JP2009021632A - スーパーキャパシタ - Google Patents

Abstract

【課題】同じプロセスで製造される装置の間で性能のばらつきを抑制するスーパーキャパシタを提供する。
【解決手段】スーパーキャパシタ（１）の形を取る表面実装エネルギ貯蔵装置は、ほぼ矩形の折り畳んだ角柱ハウジング（２）と、このハウジング（２）内に封止的に収容される２つのエネルギ貯蔵要素（図示せず）とを含み、これらエネルギ貯蔵要素は直列接続される。一体的に形成された錫めっきの金属フレーム（３）の形を取るマウントがハウジング（２）のまわりに延在し、図に示す折り畳んだ構成でこのハウジングを係留式に保持する。細長いコンタクト（４，５）の形を取る２つの端子がエネルギ貯蔵要素から延在してハウジング（２）の外側で終わり、エネルギ貯蔵要素への外部電気的接続を可能にしている。
【選択図】図５

Description

この発明はエネルギ貯蔵装置に関するものである。
この発明は主にスーパーキャパシタに関して開発されたものであり、この用途との関連で以下に記載される。しかしこの発明はこの特定の使用分野に限定されず、電池、キャパシタ、燃料電池など、その他のエネルギ貯蔵装置にも適用可能であることが理解されるであろう。

従来から、さまざまなキャパシタおよびスーパーキャパシタ、ならびにその他のエネルギ貯蔵装置が考案されてきた。しかし、特にスーパーキャパシタに関しては技術の理解が十分でなく、以下のものを使用しなければならないことが開発の支障となっていた。

１．揮発性および腐食性で、汚染されやすい電解質、
２．多大な費用および労働力を要する製造技術。このためにスーパーキャパシタの単位原価が大幅に跳ね上がっている。

３．費用のかかる材料および取扱い手順。これもまたスーパーキャパシタの単位原価が大幅に上がる原因である。

４．実装が硬質であること、
５．実装がかさばること、
６．実装が漏れに対して極めて弱いこと。
一般に、これらすべての要因が、同じプロセスで製造される装置の間で性能のばらつきが増大する原因となっている。さらに、結果として得られるスーパーキャパシタの価格によって、これが商業的に適用され得る製品の範囲が限られてしまう。

この明細書全体を通じての先行技術に関するいかなる議論も、このような先行技術が周知である、またはこの分野ではありふれた一般的な知識の一部をなすと認めるものとして考えられるべきではない。

［発明の簡単な説明］
この発明の目的は、少なくとも好ましい実施例において、先行技術の不都合のうち１つ以上を克服または大幅に改良することである。

この発明の第１の局面に従うと、スーパーキャパシタであって、
第１の電極と、
第１の電極に対して係留式に保持される隔離体シートと、
隔離体シートに対して当接する第２の電極とを含み、これら電極は隔てられた構成に維持され、このスーパーキャパシタはさらに、
電極、隔離体シートおよび電解質を収容して、電極間のイオン伝導を可能にするためのハウジングと、
それぞれの電極に接続され、これら電極に対して外部電気的接続を可能にするための２つの端子とを含む、スーパーキャパシタが提供される。

この発明の第２の局面に従うと、スーパーキャパシタであって、
第１の電極と、
第１の電極に隣接して配置される第２の電極と、
第２の電極に対してのみ係留式に保持され、これら電極を隔てられた構成に維持するための隔離体と、
電極、隔離体および電解質を収容して、電極間のイオン伝導を可能にするためのハウジングと、
それぞれの電極に接続され、これら電極に対して外部電気的接続を可能にするための２つの端子とを含む、スーパーキャパシタが提供される。

この発明の第３の局面に従うと、スーパーキャパシタであって、
第１の電極と、
第１の電極に隣接して配置される第２の電極と、
第２の電極に対して係留式に保持され、第１の電極に対しては係留式に保持されずに、これら電極を隔てられた構成に維持するための隔離体と、
電極、隔離体および電解質を収容して、電極間のイオン伝導を可能にするためのハウジングと、
それぞれの電極に接続され、これら電極への外部電気的接続を可能にするための２つの端子とを含む、スーパーキャパシタが提供される。

この発明の第４の局面に従うと、エネルギ貯蔵装置であって、
第１の電極と、
第１の電極に隣接して配置される第２の電極と、
第２の電極に対して張力下で保持され、これら電極を隔てられた構成に維持するための隔離体と、
電極、隔離体および電解質を収容して、電極間のイオン伝導を可能にするためのハウジングと、
それぞれの電極に接続され、これら電極への外部電気的接続を可能にするための２つの端子とを含む、エネルギ貯蔵装置が提供される。

この発明の第５の局面に従うと、エネルギ貯蔵装置であって、
第１の電極と、
第１の電極に隣接して配置される第２の電極とを含み、第２の電極は少なくとも１つの端縁を有し、このエネルギ貯蔵装置はさらに、
２つの対向する面を有する隔離体を含み、これら２つの対向する面は第２の電極を挟み、かつ端縁で当接して結合され、これら電極を隔てられた構成に維持し、このエネルギ貯蔵装置はさらに、
電極、隔離体および電解質を収容して、電極間のイオン伝導を可能にするためのハウジングと、
それぞれの電極に接続され、これら電極への外部電気的接続を可能にするための２つの端子とを含む、エネルギ貯蔵装置が提供される。

好ましくは、第２の電極は少なくとも３つの端縁を含み、対向する面同士はこれら端縁すべてで当接して結合される。より好ましくは、対向する面同士は各端縁の全体よりも少ない部分において当接して結合される。

好ましくは隔離体は、周辺で互いに接続される２枚の有孔シートを含む。
また好ましくは、第２の電極は、第１の側部、第１の側部の対向の第２の側部、および、第１の側部と第２の側部とを結合する共通の周辺端縁を有する、シート電極であり、さらに隔離体は
第１の有孔シートを含み、この第１の有孔シートは第１の側部を横切って延び、かつ共通の周辺端縁を超えて突き出る少なくとも１つの第１の端縁を含み、この隔離体はさらに
第２の有孔シートを含み、この第２の有孔シートは第２の側部を横切って延び、かつ共通の周辺端縁を超えて突き出る少なくとも１つの第２の端縁を含み、第１の端縁と第２の端縁とは接続されて、隔離体を第２の電極に対して係留式に保持する。

好ましい形態では、第１の端縁と第２の端縁との接続はこれら端縁同士を固着することを含む。より好ましくは、この固着はこれら端縁同士を熱溶接することを含む。しかし代替的な実施例では、この固着はこれら端縁同士を接着することを含む。また、さらなる実施例では、この固着は端縁同士を熱封止することを含む。

好ましくはこの装置は、
互いに交互にハウジング内に収容される、同じような複数の第１および第２の電極を含み、第１の電極すべては端子のうち一方に電気的に接続され、第２の電極すべては他方の端子に接続され、この装置はさらに
同じような複数の隔離体を含み、これら隔離体は、各々がそれぞれの第２の電極のまわりに延び、この各隣接する第１の電極からこの電極を隔てられた構成に維持する。

また、好ましくは第２の電極は、複数の隔てられた横断方向の溝を有する連続的な長手方向に延びる導電性シートから形成され、有孔シートは溝を通じて互いに接続される。より好ましくは、導電性シートは溝を通じて横断方向に切断されて複数の別個のサブ電極をもたらす。さらにより好ましくは、溝は等しく長手方向に隔てられ、サブ電極同士は実質的に等価である。

好ましい形態では、第１の電極は複数の別個のサブ電極を含み、これら複数のサブ電極は、第２の電極についての対応する複数のサブ電極と交互に積み重ねられる。より好ましくは、各サブ電極は電極区域を含み、第１および第２の電極のサブ電極はそれぞれの第１および第２のタブを含み、これらタブは対応する電極区域から外方向に延びる。さらにより好ましくは、サブ電極は、電極すべての電極区域同士が重なり合い、第１のタブが互いに重なり合って電気的に接続され、かつ第２のタブが互いに重なり合って電気的に接続されるように積み重ねられ、第１のタブと第２のタブとは互いに重なり合わない。

好ましくは、隔離体は対向する面のうち１つを各々が形成する２枚の可撓性のシートを含む。より好ましくはこれらシートは有孔である。さらにより好ましくは、対向する面は使用中に第２の電極に対して張力のかかった当接に維持される。

この発明の第６の局面に従うと、スーパーキャパシタを形成する方法であって、
第１の電極を用意する工程と、
第１の電極に対して隔離体シートを係留式に保持する工程と、
隔離体シートに対して第２の電極を当接させる工程とを含み、電極同士は隔てられた構成に維持され、この方法はさらに、
電極間のイオン伝導を可能にするために、電極、隔離体シートおよび電解質をハウジング内に収容する工程と、
２つの端子をそれぞれの電極に対して、これら電極への外部電気的接続を可能にするように接続する工程とを含む、方法が提供される。

この発明の第７の局面に従うと、スーパーキャパシタを形成する方法であって、
第１の電極を用意する工程と、
第１の電極に隣接して第２の電極を配置する工程と、
電極を隔てられた構成に維持するために、第２の電極に対してのみ隔離体を係留式に保
持する工程と、
電極間のイオン伝導を可能にするために、電極、隔離体および電解質をハウジング内に収容する工程と、
２つの端子をそれぞれの電極に対して、これら端子への外部電気的接続を可能にするように接続する工程とを含む、方法が提供される。

この発明の第８の局面に従うと、スーパーキャパシタを形成する方法であって、
第１の電極を用意する工程と、
第１の電極に隣接して第２の電極を配置する工程と、
電極を隔てられた構成に維持するために、隔離体を第１の電極に対しては係留式に保持せずに、第２の電極に対して係留式に保持する工程と、
電極間のイオン伝導を可能にするために、電極、隔離体および電解質をハウジング内に収容する工程と、
２つの端子をそれぞれの電極に対して、これら電極への外部電気的接続を可能にするように接続する工程とを含む、方法が提供される。

この発明の第９の局面に従うと、エネルギ貯蔵装置を形成する方法であって、
第１の電極を用意する工程と、
第１の電極に隣接して第２の電極を配置する工程と、
電極を隔てられた構成に維持するために、第２の電極に対して隔離体を張力下で保持する工程と、
電極間のイオン伝導を可能にするために、電極、隔離体および電解質をハウジング内に収容する工程と、
２つの端子をそれぞれの電極に対して、これら電極への外部電気的接続を可能にするように接続する工程とを含む、方法が提供される。

この発明の第１０の局面に従うと、エネルギ貯蔵装置を形成する方法であって、
第１の電極を用意する工程と、
第１の電極に隣接して第２の電極を配置する工程とを含み、第２の電極は少なくとも１つの端縁を有し、この方法はさらに、
２つの対向する面を有する隔離体を用意する工程を含み、これら２つの面は第２の電極を挟み、これら２つの対向する面同士は、電極を隔てられた構成に維持するように、端縁で、またはここと隣接して、当接し固定され、この方法はさらに、
第２の電極に対して隔離体を張力下で保持して、電極を隔てられた構成に維持する工程と、
電極間のイオン伝導を可能にするために、電極、隔離体および電解質をハウジング内に収容する工程と、
２つの端子をそれぞれの電極に対して、これら電極への外部電気的接続を可能にするように接続する工程とを含む、方法が提供される。

この発明の第１１の局面に従うと、スーパーキャパシタ用の電極対であって、
外部表面を有する導電性エネルギ貯蔵要素を含む第１のシート電極と、この表面と当接して係留式に保持される隔離体シートと、
隔離体シートに当接する外部表面を有する導電性エネルギ貯蔵要素を含む第２のシート電極とを備え、これら電極同士は隔てられた構成に維持される、電極対が提供される。

この発明の第１２の局面に従うと、エネルギ貯蔵装置用の電極であって、
外部表面を有する導電性エネルギ貯蔵要素と、
張力下でこの表面に当接して保持される隔離体とを含む、電極が提供される。

この発明の第１３の局面に従うと、エネルギ貯蔵装置用の電極であって、
少なくとも１つの端縁を有する導電性エネルギ貯蔵要素と、
２つの対向する面を有する隔離体とを含み、これら２つの面はこの要素を挟み、これら２つの面同士は端縁で当接し固定される、電極が提供される。

好ましくは隔離体は、対向する面のうち１つを各々が形成する２枚の可撓性シートを含む。より好ましくは、これらシートは有孔である。さらにより好ましくは、これら対向する面は使用中に第２の電極に対して張力のかかった当接に維持される。

この発明の第１４の局面に従うと、エネルギ貯蔵装置用の電極であって、この電極は、第１の面と、第１の面に反対にある第２の面と、これら面間に延在する複数の開口部とを有する、連続的な導電性シートから形成され、この電極は、
第１の面のうちいくらかまたはすべてにより画定される、またはこれに装着される、第１のエネルギ貯蔵要素と、
第１の要素にわたり、および第２の面のうち少なくともいくらかにわたって延びる隔離体とを含み、隔離体は開口部を通じてそれ自体に取付けられ、シートに隣接して隔離体を維持する、電極が提供される。

好ましくは、第１４の局面の電極は、第２の面のうち少なくとも一部により画定される、またはこれに装着される、第２のエネルギ貯蔵要素を含み、隔離体は第２の要素を横切って延びる。

この発明の第１５の局面に従うと、エネルギ貯蔵要素用の電極であって、この電極は、第１の面と、第１の面から隔てられた第２の面と、これらの面間に延在する複数の開口部とを有する、連続的な導電性シートから形成され、この電極は、
第１の面のうちいくらかまたはすべてにより画定される、またはこれに装着される、第１のエネルギ貯蔵要素と、
第２の面のうちいくらかまたはすべてにより画定される、またはこれに装着される、第２のエネルギ貯蔵要素と、
第１および第２の要素にを横切って延び、開口部を通じてそれ自体に取付けられる隔離体とを含む、電極が提供される。

好ましくは、シートは長手方向に延び、開口部は横断方向の溝である。より好ましくは、溝は長手方向に隔てられ、かつ平行である。さらにより好ましくは、各溝は隣接する溝から等しく長手方向に隔てられる。

また好ましくは、シートは２つの横断方向に隔てられた長手方向の端縁を含み、溝は一方の端縁から延び、他方の端縁に隣接して終わる。より好ましくは、シートは２つの横断方向に隔てられた長手方向の端縁を含み、溝は両方の端縁から内方向に延び、互いに隣接して終わる。

好ましい形態では、シートは２つの横断方向に隔てられた長手方向の端縁を含み、溝は両方の端縁に隣接して終わる。

この発明の第１６の局面に従うと、エネルギ貯蔵装置であって、
連続的な長手方向に延びるシートから分離された複数の第１の電極を含み、シートは複数の長手方向に隔てられた横断方向に延びる溝を有し、これら溝は電極のうち隣接する電極間に延び、このエネルギ貯蔵装置はさらに、
第１の電極のうち少なくとも１つに対向する複数の第２の電極と、
これら電極間に配置され、これら電極を隔てられた構成に維持するための隔離体と、
電極、隔離体および電解質を収容して、電極間のイオン伝導を可能にするためのハウジングと、
それぞれの電極に接続され、これら電極への外部電気的接続を可能にするための２つの端子とを含む、エネルギ貯蔵装置が提供される。

この発明の第１７の局面に従うと、エネルギ貯蔵装置を、予め定められた横断方向の幅を有する連続的な長手方向に延びる導電性シートから形成するための方法であって、この方法は、
シートに、複数の長手方向に隔てられた横断方向の溝を形成する工程を含み、これら溝は、上記予め定められた横断方向の幅よりも小さな横断方向の寸法を有して、複数の順次連結される第１の電極板を画定し、この方法はさらに、
電極板に隔離体を係合させる工程を含み、これら電極板は各々が、隔離体を超えて横断方向に延びるタブ部分を含み、この方法はさらに、
電極板を分離する工程と、
電極板を電気的に接続するためにタブ部分を互いに接続する工程と、
予め定められた構成で、第１の電極板を、複数の第２の電極板とともに配列する工程と、
電極板間のイオン伝導を可能にするために、電解質を収容するハウジング内に電極板を配置する工程と、
２つの端子をそれぞれの複数の電極板に対して、これら板への外部電気的接続を可能にするように接続する工程とを含む、方法が提供される。

好ましくは、これらシートは、上記予め定められた幅で隔てられた２つの対向する横断方向の端縁を含み、この方法は、溝が横断方向の端縁の一方から延びて他方の端縁に隣接して終わるように、溝を形成する工程を含む。

より好ましくは、隔離体を電極板と係合させる工程は、２枚の対向する隔離体シート間に電極板を挟む工程を含む。より好ましくは、隔離体シートは電極板と張力のかかった係合で保持される。

好ましい形態では、この方法はさらに、溝を通じて、２枚の対向する隔離体シートを互いに係合させる工程を含む。より好ましくは、この方法はさらに、溝を通じて、２枚の対向する隔離体シートを互いに結合する工程を含む。さらにより好ましくは、隔離体シート同士の結合は固着によって行なわれる。

或る実施例では、固着は熱封止による。他の実施例では、固着は熱溶接による。より好ましくは、熱封止または溶接は、実質的に溝すべてにわたって長手方向に延びる。さらにより好ましくは、熱封止または溶接は実質的に溝すべてにわたって横断方向に延びる。

他の実施例では、熱封止は、溝内における隔てられた２つ以上の場所で行なわれる。
好ましい形態では、この方法は、第１の複数の電極板と第２の複数の電極板とを互いに交互に積み重ねる工程を含む。より好ましくは、この方法は、単一の積み重ねにおいて、第１の複数の電極板と、第２の複数の電極板とを互いに積み重ねる工程を含む。

好ましい形態では、この方法はコーティングをシートに与える工程を含み、このコーティングは活性化した炭素粒子およびバインダを含む。

この発明の第１８の局面に従うと、エネルギ貯蔵装置であって、
連続的な長手方向に延びる導電性シートから分離された複数の第１の電極板と、
電極板に係合した隔離体とを含み、これら電極板は各々が、隔離体を超えて横断方向に
延びるタブ部分を含み、さらに、互いに接続されてこれら電極板を電気的に接続し、このエネルギ貯蔵装置はさらに、
予め定められた構成で、第１の電極板とともに配列された複数の第２の電極板と、
電極板および電解質を収容して、電極板間のイオン伝導を可能にするためのハウジングと、
それぞれの複数のタブ部分に接続され、電極板への外部電気的接続を可能にするための２つの端子とを含む、エネルギ貯蔵装置が提供される。

この発明の第１９の局面に従うと、エネルギ貯蔵装置であって、
長手方向に延びる第１のシート電極と、
第１の電極に対向し、これに対して横断方向にずらされて、重なりを形成する、長手方向に延びる第２のシート電極とを含み、これら電極はそれぞれ自由な端縁を含み、これら端縁は、重なりから横断方向で外方向に、互いから離れるように延び、このエネルギ貯蔵装置はさらに、
電極の間に配置され、少なくとも重なりにわたって延び、電極を隔てられた構成に維持するための隔離体を含み、隔離体は、自由な端縁がそれ自身に対して折り畳まれてそれぞれの多層タブを形成するように、電極とともに折り畳まれ、このエネルギ貯蔵装置はさらに、
電極、隔離体および電解質を収容して、電極間のイオン伝導を可能にするためのハウジングと、
それぞれのタブに接続され、それぞれの電極への外部電気的接続を可能にするための２つの端子とを含む、エネルギ貯蔵装置が提供される。

好ましくは、隔離体と電極とは平坦な螺旋になるようにともに折り畳まれる。より好ましくは、これらタブは、当接する複数の層を含む。さらにより好ましくは、隔離体と電極とは、一緒に折り畳まれると第１の長手方向の寸法を有し、タブは、上記第１の長手方向の寸法よりも小さい第２の長手方向の寸法を有する。

また好ましくは、第２の長手方向の寸法が第１の長手方向の寸法の２分の１未満になるように、それぞれの部分が自由な端縁から取除かれる。より好ましくは、第２の長手方向の寸法は第１の長手方向の寸法の３分の１未満である。

好ましい形態では、タブの両方は装置の長手方向の端縁に隣接する。より好ましくは、タブの層同士は電気的に接続される。

好ましくは、タブの隣接する層同士は互いに対して当接し固定される。より好ましくは、固定は超音波溶接による。

この発明の第２０の局面に従うと、エネルギ貯蔵装置であって、
第１の電極と、
第１の電極に対向する第２の電極と、
電極の間に配置され、電極を隔てられた構成に維持するための隔離体と、
電極、隔離体および電解質を収容して、電極間のイオン伝導を可能にするためのハウジングと、
ハウジング内にある隔てられた１対の開口部と、
２つの端子とを含み、これら２つの端子はハウジング内に配置されて、一端ではそれぞれの電極に電気的に接続され、他端では、開口部を覆いかつ開口部の周辺部でハウジングと封止的に係合し、端子はそれぞれの開口部を通じて接近可能であり、こうして電極への外部電気的接続を可能にする。

好ましくは、端子は２つの対向する平面状の面を含み、ハウジングは２つの対向する側壁を含み、側壁のうち１つは開口部の対を含み、側壁のうち各々は各端子の一面と封止的に係合する。より好ましくは、側壁のうち各々は間隔をあけられた１対の開口部を有し、これら開口部は端子についてのそれぞれの面で覆われる。

また好ましくは、側壁同士は周辺で接続される。より好ましくは、側壁同士はその周辺部の少なくとも一部で一体化して接続される。さらにより好ましくは、周辺部のうち上記部分の残りは封止的に係合する。好ましい実施例では、封止係合は熱封止による。

好ましい形態では、これら端子は、それぞれの開口部を通じて延びて、電極への外部電気的接続を容易にするための、それぞれの突起を含む。

この発明の第２１の局面に従うと、エネルギ貯蔵装置であって、
２つの電極を有するエネルギ貯蔵要素と、
上記要素から延び、電極への電気的接続を可能にするための２つの端子と、
上記要素、端子および電解質を収容して、電極間のイオン伝導を可能にするためのハウジングとを含み、このハウジングが折り畳まれる、エネルギ貯蔵装置が提供される。

好ましくは、ハウジングは、この要素の端縁にある、またはこれに隣接してこれと実質的に平行にある、折り畳み線に沿って折り畳まれ、この要素は折り畳み線の一方の側にあり、折り畳まれる部分は折り畳み線の他方の側にある。より好ましくは、ハウジングは、２本以上の隔てられた折り畳み線に沿って折り畳まれ、それぞれの折り畳んだ部分は上記要素の上に重なる。さらにより好ましくは、この折り畳んだ部分は互いに重なり合わない。

好ましい形態では、この折り畳んだ部分は互いに向かって折り畳まれる。より好ましくは、折り畳み線は端子を通過する。

或る実施例では、この装置は、それぞれの端子によって覆われ封止されるそれぞれの開口部を有する２つの折り畳んだ部分を含み、端子はそれぞれの開口部を通じて電気的に接近可能である。より好ましくは、この装置は少なくとも１つのコンタクトを含み、このコンタクトは、それぞれの開口部を通じて端子のうち１つに固定され、このコンタクトは折り畳んだ部分と上記要素との間に挟まれる。

この発明の第２２の局面に従うと、第２１の局面と同じような２つの装置を含む複合エネルギ貯蔵部品であって、端子が、装置の電極のそれぞれの一方から延び、また、互いに隣接して電気的に接続される装置の電極の他方から延びている、複合エネルギ貯蔵部品が提供される。

好ましくは、折り畳んだ部分すべてはこれら要素間に配置されて、この部品についての折り畳んだ構成を形成する。より好ましくは、この部品は、この部品を折り畳んだ構成に保持するための装着部材を含む。

また好ましくは、装置の電極のうち上記他方は、第１７の局面の１つ以上の同じような装置を通じて電気的に接続される。

この発明の第２３の局面に従うと、エネルギ貯蔵装置であって、
ハウジングと、
ハウジング内に封止的に収容されたエネルギ貯蔵要素と、
ハウジングのまわりに延在し、これと係留式に係合するマウントと、
エネルギ貯蔵要素から延在し、ハウジングの外側で終わって、上記要素への外部電気的接続を可能にするための２つの端子とを含む、エネルギ貯蔵装置が提供される。

好ましくは、マウントはハウジングを受けるための支持フレームと、フレームから延びて、支持フレーム内にハウジングを係留式に係合させるための少なくとも１つのロック要素とを含む。また好ましくは、ロック要素はフレームと一体的に形成され、ハウジングと当接するように変形されて、支持フレーム内にハウジングを係留式に係合させる。さらにより好ましくは、ハウジングは折り畳んだ構成でフレーム内に保持される。

この発明の第２４の局面に従うと、エネルギ貯蔵装置であって、
折り畳んだハウジングと、
ハウジング内に封止的に収容された少なくとも１つのエネルギ貯蔵要素と、
ハウジングのまわりに延在し、ハウジングを折り畳んだ構成に係留式に保持する、マウントと、
エネルギ貯蔵要素から延在し、ハウジングの外部で終わって、上記要素への外部電気的接続を可能にするための２つの端子とを含む、エネルギ貯蔵装置が提供される。

この発明の第２５の局面に従うと、エネルギ貯蔵装置であって、
第１の面積の、それぞれの第１の表面を有する複数の第１の電極と、
第２の面積の、それぞれの第２の表面を有する複数の第２の電極とを含み、これら電極は、第２の電極がそれぞれの第１の表面と対向するように積み重ねられ、対向した表面はひとまとめで、第１および第２の面積よりも小さい第３の面積を有するそれぞれの重なり合った部分を形成し、このエネルギ貯蔵装置はさらに、
第１の端縁、および第１の端縁から横断方向に隔てられた第２の端縁を有する、隔離体を含み、隔離体は表面間に配置され、少なくとも重なり合った部分にわたって延びて、電極を隔てられた構成に維持し、第１の電極の各々は、第１の端縁を超えて延びる第１のタブを含み、第２の電極の各々は、第２の端縁を超えて延びる第２のタブを含み、このエネルギ貯蔵装置はさらに、
電極、隔離体および電解質を収容して、電極間のイオン伝導を可能にするためのハウジングと、
２つの端子とを含み、これら２つの端子は第１および第２のタブにそれぞれ電気的に接続され、ハウジングの外側から接近可能であり、こうして電極への外部電気的接続を可能にする、エネルギ貯蔵装置が提供される。

好ましくは、第１および第２の表面は、少なくとも重なり合った部分でそれぞれ炭素コーティングを含む。より好ましくは、第１および第２の電極は長手方向に延びるシート電極である。さらにより好ましくは、電極同士は積み重ねられる。しかし他の実施例では、電極同士は横断方向の巻付け軸について巻付けられる。

好ましくは、積み重ねた構成において各電極は実質的に平面状である。
好ましい形態では、第１のタブ同士は接続されて、第１の端縁を超えて配置される第１の集合的なタブを形成し、第２のタブ同士は接続されて、第２の端縁を超えて配置される第２の集合的なタブを形成し、第１の集合的なタブと第２の集合的なタブとはそれぞれの端子に電気的に接続される。

好ましくは、第１の端縁と第２の端縁とは平行であり、第１の集合的なタブと第２の集合的なタブとは外方向へ、互いから離れて延びる。

また好ましくは、隔離体は複数の別々の有孔シートを含む。より好ましくは、シート同士は隣接する周辺端縁で結合される。

この発明の第２６の局面に従うと、エネルギ貯蔵装置用のマウントであって、
上記装置を受けるための開口部を有するフレーム部材と、
フレーム部材から延び、開口部を通じて装置が進むことを選択的に防ぐための１つ以上のタブとを含む、マウントが提供される。

好ましくは、タブは開いた構成と閉じた構成との間で動くことができ、ここで上記装置は、開口部を通じて動くことをそれぞれ可能および不可能にされる。より好ましくは、タブはフレームと一体的に形成され、開いた構成と閉じた構成とになるように変形される。より好ましくは、この変形は可逆である。しかし他の実施例では、タブは１回だけ変形可能である。すなわち、タブは最初は開いた構成にあり、装置がフレーム内に一旦受けられると、閉じた構成へと１回だけ変形される。

この発明の第２７の局面に従うと、少なくとも１つの端子を有するエネルギ貯蔵装置用のハウジングであって、
装置を取囲むための、端子に対して接触区域にわたり固着される、第１のプラスチック層と、
プラスチック層の外部にあるバリア層と、
バリア層の外部にある第２のプラスチック層と、
層を通る、端子への接近を可能にするための開口部とを含み、端子は開口部を覆い、接触区域は開口部を取囲み、このハウジングはさらに、
第１のプラスチック層と端子との間にあり、少なくとも接触領域の上にわたって広がる、充填材料を含む、ハウジングが提供される。

この発明の第２８の局面に従うと、エネルギ貯蔵装置用の端子であって、
導電性接触表面と、
上記表面に当接しかつこれに封止的に係合するための第１のプラスチック層と、
プラスチック層の外部にあるバリア層と、
バリア層の外部にある第２のプラスチック層と、
層を通る、上記表面への電気的接近を可能にするための開口部とを含む、端子が提供される。

この発明の第２９の局面に従うと、少なくとも１つの端子を有するエネルギ貯蔵装置用のハウジングであって、
装置を取囲むための、端子に対して接触区域にわたり固着される、第１のプラスチック層と、
プラスチック層の外部にあるバリア層と、
バリア層の外部にある第２のプラスチック層と、
層を通じる、端子に対する接近を可能にするための開口部とを含み、端子は開口部に跨り、このハウジングはさらに、
第１のプラスチック層と端子との間にあり、少なくとも接触区域の上にわたって広がる、充填材料を含む、ハウジングが提供される。

この発明の第３０の局面に従うと、エネルギ貯蔵装置であって、
エネルギ貯蔵セルと、
セルを収容するためのハウジングとを含み、ハウジングは、封止して合わされる２つの当接する部分を有し、これら当接する部分はひとまとめで、実質的に均一な厚みを有し、このエネルギ貯蔵装置はさらに、
セルに接続され、セルへの外部電気的接続を可能にするための２つの端子を含む、エネルギ貯蔵装置が提供される。

好ましくはハウジングは、それぞれの端子に覆われる２つの開口部と、これら開口部を取囲みこれらに隣接する２つの封止部分とを含む。より好ましくは、端子は平面状であり、封止部分は重なって、これらと封止的に係合する。より好ましくは、この封止係合は熱によって行なわれる。

さらに好ましくは、ハウジングは、第１の周辺端縁および第２の周辺端縁を有するバリアシートを含み、このシートは、周辺端縁がそれぞれの当接部分を形成するようにそれ自体に対して折り畳まれる。

以下、単に例として、添付の図面を参照してこの発明の好ましい実施例を記載する。すべての図面は概略的なものであり、一定の比例に応じて描かれたものではない。

図１を参照して、スーパーキャパシタ１の形をとる表面実装エネルギ貯蔵装置が示される。スーパーキャパシタは、一般に矩形の折り畳んだ角柱ハウジング２と、ハウジング内に封止して収容され直列接続された２つのエネルギ貯蔵要素（図示せず）とを含む。一体的に形成された錫めっき金属フレーム３の形をとるマウントが、図に示す折り畳んだ構成でハウジング２を取囲むように延在し、これを係留式に保持する。細長いコンタクト４および５の形をとる２つの端子がエネルギ貯蔵要素から延びてハウジング２の外で終わり、エネルギ貯蔵要素への外部電気的接続をもたらす。

この実施例では、コンタクト４および５はＳ字型で形成され、プリント回路基板に対してはんだ付けまたは他で表面取付される平面状の端部４ａおよび５ａを有する。しかし実施例によっては、図１ａに示すように、コンタクトは下方へ、プリント回路基板において対応して位置付けられた開口を通じて延在する。その場合には、４ｂと番号を付した端部で例示されるような端部は、プリント回路基板の、スーパーキャパシタ１とは反対の側にはんだ付けされる。さらに別の実施例では、端部４ａおよび５ａは内方向へ、互いに対して向けられる。

フレーム３は、細長く平面状の、同じような平行する２つの側部材７および８を含み、これら部材は、互いに隔てられた２つの横断方向の部材９および１０によって相互に連結される。フレーム３はさらに互いに隔てられた４つの脚１１を含み、これらは部材７および８から外方向に延び、プリント回路基板に対して当接およびはんだ付けされる実質的に平面状のコンタクトを形成する。当業者であれば、他の取付の形態が等しく適用可能であると認識できるであろう。

実施例によっては、フレーム３はアルミニウムなど別の金属から、一体的に形成される。さらに別の実施例では、フレームはプラスチック材料から形成される。

図２で最もよく示されるように、フレーム３はさらに、互いに隔てられて対向する４つの保持タブ１３，１４，１５，１６を含み、これらはそれぞれフレーム部材７および８のうち一方から垂直に、他方の部材に向かって延びる。最初タブはそれぞれの部材と平行であるが、そこからこれらタブが延びて、部材７と部材８との間に延在する開口部を残す。折り畳んだハウジング２はこの開口部を通じて挿入され、部材９および１０に当接する。この後、それぞれの部材７および８と一体的に接続されているタブ１３〜１６は、図１、２および２ａに示す構成になるように変形される。この変形は手動で行なっても、またはより好ましくは自動化の手段で行なってもよい。実施例によってはタブの変形は同時に行なわれるが、実施例によっては順番に行なわれる。

次に図２ａを参照して、スーパーキャパシタの断面図を示す。具体的に、ハウジング２は２つのエネルギ貯蔵要素が中心に配置されるように折り畳まれる。したがってハウジング２は部材９および１０に隣接する領域で最も薄くなる。部材９および１０が延在するのはこれらの薄い領域においてである。同様に、タブ１３，１４，１５，１６がこれらの薄い領域内へ変形され、こうしてスーパーキャパシタの厚み全体に対するフレーム３の寄与は最小限にされる。すなわち、折り畳んだ構成でのハウジングの厚みが均一でないことをうまく利用している。

フレーム３は、単一の金属ブランクから打ち抜いて、これを所望の構成へと変形したものである。すなわちすべての部材、タブおよび脚は一体的に形成される。他の実施例では、フレーム３は他の金属から形成され、プラスチックなど他の材料もまた好適であることが企図されている。後者の場合には、のり付けまたはその他でプラスチックタブをフレームに接着することが必要である。これに代えて可動プラスチックタブもまた可能であるが、これには複雑さが伴う。

次に、スーパーキャパシタ１の構成および実装をより詳細に説明する。以下の説明から、この実施例はかなりの範囲にわたる実装の変形を提供しており、したがって多種多様な用途に対応することが明らかとなるであろう。また、スーパーキャパシタ１の構成および実装は自動化に理想的であることもまた明らかとなるであろう。

図３を参照して、図１のスーパーキャパシタの電極を製造するのに用いられる、長手方向に延びるアルミニウムシート１５の平面図を示す。シート１５は連続的なものであり、長手方向に延びる２つの端縁１６および１７を含み、これら端縁は３１．５ｍｍだけ横断方向に隔てられる。シート１５はさらに、中央部に用いられた連続的な炭素コーティング１８を含み、これは互いに１５．５ｍｍだけ隔てられた２つの横断方向の端縁１９および２０を有する。当業者であれば認識できるように、炭素コーティングは電極の高い表面領域を提供するのに用いられる。この実施例でのコーティングは以下のものを含む。

・大きな表面積および導電性を提供する炭素粒子、および
・炭素粒子を互いに、およびシートに結合させるバインダ。
その他多くのコーティング、またはコーティング内の成分の組合わせが可能である。加えて、最終用途が異なれば、異なったコーティング厚みおよび異なったシートサイズが用いられる。

シート１５は形成ステーション（図示せず）へ送られ、ここで図４に示すように端縁２０はトリミングされ、こうして端縁２０はシートの周辺を形成する。実施例によっては、端縁１７のトリミングはより少なく、端縁１７は端縁２０のすぐそばに隣接する。

さらに、図４に示すように、端縁１６はトリミングされないままであり、シート１５には端縁１６と端縁１９との間にある共通の導電性タブ２１が形成される。このタブは約８ｍｍの幅であり、その機能については後で詳細に説明する。

シート１５をトリミングする同じ形成ステーションはさらに、選択されたシート部分を除去して、互いに長手方向に等しく隔てられた複数の横断方向の溝２２を形成する。これら溝はそれぞれ、端縁２０と境を接する開いた端部２３と、端縁１９と端縁１６との間にある閉じた端部２４との間で線状に延びる。溝は少なくとも端縁１９と端縁２０との間に延在してコーティング１８を区分化し、こうして隣接する溝間で長手方向に延在する複数の同じようなサブ電極２５が得られる。当業者であれば、この明細書の開示から、この区分化の最終効果を達成するためにさまざまな溝構成が可能であることが認識できるであろう。たとえば、端縁１６，１９，２０に対して溝２２が垂直である必要はない。

さらなる実施例では端部２４が端縁１９と境を接し、さらに別の実施例では、端部２４は図４の実施例の場合よりも端縁１６に近い。さらに、先に述べた、トリミング工程の後に端縁１７が端縁２０を超えて突き出るいくつかの実施例では、端部２３は閉じている。

サブ電極２５は約１２ｍｍの長手方向の寸法を有する。さらに溝２２は約２ｍｍの幅である。実施例によってはサブ電極および溝は異なったサイズを有する。

図に示すように溝２２の横断方向の寸法は、シート１５の横断方向の寸法よりも小さい。すなわちタブ２１は途切れることがなく、隣接するサブ電極２５間の連結部を形成する。この構成には利点が多くあるが、それは他の製造工程に関する後の説明からより明らかとなるであろう。しかしここで特筆すべきは、これら他の工程で溝が優れた指標を提供することである。すなわち溝を規則的に長手方向で間隔付けることにより、後の工程を通じてシート１５の移動の速さおよび程度について好都合な基準が得られる。これによって今度は、これら工程をより細かく制御することが可能となり、大量生産および自動製造技術に対する好ましい実施例の適性がさらに高まる。

次に図５を参照して、いくつかのさらなる処理工程を概略的に示す。具体的に、２枚の同じようなシート１５が背中合わせの構成で配置され、矢印３１および３２の方向で形成ステーション３３内に連続的に送り込まれる。図に示すように、両方のシート１５上の炭素コーティングは外方向に向き、各溝は別のシートにある１本の溝と一致する。すなわち各溝は、別のシートにある対応する溝と直接重なる。

実施例によっては、シート１５のトリミングおよび溝２２の形成は、これらシートがステーション３３から出た後になってはじめて行なわれる。しかし上述のように、溝２２を可能な限り早い時機に形成することで、後の工程にわたりシート１５の動きについての基準を設けることが好ましい。

ステーション３３は２つの逆回転ローラ３４および３５を含み、これらは２枚のシート１５を進めて係合させ、こうして端縁１６を当接および整列させる。実施例によっては、シートの一方または両方の裏側は或る触圧接着剤を含み、一旦ステーション３３を通過した後にシート間でしっかりと係合することを容易にする。これはしかしこの実施例で必要ではないが、それは製造プロセスに内在する摩擦力および張力によってシート同士が十分に保持されるからである。

さらなる実施例では単一のシート１５を利用し、ここでシート１５は２つのコーティング１８を有し、これらのうち１つが対向する各面についてある。この場合には、先に述べた背中合わせの構成にある２枚のシート１５を含めなくてもよい。

シート１５がステーション３３から出た後、これらは矢印３６の方向でステーション３７に引込まれる。これと同時に、整列された有孔の２枚の隔離体シート３９および４０が、張力を受けながら、それぞれ矢印４１および４２の方向でステーション３７内に引込まれる。シート３９および４０はシート１５の外方向に向く側と係合させられ、露出したコーティング１８全体にわたって延在する。シート３９および４０は連続的であり、各々が上端縁４５および下端縁４６を有する。これら端縁は１７．５ｍｍだけ間隔をあけられる。

ステーション３７もまた２つの逆回転ローラ４３および４４を含み、これらはシートすべてを進めて係合させ、端縁４６を端縁２０の下方約１ｍｍに整列および当接させる。その場合、タブ２１と溝２２の端部２４とはシート３９および４０の端縁４５を超えて横断
方向に突き出る。これほど好ましくはない実施例では、シート３９および４０は横断方向でタブ２１全体にわたって延びる。

シート１５は電極送り込みロール（図示せず）からステーション３３内に送り込まれ、これらロールは第１の予め定められた張力またはその付近に維持される。加えて、シート３９および４０は隔離体送り込みロール（図示せず）からステーション３７に送り込まれ、これらロールは、上記第１の張力よりも大きい第２の予め定められた張力またはこの付近に維持される。その理由については後で説明を行なう。しかしながら、実施例によってはシートすべてに加えられる張力はほぼ同じである。

当接したシートはステーション３７から出た後、図６に示すように矢印５０の方向でさらに別のステーション５１へ進められる。ステーション５１は熱形成ステーションであり、溝２２と重なるまたは隣接する、選択され互いに隔てられた区域で、シートに熱を加える。これら区域を参照番号５２および５３で表わす。区域５２は溝２２の端部２４および端縁４５に隣接して配置される。しかし区域５３は端縁４６から内方向に延び、溝２２の端部２３と重なる。

区域５２および５３にステーション５１が加える熱は、シート３９および４０を加熱して熱成形するのに十分なものにする。これらシートが溝を通じて当接する場合、熱はこれらシート同士を溶接するのに十分なものにする。すなわち、下にある溝２２と区域５２および５３が重なるところでシート３９および４０は一体化して係合される。この係合は、溝の長手方向の寸法全体にわたって行なわれることが有利である。すなわちこれらシート同士は、サブ電極２５の端縁に至るまで当接する。しかしこの発明では、シート３９とシート４０とを、その当接して合わせられる区域全体にわたって係合させる必要はないことがわかった。

さらに、ステーション５１内の加熱動作、ならびにこの後の区域５２および５３の冷却は、形成機構がこれらシートすべてを張力下に維持する間に行なわれる。こうして、この機構の張力がなくなっても、シート３９とシート４０とは溝を通じて今や一体化して固定されているため、他の層に対し係留したままとなる。

区域５３における熱溶接の効果はまた、組合わせたシートに構造的な剛さを追加し、これによってこの後のプロセス工程中にこれらシートをより手荒に取扱ってもよくする。

シート３９および４０の引張り強さは比較的高く、さらに或る程度の張力性の弾性を呈する。これと、張力のかかった係合とによって、シート３９および４０は、容易に破れやすいアルミニウムシートに対して優先的にあらゆる張力性の負荷を受けることができる。図に示す構成におけるように、シート３９および４０はすべてのサブ電極間で途切れない連結をもたらし、こうして、組合わせたシートの全体的な構造的一体性に寄与する。

他の実施例では、区域５２および５３は異なって位置付けられる。特定のさらなる一実施例では、区域同士が結合され、熱成形された区域はシート３９および４０にわたって実質的に横断方向に延びる。

区域５２および５３は、シート３９および４０の熱成形が溝をわずかに超えたところで、および隣接するサブ電極２５に対して確実に行なわれるようなものにする。これにより、シート３９および４０間の熱係合は確実に正しく溝の周辺で起こる。すなわち、シート３９および４０は確実に張力がかかったままとなる。区域５２および５３の、溝と重ならない部分、すなわちサブ電極と重なる部分は、最小に留められる。

シート３９および４０は薄い有孔の膜であり、スーパーキャパシタの隣接する電極を形成するコーティングされたアルミニウムシートのための物理的および電気的隔離体として働く。さまざまな材料が隔離体として用いるのに好適である。

各サブ電極２５は、端縁１９により形成される固定した端縁と、自由な、または限られていない３つの端縁とを含む。シート３９および４０はこれら３つの自由な端縁に沿って互いに係合され、シートに張力を維持するだけでなく、この後の製造工程中にシート１５，３９，４０が相対的に横断方向で動くという危険性を最小限にする。実施例によっては、シート３９および４０は自由な端縁のうちただ２つ、好ましくは２つの対向する自由な端縁に対して係合される。

区域５２は実質的に矩形であり、それぞれの溝２２にわたって、隣接するサブ電極２２の両方に対して延在し、これによりシート１５，３９，４０間の維持を最適化し、さらにシート３９および４０に張力が確実に維持されるようにする。実施例によっては、区域５２は円形または別の形状である。さらなる実施例では、区域５２全体がそれぞれの溝２２内に収められ、隣接するサブ電極２２に対しては延在しない。

区域５３は反転したＴ字型の形をとり、区域５２と同様、それぞれの溝２２にわたって、隣接するサブ電極２２の両方に対して延在する。区域５３は、シート３９および４０間で行なわれる熱係合がそれぞれのサブ電極の隣接する自由な端縁まで延びてこれに当接するように配置される。すなわち、２つの隣接する自由な端縁に沿った当接は、２つの別個の区域に熱を加えなければならないのとは逆に、単一の区域に加えた熱によって行なわれる。

シートはステーション５１から出た後、矢印５５の方向で動き、図７で示すようにさらに別のステーション５６に至る。同時に、炭素コーティングされた２枚の連続的なアルミニウムシート５７および５８がステーション５６内に送り込まれ、他のシートと重なってこれを部分的に挟む。シート５７および５８の各々は上端縁５９および下端縁６０を含む。さらにこれらシートは炭素コーティング６１を含み、これは端縁５７から延在し、端縁６０から隔てられた端縁６２で終わる。端縁６０と端縁６２との間の空間によって連続的な周辺タブ６３が形成される。この実施例ではコーティング６１はコーティング１８と同じである。

ステーション５６は２つの逆回転ローラ６５および６６を含み、これらはシートに対して圧縮力を加えると同時に、これらシートを張力下に維持する。

シートを整列させて、ステーション５６から出た後に端縁５９が端縁４７に隣接するが、端縁４７の、端縁１６に対向する側に配置されるようにする。さらに、両方の端縁６０は端縁４６を超えて横断方向に延在し、好ましくは当接する。この構成で、コーティング１８はそれぞれのコーティング６１と対向する。これら対向するコーティングは直接重なり合うことが好ましい。しかしコーティング１８および６１間では、横断方向でいくらかのオフセットであれば、結果して得られるスーパーキャパシタの性能に悪影響を及ぼすことなく許容可能である。

以上の説明から、ステーション５６から出てきた連続的なシートは図８に示すような断面を有することが認識されるであろう。この図は一定の比例で描かれたものではなく、むしろシートの相対的な配置をより明確に示すための概略的なものである。特に関心の的となるのは、端縁４６および４７が、背中合わせのシート１５間に存在する重なりを超えて延びることである。これらシート１５は第１の対を形成し、対向するシート５７および５８は第２の対を形成する。シート３９および４０によって、第１のシート対が第２のシー
ト対から物理的および電気的に確実に隔離される。

層として組合わせられたシートはステーション５６から出た後、溝２２を通じて横断方向に延びるそれぞれの切断線に沿って横断方向に切断される。シート３９，４０，５７，５８はそのそれぞれの横断方向の寸法全体にわたって切断されるのに対し、両方のシート１５はタブ２１にわたってのみ切断される。重要なことには、これらタブはシート５７および５８のうちいずれに対しても、すぐ上または上方で重ならない。これによって、起こり得るいかなる理想的でない切断に対してもかなりの許容度が得られる。すなわち、切断プロセスが理想的でなく、結果としてシートがきれいに切断されず変形した場合でも、シート１５と、シート５７およびシート５８のうちいずれかとの間に、電気的短絡が生じるおそれが公知の方法と比べて大幅に減少する。

製造を自動化した場合には、使用する設備は或る範囲の公差内で動作し、かつ徐々に摩損することが避けられない。理想的でない挙動の可能性は時間とともに増加するが、その１つが、シート３９および４０のうち１枚以上に孔をあけてしまうことである。この実施例の構造は、行なわれた切断が、たとえ理想的でなくても、シート５７および５８とシート１５との重なりのない領域に確実にあるようにされている。その結果、切断の精度に対する敏感さがより小さく、こうして自動化およびより高い歩留りに向いている製造プロセスがもたらされる。

シートの切断により、図８に示すものと同じ断面を有し、かつ隣接する溝２２の中心間の距離と等しい長さである、複数の電極ユニットが得られる。これら複数の電極ユニットを背中合わせに積み重ねて、１つの電極ユニットのシート５７および５８の裏側が、別の電極ユニットのそれぞれのシート５８および５７の裏側と整列および当接するようにする。積み重ねにおけるユニット数は、スーパーキャパシタ１が提供するように設計されている容量に依存する。所望の容量が大きければ大きいほど、必要となるユニットは多くなる。

一旦積み重ねが形成されると、タブ２１すべてが当接されて超音波溶接され、さらにタブ６３すべても当接され超音波溶接される。積み重ねの一例が図１３で概略的に示されている。

これに代わる実施例では、ステーション５６から出てきた、層として組合せたシートは切断されず、隣接する溝２２間の距離である初期幅を有する平坦な積み重ねとして巻取られる。シートは一旦巻取られると図１２に示す形をとる。すなわち、巻取は或る横断方向の軸に沿って行なわれ、タブ２１および６３はロールの対向する横断方向の端部から突き出る。超音波溶接６６をロールに対して行なうことによって、これらシートは巻取られた構成で維持される。この実施例はコーティングされた４枚のアルミニウムシートの巻取に関するが、実施例によってはより多くのシート、および必要な隔離体シートが使用される。

代替的な手法は、螺旋状に層を巻取り、次に平坦にするものである。
さらなる実施例では、ステーション５６から出てきた、層として組合せたシートは切断されずにＺ字状に折り畳まれ、ここで折り畳みは溝を通じて延びる横断方向の折り畳み線に沿って行なわれる。換言すると、シートは蛇腹状に折り畳まれる。積み重ねを平坦化した構成に維持するためには、やはり超音波溶接またはその他の保持手段が利用される。

上述の実施例では、組合される別々の多くのアルミニウムシートの使用を記載している。しかし他の好ましい実施例では異なった組合せが用いられる。たとえば図９は図８と類似の断面図であって、対応する特徴点を対応する参照番号で表わしたものである。この実
施例では、２枚の背中合わせのシート１５を用いる代わりに、単一の折り畳んだシート１５を利用する。この折り畳んだシートは２つの別々の炭素ストリップを含み、それぞれが折り畳みの各側部にある。しかし実施例によっては、シートは単一の炭素ストリップを含み、これはシート全体を折り畳む際に中心で折り畳まれる。

別の例を図１０で示し、ここでシート１５は両側に炭素コーティングを含むので、必要となるのは単一の厚みのシート１５のみである。さらなる例を図１１で示し、ここでシート５７および５８は一体的に形成されて、共通の折り畳み線６５に沿って折り畳まれる。

さらなる例を図１１ａで示し、ここでは２つの折り畳んだ電極を利用している。
ここにおける教示から認識されるであろうように、その他の組合せもまた可能である。

しかしながら、これらすべての組合せにおいて、タブ２１はシート３９および４０の端縁４７から横断方向に延び、一方でタブ６３はタブ２１と反対の方向でシート３９および４０の端縁４６から横断方向に延びる。シート１５は組合せられてスーパーキャパシタの第１の容量性セルの第１の電極を形成し、シート５７および５８は組合せられてスーパーキャパシタの第１の容量性セルの第２の電極を形成する。したがって、別々のシート１５間に良好な電気的接触が確立され、かつシート５７とシート５８との間に良好な電気的接触が確立されることが重要である。逆に、シート１５と、シート５７および５８の両方との間には、高い電気的抵抗が確実に存在することが重要である。１番目に挙げた考慮点には、セルの対向する横断方向の端部で重なり合う同じようなタブを相互接続することによって対処する。２番目の考慮点には、シート１５と、シート５７および５８との間の、重なり合う区域すべてにわたり、さらにここを超えて、シート３９および４０を延在させることによって対処する。

製造プロセスにおける次の段階は、タブ２１および６３のトリミングである。具体的には、図１４を参照し、容量性セル７０を例示する。このセルのタブはその最初の長手方向の寸法の約２分の１までトリミングされている。実施例によっては、トリミングで取除くタブの量は異なる。たとえば図１４ａに示す実施例では、各タブの一端が鋭角でトリミングされる。これはスーパーキャパシタ全体の実装密度をより向上させるために行なわれる。すなわちこのようなスーパーキャパシタでは折り畳んだ構成となった或る数のセルを使用し、使用される折り畳みの性質に依存して、プロセスのこの段階で適切なトリミングを行なうことで得られる利益がある。この効果については後で論じる。

図１４ｂで示す別の例では、タブはセルの中心線について対称にトリミングされる。具体的には、両方のタブの一端は鋭角でトリミングされ、両方のタブの他端は鈍角でトリミングされる。

通常、タブは等しいようにトリミングされるが、実施例によってはそうでないこともある。加えて、この実施例ではタブは中心から一端へトリミングされる。しかし代替的な実施例では残りのタブは中道的であり、釣り合いを取っていない。

次にタブ２１および６３は、図１６に示す実質的に平面状の矩形の端子６７および６８にそれぞれ取付けられる。これら端子はアルミニウムからなり、それぞれのタブから横断方向に外側へ、互いから離れるように延びる。この実施例での取付は超音波溶接によるが、実施例によっては導電性接着剤、はんだ、またはその他類似の手段が利用される。

端子６７および６８のサイズは約１０×８×０．１５ｍｍである。実施例によっては、スーパーキャパシタが設計されている電流容量に依存して異なった厚みが用いられる。より一般的なスーパーキャパシタについては、端子の厚みは約１００μから約３００μの範
囲である。

図１５で最もよく示されるように、輪郭想像線で示すセル７０は可撓ラミネートシート７１上に置くように意図されている。このシートは折り畳み線７２について対称であり、シートを通じて延在する４つの隔てられた円形開口部７３，７４，７５，７６を含む。便宜上、線７２の上方および下方にあるシート７１の部分をそれぞれ部分７７および部分７８と呼ぶ。

ここにおける教示に基づけば、シート７１は図１５に示す形状である必要はないことが当業者に認識されるであろう。たとえば２枚の代替的なシート７１を図１５ａおよび図１５ｂでそれぞれ示す。

図１５の実施例では、開口部７３，７４，７５，７６の直径は４ｍｍである。実施例によってはこれに代わる直径が用いられる。さらなる実施例では、開口部は円形以外のこともある。たとえば或る実施例では、ほぼ正方形の開口部を利用し、開口部は丸みのある隅で結ばれた直線の４辺を含む。

以下の記載から明らかとなるであろうように、端子は、少なくとも開口部７３，７４，７５，７６の周辺部で、シート７１と封止的に係合することになる。したがって或る実施例では、端子６７および６８の両側が接着剤または封止剤でコーティングされ、所望の係合を容易にする。しかし他の実施例では、シート７１の性質から、これら追加の物質のいずれも必要とはされない。

シート７１は、シートを通じての流体の流入および流出に対して高い障壁特性を提供する内部アルミニウム層を含む。さらにこのシートは少なくとも１つの外部層を含み、この外部層は、それ自体および端子６７および６８と熱成形で封止係合することが可能である。好ましいシート７１の一例は、２０００年７月１０日出願のオーストラリア仮特許出願番号第ＰＱ８７００号で開示されており、その開示は引用によってここに援用される。しかしその他のラミネートシートもまた好適である。

セル７０をシート７１の上に置いて、これが部分７７だけの上にあるようにし、さらに端子６７および６８が完全に開口部７３および７５をそれぞれ覆うようにする。次に部分７８を、線７２に沿ってセル７０および部分７７へと折り返す。その結果の構成を図１７で示す。この図は、この後でシート７１内のセル７０を封止するために圧力および熱を加える、折り畳んだシート７１内の３つの区域８１，８２，８３を示すための斜線も含んでいる。

区域８１に加える熱はその強度および持続時間において、熱成形の結果、部分７７および７８がその当接する周辺部すべてに沿って互いに封止係合することを引起こすのに十分なものにする。端子６７および６８は、部分７７および７８の当接する周辺部の間から外へ延在しないため、区域８１内のこれら当接する周辺部は、組合せると実質的に均一な厚みのラミネートをもたらす。これによって熱および圧力を区域８１に加えることが容易となり、部分７７と部分７８との間の封止が向上する。すなわち、厚みが均一であることにより、区域８１にわたって熱負荷が不均一となる危険性が減少し、こうして加熱および封止のプロセスをより高い精度で制御できる。これにより今度は、この製造方法を自動化に適用する可能性がさらに高まる。

好ましくはセル７０は、シート７１上に置くのに先立って電解液で完全に濡らされる。しかし実施例によっては、熱封止は二工程の作業であり、電解質はこれら２つの工程の間で、シート７１の形成するハウジング内に堆積される。

当業者であれば、電解質はセル内の電極間のイオン伝導を可能にすること、およびさまざまな電解質が利用可能であることが認識できるであろう。

シート７１に加える熱はやはり、区域８２および８３における端子６７および６８とシート７１との間の封止係合を達成するのに十分なものにする。図には示さないが、シート７１の部分７７もまた、熱成形により端子６７および６８の隣接する表面と封止係合させられることが認識されるであろう。すなわち区域８２および８３は端子の後部で繰返される。

端子６７および６８の平面面積は開口部７３，７４，７５，７６の面積に対して大きいため、プロセス内でシート７１上のセル７０の不整合に対してかなりの許容度がある。

区域８２および８３はそれぞれ、均一の厚みの、実質的に平面状の部位をなす。したがって、均一の厚みの区域８１と同じく、同様の利点が加熱作業および封止作業に当てはまる。

この実施例では、図１８に示すようにシート７１はＰＥＴの外部層８５、中間アルミニウム層８６およびポリエチレンの内部層８７を含む。熱を区域８２および８３に加えると、層８７は他の層に対して優先的に軟化し、隣接する端子に固着する。強調しておくと、この図は他の図と同様、一定の比例で描かれてはおらず、好ましい実施例の特徴をより明確に示すために比率を誇張してある。

図１８を参照してシート７１の端子に対する熱封止を説明する。すなわち、２枚の対向する加熱した板（図示せず）が対向する区域８２と係合するように進められる。これら板は熱および圧縮力の両方を、板の間に挟まれた材料に加える。熱は層８５および８７を軟化させ、このうち後者は、そのより低い融点のため、より大きな影響を受ける。この軟化と圧縮力との組合せの結果、シート７１は区域８２で平坦化される。

熱源が区域すべてから外され、かつ結果として得られた構造体を冷却した後、シート７１は封止ハウジング８８をセル７０および電解質のために提供する。しかしながら、両方の端子６７および６８の平面状の両側が、開口部７３，７４，７５，７６のため接近可能となっていると注目することが重要である。

図１９に示すように、同じような２つのセル７０がそれぞれのハウジング８８内に収容され、積み重ねられて互いに対して取付けられる。すなわち、一方のセルの端子６７は他方のセルの端子６７に対して超音波溶接される。この溶接は、端子の両側に接近ができるため可能である。すなわち、溶接機の一方の接触部はセルのうち一方についての端子６７の外面と係合し、溶接機の他方の接触部は他方のセルの端子６７の外面と係合する。次に接触部を互いの方へ偏らせて端子６７の対向する面に当接させる。次に溶接機を作動させて、当接した端子同士を溶接する。

２つの自由な端子６８はそれぞれのアルミニウムコンタクト８９および９０の取付のための部位となる。両方のコンタクトがそれぞれの端子に超音波溶接される。この作業もまた、端子の両側に接近ができるため可能である。図１９に示すようにこれらコンタクトは、端子の外部表面上にあるように互いに対向して取付けられる。加えて、これらコンタクトを端子および互いから離れて延在させることにより、互いとの意図していない電気的接触の危険性を最小限にする。

一旦溶接が完了すると、図２０で最もよく示されるように、ハウジング８８同士が接続
されてパッケージ９２を形成する。このパッケージはまず、平行に間隔をおいた折り畳み線９３，９４，９５について折り畳まれ、その最初の２線を図１７にも示す。折り畳み線はすべてタブ２１または６３を通過するが、より厚い端子６７および６８は通過しない。しかし実施例によっては、折り畳みは端子６７および６８を通過することもある。

図２１に示すように、折り畳みは端子６７および６８がセルに対して折り返されるようにする。さらにこの実施例では、セルにわたって折り返される部分同士は互いに重ならず、全体としてのパッケージの厚みを最小限に留める。

他の実施例では、シート７１の区域８１はもっと大きく、これによりもっと大きな最小封止経路を機器のために提供する。これが必要となるのは、
１．性能仕様書、たとえば動作温度が高くなることなど、
２．シート７１の種類、および
３．電解質の種類
のいくつかの組合せのためである。このような実施例では、セルの上に折り返した部分がいくらか重なり合う。しかし端子６７および６８は重なり合わない。

パッケージ９２はさらに折り畳み線９６に沿って折り畳まれる。折り畳んだ部分はセルと重なり合い、セルの折り畳んだ他の部分と同じ側へと折り畳まれる。この実施例では、折り畳んだ部分すべてが互いに重ならないが、実施例によっては重なることもある。

線９６に沿っての折り畳みによっていくらかの重なり合いが生じたとしても、これは重要ではないことが認識できるであろうが、それはこの部分がシート７１の２層のみで比較的薄いからである。折り畳んだ構成要素で最も厚いものは端子６７および６８であり、このため実装密度の観点から、スーパーキャパシタの全体厚みについては、これら端子の方が重要な決定要因である。

次に図２１を参照して、パッケージ９２をさらに折り畳んだものが示される。例示のように、折り畳んだ部分すべては内方向へ、セルにわたって折り畳まれ、こうして平滑で連続的な外面９８をもたらす。すなわち、折り畳んだ部分すべては別個のハウジング８８間に収容されて係留され、露出されない。こうして、折り畳んだ部分が元の折り畳まれていない構成へ戻る危険性は最小限にされる。さらにこれにより、実質的になめらかで平面状の外部表面が得られ、自動製造プロセスの際、ハウジングが他の物と意図せずに引っかかったり、または絡まったりする危険性が最小限になる。

この折り畳んだ構成では、コンタクト８９および９０はパッケージ９２から外方向へ延びる。この後これらを変形して、そのそれぞれの長さに沿って、互いの方へ戻って延びるようにする。次にさらなる変形を加えて、図１に最もよく示されるように折り畳まれたハウジング８８間からコンタクトが外方向へ延びるようにする。

当業者であれば、図２１から、２つの端子６８が、折り畳んだパッケージ内で極めて近接する露出面を有することが認識できるであろう。実施例によっては、これら露出した面を電気的に絶縁する材料でコーティングし、端子間におけるあらゆる意図していない接触を防ぐ。このような材料の一例はエポキシ樹脂である。

パッケージ９２に対して実行される熱溶接はすべて平面状の表面に対してである。すなわち区域８１，８２，８３はその全体にわたり実質的に平面状である。したがって熱封止は、先行技術の製品で問題となっていたように外形のばらつきによって損なわれることがない。さらに封止面積が大きいため、製造上の公差に対する敏感さがより小さくなる。

以上に記載し図面で例示した実施例では、同じような２つのセル８８が直列に接続される。別の実施例では、スーパーキャパシタ１は直列の３つ以上のセルを含む。さらなる実施例では、セル８８は並列に接続される。さらに、或る実施例は直列と並列とを組合せた混成を含む。

パッケージ９２は折り畳んだ構成でフレーム３内に受けられ、この構成で係留式に保持される。この実施例では、フレーム３のタブ１３，１４，１５，１６は開いた構成と閉じた構成（図１に示す）との間で動くことができ、ここでパッケージは開口部を通って動くことをそれぞれ可能および不可能にされる。タブはフレームと一体的に形成され、開いた構成および閉じた構成に変形される。フレーム３は錫めっきした金属から形成され、タブ１３，１４，１５，１６の変形は可逆である。しかし実施例によっては、タブが変形できるのは１回だけである。すなわちタブは最初は開いた構成にあり、パッケージ９２がフレーム内に受けられると、閉じた構成へと１回だけ変形される。

タブ１３，１４，１５，１６は折り畳んだセルのより薄い部分と係合するように変形されるため、これがスーパーキャパシタのサイズ全体に不必要に寄与することはない。

フレーム３は圧縮力をハウジング２にかけてこれを折り畳んだ構成に保持するだけでなく、コンタクト４および５から機械的負荷を除去する。

次に、図２２から図２５に示すこの発明の実施例を参照し、ここでは対応する特徴点を対応する参照番号で表わす。明瞭にするためすべての参照番号は再度記載しない。

図２３で最もよく示されるように、開口部７３，７４，７５，７６は折り畳み線７２について対称に配置されているが、他の実施例の丸い開口部とは異なりほぼ方形である。さらにタブ６７および６８は開口部にわたって延びるが、先の実施例における対応するタブとは異なり、これら開口部を完全には覆わない。

この構成によって、図２４で示すように、加熱作業および封止作業を、途切れない大きな区域８１にわたって行なうことが可能となる。すなわち、図１７の実施例における３つの別個の区域８１，８２，８３ではなく、単一の区域に対してのみ熱および圧力をかける。

加えて、熱および封止が一旦行なわれると、図２４のハウジング８８は、図に破線で示すトリミング線９９に沿って切断される。２個のハウジング８８を図２５で示す。

途切れのない領域にわたる最初の加熱および封止、ならびにこの後のトリミングによって、以下の利点が得られる。

１．シート７１の面積がより大きいため、加熱作業および封止作業中における取扱いおよび操作がより容易となる。

２．切断によって、シート７１をより多く取除くことが可能となり、こうして結果として得られる装置の実装密度を増大させることができる。

３．トリミング線９９は、シート７１が端子６７および６８と重なる領域のいずれを通過することもない。これに寄与する１つの要因は、端子がそれぞれの開口部を覆わないことである。こうして、切断動作中にこれら端子がアルミニウム層８６と短絡する危険性を最小限にする、あるいはほぼ回避する。

４．切断は封止後に行なわれるので、シート７１上のセル７０の最初の位置付けと、端子６７および６８の長さと、端子６７および６８の、それぞれのタブ２１および６３に対する取付後の位置付けとが、製造に影響を及ぼしにくくなる。

図２５に示すように、トリミング線９９での切断が一旦行なわれると、端子６７および６８は露出するため、場合に応じて別の端子に取付ける、またはコンタクト８９および９０に取付けるために容易に接近可能である。図２５の２つのセル８８は、図１９から図２１に示す実施例と同様に取付けられ折り畳まれる。次にこの折り畳んだ構造をフレーム内に入れ、この折り畳んだ構成を維持して結果のスーパーキャパシタの実装を容易にする。

上述の好ましい実施例のスーパーキャパシタの製造プロセスは、大量生産および製造の反復に極めて適したものである。これはプロセスが以下の特徴を有していることによる。

１．シート材料の連続的な送り込みが使用可能である。
２．プロセスは丈夫であり、それは溝によって
ａ） 切断動作による電極間の望ましくない短絡が防止され、さらに
ｂ） 連続的な材料の指標付けが可能となるからである。このことによって今度はこれら材料を正確に進めることが可能となるが、それはローラおよびその他張力を加える装置が自動較正可能だからである。

３．最終製品のパラメータについて大きな変更が可能となる。すなわち、よりコーティングが多いまたは少ないアルミニウム層、または異なった厚みもしくは組成の層を使用するのに際してほとんど複雑さが伴わない。

４．すべての熱溶接は平面状の表面に対して行なわれるため、先行技術の熱溶接で問題となっていたばらつきおよび窪みがなくなる。

５．すべての熱溶接の面積が大きいため、漏れまたは後の汚染の危険性が最小限になる。

６．平面状の端子を比較的大きくする、およびハウジングの開口を小さくすることができる。このため、熱封止を損なわずに端子の電気的抵抗が低くなる。端子の厚みの選択についての主な要因は封止の効果ではなく、パッケージの所望の全体厚みである。

７．好ましいハウジング材料を用いて熱封止温度について広い許容度が得られる。
８．電極タブが確実に外方向へ、および互いから離れて延びるため、タブ間の接触の危険性が大幅に減少する。

このように好ましい実施例は格段に丈夫であるため、製造に関して極めて費用効果の高いスーパーキャパシタが得られるが、これはこの丈夫さによって、自動製造技術を、公知のプロセスを超えた程度にまで使用できるからである。さらにこの丈夫さによって、製造および使用の両方についてより用途のより広い、柔軟な実装を用いることができる。さらに封止経路を長くすることができるため、先行技術の装置が被っていた漏れの問題が改良される。

特定の例を参照してこの発明を説明したが、当業者であればこの発明をその他多くの形態で実施できることが認識されるであろう。

この発明に従うスーパーキャパシタを示す上面斜視図である。 図１のスーパーキャパシタについての代替的なコンタクトを示す拡大正面図である。 図１のスーパーキャパシタを示す底面図である。 図２のスーパーキャパシタであって、線２ａ−２ａで切って見たものを示す断面図である。 図１のスーパーキャパシタの電極の製造に用いられる、炭素コーティングされたアルミニウムシートを示す平面図である。 複数の溝を伴う、図３のシートを示す平面図である。 この発明に従う製造プロセスにおけるいくつかの工程を示す斜視図である。 図５の工程に続くいくつかの追加的な工程を示す平面図である。 図６の工程に続くいくつかのプロセス工程を示す斜視図である。 図７の線８−８で切って見た断面図である。 この発明の代替実施例を示す、図８と類似の断面図である。 この発明のさらなる実施例を示す、図８と類似の断面図である。 この発明のさらなる代替的な実施例を示す、図８と類似の断面図である。 この発明のさらなる代替的な実施例を示す、図８と類似の断面図である。 シートを組合せて巻取ったものを示す斜視図である。 シートを組合せ、切断して積み重ねたものを示す斜視図である。 タブがトリミングされた容量性セルを示す平面図である。 タブがトリミングされた代替的な容量性セルを示す平面図である。 タブがトリミングされた、さらなる代替的な容量性セルを示す平面図である。 ハウジングへと形成されることになるシート上にある、図１４の容量性セルを示す平面図である。 図１５のハウジングを示す底面図である。 代替的なシートを示す、図１５と類似の図である。 容量性セルおよび端子を示す平面図である。 折り畳んだ筐体に入った、図１４のセルを示す平面図である。 図１７の線１８−１８で切って見た断面図である。 ２つのセルを接続用に配置したもの示す斜視図である。 図１９のセルの部分的に折り畳んだ構成を示す斜視図である。 図２０のセルをさらに折り畳んだものを示す斜視図である。 この発明の代替実施例に従う、図１５と類似の図である。 図２２の実施例についての、図１５ａと類似の図である。 図２２の実施例についての、図１７と類似の図である。 図２２の実施例についての、図１９と類似の図である。

Claims (1)

1. スーパーキャパシタであって、
   第１の電極と、
   第１の電極に対して係留式に保持された隔離体シートと、
   隔離体シートに対して当接する第２の電極とを含み、これら電極は隔てられた構成に維持され、前記スーパーキャパシタはさらに、
   電極、隔離体シートおよび電解質を収容して、電極間のイオン伝導を可能にするためのハウジングと、
   それぞれの電極に接続され、前記電極への外部電気的接続を可能にするための２つの端子とを含み、
   前記隔離体シートは２つの対向する面を含み、前記２つの対向する面は前記第１の電極を挟み、前記２つの対向する面同士は４つの角でのみ接合され、
   前記第２の電極は２枚のシートを有し、前記２枚のシートは前記第１の電極および前記隔離体シートを部分的に挟んでおり、かつ連続的な周辺端縁に沿って互いに溶接されている、スーパーキャパシタ。

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