JP2012060051A - 蓄電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明では低抵抗化および気密性に優れた蓄電装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明における蓄電装置は、シート状の正極2および負極3の間にセパレータを介在させて積層され、正極2と負極3のそれぞれ対向する2箇所に形成された電極を引き出すリード部2c、3cをそれぞれ備えた素子1と、電解質と共にこの素子1を収容する外装体7とを少なくとも備え、一対のリード部2cに夫々接合された一対の接続部5aを有した第1フレーム5と、一対のリード部3cに夫々接合された一対の接続部6aを有した第2フレーム6とを設け、上記リード部2c、3cは上記外装体7から表出するように第1フレーム5および第2フレーム6と接続されている。これにより、接続機能と封止機能をそれぞれ別の部材が果たすため、蓄電装置として低抵抗化および気密性を高めることができる。
【選択図】図1
【解決手段】本発明における蓄電装置は、シート状の正極2および負極3の間にセパレータを介在させて積層され、正極2と負極3のそれぞれ対向する2箇所に形成された電極を引き出すリード部2c、3cをそれぞれ備えた素子1と、電解質と共にこの素子1を収容する外装体7とを少なくとも備え、一対のリード部2cに夫々接合された一対の接続部5aを有した第1フレーム5と、一対のリード部3cに夫々接合された一対の接続部6aを有した第2フレーム6とを設け、上記リード部2c、3cは上記外装体7から表出するように第1フレーム5および第2フレーム6と接続されている。これにより、接続機能と封止機能をそれぞれ別の部材が果たすため、蓄電装置として低抵抗化および気密性を高めることができる。
【選択図】図1
Description
本発明は各種電子機器、ハイブリッド自動車や燃料電池車のバックアップ電源用や回生用、あるいは電力貯蔵用等に使用される蓄電装置に関するものである。
従来から、機器の動作時には、使用されるエネルギーの一部が熱エネルギー等としてその機器から不必要に消費されるエネルギーとなっている。この消費されるエネルギーを、電気エネルギーとして一旦、蓄電素子に貯蔵して必要な際に再利用することにより、消費されるエネルギーを低減し、効率化することが考えられている。
この際に、機器の動作に必要なエネルギーを必要な出力で取り出すことが出来る蓄電素子が必須となる。その蓄電素子の候補には、大別してキャパシタと二次電池の2種類がある。
図9は従来のキャパシタの一例として示した電気二重層キャパシタの各電極の取出し方法を示した正面断面図である。
図9のように、素子200は対向した帯状の正極および負極と、正極と負極との間に介在するセパレータからなる。
この正極と負極は夫々、一端辺に電極部が形成されていない引き出し電極部201、202が形成されており、この引き出し電極部201、202が互いに突出するようにずれて対向している。そして、この引き出し電極部201、202が夫々、巻回軸方向両端部を形成するように前記正極、負極、ならびにセパレータを巻回して形成されている。
この正極の引き出し電極部201は、金属製の端子板203と溶接などにより接合され、この端子板203から外部回路へと正極が引き出されていく。
また、負極の引き出し電極部202は、有底筒状の金属ケース204の内底面と外底面などからの溶接により接合され、金属ケース204の外表面から負極が外部回路へと引き出されていく。
そして、この端子板203の表面と金属ケース204の内面とが接触しないように、この間に絶縁テープ(図示なし)などを介在させている。
このように夫々の電極を取り出すことによって、端子板203や金属ケース204のような引き出し端子の役割をする部材と素子200との接触面積を増やすことができるため、キャパシタ内部における低抵抗化を図ることができる。
なお、この出願に関する先行技術文献情報として、例えば特許文献1が知られている。
上記電気二重層キャパシタのように従来の蓄電装置は各電極の集電体の一端辺に形成された引き出し電極部201、202からそれぞれの電極を引き出すとともに、この引き出し電極部201、202を端子板の底面または外装ケースの内底面へ直接接合させることにより、素子と端子板および外装ケースとの接触面積を増やし低抵抗化を図ってきた。
しかしながら、瞬時により多くのエネルギーを要する電子機器に搭載される蓄電装置については、上記電気二重層キャパシタの構成による低抵抗化に留まらず、更なる低抵抗化による出力密度の向上が求められている。
また、接触面積増大による低抵抗化を図る際、様々な方向の面から電極を、可能な限り短い距離で引き出す必要が出てくるため、素子と接続部材との接続が複雑となるとともに、蓄電装置として複雑な接続を維持した上で、封止によって素子近傍の気密性を確保することは、難しい。
そこで、本発明は低抵抗化による出力特性および素子近傍の気密性に優れた蓄電装置を提供することを目的とする。
上記課題に対して本発明における蓄電装置は、シート状の一対の電極の間にセパレータを介在させて積層され、外周面の対向する2箇所に形成されて一方の電極から電極を引き出す第1電極引出部と、この第1電極引出部を除いた外周面の対向する2箇所に形成されて他方の電極から電極を引き出す第2電極引出部を備えた素子と、この素子の内部に含まれた電解質と、前記電解質と共に前記素子を覆う外装体を少なくとも備え、前記外装体から、前記一対の第1、2電極引出部の少なくとも一部が表出すると共に、表出した前記一対の第1電極引出部に夫々接合された一対の接続部を有した第1のフレームと、表出した前記一対の第2電極引出部に夫々接合された一対の接続部を有した第2のフレームとが設けられたことを特徴としている。
この構成により本発明の蓄電装置は、帯状である電極体の一端辺から電流を取り出す従来の方法と比べて、電極の集電抵抗を半減させることができる。
さらに、立方体である同じ空間に素子を可能な限り納める場合では、約2.55倍の接続面積を設けることができる。従って、各フレームと素子との間の接続抵抗を大幅に低減させることができ、より低抵抗な製品特性の発現が可能となり蓄電装置として出力特性を高めることができるものである。
さらに、第1、2のフレームとは別に、外装体を用いて素子を覆い、素子近傍における気密性を確保しているため、気密性と低抵抗化を両立させた蓄電装置を実現することができる。
以下に図面を用いて本発明の実施例1および請求項1、3、5、6、8〜10に記載の発明について説明を行うが、下記の内容に限定されない。
また、以下の本発明における蓄電装置の説明において、蓄電装置の一例として電気二重層キャパシタを用いて説明を行うが、本発明における蓄電装置は上記電気二重層キャパシタに限定されない。
図1は本発明の実施例1における電気二重層キャパシタの分解斜視図である。
図1において、本実施例の電気二重層キャパシタは矩形箔状である正極2および負極3を一対の電極として対向させ、この一対の電極の間にセパレータ4(図示なし)を介在させて積層した複数個の素子1と、これら素子1にそれぞれ含浸される電解液(図示なし)と、これら素子1をそれぞれ覆うと共に封止した外装体7と、正極2および負極3の一方ずつと接続する略コの字状の第2フレーム6および第1フレーム5、そして第1フレーム5と第2フレーム6の間に介在すると共に互いに絶縁する絶縁フレーム8とから構成されている。
図2(a)は本実施例の電気二重層キャパシタに用いられる素子1を示した分解斜視図であり、図2(b)は同素子1を外装体7に収容した構成を示した上面図である。
図2(a)において、正極2および負極3は、例えばアルミニウム箔から成る矩形状の集電体2a、3aの表裏面上に活性炭を主成分とする電極層2b、3bを形成したものである。この電極層2b、3bを集電体2a、3aへ夫々形成する際、矩形状である集電体2a、3aの長手方向の両端辺上には、上記電極層2b、3bを形成しない集電体表出部であるリード部2c、3cを設けるように形成する。このリード部2c、3cが第1フレーム5、第2フレーム6と接続する正極引出部および負極引出部の機能を果たす。
なお、集電体2a、3aは上記のアルミニウム箔の他に、タンタル、チタンなどの金属、あるいはアルミニウム、タンタル、チタンなどの元素を含んだ合金であってもよい。
また、電極層2b、3bは主成分とする活性炭の他にカーボンブラックなどから成る導電性付与剤やCMCのアンモニウム塩およびポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などのバインダーが含まれている。しかし、本発明の電気二重層キャパシタに用いられる電極層は上記構成に限定されない。
これら正極2および負極3を、矩形状である正極2および負極3それぞれの長手方向が直交するように対向させ、その間にセパレータ4を介在させて複数の正極2および負極3、セパレータ4を積層し、素子1を構成する。その際、正極2および負極3はそれぞれの長手方向が直交関係となるように配置されているため、リード部2c、3cは互いに直交関係となるように表出している。
つまり、積層された素子1の積層距離を素子1の高さとすると、本実施例の電気二重層キャパシタに用いられる素子1は略十字状の積層体を形成し、四方の突出した端部はそれぞれリード部2c、3cの集合体により構成される。
この素子1を構成するために、上記矩形状などの集電体2a、3aが方形状のものを用いた正極2および負極3を用いる場合、それぞれの電極に形成される電極層2b、3bの形状は互いに合同な正方形状とすることが好ましく、かつ、正極2の電極層2bが負極3の電極層3bとズレが少なく対向していることが望ましい。さらには、本実施例において、各電極を積層する際のズレを考慮すると、電極層3bが電極層2bの面積より大となる構成が好ましい。これは、充電において電極層2bの近傍に電解質アニオンが寄るが電極層3bが対向していない場合は特に、電極層2bの近傍が酸性となり、これにより電極層2bのバインダ材料や、セパレータ4の電極層2bと対向した箇所が劣化してしまう可能性があるためである。
なお、素子1を構成するセパレータ4は、例えばセルロースなどの紙製のものなど正極2および負極3を絶縁するものであれば特に限定されない。
そして、図2(b)のように、積層された上記素子1は外装体7に収容される。なお、本実施例における電気二重層キャパシタは、これら外装体7に収容された素子1を複数個積層させて構成されている。
図1において、第1フレーム5は例えば略コの字状のアルミニウム板から構成され、対向する一対の接続部5aとこの一対の接続部5aを中継する底面部5bから構成されている。この第1フレーム5に対して上記十字状の素子1は底面部5bの内面上に配設され、第1フレーム5の一対の接続部5aの内面が、素子1が有する一対の負極のリード部3cの集合体と当接すると共に、接続部5aおよびリード部3cの集合体が接合されている。つまり、リード部3cが上記第1電極引出部に該当する。
第2フレーム6は第1フレーム5と同様に例えばコの字状のアルミニウム板から構成され、対向する平板状の一対の接続部6aとこの一対の接続部6aを中継する上面部6bから構成されている。上記素子1に対してこの第2フレーム6は素子1の上に上面部6bが位置するように設けられ、第2フレーム6の一対の接続部6aの内面が、素子1が有する正極のリード部2cの集合体と当接すると共に、接続部6aおよびリード部2cが接合される。つまり、リード部2cが上記第2電極引出部に該当する。
本実施例において、この第1フレーム5および第2フレーム6は素子1と接続され、それぞれ底面部5b、上面部6bの外側表面にそれぞれ形成された突起状の端子部5c、6cから外部へ電極を引き出している。
なお、第1フレーム5および第2フレーム6は他にニッケルや鉄、銅などによって構成されていても良い。
そして、第1フレーム5および第2フレーム6の接合および絶縁については、絶縁フレーム8が介在する。この絶縁フレーム8を構成する材料として、変性ポリプロピレンなどが挙げられる。この絶縁フレーム8へ熱を加えて融着させるなどが考えられるが、当接する第1フレーム5および第2フレーム6間の絶縁、封止および固定を行える手段であれば特に限定されない。具体的な材料として、例えば、レーザー光の透過性に優れたポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエーテルイミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレン、シクロオレフィンポリマ、フッ化エチレンポリピレン、アクリノニトリルブタジエンスチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ナイロン、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレートなどで絶縁フレーム8を構成することが考えられる。
この絶縁フレーム8と第1フレーム5または第2フレーム6とが当接する箇所に絶縁フレーム側からレーザー光を照射し、第1フレーム5または第2フレーム6表面での発熱を利用し、絶縁フレーム8を部分的に溶融および再凝固させて、絶縁フレーム8を第1フレーム5または第2フレーム6に固定することができる。
なお、この絶縁フレーム8には上記接続部5a、6aと当接する箇所の少なくとも一部にスライド溝(図示なし)を設けることにより、蓄電装置として収容効率が向上すると共に、組立て時に、第1フレーム5、絶縁フレーム8、第2フレーム6の固定が容易になり、生産性向上を図ることができる。
図3(a)は、本発明の実施例1における電気二重層キャパシタを示した斜視図であり、図3(b)は、同電気二重層キャパシタにおいて、第1フレーム5に引出端子部5eを設けた構成を示した斜視図である。
図3(a)のように、複数の素子1は第1フレーム5、絶縁フレーム8、第2フレーム6により電気的に接続されながら収容され、接続部5a、6aの外側表面から溶接痕5d、6dが形成されるように溶接接合されている。この溶接痕5d、6dは、素子1の積層方向に伸びるように形成することが好ましい。これは、少ない溶接回数で、外装体7から表出している素子1のリード部2c、3cとの接合箇所をより多く設けることができるためである。これにより、蓄電装置として、生産性向上、信頼性向上、内部抵抗抑制の効果を図ることができる。
図3(a)では、第1フレーム5および第2フレーム6を用いて本実施例における電気二重層キャパシタの両端からそれぞれ電極を引き出す構成を示した。これに対し図3(b)では、第1フレーム5の接続部5aの上方端部に引出端子部5eを設けることにより、蓄電装置として一方で両極の接続が可能となり、蓄電ユニットを形成する際に、小型化を図ることができる。そして、本実施例では素子1内部で電解液が分解されるなどによって生じるガスを抜くために、第2フレーム6の外側面上に貫通孔を形成し、この貫通孔に自己復帰型の調圧弁(図示なし)を設けた構成であってもよい。あるいは、本実施例においては、複数の素子1に設けられた外装体7にそれぞれ上記調圧弁を設けた構成であってもよい。そして、この調圧弁を設ける際、外装体7の内面において、素子1と非対向である箇所に設ける構成が好ましい。これは、上記収容室において上記注入孔の近傍の空間を意図的に空けることにより、電解液の注入をよりスムーズに行うことができるためである。この構成により、より早く素子1内部の奥深くまで電解液を含浸させることができ生産性向上させることができる。
また、セパレータ4の電解液の含浸性が高まることにより、蓄電装置として電導度向上などの効果も得ることができる。
このように、正極2および負極3から引き出される電極を夫々の集電体2a、3aにおいて対向する端辺部分にあたるリード部2c、3cから引き出すとともに、短絡しないようにリード部2c、3cの表出方向を直交させて素子1を形成し、それぞれのリード部2c、3cと接続する接続部5a、6aを備えた第1フレーム5および第2フレーム6によって、各電極を引き出すことによって、限られた容積の中で素子1と外部端子の役割を担う第1フレーム5および第2フレーム6の接触面積を増加させることができ、蓄電装置として素子1と第1フレーム5および第2フレーム6との間における低抵抗化を図ることができる。これは、仮に、一辺の長さをrとした立方体形状を有した同じ容積の空間に内接するように素子を収容した場合、上記一端辺から電流を取り出す従来の巻回状の素子(概算接続面積:π×r2/4)と比べて、本発明の素子1(概算接続面積:r2×2)は、一方の電極において約2.55倍の接続面積を得ることができるためである。
さらに、上記従来の素子と比べて、本発明の素子1は各電極の集電抵抗を半減させることができる。その理由を以下に詳しく述べる。
図4は本発明の蓄電装置に用いられる素子1を分解して一方の電極における接合箇所および電極内の集電方向を示した分解図である。
図10(a)は従来の蓄電装置に用いられる素子200を表した斜視図であり、(b)は同素子を分解して一方の電極における接合箇所および電極内の集電方向を示した分解図である。
図10(a)において、従来の素子200は、巻回軸方向両端から電流を取り出していくため、この両端部に位置する上記引き出し電極部201、202において、上記電極引き出し部材(図示なし)と接合される。その際、図10(a)に示される矢印方向へ伸びるようにレーザー溶接などによって接合される。そして、図10(b)のように、溶接により形成された接合箇所210が形成される。この接合箇所210は、素子200が巻回状であるため、巻回軸(図示なし)により近い部分は各接合箇所210の間隔が小さい。しかし、巻回軸から遠い部分は、同時に、集電体端部により構成される略円環の径が大きくなるため、接合箇所210の間隔が広くなってしまう。この際、図10(b)に示される矢印のように、電極内を流れる電流は、接合箇所210へ到達するために移動する経路が、少なくとも集電体箔の幅の距離Wの分だけ要し、加えて、接合箇所210の間隔が広い部分はその間隔の距離Dだけ移動することを要する。また、特に巻回状の素子200の最外周近傍に該当する部分は、いくら巻回軸を中心にして放射線状に接合箇所を増やしても、素子200最外周近傍に位置する接合箇所210の間隔を狭めることは難しい。
上記構成に比べ、図4のように、本発明に用いられる正極2あるいは負極3は、リード部2c、3cの一対の端部に接合箇所13を有する構成となる。これにより、例えば、図10(b)の電極の集電体箔の幅と同じ大きさに形成したとしても、本実施例において、各電極の両端に形成された接合箇所13へ移動しようと電極内部を流れる電流の集電経路は、矢印のように約半分になる。また、上記巻回状の素子200と異なり、本実施例における素子1は積層される各電極において、接合箇所どうしの間隔が広がることは少ないため、間隔方向に集電経路が増加することを抑えることができると共に、接合箇所13増加によって各接合箇所の間隔を狭めることが容易である。このように本発明の蓄電装置は、素子1内部における集電抵抗を大幅に低減させることができる。
上記のことから、蓄電装置として、出力特性を高めることができる。
加えて、低抵抗化が図れることにより、素子1と第1フレーム5および第2フレーム6との接合箇所における発熱が抑制され、セパレータの炭化や電解液の分解などの性能劣化を抑制させることができる。
そして、さらに、外装体7を用いて素子1を封止することにより、蓄電装置として、素子1の電解液などの電解質の漏出あるいは外部からの水分の浸入を抑制する効果が得られる。
これは、本実施例のように、一つの電極に対し、2箇所から電極を取り出す構成をとることにより、素子1として外部へ表出させなければならない面積が増えると共に、表出する位置も複雑になる。そして、素子1に接続させるフレームも複雑な形状となり、両フレームを使って短絡防止を意識しながら素子1を封止させることは、困難であった。
そこで、本実施例では第1フレーム5および第2フレーム6と異なる部材である上記外装体7に素子1を封止する役割を担わせることにより、フレームによって封止する際の素子1の短絡などを考慮せずに封止を行えるため、生産性および信頼性を高めることができる。
また、本実施例における第1フレーム5と第2フレーム6は少なくとも接続機能だけ果たせばよいため、構成を簡素化させることができる。例えば、図示されていないが、第1フレーム5と第2フレーム6の間に一定の隙間を設けるだけで、両部材の絶縁を行っても、一定の気密性を維持できることとなる。
このように、封止機能をもった部材と接続機能をもった部材を個別に用いることにより、蓄電装置として生産性および信頼性向上、そして低抵抗化を図っている。
なお、この外装体7として用いられるラミネートの材料は、例えば、アルミニウムなどの金属箔の表面をアセトンなどの有機溶剤から成る脱脂剤が覆い、さらにその上を、ポリプロピレンなどの樹脂フィルムで覆ったシート材を袋状に形成したものなどが挙げられる。また、本実施例の外装体7は上記に限定されず、樹脂によって形成された筐体であってもよい。この樹脂の材料には、ポリエチレンテレフタレートや、ポリプロピレン、ポリオレフィンなどに加え、これら材料から成る熱収縮シートなどが挙げられる。
なお、本実施例に用いる電解質として、電解質および溶媒から成る電解液を用いている。この電解液には、溶媒として、プロピレンカーボネート(PC)やエチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)などのうち少なくとも一つを用いた溶媒に、電解質として例えばテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート(TEABF4)や、トリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレート(TEMABF4)、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート(EMIBF4)、1−エチル−2、3−ジメチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート(EDMIBF4)、1、2、3−トリメチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート(TMIBF4)及び1、3−ジメチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート(DMIBF4)などのうち少なくとも一つを用いることができるが、特に溶媒、電解質を限定するものではない。
上記のように電解液として用いることに限らず、溶媒中にバインダを含ませ、ゲル状のものを用いた構成や、固体状の電解質を用いた構成であってもよい。
また、集電体2a、3aに用いられる材料は、上記のようにアルミニウムに限定されず、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、珪素、鉄、銀、鉛、ニッケル、銅、白金、金や、これらの合金を用いてもよい。また、この集電体2a、3aは無処理のプレーン箔でもよいし、電極層2b、3bとの接着強度を高めるためにエッチング処理を施したエッチング箔であってもよい。
また、電極層2b、3bには上記のように活性炭の他に、カルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩やポリテトラフルオロエチレンなどのバインダやアセチレンブラックなどの導電剤が含まれた方が活性炭どうしの距離の短縮や導電性を向上させることができるため、素子1としてより低抵抗化を図ることができる。
以下に、図面を用いながら本発明の実施例2および請求項2、4、7に記載の発明の説明を行うが、本発明は下記の内容に限定されない。また、上記実施例1と同じ構成要素については実施例1と同じ符号を付与して説明を行う。
図5は、本実施例における電気二重層キャパシタの構成を示した分解斜視図である。
図6(a)は、本実施例における電気二重層キャパシタの構成を示した斜視図であり、図6(b)は、本実施例における電気二重層キャパシタにおいて、第1フレームに引出端子部を設けた構成を示した斜視図である。
図5において、本実施例における電気二重層キャパシタは、複数枚の上記正極2および負極3がそれぞれ対向するように交互に積層され、対向する正極2と負極3のそれぞれの間にセパレータ4を介在させて共に積層することによって形成された素子1と、この素子1に形成されている上記リード部2c、3cと電気的にそれぞれ接続される上記第1フレーム5および第2フレーム6に加えて、第1フレーム5および第2フレーム6の外側表面を覆う略筒状である樹脂により構成された外装体10を備えている。なお、素子1と第1フレーム5および第2フレーム6とを接合する時、実施例1のように素子1の積層方向に溶接痕(図示なし)が伸びるようにレーザー溶接を行うことが好ましい。
図6(a)において、本実施例の電気二重層キャパシタは、筒状である上記外装体10が、第1フレーム5および第2フレーム6を備えた素子1の側周面、言い換えれば、主に四方に配置されている接続部5a、6aの外側表面、これらを覆う様に配置されている。そして、外装体10と第1フレーム5および第2フレーム6の界面において、例えば外装体10の上端および下端を構成する樹脂を溶着させて溶着部10aを形成し、素子1を封止している。
上記構成により、本実施例における電気二重層キャパシタは、素子1から複雑な構成により各電極を引き出している第1、第2フレーム5、6とは別に、素子1および第1、第2フレーム5、6を収容する外装体10を用いているため、封止の役割を外装体10に担わせることができ、蓄電装置として気密性が向上する。
図6(b)において、本実施例の電気二重層キャパシタは、外装体10の溶着部10aを形成する際に、第1フレーム5の接続部5aの上方端部に引出端子部5eを形成し、この引出端子部5eを、本実施例における電気二重層キャパシタの上方において溶着部10aから表出するように構成してもよい。そして、上記溶着部10aから表出した引出端子部5eを第2フレーム6と接触しないように折り曲げて、平面状の接続端子を形成し、蓄電装置として上方のみで接続が可能となる。
これにより、本実施例の電気二重層キャパシタを含んだ蓄電ユニットを構成する場合、接続に必要なスペースが省かれ、小型化を図ることができる。
また、筒状の外装体10を用いて本実施例の電気二重層キャパシタを説明したが、この引出端子部5eを設けることにより、対向した両端から電極を引き出す必要がなくなるため、外装体10は有底筒状の樹脂体を用いることができる。これにより外装体10として溶着による封止箇所も減るため、蓄電装置として、気密性を高めることができる。また、この外装体10に、アルミニウムや銅、鉄、ニッケルまたはこれらの合金から構成されたものであってもよい。その際、この外装体10の内面を樹脂などにより絶縁コーティングされた構成が好ましい。金属などにより外装体10が構成されることにより、樹脂に比べて蓄電装置として機械的強度が向上する。上記絶縁コーティングや外装体10の開口端部の絶縁コーティングは、素子1および第1、第2フレーム5、6との電気的接続を抑制するために行われる。
図7は本実施例における電気二重層キャパシタに用いられる外装体10および蓋体10bを示した分解斜視図である。
図7のように、本実施例の電気二重層キャパシタは、筒状である外装体10の両端開口部と接合されるように、貫通孔10cが設けられた蓋体10bがそれぞれ配設されている構成でもよい。
この構成により、外装体10単独で素子1を収容する構成に比べて、気密性を高めながら、貫通孔10cから第1、第2フレーム5、6を表出させることができるため、気密性に優れた蓄電装置を得ることができる。
さらに、例えば、素子1の高さに比べて、外装体10の高さを小さくする、あるいは、蓋体10bの内面に、外装体10の内部に挿入されて素子1と優先的に当接する突起部(図示なし)を設けることにより、外装体10に収容される素子1を蓋体10bが押圧し、素子1をより強固に固定することができる。これにより、蓄電装置として機械的強度が向上する。その素子1と優先的に当接する箇所を設けるために、蓋体10bに形成される貫通孔10cは、外装体10の開口端より小さいことが好ましい。
また、この蓋体10bを設けることにより、外装体10の上下両端を強固に固定することができる。これにより、素子1内部においてガス発生により外装体10内の圧力が上昇した際に、外装体10に生じる膨れに伴う外装体10の形状変化を抑制し、蓄電装置として、気密性をより高めることができる。
なお、この蓋体10bに用いることができる材料は樹脂やアルミニウムや銅、鉄、ニッケルなどの金属が好ましい。ただし、金属材料を蓋体10bに用いる場合は、この蓋体10bと素子1および第1、2フレーム5、6との絶縁を行うことが好ましい。
以下に、図面を用いながら本発明の実施例3および請求項11に記載の発明の説明を行うが、本発明は下記の内容に限定されない。また、上記実施例2と同じ構成要素については実施例2と同じ符号を付与して説明を行う。
図8は本実施例における電気二重層キャパシタの素子11に用いられる第2フレーム6と正極12が当接する前の様子を示した部分断面概略図である。
本実施例における電気二重層キャパシタでは、図8のように正極12の集電体12aの両端にリード部12cの距離が、第2フレーム6の一対の接続部6aどうしの対向距離より長い構成である。
これにより、接続部6aの内面とリード部12cを当接させる際、本実施例における集電体12aは、リード部12cが収まらないため、接続部6aの内面に圧接されたリード部12cどうしが折曲がって重なり合った状態(スウェージ部12d)で接続部6aの内面と当接する構成となる。
この構成により本実施例における電気二重層キャパシタは、リード部2cの端部のみが当接し接合される実施例1と比べ、リード部12cの端部を押圧しながら当接するようにスウェージ部12dを形成することにより、リード部12cの端部付近の集電体12aは重なるように押し倒され、この結果第2フレーム6の接続部6aとリード部12cとの接触面積が大きくなり、前記スウェージ部12dにおいては集電体12aが密集した(集電体12aどうしの隙間が狭まり密度が大きい)状態となるため、レーザー溶接による集電体12aの溶断の防止や、第2フレーム6の接続部6aに孔が開くことを防止することができ、ものつくりの信頼性を向上させることができるものである。
また、リード部12cにおいてより容易にスウェージ部12dを形成するために、予めリード部12c上に屈曲部分(図示なし)、もしくは切り込み(図示なし)などを入れ、第2フレーム6、もしくは第1フレーム5にスライド挿入することにより得てもよいし、もしくは、上記屈曲部分、切り込みからリード部12cの端までを優先的に折り曲げるなど行ってもよい。
なお、リード部12cに上記屈曲部分を形成する方法として、例えば、リード部12cの所望の位置にローラー(図示なし)などを押し当てることにより、リード部12c側の電極層12bの端辺と平行方向に形成する方法などがある。
また、リード部12cに上記切り込みを形成する方法として、例えば、リード部12cの端辺を形成するスリット加工と同時にカットローラー(図示なし)などを押し当てることでリード部12c側の電極層12bの端辺に対して平行方向にリード部12c上に形成する方法などがある。
なお、本実施例では正極12および接続部6aを用いて説明を行ったが、実施例1、2の負極3と接続部5aとの間においても同様の構成を用いて、同様に接続抵抗低減の効果を得ることができる。また、本実施例では実施例2の構成を基に説明を行ったが、これに限定されず、各素子1をラミネート封止した実施例1の構成に用いることができる。
なお、本発明における蓄電装置は、実施例1および2を同時に満たすように、外装体7、10を両方用いて構成されていてもよい。
これにより、さらに蓄電素子として気密性の向上を図ることができる。
また、上記実施例1〜3において構成要素として説明された第1フレーム5および第2フレーム6は一対の接続部5a、6aを備えた略コの字状の金属部材であったが、この構成に限定されず、素子1の2方向の両端から各電極がそれぞれ引き出される構成に対して少なくとも一対の接続部を備え、2箇所から引き出される電極を一括して外部回路へ引き出す構成を有していれば、蓄電装置の低抵抗化、気密性向上という本発明の格別の効果を奏するものである。
従って、上記第1フレーム5または第2フレーム6の一方が有底状のケース状の金属部材であってもよい。
しかし、これらの構成をとる場合、第1フレーム5および第2フレーム6が直接当接しないように絶縁を十分に行う必要がある。
なお、本発明は電気二重層キャパシタに限定されることはなく、電解質のカチオンとしてリチウムイオンを用い、負極の電極層に含まれる炭素材料にリチウムを吸蔵させ、かつ、正極は電気二重層キャパシタの正極を用いて充放電を行う電気化学キャパシタや、同様に、リチウム二次電池を始めとする夫々の電極層の集電部材として金属部材を主に用いた蓄電池に応用しても上記のような蓄電装置として低抵抗化の実現という格別な効果を奏することができる。
以上のように、本発明における蓄電装置は、シート状の正極および負極がセパレータを介在させた状態で積層された素子であるとともに、正極および負極が対向する両端から表出された電極引出部をそれぞれ備え、それぞれの一対である一方の電極引出部から電極を引き出す一対の第1の接続部を有した第1のフレームおよび一対である他方の電極引出部から電極を引き出す一対の第2の接続部を有した第2のフレームを少なくとも備えた構成であり、この一対の接続部を備えた第1のフレームおよび第2のフレームによって、従来それぞれの電極箔において一方から引き出された電極を、2箇所から引き出すことによって、限られた空間の中で素子の各一対の電極引出部と外部端子の役割を担う第1フレームおよび第2フレームの接触面積を増やし、蓄電装置として低抵抗化を図ることができる。
本発明における蓄電装置は、素子から第1のフレームおよび第2のフレームを用いて電極を引き出す際の接触面積を増やし、低抵抗化が達成されたものである。そして、さらに第1、2のフレームとは別に外装体を設けることにより、蓄電装置として素子の封止強度が向上し、気密性が向上している。
従って、本発明における蓄電装置は、短時間でより多くの電力を取り出すことを要する電子機器や電気自動車などの移動体での利用が期待される。
1、11 素子
2、12 正極
2a、3a、12a 集電体
2b、3b 電極層
2c、3c、12c リード部
3 負極
4 セパレータ
5 第1フレーム
5a、6a 接続部
5b 底面部
5c、6c 端子部
5d、6d 溶接痕
5e 引出端子部
6 第2フレーム
6b 上面部
7、10 外装体
8 絶縁フレーム
10a 溶着部
10b 蓋体
10c 貫通孔
12d スウェージ部
13 接合箇所
2、12 正極
2a、3a、12a 集電体
2b、3b 電極層
2c、3c、12c リード部
3 負極
4 セパレータ
5 第1フレーム
5a、6a 接続部
5b 底面部
5c、6c 端子部
5d、6d 溶接痕
5e 引出端子部
6 第2フレーム
6b 上面部
7、10 外装体
8 絶縁フレーム
10a 溶着部
10b 蓋体
10c 貫通孔
12d スウェージ部
13 接合箇所
Claims (11)
- シート状の一対の電極の間にセパレータを介在させて積層され、外周面の対向する2箇所に形成されて一方の電極から電極を引き出す第1の電極引出部と、この第1電極引出部を除いた外周面の対向する2箇所に形成されて他方の電極から電極を引き出す第2電極引出部を備えた素子と、
この素子の内部に含まれた電解質と、
前記電解質と共に前記素子を覆う外装体を少なくとも備え、
前記外装体から、前記一対の第1電極引出部および第2電極引出部の少なくとも一部が表出すると共に、表出した前記一対の第1電極引出部に夫々接合された一対の接続部を有した第1のフレームと、表出した前記一対の第2電極引出部に夫々接合された一対の接続部を有した第2のフレームとが設けられた蓄電装置。 - シート状の一対の電極の間にセパレータを介在させて積層され、外周面の対向する2箇所に形成されて一方の電極から電極を引き出す第1電極引出部と、この第1電極引出部を除いた外周面の対向する2箇所に形成されて他方の電極から電極を引き出す第2電極引出部を備えた素子と、
この素子の内部に含まれた電解質と、
表出した前記一対の第1電極引出部に夫々接合された一対の接続部を有した第1のフレームと、表出した前記一対の第2電極引出部に夫々接合された一対の接続部を有した第2のフレームとが設けられると共に、前記第1、2のフレームと共に前記素子を覆うと共に、前記第1、2のフレームの少なくとも一部を表出させた外装体が設けられた蓄電装置。 - 前記外装体はラミネートまたは樹脂により構成されている請求項1に記載の蓄電装置。
- 前記外装体は樹脂または金属により構成されている請求項2に記載の蓄電装置。
- 前記第1のフレームと前記第2のフレームがそれぞれ、平面部の両端をそれぞれ折り曲げて対向した一対の接続部が形成されたコの字型の金属材料から成り、これら第1のフレームおよび第2のフレームが有する夫々の接続部の位置が略90度転回した状態で、かつ、互いの平面部内面が対向するように配設され、前記第1のフレームの一対の接続部が前記素子の第1電極引出部に夫々接合されると共に、前記第2のフレームの一対の接続部が前記素子の第2電極引出部に夫々接合された請求項1または2に記載の蓄電装置。
- 前記素子と接合された第1のフレームならびに第2のフレームの端部が互いに当接して前記素子を収容する収容室が形成され、これら第1のフレームおよび第2のフレームの当接する箇所へ絶縁部が形成され、この絶縁部を介して第1のフレームならびに第2のフレームが互いに当接した請求項5に記載の蓄電装置。
- 前記外装体は筒状であり、この外装体の開口部両端に、蓋体が設けられた請求項2に記載の蓄電装置。
- 前記外装体が設けられた素子が複数個設けられ、それぞれ前記第1、2のフレームと接続された請求項1に記載の蓄電装置。
- 前記外装体において、収容された前記素子と対向しない箇所に貫通孔を形成し、この貫通孔を塞ぐように調圧弁が形成された請求項1または2に記載の蓄電装置。
- 前記一対の電極が夫々、シート状の金属から成る集電体と、この集電体の表面に形成された電極部から成り、前記一対の電極が夫々に備えられた集電体の対向する端辺に前記電極部が形成されない一対の集電体表出部が形成され、これら一対の集電体表出部がそれぞれ、前記第1電極引出部または前記第2電極引出部である請求項1または2に記載の蓄電装置。
- 前記一対の電極の集電体の電極引き出し方向両端の距離が、前記第1フレームおよび第2フレームが有する一対の接続部の対向距離より大きい請求項10に記載の蓄電装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2010204150A JP2012060051A (ja) | 2010-09-13 | 2010-09-13 | 蓄電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2010204150A JP2012060051A (ja) | 2010-09-13 | 2010-09-13 | 蓄電装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2012060051A true JP2012060051A (ja) | 2012-03-22 |
Family
ID=46056754
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JP2010204150A Pending JP2012060051A (ja) | 2010-09-13 | 2010-09-13 | 蓄電装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2012060051A (ja) |
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2010
- 2010-09-13 JP JP2010204150A patent/JP2012060051A/ja active Pending
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