電気化学セル用リード端子及びリード端子付き電気化学セル
【課題】 実装基板上での占有面積が小さく、実装が容易で、信頼性の高いリード端子付電気化学セルの提供。
【解決手段】 回路基板への実装時に回路基板面と対向して配置される側のセル面に設置されるリード端子Aが電気化学セルの外周が内接する四角形より小さく且つその略内側に設置され、回路基板面と反対側に配置されるセル面に設置されるもう一方のリード端子Bが前記内接四角形の略対角線方向に配置されると共にその回路基板への接続部が前記内接四角形もしくはその相似拡大四角形の角部に位置し且つ前記対角線に垂直な底辺を有する垂直二等辺三角形もしくはその中に入る形状とすることにより、基板上に占めるリード端子付電気化学セルの実効占有設置面積を減少・縮小する。
【解決手段】 回路基板への実装時に回路基板面と対向して配置される側のセル面に設置されるリード端子Aが電気化学セルの外周が内接する四角形より小さく且つその略内側に設置され、回路基板面と反対側に配置されるセル面に設置されるもう一方のリード端子Bが前記内接四角形の略対角線方向に配置されると共にその回路基板への接続部が前記内接四角形もしくはその相似拡大四角形の角部に位置し且つ前記対角線に垂直な底辺を有する垂直二等辺三角形もしくはその中に入る形状とすることにより、基板上に占めるリード端子付電気化学セルの実効占有設置面積を減少・縮小する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アルカリ電池やリチウム電池またはリチウムイオン電池等の化学電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学セル及び電気化学セル用リード端子に関するものであり、特にボタン形またはコイン形、長円形、円筒形や直方体等々の種々の構造を有するセル本体に、外部回路と電気的、機械的接続をするリードとして機能する端子が設けられた、リード端子付き電気化学セル及びそれに用いられるリード端子に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、携帯電子機器の小型高密度実装化に対応し、それらに用いられる電源素子としての電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学セルに対しても小型・薄型・軽量化が求められている。特に、回路基板上に直接実装されるボタン形、コイン形や円筒形等の一次電池及び二次電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学セルにおいては、セルを半田付けやねじ止め等で回路基板に接続固定し、機器回路と電気的接続をするためのリードとして機能する正負極一対の金属性のリード端子をセル本体に溶接等で固着して設置されたものが用いられるのが一般的である。そのため、電気化学セル本体の小型化と同時にこれらの端子を加えた全体の小型化、実装面積の低減が重要な課題となっている。
【0003】
この種のリード端子の形態としては、正負一対のリード端子がそれぞれセルケース及びケースフタに平行直線状に対向して設置された電気化学セルが、そのリード端子の接続端部が予め回路基板に形成された取り付け用の穴に差し込まれ、セルが基板に垂直に立てられて、基板の裏側からハンダ付けする垂直実装タイプ(例えば、特許文献1参照)や、正負一対のリード端子がそれぞれその回路基板への接続部が回路基板に平行となるように同一平面上に水平に配置されてセル本体に固着設置されたリード端子付き電気化学セルを、セル本体と接続部が回路基板の所定部に平行となるように載置し、接続部のハンダメッキ部をハンダ付けする平面実装タイプ(例えば、特許文献2参照)がある。前者の垂直実装タイプは実装の平面積は小さく出来るが、回路基板に垂直方向の厚さが厚くなり、また基板への穴明けや穴への装着、裏面からの半田付け等が煩雑で実装効率が低いという欠点があり、現在では後者の平面実装タイプが主流になっている。
【0004】
従来、この種の平面実装タイプのリード端子付き電気化学セルは、コイン形電気化学セルを例に示すと、図8に示すような構造をしていた。図において1はセルケース、2はケースフタであり、この内部に正負一対の電極や電解質等からなる電気化学セル発電要素もしくは蓄電要素を内蔵し、セルケース1とケースフタ2間にプラスチック製のガスケット3を介してセルケース1の開口縁部が内側に折り曲げられカシメられることによって密封封止されている。
【0005】
通常、セルケース1側に正極、ケースフタ2側に負極が内蔵され、それぞれ正極、負極の極性を形成している。4は電気化学セルの実装時に回路基板面と対面して配置される側のセル面A(図8の場合にはセルケース1)に一端が溶接等で固着設置されたリード端子Aであり、ニッケルやステンレス鋼等の金属製の平板状の板もしくは棒からなり、もう一端の回路基板へのハンダ付け部に予めハンダ層が設けられた平坦な接続部4hが形成されている。5は実装時に回路基板面と反対側に配置されるセル面B(図8の場合ケースフタ2)に一端が溶接等で固着設置されたリード端子Bであり、電気化学セルの側面部5m、5nで2段に折り曲げられ、下段面の予めハンダ層が設けられた平坦な接続部5hがリード端子Aとほぼ同一高さ同一平面上に配置されるように加工されている。このように形成されたリード端子付きの電気化学セルが回路基板の所定の接続位置に載置され、リード端子A及びBのハンダ層が設けられた接続部4h、5hが回路基板にハンダ付けされて固定実装される。このようなリード端子AとBのセルケース1及びセルフタ2への取り付け方向(リード端子AとBの角度)や配置及びセルの基板への対抗面がセルケース1とケースフタ2のいずれになるかは種々の選択が可能であり、例えば図10に示す例の様にケースフタ2が基板への対抗面側に配置されるように4のリード端子Aがケースフタ2に設置され、5のリード端子Bがセルケース1に設置され、リード端子AとBが同一向き(角度0度)に配置される場合もある。
【0006】
従来、電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学セルにおいては、200℃以上の加熱温度が必要なリフローハンダ付けの高温に耐えられる電気化学セルが無く、上記のリード端子A、Bの回路基板へのハンダ付けは手ハンダで行われていた。近年、この種の電気化学セルにおいても実装の合理化のためリフローハンダ付けに依る実装の自動化への要求が高く、ボタン形またはコイン形の電気化学セルにおいて高耐熱性を有する熱可塑性エンジニアリングプラスチック材料からなるガスケットや高沸点の有機電解液等を用いたリフローハンダ付けが可能な二次電池及びキャパシタ等の電気化学セルが開発され実用化されている。このようなリフローハンダ付けが可能な電気化学セルを回路基板に確実に実装(ハンダ付け)するには、リード端子付きの電気化学セルを基板表面に載せた際に各リード端子A及びBの接続部面とハンダの付いた回路基板表面が平行に確実に接触する必要がある。リード端子AとBの接続部がどちらも同じ方向を向いているタイプ(図10)では、電気化学セルの厚さやリード端子A、Bの高さのばらつきにより両端子の接続部の位置に段差が生じ、回路基板のハンダ付け部に一方の端子のみが接触しもう一方が接触せず、ハンダ付け不良を生じ易いため、リフローハンダ付け用には不向きである。リード端子AとBの接続部がそれぞれ反対向きのタイプ(図8:180°に開いた形)は両リード端子の接続部の高さ位置に多少のズレがあっても幅方向のセルの傾きで吸収され、両方の接続部が回路基板に確実に接し易いためリフローハンダ付けに有利であり主流となっている(例えば、特許文献3及び4参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】実開昭61−18568号公報(図1、2)
【特許文献2】特開2002−237290号公報(図1〜5)
【特許文献3】特開平11−40174号公報(図1)
【特許文献4】特開2003−92102号公報(図1)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
従来のリード端子付き電気化学セルにおいては、図8、図10の平面図に示すように、一対のリード端子A、Bが電気化学セル本体の外周から大きくはみ出す構造となっており、セル本体が小型化してもリード端子の突出部周辺は他の部品が実装出来ない無駄なスペースとなるため、これらリード端子とデッドスペースを含めた全体の実装面積はそれほど小さく出来ず、無駄なスペースを多くとり実装効率が低いという課題があった。
【0009】
これは、従来のリード端子A,Bの形状は、それぞれ必要により折り曲げ加工をした矩形の平板もしくは棒からなり、ハンダ付け部となる接続部が平板状の矩形であるため、
1)手ハンダでハンダ付けするタイプ(図10)では、半田ごてからの加熱によるセルの劣化を防ぐため、リード端子のハンダ付け部(接続端部4h、5h)をセル本体から充分離す必要がある。
【0010】
2)回路基板への実装の際に回路基板面と反対側に配置されるセル面Bに設置するリード端子Bは、セル面Bからセルの外周に沿って5mで折り曲げられて段差をなし、更に回路基板への実装時に回路基板面と対面する側に配置されるセル面Aに設置されるリード端子Aの高さで再度セルから外側に向かって5nで折り曲げられて回路基板との接続部をなす二段の段差構造を有するので、構造上接続部が電気化学セルの外側にはみ出さざるを得ないものであり、従来のリード端子付き電気化学セルの構造では、これが実装面積を大きくする主原因であった。
【0011】
3)リフローハンダ付けタイプでは、前記の様に、電気化学セルの厚さやリード端子A、Bの高さのばらつきによる両リード端子の接続部の高さ位置に段差が生じても、電気化学セルを基板表面に載せた際に各リード端子A及びBの接続部面とハンダの付いた回路基板表面が平行に確実に接触するようにするため、通常、リード端子AとBが逆向きに180℃開いた方向に設置される。そのためリード端子A、Bを含めたセル全体の幅が大きくなり、周囲に他の部品を実装できない実質的なデッドスペースが大きい。
【0012】
4)また、電気化学セルを小さくしても、回路基板上へ載置され搬送ベルト等でリフロー炉内を搬送される際に位置ずれや浮き等を起こさない形状安定性やハンダ付け後の剥離強度を確保するためリード端子A、Bの少なくともハンダ付け部の幅は小さくできず、セル本体の直径の半分以上とされていた。等々のためである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上記の様な問題点を解決する為に、本発明のリード端子付き電気化学セルは、発電要素もしくは蓄電要素とそれらの発電要素もしくは蓄電要素を収容するセルケースとセルを外部回路に接続するためのリード端子とを有する電気化学セルにおいて、該電気化学セルの回路基板への実装時に回路基板面と対向して配置される側となるセル面Aに予め設置されるリード端子Aが前記電気化学セルの外周が内接する四角形より小さく且つその略内側に設置され、回路基板への実装時に回路基板面と反対側となるセル面Bに設置されるもう一方のリード端子Bが前記内接四角形の略対角線方向に配置されると共にその回路基板への接続部が前記内接四角形もしくはその相似拡大四角形の角部に位置し且つその角部に沿った三角形状もしくはその中に入る形状とした。
【0014】
この構造により、リード端子A,Bともそれらが固着設置される電気化学セル本体の外周が内接する四角形の中に収まるので、この電気化学セルを回路基板上に実装した際にリード端子が電気化学セル本体からはみ出る部分が最小となり、セル本体とリード端子を合わせた全体としての実装面積が最小に出来る。
【0015】
また、好ましくは、実装時に回路基板面と反対側に配置されるセル面Bに設置する前記リード端子Bの回路基板への接続部端部と前記内接四角形のコーナーとの距離Mが、電気化学セルの直径をDとし、前記内接四角形の外側を正、内側を負とすると、−0.1×D≦M≦0.3×Dである構造とする。これにより実装面積をより小さくすることが出来る。
【0016】
より好ましくは、回路基板面と対向して配置されるセル面Aに設置する前記リード端子Aの回路基板への接続部端部と前記電気化学セルの外周との距離Lが、前記電気化学セルの外周より外側を正、内側を負とすると、−0.5×D≦L≦0.1×Dである構造とする。これにより、実装面積をより小さく出来ると共に、回路基板上での座り安定性がより高いリード端子付き電気化学セルが得られる。
【0017】
更に好ましくは、前記リード端子Aの幅が前記リード端子Bの幅より広い構造とする。これによりリード端子AとBの接続部間の距離を短くしても、回路基板上での座り安定性がより優れたリード端子付き電気化学セルが得られる。
【0018】
また、より好ましくは、リード端子Aの回路基板との接続部の内側端部コーナーの点p,qとリード端子Bの回路基板との接続部内側端部の中点tがつくる三角形の内部にセルの中心gが位置する構造とする。これにより、リード端子AとBの接続部間の距離を短くし、更にリード端子Bの接続部の面積を小さくしても、回路基板上での座り安定性がより優れたリード端子付き電気化学セルが得られる。
【0019】
本発明のリード端子付き電気化学セルは、発電要素もしくは蓄電要素を収容するセルケースとセルを外部回路に接続するためのリード端子とを有し、電気化学セルの回路基板への実装時に回路基板面と対向して配置される側のセル面に設置されるリード端子Aが前記電気化学セルの外周が内接する四角形より小さく且つその略内側に設置され、回路基板面と反対側に配置されるセル面に設置されるもう一方のリード端子Bがリード端子Aとなす角度が130°から230°の範囲にあり、その回路基板への接続端部が先細形状であることを特徴とする。
【0020】
本発明のリード端子付き電気化学セルは、発電要素もしくは蓄電要素を収容するセルケースと、回路基板に接続するためのリード端子とを有する電気化学セルにおいて、前記電気化学セルの回路基板への実装時に回路基板面と対向して配置される側のセル面に設置されるリード端子Aが前記電気化学セルの外周が内接する四角形より小さく且つその略内側に設置され、回路基板面と反対側に配置されるセル面に設置されるもう一方のリード端子Bが前記内接四角形の略対角線方向に配置されると共に前記回路基板への接続部が前記内接四角形の角部もしくは角部から半径5mm以内の範囲に位置し、且つその角部に沿った三角形状もしくはその中に入る形状であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、リード端子A,Bともそれらが固着設置される電気化学セル本体の外周が内接する四角形もしくはその相似拡大四角形の中に収まるので、この電気化学セルを回路基板上に実装した際にリード端子が電気化学セル本体からはみ出る部分が最小となり、セル本体とリード端子を合わせた全体としての実装面積が最小に出来る。しかも、一般に回路基板に実装される電子部品の多くは角形の形状が多く、また回路ショートの発生等への配慮から、円形状の電気化学セルの外周が内接する四角形の中のセル本体外部の角部は、従来一般に回路基板上で他の部品等が実装されない実質的デッドスペースとなっており、リード端子A、Bのセル本体からのはみ出しがこのデッドスペース近傍に収まることにより、実質的にリード端子による実装スペースのロスが無く最小の実装面積、実装効率が実現できる。また、回路基板への実装時に回路基板と対面する側となるセルの下面に設置されるリード端子Aは前記内接四角形の中に収まるので、回路基板との接続端部がセル本体の中心(重心)に近く配置され、且つその幅はセル本体の直径と同等もしくはそれ以下であればよく、十分な幅と大きさを確保できるので、もう一方のリード端子Bの回路基板との接続部が前記内接四角形の角部もしくはその内側に設置され、面積を小さくしても、セル全体として回路基板上で十分な座り安定性とハンダ付け後の十分なハンダ固着強度を得ることが出来るので、リフローハンダ付け等のため電気化学セルを回路基板に載せたり、リフロー炉内に搬送する際にセル本体がぐらついたり、移動したりすることが無く、より効率的により信頼性の高いリフローハンダ付けが可能となり、ハンダ付けの生産性向上とコスト低減が図れる。
【0022】
また、本発明では回路基板面と反対側に配置されるセル面に設置されるもう一方のリード端子Bが前記内接四角形の略対角線方向に配置されると共に前記回路基板への接続部が前記内接四角形の角部もしくは角部から半径5mm以内の範囲に位置し、且つその角部に沿った三角形状もしくはその中に入る形状であることにより、電気化学セルの実装面積を最小にすると同時に、端子と電池缶に距離を設け結露などによるショートを防止している。
【0023】
また、本発明は、この種のリード端子付電気化学セルを用いる携帯電話等に代表される携帯機器等の小型化に効果があリ、産業上大いに貢献するものである。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の実施例1のリード端子付電気化学セルの平面図である。
【図2】本発明の実施例1のリード端子付電気化学セルの側面図である。
【図3】本発明の実施例1のリード端子付電気化学セルの底面図である。
【図4】本発明の実施例2のリード端子付電気化学セルの平面図である。
【図5】本発明の実施例2のリード端子付電気化学セルの底面図である。
【図6】本発明の実施例3のリード端子付き電気化学セルの平面図である。
【図7】本発明の実施例4のリード端子付き電気化学セルの平面図である。
【図8】従来のリフローハンダ付け対応のリード端子付き電気化学セルの平面図である。
【図9】従来のリフローハンダ付け対応のリード端子付き電気化学セルの側面図である。
【図10】従来のリフローハンダ付け対応のリード端子付き電気化学セルの平面図である。
【図11】従来のリフローハンダ付け対応のリード端子付き電気化学セルの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【0026】
図1は本発明によるリード端子付き電気化学セルの平面図であり、図2は側面図、図3は底面図である。図において、1は金属製のセルケース、2は金属製のケースフタであり、この内部に正負一対の電極や電解質等からなる電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学セル発電要素もしくは蓄電要素を内蔵し、セルケースとケースフタ間にプラスチック製のガスケット3を介してセルケースの開口縁部を内側に折り曲げカシメることによって密封封止している。通常、セルケース側に正極、ケースフタ側に負極が収容され電気的に接続され、それぞれ正極、負極の極性を形成しているが、正極と負極を逆に収容配置することも可能である。4は本発明に係わるリード端子Aであり、ニッケルやステンレス鋼等の金属製の平板状の板からなり、電気化学セルの回路基板への実装時に回路基板面と対面して配置される側のセル面(図1の場合ケースフタ2の側)に予め一端がレーザー溶接や抵抗溶接、超音波溶接等で固着設置されており、もう一端には回路基板へ接続するための平坦な接続部4hが形成されており、回路基板への接続がハンダ付けで行われる場合にはハンダの濡れ性の確保のため予めこの接続部4hにハンダ層(図の斜線部)を設けておくことが好ましい。
【0027】
5は本発明に係わるリード端子Bであり、回路基板への実装時に回路基板面と反対側に配置されるセル面(この場合セルケース1の側)に一端が溶接等で固着設置されており、電気化学セルの側面部5m、5nで2段に折り曲げられ、下段面の予めハンダ層が設けられた平坦な接続端部5hがリード端子Aとほぼ同一高さ同一平面上に配置されるように加工されている。
【0028】
本発明の主目的は、リード端子A、Bが従来一般に回路ショートの発生への配慮から、回路基板上で他の部品等が実装されないデッドスペースである電気化学セルの外周に内接する四角形の内側もしくはその拡大相似四角形の内側に収まるように構成し実質の実装スペースを最小にすることである。
【0029】
そのため、リード端子Aの平面状の大きさを、電気化学セル本体の外周と内接する四角形Sよりも小さく且つその内側に設置するようにした。但し、リード端子Aのケースフタ2への溶接位置精度や回路基板上の配線パターンの位置精度等から、電気化学セルの直径の10%程度リード端子Aが内接四角形からからはみ出しても実装スペース上の実質的なロスへの影響は小さいので、この範囲内であればよい。また、逆にリード端子Aが内接四角形Sの内側にあり、その接続部4hが内接四角形から離れるほど前記リード端子Bの回路基板との接続部5hと接近するため回路基板上に置いたときの座り安定性が低下するので、接続部4hの端部と前記電気化学セルの外周または前記内接四角形までの距離Lが、前記電気化学セル外周より外側を正、内側を負とすると、−0.5×D≦L≦0.1×Dであることが好ましい。また、ケースフタ(通常負極)側を回路基板面に対向して載置する構造の場合には、実装時の加圧によるリード端子BまたはAの撓みや変形でセルケース(通常正極)とリード端子Aとが接触することにより、ショートを発生する可能性がある。このショートを防ぐ為、リード端子Aに1箇所以上の段差を設けることが有効である。また、回路基板に対向するセル面に設置されるリード端子Aに段差がない場合には、電気化学セルの厚さのばらつきにより、セルの高さが高くなった場合、回路基板面とは反対側のセル面に設置されるリード端子Bの接続部5hが回路基板から浮いてしまい、基板と電気的に接続されない接続不良が発生しやすい。段差を設けることにより、段差分だけ電気化学セルが傾くことが出来るので、セル本体の高さばらつきを吸収することができる。段差は、高さばらつきを考慮し設定すればよい。
【0030】
リード端子Bは、前記電気化学セルの外周が内接する四角形Sの略対角線方向に配置されると共にその回路基板への接続部5hが前記内接四角形もしくはその相似拡大四角形の角部に位置し且つその角部に沿った三角形状もしくはその中に入る形状とする。接続部5hの形状としては、前記内接四角形の角部に沿った直角三角形またはその中に入る形状であればよく、前記三角形の頭頂部をカットした台形、同じ底辺の円弧、楕円、頂角が鋭角または鈍角の三角形等々の種々の形態が可能であるが、特に直角二等辺三角形またはその頭頂部に丸みRもしくはカットを設けた台形状の場合に、接続部5hが内接四角形の内側に収まり且つその面積が最大となり、回路基板に載置した場合の座り安定性が高いので、特に好ましい。また、接続部5hが、前記内接四角形もしくはその相似拡大四角形の角部に位置するように設置すればよく、特に接続部5hの端部と前記内接四角形のコーナーからの距離Mが、電気化学セルの直径をDとし、内接四角形の外側を正、内側を負としたとき、M≦0.3×Dの範囲で設置した場合に前記内接四角形からのリード端子Bのはみだしが小さく、回路基板上で他の部品等が実装できないデッドスペースがより小さいので、より好ましいが、M<−0.1×Dでは、接続部の長さ方向の幅がセル直径Dの10%以下しか取れず回路基板にハンダ付けした際にハンダ強度が不十分となりやすいので、−0.1×D≦Mとすることが好ましい。特に、前記内接四角形の対角線上の角部の内側になるように設置することにより本リード端子付き電気化学セルの回路基板への実効的な実装スペースが最小となり特に好ましい。
【0031】
リード端子Aの形状は、長方形や正方形に限定されず、台形、三角形、多角形等種々の形状が可能であり、また各辺が直線でなく円弧や曲線形状も可能であるが、リード端子Aの幅、特に回路基板との接続部4hの幅を電気化学セル本体の直径の40%以上、より好ましくは50%以上となるように大きく設定し、回路基板との接続部4hの面積を大きく設定することにより、リード端子Bの接続部5hの幅と面積を小さくしても、回路基板に載置した際の座り安定性を確保できるので、リード端子Aの幅をリード端子Bの幅よりも大きくすることが好ましい。
【0032】
更に、リード端子Aの回路基板との接続部4hの内側端部コーナーの点p,qとリード端子Bの回路基板との接続部の内側端部の中点tがつくる三角形の内部にセルの重心もしくは中心gが位置するようにリード端子A及びBを構成、配置することにより、電気化学セルを回路基板に載せた際の座り安定性がより高いのでより好ましい。
【0033】
リード端子A及びBのセル本体と接続される端部の形状は特に限定されず、直角形状でもよいが、搬送やセル本体への溶接等の組立て加工時にリード端子同士や他の部材または組立て装置等にリード端子の角部が当たることによる傷の防止及び引っ掛かりによる不良発生防止のため、テーパーカットや円形状の丸めを設けることが好ましい。また、組立て時に左右表裏の判別を容易にし製造効率上、角部のカット(丸め)形状を左右前後何れかで非対称形状とすることが好ましい(図3)。
【0034】
また、回路基板との接続をリフローハンダで行う場合には、接続部の上下面または少なくとも回路基板と対抗する面に予めハンダメッキによりハンダ層を設ける。このハンダ層の形成に際し、接続部の端部側面や両サイド側面または接続部の折り曲げ部の立ち上がり部等にもハンダ層を設けることにより、半田付け後のハンダ接着強度が高く、より信頼性の高いはんだ接着が得られるのでより好ましい。
【0035】
特に、電気化学セル本体やリード端子の高さのばらつきにより、リード端子A、Bの接続部4h、5hのハンダ面が回路基板と平行にならない場合がある。その場合、リード端子の接続部面から立ち上がる部分(段差のため折り曲げた部分または、接続部4h、5hの端部側面)が回路基板に接し、リフロー時にそこからはんだが溶け始め電気的に接続されるので、この部分にハンダを配しておくことが非常に有効である。ハンダの配し方法は、ディッピング、めっき等があり特に限定するものではない。
【0036】
一般に、電極活物質と後述の電解質によりその発電素子又は蓄電素子としての電気化学システムの動作電圧や最大理論容量等の基本的な電気化学特性が規定される。本発明のリード端子付き電気化学セルにおいて、リチウム電池やリチウムイオン二次電池等の非水電解質電池を構成する場合には、負極活物質としてリチウム金属、リチウムとアルミニウムや錫等の他の金属の合金、ケイ素や錫、タングステン、チタン、鉄等の酸化物、窒化物、硫化物や黒鉛または有機物を焼成して得られる炭素質材料やポリアセチレン等の導電性高分子等々のリチウムイオンを吸蔵放出可能な物質を用い、アルカリ電池を構成する場合には、亜鉛、カドミウム、水素吸蔵合金等の金属を用いることが出来る。正極活物質としては、リチウム電池またはリチウムイオン二次電池の場合には、CFXやTiS2,MoS2,NbSe3等の金属カルコゲン化物、MnO2,MoO3,V2O5,LiXCoO2,LiXNiO2,LiXNiyCo1−yO2,LixMn2O4等の金属酸化物、ポリアニリン、ポリピロール、ポリパラフェニレン等の導電性高分子の様なリチウムイオンと反応もしくはリチウムイオンを吸蔵放出可能な物質を用いることが出来、アルカリ電池の場合には酸化銀、二酸化マンガン、水酸化ニッケルやオキシ水酸化ニッケル等の酸化物、水酸化物等が用いられる。また、電気二重層キャパシタの場合には正電極、負電極共に、電極活物質として、活性炭やカーボンブラック等の炭素材料、金属やその酸化物、高分子等の比表面積の大きい物質を用いることが出来る。電極活物質としてリチウムや亜鉛等の上記の様な金属を用いる場合には、それらを集電体上に直接所定形状に一体に成形した板や箔を用いることにより、導電剤や結着剤は不要である。また、本発明はこれらの電極活物質の例に限定されず、その他の電極活物質を用いた化学電池、電気二重層キャパシタや電気化学キャパシタ及びこれらを複合した発電素子または蓄電素子からなる電気化学セルに適用することが出来る。
【0037】
この電極体にはセルケース内に収納後または予め収納前にイオン導電性の電解液が含浸吸蔵され、電気化学セル素子が構成される。電解質としては、例えば有機電解質電池の場合、γ−ブチロラクトン、プロピレンカ−ボネ−ト、エチレンカ−ボネ−ト、ブチレンカ−ボネ−ト、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルフォーメイト、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、ジメチルフォルムアミド、スルホラン、アセトニトリル等の有機溶媒の単独又は混合溶
媒に支持電解質としてLiClO4,LiPF6,LiBF4,LiCF3SO3等のリチウムイオン解離性塩を溶解した非水(有機)電解液、これらの非水電解液を高吸液性多孔質高分子に含浸吸蔵させたゲル電解質、ポリエチレンオキシドやポリフォスファゼン架橋体等の高分子に前記リチウム塩を固溶させた高分子固体電解質あるいはLi3N,LiI等の無機固体電解質等々のリチウムイオン導電性の非水電解質を用いることが出来る。また、電気二重層キャパシタの場合には、上記の支持電解質の代りに、またはそれに加えて(C2H5)4NBF4、(C2H5)4NPF4、(C2H5)4NClO4、(C2H5)3CH3NBF4、(CH3)4NBF4等のアンモニウム塩やホスフォニウム塩等が用いられる。電解質としてゲル状電解質、高分子固体電解質や無機固体電解質等の固体状電解質が用いられる場合には、セパレータの代わりにこれらの固体状電解質を単独もしくはセパレータと併用して用いることが出来る。
【0038】
また、セパレータとしては、通常電気化学セルに用いられるものが適用出来る。即ち、リチウム電池やリチウムイオン電池等の非水電解質電池を構成する場合には、ポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィン系の高分子多孔質フィルムや不織布あるいはガラス繊維との混抄紙等、アルカリ電池ではセロファンやレーヨン抄紙、グラフト重合したポリエチレン等、電気二重層キャパシタではセルロース、ポリエステル、ポリオレフィン系樹脂やガラス等の繊維からなる不織布や抄紙あるいはポリオレフィンの多孔質フィルム等を好適に用いることが出来る。リフローハンダ付け対応の電気化学セル用としては、熱変形温度が230℃以上のポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリイミドなどの樹脂、セラミクスやガラス等の多孔質フィルムや不織布等々を用いることが出来る。セパレータの孔径は、一般に電池用として用いられる範囲のもの、例えば、0.01〜10μmを用いることが出来る。厚さは、一般に電池用として用いられる範囲、例えば、5〜300μmのものを用いることが出来る。
【0039】
ガスケットは、通常ナイロンやポリプロピレン等の樹脂が用いられるが、リフローハンダ付けを行なう場合には、熱変形温度が230℃以上の樹脂を用いる。例えば、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、液晶ポリマー(LCP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂(PFA)、ポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK)、ポリエーテルニトリル樹脂(PEN)、また、ポリエーテルケトン樹脂(PEK)、ポリアリレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアミノビスマレイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フッ素樹脂等々が使用できる。また、これらの材料に30重量%程度以下の添加量でガラス繊維、マイカウイスカー、セラミック微粉末等を添加したものを好適に用いることが出来る。
【実施例】
【0040】
以下、実施例について図面を参照して説明する。
(実施例1)
本実施例は、本発明によるリード端子付き電気化学セルとして、図1〜図3の基本構造による直径4.8mm、厚さ1.4mmのコイン形電気二重層キャパシタを構成した例である。
【0041】
活性炭粉末と導電性付与剤としてカーボンブラックを、結着剤としてポリテトタフロロエチレン(PTFE)を混合し、厚さ0.5mm、直径4mmに加圧成形して得られたペレットを正負両電極に用いた。電解質にはプロピレンカーボネートに1モル/lの(C2H5)4NBF4を溶解した有機電解液を用いた。これらの電極間に耐熱性のエンジニアリングプラスチック不織布からなるセパレータを介在させ前記の電解液を含浸させた蓄電素子を正極端子を兼ねるセルケース(正極ケース)1及び負極端子を兼ねるセルフタ(負極ケース)2に収容し、セルケースとセルフタの間に耐熱性エンジニアリングプラスチックからなるガスケット3をかん合し、セルケースの開口縁をカシメて密封封止して、コイン形電気二重層セル本体を作製した。
【0042】
本実施例では、回路基板への実装時にケースフタ2(負極ケース)が基板と対向する側に配置され、セルケース1(正極ケース)が基板と反対側に配置される構成となるように、リード端子Aを上記コイン形電気二重層セル本体のケースフタ2に、リード端子Bをセルケース1にそれぞれレーザー溶接して設置した。即ち、4は厚さ0.1mmのステンレス鋼からなるリード端子Aであり、幅3.5mm、長さ3.5mmの四角形状の板を、回路基板への実装時に回路基板と接続される接続部4hとなる部分の境界部で折り曲げ加工し高さ0.1mmの段差を設けたものである。本実施例では、接続部4hの端部から長さ方向の幅を1mmとした。また、接続部4hには上下面及び端部側面と両サイド側面及び接続部の折り曲げ立ち上がり部に予めハンダメッキによりハンダ層を設けており、端部の角部は半径0.2mmの円形状、負極ケースとの接続側端部の角部は半径1mmの円形状とした。このようにして得られたリード端子Aを、そのハンダ層を設けた接続部の端部がセルケース1の外周が内接する四角形Sの一辺に平行に且つその一辺から内側に0.5mm、また接続部端部に直角なリード端子Aの側面が前記内接四角形Sの前記一辺に直角な辺から内側に0.5mmの所に配置し、リード端子A全体がこの内接四角形の内側に入る配置でケースフタ2上に載せ、リード端子Aのケースフタ面上の部分(溶接部)にレーザー光を照射し、レーザー溶接により、3点スポット溶接して固着設置した。
【0043】
5のリード端子Bは、厚さ0.1mm、セルケース1との接続部の幅2.5mmのステンレス鋼の板からなり、セルケース1が内接する前記内接四角形Sの対角線方向に配置され、セルケース1の外周から0.1mm離れた部分でセルケースに沿って下向きに直角に折り曲げ加工され、高さ1.7mmで再度折り曲げ加工され回路基板との接続部5hを形成する形状に作製された。この回路基板との接続部5hは端部が前記内接四角形の角部の直角な2辺上に配置する二等辺三角形状とし、先端が半径0.2mmの円弧形状とした。このような形状に加工され、セルケース1上に配置されたリード端子Bのセルケース面上の部分(溶接部)にレーザー光を照射し、レーザー溶接により、3点スポット溶接して固着設置した。また回路基板との接続部5hには上下面及び端部側面と接続部の折り曲げ立ち上がり部に予めハンダメッキによりハンダ層を設けている。
(比較例1)
上記実施例1で作製したものと同様な直系4.8mm、厚さ1.4mmのコイン形電気二重層キャパシタを用い、リード端子A、Bとして図8、図9に示した従来のリフローハンダ付けタイプのリード端子を用い、従来の配置でそれぞれセルフタ及びセルケースにレーザー溶接して固着設置した以外は全て同様にして、従来法による比較例1のリード端子付き電気化学セルを作製した。リード端子Aの形状は、幅3.0mm、長さ5.0mmの長方形の平板状、回路基板との接続部4hの幅1.0mmであった。リード端子Bの形状は、幅2mm、長さ5.2mm、回路基板との接続部の幅1.0mmであった。
(比較例2)
リード端子Aとして、実施例1のリード端子Aを用い、接続部4hの端部が実施例1と同様にセルの外周が内接する四角形Sの内側0.7mmになる様に配置して、セルフタ2にレーザー溶接して固着設置した。リード端子Bは比較例1と同様な従来法のものを用い、比較例1と同様にセルケース1に設置した。その他は全て実施例1と同様にして、比較例2のリード端子付き電気化学セルを作製した。
【0044】
このようにして作製した本実施例及び比較例のリード端子付き電気化学セル各100について、リード端子を含むセルの最大幅長(幅が最長の部分間の長さ)を測定した。また、ピーク温度240℃で5秒以内、且つ200℃以上のリフロー温度領域40秒間に設定したリフロー炉によりリフローハンダ付けの試験を行い、リード端子A,Bの両方のハン
ダ付け不良及び基板上の所定位置からの1mm以上のずれの発生有無を確認した。その結果を表−1に示す。
【0045】
【表1】
【0046】
(実施例2)
本実施例は、本発明によるリード端子付き電気化学セルとして、図4の基本構造による直径4.8mm、厚さ1.4mmのコイン形電気二重層キャパシタを構成した例である。リード端子Aとして実施例1と同様のものを用い、そのハンダ層を設けた接続部端部の両角部がセルケース1の外周が内接する四角形Sの直交する二辺のそれぞれの中央部から内側0.1mm以内に入るように負極ケース2上に配置して、レーザー溶接により固着設置した以外は全て、実施例1と同様なコイン形電気二重層キャパシタとリード端子Bを用い、同様な方法で作製した。
【0047】
本実施例のリード端子付き電気化学セルの最大幅長は実施例1のセルと同じ5.7mmであり、リフローハンダ付けによる不良発生率や位置ずれ不良の発生率は実施例1と同じ0%であったが、リフロー炉を搬送する際のセルの位置ずれが実施例1のセルより小さくより安定であった。
(実施例3)
本実施例は、リード端子付き電気化学セルとして、図6の基本構造による直径4.8mm、厚さ1.4mmのコイン形リチウム二次電池を構成した例である。
【0048】
電気化学セル発電素子として、正極活物質に酸化モリブデン、負極活物質としてリチウム含有ケイ素酸化物を、電解質としてγ-ブチロラクトンとエチレンカーボネートの1:1混合溶媒に1mol/lのLiBF4を溶解した有機電解液を用いた。実施例1の蓄電素子の代わりに、これらの電極と電解質からなる発電素子を用いた他は実施例1の電気二重層キャパシタと同様な構成のコイン形リチウム二次電池を作製した。
【0049】
本実施例においても、回路基板への実装時に回路基板面と対向して配置される側となるセルフタ2に予め設置されるリード端子Aとして実施例1と同じものを用いた。このリード端子Aを、そのハンダ層を設けた接続部4hの端部がセルケース1の外周が内接する四角形Sの一辺に平行に且つその一辺から内側に0.1mm、また接続部端部に直角なリード端子Aの側面が前記内接四角形Sの前記一辺に直角な辺から内側に0.1mmの所に配置し、リード端子A全体がこの内接四角形の内側に入る配置でケースフタ2上にレーザー溶接により、3点スポット溶接して固着設置した。 一方、回路基板への実装時に回路基板面と反対側に配置されるセルケース1に設置するリード端子Bとして、実施例1と同じリード端子を用いたが、そのセルケース1への配置方向は、前記セル外周が内接する四角形Sのリード端子Aが配置される角部K1と同一辺上の角部K2に向かう対角線ではなく、角部K1から対角線方向の角部K3に向かう方向であり、回路基板との接続部5hは前記内接四角形Sの角部K3付近に配置され、接続部5hの端部2辺が角部K3の辺上から内側に0.1mm以内の範囲に入る様に配置され、レーザー溶接によりセルケース1に固着設置された。それ以外は全て実施例1と同様にして本実施例のリード端子付き電気化学セルを作製した。
【0050】
本実施例のリード端子付き電気化学セルの最大幅長は、6,55mmであり、ほぼセル外周が内接する四角形Sの対角線の長さとなり、実施例1の5.7mmに比べて大きいが、セル本体とリード端子の全てが前記内接四角形に収まっており実装上の実効スペースはほぼ同じである。一方、リフローハンダ付けによる不良発生率や位置ずれ不良の発生率は実施例1と同じ0%であったが、リフロー炉を搬送する際のセルの位置ずれが実施例1のセルより小さくより安定であった。
(実施例4)
本実施例は、本発明によるリード端子付き電気化学セルとして、図7の基本構造による直径4.8mm、厚さ1.4mmのコイン形電気二重層キャパシタを構成した例であり、実施例1のリード端子付きコイン形電気化学セル(電気二重層キャパシタ)に対して、電気化学セルのセルケース及びセルフタへのリード端子A及びリード端子Bの設置を逆に配置した場合である。即ち、実施例1と同じコイン形電気二重層キャパシタを電気化学セル本体とし、同じリード端子A及び同じリード端子Bを用い、電気化学セルの回路基板への実装時に回路基板面と対抗して配置されるセル面Aがセルケース(正極ケース)1となり、回路基板面と反対側に配置されるセル面Bがセルフタ(負極ケース)となるように、リード端子Aをセルケース1に、リード端子Bをセルフタ2にそれぞれ3点スポットレーザー溶接して、固着設置した。セルケース1を回路基板側に配置する本実施例の構成では、セルフタ(負極ケース)2に設置したリード端子Bのセルケース1の側面に沿って垂直に基板に向かって曲げ加工された立ち上がり部が、セルケースと触れてセルのショート不良を発生しやすいため、構造上リード端子Bの立ち上がり部をセルケース外周部から十分離す 必要があり、リード端子Bの接続部(立ち上がり部内面)とセルケース側面との距離を0.7mmとし、接続部端部と内接四角形Sのコーナーとの距離を0.5mmとした。また、リード端子Aは、接続部4hの端部が前記内接四角形の一辺の中央部に辺からの距離0.1mm以内の内側に入る様に配置して溶接し設置した。
【0051】
本実施例のリード端子付き電気化学セルの最大幅長は6.7mmであり、リフローハンダ付けによる不良発生率や位置ずれ不良の発生率は実施例1と同じ0%であったが、リフロー炉を搬送する際のセルの位置ずれが実施例1のセルより小さくより安定であった。また、前記の様にセルケース1とリード端子Bの立ち上がり部のショート防止のため、リード端子を含めたセルの幅が大きくなる、回路基板面と対面する側にセルケースを配置する本実施例の配置構成でも、回路基板と対面する側にセルフタ2を配した比較例1及び2よりセルの最大幅が同等以下にすることが出来た。
【符号の説明】
【0052】
1 セルケース
2 セルフタ
3 ガスケット
4 リード端子A
4h リード端子Aの回路基板との接続部
5 リード端子B
5h リード端子Bの回路基板との接続部
5m リード端子Bの折り曲げ加工部
5n リード端子Bの折り曲げ加工部
【技術分野】
【0001】
本発明は、アルカリ電池やリチウム電池またはリチウムイオン電池等の化学電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学セル及び電気化学セル用リード端子に関するものであり、特にボタン形またはコイン形、長円形、円筒形や直方体等々の種々の構造を有するセル本体に、外部回路と電気的、機械的接続をするリードとして機能する端子が設けられた、リード端子付き電気化学セル及びそれに用いられるリード端子に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、携帯電子機器の小型高密度実装化に対応し、それらに用いられる電源素子としての電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学セルに対しても小型・薄型・軽量化が求められている。特に、回路基板上に直接実装されるボタン形、コイン形や円筒形等の一次電池及び二次電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学セルにおいては、セルを半田付けやねじ止め等で回路基板に接続固定し、機器回路と電気的接続をするためのリードとして機能する正負極一対の金属性のリード端子をセル本体に溶接等で固着して設置されたものが用いられるのが一般的である。そのため、電気化学セル本体の小型化と同時にこれらの端子を加えた全体の小型化、実装面積の低減が重要な課題となっている。
【0003】
この種のリード端子の形態としては、正負一対のリード端子がそれぞれセルケース及びケースフタに平行直線状に対向して設置された電気化学セルが、そのリード端子の接続端部が予め回路基板に形成された取り付け用の穴に差し込まれ、セルが基板に垂直に立てられて、基板の裏側からハンダ付けする垂直実装タイプ(例えば、特許文献1参照)や、正負一対のリード端子がそれぞれその回路基板への接続部が回路基板に平行となるように同一平面上に水平に配置されてセル本体に固着設置されたリード端子付き電気化学セルを、セル本体と接続部が回路基板の所定部に平行となるように載置し、接続部のハンダメッキ部をハンダ付けする平面実装タイプ(例えば、特許文献2参照)がある。前者の垂直実装タイプは実装の平面積は小さく出来るが、回路基板に垂直方向の厚さが厚くなり、また基板への穴明けや穴への装着、裏面からの半田付け等が煩雑で実装効率が低いという欠点があり、現在では後者の平面実装タイプが主流になっている。
【0004】
従来、この種の平面実装タイプのリード端子付き電気化学セルは、コイン形電気化学セルを例に示すと、図8に示すような構造をしていた。図において1はセルケース、2はケースフタであり、この内部に正負一対の電極や電解質等からなる電気化学セル発電要素もしくは蓄電要素を内蔵し、セルケース1とケースフタ2間にプラスチック製のガスケット3を介してセルケース1の開口縁部が内側に折り曲げられカシメられることによって密封封止されている。
【0005】
通常、セルケース1側に正極、ケースフタ2側に負極が内蔵され、それぞれ正極、負極の極性を形成している。4は電気化学セルの実装時に回路基板面と対面して配置される側のセル面A(図8の場合にはセルケース1)に一端が溶接等で固着設置されたリード端子Aであり、ニッケルやステンレス鋼等の金属製の平板状の板もしくは棒からなり、もう一端の回路基板へのハンダ付け部に予めハンダ層が設けられた平坦な接続部4hが形成されている。5は実装時に回路基板面と反対側に配置されるセル面B(図8の場合ケースフタ2)に一端が溶接等で固着設置されたリード端子Bであり、電気化学セルの側面部5m、5nで2段に折り曲げられ、下段面の予めハンダ層が設けられた平坦な接続部5hがリード端子Aとほぼ同一高さ同一平面上に配置されるように加工されている。このように形成されたリード端子付きの電気化学セルが回路基板の所定の接続位置に載置され、リード端子A及びBのハンダ層が設けられた接続部4h、5hが回路基板にハンダ付けされて固定実装される。このようなリード端子AとBのセルケース1及びセルフタ2への取り付け方向(リード端子AとBの角度)や配置及びセルの基板への対抗面がセルケース1とケースフタ2のいずれになるかは種々の選択が可能であり、例えば図10に示す例の様にケースフタ2が基板への対抗面側に配置されるように4のリード端子Aがケースフタ2に設置され、5のリード端子Bがセルケース1に設置され、リード端子AとBが同一向き(角度0度)に配置される場合もある。
【0006】
従来、電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学セルにおいては、200℃以上の加熱温度が必要なリフローハンダ付けの高温に耐えられる電気化学セルが無く、上記のリード端子A、Bの回路基板へのハンダ付けは手ハンダで行われていた。近年、この種の電気化学セルにおいても実装の合理化のためリフローハンダ付けに依る実装の自動化への要求が高く、ボタン形またはコイン形の電気化学セルにおいて高耐熱性を有する熱可塑性エンジニアリングプラスチック材料からなるガスケットや高沸点の有機電解液等を用いたリフローハンダ付けが可能な二次電池及びキャパシタ等の電気化学セルが開発され実用化されている。このようなリフローハンダ付けが可能な電気化学セルを回路基板に確実に実装(ハンダ付け)するには、リード端子付きの電気化学セルを基板表面に載せた際に各リード端子A及びBの接続部面とハンダの付いた回路基板表面が平行に確実に接触する必要がある。リード端子AとBの接続部がどちらも同じ方向を向いているタイプ(図10)では、電気化学セルの厚さやリード端子A、Bの高さのばらつきにより両端子の接続部の位置に段差が生じ、回路基板のハンダ付け部に一方の端子のみが接触しもう一方が接触せず、ハンダ付け不良を生じ易いため、リフローハンダ付け用には不向きである。リード端子AとBの接続部がそれぞれ反対向きのタイプ(図8:180°に開いた形)は両リード端子の接続部の高さ位置に多少のズレがあっても幅方向のセルの傾きで吸収され、両方の接続部が回路基板に確実に接し易いためリフローハンダ付けに有利であり主流となっている(例えば、特許文献3及び4参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】実開昭61−18568号公報(図1、2)
【特許文献2】特開2002−237290号公報(図1〜5)
【特許文献3】特開平11−40174号公報(図1)
【特許文献4】特開2003−92102号公報(図1)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
従来のリード端子付き電気化学セルにおいては、図8、図10の平面図に示すように、一対のリード端子A、Bが電気化学セル本体の外周から大きくはみ出す構造となっており、セル本体が小型化してもリード端子の突出部周辺は他の部品が実装出来ない無駄なスペースとなるため、これらリード端子とデッドスペースを含めた全体の実装面積はそれほど小さく出来ず、無駄なスペースを多くとり実装効率が低いという課題があった。
【0009】
これは、従来のリード端子A,Bの形状は、それぞれ必要により折り曲げ加工をした矩形の平板もしくは棒からなり、ハンダ付け部となる接続部が平板状の矩形であるため、
1)手ハンダでハンダ付けするタイプ(図10)では、半田ごてからの加熱によるセルの劣化を防ぐため、リード端子のハンダ付け部(接続端部4h、5h)をセル本体から充分離す必要がある。
【0010】
2)回路基板への実装の際に回路基板面と反対側に配置されるセル面Bに設置するリード端子Bは、セル面Bからセルの外周に沿って5mで折り曲げられて段差をなし、更に回路基板への実装時に回路基板面と対面する側に配置されるセル面Aに設置されるリード端子Aの高さで再度セルから外側に向かって5nで折り曲げられて回路基板との接続部をなす二段の段差構造を有するので、構造上接続部が電気化学セルの外側にはみ出さざるを得ないものであり、従来のリード端子付き電気化学セルの構造では、これが実装面積を大きくする主原因であった。
【0011】
3)リフローハンダ付けタイプでは、前記の様に、電気化学セルの厚さやリード端子A、Bの高さのばらつきによる両リード端子の接続部の高さ位置に段差が生じても、電気化学セルを基板表面に載せた際に各リード端子A及びBの接続部面とハンダの付いた回路基板表面が平行に確実に接触するようにするため、通常、リード端子AとBが逆向きに180℃開いた方向に設置される。そのためリード端子A、Bを含めたセル全体の幅が大きくなり、周囲に他の部品を実装できない実質的なデッドスペースが大きい。
【0012】
4)また、電気化学セルを小さくしても、回路基板上へ載置され搬送ベルト等でリフロー炉内を搬送される際に位置ずれや浮き等を起こさない形状安定性やハンダ付け後の剥離強度を確保するためリード端子A、Bの少なくともハンダ付け部の幅は小さくできず、セル本体の直径の半分以上とされていた。等々のためである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上記の様な問題点を解決する為に、本発明のリード端子付き電気化学セルは、発電要素もしくは蓄電要素とそれらの発電要素もしくは蓄電要素を収容するセルケースとセルを外部回路に接続するためのリード端子とを有する電気化学セルにおいて、該電気化学セルの回路基板への実装時に回路基板面と対向して配置される側となるセル面Aに予め設置されるリード端子Aが前記電気化学セルの外周が内接する四角形より小さく且つその略内側に設置され、回路基板への実装時に回路基板面と反対側となるセル面Bに設置されるもう一方のリード端子Bが前記内接四角形の略対角線方向に配置されると共にその回路基板への接続部が前記内接四角形もしくはその相似拡大四角形の角部に位置し且つその角部に沿った三角形状もしくはその中に入る形状とした。
【0014】
この構造により、リード端子A,Bともそれらが固着設置される電気化学セル本体の外周が内接する四角形の中に収まるので、この電気化学セルを回路基板上に実装した際にリード端子が電気化学セル本体からはみ出る部分が最小となり、セル本体とリード端子を合わせた全体としての実装面積が最小に出来る。
【0015】
また、好ましくは、実装時に回路基板面と反対側に配置されるセル面Bに設置する前記リード端子Bの回路基板への接続部端部と前記内接四角形のコーナーとの距離Mが、電気化学セルの直径をDとし、前記内接四角形の外側を正、内側を負とすると、−0.1×D≦M≦0.3×Dである構造とする。これにより実装面積をより小さくすることが出来る。
【0016】
より好ましくは、回路基板面と対向して配置されるセル面Aに設置する前記リード端子Aの回路基板への接続部端部と前記電気化学セルの外周との距離Lが、前記電気化学セルの外周より外側を正、内側を負とすると、−0.5×D≦L≦0.1×Dである構造とする。これにより、実装面積をより小さく出来ると共に、回路基板上での座り安定性がより高いリード端子付き電気化学セルが得られる。
【0017】
更に好ましくは、前記リード端子Aの幅が前記リード端子Bの幅より広い構造とする。これによりリード端子AとBの接続部間の距離を短くしても、回路基板上での座り安定性がより優れたリード端子付き電気化学セルが得られる。
【0018】
また、より好ましくは、リード端子Aの回路基板との接続部の内側端部コーナーの点p,qとリード端子Bの回路基板との接続部内側端部の中点tがつくる三角形の内部にセルの中心gが位置する構造とする。これにより、リード端子AとBの接続部間の距離を短くし、更にリード端子Bの接続部の面積を小さくしても、回路基板上での座り安定性がより優れたリード端子付き電気化学セルが得られる。
【0019】
本発明のリード端子付き電気化学セルは、発電要素もしくは蓄電要素を収容するセルケースとセルを外部回路に接続するためのリード端子とを有し、電気化学セルの回路基板への実装時に回路基板面と対向して配置される側のセル面に設置されるリード端子Aが前記電気化学セルの外周が内接する四角形より小さく且つその略内側に設置され、回路基板面と反対側に配置されるセル面に設置されるもう一方のリード端子Bがリード端子Aとなす角度が130°から230°の範囲にあり、その回路基板への接続端部が先細形状であることを特徴とする。
【0020】
本発明のリード端子付き電気化学セルは、発電要素もしくは蓄電要素を収容するセルケースと、回路基板に接続するためのリード端子とを有する電気化学セルにおいて、前記電気化学セルの回路基板への実装時に回路基板面と対向して配置される側のセル面に設置されるリード端子Aが前記電気化学セルの外周が内接する四角形より小さく且つその略内側に設置され、回路基板面と反対側に配置されるセル面に設置されるもう一方のリード端子Bが前記内接四角形の略対角線方向に配置されると共に前記回路基板への接続部が前記内接四角形の角部もしくは角部から半径5mm以内の範囲に位置し、且つその角部に沿った三角形状もしくはその中に入る形状であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、リード端子A,Bともそれらが固着設置される電気化学セル本体の外周が内接する四角形もしくはその相似拡大四角形の中に収まるので、この電気化学セルを回路基板上に実装した際にリード端子が電気化学セル本体からはみ出る部分が最小となり、セル本体とリード端子を合わせた全体としての実装面積が最小に出来る。しかも、一般に回路基板に実装される電子部品の多くは角形の形状が多く、また回路ショートの発生等への配慮から、円形状の電気化学セルの外周が内接する四角形の中のセル本体外部の角部は、従来一般に回路基板上で他の部品等が実装されない実質的デッドスペースとなっており、リード端子A、Bのセル本体からのはみ出しがこのデッドスペース近傍に収まることにより、実質的にリード端子による実装スペースのロスが無く最小の実装面積、実装効率が実現できる。また、回路基板への実装時に回路基板と対面する側となるセルの下面に設置されるリード端子Aは前記内接四角形の中に収まるので、回路基板との接続端部がセル本体の中心(重心)に近く配置され、且つその幅はセル本体の直径と同等もしくはそれ以下であればよく、十分な幅と大きさを確保できるので、もう一方のリード端子Bの回路基板との接続部が前記内接四角形の角部もしくはその内側に設置され、面積を小さくしても、セル全体として回路基板上で十分な座り安定性とハンダ付け後の十分なハンダ固着強度を得ることが出来るので、リフローハンダ付け等のため電気化学セルを回路基板に載せたり、リフロー炉内に搬送する際にセル本体がぐらついたり、移動したりすることが無く、より効率的により信頼性の高いリフローハンダ付けが可能となり、ハンダ付けの生産性向上とコスト低減が図れる。
【0022】
また、本発明では回路基板面と反対側に配置されるセル面に設置されるもう一方のリード端子Bが前記内接四角形の略対角線方向に配置されると共に前記回路基板への接続部が前記内接四角形の角部もしくは角部から半径5mm以内の範囲に位置し、且つその角部に沿った三角形状もしくはその中に入る形状であることにより、電気化学セルの実装面積を最小にすると同時に、端子と電池缶に距離を設け結露などによるショートを防止している。
【0023】
また、本発明は、この種のリード端子付電気化学セルを用いる携帯電話等に代表される携帯機器等の小型化に効果があリ、産業上大いに貢献するものである。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の実施例1のリード端子付電気化学セルの平面図である。
【図2】本発明の実施例1のリード端子付電気化学セルの側面図である。
【図3】本発明の実施例1のリード端子付電気化学セルの底面図である。
【図4】本発明の実施例2のリード端子付電気化学セルの平面図である。
【図5】本発明の実施例2のリード端子付電気化学セルの底面図である。
【図6】本発明の実施例3のリード端子付き電気化学セルの平面図である。
【図7】本発明の実施例4のリード端子付き電気化学セルの平面図である。
【図8】従来のリフローハンダ付け対応のリード端子付き電気化学セルの平面図である。
【図9】従来のリフローハンダ付け対応のリード端子付き電気化学セルの側面図である。
【図10】従来のリフローハンダ付け対応のリード端子付き電気化学セルの平面図である。
【図11】従来のリフローハンダ付け対応のリード端子付き電気化学セルの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【0026】
図1は本発明によるリード端子付き電気化学セルの平面図であり、図2は側面図、図3は底面図である。図において、1は金属製のセルケース、2は金属製のケースフタであり、この内部に正負一対の電極や電解質等からなる電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学セル発電要素もしくは蓄電要素を内蔵し、セルケースとケースフタ間にプラスチック製のガスケット3を介してセルケースの開口縁部を内側に折り曲げカシメることによって密封封止している。通常、セルケース側に正極、ケースフタ側に負極が収容され電気的に接続され、それぞれ正極、負極の極性を形成しているが、正極と負極を逆に収容配置することも可能である。4は本発明に係わるリード端子Aであり、ニッケルやステンレス鋼等の金属製の平板状の板からなり、電気化学セルの回路基板への実装時に回路基板面と対面して配置される側のセル面(図1の場合ケースフタ2の側)に予め一端がレーザー溶接や抵抗溶接、超音波溶接等で固着設置されており、もう一端には回路基板へ接続するための平坦な接続部4hが形成されており、回路基板への接続がハンダ付けで行われる場合にはハンダの濡れ性の確保のため予めこの接続部4hにハンダ層(図の斜線部)を設けておくことが好ましい。
【0027】
5は本発明に係わるリード端子Bであり、回路基板への実装時に回路基板面と反対側に配置されるセル面(この場合セルケース1の側)に一端が溶接等で固着設置されており、電気化学セルの側面部5m、5nで2段に折り曲げられ、下段面の予めハンダ層が設けられた平坦な接続端部5hがリード端子Aとほぼ同一高さ同一平面上に配置されるように加工されている。
【0028】
本発明の主目的は、リード端子A、Bが従来一般に回路ショートの発生への配慮から、回路基板上で他の部品等が実装されないデッドスペースである電気化学セルの外周に内接する四角形の内側もしくはその拡大相似四角形の内側に収まるように構成し実質の実装スペースを最小にすることである。
【0029】
そのため、リード端子Aの平面状の大きさを、電気化学セル本体の外周と内接する四角形Sよりも小さく且つその内側に設置するようにした。但し、リード端子Aのケースフタ2への溶接位置精度や回路基板上の配線パターンの位置精度等から、電気化学セルの直径の10%程度リード端子Aが内接四角形からからはみ出しても実装スペース上の実質的なロスへの影響は小さいので、この範囲内であればよい。また、逆にリード端子Aが内接四角形Sの内側にあり、その接続部4hが内接四角形から離れるほど前記リード端子Bの回路基板との接続部5hと接近するため回路基板上に置いたときの座り安定性が低下するので、接続部4hの端部と前記電気化学セルの外周または前記内接四角形までの距離Lが、前記電気化学セル外周より外側を正、内側を負とすると、−0.5×D≦L≦0.1×Dであることが好ましい。また、ケースフタ(通常負極)側を回路基板面に対向して載置する構造の場合には、実装時の加圧によるリード端子BまたはAの撓みや変形でセルケース(通常正極)とリード端子Aとが接触することにより、ショートを発生する可能性がある。このショートを防ぐ為、リード端子Aに1箇所以上の段差を設けることが有効である。また、回路基板に対向するセル面に設置されるリード端子Aに段差がない場合には、電気化学セルの厚さのばらつきにより、セルの高さが高くなった場合、回路基板面とは反対側のセル面に設置されるリード端子Bの接続部5hが回路基板から浮いてしまい、基板と電気的に接続されない接続不良が発生しやすい。段差を設けることにより、段差分だけ電気化学セルが傾くことが出来るので、セル本体の高さばらつきを吸収することができる。段差は、高さばらつきを考慮し設定すればよい。
【0030】
リード端子Bは、前記電気化学セルの外周が内接する四角形Sの略対角線方向に配置されると共にその回路基板への接続部5hが前記内接四角形もしくはその相似拡大四角形の角部に位置し且つその角部に沿った三角形状もしくはその中に入る形状とする。接続部5hの形状としては、前記内接四角形の角部に沿った直角三角形またはその中に入る形状であればよく、前記三角形の頭頂部をカットした台形、同じ底辺の円弧、楕円、頂角が鋭角または鈍角の三角形等々の種々の形態が可能であるが、特に直角二等辺三角形またはその頭頂部に丸みRもしくはカットを設けた台形状の場合に、接続部5hが内接四角形の内側に収まり且つその面積が最大となり、回路基板に載置した場合の座り安定性が高いので、特に好ましい。また、接続部5hが、前記内接四角形もしくはその相似拡大四角形の角部に位置するように設置すればよく、特に接続部5hの端部と前記内接四角形のコーナーからの距離Mが、電気化学セルの直径をDとし、内接四角形の外側を正、内側を負としたとき、M≦0.3×Dの範囲で設置した場合に前記内接四角形からのリード端子Bのはみだしが小さく、回路基板上で他の部品等が実装できないデッドスペースがより小さいので、より好ましいが、M<−0.1×Dでは、接続部の長さ方向の幅がセル直径Dの10%以下しか取れず回路基板にハンダ付けした際にハンダ強度が不十分となりやすいので、−0.1×D≦Mとすることが好ましい。特に、前記内接四角形の対角線上の角部の内側になるように設置することにより本リード端子付き電気化学セルの回路基板への実効的な実装スペースが最小となり特に好ましい。
【0031】
リード端子Aの形状は、長方形や正方形に限定されず、台形、三角形、多角形等種々の形状が可能であり、また各辺が直線でなく円弧や曲線形状も可能であるが、リード端子Aの幅、特に回路基板との接続部4hの幅を電気化学セル本体の直径の40%以上、より好ましくは50%以上となるように大きく設定し、回路基板との接続部4hの面積を大きく設定することにより、リード端子Bの接続部5hの幅と面積を小さくしても、回路基板に載置した際の座り安定性を確保できるので、リード端子Aの幅をリード端子Bの幅よりも大きくすることが好ましい。
【0032】
更に、リード端子Aの回路基板との接続部4hの内側端部コーナーの点p,qとリード端子Bの回路基板との接続部の内側端部の中点tがつくる三角形の内部にセルの重心もしくは中心gが位置するようにリード端子A及びBを構成、配置することにより、電気化学セルを回路基板に載せた際の座り安定性がより高いのでより好ましい。
【0033】
リード端子A及びBのセル本体と接続される端部の形状は特に限定されず、直角形状でもよいが、搬送やセル本体への溶接等の組立て加工時にリード端子同士や他の部材または組立て装置等にリード端子の角部が当たることによる傷の防止及び引っ掛かりによる不良発生防止のため、テーパーカットや円形状の丸めを設けることが好ましい。また、組立て時に左右表裏の判別を容易にし製造効率上、角部のカット(丸め)形状を左右前後何れかで非対称形状とすることが好ましい(図3)。
【0034】
また、回路基板との接続をリフローハンダで行う場合には、接続部の上下面または少なくとも回路基板と対抗する面に予めハンダメッキによりハンダ層を設ける。このハンダ層の形成に際し、接続部の端部側面や両サイド側面または接続部の折り曲げ部の立ち上がり部等にもハンダ層を設けることにより、半田付け後のハンダ接着強度が高く、より信頼性の高いはんだ接着が得られるのでより好ましい。
【0035】
特に、電気化学セル本体やリード端子の高さのばらつきにより、リード端子A、Bの接続部4h、5hのハンダ面が回路基板と平行にならない場合がある。その場合、リード端子の接続部面から立ち上がる部分(段差のため折り曲げた部分または、接続部4h、5hの端部側面)が回路基板に接し、リフロー時にそこからはんだが溶け始め電気的に接続されるので、この部分にハンダを配しておくことが非常に有効である。ハンダの配し方法は、ディッピング、めっき等があり特に限定するものではない。
【0036】
一般に、電極活物質と後述の電解質によりその発電素子又は蓄電素子としての電気化学システムの動作電圧や最大理論容量等の基本的な電気化学特性が規定される。本発明のリード端子付き電気化学セルにおいて、リチウム電池やリチウムイオン二次電池等の非水電解質電池を構成する場合には、負極活物質としてリチウム金属、リチウムとアルミニウムや錫等の他の金属の合金、ケイ素や錫、タングステン、チタン、鉄等の酸化物、窒化物、硫化物や黒鉛または有機物を焼成して得られる炭素質材料やポリアセチレン等の導電性高分子等々のリチウムイオンを吸蔵放出可能な物質を用い、アルカリ電池を構成する場合には、亜鉛、カドミウム、水素吸蔵合金等の金属を用いることが出来る。正極活物質としては、リチウム電池またはリチウムイオン二次電池の場合には、CFXやTiS2,MoS2,NbSe3等の金属カルコゲン化物、MnO2,MoO3,V2O5,LiXCoO2,LiXNiO2,LiXNiyCo1−yO2,LixMn2O4等の金属酸化物、ポリアニリン、ポリピロール、ポリパラフェニレン等の導電性高分子の様なリチウムイオンと反応もしくはリチウムイオンを吸蔵放出可能な物質を用いることが出来、アルカリ電池の場合には酸化銀、二酸化マンガン、水酸化ニッケルやオキシ水酸化ニッケル等の酸化物、水酸化物等が用いられる。また、電気二重層キャパシタの場合には正電極、負電極共に、電極活物質として、活性炭やカーボンブラック等の炭素材料、金属やその酸化物、高分子等の比表面積の大きい物質を用いることが出来る。電極活物質としてリチウムや亜鉛等の上記の様な金属を用いる場合には、それらを集電体上に直接所定形状に一体に成形した板や箔を用いることにより、導電剤や結着剤は不要である。また、本発明はこれらの電極活物質の例に限定されず、その他の電極活物質を用いた化学電池、電気二重層キャパシタや電気化学キャパシタ及びこれらを複合した発電素子または蓄電素子からなる電気化学セルに適用することが出来る。
【0037】
この電極体にはセルケース内に収納後または予め収納前にイオン導電性の電解液が含浸吸蔵され、電気化学セル素子が構成される。電解質としては、例えば有機電解質電池の場合、γ−ブチロラクトン、プロピレンカ−ボネ−ト、エチレンカ−ボネ−ト、ブチレンカ−ボネ−ト、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルフォーメイト、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、ジメチルフォルムアミド、スルホラン、アセトニトリル等の有機溶媒の単独又は混合溶
媒に支持電解質としてLiClO4,LiPF6,LiBF4,LiCF3SO3等のリチウムイオン解離性塩を溶解した非水(有機)電解液、これらの非水電解液を高吸液性多孔質高分子に含浸吸蔵させたゲル電解質、ポリエチレンオキシドやポリフォスファゼン架橋体等の高分子に前記リチウム塩を固溶させた高分子固体電解質あるいはLi3N,LiI等の無機固体電解質等々のリチウムイオン導電性の非水電解質を用いることが出来る。また、電気二重層キャパシタの場合には、上記の支持電解質の代りに、またはそれに加えて(C2H5)4NBF4、(C2H5)4NPF4、(C2H5)4NClO4、(C2H5)3CH3NBF4、(CH3)4NBF4等のアンモニウム塩やホスフォニウム塩等が用いられる。電解質としてゲル状電解質、高分子固体電解質や無機固体電解質等の固体状電解質が用いられる場合には、セパレータの代わりにこれらの固体状電解質を単独もしくはセパレータと併用して用いることが出来る。
【0038】
また、セパレータとしては、通常電気化学セルに用いられるものが適用出来る。即ち、リチウム電池やリチウムイオン電池等の非水電解質電池を構成する場合には、ポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィン系の高分子多孔質フィルムや不織布あるいはガラス繊維との混抄紙等、アルカリ電池ではセロファンやレーヨン抄紙、グラフト重合したポリエチレン等、電気二重層キャパシタではセルロース、ポリエステル、ポリオレフィン系樹脂やガラス等の繊維からなる不織布や抄紙あるいはポリオレフィンの多孔質フィルム等を好適に用いることが出来る。リフローハンダ付け対応の電気化学セル用としては、熱変形温度が230℃以上のポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリイミドなどの樹脂、セラミクスやガラス等の多孔質フィルムや不織布等々を用いることが出来る。セパレータの孔径は、一般に電池用として用いられる範囲のもの、例えば、0.01〜10μmを用いることが出来る。厚さは、一般に電池用として用いられる範囲、例えば、5〜300μmのものを用いることが出来る。
【0039】
ガスケットは、通常ナイロンやポリプロピレン等の樹脂が用いられるが、リフローハンダ付けを行なう場合には、熱変形温度が230℃以上の樹脂を用いる。例えば、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、液晶ポリマー(LCP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂(PFA)、ポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK)、ポリエーテルニトリル樹脂(PEN)、また、ポリエーテルケトン樹脂(PEK)、ポリアリレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアミノビスマレイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フッ素樹脂等々が使用できる。また、これらの材料に30重量%程度以下の添加量でガラス繊維、マイカウイスカー、セラミック微粉末等を添加したものを好適に用いることが出来る。
【実施例】
【0040】
以下、実施例について図面を参照して説明する。
(実施例1)
本実施例は、本発明によるリード端子付き電気化学セルとして、図1〜図3の基本構造による直径4.8mm、厚さ1.4mmのコイン形電気二重層キャパシタを構成した例である。
【0041】
活性炭粉末と導電性付与剤としてカーボンブラックを、結着剤としてポリテトタフロロエチレン(PTFE)を混合し、厚さ0.5mm、直径4mmに加圧成形して得られたペレットを正負両電極に用いた。電解質にはプロピレンカーボネートに1モル/lの(C2H5)4NBF4を溶解した有機電解液を用いた。これらの電極間に耐熱性のエンジニアリングプラスチック不織布からなるセパレータを介在させ前記の電解液を含浸させた蓄電素子を正極端子を兼ねるセルケース(正極ケース)1及び負極端子を兼ねるセルフタ(負極ケース)2に収容し、セルケースとセルフタの間に耐熱性エンジニアリングプラスチックからなるガスケット3をかん合し、セルケースの開口縁をカシメて密封封止して、コイン形電気二重層セル本体を作製した。
【0042】
本実施例では、回路基板への実装時にケースフタ2(負極ケース)が基板と対向する側に配置され、セルケース1(正極ケース)が基板と反対側に配置される構成となるように、リード端子Aを上記コイン形電気二重層セル本体のケースフタ2に、リード端子Bをセルケース1にそれぞれレーザー溶接して設置した。即ち、4は厚さ0.1mmのステンレス鋼からなるリード端子Aであり、幅3.5mm、長さ3.5mmの四角形状の板を、回路基板への実装時に回路基板と接続される接続部4hとなる部分の境界部で折り曲げ加工し高さ0.1mmの段差を設けたものである。本実施例では、接続部4hの端部から長さ方向の幅を1mmとした。また、接続部4hには上下面及び端部側面と両サイド側面及び接続部の折り曲げ立ち上がり部に予めハンダメッキによりハンダ層を設けており、端部の角部は半径0.2mmの円形状、負極ケースとの接続側端部の角部は半径1mmの円形状とした。このようにして得られたリード端子Aを、そのハンダ層を設けた接続部の端部がセルケース1の外周が内接する四角形Sの一辺に平行に且つその一辺から内側に0.5mm、また接続部端部に直角なリード端子Aの側面が前記内接四角形Sの前記一辺に直角な辺から内側に0.5mmの所に配置し、リード端子A全体がこの内接四角形の内側に入る配置でケースフタ2上に載せ、リード端子Aのケースフタ面上の部分(溶接部)にレーザー光を照射し、レーザー溶接により、3点スポット溶接して固着設置した。
【0043】
5のリード端子Bは、厚さ0.1mm、セルケース1との接続部の幅2.5mmのステンレス鋼の板からなり、セルケース1が内接する前記内接四角形Sの対角線方向に配置され、セルケース1の外周から0.1mm離れた部分でセルケースに沿って下向きに直角に折り曲げ加工され、高さ1.7mmで再度折り曲げ加工され回路基板との接続部5hを形成する形状に作製された。この回路基板との接続部5hは端部が前記内接四角形の角部の直角な2辺上に配置する二等辺三角形状とし、先端が半径0.2mmの円弧形状とした。このような形状に加工され、セルケース1上に配置されたリード端子Bのセルケース面上の部分(溶接部)にレーザー光を照射し、レーザー溶接により、3点スポット溶接して固着設置した。また回路基板との接続部5hには上下面及び端部側面と接続部の折り曲げ立ち上がり部に予めハンダメッキによりハンダ層を設けている。
(比較例1)
上記実施例1で作製したものと同様な直系4.8mm、厚さ1.4mmのコイン形電気二重層キャパシタを用い、リード端子A、Bとして図8、図9に示した従来のリフローハンダ付けタイプのリード端子を用い、従来の配置でそれぞれセルフタ及びセルケースにレーザー溶接して固着設置した以外は全て同様にして、従来法による比較例1のリード端子付き電気化学セルを作製した。リード端子Aの形状は、幅3.0mm、長さ5.0mmの長方形の平板状、回路基板との接続部4hの幅1.0mmであった。リード端子Bの形状は、幅2mm、長さ5.2mm、回路基板との接続部の幅1.0mmであった。
(比較例2)
リード端子Aとして、実施例1のリード端子Aを用い、接続部4hの端部が実施例1と同様にセルの外周が内接する四角形Sの内側0.7mmになる様に配置して、セルフタ2にレーザー溶接して固着設置した。リード端子Bは比較例1と同様な従来法のものを用い、比較例1と同様にセルケース1に設置した。その他は全て実施例1と同様にして、比較例2のリード端子付き電気化学セルを作製した。
【0044】
このようにして作製した本実施例及び比較例のリード端子付き電気化学セル各100について、リード端子を含むセルの最大幅長(幅が最長の部分間の長さ)を測定した。また、ピーク温度240℃で5秒以内、且つ200℃以上のリフロー温度領域40秒間に設定したリフロー炉によりリフローハンダ付けの試験を行い、リード端子A,Bの両方のハン
ダ付け不良及び基板上の所定位置からの1mm以上のずれの発生有無を確認した。その結果を表−1に示す。
【0045】
【表1】
【0046】
(実施例2)
本実施例は、本発明によるリード端子付き電気化学セルとして、図4の基本構造による直径4.8mm、厚さ1.4mmのコイン形電気二重層キャパシタを構成した例である。リード端子Aとして実施例1と同様のものを用い、そのハンダ層を設けた接続部端部の両角部がセルケース1の外周が内接する四角形Sの直交する二辺のそれぞれの中央部から内側0.1mm以内に入るように負極ケース2上に配置して、レーザー溶接により固着設置した以外は全て、実施例1と同様なコイン形電気二重層キャパシタとリード端子Bを用い、同様な方法で作製した。
【0047】
本実施例のリード端子付き電気化学セルの最大幅長は実施例1のセルと同じ5.7mmであり、リフローハンダ付けによる不良発生率や位置ずれ不良の発生率は実施例1と同じ0%であったが、リフロー炉を搬送する際のセルの位置ずれが実施例1のセルより小さくより安定であった。
(実施例3)
本実施例は、リード端子付き電気化学セルとして、図6の基本構造による直径4.8mm、厚さ1.4mmのコイン形リチウム二次電池を構成した例である。
【0048】
電気化学セル発電素子として、正極活物質に酸化モリブデン、負極活物質としてリチウム含有ケイ素酸化物を、電解質としてγ-ブチロラクトンとエチレンカーボネートの1:1混合溶媒に1mol/lのLiBF4を溶解した有機電解液を用いた。実施例1の蓄電素子の代わりに、これらの電極と電解質からなる発電素子を用いた他は実施例1の電気二重層キャパシタと同様な構成のコイン形リチウム二次電池を作製した。
【0049】
本実施例においても、回路基板への実装時に回路基板面と対向して配置される側となるセルフタ2に予め設置されるリード端子Aとして実施例1と同じものを用いた。このリード端子Aを、そのハンダ層を設けた接続部4hの端部がセルケース1の外周が内接する四角形Sの一辺に平行に且つその一辺から内側に0.1mm、また接続部端部に直角なリード端子Aの側面が前記内接四角形Sの前記一辺に直角な辺から内側に0.1mmの所に配置し、リード端子A全体がこの内接四角形の内側に入る配置でケースフタ2上にレーザー溶接により、3点スポット溶接して固着設置した。 一方、回路基板への実装時に回路基板面と反対側に配置されるセルケース1に設置するリード端子Bとして、実施例1と同じリード端子を用いたが、そのセルケース1への配置方向は、前記セル外周が内接する四角形Sのリード端子Aが配置される角部K1と同一辺上の角部K2に向かう対角線ではなく、角部K1から対角線方向の角部K3に向かう方向であり、回路基板との接続部5hは前記内接四角形Sの角部K3付近に配置され、接続部5hの端部2辺が角部K3の辺上から内側に0.1mm以内の範囲に入る様に配置され、レーザー溶接によりセルケース1に固着設置された。それ以外は全て実施例1と同様にして本実施例のリード端子付き電気化学セルを作製した。
【0050】
本実施例のリード端子付き電気化学セルの最大幅長は、6,55mmであり、ほぼセル外周が内接する四角形Sの対角線の長さとなり、実施例1の5.7mmに比べて大きいが、セル本体とリード端子の全てが前記内接四角形に収まっており実装上の実効スペースはほぼ同じである。一方、リフローハンダ付けによる不良発生率や位置ずれ不良の発生率は実施例1と同じ0%であったが、リフロー炉を搬送する際のセルの位置ずれが実施例1のセルより小さくより安定であった。
(実施例4)
本実施例は、本発明によるリード端子付き電気化学セルとして、図7の基本構造による直径4.8mm、厚さ1.4mmのコイン形電気二重層キャパシタを構成した例であり、実施例1のリード端子付きコイン形電気化学セル(電気二重層キャパシタ)に対して、電気化学セルのセルケース及びセルフタへのリード端子A及びリード端子Bの設置を逆に配置した場合である。即ち、実施例1と同じコイン形電気二重層キャパシタを電気化学セル本体とし、同じリード端子A及び同じリード端子Bを用い、電気化学セルの回路基板への実装時に回路基板面と対抗して配置されるセル面Aがセルケース(正極ケース)1となり、回路基板面と反対側に配置されるセル面Bがセルフタ(負極ケース)となるように、リード端子Aをセルケース1に、リード端子Bをセルフタ2にそれぞれ3点スポットレーザー溶接して、固着設置した。セルケース1を回路基板側に配置する本実施例の構成では、セルフタ(負極ケース)2に設置したリード端子Bのセルケース1の側面に沿って垂直に基板に向かって曲げ加工された立ち上がり部が、セルケースと触れてセルのショート不良を発生しやすいため、構造上リード端子Bの立ち上がり部をセルケース外周部から十分離す 必要があり、リード端子Bの接続部(立ち上がり部内面)とセルケース側面との距離を0.7mmとし、接続部端部と内接四角形Sのコーナーとの距離を0.5mmとした。また、リード端子Aは、接続部4hの端部が前記内接四角形の一辺の中央部に辺からの距離0.1mm以内の内側に入る様に配置して溶接し設置した。
【0051】
本実施例のリード端子付き電気化学セルの最大幅長は6.7mmであり、リフローハンダ付けによる不良発生率や位置ずれ不良の発生率は実施例1と同じ0%であったが、リフロー炉を搬送する際のセルの位置ずれが実施例1のセルより小さくより安定であった。また、前記の様にセルケース1とリード端子Bの立ち上がり部のショート防止のため、リード端子を含めたセルの幅が大きくなる、回路基板面と対面する側にセルケースを配置する本実施例の配置構成でも、回路基板と対面する側にセルフタ2を配した比較例1及び2よりセルの最大幅が同等以下にすることが出来た。
【符号の説明】
【0052】
1 セルケース
2 セルフタ
3 ガスケット
4 リード端子A
4h リード端子Aの回路基板との接続部
5 リード端子B
5h リード端子Bの回路基板との接続部
5m リード端子Bの折り曲げ加工部
5n リード端子Bの折り曲げ加工部
【特許請求の範囲】
【請求項1】
外周が円形である電気化学セルに用いられる電気化学セル用リード端子であって、
前記電気化学セル用リード端子は、前記電気化学セルが回路基板へ実装される際に前記回路基板面と反対側の前記電気化学セルの面に固着設置される溶接部と、前記回路基板に接続する平面である接続部を備え、
前記接続部は、前記溶接部とは反対側に曲げ加工され、かつ先細形状であることを特徴とする電気化学セル用リード端子。
【請求項2】
前記接続部は、三角形状もしくは前記三角形状の頭頂部がカットされた台形であることを特徴とする請求項1に記載の電気化学セル用リード端子。
【請求項3】
前記接続部は、前記電気化学セルに設置されたときに、前記電気化学セルの外周が内接する正方形である内接四角形の相似拡大四角形の角部の2辺に沿った辺を有する直角三角形、もしくはその中に入る形状であることを特徴とする請求項1または2に記載の電気化学セル用リード端子。
【請求項4】
前記接続部は、直角二等辺三角形、または前記直角二等辺三角形の頭頂部に丸みRもしくはカットを設けた台形状であることを特徴とする請求項3に記載の電気化学セル用リード端子。
【請求項5】
前記接続部は、前記直角二等辺三角形の中に入り、且つ前記直角二等辺三角形と同じ底辺の円弧、もしくは頂点が鋭角または鈍角の三角形であることを特徴とする請求項3に記載の電気化学セル用リード端子。
【請求項6】
請求項1から5のいずれか1項に記載の電気化学セル用リード端子であるリード端子Bを備えたリード端子付き電気化学セル。
【請求項7】
前記接続部の端部と前記内接四角形のコーナーとの距離Mが、前記電気化学セルの直径をDとし、前記内接四角形の外側を正、内側を負とすると、−0.1×D≦M≦0.3×Dであることを特徴とする請求項6に記載のリード端子付き電気化学セル。
【請求項8】
前記リード端子付き電気化学セルは、前記回路基板に対向する前記電気化学セルの面に設置されるリード端子Aを備え、
前記リード端子Aの幅が前記リード端子Bの幅より広いことを特徴とする請求項7に記載のリード端子付き電気化学セル。
【請求項1】
外周が円形である電気化学セルに用いられる電気化学セル用リード端子であって、
前記電気化学セル用リード端子は、前記電気化学セルが回路基板へ実装される際に前記回路基板面と反対側の前記電気化学セルの面に固着設置される溶接部と、前記回路基板に接続する平面である接続部を備え、
前記接続部は、前記溶接部とは反対側に曲げ加工され、かつ先細形状であることを特徴とする電気化学セル用リード端子。
【請求項2】
前記接続部は、三角形状もしくは前記三角形状の頭頂部がカットされた台形であることを特徴とする請求項1に記載の電気化学セル用リード端子。
【請求項3】
前記接続部は、前記電気化学セルに設置されたときに、前記電気化学セルの外周が内接する正方形である内接四角形の相似拡大四角形の角部の2辺に沿った辺を有する直角三角形、もしくはその中に入る形状であることを特徴とする請求項1または2に記載の電気化学セル用リード端子。
【請求項4】
前記接続部は、直角二等辺三角形、または前記直角二等辺三角形の頭頂部に丸みRもしくはカットを設けた台形状であることを特徴とする請求項3に記載の電気化学セル用リード端子。
【請求項5】
前記接続部は、前記直角二等辺三角形の中に入り、且つ前記直角二等辺三角形と同じ底辺の円弧、もしくは頂点が鋭角または鈍角の三角形であることを特徴とする請求項3に記載の電気化学セル用リード端子。
【請求項6】
請求項1から5のいずれか1項に記載の電気化学セル用リード端子であるリード端子Bを備えたリード端子付き電気化学セル。
【請求項7】
前記接続部の端部と前記内接四角形のコーナーとの距離Mが、前記電気化学セルの直径をDとし、前記内接四角形の外側を正、内側を負とすると、−0.1×D≦M≦0.3×Dであることを特徴とする請求項6に記載のリード端子付き電気化学セル。
【請求項8】
前記リード端子付き電気化学セルは、前記回路基板に対向する前記電気化学セルの面に設置されるリード端子Aを備え、
前記リード端子Aの幅が前記リード端子Bの幅より広いことを特徴とする請求項7に記載のリード端子付き電気化学セル。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2013−58776(P2013−58776A)
【公開日】平成25年3月28日(2013.3.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−239981(P2012−239981)
【出願日】平成24年10月31日(2012.10.31)
【分割の表示】特願2010−135425(P2010−135425)の分割
【原出願日】平成16年4月30日(2004.4.30)
【出願人】(000002325)セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年3月28日(2013.3.28)
【国際特許分類】
【出願日】平成24年10月31日(2012.10.31)
【分割の表示】特願2010−135425(P2010−135425)の分割
【原出願日】平成16年4月30日(2004.4.30)
【出願人】(000002325)セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Fターム(参考)】
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