JP2007019165A

JP2007019165A - 蓄電デバイス

Info

Publication number: JP2007019165A
Application number: JP2005197632A
Authority: JP
Inventors: Yohei Kawada; 洋平河田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-07-06
Filing date: 2005-07-06
Publication date: 2007-01-25

Abstract

【課題】液漏れによる不良の発生を抑制すると共に、電極同士のショート等の問題を解決したセパレータを用いた蓄電デバイスを提供する。
【解決手段】セパレータを介して対向配置された第１電極および第２電極からなる電極体と、該電極体に含浸された電解液とを、第１凹部および第２凹部を有する外装蓋と凹状の外装ケースをガスケットを介して密封した収納空間に有し、前記第１分極性電極は第１凹部に配置されており、前記第２分極性電極は第２凹部と外装ケースに配置されているコイン型蓄電デバイスにおいて、前記セパレータは、分極性電極の外形以上、第２凹部の内壁以内の大きさであり、該セパレータの外周は、第２凹部の内壁に少なくとも２箇所の離間した接点を有していることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、セパレータを介して対向する１対の電極に電解液を含浸してなるコイン型蓄電デバイスに関する。

コイン型形状を有する電気二重層キャパシタとして、図５示すような構造が公知である。すなわち、活性炭等からなる第１分極性電極（１）と、活性炭等からなる第２分極性電極（２）とをセパレータ（３）を介した状態で対向配置し、前記第１分極性電極（１）に第１集電体（６）を、第２分極性電極（２）に第２集電体（７）を設け、前記一対の分極性電極（１）、（２）およびセパレータ（３）に電解液を含浸させて、陽極端子となる外装ケース（５）と、陰極端子となる外装蓋（４）とで構成される空間に収納し、前記外装ケース（５）の内周部（5a）と前記外装蓋（４）の外周部（4a）との間に電気絶縁性を有するガスケット（８）を配置して、前記外装ケース（５）の開口先端部（5b）を内側に湾曲させることにより、外装ケース（５）と外装蓋（４）とで構成される空間を密閉したものである（例えば、特許文献１参照）
前記外装蓋（４）には、凹みが設けられた第１凹部（40）と、該第１凹部より直径が大きく段差を持って連なる第２凹部（45）が設けられている。前記第１分極性電極（１）は、第１凹部（40）内に配置され、前記第２分極性電極（２）は、第２凹部（45）内に配置されている。
特開平８−２２２１９２号公報

前記従来の電気二重層キャパシタにおいては、ＥＳＲ(等価直列抵抗)や静電容量等の電気特性の良好化を図るため、セパレータとして第２凹部（45）の内壁（45a）に外周全体が接する大きさのものを用いて、該セパレータ（３）及び第１及び第２分極性電極（１）、（２）に電解液を含浸していた。

ところが、図６に示すように、前記外装ケース（５）の内周部（5a）と前記外装蓋（４）の外周部（4a）との間に電気絶縁性を有するガスケット（８）を配置して、前記外装ケース（５）の開口先端部（5b）を内側に湾曲させる封口工程において、セパレータ（３）が第２凹部（45）の端部に引っかかり、電解液の液漏れを引き起こしてしまう。

これを改善するため、セパレータ（３）を小さくすると、前記セパレータの位置決めが難しくなり、また、分極性電極（１）、（２）同士の接触によるショートの発生が起こるなどの問題がある。さらに、セパレータの面積減少により電解液の含浸量の低下し、ＥＳＲの増加、及び静電容量の低下といった電気特性の低下を招来してしまうという問題があった。このような問題は、上記のような電気二重層キャパシタのみならず、上記のような構造を有する電解質電池においても同様である。

そこで本発明は上記問題に鑑み、液漏れによる不良の発生を防止すると共に、電極同士のショート等の問題を解決したセパレータを用いた蓄電デバイスを提供する。

本発明のうち、請求項１に記載の発明は、セパレータを介して対向配置された第１電極および第２電極からなる電極体と、該電極体に含浸された電解液とを、第１凹部および第２凹部を有する外装蓋と凹状の外装ケースをガスケットを介して密封した収納空間に有し、前記第１電極は第１凹部に配置されており、前記第２電極は第２凹部と外装ケースに配置されているコイン型蓄電デバイスにおいて、前記セパレータは、電極の外形以上、第２凹部の内壁以内の大きさであり、該セパレータの外周は、第２凹部の内壁に少なくとも２箇所の離間した接点を有していることを特徴とする。

本発明のうち、請求項２に記載の発明は、請求項１のコイン型蓄電デバイスにおいて、前記セパレータの形状が、前記第２凹部の内壁に接する少なくとも２箇所の離間した弧と、当該弧の端点同士を結合したものであることを特徴とする。

本発明のうち、請求項３に記載の発明は、請求項１のコイン型蓄電デバイスにおいて、記載前記セパレータの形状が、前記第２凹部の内壁に接する多角形であることを特徴とする。

本発明のうち、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のコイン型蓄電デバイスにおいて、前記セパレータの外周と第２凹部の内壁との接触部が、セパレータの外周の５０％以下であることを特徴とする。

本発明のうち、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のコイン型蓄電デバイスにおいて、前記ガスケットは、外装蓋の外周部と外装ケースの内周部との間に配置され、外装ケースの開口先端部を内側に湾曲させることにより、外装蓋および外装ケースで構成された空間を密閉されていることを特徴とする。

本発明のうち、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のコイン型蓄電デバイスにおいて、前記外装蓋の外周部に折り曲げ部を設けていないことを特徴とする。

本発明のうち、請求項７に記載の発明は、請求項６のコイン型蓄電デバイスにおいて、前記外装蓋の厚さが、外装ケースの厚さよりも厚いことを特徴とする。

本発明を用いることにより、電極同士のショートを防止すると共に、電気特性に優れた蓄電デバイスを提供することができる。

本発明は、セパレータを介して対向配置される一対の電極を有するコイン型蓄電デバイスに関するものである。以下に蓄電デバイスとして電気二重層キャパシタを例に説明する。

本発明に係る電気二重層キャパシタは、図１に示すように、第１分極性電極（１）と、第２分極性電極（２）とをセパレータ（３）を介した状態で対向配置し、そして前記第１分極性電極（１）に第１集電体（６）を、第２分極性電極（２）に第２集電体（７）をそれぞれ設け、その後、前記一対の分極性電極（１）、（２）及びセパレータ（３）に電解液を含浸させて、陽極端子となる外装ケース（５）と、陰極端子となる外装蓋（４）で構成させる収納空間に収納し、前記外装ケース（５）の内周部（5a）と前記外装蓋（４）の外周部（4a）との間にガスケット（８）を配置して、前記外装ケース（５）の開口先端部（5b）を内側に湾曲させることにより、前記外装ケース（５）と前記外装蓋（４）で構成される収納空間を密閉したものである。

上記本発明の電気二重層キャパシタにおいて、分極性電極（１）、（２）は従来から用いられている材料が使用でき、以下の実施例においては活物質と結着剤とからなる。前記活物質の導電性が低い場合は導電剤を加えてもよい。前記活物質としては、おが屑、椰子殻、ピッチ等を賦活処理を施して得られる粉末状活性炭を用いることができる。また、フェノール系、レーヨン系、アクリル系、ピッチ系等の繊維に不融化及び炭化賦活処理を施した活性炭、又は活性炭素繊維とし、これをフェルト状、繊維状、紙状、又は焼結状にしたものを用いることができる。その他にもカーボンナノチューブ等の炭素材料や金属化合物を用いることができる。結着剤としては、電気二重層キャパシタにおいて一般に使用されている公知のものを用いることができ、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルピロリドン、ポリビニルクロリド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフルオロエチレンプロピレン、エチレンープロピレンージエンタポリマー、スチレンブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、フッ素ゴム等を用いることができる。前記導電剤としては、電気二重層キャパシタに一般に使用されている公知のものを用いることができ、例えば、鱗片状黒鉛や土状黒鉛等の天然黒鉛、人工黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維等を用いることができる。

本発明に用いる電解液としては、従来から用いられている材料が使用でき、以下の実施例においては、プロピレンカーボネートを有する有機溶媒に、支持塩を溶解させたものを用いる。但し、前記プロピレンカーボネートに他の有機溶媒を混合することができ、その有機溶媒としては環状エステル類、鎖状エステル類、環状エーテル類、鎖状エーテル類等が用いられ、具体的には、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ‐ブチロラクトン、２メチル‐γ‐ブチロラクトン、アセチル‐γ‐ブチロラクトン、γ‐バレロラクトン、１，２‐ジメトキシエタン、１，２‐エトキシエタン、ジエチルエーテル、ジエチレングリコールジアルキルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジアルキルエーテル、ジエチレングリコールジアルキルエーテル、トリエチレングリコールジアルキルエーテル、テトラエチレングリコールジアルキルエーテル、ジプロピルカーボネート、メチルエチルカーボネート、メチルブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、ブチルプロピルカーボネート、プロピオン酸アルキルエステル、マロン酸ジアルキルエステル、酢酸アルキルエステル、テトラヒドロフラン(ＴＨＦ)、アルキルテトラヒドロフラン、ジアルキルテトラヒドロフラン、アルコキシテトラヒドロフラン、ジアルコキシテトラヒドロフラン、１，３‐ジオキソラン、アルキル‐１，３‐ジオキソラン、１，４‐ジオキソラン、２‐メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシド、１，３ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、蟻酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、リン酸トリエステル、無水マレイン酸、スルホラン、３‐メチルスルホラン等を少なくとも一種類以上用いることも可能である。特に、プロピレンカーボネートにスルホランを混合したものを用いることが、耐熱性に優れているため好ましい。支持塩としては、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボーレイト又は、トリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボーレイトを用いることが好ましいが(Ｃ_２Ｈ_５)_４ＰＢＦ_４、(Ｃ_３Ｈ_７)_４ＰＢＦ_４、(Ｃ_２Ｈ_５)_４ＰＰＦ_６、(Ｃ_２Ｈ_５)_４ＰＣＦ_３ＳＯ_４、(Ｃ_２Ｈ_５)_４ＮＰＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＮ(ＣＦ_３ＳＯ_２)_２等を少なくとも一種類以上用いることも可能である。
また、ガスケット（８）の封止性を更に上げるために、アスファルト、ブチルゴム等の炭化水素系、フッ素系オイル、クロロスルホン化ポリエチレン、エポキシ樹脂等の一種類以上の材料を、必要に応じて溶剤で薄めた液体シール剤をガスケット（８）に塗布することもできる。

本発明に用いるセパレータ（３）としては、分極性電極の外形以上、第２凹部（45）の内壁（45a）以内の大きさであり、該セパレータ（３）の外周は、第２凹部（45）の内壁（45a）に少なくとも２箇所の接点を有する形状のものが使用される。

上記形状のセパレータ（３）においては、従来品である第２凹部（45）の内壁（45a）に沿う形状のもので問題となっていた前記外装ケース（５）の開口先端部（5b）を内側に湾曲させる封口工程で、セパレータ（３）が第２凹部（45）の端部に引っかかりを防止することができる。これにより電解液の液漏れを防止することができる。また、第２凹部（45）内においてセパレータ（３）を正確に位置決めすることができるため、セパレータ（３）を小さくすることによる分極性電極同士のショートを起こすことがない。更に、電気二重層キャパシタの電気特性の維持する電解液量を含浸することが可能となる。

上記セパレータ（３）の具体的な形状として、図２に示すように前記第２凹部（45）の内壁（45a）に接する少なくとも２箇所に離間した弧と、当該弧の端点同士を結合したものが挙げられる。（ａ）のように複数の離間した弧と、該弧の端点を結合した形状や、（ｂ）のように弧と点を結合した形状や、（ｃ）のようにセパレータ（３）の位置決めが可能な一定の範囲をもった２箇所の弧と、該弧の端点を結合した形状で、電極のセパレータ（３）接触部を覆う大きさであれば本発明の効果を得ることができる。

図２において、（ｃ）のように離間した２箇所の弧と該弧の端点を結合した形状に比べて、（ａ）又は（ｂ）のように３箇所以上の離間した弧又は点で第２凹部（45）の内壁（45a）に接している場合は、セパレータ（３）の外周と内壁（45a）との接触部を少なくできると共に、第２凹部内でのセパレータの位置決めがより正確に行えるため好ましい。

その他の形状としては、図３に示すように前記第２凹部（45）の内壁（45a）に接する多角形であるものが挙げられる。一例として（ａ）のような四角形、（ｂ）のような六角形等が挙げられる。このような多角形は、上記のような複雑な形状を取ることなく本発明の効果を得ることができるため、生産性に優れている。

本発明に用いるセパレータ（３）として、セパレータ（３）の外周と第２凹部（45）の内壁（45a）との接触部が、セパレータ（３）の外周の５０％以下であることが好ましい。５０％以下にすることにより本発明の効果を顕著に得ることができる。

本発明に用いるセパレータ（３）としては、特に限定はないが、大きなイオン透過度を持ち、且つ、所定の機械強度を持つような絶縁性の膜として、ガラス繊維、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンレテフタラート、ポリアミド、ポリイミド等の樹脂を用いることができる。セパレータ（３）(３)の孔径は、一般にキャパシタ用として用いられて範囲のものであれば良く、例えば０．０１〜５μｍのものを用いることができる。セパレータ（３）(３)の厚みは一般に用いられているものであれば良く、例えば１０〜１５０μｍのものを用いることができる。以下に本発明の実施例について説明する。

（実施例）
本発明における電気二重層キャパシタを以下の手順により作製した。

（分極性電極の作製）
活性炭とアセチレンブラックとポリテトラフルオロエチレンとを９０：５：５の重量比で混合し、該混合物を直径２ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの円板状に成形した後、１５０℃で２時間真空乾燥して第１分極性電極（１）及び第２分極性電極（２）を作製した。

（電解液の作製）
プロピレンカーボネートとスルホランとを５０：５０の体積比で混合させた有機溶媒に支持塩であるトリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボーレイトを１．０mol/ｌの濃度になるように溶解させて電解液を作製した。

（コイン型電気二重層キャパシタの組立て）
先ず凹みが設けられた第１凹部（40）と、該第１凹部（40）より直径が大きく段差を持って連なる第２凹部（45）が設けられているステンレス製の外装蓋（４）及び凹形状ステンレス製の外装ケース（５）それぞれの底面に集電体（６）、（７）として黒鉛粉末と水ガラスとの混合した導電塗料を塗布する。その後、外装蓋（４）の第１凹部（40）に塗布された第１集電体（６）上に第１分極性電極（１）を載置し、前記外装ケース（５）に塗布された第２集電体（７）上に第２分極性電極（２）を載置する。そして、第２分極性電極（２）上に、図４に示すように、第２凹部（45）の内壁（45a）に接する等間隔の４つの角度が２０°の弧と当該弧の端点同士を結合した形状のセパレータ（３）を載置して、第１分極性電極（１）、第２分極性電極（２）及びセパレータ（３）に電解液を含浸する。尚、前記セパレータ（３）の第２凹部（45）との接触率は約２０％であった。その後、外装ケース（５）の内周部（5a）にポリエーテルエーテルケトンからなるガスケット（８）を配置し、第２分極性電極（２）上にセパレータ（３）を介して第１分極性電極（１）が載置されるように外装ケース（５）内に外装蓋（４）を配置する。そして、外装ケース（５）の開口先端部（5b）を内側に湾曲させることにより、前記外装ケース（５）と前記外装蓋（４）で構成される収納空間を密封してコイン型電気二重層キャパシタを作製した。

上記外装蓋（４）の外周部（4a）には、従来品と異なり折り返し部（4b）が設けられていない。そのため、分極性電極を配置するスペースが従来品より大きく、静電容量を大きくすることができた。

また、封止工程において外装蓋（４）の圧力がかかる部分の強度を補強するため外装ケース（５）に比べて外装蓋（４）を厚く形成している。
（比較例）
セパレータ（３）として従来品のように、第２凹部（45）の内壁（45a）に端部全体が接する大きさのものを用いた以外は、実施例と同様にコイン型電気二重層キャパシタを作製した。

実施例と比較例の電気二重層キャパシタをそれぞれ１００個ずつ作製した。その後ＥＳＲを測定し、良品の基準ＥＳＲ（６０ｍΩ）を超えるものを電気特性不良としてカウントした。その結果を以下の表１に示す。

表1から分かるように、比較例に比べて実施例は電気特性不良数が減少している。この原因としては、次に述べる事項が関連しているものと考えられる。比較例セパレータ（３）においては、封口工程において、セパレータ（３）が第２凹部（45）の端部に引っかかり、ガスケット（８）の内部に前記セパレータ（３）が取り込まれることにより電解液の液漏れが起こる確率が高くなる。このため、封止が十分にできない封止不良や液漏れに伴う電気特性不良が発生し易い。それに対して実施例においては、第２凹部（45）の内壁（45a）に接触部が従来品に比べて大幅に小さいため、セパレータの噛み込みが抑制され、電解液の液漏れを防止することができたものと考えられる。そのため、電解液量の減少に伴うＥＳＲの低下を抑制し電気特性が良好な電気二重層キャパシタを作製することが可能となる。また、本発明においては、セパレータ（３）の複数の箇所で外装蓋（４）の第２凹部（45）の内壁（45a）に接することにより、セパレータ（３）の位置決めが容易に行われるため、分極性電極同士の接触によるショートの発生を抑制することができる。

上記実施例においては、電気二重層キャパシタを例に説明したが、電解質電池等のセパレータを介して対向配置する一対の電極を有する蓄電デバイスであれば同様の効果を得ることができる。

上記実施例の説明は、発明を説明するものであって、特許請求の範囲に記載の発明を特定し、或いは範囲を減縮して解すべきではなく、本発明の各部構成は実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

本発明における電気二重層キャパシタの断面図である。本発明に用いるセパレータの実施形態図である。本発明に用いるセパレータの実施形態図である。実施例に用いるセパレータの上面図である。従来の電気二重層キャパシタの断面図である。従来における電気二重層キャパシタの封止工程の断面図である。

符号の説明

（１）第１分極性電極
（２）第２分極性電極
（３）セパレータ
（４）外装蓋
（4a）外周部
（4b）折り返し部
（40）第１凹部
（45）第２凹部
（45a）内壁
（５）外装ケース
（5a）内周部
（5b）開口先端部
（６）第１集電体
（７）第２集電体
（８）ガスケット

Claims

セパレータを介して対向配置された第１電極および第２電極からなる電極体と、該電極体に含浸された電解液とを、第１凹部および第２凹部を有する外装蓋と凹状の外装ケースをガスケットを介して密封した収納空間に有し、前記第１電極は第１凹部に配置されており、前記第２電極は第２凹部と外装ケースに配置されているコイン型蓄電デバイスにおいて、
前記セパレータは、電極のセパレータ接触部以上、第２凹部の内壁以内の大きさであり、該セパレータの外周は、第２凹部の内壁に少なくとも２箇所の離間した接点を有していることを特徴とするコイン型蓄電デバイス。
前記セパレータの形状が、前記第２凹部の内壁に接する少なくとも２箇所の離間した弧と、当該弧の端点同士を結合したものであることを特徴とする請求項１に記載のコイン型蓄電デバイス。
前記セパレータの形状が、前記第２凹部の内壁に接する多角形であることを特徴とする請求項１に記載のコイン型蓄電デバイス。
前記セパレータの外周と第２凹部の内壁との接触部が、セパレータの外周の５０％以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載のコイン型蓄電デバイス。
前記ガスケットは、外装蓋の外周部と外装ケースの内周部との間に配置され、外装ケースの開口先端部を内側に湾曲させることにより、外装蓋および外装ケースで構成された空間を密閉されていることを特徴とする請求項１乃至４に記載のコイン型蓄電デバイス。
前記外装蓋の外周部に折り曲げ部を設けていないことを特徴とする請求項５に記載のコイン型蓄電デバイス。
前記外装蓋の厚さが、外装ケースの厚さよりも厚いことを特徴とする請求項６に記載のコイン型蓄電デバイス。