JP2002246269A

JP2002246269A - 電気化学素子

Info

Publication number: JP2002246269A
Application number: JP2001043482A
Authority: JP
Inventors: Shinya Matsuno; 真也松野; Kazuo Ikuta; 和雄生田; Makoto Higashibetsupu; 誠東別府; Kenji Shimazu; 健児島津
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2001-02-20
Publication date: 2002-08-30

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】袋体状の封止部材を具備する電気化学素子にお
いて、リード端子を挟んだ状態であっても封止部材の開
口（封口）部に隙間等が発生することなく良好な密着状
態を安定して維持できるとともに、集電体との電気的接
続信頼性の高い電気化学素子を提供する。【解決手段】シート状のセパレータ３を介在させて積層
した一対のシート状電極２、２の表面それぞれに、端部
に端子部４ａを有するシート状の集電体４を積層したセ
ル積層体５の少なくとも１組を袋体状の封止部材６内に
収容するとともに、集電体４の端子部４ａにリード端子
７を溶接し、かつリード端子７を封止部材６の開口部か
ら外部に突出するようにして封止部材６の開口部を封口
してなるとともに、リード端子７の封口部での横断面形
状が、中央部領域は概略長方形、端部は先細り状とした
電気二重層コンデンサ１を作製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池や電気二重層
コンデンサなどのシート型電気化学素子に関し、特に封
止部材の外部に突出するリード端子の改良に関するもの
である。

【０００２】

【従来技術】近年、リチウム系の二次電池や電気二重層
コンデンサ等の電気化学素子が注目されている。中で
も、電気二重層コンデンサは、電極と電解液との界面に
おいてイオンの分極によりできる電気二重層を利用した
もので、コンデンサと電池の両方の機能を兼ね備えたも
のであり、従来のコンデンサと比較して大容量の静電容
量を充電できるとともに、急速充放電が可能であること
から、小型のメモリーバックアップ電源や自動車の駆動
源等、大容量モータなどの補助電源として注目されてい
る。

【０００３】かかる電気二重層コンデンサの構成の一例
として、活性炭および電解液を含有する２枚の分極性電
極間に絶縁性の多孔質体からなるセパレータを介し、前
記分極性電極の前記セパレータ側の面とは反対の表面そ
れぞれに金属箔等からなる集電体を配設した積層体から
なるセルが、所望により、複数層積層されて高分子フィ
ルムからなるラミネートフィルム等の袋体状の封止部材
内に収納され、その開口部から電気二重層コンデンサ内
部と外部回路とを電気的に接続するリード端子が突出し
た状態で、該開口部を熱融着（ヒートシール）等により
封止した構成からなる電気二重層コンデンサが知られて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の電気二重層コンデンサでは、袋体状にリード端
子を挟んだ状態で熱融着することから、袋体状とリード
端子との間の密着が不十分で、隙間が生じてしまい、こ
の隙間から電気二重層コンデンサ内部の電解液が液漏れ
したり、また、この隙間から大気中の水分が浸入して、
電解液が水分の作用によって分解する結果、電気二重層
コンデンサの静電容量が低下するという問題があった。

【０００５】また、封止部材の封止性を高めるためにリ
ード端子の横断面を円や楕円形状とすることも考えられ
るが、この場合にはリード端子と集電体の端子部との溶
接性が低下してしまい、電気二重層コンデンサの内部抵
抗を増大させる恐れがあった。

【０００６】本発明は、上記課題に対してなされたもの
で、その目的は、袋体状の封止部材を具備する電気化学
素子において、リード端子を挟んだ状態であっても封止
部材の封止部に隙間等が発生することなく良好な密着状
態を安定して維持できるとともに、集電体との電気的接
続信頼性の高い電気化学素子を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
に対して検討した結果、リード端子の形状を前記リード
端子の前記開口（封口）部での横断面における中央部が
概略長方形であり、かつ端部が先細りした形状とするこ
とによって、リード端子を挟んだ状態であっても隙間等
が発生することなく良好な密着状態を安定して維持でき
るとともに、集電体との電気的接続信頼性の高い電気化
学素子となることを知見した。

【０００８】すなわち、本発明の電気化学素子は、シー
ト状のセパレータを介在させて積層した一対のシート状
電極の表面それぞれに、端部に端子部を有するシート状
の集電体を積層したセル積層体の少なくとも１組を袋体
状の封止部材内に収容するとともに、前記集電体の端子
部にリード端子を溶接し、かつ該リード端子を前記封止
部材の開口部から外部に突出するようにして前記封止部
材の開口部を封口してなるものであって、前記リード端
子の前記開口部での横断面における形状が、中央部領域
は概略長方形、端部は先細りをなしていることを特徴と
するものである。

【０００９】ここで、前記リード端子の全体の幅
（ｗ₁）に対する前記リード端子の長方形部の幅（ｗ₂）
の比（ｗ₂／ｗ₁）が０．４〜０．９であること、前記リ
ード端子の表面粗さ（Ｒａ）が０．１〜１００μｍであ
ることが望ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の電気化学素子について、
その一例である電気二重層コンデンサの概略断面図であ
る図１および平面図である図２を基に説明する。図１、
２によれば、電気二重層コンデンサ１は、正極および負
極をなす分極性電極２、２間にセパレータ３が配設、介
在しており、また、分極性電極２、２のセパレータ接着
面の反対面には正極および負極をなす集電体４、４がそ
れぞれ積層、接着されている。

【００１１】また、図１、２によれば、集電体４−分極
性電極２−セパレータ３−分極性電極２−集電体４のセ
ル積層体５が袋体状の封止部材６内に収納され、かつ封
止部材６の開口部は２層の封止部材６同士を熱融着等に
て封口することによって密閉、封止されている。さら
に、封止部材６の封口（開口）部６ａでは封止部材６の
内部と外部とを電気的に接続するための一対のリード端
子７（７ａ、７ｂ）が挟持された状態で密閉、封止され
ている。

【００１２】さらに、集電体４の一端には帯状の端子部
４ａが形成され、端子部４ａはリード端子７と封止部材
６内にて溶接することにより電気的に接続されている。

【００１３】本発明によれば、リード端子７が封止部材
６の封口部６ａでの横断面における中央部が概略長方形
であり、かつ端部が先細りした形状からなることが大き
な特徴であり、これによって、図３の封止部材６の封口
部６ａについての概略断面図に示すように、リード端子
を挟んだ状態であっても封止部材６の封口部６ａに隙間
等が発生することなく良好な密着状態を安定して維持で
きるとともに、集電体４の端子部４ａとの溶接による電
気的接続信頼性を維持できる。

【００１４】すなわち、リード端子７の横断面において
先細り部が形成されないと、封止部材６の封口部６ａと
挟持されるリード端子７との間に隙間が生じてしまい電
気二重層コンデンサ１の封止性が悪くなり、電解液の分
解等が進行して電気二重層コンデンサの内部抵抗の増大
や寿命が短くなる。また、リード端子７の横断面におけ
る中央部領域の形状が概略長方形でなく円や楕円である
とリード端子７と集電体４の端子部４ａとの溶接性が低
下して電気二重層コンデンサ１の内部抵抗が高くなる。

【００１５】なお、リード端子７の封止部材６の封口部
６ａ以外の部分の形状については必ずしも両端が先細り
した形状である必要はなく、この部分の横断面形状が全
体として概略長方形であってもよい。また、図１では、
集電体４−分極性電極２−セパレータ３−分極性電極２
−集電体４のセル積層体５が１組のみ存在するものであ
ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、セル
積層体５が複数組配設されていてもよい。

【００１６】ここで、リード端子７の横断面形状は、図
４に示すように、（ａ）概略長方形の角部にテーパーを
設けたもの、（ｂ）概略長方形の角部にＲ部を設けたも
の、（ｃ）両端が両面から削られ、先細り部の断面が二
等辺三角形形状の尖頭形状をなすもの、（ｄ）両端が片
面から削られ、先細り部の断面が直角三角形形状の尖頭
形状をなすものが好適に挙げられる。

【００１７】また、封止部材６の封止性を高めつつ、リ
ード端子７と集電体４の端子部４ａとの溶接性を高める
ためには、例えば、図４（ｃ）のリード端子７の横断面
に示すように、リード端子７の全体の幅ｗ₁に対するリ
ード端子７の長方形部の幅ｗ₂の比（ｗ₂／ｗ₁）が０．
４〜０．９であることが望ましい。

【００１８】さらに、本発明によれば、封止部材６とリ
ード端子７との密着性を高めて、両者間の封止信頼性を
高めるために、リード端子７の表面粗さ（Ｒａ）が０．
１〜１００μｍ、特に０．１〜５０μｍ、さらに１〜１
０μｍであることが望ましい。

【００１９】（各部材の構成）一方、分極性電極２を構
成する活性炭質構造体は、高い比表面積を有する活性炭
粒子と、前記活性炭粒子を結合するための結合剤とを配
合したものを主成分とするものであり、これを炭化処理
したものであってもよい。

【００２０】また、コンデンサの高静電容量を維持し、
構造体として必要な強度を得るためには、前記活性炭の
比表面積が１０００〜１８００ｍ²／ｇであることが望
ましい。

【００２１】なお、前記結合剤として添加される炭素成
分は、前記活性炭粒子間に存在するが、前記炭化処理を
施す場合には、前記活性炭質構造体に占める割合が５〜
５０重量％であることが好ましく、これにより前記活性
炭粒子間の焼結性及び結合性を高めることができる。

【００２２】さらに分極性電極２は板状であることが好
ましく、キャパシタ製造時の取り扱いや使用時の振動、
衝撃等に耐えうる機械的強度という信頼性の点でＪＩＳ
Ｒ１６０１に準じた室温における３点曲げ強度が３０ｋ
Ｐａ以上、特に６０ｋＰａ以上であることが好ましい。
また、分極性電極２の厚みは、内部抵抗の低減の観点か
ら１．５ｍｍ以下、特に０．６ｍｍ以下であることが好
ましい。

【００２３】また、セパレータ３は、パルプやポリエチ
レン、ポリプロピレン、ポリビニリデンフロライド（Ｐ
ＶｄＦ）等の有機フィルムまたはガラス繊維不織布及び
セラミックスなどを用いることができ、分極性電極２間
を絶縁するために形成されるものであるが、分極性電極
２内に含有される電解液中のイオンを透過させることが
できる多孔質体により形成される。

【００２４】また、集電体４は、導電性を有するアルミ
ニウム、チタン、タンタル、白金、金等の金属箔、ステ
ンレス鋼などにより形成され、分極性電極２、２間で電
荷をやり取りするが、特に分解電圧の高い非水系電解液
に対する耐食性の点でアルミニウムを主体とする金属箔
からなることが望ましい。耐電解液性の各種金属を使用
することが好ましい。また、集電体４の厚みは内部抵抗
を低減するためには薄いものが好ましいが組立時の取り
扱いなどによる破損を考慮すると０．０２〜０．１０ｍ
ｍ程度が望ましい。

【００２５】他方、分極性電極２と、セパレータ３に含
浸される電解液としては硫酸や硝酸などの水溶液や、エ
チレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート
（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、γ―ブチロ
ラクトン（γ―ＢＬ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミ
ド、スルホラン、３−メチルスルホラン等の非水溶媒と
４級アンモニウム塩、４級スルホニウム塩、４級ホスホ
ニウム塩等の電解質を組み合わせた非水系電解液が使用
可能であるが、本発明においては分解電圧の高い非水系
電解液を用いることが望ましい。なお、前記電解質の前
記非水溶媒に対する溶解量は、０．５〜２．０ｍｏｌ／
ｌとすることが安定し、かつ高い静電容量を得る点で好
ましい。

【００２６】また、封止部材６は袋体状からなり、外気
や水分に対してバリア機能を有するものであり、例え
ば、少なくとも封口部に熱融着性を示す樹脂が配され、
かつ、内部にアルミニウムのような金属箔を介在させた
ラミネートフィルム等を挙げることができる。具体的に
は、封口部側から外面に向かって積層した酸変性ポリプ
ロピレン（ＰＰ）/ポリエチレンテレフタレート（ＰＥ
Ｔ）/Ａｌ箔/ＰＥＴのラミネートフィルム、酸変性ポリ
エチレン（ＰＥ）/ナイロン/Ａｌ箔/ＰＥＴのラミネー
トフィルム、アイオノマー/Ｎｉ箔/ＰＥ/ＰＥＴのラミ
ネートフィルム、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）
/ＰＥ/Ａｌ箔/ＰＥＴのラミネートフィルム、アイオノ
マー/ＰＥＴ/Ａｌ箔/ＰＥＴのラミネートフィルム等を
用いることができる。ここで、封口部側にはポリオレフ
ィンの１種である酸変性ポリエチレン（ＰＥ）、酸変性
ポリプロピレン（ＰＰ）や、アイオノマー、エチレンビ
ニルアセテート（ＥＶＡ）は防湿性、耐通気性、耐薬品
性を有するものである。

【００２７】また、リード端子７は、強度、抵抗値の低
減、封止部材の封止性の点で厚み０．１〜１．０ｍｍの
アルミニウム、銀、白金、金等の金属板からなる。ま
た、リード端子７に上述の先細り部を形成するには、板
状のリード端子の両側端を研磨板やラップ板、ヤスリ等
によって研磨するか、またはカンナやナイフ等を用いて
削り出す方法によって容易に作製することができる。

【００２８】また、図１では電気二重層コンデンサにつ
いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、例えば、リチウム電池、ニッケル水素電池等につい
ても上記同様に好適に用いることができるが、封止性に
よってコンデンサの特性が大きく変化してしまう電気二
重層コンデンサに対して特に有効である。

【００２９】

【実施例】活性炭１００重量部に対して、ポリテトラフ
ルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を１００重量部添加、混合
した混合粉末を、ロール成形して厚み１５０μｍのシー
トを作製し、１００ｍｍ×１００ｍｍのシート状にカッ
トした活性炭質構造体を作製した。また、パルプ製の１
０２ｍｍ×１０２ｍｍ×厚み５０μｍのシート状のセパ
レータ、および１００ｍｍ×１００ｍｍ×厚み３０μｍ
で、その一辺の端部に幅３０ｍｍの帯状の端子部を備え
たアルミニウム箔製の集電体を準備した。

【００３０】これら各構成部材を真空雰囲気下で乾燥し
た後、非酸化性雰囲気下にて、集電体−分極性電極−セ
パレータ−分極性電極（−集電体）を一単位セルとして
セル２９層を積層したセル積層体を作製した。なお、セ
ル積層体の両方の最端面には集電体が位置するように配
設し、セル積層体は集電体３０枚、分極性電極５８枚、
セパレータ２９枚にて構成されるものとし、また、集電
体の端子部がセル積層体の同じ側面から突出し、かつ隣
接する各端子が反対の隅部に交互に配設されるようにし
て積層した。

【００３１】また、厚み１．０ｍｍのアルミニウム板を
幅３０ｍｍ×７０ｍｍに切り出すとともに、その幅方向
の両端を研磨板にて研磨することによって表１に示す横
断面形状のリード端子を２本作製した。このリード端子
の封口（開口）部に位置する外周にポリプロピレン被膜
を形成した。

【００３２】次に、セル積層体の外周表面に突出した同
じ隅部に位置する（同極をなす）集電体同士とリード端
子をそれぞれ超音波溶接によって接続して、正極用リー
ド端子および負極用リード端子とした後、ラミネートフ
ィルムの外袋体に挿入した。

【００３３】そして、１ｍｏｌ／ｌのテトラエチルアン
モニウムテトラフルオロボレート（Ｅｔ₄ＮＢＦ₄）のプ
ロピレンカーボネート（ＰＣ）溶液からなる非水系電解
液を注入して、分極性電極およびセパレータ内に電解液
を含浸させた後、リード端子を封止部材の開口部から外
部に突出させた状態で、封止部材の開口部を熱圧着して
封口した。

【００３４】得られた電気二重層コンデンサ１００個に
対して、リード端子部からの液漏れが発生した個数を求
め、歩留まり（％）を算出した。また、１ｋＨｚ、５０
Ａにてインピーダンス測定を行い、内部抵抗を算出し
た。さらに、７０℃、２．５Ｖで、電流５０Ａにて充放
電をそれぞれ５０時間づつ行い、この充放電を１０００
時間続けた前後の静電容量の変化率を測定した。結果は
表１に示した。

【００３５】

【表１】

【００３６】表１より、リード端子の横断面において先
細り部がない試料Ｎｏ．１では、封止性が悪く、封止部
材の封口（開口）部から液漏れが生じ、歩留まりが低く
なった。また、中央部に長方形部を形成しない試料Ｎ
ｏ．１０および横断面形状が円形である試料Ｎｏ．１２
では、リード端子と集電体の端子部との溶接性が低下し
て電気二重層コンデンサの内部抵抗が増大した。

【００３７】これに対して、本発明に従い、前記封口
（開口）部での横断面における中央部領域が概略長方形
であり、かつ端部が先細りした形状からなる形状のリー
ド端子を具備する試料Ｎｏ．２〜９、１１では、歩留ま
りが８５％以上、内部抵抗が２．５ｍΩ以下、１０００
時間後の静電容量の変化（低下）率が１０％以下の優れ
た特性を有するものであった。中でも、前記リード端子
の全体の幅（ｗ₁）に対する前記リード端子の長方形部
の幅（ｗ₂）の比（ｗ₂／ｗ₁）が０．４〜０．９であ
り、前記リード端子の表面粗さ（Ｒａ）が０．１〜１０
０μｍである試料Ｎｏ．２、４〜６、８、１１では、歩
留まりが８７％以上、内部抵抗が２．３ｍΩ以下、１０
００時間後の静電容量の変化（低下）率が１０％以下の
優れた特性を有していた。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述しように、本発明の電気化学素
子では、リード端子の形状を前記リード端子の前記封口
（開口）部での横断面における中央部領域が概略長方形
であり、かつ端部が先細りした形状とすることによっ
て、リード端子を挟んだ状態であっても隙間等が発生す
ることなく良好な密着状態を安定して維持できるととも
に、集電体との電気的接続信頼性の高い電気化学素子と
なる。

【００３９】また、リード端子の全体の幅（ｗ₁）に対
する上記中央部領域の幅（ｗ₂）の比（ｗ₂／ｗ₁）を
０．４〜０．９とすること、リード端子の表面粗さ（Ｒ
ａ）を０．１〜１００μｍとすることによって、封止部
材の封止性およびリード端子と集電体の端子部との溶接
性がさらに向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電気化学素子の好適例である電気二重
層コンデンサの一例を示す概略断面図である。

【図２】図１の電気二重層コンデンサの平面図である。

【図３】図１の電気二重層コンデンサの封止部材の封口
（開口）部についての要部拡大図である。

【図４】本発明の電気化学素子のリード端子の横断面形
状を説明するための模式図である。

【符号の説明】

１・・・電気二重層コンデンサ２・・・分極性電極３・・・セパレータ４・・・集電体４ａ・・端子部５・・・セル積層体６・・・封止部材６ａ・・封口（開口）部７・・・リード端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者島津健児鹿児島県国分市山下町１番４号京セラ株式会社総合研究所内Ｆターム(参考） 5H022 AA09 BB11 CC03 EE01 EE03 EE04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シート状のセパレータを介在させて積層し
た一対のシート状電極の表面それぞれに、端部に端子部
を有するシート状の集電体を積層したセル積層体の少な
くとも１組を袋体状の封止部材内に収容するとともに、
前記集電体の端子部にリード端子を溶接し、かつ該リー
ド端子を前記封止部材の開口部から外部に突出するよう
にして前記封止部材の開口部を封口してなる電気化学素
子において、前記リード端子の前記開口部での横断面形
状が中央部領域は概略長方形、端部は先細り状をなして
いることを特徴とする電気化学素子。
【請求項２】前記リード端子の全体の幅（ｗ₁）に対す
る前記リード端子の長方形部の幅（ｗ₂）の比（ｗ₂／ｗ
₁）が０．４〜０．９であることを特徴とする請求項１
記載の電気化学素子。
【請求項３】前記リード端子の表面粗さ（Ｒａ）が０．
１〜１００μｍであることを特徴とする請求項１または
２記載の電気化学素子。