(57)【要約】【課題】コイン型セルにおいて、比較的安価なガスケット材料を用い、ガスケットの封止性を良好に保ちながら、製造時におけるガスケット切れの発生を抑える。【解決手段】コイン型セル１において、ガスケット１５は、ブチルゴムを主体とする素材で作製している。ガスケット１５の断面は変形コの字形状であって、円筒状の側壁部１５ａと、側壁部１５ａの下縁から内方に伸びる底部１５ｂと、底部１５ｂの内縁から立ち上がった折り返し部１５ｃとを有する。コイン型セルの厚みが１．５ｍｍ以下の場合、ガスケット１５の側壁部１５ａの肉厚ｄ1は０．２ｍｍ程度である。ガスケット１５の側壁部１５ａの肉厚ｄ1に対する底部１５ｂの肉厚ｄ2の比率（ｄ2／ｄ1）は、１．２以上、３以下に設定されている。【選択図】図２
2009289968.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを介して対向配置された一対の電極を有する電極体が、電解液とともに外装缶に収納され、当該外装缶の開口部が皿状の外装蓋で封口され、当該外装蓋の側壁部が円環状のガスケットを介して前記外装缶の側壁部の内側に嵌りこんだ状態でカシメ圧着されて封止されたコイン型セルであって、
前記ガスケットは、
ブチルゴムを含み、ＪＩＳ−Ａ硬度が７５以上１１０以下である材料で構成され、
前記外装蓋の側壁部と前記外装缶の側壁部との間に介挿される側壁部と、当該側壁部から内方に伸び前記外装蓋の側壁部の縁と前記外装缶の底面部との間に介挿される底部とを有し、
前記ガスケットはセルに組み込む前の状態において、前記側壁部の肉厚に対する前記底部の肉厚の比率が、１．２以上であることを特徴とするコイン型セル。
【請求項２】
前記ガスケットはセルに組み込む前の状態において、前記側壁部の肉厚に対する前記底部の肉厚の比率が、３以下であることを特徴とする請求項１に記載のコイン型セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイン型セルに関し、特にブチルゴムからなるガスケットを用いて封止したコイン型セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタに代表される電気化学素子として、コイン型セルが知られている。
このコイン型セルは、第一及び第二分極性電極をセパレータを介して積層してなる発電素体が、丸皿状の外装缶に電解液とともに収納され、外装缶の開口部は、負極キャップの外周部に環状のガスケットを配設したもので封口され、開口部周辺の部材はカシメ処理して内部封止された構成を有する。
【０００３】
環状のガスケットの素材には、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の硬い樹脂が使用されることも多いが、コスト等の面から、安価なブチルゴムを使用することも検討されている（特許文献１〜３に記載）。
一般に、アルミ電解コンデンサに使用されてきた円筒形のブチルゴムガスケットは、肉厚が１ｍｍ以上あるのに対して、コイン型セルに用いられるガスケットは肉厚が薄く、厚み１．５ｍｍ以下のコイン型セルにおいては、一般に肉厚が０．２ｍｍ程度のガスケットが用いられている。
【特許文献１】特開２００７−２０７９４２号公報
【特許文献２】特開２００８−６６４０７号公報
【特許文献３】特開２００７−３２４５３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなコイン型セルにおいて、セルの封止性を良くするためにはガスケットの材料として、ＪＩＳ−Ａ硬度７５以上１１０以下の範囲にある硬い材料を選択する必要がある。
しかしながら、肉厚が薄く硬度の高いブチルゴムガスケットを用いると、製造時においてカシメ処理によって封口する時に、ガスケット切れが発生しやすい。
すなわち、コイン型セルを製造する工程の中で、負極キャップの外周縁からガスケットにかかる圧力や、封口用の金型からセルを押し出す（封口の際に金型内に入ったセルの正極缶が金型にかじりつくのでノック棒でセルを金型から押し出す）ときの圧力により、負極キャップの外周縁からガスケットの底部に過負荷がかかる。ここで、ＰＥＥＫやＰＰＳ等の樹脂製ガスケットは強度が高いため、肉厚が０．２ｍｍ程度であっても過負荷によってガスケット切れは発生せず、また、硬度の低いブチルゴムガスケットを用いた場合もゴムが十分に伸びるので過負荷によるガスケット切れは発生しにくいが、肉厚が薄く硬度の高いブチルゴムガスケットを用いた場合は、過負荷によってガスケット切れが発生しやすいという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、比較的安価なガスケット材料を用い、ガスケットの封止性を良好に保ちながら、製造時におけるガスケット切れの発生を抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、セパレータを介して対向配置された一対の電極を有する電極体が、電解液とともに外装缶に収納され、当該外装缶の開口部が皿状の外装蓋で封口され、当該外装蓋の側壁部が円環状のガスケットを介して外装缶の側壁部の内側に嵌りこんだ状態でカシメ圧着されて封止されたコイン型セルにおいて、ガスケットを、ブチルゴムを含み、ＪＩＳ−Ａ硬度が７５以上１１０以下である材料で構成され、外装蓋の側壁部と外装缶の側壁部との間に介挿される側壁部と、当該側壁部から内方に伸び外装蓋の側壁部の縁と外装缶の底面部との間に介挿される底部とを有する構成とし、ガスケットはセルに組み込む前の状態において、前記側壁部の肉厚に対する前記底部の肉厚の比率を、１．２以上に設定した。
【０００７】
ここでガスケットはセルに組み込む前の状態において、前記側壁部の肉厚に対する前記底部の肉厚の比率を、３以下に設定することが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
上記本発明のコイン型セルによれば、ガスケットにブチルゴムを用いているので、ＰＥＥＫやＰＰＳを用いたガスケットに比べて安価である。  
また、ガスケットのＪＩＳ−Ａ硬度が７５〜１１０と硬いので、リフロー時にガスケットが軟化して変形することがない。従ってセルの封止を良好に行うことができ、保持特性も良好となる。
【０００９】
さらに、ガスケットの側壁部の肉厚に対する底部の肉厚の比率が１．２以上に設定されているので、ガスケットの側壁部の肉厚が０．２ｍｍ程度に薄くても、底部の肉厚は比較的大きく（０．２４ｍｍ以上）確保される。従って、セル製造時においてカシメ処理によって封口する時に、負極キャップの外周縁からガスケットの底部に過負荷がかかっても、ガスケット切れが発生しにくい。
【００１０】
これは、セル製造時の歩留りを向上して、製造コストを低減するのに寄与する。
ここで、ガスケットの側壁部の肉厚に対する底部の肉厚の比率が３より大きいと、圧縮変形されたガスケットがセル内部にせり出す量が多くなる。その場合、セル内部の容積が減少するのでセル内部の圧力が高くなる。この状態でリフローを実施するとセル厚みの上昇量も大きくなってしまう。これに対して、当該比率を３以下に設定すれば、ガスケットがセル内部にせり出す量が抑えられ、リフロー実施時のセル厚みの上昇量も抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明にかかるコイン型セルの一実施形態として、電気二重層キャパシタについて説明するが、本発明はこの形式に限定されるものでなく、発明の技術的範囲を逸脱しない範囲で適宜変更してもよい。
＜コイン型セルの構成＞
図１は、コイン型セル１の構成を示す断面図であり、図２は、コイン型セル１の構成を示す断面組図である。
【００１２】
図１に示すコイン型セル１は、４１４サイズ（直径Φ４ｍｍ，厚みｔ１．４ｍｍ）の電気二重層キャパシタであって、電極体３が電解液４０と共に外装缶（正極缶）２０に収納され、その開口部が、ガスケット１５を装着した外装蓋（負極キャップ）１０により封口されて構成されている。
電極体３は、セパレータ３０を介して対向配置された一対の電極（第一分極性電極３２および第二分極性電極３４）で構成され、正極缶２０には集電体３３が、負極キャップ１０には集電体３１が設けられている。第一分極性電極３２は負極キャップの集電体３１に電気接触し、第二分極性電極３４は正極缶２０の集電体３３に電気的接触している。
【００１３】
第一及び第二分極性電極３２，３４は、いずれも活物質を結着剤で固めて円板状に成形され、そのサイズは、厚み０．５ｍｍ、直径２．４ｍｍである。
電気二重層キャパシタに一般に用いられる材料を用いればよく、例えば、活物質としては、粉末状活性炭が挙げられ、結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなどが挙げられる。また、活物質に対して導電剤を添加してもよい。導電剤としては、炭素材料、例えば、鱗片状黒鉛や土状黒鉛等の天然黒鉛、人工黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維等が挙げられる。
【００１４】
集電体３１，３３は、黒鉛粉末及び樹脂を混合してなる導電塗料を、負極キャップ１０及び正極缶２０の片面に塗布することにより形成された膜である。
セパレータ３０は、良好なイオン流通性を有し、適度な機械的強度を持つ絶縁性の透過膜（微多孔膜）であって、ガラス繊維、ＰＰＳ、ＰＥＴ、ＰＡ、ＰＩ等の材料からなり、厚みは１０〜２５０μｍ程度、孔径は０．０１〜５μｍ程度である。
【００１５】
正極缶２０は、ステンレス材で構成され、円形状の底面部２１および当該底面部２１の外周縁から立ち上がった円筒状の側壁部２２とからなり、当該側壁部２２の先端縁部分は内向きに湾曲して湾曲部２３が形成されている。
負極キャップ１０は、正極缶２０と同様のステンレス材が皿形状に成形されてなり、円形の主面部１１と、当該主面部１１の外周縁から立ち下がった円筒状の側壁部１０ａとを有している。
【００１６】
図１に示されるように、負極キャップ１０の側壁部１０ａの縁が二重に折り曲げ形成されている。
このような構成の負極キャップ１０を用いると、側壁部１０ａの剛性が比較的増す。
ただし、本発明において、負極キャップ１０の周縁部を二重に折り曲げることは必須ではない。また、正極缶２０及び負極キャップ１０の素材は、ステンレスに限られず、電気伝導性に優れる金属材料であればよく、鉄、アルミニウム、チタン、ニッケルなどの素材を用いることもできる。
【００１７】
電解液４０は、有機溶媒に支持塩を溶解させた溶液である。有機溶媒としては、環状エステル類、鎖状エステル類、環状エーテル類、鎖状エーテル類等が挙げられ、支持塩としては、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボーレイト（ＴＥＡ−ＢＦ4）、トリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボーレイトなどが挙げられる。
（ガスケット１５の詳細）
ガスケット１５は、絶縁性材料が円環状に熱成型されてなり、ガスケット１５の内径は、上記負極キャップ１０の外径と同等である。
【００１８】
ガスケット１５を構成する材料は、イソブチレンと少量のイソプレンを共重合させてなるブチルゴムを主成分とし、補強材、充填材、加硫材（架橋材）などが混合されたものである。
上記補強材としてはカーボンブラックが、充填材としてはシリカ系、マイカ系、クレー系が、加硫材としては樹脂、硫黄等が、老化防止剤としてはフェノール系、アミン系が、副資材としては、酸化亜鉛とステアリン酸の混合物等が挙げられる。
【００１９】
ガスケット１５のＪＩＳ−Ａ（３秒値）の硬度は７５以上１１０以下の範囲内に設定されている。このガスケット１５の硬度は、使用する補強材、充填材、加硫材の種類や混合比を調整することによって調整可能である。
ガスケット１５は、図２に示すように、円環形状（高さの低い円筒形状）であるが、当該円環の断面が変形コの字形状である。すなわち、ガスケット１５は、円筒状の側壁部１５ａと、当該側壁部１５ａの下縁から内方に伸びる底部１５ｂと、当該底部１５ｂの内縁から立ち上がった折り返し部１５ｃとを有し、側壁部１５ａと折り返し部１５ｃとの間に溝部１５ｄが形成されている。
【００２０】
ガスケット１５がセルに組み込まれた状態では、負極キャップ１０の側壁部１０ａの先縁が溝部１５ｄに嵌り込んでおり、側壁部１５ａは、負極キャップ１０の側壁部１０ａと外装缶２０の側壁部２２との間に介在し、底部１５ｂは負極キャップ１０の側壁部１０ａの縁と正極缶２０の底面部２１との間に介在している。
そして、図１に示すように、ガスケット１５の側壁部１５ａおよび底部１５ｂは、負極キャップ１０と正極缶２０の間で圧縮変形されており、負極キャップ１０と正極缶２０との間を封止している。
【００２１】
ガスケット１５の肉厚について：
ガスケット１５の側壁部１５ａの肉厚ｄ1は、セルの内容積を大きくする上で薄く設定するのが望ましいが、ガスケットとしての機能を確保する上で最低限の肉厚は必要である。通常、コイン型セルの厚みが１．５ｍｍ以下の場合、ガスケット１５の側壁部１５ａの肉厚ｄ1は０．２ｍｍ程度である。
【００２２】
そして、ガスケット１５の側壁部１５ａの肉厚ｄ1に対する底部１５ｂの肉厚ｄ2の比率（ｄ2／ｄ1）は、１．２以上、３以下に設定されている。
なお、ここでいう比率（ｄ2／ｄ1）は、ガスケット１５をセルに組み込む前の状態（力がかかっていない状態）での比率を指す。
詳しくは製造工程のところで述べるが、このようにガスケット１５の底部１５ｂの肉厚ｄ2が、側壁部１５ａの肉厚ｄ1に対して１．２倍以上に設定されているので、コイン型セル１を製造するときのカシメ工程において、ガスケット１５の底部１５ｂが切断されることがない。
【００２３】
一方、比率（ｄ2／ｄ1）が３より大きいと、圧縮変形されたガスケットがセル内部にせり出す量が多くなる。その場合、セル内部の容積が減少するのでセル内部の圧力が高くなる。この状態でリフローを実施するとセル厚みの上昇量も大きくなってしまう。これに対して、当該比率（ｄ2／ｄ1）を３以下に設定すれば、ガスケットがセル内部にせり出す量が抑えられ、リフロー実施時のセル厚みの上昇量も抑えられる。
【００２４】
＜コイン型セルの製造工程＞
コイン型セルの製造工程について、図３、４を用いて例示する。
まず、図３（ａ）に示すように、集電体３１を設けた負極キャップ１０の内面上に、第一分極性電極３２及びセパレータ３０を収納するとともに、負極キャップ１０の外周にガスケット１５を装着する。
【００２５】
このとき負極キャップ１０の側壁部１０ａの先縁が、ガスケット１５の溝部１５ｄに嵌り込む。そして、電解液４０を注液し、セパレータ３０の上に第二分極性電極３４を載置する。
この第二分極性電極３４の上から、集電体３３を設けた外装缶２０のもとになる有底筒部材２０Ｘを被せることによって、カシメ前のセル１ａが組み立てられる（図３（ｂ））。
【００２６】
なお、カシメ前のセル１ａは、上記製法以外に、例えば、有底筒部材２０Ｘに電極体３およびに電解液４０を収納して、負極キャップ１０にガスケット１５を装着したものを被せて封止する方法で作製することもできる。
次に、封口用の金型を用いて作製したセル１ａをカシメることよって封止する工程を行う。
【００２７】
図４は、この封止工程を説明する図である。
封口用の金型１００の下面には、傾斜した押圧面１０３が形成されている。また、金型１００にはノック１０１がスライド可能に装着され、当該ノック１０１はバネ１０２で下方に付勢されている。
図４（ａ）に示すようにセル１ａを載置して、金型１００を押し下げると、肩高を下げる処理がなされる。すなわち、押圧面１０３が側壁部２２の先端部２３Ｘを下向き内方に押圧し、その結果、湾曲部２３が形成されると共に封止がなされ、コイン型セル１が完成する（（図３（ｂ））。なお、このとき、ノック１０１は、負極キャップ１０に突きあたるので、金型１００が下降するのに伴って金型１００に対して相対的に押し上げられる。
【００２８】
コイン型セル１の外装缶２０が金型１００にかじりついているが、金型１００を上に上げると、バネ１０２の付勢力でノック１０がコイン型セル１を下方に押し出すので、コイン型セル１は金型１００から離される（図３（ｃ））。
＜実施の形態のコイン型セルによる効果＞
ガスケットにブチルゴムを用いているので、ＰＥＥＫやＰＰＳに比べて安価である。  
【００２９】
ガスケットの硬度が低ければ、リフロー時に軟化しやすく変形しやすいので、保持特性悪くなりやすいが、本実施形態では、ガスケットのＪＩＳ−Ａ硬度が７５〜１１０と硬いので、保持特性が良好である。
ガスケット１５の側壁部１５ａの肉厚ｄ1に対する底部１５ｂの肉厚ｄ2の比率（ｄ2／ｄ1）が、１．２以上、３以下に設定されているので、ガスケットの側壁部１５ａの肉厚が０．２ｍｍ程度と薄くても、底部１５ｂの肉厚は比較的大きく（０．２４ｍｍ以上）確保される。
【００３０】
上記封止工程において、肩高を下げる処理のときに、底部１５ｂは、負極キャップ１０の側壁部１０ａと正極缶２０の底面部２１とで押圧され、底部１５ｂに過負荷がかかる。また、ノック１０がコイン型セル１を下方に押し出すときにも底部１５ｂに過負荷がかかる。しかし、上記のように、ガスケットの底部１５ｂの肉厚が比較的大きく（０．２４ｍｍ以上）確保されているので、ガスケットの底部１５ｂに切れが発生しにくい。
【００３１】
＜性能確認試験＞
以下のサンプルを作製して、性能確認試験を行った。
実施例１〜４、比較例１，２では、いずれもガスケットとして、ブチルゴムを主体としたものを用いてコイン型セルを作製した。
いずれもセルサイズは４１４サイズとし、電解液は、ＰＣ（プロピレンカーボネート）にＴＥＡ−ＢＦ4（ホウフッ化テトラエチルアンモニウム）を１ｍｏｌ/ｌ溶解させたものを使用した。また、ガスケットの側壁部の肉厚ｄ1は０．２ｍｍと一律に設定した。
【００３２】
そして、各実施例および比較例において、ガスケットの側壁部の肉厚ｄ1に対する底部の肉厚ｄ2の比率（ｄ2／ｄ1）、並びに硬度は、表１に記載した各値に設定した。
【００３３】
【表１】
2009289968.tif 000003
試験内容：
各コイン型セルについて、１０個作製した中で封口後のガスケット切れ発生数と、リフロー試験後におけるセルの厚み上昇を測定した。その試験結果は、上記表１に示すとおりである。
【００３４】
考察：
表１に示す試験結果に基づいて、以下のように考察した。
ガスケットの肉厚比率（ｄ2／ｄ1）が１である比較例１では、ガスケットの切れが１０個中２個発生したが、肉厚比率（ｄ2／ｄ1）が１．２以上ある実施例１〜４では、硬度が７５以上あるけれども、ガスケットの切れは発生していない。これより、ガスケットの肉厚比率（ｄ2／ｄ1）が１．２以上であれば、硬度が７５以上と高くてもガスケットの切れが抑えられることがわかる。
【００３５】
ガスケットの硬度が７２と低い比較例２では、ガスケットの切れは発生しなかったが、セルの厚み上昇が、実施例１〜４および比較例１と比べて高くなっている。これは、ガスケットの硬度が低いとガスケットのせり出しが発生してセルの厚み上昇が生じやすいことを示している。
また、実施例２〜４同士でセルの厚み上昇を比較すると、実施例２，３，４の順で大きくなっている。これは、ガスケットの肉厚比率（ｄ2／ｄ1）が大きいほど、セルの厚み上昇が大きくなることを示している。
【００３６】
セルの厚み上昇が０．１ｍｍを越えると、４１４サイズ（Φ４ｍｍ×ｔ１．４ｍｍ）ではなくなり、別サイズ４．１５サイズになってしまうが、実施例１〜４ではセルの厚み上昇は０．１ｍｍよりはかなり低く抑えられている。なお、ガスケットの硬度が８７のものでは、肉厚比率（ｄ2／ｄ1）が３以内であればセルの厚み上昇が０．１ｍｍを越えないことがわかっている。
【００３７】
ガスケットの硬度が低い比較例２（硬度７２）では、セルの厚み上昇が０．０９ｍｍと０．１ｍｍ近いとなっているので、セル厚みのバラツキ発生を考慮すると、セルの厚み上昇を０．１ｍｍ未満に抑えるには硬度は７５以上が好ましいと考えられる。一方、ガスケットの硬度が高い実施例１（硬度９１）では、セルの厚み上昇が低い値（０．０１ｍｍ）を示している。なお、ガスケットの硬度が高い方がセルの厚み上昇は小さいが、当該硬度が高すぎると、ガスケットの伸びも悪くなり、ガスケット切れも発生しやすくなるので、ガスケットの硬度は１１０以下に設定することが好ましい。
【００３８】
＜その他の事項＞
上記実施の形態では、負極キャップ１０の側壁部１０ａの縁が二重に折り曲げ形成されており、この点もガスケット切れを抑える効果に寄与すると考えられるが、本発明において、負極キャップ１０の周縁部を二重に折り曲げることは必須ではなく、負極キャップ１０の周縁部を二重に折り曲げないものでも、ガスケットの厚み比率（ｄ2／ｄ1）を１．２以上に設定することによってガスケット１５の切れを抑える効果を奏する。
【００３９】
上記実施形態のコイン型セル１は、外装蓋を負極、外装缶を正極としたが、これと逆の極性になるように設定することも可能である。
本発明において、コイン型セルのサイズは４１４サイズに限定されるものではなく、或程度のサイズの範囲に適用できる。ただし、厚み１．５ｍｍ以下のコイン型セルには特に有効である。
【００４０】
上記実施の形態では、電気化学素子であるコイン型セルとして電気二重層キャパシタの構成を例示したが、本発明はこれに限定するものではなく、コイン型電池にも適用可能である。この場合、電極体は公知のコイン型電池のように、セパレータを介して負極及び正極を積層した発電要素で構成することができる。リチウム電池の場合には、正極剤として二酸化マンガン、負極剤として金属リチウム、セパレータとしてポリプロピレン製不織布をそれぞれ用いて構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明のコイン型セルは、小型の携帯通信機器のＲＴＣや、パーソナルコンピュータのメモリバックパップ電源等として、電子回路基板上に実装して利用することが可能である。
また、ガスケット素材に比較的安価なブチルゴムを用いて、製造時の歩留りを確保できるので、製造コストを低減できるメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施の形態に係るコイン型セルの構造を示す断面図である。
【図２】コイン型セルの構造を示す一部断面組図である。
【図３】コイン型セルの製造工程を示す図である。
【図４】コイン型セルの製造工程を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１    コイン型セル
３    電極体
１０    負極キャップ
１０ａ  負極キャップの側壁部
１１    負極キャップの主面部
１５    ガスケット
１５ａ  ガスケットの側壁部
１５ｂ  ガスケットの底部
１５ｃ  ガスケットの折り返し部
１５ｄ  ガスケットの溝部
２０    正極缶
２１    正極缶の底面部
２２    正極缶の側壁部
２３Ｘ  側壁部の先端部
２３    湾曲部
３０    セパレータ
３１    集電体
３２    第一分極性電極
３３    集電体
３４    第二分極性電極
４０    電解液
１００    金型
１０１    ノック
１０２    バネ
１０３    金型の押圧面
【図１】
2009289968.tif 000004
【図２】
2009289968.tif 000005
【図３】
2009289968.tif 000006
【図４】
2009289968.tif 000007