CN103714980B

CN103714980B - 蓄电设备

Info

Publication number: CN103714980B
Application number: CN201310424486.7A
Authority: CN
Inventors: 原田裕之; 板谷昌治
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-09-29
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2016-11-23
Anticipated expiration: 2033-09-17
Also published as: CN103714980A; JP2014072464A; US9263198B2; US20140092527A1

Abstract

提供能高效地减少电解液的使用量的双电荷层电容器那样的蓄电设备的箱体构造。在具备电容器元件、规定用于收纳该电容器元件的密闭空间的箱体、以及装填于密闭空间的电解液的双电荷层电容器中，箱体具备主体部和盖部，主体部由金属部分和树脂部分构成。金属部分包含与电容器元件电连接的2个引出端子。这些引出端子通过树脂部分而彼此电绝缘。树脂部分包含用于通过突出至密闭空间内来缩窄密闭空间从而减少电解液的装填量的突起。

Description

蓄电设备

技术领域

本发明涉及诸如双电荷层电容器（electric double-layer capacitors）、锂离子电池、锂离子电容器那样的蓄电设备，尤其涉及对于将蓄电元件与电解液一并收纳的密闭空间进行规定的箱体的构造。

背景技术

作为本发明感兴趣的技术，例如有日本特开2011－100998号公报（专利文献1）中记载的技术。在专利文献1特别是图1以及图3中，记载有由凹形状的主体部和盖部构成的双电荷层电容器的箱体。

在具有对正极和负极和电解液进行收纳的箱体的双电荷层电容器那样的蓄电设备中，电解液昂贵，因此谋求尽量减少电解液的使用量。

电解液由于容许正极－负极间的离子的移动，因此需要存在于正极－负极的电极间。换言之，存在于正极－负极间以外的电解液在蓄电设备的功能上是不需要的。因此，在正极－负极间以外之处使昂贵电解液存在的意义小。

为此，尽管谋求尽量减少电解液的使用量，但在专利文献1记载那样的设计的箱体中，电解液还存在于其内部不需要的空间，因此不能高效地减少电解液的使用量。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011－100998号公报

发明内容

发明要解决的课题

为此，本发明的目的在于，提供一种能在不有损功能的范围内高效地减少电解液的使用量的蓄电设备的尤其是箱体构造。

用于解决课题的手段

本发明提供一种蓄电设备，具备：蓄电元件，其具有相对置的第1主面以及第2主面，且设置有多个元件端子；以及箱体，其规定用于收纳蓄电元件的密闭空间；电解液，其被装填于密闭空间，

上述箱体具备：主体部，其具有与蓄电元件的第1主面对置的底壁部；以及盖部，其具有与蓄电元件的第2主面对置的主壁部。主体部由金属部分和树脂部分构成。金属部分与多个元件端子分别电连接，且包含沿厚度方向贯通主体部地进行延伸的多个引出端子。而且，树脂部分包含：突起，其用于通过突出至密闭空间内来缩窄密闭空间从而减少电解液的装填量。

由于上述的突起起到缩窄密闭空间的作用，因此能减少要装填于密闭空间的电解液的量。

优选地，上述树脂部分包含使多个引出端子彼此电绝缘的部分。通过该构成，能将用于使多个引出端子彼此电绝缘的部分与用于形成上述的突起的树脂部分一体地形成，例如在通过射出成形来使树脂部分成形的情况下，能将用于使多个引出端子彼此电绝缘的部分与上述的突起同时成形。

进而，在上述的优选实施方式的情况下，还应关注的是，突起是在箱体的主体部利用为了使多个引出端子间电绝缘而必须的树脂部分来形成的。即，由于设置作为本发明的特征的突起，无需特别的部件，因此有不会导致成本的实质性的上升这样的优点。

优选地，在本发明所涉及的蓄电设备中，突起具有突出至盖部的主壁部的形状。根据该构成，能通过突起来支撑盖部，因此即使在盖部成为了薄型的情况下，也能抑制针对外部应力的变形。

在上述的优选实施方式中，优选地，在盖部具有从主壁部的周围起竖立的侧壁部时，突起具有与主壁部和侧壁部的两者接触的形状。根据该构成，突起不仅能使上述的耐外部应力性进一步提高，而且还能实现盖部与主体部之间的更可靠的定位。

另外，在本发明中，优选地，在2个突起位置为从其两端部包夹蓄电元件、且2个元件端子位于蓄电元件的两端部的情况下，2个引出端子位于2个突起的各自的内侧。根据该构成，能通过2个突起来实现蓄电元件在箱体内的定位。

另外，在本发明中，优选地，主体部的底壁部具有金属部分与树脂部分呈层状重叠的部分。根据该构成，由于金属部分的防潮性更高，因此能提高作为箱体整体的防潮性。因此，优选地，这样的金属部分与树脂部分呈层状重叠的部分在主体部的底壁部占一半以上的面积。

上述的主体部的底壁部中的金属部分与树脂部分呈层状重叠的部分所带来的防潮性的提高在本发明中具有重要的意义。即，在本发明中，由于通过前述的突起来减少电解液的量，因此在因电解液的挥发等而产生了减少的情况下，成为从原本就少的量起的减少，电解液的减少会敏感地影响到蓄电设备的性能等。因此，在能抑制因电解液的挥发等而减少的上述那样的构成具有重要的意义。这还适用于以下的树脂材料所带来的防潮性的提高的情况。

另外，在本发明中，优选地，树脂部分由聚醚醚酮、聚苯硫醚或液晶聚合物构成。聚醚醚酮、聚苯硫醚或液晶聚合物对于金属部分在密封性以及接合性上卓越，而且在通常使用时的耐热性、以及抗腐蚀性特别是耐电解液性上卓越，因此在箱体中能发挥高防潮性。

另外，在本发明中，优选地，引出端子例如通过实施表面处理等来在其表面形成了直径20nm～60nm的细微的凹部。根据该构成，能发挥细微的凹部所带来的锚定效果，故而，能提高引出端子与树脂部分之间的接合强度。

发明效果

根据本发明，通过突出至密闭空间内的突起来缩窄密闭空间，因此能无损蓄电设备的功能地减少要装填于密闭空间的电解液的量。因此，能减少昂贵的电解液的使用量，能对蓄电设备的成本下降作出贡献。

通常，蓄电设备以使箱体的主体部朝下且使盖部朝上的状态来实施回流焊工序那样的安装工序或被实际使用。在此情况下，若电解液因重力而从箱体漏出，则电解液将通过箱体的主体部而漏出。然而，根据本发明，由于突起从箱体的主体部中的树脂部分起突出，因此主体部中的底壁部与电解液的接触面积因突起的存在而减少。由此，突起还有助于防止电解液泄漏。

另外，如上所述，突起从位于箱体的下侧的主体部起突出，因此能使该突起为了防止蓄电元件的位置偏差而有利地发挥功能。

附图说明

图1是表示作为本发明的第1实施方式的蓄电设备的双电荷层电容器的截面图。

图2是单独表示作为图1所示的双电荷层电容器中具备的蓄电元件的电容器元件的截面图。

图3是单独表示图1所示的双电荷层电容器中具备的箱体的主体部的俯视图。

图4是沿图3的线A－A的主体部的截面图。

图5是图3所示的主体部的仰视图。

图6是单独表示图1所示的双电荷层电容器中具备的箱体的盖部的俯视图。

图7是沿图6的线B－B的盖部的截面图。

图8示出针对在实验例中制作的实施例1、实施例2以及比较例1所涉及的双电荷层电容器的蒸发性试验的结果，示出了关于将各样品所涉及的双电荷层电容器放入恒温槽、且放置于恒温槽内一定时间后的电解液重量的变化。

图9是表示作为本发明的第2实施方式的蓄电设备的双电荷层电容器的截面图。

图10是表示作为本发明的第3实施方式的蓄电设备的双电荷层电容器的截面图。

具体实施方式

参照图1至图7来说明作为本发明的第1实施方式的蓄电设备的双电荷层电容器1。此外，对于在图1、图2、图4以及图7以及后述的图9以及图10中所表现的各要素的厚度方向尺寸，为了使图解容易，是较实际进行放大后进行了图示，关于该点应予以理解。

如图1所示，双电荷层电容器1具备：作为蓄电元件的电容器元件2、规定用于收纳电容器元件2的密闭空间3的箱体4、以及装填于密闭空间3的电解液（未图示。）。

电容器元件2如图2所示，具备：活性物质5、夹着活性物质5而对置的第1集电体6以及第2集电体7、以及将活性物质5分开成第1集电体6侧和第2集电体7侧的分离器8。第1集电体6以及第2集电体7的各自的端部位于电容器元件2的两端部，且分别构成第1元件端子9以及第2元件端子10。

活性物质5例如包括活性碳。第1集电体6以及第2集电体7例如由铝箔构成，任一者成为正极侧，而另一者成为负极侧。分离器8由容许电解液的通过的多孔质材料构成，作为多孔质材料，例如使用聚丙烯或者聚乙烯那样的树脂或纸。装填于密闭空间3的电解液浸透至活性物质5以及分离器8中。作为电解液，使用水系电解液、有机系电解液或离子液体。

电容器元件2具有相对置的第1以及第2主面11以及12，但如图1所示，箱体4具备：主体部14，其具有与电容器元件2的第1主面11对置的底壁部13；以及盖部16，其具有与电容器元件2的第2主面12对置的主壁部15。

主体部14在图3至图5中单独进行了图示。主体部14由金属部分17和树脂部分18构成。

作为金属部分17，在主体部14的底壁部13，有不仅形成其周围部分而且在其中央部分形成与树脂部分18呈层状重叠的部分（以下，称为“层状部分”。）19的金属板20，另外，有与第1以及第2元件端子9以及10分别电连接、且沿厚度方向贯通主体部14地进行延伸的第1以及第2引出端子21以及22。

上述的层状部分19因金属板20所带来的高防潮性，从而起到提高箱体4整体的防潮性的功能。据此，层状部分19优选在主体部14的底壁部13占一半以上的面积。

树脂部分18不仅使第1以及第2引出端子21以及22彼此电绝缘，而且使第1以及第2引出端子21以及22与金属板20之间电绝缘。

此外，形成层状部分19的金属板20在图示的实施方式中露出到了主体部14的表面，但也可以埋设于主体部14的树脂部分18的内部。另外，在层状部分19，也可以是多个金属板20在其之间隔着树脂部分18而配置成层状。

作为本发明的特征的构成，树脂部分18包含：2个突起23以及24，其用于通过突出至密闭空间3内来缩窄密闭空间3从而减少电解液的装填量。2个突起23以及24如图1所示，其位置为从电容器元件2的两端部包夹电容器元件2。前述的2个引出端子21以及22位于这2个突起23以及24的内侧。如此，2个突起23以及24对电容器元件2在箱体4内的定位作出贡献。

构成金属部分17的金属板20以及引出端子21及22例如由铝或铝合金构成。

树脂部分18例如由聚醚醚酮（PEEK）、聚苯硫醚（PPS）、液晶聚合物（LCP）、聚丙烯、聚乙烯、聚对笨二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚氯乙烯、氟树脂、或丙烯酸树脂等构成。

其中，作为构成树脂部分18的树脂，优选使用PEEK、PPS或LCP。这是由于，这些PEEK、PPS以及LCP不仅对于金属部分17在密封性以及接合性上性能卓越，而且在通常使用时的耐热性、以及抗腐蚀性特别是耐电解液性上性能卓越，由此，在箱体4能发挥高防潮性。

作为上述的LCP，优选使用全芳香族聚酰胺、全芳香族聚酯纤维、聚酯酰胺、聚酰胺-酰亚胺、碳酸聚酯、或聚甲亚胺。

箱体4的盖部16在图6以及图7中单独进行了图示。

盖部16具有：前述的主壁部15、以及从主壁部15的周围起竖立的侧壁部25。在主壁部15的拐角的部分，如图6所示，设置有注液口26。注液口26用于将电解液注入至箱体4内。

具备以上那样的构成的双电荷层电容器1例如如下地进行制造。

准备电容器元件2、以及构成箱体4的主体部14以及盖部16。

在制造上述的主体部14时，准备作为金属部分17的金属板20以及2个引出端子21以及22。在引出端子21以及22由铝或铝合金构成时，优选对引出端子21以及22实施以下那样的表面处理。

首先，准备包含从氨（NH₃）、联氨（N₂H₄）以及水溶性胺系化合物中选出的至少1种在内的水溶液。在此，作为上述水溶性胺系化合物，能使用低级胺类，特别地，能适当使用甲基胺（CH₃NH₂）、二甲基（（CH₃）₂NH）、三甲基胺（（CH₃）₃N）、乙基胺（C₂H₅NH₂）、二乙基胺（（C₂H₅）₂NH）、三乙基胺（（C₂H₅）₃N）、乙二胺（H₂NCH₂CH₂NH₂）、乙醇胺（一乙醇胺）（HOCH₂CH₂NH₂）、丙胺（CH₂CH₂CH₂NH₂）、以及二乙醇胺（（HOCH₂CH₂）₂NH）等。

上述水溶液被设定为浓度2～30％，在该水溶液中，将引出端子21以及22在常温～60℃下浸渍数分钟～30分钟。例如，在水溶液为氨水溶液的情况下，优选设定为浓度10～30％，在常温下应用15～120分钟的浸渍。

接下来，从水溶液中取出引出端子21以及22后，进行水洗、干燥。

通过这样的处理，从而在引出端子21以及22的表面形成直径20nm～60nm的细微的凹部。

接下来，引出端子21以及22以及金属板20以被插入至未图示的射出成形用模具内的状态来射出成形树脂部分18。作为图3以及图4所示的树脂部分18的一部分的圆柱部分27与成为将成形用树脂材料射出至模具的腔内的入口的闸门对应。此外，模具的腔形状虽未特别图示，但不言自明是图3至图5所示的树脂部分18的外部形状。

在上述的射出成形中，作为树脂部分18的一部分，对突起23以及24进行成形。

接下来，以主体部14的底壁部13与电容器元件2的第1主面11相互对置的状态将电容器元件2配置于主体部14上。

接下来，电容器元件2的第1以及第2元件端子9以及10分别在主体部14侧的第1以及第2引出端子21以及22处例如通过超声波焊接来连接。

接下来，按照电容器元件2的第2主面12与盖部16的主壁部15相互对置的方式，使盖部16覆盖主体部14，盖部16的侧壁部25的端缘部与由主体部14的金属板20提供的周缘部例如通过激光焊接来进行接合。

接下来，从设置于盖部16的注液口26注入电解液，并使电解液装填于箱体4内。

接下来，在减压含浸处理后，封闭注液口26，从而密封箱体4。例如，在注液口26嵌入圆柱状的小片（未图示。），通过激光焊接来对小片与盖部16进行接合，从而密封箱体4。

通过以上，形成了双电荷层电容器1。

前述的层状部分19的形成对本发明而言不是必须的，但以下说明为了确认该层状部分19所带来的效果而实施的实验例。

通过以下，制作了双电荷层电容器。

通过对活性碳、作为粘合剂的羧甲基纤维素、以及作为导电助剂的碳黑进行混合，来调制了应成为活性物质的浆料。然后，由基于狭缝模方式的涂布机将该浆料涂敷于铝箔之上使其干燥，来制作了电极板。然后，通过对该电极板进行缝切，从而得到了具备活性物质以及集电体的正极以及负极。然后，在为使正极以及负极不直接接触而短路从而以聚酰亚胺系的分离器覆盖负极后，通过交替层叠正极以及负极，从而得到了成为电容器元件的电极层叠体（层叠数为2层）。

接下来，在箱体的主体部配置了上述电极层叠体后，通过超声波焊接将上述正极以及负极的各自中的铝箔的未塗布部所提供的元件端子与主体部中具备的第1以及第2引出端子分别进行了连接。

接下来，使盖部覆盖箱体的主体部，并在周缘部对盖部和主体部进行了激光焊接。

接下来，从盖部的注液口注入了电解液。其后，在减压含浸处理后，镶嵌用于封闭注液口的小片，并对其进行激光焊接，从而对箱体进行密封，得到了成为样品的双电荷层电容器。

参照图1进行说明。在此，作为样品，制作了以下那样的实施例1、实施例2以及实施例3、以及比较例1以及比较例2各自所涉及的双电荷层电容器。

实施例1以及实施例3除了在箱体4的主体部14的底壁部13中未形成层状部分19这一点以外，具有与图1所示的双电荷层电容器1同样的构造。实施例2具有与图1所示的双电荷层电容器1同样的构造。比较例1以及比较例2除了在箱体4的主体部14的底壁部13未形成层状部分19这一点、以及未形成突起23以及24这一点以外，具有与图1所示的双电荷层电容器1同样的构造。

在实施例1、实施例2以及比较例1中，作为电解液，使用将三乙基甲基四氟硼酸铵（TEMABF₄）溶解于氰化甲烷（AN）并使电解液中的电解质浓度成为了1.0摩尔／L后的产物。另外，在实施例1以及实施例2中，箱体具有能注入100μl电解液的容积，在比较例1中，具有能注入110μl电解液的容积。

如此，在实施例1、实施例2以及比较例1中，以20.0mm×10.0mm×1.5mm的尺寸，得到了静电容量（CAP）为140mF、且等效串联电阻（ESR）为200mΩ的双电荷层电容器。

另一方面，在实施例3以及比较例2中，作为电解液，使用了1－乙基－3甲基双咪唑（三氟甲磺酰基）亚酰胺（EMITFSI）。另外，在实施例3中，箱体具有能注入100μl电解液的容积，在比较例2中，具有能注入110μl电解液的容积。

如此，在实施例3以及比较例2中，以20.0mm×10.0mm×1.5mm的尺寸，得到了静电容量（CAP）为140mF、且等效串联电阻（ESR）为1400mΩ的双电荷层电容器。

（1）蒸发性试验

针对上述实施例1、实施例2以及比较例1所涉及的双电荷层电容器，实施了蒸发性试验。

实施例1、实施例2以及比较例1均将电解液的注入量设为94.2mg，将各样品所涉及的双电荷层电容器放入设定为温度70℃的恒温槽，在恒温槽内放置了一定时间后，测量各样品的重量，并求取了针对电解液重量的变化。

其结果在表格以及图8中示出。

【表格】

	0小时	500小时	750小时	1250小时
					实施例1	100%	96.5%	95.0%	92.0%
实施例2	100%	98.2%	97.3%	94.9%
					比较例1	100%	94.8%	92.9%	87.9%

从表格以及图8可知，在比较例1中，电解液中的特别是AN通过箱体的树脂部分进行蒸发，1250小时后的电解液重量与初始比较，减少至87.9％。

另一方面，在实施例1中，电解液中的AN通过树脂部分进行蒸发的量少，与初始比较，在1250小时后维持了92.0％，根据实施例1可知，较之于比较例1，电解液的维持率更高。由此可知，突起减少了主体部中的底壁部与电解液的接触面积，还能有助于防止电解液的泄漏。

进而，在实施例2中，除了突起以外还具有层状部分，因此电解液中的AN通过树脂部分进行蒸发的量更少，在1250小时后，与初始比较，大幅提高至94.9％。

（2）耐热性试验

针对上述实施例3以及比较例2所涉及的双电荷层电容器，实施了耐热性试验。

实施例3以及比较例2均将电解液的注入量设为167.2mg，在将各样品所涉及的双电荷层电容器在150～160℃的温度范围预加热79秒钟后，以3℃／秒进行升温，在峰值温度260℃维持了7秒间后，冷却，从外部对箱体进行视认观察，确认了漏液的有无。

其结果，在比较例2中确认了漏液，而在实施例3中未确认到漏液，可知耐热性提高了。

接下来，参照图9来说明作为本发明的第2实施方式的蓄电设备的双电荷层电容器1a。在图9中，对相当于图1所示要素的要素赋予同样的参照符号，并省略重复的说明。

图9所示的双电荷层电容器1a的特征在于，突起23以及24具有突出至盖部16的主壁部15的形状。根据该构成，能由突起23以及24来支撑盖部16，从而即使在盖部16成为了薄型的情况下，也能抑制相对于外部应力的变形。

接下来，参照图10来说明作为本发明的第3实施方式的蓄电设备的双电荷层电容器1b。在图10中，对相当于图1所示要素的要素赋予同样的参照符号，并省略重复的说明。

图10所示的双电荷层电容器1b的特征在于，突起23以及24具有与盖部16的主壁部15和侧壁部25的两者接触的形状。根据这样的突起23以及24，能使在图9所示的双电荷层电容器1a中所实现的上述的耐外部应力性进一步提高，另外，能实现盖部16与主体部14之间的更可靠的定位。

以上针对双电荷层电容器来说明了本发明，但本发明还能应用于双电荷层电容器以外的例如锂离子电池、锂离子电容器那样的蓄电设备。

符号说明

1、1a、1b 双电荷层电容器（蓄电设备）

2 电容器元件（蓄电元件）

3 密闭空间

4 箱体

5 活性物质

6、7 集电体

8 分离器

9、10 元件端子

11 第1主面

12 第2主面

13 底壁部

14 主体部

15 主壁部

16 盖部

17 金属部分

18 树脂部分

19 金属部分与树脂部分呈层状重叠的部分（层状部分）

20 金属板

21、22 引出端子

23、24 突起

25 侧壁部

26 注液口

Claims

1.一种蓄电设备，具备：

蓄电元件，其具有相对置的第1主面以及第2主面，且设置有多个元件端子；

箱体，其规定用于收纳所述蓄电元件的密闭空间；

电解液，其被装填于所述密闭空间，

所述箱体具备：主体部，其具有与所述蓄电元件的所述第1主面对置的底壁部；以及盖部，其具有与所述蓄电元件的所述第2主面对置的主壁部，

所述主体部由金属部分和树脂部分构成，

所述金属部分与所述多个元件端子分别电连接，且包含沿厚度方向贯通所述主体部地进行延伸的多个引出端子，

所述树脂部分包含：突起，其用于通过突出至所述密闭空间内来缩窄所述密闭空间从而减少所述电解液的装填量。

2.根据权利要求1所述的蓄电设备，其中，

所述树脂部分包含使所述多个引出端子彼此电绝缘的部分。

3.根据权利要求1所述的蓄电设备，其中，

所述突起具有突出至所述盖部的所述主壁部的形状。

4.根据权利要求2所述的蓄电设备，其中，

所述突起具有突出至所述盖部的所述主壁部的形状。

5.根据权利要求3所述的蓄电设备，其中，

所述盖部具有从所述主壁部的周围起竖立的侧壁部，所述突起具有与所述主壁部和所述侧壁部的两者接触的形状。

6.根据权利要求4所述的蓄电设备，其中，

7.根据权利要求1～6中任一项所述的蓄电设备，其中，

2个所述突起的位置为从所述蓄电元件的两端部包夹所述蓄电元件，2个所述元件端子位于所述蓄电元件的两端部，2个所述引出端子位于2个所述突起的各自的内侧。

8.根据权利要求1～6中任一项所述的蓄电设备，其中，

所述主体部的所述底壁部具有所述金属部分与所述树脂部分呈层状重叠的部分。

9.根据权利要求8所述的蓄电设备，其中，

所述金属部分与所述树脂部分呈层状重叠的部分在所述主体部的所述底壁部占一半以上的面积。

10.根据权利要求1～6中任一项所述的蓄电设备，其中，

所述树脂部分由聚醚醚酮、聚苯硫醚或液晶聚合物构成。

11.根据权利要求1～6中任一项所述的蓄电设备，其中，

所述引出端子在其表面形成了直径20nm～60nm的细微的凹部。