JP2004296520A - Electrochemical capacitor - Google Patents

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Tetsuya Takahashi
哲哉 高橋
Yousuke Miyaki
陽輔 宮木
Atsuko Kosuda
小須田  敦子
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrochemical capacitor that can be reduced in size and weight even when the capacitor is constituted to serially connect unit cells in a state where two or more unit cells are arranged in parallel with each other and, in addition, can sufficiently obtain a volume energy density on the basis of the volume of a space to be installed. <P>SOLUTION: The electrochemical capacitor 1 has elemental bodies 60A and 60B, an electrolytic solution 30, and a case 50. The elemental body 60A is composed of electrodes 10A and 20A faced to each other, and a separator 40A disposed between the electrodes 10A and 20A. The body 60A is provided with first and the second leads 12A and 22A, respectively, connected to the electrodes 10A and 20A. The elemental body 60B also has the same constitution. The element bodies 60A and 60B are serially electrically connected to each other through metallic wires 11. In the case 50, the elemental body sections 60A and 60B are arranged in parallel with each other and a partitioning section 56 is provided between the sections 60A and 60B. The partitioning section 56 bonds the facing portions of first and second films 51 and 52 to each other through thermal fusion. The thicknesses d of the films 51 and 52 and the thickness D of the whole body of the electrochemical capacitor are adjusted to simultaneously meet the following inequalties : (1): d≤100 μm, and (2): D≤4d. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気二重層キャパシタをはじめとする電気化学キャパシタに関し、より詳しくは、単位セルを2以上並置した状態で電気的に直列に接続する構成を有する電気化学キャパシタに関する。
【0002】
【従来の技術】
電気二重層キャパシタをはじめとする電気化学キャパシタは、急速充放電が可能である、半永久的な寿命を有する、比較的大電流での充放電が可能である、容易に小型化、軽量化が可能である等の利点を有しているため、例えば、電子機器等の電源のバックアップ用電源、電気自動車やハイブリッド車向けの補助電源として期待され、その性能向上のための様々な検討がなされている。
【0003】
また、電気化学キャパシタには、上記の性能向上の他に小型化及び軽量化も要求されている。すなわち、電気化学キャパシタの単位重量当たりのエネルギー密度の向上及び単位体積当りのエネルギー密度の向上も同時に要求されている。
【0004】
そのため、合成樹脂の層や金属箔などの金属層を備えた複合包装フィルム(ラミーネートフィルム)を1枚使用してこれを1/2に折りたたみ、重ね合せた部分のうちの縁部同士をヒートシール(熱融着)して作製した軽量のケース(封入袋)、又は、2枚を重ね合せ、重ね合せた部分のうちの縁部同士をヒートシールして作製した軽量のケースを、一対の電極及び電解質等の構成要素を封入する外装容器として使用した構成を有する電気化学キャパシタが検討されている。この場合、一対の電極のそれぞれには、一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部がケースの外部に突出される金属製のリードがそれぞれ接続されている。
【0005】
なお、本明細書においては、ケースの材料となる2枚のフィルムのそれぞれのヒートシール(熱融着)される側の面(以下、各フィルムの「内面」という)の「ヒートシール(熱融着)される縁部の領域」を必要に応じて「シール部」という。
【0006】
例えば、フィルムを用いて形成されたケースとしては、電気化学キャパシタと異なる非水電解質電池に備えられるものであるが、複合包装フィルム(ラミーネートフィルム)から形成したケースのシール部のうちのリードが引き出されている部分以外の部分を折りたたむことにより、ケースの投影面積の縮小化を図ったものが知られている(例えば、下記特許文献1を参照)。
【0007】
【特許文献1】
特開2000−138040号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電気化学キャパシタについて、搭載されるべき機器から要求される充放電特性(特に出力特性)を充分に満たしつつ、上記機器内の非常に小さな設置スペースにも容易に設置可能とするための更なる小型化及び軽量化を目指した特定の構成を意図した場合、上述の特許文献1に記載の非水電解質電池の構成を単純に電気化学キャパシタに適用するだけでは、以下の問題があり意図した効果を得ることが極めて困難となることを本発明者らは見出した。なお、上記「特定の構成」とは、以下に示す厚さが400μm以下の薄膜状の単位セルを2以上並置した状態で電気的に直列に接続する構成である。
【0009】
電気二重層キャパシタをはじめとする電気化学キャパシタはその動作原理、並びに、構成要素(電極及びセパレータ等)の構造及び構成材料の制約等により、同等の大きさの2次電池に比較すると単位セル当りの電気容量及び電圧(端子間電圧、耐電圧等)が一般的に低くなる。そのため、搭載されるべき機器から要求される電圧値(例えば、5V以上の端子間電圧)を満たすためには、2以上の単位セルを直列に接続する必要がある。
【0010】
この場合、搭載されるべき機器の形状又は搭載されるべき機器内の設置スペースの大きさ及び形状により、単位セルを積層せずに、2以上並置した状態で直列に接続する構成を採用する必要がある場合がある。
【0011】
そして、電気化学キャパシタを薄膜状とすることにより、よりいっそう小さな設置スペースに配置可能とする観点から、単位セルを2以上並置した状態で直列に接続する構成を採用し、かつ、上述の特許文献1に記載のケース(特許文献1には「外装材」と記載されている)ように、軽量であり薄膜化が容易な可とう性を有するフィルム(例えば、複合包装フィルム)であって厚さが100μm以下のフィルムを用いて形成したケースを使用し、特に単位セルの厚さ(ケースを構成するフィルムの厚さも含む厚さ)を400μm以下とする場合には、図10及び図11を用いて以下に説明する問題があることを本発明者らは見出した。
【0012】
図10は、単位セルを2以上並置した状態で直列に接続する構成を採用した従来の電気化学キャパシタを示す正面図である。図11は、図10に示す電気化学キャパシタ100を図1のX100−X100線に沿って切断した場合の模式断面図である。特に、図11は、図10に示す単位セル101の側の断面を示す。図11に図示しない単位セル102の断面も図示された単位セル101と同様である。
【0013】
図10に示す電気化学キャパシタ100は、2つの単位セル101及び102が、これらが設置されるべき機器(図示せず)内の同一の設置面上に並置された状態でかつ電気的に直列に接続された構成を有する。
【0014】
ここで、単位セル101のケース105は、1枚の可とう性を有するフィルム(例えば、先に述べた複合包装フィルム)104を使用してこれを約1/2に折りたたみ、重ね合せた内面のうちの縁部104B同士をヒートシール(熱融着)して作製されている。また、ケース105の内部(フィルム104のヒートシールされていない部分領域104Aにより形成される空間)には、互いに対向するアノード(図示せず)、カソード(図示せず)、及び、アノードとカソードとの間に配置されるセパレータ(図示せず)とからなる積層体(以下、「キャパシタ素体部」という)108と、電解質溶液109(一部がアノード、カソード及びセパレータ中に含有されている)とが収容されている。そして、アノードには、一方の端部が該アノードに電気的に接続されると共に他方の端部がケース105の外部に突出される金属製のリードA101が接続されている。また、カソードには一方の端部が該カソードに電気的に接続されると共に他方の端部がケース105の外部に突出される金属製のリードC101が接続されている。
【0015】
単位セル102のケース106も、1枚の可とう性を有するフィルム107を使用してこれを約1/2に折りたたみ、重ね合せた内面のうちの縁部105B同士をヒートシール(熱融着)して作製されており、ケース106の内部に単位セル101と同様のキャパシタ素体部と電解質溶液が収容されている。そして、アノードには、一方の端部が該アノードに電気的に接続されると共に他方の端部がケース105の外部に突出される金属製のリードA101が接続されている。また、カソードには一方の端部が該カソードに電気的に接続されると共に他方の端部がケース105の外部に突出される金属製のリードC101が接続されている。
【0016】
そして、先にも述べたように電気化学キャパシタ100の薄膜化により、よりいっそう小さな設置スペースに配置可能とする観点から、フィルム104及び107の厚さd100を100μm以下とし、かつ、電気化学キャパシタ100の厚さD100を400μm以下とする場合、以下の問題があった。
【0017】
すなわち、この場合、上述の特許文献1に記載のケースのようにケース105のシール部104Bを折り曲げると、図11に示すように、折り曲げられた後のシール部104Bの部分の表面がフィルム104のヒートシールされていない部分領域104Aの表面よりも上方(又は下方)に突出した状態となり、部分領域104Aの上方に充放電に利用できないデットスペースR1(使用されるべき機器内における該電池の設置空間に形成されるデットスペース)が形成される。また、ケース107においても同様のデットスペースが形成される。そして、このデットスペースにより、電気化学キャパシタ100は「設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度」が充分に得ることができていなかった。
【0018】
ここで、ケース105について説明すると、フィルム104の厚さd100を100μm以下とし、かつ、電気化学キャパシタ100の厚さD100を400μm以下とする場合には、折り曲げない状態のシール部104Bの面積よりもアノード及びカソードの電極面積の方が一般的に非常に大きい(例えば、5倍以上)ので、折り曲げない状態でシール部104Bの上方及び下方に形成されるデットスペースに比して、上述のようにシール部104Bを折り曲げることにより成される上記デットスペースR1の方が大きくなる。これはケース107についても同様である。
【0019】
更に、シール部104Bを折り曲げない状態とする場合にも、2つの単位セル101及び102の間の各シール部の上方及び下方に形成されるデットスペースR2の部分に起因する「設置されるべき空間(設置スペース)の体積を基準とする体積エネルギー密度」の低下が問題となっていた。多数の単位セルを並置する場合にはこのデットスペースR2の部分に起因する「設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度」の減少量が大きくなる。
【0020】
なお、電気化学デバイスの「体積エネルギー密度」とは、本来、電気化学デバイスのキャパシタ素体部部分の体積又は容器を含む全体積に対する全出力エネルギーの割合で定義されるものである。これに対して、「設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度」とは、電気化学デバイスの最大縦、最大横、最大厚さに基づいて求められる見かけ上の体積に対する電気化学デバイスの全出力エネルギーの割合を意味する。
【0021】
実際に、電気化学デバイスを電子機器(携帯用小型電子機器、電気自動車やハイブリッド車内に搭載される電源システム等)に搭載する場合、上述した本来の体積エネルギー密度の向上とともに、設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度を向上させることが、電子機器内の限られたスペースを、デッドスペースを充分に低減した状態で有効利用する観点から重要となる。特に、ケースを構成するフィルムの厚さを100μm以下とし、かつ、電気化学キャパシタの厚さを400μm以下とする場合には、上記のデッドスペースを充分に低減することが設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度を充分に得る観点から重要になる。
【0022】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、単位セルを2以上並置した状態で直列に接続する構成とする場合であっても、小型化及び軽量化が容易であり、かつ、設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度を充分に得ることができる電気化学キャパシタを提供することを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成するべく鋭意研究を重ねた結果、可とう性を有する厚さが100μm以下のフィルムを用いて形成したケースを有する電気化学キャパシタの場合、以下の条件を満たす構成を有することが上記目的達成の観点から有効であることを見出し、本発明に到達した。
【0024】
すなわち、本発明は、互いに対向する平板状の第1の電極及び平板状の第2の電極と、第1の電極と第2の電極との間に配置される平板状のセパレータとを含み構成される2以上のキャパシタ素体部と、
電解質溶液と、
互いに対向する第1のフィルム及び第2のフィルムの対向面の縁部同士を熱融着させることにより、2以上のキャパシタ素体部及び電解質溶液を密閉した状態で収容するケースと、
第1の電極に一方の端部が接続されると共に他方の端部がケースの外部に突出するようにキャパシタ素体部ごとに設けられた第1のリードと、
第2の電極に一方の端部が接続されると共に他方の端部がケースの外部に突出するようにキャパシタ素体部ごとに設けられた第2のリードと、
を有し、
各キャパシタ素体部は、第1のリード及び第2のリードを介して互いに電気的に直列に接続されており、
ケースには、第1のフィルム及び第2のフィルムの互いに対向する部分領域同士を熱融着させることにより形成され、2以上のキャパシタ素体部同士の接触を防止する仕切り部が設けられており、
第1のフィルム及び第2のフィルムの厚さdと、全体の厚さDとが、下記式(1)及び(2)の条件を同時に満たすように調節されていること、
を特徴とする電気化学キャパシタを提供する。
d≦100μm …(1)
D≦4d …(2)
【0025】
本発明の電気化学キャパシタは、上記のようにケースに設ける仕切り部を第1のフィルム及び第2のフィルムの互いに対向する部分領域同士を熱融着させることにより形成するため、図10及び図11に示したデットスペースR2を大幅に低減することができる。そのため、本発明の電気化学キャパシタは、設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度も容易に向上させることができる。
【0026】
また、本発明の電気化学キャパシタでは、第1のフィルム及び第2のフィルムの各内面の熱融着される縁部(シール部)は折り曲げないこととする。これにより、図10及び図11に示したデットスペースR1をなくすことができる。なお、縁部(シール部)を折り曲げないことにより、当該縁部(シール部)の上方及び下方にデットスペースが新たに生じるが縁部(シール部)の幅を調節することにより、新たに生じるデットスペースの大きさを図10及び図11に示したデットスペースR1よりも充分に小さくすることができる。そのため、この観点からも本発明の電気化学キャパシタは、設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度も容易に向上させることができる。
【0027】
更に、本発明の電気化学キャパシタは、軽量であり薄膜化が容易な可とう性を有するフィルムを用いて形成されたケースを備えているため、電気化学キャパシタ自体の形状を薄膜状とすることができる。
【0028】
以上の構成条件を満たす本発明の電気化学キャパシタは、単位セルを2以上並置した状態で直列に接続する構成とする場合であっても、小型化及び軽量化が容易であり、かつ、設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度を充分に得ることができる電気化学キャパシタを提供することができる。
【0029】
更に、本発明によれば、厚さが400μmの薄いフィルム状の電気化学キャパシタであって、搭載されるべき機器から要求される出力電圧(例えば、5V以上)を容易に得ることができる電気化学キャパシタを提供することができる。
【0030】
ここで、本発明において、「フィルム」とは、可とう性を有し、同種のフィルム同士で熱溶着が可能であり、かつ、金属製のリードに対して熱溶着が可能であフィルムを示す。
【0031】
また、本発明において、ケースの充分な機械的強度と密封性をより確実に得る観点から、第1のフィルム及び第2のフィルムの厚さdは50μm以上であることが好ましい。更に、本発明において、第1のフィルム及び第2のフィルムの厚さdは、式(1)を満たす範囲であればそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。
【0032】
更に、本発明の電気化学キャパシタを充分な機械的強度をより確実に得る観点と、電気化学キャパシタをより容易に製造する観点から、全体の厚さDは200μm以上であることが好ましい。
【0033】
また、本発明の電気化学キャパシタにおいては、先に述べた設置スペースを有効利用できないデットスペースを充分に低減する観点から、仕切り部の幅が0.2〜2.0mmであることが好ましく、0.5〜1.0mmであることがより好ましい。
【0034】
更に、本発明の電気化学キャパシタにおいては、上記と同様にデットスペースを充分に低減する観点から第1のフィルム及び第2のフィルムの各内面の熱融着される縁部の幅が0.5〜2.0mmであることが好ましく、1.0〜2.0mmであることがより好ましい。
【0035】
また、本発明の電気化学キャパシタは、小型化及び軽量化をより確実に図る観点から、第1のフィルム及び第2のフィルムの面積が0.09〜20cmであることが好ましく、1〜4cmであることがより好ましい。
【0036】
更に、本発明の電気化学キャパシタにおいては、充分なキャパシタ容量を得る観点から、各キャパシタ素体部において、第1の電極及び第2の電極はそれぞれ電子伝導性の多孔体を構成材料として含んでおり、セパレータは絶縁性の多孔体からなり、電解質溶液は、少なくともその一部が第1の電極、第2の電極、及び、セパレータの内部に含有されていることが好ましい。
【0037】
また、本発明の電気化学デバイスでは、第1のフィルム及び第2のフィルムとして、電解質溶液に接触する合成樹脂製の最内部の層と、最内部の層の上方に配置される金属層とを少なくとも有する複合包装フィルムを使用することが好ましい。
【0038】
合成樹脂製の最内部の層を配置することにより第1のフィルム及び第2のフィルムの充分な可とう性が確保されるとともに、第1のフィルムのシール部と第2のフィルムのシール部との熱融着強度を充分に確保することができる。また、金属層を配置することにより、第1のフィルム及び第2のフィルムの充分な機械的強度が確保されるとともに、ケース内部の電解質溶液の構成成分のケース外部への逸散と、ケース外部からケース内部への空気(水分及び酸素)の流入を充分に防止することができる。更に、合成樹脂製の最内部の層を金属層よりも内側に配置することによりケース内部の電解質溶液の構成成分などによる金属層の腐食の進行が充分に防止される。
【0039】
これにより、液漏れの発生を充分に防止することのできる電気化学デバイスをより容易かつより確実に構成することができる。さらに、液漏れの発生を充分に防止する観点と充分な機械的強度を確保する観点から金属層の外側に更に合成樹脂製の層を配置することがより好ましい。
【0040】
本発明において、「電解質溶液」は液状の状態以外にゲル化剤を添加することにより得られるゲル状電解質であってもよい。
【0041】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による電気化学キャパシタを電気二重層キャパシタに適用した場合について、その好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【0042】
図1は本発明の電気化学キャパシタの好適な一実施形態を示す正面図である。また、図2は図1に示す電気化学キャパシタの内部を各キャパシタ素体部のアノードの表面の法線方向からみた場合の展開図である。更に、図3は図1に示す電気化学キャパシタを図1のX1−X1線に沿って切断した場合の要部を示す模式断面図である。また、図4は図1に示す電気化学キャパシタを図1のX2−X2線に沿って切断した場合の要部を示す模式断面図である。更に、図1に示す電気化学キャパシタを図1のY−Y線に沿って切断した場合の要部を示す模式断面図である。
【0043】
図1〜図5に示すように、電気化学キャパシタ1は、主として、2つのキャパシタ素体部60A及び60Bと、電解質溶液30と、これらを密閉した状態で収容するケース50とから構成されている。
【0044】
そして、キャパシタ素体部60Aは、互いに対向する平板状のアノード10A(第1の電極)及び平板状のカソード20A(第2の電極)と、アノード10Aとカソード20Aとの間に隣接して配置される平板状のセパレータ40Aとから構成されている。さらにこのキャパシタ素体部60Aには、アノード10Aに一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部がケース50の外部に突出されるアノード用リード12A(第1のリード)と、カソード20Aに一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部がケース50の外部に突出されるカソード用リード22A(第2のリード)とが設けられている。
【0045】
また、キャパシタ素体部60Bは、互いに対向する平板状のアノード10B(第1の電極)及び平板状のカソード20B(第2の電極)と、アノード10Bとカソード20Bとの間に隣接して配置される平板状のセパレータ40Bとから構成されている。さらにこのキャパシタ素体部60Bには、アノード10Bに一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部がケース50の外部に突出されるアノード用リード12B(第1のリード)と、カソード20Bに一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部がケース50の外部に突出されるカソード用リード22B(第2のリード)とが設けられている。
【0046】
更に、キャパシタ素体部60Aのアノード用リード12Aと、キャパシタ素体部60Bのカソード用リード22Bとが、金属線11により電気的に接続されている。これにより、2つのキャパシタ素体部60Aとキャパシタ素体部60Bとは電気的に直列に接続されている。また、図1及び図2に示すように、2つのキャパシタ素体部60Aとキャパシタ素体部60Bは、第2のフィルム52の内面上に互いに非接触状態となるように並置されている。
【0047】
なお、「アノード」及び「カソード」は説明の便宜上、電気化学キャパシタ1の放電時の極性を基準に決定したものである。
【0048】
そして、電気化学キャパシタ1は、先に述べた本発明の目的を達成するために、以下に説明する構成を有している。
【0049】
以下に図1〜図9に基づいて本実施形態の各構成要素の詳細を説明する。
【0050】
ケース50は、先に述べたように、互いに対向する第1のフィルム51及び第2のフィルム52とを有している。ここで、図2に示すように、本実施形態における第1のフィルム51及び第2のフィルム52は連結されている。すなわち、本実施形態におけるケース50は、一枚の複合包装フィルムからなる矩形状のフィルムを、図2に示す折り曲げ線X3−X3において折り曲げられ、矩形状のフィルムの対向する1組の縁部同士(図中の第1のフィルム51の縁部51B及び第2のフィルム52の縁部52B)を重ね合せてヒートシール(熱融着)を行うことにより形成されている。
【0051】
そして、第1のフィルム51及び第2のフィルム52は、1枚の矩形状のフィルムを上述のように折り曲げた際にできる互いに対向する面(F51及びF52)を有する該フィルムの部分をそれぞれ示す。ここで、本明細書において、接合された後の第1のフィルム51及び第2のフィルム52のそれぞれの縁部51B及び52Bを「シール部」という。
【0052】
これにより、折り曲げ線X3−X3の部分に第1のフィルム51と第2のフィルム52とを接合させるためのシール部を設ける必要がなくなるため、ケース50におけるシール部をより低減することができる。その結果、電気化学キャパシタ1の設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度をより向上させることができる。
【0053】
本実施形態の場合、図1及び図2に示すように、アノード10に接続されたアノード用リード12及びカソード用リード22のそれぞれの一端が上述の第1のフィルム51の縁部51B及び第2のフィルム52の縁部52Bシール部とを接合したシール部から外部に突出するように配置されている。
【0054】
ケース50には、2つのキャパシタ素体部60A及び60B同士の接触を防止する仕切り部56が設けられている。そして仕切り部56は、第1のフィルム51及び第2のフィルム52の互いに対向する部分領域同士を熱融着させることにより形成されている。仕切り部56により仕切られたケース50の2つの内部空間(第1のフィルム51及び第2のフィルム52のヒートシールされていない部分領域51A、52A及び仕切り部56により形成される2つの内部空間)には、キャパシタ素体部60A及び60Bが互いに接触しないように電解質溶液とともに収容されており、それぞれ単位セルが構成されている。
【0055】
また、この電気化学キャパシタ1の場合、ケース50を構成する第1のフィルム51及び第2のフィルム52の厚さdと、全体の厚さDとが、下記式(1)及び(2)の条件を同時に満たすように調節されている。
d≦100μm …(1)
D≦4d …(2)
【0056】
また、携帯用の小型電子機器内の限られた狭い設置スペースにも設置可能とする観点及び充分な機械的強度をより確実に得る観点から、上記の厚さD(電気化学キャパシタ1全体の厚さ)は200〜〜400μmであることが好ましく、300〜400μmあることがより好ましい。
【0057】
また、ケース50の充分な機械的強度と密封性をより確実に得る観点から、第1のフィルム51及び第2のフィルム52の厚さdは50μm以上であることが好ましい。更に、設置スペースを有効利用できないデットスペースを充分に低減する観点から、仕切り部56の幅が0.2〜2.0mmであることが好ましく、0.5〜1.0mmであることがより好ましい。
【0058】
更に、上記と同様にデットスペースを充分に低減する観点から第1のフィルム51及び第2のフィルム52の各内面の熱融着される縁部51B及び52Bの幅が0.5〜2.0mmであることが好ましく、1.0〜2.0mmであることがより好ましい。
【0059】
また、小型化及び軽量化をより確実に図る観点から、第1のフィルム51及び第2のフィルム52の面積が0.09〜20cmであることが好ましく、1〜4cmであることがより好ましい。
【0060】
また、第1のフィルム51及び第2のフィルム52を構成するフィルムは、可とう性を有するフィルムである。このフィルムは軽量であり薄膜化が容易なため、電気化学キャパシタ1自体の形状を薄膜状とすることができる。そのため、本来の体積エネルギー密度を容易に向上させることができるとともに、電気化学キャパシタ1の設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度も容易に向上させることができる。
【0061】
第1のフィルム51及び第2のフィルム52は上記式(1)の条件を満たし、かつ、可とう性を有するフィルムであれば特に限定されないが、ケースの十分な機械的強度と軽量性を確保しつつ、ケース外部からケース内部への水分や空気の侵入及びケース内部からケース外部への電解質成分の逸散を効果的に防止する観点から、電解質溶液に接触する合成樹脂製の最内部の層と、最内部の層の上方に配置される金属層とを少なくとも有する「複合包装フィルム」であることが好ましい。
【0062】
第1のフィルム51及び第2のフィルム52として使用可能な複合包装フィルムとしては、例えば、図6及び図7に示す構成の複合包装フィルムが挙げられる。
【0063】
図6示す複合包装フィルム53は、その内面F50aにおいて電解質溶液に接触する合成樹脂製の最内部の層50aと、最内部の層50aのもう一方の面(外側の面)上に配置される金属層50cと有する。また、図7示す複合包装フィルム54は、図6示す複合包装フィルム53の金属層50cの外側の面に更に合成樹脂製の最外部の層50bが配置された構成を有する。
【0064】
第1のフィルム51及び第2のフィルム52として使用可能な複合包装フィルムは、上述の最内部の層50aをはじめとする1以上の合成樹脂の層、金属箔などの金属層50cを備えた2以上の層を有する複合包装材であれば特に限定されないが、上記と同様の効果をより確実に得る観点から、図7に示した複合包装フィルム54のように、最内部の層50aと、最内部の層50aから最も遠いケース50の外表面の側に配置される合成樹脂製の最外部の層50bと、最内部の層50aと最外部の層50bとの間に配置される少なくとも1つの金属層50cとを有する3層以上の層から構成されていることがより好ましい。
【0065】
最内部の層50aは可とう性を有する層であり、その構成材料は上記の可とう性を発現させることが可能であり、かつ、使用される電解質溶液に対する化学的安定性(化学反応、溶解、膨潤が起こらない特性)、並びに、酸素及び水(空気中の水分)に対する化学的安定性を有している合成樹脂であれば特に限定されないが、更に酸素、水(空気中の水分)及び電解質溶液の成分に対する透過性の低い特性を有している材料が好ましい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン酸変成物、ポリプロピレン酸変成物、ポリエチレンアイオノマー、ポリプロピレンアイオノマー等の熱可塑性樹脂などが挙げられる。
【0066】
また、上述した図7に示した複合包装フィルム54のように、最内部の層50a以外に、最外部の層50b等のような合成樹脂製の層を更に設ける場合、この合成樹脂製の層も、上記最内部の層と同様の構成材料を使用してよい。更に、この合成樹脂製の層としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド(ナイロン)等のエンジニアリングプラスチックからなる層を使用してもよい。
【0067】
金属層50cとしては、酸素、水(空気中の水分)及び電解質溶液に対する耐腐食性を有する金属材料から形成されている層であることが好ましい。例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、ニッケル等からなる金属箔を使用してもよい。
【0068】
次に、アノード10A及び10B、並びに、カソード20A及び20Bについて説明する。図8は図1に示す電気化学キャパシタ1のアノード10A(又は10B)の基本構成の一例を示す模式断面図である。また、図9は、図1に示す電気化学キャパシタのカソード20A(又は10B)の基本構成の一例を示す模式断面図である。以下、キャパシタ素体部60Aについてのみ説明し、同一の構成を有するキャパシタ素体部60Bの説明については省略する。
【0069】
図8に示すようにアノード10Aは、平板状の集電体16と、該集電体16上に形成された電子伝導性の多孔体からなる多孔体層18とからなる。また、図9に示すようにカソード20Aは、集電体26と、該集電体26上に形成された電子伝導性の多孔体からなる多孔体層28とからなる。
【0070】
集電体16及び集電体26は、多孔体層18及び多孔体層28への電荷の移動を充分に行うことができる良導体であれば特に限定されず、公知の電気二重層キャパシタに用いられている集電体を使用することができる。例えば、集電体16及び集電体26としては、アルミニウムなどの金属箔等が挙げられる。
【0071】
多孔体層18及び多孔体層28の構成材料としては、特に限定されず、公知の電気二重層キャパシタに用いられている炭素電極等の分極性電極を構成する多孔体層に使用されているものと同様の材料を使用することができる。例えば、原料炭(例えは、石油系重質油の流動接触分解装置のボトム油や減圧蒸留装置の残さ油を原料油とするディレードコーカーより製造された石油コークス等)を賦活処理することにより得られる炭素材料(例えば、活性炭)を構成材料の主成分としているものを使用することができる。その他の条件(バインダー等の炭素材料以外の構成材料の種類とその含有量)は特に限定されるものではない。例えば、炭素粉末に導電性を付与するための導電性補助剤(カーボンブラック等)と、例えばバインダー(ポリテトラフルオロエチレン,以下、PTFEという)とが添加されていてもよい。
【0072】
アノード10Aとカソード20Aとの間に配置されるセパレータ40Aは、絶縁性の多孔体から形成されていれば特に限定されず、公知の電気二重層キャパシタに用いられているセパレータを使用することができる。例えば、絶縁性の多孔体としては、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリオレフィンからなるフィルムの積層体や上記樹脂の混合物の延伸膜、或いは、セルロース、ポリエステル及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも1種の構成材料からなる繊維不織布が挙げられる。
【0073】
また、カソード20Aの集電体28は、例えばアルミニウムからなるカソード用リード22Aの一端に電気的に接続され、カソード用リード22Aの他端はケース50の外部に延びている。一方、アノード10Aの集電体18も、例えば銅又はニッケルからなるアノード用リード導体12Aの一端に電気的に接続され、アノード用リード導体12Aの他端は封入袋14の外部に延びている。
【0074】
電解質溶液30はケース50の仕切り部56により仕切られた2つの内部空間に充填され、その一部は、2つの電気化学キャパシタ素体60A及び60Bの内部に含有されている。
【0075】
この電解質溶液30は、特に限定されず、公知の電気二重層キャパシタに用いられている電解質溶液(電解質水溶液、有機溶媒を使用する電解質溶液)を使用することができる。ただし、電解質水溶液は電気化学的に分解電圧が低いことにより、キャパシタの耐用電圧が低く制限されるので、有機溶媒を使用する電解質溶液(非水電解質溶液)であることが好ましい。
【0076】
更に、図1及び図2に示すように、第1のフィルム51の縁部51B及び第2のフィルム52の縁部52Bからなるケース50のシール部に接触するアノード用リード12の部分には、アノード用リード12と各フィルム中の金属層50cとの接触を防止するための絶縁体14が被覆されている。更に、第1のフィルム51の縁部51B及び第2のフィルム52の縁部52Bからなるケース50のシール部に接触するカソード用リード22の部分には、カソード用リード22と各フィルムを構成する複合包装フィルム中の金属層50cとの接触を防止するための絶縁体24が被覆されている。
【0077】
これら絶縁体14及び絶縁体24の構成は特に限定されないが、例えば、それぞれ合成樹脂から形成されていてもよい。なお、アノード用リード12及びカソード用リード22のそれぞれに対する複合包装フィルム中の金属層50cの接触が充分に防止可能であれば、これら絶縁体14及び絶縁体24は配置しない構成としてもよい。
【0078】
更に、携帯用の小型電子機器内の限られた狭い設置スペースにも設置可能とする観点から、アノード10、セパレータ40及びカソード20からなる積層体(第1の電極、セパレータ及び第2の電極からなる積層体)の厚さ(キャパシタ素体部60の厚さ)が、100〜300μmであることが好ましく、100〜200μmであることがより好ましい。
【0079】
また、この電気化学デバイス1(電気二重層キャパシタ)の場合、キャパシタ容量が1×10−3〜1Fであることが好ましく、0.01〜0.10Fであることがより好ましい。これにより、フィルム状でありながら容量の大きい電気化学デバイス1(電気二重層キャパシタ)が得られる。これらは薄い特性を活かし、ICカード、ICタグ等への利用も可能となる。また、玩具等への用途や携帯機器への用途も拡大する。
【0080】
つぎに、上述したケース50及び電気化学キャパシタ1の作製方法について説明する。
【0081】
キャパシタ素体部60A(アノード10A、セパレータ40A及びカソード20Aがこの順で順次積層された積層体)並びにキャパシタ素体部60B(アノード10B、セパレータ40B及びカソード20Bがこの順で順次積層された積層体)の製造方法は、特に限定されず、公知の電気化学キャパシタの製造に採用されている公知の薄膜製造技術を用いることができる。
【0082】
アノード10A及び10B並びにカソード20A及び20Bとなる電極が炭素電極の場合、例えば、公知の方法により賦活処理済みの活性炭等の炭素材料を用いてシート状の電極を作製することができる。この場合、例えば、炭素材料を5〜100μm程度に粉砕し粒度を整えた後、例えば炭素粉末に導電性を付与するための導電性補助剤(カーボンブラック等)と、例えば結着剤(ポリテトラフルオロエチレン,以下、PTFEという)とを添加して混練し、混練物を圧延伸してシート状に成形して製造する。
【0083】
ここで、上記の導電性補助剤としては、カーボンブラックの他、粉末グラファイトなどを用いることができ、また、結着剤としては、PTFEの他、PVDF、PE、PP、フッ素ゴムなどを使用することができる。
【0084】
また、炭素電極を形成するには、炭素材料を粉砕した微粒子とカーボンブラックとが均等に分布し、ほぼ同一強度でPTFE繊維でからめられる必要があり、混練を充分に行い、一般に繰り返し圧延伸を縦横に行うことが必要である。
【0085】
次に、アノード10A及びカソード20Aのそれぞれに対して、アノード用リード導体12A及びカソード用リード22Aをそれぞれ電気的に接続する。セパレータ40Aをアノード10Aとカソード20Aとの間に接触した状態(非接着状態)で配置し、キャパシタ素体部60Aを完成する。また、アノード10B及びカソード20Bのそれぞれに対して、アノード用リード導体12B及びカソード用リード22Bをそれぞれ電気的に接続する。セパレータ40Bをアノード10Bとカソード20Bとの間に接触した状態(非接着状態)で配置し、キャパシタ素体部60Bを完成する。
【0086】
次に、ケース50の作製方法の一例について説明する。まず、第1のフィルム51及び第2のフィルム52を先に述べた複合包装フィルムから構成する場合には、ドライラミネ−ション法、ウエットラミネ−ション法、ホットメルトラミネ−ション法、エクストル−ジョンラミネ−ション法等の既知の製造法を用いて作製する。
【0087】
例えば、複合包装フィルムを構成する合成樹脂製の層となるフィルム、アルミニウム等からなる金属箔を用意する。金属箔は、例えば金属材料を圧延加工することにより用意することができる。
【0088】
次に、好ましくは先に述べた複数の層の構成となるように、合成樹脂製の層となるフィルムの上に接着剤を介して金属箔を貼り合わせる等して複合包装フィルム(多層フィルム)を作製する。そして、複合包装フィルムを所定の大きさに切断し、矩形状のフィルムを1枚用意する。
【0089】
次に、先に図2を参照して説明したように、1枚のフィルムを折り曲げて、第1のフィルム51のシール部51B(縁部51B)と第2のフィルムのシール部52B(縁部52B)を、例えば、シール機を用いて所定の加熱条件で所望のシール幅だけヒートシール(熱融着)する。このとき、キャパシタ素体部60A及び60Bをケース50中に導入するための開口部を確保するために、一部のヒートシールを行わない部分を設けておく。これにより開口部を有した状態のケース50が得られる。
【0090】
そして、開口部を有した状態のケース50の内部に、アノード用リード導体12A及びカソード用リード22Aが電気的に接続されたキャパシタ素体部60Aと、アノード用リード導体12B及びカソード用リード22Bが電気的に接続されたキャパシタ素体部60Bとを挿入する。
【0091】
次に、ケース50にキャパシタ素体部60A及び60B同士の接触を防止する仕切り部56を設ける。仕切り部54は、第1のフィルム51及び第2のフィルム52の互いに対向する部分領域同士をシール機を用いてヒートシール(熱融着)することにより形成する。そのとき、得られる仕切り部54の幅W56が好ましくは0.5〜1.0mmとなるようにヒートシールの際に使用する熱伝導部材の大きさ、温度、ヒートシールする部分に加わえる圧力、処理時間などの条件を調節する。このときのヒートシールする部分に加わえる圧力は0.5〜20kgf/cmであることが好ましい。また、このときの温度は175〜190℃であることが好ましい。処理時間は5〜15秒であることが好ましい。
【0092】
そして次に、電解質溶液30を開口部から注入する。続いて、シール機を用いて、ケース50の開口部をシールする。このようにしてケース50及び電気化学キャパシタ1の作製が完了する。
【0093】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態の説明においては、主として、本発明を電気二重層キャパシタに適用した場合に好適な構成について説明したが、本発明の電気化学キャパシタは電気二重層キャパシタに限定されるものではなく、例えば、シュードキャパシタ、レドックスキャパシタ等の、互いに対向する平板状の第1の電極及び平板状の第2の電極と、第1の電極と第2の電極との間に隣接して配置される平板状のセパレータと、電解質溶液とを有し、これらが可とう性を有するィルムから形成されたケース内に収容される構成の電気二重層キャパシタに適用可能である。
【0094】
また、上記実施形態の説明においては、キャパシタ素体部を2つ並置する場合について説明したが、本発明の電気化学キャパシタはこれに限定されるものでなく、更に3以上のキャパシタ素体部を並置する構成としてもよい。また、上記実施形態の説明においては、キャパシタ素体部として1対の電極と該1対の電極間にセパレータが配置された構成の単位セルに相当するユニットを並置する場合について説明したが、設置される機器内の設置スペースの大きさにより、上記の単位セルを2以上積層したものを1つのキャパシタ素体部とし、これを2以上の並置する構成としてもよい。
【0095】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、単位セルを2以上並置した状態で直列に接続する構成とする場合であっても、小型化及び軽量化が容易であり、かつ、設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度を充分に得ることができる電気化学キャパシタを提供することができる。特に、本発明によれば、厚さの薄いフィルム状の電気化学キャパシタ(例えば、厚さが200〜400μmの電気化学キャパシタ)を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電気化学キャパシタの好適な一実施形態を示す正面図である。
【図2】図1に示す電気化学キャパシタの内部を各キャパシタ素体部のアノードの表面の法線方向からみた場合の展開図である。
【図3】図1に示す電気化学キャパシタを図1のX1−X1線に沿って切断した場合の要部を示す模式断面図である。
【図4】図1に示す電気化学キャパシタを図1のX2−X2線に沿って切断した場合の要部を示す模式断面図である。
【図5】図1に示す電気化学キャパシタを図1のY−Y線に沿って切断した場合の要部を示す模式断面図である。
【図6】図1に示す電気化学キャパシタのケースの構成材料となるフィルムの基本構成の一例を示す模式断面図である。
【図7】図1に示す電気化学キャパシタのケースの構成材料となるフィルムの基本構成の別の一例を示す模式断面図である。
【図8】図1に示す電気化学キャパシタのアノードの基本構成の一例を示す模式断面図である。
【図9】図1に示す電気化学キャパシタのカソードの基本構成の一例を示す模式断面図である。
【図10】単位セルを2以上並置した状態で直列に接続する構成を採用した従来の電気化学キャパシタを示す正面図である。
【図11】図10に示す電気化学キャパシタ100を図1のX100−X100線に沿って切断した場合の模式断面図である。
【符号の説明】
1…電気化学キャパシタ、10A,10B…アノード、11…金属線、12A,12B…アノード用リード線、14A,14B…絶縁体、20A,20B…カソード、22A,20B…カソード用リード線、24A,24B…絶縁体、30…電解質溶液、40A,40B…セパレータ、50…ケース、51…第1のフィルム、51B…縁部(シール部)、52…第2のフィルム、56…仕切り部、60A,60B…キャパシタ素体部。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrochemical capacitor such as an electric double layer capacitor, and more particularly, to an electrochemical capacitor having a configuration in which two or more unit cells are electrically connected in series in a state of juxtaposition.
[0002]
[Prior art]
Electrochemical capacitors such as electric double layer capacitors can be charged and discharged rapidly, have a semi-permanent life, can be charged and discharged with a relatively large current, and can be easily reduced in size and weight. For example, it is expected to be used as a backup power supply for a power supply of an electronic device or the like, or an auxiliary power supply for an electric vehicle or a hybrid vehicle, and various studies have been made to improve its performance. .
[0003]
Further, in addition to the above-described performance improvement, the electrochemical capacitor is also required to be reduced in size and weight. That is, the improvement of the energy density per unit weight and the improvement of the energy density per unit volume of the electrochemical capacitor are required at the same time.
[0004]
Therefore, one composite packaging film (laminate film) provided with a metal layer such as a synthetic resin layer or a metal foil is used, and this is folded in half, and the edges of the overlapped portions are heated together. A lightweight case (encapsulated bag) produced by sealing (heat fusion) or a lightweight case produced by superposing two sheets and heat-sealing the edges of the superimposed portions with one another Electrochemical capacitors having a configuration used as an outer container for enclosing components such as electrodes and electrolytes have been studied. In this case, one end is electrically connected to each of the pair of electrodes, and the other end is connected to a metal lead projecting to the outside of the case.
[0005]
In the present specification, the “heat seal (heat fusion)” of the surface (hereinafter referred to as “the inner surface” of each film) of each of the two films that are the materials of the case is to be heat sealed (heat fused). The area of the edge portion to be attached) is referred to as a “seal portion” as necessary.
[0006]
For example, as a case formed using a film, a non-aqueous electrolyte battery different from an electrochemical capacitor is provided, but a lead in a seal portion of a case formed from a composite packaging film (laminate film) is used. There has been known a case in which a projection area of a case is reduced by folding a portion other than a portion that is pulled out (for example, see Patent Document 1 below).
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2000-138040 A
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the electrochemical capacitor is required to be able to be easily installed in a very small installation space in the above-mentioned device while sufficiently satisfying the charge / discharge characteristics (particularly output characteristics) required by the device to be mounted. When a specific configuration aiming at further miniaturization and weight reduction is intended, simply applying the configuration of the non-aqueous electrolyte battery described in Patent Document 1 to an electrochemical capacitor has the following problems. The present inventors have found that it is extremely difficult to obtain the effect. Note that the “specific configuration” is a configuration in which two or more thin-film unit cells having a thickness of 400 μm or less, as described below, are electrically connected in series in a state of juxtaposition.
[0009]
Electrochemical capacitors, including electric double layer capacitors, have a smaller unit capacity per unit cell compared to secondary batteries of the same size due to the operating principle and the restrictions on the structure of constituent elements (electrodes and separators) and constituent materials. Generally has low electric capacity and voltage (voltage between terminals, withstand voltage, etc.). Therefore, in order to satisfy a voltage value (for example, a voltage between terminals of 5 V or more) required by a device to be mounted, it is necessary to connect two or more unit cells in series.
[0010]
In this case, depending on the shape of the equipment to be mounted or the size and shape of the installation space in the equipment to be mounted, it is necessary to adopt a configuration in which two or more unit cells are connected in series without juxtaposition without stacking unit cells. There may be.
[0011]
From the viewpoint that the electrochemical capacitor is formed in a thin film shape and can be arranged in a smaller installation space, a configuration is adopted in which two or more unit cells are connected in series in a state of juxtaposition, and 1. As in the case described in Patent Document 1 (described as “exterior material” in Patent Document 1), a flexible film (for example, a composite packaging film) that is lightweight and easily thinned and has a thickness Use a case formed using a film having a thickness of 100 μm or less, and particularly when the thickness of the unit cell (including the thickness of the film constituting the case) is 400 μm or less, use FIGS. 10 and 11. The present inventors have found that there is a problem described below.
[0012]
FIG. 10 is a front view showing a conventional electrochemical capacitor employing a configuration in which two or more unit cells are connected in series in a state of juxtaposition. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view when the electrochemical capacitor 100 shown in FIG. 10 is cut along the line X100-X100 in FIG. In particular, FIG. 11 shows a cross section on the side of the unit cell 101 shown in FIG. The cross section of the unit cell 102 not shown in FIG. 11 is the same as that of the unit cell 101 shown in FIG.
[0013]
The electrochemical capacitor 100 shown in FIG. 10 has two unit cells 101 and 102 arranged side by side on the same installation surface in an equipment (not shown) in which they are to be installed, and is electrically connected in series. It has a connected configuration.
[0014]
Here, the case 105 of the unit cell 101 is formed by folding one-half using a single flexible film (for example, the above-described composite packaging film) 104 and overlapping the inner surface. It is manufactured by heat sealing (thermal fusion) between the edges 104B. Further, inside the case 105 (a space formed by the non-heat-sealed partial region 104A of the film 104), an anode (not shown), a cathode (not shown), and an anode and a cathode which are opposed to each other are provided. (Hereinafter, referred to as a “capacitor body portion”) 108 including a separator (not shown) disposed therebetween and an electrolyte solution 109 (partially contained in the anode, the cathode, and the separator) And are housed. The anode is connected to a metal lead A101 having one end electrically connected to the anode and the other end protruding outside the case 105. The cathode is connected to a metal lead C101 having one end electrically connected to the cathode and the other end protruding outside the case 105.
[0015]
The case 106 of the unit cell 102 is also folded about one-half using a single flexible film 107, and the edges 105B of the overlapped inner surfaces are heat-sealed (heat-sealed). The same capacitor element body and electrolyte solution as in the unit cell 101 are accommodated in the case 106. The anode is connected to a metal lead A101 having one end electrically connected to the anode and the other end protruding outside the case 105. The cathode is connected to a metal lead C101 having one end electrically connected to the cathode and the other end protruding outside the case 105.
[0016]
As described above, the thickness d100 of each of the films 104 and 107 is set to 100 μm or less from the viewpoint that the electrochemical capacitor 100 can be disposed in a smaller installation space by making the electrochemical capacitor 100 thinner. When the thickness D100 is set to 400 μm or less, the following problem occurs.
[0017]
That is, in this case, when the sealing portion 104B of the case 105 is bent as in the case described in the above-mentioned Patent Document 1, as shown in FIG. A state in which the space protrudes above (or below) the surface of the partial region 104A that is not heat-sealed, and the dead space R1 that cannot be used for charging / discharging above the partial region 104A (the installation space of the battery in a device to be used) Is formed. A similar dead space is also formed in case 107. Due to this dead space, the electrochemical capacitor 100 has not been able to obtain a sufficient “volume energy density based on the volume of the space to be installed”.
[0018]
Here, the case 105 will be described. When the thickness d100 of the film 104 is set to 100 μm or less and the thickness D100 of the electrochemical capacitor 100 is set to 400 μm or less, the area is larger than the area of the unsealed seal portion 104B. Since the electrode area of the anode and the cathode is generally much larger (for example, 5 times or more), as described above, compared to the dead space formed above and below the seal portion 104B without being bent. The dead space R1 formed by bending the seal portion 104B is larger. This is the same for the case 107.
[0019]
Further, even when the seal portion 104B is not bent, the "space to be installed" is caused by the dead space R2 formed above and below each seal portion between the two unit cells 101 and 102. The reduction in the volume energy density based on the volume of the (installation space) has been a problem. When a large number of unit cells are juxtaposed, the amount of decrease in the "volume energy density based on the volume of the space to be installed" due to the dead space R2 increases.
[0020]
The “volume energy density” of the electrochemical device is originally defined by the ratio of the total output energy to the volume of the capacitor element portion of the electrochemical device or the total volume including the container. In contrast, "volume energy density based on the volume of the space to be installed" is defined as the electrochemical device with respect to the apparent volume determined based on the maximum length, maximum width, and maximum thickness of the electrochemical device. Means the ratio of the total output energy.
[0021]
When an electrochemical device is actually mounted on an electronic device (a portable small electronic device, a power supply system mounted in an electric vehicle or a hybrid vehicle, or the like), the above-mentioned improvement in the original volumetric energy density and the space to be installed are required. It is important to improve the volume energy density based on the volume of the electronic device from the viewpoint of effectively using the limited space in the electronic device while the dead space is sufficiently reduced. In particular, when the thickness of the film constituting the case is 100 μm or less and the thickness of the electrochemical capacitor is 400 μm or less, it is necessary to sufficiently reduce the dead space described above. This is important from the viewpoint of sufficiently obtaining a volume energy density based on
[0022]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the related art, and it is easy to reduce the size and weight even in a case where two or more unit cells are connected in series in a state of being juxtaposed. It is another object of the present invention to provide an electrochemical capacitor capable of sufficiently obtaining a volume energy density based on the volume of a space to be installed.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have intensively studied to achieve the above object, and as a result, in the case of an electrochemical capacitor having a case formed using a flexible film having a thickness of 100 μm or less, the following conditions are satisfied. The inventor has found that having the configuration is effective from the viewpoint of achieving the above object, and has arrived at the present invention.
[0024]
That is, the present invention includes a first plate-shaped electrode and a second plate-shaped electrode opposed to each other, and a plate-shaped separator disposed between the first electrode and the second electrode. Two or more capacitor element parts to be
An electrolyte solution;
A case for accommodating two or more capacitor element parts and an electrolyte solution in a sealed state by heat-sealing the edges of the opposing surfaces of the first film and the second film facing each other;
A first lead provided for each capacitor body so that one end is connected to the first electrode and the other end protrudes outside the case;
A second lead provided for each capacitor element so that one end is connected to the second electrode and the other end protrudes outside the case;
Has,
Each capacitor element body is electrically connected to each other in series via a first lead and a second lead,
The case is provided with a partition portion formed by thermally fusing partial regions of the first film and the second film facing each other to prevent contact between two or more capacitor element portions. ,
The thickness d of the first film and the second film and the total thickness D are adjusted so as to simultaneously satisfy the conditions of the following expressions (1) and (2);
An electrochemical capacitor is provided.
d ≦ 100 μm (1)
D ≦ 4d (2)
[0025]
In the electrochemical capacitor of the present invention, since the partition provided in the case as described above is formed by heat-sealing the mutually facing partial regions of the first film and the second film, FIGS. Can significantly reduce the dead space R2 shown in FIG. Therefore, the electrochemical capacitor of the present invention can also easily improve the volume energy density based on the volume of the space to be installed.
[0026]
Further, in the electrochemical capacitor of the present invention, the edges (seal portions) of the inner surfaces of the first film and the second film, which are thermally fused, are not bent. As a result, the dead space R1 shown in FIGS. 10 and 11 can be eliminated. By not bending the edge (seal portion), a dead space is newly generated above and below the edge (seal portion), but is newly generated by adjusting the width of the edge (seal portion). The size of the dead space can be made sufficiently smaller than the dead space R1 shown in FIGS. Therefore, also from this viewpoint, the electrochemical capacitor of the present invention can easily improve the volume energy density based on the volume of the space to be installed.
[0027]
Furthermore, since the electrochemical capacitor of the present invention has a case formed using a flexible film that is lightweight and easily thinned, the shape of the electrochemical capacitor itself can be thin. it can.
[0028]
The electrochemical capacitor of the present invention that satisfies the above configuration conditions can be easily reduced in size and weight and installed even when two or more unit cells are connected in series in a state of juxtaposition. An electrochemical capacitor capable of sufficiently obtaining a volume energy density based on the volume of a space to be provided can be provided.
[0029]
Further, according to the present invention, there is provided a thin film-shaped electrochemical capacitor having a thickness of 400 μm, which can easily obtain an output voltage (for example, 5 V or more) required from a device to be mounted. A capacitor can be provided.
[0030]
Here, in the present invention, the “film” refers to a film having flexibility, capable of being thermally welded between films of the same kind, and capable of being thermally welded to a metal lead. .
[0031]
Further, in the present invention, the thickness d of the first film and the second film is preferably 50 μm or more from the viewpoint of more reliably obtaining sufficient mechanical strength and sealing property of the case. Further, in the present invention, the thickness d of the first film and the second film may be the same or different as long as the thickness satisfies the formula (1).
[0032]
Furthermore, from the viewpoint of more reliably obtaining the electrochemical capacitor of the present invention with sufficient mechanical strength and from the viewpoint of easily manufacturing the electrochemical capacitor, the total thickness D is preferably 200 μm or more.
[0033]
Further, in the electrochemical capacitor of the present invention, from the viewpoint of sufficiently reducing the dead space in which the installation space described above cannot be effectively used, the width of the partition is preferably 0.2 to 2.0 mm. More preferably, it is 0.5 to 1.0 mm.
[0034]
Further, in the electrochemical capacitor of the present invention, from the viewpoint of sufficiently reducing the dead space in the same manner as described above, the width of the heat-sealed edge of each inner surface of the first film and the second film is set to 0.5. To 2.0 mm, more preferably 1.0 to 2.0 mm.
[0035]
Further, the electrochemical capacitor of the present invention has an area of the first film and the second film of 0.09 to 20 cm from the viewpoint of more reliably reducing the size and weight. 2 Is preferably 1 to 4 cm 2 Is more preferable.
[0036]
Further, in the electrochemical capacitor of the present invention, from the viewpoint of obtaining a sufficient capacitor capacity, in each capacitor element portion, the first electrode and the second electrode each include an electron conductive porous body as a constituent material. Preferably, the separator is made of an insulating porous material, and at least a part of the electrolyte solution is contained in the first electrode, the second electrode, and the inside of the separator.
[0037]
Further, in the electrochemical device of the present invention, as the first film and the second film, the innermost layer made of a synthetic resin that comes into contact with the electrolyte solution, and the metal layer disposed above the innermost layer It is preferable to use a composite packaging film having at least.
[0038]
By arranging the innermost layer made of a synthetic resin, sufficient flexibility of the first film and the second film is ensured, and the seal portion of the first film and the seal portion of the second film are formed. Can sufficiently secure the heat-sealing strength. In addition, by disposing the metal layer, sufficient mechanical strength of the first film and the second film is ensured, and components of the electrolyte solution inside the case escape to the outside of the case, and The flow of air (moisture and oxygen) from inside the case into the inside of the case can be sufficiently prevented. Further, by disposing the innermost layer made of a synthetic resin inside the metal layer, the progress of corrosion of the metal layer due to components of the electrolyte solution inside the case is sufficiently prevented.
[0039]
Thus, an electrochemical device that can sufficiently prevent the occurrence of liquid leakage can be configured more easily and more reliably. Further, it is more preferable to further arrange a layer made of a synthetic resin outside the metal layer from the viewpoint of sufficiently preventing the occurrence of liquid leakage and ensuring sufficient mechanical strength.
[0040]
In the present invention, the “electrolyte solution” may be a gel electrolyte obtained by adding a gelling agent other than a liquid state.
[0041]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the case where the electrochemical capacitor according to the present invention is applied to an electric double layer capacitor will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding parts will be denoted by the same reference characters, without redundant description.
[0042]
FIG. 1 is a front view showing a preferred embodiment of the electrochemical capacitor of the present invention. FIG. 2 is a developed view when the inside of the electrochemical capacitor shown in FIG. 1 is viewed from the normal direction of the surface of the anode of each capacitor body. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a main part when the electrochemical capacitor shown in FIG. 1 is cut along the line X1-X1 in FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a main part when the electrochemical capacitor shown in FIG. 1 is cut along the line X2-X2 in FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a main part when the electrochemical capacitor illustrated in FIG. 1 is cut along the line YY in FIG. 1.
[0043]
As shown in FIGS. 1 to 5, the electrochemical capacitor 1 mainly includes two capacitor body parts 60 </ b> A and 60 </ b> B, an electrolyte solution 30, and a case 50 that accommodates these in a sealed state. .
[0044]
The capacitor body 60A is disposed adjacent to the flat anode 10A (first electrode) and the flat cathode 20A (second electrode) facing each other, and between the anode 10A and the cathode 20A. And a flat separator 40A. The capacitor body 60A further includes an anode lead 12A (first lead) having one end electrically connected to the anode 10A and the other end protruding outside the case 50; A cathode lead 22A (a second lead) is provided, one end of which is electrically connected to the cathode 20A and the other end of which is projected outside the case 50.
[0045]
Further, the capacitor element body portion 60B is disposed adjacent to the flat anode 10B (first electrode) and the flat cathode 20B (second electrode) facing each other, and between the anode 10B and the cathode 20B. And a flat separator 40B. Further, the capacitor body 60B includes an anode lead 12B (first lead) having one end electrically connected to the anode 10B and the other end protruding outside the case 50, A cathode lead 22 </ b> B (second lead) is provided, one end of which is electrically connected to the cathode 20 </ b> B and the other end protruding outside the case 50.
[0046]
Further, the anode lead 12A of the capacitor body 60A and the cathode lead 22B of the capacitor body 60B are electrically connected by the metal wire 11. Thus, the two capacitor body portions 60A and 60B are electrically connected in series. As shown in FIGS. 1 and 2, the two capacitor element portions 60A and 60B are juxtaposed on the inner surface of the second film 52 so as to be in a non-contact state with each other.
[0047]
Note that “anode” and “cathode” are determined based on the polarity of the electrochemical capacitor 1 at the time of discharging for convenience of description.
[0048]
The electrochemical capacitor 1 has a configuration described below in order to achieve the above-described object of the present invention.
[0049]
Hereinafter, details of each component of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
[0050]
As described above, the case 50 has the first film 51 and the second film 52 facing each other. Here, as shown in FIG. 2, the first film 51 and the second film 52 in the present embodiment are connected. That is, the case 50 in the present embodiment is formed by bending a rectangular film made of a single composite packaging film at a bending line X3-X3 shown in FIG. (The edge 51B of the first film 51 and the edge 52B of the second film 52 in the drawing) are overlapped and heat-sealed (heat-sealed).
[0051]
The first film 51 and the second film 52 indicate portions of the film having surfaces (F51 and F52) facing each other when a single rectangular film is bent as described above. . Here, in the present specification, the respective edges 51B and 52B of the first film 51 and the second film 52 after being joined are referred to as “seal portions”.
[0052]
This eliminates the need to provide a seal portion for joining the first film 51 and the second film 52 at the portion of the fold line X3-X3, so that the seal portion in the case 50 can be further reduced. As a result, the volume energy density based on the volume of the space where the electrochemical capacitor 1 is to be installed can be further improved.
[0053]
In the case of the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, one end of each of the anode lead 12 and the cathode lead 22 connected to the anode 10 is connected to the edge 51B of the first film 51 and the second end. The film 52 is disposed so as to protrude to the outside from a seal portion joined to an edge portion 52B of the film 52.
[0054]
The case 50 is provided with a partition portion 56 for preventing contact between the two capacitor body portions 60A and 60B. And the partition part 56 is formed by heat-sealing the mutually opposing partial regions of the first film 51 and the second film 52. Two internal spaces of the case 50 partitioned by the partition 56 (two internal spaces formed by the non-heat-sealed partial regions 51A and 52A of the first film 51 and the second film 52 and the partition 56). , The capacitor body portions 60A and 60B are accommodated together with the electrolyte solution so as not to contact each other, and each constitutes a unit cell.
[0055]
In the case of the electrochemical capacitor 1, the thickness d of the first film 51 and the second film 52 constituting the case 50 and the total thickness D are expressed by the following equations (1) and (2). It is adjusted to satisfy the conditions at the same time.
d ≦ 100 μm (1)
D ≦ 4d (2)
[0056]
The thickness D (the thickness of the entire electrochemical capacitor 1) is selected from the viewpoint of being able to be installed in a limited narrow installation space in a portable small electronic device and from the viewpoint of more reliably obtaining sufficient mechanical strength. Is preferably from 200 to 400 μm, more preferably from 300 to 400 μm.
[0057]
Further, from the viewpoint of more reliably obtaining sufficient mechanical strength and sealing property of the case 50, the thickness d of the first film 51 and the second film 52 is preferably 50 μm or more. Further, from the viewpoint of sufficiently reducing the dead space in which the installation space cannot be effectively used, the width of the partition portion 56 is preferably 0.2 to 2.0 mm, and more preferably 0.5 to 1.0 mm. .
[0058]
Furthermore, similarly to the above, from the viewpoint of sufficiently reducing the dead space, the widths of the heat-sealed edges 51B and 52B of the inner surfaces of the first film 51 and the second film 52 are 0.5 to 2.0 mm. And more preferably 1.0 to 2.0 mm.
[0059]
In addition, from the viewpoint of more reliably reducing the size and weight, the area of the first film 51 and the second film 52 is 0.09 to 20 cm. 2 Is preferably 1 to 4 cm 2 Is more preferable.
[0060]
Further, the films constituting the first film 51 and the second film 52 are films having flexibility. Since this film is lightweight and easily formed into a thin film, the shape of the electrochemical capacitor 1 itself can be made thin. Therefore, the original volume energy density can be easily improved, and the volume energy density based on the volume of the space where the electrochemical capacitor 1 is to be installed can be easily improved.
[0061]
The first film 51 and the second film 52 are not particularly limited as long as the film satisfies the condition of the above formula (1) and has flexibility, but ensures sufficient mechanical strength and lightweight of the case. From the outside of the case to the inside of the case and from the viewpoint of effectively preventing the escape of electrolyte components from the inside of the case to the outside of the case, the innermost layer made of a synthetic resin that comes in contact with the electrolyte solution. And a “composite packaging film” having at least a metal layer disposed above the innermost layer.
[0062]
As a composite packaging film that can be used as the first film 51 and the second film 52, for example, a composite packaging film having a configuration shown in FIGS.
[0063]
The composite packaging film 53 shown in FIG. 6 includes a synthetic resin innermost layer 50a that comes into contact with the electrolyte solution on the inner surface F50a and a metal disposed on the other surface (outer surface) of the innermost layer 50a. And a layer 50c. The composite packaging film 54 shown in FIG. 7 has a configuration in which an outermost layer 50b made of a synthetic resin is further disposed on the outer surface of the metal layer 50c of the composite packaging film 53 shown in FIG.
[0064]
The composite packaging film usable as the first film 51 and the second film 52 includes one or more synthetic resin layers including the innermost layer 50a described above, and a metal layer 50c such as a metal foil. Although it is not particularly limited as long as it is a composite packaging material having the above layers, from the viewpoint of more reliably obtaining the same effect as described above, the innermost layer 50a and the innermost layer 50a as in the composite packaging film 54 shown in FIG. An outermost layer 50b made of a synthetic resin disposed on the outer surface side of the case 50 farthest from the inner layer 50a, and at least one disposed between the innermost layer 50a and the outermost layer 50b. More preferably, it is composed of three or more layers having the metal layer 50c.
[0065]
The innermost layer 50a is a layer having flexibility, and its constituent material is capable of exhibiting the above-mentioned flexibility, and is chemically stable (chemical reaction, dissolution) with respect to the electrolyte solution used. , No swelling), and any synthetic resin having chemical stability to oxygen and water (moisture in air), but is not particularly limited, and furthermore, oxygen, water (moisture in air) and Materials having low permeability to components of the electrolyte solution are preferred. Examples thereof include thermoplastic resins such as polyethylene, polypropylene, modified polyethylene acid, modified polypropylene acid, polyethylene ionomer, and polypropylene ionomer.
[0066]
When a layer made of a synthetic resin such as the outermost layer 50b is provided in addition to the innermost layer 50a as in the composite packaging film 54 shown in FIG. Also, the same constituent material as the innermost layer may be used. Further, as the layer made of the synthetic resin, for example, a layer made of an engineering plastic such as polyethylene terephthalate (PET) or polyamide (nylon) may be used.
[0067]
The metal layer 50c is preferably a layer formed of a metal material having corrosion resistance to oxygen, water (moisture in air) and an electrolyte solution. For example, a metal foil made of aluminum, an aluminum alloy, titanium, nickel or the like may be used.
[0068]
Next, the anodes 10A and 10B and the cathodes 20A and 20B will be described. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing an example of the basic configuration of the anode 10A (or 10B) of the electrochemical capacitor 1 shown in FIG. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing an example of the basic configuration of the cathode 20A (or 10B) of the electrochemical capacitor shown in FIG. Hereinafter, only the capacitor body 60A will be described, and description of the capacitor body 60B having the same configuration will be omitted.
[0069]
As shown in FIG. 8, the anode 10 </ b> A includes a current collector 16 having a flat plate shape, and a porous layer 18 formed on the current collector 16 and formed of an electron conductive porous body. As shown in FIG. 9, the cathode 20 </ b> A includes a current collector 26 and a porous layer 28 formed on the current collector 26 and formed of an electron-conductive porous material.
[0070]
The current collector 16 and the current collector 26 are not particularly limited as long as they are good conductors capable of sufficiently transferring electric charges to the porous layer 18 and the porous layer 28, and are used in known electric double layer capacitors. Current collectors can be used. For example, the current collector 16 and the current collector 26 include a metal foil such as aluminum.
[0071]
The constituent material of the porous layer 18 and the porous layer 28 is not particularly limited, and those used for the porous layer constituting the polarizable electrode such as a carbon electrode used in a known electric double layer capacitor. The same material as described above can be used. For example, it can be obtained by activating coking coal (for example, petroleum coke produced from delayed coker using bottom oil of fluid catalytic cracking unit of petroleum heavy oil or bottom oil of vacuum distillation unit as starting oil). A carbon material (for example, activated carbon) used as a main component of the constituent material can be used. Other conditions (the types and contents of constituent materials other than the carbon material such as the binder) are not particularly limited. For example, a conductive auxiliary (for example, carbon black) for imparting conductivity to carbon powder and a binder (for example, polytetrafluoroethylene, hereinafter, referred to as PTFE) may be added.
[0072]
The separator 40A disposed between the anode 10A and the cathode 20A is not particularly limited as long as it is formed of an insulating porous material, and a separator used in a known electric double layer capacitor can be used. . For example, as the insulating porous body, a laminated body of a film made of polyethylene, polypropylene or polyolefin, a stretched film of a mixture of the above resins, or at least one constituent material selected from the group consisting of cellulose, polyester and polypropylene And a fiber non-woven fabric.
[0073]
The current collector 28 of the cathode 20A is electrically connected to one end of a cathode lead 22A made of, for example, aluminum, and the other end of the cathode lead 22A extends outside the case 50. On the other hand, the current collector 18 of the anode 10A is also electrically connected to one end of an anode lead conductor 12A made of, for example, copper or nickel, and the other end of the anode lead conductor 12A extends outside the encapsulation bag 14.
[0074]
The electrolyte solution 30 is filled in two internal spaces partitioned by the partition portion 56 of the case 50, and a part thereof is contained inside the two electrochemical capacitor elements 60A and 60B.
[0075]
The electrolyte solution 30 is not particularly limited, and an electrolyte solution used for a known electric double layer capacitor (an aqueous electrolyte solution or an electrolyte solution using an organic solvent) can be used. However, since the electrolytic solution is electrochemically low in decomposition voltage, the withstand voltage of the capacitor is limited to a low level. Therefore, an electrolyte solution using an organic solvent (a non-aqueous electrolyte solution) is preferable.
[0076]
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the portion of the anode lead 12 that contacts the sealing portion of the case 50 including the edge 51 </ b> B of the first film 51 and the edge 52 </ b> B of the second film 52 includes: An insulator 14 is coated to prevent contact between the anode lead 12 and the metal layer 50c in each film. Further, a portion of the cathode lead 22 that contacts the sealing portion of the case 50 including the edge portion 51B of the first film 51 and the edge portion 52B of the second film 52 constitutes the cathode lead 22 and each film. An insulator 24 for preventing contact with the metal layer 50c in the composite packaging film is covered.
[0077]
Although the configuration of the insulator 14 and the insulator 24 is not particularly limited, for example, each of them may be formed of a synthetic resin. Note that the insulator 14 and the insulator 24 may not be disposed as long as the contact of the metal layer 50c in the composite packaging film with each of the anode lead 12 and the cathode lead 22 can be sufficiently prevented.
[0078]
Furthermore, from the viewpoint of being able to be installed even in a limited narrow installation space in a portable small electronic device, a laminated body including the anode 10, the separator 40, and the cathode 20 (from the first electrode, the separator and the second electrode). The thickness of the laminated body (thickness of the capacitor body 60) is preferably 100 to 300 μm, and more preferably 100 to 200 μm.
[0079]
In the case of this electrochemical device 1 (electric double layer capacitor), the capacitance of the capacitor is 1 × 10 -3 To 1F, more preferably 0.01 to 0.10F. Thereby, the electrochemical device 1 (electric double layer capacitor) having a large capacity while having a film shape is obtained. These can be used for IC cards, IC tags, etc., making use of their thin characteristics. In addition, applications for toys and the like and applications for portable devices will be expanded.
[0080]
Next, a method for manufacturing the case 50 and the electrochemical capacitor 1 described above will be described.
[0081]
Capacitor element body 60A (a laminate in which anode 10A, separator 40A and cathode 20A are sequentially laminated in this order) and capacitor element body 60B (a laminate in which anode 10B, separator 40B and cathode 20B are sequentially laminated in this order) The production method is not particularly limited, and a known thin film production technique employed for producing a known electrochemical capacitor can be used.
[0082]
When the electrodes serving as the anodes 10A and 10B and the cathodes 20A and 20B are carbon electrodes, for example, a sheet-like electrode can be manufactured using a carbon material such as activated carbon that has been activated by a known method. In this case, for example, a carbon material is pulverized to about 5 to 100 μm to adjust the particle size, and then, for example, a conductive auxiliary (for example, carbon black) for imparting conductivity to the carbon powder and a binder (for example, polytetrafluoroethylene) are used. Fluoroethylene (hereinafter, referred to as PTFE)) is added and kneaded, and the kneaded material is drawn and formed into a sheet.
[0083]
Here, in addition to carbon black, powdered graphite or the like can be used as the conductive auxiliary agent, and as the binder, PVDF, PE, PP, fluororubber, or the like is used in addition to PTFE. be able to.
[0084]
In addition, in order to form a carbon electrode, it is necessary that fine particles obtained by pulverizing a carbon material and carbon black are evenly distributed and knotted with PTFE fiber with almost the same strength. It needs to be done vertically and horizontally.
[0085]
Next, the anode lead conductor 12A and the cathode lead 22A are electrically connected to the anode 10A and the cathode 20A, respectively. The separator 40A is arranged in a state of contact (non-adhesion state) between the anode 10A and the cathode 20A to complete the capacitor body 60A. The anode lead conductor 12B and the cathode lead 22B are electrically connected to the anode 10B and the cathode 20B, respectively. Separator 40B is arranged between anode 10B and cathode 20B in a contact state (non-adhesion state) to complete capacitor element body 60B.
[0086]
Next, an example of a method for manufacturing the case 50 will be described. First, when the first film 51 and the second film 52 are composed of the above-described composite packaging film, a dry lamination method, a wet lamination method, a hot melt lamination method, an extrusion lamination method are used. It is manufactured by using a known manufacturing method such as an application method.
[0087]
For example, a film to be a synthetic resin layer constituting the composite packaging film, and a metal foil made of aluminum or the like are prepared. The metal foil can be prepared, for example, by rolling a metal material.
[0088]
Next, a composite packaging film (multilayer film) is formed by bonding a metal foil via an adhesive onto a film to be a layer made of a synthetic resin so as to preferably have the above-described configuration of a plurality of layers. Is prepared. Then, the composite packaging film is cut into a predetermined size, and one rectangular film is prepared.
[0089]
Next, as described above with reference to FIG. 2, one film is bent, and the sealing portion 51B (the edge portion 51B) of the first film 51 and the sealing portion 52B (the edge portion) of the second film 51 are bent. 52B) is heat-sealed (heat-fused) to a desired seal width under predetermined heating conditions using a sealing machine, for example. At this time, in order to secure an opening for introducing the capacitor body parts 60A and 60B into the case 50, a part where heat sealing is not performed is provided. Thus, the case 50 having the opening is obtained.
[0090]
Then, inside the case 50 having an opening, a capacitor body 60A to which the anode lead conductor 12A and the cathode lead 22A are electrically connected, and the anode lead conductor 12B and the cathode lead 22B are provided. The electrically connected capacitor body 60B is inserted.
[0091]
Next, the case 50 is provided with a partition portion 56 for preventing contact between the capacitor body portions 60A and 60B. The partition part 54 is formed by heat-sealing (thermal fusion) the mutually facing partial regions of the first film 51 and the second film 52 using a sealing machine. At this time, the size, temperature, and pressure applied to the portion to be heat-sealed of the heat-conductive member used for heat sealing so that the width W56 of the obtained partition portion 54 is preferably 0.5 to 1.0 mm, Adjust conditions such as processing time. The pressure applied to the portion to be heat-sealed at this time is 0.5 to 20 kgf / cm. 2 It is preferable that The temperature at this time is preferably 175 to 190 ° C. The processing time is preferably 5 to 15 seconds.
[0092]
Then, the electrolyte solution 30 is injected from the opening. Subsequently, the opening of the case 50 is sealed using a sealing machine. Thus, the fabrication of the case 50 and the electrochemical capacitor 1 is completed.
[0093]
As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described in detail, but the present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the description of the above-described embodiment, a preferred configuration has been mainly described when the present invention is applied to an electric double-layer capacitor, but the electrochemical capacitor of the present invention is not limited to an electric double-layer capacitor. For example, a first plate-shaped electrode and a second plate-shaped electrode facing each other, such as a pseudo capacitor and a redox capacitor, are disposed adjacent to each other between the first electrode and the second electrode. The present invention is applicable to an electric double layer capacitor having a plate-shaped separator and an electrolyte solution and housed in a case formed of a flexible film.
[0094]
Further, in the description of the above embodiment, the case where two capacitor body parts are juxtaposed has been described, but the electrochemical capacitor of the present invention is not limited to this, and three or more capacitor body parts may be further provided. It may be configured to be juxtaposed. Further, in the description of the above-described embodiment, a case has been described in which a unit corresponding to a unit cell having a configuration in which a pair of electrodes and a separator are arranged between the pair of electrodes is juxtaposed as the capacitor body. Depending on the size of the installation space in the device, two or more of the above-described unit cells may be stacked to form one capacitor element body, and two or more of these may be juxtaposed.
[0095]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even in a case where two or more unit cells are connected in series in a state of being juxtaposed, miniaturization and weight reduction are easy, and they should be installed. An electrochemical capacitor capable of sufficiently obtaining a volume energy density based on the volume of a space can be provided. In particular, according to the present invention, a thin film-shaped electrochemical capacitor (for example, an electrochemical capacitor having a thickness of 200 to 400 μm) can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing a preferred embodiment of an electrochemical capacitor according to the present invention.
FIG. 2 is a developed view when the inside of the electrochemical capacitor shown in FIG. 1 is viewed from the normal direction of the surface of the anode of each capacitor body.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a main part when the electrochemical capacitor shown in FIG. 1 is cut along the line X1-X1 in FIG.
4 is a schematic cross-sectional view showing a main part when the electrochemical capacitor shown in FIG. 1 is cut along the line X2-X2 in FIG.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a main part when the electrochemical capacitor shown in FIG. 1 is cut along the line YY in FIG.
6 is a schematic cross-sectional view showing an example of a basic configuration of a film serving as a constituent material of the case of the electrochemical capacitor shown in FIG.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing another example of the basic structure of a film as a constituent material of the case of the electrochemical capacitor shown in FIG.
8 is a schematic sectional view showing an example of a basic configuration of an anode of the electrochemical capacitor shown in FIG.
9 is a schematic cross-sectional view showing an example of a basic configuration of a cathode of the electrochemical capacitor shown in FIG.
FIG. 10 is a front view showing a conventional electrochemical capacitor adopting a configuration in which two or more unit cells are connected in series in a state of juxtaposition.
11 is a schematic cross-sectional view when the electrochemical capacitor 100 shown in FIG. 10 is cut along the line X100-X100 in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrochemical capacitor, 10A, 10B ... Anode, 11 ... Metal wire, 12A, 12B ... Anode lead wire, 14A, 14B ... Insulator, 20A, 20B ... Cathode, 22A, 20B ... Cathode lead wire, 24A, 24B: Insulator, 30: Electrolyte solution, 40A, 40B: Separator, 50: Case, 51: First film, 51B: Edge (seal), 52: Second film, 56: Partition, 60A, 60B: Capacitor element part.

Claims (6)

互いに対向する平板状の第1の電極及び平板状の第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極との間に配置される平板状のセパレータとを含み構成される2以上のキャパシタ素体部と、
電解質溶液と、
互いに対向する第1のフィルム及び第2のフィルムの対向面の縁部同士を熱融着させることにより、前記2以上のキャパシタ素体部及び前記電解質溶液を密閉した状態で収容するケースと、
前記第1の電極に一方の端部が接続されると共に他方の端部が前記ケースの外部に突出するように前記キャパシタ素体部ごとに設けられた第1のリードと、
前記第2の電極に一方の端部が接続されると共に他方の端部が前記ケースの外部に突出するように前記キャパシタ素体部ごとに設けられた第2のリードと、
を有し、
前記各キャパシタ素体部は、前記第1のリード及び前記第2のリードを介して互いに電気的に直列に接続されており、
前記ケースには、前記第1のフィルム及び前記第2のフィルムの互いに対向する部分領域同士を熱融着させることにより形成され、前記2以上のキャパシタ素体部同士の接触を防止する仕切り部が設けられており、
第1のフィルム及び第2のフィルムの厚さdと、全体の厚さDとが、下記式(1)及び(2)の条件を同時に満たすように調節されていること、
を特徴とする電気化学キャパシタ。
d≦100μm …(1)
D≦4d …(2)
Two or more configured to include a first plate-shaped electrode and a second plate-shaped electrode facing each other, and a plate-shaped separator disposed between the first electrode and the second electrode. A capacitor body part of
An electrolyte solution;
A case for accommodating the two or more capacitor element portions and the electrolyte solution in a hermetically sealed state by thermally fusing the edges of the opposing surfaces of the first film and the second film opposing each other;
A first lead provided for each of the capacitor elements such that one end is connected to the first electrode and the other end protrudes outside the case;
A second lead provided for each of the capacitor body portions such that one end is connected to the second electrode and the other end protrudes outside the case;
Has,
The capacitor element portions are electrically connected to each other in series via the first lead and the second lead,
The case has a partition portion formed by heat-sealing the mutually facing partial regions of the first film and the second film to prevent contact between the two or more capacitor element portions. Is provided,
The thickness d of the first film and the second film and the total thickness D are adjusted so as to simultaneously satisfy the conditions of the following expressions (1) and (2);
An electrochemical capacitor, characterized in that:
d ≦ 100 μm (1)
D ≦ 4d (2)
前記仕切り部の幅が0.2〜2.0mmであること、を特徴とする請求項1に記載の電気化学キャパシタ。The electrochemical capacitor according to claim 1, wherein the width of the partition is 0.2 to 2.0 mm. 前記第1のフィルム及び第2のフィルムの各内面の熱融着される縁部の幅が0.5〜2.0mmであること、を特徴とする請求項1又は2に記載の電気化学キャパシタ。3. The electrochemical capacitor according to claim 1, wherein a width of a heat-sealed edge of each inner surface of the first film and the second film is 0.5 to 2.0 mm. 4. . 前記第1のフィルム及び前記第2のフィルムの面積が0.09〜20cmであること、を特徴とする請求項1〜3のうちの何れか1項に記載の電気化学キャパシタ。4. The electrochemical capacitor according to claim 1, wherein the first film and the second film have an area of 0.09 to 20 cm 2. 5 . 前記各キャパシタ素体部において、第1の電極及び前記第2の電極はそれぞれ電子伝導性の多孔体を構成材料として含んでおり、前記セパレータは絶縁性の多孔体からなり、前記電解質溶液は、少なくともその一部が前記第1の電極、前記第2の電極、及び、セパレータの内部に含有されていること、を特徴とする請求項1〜4のうちの何れか1項に記載の電気化学キャパシタ。In each of the capacitor element portions, the first electrode and the second electrode each include an electron conductive porous body as a constituent material, the separator is made of an insulating porous body, and the electrolyte solution is The electrochemical device according to any one of claims 1 to 4, wherein at least a part thereof is contained in the first electrode, the second electrode, and the inside of the separator. Capacitors. 前記フィルムが、前記電解質溶液に接触する合成樹脂製の最内部の層と、前記最内部の層の上方に配置される金属層とを少なくとも有する複合包装フィルムから形成されていること、を特徴とする請求項1〜5のうちの何れか1項に記載の電気化学キャパシタ。The film is formed from a composite packaging film having at least an innermost layer made of a synthetic resin that comes into contact with the electrolyte solution, and a metal layer disposed above the innermost layer. The electrochemical capacitor according to claim 1.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006210562A (en) * 2005-01-27 2006-08-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd Capacitor
US7843680B2 (en) 2004-05-28 2010-11-30 Panasonic Corporation Capacitor and method of manufacturing the same
JP2015103596A (en) * 2013-11-22 2015-06-04 日清紡ホールディングス株式会社 Electrochemical capacitor
WO2016152292A1 (en) * 2015-03-24 2016-09-29 株式会社村田製作所 Electric double layer capacitor
JP2019145757A (en) * 2018-02-23 2019-08-29 Tdk株式会社 Electrochemical device

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7843680B2 (en) 2004-05-28 2010-11-30 Panasonic Corporation Capacitor and method of manufacturing the same
JP2006210562A (en) * 2005-01-27 2006-08-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd Capacitor
JP2015103596A (en) * 2013-11-22 2015-06-04 日清紡ホールディングス株式会社 Electrochemical capacitor
WO2016152292A1 (en) * 2015-03-24 2016-09-29 株式会社村田製作所 Electric double layer capacitor
JPWO2016152292A1 (en) * 2015-03-24 2017-10-19 株式会社村田製作所 Electric double layer capacitor
CN107430943A (en) * 2015-03-24 2017-12-01 株式会社村田制作所 Double layer capacitor
US10134532B2 (en) 2015-03-24 2018-11-20 Murata Manufacturing Co., Ltd. Electric double-layer capacitor
JP2019145757A (en) * 2018-02-23 2019-08-29 Tdk株式会社 Electrochemical device

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