JP2005063942A - Case for battery, and battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、携帯電話などの通信機器に用いられ、容易に外部電気回路基板に接続することができるとともに電解液の漏れを有効に防止することのできる薄型の電池用ケースおよび電池に関する。 The present invention relates to a thin battery case and battery that can be used for communication equipment such as a mobile phone, can be easily connected to an external electric circuit board, and can effectively prevent leakage of electrolyte.
近年、携帯電話やラップトップコンピュータ装置端末、カメラ一体型ビデオテープレコーダー等に代表される携帯機器が目覚しく発達するに伴ない、その小型化、軽量化が図られている。そして、これらの携帯機器の電源としての電池の需要も増加の一途をたどり、また、電池のエネルギー密度を高めるための研究も活発に行われ、特に、リチウム電池は原子量が小さく、かつイオン化エネルギーが大きなリチウムを用いる電池であることから、高エネルギー密度を得ることができ、さらに再充電が可能な電池として盛んに研究され、現在に至っては携帯機器の電源をはじめとして広範囲に用いられている。 In recent years, as portable devices such as mobile phones, laptop computer apparatus terminals, camera-integrated video tape recorders and the like have developed remarkably, their size and weight have been reduced. In addition, the demand for batteries as power sources for these portable devices continues to increase, and research to increase the energy density of batteries is also actively conducted. In particular, lithium batteries have a small atomic weight and ionization energy. Since the battery uses a large amount of lithium, it has been actively studied as a battery that can obtain a high energy density and can be recharged, and has been widely used to date, including power supplies for portable devices.
このような電池は、正極と負極とを絶縁シートから成るセパレータを介して電槽缶内に挿着し、そこに有機電解液が注入されて封口された構造となっている。 Such a battery has a structure in which a positive electrode and a negative electrode are inserted into a battery case can through a separator made of an insulating sheet, and an organic electrolyte is injected therein and sealed.
そして、正極は、例えば金属酸化物を正極活物質として、これに導電材を添加したものが一般的であり、この正極活物質としてコバルト酸リチウム(LiCoO2)やマンガン酸リチウム(LiMn2O4)などを挙げることができ、また、導電材としてアセチレンブラック(AB)や黒鉛などを挙げることができる。一方、負極は、負極活物質に導電材を添加したものが用いられ、負極活物質としては、例えばコークスや炭素繊維などの炭素材料が用いられている。 In general, the positive electrode is, for example, a metal oxide as a positive electrode active material and a conductive material added thereto. As the positive electrode active material, lithium cobaltate (LiCoO 2 ) or lithium manganate (LiMn 2 O 4). In addition, examples of the conductive material include acetylene black (AB) and graphite. On the other hand, the negative electrode is obtained by adding a conductive material to a negative electrode active material, and as the negative electrode active material, for example, a carbon material such as coke or carbon fiber is used.
このLiCoO2やLiMn2O4などからなる正極活物質の充放電電圧は約4Vである。これに対して炭素材料などからなる負極活物質の充放電電圧は0V付近であり、これらの正極活物質と負極活物質と電解液とを組み合わせることでリチウム電池は約3.5Vの高放電電圧を達成している。 The charge / discharge voltage of the positive electrode active material made of LiCoO 2 or LiMn 2 O 4 is about 4V. On the other hand, the charge / discharge voltage of the negative electrode active material made of a carbon material or the like is around 0 V. By combining these positive electrode active material, negative electrode active material and electrolyte solution, the lithium battery has a high discharge voltage of about 3.5 V. Have achieved.
電池の正極および負極はこれらの正極活物質または負極活物質に上記導電材を加え、さらにポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンなどのバインダを添加、混合してスラリー状となし、これを周知のドクターブレード法を用いてシート状に成形し、ついでこのシートを例えば円形状に裁断して作製されるのが一般的である。 The positive electrode and negative electrode of the battery are made into a slurry by adding the above conductive material to the positive electrode active material or the negative electrode active material, and further adding and mixing a binder such as polytetrafluoroethylene or polyvinylidene fluoride. In general, the sheet is formed into a sheet by using a blade method, and then the sheet is cut into, for example, a circular shape.
そして、このようにして作製された正極、および負極をその間に耐熱温度が約150℃のポリオレフィン繊維製の不織布やポリオレフィン製の微多孔膜などからなるセパレータを介して電槽缶内に対置させて載置し、電解液を注入して、電池が得られる。 Then, the positive electrode and negative electrode thus prepared are placed in a battery case through a separator made of a non-woven fabric made of polyolefin fiber having a heat resistant temperature of about 150 ° C. or a microporous membrane made of polyolefin. A battery is obtained by placing and injecting an electrolyte.
そして、このようにして作製される電池をさらに小型化、高密度化するために、従来より、コイン型電池Aの開発が進められ、図4に示すように、円板状の正極11bを備えた例えばステンレスからなる正極缶11と、円板状の負極12bを備えた例えばステンレスからなる負極缶12とを電解液を含浸させたセパレータ14を介して対置させ、ついで例えば絶縁性のポリプロピレン樹脂からなるガスケット15を介して正極缶11の周囲と負極缶12の周囲とをかしめるようにして一体化した構造のものが知られている。正極11bおよび負極12bにおける充放電は正極缶11および負極缶12に取着した外部接続端子部材のリード部を介して行われる(例えば、下記の特許文献1,2参照)。
しかしながら、特許文献1,2に示されるような従来の電池Aは、長期間に亘って温度幅が百数十度という温度サイクル試験(例えば−40℃〜85℃)に曝されると、その際、例えばポリプロピレン樹脂からなるガスケット15と正極缶11と負極缶12との熱膨張率の差によりガスケット15と正極缶11および負極缶12の周囲のかしめた部位との境界に隙間が生じて電解液が漏れ出すという問題点が有り、これにより電池Aの電池性能を劣化させたり、さらに漏れ出た電解液により外部電気回路基板上の銅(Cu)配線が腐食して断線するといった不具合が発生したり、あるいは、この隙間から水分が内部に侵入して電池性能を劣化させたりするという不具合が発生していた。
However, when the conventional battery A as shown in
また、従来の電池Aは、充放電を行なうために、上下にリード部を接続してこのリード部を外部電気回路基板へ接続しなければならず、外部電気回路基板への接続が繁雑であるという問題点を有していた。 Further, in order to perform charging / discharging, the conventional battery A has to connect the lead part up and down and connect the lead part to the external electric circuit board, and the connection to the external electric circuit board is complicated. It had the problem that.
また、従来の電池Aはガスケット15と正極缶11および負極缶12の周囲を隙間なく確実にかしめるために平面視形状を円形にしなければならず、平面視形状を多角形等の種々の形状とすることができなかった。近年、装置の小型化に伴い、電池の小型化,省スペース化の市場要求も大きくなってきており、例えば、外部電気回路基板に省スペースで実装するため電池の平面視形状を四角形とするといった要求に応えられないものとなっていた。
In addition, the conventional battery A must have a circular shape in plan view in order to securely caulk the periphery of the
従って、本発明は上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、長期間の使用により電池に隙間が生じて電解液が漏れ出して電池性能を劣化させたり、外部電気回路基板に損傷を与えたりすることがなく、外部電気回路基板への接続を容易にするとともに、電池を小型化することができ、かつ量産性に優れた電池用ケースおよび電池を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been completed in view of the above-mentioned problems, and the purpose thereof is to create a gap in the battery due to long-term use, so that the electrolyte solution leaks and deteriorates the battery performance, or the external electric circuit board. It is an object of the present invention to provide a battery case and a battery that can be easily connected to an external electric circuit board without being damaged, can be reduced in size, and are excellent in mass productivity.
本発明の電池用ケースは、上面の中央部に直方体状の凹部が形成され、該凹部の内側面と底面との間に段差が形成されたセラミック基体と、前記段差の上面に形成された第一のメタライズ層と、前記凹部の底面に形成された第二のメタライズ層と、前記セラミック基体の外面に設けられた第一の導体層および第二の導体層と、前記第一のメタライズ層から前記第一の導体層にかけて、および前記第二のメタライズ層から前記第二の導体層にかけてそれぞれ形成された内部導体とを具備し、前記セラミック基体の上面に前記凹部を取り囲むようにして金属製の枠状部材がロウ付けされていることを特徴とする。 The battery case of the present invention has a rectangular parallelepiped recess formed in the center of the upper surface, a ceramic base having a step formed between the inner surface and the bottom surface of the recess, and a first formed on the upper surface of the step. From the first metallized layer, the second metallized layer formed on the bottom surface of the recess, the first conductor layer and the second conductor layer provided on the outer surface of the ceramic base, and the first metallized layer An inner conductor formed on the first conductor layer and on the second metallization layer to the second conductor layer, and made of metal so as to surround the recess on the upper surface of the ceramic substrate. The frame member is brazed.
本発明の電池用ケースにおいて、好ましくは、前記セラミック基体は、その上面の前記凹部側の端に全周にわたって凸部が形成されており、前記枠状部材は、その内周面が前記凸部の外周面に接してロウ付けされていることを特徴とする。 In the battery case according to the aspect of the invention, preferably, the ceramic base has a convex portion formed over the entire periphery at an end of the upper surface on the concave portion side, and the inner peripheral surface of the frame-shaped member has the convex portion. It is characterized in that it is brazed in contact with the outer peripheral surface.
本発明の電池は、上記本発明の電池用ケースと、前記第二のメタライズ層にこれを覆って接続された正電極板と、該正電極板の上面に電解液を含浸した絶縁シートを介して密着されているとともに一端部が前記第一のメタライズ層にこれを覆って電気的に接続された負電極板と、前記枠状部材の上面に前記凹部を覆って溶接法によって取着された金属製の蓋体とを具備していることを特徴とする。 The battery of the present invention includes the battery case of the present invention, a positive electrode plate connected to the second metallization layer, and an insulating sheet impregnated with an electrolyte on the upper surface of the positive electrode plate. And a negative electrode plate that is in close contact with and electrically connected to the first metallization layer, and attached to the upper surface of the frame-shaped member by the welding method so as to cover the recess. And a metal lid.
本発明の電池において、好ましくは、前記枠状部材および前記蓋体がアルミニウムから成ることを特徴とする。 In the battery of the present invention, preferably, the frame member and the lid are made of aluminum.
本発明の電池用ケースは、上面の中央部に直方体状の凹部が形成され、この凹部の内側面と底面との間に段差が形成されたセラミック基体と、段差の上面に形成された第一のメタライズ層と、凹部の底面に形成された第二のメタライズ層と、セラミック基体の外面に設けられた第一の導体層および第二の導体層と、第一のメタライズ層から第一の導体層にかけて、および第二のメタライズ層から第二の導体層にかけてそれぞれ形成された内部導体とを具備していることから、気密性に優れるとともに耐熱性に優れるセラミック基体によって電解液が収容されているため、温度サイクル試験に曝された場合でも隙間が生じて電解液が漏れることはなく、電解液を良好に収容することができる。また、セラミック基体の平面視形状を四角形等種々の形状としても、気密性が維持されるので、市場要求に応じてセラミック基体を種々の形状とすることができるとともに、電池性能を劣化させる水分や酸素等が外部から電解液中に侵入するのを有効に抑制することができる。 The battery case of the present invention has a rectangular parallelepiped recess formed in the center of the upper surface, a ceramic base having a step formed between the inner surface and the bottom surface of the recess, and a first formed on the upper surface of the step. Metallization layer, a second metallization layer formed on the bottom surface of the recess, a first conductor layer and a second conductor layer provided on the outer surface of the ceramic substrate, and a first conductor from the first metallization layer And the inner conductor formed from the second metallization layer to the second conductor layer, respectively, so that the electrolyte is accommodated by a ceramic substrate that is excellent in airtightness and heat resistance. Therefore, even when exposed to the temperature cycle test, a gap is not generated and the electrolytic solution does not leak, and the electrolytic solution can be satisfactorily accommodated. In addition, even when the shape of the ceramic substrate in plan view is various shapes such as a quadrangle, the airtightness is maintained, so that the ceramic substrate can be formed in various shapes according to market demands, and moisture and Oxygen and the like can be effectively prevented from entering the electrolyte from the outside.
また、セラミック基体は耐薬品性に優れているため、有機溶剤や酸等を含む電解液に侵され難く、電解液中に電池用ケースから溶け出した不純物が混入して電解液を劣化させることもなく、電池性能を良好に維持することができる。 In addition, since the ceramic substrate has excellent chemical resistance, it is difficult to be attacked by electrolytes containing organic solvents, acids, etc., and impurities that have melted out of the battery case are mixed into the electrolyte and deteriorate the electrolyte. Therefore, the battery performance can be maintained well.
また、セラミック基体の上面に凹部を取り囲むようにして金属製の枠状部材がロウ付けされていることから、金属製の枠状部材に金属製の蓋体を溶接することによりセラミック基体の凹部を覆うことができ、セラミック基体内部を確実に気密封止することが可能となる。従って、外部から水分や酸素等がセラミック基体と蓋体との界面を通ってセラミック基体内部の電解液中に侵入するのをより有効に抑制することができる。また、接着剤等の接合材を用いてセラミック基体に蓋体を接合する必要がないため、接合材が有機溶剤や酸等を含む電解液に侵されることによって気密性が低下し、電解液が漏れ出すということもない。 Further, since the metal frame-like member is brazed so as to surround the recess on the upper surface of the ceramic base, the recess of the ceramic base is formed by welding a metal lid to the metal frame-like member. Thus, the inside of the ceramic substrate can be surely hermetically sealed. Therefore, it is possible to more effectively suppress moisture, oxygen, and the like from entering the electrolyte solution inside the ceramic substrate through the interface between the ceramic substrate and the lid. In addition, since it is not necessary to bond the lid to the ceramic substrate using a bonding material such as an adhesive, the bonding material is attacked by an electrolytic solution containing an organic solvent, acid, etc. There is no leakage.
本発明の電池用ケースは、セラミック基体の上面の凹部側の端に全周にわたって凸部が形成されており、枠状部材の内周面が凸部の外周面に接してロウ付けされていることから、セラミック基体の上面に枠状部材をロウ付けした際に電解液が凸部の外周面と枠状部材の内周面との間を通ってロウ付けされたセラミック基体の上面に達し難く、また、ロウ材の一部を凸部と枠状部材の内周面との間に入り込ませることができ、この入り込んだロウ材と凸部とによって、枠状部材の下面とセラミック基体の上面との接合部が直接、電解液に侵されるのを防止することができる。その結果、枠状部材とセラミック基体との接合信頼性を高め、きわめて気密信頼性に優れた電池用ケースとすることができる。 In the battery case of the present invention, a convex portion is formed over the entire circumference at the concave end of the upper surface of the ceramic substrate, and the inner peripheral surface of the frame-shaped member is brazed in contact with the outer peripheral surface of the convex portion. Therefore, when the frame-shaped member is brazed to the upper surface of the ceramic substrate, the electrolyte does not easily reach the upper surface of the ceramic substrate brazed through between the outer peripheral surface of the convex portion and the inner peripheral surface of the frame-shaped member. In addition, a part of the brazing material can be inserted between the convex portion and the inner peripheral surface of the frame-shaped member, and the lower surface of the frame-shaped member and the upper surface of the ceramic substrate can be formed by the inserted brazing material and the convex portion. It is possible to prevent the joint portion between and directly being attacked by the electrolytic solution. As a result, the bonding reliability between the frame-shaped member and the ceramic substrate can be improved, and a battery case with extremely excellent airtight reliability can be obtained.
本発明の電池は、上記本発明の電池用ケースと、第二のメタライズ層にこれを覆って接続された正電極板と、この正電極板の上面に電解液を含浸した絶縁シートを介して密着されているとともに一端部が第一のメタライズ層にこれを覆って電気的に接続された負電極板と、枠状部材の上面に凹部を覆って溶接法によって取着された金属製の蓋体とを具備していることにより、上記本発明の電池用ケースを用いた気密信頼性の高いものとなる。 The battery of the present invention includes the battery case of the present invention, a positive electrode plate connected to and covered with the second metallization layer, and an insulating sheet impregnated with an electrolyte on the upper surface of the positive electrode plate. A negative electrode plate that is in close contact with and electrically connected to one end of the first metallized layer, and a metal lid that is attached to the upper surface of the frame-like member by a welding method so as to cover the recess. The airtight reliability using the battery case according to the present invention is high.
本発明の電池は、枠状部材および蓋体がアルミニウムから成ることにより、枠状部材および蓋体が耐腐食性に優れる不動態皮膜を表面に形成することができ、電解液または外部の雰囲気によって腐食されるのを非常に有効に防止し、電池内部の気密信頼性を非常に優れたものとすることができる。 In the battery of the present invention, the frame-shaped member and the lid are made of aluminum, so that the passive film having excellent corrosion resistance can be formed on the surface of the frame-shaped member and the lid, depending on the electrolyte or the external atmosphere. Corrosion can be prevented very effectively, and the airtight reliability inside the battery can be made extremely excellent.
本発明の電池用ケースについて以下に詳細に説明する。図1において、(a)は本発明の電池用ケースについて実施の形態の一例を示す断面図であり、(b)は電池用ケースの平面図を示す。これらの図において、1はセラミック基体、1aは凹部、1bは第二のメタライズ層、1cは段差、1dは第一のメタライズ層、2は内部導体、3は枠状部材、4は蓋体、Bは電池用ケースである。 The battery case of the present invention will be described in detail below. 1A is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of the battery case of the present invention, and FIG. 1B is a plan view of the battery case. In these drawings, 1 is a ceramic substrate, 1a is a recess, 1b is a second metallized layer, 1c is a step, 1d is a first metallized layer, 2 is an internal conductor, 3 is a frame member, 4 is a lid, B is a battery case.
本発明の電池用ケースBは、セラミック基体1の上面の中央部に直方体状の凹部1aが形成され、この凹部1aの内側面と底面との間に段差1cが形成されている。段差1cの上面には第一のメタライズ層1dが形成されており、凹部1aの底面には第二のメタライズ層1bが形成されている。さらに、セラミック基体1の外面には、第一の導体層Dおよび第二の導体層Cが設けられており、第一のメタライズ層1dから第一の導体層Dにかけて、および第二のメタライズ層1bから第二の導体層Cにかけて内部導体2がそれぞれ形成されている。
In the battery case B of the present invention, a rectangular parallelepiped
また、セラミック基体1の上面に凹部1aを取り囲むようにして金属製の枠状部材3がロウ付けされている。
A metal frame-
このようなセラミックス基体1は、アルミナ質焼結体等のセラミックスから成り、以下のようにして作製される。例えば、セラミックス基体1がアルミナ質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム(Al2O3),酸化珪素(SiO2),酸化マグネシウム(MgO),酸化カルシウム(CaO)等の原料粉末に適当な有機バインダ、溶剤等を添加混合してスラリーと成す。このスラリーをドクターブレード法やカレンダーロール法によってグリーンシートと成し、所要の大きさに切断する。次に、その中から選ばれた複数のグリーンシートにおいて凹部1a、段差1c等を形成するために適当な打抜き加工を施す。
Such a
そして、これらのグリーンシートにタングステン(W)等の金属粉末を主成分とする金属ペーストを印刷塗布して第一および第二のメタライズ層1d,1b、内部導体2、第一および第二の導体層D,Cとなる導体層を形成し、次いでこれらの導体層を形成したグリーンシートを積層し、約1600℃の温度で焼成することによってセラミック基体1が作製される。
Then, a metal paste mainly composed of a metal powder such as tungsten (W) is printed and applied to these green sheets, and the first and second metallized layers 1d and 1b, the
図1(a)では、第一および第二の導体層D,Cがセラミック基体1の下面に形成される例を示しているが、第一および第二の導体層D,Cはセラミック基体1の側面に形成されていてもよい。第一および第二の導体層D,Cがセラミック基体1の下面に形成される場合は、セラミック基体1を平板状の外部電気回路基板の上面に載置し、半田付け等して容易に外部電気回路に接続できるという利点がある。また、第一および第二の導体層D,Cがセラミック基体1の側面に形成される場合は、外部電気回路基板の配線導体に突部を設け、この突部に第一および第二の導体層D,Cを当接させるように接続することによって、容易かつ確実に外部電気回路基板に接続することが可能となるという利点がある。
FIG. 1A shows an example in which the first and second conductor layers D and C are formed on the lower surface of the
また内部導体2は、図1では第一および第二の導体層D,Cに対して垂直な貫通接続導体のみで形成されているが、セラミック基体1内に第一の導体層Dと平行な内部配線層と組み合わせて形成されていてもよく、これによってセラミック基体1内に電気回路を引き回すことができる。
Further, in FIG. 1, the
また、このようにして作製されたセラミック基体1に形成されたこれらの導体の露出した表面には、耐食性に優れかつ半田との濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ1〜12μmのニッケル(Ni)層および厚さ0.3〜5μmの金(Au)層をめっき法等により順次被着しておくのがよい。これにより、特に電池用ケースBの内部に形成された第一および第二のメタライズ層1d,1bが充放電による電圧で容易に溶出するのを有効に抑制できる。また、第一および第二の導体層D,Cにおいては半田との濡れ性が良くなり、外部電気回路基板上の配線導体との接合強度がより強固なものとなる。
Further, the exposed surface of these conductors formed on the
Ni層の厚さが1μm未満であれば、メタライズから成る各導体の酸化腐蝕を防止したり各導体から金属成分が溶出したりするのを有効に抑制するのが困難になって電池性能が劣化し易くなる。また、Ni層の厚さが12μmを超えると、めっき形成に多大の時間がかかることになり量産性が低下し易くなるとともに電気抵抗が大きくなり易い。 If the thickness of the Ni layer is less than 1 μm, it is difficult to prevent the oxidative corrosion of each conductor made of metallization and to effectively prevent the metal component from eluting from each conductor, and the battery performance deteriorates. It becomes easy to do. On the other hand, if the thickness of the Ni layer exceeds 12 μm, it takes a long time to form the plating, so that the mass productivity is likely to be lowered and the electric resistance is likely to be increased.
また、Au層の厚さが0.3μm未満であれば、均一な厚さのAu層を形成するのが困難となり、Au層がきわめて薄い部位やあるいはAu層が形成されていない部位が生じ易く、酸化腐食の防止効果や半田との濡れ性が低下し易くなる。またAu層の厚さが5μmを超えると、めっき形成に多大の時間がかかることになり量産性が低下し易くなる。 Further, if the thickness of the Au layer is less than 0.3 μm, it is difficult to form an Au layer having a uniform thickness, and a portion where the Au layer is extremely thin or a portion where the Au layer is not formed is likely to occur. The effect of preventing oxidative corrosion and the wettability with solder are likely to decrease. On the other hand, if the thickness of the Au layer exceeds 5 μm, it takes a long time to form the plating, and the mass productivity tends to decrease.
また、セラミック基体1の上面には凹部1aを取り囲むようにして鉄(Fe)−Ni−コバルト(Co)合金やアルミニウム(Al)等からなる金属製の枠状部材3が銀(Ag)ロウ,Alロウ等を介してロウ付けされている。セラミック基体1の上面の枠状部材3がロウ付けされる部位には、W等からなるメタライズ層が形成され、その表面にNi等のめっきが施されているのがよく、この構成によりセラミック基体1上面のロウ材との濡れ性が良くなり、セラミック基体1上面と枠状部材3との接合強度がより強固なものとなる。また、枠状部材3は、鉄−ニッケル−コバルト合金の表面にアルミニウム層を形成したものでもよく、アルミニウム層により電解液に侵されにくいものとできる。
A
好ましくは、枠状部材3は断面が上下方向に長い長方形状であるのがよい。枠状部材3に蓋体4を溶接接合する際に、蓋体4の外周部が熱膨張し、基体1と蓋体4との熱膨張差が発生するが、この構成により、セラミック基体1と蓋体4との熱膨張差を枠状部材3で吸収させ易くでき、セラミック基体1に蓋体4との熱膨張差による熱応力が加わるのを有効に防止することができる。その結果、セラミック基体1にクラック等の破損が発生するのを防止し、凹部1a内部を確実に気密に保持することができる。
Preferably, the frame-shaped
好ましくは、セラミック基体1は、図2(a)に示すように、その上面の凹部1a側の端に全周にわたって凸部1eが形成されており、枠状部材3は、その内周面が凸部1eの外周面に接した状態で下面がセラミック基体の上面にロウ付けされているのがよい。これにより、セラミック基体1の上面に枠状部材3をロウ付けした際に電解液が凸部の外周面と枠状部材の内周面との間を通ってロウ付けされた枠状部材3の下面とセラミック基体の上面との間に達し難く、また、ロウ材3aの一部を枠状部材3の内周面に沿って凸部1eと枠状部材3の内周面との間に入り込ませることができ、この入り込んだロウ材3aと凸部1eとによって、枠状部材3の下面とセラミック基体1の上面との接合部が直接、電解液に接触するのを防止して、接合部が電解液に侵されるのを防止することができる。その結果、枠状部材3とセラミック基体1との接合信頼性を高め、きわめて気密信頼性に優れた電池用ケースBとすることができる。
Preferably, as shown in FIG. 2 (a), the
また好ましくは、図2(a)の構成において、枠状部材3の上面に予めAlロウ等のロウ材を溶着させておくのがよい。この構成により、蓋体4を溶接接合する際にこの溶着されたロウ材が溶融し、枠状部材3と蓋体4とがロウ付け接合されるとともに、ロウ材が蓋体4に沿って凸部1e側へ濡れ広がり、蓋体4と凸部1eの上面との間の隙間を埋めるので電解液がこの隙間へ入り込みにくくなり、蓋体4と枠状部材3との接合をより強固なものとすることができる。さらに好ましくは、凸部1eの上面にメタライズ層を形成しておくのがよく、毛細管現象によってロウ材が凸部1eの上面と蓋体4の下面との間に流れ込んで凸部1eの上面と蓋体4の下面とが接合されるので、蓋体4とセラミック基体1との接合信頼性も高めることができる。
Preferably, in the configuration shown in FIG. 2A, a brazing material such as Al brazing is previously welded to the upper surface of the frame-
さらに好ましくは、ロウ材はAlロウであるのがよく、これにより、ロウ材が凹部1a内部に封入される電解液に対して腐食し難くなるという効果がある。その結果、きわめて気密信頼性に優れた電池用ケースBとすることができる。
More preferably, the brazing material is Al brazing, and this has the effect that the brazing material is less likely to corrode with respect to the electrolyte solution enclosed in the
また、図2(b)に示すように凸部1eの上面に、枠状部材3の上面よりその上面が高くなるように弾性部材5が設置されているのがよい。そして、この弾性部材5に蓋体4を押し付けるようにして蓋体4を枠状部材3に溶接接合すれば、弾性部材5に遮られて、枠状部材3側に電解液が流れ込むのを確実に防止できる。弾性部材5は弾性を有しかつ電解液で腐食することのない材質とするのがよく、例えばフッ素ゴム,エチレンプロピレンゴム,クロロプロピレンゴム,クロロスルフォン化ポリエチレン,ブチルゴム等から成るのがよい。
Further, as shown in FIG. 2B, the
また、枠状部材3は、その下面と外周面との間に全周にわたって、段差が形成されているのがよい。これにより、枠状部材3をセラミック基体1にロウ付けする際に、ロウ材を段差側に移動し易くすることができ、余分なロウ材が枠状部材3の内周面側にはみ出るのを有効に抑制することができる。その結果、ロウ材と電解液との接触面積を小さくして、ロウ材が電解液により侵されるのを有効に抑制することができる。さらに、段差部にロウ材の大きな体積のメニスカスを形成することができるので、枠状部材3とセラミック基体1との接合強度も著しく向上させることができる。
Further, the frame-
そして、枠状部材3にFe−Ni−Co合金やAl合金等の金属製の蓋体4を溶接接合しセラミック基体1の凹部1aを覆うことによって、セラミック基体1内部を確実に気密封止できるようになる。従って、外部から水分や酸素等がセラミック基体1と蓋体4との界面を通ってセラミック基体1内部の電解液中に侵入するのをより有効に抑制することができる。
Then, the inside of the
次に、本発明の電池について以下に詳細に説明する。図3は本発明の電池の実施の形態の一例を示す断面図であり、B−1は正電極板、B−2は負電極板、B−3は絶縁シート、B−4は電解液、Eは電池である。 Next, the battery of the present invention will be described in detail below. FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of the battery of the present invention. B-1 is a positive electrode plate, B-2 is a negative electrode plate, B-3 is an insulating sheet, B-4 is an electrolytic solution, E is a battery.
本発明の電池Eは、上記の電池用ケースBと、第二のメタライズ層1bにこれを覆って接続された正電極板B−1と、この正電極板B−1の上面に電解液B−4を含浸した絶縁シートB−3を介して密着されているとともに一端部が第一のメタライズ層1dにこれを覆って電気的に接続された負電極板B−2と、枠状部材3の上面に凹部1aの周囲を覆って取着された蓋体4とを具備している。
The battery E of the present invention includes the battery case B, a positive electrode plate B-1 connected to the
これにより、上記本発明の電池用ケースBを用いた気密信頼性が高く、量産性に優れるものとなる。また、第一および第二のメタライズ層1d,1bを負電極板B−2および正電極板B−1にそれぞれ覆われるように接続することができ、その結果、第一および第二のメタライズ層1d,1bが電解液B−4の酸成分等によって腐食するのを有効に抑えることができる。 Thereby, the airtight reliability using the battery case B of the present invention is high, and the mass productivity is excellent. Further, the first and second metallized layers 1d and 1b can be connected so as to be covered by the negative electrode plate B-2 and the positive electrode plate B-1, respectively. As a result, the first and second metallized layers It is possible to effectively suppress 1d and 1b from being corroded by the acid component of the electrolytic solution B-4.
正電極板B−1は、LiCoO2やLiMn2O4等の正極活物質およびアセチレンブラックや黒鉛等の導電材を含む板状やシート状のものであり、また、負電極板B−2はコークスや炭素繊維等の炭素材料から成る負極活物質を含む板状やシート状のものである。 The positive electrode plate B-1 is a plate or sheet having a positive electrode active material such as LiCoO 2 or LiMn 2 O 4 and a conductive material such as acetylene black or graphite, and the negative electrode plate B-2 is It is a plate or sheet containing a negative electrode active material made of a carbon material such as coke or carbon fiber.
正電極板B−1および負電極板B−2はこれらの正極活物質または負極活物質に上記導電材を加え、さらにポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンなどのバインダを添加、混合してスラリー状となし、これを周知のドクターブレード法を用いてシート状に成形し、ついでこのシートを例えば円形状に裁断して作製される。 The positive electrode plate B-1 and the negative electrode plate B-2 are prepared by adding the conductive material to the positive electrode active material or the negative electrode active material, and adding and mixing a binder such as polytetrafluoroethylene or polyvinylidene fluoride to form a slurry. Then, this is formed into a sheet shape using a well-known doctor blade method, and then the sheet is cut into, for example, a circular shape.
また、絶縁シートB−3は、ポリオレフィン繊維製の不織布やポリオレフィン製の微多孔膜などからなり、電解液B−4が含浸されるとともに正電極板B−1と負電極板B−2との間に載置されることにより、正電極板B−1と負電極板B−2との接触を防止するとともに正電極板B−1と負電極板B−2との間の電解液B−4の移動を可能とする。 The insulating sheet B-3 is made of a non-woven fabric made of polyolefin fiber, a microporous membrane made of polyolefin, and the like, impregnated with the electrolytic solution B-4, and between the positive electrode plate B-1 and the negative electrode plate B-2. By being placed between, the contact between the positive electrode plate B-1 and the negative electrode plate B-2 is prevented, and the electrolytic solution B- between the positive electrode plate B-1 and the negative electrode plate B-2. 4 movements are possible.
蓋体4は、Fe−Ni−Co合金やAl合金等の金属からなり、枠状部材3の上面に溶接接合しセラミック基体1の凹部1aを覆うことによって、セラミック基体1内部を気密封止する。
The
電解液B−4は、例えばシリンジなどの注入手段を用いて凹部1aの上面から電池Eの内部に注入される。そして、注入後に枠状部材3の上面に蓋体4を気密に溶接接合することによって、電池Eの内部を気密に封止することができる。
Electrolyte B-4 is inject | poured into the inside of the battery E from the upper surface of the recessed
好ましくは、枠状部材3および蓋体4の少なくともその表面はAlから成るのがよい。この構成により、枠状部材3および蓋体4が耐腐食性に優れる不動態皮膜を表面に形成することができ、電解液B−4または外部の雰囲気によって腐食されるのを非常に有効に防止し、電池E内部の気密信頼性を非常に優れたものとすることができる。
Preferably, at least the surfaces of the frame-shaped
蓋体4は、Alから成る板材や、セラミックスの下面にAl層が形成された板材や、鉄(Fe)−ニッケル(Ni)−コバルト(Co)合金やニッケル(Ni)−コバルト(Co)合金等の板材の下面にAl層が形成されたものであってもよい。また、蓋体4の下面の外周部に全周にわたって突条(線状に突出した部位)が形成されるのが好ましい。この突条は、蓋体4がAlから成る板材であれば、蓋体4をプレス機で打ち抜く際に突条を同時に形成したり、打ち抜き後に所謂コイニング法(被加工物の側方を拘束して肉の逃げ場を限定するとともに凹凸部を型面に形成した金型と被加工材とを重ね合わせて上下から押圧することにより金型の凹凸模様を被加工材の表面に転写する方法)により例えば高さが0.1mm程度で断面が下に凸の三角形状に形成したりすることにより設けられる。
The
また、蓋体4がFe−Ni−Co合金等の下面にAl層が形成された板材から成るのであれば、これらの金属のインゴットを圧延して、例えば、厚さが0.2〜0.5mmの板材とするときにその表面に例えば厚さが0.1mmのAl板をクラッド接合し、その後、突条を上記コイニング法により形成することにより設けることができる。
Further, if the
そして、セラミック基体1の上面の凹部1a側の端に全周にわたって形成された凸部1eの外周面に接してロウ付けされた枠状部材3の上面に蓋体4の外周部に形成された突条を当接させて蓋体4を載置し、蓋体4の上面から数十kHz程度の超音波をあてることにより、蓋体4の下面の突条が、枠状部材3の上面の凹凸に沿って潰れながら枠状部材3の表面のAl層に接合される。このとき、セラミック基体1の上面が反っていたり、うねっていたりする場合においても突条の潰れの大きさが異なることにより接合される。そして、この超音波接合方法によれば電池Eの凹部1a内の気密性を損なうことなく、蓋体4を強固に接合することを可能とする。
And it formed in the outer peripheral part of the
超音波接合法は、より詳細には例えば次の様にして実施される。すなわち、接合対象物であるセラミック基体1と蓋体4とを先端の下部に振動の媒体となるチップを有するホーン(角状固定台)とアンビル(金敷き)との間にセットし、チップを介して例えば30〜50N程度の圧力を垂直に加えながら15〜30kHzの水平方向の超音波振動を蓋体2の外周に沿って連続的に移動させながら加えることにより行われる。また、チップの形状をライン状として垂直方向の圧力を大きくすることにより、一定長さの接合を短時間で行なう方法であってもよい。
More specifically, the ultrasonic bonding method is performed as follows, for example. That is, the
超音波接合法では、超音波振動が印加される初期段階において接合部表面の酸化被膜や汚れが接合部の外側方向に押し出されるとともに、蓋体4および枠状部材3のAl結晶粒同士が原子間距離になるまで接近することによって原子間に相互引力が作用して強固な接合を得る。このとき、通常の金属を溶融接合する方法における金属の融点の1/3以下の温度が局部的に発生するが、この程度の熱であれば電解液B−4がほとんど変質することがなく、よって電池の寿命を長くすることができる。
In the ultrasonic bonding method, at the initial stage when ultrasonic vibration is applied, the oxide film and dirt on the surface of the bonded portion are pushed out to the outside of the bonded portion, and the Al crystal grains of the
さらに、超音波接合法によれば、Al中に他の金属がほとんど拡散することがなく、よって電解液B−4に対してさらに耐腐食性のある接合部を形成することができる。 Furthermore, according to the ultrasonic bonding method, other metals hardly diffuse into Al, and therefore, a bonded portion having further corrosion resistance can be formed with respect to the electrolytic solution B-4.
電解液B−4は、四フッ化ホウ酸リチウム等のリチウム塩や塩酸,硫酸,硝酸等の酸をジメトキシエタンやプロピレンカーボネート等の有機溶媒に溶解したものである。 The electrolytic solution B-4 is obtained by dissolving a lithium salt such as lithium tetrafluoroborate or an acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid or nitric acid in an organic solvent such as dimethoxyethane or propylene carbonate.
このような電解液B−4は、腐食性や溶解性の高いものであるが、本発明の電池Eをもちいることにより、セラミック基体1は耐薬品性に優れているため、有機溶剤や酸等を含む電解液B−4に侵され難く、電解液B−4中に電池用ケースBから溶け出した不純物が混入して電解液B−4を劣化させることもなく、電池性能を良好に維持することができる。
Such an electrolytic solution B-4 is highly corrosive and soluble, but by using the battery E of the present invention, the
また、従来用いられていた金属用ケースでは図4に示すように正極缶11と負極缶12とをそれらの周囲をポリプロピレン樹脂等から成るガスケット15を介してかしめることによって一体化しており、このかしめた部位における厚さが正極缶11と負極缶12とセパレータ14とを併せて2mm前後となっていたのに対して、本発明によれば、かしめる必要がないために厚さを1mm以下にすることができ、携帯機器の薄型化に大きく寄与できるものとなる。
Further, in the metal case that has been conventionally used, as shown in FIG. 4, the positive electrode can 11 and the negative electrode can 12 are integrated by caulking them with a
なお、本発明は上記実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。例えば、本発明では電池用ケースBのセラミック基体1の材質をアルミナ質焼結体として説明したが、窒化アルミニウム(AlN)質焼結体やガラスセラミックス等などの他のセラミックスから成っていてもよく、AlN質焼結体からなる成る場合には作動時の熱を効率よく外部に放散させることができる。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the present invention, the material of the
1:セラミック基体
1a:凹部
1b:第二のメタライズ層
1c:段差
1d:第一のメタライズ層
1e:凸部
2:内部導体
3:枠状部材
4:蓋体
B:電池用ケース
B−1:正電極板
B−2:負電極板
B−3:絶縁シート
B−4:電解液
C:第二の導体層
D:第一の導体層
E:電池
1:
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