JP2007059650A - Coin-shaped storage cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はコンデンサや電池等の電気化学セルの中で、特に面実装用に用いられる外部端子を有したコイン形蓄電セルに関するものである。 The present invention relates to a coin-type energy storage cell having an external terminal used for surface mounting among electrochemical cells such as capacitors and batteries.
この種のコイン形蓄電セルには、電気二重層コンデンサやボタン電池等があり、図4はコイン形電気二重層コンデンサの構成を示す一部切り欠き断面図である。同図において、活性炭電極からなる陽極性の分極性電極31と、活性炭電極からなる陰極側の分極性電極32とをセパレータ33を介して対向配置し、そして陽極側の分極性電極31には陽極集電体34を設け、かつ陰極側の分極電極32には陰極集電体35を設け、その後、前記一対の分極性電極31,32およびセパレータ33に電解液36を含浸させて、これらを陰極端子となる上ケース37と陽極端子となる下ケース38で構成される収納空間部に収納し、そして上ケース37の外周部に形成した折り曲げ部40と下ケース38の外周部との間に電気絶縁性を有するパッキン39を配置して下ケース38の外周部の先端部41をカーリングすることにより、パッキン39で上ケース37の折り曲げ部40を外側から包み込んで一対の分極性電極31,32を収納している収納空間部の気密封口を行うようにしている。
This type of coin-type storage cell includes an electric double layer capacitor, a button battery, and the like, and FIG. 4 is a partially cutaway cross-sectional view showing the configuration of the coin-type electric double layer capacitor. In the figure, an anodic
前記コイン形電気二重層コンデンサをプリント基板に実装する場合は、図5(a)に示すように、コイン形電気二重層コンデンサ50の下ケースと上ケースの外面部に夫々外部リード端子51,52を接続し、その外部リード端子51,52をプリント基板53の孔に挿入し、その部分を半田付けして実装したものがある。また、同図(b)はコイン形電気二重層コンデンサを横置きにしたもので、コイン形電気二重層コンデンサ54の下ケースと上ケースの外面部に夫々外部リード端子55,56を接続し、その外部リード端子55,56をプリント基板57の孔に挿入し、その部分を半田付けして実装したものである。
When the coin-type electric double layer capacitor is mounted on a printed circuit board, as shown in FIG. 5A,
また、プリント基板に実装する他の例として、例えば特許文献1,2に示すように、陽陰極外部リード端子のどちらか一方の端子をキャパシタの外周の内側に収まるように取り付け、さらにプリント基板と対向する側に設置された端子に1段以上の段差を設けることにより、プリント基板に占める占有設置面積を減少・縮小して小さくすることができるという面実装形タイプのものが提案されている。
As another example of mounting on a printed circuit board, for example, as shown in
一方、ボタン電池においても、正極と負極の間にセパレータを介した電極が2つ合わせの金属容器内に収容されており、その外観構造は前記電気二重層コンデンサと同じような構成を有している。
近年、機器の小型化による電子部品の高集積化に伴い、基板上の電子部品の高集積化が進んでいる。これに適したハンダ付け方法として、リフローハンダ付けによる面実装が主流となってきている。ここで、リフローハンダ付けとは、ハンダの塗布されたプリント基板に載置した蓄電セルを基板ごと200℃以上の高温雰囲気の炉内を通過させ、ハンダ付けを行う方法である。 In recent years, along with the high integration of electronic components due to the miniaturization of equipment, the integration of electronic components on a substrate has been advanced. As a soldering method suitable for this, surface mounting by reflow soldering has become the mainstream. Here, the reflow soldering is a method of performing soldering by passing the storage cell placed on the printed circuit board coated with solder through the furnace in a high-temperature atmosphere of 200 ° C. or more.
さらに、環境問題を考慮したハンダの鉛フリー化の進行に伴い、鉛系ハンダよりも融点が20℃程度高い錫系のハンダによるリフローハンダ付けが行われるようになり、基板に搭載される電子部品に対しても、より高い耐熱性及びリフロー対応品の長寿命化が求められるようになってきている。 Furthermore, with the progress of lead-free solder considering environmental issues, reflow soldering with tin solder, which has a melting point of about 20 ° C. higher than that of lead solder, is performed, and electronic components mounted on the board However, higher heat resistance and longer life of reflow compatible products have been demanded.
しかしながら前記特許文献1,2のコイン形電気二重層コンデンサの実装において、ハンダ付け温度が250℃もしくはそれ以上に達する鉛フリーのリフローハンダ付け時に、高温状態で有機電解液の溶媒の蒸気圧が高まり、蓄電セルの内圧が著しく上昇することにより、下ケース38とパッキン39底面のシール面に隙間が生じ、電解液が外部に漏液するという課題がある。
However, in the mounting of the coin-type electric double layer capacitor of
また、外部リード端子を上ケース及び下ケースに接続するときに、レーザ溶接などで溶接すると、接続強度を保つためにレーザ溶接を強くするので、そのレーザ溶接の熱が分極性電極まで達し、分極性電極が破損され容量を維持しにくいという課題を有していた。 Also, when the external lead terminal is connected to the upper case and the lower case, welding by laser welding or the like strengthens the laser welding in order to maintain the connection strength, so that the heat of the laser welding reaches the polarizable electrode and is separated. There was a problem that the polar electrode was broken and it was difficult to maintain the capacity.
本発明はこのような従来の課題を解決し、コイン形電気化学素子の上ケースと下ケースへの外部リード端子の取り付けの強度を維持し、高温リフローに対する耐熱性を向上させた長寿命のコイン形蓄電セルを提供することを目的とするものである。 The present invention solves such conventional problems, maintains the strength of attaching external lead terminals to the upper case and lower case of the coin-shaped electrochemical element, and improves the heat resistance against high-temperature reflow. The object is to provide a battery cell.
前記課題を解決するために本発明は、一対の電極が絶縁性のセパレータを介して対面するように配置された素子と、この素子を金属ケース(陽極側)内に収納して絶縁性のリングパッキンを介して密封する上蓋(陰極側)からなるコイン形蓄電セルであって、前記金属ケースの電極と接する面を内側に押出した構造からなり、前記内側に押出した金属ケースの外面部に階段状の外部端子を接続し、かつ前記上蓋の外面部にも先端が前記金属ケース側の外部端子の先端部と同一面となるように階段状の外部端子を接続した構成とするものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an element in which a pair of electrodes are arranged to face each other via an insulating separator, and an insulating ring in which the element is housed in a metal case (anode side). A coin-type energy storage cell comprising an upper lid (cathode side) sealed through a packing, wherein the metal case has a structure in which a surface in contact with an electrode of the metal case is pushed inward, and a staircase is formed on an outer surface portion of the metal case pushed inward A stepped external terminal is connected to the outer surface of the upper lid so that the tip is flush with the tip of the external terminal on the metal case side.
本発明は、金属ケースの電極と接する面を内側に押出した構造からなり、前記内側に押出した金属ケースの外面部に階段状の外部端子を接続し、かつ前記上蓋の外面部にも先端が前記金属ケース側の外部端子の先端部と同一面となるように階段状の外部端子を接続することにより、金属ケースの底面部の半分以上がプリント基板から離すことができるため、リフローハンダ付けのときに、プリント基板と接しない部分が空気層となるので高温リフローに対する耐熱性を向上させることができ、プリント基板に占める面積を最小限の面積にすることができるという作用効果を有する。 The present invention has a structure in which a surface in contact with an electrode of a metal case is extruded inward, a stepped external terminal is connected to an outer surface portion of the metal case extruded inward, and a tip is also formed on the outer surface portion of the upper lid. By connecting a stepped external terminal so that it is flush with the tip of the external terminal on the metal case side, more than half of the bottom surface of the metal case can be separated from the printed circuit board. Sometimes, the portion not in contact with the printed circuit board becomes an air layer, so that the heat resistance against high temperature reflow can be improved, and the area occupied on the printed circuit board can be minimized.
また、金属ケース及び/または上蓋が電極と接する面を内側に押出した構造とすることから、金属ケース及び上蓋の強度が高まるので、従来よりも金属ケース及び上蓋の厚みを薄くすることができ、その結果、外部端子を接続するレーザ溶接強度も低くすることができるので、レーザ溶接による電極の破損が生じなくなり、蓄電セルの容量低下を防ぐことができるという作用効果を有する。 In addition, since the metal case and / or the upper lid has a structure in which the surface in contact with the electrode is pushed inward, the strength of the metal case and the upper lid is increased, so that the thickness of the metal case and the upper lid can be made thinner than before, As a result, since the laser welding strength for connecting the external terminal can be reduced, the electrode is not damaged by the laser welding, and the effect of reducing the capacity of the storage cell can be prevented.
図1は本発明の一実施の形態によるコイン形電気二重層コンデンサの構成を示す断面図である。同図において、金属ケース11と上蓋13の内底面に集電材17をそれぞれ塗布し、一対の分極性電極16がセパレータ18を介して集電材17と接触するように金属ケース11と上蓋13に挿入されている。また、一対の分極性電極16には電解液19が含浸されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a coin-type electric double layer capacitor according to an embodiment of the present invention. In the figure,
そして上蓋13の外周部に形成した折り曲げ部14と金属ケース11の開口部12との間に電気絶縁性を有するリング状パッキン15を配置して金属ケース11の開口部12の先端をカーリングすることにより、リング状パッキン15で上蓋13の折り曲げ部14を外側から包み込んで一対の分極性電極16を収納して気密封口を行っている。
Then, a ring-
なお、気密度をアップするために、金属ケース11のリング状パッキン15との接触面及びリング状パッキン15の上蓋13との接触面にはシール補助材を塗布して封口性を高めることもできる。
In order to increase the airtightness, a sealing auxiliary material can be applied to the contact surface of the metal case 11 with the ring-
また、前記金属ケース11は分極性電極16と接する面を内側に押出した構造を有するもので、その内側に押出した金属ケース11の外面部に階段状の外部端子20をレーザ溶接により接続し、また、前記上蓋13の外面部にも先端が金属ケース11側の外部端子20の先端部と同一面となるように階段状の外部端子21をレーザ溶接により接続した構成とするものである。
Further, the metal case 11 has a structure in which a surface in contact with the
以下、具体的な実施例について説明をする。 Hereinafter, specific examples will be described.
(実施例1)
まず、一対の分極性電極は、平均粒径5μmの石油コークス系活性炭粉末と導電性付与剤として平均粒径0.05μmのカーボンブラック、カルボキシメチルセルロースを溶解した水溶性バインダー溶液(濃度:50%)を10:2:1の重量比に混合して混練機で充分に混練し、この混練品をペレット(φ4mm)に成形した後、このペレットを100℃の大気中で1時間乾燥した。
Example 1
First, a pair of polarizable electrodes is a water-soluble binder solution (concentration: 50%) in which petroleum coke activated carbon powder having an average particle size of 5 μm and carbon black and carboxymethyl cellulose having an average particle size of 0.05 μm as a conductivity-imparting agent are dissolved. Were mixed at a weight ratio of 10: 2: 1 and sufficiently kneaded with a kneader. The kneaded product was formed into pellets (φ4 mm), and then the pellets were dried in the atmosphere at 100 ° C. for 1 hour.
次に、このペレット2枚の間にセパレータを介在させて一対の分極性電極を得て、電解液を含浸させた。この電解液の組成を(表1)に示す。 Next, a pair of polarizable electrodes was obtained by interposing a separator between the two pellets, and impregnated with an electrolytic solution. The composition of this electrolytic solution is shown in (Table 1).
次に、プレス加工により金属ケース(材質:SUS 厚み1.0mm)の中心からペレットの大きさの部分を内面部に押出した部分に、カーボンペーストを塗布して形成し、その表面に前記一対の分極性電極を配置した。 Next, a carbon paste is applied to a portion of the metal case (material: SUS thickness: 1.0 mm) by pressing to a portion where the pellet size is extruded from the center to the inner surface, and the pair of surfaces is formed on the surface. A polarizable electrode was placed.
続いて、金属ケースの内側にリング状パッキンを置き、上蓋(材質:SUS 厚み1.0mm)を被せて金属ケースの外周縁部をカーリングすることにより、リング状パッキンを金属ケースの内底面に密着させるとともに、金属ケースの開口部を密封してコイン形電気二重層コンデンサを作製した(サイズ:直径6.8mm、高さ1.4mm)。 Subsequently, the ring-shaped packing is placed inside the metal case, and the upper lid (material: SUS thickness 1.0 mm) is put on and the outer peripheral edge of the metal case is curled to adhere the ring-shaped packing to the inner bottom surface of the metal case. At the same time, the opening of the metal case was sealed to produce a coin-type electric double layer capacitor (size: diameter 6.8 mm, height 1.4 mm).
次に、内側に押出した金属ケースの外面部に階段状の外部端子(材質:SUS 厚み1.0mm 幅3.0mm)をレーザ溶接により接続した。また、上蓋の外面部にも、先端が金属ケース側の外部端子(材質:SUS 厚み1.0mm 幅3.0mm)の先端部と同一面となるように階段状の外部端子をレーザ溶接により接続した。 Next, stepped external terminals (material: SUS thickness 1.0 mm width 3.0 mm) were connected to the outer surface of the metal case extruded inward by laser welding. Also, a stepped external terminal is connected to the outer surface of the upper lid by laser welding so that the tip is flush with the tip of the external terminal on the metal case side (material: SUS thickness 1.0 mm, width 3.0 mm). did.
(実施例2)
前記実施例1において、金属ケース及び上蓋のSUS材の厚みを1.3mmのものを用いた以外は前記実施例1と同様にしてコイン形電気二重層コンデンサを作製した。
(Example 2)
A coin-type electric double layer capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the SUS material having a thickness of 1.3 mm was used for the metal case and upper lid in Example 1.
(実施例3)
前記実施例1において、金属ケース及び上蓋のSUS材の厚みを1.5mmのものを用いた以外は前記実施例1と同様にしてコイン形電気二重層コンデンサを作製した。
(Example 3)
A coin-type electric double layer capacitor was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the SUS material having a thickness of 1.5 mm was used for the metal case and the upper lid in Example 1.
(実施例4)
前記実施例1において、上蓋の形状を図2に示すように、上蓋の電極と接する面を内側に押出した構造のものを用いた以外は前記実施例1と同様にしてコイン形電気二重層コンデンサを作製した。
Example 4
In the first embodiment, a coin-type electric double layer capacitor is formed in the same manner as in the first embodiment, except that the upper lid has a structure in which the surface in contact with the electrode of the upper lid is extruded inward as shown in FIG. Was made.
(実施例5)
前記実施例1において、金属ケースの外部端子を接続する面を、プレス加工(凸金型の表面に凹凸を設ける)により金属ケースの内側に押出すと同時に凹凸の粗面化(平均表面粗さRa0.2μm)した以外は前記実施例1と同様にしてコイン形電気二重層コンデンサを作製した。
(Example 5)
In Example 1, the surface to which the external terminal of the metal case is connected is extruded into the metal case by pressing (providing irregularities on the surface of the convex mold), and at the same time, the irregularities are roughened (average surface roughness). A coin-type electric double layer capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that Ra 0.2 μm).
(実施例6)
前記実施例4において、上蓋の外部端子を接続する面を、プレス加工(凸金型の表面に凹凸を設ける)により上蓋の内側に押出すと同時に凹凸の粗面化(平均表面粗さRa0.2μm)した以外は前記実施例4と同様にしてコイン形電気二重層コンデンサを作製した。
(Example 6)
In Example 4, the surface to which the external terminal of the upper lid is connected is extruded inside the upper lid by pressing (providing irregularities on the surface of the convex mold) and at the same time roughening of the irregularities (average surface roughness Ra0. A coin-type electric double layer capacitor was fabricated in the same manner as in Example 4 except that 2 μm).
(比較例1)
前記実施例1において、内側に押出していない金属ケース(材質:SUS 厚み1.5mm)と上蓋(材質:SUS 厚み1.5mm)を使用した以外は前記実施例1と同様にしてコイン形電気二重層コンデンサを作製した。
(Comparative Example 1)
In the first embodiment, a coin-type electric double battery was used in the same manner as in the first embodiment except that a metal case (material: SUS thickness 1.5 mm) and an upper lid (material: SUS thickness 1.5 mm) which were not pushed inward were used. A multilayer capacitor was produced.
なお、実施例1〜6と比較例1での外部端子の接続するときのレーザ溶接条件は一定条件で行った。 In addition, the laser welding conditions when connecting the external terminals in Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 were performed under constant conditions.
前記実施例1〜6と比較例1のコイン形電気二重層コンデンサについて、図3に示す温度プロファイルでリフローハンダ付けを行い、その容量変化と漏液の検査結果を(表2)に示す。また、金属ケース及び上蓋の厚みとレーザ溶接との適性を外部端子間の抵抗値より判定した。なお、サンプル数は20個であり、容量変化はリフロー前後の容量変化率である。 The coin-type electric double layer capacitors of Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 are subjected to reflow soldering with the temperature profile shown in FIG. 3, and the change in capacity and the inspection result of liquid leakage are shown in Table 2. In addition, the suitability of the thickness of the metal case and the upper lid and laser welding was determined from the resistance value between the external terminals. The number of samples is 20, and the capacity change is the capacity change rate before and after reflow.
(表2)から明らかなように、前記実施例1〜6のコイン形電気二重層コンデンサは比較例1のコイン形電気二重層コンデンサに比べて、リング状パッキンから外部に漏液がなく、極めて安定したコイン形電気二重層コンデンサを得ることができた。 As can be seen from (Table 2), the coin-type electric double layer capacitors of Examples 1 to 6 have no leakage from the ring packing to the outside as compared with the coin-type electric double layer capacitor of Comparative Example 1. A stable coin-type electric double layer capacitor could be obtained.
また、金属ケース及び上蓋のSUS材の厚みを1.0〜1.3mmにすることにより、外部端子との接続強度が強くなり、その接触抵抗も小さいものが得られる。 Further, by setting the thickness of the SUS material of the metal case and the upper lid to 1.0 to 1.3 mm, the connection strength with the external terminal is increased and the contact resistance is small.
さらに、金属ケース及び上蓋の電極と接する面を内側に押出した構造を有することにより、SUS材の厚みを1.0mmと薄い材料を用いてもレーザ溶接による電極の破損が生じることなく、外部端子との接続強度を維持し、蓄電セルの容量低下を防ぐことができる。 Furthermore, by having a structure in which the surface of the metal case and the upper lid that is in contact with the electrode is pushed inward, the external terminal is not damaged even if a SUS material with a thickness of 1.0 mm is used. The connection strength between the storage cell and the capacity of the storage cell can be prevented from decreasing.
このように本発明のコイン形蓄電セルは、金属ケースの電極と接する面を内側に押出した構造からなり、その外面部に階段状の外部端子を接続することにより、金属ケースの底面部の半分以上がプリント基板から離すことができるため、リフローハンダ付けのときに、プリント基板と接しない部分が空気層となるので高温リフローに対する耐熱性を向上させることができ、プリント基板に占める面積を最小限の面積にすることができるという効果を奏する。また、金属ケースが電極と接する面を内側に押出した構造とすることから、金属ケースの強度が高まるので、従来よりも金属ケースの厚みを薄くすることができ、その結果、外部端子を接続するレーザ溶接強度も低くすることができるので、レーザ溶接による電極の破損が生じなくなり、蓄電セルの容量低下を防ぐことができるという効果を奏するものである。 As described above, the coin-type energy storage cell of the present invention has a structure in which the surface in contact with the electrode of the metal case is pushed inward, and by connecting a stepped external terminal to the outer surface portion thereof, half of the bottom surface portion of the metal case is formed. Since the above can be separated from the printed circuit board, when reflow soldering, the part not in contact with the printed circuit board becomes an air layer, which can improve the heat resistance against high temperature reflow and minimize the area occupied by the printed circuit board. There is an effect that the area can be reduced. Moreover, since the metal case has a structure in which the surface in contact with the electrode is pushed inward, the strength of the metal case is increased, so that the thickness of the metal case can be made thinner than before, and as a result, the external terminal is connected. Since the laser welding strength can also be lowered, the electrode is not damaged by laser welding, and the effect of preventing a reduction in the capacity of the storage cell can be achieved.
なお、本実施の形態では電気二重層コンデンサについて説明をしたが、コイン形電池などのコイン形蓄電セルにも用いることができるものである。 Although the electric double layer capacitor has been described in the present embodiment, it can also be used for a coin-type storage cell such as a coin-type battery.
本発明のコイン形蓄電セルは、高温リフロー時の内圧上昇に耐えうるシール性を有し、鉛フリーのリフローハンダ付けによる面実装が必要な電子機器の主電源及びメモリバックアップ電源として有用である。 The coin-type energy storage cell of the present invention has a sealing property that can withstand an increase in internal pressure during high-temperature reflow, and is useful as a main power source and a memory backup power source for electronic devices that require surface mounting by lead-free reflow soldering.
11 金属ケース
12 金属ケースの開口部
13 上蓋
14 上蓋の折り曲げ部
15 リング状パッキン
16 分極性電極
17 集電材
18 セパレータ
19 電解液
20 金属ケース側の外部端子
21 上蓋側の外部端子
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Claims (3)
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2005
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