JP6274388B2 - Electrochemical cell and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、電気化学セルに関するものであり、特に、正極または負極として用いる活物質と電解液とが容器内に収容されてなる、非水電解質電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学セル及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an electrochemical cell, and in particular, an electrochemical cell such as a nonaqueous electrolyte battery or an electric double layer capacitor in which an active material used as a positive electrode or a negative electrode and an electrolytic solution are accommodated in a container, and its It relates to a manufacturing method.
従来、表面実装可能な非水電解質電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学セルは、例えば、時計機能のバックアップ電源や半導体メモリのバックアップ電源などに使用されている。このような小型の電気化学セルとしては、例えば、蓋と容器とで密封された収容容器内に、一対の電極と、この一対の電極の間に介在されたセパレータと、これら一対の分極性電極に電気的に各々接続される一対の集電体と、容器内に収容された電解液とを備えるものである。 Conventionally, electrochemical cells such as non-aqueous electrolyte batteries and electric double layer capacitors that can be mounted on the surface are used, for example, as a backup power source for a clock function or a backup power source for a semiconductor memory. Such a small electrochemical cell includes, for example, a pair of electrodes, a separator interposed between the pair of electrodes, and a pair of polarizable electrodes in a container sealed with a lid and a container. And a pair of current collectors that are electrically connected to each other, and an electrolytic solution accommodated in the container.
一方、上述のような電気化学セルは、半導体メモリの不揮発化、時計機能素子の低消費電力化等により、大容量、大電流の必要性が減ってきており、むしろ、近年のニーズとしては、実装面積が小さく薄型で、リフローハンダ付けを行うことに対する要求が強くなっている。このリフローハンダ付けは、例えば、予めプリント基板上のハンダ付を行う部分にハンダクリーム等を塗布しておき、その部分に部品を載置するか、あるいは、部品を載置後のハンダ小球(ハンダバンプ)をハンダ付部分に供給し、ハンダ付部分がハンダの融点以上、例えば、250℃以上、さらには300℃以上となるように設定された高温雰囲気の炉内に部品を搭載したプリント基板を通過させることにより、ハンダを溶融させてハンダ付を行う方法である。 On the other hand, the need for large capacity and large current is decreasing due to nonvolatile semiconductor memory, low power consumption of timepiece functional elements, etc. There is an increasing demand for reflow soldering with a small mounting area and a thin shape. In this reflow soldering, for example, a solder cream or the like is applied in advance to a part to be soldered on a printed circuit board, and a part is placed on the part, or a solder ball after placing the part ( Solder bump) is supplied to a soldered part, and a printed circuit board having components mounted in a furnace in a high-temperature atmosphere set so that the soldered part is higher than the melting point of the solder, for example, 250 ° C. or higher, further 300 ° C. or higher. This is a method of performing soldering by melting the solder by passing it through.
また、従来の電気化学セルである非水電解質電池や電気二重層キャパシタは、コインやボタンのような丸い形状であるため、リフローハンダ付けを行うには外部端子等をケースにあらかじめ溶接しておく必要があることから、部品点数や製造工数の増加という点でコストアップとなっていた。また、従来は、基板上に外部端子のスペースを設ける必要がある等、小型化に限界があった。このため、電極や電解液を収容する外装体としてベースセラミック製容器を用い、かつ、外部端子を具備した構成の非水電解質電池や電気二重層キャパシタ等が検討されるようになった(例えば、特許文献1を参照)。 In addition, conventional non-aqueous electrolyte batteries and electric double layer capacitors, which are conventional electrochemical cells, have a round shape like a coin or button, so external terminals are welded to the case in advance for reflow soldering. Since it is necessary, the cost has been increased in terms of an increase in the number of parts and the number of manufacturing steps. Conventionally, there has been a limit to miniaturization, for example, it is necessary to provide a space for external terminals on a substrate. For this reason, a non-aqueous electrolyte battery, an electric double layer capacitor, or the like having a configuration in which a base ceramic container is used as an exterior body that accommodates an electrode and an electrolytic solution and an external terminal is provided has been studied (for example, (See Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に記載のような、従来の構成の非水電解質電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学セルでは、タングステンやニッケル、金等で形成された正極集電体が容器内部で電解液と接触し、かつ、電圧が印加されることから、電解腐食によって溶解・断線してしまうという問題があった。
However, in an electrochemical cell such as a non-aqueous electrolyte battery or an electric double layer capacitor having a conventional configuration as described in
さらに、近年では、環境発電機器(エナジー・ハーベスティング機器)に搭載される電気二重層キャパシタに対し、顧客の要求が高くなっており、従来の携帯機器向けのバックアップ用途向けの電気二重層キャパシタと比較して、温度変化や湿度変化が格段に大きい過酷な環境下で使用する際の安定的な性能維持が要求されるようになっている。 Furthermore, in recent years, customer demands for electric double layer capacitors mounted on energy harvesting devices (energy harvesting devices) have increased, and electric double layer capacitors for backup applications for conventional portable devices In comparison, it is required to maintain stable performance when used in a harsh environment where temperature changes and humidity changes are significantly large.
上述のような問題を解決するため、正極集電体と正極との間に、導電性接着剤からなる保護層を設けたチップ型の電気化学セルが提案されている(例えば、特許文献2を参照)。特許文献2に記載の技術によれば、正極集電体を覆う保護層を導電性接着剤によって形成することで、緻密で厚い膜を安価に形成でき、かつ、信頼性の高い電気化学セルが得られる。
In order to solve the above problems, a chip-type electrochemical cell in which a protective layer made of a conductive adhesive is provided between a positive electrode current collector and a positive electrode has been proposed (for example, Patent Document 2). reference). According to the technique described in
また、活性炭を主成分とする電極が、ポリイミド樹脂又はポリアミドイミド樹脂をバインダー成分として含む炭素系導電性接着層を介して、集電体に接合された構成の電気化学セルも提案されている(例えば、特許文献3を参照)。特許文献3に記載の技術によれば、充放電サイクルを繰り返した際の容量劣化と内部抵抗の上昇が小さく、長期間使用時の作動信頼性が高められるものとされている。
In addition, an electrochemical cell having a configuration in which an electrode mainly composed of activated carbon is joined to a current collector through a carbon-based conductive adhesive layer containing a polyimide resin or a polyamideimide resin as a binder component has also been proposed ( For example, see Patent Document 3). According to the technique described in
一方、従来の構成の電気化学セルを用いて、上述したようなリフローハンダ付けを行うことで高温雰囲気に曝される条件とした場合には、電極と集電体との間が剥離してしまい、電極と集電体との間の接触抵抗が上昇し、内部抵抗が高くなる。これは、チップ型電気化学セル、特に、電解液の含浸性の高い電極を用いた耐熱性の電気二重層キャパシタ等を用い、工程におけるリフローの繰り返しを行った場合に、特に顕著に発生する。そして、電気化学セルの内部抵抗が上昇すると、充放電効率が低下し、素子特性が低下するという問題があった。 On the other hand, when the electrochemical cell having the conventional configuration is subjected to reflow soldering as described above and exposed to a high temperature atmosphere, the electrode and the current collector are separated. The contact resistance between the electrode and the current collector increases and the internal resistance increases. This is particularly noticeable when reflow is repeated in the process using a chip-type electrochemical cell, in particular, a heat-resistant electric double layer capacitor using an electrode having a high electrolyte impregnation property. And when the internal resistance of an electrochemical cell rose, there existed a problem that charging / discharging efficiency fell and an element characteristic fell.
また、特許文献2、3に記載の電気化学セルのように、電極上に従来の構成の保護層を形成した場合であっても、リフローの繰り返しによるハンダ付けを行うことで高温雰囲気に曝された場合には、上記同様、電極、保護膜及び集電体の各々の間に剥離が生じ、内部抵抗が上昇して充放電効率が低下するという問題があった。
Moreover, even when a protective layer having a conventional structure is formed on an electrode as in the electrochemical cells described in
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、リフローハンダ付けに相当する熱処理を繰り返し行うことと同様の過酷な高温雰囲気に曝された場合であっても、電極の剥離等が生じることが無く、内部抵抗の上昇を防止することができ、充放電効率が高く、耐熱性を要求される過酷な使用環境下においても信頼性が高く、電気的特性に優れた電気化学セルを提供することを目的とする。
また、本発明は、上記の電気化学セルの製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and even when exposed to a severe high-temperature atmosphere similar to repeated heat treatment corresponding to reflow soldering, electrode peeling or the like occurs. In addition, the electrochemical cell can prevent an increase in internal resistance, has high charge / discharge efficiency, is highly reliable even in harsh usage environments that require heat resistance, and has excellent electrical characteristics. For the purpose.
Moreover, this invention aims at providing the manufacturing method of said electrochemical cell.
上記の問題を解決するために、本発明の電気化学セルは、正極集電体と、負極集電体と、正極と、負極と、前記正極と前記負極とを分離するセパレータと、電解液と、前記正極と前記負極と前記セパレータと前記電解液とを収納するベース容器と、前記容器を封止する蓋とからなり、前記正極集電体及び前記負極集電体と電気的に接続された各々の外部端子を介して充放電が可能な電気化学セルであって、前記容器は、容器底部と、容器壁部とを有し、前記正極と前記負極とが、前記正極が前記容器底部側に配置されるように、前記セパレータを介して対向配置され、かつ、前記正極の前記容器底部側に前記正極集電体が配置されるとともに、前記負極側に前記負極集電体が配置されており、前記正極と前記正極集電体及び前記容器底部との間に、ポリアミック酸の加熱焼成物と、平均粒径が23〜36nmのカーボン、及び黒鉛の微粒子の混合物とからなる良電性の保護層が設けられ、前記正極と前記正極集電体とが前記保護層を介して電気的に接続されてなることを特徴とする。 In order to solve the above problems, an electrochemical cell of the present invention includes a positive electrode current collector, a negative electrode current collector, a positive electrode, a negative electrode, a separator that separates the positive electrode and the negative electrode, an electrolyte solution, The positive electrode, the negative electrode, the separator, and a base container that stores the electrolyte solution, and a lid that seals the container, and is electrically connected to the positive electrode current collector and the negative electrode current collector. An electrochemical cell that can be charged / discharged via each external terminal, wherein the container has a container bottom and a container wall, and the positive electrode and the negative electrode are connected to the container on the container bottom side. And the positive electrode current collector is disposed on the container bottom side of the positive electrode, and the negative electrode current collector is disposed on the negative electrode side. The positive electrode, the positive electrode current collector and the container bottom. In a heating burned material of polyamic acid, the average particle size is 23~36nm carbon, and mixtures comprising a good conductive protective layer of fine particles is provided in the graphite, the is the positive electrode and the positive electrode collector the It is electrically connected through a protective layer.
また、本発明の電気化学セルは、正極集電体と、負極集電体と、正極と、負極と、前記正極と前記負極とを分離するセパレータと、電解液と、前記正極と前記負極と前記セパレータと前記電解液とを収納するベース容器と、前記容器を封止する蓋とからなり、前記正極集電体及び前記負極集電体と電気的に接続された各々の外部端子を介して充放電が可能な電気化学セルであって、前記容器は、容器底部と、容器壁部と、前記容器底部と前記容器壁部との間に配置されスペーサーとからなるとともに、前記スペーサーが貫通する溝部を有しており、前記正極集電体は、前記容器底部と前記スペーサーの間に形成され、かつ、前記溝部に露出している面が、ポリアミック酸の加熱焼成物と、平均粒径が23〜36nmのカーボン、及び黒鉛の微粒子の混合物とからなる良電性の保護層によって被覆され、前記正極と前記正極集電体とが前記保護層を介して電気的に接続されてなることを特徴とする。
The electrochemical cell of the present invention includes a positive electrode current collector, a negative electrode current collector, a positive electrode, a negative electrode, a separator separating the positive electrode and the negative electrode, an electrolyte, the positive electrode and the negative electrode. A base container that houses the separator and the electrolyte solution, and a lid that seals the container, through each external terminal electrically connected to the positive electrode current collector and the negative electrode current collector An electrochemical cell capable of charging / discharging, wherein the container includes a container bottom, a container wall, a spacer disposed between the container bottom and the container wall, and the spacer passes therethrough. The positive electrode current collector has a groove, and the surface formed between the container bottom and the spacer and exposed to the groove has a polyamic acid heat-fired product and an average particle size. 23~36nm of carbon, and a fine of graphite Coated with a mixture to consist of good conductive protective layer of the child, the positive electrode and the positive electrode current collector is characterized by comprising electrically connected via the protective layer.
上記構成の如く、正極と正極集電体並びに容器底部との間、又は、正極と正極集電体との間に配置されたスペーサーに設けられた溝部に、ポリアミック酸の加熱焼成物と、カーボン及び黒鉛の微粒子の混合物とからなる、良電性の保護層が設けられ、正極と正極集電体とが保護層を介して電気的に接続された構成なので、リフローハンダ付けに相当する熱処理を行うことで高温雰囲気に曝された場合でも、集電体、保護層及び電極の各々の間の固着が強固であり、剥離に伴う接触抵抗・内部抵抗の上昇を防止することができる。これにより、充放電効率が高く、耐熱性及び電気的特性に優れた電気化学セルを提供できる。 As in the above configuration, the polyamic acid calcined product and carbon are formed in the groove provided in the spacer disposed between the positive electrode and the positive electrode current collector and the container bottom, or between the positive electrode and the positive electrode current collector. And a mixture of fine particles of graphite are provided with a good-electricity protective layer, and the positive electrode and the positive electrode current collector are electrically connected via the protective layer, so heat treatment corresponding to reflow soldering is performed. Even when exposed to a high temperature atmosphere, adhesion between the current collector, the protective layer and the electrode is strong, and an increase in contact resistance and internal resistance due to peeling can be prevented. Thereby, it is possible to provide an electrochemical cell having high charge / discharge efficiency and excellent heat resistance and electrical characteristics.
また、前記保護層は、前記ポリアミック酸の加熱焼成物が、低線膨張係数を有するポリイミドであることがより好ましい。
ポリアミック酸の加熱焼成物に、線膨張係数の低いポリイミドを用いることで、再加熱によっても樹脂が溶融せず、また、耐薬品性にも優れていることから、高温雰囲気に曝された場合であっても、集電体、保護層及び電極の各々の間の固着力が高められる作用がより顕著となり、耐熱性及び電気的特性に優れたものとなる。
Moreover, as for the said protective layer, it is more preferable that the heat-firing thing of the said polyamic acid is a polyimide which has a low linear expansion coefficient.
By using polyimide with a low coefficient of linear expansion for the heat-fired product of polyamic acid, the resin does not melt even when reheated, and it also has excellent chemical resistance, so when exposed to a high temperature atmosphere Even if it exists, the effect | action which raises the adhesive force between each of a collector, a protective layer, and an electrode becomes more remarkable, and it becomes what was excellent in heat resistance and an electrical property.
また、前記保護層は、前記カーボンが、カーボンブラック、カーボンファイバー及びカーボンナノチューブの内の少なくとも1種以上を含むものであることがより好ましい。
これらのカーボンは、黒鉛の微粒子と混合して用いることで、保護層をなすペーストの抵抗値を下げることが可能となる。また、上記同様、高温雰囲気に曝された場合であっても、集電体、保護層及び電極の各々の間の固着力が高められる作用がより顕著となり、耐熱性及び電気的特性に優れたものとなる。
The protective layer, the carbon, carbon black, and more preferably contains at least one or more of Ca over carbon fibers and carbon nanotubes.
These carbons can be mixed with graphite fine particles to reduce the resistance value of the paste forming the protective layer. In addition, as described above, even when exposed to a high-temperature atmosphere, the action of increasing the adhesion between the current collector, the protective layer and the electrode becomes more remarkable, and the heat resistance and electrical characteristics are excellent. It will be a thing.
また、前記保護層は、前記黒鉛の微粒子の比表面積が20m2/g以下であり、かつ、その平均粒度が10μm以下であることがより好ましい。
黒鉛の微粒子は、導電性が非常に高い材料であるが、さらに、比表面積及び平均粒度が上記範囲のものを用いることにより、十分な容量を確保することができるとともに、上記同様、集電体、保護層及び電極の各々の間の固着力が高められる作用がより顕著となり、耐熱性及び電気的特性に優れたものとなる。
The protective layer more preferably has a specific surface area of the graphite fine particles of 20 m 2 / g or less and an average particle size of 10 μm or less.
The graphite fine particles are a material having very high electrical conductivity, and furthermore, by using a material having a specific surface area and an average particle size within the above range, a sufficient capacity can be secured, and as in the above case, a current collector The action of increasing the fixing force between the protective layer and the electrode becomes more prominent, and the heat resistance and electrical characteristics are excellent.
また、前記保護層は、前記カーボンと前記黒鉛の微粒子との混合比が8:30〜19:19(5:5)の範囲とされたものであることがより好ましい。
カーボンと黒鉛の微粒子との混合比を上記範囲とすることにより、上記同様、集電体、保護層及び電極の各々の間の剥離防止効果や、接触抵抗を低減させる効果がさらに顕著となり、耐熱性及び電気的特性に優れたものとなる。
More preferably, the protective layer has a mixing ratio of the carbon and the graphite fine particles in the range of 8:30 to 19:19 ( 5: 5 ) .
By making the mixing ratio of carbon and graphite fine particles in the above range, the effect of preventing peeling between the current collector, the protective layer and the electrode, and the effect of reducing contact resistance become more prominent as described above. Excellent in electrical properties and electrical characteristics.
また、前記保護層は、形成時に用いられるポリアミック酸の加熱焼成物を含むバインダーの成分が、固形分の比率が40wt%以上80wt%未満の範囲とされた構成としても良い。 In addition, the protective layer may have a configuration in which a binder component including a fired product of polyamic acid used at the time of formation has a solid content in a range of 40 wt% or more and less than 80 wt%.
また、前記正極集電体上に、該正極集電体を保護するアルミニウム層が設けられている構成を採用しても良い。
このように、正極集電体上にアルミニウム層を設けることで、タングステン等からなる正極集電体が、弁作用金属であるアルミニウムによって保護されるため、正極集電体の耐食性をさらに向上させることが可能となる。
Moreover, you may employ | adopt the structure by which the aluminum layer which protects this positive electrode collector is provided on the said positive electrode collector.
As described above, by providing the aluminum layer on the positive electrode current collector, the positive electrode current collector made of tungsten or the like is protected by aluminum which is a valve action metal, so that the corrosion resistance of the positive electrode current collector is further improved. Is possible.
また、本発明の電気化学セルの製造方法は、上記の何れかの電気化学セルを製造する方法であり、前記容器内の容器底部に形成した前記正極集電体上に前記正極を形成した後、前記正極上に前記セパレータを形成し、次いで、前記セパレータと接続するように前記負極を形成することで、前記セパレータを介して前記正極と前記負極とを接続させ、さらに、前記容器内の前記負極側に前記負極集電体を形成する電極配置工程と、前記容器内に前記電解液を注入する注入工程と、前記負極上に前記蓋を重ね合わせることで、前記容器の開口部を前記蓋で覆って封止する密封工程と、を少なくとも具備してなり、さらに、前記電極配置工程は、前記正極と前記正極集電体及び前記容器底部との間、又は、前記容器底部と前記容器壁部との間に配置され、かつ、前記正極と前記正極集電体との間に設けられるスペーサーを貫通する溝部に、ポリアミック酸の加熱焼成物と、平均粒径が23〜36nmのカーボン、及び黒鉛の微粒子の混合物とからなる良電性の保護層を形成する工程を含むこと、を特徴とする。
The electrochemical cell manufacturing method of the present invention is a method for manufacturing any one of the above electrochemical cells, wherein the positive electrode is formed on the positive electrode current collector formed on the bottom of the container in the container. Forming the separator on the positive electrode, and then forming the negative electrode so as to be connected to the separator, thereby connecting the positive electrode and the negative electrode through the separator, and further, An electrode disposing step for forming the negative electrode current collector on the negative electrode side, an injecting step for injecting the electrolytic solution into the container, and overlapping the lid on the negative electrode, thereby opening the opening of the container to the lid A sealing step of covering and sealing with, and further, the electrode placement step is performed between the positive electrode and the positive electrode current collector and the container bottom, or between the container bottom and the container wall. Placed between It is, and the positive electrode and the groove extending through the spacer provided between the positive electrode current collector, and heating the calcined product of the polyamic acid, the average particle size is 23~36nm carbon, and a mixture of graphite particles And a step of forming a good-electricity protective layer comprising:
上記のように、電極配置工程が、正極と正極集電体及び容器底部との間、又は、正極と正極集電体との間に設けられるスペーサーを貫通する溝部に、ポリアミック酸の加熱焼成物と、カーボン及び黒鉛の微粒子の混合物とからなる良電性の保護層を形成する工程を含む方法を採用することにより、連続的な高温雰囲気下における、集電体、保護層及び電極の各々の間の固着力を高めることができる。これにより、集電体、保護層及び電極の各々の間に剥離が生じることがなく、これに伴う接触抵抗・内部抵抗の上昇を防止することができるので、優れた充放電効率を有する電気化学セルを製造することが可能となる。 As described above, the electrode placement step is performed by heating and baking the polyamic acid between the positive electrode and the positive electrode current collector and the bottom of the container, or in the groove portion passing through the spacer provided between the positive electrode and the positive electrode current collector. Each of the current collector, the protective layer, and the electrode in a continuous high-temperature atmosphere by adopting a method including a step of forming a good electric protective layer comprising a mixture of carbon and graphite fine particles. The adhesion force between them can be increased. As a result, no peeling occurs between the current collector, the protective layer, and the electrode, and an increase in contact resistance and internal resistance associated therewith can be prevented. The cell can be manufactured.
また、前記電極配置工程は、前記保護層を形成する工程を、ポリアミック酸の加熱焼成物を含むバインダーと、カーボン及び黒鉛の微粒子の混合物とを混合した後、固化後の固形分の3倍未満となる添加量で希釈溶媒を添加することでペーストを調整し、次いで、このペーストを、前記正極集電体及び前記容器底部の上、又は、前記スペーサーに形成された溝部内に露出する前記正極集電体の上に塗布した後、加熱硬化させる工程としても良い。 Further, the electrode disposing step is less than 3 times the solid content after solidification after mixing the binder containing the heat-fired product of polyamic acid and the mixture of fine particles of carbon and graphite in the step of forming the protective layer. The paste is prepared by adding a diluting solvent in an addition amount to be, and then the paste is exposed on the cathode current collector and the bottom of the container or in the groove formed in the spacer. It is good also as the process of heat-hardening, after apply | coating on a collector.
電極配置工程における保護層を形成する工程を上記適正条件とすることにより、集電体、保護層及び電極の各々の間の固着力が高められるので、剥離が生じることがなく、接触抵抗・内部抵抗の上昇を防止できる作用がより顕著に得られる。 By making the step of forming the protective layer in the electrode placement step the above appropriate conditions, the adhesion force between the current collector, the protective layer and the electrode can be increased, so that peeling does not occur and contact resistance / internal The effect of preventing an increase in resistance can be obtained more remarkably.
本発明の電気化学セルによれば、上述のような、材料の選定や混合比が適正化された構成の保護膜を備えることにより、リフローハンダ付けに相当する熱処理を繰り返し行うことと同様の過酷な高温雰囲気に曝された場合でも、集電体、保護層及び電極の各々の間の固着が強固であり、剥離に伴う接触抵抗・内部抵抗の上昇を防止することができる。これにより、充放電効率が高く、耐熱性を要求される過酷な使用環境下においても信頼性が高く、電気的特性に優れた電気化学セルを提供することができる。 According to the electrochemical cell of the present invention, by providing the protective film having a configuration in which the selection of materials and the mixing ratio are optimized as described above, the same harshness as repeated heat treatment corresponding to reflow soldering is performed. Even when exposed to a high temperature atmosphere, the current collector, the protective layer, and the electrodes are firmly fixed to each other, and an increase in contact resistance and internal resistance due to peeling can be prevented. Thereby, it is possible to provide an electrochemical cell that has high charge / discharge efficiency, high reliability, and excellent electrical characteristics even in a severe use environment that requires heat resistance.
また、本発明の電気化学セルの製造方法によれば、上述のように、正極と正極集電体及び容器底部との間、又は、正極と正極集電体との間に設けられるスペーサーを貫通する溝部に、ポリアミック酸の加熱焼成物とカーボン及び黒鉛の微粒子の混合物とからなる良電性の保護層を形成する工程を含むことにより、連続的な高温雰囲気下における、集電体、保護層及び電極の各々の間の固着力を高めることができる。これにより、集電体、保護層及び電極の各々の間に剥離が生じることがなく、これに伴う接触抵抗・内部抵抗の上昇を防止することができる。従って、工程における取り扱い性に優れ、歩留まりが高く、また、優れた充放電効率を有し、耐熱性及び電気的特性に優れた電気化学セルを製造することが可能となる。 Moreover, according to the method for producing an electrochemical cell of the present invention, as described above, a spacer provided between the positive electrode and the positive electrode current collector and the container bottom, or between the positive electrode and the positive electrode current collector is penetrated. Current collector, protective layer in a continuous high-temperature atmosphere by including a step of forming a good-electricity protective layer comprising a heat-fired product of polyamic acid and a mixture of fine particles of carbon and graphite in the groove portion And the adhesion between each of the electrodes can be increased. Thereby, peeling does not occur between each of the current collector, the protective layer, and the electrode, and an increase in contact resistance and internal resistance associated therewith can be prevented. Therefore, it is possible to produce an electrochemical cell that is excellent in handling in the process, has a high yield, has excellent charge / discharge efficiency, and has excellent heat resistance and electrical characteristics.
以下、本発明の電気化学セルの実施形態として、非水電解質電池及び電気二重層キャパシタの第1及び第2の実施形態を挙げ、それらの各構成及び製造方法について図面を参照しながら詳述する。
なお、本発明で説明する電気化学セルとは、具体的には、正極または負極として用いる活物質と電解液とが容器内に収容されてなる、非水電解質電池や電気二重層キャパシタ等を指し、本実施形態においても、これらを例に挙げて説明する。
Hereinafter, first and second embodiments of a nonaqueous electrolyte battery and an electric double layer capacitor will be given as embodiments of the electrochemical cell of the present invention, and their respective configurations and manufacturing methods will be described in detail with reference to the drawings. .
The electrochemical cell described in the present invention specifically refers to a nonaqueous electrolyte battery, an electric double layer capacitor, or the like in which an active material used as a positive electrode or a negative electrode and an electrolytic solution are accommodated in a container. Also in the present embodiment, these will be described as examples.
[第1の実施形態]
本発明の電気化学セルの第1の実施形態である非水電解質電池及び電気二重層キャパシタと、その製造方法について、図面を参照しながら以下に説明する。
[First Embodiment]
A nonaqueous electrolyte battery and an electric double layer capacitor, which are the first embodiment of the electrochemical cell of the present invention, and a manufacturing method thereof will be described below with reference to the drawings.
「電気二重層キャパシタ(非水電解質電池)」
図1に示す第1の実施形態の電気二重層キャパシタ(非水電解質電池)Aは、いわゆるチップ型のもので、長さ2〜3mm×幅2〜3mm×高さ0.2〜1mmの略直方体のものである。この電気二重層キャパシタAは、正極集電体7と、負極集電体6と、正極9と、負極8と、正極9と負極8とを分離するセパレータ10と、電解液と、正極9と負極8とセパレータ10と電解液とを収納するベース容器(容器)1Aと、この容器1Aを封止する蓋4とからなり、正極集電体7及び負極集電体6と電気的に接続された各々の外部端子70、60を介して充放電が可能とされている。
“Electric Double Layer Capacitors (Nonaqueous Electrolyte Batteries)”
The electric double layer capacitor (non-aqueous electrolyte battery) A according to the first embodiment shown in FIG. 1 is a so-called chip type, and is approximately 2 to 3 mm long × 2 to 3 mm wide × 0.2 to 1 mm high. It is a rectangular parallelepiped. The electric double layer capacitor A includes a positive electrode
そして、本実施形態の電気二重層キャパシタAは、容器1Aが、容器底部11と容器壁部12とを有し、正極9と負極8とが、正極が容器底部11側に配置されるようにセパレータ10を介して対向配置され、かつ、正極9の容器底部11側に正極集電体7が配置されるとともに、負極8側に負極集電体6が配置されており、正極9と正極集電体7及び容器底部11との間に、ポリアミック酸の加熱焼成物と、カーボン及び黒鉛の微粒子の混合物とからなる良電性の保護層18Aが設けられ、正極9と正極集電体7とが保護層18Aを介して電気的に接続されてなる構成とされている。また、容器1A内には、図示略の電解液が収容されており、正極9、負極8及びセパレータ10には、上記の電解液が含浸されている。
In the electric double layer capacitor A of the present embodiment, the container 1A has the container bottom 11 and the
(容器及び蓋)
容器1Aは、図1に示すように、容器底部11と容器壁部12とを有した有底四角筒状とされており、例えば、セラミック材料からなるものである。また、容器1Aには、容器壁部12の上の開口部周縁に、セラミック材料と熱膨張係数が近いコバール材料を用いたシールリング3が、銀ろうや金ろう等のろう材5で接合されている。そして、本実施形態の電気二重層キャパシタAにおいては、シールリング3を介して蓋4と容器1Aとが密封された状態で構成される。
容器1Aの各部位の厚さとしては、特に限定されないが、例えば、0.15〜0.25mm程度とすることができる。
(Container and lid)
As shown in FIG. 1, the
Although it does not specifically limit as thickness of each site | part of 1 A of containers, For example, it can be set as about 0.15-0.25 mm.
容器底部11及び容器壁部12からなる容器1Aの材料としては、上記のセラミック材料の他、例えば、ガラス、プラスチック、アルミナ等の絶縁性を有する耐熱材料が挙げることができる。
シールリング3としては、コバール等にニッケルメッキが施されたもの等が挙げられる。
また、ろう材5としては、金ろう、銀ろう等、従来公知のろう材が挙げられる。
Examples of the material of the container 1A including the container bottom 11 and the
Examples of the
Examples of the
蓋4は、例えば、コバール(鉄、ニッケル及びコバルトの合金)や42alloy等、ニッケルを50質量%程度含有するニッケル鉄合金等の導電性の金属製の平板に、ニッケルメッキが施されたものである。このニッケルメッキは、シールリング3と溶接するときの接合材となる。
The lid 4 is obtained by applying nickel plating to a conductive metal flat plate such as a nickel-iron alloy containing about 50% by mass of nickel, such as Kovar (alloy of iron, nickel and cobalt) or 42 alloy. is there. This nickel plating serves as a bonding material when welding with the
ここで、蓋4とシールリング3とは、接合時の材質の膨張度と、接合後の冷却によって生じる収縮時の応力とにより、封止部が脆弱することを防止するため、同じ線膨張係数を有する材料を用いることが好ましい。同様に、シールリング3と容器1Aとは、熱による残留応力によって容器1Aが損壊するのを防止するため、線膨張係数の近い材質を選択することが好ましい。この際、例えば、容器1Aの主成分として用いられるアルミナ(Al2O3)は、線膨張係数の代表値(400℃)が7.1×10−6K−1であり、蓋4又はシールリング3の主成分として用いられるコバールは、線膨張係数の代表値が4.9×10−6K−1である。
Here, the lid 4 and the
(正極及び負極)
本実施形態の電気二重層キャパシタAは、凹状とされた容器1A内において、一対の電極である正極9と負極8とが、セパレータ10を介して対向配置されている。正極9は、容器1A内において容器底部11側に配置され、後述の保護層18Aを介して正極集電体7と電気的に接続されるとともに、その一部が保護層18Aを介して容器底部11に接着されている。また、負極8は、図1に示す例においては、接着層13を介して蓋4の内面側に接着され、電気的に接続されている。
(Positive electrode and negative electrode)
In the electric double layer capacitor A of the present embodiment, a
正極9及び負極8としては、例えば、おが屑、椰子殻、ピッチ、コークス、フェノール樹脂等の有機系物質に対し、水蒸気又はアルカリ等を単独もしくは併用した賦活処理を行うことで得られる活性炭粉末を、適当なバインダーと一緒にプレス成型、又は、圧延ロールして用いることができる。また、フェノール系、レーヨン系、アクリル系、ピッチ系などの繊維を不融化及び炭化賦活処理することで、活性炭又は活性炭繊維とし、これをフェルト状、繊維状、紙状、または焼結体状にして用いてもよい。またポリアニリン(PAN)やポリアセンなども利用できる。
As the
また、正極9としては、リチウム含有マンガン酸化物、リチウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケル酸化物、リチウム含有チタン酸化物、三酸化モリブデン、五酸化ニオブ等の従来から知られている活物質に、従来公知のバインダーと導電助剤である黒鉛を混合したものを用いることができる。
Further, as the
また二次電池に使用する負極8としては、炭素、シリコンやシリコン酸化物など従来から知られている活物質に適当なバインダーと導電助剤である黒鉛を混合し用いることができる。
Moreover, as the
(正極集電体及び負極集電体)
正極集電体7は、図1に示す例のように、後述の保護層18Aを介して正極9と電気的に接続され、この正極9の容器底部11側に配置される。また、正極集電体7には、容器底部11に設けられた外部端子70が電気的に接続されている。
また、負極集電体6は、図1に示す例のように、負極8側に配置され、ろう材5、シールリング3、蓋4及び接着層13を介して負極8と電気的に接続されるとともに、容器壁部12から容器底部11に向けて延設される外部端子60に電気的に接続されている。
(Positive electrode current collector and negative electrode current collector)
As in the example shown in FIG. 1, the positive electrode
Further, the negative electrode
これらの正極集電体7及び負極集電体6としては、通常、この分野で用いられる導電性材料を何ら制限無く用いることができる。これら各集電体の材料としては、使用する電解液の種類によって電解腐食を考慮しながら選択する必要があるが、例えば、タングステン、モリブデン、ニッケル、アルミ、金、銀、銅、鉄、クロムや42alloyやステンレスなどの合金、また、これらを複数積層したもの等で構成でき、適宜、選択することが可能である。ここで、特に、集電体材料にアルミを用いた場合、従来の導電ペーストでは電極との間で剥離が生じ易いという問題があることから、詳細を後述するような、本発明に係る構成のペーストからなる保護層を用いることで、有効に固着する効果が発揮される。
As these positive electrode
また、上述したように、容器1Aの外部底面及び外部側面には、正極集電体7と電気的に接続される外部端子70、及び、負極集電体6と電気的に接続される外部端子60が設けられている。これらの各外部端子60、70は、リフローハンダ付けで電気二重層キャパシタAを回路基板上に取り付ける際の外部端子となる。これらの外部端子60、70は、それぞれ、負極集電体6や正極集電体7と一体的に形成することができ、また、同じ材料から構成することができる。また、外部端子60、70の露出面側は、回路基板とリフローハンダ付けされるため、必要に応じて、図示略のニッケルメッキ、金メッキを施すことが好ましい。このようなメッキを施す際に、電解メッキ浴による方法を用いた場合には、正極集電体7や負極集電体6、ろう材5やシールリング3の露出面全面にもメッキが施される。
As described above, the
なお、正極集電体7や負極集電体6を、凹状の容器1Aの内部から外部へ貫通させることで外部端子70や外部端子60を容器1Aの外面に形成する場合には、容器1Aとの密着性が良好な材料を各集電体に採用することで、気密性に優れたものとなる。例えば、容器1Aの材料にセラミックを用いた場合には、このセラミックの焼結温度に耐えうるタングステンやモリブデンを各集電体及び端子に用いる。また、容器1Aの材料に、エポキシ系、ポリイミド系等の熱硬化性樹脂や、ポリスチレン系、ポリフェニレンサルファイド系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリエーテル系等の熱可塑性樹脂を用いた場合には、熱膨張係数の小さい42alloyを各集電体の材料に用いると、リフロー時の熱によっても容器1Aと各集電体6、7の密着性が向上する。ベース容器(容器)1Aと、各集電体6、7及び各外部端子60、70との、材料の組み合わせを上記として構成することで、リフロー炉を通過させた際の気密性が優れた電気化学セルとすることができる。
In the case where the
(セパレータ)
セパレータ10は、正極9と負極8との間に介在され、大きなイオン透過度を有し、機械的強度を有する絶縁膜が用いられる。セパレータ10としては、リフロー炉での実装工程と、蓋4の溶接による熱影響を考慮すると、ガラス繊維を用いることが耐熱安定性の観点から好適であり、例えば、ホウ珪酸ガラス、石英ガラス、鉛ガラス等のガラスの繊維積層体が挙げられる。また、セパレータ10に、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミド、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチエン等の樹脂からなる不織布を用いることも可能である。セパレータ10としては、これらの中でも、ガラス製の繊維積層体を用いることが好ましく、ホウ珪酸ガラス製を用いることがより好ましい。ガラス製の繊維積層体は、上記の耐熱安定性の他、機械強度に優れるとともに、大きなイオン透過度を有するため、内部抵抗を低減して放電容量が向上するという効果が得られる。
(Separator)
The
また、セパレータ10の孔径や厚さ等は、特に限定されないが、電気化学セルが用いられる機器の電流値に基づいて決定する事項である。また、セラミックの多孔質体を用いることもできる。
Moreover, although the hole diameter of the
(保護層)
本発明に係る電気化学セル、即ち、本実施形態の電気二重層キャパシタ(非水電解質電池)Aにおいて用いられる保護層18Aは、ポリアミック酸の加熱焼成物と、カーボン及び黒鉛の微粒子の混合物とからなる良電性の膜からなるものである。本発明においては、正極9と正極集電体7との間に介在される保護層18Aに上記材料を用いることにより、高温環境下における集電体、保護層及び電極の各々の間の固着力が高められ、耐熱性が向上することから、リフローハンダ付け工程における過酷な高温雰囲気に連続的に曝された場合であっても、電極剥離等が生じるのを防止できる。従って、正極9と正極集電体7との間の接触抵抗が上昇するのを抑制でき、ひいては、電気化学セルとしての内部抵抗を低く抑えることが可能となる。
(Protective layer)
The
上述した保護層18Aに用いる、ポリアミック酸の加熱焼成物と、カーボン及び黒鉛の微粒子の混合物は、具体的には、ポリアミック酸の加熱焼成物として、ポリイミドのような線膨張係数の低い材料を用いることが好ましい。ここで説明するポリイミドとしては、例えば、保護層18Aを形成するためのペーストを作製する際に用いる樹脂バインダー等に含まれるものであり、具体的には、絶縁ワニス等が挙げられる。
Specifically, the polyamic acid heat-fired product and the mixture of carbon and graphite fine particles used for the
保護層18Aは、後述の製造方法において、バインダーとしてポリイミド等の熱硬化性樹脂を含むものを用いて得られるものなので、再加熱によっても樹脂が溶融しないことから、リフローハンダ付け用の電気二重層キャパシタや非水電解質電池等の電気化学セルに好適なものとなる。また、ポリイミドは、電解液等の耐薬品性にも優れているので、保護層18Aを形成するためのペーストを作製する際に用いる樹脂バインダーとして、非常に好適である。
Since the
また、本実施形態では、加熱焼成後の保護層18Aが、形成時に用いられるポリアミック酸の加熱焼成物を含むバインダーの成分を、固形分の40wt%以上80wt%未満の範囲程度とすることが好ましい。 Moreover, in this embodiment, it is preferable that the protective layer 18 </ b> A after heating and baking has a component of the binder containing the heated and fired product of polyamic acid used at the time of formation in a range of about 40 wt% or more and less than 80 wt% of solid content. .
本実施形態では、ポリアミック酸の加熱焼成物に、線膨張係数の低いポリイミドを用いることで、高温雰囲気下における、集電体、保護層及び電極の各々の間の固着力をより強固として各々が剥離するのを防止できるので、正極9と正極集電体7との間の接触抵抗の上昇を抑制し、内部抵抗を低く抑える効果がより顕著に得られる。
In the present embodiment, by using polyimide having a low coefficient of linear expansion for the heat-fired product of polyamic acid, the fixing force between each of the current collector, the protective layer, and the electrode is further strengthened in a high temperature atmosphere. Since peeling can be prevented, an increase in contact resistance between the
また、保護層18Aは、カーボン及び黒鉛の微粒子の混合物に用いられる前述のカーボンとして、カーボンブラック、黒鉛、カーボンファイバー及びカーボンナノチューブの内の少なくとも1種以上を含むものを採用することが好ましい。これらのカーボンは、黒鉛に比べて電子伝導性が低いものの、粒子径の小さいカーボンが隙間に入り込むことで、保護層18A全体の抵抗値を下げることが可能となる。また、上記同様、高温雰囲気下における正極〜正極集電体間の固着力が増加して各々が剥離するのを防止できるので、正極9と正極集電体7との間の接触抵抗を低減させ、内部抵抗を低く抑える効果がより顕著に得られる。
The
また、保護層18Aは、カーボンと黒鉛の微粒子との混合物において用いられる、前述の黒鉛の微粒子の比表面積が20m2/g以下であることが好ましい。なおかつ、保護層18Aは、黒鉛の微粒子の平均粒度が10μm以下であることがより好ましい。黒鉛は、導電性が非常に高い材料として知られているが、さらに、その比表面積と平均粒度を上記範囲に制限することにより、十分な容量を確保することができるとともに、上記同様、高温雰囲気下における正極〜正極集電体間の固着力が増加して各々が剥離するのを防止できるので、正極9と正極集電体7との間の接触抵抗を低減させ、内部抵抗を低く抑える効果がより顕著に得られる。
The
本発明においては、保護層18Aとして、上記したカーボンと黒鉛の微粒子との混合物を用いているので、特に、保護層18A全体の抵抗値を低減する顕著な効果が得られる。
In the present invention, since the above-mentioned mixture of carbon and graphite fine particles is used as the
また、本実施形態における保護層18Aは、カーボンと黒鉛の微粒子との混合物において、それらの混合比が0:10〜5:5の範囲とされたものであることがより好ましい。カーボンと黒鉛の微粒子との混合比を上記範囲とすることにより、上述した、高温雰囲気下における正極〜正極集電体間の剥離防止効果や、接触抵抗を低減させる効果がさらに顕著に得られる。
The
また、保護層18Aの厚みとしては、例えば、3〜100μmの範囲の程度とすることが好ましい。保護層18Aの厚みが3μm以下だと、膜中にピンホールが発生するおそれがある。一方、保護層18Aの厚みが100を超えると、容器1A内におけるサイズ等の関係から、正極9や負極8の厚みを薄くする必要が生じることから、電気二重層キャパシタ(非水電解質電池)の容量が低下してしまう。なお、一般に、塗膜の厚さは、使用した原料の粒子サイズよりも大きくなるので、通常、黒鉛の微粒子の平均粒度上限を10μmとした場合には、保護層18Aの厚みを10μm以上とする。
Moreover, as thickness of 18 A of protective layers, it is preferable to set it as the grade of the range of 3-100 micrometers, for example. If the thickness of the
ここで、ポリイミドの前駆体となるポリアミック酸を加熱によって重合させる場合、この加熱の過程において溶媒が揮発することで“す”が発生し易く、さらに、前駆体であるポリアミック酸から1〜2モルの水が発生するため、上記以外にも“す”を生成し易い。このため、ポリアミック酸を加熱焼成したポリイミドを保護層18Aに用いる場合には、上述のカーボンと黒鉛の微粒子との混合物を、1回塗布、乾燥、固化させた後に、さらに、もう一回以上、上述のカーボンと黒鉛の微粒子との混合物を塗工することで、緻密で安定な保護層を形成することが可能となる。
Here, when the polyamic acid that is a polyimide precursor is polymerized by heating, the solvent is volatilized during the heating process, so that “su” is likely to be generated. Further, 1-2 mol from the polyamic acid that is the precursor. In addition to the above, it is easy to generate “su”. For this reason, when the polyimide obtained by heating and baking polyamic acid is used for the
(電解液)
本実施形態の電気二重層キャパシタ(非水電解質電池)Aにおいて、容器1A内に収容されるとともに、正極9、負極8及びセパレータ10に含浸される図示略の電解液としては、特に限定されず、例えば、液体状、固体状、ゲル状のもの等を何ら制限無く用いることができる。液体状及びゲル状の電解液に用いられる有機溶媒としては、例えば、アセトニトリル(AN)、ジエチルエーテル(DEE)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、1,2−ジメトキシエタン(DME)、テトラヒドロフラン(THF)、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、γ−ブチロラクトン(γBL)、スルホラン(SL)、対称鎖状スルホン、非対称鎖状スルホン等が挙げられ、これらを単一または1種類以上を混合し用いことができる。
(Electrolyte)
In the electric double layer capacitor (nonaqueous electrolyte battery) A of the present embodiment, the electrolyte solution (not shown) that is accommodated in the container 1A and impregnated in the
液状及びゲル状の電解液に含まれる電解質としては、(C2H5)4PBF4{略称:TEA}、(C3H7)4PBF4、(CH3)(C2H5)3NBF4{略称:TEMA}、(C2H5)4NBF4、(C2H5)4PPF6、(C2H5)4PCF3SO4、(C2H5)4NPF6、過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、ホウフッ化リチウム(LiBF4)、六フッ化砒素リチウム(LiAsF6)、トリフルオロメタスルホン酸リチウム(LiCF3SO3 )、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム[LiN(CF3SO2)2]、チオシアン塩、アルミニウムフッ化塩、リチウム塩等を用いることができるが、これらに限定されるものではない。 Examples of the electrolyte contained in the liquid electrolyte and the gel electrolyte include (C 2 H 5 ) 4 PBF 4 {abbreviation: TEA}, (C 3 H 7 ) 4 PBF 4 , (CH 3 ) (C 2 H 5 ) 3 NBF 4 {abbreviation: TEMA}, (C 2 H 5 ) 4 NBF 4 , (C 2 H 5 ) 4 PPF 6 , (C 2 H 5 ) 4 PCF 3 SO 4 , (C 2 H 5 ) 4 NPF 6 , Lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium borofluoride (LiBF 4 ), lithium arsenic hexafluoride (LiAsF 6 ), lithium trifluorometasulfonate (LiCF 3 SO 3 ) Bistrifluoromethylsulfonylimide lithium [LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ], thiocyanate, aluminum fluoride, lithium salt, etc. can be used. It is not limited to these.
ゲル状の電解液としては、液体状の電解液をポリマーゲルに含浸させたものとすることができる。ポリマーゲルとしては、ポリエチレンオキシド、ポリメタクリル酸メチル、ポリフッ化ビニリデンが適しているが、これらに限定されるものではない。
また、電解液は、イオン性液体とも呼ばれる常温溶融塩も使用することができる。この場合、常温溶融塩に有機溶媒を混合し、常温や低温での電気伝導度を調整してもよい。上述の常温溶融塩は、カチオンとアニオンの組み合わせから成る。
As the gel electrolyte, a polymer electrolyte impregnated with a liquid electrolyte can be used. Polyethylene oxide, polymethyl methacrylate, and polyvinylidene fluoride are suitable as the polymer gel, but are not limited thereto.
Moreover, room temperature molten salt also called ionic liquid can also be used for electrolyte solution. In this case, an organic solvent may be mixed with the room temperature molten salt to adjust the electrical conductivity at room temperature or low temperature. The above-mentioned room temperature molten salt consists of a combination of a cation and an anion.
イミダゾリウムカチオン、テトラアルキルアンモニウムカチオン、ピリジニウムカチオン、ピラゾリウムカチオン、ピロリウムカチオン、ピロリニウムカチオン、ピロリジニウムカチオンがキャパシタに用いる常温溶融塩として適している。中でも、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムカチオン(EMI+)は電気伝導率が特に高くキャパシタの電解液に適している。 Imidazolium cations, tetraalkylammonium cations, pyridinium cations, pyrazolium cations, pyrrolium cations, pyrrolinium cations, and pyrrolidinium cations are suitable as room temperature molten salts for use in capacitors. Among them, 1-ethyl-3-methylimidazolium cation (EMI +) has a particularly high electric conductivity and is suitable for an electrolytic solution of a capacitor.
イミダゾリウムカチオンには、ジアルキルイミダゾリウムカチオンとトリアルキルイミダゾリウムカチオンが含まれる。具体的には、1,3−ジメチルイミダゾリウムカチオン(DMI+)、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムカチオン(EMI+)、1−メチル−3−エチルイミダゾリウムカチオン(MEI+)、1−メチル−3−ブチルイミダゾリウムカチオン(MBI+)、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムカチオン(BMI+)、1,2,3−トリメチルイミダゾリウムカチオン(TMI+)、1,2−ジメチル−3−エチルイミダゾリウムカチオン(DMEI+)、1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムカチオン(DMPI+)、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムカチオン(BDMI+)等を用いることができるが、これらには限定されない。 The imidazolium cation includes a dialkyl imidazolium cation and a trialkyl imidazolium cation. Specifically, 1,3-dimethylimidazolium cation (DMI + ), 1-ethyl-3-methylimidazolium cation (EMI + ), 1-methyl-3-ethylimidazolium cation (MEI + ), 1- Methyl-3-butylimidazolium cation (MBI + ), 1-butyl-3-methylimidazolium cation (BMI + ), 1,2,3-trimethylimidazolium cation (TMI + ), 1,2-dimethyl-3 -Ethylimidazolium cation (DMEI + ), 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium cation (DMPI + ), 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium cation (BDMI + ) and the like can be used. However, it is not limited to these.
ピリジニウムカチオンとしては、N−エチルピリジニウムカチオン(EP+)、N−n−ブチルピリジニウムカチオン、N−s−ブチルピリジニウムカチオン、N−n−プロピルピリジニウムカチオン、1−エチル−2−メチルピリジニウムカチオン、1−n−ヘキシル−2−メチルピリジニウムカチオン、1−n−ブチル−4−メチルピリジニウムカチオン、1−n−ブチル−2,4−ジメチルピリジニウムカチオン等を用いることができるが、これらには限定されない。 Examples of the pyridinium cation include N-ethylpyridinium cation (EP + ), Nn-butylpyridinium cation, Ns-butylpyridinium cation, Nn-propylpyridinium cation, 1-ethyl-2-methylpyridinium cation, 1 Although -n-hexyl-2-methylpyridinium cation, 1-n-butyl-4-methylpyridinium cation, 1-n-butyl-2,4-dimethylpyridinium cation, etc. can be used, it is not limited to these.
ピラゾリウムカチオンとしては、1,2−ジメチルピラゾリウムカチオン、1−エチル−2−メチルピラゾリウムカチオン、1−プロピル−2−メチルピラゾリウムカチオン、1−ブチル−2−メチルピラゾリウムカチオン等が挙げられるが、これらには限定されない。 Examples of the pyrazolium cation include 1,2-dimethylpyrazolium cation, 1-ethyl-2-methylpyrazolium cation, 1-propyl-2-methylpyrazolium cation, 1-butyl-2-methylpyrazo Examples include, but are not limited to, a lithium cation.
ピロリウムカチオンとしては、1,1−ジメチルピロリウムカチオン、1−エチル−1−メチルピロリウムカチオン、1−メチル−1−プロピルピロリウムカチオン、1−ブチル−1−メチルピロリウムカチオン等が挙げられるが、これらには限定されない。 Examples of the pyrrolium cation include 1,1-dimethylpyrrolium cation, 1-ethyl-1-methylpyrrolium cation, 1-methyl-1-propylpyrrolium cation, 1-butyl-1-methylpyrrolium cation and the like. However, it is not limited to these.
ピロリニウムカチオンとしては、1,2−ジメチルピロリニウムカチオン、1−エチル−2−メチルピロリニウムカチオン、1−プロピル−2−メチルピロリニウムカチオン、1−ブチル−2−メチルピロリニウムカチオン等が挙げられるが、これらには限定されない。 Examples of the pyrrolium cation include 1,2-dimethylpyrrolium cation, 1-ethyl-2-methylpyrrolium cation, 1-propyl-2-methylpyrrolium cation, 1-butyl-2-methylpyrrolium cation and the like. However, it is not limited to these.
ピロリジニウムカチオンとしては、1,1−ジメチルピロリジニウムカチオン、1−エチル−1−メチルピロリジニウムカチオン、1−メチル−1−プロピルピロリジニウムカチオン、1−ブチル−1−メチルピロリジニウムカチオン等が挙げられるが、これらには限定されない。 Examples of pyrrolidinium cations include 1,1-dimethylpyrrolidinium cation, 1-ethyl-1-methylpyrrolidinium cation, 1-methyl-1-propylpyrrolidinium cation, and 1-butyl-1-methylpyrrolidinium. Examples thereof include, but are not limited to, nium cations.
アニオンとしては、AlCl4 −、Al2Cl7 −、HF−、NO2 −、NO3 −、BF4 −、PF6 −、AsF6 −、SbF6 −、NbF6 −、TaF6 −、CH3CO2 −、CF3CO2 −、C3F7CO2 −、CH3SO3 −、CF3SO3 −、C4F9SO3 −、N(CF3SO2)2 −、N(C2F5SO2)2 −、C(CF3SO2)3 −、N(CN)2 −が用いられる。
Anions include AlCl 4 − , Al 2 Cl 7 − , HF − , NO 2 − , NO 3 − , BF 4 − , PF 6 − , AsF 6 − , SbF 6 − , NbF 6 − , TaF 6 − , CH 3 CO 2 − , CF 3 CO 2 − , C 3 F 7 CO 2 − , CH 3 SO 3 − , CF 3 SO 3 − , C 4 F 9 SO 3 − , N (CF 3 SO 2 ) 2 − , N (C 2 F 5 SO 2) 2 -, C (
また、容器1A内における電解液の量についても、特に限定されるものではなく、本実施形態の保護層18Aは、沸点の高い溶媒を用いた場合、あるいは、低沸点の溶媒を用いた場合の何れであっても強固な結着を維持できることから、非水溶媒の種類や、容器サイズ、空隙率等を勘案しながら適宜決定すれば良い。
Further, the amount of the electrolytic solution in the container 1A is not particularly limited, and the
本実施形態の電気二重層キャパシタ(非水電解質電池)Aによれば、特に、正極9と正極集電体7並びに容器底部11との間に、上述のような、ポリアミック酸の加熱焼成物と、カーボン及び黒鉛の微粒子の混合物とからなる保護層18Aが設けられ、正極9と正極集電体7とが保護層18Aを介して電気的に接続された構成を採用している。正極9と正極集電体7との間に介在される保護層18Aに上記材料を用いることにより、高温環境下における集電体、保護層及び電極の各々の間の固着力が高められ、耐熱性が向上することから、リフローハンダ付け工程における過酷な高温雰囲気に連続的に曝された場合であっても、電極剥離等が生じるのを防止できる。従って、正極9と正極集電体7との間の接触抵抗が上昇するのを抑制でき、ひいては、電気化学セルとしての内部抵抗を低く抑えることが可能となり、充放電効率が高く、耐熱性及び電気的特性に優れた電気化学セルを提供できる。
According to the electric double layer capacitor (nonaqueous electrolyte battery) A of the present embodiment, in particular, between the
なお、本発明においては、正極集電体7や負極集電体6として、上述した材料以外にも、例えば、アルミニウム製蒸着層をサポート材に用いた集電体の他、発泡金属を用いた集電体材料(例えば、本出願人が提案した特開2006−164947号公報や特許第3188853号公報を参照)等、従来から用いられている集電体材料を何ら制限無く採用することができる。そして、本発明では、このような材料からなる正極集電体を用いた場合であっても、上記同様、保護層18Aを設けることで、過酷な高温雰囲気に連続的に曝される環境下においても電極剥離等が生じるのを防止でき、内部抵抗を抑制できるので、充放電効率が高く、耐熱性及び電気的特性に優れた電気化学セルが実現できる。
In the present invention, as the positive electrode
「製造方法」
次に、本発明の電気化学セルである電気二重層キャパシタ(非水電解質電池)の製造方法について説明する。
本実施形態の好ましい態様である電気二重層キャパシタの製造方法は、上記構成の電気二重層キャパシタAを製造する方法であり、容器1A内の容器底部11に形成した正極集電体7上に正極9を形成した後、正極9上にセパレータ10を形成し、次いで、セパレータ10と接続するように負極8を形成することで、セパレータ10を介して正極9と負極8とを接続させ、さらに、容器1A内の負極8側に負極集電体6を形成する「電極配置工程」と、容器1A内に電解液を注入する「注入工程」と、負極上に蓋4を重ね合わせることで、容器1Aの開口部1aを蓋4で覆って封止する「密封工程」と、を少なくとも具備した方法である。
"Production method"
Next, the manufacturing method of the electric double layer capacitor (nonaqueous electrolyte battery) which is the electrochemical cell of this invention is demonstrated.
The manufacturing method of the electric double layer capacitor which is a preferable aspect of the present embodiment is a method of manufacturing the electric double layer capacitor A having the above-described configuration, and the positive electrode is formed on the positive electrode
また、本実施形態の電極配置工程は、図1に示す例のように、正極集電体7上に正極9を形成した後、正極9上にセパレータ10及び負極8を順次積層することで、セパレータ10を介して正極9と負極8とを対向配置させ、さらに、容器1A内の負極8側に負極集電体6を形成する工程とされている。
そして、上述の電極配置工程は、さらに、正極9と正極集電体7及び容器底部11との間に、上述したような、ポリアミック酸の加熱焼成物と、カーボン及び黒鉛の微粒子の混合物とからなる良電性の保護層18Aを形成する工程を含む方法とされている。
なお、本発明の電気化学セルである電気二重層キャパシタ(非水電解質電池)の製造方法においては、上記方法とされた、電極配置工程に含まれる保護層18Aを形成する工程を備える点を除き、従来と同様の条件や手順を採用することができる。
Further, in the electrode arrangement process of the present embodiment, as shown in the example shown in FIG. 1, after the
And the above-mentioned electrode arrangement | positioning process is further between the
In addition, in the manufacturing method of the electric double layer capacitor (nonaqueous electrolyte battery) which is the electrochemical cell of this invention, except the point provided with the process of forming 18 A of protective layers included in the electrode arrangement | positioning process as said method. The same conditions and procedures as in the past can be employed.
本実施形態では、まず、正極集電体7(外部端子70を含む)、負極集電体6(外部端子60を含む)が設けられたベース容器(容器)1Aを準備する。次いで、容器1Aの開口部周縁、即ち容器壁部12の上端面12aに、ろう材5によってシールリング3を接合する。次いで、シールリング3、ろう材5及び上端面12aを覆うように、図示略のニッケルメッキを施す。ニッケルメッキとしては、例えば、電解ニッケルメッキや無電解ニッケルメッキが挙げられる。
In this embodiment, first, a base container (container) 1A provided with a positive electrode current collector 7 (including an external terminal 70) and a negative electrode current collector 6 (including an external terminal 60) is prepared. Next, the
具体的には、まず、2枚のセラミックグリーンシート上にタングステンペーストを印刷後に焼結することにより、凹状の容器1Aの容器底部11及び容器壁部12上に、外部端子70及び外部端子60を含む正極集電体7及び負極集電体6を形成する。この際、容器壁部12の上にセラミックと熱膨張係数が近いコバールを用いたシールリング3を、銀ろうや金ろう等からなるろう材5で接合する。また、負極集電体6,正極集電体7の底面は回路基板とリフローハンダ付けされることから、予め、ニッケルメッキ、金メッキを施しておくのが好ましい。このようなメッキを施す際、電解メッキ浴による方法を採用した場合には、正極集電体7及び負極集電体6の他、ろう材5、シールリング3の表面全面にもメッキが施される。
Specifically, first, the tungsten paste is printed on two ceramic green sheets and then sintered, whereby the
次に、本実施形態の電極配置工程においては、図1に示すように、容器1Aの容器底部11に形成した正極集電体7上に、ポリアミック酸の加熱焼成物、具合的には、ポリイミドとカーボン及び黒鉛の微粒子の混合物とからなるペーストを塗布した後、加熱硬化させることにより、保護層18Aを形成する。この際、硬化前のペーストは少なからず空気を含んでおり、ピンホールの原因となるおそれがあることから、減圧(真空)装置や遊星式の攪拌脱泡法機を使用して、脱泡してから、大気に触れることなく、容器に充填し用いることが好ましい。また、このようなペーストの塗布にあたっては、ディスペンサーなどを用いて正極集電体7を完全に覆うように塗布する。
次に、上記手順で塗布したペースト上に正極9を配置し、従来公知の方法で加熱硬化させる。この際、ペーストの加熱硬化を真空中で行うと、ペースト中の溶媒、空気、重合によって生じる水分が抜け出して緻密な保護層18Aを形成することが可能となる。このような加熱を行う工程により、溶媒の除去と、脱水閉環反応(イミド化)が進行する。
Next, in the electrode arrangement process of the present embodiment, as shown in FIG. 1, a polyamic acid fired product, specifically polyimide, is formed on the positive electrode
Next, the
本発明においては、上述のような、保護層18Aを形成するためのペーストを塗布するにあたり、まず、ポリイミドを含むバインダーと、カーボン及び黒鉛の微粒子の混合物とを混合した後、固化後の固形分の3倍未満となる添加量で希釈溶媒を添加して、ペーストを調整する条件とすることができる。
In the present invention, in applying the paste for forming the
ここで、保護層18Aを形成するためのペーストに用いられる、ポリアミック酸の加熱焼成物を含むバインダーとしては、例えば、熱硬化性ポリイミド、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド前駆体混合溶液等が挙げられる。ここで、本発明において説明する「ポリアミック酸」とは、「酸無水物とジアミンとからなる熱縮合の中間体」である。
Here, examples of the binder containing a heat-fired product of polyamic acid used for the paste for forming the
本発明においては、カーボンや黒鉛中に含まれる不純物が取り除かれていることが好ましく、特に、Feなどの繊維金属は100ppm以下に抑制されていることが好ましい。また、黒鉛およびカーボンのX線回折(XRD)分析における、(002)面の格子面間隔(d002)の値中心値は、0.30nm〜0.40nmの範囲が好ましく、0.33nm〜0.38nm範囲がより好ましい。
また、本発明において用いられる黒鉛の微粒子としては、例えば、膨張化処理を施されたものを用いることが出来る。
In the present invention, it is preferable that impurities contained in carbon and graphite are removed, and it is particularly preferable that fiber metal such as Fe is suppressed to 100 ppm or less. In the X-ray diffraction (XRD) analysis of graphite and carbon, the central value of the lattice spacing (d 002 ) of the (002) plane is preferably in the range of 0.30 nm to 0.40 nm, and 0.33 nm to 0 A range of .38 nm is more preferred.
Further, as the fine particles of graphite used in the present invention, for example, those subjected to expansion treatment can be used.
なお、本実施形態では、詳細な図示を省略するが、まず、保護層18Aのみを加熱硬化によって形成した後、その上に導電性接着剤を塗布して正極9を配置した後に、導電性接着剤を硬化させることで図示略の接着層を形成することで、保護層18Aと正極9とを接着する方法を採用しても良い。ここで用いる導電性接着剤としては、上述した、負極8と蓋4とを接着する接着層13と同様の材料を用いることができる。
In the present embodiment, although detailed illustration is omitted, first, only the
なお、保護層18Aの膜厚は、ペーストの塗布量と粘度によって調整することができる。ここで、高粘度のペーストは、ディスペンサーで塗布すると山のような形状になってしまい、均一な膜厚が得られないことから、N―メチル−2ピロリドン(略称:NMP)等の溶剤で希釈してもよい。希釈後の粘度は、概ね、0.05〜50Ps・sであることが好ましく、ペーストを低粘度とすることで、塗布後の形状が平坦になり、均一な膜厚の保護層18Aを形成することができる。
In addition, the film thickness of 18 A of protective layers can be adjusted with the application quantity and viscosity of a paste. Here, the high-viscosity paste becomes a mountain shape when applied with a dispenser, and a uniform film thickness cannot be obtained. Therefore, it is diluted with a solvent such as N-methyl-2pyrrolidone (abbreviation: NMP). May be. The viscosity after dilution is preferably about 0.05 to 50 Ps · s. By making the paste low viscosity, the shape after application becomes flat and the
次に、正極9上にセパレータ10を載置した後、容器1A内に、任意の量の電解液を注入する(注入工程)。この際の電解液の注入量は、非水溶媒の種類や容器サイズ、空隙率等を勘案しながら決定する。ここで、セパレータ10としてガラス繊維積層体を用いる場合には、電解液を注入する前に、予め、セパレータ10を加熱してもよい。セパレータ10を加熱することで、ガラス繊維積層体の表面の吸着水や各種有機物を、酸化又は揮発によって除去することができるので、電解液がセパレータ10に対してより多量かつ速やかに含浸される。
Next, after placing the
次に、蓋4の内面側、即ち、容器1A側となる面に導電性接着剤を塗布することで接着層13とし、この接着層13によって蓋4の内面側に負極8を接着する。そして、接着層13を硬化させた後、負極8が接着された蓋4を、負極8がセパレータ10に当接するように、容器1Aの開口部に設けられたシールリング3上に載置する。あるいは、セパレータ10に当接するように負極8を載置した後、予め、接着層13を設けた蓋4をシールリング30上に載置して、負極8と蓋4との間を接着する(電極配置工程及び封入工程)。
Next, a conductive adhesive is applied to the inner surface side of the lid 4, that is, the surface that becomes the
次いで、蓋4とシールリング3とを溶接し、蓋4と容器1Aとで該容器1A内を密封する(封入工程)。この際、蓋4とシールリング3との溶接方法としては、特に限定されず、例えば、抵抗溶接によるシーム溶接等が挙げられる。このようなシーム溶接を用いた場合には、蓋4のニッケルメッキと、シールリング3を覆うニッケルメッキとが溶着される。
Next, the lid 4 and the
以上のような手順により、本実施形態の電気二重層キャパシタ(非水電解質電池)Aが得られる。
なお、上記手順においては、蓋4と容器1Aとの密封方法を、蓋4のニッケルメッキとシールリング3のニッケルメッキとを溶着させる方法で説明しているが、これには限定されず、例えば、蓋4とシールリング3とを、直接、ろう材によって接合してもよい。この場合のろう材としても、上述したような、容器1Aとシールリング3との間で用いられるろう材5と同じ材料を採用することが可能である。
The electric double layer capacitor (nonaqueous electrolyte battery) A of this embodiment is obtained by the procedure as described above.
In the above procedure, the method of sealing the lid 4 and the container 1A is described as a method of welding the nickel plating of the lid 4 and the nickel plating of the
本発明においては、特に、電極配置工程における保護層を形成する工程を、上述したような適正な条件及び手順とすることにより、リフローハンダ付け装置のような、連続的に製品を高温雰囲気下に曝すことを繰り返した場合においても、正極集電体7、保護層18A及び正極9の各々の間の固着力が高められる。従って、正極9と正極集電体7との間に剥離が生じることがなく、これに伴う接触抵抗・内部抵抗の上昇が防止され、優れた充放電効率を有する電気二重層キャパシタ(非水電解質電池)Aを製造することが可能となる。また、本発明の製造方法によれば、工程における取り扱い性にも優れ、歩留まりが高いものとなる。
In the present invention, in particular, the process of forming the protective layer in the electrode placement process is performed under appropriate conditions and procedures as described above, so that the product is continuously put in a high-temperature atmosphere such as a reflow soldering apparatus. Even when the exposure is repeated, the adhesion between the positive electrode
なお、本実施形態では、上述したような、セラミック材料からなる容器1A内の容器底部11及び正極集電体7の上に保護層18Aを形成し、その上に正極9を形成する方法を例に挙げて説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、予め、正極集電体上に、上述したようなポリアミック酸の加熱焼成物と、カーボン及び黒鉛の微粒子の混合物とからなる保護層を形成し、この保護層上に正極を形成したものを容器内に組み付けることで、電気化学セル(電気二重層キャパシタ、非水電解質電池)を製造する方法を採用することも可能である。このような方法を採用する場合には、詳細な図示を省略するが、例えば、以下に説明するような方法とすることができる。
In the present embodiment, as described above, an example is described in which the
まず、集電体(正極集電体)として、アルミ等からなる金属箔であるエキスパンドメタルを準備する。ここで、金属箔は、エッチングメタル、パンチングメタル、エキスパンドメタル等を用いることができるが、特に、エキスパンドメタルが好ましい。そして、この上に、上述したような保護層を形成するための導電ペーストを塗布した後、200〜300℃程度の温度で乾燥する。次いで、導電ペーストが塗布された集電体をロール圧延でプレスすることで、正極集電体上に保護層が形成されたシート状部材を作製する。
次に、シート状部材に形成された保護層の上に、さらに、上述したような、正極を形成するための活物質を含むスラリーを塗布し、その後、上記同様の条件で乾燥〜プレスすることにより、正極集電体、保護層及び正極からなるシート状部材が得られる。あるいは、シート状部材に形成された保護層の上に、予め準備した電極シートを接着する方法でも、上述したような、正極集電体、保護層及び正極からなるシート状部材を作製することが可能である。
First, an expanded metal that is a metal foil made of aluminum or the like is prepared as a current collector (positive electrode current collector). Here, as the metal foil, an etching metal, a punching metal, an expanded metal, or the like can be used, and an expanded metal is particularly preferable. And after apply | coating the electrically conductive paste for forming the above protective layers on this, it dries at the temperature of about 200-300 degreeC. Next, the current collector coated with the conductive paste is pressed by roll rolling to produce a sheet-like member having a protective layer formed on the positive electrode current collector.
Next, a slurry containing an active material for forming a positive electrode as described above is further applied on the protective layer formed on the sheet-like member, and then dried to pressed under the same conditions as described above. Thus, a sheet-like member composed of the positive electrode current collector, the protective layer, and the positive electrode is obtained. Alternatively, a sheet-like member composed of a positive electrode current collector, a protective layer, and a positive electrode as described above can also be produced by a method of adhering an electrode sheet prepared in advance on a protective layer formed on a sheet-like member. Is possible.
そして、上述のようなシート状部材を電極サイズに適宜切断し、超音波溶着法によってリード及びタブを取り付けた後、上記のシート状部材、セパレータ及び負極を順次組み合わせ、容器内に設置する。その後、容器内に電解液を入れ、内部の反応ガスを脱気した後、蓋で封止することで、電気化学セルを製造することができる。 Then, the sheet-like member as described above is appropriately cut into electrode sizes, and after the leads and tabs are attached by an ultrasonic welding method, the above-described sheet-like member, separator, and negative electrode are sequentially combined and placed in a container. Then, after putting electrolyte solution in a container and degassing an internal reaction gas, an electrochemical cell can be manufactured by sealing with a lid.
なお、上述のようなシート状部材、セパレータ及び負極を順次組み合わせるにあたり、必要に応じて、シート状部材を予め長尺部材として形成し、捲回させた構成とすることも可能である。このような場合には、容器内において電極が捲回されて設けられた構成の電気化学セル、例えば、特許3405380号公報や特許第4448963号公報等に記載の構造において、上記シート状部材の構成を適用することが可能である。また、例えば、特開2005−149882号公報に記載のような、電極が多層で積層されてなる構造においても、上記シート状部材の構成を適用することが可能である。 In order to sequentially combine the sheet-like member, the separator, and the negative electrode as described above, the sheet-like member may be formed in advance as a long member and wound as necessary. In such a case, the structure of the sheet-like member in an electrochemical cell having a configuration in which electrodes are wound in a container, for example, a structure described in Japanese Patent No. 3405380, Japanese Patent No. 4448963, etc. It is possible to apply. In addition, for example, the structure of the sheet-like member can be applied to a structure in which electrodes are stacked in multiple layers as described in JP-A-2005-149882.
また、上記シート状部材に、外部端子としてリードを取り付けた場合には、例えば、容器としてステンレス製ケースを用い、このステンレス製ケースとリードとの間にPPS(ポリフェニレンスルファイド)等からなる封止部材を設けることで、電気化学セルの封止性を高めることが可能である。また、このような場合のステンレス素材の容器と蓋との接合についても、溶接やシール部材によって接合する方法を採用することができる。この場合のステンレス製ケースの例としては、例えば、特開2005−183700号公報等に記載のような、ベース容器と平板状の底板とからなる構成のものが挙げられる。また、特開2011−210900号公報、特開2011−228409号公報に記載のような、底深の容器と、リード(外部端子)を容器外に導出するための貫通孔が設けられた平板状の蓋とからなる構成のステンレス製ケースを備える場合においても、記シート状部材を適用することも可能である。 When a lead is attached as an external terminal to the sheet-like member, for example, a stainless steel case is used as a container, and a seal made of PPS (polyphenylene sulfide) or the like is provided between the stainless steel case and the lead. By providing the member, it is possible to improve the sealing performance of the electrochemical cell. In addition, for joining the stainless steel container and the lid in such a case, a method of joining by welding or a seal member can be employed. As an example of the stainless steel case in this case, for example, a case composed of a base container and a flat bottom plate as described in JP-A-2005-183700 is cited. Further, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-210900 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-228409, a flat plate provided with a deep-bottom container and a through-hole for leading a lead (external terminal) out of the container. The sheet-like member can also be applied in the case of including a stainless steel case composed of a lid.
またさらに、上記シート状部材の構成を、コイン型やボタン型の非水電解質電池及び電気二重層キャパシタに適用することも可能である。 Furthermore, the configuration of the sheet-like member can be applied to a coin-type or button-type non-aqueous electrolyte battery and an electric double layer capacitor.
[第2の実施形態]
本発明の電気化学セルの第2の実施形態である非水電解質電池及び電気二重層キャパシタについて、図面を参照しながら以下に説明する。なお、以下の説明において、上述した第1の実施形態における電気二重層キャパシタ(非水電解質電池)Aと共通する構成については、同じ符号を付与するとともに、その詳しい説明を省略する。
[Second Embodiment]
A nonaqueous electrolyte battery and an electric double layer capacitor according to a second embodiment of the electrochemical cell of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are assigned to the same components as those of the electric double layer capacitor (nonaqueous electrolyte battery) A in the first embodiment described above, and detailed description thereof is omitted.
図2に示す本発明の第2の実施形態の電気二重層キャパシタ(非水電解質電池)Bは、第1の実施形態の電気二重層キャパシタAと同様、正極集電体7と、負極集電体6と、正極9と、負極8と、正極9と負極8とを分離するセパレータ10と、図示略の電解液と、正極9と負極8とセパレータ10と電解液とを収納するベース容器(容器)1Bと、この容器1Bを封止する蓋4とからなり、正極集電体7及び負極集電体6と電気的に接続された各々の外部端子70、60を介して充放電が可能な構成とされている。
The electric double layer capacitor (nonaqueous electrolyte battery) B according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 2 is similar to the electric double layer capacitor A according to the first embodiment, and includes a positive electrode
さらに、本実施形態の電気二重層キャパシタBは、容器1Bが、容器底部11と、容器壁部12と、これら容器底部11と容器壁部12との間に配置されスペーサー14とからなるとともに、スペーサー14が貫通する溝部15を有している。そして、本実施形態の電気二重層キャパシタBは、正極集電体7が容器底部11とスペーサー14の間に形成され、かつ、溝部15に露出している面が、ポリアミック酸の加熱焼成物と、カーボン及び黒鉛の微粒子の混合物とからなる良電性の保護層18Bによって被覆され、正極9と正極集電体7とが保護層10Aを介して電気的に接続されてなる点で、上記第1の実施形態における電気二重層キャパシタAとは異なる。
Furthermore, in the electric double layer capacitor B of the present embodiment, the
従来の電気化学セルにおいては、その構造上、保護層の端部から電解液が浸透して正極集電体にまで達する可能性があった。このため、本実施形態では、図2に示すように、ベース容器(容器)1Bの底部近傍に設けられるスペーサー14に溝部15を形成し、この溝部15中に導電性接着剤を埋め込むことで保護層18Bを形成する方法を採用している。これにより、保護層18Bの上端部から正極集電体7までの距離が長くなるので、電解液が正極集電体7まで達するように浸透する可能性が、確実に減少する。なお、溝部15は、容器底部11と容器壁部12の間に、セラミックシートからなるスペーサー14を追加する構成を採用しても良い。
In the conventional electrochemical cell, the electrolyte solution may permeate from the end of the protective layer and reach the positive electrode current collector due to its structure. For this reason, in this embodiment, as shown in FIG. 2, a
また、本実施形態の電気二重層キャパシタBを製造する方法としても、電極配置工程として、正極9と正極集電体7との間に設けられるスペーサー14を貫通する溝部15に、ポリアミック酸の加熱焼成物と、カーボン及び黒鉛の微粒子の混合物とからなる良電性の保護層18Bを形成する工程を含む方法とすることができる。このような保護層18Bを形成するための各条件及び手順に関しても、上記の第1実施形態と同様とすることができる。
Moreover, also in the method for manufacturing the electric double layer capacitor B of the present embodiment, as an electrode arrangement process, the polyamic acid is heated in the
本実施形態の電気二重層キャパシタBは、第1の実施形態の電気二重層キャパシタAと同様、正極9と正極集電体7との間に設けられるスペーサー14を貫通する溝部15に、上記構成の保護層18Bが設けられたものである。これにより、リフローハンダ付け装置(リフロー炉)のような、連続的に製品を高温雰囲気下に曝すことを繰り返す場合においても、正極集電体7、保護層18B及び正極9の各々の間の固着力が高められる。従って、正極9と正極集電体7との間に剥離が生じることがなく、これに伴って接触抵抗が上昇するのを抑制でき、ひいては、電気化学セルとしての内部抵抗を低く抑えることが可能となり、充放電効率が高く、耐熱性及び電気的特性に優れた電気化学セルが実現できる。またさらに、本実施形態の電気二重層キャパシタBは、上記の溝部15に保護層18Bが設けられた構成なので、電解液が正極集電体7まで達するように浸透する可能性が減少し、良好な電気的特性を維持できるという効果が得られる。
Similar to the electric double layer capacitor A of the first embodiment, the electric double layer capacitor B of the present embodiment has the above-described configuration in the
[第3の実施形態]
本発明の電気化学セルの第3の実施形態である非水電解質電池及び電気二重層キャパシタについて、図3を参照しながら以下に説明する。なお、以下の説明において、上述した第1、2の実施形態における電気二重層キャパシタ(非水電解質電池)A、Bと共通する構成については、同じ符号を付与するとともに、その詳しい説明を省略する。
[Third Embodiment]
A nonaqueous electrolyte battery and an electric double layer capacitor which are the third embodiment of the electrochemical cell of the present invention will be described below with reference to FIG. In addition, in the following description, about the structure which is common with the electric double layer capacitor (nonaqueous electrolyte battery) A and B in 1st, 2nd embodiment mentioned above, while giving the same code | symbol, the detailed description is abbreviate | omitted. .
図3に示す本発明の第3の実施形態の電気二重層キャパシタCは、第1、2の実施形態の電気二重層キャパシタA、Bと同様、正極集電体17と、負極集電体16と、正極9と、負極8と、正極9と負極8とを分離するセパレータ10と、図示略の電解液と、正極9と負極8とセパレータ10と電解液とを収納するベース容器(容器)1Cと、この容器1Cを封止する蓋4とからなり、正極集電体17及び負極集電体6と電気的に接続された各々の外部端子70、60を介して充放電が可能な構成とされている。
The electric double layer capacitor C of the third embodiment of the present invention shown in FIG. 3 is similar to the electric double layer capacitors A and B of the first and second embodiments, and has a positive
そして、本実施形態の電気二重層キャパシタCは、正極9よりも長寸とされた正極集電体17が、容器1Cの容器底部11C上に設けられ、この正極集電体17が、容器1Cを構成する容器底部11Cと容器壁部12Cとの間に延設されて外部端子70と電気的に接続されている。さらに、電気二重層キャパシタCは、上記構成の正極集電体17上に、第1、2の実施形態における保護層18A、18Bと同様の材料からなる保護層18Cが設けられることで、正極集電体17と正極9とが接合されている。また、本実施形態では、図3における詳細な図示を省略しているが、タングステン等からなる正極集電体17の上に、この正極集電体17保護するためのアルミ層が設けられている。
In the electric double layer capacitor C of the present embodiment, the positive electrode
また、本実施形態では、負極集電体16が接着層13によって蓋4に接着されており、負極集電体16の周縁がシールリング3と接することで、負極集電体16と外部端子60とが電気的に接続される。
また、外部端子60、70は、第1、2の実施形態と同様に、容器1Cの外面に沿って形成され、外部端子60は容器壁部12Cの外壁面に沿って容器底部11Cの底面に延設されており、外部端子70は、容器底部11Cの側端面に沿って容器底部11Cの底面に延設されている。
In the present embodiment, the negative electrode
Similarly to the first and second embodiments, the
上記の如く、本実施形態の電気二重層キャパシタCによれば、第1、2の実施形態の保護層18A、18Bと同様の材料からなる保護層18Cが設けられた構成を採用している。これにより、上記同様、連続的に製品を高温雰囲気下に曝すことを繰り返す場合においても、正極集電体17、保護層18C及び正極9の各々の間の固着力が高められ、正極9と正極集電体17との間に剥離が生じることがなく、これに伴って接触抵抗が上昇するのを抑制できる。従って、内部抵抗を低く抑えることが可能となり、充放電効率が高く、耐熱性及び電気的特性に優れた電気二重層キャパシタCが実現できる。
As described above, according to the electric double layer capacitor C of the present embodiment, a configuration in which the
[第4の実施形態]
本発明の電気化学セルの第4の実施形態である非水電解質電池及び電気二重層キャパシタについて、図4を参照しながら以下に説明する。
図4に示す本発明の第4の実施形態の電気二重層キャパシタDは、上記各実施形態の電気二重層キャパシタA〜Cと同様、正極集電体27と、負極集電体26と、正極9と、負極8と、正極9と負極8とを分離するセパレータ10と、図示略の電解液と、正極9と負極8とセパレータ10と電解液とを収納するベース容器(容器)1Dと、この容器1Dを封止する蓋4とからなり、正極集電体27及び負極集電体26と電気的に接続された各々の外部端子71、61を介して充放電が可能な構成とされている。
[Fourth Embodiment]
A nonaqueous electrolyte battery and an electric double layer capacitor which are the fourth embodiment of the electrochemical cell of the present invention will be described below with reference to FIG.
The electric double layer capacitor D of the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 4 has a positive electrode
また、本実施形態の電気二重層キャパシタDは、正極集電体27と外部端子70とが、容器1Dをなす容器底部11Dに形成された貫通孔を通るビア31を介して電気的に接続されている。また、本実施形態では、上記第3の実施形態と同様、負極集電体26が接着層13によって蓋4に接着されている。そして、負極集電体26の周縁がシールリング3と接することで、負極集電体26と外部端子60とが、容器壁部12Dに形成された貫通孔を通るビア32を介して電気的に接続された構成とされている。
Further, in the electric double layer capacitor D of the present embodiment, the positive electrode
さらに、電気二重層キャパシタDは、正極集電体17が容器1Dの容器底部11D上に設けられ、その上に、上記各実施形態の保護層18A〜18Cと同様の材料からなる保護層18Dが設けられることで、正極集電体27と正極9とが接合されている。また、本実施形態の電気二重層キャパシタDは、図4における詳細な図示を省略しているが、第3の実施形態の電気二重層キャパシタCと同様、タングステン等からなる正極集電体27の上に、この正極集電体27を保護するためのアルミ層が設けられている。
なお、上記のビア31およびビア32についても、各集電体と同様、タングステン材料から形成することができる。
Further, in the electric double layer capacitor D, the positive electrode
Note that the via 31 and the via 32 can also be formed of a tungsten material, like the current collectors.
本実施形態の電気二重層キャパシタDによれば、上記構成の保護層18Dが設けられた構成を採用している。これにより、上記各実施形態の電気二重層キャパシタA〜Cと同様、連続的に製品を高温雰囲気下に曝すことを繰り返す場合においても、正極集電体27、保護層18D及び正極9の各々の間の固着力が高められ、正極9と正極集電体27との間に剥離が生じることがなく、接触抵抗が上昇するのを抑制できる。従って、内部抵抗を低く抑えることができ、充放電効率が高く、耐熱性及び電気的特性に優れた電気二重層キャパシタDが実現できる。
According to the electric double layer capacitor D of the present embodiment, a configuration in which the
[第5の実施形態]
本発明の電気化学セルの第5の実施形態である非水電解質電池及び電気二重層キャパシタについて、図5を参照しながら以下に説明する。
図5に示す本発明の第5の実施形態の電気二重層キャパシタEは、正極集電体37と、負極集電体36と、正極9と、負極8と、正極9と負極8とを分離するセパレータ10と、図示略の電解液と、正極9と負極8とセパレータ10と電解液とを収納するベース容器(容器)1Eと、この容器1Eを封止する蓋4とからなり、正極集電体37及び負極集電体36と電気的に接続された各々の外部端子72、62を介して充放電が可能な構成とされている。
[Fifth Embodiment]
A nonaqueous electrolyte battery and an electric double layer capacitor which are the fifth embodiment of the electrochemical cell of the present invention will be described below with reference to FIG.
The electric double layer capacitor E of the fifth embodiment of the present invention shown in FIG. 5 separates the positive electrode
そして、電気二重層キャパシタEは、正極集電体37と外部端子72とが、容器1Eをなす容器底部11Eに形成された断面L字状の貫通孔を通るビア41を介して電気的に接続されている。また、本実施形態では、上記第3、4の実施形態と同様、負極集電体36が接着層13によって蓋4に接着されている。そして、負極集電体36の周縁がシールリング3と接することで、負極集電体36と外部端子62とが、容器壁部12Eに形成された鉛直方向の貫通孔を通るビア42aと、容器底部11Eに埋め込まれるように形成されたビア42bとを介して電気的に接続された構成とされている。
In the electric double layer capacitor E, the positive electrode
さらに、電気二重層キャパシタEは、正極集電体37が容器1Eの容器底部11E上に設けられ、その上に、上記各実施形態と同様の材料からなる保護層18Eが設けられることで、正極集電体37と正極9とが接合されている。また、本実施形態の電気二重層キャパシタEは、図5における詳細な図示を省略しているが、上述した電気二重層キャパシタC、Dと同様、タングステン等からなる正極集電体37の上に、この正極集電体37保護するためのアルミ層が設けられている。
なお、上記のビア41およびビア42についても、各集電体と同様、タングステン材料から形成することができる。
Furthermore, in the electric double layer capacitor E, the positive electrode
Note that the via 41 and the via 42 can also be formed of a tungsten material, like the current collectors.
電気二重層キャパシタEによれば、上記構成の保護層18Eが設けられた構成を採用しているので、上記各実施形態の電気二重層キャパシタA〜Dと同様、連続的に製品を高温雰囲気下に曝すことを繰り返す場合においても、正極集電体37、保護層18E及び正極9の各々の間の固着力が高められ、正極9と正極集電体37との間に剥離が生じることがなく、接触抵抗が上昇するのを抑制できる。従って、内部抵抗を低く抑えることができ、充放電効率が高く、耐熱性及び電気的特性に優れた電気二重層キャパシタEが実現できる。
According to the electric double layer capacitor E, the configuration in which the
[第6の実施形態]
本発明の電気化学セルの第6の実施形態である非水電解質電池及び電気二重層キャパシタについて、図6(a)及び図6(b)を参照しながら以下に説明する。
図6(a)に示す本発明の第6の実施形態の電気二重層キャパシタGは、正極9と、負極8と、正極9と負極8とを分離するセパレータ10と、図示略の電解液と、正極9と負極8とセパレータ10と電解液とを収納するベース容器(容器)1Gと、この容器1Gを封止する蓋4とからなり、正極9及び負極8と電気的に接続された各々の外部端子72G、60Gを介して充放電が可能な構成とされている。
[Sixth Embodiment]
A nonaqueous electrolyte battery and an electric double layer capacitor, which are the sixth embodiment of the electrochemical cell of the present invention, will be described below with reference to FIGS. 6 (a) and 6 (b).
The electric double layer capacitor G of the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. 6A includes a
そして、電気二重層キャパシタGは、正極9と外部端子72Gとが、容器1Gをなす容器底部11Gに形成された貫通孔を通るビア53と内部配線54とを介して電気的に接続されている。また、本実施形態では、負極8と外部端子60Gとが、ろう材5、シールリング3、蓋4及び接着層13を介して電気的に接続された構成とされている。
In the electric double layer capacitor G, the
さらに、電気二重層キャパシタGは、ビア53の上面が容器1Gの容器底部11G上に露出し、その上に、上記各実施形態と同様の材料からなる保護層18Gが、ビア53の上面と容器底部11G上を連続して覆うように設けられることで、ビア53の上面と正極9とが電気的に接続されている。また、本実施形態の電気二重層キャパシタGは、保護層18Gを、ビア53の上面が露出する容器底部11G上に直接形成した構成とすることができるが、これには限定されない。例えば、図6(a)においては詳細な図示を省略しているが、タングステン等からなるビア53の上面と、セラミックからなる容器底部11G上とを連続して覆うように、このビア53の上面を保護するためのアルミ層を設け、このアルミ層の上に保護層18Gが形成された構成を採用しても良い。このように、図示略のアルミ層を設けることで、ビア53の上面が電解液と接触するのを防止できる。
Further, in the electric double layer capacitor G, the upper surface of the via 53 is exposed on the
また、図6(b)の横断面図に示すように、ビア53及び内部配線54はそれぞれ複数形成され、ビア53の各々は、互いに異なる内部配線54に接続されている。図6(b)に示す例では、2本の内部配線54が、平面視で略逆コの字状に分岐するように設けられ、これら2本の内部配線54の一端側が、各々、ビア53に接続された構成とされているが、これには限定されず、さらに多くのビア及び内部配線を備えた構成を採用しても良い。
Further, as shown in the cross-sectional view of FIG. 6B, a plurality of
図6(a)、(b)に示すような内部配線54を形成する場合には、例えば、容器底部11Gに断面L字状の貫通孔を形成し、この貫通孔の内部にビア53及び内部配線54を形成する方法の他、容器底部11Gをセラミックの積層構造とし、その層間に内部配線を形成する方法を採用できる。
なお、上記のビア53および内部配線54については、タングステン材料から形成することができる。
When forming the
The via 53 and the
電気二重層キャパシタGによれば、上記構成の保護層18Gが設けられた構成を採用しているので、上記各実施形態と同様、連続的に製品を高温雰囲気下に曝すことを繰り返す場合においても、ビア53の上面、保護層18G及び正極9の各々の間の固着力が高められ、正極9とビア53の上面との間に剥離が生じることがなく、接触抵抗が上昇するのを抑制できる。従って、内部抵抗を低く抑えることができ、充放電効率が高く、耐熱性及び電気的特性に優れた電気二重層キャパシタGが実現できる。
According to the electric double layer capacitor G, since the configuration in which the
また、ビアの上面のみを容器底部上に露出させ、保護層で容器底部と連続して覆うことにより、電解液とビアの上面との接触によるビアの腐食を防止することができる。さらに、ビアと内部配線との組み合わせが複数設けられることにより、仮に、一つのビアが腐食され、その腐食が内部配線にまで及んだ場合であっても、その他のビアと内部配線との組み合わせには影響が及ばず、正極と外部端子との電気的な接続を保持することが可能となる。従って、耐食性に非常に優れた電気二重層キャパシタGが実現できる。 Further, by exposing only the top surface of the via on the bottom of the container and continuously covering the bottom of the container with a protective layer, corrosion of the via due to contact between the electrolytic solution and the top surface of the via can be prevented. Furthermore, by providing multiple combinations of vias and internal wiring, even if one via is corroded and the corrosion reaches the internal wiring, the combination of other vias and internal wiring Thus, the electrical connection between the positive electrode and the external terminal can be maintained. Therefore, the electric double layer capacitor G having very excellent corrosion resistance can be realized.
[第7の実施形態]
本発明の電気化学セルの第7の実施形態である非水電解質電池及び電気二重層キャパシタについて、図7を参照しながら以下に説明する。
図7に示す本発明の第7の実施形態の電気二重層キャパシタFは、正極集電体47と、負極集電体46と、正極9と、負極8と、正極9と負極8とを分離するセパレータ10と、図示略の電解液と、正極9と負極8とセパレータ10と電解液とを収納するための収納空間を有する容器蓋体12Fおよび容器底部11Fからなる容器1Fとからなり、正極集電体47及び負極集電体46と電気的に接続された各々の外部端子73、63を介して充放電が可能な構成とされている。
[Seventh Embodiment]
A nonaqueous electrolyte battery and an electric double layer capacitor which are the seventh embodiment of the electrochemical cell of the present invention will be described below with reference to FIG.
The electric double layer capacitor F of the seventh embodiment of the present invention shown in FIG. 7 separates the positive electrode
そして、電気二重層キャパシタFは、正極集電体47と外部端子73とが、容器底部11Fに形成された貫通孔を通るビア51を介して電気的に接続されている。また、本実施形態では、容器蓋体12Fの収納空間に沿って形成され、接着層43によって容器蓋体12Fの内面に接着された負極集電体46と、外部端子63とが、シールリング3および容器底部11Fに形成された貫通孔を通るビア52を介して電気的に接続された構成とされている。さらに、電気二重層キャパシタFは、正極集電体47が容器底部11F上に設けられ、その上に、上記各実施形態と同様の材料からなる保護層18Fが設けられることで、正極集電体47と正極9とが接合されている。また、本実施形態の電気二重層キャパシタFは、図6における詳細な図示を省略しているが、上記同様、タングステン等からなる正極集電体47の上に、この正極集電体47を保護するためのアルミ層が設けられている。
なお、上記のビア51およびビア52についても、各集電体と同様、タングステン材料から形成することができる。
In the electric double layer capacitor F, the positive electrode
Note that the via 51 and the via 52 can also be formed of a tungsten material, like the current collectors.
電気二重層キャパシタFによれば、上記構成の保護層18Fが設けられた構成を採用しているので、上記各実施形態と同様、連続的に製品を高温雰囲気下に曝すことを繰り返す場合においても、正極集電体47、保護層18F及び正極9の各々の間の固着力が高められ、正極9と正極集電体47との間に剥離が生じず、接触抵抗が上昇するのを抑制できる。従って、内部抵抗を低く抑えることができ、充放電効率が高く、耐熱性及び電気的特性に優れた電気二重層キャパシタFが実現できる。
According to the electric double layer capacitor F, since the configuration in which the
次に、実施例および比較例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。なお本発明は、本実施例によってその範囲が制限されるものではなく、本発明に係る電気化学セル及びその製造方法は、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。 Next, an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated further more concretely. The scope of the present invention is not limited by this example, and the electrochemical cell and the method for producing the same according to the present invention can be implemented with appropriate modifications without departing from the scope of the present invention. It is.
[実施例1]
実施例1においては、まず、電気化学セルとして、図1に示すような平面視長方形の電気二重層キャパシタを作製した。
この際、ベース容器(容器)としてアルミナのセラミック製のものを作製し、平面視での外形は5×3mm、容器底面から蓋上面までの厚みは1mmとした。
また、セラミックからなる容器底部11と容器壁部12にタングステン材料を印刷することにより、外部端子60を含む負極集電体6、及び外部端子70を含む正極集電体7を形成した後、焼結した。
次いで、容器壁部12とコバールからなるシールリング3をろう材5で接合した。さらに、これら金属が露出している部分をニッケルメッキした後、金メッキを施した。
[Example 1]
In Example 1, first, an electric double layer capacitor having a rectangular shape in plan view as shown in FIG. 1 was produced as an electrochemical cell.
At this time, a ceramic body made of alumina was prepared as the base container (container), the outer shape in plan view was 5 × 3 mm, and the thickness from the bottom of the container to the top of the lid was 1 mm.
Further, by printing a tungsten material on the container bottom 11 and the
Next, the
次に、電極として、市販の活性炭に黒鉛とポリテトラフルオロエチエンを9:1:1の割合で混合、圧延して、厚み0.2mmの活性炭シートを得た後、それを3.5×1.5mmの平面視で四角形に打ち抜き、正極9及び負極8とした。
Next, as an electrode, graphite and polytetrafluoroethylene were mixed with commercial activated carbon in a ratio of 9: 1: 1 and rolled to obtain an activated carbon sheet having a thickness of 0.2 mm. The
次に、保護層を作製するにあたり、ポリアミック酸の加熱焼成物と、カーボン及び黒鉛の微粒子の混合物とからなるペーストを作製した。まず、バインダーとして、ポリアミック酸の加熱焼成物である熱硬化性ポリイミドを含有した、ポリイミド前駆体混合溶液からなる市販のバインダーを準備した。また、カーボンとして、市販のカーボンブラックを準備した。また、黒鉛の微粒子としても、市販の黒鉛を準備した。
そして、カーボンブラックと黒鉛とを、メノウ製の乳鉢を用い、下記表1に示す条件で、混合させた後、この混合物に、下記表1の実験例1〜7に示す配合比でバインダーを添加するとともに、市販の溶媒を添加して少なくとも5分以上の時間で十分に混錬させ、さらに、遊星式の撹拌脱泡機を用いて脱泡を行うことでペーストを作製した。
Next, in preparing the protective layer, a paste made of a heat-fired product of polyamic acid and a mixture of fine particles of carbon and graphite was prepared. First, as the binder, a commercially available binder made of a polyimide precursor mixed solution containing thermosetting polyimide that is a fired product of polyamic acid was prepared. Moreover, commercially available carbon black was prepared as carbon. Commercial graphite was also prepared as graphite fine particles.
And after mixing carbon black and graphite on the conditions shown in following Table 1 using the mortar made from agate, a binder is added to this mixture by the compounding ratio shown to Experimental example 1-7 of following Table 1 At the same time, a commercially available solvent was added and sufficiently kneaded in a time of at least 5 minutes, and further, defoaming was performed using a planetary stirring defoamer to prepare a paste.
また、ペースト中の溶媒の配合比を、下記表2の実験例2、8〜10に示す条件で変化させた点を除き、上記と同様にしてペーストを作製した。
また、ペースト全体における黒鉛の配合比、及び、カーボン及び黒鉛の混合物中における黒鉛の配合比を、下記表3に示す実験例11〜17に示す条件で変化させた点を除き、上記と同様にしてペーストを作製した。
また、ペースト中に含まれる黒鉛の平均粒度(D50)、粒度D90、比表面積(BET)、吸油分の各々を、下記表4に示す実験例18〜27に示す条件で変化させた点を除き、上記と同様にしてペーストを作製した。
A paste was prepared in the same manner as described above except that the mixing ratio of the solvent in the paste was changed under the conditions shown in Experimental Examples 2 and 8 to 10 in Table 2 below.
Moreover, it is the same as the above except that the blending ratio of graphite in the whole paste and the blending ratio of graphite in the mixture of carbon and graphite were changed under the conditions shown in Experimental Examples 11 to 17 shown in Table 3 below. A paste was prepared.
Further, except that the average particle size (D50), particle size D90, specific surface area (BET), and oil absorption of graphite contained in the paste were changed under the conditions shown in Experimental Examples 18 to 27 shown in Table 4 below. A paste was prepared in the same manner as described above.
そして、上記手順で得られた各ペーストを正極集電体7及び容器底部11上に塗布した後、正極9を配置し、その後、250℃の加熱温度で、窒素気流中で硬化させた。硬化後の保護層18Aの厚みは約10μmであった。
And after apply | coating each paste obtained in the said procedure on the
次に、厚さ0.1mmのコバールにニッケルメッキした板材を、平面視で4.5×2.5mmのサイズに打ち抜き、蓋4を作製した。この蓋4は、表面と裏面にニッケルメッキが施されているが、側面にはニッケルメッキがついていないものである。さらに、蓋4の上に、この分野で汎用的な導電性接着剤を塗布し、その上に負極8を設置した後、250℃の加熱温度で、窒素気流中(不活性ガス雰囲気)で硬化させて接着層13を形成することで、蓋4に負極8を接着した。
Next, a plate material obtained by nickel plating on 0.1 mm thick Kovar was punched into a size of 4.5 × 2.5 mm in a plan view, and the lid 4 was produced. The lid 4 is nickel-plated on the front and back surfaces, but has no nickel plating on the side surfaces. Furthermore, after applying a general-purpose conductive adhesive in this field on the lid 4 and installing the
次に、セパレータ10として、ガラス繊維製のものを正極9の上に配置した後、プロピレンカーボネ−ト(PC)に(C2H5)4NBF4を1mol/L溶かした電解液を容器1A内に2μL注入した。
次に、蓋4をシールリング3上に配置させ、蓋4上における任意の2点をスポット抵抗溶接によって仮止めした後、2つのローラー電極を有する抵抗シーム溶接装置を用いて、蓋4の全周を窒素雰囲気中で溶接し、本実施例の電気二重層キャパシタを作成した。
Next, a separator made of glass fiber is placed on the
Next, the lid 4 is placed on the
そして、上記条件でバインダー(固形分)の配合比を変化させて作製した実験例1〜7の電気二重層キャパシタに関し、図8(b)のグラフに示す条件でリフローハンダ付けに相当する熱処理を計10回行った後、内部抵抗値を測定して、この結果を図8(a)のグラフに示した。この際、内部抵抗値は、LCRメーターを用い、R機能により、交流1KHzにおける値を測定した。この際の詳細な熱処理条件としては、図8(b)に示すように、製品(電気二重層キャパシタ)本体の上面で測定した温度で、217℃以上となる時間:80秒以下、250℃以上となる時間:20秒以下、ピーク温度:260℃とした。 And regarding the electric double layer capacitor of Experimental Examples 1-7 produced by changing the blending ratio of the binder (solid content) under the above conditions, a heat treatment corresponding to reflow soldering was performed under the conditions shown in the graph of FIG. After a total of 10 times, the internal resistance value was measured, and the result is shown in the graph of FIG. At this time, the internal resistance value was measured at an alternating current of 1 KHz by using the R function using an LCR meter. As detailed heat treatment conditions at this time, as shown in FIG. 8 (b), at a temperature measured on the upper surface of the product (electric double layer capacitor) main body, a time of 217 ° C. or more: 80 seconds or less, 250 ° C. or more Time: 20 seconds or less, peak temperature: 260 ° C.
また、上記条件でペースト中の溶媒の配合比を変化させて作製した実験例2、8〜10の電気二重層キャパシタに関し、上記同様の方法で、リフローハンダ付けに相当する熱処理を計10回行った後の内部抵抗値を測定し、この結果を図9のグラフに示した。 In addition, regarding the electric double layer capacitors of Experimental Examples 2 and 8 to 10 manufactured by changing the mixing ratio of the solvent in the paste under the above conditions, heat treatment corresponding to reflow soldering was performed 10 times in the same manner as described above. Thereafter, the internal resistance value was measured, and the result is shown in the graph of FIG.
また、上記条件でペースト全体における黒鉛の配合比、及び、カーボン及び黒鉛の混合物中における黒鉛の配合比を変化させて作製した実験例11〜17の電気二重層キャパシタについても、上記同様の方法で、リフローハンダ付けに相当する熱処理を計10回行った後の内部抵抗値を測定し、この結果を図10、11のグラフにそれぞれ示した。 In addition, the electric double layer capacitors of Experimental Examples 11 to 17 manufactured by changing the blending ratio of graphite in the entire paste and the blending ratio of graphite in the mixture of carbon and graphite under the above-described conditions were also the same as described above. The internal resistance value after performing a total of 10 heat treatments corresponding to reflow soldering was measured, and the results are shown in the graphs of FIGS.
また、上記条件でペースト中に含まれる黒鉛の平均粒度(D50)や粒度(D90)、比表面積(BET)、吸油分の各々を変化させて作製した実験例18〜27の電気二重層キャパシタについても、上記同様の方法で、リフローハンダ付けに相当する熱処理を計10回行った後の内部抵抗値を測定し、この結果を図12〜15のグラフにそれぞれ示した。 Further, regarding the electric double layer capacitors of Experimental Examples 18 to 27 manufactured by changing the average particle size (D50), particle size (D90), specific surface area (BET), and oil absorption of graphite contained in the paste under the above conditions. In the same manner as described above, the internal resistance value after performing a total of 10 heat treatments corresponding to reflow soldering was measured, and the results are shown in the graphs of FIGS.
表1及び図8(a)に示す結果のように、本発明の特許請求の範囲で規定するバインダー(固形分)の配合比とされたペーストを用いて保護層を形成し、電気二重層キャパシタを作製した場合には、連続的に高温環境下に曝されるリフローハンダ付けの後も、概ね低い内部抵抗値を示しているが、特に、バインダーの配合比を40wt%まで増量した場合に、リフロー後の内部抵抗が抑制されていることがわかる。 As shown in Table 1 and FIG. 8 (a), an electric double layer capacitor is formed by forming a protective layer using a paste having a blending ratio of the binder (solid content) defined in the claims of the present invention. Is produced, even after reflow soldering that is continuously exposed to a high temperature environment, it shows a generally low internal resistance value, especially when the binder compounding ratio is increased to 40 wt%, It can be seen that the internal resistance after reflow is suppressed.
また、表2及び図9に示す結果のように、ペースト中の溶媒の配合比を変化させたペーストを用いて保護層を形成し、電気二重層キャパシタを作製した場合には、特に、溶媒の配合比を3.3以下とすることで、リフロー後の内部抵抗が抑制されていることがわかる。 In addition, as shown in Table 2 and FIG. 9, when the protective layer is formed using a paste in which the blending ratio of the solvent in the paste is changed to produce an electric double layer capacitor, the solvent It turns out that the internal resistance after reflow is suppressed by making a compounding ratio 3.3 or less.
また、表3及び図10、11に示す結果のように、ペースト全体における黒鉛の配合比、及び、カーボン及び黒鉛の混合物中における黒鉛の配合比を変化させたペーストを用いて保護層を形成し、電気二重層キャパシタを作製した場合には、特に、カーボン及び黒鉛の混合物中における黒鉛の配合比を本発明の特許請求の範囲で規定する範囲とすることで、リフロー後の内部抵抗が抑制されていることがわかる。 Further, as shown in Table 3 and the results shown in FIGS. 10 and 11, a protective layer is formed using a paste in which the mixing ratio of graphite in the entire paste and the mixing ratio of graphite in the mixture of carbon and graphite are changed. In the case of producing an electric double layer capacitor, the internal resistance after reflow is suppressed particularly by setting the mixing ratio of graphite in the mixture of carbon and graphite within the range specified in the claims of the present invention. You can see that
また、表4及び図12、14に示す結果のように、ペースト中に含まれる黒鉛の平均粒度(D50)、粒度D90を変化させたペーストを用いて保護層を形成し、電気二重層キャパシタを作製した場合には、特に、上記粒度を本発明の特許請求の範囲で規定する範囲とすることで、リフロー後の内部抵抗が顕著に低減されていることがわかる。
また、表4及び図13に示す結果のように、黒鉛の比表面積(BET)を変化させたペーストを用いて保護層を形成し、電気二重層キャパシタを作製した場合においても、特に、上記比表面積を本発明の特許請求の範囲で規定する範囲とすることで、リフロー後の内部抵抗が抑制されていることがわかる。
さらに、表4及び図15に示す結果のように、ペースト中の吸油分を変化させたペーストを用いて保護層を形成し、電気二重層キャパシタを作製した場合には、特に、上記吸油分を、概ね150(mL/100g)以下とすることで、リフロー後の内部抵抗が抑制されていることがわかる。
Further, as shown in Table 4 and the results shown in FIGS. 12 and 14, a protective layer is formed using a paste in which the average particle size (D50) and particle size D90 of graphite contained in the paste is changed, and an electric double layer capacitor is formed. In the case of production, it can be seen that the internal resistance after reflowing is remarkably reduced by setting the particle size within the range specified by the claims of the present invention.
Further, as shown in Table 4 and FIG. 13, even when a protective layer is formed using a paste having a changed specific surface area (BET) of graphite to produce an electric double layer capacitor, the above ratio is particularly high. It turns out that the internal resistance after reflow is suppressed by making a surface area into the range prescribed | regulated by the claim of this invention.
Further, as shown in Table 4 and FIG. 15, when a protective layer is formed using a paste in which the oil absorption content in the paste is changed to produce an electric double layer capacitor, the oil absorption content is particularly reduced. In addition, it can be seen that the internal resistance after reflow is suppressed by setting it to approximately 150 (mL / 100 g) or less.
[実施例2]
実施例2においては、ペースト中に含まれるカーボン及び黒鉛の微粒子からなる混合物に関し、カーボンの種類、平均粒径及び比表面積を下記表5に示す条件とした点を除き、上記実施例1同様に、図1に示すような平面視長方形の電気二重層キャパシタを作製した(実験例28〜36)。
そして、得られた電気二重層キャパシタについて、実施例1と同様の方法で、リフローハンダ付けに相当する熱処理を計10回行った後の内部抵抗値を測定し、結果を下記表5及び図16、17のグラフに示した。
[Example 2]
In Example 2, the mixture of carbon and graphite fine particles contained in the paste was the same as in Example 1 except that the type of carbon, the average particle diameter, and the specific surface area were the conditions shown in Table 5 below. An electric double layer capacitor having a rectangular shape in plan view as shown in FIG. 1 was produced (Experimental Examples 28 to 36).
Then, for the obtained electric double layer capacitor, the internal resistance value after performing heat treatment corresponding to reflow soldering a total of 10 times was measured in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 5 and FIG. , 17 graphs.
表5及び図16、17に示す結果のように、カーボンとして、特に、カーボンブラックを用いた場合(実験例33)や、カーボンの平均粒径、比表面積を所定以下に制限した場合には、リフロー後の内部抵抗が抑制されていることがわかる。 As in the results shown in Table 5 and FIGS. 16 and 17, in particular, when carbon is used as carbon (Experimental Example 33), or when the average particle diameter of carbon and the specific surface area are limited to a predetermined value or less, It can be seen that the internal resistance after reflow is suppressed.
[実施例3]
実施例3においては、下記表6に示す条件でペーストを作製した点を除き、上記実施例1、2と同様に、図1に示すような平面視長方形の電気二重層キャパシタを作製し、実施例2と同様の方法で、リフローハンダ付けに相当する熱処理を計10回行った後の内部抵抗値を測定し、結果を下記表6に示した(実験例37〜46、及び、実験例3)。ここで、下記表6中の実験例37〜39は、バインダーとして、ポリイミド等のポリアミック酸の加熱焼成物を含まないものを用いた、本発明の比較例である。
[Example 3]
In Example 3, a rectangular electric double layer capacitor as shown in FIG. 1 was produced and implemented in the same manner as in Examples 1 and 2 except that the paste was produced under the conditions shown in Table 6 below. In the same manner as in Example 2, the internal resistance value after performing heat treatment corresponding to reflow soldering a total of 10 times was measured, and the results are shown in Table 6 below (Experimental Examples 37 to 46 and Experimental Example 3). ). Here, Experimental Examples 37 to 39 in Table 6 below are comparative examples of the present invention using a binder that does not contain a fired product of polyamic acid such as polyimide.
表6に示す結果のように、ポリアミック酸の加熱焼成物を含まないバインダーを用いてペーストを作製し、このペーストで保護層が形成された実験例37〜39の電気二重層キャパシタは、リフローハンダ付けに相当する熱処理を重ねてゆくにつれて、内部抵抗値が増大していることがわかる。 As shown in Table 6, the electric double layer capacitors of Experimental Examples 37 to 39 in which a paste was prepared using a binder not containing a fired product of polyamic acid and a protective layer was formed from this paste were reflow soldering. It can be seen that the internal resistance value increases as heat treatment corresponding to the pasting is repeated.
[実施例4]
実施例4においては、上記実施例1の実験例1で作製した電気二重層キャパシタを用い、下記表7に示す条件でリフローハンダ付けに相当する熱処理を行い、初期熱処理を行った後、リフロー回数が1回、5回、10回の各状態における内部抵抗を、上記実施例1と同様の方法で測定し、結果を下記表7及び図18のグラフに示した(実験例47)。
また、実施例4においては、比較例として、エポキシ樹脂からなるバインダーを用いてペーストを作製した点を除き、上記同様に電気二重層キャパシタを作製し、上記同様の方法により、各状態における内部抵抗を測定して、結果を下記表8及び図18のグラフに示した(実験例48)。
また、実施例4においては、本発明の比較例として、フェノール樹脂からなるバインダーを用いてペーストを作製した点を除き、上記同様に電気二重層キャパシタを作製し、上記同様の方法により、各状態における内部抵抗を測定して、結果を下記表9及び図18のグラフに示した(実験例49)。
[Example 4]
In Example 4, the electric double layer capacitor produced in Experimental Example 1 of Example 1 above was used, heat treatment corresponding to reflow soldering was performed under the conditions shown in Table 7 below, and after initial heat treatment, the number of reflows However, the internal resistance in each state of 1 time, 5 times, and 10 times was measured by the same method as in Example 1, and the results are shown in the following Table 7 and the graph of FIG. 18 (Experimental Example 47).
Further, in Example 4, as a comparative example, an electric double layer capacitor was produced in the same manner as described above except that a paste was produced using a binder made of an epoxy resin, and the internal resistance in each state was obtained in the same manner as described above. Was measured, and the results are shown in the following Table 8 and the graph of FIG. 18 (Experimental Example 48).
Further, in Example 4, as a comparative example of the present invention, an electric double layer capacitor was prepared in the same manner as described above except that a paste was prepared using a binder made of a phenol resin, and each state was obtained by the same method as described above. The internal resistance was measured, and the results are shown in the following Table 9 and the graph of FIG. 18 (Experimental Example 49).
表7及び図18に示す結果のように、本発明で規定する条件でペーストを作製し、これを用いて保護層を形成した構成の実験例47の電気二重層キャパシタは、初期熱処理後〜リフロー10回後の何れにおいても、内部抵抗が抑制されていることがわかる。
一方、表8、9及び図18に示す結果のように、本発明の規定外の条件でペーストを作製し、これを用いて保護層を形成した構成の実験例48、49の電気二重層キャパシタは、初期熱処理後の状態においては内部抵抗が低減されているものの、リフローを重ねるごとに内部抵抗値が増大し、特に、実験例49においては、リフロー10回の後に正極と正極集電体の剥離が生じているのが確認された。
As in the results shown in Table 7 and FIG. 18, the electric double layer capacitor of Experimental Example 47 having a configuration in which a paste was produced under the conditions specified in the present invention and a protective layer was formed using the paste was subjected to the reflow process after the initial heat treatment. It can be seen that the internal resistance is suppressed at any time after 10 times.
On the other hand, as in the results shown in Tables 8 and 9 and FIG. 18, the electric double layer capacitors of Experimental Examples 48 and 49 having a configuration in which a paste was produced under conditions other than those of the present invention and a protective layer was formed using the paste. Although the internal resistance is reduced in the state after the initial heat treatment, the internal resistance value increases each time reflow is repeated. In particular, in Experimental Example 49, the positive electrode and the positive electrode current collector were recharged after 10 reflows. It was confirmed that peeling occurred.
[実施例5]
実施例5においては、本発明例として、上記実施例1で示した実験例4の電気二重層キャパシタを用い、上記同様の方法で、初期熱処理を行った後、リフロー回数が1回、5回、10回の各状態における内部抵抗を測定して、結果を図19のグラフに示した(実験例50)。
また、実施例5では、比較例として、ポリアミック酸の加熱焼成物を含まないフッ素系の樹脂を主成分とする市販の導電ペーストを用いて、上記同様に電気二重層キャパシタを作製し、上記同様の方法により、各状態における内部抵抗を測定して、結果を図20〜24のグラフに示した(実験例51、52)。ここで、正極として、実験例52においては、市販の活性炭電極シート(厚み=0.23mm)を用い、また、実験例53においては、市販の活性炭電極シート(アルミニウム箔基材付き;電極厚み=100μm/Al厚み=20μm(予めエッチング処理を施したもの))を用いた。
[Example 5]
In Example 5, the electric double layer capacitor of Experimental Example 4 shown in Example 1 above was used as an example of the present invention, and after the initial heat treatment was performed in the same manner as described above, the number of reflows was once and five times. The internal resistance in each
Further, in Example 5, as a comparative example, an electric double layer capacitor was prepared in the same manner as described above using a commercially available conductive paste mainly composed of a fluorine-based resin not including a fired product of polyamic acid. The internal resistance in each state was measured by this method, and the results are shown in the graphs of FIGS. 20 to 24 (Experimental Examples 51 and 52). Here, a commercial activated carbon electrode sheet (thickness = 0.23 mm) was used as the positive electrode in Experimental Example 52, and a commercial activated carbon electrode sheet (with an aluminum foil substrate; electrode thickness = 100 μm / Al thickness = 20 μm (preliminarily etched) was used.
図19に示す結果のように、本発明で規定する条件でペーストを作製した実験例4の電気二重層キャパシタを用いて実験を行った実験例50では、初期熱処理後〜リフロー10回後の何れにおいても、内部抵抗にほとんど変化が無く、接触的の増大が抑制されていることがわかる。 As shown in FIG. 19, in Experimental Example 50 in which an experiment was performed using the electric double layer capacitor of Experimental Example 4 in which a paste was produced under the conditions specified in the present invention, either after the initial heat treatment or after 10 reflows. In FIG. 5, it can be seen that there is almost no change in the internal resistance, and the increase in contact is suppressed.
一方、図20〜24のグラフに示す結果のように、比較例である実験例51、52においては、初期熱処理後の内部抵抗は比較的低く安定しているものの、リフローが5〜10回目となった際に、内部抵抗値が増加することが明らかとなった。これらの中でも、ペーストにフェノール樹脂系の導電ペーストを用いた場合には、リフローが5回目以降となった際に内部抵抗値が大幅に増加しており、正極と正極集電体との間で剥離が生じていることがわかる。この比較例では、従来からこの分野で用いられている導電ペーストを用いており、実用面での耐久性は持ち合わせているものの、リフローの繰り返しにより、電極の剥離、内部抵抗の増大が生じることが明らかとなった。 On the other hand, as in the results shown in the graphs of FIGS. 20 to 24, in the experimental examples 51 and 52 which are comparative examples, the internal resistance after the initial heat treatment is relatively low and stable, but the reflow is 5th to 10th. It became clear that the internal resistance value increased. Among these, when a phenol resin-based conductive paste is used for the paste, the internal resistance value has greatly increased when the reflow is performed for the fifth and subsequent times, and between the positive electrode and the positive electrode current collector. It can be seen that peeling occurs. In this comparative example, the conductive paste conventionally used in this field is used, and although it has durability in practical use, peeling of the electrode and increase in internal resistance may occur due to repeated reflow. It became clear.
本発明の電気化学セル及びその製造方法によれば、正極と正極集電体との間に設ける保護層の組成等を適正化することにより、リフローハンダ付けに相当する熱処理を繰り返し行うことで高温雰囲気に曝された場合でも、集電体、保護層及び電極の各々の間で剥離が発生することがなく、接触抵抗・内部抵抗の上昇を防止することができる。これにより、生産性及び歩留まりが高く、特に、環境発電機器に搭載される電気二重層キャパシタ等、温度変化や湿度変化が大きく、過酷な耐環境性が求められる分野において、耐熱性に代表される耐環境性及び電気的特性に優れた、信頼性の高い電気化学セルを提供できる。 According to the electrochemical cell and the manufacturing method thereof of the present invention, the heat treatment corresponding to reflow soldering is repeatedly performed by optimizing the composition of the protective layer provided between the positive electrode and the positive electrode current collector. Even when exposed to the atmosphere, peeling does not occur between each of the current collector, the protective layer, and the electrode, and an increase in contact resistance and internal resistance can be prevented. As a result, productivity and yield are high, and in particular, in electric double layer capacitors mounted on energy harvesting equipment, such as electric double layer capacitors, where temperature change and humidity change are large and harsh environmental resistance is required, it is represented by heat resistance. A highly reliable electrochemical cell having excellent environmental resistance and electrical characteristics can be provided.
A、B、C、D、E、F、G…電気二重層キャパシタ(非水電解質電池:電気化学セル)
1A、1B、1C、1D、1E、1F、1G…ベース容器(容器)、
11、11C、11D、11E、11F、11G…容器底部、
12、12C、12D、12E、12G…容器壁部、
12F…容器蓋体、
14…スペーサー、
15…溝部、
3…シールリング、
4…蓋、
5…ろう材、
6、16、26、36、46…負極集電体、
60、61、62、63…外部端子(負極集電体)、
7、17、27、37、47…正極集電体、
70、71、72、73…外部端子(正極集電体)、
60G…外部端子(負極側)、
72G…外部端子(正極側)、
8…負極、
9…正極、
10…セパレータ、
13、43…接着層、
18A、18B、18C、18D、18E、18F、18G…保護層(ペースト)
A, B, C, D, E, F, G ... Electric double layer capacitor (non-aqueous electrolyte battery: electrochemical cell)
1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G ... base container (container),
11, 11C, 11D, 11E, 11F, 11G ... container bottom,
12, 12C, 12D, 12E, 12G ... container wall,
12F ... Container lid,
14 ... Spacer,
15 ... groove,
3 ... Seal ring,
4 ... lid,
5 ... brazing material,
6, 16, 26, 36, 46 ... negative electrode current collector,
60, 61, 62, 63 ... external terminal (negative electrode current collector),
7, 17, 27, 37, 47 ... positive electrode current collector,
70, 71, 72, 73 ... external terminal (positive electrode current collector),
60G ... external terminal (negative electrode side),
72G ... external terminal (positive electrode side),
8 ... negative electrode,
9: Positive electrode,
10 ... separator,
13, 43 ... adhesive layer,
18A, 18B, 18C, 18D, 18E, 18F, 18G ... protective layer (paste)
Claims (10)
前記容器は、容器底部と、容器壁部とを有し、
前記正極と前記負極とが、前記正極が前記容器底部側に配置されるように、前記セパレータを介して対向配置され、かつ、前記正極の前記容器底部側に前記正極集電体が配置されるとともに、前記負極側に前記負極集電体が配置されており、
前記正極と前記正極集電体及び前記容器底部との間に、ポリアミック酸の加熱焼成物と、平均粒径が23〜36nmのカーボン、及び黒鉛の微粒子の混合物とからなる良電性の保護層が設けられ、
前記正極と前記正極集電体とが前記保護層を介して電気的に接続されてなることを特徴とする電気化学セル。 A positive electrode current collector, a negative electrode current collector, a positive electrode, a negative electrode, a separator separating the positive electrode and the negative electrode, an electrolytic solution, and the positive electrode, the negative electrode, the separator, and the electrolytic solution are accommodated. An electrochemical cell comprising a base container and a lid for sealing the container and capable of being charged and discharged via each external terminal electrically connected to the positive electrode current collector and the negative electrode current collector. And
The container has a container bottom and a container wall,
The positive electrode and the negative electrode are arranged to face each other via the separator so that the positive electrode is arranged on the container bottom side, and the positive electrode current collector is arranged on the container bottom side of the positive electrode In addition, the negative electrode current collector is disposed on the negative electrode side,
Between the positive electrode, the positive electrode current collector, and the bottom of the container, a good-electricity protective layer comprising a heat-fired product of polyamic acid, a mixture of carbon having an average particle size of 23 to 36 nm, and fine particles of graphite. Is provided,
The electrochemical cell, wherein the positive electrode and the positive electrode current collector are electrically connected via the protective layer.
前記容器は、容器底部と、容器壁部と、前記容器底部と前記容器壁部との間に配置されスペーサーとからなるとともに、前記スペーサーが貫通する溝部を有しており、
前記正極集電体は、前記容器底部と前記スペーサーの間に形成され、かつ、前記溝部に露出している面が、ポリアミック酸の加熱焼成物と、平均粒径が23〜36nmのカーボン、及び黒鉛の微粒子の混合物とからなる良電性の保護層によって被覆され、前記正極と前記正極集電体とが前記保護層を介して電気的に接続されてなることを特徴とする電気化学セル。 A positive electrode current collector, a negative electrode current collector, a positive electrode, a negative electrode, a separator separating the positive electrode and the negative electrode, an electrolytic solution, and the positive electrode, the negative electrode, the separator, and the electrolytic solution are accommodated. An electrochemical cell comprising a base container and a lid for sealing the container and capable of being charged and discharged via each external terminal electrically connected to the positive electrode current collector and the negative electrode current collector. And
The container comprises a container bottom, a container wall, a spacer disposed between the container bottom and the container wall, and a groove through which the spacer penetrates.
The positive electrode current collector is formed between the container bottom and the spacer, and the surface exposed to the groove is a polyamic acid fired product, carbon having an average particle diameter of 23 to 36 nm , and An electrochemical cell, which is covered with a good-electricity protective layer comprising a mixture of graphite fine particles, and wherein the positive electrode and the positive electrode current collector are electrically connected via the protective layer.
前記容器内の容器底部に形成した前記正極集電体上に前記正極を形成した後、前記正極上に前記セパレータを形成し、次いで、前記セパレータと接続するように前記負極を形成することで、前記セパレータを介して前記正極と前記負極とを接続させ、さらに、前記容器内の前記負極側に前記負極集電体を形成する電極配置工程と、
前記容器内に前記電解液を注入する注入工程と、
前記負極上に前記蓋を重ね合わせることで、前記容器の開口部を前記蓋で覆って封止する密封工程と、を少なくとも具備してなり、
さらに、前記電極配置工程は、前記正極と前記正極集電体及び前記容器底部との間、又は、前記容器底部と前記容器壁部との間に配置され、かつ、前記正極と前記正極集電体との間に設けられるスペーサーを貫通する溝部に、ポリアミック酸の加熱焼成物と、平均粒径が23〜36nmのカーボン、及び黒鉛の微粒子の混合物とからなる良電性の保護層を形成する工程を含むこと、を特徴とする電気化学セルの製造方法。 A method for producing an electrochemical cell according to any one of claims 1 to 8,
After forming the positive electrode on the positive electrode current collector formed on the container bottom in the container, forming the separator on the positive electrode, and then forming the negative electrode to be connected to the separator, An electrode arrangement step of connecting the positive electrode and the negative electrode through the separator, and further forming the negative electrode current collector on the negative electrode side in the container;
An injection step of injecting the electrolytic solution into the container;
A sealing step of covering and sealing the opening of the container with the lid by overlaying the lid on the negative electrode,
Furthermore, the electrode arrangement step is arranged between the positive electrode and the positive electrode current collector and the container bottom, or between the container bottom and the container wall, and the positive electrode and the positive electrode current collector. A good-electricity protective layer comprising a polyamic acid fired product, a mixture of carbon having an average particle size of 23 to 36 nm, and fine particles of graphite is formed in a groove portion that penetrates a spacer provided between the body and the body. A process for producing an electrochemical cell comprising the steps of:
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