JP2012234973A

JP2012234973A - 電気二重層キャパシタ

Info

Publication number: JP2012234973A
Application number: JP2011102661A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Tsuchiya; 和也土屋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-05-02
Filing date: 2011-05-02
Publication date: 2012-11-29
Anticipated expiration: 2031-05-02
Also published as: JP5765046B2

Abstract

【課題】高容量、低抵抗でコンパクトな電気二重層キャパシタを提供する。
【解決手段】電極板１２，１３と絶縁板１１とが積層された積層体１４と、電解液１５と、電解液１５が充填されない内部空間１７を形成する保液スペーサ１６とを収納し、電極板１２，１３に接続される端子４０，４１を有するラミネートセル１０ａ，１０ｂと放熱板３０とが交互に積層された電気二重層キャパシタ１００であって、保液スペーサ１６の下端１９は放熱板３０と重ねあわされ、保液スペーサ１６の保液スペーサ１６と重なり合わされていない部分の一方の側に圧力調節弁２２が設けられ、保液スペーサ１６の保液スペーサ１６と重ね合わされていない部分の他方の側は圧力調節弁２２と反対方向に向かって膨らんでいる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気二重層キャパシタの構造に関する。

電気二重層キャパシタは、比較的大きな容量を持ち、長寿命かつ急速な充放電が可能なので、セルモータ起動用電源やパソコンのバックアップ電源、二次電池の補充又は代替に用いられている。また、近年は電気自動車に搭載された二次電池の補助として大きな電力を充放電することにも多く用いられるようになってきている。

電気二重層キャパシタは、分極性電極と集電電極から構成される正極体と負極体とをそれぞれセパレータを介して交互に積層した積層体を構成し、その積層体と電解液をアルミラミネートフィルムの容器に入れ、容器からそれぞれの極体に接続された端子を出したラミネートセルを複数積層したものが多く用いられている。

電気二重層キャパシタは、容器の内部に保持される電解液の量が多いほど電気容量を大きくすると共に抵抗を下げることができるが、容器内部に保持されている電解液は、電気二重層キャパシタの温度が上昇すると一部がガスとなり、容器の内圧が上昇してしまう。このため、容器の上部に電解液のガスをためておく内部空間を構成する剛性の高い山形の蓋あるいは保液スペーサが配置されている。保液スペーサは、ある程度の剛性を持ち、山形の形状を保持し、その上部にガスを保持する内部空間を設けるように構成されると共に、ガスの圧力が上昇した際にガスを外部に排出する圧力調節弁が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

また、運転中に電気二重層キャパシタの温度の上昇を抑えることができるように、容器の間に放熱板を挟むように容器と放熱板とを交互に積層する構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１１−３５０４９号公報特開２００３−１３３１８８号公報

ところで、電気二重層キャパシタの電気容量を増やすために内部に収納する電解液の体積を増加させた場合、容器の内容積が同じ場合には、保液スペーサの上部の内部空間体積が減少してしまい、圧力調節弁からガスを排出する際に電解液を一緒に外部に排出してしまうという問題があった。このため電解液の体積を増加させる場合には、保液スペーサ上部の内部空間容積を同時に増加させることが必要となる。しかし、ラミネートセルの厚さを厚くして容器の内容積を大きくすることは、電気二重層キャパシタのサイズが大きくなってしまい、車両に搭載する場合に大きな搭載スペースが必要となってしまうという問題があった。特に、ラミネートセルの間に放熱板を挟みこんでいる電気二重層キャパシタでは、放熱板の分だけサイズが大きくなるので、更に大きなスペースが必要となってしまうという問題があった。

本発明は、高容量、低抵抗でコンパクトな電気二重層キャパシタを提供することを目的とする。

本発明の電気二重層キャパシタは、電極板と絶縁板とが積層された積層体と、電解液と、電解液が充填されない内部空間を形成する保液スペーサとを収納し、前記電極板に接続される端子を有するラミネートセルと放熱板とが交互に積層された電気二重層キャパシタであって、前記保液スペーサの下端は前記放熱板と重ねあわされ、前記保液スペーサの前記保液スペーサと重なり合わされていない部分の一方の側に圧力調節弁が設けられ、前記保液スペーサの前記保液スペーサと重ね合わされていない部分の他方の側は前記圧力調節弁と反対方向に向かって膨らんでいること、を特徴とする。

本発明は、高容量、低抵抗でコンパクトな電気二重層キャパシタを提供することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態における電気二重層キャパシタの構成を示す説明図である。本発明の実施形態における電気二重層キャパシタの詳細構成を示す説明図である。

以下、図面を参照しながら本実施形態の電気二重層キャパシタ１００について説明する。図１に示すように、本実施形態の電気二重層キャパシタ１００はラミネートセル１０ａ，１０ｂと放熱板３０とが交互に積層されており、各ラミネートセル１０ａ，１０ｂには端子４０，４１が取り付けられている。隣接するラミネートセル１０ａ，１０ｂの各端子４０，４１は正極、負極の各極性でそれぞれ直列となるように接続されている。図１に示すように、ラミネートセル１０ａ，１０ｂの内部には電極板と絶縁板とが積層された積層体１４と、電解液１５とが収納されており、ラミネートセル１０ａ，１０ｂの上部には電解液１５が充填されない内部空間１７を形成する保液スペーサ１６が配置されている。

ラミネートセル１０ａ，１０ｂの保液スペーサ１６の一方の面には電解液１５がガス化してラミネートセル１０ａ，１０ｂの内圧が上昇した際にガスを外部に排出する圧力調節弁２２が取り付けられている。この圧力調節弁２２の設けられている面は、圧力調節弁２２が圧力を開放する際の膨らみ変形のスペースを確保するように、放熱板３０に接するラミネートセル１０ａ，１０ｂの表面からラミネートセル１０ａ，１０ｂの中心方向に控えた位置となっている。そして、図１に示すように、電気二重層キャパシタ１００は、ラミネートセル１０ａ，１０ｂの圧力調節弁２２がある側が外側となるように放熱板３０を介して２つのラミネートセル１０ａ，１０ｂを背中合わせに積層された一対のラミネートセル組１０をその間に放熱板３０を挟んで複数積層した構造となっている。一対のラミネートセル組１０の各圧力調節弁２２の間には圧力調節弁２２が動作するために十分な間隔が保持される。

図２を参照しながら、本実施形態の電気二重層キャパシタ１００の構成の詳細について説明する。電気二重層キャパシタ１００は、正電極板１２と負電極板１３とこれらの間を絶縁する絶縁板１３を積層して一つのユニットとし、絶縁板１３を介してこのユニットを複数積層した積層体１４をアルミラミネート等の可撓性のシート状の素材で形成された容器２３の中に収納したものである。容器２３は袋状となっており、その内部の上側にはプラスチックや樹脂等のある程度の剛性があり、その形状を保持することができる材料で形成された保液スペーサ１６が取り付けられている。

保液スペーサ１６は、頂部上面が平面の山形で、圧力調節弁２２が取り付けられている前面１６ａと圧力調節弁２２が設けられていない背面１６ｂとを備えている。前面１６ａは圧力調節弁２２の設けられている垂直面と垂直面から容器２３の厚さが広がる方向に向かう傾斜面と傾斜面に続き垂直下側に延びる下端１９とを含んでいる。背面１６ｂは、頂部上面から垂直に伸びる垂直面と、垂直面から放熱板３０の厚み分だけ容器２３の厚み方向の中心側に向かう段部１６ｃと、段部１６ｃから垂直下側に向って延びる下端１９を含んでいる。

ラミネートセル１０ａ，１０ｂはアルミラミネートの袋状の容器２３の中に積層体１４と電解液１５とを入れたのち、保液スペーサ１６を入れ、保液スペーサ１６の頂部から端子４０，４１を貫通させて容器２３の外に突出させ、保液スペーサ１６と端子４０，４１の左右両面から袋状の容器２３の開口部を熱融着することで、容器２３と保液スペーサ１６及び端子４０，４１の間を気密に密閉したものである。そしてこのラミネートセル１０ａ，１０ｂは各保液スペーサ１６の各背面１６ｂが向き合うように放熱板３０を介して重ねあわされ、一対のラミネートセル組１０となり、放熱板３０を介してこのラミネートセル組１０を積層して電気二重層キャパシタ１００となる。各放熱板３０は下端１９の部分で保液スペーサ１６と重なり合うよう積層されている。

図２に示すように、各ラミネートセル１０ａ，１０ｂの保液スペーサ１６の背面１６ｂの放熱板３０と重ねあわされる下端１９以外の部分は、その外表面が各ラミネートセル１０ａ，１０ｂに向って互いに膨らんでいる。つまり、保液スペーサ１６の背面１６ｂの放熱板３０と重ねあわされる下端１９以外の部分は、前面１６ａと反対方向に向かって階段状に突出している。そして、保液スペーサ１６の背面１６ｂ側の内面には段状の窪み１６ｄが形成されている。この段状の窪み１６ｄは、図２に示す保液スペーサ１６の下端１９の内表面を示す線２５よりも背面１６ｂ側に窪んでいるため、保液スペーサ１６の背面１６ｂの段部１６ｃがなく、背面１６ｂが平面として構成された場合よりも窪み１６ｄの分だけ保液スペーサ１６の内部空間１７の体積が大きくなる。

このように、本実施形態では、保液スペーサ１６との下端１９以外の部分を圧力調節弁２２と反対方向に向かって膨らますことによって、保液スペーサ１６の内部空間１７の体積を大きくすることができる。これにより、電解液１５の余剰量を増加でき、かつ、発生するガスを一時的に溜める緩衝機能を強化することができる。また、この内部空間１７はラミネートセル１０ａ，１０ｂの間の放熱板３０の厚みの部分に向かって保液スペーサ１６の背面１６ｂを階段状に突出させることで形成しているので、放熱板３０の厚みによって生じたデッドスペースを保液スペーサ１６の内部空間１７の体積を増加させることに使うものであることから、電気二重層キャパシタ１００全体の大きさを保ったまま、内部空間１７の体積を大きくすることができる。これにより、本実施形態は、高容量、低抵抗でコンパクトな電気二重層キャパシタ１００を提供することができる。

１０ラミネートセル組、１０ａ，１０ｂラミネートセル、１２正電極板、１３負電極板、１３絶縁板、１４積層体、１５電解液、１６保液スペーサ、１６ａ前面、１６ｂ背面、１６ｃ段部、１６ｄ窪み、１７内部空間、１９下端、２２圧力調節弁、２３容器、２５線、３０放熱板、４０，４１端子、１００電気二重層キャパシタ。

Claims

電極板と絶縁板とが積層された積層体と、電解液と、電解液が充填されない内部空間を形成する保液スペーサとを収納し、前記電極板に接続される端子を有するラミネートセルと放熱板とが交互に積層された電気二重層キャパシタであって、
前記保液スペーサの下端は前記放熱板と重ねあわされ、前記保液スペーサの前記保液スペーサと重なり合わされていない部分の一方の側に圧力調節弁が設けられ、前記保液スペーサの前記保液スペーサと重ね合わされていない部分の他方の側は前記圧力調節弁と反対方向に向かって膨らんでいること、
を特徴とする電気二重層キャパシタ。