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JP2012104804A - 電子部品、及び電子装置 - Google Patents

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JP2012104804A JP2011172086A JP2011172086A JP2012104804A JP 2012104804 A JP2012104804 A JP 2012104804A JP 2011172086 A JP2011172086 A JP 2011172086A JP 2011172086 A JP2011172086 A JP 2011172086A JP 2012104804 A JP2012104804 A JP 2012104804A
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Tsuneaki Tamachi
恒昭 玉地
Ryo Sato
涼 佐藤
Isamu Shinoda
勇 篠田
Shunji Watanabe
俊二 渡邊
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Seiko Instruments Inc
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Abstract

【課題】電気二重層キャパシタなどの製造を容易にする。
【解決手段】電気二重層キャパシタ1は、凹状容器2の上端部を封口板3で封口しており、凹部10と封口板3によって形成される空洞部内に電極11、電極21などが収納されている。凹部10の一方の内周面の中段には、段部18が形成されており、これに対向する側の内周面の中段には、段部28が形成されている。段部18と段部28は同じ高さに形成されており、これら段部の上面は、同一平面上にある。電気二重層キャパシタ1の製造は、凹状容器2の段部18と段部28に、それぞれ、電極11の集電体12、及び電極21の集電体22を取り付け、その後、セパレータ7の設置、電解質の注入を行って封口板3で封口することにより行われる。
【選択図】図1

Description

本発明は、電子部品、及び電子装置に関し、例えば、電気二重層キャパシタなどの電気化学セルに関するものである。
電気二重層キャパシタは、電解質中のイオンを分極することにより蓄電し、これを放電することにより電力を供給するデバイスである。
この蓄放電機能により、電気二重層キャパシタは、例えば、電子機器の時計機能や半導体メモリなどのバックアップ電源、マイクロコンピュータやICメモリなどの電子装置の予備電源などに用いられている。
特に表面実装が可能な電気二重層キャパシタは、小型化・薄型化が可能であるため、薄型の携帯端末に適している。
このような小型化・薄型化の要望に応えるため、下記の特許文献1では、凹部を有する容器に分極用の電極と電解質を収納し、開口部を封口板で封止した電気二重層キャパシタが提案されている。
図24は、従来の電気二重層キャパシタ100の断面図である。
内壁が垂直な凹部110が形成されたセラミックス製の凹状容器102の底面には、金属層126が設けてあり、金属層126の上面には電極121(正極)が接合している。
金属層126は、凹状容器102を貫通して凹状容器102の底面の外部電極127に電気的に接続しており、このため、電極121は、金属層126を介して外部電極127に電気的に接続している。
また、金属製の封口板103は、接合金属層106により凹状容器102の上端部に接合し、凹部110を封口している。なお、封口板103の下側の面には金属層104が形成されており、金属層104が接合金属層106と接合する。
凹状容器102の側面には、接合金属層106と、凹状容器102の底面の外部電極117を接続する金属層116が形成されている。
電極111(負極)は、封口板103の下面の金属層104に接合しており、金属層104、接合金属層106、金属層116を介して外部電極117に電気的に接続している。
電極111と電極121の間には、これらの短絡を防ぐセパレータ107が設けられており、また、凹部110には電解質が封入されている。
このように構成された電気二重層キャパシタ100は、外部電極117、127に電圧を加えると蓄電し、当該蓄電した電荷を放電して時計機能の維持やメモリなどに電力を供給する。
しかし、電気二重層キャパシタ100を製造する場合に、封口板103の下面を上に向けて電極111を導電性接着剤で強固に接着し、その後、これをひっくり返して凹状容器102を封口するため、製造時の工程が煩雑となり、歩留まりが低下する原因となっていた。
特開2001−216952号公報
本発明は、電気二重層キャパシタなどの製造を容易にすることを目的とする。
請求項1に記載の発明では、底面から上端部の間に段部が形成された凹部を有する凹状容器と、前記段部の上面から前記凹状容器の外部に至る第1の導電体と、前記段部の上面から前記凹状容器の外部に至る第2の導電体と、前記段部の上面において、前記第1の導電体に接続する第1の電極と、前記段部の上面において、前記第2の導電体に接続する第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極に接する電解質と、前記凹部の上端部に接合し、前記凹部を封口する封口部材と、を具備したことを特徴とする電子部品を提供する。
請求項2に記載の発明では、前記凹状容器は、前記凹部の形状に対応するシート材を積層して形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電子部品を提供する。
請求項3に記載の発明では、前記第1の電極に設置された第1の集電体と、前記第2の電極に設置された第2の集電体と、を具備し、前記第1の電極は、前記第1の集電体を介して前記第1の導電体に接続し、前記第2の電極は、前記第2の集電体を介して前記第2の導電体に接続することを特徴とする請求項1に記載の電子部品を提供する。
請求項4に記載の発明では、前記段部は、第1の段部と、第2の段部と、から構成されており、前記第1の導電体は、前記第1の段部に形成され、前記第2の導電体は、前記第2の段部に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電子部品を提供する。
請求項5に記載の発明では、前記第1の段部の上面と、前記第2の段部の上面は、同一平面上に形成されていることを特徴とする請求項4に記載の電子部品を提供する。
請求項6に記載の発明では、前記第1の導電体は、前記段部の一方の側に形成され、前記第2の導電体は、前記段部の他方の側に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電子部品を提供する。
請求項7に記載の発明では、前記第1の電極と前記第2の電極は、前記凹部の深さ方向、又は、当該深さ方向に垂直な方向に対面しており、少なくとも、前記対面する面の間に前記電解質が存在することを特徴とする請求項1に記載の電子部品を提供する。
請求項8に記載の発明では、前記第1の導電体、及び前記第2の導電体は、前記凹部の底面と、前記凹状容器外周底面の間に形成された配線層において所定のレイアウトの配線を形成して、前記凹状容器外周底面の所定位置に形成された外部電極に接続することを特徴とする請求項1に記載の電子部品を提供する。
請求項9に記載の発明では、前記凹状容器は矩形形状の底面を有し、前記外部電極は、前記底面の2つの対角線のうちの一方の対角線上のそれぞれの角部に形成され、前記第1の導電体と接続する第1の外部電極と、他方の対角線上のそれぞれの角部に形成され、前記第2の導電体と接続する第2の外部電極と、から構成されることを特徴とする請求項8に記載の電子部品を提供する。
請求項10に記載の発明では、請求項1に記載の電子部品と、前記電子部品に蓄電する蓄電手段と、所定の機能を発揮する他の電子部品と、前記蓄電した電荷を用いて前記他の電子部品に電力を供給する電力供給手段と、を具備したことを特徴とする電子装置を提供する。
本発明によれば、凹部に段部を設けて電極を設置することにより、電気二重層キャパシタなどの製造を容易にすることができる。
実施の形態に係る電気二重層キャパシタの断面図である。 凹状容器の構成を説明するための図である。 変形例1に係る電気二重層キャパシタの断面図である。 変形例2に係る電気二重層キャパシタの断面図である。 変形例2に係る凹状容器の構成を説明するための図である。 変形例3に係る凹状容器の構成を説明するための図である。 変形例4に係る凹状容器の構成を説明するための図である。 2端子の外部電極の更なる変形例を説明するための図である。 変形例5に係る電気二重層キャパシタの断面図である。 変形例6に係る電気二重層キャパシタの断面図である。 変形例6に係る凹状容器の構成を説明するための図である。 変形例7に係る電気二重層キャパシタの断面図である。 変形例8に係る電気二重層キャパシタの断面図である。 変形例9に係る電気二重層キャパシタの断面図である。 変形例10に係る電気二重層キャパシタの断面図である。 変形例11に係る電気二重層キャパシタの短手方向の側面断面図である。 変形例12に係る電気二重層キャパシタの電極ユニットアセンブル部分を表した図である。 変形例12に係る電極ユニットアセンブルの形成方法を表した図である。 変形例13に係る電極ユニットアセンブルの一部を表した図である。 変形例14に係るセパレータと集電体の大きさの関係を表した図である。 変形例14に係る電極ユニットアセンブルの側面断面図である。 変形例14に係る電極ユニットアセンブルの形成方法を表した図である。 変形例15に係る電極ユニットアセンブルについての断面図である。 従来の電気二重層キャパシタの断面図である。
(1)実施形態の概要
電気二重層キャパシタ1(図1(a))は、凹状容器2の上端部を封口板3で封口しており、凹部10と封口板3によって形成される空洞部内に電極11、電極21などが収納されている。
凹部10の一方の内周面(凹部を形成する4つの内側面のうちの1つの面)の中段には、段部18が形成されており、これに対向する側の内周面の中段には、段部28が形成されている。段部18と段部28は同じ高さに形成されており、これら段部の上面は、同一平面上にある。なお、段部18と段部28は同一平面ではなく、段部の底面からの高さに差を設けるようにしてもよい。
段部18には、電極11の集電体12が接合しており、電極11は、集電体12、集電体電極13、貫通電極部14、中間配線部15、側面配線部16を経由して外部電極17に電気的に接続している。
同様に、段部28には、電極21の集電体22が接合しており、電極21は、集電体22、集電体電極23、貫通電極部24、中間配線部25、側面配線部26を経由して外部電極27に電気的に接続している。
また、凹部10には、電極11と電極21の接触を防止するためのセパレータ7や電解質なども封入されている。
電気二重層キャパシタ1の製造は、凹状容器2の段部18と段部28に、それぞれ、電極11の集電体12、及び電極21の集電体22を取り付け、その後、セパレータ7の設置、電解質の注入を行って封口板3で封口することにより行われる。
このように、電気二重層キャパシタ1の製造を凹状容器2の上側から行うことができるため、製造作業が容易になり、また、製造工程も簡単となる。
また、少なくとも何れか一方の電極11又は電極21及び集電体12又は集電体22の一部を、予めセパレータ7で包んでおき、その後、電極21の集電体22を取り付けることで、組立時に、セパレータ7の煩雑な作業を予防し、ショート防止することができる。
または、予め電極11、セパレータ7及び電極21を一体化(モジュール化)してから、凹状容器2に挿入することもできる。
(2)実施形態の詳細
実施の形態の電子部品を構成する電気化学セルについて図面を参照して説明する。
なお、以下では、実施の形態として電気二重層キャパシタを例として説明するが、電子部品を非水電解質電池など、他の種類の電気化学セルとすることも可能である。
図1(a)は、実施の形態に係る電気二重層キャパシタ1の側面断面図である。電気二重層キャパシタ1は直方体形状を有しており、大きさは、例えば、高さ方向が1[mm]以下、短手方向が2.5[mm]程度、長手方向が3.0[mm]程度の直方体形状を有している。図1(a)は、短手方向の断面を表している。
電気二重層キャパシタ1は、凹状容器2、封口板3、金属層4、シールリング6、金属層5などから構成される筐体と、その内部に形成された、電極11、電極21、集電体12、集電体22、集電体電極13、集電体電極23、セパレータ7、貫通電極部14、貫通電極部24、中間配線部15、中間配線部25と、凹状容器2の側面に形成された側面配線部16、側面配線部26、及び凹状容器2の外周底面に形成された外部電極17、外部電極27から構成されている。
以下では、外部電極17、外部電極27の側を下方向、封口板3の側を上方向とする。
なお、図1及び他の図で説明する電気二重層キャパシタ1では、各部材の接合関係が分かりやすいように、封口板3、集電体12、22、電極11、21、セパレータ7、凹部10の間に隙間を設けた状態を図示しているが、各隙間部分については一部又は全部について隙間をなくすようにしてもよい。
例えば、図1(c)に示すように、セパレータ7は電極11と電極21の圧縮により潰された状態で両電極11、21に接しており、電極11と電極21は、セパレータ7と接している面を除く他の3面は凹状容器2の内側面と接した状態となっている。
この図1(c)では、電極11と電極21の底面と、凹状容器2の底面との間にセパレータ7がはみ出している分だけ隙間が形成されている。セパレータ7の上下両側のはみ出しは、両電極11、21の短絡防止を優先するために必要な隙間として残されている。
但し図1(c)に示した、電極11、21の圧力で圧縮されるセパレータ7である場合(例えば、不織布、セルロース系材料、ガラス繊維等)を使用した場合の例であり、電極11、21の圧縮によっては潰れないセパレータを使用する場合には、電極11とセパレータ7と電極21は互いに当接した状態となる。
凹状容器2は、上方から見て矩形の断面を有する凹部10を有している。
凹部10の一方の内周面の中段には、段部18が形成されており、当該内周面に対向する内周面の中段には、段部28が形成されている。
段部18と段部28の上面(上端面)の高さは等しく、段部18と段部28の上面は同一平面内に存在する。
段部18と段部28の上面の高さが等しいため、段部18と段部28に対して組立作業を行う場合に、製造機械の高さ調整が容易となる。
凹状容器2は、例えば、アルミナ成分を30wt%以上含有するセラミックスで構成されており、グリーンシートと呼ばれる柔軟性を有するセラミックスのシート材41〜44を積層し、これを焼成して一体化することにより形成される。より望ましくは、アルミナ成分を60wt%以上、より望ましくは90wt%以上を含有するセラミックスで構成されていることが望ましい。更に、アルミナ成分を99.7wt%以上にすることで、強度が大幅に向上させることができるが、この場合、コストは上昇する。本実施の形態では、グリーンシートの積層枚数を4枚としたが、更に、枚数を増やすこともできる。
また、例えば、セラミックスのシート材41と42を1枚にまとめることで、グリーンシートの積層枚数を3枚以下にすることもできる。
焼成後の各シートの厚さは、例えば、100〜400μm程度であり、側面の壁の厚さは、例えば、100〜500μm程度である。図1(a)では、シート材41〜44の接合部を破線で示してある。
シート材43とシート材44には、凹部10の形状に対応する開口部が形成されている。
シート材43の開口部は、シート材44の開口部よりも、段部18、段部28の大きさだけ小さく形成されており、シート材41〜44を積層して焼成すると、段部18、段部28が形成された凹部10を有する凹状容器2が形成される。
このように、凹状容器2は、シート材を積層して形成するため、段形状を容易に形成することができる。
以上説明したように、凹状容器2を複数のシート材を積層することで凹状容器2を形成する場合について説明したが、段部を有する凹状容器2をその他の材料により一体形成するようにしてもよい。例えば、段部を有する凹状容器2をアルミナを主成分とするセラミックス(HTCC)で構成したり、耐熱性樹脂、ガラス、セラミックスガラス、低温同時焼成セラミックス(LTCC)などの耐熱材料で構成することも可能である。
凹状容器2をガラスやガラスセラミックスで形成する場合は、低融点のガラスやガラスセラミックスに銀(融点:961.93℃)を主成分とする低融点な金属材料を導体印刷により配線を施し、積層した後、低温で焼成する。
凹状容器2の上端には、封口板3をロウ付けするために、金属層5によるメタライズ層が、少なくともシールリング6の底面積以上の面積を有して、周囲を取り囲む様に“ロの字”の形状に形成されている。
更に、その上面には、封口板3と凹状容器2の間の気密性を確保するためのシールリング6が全周に渡って設けてある。
シールリング6は、ニッケル基合金を用いることができ、例えば、コバール(Co:17重量%、Ni:29重量%、Fe:残部からなる合金)や、42−アロイ(Ni:42重量%、Fe:残部からなる合金)などで構成されており、コバールの表面は、ニッケルや金、スズ等の金属を単体又は複数種を重ねて電解または無電解メッキが施されている。
金属層5とシールリング6を接合するロウ材として、金ロウ、銀ロウといった銅合金などのロウ材(例えば、銀銅ロウ(Ag−Cu))やハンダ材を用いることが可能である。
なお、金属層5とシールリング6の表面には、ニッケルメッキが施されている。更に、その上面には、金メッキが施されている。
電極11は、活性炭を主成分とする電極活物質バインダーや導電助剤と混合し、シート状に形成して切断することにより形成されており、電気二重層キャパシタ1の長手方向に延びる直方体形状を有している。なお、円柱状に形成してもよい。
電極11は、例えば、天然素材ではヤシガラ、人造材料では、石炭ピッチ、石油ピッチやフェノール系樹脂の炭化物をそれぞれ水蒸気や化学薬品又は電気学的に賦活したものが用いられる。電極21の構成も同様である。
本実施の形態では、一例として、電極11を負極、電極21を正極とするが、本実施の形態の電気二重層キャパシタ1は、負極と正極が対称的に構成されているため、電極11を正極、電極21を負極としてもよい。
なお、後述するように、集電体電極13と集電体電極23のうち、正極側は、電解質に接した状態で電圧が印可されると溶解する可能性があるため、正極側の集電体電極は、アルミニウムなどの素材で、真空蒸着や高周波イオンプレーティングによって、コーティングする。後述する集電体12や集電体22と抵抗溶接やレーザー溶接することができ、そのため、集電体電極13と集電体電極23の厚さは、0.1μm以上あれば良い。
電気二重層キャパシタ1では、正極と負極の両方の電極の集電体に同一の材料を用いることができ、例えば、アルミニウムを用いることができる。電気二重層キャパシタ1と同様の構成で電池を構成する場合は、正極側の集電体電極23と集電体22をアルミニウムとし、負極側の集電体電極13と集電体12をアルミニウム以外の材料として、銅やニッケルを含む金属材料を用いることができる。集電体12と集電体22は、それぞれ所望の厚さにすることができるが、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上にすることが望ましく、30μm以上とすると、電極11または、電極21の有効な体積が減るので望ましくない。集電体電極13と集電体電極23は、パンチングメタルやエキスパンドメタル、発泡金属体を用いることができ、さらに、集電体に電極材料を塗布後、必要に応じて圧延ロールに電極または集電体の密度を上げ、また、電極のバリを取り除く処理をすることが出来る。これにより、抵抗溶接が可能になる。
集電体12又は/及び集電体22と、封口板3の間には、図17(c)で後述するように、電解液を補液(リザーブ)し、絶縁を兼ねた絶縁材料のマットを配置することができる。マットの材質は、セパレータ7と同一で良い。
集電体12は、例えば、アルミニウム箔などの導電部材であって、少なくとも一方の側は、電極11の上面に接合し、他方の側は、集電体電極13の上面に接合している。これらの接合には、例えば、カーボンを含有する導電性接着剤を用いることができる。集電体22も、同様に、電極21と集電体電極23に接合している。カーボンとしては、黒鉛、及びカーボンブラック等を混合して用いることもできる。導電性接着剤の結着剤には、熱硬化性樹脂を用いることができる。
例えば、集電体12に、アルミ箔を用いた場合、アルミ箔の厚みは5〜40μmが望ましく、より好ましくは、10〜20μmが望ましい。
その際、アルミ箔の引っ張り強度は150N/mm2以上、より好ましくは170N/mm2以上であることが望ましく、またこの値は500N/mm2以下とすることができる。
また、耐力としては、120N/mm2以上で、より好ましくは150N/mm2以上であることが望ましく、またこの値は200N/mm2以下とすることができる。
更に、引っ張り試験における破断するまでの伸びは1.5%以上4%未満で、より好ましくは1.9%以上2.5%未満である。
アルミ箔の化学的成分として、純度は95.0%以上、より好ましくは99.65%以上であることが望ましい。
正極においては、不純物の含有率として、より少ないほうが望ましく、珪素(Si)が0.15%未満、鉄(Fe)が1.7%未満、銅(Cu)が0.10%未満、マンガン(Mn)が0.05%未満、亜鉛(Zn)が0.10%未満が望ましい。
より好ましくは、珪素(Si)が300ppm未満、鉄(Fe)が700ppm未満、銅(Cu)が30ppm未満が望ましい。
更に、例えば、負極集電体をリチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタの用途に用いる場合、負極集電体22に、銅箔を用いたときは、銅箔の厚みは4〜40μmが望ましく、より好ましくは、10〜15μmが望ましい。
その際、銅箔の引っ張り強度は150N/mm2以上で、より好ましくは250N/mm2以上であることが望ましく、また、この値は600N/mm2以下でよい。
また、引っ張り試験における破断するまでの伸びは0.05%以上25%未満で、より好ましくは1%以上20%未満である。
銅箔の化学的成分として、純度は95.0%以上、より好ましくは99.96%以上とするのが望ましい。
そのため、電解銅箔、又は、圧延銅箔が望ましい。正極においては、不純物の含有率がより少ないほうが望ましく、クロム(Cr)は0.5%未満、スズ(Sn)は0.5%未満,亜鉛(Zn)は0.5%未満が望ましい。
以上により、電極11、電極21は、それぞれ、集電体12、集電体22を介して集電体電極13、集電体電極23に固定され、凹部10内で所定距離を隔てて配置される。
このように、本実施の形態では、集電体12と集電体22を凹部10の中段に形成された段部18と段部28に固定するため、集電体12と集電体22の変形量が小さく、集電体12、集電体22や、電極11、電極21に加わるストレスを小さくすることができる。
なお、電気二重層キャパシタ1では、集電体12、集電体22をアルミ箔とするが、電気二重層キャパシタ1と同様の構成で電池を構成する場合は、正極側をアルミ箔とし、負極側を銅箔やニッケル箔とする。
集電体電極13は、段部18の上面に形成された金属層であり、段部18の上面に導体印刷した後、凹状容器2を焼成することにより形成される。この金属層を更に導電性の樹脂で保護することもできる。その際、導電性の樹脂には、導電性の接着剤と同様な成分を用いることができる。
導体印刷は、例えば、タングステンやモリブデンなどの耐食性があり、凹状容器2の焼成に耐えうる高融点の金属材料を含むインキでスクリーン印刷することにより行われる。
タングステンやモリブデンは、融点が高く、酸化しにくく、セラミックス面との適度な密着強度を有し、焼成後も実用的な電気抵抗を有するため、凹部10に形成する電極として適している。集電体電極13等の導体印刷によって形成される金属層の厚みは、0.1μm〜20μmの範囲に形成することができる。
集電体電極23の構成も集電体電極13と同様である。
ただし、タングステンやモリブデンを正極の集電体として使用する場合、電解質に接した状態で電圧を印加すると電解質中に電気化学的に溶け出すため、集電体電極23(正極側に使用する)の表面のうち、少なくとも電解質に接する部分には、保護膜が必要であり、例えば、電気二重層キャパシタの場合は、アルミニウムの被膜が真空蒸着などによって当該被膜を形成することができる。
また、同様の構成で電池を構成する場合は、正極側をアルミニウムとし、負極側を銅やニッケル製とする被膜により当該保護膜を形成することができる。
更に、保護膜として、金属材質以外にも、炭素で形成したり、炭素質を含む導電ペーストで、予め形成することも可能である。
貫通電極部14は、シート材42、43を貫通する円柱状の導電体であって、上端側は集電体電極13に接合し、下端側は、中間配線部15に接合している。貫通電極は、ビア(VIA)とも呼ばれる。このように、貫通電極部14は、複数のシート材に渡って形成されている。
貫通電極部14は、シート材42、43に予め貫通孔を形成しておき、当該貫通孔に、タングステンやモリブデンを含有するペーストを注入しセラミックスの焼結時に固化したり、導電性ペーストを注入して固化させたり、当該貫通孔の内面を電解または無電解のメッキ又は電鋳法による形成、あるいは、円柱状の金属部材を挿入するなどして形成される。また、後述するシートの材質によっては、貫通電極部14はAgロウ等を用いて作製し、電解液に接する面のみ保護層を形成することもできる。その際の保護層として、カーボン製のフィラーを含む導電性ペーストを用いることができる。
シート材42とシート材43の境目には、補助電極部が設けてあり、境目での貫通電極部14の電気的接続がより確実となるようにしている。
貫通電極部14の下端は、中間配線部15に接合しているため、電気二重層キャパシタ1を加熱して凹部10内の電解質の蒸気圧が高くなっても、貫通電極部14の抜け落ちを防止することができる。
貫通電極部24の構成も同様であり、貫通電極部24の上端側は、集電体電極23に接合し、下端側は、中間配線部25に接合している。
なお、後述するように、貫通電極部24には、2つの貫通電極部24a、及び貫通電極部24bがある。
中間配線部15は、シート材41の上面に形成された金属層であり、後述する配線パターンを有している。
中間配線部15の形成方法は、集電体電極13と同様であって、シート材41の表面に導体印刷してシート材41〜44を積層した後、これを焼成して形成される。中間配線部25の構成も同様である。
なお、後述するように、中間配線部25には、2つの中間配線部25a、中間配線部25bがあり、これらを区別しない場合は、単に中間配線部25と記す。
側面配線部16は、シート材41の側面に形成された金属層であり、中間配線部15と外部電極17を電気的に接続する。
側面配線部16は、短手方向の側面に形成されており、紙面の上側、あるいは下側に形成されているため、破線で示してある。
側面配線部16は、シート材41の短手方向の側面に形成された溝に、集電体電極13と同様に導体印刷し、これを焼成して形成される。
このように、側面配線部16は、シート材41の側面に形成されているため、表面実装時におけるハンダの這い上がりをシート材41の側面に限定することができ、ハンダの這い上がりによる短絡を防止することができる。
側面配線部26は、側面配線部16と同様に構成され、中間配線部25と外部電極27を電気的に接続する。
なお、後述するように、側面配線部16には、2つの側面配線部16a、側面配線部16bがあり、側面配線部26には、2つの側面配線部26a、側面配線部26bがある。これらを特に区別しない場合は、単に側面配線部16、側面配線部26と記す。
外部電極17は、電気二重層キャパシタ1をプリント基板に表面実装するための電極である。
外部電極17は、タングステンやモリブデンを含むインキなどで導体印刷して焼成した後、その表面に金やニッケル、スズなどをメッキして形成されている。メッキには、電解メッキ、無電解メッキなどがあり、また、真空蒸着などの気相法によって形成してもよい。
例えば、ニッケルのメッキを施す場合、0.1〜10μmのメッキ厚にすることができる。
また、その際に、電解ニッケルメッキを施すと、ピンホールの少ないメッキ膜を形成できるので望ましい。
更に、金メッキを施す場合は、0.05〜1.0μmの厚みにすることができる。より望ましくは、0.5〜0.7μmが望ましい。
その際、ニッケルメッキまたは金メッキの処理後に、封孔処理剤(日鉱金属製CT88Sなど)を用いることができる。
これにより、外部電極17の高いハンダ濡れ性が確保され、電気二重層キャパシタ1を基板に良好に表面実装することができる。
また、本実施の形態では、外部電極17を凹状容器2の外側底面部に設けたが、外側側面部に形成したり、あるいは、外側底面から側面に連続して形成してもよい。
なお、詳しくは後述するが、外部電極に17は、凹状容器2の底面で対角線上に形成された2つの外部電極17a、及び外部電極17bがあり、以下では、外部電極17a、外部電極17bを区別しない場合は、単に外部電極17と記す。
外部電極27の構成は、外部電極17と同様である。
以上のようにして、電極11は、集電体12、集電体電極13、貫通電極部14、中間配線部15、側面配線部16を介して外部電極17に電気的に接続し、電極21は、集電体22、集電体電極23、貫通電極部24、中間配線部25、側面配線部26を介して外部電極27に電気的に接続している。
セパレータ7は、電極11と電極21の間に設置され、両電極の接触による短絡を防止するための部材である。
セパレータ7は、電気化学セルにおいて正極と負極を分離するものであり、電気的な絶縁物であって、電解液を含有できる物質が用いられる。このため、自身は絶縁状態であるが、液絡を保有し電解液の溶媒や溶質(イオン)は連通する。
セパレータ7の材質としては、例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、変性PEEKなどの耐熱性樹脂などの表面に親水性を付与した材料からなる不織布、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)や樹脂の多孔製フィルム、又はガラス繊維マット(濾紙や不織布)を用いることができる。またセルロース系のセパレータを用いてもよい。
ガラス繊維を用いる場合は、ホウケイ酸塩ガラス(Na2O−B2O3−SiO2)、ソーダ石灰シリカガラス(Na2O−CaO−SiO2)、シリカガラス(SiO2)、無アルカリガラス(R’O−Al2O3−SiO2(R’は2価の元素))の何れか、又は、混合したガラスマットを用いることができる。
この時、キャパシタの加工工程でのハンドリングを向上させるために、有機物や水ガラス等の無機物や各種材料の結着剤を用いてガラス繊維マットの強度を上げることができる。また、結着剤を用いず、直接、素材同士を溶融させて結合することで、ガラス繊維マットの強度を上げることもできる。
なお、電解質が固体やゲル状の場合や電極11、電極21がそれぞれ一体物として形成され、電解質中で表面が剥がれ落ちない構造の場合は、セパレータ7を省略することができる。
セパレータ7は、電極11と電極21との短絡防止機能を備える他、より多くの電解質を含ませておく機能、すなわち、電解質の高い保液機能を備えていることが好ましい。本実施形態のセパレータ7としては、PTFEを使用するが、保液機能の観点からはガラス繊維が最も望ましい。
電解質(図示せず)は、凹部10と封口板3によって形成される空洞部内に封入されている。
電解質は、例えば、PC(プロピレンカーボネート)やSL(スルホラン)などの非水溶媒にN(CH3)4・BF4などの支持塩を1M/Lの濃度で溶かした溶液で構成されている。
電解質をゲルや固体とすることも可能である。封止方法にも依存するが、電解質として、液体の溶媒を用いる場合は、沸点が200℃以上あることが望ましい。
また、上述までに電気二重層キャパシタの構成で説明したが、同様の構成で電池、リチウムイオン電池又は、リチウムイオンキャパシタを構成することもできる。
その際は、電解液の支持塩に、各種アルカリ金属塩を用いることができ、例えば、LiBF4、LiPF6,LiN(SO2CF3)2 などを概ね1M/Lの濃度に溶解して使用することができる。
更に、電解質は、封口時に印加された熱によって蒸気圧が上がらないことが望ましい。
電解液中に沸点が100℃未満の低沸点の溶媒を添加することはできるが、少なくとも封口時に、金属や樹脂の融点における蒸気圧が0.2MPa−G以下が望ましい。
電解液を注入する場合、電解液を凹部10に注液後、減圧や加熱を単独、又は組み合わせることによって、電解質を電極の細部にまで含浸させることができる。
具体的には、電極11、21、セパレータ7、及び集電体12、22のユニット単独で、または該ユニットを凹状容器2にセットした状態で、減圧用の容器に入れて0.1気圧に脱気し、その後電解液を注入する。この際に、又は脱気無しの状態で、25度〜100度程度に暖めることで電解液の粘度を下げることができる。粘度を下げることで、電解液が電極11、21やセパレータ7への含浸を容易かつ速やかに行うことができる。
また、図示しないが、集電体12、集電体22と封口板3の間の空間に電解質を含浸する電気絶縁性で、耐熱性の材質を用いた含浸材を設置してもよい。含浸材の材質は上述のセパレータと同一の材質を用いることができる。
集電体12、集電体22の上部に含浸材を設置した場合、集電体12、集電体22が固定されると共に、封口板3と集電体12、集電体22が接触するのを防ぐことができる。
封口板3は、コバールや42−アロイなどで構成された金属部材である。コバールは、セラミックスと熱膨張率がおおよそ等しいため、封口時やリフロー時に電気二重層キャパシタ1を加熱した場合に封口板3と凹状容器2の間に発生する応力を抑制することができる。
封口板3の下側の面には、封口板3をシールリング6に良好に接合するために、ニッケルメッキによる金属層4が形成されている。
金属層4がシールリング6にロウ付けされると封口板3が凹部10の開口部に接合する。
ロウ付けは、封口板3を加圧しながら加熱することによりニッケルメッキを溶解し、封口板3と凹状容器2を接合する。
より具体的には、ローラー電極を封口板3の縁部に適当な圧力で接触させ、通電しながら回転走行させるパラレルシーム溶接を用いることができる。接触抵抗によりシールリング6が加熱され、加圧と加熱が行われる。
パラレルシーム溶接以外にも、封口板3を金属板やレーザを透過することができるガラスなどで構成し、封口板3を加圧しながらパルスレーザを照射して、金属板又はガラスと容器を加熱溶接することで封止することも可能である。
パラレルシーム溶接を行う場合、シールリング6と封口板3の相性がよい材料を選択するのが望ましく、例えば、シールリング6の表面に電解ニッケル、無電解ニッケルを用いた場合は、封口板3は、金属層4として電解ニッケル、又は無電解ニッケルを施したものを用いる。これにより、必要以上に溶接パワーを上げなくて済む。無電解ニッケルメッキを用いる場合は、融点を下げるためにリンが添加されていることが望ましい。
リンの添加量は、1%以上加えることでも融点の低下の効果が発現し望ましい。より望ましくは、5%以上の添加で、融点が約950℃未満にすることができるので、望ましい。ただし、12%以上の添加を行っても融点の低下の効果に、大きな変化は無く、その反面、電気抵抗が増えるため、好ましくない。よって、リンの添加量は、5%以上で、11%以下が望ましい。
なお、電気二重層キャパシタ1では、封口板3は、従来例のような通電路としての機能を有しないため、各種の変形が可能である。
例えば、シールリング6を用いずに、金属層5と金属層4を直接ロウ付けしてもよい。
また、封口板3をセラミックスで形成し、封口板3の下端面と凹状容器2の上端面を直接ロウ材(銀ロウ、金ロウなど)で接合することも可能である。この場合、金属層4、シールリング6、金属層5は、不要となる。特に銀ロウや銀−銅ロウは、金ロウよりも価格が低く、ロウ付け温度も低いため、銀ロウや銀−銅ロウを用いるとコスト低減を図ることができる。また、高温によりコバール製の封口板3が過剰に溶解する可能性も回避することができる。
また、封口板3をセラミックスで形成し、封口板3の下端面と凹状容器2の上端面を直接ロウ材(銀ロウ、金ロウなど)で接合することも可能である。この場合、金属層4、シールリング6、金属層5は、不要となる。特に銀ロウは、価格が低く、ロウ付け温度も低いため、銀ロウを用いるとコスト低減を図ることができる。また、高温によりコバール製の封口板3が溶解する可能性も回避することができる。
更に、以上では、凹状容器2をセラミックスで構成したが、例えば、耐熱性樹脂、ガラス、セラミックスガラス、低温同時焼成セラミックス(LTCC)などの耐熱材料で構成することも可能である。封口板3もこれらの材質で構成することが可能である。
凹状容器2をガラスやガラスセラミックスで形成する場合は、低融点のガラスやガラスセラミックスに銀を主成分とする低融点な金属材料を導体印刷により配線を施し、積層した後、低温で焼成する。
図1(b)は、電気二重層キャパシタ1を図1(a)の矢線A方向に見た長手方向の側面断面図である。
図に示したように、側面配線部16は、シート材41の側面に形成された溝に導体印刷され、中間配線部15と外部電極17を電気的に接続している。
同様に、側面配線部26もシート材41の側面に形成された溝に導体印刷され、中間配線部25と外部電極27を電気的に接続している。
以上のように構成された電気二重層キャパシタ1は、外部電極17を負極、外部電極27を正極として基板に表面実装し、例えば、スマートメーター等の各種住宅機器や自動車等の輸送機器や携帯電話などのメモリやクロックのバックアップ電源として使用することができる。
この場合、携帯電話は、主電源の電池を装着すると同時に電気二重層キャパシタ1を充電しておき、電池交換時や主電源の電圧が低下した場合に、電気二重層キャパシタ1に蓄積された電荷を放電してメモリに電力を供給したり、クロック等の機能を保持する。
また、携帯電話のLEDフラッシュ等の瞬時に電流を消費する機器において、メイン電源の補助機能として、電力をサポートすることができる。
また、Li4Ti5O12、Li4Mn5O12、LiCoO2などの正極活物質を有する電極や、Li−Si、Li−Si−O、Li−Al等を含有する負極、更に、PCにLiBF4を1M溶解した電解液などを用いることで、リチウムイオン電池を構成することができる。この時、各活物資に、導電助剤や結着剤を併用できる。
図2(a)は、凹状容器2を上側から見たところを示した図である。矢線Aは、図1(a)の矢線に対応している。
段部18の上面には、単数の貫通電極部14の端部が形成されており、段部18の上面の長手方向のほぼ全長に渡って集電体電極13が形成されている。
一方、段部28の上面には、所定の距離を隔てて2つの貫通電極部24a、貫通電極部24bの端部が形成されており、段部28の上面の長手方向の約全長に渡って集電体電極23が形成されている。
貫通電極部14、及び貫通電極部24a、貫通電極部24bは、それぞれ、段部18、段部28の上面からシート材43、42を貫通し、シート材41の上面に至っている。
このように、正負極で貫通電極の本数が非対称となっており、正負極を作業者が確認できるようになっている。
図2(b)は、シート材41の上面を示した図である。
中間配線部15は、貫通電極部14の下端と接続し、シート材41の一方の対角線上の一方の角部付近(図の左下部)に形成された側面配線部16aと、他方の角部付近(図の右上部)に形成された側面配線部16bに接続している。
中間配線部25aは、貫通電極部24aの下端と接続し、シート材41の他方の対角線上の一方の角部付近(図の右下部)に形成された側面配線部26aに接続している。
中間配線部25bは、貫通電極部24bの下端と接続し、シート材41の他方の対角線上の他方の角部付近(図の左上部)に形成された側面配線部26bに接続している。
このように、中間配線部15、中間配線部25a、中間配線部25bのレイアウトは、一方の対角線上の角部付近(側面配線部16a、側面配線部16b)が負極に対応し、他方の対角線上の角部付近(側面配線部26a、側面配線部26b)が正極に対応するように設定されている。
図2(c)は、シート材41の下面を示した図である。
この図は、シート材41を下側から見ているため、図2(b)とは、左右が逆になっている。シート材41の下面の図に関しては、以下の図でも同様に左右が逆になる。
シート材41の一方の対角線上の一方の側(図の右下部)には、側面配線部16aと接続する外部電極17aが形成されており、他方の側(図の左上部)には、側面配線部16bと接続する外部電極17bが形成されている。両者は、負極を構成している。
シート材41の他方の対角線上の一方の側(図の左下部)には、側面配線部26aと接続する外部電極27aが形成されており、他方の側(図の右上部)には、側面配線部26bと接続する外部電極27bが形成されている。両者は、正極を構成している。
なお、外部電極27aには、電気二重層キャパシタ1の極性を表示するための切り欠き部30が設けてある。
このように、シート材41の下面、即ち、電気二重層キャパシタ1の外周底面では、一方の対角線上の角部が負極となり(外部電極17a、外部電極17b)、他方の対角線上の角部が正極(外部電極27a、外部電極27b)となる。
電気二重層キャパシタ1に対して、このように4端子を配置した理由は次の通りである。
即ち、このように4端子を配置すると、電気二重層キャパシタ1の短手方向・長手方向が正しければ、電気二重層キャパシタ1をどちらの向きに基板に取り付けても負極と正極が正しく基板に接続されるため、電気二重層キャパシタ1の基板への接合作業が容易になるからである。
また、基板側の接続端子は、電気二重層キャパシタ1の外部電極に合わせて4端子としてもよいし、少なくとも2端子を接続端子とし、その他の端子をダミーの端子としてもよい。
ダミーの端子は、電気二重層キャパシタ1を基板に安定配置したり、電気二重層キャパシタ1と基板との接合強度を高める働きがある。
本実施の形態により、次のような効果を得ることができる。
(1)電極11、電極21の設置など、各種の工程を凹状容器2の上部から行うことができるため、作業が容易となって、生産性、及び歩留まりが向上する。
(2)電極11、電極21を設置する段部18、段部28が凹部10の中段に同じ高さで形成されているため、電極11、電極21を設置する際に、個別に組立装置の高さ調整をする必要が無く、作業性、及び歩留まりが向上する。
(3)凹部10の内部に負極電極、正極電極を接合するため、封口板3に電圧が印可されず、封口板3の溶解を防止することができ、歩留まりが向上する。
(4)シート材41〜44を積層して凹状容器2を形成するため、凹部10の形成、段部18、段部28の形成が容易であると共に、集電体電極13、集電体電極23、貫通電極部14、貫通電極部24、中間配線部15、中間配線部25の形成も容易である。
(5)封口板3を従来例のように通電路として使用しないため、シールリング6を省略したり、あるいは、封口板3をセラミックス製にするなど、設計の自由度が高まる。
(6)凹部10の中段に設けた段部に接合することにより、集電体電極13、集電体電極23などの厚みのある導電体に加わるストレスを低減することができ、巻きずれを防止することができる。また、電極11と集電体12、電極21と集電体22に加えるストレスを低減しつつ、これらを凹状容器2に収納することができる。
(7)凹状容器2の本体内部に中間配線部15、中間配線部25a、中間配線部25bを適当なレイアウトで形成することにより、複雑な外部電極の配置を実現することができる。
(8)電気二重層キャパシタ1の底面の一方の対角線上に外部電極17a、外部電極17bを配置し、他方の対角線上に外部電極27a、外部電極27bを配置して4端子とすることにより、左右の区別がなくなり、基板に電気二重層キャパシタ1を表面実装する際の電極の方向の設定が容易になる。
(9)外部電極を不対称にするなどして極性を表示することができる。
(10)段部18や段部28を長辺方向に形成することで、パッケージに強度を上げることができる。これにより封口時の外力によって、パッケージに亀裂の発生や損壊することを防ぎ、歩留まりを向上させることができる。
(変形例1)
図3は、変形例1に係る電気二重層キャパシタ1の短手方向の側面断面図である。
変形例1では、電極11を下側とし、電極21を上側とし、両電極を電気二重層キャパシタ1の厚さ方向に重ねて対面させる。電極11、電極21は、シート材を切断して形成されている。
電極11と電極21の間には、セパレータ7が設置され、両者の接触による短絡を防止している。
集電体12は、一方の側が集電体電極13の上端面に接合し、他方の側が凹部10の底部方向に湾曲して電極11の下側に接合している。
集電体22は、一方の側が集電体電極23の上端面に接合し、他方の側が封口板3の方向に湾曲して電極21の上側に接合している。
他の構成は、先に説明した実施の形態と同様である。
(変形例2)
図4(a)は、変形例2に係る電気二重層キャパシタ1の短手方向の側面断面図である。
変形例2は、単一の段部18に電極11と電極21を接続する例である。
変形例2では、変形例1と同様に、電極11を下側とし、電極21を上側とし、両電極を電気二重層キャパシタ1の厚さ方向に重ねて対面させ、両者の間にセパレータ7を設置してある。
集電体12は、段部18の長手方向の一方の側(図面の表側)に形成されたタブが集電体電極13の上面に接合し、他方の側が凹部10の底部方向に湾曲して電極11の下側に接合している。
集電体22は、段部18の長手方向の他方の側(図面の裏側)に形成されたタブが集電体電極23(図示せず)の上面に接合し、他方の側が封口板3の方向に湾曲して電極21の上側に接合している。
本変形例では、貫通電極部24は、段部18の側に形成されている。
なお、貫通電極部24は、貫通電極部14の背後にあるため、本来は図示されないが、図4(a)では、貫通電極部14を凹部10側にオフセットし、破線で示してある。以降に説明する各変形例で、段部18の側に貫通電極部14と貫通電極部24を形成する場合も同様である。
図4(b)は、変形例2に係る電気二重層キャパシタ1を図4(a)の矢線A方向に見た長手方向の断面図である。
図に示したように、集電体電極13は、段部18の一方の側に形成されており、貫通電極部14、中間配線部15、側面配線部16を経て外部電極17に電気的に接続している。
そして、集電体12は、一方の側(集電体電極13が形成されている側)の角部が集電体電極13に接合し、凹部10の底面で広がって電極11の下面全体に接合している。
集電体電極23は、段部18の他方の側に形成されており、貫通電極部24、中間配線部25、側面配線部26を経て外部電極27に電気的に接続している。
そして、集電体22は、他方の側(集電体電極23が形成されている側)の角部が集電体電極23に接合し、凹部10の封口板3側で広がって電極21の上面全体に接合している。
図4(c)は、図4(b)の電極部分を上から見たところを示した図である。なお、図は縮小して記載してある。
図に示したように、集電体22は、略矩形形状に形成されており、段部18側の片の一方の側に集電体電極23と接合するタブが形成されている。
同様に、集電体12も略矩形形状に形成されており、段部18側の片の他方の側に集電体電極13と接合するタブが形成されている。
このように、変形例2では、凹部10は、単数の段部18を備え、段部18に集電体電極13と集電体電極23が段部18の長手方向に位置をずらして配設されている。
そして、集電体12、集電体22を、それぞれ集電体電極13、集電体電極23に固定することにより、電極11、電極21は、共に段部18に固定される。
他の構成は、実施の形態と同様である。
このように、集電体12、集電体22を凹部10の片側に揃えて設置することにより、作業性が向上する。
図5(a)は、変形例2に係る凹状容器2を上側から見たところを示した図である。矢線Aは、図4(a)の矢線に対応している。
段部18の長手方向の一方の側には、貫通電極部14が形成されており、その上に集電体電極13が形成されている。
また、段部18の長手方向の他方の側には、貫通電極部24が形成されており、その上に集電体電極23が形成されている。
このように、段部18の上面において、集電体電極13と集電体電極23は、離れて形成されているため、互いに絶縁されている。
貫通電極部14、貫通電極部24は、それぞれ、段部18の上面からシート材43、42を貫通し、シート材41の上面に至っている。
図5(b)は、シート材41の上面を示した図である。
中間配線部15は、貫通電極部14の下端と接続し、シート材41の一方の対角線上の一方の角部付近(図の左下部)に形成された側面配線部16aと、他方の角部付近(図の右上部)に形成された側面配線部16bに接続している。
中間配線部25は、貫通電極部24の下端と接続し、シート材41の他方の対角線上の一方の角部付近(図の左上部)に形成された側面配線部26bに接続している。他方の角部付近(図の右下)に形成された側面配線部26aは、何れの電極とも接続せず、ダミーの配線となっている。
図5(c)は、シート材41の下面を示した図である。
シート材41の一方の対角線上の一方の角部付近(図の右下部)には、側面配線部16aと接続する外部電極17aが形成されており、他方の角部付近(図の左上部)には、側面配線部16bと接続する外部電極17bが形成されている。両者は、負極を構成している。
一方、シート材41の他方の対角線上の一方の角部付近(図の左下部)には、側面配線部26aと接続する外部電極27aが形成されており、他方の角部付近(図の右上部)には、側面配線部26bと接続する外部電極27bが形成されている。
外部電極27aは、ダミーの外部電極を構成し、外部電極27bは、正極を構成している。
外部電極27aは、電極としての機能は有しないが、電気二重層キャパシタ1を安定的に基板に配置すると共に、電気二重層キャパシタ1の接合強度を向上させる機能がある。
(変形例3)
本変形例は、電極11、電極21の配設は変形例2と同様にし、外部電極を2端子とした例である。
図6(a)は、変形例3に係る凹状容器2を上側から見たところを示した図であり、変形例2と同じである。矢線Aは、図4(a)の矢線に対応している。
図6(b)は、シート材41の上面を示した図である。
中間配線部15は、貫通電極部14の下端と接続し、シート材41の一方の側の左右に形成された側面配線部16aと、側面配線部16bに接続している。
中間配線部25は、貫通電極部24の下端と接続し、シート材41の他方の側の左右に形成された側面配線部26aと、側面配線部26bに接続している。
図6(c)は、シート材41の下面を示した図である。
シート材41の一方の側には、側面配線部16a、側面配線部16bと接続する外部電極17が端部全体に形成されており、シート材41の他方の側には、側面配線部26a、側面配線部26bと接続する外部電極27が端部全体に形成されている。
外部電極17は、負極として機能し、外部電極27は、正極として機能する。また、外部電極17には、極性を表示するための切り欠き部30が形成されている。
このように、電気二重層キャパシタ1を2端子とすることも可能である。
(変形例4)
本変形例は、電極11、電極21の配設は変形例2と同様にし、外部電極を2端子とした他の例である。
図7(a)は、変形例4に係る凹状容器2を上側から見たところを示した図であり、変形例2と同じである。矢線Aは、図4(a)の矢線に対応している。
図7(b)は、シート材41の上面を示した図である。
中間配線部15は、貫通電極部14の下端と接続し、シート材41の一方の端部中央付近に近接して設けられた側面配線部16a、側面配線部16bに接続している。
中間配線部25は、貫通電極部24の下端と接続し、シート材41の他方の端部中央付近に設けられた側面配線部26に接続している。
ここで、単数の側面配線部26に対して2つの側面配線部16a、側面配線部16bを設けたのは、電気二重層キャパシタ1の側面から極性を確認できるようにするためである。
図7(c)は、シート材41の下面を示した図である。
シート材41の一方の側には、側面配線部16a、側面配線部16bと接続する外部電極17が端部の中央に所定の幅で形成されており、シート材41の他方の側には、側面配線部26と接続する外部電極27が端部の中央に同じ所定の幅で形成されている。
外部電極17は、負極として機能し、外部電極27は、正極として機能する。また、外部電極17には、極性を表示するための切り欠き部30が形成されている。
図8の各図は、2端子の外部電極の更なる変形例を説明するための図である。
図8(a)は、外部電極17の幅を外部電極27の幅よりも広くすることにより、外部電極の極性を表示した例である。このように、外部電極17と外部電極27の形状を不対称とすることにより極性を表示することができる。
図8(b)は、シート材41の下面の一方の側の端部全体に外部電極17を形成し、他方の側の端部全体に外部電極27を形成し、更に、外部電極27の近傍に帯状の金属層33を形成して外部電極の極性を表示した例である。
図8(c)は、シート材41の下面の一方の側の端部全体に外部電極17を形成し、他方の側の端部全体に外部電極27を形成し、外部電極17の中央部に三角形状の切り込み部34を設けて外部電極の極性を表示した例である。
図8(d)は、シート材41の下面の一方の側の端部全体に外部電極17を形成し、他方の側の端部全体に外部電極27を形成し、外部電極17に切り欠き部30を設けて外部電極の極性を表示した例である。
図8(e)は、シート材41の4隅に四分の1円弧の形状の溝である四分の1円弧の形状部36を形成し、当該四分の1円弧の形状部36の部分に側面配線部16a、側面配線部16b、側面配線部26a、側面配線部26bを形成した例である。
このように、側面配線部16a、側面配線部16b、側面配線部26a、側面配線部26bは、シート材41の角部に形成することもできる。
シート材41の4隅は、四分の1円弧の形状となる上、四分の1円弧の形状に側面配線部による金属層が形成されているため、シート材41の角部が欠けるのを防ぐことができる。
また、外部電極17には、極性表示用の切り欠き部30が形成されている。
(変形例5)
図9(a)は、変形例5に係る電気二重層キャパシタ1の長手方向の側面断面図である。
本変形例に係る電気二重層キャパシタ1は、変形例2の更なる変形であって、図9(a)は、図4(b)に対応している。ただし、図の煩雑化を避けるため、電極11、電極21、集電体12、集電体22、セパレータ7は、図示していない。
変形例2では、単一の段部18に集電体電極13、集電体電極23が形成されていたのに対し、本変形例では、集電体電極13、集電体電極23に対応して、間隙部51を隔てた段部18a、18bが形成されている点が異なる。
即ち、変形例2において、段部18の中央部分に間隙部51を設け、段部18を段部18a、段部18bに分断したものが本変形例となる。その他の構成は、第2の変形例と同じである。
このように、段部18a、18bの間に間隙部51を設けると、集電体12、集電体22を、それぞれ集電体電極13、集電体電極23に接合する際に、導電性接着剤などがはみ出して接触し、負極と正極が短絡するのを防止することができる。
図9(b)は、変形例5に係る凹状容器2を上側から見たところを示した図である。図に示したように、集電体電極13、集電体電極23に対応して、個別の段部18a、18bが形成されている。
(変形例6)
図10は、変形例6に係る電気二重層キャパシタ1の長手方向の側面断面図である。
本変形例に係る電気二重層キャパシタ1は、変形例2の更なる変形であって、図10は、図4(b)に対応している。
変形例6では、変形例2のシート材42をシート材42a、シート材42bと2層にし、シート材42aの表面に中間配線部29を形成したものである。
配線層を増やすことにより、より複雑な配線を凹状容器2の本体内部で行うことができる。
図11(a)は、変形例6に係る凹状容器2を上側から見たところを示した図であり、変形例2と同じである。
図11(b)は、シート材42aの上面を示した図である。
中間配線部29は、貫通電極部24が貫通すると共に貫通電極部24と接続し、シート材42aの一方の対角線上の一方の角部付近(図の右下部)に設けられた側面配線部26aに接続している。
また、貫通電極部14は、矩形の中間電極を介してシート材42aを貫通している。
図11(c)は、シート材41の上面を示した図である。
中間配線部25は、貫通電極部24の下端と接続し、シート材41の一方の対角線上の他方の角部付近(図の左上部)に形成された側面配線部26bに接続している。
中間配線部15は、貫通電極部14の下端と接続し、シート材41の他方の対角線上の一方の角部付近(図の左下部)に形成された側面配線部16aと、シート材41の他方の角部付近(図の右上部)に形成された側面配線部16bに接続している。
図11(d)は、シート材41の下面を示した図である。
シート材41の右下部には、側面配線部16aと接続する外部電極17aが形成されており、左上部には、側面配線部16bと接続する外部電極17bが形成されている。両者は、負極を構成している。
一方、シート材41の左下部には、側面配線部26aと接続する外部電極27aが形成されており、右上部には、側面配線部26bと接続する外部電極27bが形成されている。両者は正極を構成している。
変形例2では、外部電極27aは、ダミーの電極となっていたが、変形例6では、中間配線部29を介して電極として機能している。
このように、変形例6では、中間配線層を増やすことにより、段部18に電極11、電極21の両方を固定すると共に、電気二重層キャパシタ1の底面において、一方の対角線上の角部を負極の外部電極とし、他方の対角線上の角部を正極の外部端子とすることができる。
(変形例7)
図12は、変形例7に係る電気二重層キャパシタ1の短手方向の側面断面図である。
本変形例は、凹部10の中段において、段部18と段部28を異なる高さに形成した例である。
凹状容器2は、シート材42の上面にシート材43a、43bを積層し、その上にシート材44を積層している。その他の構成は、変形例1と同様である。
段部18は、シート材43aの上面に形成され、貫通電極部14は、シート材43a、シート材42を貫通して中間配線部15に接続している。
段部28は、シート材43bの上面に形成され、貫通電極部24は、シート材43b、シート材43a、シート材42を貫通して中間配線部25に接続している。
集電体電極23は、集電体電極13よりもシート材43bの厚さだけ高い位置に形成される。
このように、段部18、段部28を異なる高さに形成することも可能であり、この場合、集電体12、集電体22や電極11、電極21に加わるストレスをより低減することができる。
集電体12、集電体電極13、貫通電極部14、中間配線部15から外部電極17に電気的に接続する手段として、シート材41の外部に側面配線部16を設けて接続する方法のほかに、シート材41に内部貫通電極を設けて接続する方法を選択することもできる。
同様に、集電体22、集電体電極23、貫通電極部24、中間配線部25から外部電極27に電気的に接続する手段として、シート材41の外部に側面配線部26を設けて接続する方法のほかに、シート材41に内部貫通電極を設けて接続する方法を選択することもできる。
(変形例8)
図13(a)は、変形例8に係る電気二重層キャパシタ1の短手方向の側面断面図である。
電極11、電極21、集電体12、集電体22、及びセパレータ7以外の構成は、実施の形態と同様であり、図13(a)は、図1(a)に対応している。
また、図の煩雑を避けるため、電極11、電極21、セパレータ7は、図示していない。
変形例8に係る電気二重層キャパシタ1の電極部分は、集電体12、集電体22に形成したシート状の電極11、電極21をシート状のセパレータ7と共に捲回して構成されている。
より詳細には、集電体12の下面に形成したシート状の電極11と、集電体22の上面に形成したシート状の電極21でシート状のセパレータ7を挟んで対面させ、これら電極11、電極21、集電体12、集電体22、及びセパレータ7を捲回して電極部分が形成されている。
集電体12、集電体22の端部はタブが形成されており、それぞれ集電体電極13、集電体電極23に接合している。電極部分を上から見た図を図13(c)に示す。
このように、電極11、電極21をロール状に捲回することにより、小さな空間で電極11、電極21の対向面積を大きくすることができ、これによって電極の単位面積あたりの電流量を大きくすることができるため、瞬時放電特性(パルス放電特性)や急速充電特性に優れる。
図13(a)では、容器内に電気二重層キャパシタの構成で説明したが、同様の構成で電池、リチウムイオン電池又は、リチウムイオンキャパシタを構成することもできる。
図13(b)は、変形形2の凹状容器2を用いて電極11、電極21を捲回した例である。
集電体12は、段部18の一方の側に形成されたタブが集電体電極13に接続し、集電体22は、他方の側に形成された(図に向かって集電体電極13の奥側に存在する)図示しないタブが集電体電極23に接続している。電極部分を上から見た図を図13(d)に示す。
図13(b)では、容器内に電気二重層キャパシタの構成で説明したが、同様の構成で電池、リチウムイオン電池又は、リチウムイオンキャパシタを構成することもできる。
(変形例9)
図14(a)は、変形例9に係る電気二重層キャパシタ1の短手方向の側面断面図である。凹状容器2は、変形例2と同様のものを用いている。
変形例9に係る電気二重層キャパシタ1の電極部分は、電極11と電極21の間にセパレータ7を挟んだ単位セルを電気二重層キャパシタ1の厚さ方向に複数個(図の例では3個)直列に積層したユニット(キャパシタ以外に、電池で構成する際は、組電池と言う)で構成されている。
単位セルの間には、セル分離板62が設けてある。
セル分離板62は、単位となる電気化学セル、即ち単位セルを分離するものであり、電気的に良導性で耐熱性があり、電解液が液絡しない(脇から電解液の溶媒や溶質(イオン)が漏れない)緻密さを備えたものが用いられる。具体的には、ステンレススチールやアルミニウムなどの金属が用いられる。
最上段の電極21は、集電体22に接合し、最下段の電極11は、集電体12に接合している。
即ち、単位セルを積層した組電池の状態で一組のリード(集電体12、集電体22)が凹部10の片側に接続している。
このように、電極11、電極21を複数積層することにより、小さな空間で、複数のセルが直列で接続することができ、これによって単位セルあたりに印加される電圧を低減できるために、電気化学セル1として、印加できる電圧を高くすることができるため、耐電圧に優れる。
なお、凹状容器2として段部18と段部28が形成された実施の形態と同様のものを用いてもよい。
図14(a)では、容器内に電気二重層キャパシタの構成で説明したが、同様の構成で電池、リチウムイオン電池又は、リチウムイオンキャパシタを構成することもできる。
図14(b)は、単位セルを並列に接続した例である。
単位セルは、電極11、電極21でセパレータ7を挟み、電極11に集電体12を接合し、電極21に集電体22を接合した電気化学セルによって構成されている。
このように、単位セルを並列に接続する場合、各単位セルから一組のリード、即ち、集電体12、集電体22が出ており、それらを負極、正極ごとに束ねて、それぞれ集電体電極13、集電体電極23に接合する。このように、電極11、電極21を複数枚を並列で接続する場合、小さな空間で電極11、電極21の対向面積を大きくすることができ、これによって電極の単位面積あたりの電流量を大きくすることができるため、瞬時放電特性(パルス放電特性)や急速充電特性に優れる。
図の例では、単位セルを電気絶縁性のセル分離シート63で分離することにより3個の単位セルを並列接続している。
また、個々のセルをリード以外で電気的に絶縁するために、電気絶縁性のシート材料の3辺を綴じた袋を作製し、これに単位セルを入れることもできる。
セル分離シート63は、両隣の集電体が短絡しないように絶縁体で形成されており、例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド樹脂)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、ガラスなどを用いることができる。
図14(b)では、容器内に電気二重層キャパシタの構成で説明したが、同様の構成で電池、リチウムイオン電池又は、リチウムイオンキャパシタを構成することもできる。
図14(c)は、図14(b)の電極部分を上から見たところを示した図である。なお、図は縮小して記載してある。
図に示したように、集電体22は、略矩形形状に形成されており、段部18側の片の一方の側に集電体電極23と接合するタブが形成されている。
同様に、集電体12も略矩形形状に形成されており、段部18側の片の他方の側に集電体電極13と接合するタブが形成されている。
(変形例10)
図15(a)は、変形例10に係る電気二重層キャパシタ1の短手方向の側面断面図である。
本変形例では、変形例1において凹状容器2を薄型に形成すると共に、封口板3を凸型に形成することにより、電極部分を収納する空洞部の容量を確保した。
本変形例では、凹部10より電気二重層キャパシタ1の凸部による空間の方が大きくなる。
このように、凹状容器2を薄型化すると凹部10の深さが変形例1よりも浅くなり、電極11、電極21の設置作業が容易になる。
図15(b)は、図15(a)の電極部分を上から見たところを示した図である。なお、図は縮小して記載してある。
図に示したように、集電体22は、略矩形形状に形成されており、段部18側の片の一方の側に集電体電極23と接合するタブが形成されている。
同様に、集電体12も略矩形形状に形成されており、段部18側の片の他方の側に集電体電極13と接合するタブが形成されている。
(変形例11)
図16は、変形例11に係る電気二重層キャパシタ1の短手方向の側面断面図である。この変形例11において、封口板3と凹状容器2及びその接続部については、図1で説明した実施形態と同様の構成である。
この変形例11では、図1で説明した実施形態と比べて、電極11と集電体12の接続、及び電極21と集電体22の接続状態が異なっている。
すなわち、実施形態における集電体12、22は、電極11、21の上面側(封口板3側)に導電性接着剤で接合している場合について説明したが、本変形例では、図16(a)に示されるように、集電体12、22は、集電体電極13、23と接合する部分と、電極11、21と接合する部分とで略90度下方向に曲げられている。そして、電極11、21の下方向に曲げられた部分が、電極11、21の側面(セパレータと対向している側面の反対側の側面)に導電性接着剤で接合している。
図16(b)は、変形例11における、電極11、21とセパレータ7及び集電体12、22から構成される電極ユニットアセンブル部分を表したものである。この図16(b)では、図1(c)と同様に、伸縮性のセパレータ7を使用し、両電極11、21でセパレータ7を圧縮する場合について例示している。
この図16(b)に示されるように、本変形例によれば、電極11、21の上部に集電体12、22が配設されていないため、電極ユニットアセンブルを凹状容器2の凹部10内に組み込んだ後、上部から電極11、21に電解液(EL)を直接滴下させることができるため、電解液の含浸をスムーズかつ確実に行うことができる。
そして、電解液を滴下した後に、減圧又は/及び加熱によって、電解質を電極11、21のより細部にまで確実に含浸させることができる。この減圧又は/及び加熱による電解質の含浸については、実施形態や他の変形例にも適用することが可能である。
(変形例12)
図17は、変形例12に係る電気二重層キャパシタ1の電極ユニットアセンブル部分を表したものである。
図17(a)に示すように、本変形例における電極ユニットアセンブルは、変形例11における集電体12、22において、電極11、21に接合部分を更に変形したものである。
すなわち、集電体12、22は、集電体電極13、23と接合する接合部分12a、22aと、これに対して略90度曲げられて電極11、21と接合する側面部分12b、22bについては変形例11と同じであるが、変形例12では、更に、略90度中央方向に曲げられた底面部分12c、22cが形成されている。
この変形例では、図17(a)に示されるように、集電体12、22の底面部分12c、22cの先端とセパレータ7との間に隙間aが形成される。これにより、集電体12と集電体22同士がぶつかることが回避される。
また、集電体12、22の底面部分12c、22cの底面側(凹状容器2と対向する側)の面と、電極11、21の底面側の面との間に隙間bが形成される。これにより、セパレータ7の底面側にはみ出した部分が潰れることが防止される。また、電極11、21が潰れてはみ出し、これによりショートすることも防止される。
図17(b)は、変形例12における電極ユニットアセンブルの組み立て及び配置について表したものである。
電極ユニットアセンブルを集電体12、22の両外側から中央(セパレータ7側)に向けて圧縮することで、図17(a)に示すように、セパレータ7が押しつぶされてはみ出た状態になる。
この状態の電極ユニットアセンブルを、図17(b)に示すように、凹状容器2の凹部10内に挿入する。本変形例によれば、電極11、21の側面から底面(の一部)に掛けて集電体12、22で覆われていることで、電極11、21の底面外側角部が保護され、凹部10に挿入する際に凹状容器2と接触して電極11、21が欠けたり削れたりすることを防止することができる。
凹状容器2の凹部10に挿入した電極ユニットアセンブルは、白抜きの外向き矢印に示すように、圧縮されたセパレータ7が戻ろうとするため、電極ユニットアセンブルを凹部10の内周面に押しつけるため、集電体12、22の接合部分12a、22aを集電体電極13、23に溶接するまでの間、位置を保持することができ、作業性が良くなる。
なお、図17(b)に示した凹状容器2では、凹部10内に段部18、28まで簡略表示しており、実際には図1で説明した凹状容器2が使用される。以下説明する図においても、同様に、凹状容器2の形状は図1又は図3で説明した形状を省略して表示することとする。
図17(c)は、変形例12の更に変形例を表したものである。
この図17(c)に示すように、セパレータ7及び電極11、21の上部(封口板3側)に、補液材2を配設したものである。
この補液材2を配設することにより、電極11、12で不足した電解液を補充する効果が得られる。なお、補液材2としては、電解液を含浸して補液/保液機能を備えていればよく、例えば、セパレータ7で説明した材質を使用することができる。
図18は、変形例12における電極ユニットアセンブルの形成方法を表したものである。
図18(a)に示すように、中央にセパレータ7を挟んだ電極11と電極21のセパレータ7と反対側の側面に、導電性接着剤で集電体12、22を接合する。その際、集電体12、22は、上側の接合部分12a、22aと、下側の底面部分12c、22cを残した略中央の側面部分12b、22bを、電極11、21に接合する。
次に、図18(b)に示されるように、底面部分12c、22cをセパレータ7がある中央方向に曲げる。この際、底面部分12c、22cも導電性接着剤で電極11、22に接合することで、集電率を高めるようにしてもよい。
次に、図18(c)に示すように、集電体12、22の底面部分12c、22cを曲げた電極ユニットアセンブルを、その両外側から内側に押圧してセパレータ7を圧縮しながら、底面部分12c、22cが凹状容器2の凹部10の底面に接触するまで挿入する。
この挿入の際、両電極11、21の外側下部は集電体12、22で保護されているため、凹状容器2の段部18、28等に接触しても破損を防止することができる。
電極ユニットアセンブルを凹部10内に収容した後、図18(d)に示すように、集電体12、22の接合部分12a、22aを、集電体電極13、23に接触するまで略90度外側方向に曲げる。
なお、この説明では電極ユニットアセンブルを凹部10に収容した後に接合部分12a、22aを外側方向に曲げたが、接合部分12a、22aを先に曲げておき、その後に凹部10に電極ユニットアセンブルを収容するようにしてもよい。
次に、折り曲げた接合部分12a、22aを集電体電極13、23に溶接する。溶接は、抵抗溶接やレーザー溶接によるが、導電性接着剤による接合も可能である。
次に、電解液の注入行程に移行し、電極11、21の上部が解放されているので、当該上部から電極11、21、及びセパレータ7に電解液を注入する。
(変形例13)
図19は、変形例13に係る電気二重層キャパシタ1の電極ユニットアセンブルの一部を表したものである。
この変形例13は、上述した変形例12と同様に、集電体の形状に関する変形例であり、電極を保護するものである。変形例12では、電極11、21がセパレータ7を挟んで左右に配置される場合についての変形であるのに対し、変形例13では、電極11、21がセパレータ7を挟んで上下に配置される場合(例えば、変形例1、2)についての変形例である。
この変形例13では、図19に示されるように、集電体12が、上側の接合部分12aと、側面部分12bと、底面部分12cと、更に、反対側側面部分12dから構成されている。即ち、集電体12の長さを変形例1、2の場合よりも、反対側側面部分12d分だけ長くして、電極11に沿って曲げたものである。
また、変形例13では、側面部分12b、反対側側面部分12d共に電極11に導電性接着剤で接合することもできる。
このように変形例13によれば、電極11と電極21を上下に配置する場合に、下側(凹状容器2の底面側)に配置する電極11(又は電極21)の下側の角を、側面部分12b、底面部分12c、及び反対側側面部分12dで保護することができる。
また、電極の潰れが無くなることで、容量の低下や、欠落した電極11の部材がショートを引き起こすことが防止される。
また、反対側側面部分12dの先端は、セパレータ7との間に隙間cが形成されている。これにより、集電体12の反対側側面部分12dが集電体22に接触することを回避することができる。
説明した変形例13では、電極11に接合した集電体12について説明したが、電極21の集電体22については、段部18より下側に挿入されないため、反対側側面部分12dは形成されない。ただし、電極21及び集電体22を下側にする場合には、集電体22に反対側側面部分22dを形成する。
なお、電極11と集電体12、及び電極21と集電体22共に図19に示したように反対側側面部分12d、22dを形成することで、部品の種類を減らすようにしてもよい。
(変形例14)
この変形例14は、セパレータ7の大きさに関する変形であり、電極11、21がセパレータ7を挟んで上下に配置される場合(例えば、変形例1、2)についての変形例である。
図3、4で説明した変形例1、2では、セパレータ7は、集電体12、22のとほぼ同一サイズ(集電体電極13、23と接合する接合部分を除く)に形成されているが、この変形例14のセパレータ7は、図20に示すように、集電体12、22よりも大きく形成されている。方形のセパレータ7は、その全ての辺が集電体12、22の外側に位置するように配置されている。
セパレータ7は縮む可能性があるため、その各辺は、集電体12、22の辺の長さの2.5%よりも長く、より好ましくは6%以上の長さだけ外側に位置するように形成、及び配置される。
図20(a)は図4に示した変形例2に対応してセパレータ7を大きくした場合を表し、図20(b)は図3に示した変形例1に対応してセパレータ7を大きくした場合を表している。
このようにセパレータ7を大きくすることにより、組立て時の電極配置の配置の誤差やセパレーターの切断時の寸法の誤差や位置ずれによる誤差をによる次の事象、例えば、電体12の接合部分12aと集電体22とがショートし、また集電体22の接合部分22aが集電体12とショートしたり、また、集電体12と集電体電極23とがショートしたり、集電体22集電体13とがショートすることなどが防止される。
図21(a)は、図20(b)に示した変形例の側面断面図である。
図21(b)は、更に変形したもので、セパレータ7の両端部7a、7c(両電極11、21に挟まれた部分12bの外側部分で、接合部分12aと接合部分22aが配設される側の両端部)を非対称に折り曲げることでショートを防止するようにしたものである。
セパレータ7の一方の端部7aは、当該端部7aが配設されている側の接合部分12aと同じ方向、すなわち、図21(b)に示すように上方向に曲げられている。
セパレータ7の他方の端部7cは、当該端部7aが配設されている側の接合部分22aと同じ方向、すなわち、下方向に曲げられている。
図22は、図21に示した電極ユニットアセンブルの形成方法について表したものである。
図22(a)に示すように、一方の面に導電性接着剤で集電体12の底面部分12cを接合した電極11の他方の面と、一方の面に導電性接着剤で集電体22の底面部分22cを接合した電極21の他方の面と、でセパレータ7を挟む。
そして、図22(b)に示すように、セパレータ7の接合部分12a側の端部7aを集電体22側(図面上側)に曲げ、接合部分22a側の端部7cを集電体12側(図面下側)に曲げる。
また、集電体12の側面部分12b(接合部分12a)を電極11の端部でセパレータ7側(上側)に曲げ、集電体22の側面部分22b(接合部分22a)を電極21の端部でセパレータ7側(下側)に曲げる。
更に、接合部分12aと、接合部分22aとがほぼ平行になるように、折り曲げることで、図22(c)に示す電極ユニットアセンブルが形成される。
(変形例15)
図23は、電極11、電極21でセパレータ7を挟んだ単位セルを複数使用する場合の変形例であり、図23(a)は単位セルを直列に接続する場合を表し、図23(b)は単位セルを並列に接続する場合を表したものである。
図14で示した変形例9では、各単位セルを封口板3と平行になるように凹状容器2内に配置する場合の変形例であるのに対し、この変形例15では、図23に示すように、各単位セルを封口板3に対して90度になる向きにて凹状容器2内に配置するものである。
図23(a)は、図14(a)と同様に、単位セルを直列に接続する場合の例である。
この図23(a)に示すように、電極ユニットアセンブルは、電極11と電極21の間にセパレータ7を挟んだ単位セルを、セル分離板62を挟んで、電気二重層キャパシタ1の厚さ方向に複数個(n個)直列に積層したユニットを使用する。セル分離板62は、変形例9と同じものを使用する。
そして、直列に接続した各単位セルのうち、一方の外側に位置する電極11には集電体12が、他方の外側に位置する電極21には集電体22が、それぞれ導電性接着剤で接合されることで電極ユニットアセンブルが構成されている。
一方、凹状容器2は、図14(a)に示した変形例9とは異なり、段部18と段部28が形成され、単位セルの長さに併せて段部18、28より内側の深さがより深く形成されている。
この凹状容器2の凹部10内に電極ユニットアセンブルを収容した後、段部18に形成されている集電体電極13に集電体12の接合部分12aを溶接し、段部28に形成されている集電体電極23に集電体22の接合部分22aを溶接する。
図23(b)は、図14(b)と同様に、単位セルを並列に接続する場合の例である。
この図23(b)に示すように、単位セルは、セパレータ7を電極11、21で挟み、電極11、21に集電体12、22をそれぞれ接合した電気化学セルによって構成されている。各単位セルは、電気絶縁性のセル分離シート63で分離することにより、3個の単位セルが並列接続している。セル分離シート63については変形例9と同じシートを使用する。
そして、直列に接続した場合と同様に、一方の外側に位置する電極11に接合する集電体12は、外側に折り曲げられた接合部分12aが集電体電極13に溶接される。
他方の外側に位置する電極21に接合する集電体22は、外側に折り曲げられた接合部分22aが集電体電極23に溶接される。
一方、外側に位置する集電体12以外の集電体12(電極11と接合)については、リード線12eにより、集電体電極13に溶接される。
外側に位置する集電体22以外の集電体22(電極21と接合)については、リード線22eにより、集電体電極23に溶接される。
なお、リード線12e、22eに変えて集電体12、22と一体形成された幅細のリード箔(板)で集電体電極13、23に溶接するようにしてもよい。
リード箔(板)を使用する場合には、電極11、21とセパレータ7に上方から電解液を滴下する領域を充分確保できるだけの幅であることが望ましく、例えば電極11の幅の1/4以下の幅であればよい。
なお、リード線12eやリード箔が電極21とショートし、リード線22eやリード箔が電極11とショートすることを防止するため、リード線12e、22eやリード箔と電極11、21との間にセル分離シート63を配設するようにしてもよい。セル分離シートの幅についても、リード箔を使用する場合と同様に、電解液滴下の邪魔にならない幅とする。
以上説明したように、この変形例15によれば、変形例9で説明した単位セルを複数配設した場合の効果に加え、各単位セルの上方が開放されているので、凹状容器2内に組み込んだ後、上部から電極11、21に電解液(EL)を直接滴下させることができ、電解液の含浸をスムーズかつ確実に行うことができる。
本実施形態及びその変形例として、電子部品を構成する電気化学セルについて電気二重層キャパシタを例として説明したが、上述したように、電子部品を非水電解質電池など、他の種類の電気化学セルとすることも可能である。
例えば、負極(電極11)に、金属リチウムによって活性化された酸化ケイ素(50wt%)と導電助剤(40wt%)とポリアクリル酸系の結着剤(10wt%)で構成された電極を銅箔に形成したシートを用い、正極(電極21)に、リチウム−マンガン−酸素の元素がスピネル型の結晶構造を有する活物質(85wt%)と導電助剤(10wt%)とPVdF(ポリフッ化ビニリデン)系(PTFE系でもよい)の結着剤(5wt%)で構成された電極をアルミ箔上に形成したシートを用い、ガラス繊維で出来たセパレータと、1MのLiN(SO2CF3)2をPCに溶解して電解液で構成される電池が可能である。ここで、正極と負極の大きさは、長さ1mm×幅1.5mm×厚み0.2mmとすることができる。
更に、上述の正極活物質以外にも、Li4Ti5O12、Li4Mn5O12、LiCoO2などのリチウム含有の金属酸化物を用いることもできる。また、負極の活物質として、Li−Si−O、Li−ALなどのケイ素酸化物やリチウム合金などを用いることもできる。加えて、PCにLiBF4を1M溶解した電解液などを用いることで、リチウムイオン電池を構成することができる。この時、各活物質に、導電助剤や結着剤を併用できる。また、いずれか一方の電極を半電池として、もう一方を活性炭電極としたリチウムイオンキャパシタとしても良い。
以上に説明した実施の形態や各変形例によって、次の構成を得ることができる。
実施の形態の電気二重層キャパシタ1は、凹状容器2は、凹部10を有し、凹部10の内周面の中段には、段部18と段部28が形成されているため、底面から上端部の間に段部が形成された凹部を有する凹状容器として機能している。
集電体電極13は、段部18の上面に形成され、外部電極17に導通しているため、前記段部の上面から前記凹状容器の外部に至る第1の導電体として機能している。
集電体電極23は、段部28の上面に形成され、外部電極27に導通しているため、前記段部の上面から前記凹状容器の外部に至る第2の導電体として機能している。
電極11は、段部18の上面において、集電体電極13に電気的に接続しているため、前記段部の上面において、前記第1の導電体に接続する第1の電極として機能している。
電極21は、段部28の上面において、集電体電極23に電気的に接続しているため、前記段部の上面において、前記第2の導電体に接続する第2の電極として機能している。
また、凹部10に封入される電解質は、前記第1の電極と前記第2の電極に接する電解質として機能し、封口板3は、凹部10を封口するため、前記凹部の上端部に接合し、前記凹部を封口する封口部材として機能している。
凹状容器2は、凹部10の形状に対応したシート材41〜44を積層して形成されるため、前記凹状容器は、前記凹部の形状に対応するシート材を積層して形成されている。
集電体12は、電極11に設置されているため、前記第1の電極に設置された第1の集電体として機能しており、集電体22は、電極21に設置されているため、前記第2の電極に設置された第2の集電体として機能している。
そして、電極11は、集電体12を介して集電体電極13に電気的に接続し、電極21は、集電体22を介して集電体電極23に電気的に接続しているため、前記第1の電極は、前記第1の集電体を介して前記第1の導電体に接続し、前記第2の電極は、前記第2の集電体を介して前記第2の導電体に接続している。
実施の形態の電気二重層キャパシタ1の段部は、段部18と段部28から構成されており、集電体電極13は、段部18に形成され、集電体電極23は、段部28に形成されているため、前記段部は、第1の段部と、第2の段部と、から構成されており、前記第1の導電体は、前記第1の段部に形成され、前記第2の導電体は、前記第2の段部に形成されている。
段部18と段部28の高さは等しいため、前記第1の段部の上面と、前記第2の段部の上面は、同一平面上に形成されている。
変形例2では、集電体電極13は、段部18の一方の側に形成され、集電体電極23は、段部18の他方の側に形成されているため、前記第1の導電体は、前記段部の一方の側に形成され、前記第2の導電体は、前記段部の他方の側に形成されている。
変形例1では、電極11と電極21は、凹部10の深さ方向に対面しており、実施の形態では、電極11と電極21は、凹部10の深さ方向に垂直な方向に対面しており、凹部10には電解質が注入されているため、前記第1の電極と前記第2の電極は、前記凹部の深さ方向、又は、当該深さ方向に垂直な方向に対面しており、少なくとも、前記対面する面の間に前記電解質が存在している。
実施の形態では、シート材41の上面に中間配線部15、中間配線部25を設け、所定のレイアウトで配線しているため、前記第1の導電体、及び前記第2の導電体は、前記凹部の底面と、前記凹状容器外周底面の間に形成された配線層において所定のレイアウトの配線を形成して、前記凹状容器外周底面の所定位置に形成された外部電極に接続している。
実施の形態の電気二重層キャパシタ1は、矩形の底面を有し、一方の対角線上の角部に外部電極17a、外部電極17bが設けられ、他方の対角線上の角部に外部電極27a、外部電極27bが設けられているため、前記凹状容器は矩形形状の底面を有し、前記外部電極は、前記底面の2つの対角線のうちの一方の対角線上のそれぞれの角部に形成され、前記第1の導電体と接続する第1の外部電極と、他方の対角線上のそれぞれの角部に形成され、前記第2の導電体と接続する第2の外部電極と、から構成されている。
上述までに実施の形態において、電気二重層キャパシタの構成で説明したが、同様の構成で、電極の活物質や電解液の種類を適当に選ぶことで、リチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタとする構成にすることもできる。
また、電気二重層キャパシタ1は、例えば、スマートメーター等の各種住宅機器や自動車等の輸送機器や携帯電話などのメモリやクロックのバックアップ電源として使用することができる。
この場合、当該携帯電話は、電気二重層キャパシタ1で構成された電子部品と、主電源の電池を装着すると同時に前記電子部品に蓄電する蓄電手段と、メモリやクロックなどの所定の機能を発揮する他の電子部品と、蓄電した電荷を放電してメモリやクロックに電力を供給するなど、前記蓄電した電荷を用いて前記他の電子部品に電力を供給する電力供給手段を備えた電子装置として機能している。
また、瞬時放電特性(パルス放電特性)や急速充電特性に優れることから、携帯電話のLEDフラッシュ等の瞬時に電流を消費する機器において、メイン電源の補助機能として、電力をサポートすることができる。
また、電子部品、電子装置の構成として、以下の各構成a〜Iを採用することも可能である。
(1)構成a
底面から上端部の間に段部が形成された凹部を有する凹状容器と、
前記段部の上面から前記凹状容器の外部に至る第1の導電体と、
前記段部の上面から前記凹状容器の外部に至る第2の導電体と、
前記段部の上面において、前記第1の導電体に接続する第1の電極と、
前記段部の上面において、前記第2の導電体に接続する第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極に接する電解質と、
前記凹部の上端部に接合し、前記凹部を封口する封口部材と、
を具備したことを特徴とする電子部品。
(2)構成b
前記凹状容器は、前記凹部の形状に対応するシート材を積層して形成されていることを特徴とする構成aに記載の電子部品。
(3)構成c
前記第1の電極に設置された第1の集電体と、
前記第2の電極に設置された第2の集電体と、
を具備し、
前記第1の電極は、前記第1の集電体を介して前記第1の導電体に接続し、前記第2の電極は、前記第2の集電体を介して前記第2の導電体に接続することを特徴とする構成a、又は、構成bに記載の電子部品。
(4)構成d
前記段部は、第1の段部と、第2の段部と、から構成されており、
前記第1の導電体は、前記第1の段部に形成され、前記第2の導電体は、前記第2の段部に形成されていることを特徴とする構成a、構成b、又は構成cに記載の電子部品。
(5)構成e
前記第1の段部の上面と、前記第2の段部の上面は、同一平面上に形成されていることを特徴とする構成dに記載の電子部品。
(6)構成f
前記第1の導電体は、前記段部の一方の側に形成され、前記第2の導電体は、前記段部の他方の側に形成されていることを特徴とする構成a、構成b、又は構成cに記載の電子部品。
(7)構成g
前記第1の電極と前記第2の電極は、前記凹部の深さ方向、又は、当該深さ方向に垂直な方向に対面しており、少なくとも、前記対面する面の間に前記電解質が存在することを特徴とする構成aから構成fまでのうちの何れか1つの構成に記載の電子部品。
(8)構成h
前記第1の導電体、及び前記第2の導電体は、前記凹部の底面と、前記凹状容器外周底面の間に形成された配線層において所定のレイアウトの配線を形成して、前記凹状容器外周底面の所定位置に形成された外部電極に接続することを特徴とする構成aから構成gまでのうちの何れか1つの構成に記載の電子部品。
(9)構成i
前記凹状容器は矩形形状の底面を有し、
前記外部電極は、前記底面の2つの対角線のうちの一方の対角線上のそれぞれの角部に形成され、前記第1の導電体と接続する第1の外部電極と、
他方の対角線上のそれぞれの角部に形成され、前記第2の導電体と接続する第2の外部電極と、
から構成されることを特徴とする構成hに記載の電子部品。
(10)構成j
構成aから構成fまでのうちの何れか1つの構成に記載の電子部品と、
前記電子部品に蓄電する蓄電手段と、
所定の機能を発揮する他の電子部品と、
前記蓄電した電荷を用いて前記他の電子部品に電力を供給する電力供給手段と、
を具備したことを特徴とする電子装置。
1 電気二重層キャパシタ
2 凹状容器
3 封口板
4 金属層
5 金属層
6 シールリング
7 セパレータ
10 凹部
11、21 電極
12、22 集電体
13、23 集電体電極
14、24 貫通電極部
15、25、29 中間配線部
16、26 側面配線部
17、27 外部電極
18、28 段部
29 中間配線部
30 切り欠き部
32、33 金属層
34 切り込み部
36 四分の1円弧の形状部
41〜44 シート材
51 間隙部
62 セル分離板
63 セル分離シート

Claims (10)

  1. 底面から上端部の間に段部が形成された凹部を有する凹状容器と、
    前記段部の上面から前記凹状容器の外部に至る第1の導電体と、
    前記段部の上面から前記凹状容器の外部に至る第2の導電体と、
    前記段部の上面において、前記第1の導電体に接続する第1の電極と、
    前記段部の上面において、前記第2の導電体に接続する第2の電極と、
    前記第1の電極と前記第2の電極に接する電解質と、
    前記凹部の上端部に接合し、前記凹部を封口する封口部材と、
    を具備したことを特徴とする電子部品。
  2. 前記凹状容器は、前記凹部の形状に対応するシート材を積層して形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電子部品。
  3. 前記第1の電極に設置された第1の集電体と、
    前記第2の電極に設置された第2の集電体と、
    を具備し、
    前記第1の電極は、前記第1の集電体を介して前記第1の導電体に接続し、前記第2の電極は、前記第2の集電体を介して前記第2の導電体に接続することを特徴とする請求項1に記載の電子部品。
  4. 前記段部は、第1の段部と、第2の段部と、から構成されており、
    前記第1の導電体は、前記第1の段部に形成され、前記第2の導電体は、前記第2の段部に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電子部品。
  5. 前記第1の段部の上面と、前記第2の段部の上面は、同一平面上に形成されていることを特徴とする請求項4に記載の電子部品。
  6. 前記第1の導電体は、前記段部の一方の側に形成され、前記第2の導電体は、前記段部の他方の側に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電子部品。
  7. 前記第1の電極と前記第2の電極は、前記凹部の深さ方向、又は、当該深さ方向に垂直な方向に対面しており、少なくとも、前記対面する面の間に前記電解質が存在することを特徴とする請求項1に記載の電子部品。
  8. 前記第1の導電体、及び前記第2の導電体は、前記凹部の底面と、前記凹状容器外周底面の間に形成された配線層において所定のレイアウトの配線を形成して、前記凹状容器外周底面の所定位置に形成された外部電極に接続することを特徴とする請求項1に記載の電子部品。
  9. 前記凹状容器は矩形形状の底面を有し、
    前記外部電極は、前記底面の2つの対角線のうちの一方の対角線上のそれぞれの角部に形成され、前記第1の導電体と接続する第1の外部電極と、
    他方の対角線上のそれぞれの角部に形成され、前記第2の導電体と接続する第2の外部電極と、
    から構成されることを特徴とする請求項8に記載の電子部品。
  10. 請求項1に記載の電子部品と、
    前記電子部品に蓄電する蓄電手段と、
    所定の機能を発揮する他の電子部品と、
    前記蓄電した電荷を用いて前記他の電子部品に電力を供給する電力供給手段と、
    を具備したことを特徴とする電子装置。
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