１．３ｍｍにすることにより、外部端子との接続強度が強くなり、その接触抵抗も小さいものが得られる。
【００３６】
さらに、金属ケース及び上蓋の電極と接する面を内側に押出した構造を有することにより、ＳＵＳ材の厚みを１．０ｍｍと薄い材料を用いてもレーザ溶接による電極の破損が生じることなく、外部端子との接続強度を維持し、蓄電セルの容量低下を防ぐことができる。
【００３７】
このように本発明のコイン形蓄電セルは、金属ケースの電極と接する面を内側に押出した構造からなり、その外面部に階段状の外部端子を接続することにより、金属ケースの底面部の半分以上がプリント基板から離すことができるため、リフローハンダ付けのときに、プリント基板と接しない部分が空気層となるので高温リフローに対する耐熱性を向上させることができ、プリント基板に占める面積を最小限の面積にすることができるという効果を奏する。また、金属ケースが電極と接する面を内側に押出した構造とすることから、金属ケースの強度が高まるので、従来よりも金属ケースの厚みを薄くすることができ、その結果、外部端子を接続するレーザ溶接強度も低くすることができるので、レーザ溶接による電極の破損が生じなくなり、蓄電セルの容量低下を防ぐことができるという効果を奏するものである。
【００３８】
なお、本実施の形態では電気二重層コンデンサについて説明をしたが、コイン形電池などのコイン形蓄電セルにも用いることができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明のコイン形蓄電セルは、高温リフロー時の内圧上昇に耐えうるシール性を有し、鉛フリーのリフローハンダ付けによる面実装が必要な電子機器の主電源及びメモリバックアップ電源として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施の形態によるコイン形電気二重層コンデンサの構成を示す断面図
【図２】同実施例４による上蓋の形状を示す断面図
【図３】リフローハンダ付けの温度プロファイルを示す図
【図４】従来のコイン形電気二重層コンデンサの一部切り欠き断面図
【図５】（ａ）同コイン形電気二重層コンデンサを実装したときの側面図、（ｂ）同他の実装の例を示す側面図
【符号の説明】
【００４１】
１１  金属ケース
１２  金属ケースの開口部
１３  上蓋
１４  上蓋の折り曲げ部
１５  リング状パッキン
１６  分極性電極
１７  集電材
１８  セパレータ
１９  電解液
２０  金属ケース側の外部端子
２１  上蓋側の外部端子
【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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