JPH0467747B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、たとえば電気二重層コンデンサま
たは電池のような電気化学装置に関するもので、
特に、全体として扁平形状を有するケースを備え
る扁平型電気化学装置におけるケースおよび外部
端子手段の構造の改良に関するものである。

［従来の技術］ 近年開発が進められているICカード用電源と
しては、リチウム電池または電気二重層コンデン
サが適しており、これら電源用電気化学装置は、
厚みの薄い形状すなわち扁平型とされる。

リチウム電池の電解液には、通常、プロピレ
ン・カーボネートやγ−ブチロラクトンなどの有
機溶媒に、過塩素酸リチウムなどを電解質として
溶かした非水電解液が使用されており、電気二重
層コンデンサにおいても、耐電圧を高く設定でき
ることから、同種の電解液を用いることが望まし
い。

しかし、このような非水電解液を用いる場合、
その系内の水分量が増加すると、内部抵抗が増大
したり、耐電圧が低下して、性能が劣化するた
め、高度の脱水状態を保つ必要がある。

たとえばICカード用電源に適した扁平型の電
池の一例として、第５図に示した構造のものがあ
る。第５図では、いわゆる「ペーパーリチウム電
池」の構造が示されている。第５図を参照して、
ケース１は、たとえばステンレスなどの金属板ま
たは箔からなる第１および第２のケース半体２お
よび３を備える。これら第１および第２のケース
半体２および３の各周縁部は、たとえば熱接着性
フイルムなどの有機物からなる封口材４を介して
接合され、それによつて、密閉された構造を持つ
ケース１が与えられる。ケース１の内部には、正
極活物質５および負極活物質６が、電解液を含有
するセパレータ７を互いの間に挾んだ状態で配置
される。

このような構造において、第１のケース半体２
と第２のケース半体３とは、封口材４によつて互
いに電気的に絶縁されており、かつ、第１のケー
ス半体２は正極活物質５に電気的に接触するとと
もに、第２のケース半体３は負極活物質６に電気
的に接触する。したがつて、第１および第２のケ
ース半体２および３は、それぞれ、第１および第
２の外部端子手段を兼ねている。

［発明が解決しようとする問題点］ 第５図に示した「ペーパーリチウム電池」の構
造において、第１および第２のケース半体２およ
び３自身における水分の透過は無視できるが、周
囲の封口材４は、前述したように、有機物を使用
するため、この封口材４を介して、水分の透過ま
たは侵入、ならびに内部の電解液の揮散が多く、
封止の信頼性が悪いという欠点があつた。これら
水分の透過または侵入および電解液の揮散は、封
口材４の部分においてこれら水分および電解液が
拡散することによつて発生するものである。たと
えば、ケース１に可撓性を持たせるためには、封
口材４には可撓性を有する熱接着性樹脂などの有
機物を用いることが望ましいが、その場合、上述
した拡散は特に顕著に起こる。

拡散量は、拡散種や樹脂種が一定のとき、一般
に［断面積／拡散距離］に比例するとみることが
できる。第５図に示した構造において、そこに含
まれる封口材４を平面図で示した第６図を参照し
て説明すると、断面積は、封口材４の最外周の長
さ（2a＋2b＋8w）と封口材４の厚さｔとの積
（2a＋2b＋8w）×ｔとなり、また、拡散距離はｗ
となる。ここで、断面積を決めるフアクタとして
封口材４の最外周の長さを採用したのは、封口材
４の外周部分が外部に向かつて露出しているから
である。このように、拡散量を決定する断面積が
封口材４の最外周の長さに比例するが、拡散量を
減じるために、単純に拡散距離ｗを大きくする
と、最外周の長さひいては断面積がさらに大きく
なつて、かえつて効果が減じられるばかりでな
く、製品の外形寸法が大きくなつたり、逆にケー
ス１の内容積が小さくなつたりして、実用的な観
点からは望ましくない。

このように、第５図に示した構造では、封止の
信頼性が悪いため、電池の寿命が短く、また、使
用環境にも大きな制約があつた。

他方、電気二重層コンデンサでは、上述の電池
以上に、長寿命、高信頼性が要求されるため、第
５図に示すような構造では、封止の信頼性の点で
不十分であつた。したがつて、電気二重層コンデ
ンサに関しては、扁平形状を与えながら優れた封
止性を有する封止構造が実用的には未だ実現され
ていないのが現状である。

そこで、この発明は、たとえば、有機電解液を
使用する活物質または分極性電極のような機能物
質を備える電池（１次電池および２次電池を含
む）または電気二重層コンデンサのような電気化
学装置において、優れた封止性を与えながら、扁
平形状とすることができる、扁平型電気化学装置
の構造を提供しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る扁平型電気化学装置は、まず、 それぞれ主平面部と周縁部とを有しかつ金属板
または箔からなる第１および第２のケース半体を
備え、前記各主平面部が互いに実質的に平行に並
びかつ前記各周縁部において接合部分を形成する
ように前記第１および第２のケース半体が互いに
合わされてなる、全体として扁平形状を有する、
ケースと、 前記ケース内に収納され、かつ前記主平面部に
対してほぼ平行に延びるセパレータと、 前記ケース内に収納され、かつ前記セパレータ
を挾んで位置する、当該電気化学装置のための第
１および第２の機能物質と、 前記第１および第２の機能物質に電気的にそれ
ぞれ接触する第１および第２の外部端子手段と、
を備えていることが前提であり、上述した技術的
課題を解決するため、次のような構成を備えるこ
とが特徴である。

すなわち、前記第１および第２のケース半体の
各周縁部は互いに溶接される。

また、前記第１のケース半体の前記主平面部の
内面に沿つて、前記第１の外部端子手段となるべ
き金属板または箔からなる端子板が、前記主平面
部に対して絶縁性樹脂層を介して密着された状態
で配置され、かつ、前記主平面部には、前記端子
板の一部を露出させる開口が形成される。

［発明の作用および効果］ この発明によれば、全体として扁平形状を与え
るケースに関しては、第１および第２のケース半
体の各周縁部を互いに溶接することにより一体化
される。このような溶接による接合部分の封止性
に対する信頼性は高く、したがつて、ケースの外
周部分においては、水分または電解液の拡散は、
全くまたは無視できる程度にしか生じない。

また、この発明によれば、第１の外部端子手段
となるべき端子板が、第１のケース半体の主平面
部の内面に沿つて配置され、この端子板は、前記
主平面部に対して絶縁性樹脂層を介して密着した
状態とされる。そして、前記主平面部には、端子
板の一部を露出させる開口が形成される。このよ
うな構造において、開口は、端子板を外部端子手
段として機能させるために形成されるものである
が、この開口は、唯一、前述したような水分の透
過および侵入ならびに電解液の揮散を引き起こす
場所となり得る。しかしながら、この発明に係る
構造では、上述の開口がただ１つ形成されるだけ
であり、また、拡散が生じる断面積は、絶縁性樹
脂層の内周の長さと厚さとの積によつて規定され
るが、絶縁性樹脂層の内周の長さは、開口の内周
の長さまで小さくすることができ、また、この開
口は、端子板を外部端子手段として機能させるこ
とを可能にするだけの大きさであれば足りる。し
たがつて、この開口は、従来の第６図に示した封
口材４におけるａやｂで表わされたような寸法よ
りもかなり小さくすることができ、その結果、拡
散が生じる断面積を極めて小さくすることができ
る。

また、この発明によれば、製品の外形寸法を大
きくすることなく、絶縁性樹脂層の幅すなわち主
平面部の延びる面上において放射方向に測定した
寸法を十分に大きくとることができる。このこと
は、拡散距離を大きくできることを意味するもの
であり、したがつて、この点からも、水分の透過
および侵入ならびに電解液の揮散をより効果的に
防止することができる。

以上の説明から明らかなように、この発明に係
る扁平型電気化学装置によれば、極めて高い封止
性が得られ、したがつて、扁平型電気化学装置の
一層の長寿命化および高信頼性化を図ることがで
きる。

また、この発明によれば、第１のケース半体に
形成された開口において露出する端子板が第１の
外部端子手段となり、ケースが第２の外部端子手
段となるので、これら外部端子手段の各々への外
部との電気的接続を、たとえば、開口内の端子板
と第１のケース半体とのように、当該扁平型電気
化学装置の同じ側であつて互いに接近した位置で
行なうことができる。このことは、当該電気化学
装置を用いる機器側での配線構造の簡略化を可能
にする。

［実施例の説明］ 第１図には、この発明の第１の実施例が、中央
部において切断した切断部端面図をもつて示され
ている。ここに示した扁平型電気化学装置は、た
とえば、電気二重層コンデンサまたは電池であ
る。

第１図を参照して、ケース１０は、第１および
第２のケース半体１１および１２を備える。ケー
ス半体１１および１２は、それぞれ、たとえばス
テンレスのような金属板または箔からなり、か
つ、主平面部１３および１４と周縁部１５および
１６とを有する。特に、この実施例では、第１の
ケース半体１１は、その主平面部１３とその周縁
部１５とを互いに異なる平面上にそれぞれ位置さ
せるように、主平面部１３と周縁部１５との間に
屈曲部１７を形成している。第１および第２のケ
ース半体１１および１２は、各々の主平面部１３
および１４が互いに実質的に平行に並ぶように、
互いに合わされ、その状態で、各々の周縁部１５
および１６が、溶接によつて接合される。このよ
うにして、全体として扁平形状を有するケース１
０が得られる。

ケース１０内には、主平面部１３，１４に対し
てほぼ平行に延びるセパレータ１８が収納される
とともに、このセパレータ１８を挾んで位置する
第１および第２の機能物質１９および２０が収納
される。セパレータ１８は、電解液を含んでい
る。また、第１および第２の機能物質１９および
２０は、当該電気化学装置が電気二重層コンデン
サである場合には、それぞれ分極性電極であり、
他方、当該電気化学装置が電池である場合には、
一方が正極活物質であり、他方が負極活物質であ
る。第２の機能物質２０は、第２のケース半体１
２と電気的に接触しており、また、第１のケース
半体１１は、周縁部１５，１６を介して第２のケ
ース半体１２と電気的に接続されるため、第１お
よび第２のケース半体１１および１２は、一方の
外部端子手段を兼ねる。

第１のケース半体１１の主平面部１３の内面に
沿つて、たとえばステンレスのような金属板また
は箔からなる端子板２１が配置される。この端子
板２１は、もう一方の外部端子手段となるべきも
のであつて、第１の機能物質１９と電気的に接触
した状態とされる。端子板２１は、主平面部１３
に対して絶縁性樹脂層２２を介して密着した状態
とされる。絶縁性樹脂層２２は、たとえば、絶縁
性の熱接着性フイルムまたは接着剤から構成され
る。そして、主平面部１３には、端子板２１の一
部を露出させる開口２３が形成される。

上述した開口２３は、主平面部１３の中心部に
位置させることが好ましい。また、端子板２１
は、開口２３に対向する領域を除くほぼ全領域に
おいて、絶縁性樹脂層２２を介して主平面部１３
に密着されることが好ましい。

第２図には、この発明の第２の実施例が示され
ている。第２の実施例は、次の点においてのみ、
前述した第１の実施例と異なつている。

すなわち、第１の実施例では、第２のケース半
体１２は、主平面部１４の周縁部１６とを同一平
面上に位置させる全体として平坦な板状をなして
いたが、第２の実施例では、第２のケース半体１
２ａにも、主平面部１４と周縁部１６との間に屈
曲部２４が形成される。したがつて、第１のケー
ス半体１１ａに形成された屈曲部１７ａはより浅
くされ、ケース１０ａは、大体において、セパレ
ータ１８に関して対称形状とされる。その他の構
造については、第１の実施例と同様であるので、
対応の要素に関しては、第１図に用いた参照番号
と同じ参照番号を第２図に用いることによつて、
重複する説明は省略する。

上述した第１および第２の実施例によれば、水
分または電解液の拡散は、絶縁性樹脂層２２にお
いて生じるが、このような拡散量は、極めて小さ
くすることができる。このことを、第３図を参照
しながら説明する。第３図には、たとえば第１図
に示した第１の実施例が平面図によつて示されて
いる。第３図において、特に絶縁性樹脂層２２が
形成された領域が、ハツチングをもつて示されて
いる。第３図からわかるように、水分の透過もし
くは侵入または電解液の揮散が生じる断面積は、
開口２３の内周の長さと絶縁性樹脂層２２の厚さ
との積によつて決まるが、開口２３の内周に関し
ては、端子板２１を外部端子手段として機能させ
得る寸法さえ有していれば足りるので、これをか
なり小さくすることができ、結果として、上述の
断面積を極めて小さくすることができる。また、
絶縁性樹脂層２２の幅は、製品の外形寸法を大き
くすることなく、十分に広くとることができる。
これら２つのフアクタは、いずれも水分の透過も
しくは侵入または電解液の揮散を少なくする方向
に働くものであり、それゆえに、封止性の高い密
閉構造を得ることができる。

次に、電気二重層コンデンサを、第１図に示し
た構造と第５図に示した構造とをもつて構成した
ときの比較評価結果について以下に述べる。

まず、この発明の実施例となる第１図の構造を
得るため、厚さ30μｍのステンレス箔よりなる端
子板２１と、厚さ50μｍのステンレス箔よりなる
第２のケース半体１２とのそれぞれの所定の面上
に、フエノール樹脂系カーボンペーストを塗布し
た後、ポリテトラフロロエチレンをバインダとし
て約５％重量含む活性炭を加圧・圧着して、分極
性電極１９および２０をそれぞれ形成した。これ
ら分極性電極１９および２０の各寸法は、13mm×
18mm×0.15mmとした。端子板２１の他方の面は、
厚さ30μｍの変性ポリエチレンフイルムを絶縁性
樹脂層２２として用いて、厚さ50μｍのステンレ
ス箔よりなる第１のケース半体１１に熱圧着し
た。第１のケース半体１１に形成される開口２３
は、３mm×５mmの大きさであつた。次に、それぞ
れの分極性電極１９および２０に、1MのLiClO₄
を含むプロピレンカーボネートを電解液として注
液した後、これら分極性電極１９および２０を、
25μｍのポリプロピレン製の微孔性フイルムより
なるセパレータ１８を介して対向させ、次いで、
第１および第２のケース半体１１および１２の周
縁部１５および１６を、レーザを用いて溶接し
た。得られた電気二重層コンデンサの外形寸法
は、19mm×24mm×0.50mmであつた。また、電解液
中の含水量は、約30ppmであつた。

これに対して、比較例として、第５図に示した
構造を得るため、第１および第２のケース半体２
および３としては、厚さ50μｍのステンレス箔を
使用し、分極性電極５および６ならびにセパレー
タ７としては、上述の実施例と同じものを使用し
た。封口材４としては、上述の絶縁性樹脂層２２
と同じ材料を用い、その封口材４の幅は３mmとし
た。得られた電気二重層コンデンサの外形寸法
は、23mm×28mm×0.45mmであつた。また、電解液
中の含水量は、約30ppmであつた。

これら２つの試料を、85℃、相対湿度90％RH
の雰囲気中に放置したときの系内の水分増加量を
追跡した結果が、第４図に示されている。第４図
から、この発明に係る実施例の封止性が比較例に
比べて極めて優れていることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の第１の実施例を、中央部
において切断した切断部端面図によつて示したも
のである。第２図は、この発明の第２の実施例を
示す、第１図に相当の図である。第３図は、第１
図の実施例の平面図である。第４図は、この発明
の効果を従来例と比較して示した、含水量の増加
度合を示すグラフである。第５図は、従来の扁平
型電気化学装置の一例としての「ペーパーリチウ
ム電池」を示す、第１図に相当の図である。第６
図は、第５図に示した封口材４の形成状態を示す
平面図である。 図において、１０，１０ａはケース、１１，１
１ａは第１のケース半体、１２，１２ａは第２の
ケース半体、１３，１４は主平面部、１５，１６
は周縁部、１７，２４は屈曲部、１８はセパレー
タ、１９は第１の機能物質、２０は第２の機能物
質、２１は端子板、２２は絶縁性樹脂層、２３は
開口である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ それぞれ主平面部と周縁部とを有しかつ金属
   板または箔からなる第１および第２のケース半体
   を備え、前記各主平面部が互いに実質的に平行に
   並びかつ前記各周縁部において接合部分を形成す
   るように前記第１および第２のケース半体が互い
   に合わされてなる、全体として扁平形状を有す
   る、ケースと、 前記ケース内に収納され、かつ前記主平面部に
   対してほぼ平行に延びるセパレータと、 前記ケース内に収納され、かつ前記セパレータ
   を挟んで位置する、当該電気化学装置のための第
   １および第２の機能物質と、 前記第１および第２の機能物質にそれぞれ電気
   的に接触する第１および第２の外部端子手段と、
   を備える、扁平型電気化学装置において、 前記第１および第２のケース半体の各周縁部は
   互いに溶接されるとともに、 前記第１のケース半体の前記主平面部の内面に
   沿つて、前記第１の外部端子手段となるべき金属
   板または箔からなる端子板が、前記主平面部に対
   して絶縁性樹脂層を介して密着された状態で配置
   され、かつ、前記主平面部には、前記端子板の一
   部を露出させる開口が形成された、 ことを特徴とする、扁平型電気化学装置。 ２ 前記開口は、前記主平面部の中心部に位置さ
   れる、特許請求の範囲第１項記載の扁平型電気化
   学装置。 ３ 前記端子板は、前記開口に対向する領域を除
   くほぼ全領域において、前記絶縁性樹脂層を介し
   て前記主平面部に密着される、特許請求の範囲第
   １項または第２項記載の扁平型電気化学装置。 ４ 前記第１のケース半体は、前記主平面部と前
   記周縁部とを互いに平行な平面上にそれぞれ位置
   させるように、前記主平面部と前記周縁部との間
   の屈曲部を形成し、他方、前記第２のケース半体
   は、前記主平面部と前記周縁部とを同一平面上に
   位置させる全体として平坦な板状をなしている、
   特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに
   記載の扁平型電気化学装置。 ５ 前記第１および第２のケース半体の各々は、
   前記主平面部と前記周縁部とを互いに異なる平面
   上にそれぞれ位置させるように、前記主平面部と
   前記周縁部との間に屈曲部を形成している、特許
   請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載
   の扁平型電気化学装置。