CN1698148A - 双电层电容器及电解质电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双电层电容器(1)，具备将浸渍了电解液的一对极化电极(20)、(21)夹隔隔膜(6)而相面对地配置的盒体(2)，在各极化电极(20)、(21)上安装有集电电极(3)、(30)，盒体(2)的周边部被合成树脂制的封堵构件(4)填塞。集电电极(3)、(30)在与封堵构件(4)接触的同时贯穿该封堵构件(4)，向封堵构件(4)的外侧延伸，在集电电极(3)、(30)上，在贯穿封堵构件(4)的位置上，形成有粗面部(32)。本发明可以防止电解液的泄漏或来自外部的水分侵入。

Description

双电层电容器及电解质电池

技术领域

本发明涉及双电层电容器及电解质电池。

背景技术

作为充放电特性优良的设备，有双电层电容器。

图17是构成以往的双电层电容器1的盒体2的剖面图(参照日本国专利公开公报2001-351833号)。其将一对极化电极20、21夹隔隔膜6而重叠，在各极化电极20、21的外侧安装有金属制的集电电极3、30。极化电极20、21在粉末状或纤维状的活性炭中添加聚吡咯等导电性高分子化合物，用粘结剂固定，加压成形而构成。在极化电极20、21内，浸渍有硫酸等电解液。而且，对于电解液并不仅限于硫酸之类的水系，也可以使用后述的非水系的电解液。

极化电极20、21的周边部被合成树脂制的绝缘性封堵构件4填塞，利用该封堵构件4，防止电解液向盒体2的外侧泄漏。盒体2通常被并排排列1个以上，构成双电层电容器1。

在充电时，将一方的集电电极3与电源的正侧连接，将另一方的集电电极30与电源的负侧连接，施加直流电压。负离子被与正侧的集电电极3接触的极化电极20吸引，正离子被与负极的集电电极30接触的极化电极21吸引，在各极化电极3、30上形成双电层。

在放电时，将集电电极3、30电连接。蓄积在各极化电极20、21中的电荷被放出。

但是，在所述双电层电容器中，集电电极3、30与封堵构件4的密接性较低。由此，浸渍在极化电极20、21上的电解液就有可能从集电电极3、30和封堵构件4之间漏出，或者有可能使盒体2的外部的水分向封堵构件4的内部侵入。

特别是，对于非水系的电解液的情况，由于来自外部的水分的侵入，在盒体2内产生电分解，导致作为双电层电容器的性能降低。

发明内容

本发明的目的在于，提供防止电解液的泄漏或来自外部的水分侵入的双电层电容器及电解质电池。

双电层电容器1具备将浸渍了电解液的一对极化电极20、21夹隔隔膜6而相面对地配置的盒体2，在各极化电极20、21上安装有集电电极3、30，盒体2的周边部被合成树脂制的封堵构件4填塞。

集电电极3、30在与封堵构件4接触的同时，贯穿该封堵构件4，向封堵构件4的外侧延伸。

在集电电极3、30上，在贯穿封堵构件4的位置，形成有粗面部32。

粗面部32在封堵构件4上被弯曲，形成阶梯部34。

附图说明

图1是双电层电容器的剖面图。

图2是形成了阶梯部的双电层电容器的剖面图。

图3是表示双电层电容器的制造方法的分解立体图。

图4是集电电极及第2半体的俯视图。

图5是形成了阶梯部的双电层电容器的剖面图。

图6(a)-(d)是集电电极及第2半体的俯视图。

图7是形成了开口的集电电极的立体图。

图8是形成了狭缝的集电电极的立体图。

图9是形成了薄壁部的双电层电容器的剖面图。

图10是形成了树脂层的双电层电容器的剖面图。

图11是形成了树脂层的集电电极的立体图。

图12是使用了形成了树脂层的集电电极的第2半体的立体图。

图13(a)-(d)是各种树脂层的剖面图。

图14是在阶梯部形成了树脂层的双电层电容器的剖面图。

图15是具备了集电体的双电层电容器的剖面图。

图16是电路基板和双电层电容器的俯视图。

图17是以往的双电层电容器的剖面图。

具体实施方式

下面将使用附图对本发明的一个例子进行详细叙述。

水系及非水系双电层电容器

(实施例1)

图1是本例的双电层电容器1的剖面图。盒体2与以往相同，将一对极化电极20、21夹隔隔膜6而重叠，在各极化电极20、21的外侧安装集电电极3、30而构成。集电电极3、30为不锈钢、钨、铝等的金属板。以下的说明中，将上侧的极化电极21作为负极，将下侧的极化电极20作为正极。

封堵构件4将在中央部形成了凹部42的长方体状的第1半体40及第2半体41配置在上下而构成，使凹部42、42的开口相互对齐。在两凹部42、42内，配备极化电极20、21和隔膜6，集电电极3、30贯穿对应的半体40、41而向外侧突出，被沿着半体40、41的侧面及下面折曲。

极化电极20、21由粉末状或纤维状的活性炭或富勒烯、碳纳米管等碳纳米材料形成。

第1半体40及第2半体41由玻璃、陶瓷或绝缘性的合成树脂形成，作为绝缘性树脂，可以举出变形聚酰胺、尼龙树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙稀、聚苯硫醚等。

另外，对于极化电极20、21所被浸渍的电解液，除了硫酸、氢氧化钾溶液等水系电解液以外，还可以使用将三乙基甲基铵四氟化硼(Et₃MeNBF₄)或四乙基铵四氟化硼(Et₄NBF₄)等电解质溶解在非质子性有机溶剂中的非水系的电解液。作为非质子性有机溶剂，可以使用碳酸酯、内酯、腈、酰胺、硝基烷、砜、亚砜、磷酸酯、二腈或醚腈之类的二官能性溶剂。

另外，对于隔膜6，可以使用玻璃纤维无纺布、纸浆的抄造纸、由聚四氟乙烯(PTFE)等绝缘性树脂形成的薄膜等。

作为负极的集电电极3具备与极化电极21连接的水平部31、与该水平部31相连并贯穿第1半体40的粗面部32、从该粗面部32开始沿着第1半体40及第2半体被折曲了的露出部33。粗面部32与第1半体40紧密接触。

作为正极的集电电极30与负极的集电电极3相同，具备水平部31、与该水平部31相连并贯穿第2半体41的粗面部32、露出部33。对于粗面部32，实施了粗面化处理，中心线平均粗糙度在0.3μm以上。粗面化处理利用蚀刻、喷砂、滚花纹、砂纸等实施。

由于在贯穿封堵构件4的位置上设置粗面部32，封堵构件4和集电电极3的密接性提高。另外，可以增大封堵构件4和集电电极3的接触面积。这样，就可以防止电解液从封堵构件4的内侧泄漏或水分从封堵构件4的外侧浸入的问题。

为了有效地防止电解液的泄漏及来自盒体2的外部的水分侵入，还可以考虑图2所示的构成。其将粗面部32设为折曲为2段的阶梯部34。

由于将该粗面部32设为阶梯部34，与粗面部32为直线的情况相比就更长。由此，水分从封堵构件4的外部到达盒体2内的路径变长，从而可以进一步防止电解液的泄漏或来自外部的水分的侵入。另外，通过对粗面部32实施折曲加工，在沿着封堵构件4的外面折曲集电电极3、30时，就可以阻止集电电极3、30在第1半体40及第2半体41内移动。这样，就可以使双电层电容器1的性能稳定化，实现材料利用率的提高。

双电层电容器的制造方法

图1所示的双电层电容器1的盒体2以如图3所示地构成。在成为负极的集电电极3上利用插入成形，形成第1半体40。第1半体40的凹部(未图示)使开口向下。同样地，在成为正极的集电电极30上利用插入成形，形成第2半体41，该第2半体41的凹部42使开口向上。

在两半体40、41的凹部42内，夹隔隔膜6，配备有一对极化电极20、21。在隔膜6及极化电极20、21上预先利用真空填充浸渍电解液。在使两半体40、41对接后，利用超声波焊接等将两半体40、41的周缘部接合。其后，将集电电极3、30的露出部33沿着两半体40、41的周面向下弯曲，完成图1所示的双电层电容器1。

(实施例2)

本例中，其特征在于，在集电电极3、30上设置了树脂填充部5。图4是属于本例的集电电极30及第2半体41的俯视图。在集电电极30上，开设有被构成第2半体41的树脂填充的树脂填充部5，具体来说是圆形的开口50、50。由于将该开口50、50用树脂填充，集电电极30与第2半体41的密接性就会提高。另外，如图4中箭头X所示，从凹部42流向封堵构件4的外部的电解液的路径由于在开口50的周面上传递，因此该路径变长。这样，就可以防止电解液从封堵构件4的内侧泄漏或来自封堵构件4的外侧的水分浸入的问题。当然，也可以在另一方的集电电极3上设置开口50、50。

作为树脂填充部5，也可以如图6(a)-(c)所示是开设于集电电极30上的狭缝51、网眼52。狭缝51、网眼52被利用冲裁加工形成。另外，也可以如图6(d)所示，将狭缝51和网眼52组合。

另外，也可以如图5所示，在集电电极3、30上，形成被折曲为2段而一体化地具备了水平板34a和垂直板34b的阶梯部34，在该阶梯部34上设置树脂填充部5。图7及图8是形成了该阶梯部34的集电电极3的立体图。树脂填充部5既可以是开口50，也可以是狭缝51。

图7的阶梯部34的水平板34a的开口50和垂直板34b的开口50沿横向相互错开。具体来说，水平板34a的开口50位于垂直板34b的开口50、50间的下侧。这样，例如从垂直板34b的开口50的周面流来的电解液如图7中箭头X1所示，在该开口50的周面上传递。但是，有时电解液也会如箭头X2所示，在垂直板34b的开口50、50之间挤过。但是此种电解液在水平板34a的开口50的周面上传递。结果，向封堵构件4的外部流动的电解液的路径变长，可以防止电解液的泄漏及来自封堵构件4的外侧的水分浸入的问题。如图8所示，也可以将水平板34a的狭缝51和垂直板34b的狭缝51沿横向相互错开。

另外，也可以如图9所示，在集电电极3、30上两个半体40、41相接的位置上，形成剖面变细的薄壁部35。此时，由于在薄壁部35上填充有形成封堵构件4的树脂，因此薄壁部35就成为树脂填充部5。由于设置该薄壁部35，集电电极3、30与封堵构件4的接触面积就减少。这样，就可以防止电解液的泄漏及来自封堵构件4的外侧的水分浸入的问题。

(实施例3)

本例中，其特征在于，在集电电极3、30上形成树脂层8，夹隔该树脂层8将集电电极3、30和封堵构件4接合。图10是属于本例的双电层电容器1的剖面图。树脂层8由比封堵构件4的材料更容易与集电电极3、30密接的材料形成。具体来说，如果封堵材料4由液晶聚合物、聚丙烯形成，则树脂层8就由环氧树脂形成。由于形成树脂层8，集电电极30和封堵构件4的密接性提高。这样，就可以防止电解液从封堵构件4的内侧泄漏或来自封堵构件4的外侧的水分浸入的问题。

树脂层8也可以如图13(a)-(d)所示，向封堵构件4的外侧或凹部42内伸出。但是，在将封堵构件4和集电电极3、30密接时，树脂层8的长度就需要为集电电极3、30与封堵构件4的侧部相接的长度L1的70％左右。

另外，树脂层8的厚度优选100μm以下1μm以上。当树脂层8过薄或过厚时，集电电极3、30和封堵构件4的接合强度就降低。另外，在形成树脂层8的树脂与形成封堵构件4的树脂相比吸水率更高的情况下，当树脂层8过厚时，树脂层8内的水分就有可能浸入封堵构件4内部。因而，将树脂层8的厚度设定为所述的值。

双电层电容器的制造方法

本例的双电层电容器1如下形成。

首先如图11所示，沿着集电电极30的宽度方向涂布成为树脂层8的液状的环氧树脂。环氧树脂被遍布集电电极30的表面和背面两面地涂布。在环氧树脂干燥后，在集电电极30上通过插入成形而如图12所示地形成第2半体。树脂层8位于第2半体41的侧部。与上述相同地，形成第1半体。如果在两半体40、41内配备隔膜6及极化电极20、21，并使两半体40、41对接，则形成双电层电容器1。如图14所示，也可以在集电电极3、30上，在嵌设于封堵构件4的位置上，形成阶梯部34，在该阶梯部34上形成树脂层8。

另外，也可以如图15所示，在极化电极20、21和对应的集电电极30、3之间，设置集电体85、85。在集电电极30、3上被嵌设于封堵构件4的侧部的位置上，形成树脂层8。集电体85、85由于以与集电电极3、30不同的金属形成，具体来说与集电电极3、30由铜或镍等制成不同，集电体85、85由不锈钢、铝或钨等制成。集电体85、85由金属箔制成，或者在集电电极3、30进行等离子体热喷镀等而形成。

水系或非水系电解质电池

本发明可以应用于水系或非水系电解质电池中。

电解质电池与所述双电层电容器，仅一部分的材料不同，而构造、制作方法在本质上是相同的。

对于非水系电解质电池的情况，所述双电层电容器的极化电极被置换为正活性物质体、负活性物质体。作为正活性物质体有将钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂等的粉末加压成形或烧结后的材料，作为负活性物质体有将石墨系碳材料或焦碳系碳材料的粉末加压成形或烧结后的材料。

另外，对于电解液，可以使用溶解了锂盐的有机溶剂。作为锂盐，可以示例出LiBF₄、LiClO₄、LiPF₆、LiAsF₆、Li(CF₃O₂)₂N、LiC₄F₉SO₃，作为有机溶剂，有碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、或它们的任意一种与链状碳酸酯的混合液。作为链状碳酸酯，有碳酸二甲酯(DMC、DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)。

对于隔膜，可以使用聚烯烃、聚乙烯、聚丙烯等高分子多孔性薄膜。正极的集电电极30由铝等制成，负极的集电电极3由铜等制成。

对于像锂离子电池那样的水系电解质电池的情况，作为正活性物质有将镍氧化物的粉末或颗粒烧结或压缩成形的材料，作为负活性物质有将Mm-Ni-Co-Mn-Al(Mm为稀土类元素的混合物)系的贮氢合金粉末或颗粒烧结或压缩成形的材料。

另外，对于电解液，可以使用氢氧化钾溶液或高分子水凝胶电解质溶液。对于隔膜，可以使用磺化聚丙烯等高分子多孔性薄膜。

双电层电容器及电解质电池一般来说为长方体或扁平圆形。但是，对于扁平圆形的情况，如图16中斜线所示，由于在安装于电路基板7上时，产生死区70，因此如果要有效地利用电路基板7上的面积，优选长方体的形状。

本发明的双电层电容器1中，在贯穿封堵构件4的位置上设有粗面部32。所以，封堵构件4和集电电极3的密接性提高。另外，可以增大封堵构件4和集电电极3的接触面积。这样，就可以防止电解液从封堵构件4的内侧泄漏或水分从封堵构件4的外侧进入的问题。

另外，由于将粗面部32设为阶梯部34，因而与粗面部32为直线的情况相比更长。由此，水分从封堵构件4的外部到达盒体2内的路径变长，从而可以进一步阻止电解液的泄漏或来自外部的水分的侵入。另外，由于对粗面部32实施了折曲加工，因此就可以阻止在将集电电极3、30沿着封堵构件4的外面折曲时，集电电极3、30在第1半体40及第2半体41内移动的情况。这样，就可以使双电层电容器1的性能稳定化，从而可以实现材料利用率的提高。

Claims (8)

1.一种双电层电容器，其特征是，具备将浸渍了电解液的一对极化电极(20)、(21)夹隔隔膜(6)而相面对地配置的盒体(2)，且在各极化电极(20)、(21)上安装有集电电极(3)、(30)，并使盒体(2)的周边部被合成树脂制的封堵构件(4)填塞，

集电电极(3)、(30)在与封堵构件(4)接触的同时，贯穿该封堵构件(4)，向封堵构件(4)的外侧延伸，

在集电电极(3)、(30)上，在贯穿封堵构件(4)的位置，形成有粗面部(32)。

2.根据权利要求1所述的双电层电容器，其特征是，粗面部(32)在封堵构件(4)上被弯曲，形成阶梯部(34)。

3.一种双电层电容器，其特征是，具备将浸渍了电解液的一对极化电极(20)、(21)夹隔隔膜(6)而相面对地配置的盒体(2)，且在各极化电极(20)、(21)上安装有集电电极(3)、(30)，并使盒体(2)的周边部被合成树脂制的封堵构件(4)填塞，另外，封堵构件(4)通过将2个半体(40)、(41)对齐而形成，并在各半体(40)、(41)上设有适于嵌入盒体(2)的凹部(42)，

在各集电电极(3)、(30)上，在凹部(42)的周边部，设有被构成封堵构件(4)的树脂填充的树脂填充部(5)。

4.根据权利要求3所述的双电层电容器，其特征是，集电电极(3)、(30)在封堵构件(4)内被折曲，形成有阶梯部(34)。

5.根据权利要求3所述的双电层电容器，其特征是，树脂填充部(5)是开口(50)、狭缝(51)、网眼(52)、以及薄壁部(35)当中的任意一种。

6.一种双电层电容器，其特征是，具备将浸渍了电解液的一对极化电极(20)、(21)夹隔隔膜(6)而相面对地配置的盒体(2)，且在各极化电极(20)、(21)上安装有集电电极(3)、(30)，并使盒体(2)的周边部被合成树脂制的封堵构件(4)填塞，

集电电极(3)、(30)在与封堵构件(4)接触的同时贯穿该封堵构件(4)，向封堵构件(4)的外侧延伸，

在集电电极(3)、(30)上形成有树脂层(8)，并夹隔该树脂层(8)将集电电极(3)、(30)和封堵构件(4)接合。

7.根据权利要求6所述的双电层电容器，其特征是，在极化电极(20)、(21)和对应的集电电极(30)、(3)之间，设有集电体(85)、(85)。

8.一种电解质电池，其特征是，具备将浸渍了电解液的一对活性物质体夹隔隔膜(6)而相面对地配置的盒体(2)，且在各活性物质体上安装有集电电极(3)、(30)，并使盒体(2)的周边部被合成树脂制的封堵构件(4)填塞，

集电电极(3)、(30)在与封堵构件(4)接触的同时贯穿该封堵构件(4)，向封堵构件(4)的外侧延伸，

在集电电极(3)、(30)上，在贯穿封堵构件(4)的位置上，形成有粗面部(32)。

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