JP2002252145A

JP2002252145A - 電気化学素子

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Publication number: JP2002252145A
Application number: JP2001047732A
Authority: JP
Inventors: Kenji Shimazu; 健児島津; Kazuo Ikuta; 和雄生田; Makoto Higashibetsupu; 誠東別府; Shinya Matsuno; 真也松野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-02-23
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2002-09-06

Abstract

(57)【要約】【課題】タブ部とリード端子との溶接部の表面性状に起
因して外装袋が傷つくことを防止して、安定した静電容
量と長期的な信頼性を高めることができる電気化学素子
を提供する。【解決手段】セパレータ２の両面に一対の分極性電極
３、３を配し、分極性電極３、３の外側表面それぞれ
に、一端にタブ部７を設けた一対の集電体４を配設して
なるセル５の複数を外装袋６内に収納するとともに、集
電体４のタブ部７にリード端子８を溶接し、かつリード
端子８を外装袋６の開口部６Ａから外装袋６の外部に突
出するようにして外装袋６の開口部６Ａを融着封止する
電気二重層コンデンサ１等の電気化学素子において、タ
ブ部７とリード端子８との溶接部９を樹脂層１１によっ
て被覆する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオン二
次電池、電気二重層コンデンサ等の電気化学素子に関
し、特に、電気化学素子内部の電流を取り出すためのタ
ブ部と外部接続用のリード端子との接続方法の改良に関
する。

【０００２】

【従来技術】近年、電気二重層コンデンサと呼ばれる蓄
電デバイスは、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コンデンサであ
り、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】このような電気二重層コンデンサの代表的
な構成は、一対の分極性電極間にセパレータを配し、前
記分極性電極の外側表面に集電体を配設してなるセルを
外装材内に収納し、外装材壁面を貫通し、正極または負
極をなす一対のリード端子と集電体の一端に設けられる
タブ部との同極同士を溶接して電気的に接続したものが
知られている。

【０００４】かかる電気二重層コンデンサにおいては、
薄型化、軽量化による高容量化の要求に伴って、外装材
として従来のような厚くて重い金属製容器に代えて、薄
くて軽く、しかも柔軟性のある金属箔の両面を高分子樹
脂フィルムにて覆ったラミネートフィルム等の外装袋が
好適に用いられるようになっている。また、最近、電気
二重層コンデンサの静電容量を高める要求に対して、前
記外装袋内に収納されるセルの積層数が多くなってい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
外装袋内にセルを積層した構造からなる電気二重層コン
デンサにおいては、前記集電体のタブ部と外部接続用の
リード端子とを溶接によって電気的に接続する場合、上
述したようにセルの積層数が多くなると溶接すべきタブ
部の数および厚みが増してタブ部とリード端子との重な
り部分全面を均一に溶接することが困難となり、溶接部
の形状は、図３に示すようにリード端子２０とタブ部２
１との厚物の溶接を可能とすべく溶接機の先端形状を凹
凸状とする必要があり、タブ部２１の一部に破れが発生
したり、溶接部２２の周縁部においては溶接されずに残
存する結果、溶接部２２表面に先端が鋭利に尖ったタブ
部２１の破損２３や溶接部２２の周縁部のめくれ上がり
２４が生じてしまう結果、前記外装袋の前記溶接部２２
表面に接する部分が傷ついてしまい、外装袋の封止性が
低下して電解液の漏れを生じさせたり、あるいは、外装
袋の機械的信頼性が低下して電気二重層コンデンサの寿
命がばらつくという問題があった。

【０００６】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、その目的は、タブ部とリード端子との溶接
部の表面性状に起因して外装袋が傷つくことを防止し
て、安定した静電容量と長期的な信頼性を高めることが
できる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】本発明者らは、上記課題
に対して検討した結果、タブ部とリード端子部との溶接
部を樹脂層にて被覆することによって、タブ部とリード
端子との溶接部に発生する鋭利に尖ったタブ部の破損部
や溶接部周縁部のめくれ上がりに起因して外装袋が傷つ
くことを防止して、電気化学素子の長期的な信頼性を高
めることができることを知見した。

【０００８】すなわち、本発明の電気化学素子は、セパ
レータの両面に一対の電極を配し、該電極の外側表面そ
れぞれに、一端にタブ部を設けた一対の集電体を配設し
てなるセルの複数を外装袋内に収納するとともに、前記
集電体のタブ部にリード端子を溶接し、かつ該リード端
子を前記外装袋の開口部から前記外装袋の外部に突出す
るようにして前記外装袋の開口部を融着封止するもので
あって、前記タブ部と前記リード端子との溶接部を樹脂
層によって被覆してなることを特徴とするものである。

【０００９】ここで、前記タブ部と前記リード端子とを
超音波溶接または抵抗溶接にて溶接してなること、前記
複数のセルにおける複数のタブ部の総厚みが０．５ｍｍ
以上であること、前記樹脂層の厚みが０．２ｍｍ〜１．
０ｍｍであることが望ましい。

【００１０】また、前記タブ部と前記リード端子の前記
溶接部の反対面も前記樹脂層によって被覆されているこ
と、前記樹脂層が前記溶接部から前記リード端子の外装
袋の開口部にわたって形成されていることが望ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】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について、その第一の実施態
様についての概略断面図である図１、および図１の電気
二重層コンデンサ１の平面図２を基に説明する。

【００１２】図１、２によれば、電気二重層コンデンサ
１は、セパレータ２の両面に一対の分極性電極（電極）
３、３を配し、該分極性電極３の外側表面それぞれに、
一対の集電体４、４を配設してなるセル５が複数積層さ
れ、該複数のセル５が外装袋６内に収納されている。な
お、隣接するセパレータ２、２間に位置する分極性電極
３−集電体４−分極性電極３は、正極または負極いずれ
かの同極をなし、セパレータ２を介して異極をなすよう
に形成されている。

【００１３】また、集電体４の一端にはタブ部７が形成
され、タブ部７は集電体４と同極をなして交互（１層お
き）に正極用タブ部（７ａ）および負極用タブ部（７
ｂ）をなしている。さらに、同極をなすタブ部７ａ、７
ｂ同士は収束されて正極または負極をなすリード端子８
（８ａ、８ｂ）の表面にそれぞれ溶接されている。そし
て、リード端子８が外装袋６の開口部６Ａから外装袋６
の外部に突出した状態で外装袋６の開口部６Ａが融着封
止されている。

【００１４】本発明によれば、タブ部７とリード端子８
との溶接部９を樹脂層１１によって被覆してなることが
大きな特徴であり、これによって、樹脂層１１がタブ部
７とリード端子８との溶接部９の表面に存在するタブ部
７の破損や溶接部９周縁のめくれ上がりのよる鋭利に尖
った部分を覆うことにより、外装袋６の溶接部９表面に
接する部分が傷つくことを防止できる結果、外装袋６に
生じた傷から電解液漏れが発生して分極性電極やセパレ
ータに含浸される電解液が減ずることを防止し、電気二
重層コンデンサ１の安定した静電容量を維持できるとと
もに、寿命のバラツキを小さくすることができる。

【００１５】なお、樹脂層１１の厚みは、溶接部９の被
覆性、外装袋６の樹脂層１１表面に接する部分が電気二
重層コンデンサ１外面に突出することを抑制するため
に、０．２〜１．０ｍｍであることが望ましい。

【００１６】また、樹脂層１１は、リード端子８−タブ
部７−溶接部９と外装袋６との間に隙間が発生すること
を防止し、隙間にセル５内の電解液が浸みだしてセル５
内の電解液の含浸量が減じて電気二重層コンデンサ１の
静電容量が低下することを防止するとの効果をもなす。
かかる効果の点では、タブ部７とリード端子８の溶接部
９の反対面も樹脂層１１によって被覆されていることが
望ましい。

【００１７】なお、タブ部７とリード端子８との溶接は
複数層のタブ部７を確実に溶接できる点で、超音波溶接
または抵抗溶接のいずれかで行うことが望ましく、特
に、広い面積領域を一括して溶接可能であり、低コスト
である点で超音波溶接を用いることが望ましい。

【００１８】また、本発明によれば、特に、リード端子
８に溶接されるタブ部７の総厚みが０．５ｍｍ以上と厚
く、溶接部９の表面性状が荒れて外装袋６の傷の要因と
なるタブ部７の破損や溶接部周縁のめくれ上がりの発生
確率が高くなる場合に特に有効である。

【００１９】さらに、樹脂層１１が溶接部９からリード
端子８表面の外装袋６の開口部（融着封止部）６Ａにわ
たって被覆するように形成することによって、外装袋６
の封止信頼性を高めることもできる。

【００２０】また、本発明における溶接部９を覆う樹脂
層１１としては、防湿性、耐通気性、耐薬品性、リード
端子との密着性の点で、酸変性ポリエチレン（ＰＥ）、
酸変性ポリプロピレン（ＰＰ）、アイオノマー、エチレ
ンビニルアセテート（ＥＶＡ）等のを有するものからな
ることが望ましく、特に、外装袋６の内面に配される樹
脂（後述される第１の樹脂膜）と同じものであることが
望ましい。

【００２１】また、リード端子８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３、３間
で電荷をやり取りするが、特に耐電圧の高い非水電解液
に対する耐食性の点でアルミニウムを主体とする金属板
からなることが望ましく、耐電解液性の各種金属を使用
することが好ましい。さらに、リード端子８の厚みは、
大電流を発熱することなく流せるように０．５〜２．０
ｍｍであることが望ましい。

【００２２】一方、セパレータ２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３、
３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３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。さらに、セパレ
ータ２の厚みはショートを防止し、内部抵抗を低減する
ために０．０２〜０．１０ｍｍの厚みが好ましい。

【００２３】他方、分極性電極３は、高い比表面積を有
する活性炭と、前記活性炭粒子を結合するバインダーま
たはその炭化物を主成分とするものであり、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１０００〜２５００
ｍ²／ｇであることが望ましい。さらに、分極性電極３
の厚みは、内部抵抗の低減の観点から１．５ｍｍ以下、
特に、１．０ｍｍ以下であることが望ましい。

【００２４】なお、前記結合剤としてバインダーを炭化
した炭化物が含有される場合、前記活性炭粒子間に存在
するが、バインダーとして活性炭１００重量部に対して
１０〜１５０重量部添加し、焼成後の前記活性炭層に占
める割合が５〜５０重量％であることが望ましく、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。

【００２５】さらに分極性電極３は例えば板状体からな
り、コンデンサ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ＪＩＳＲ１
６０１に準じた室温における３点曲げ強度が３０ｋＰａ
以上、特に６０ｋＰａ以上であることが望ましい。な
お、集電体４−分極性電極３−セパレータ２の積層体は
板状に限定されず、該積層体を巻回したものであっても
よい。

【００２６】また、分極性電極３と、セパレータ２に
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―Ｂ
Ｌ）、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テトラエチルアンモ
ニウムテトラフルオロボレート等の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電解液等の電解液が含浸される
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系溶
媒に対する溶解量は、０．５ｍｏｌ／ｌ〜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。

【００２７】一方、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３、３間で電
荷をやり取りするが、特に耐電圧の高い非水電解液に対
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
なることが望ましく、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て時の取り扱い
などによる破損を考慮すると０．０１〜０．１５ｍｍ程
度が好ましい。

【００２８】さらに、外装袋６としては、例えば、少な
くとも内面に熱融着性を示す第１の樹脂膜が配され、か
つ、その外面に、金属箔および第２の樹脂膜を順次被着
形成したラミネートフィルムが好適に用いられる。具体
的には、内面から外面に向かって順に酸変性ポリプロピ
レン（ＰＰ）／ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）
／Ａｌ箔／ＰＥＴ、酸変性ポリエチレン（ＰＥ）／ナイ
ロン／Ａｌ箔／ＰＥＴ、アイオノマー／Ｎｉ箔／ＰＥ／
ＰＥＴ、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）／ＰＥ／
Ａｌ箔／ＰＥＴ、アイオノマー／ＰＥＴ／Ａｌ箔／ＰＥ
Ｔ等のラミネートフィルムを用いることができる。

【００２９】また、第１（内面）の樹脂膜は、防湿性、
耐通気性、耐薬品性の点で、酸変性ポリエチレン（Ｐ
Ｅ）、酸変性ポリプロピレン（ＰＰ）、アイオノマー、
エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）の群から選ばれる
１種からなることが望ましい。

【００３０】なお、本発明によれば、図１、２に示した
電気二重層コンデンサ以外に、リチウムイオン二次電池
等についても同様に適応可能であるが、特に静電容量を
高める必要性が高いためにセルの積層数が１０層以上と
多くするような電気二重層コンデンサについて特に有効
である。

【００３１】

【実施例】（実施例１）ＢＥＴ値が２０００ｍ²／ｇの
活性炭粉末試料１００重量部に対して、ポリビニルブチ
ラール（ＰＶＢ）を５０重量部混合して高速混合攪拌機
にて攪拌し、得られた粉体を４０メッシュでメッシュパ
スを行った後、円筒状の成形型を用いてロール成形を行
い、所定形状にカットしてシート状成形体を作製した。
そして、該成形体を、真空中、９００℃で熱処理を行
い、５０ｍｍ×５０ｍｍ×厚み０．５ｍｍの固形状活性
炭質構造体を５８枚作製した。

【００３２】一方、（株）日本高度紙社製のセルロース
セパレータ５２ｍｍ×５２ｍｍ×厚み０．０５ｍｍを２
９枚カットしてセパレータとし、また、５０ｍｍ×５０
ｍｍ×厚み０．０５ｍｍで、その一端に１０ｍｍ（幅）
×３０ｍｍ（長さ）のタブ部を形成したアルミニウム箔
からなる集電体を３０枚（正極用１５枚、負極用１５
枚）準備した。

【００３３】そして、集電体−分極性電極（固形状活性
炭質構造体）−セパレータ−分極性電極（固形状活性炭
質構造体）−集電体を１単位として積層し、セル１５組
を積層した。

【００３４】なお、上記集電体のタブ部は積層体の同じ
側面側に、かつ隣接する集電体間が接触せず１層おきに
重なるように配置して重ねたタブ部同士を束ねるととも
にその先端部に１０ｍｍ（幅）×５０ｍｍ（長さ）×厚
さ１．０ｍｍのリード端子を５．５ｍｍ長さ重ね合わせ
て、超音波溶接により５ｍｍ長さ領域を溶接固定した。
また、該溶接部表面は高低差０．５ｍｍの凹凸が２ｍｍ
ピッチで形成されていた。そして、該溶接部よりタブ部
側へ５ｍｍの長さ位置から外装袋の開口（封口）部まで
の２０ｍｍの長さ領域にわたってタブ部とリード端子と
をくるむように厚さ０．５ｍｍの酸変性ポリプロピレン
を加熱融着して樹脂層を形成した。

【００３５】一方、電解質としてテトラエチルアンモニ
ウムテトラフルオロボレート（Ｅｔ ₄ＮＢＦ₄）を非水溶
媒であるプロピレンカーボネート（ＰＣ）に溶解させて
濃度１．０ｍｏｌ／ｌになるように調製した。

【００３６】そして、上記リード端子を溶接したセルを
最内層から酸変性ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレ
ンテレフタレート（ＰＥＴ）、Ａｌ箔、ポリエチレンテ
レフタレート（ＰＥＴ）、フィルムの順に積層されたラ
ミネートフィルムからなる外装袋内に収納し、該外装袋
内に上記電解液を所定量充填した後、外装袋の開口部か
らリード端子を突出させた（樹脂層の突出長さ２ｍｍ）
状態で、２００℃で外装袋の開口部を融着封止して、容
量が６００Ｆの電気二重層コンデンサを作製した。

【００３７】得られた電気二重層コンデンサ５０個につ
いて、電流（Ｉ）０．５Ａで電圧（Ｖ）３．０Ｖまで充
電し、さらに５時間の定電圧充電を行い、電流（Ｉ）
０．５Ａで０Ｖまで放電する一連の操作を１サイクルと
して計３サイクル行い、３サイクル目の０Ｖまで放電し
たときに要する時間（ｔ）を測定し、静電容量（Ｃ）＝
電流（Ｉ）×時間（ｔ）／電圧（Ｖ）にて静電容量を測
定した結果、６００±１０Ｆであった。

【００３８】（実施例２）実施例１の樹脂層が外装袋の
開口部までにわたって、かつリード端子およびタブ部を
くるむように形成されているのに代えて、樹脂層を溶接
部の周縁部を含めた表面（幅１０ｍｍ×長さ１０ｍｍ）
のみに樹脂層を被覆する以外は、実施例１と同様に電気
二重層コンデンサを作製し、同様に評価した結果、静電
容量５７０±２２Ｆであった。また、５０個中２個のコ
ンデンサに外装袋の内面が溶接部表面にて傷つけられた
痕跡があった。

【００３９】（実施例３）実施例１の電気二重層コンデ
ンサに対して、樹脂層の厚みを０．１ｍｍとすること以
外は、実施例１と同様に電気二重層コンデンサを作製
し、同様に評価した結果、静電容量は５８０±１８Ｆで
あり、また、５０個中５個のコンデンサに外装袋の内面
が溶接部表面にて傷つけられた痕跡があった。

【００４０】（比較例）実施例１の電気二重層コンデン
サに対して、樹脂層を形成していない以外は、実施例１
と同様に電気二重層コンデンサを作製し、評価した結
果、静電容量は５５０±５０Ｆであり、また、５０個中
４０個のコンデンサに外装袋の内面が溶接部表面にて傷
つけられた痕跡があった。また、そのうちの１０個には
外装袋の溶接部と接する部分から電解液が漏れているこ
とが確認された。さらに、外装袋を分解してみると５０
個中４０個には溶接部付近と外装袋との間に電解液が浸
みだしていた。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の電気化学
素子によれば、タブ部とリード端子部との溶接部を樹脂
層にて被覆することによって、タブ部とリード端子との
溶接部に発生する鋭利に尖ったタブ部の破損部や溶接部
周縁部のめくれ上がりに起因して外装袋が傷つくことを
防止して、電気化学素子の長期的な信頼性を高めること
ができる。

【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についての概略断面図である。

【図２】図１の電気二重層コンデンサの平面透視図であ
る。

【図３】従来の電気化学素子の一例について、タブ部と
リード端子との溶接部の性状を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１電気二重層コンデンサ２セパレータ３分極性電極４集電体５セル６外装袋６Ａ開口部７タブ部７ａ正極用タブ部７ｂ負極用タブ部８リード端子８ａ正極用リード端子８ｂ負極用リード端子９溶接部１１樹脂層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松野真也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 BB03 BB17 CC02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セパレータの両面に一対の電極を配し、該
電極の外側表面それぞれに、一端にタブ部を設けた一対
の集電体を配設してなるセルの複数を外装袋内に収納す
るとともに、前記集電体のタブ部にリード端子を溶接
し、かつ該リード端子を前記外装袋の開口部から前記外
装袋の外部に突出するようにして前記外装袋の開口部を
融着封止する電気化学素子において、前記タブ部と前記
リード端子との溶接部を樹脂層によって被覆してなるこ
とを特徴とする電気化学素子。
【請求項２】前記タブ部と前記リード端子とを超音波溶
接または抵抗溶接にて溶接してな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】前記複数のセルにおける複数のタブ部の総
厚みが０．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１
または請求項２記載の電気化学素子。
【請求項４】前記樹脂層の厚みが０．２ｍｍ〜１．０ｍ
ｍであることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載
の電気化学素子。
【請求項５】前記タブ部と前記リード端子の前記溶接部
の反対面も前記樹脂層によって被覆されていることを特
徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の電気化学素
子。
【請求項６】前記樹脂層が前記溶接部から前記リード端
子の外装袋の開口部にわたって形成されていることを特
徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の電気化学素
子。