JP2013232570A - Electrochemical capacitor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LTCCを用いた電気化学キャパシタ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an electrochemical capacitor using LTCC and a method for manufacturing the same.
一般的な電気化学キャパシタでは、他のデバイスと同様に、高温同時焼成セラミックス(HTCC:High Temperature Co− fired Ceramics)により構成されたケースが用いられることが多い。HTCCは1500℃程度の高温で焼成される。そのため、HTCCの配線には、一般的に、熱による損傷を受けにくく、線膨張率の低いコバールやタングステンが用いられる(例えば、特許文献1参照)。 In general electrochemical capacitors, as in other devices, a case made of high temperature co-fired ceramics (HTCC) is often used. HTCC is fired at a high temperature of about 1500 ° C. Therefore, Kovar or tungsten, which is not easily damaged by heat and has a low coefficient of linear expansion, is generally used for the HTCC wiring (see, for example, Patent Document 1).
電気化学キャパシタのケースはリッドにより閉塞される。リッドは、結合部を介してケースに結合されることによりケース内を密封する。リッド及び結合部は、ケースの配線と同様にコバールやタングステンで形成される。これにより、加熱を伴い各金属材料が熱膨張する溶接などの接合方法によっても、ケース、結合部、及びリッドが相互に良好に接合する。 The case of the electrochemical capacitor is closed by a lid. A lid seals the inside of a case by being couple | bonded with a case via a coupling | bond part. The lid and the connecting portion are made of Kovar or tungsten, like the case wiring. As a result, the case, the coupling portion, and the lid are satisfactorily joined to each other by a joining method such as welding in which each metal material is thermally expanded with heating.
電気化学キャパシタは、ケース内に蓄電ユニット及び電解液を収容している。蓄電ユニットは、ケース内の底面とリッドとの間に挟まれている。ケース内の底面には正極集電膜が設けられている。一方、負極側は、リッドが負極集電膜の役割を兼ねる。電気化学キャパシタのケースの下面には正極電極及び負極電極が形成されており、正極電極及び負極電極はそれぞれ上記配線によって正極集電膜及びリッドに接続されている。 The electrochemical capacitor contains a power storage unit and an electrolytic solution in a case. The power storage unit is sandwiched between the bottom surface in the case and the lid. A positive electrode current collector film is provided on the bottom surface in the case. On the other hand, on the negative electrode side, the lid also serves as the negative electrode current collector film. A positive electrode and a negative electrode are formed on the lower surface of the case of the electrochemical capacitor, and the positive electrode and the negative electrode are connected to the positive current collector film and the lid by the wirings, respectively.
電気化学キャパシタには、例えば電気二重層キャパシタのように、その出力電圧がゼロになるまで使用することができるというメリットを有するものがある。このような電気化学キャパシタでは、その出力電圧がゼロになった際に、リッドや結合部を形成するコバールやタングステンがイオン化して電解液に溶出しやすい。 Some electrochemical capacitors, such as an electric double layer capacitor, have an advantage that they can be used until their output voltage becomes zero. In such an electrochemical capacitor, when the output voltage becomes zero, the Kovar and tungsten forming the lid and the coupling portion are easily ionized and eluted into the electrolytic solution.
リッドや結合部から金属イオンが電解液に溶出すると、蓄電ユニットにおける電気抵抗の異常が発生する場合がある。また、リッドが腐食することにより蓄電ユニットから剥離して、リッドと蓄電ユニットとの間の電気抵抗が異常に高くなることもある。 If metal ions are eluted from the lid or the coupling portion into the electrolytic solution, an abnormality in electrical resistance in the power storage unit may occur. Further, the lid may be corroded and peeled off from the power storage unit, and the electrical resistance between the lid and the power storage unit may become abnormally high.
このような不具合を防止するため、リッドや結合部を、イオン化しにくい金属材料で形成することが考えられる。ところが、HTCCに用いる配線を形成する金属材料と、リッドや結合部を形成する金属材料と、が異なると、その線膨張率の相違などによりリッドや結合部がケースに良好に接合しない場合がある。 In order to prevent such a problem, it is conceivable to form the lid and the coupling portion with a metal material that is difficult to ionize. However, if the metal material that forms the wiring used for HTCC is different from the metal material that forms the lid or the joint, the lid or the joint may not be satisfactorily bonded to the case due to the difference in the coefficient of linear expansion. .
特許文献1には、HTCCに用いる配線とリッドとで異なる金属材料を使用する技術が開示されている。当該技術では、HTCCにより構成されたケースとリッドとの間に接合材及び金属層が設けられている。接合材はハンダ材料により形成され、金属層はリッドと同様の金属材料で形成される。接合材及び金属層はリフロー法やメッキ法でケース上に形成される。そして、接合材及び金属層が形成されたケースにリッドが溶接法などにより接合される。 Patent Document 1 discloses a technique that uses different metal materials for wiring and lid used for HTCC. In this technique, a bonding material and a metal layer are provided between a case made of HTCC and a lid. The bonding material is formed of a solder material, and the metal layer is formed of a metal material similar to the lid. The bonding material and the metal layer are formed on the case by a reflow method or a plating method. Then, the lid is joined by a welding method or the like to the case where the joining material and the metal layer are formed.
このように、電気化学キャパシタにおいて、HTCCに用いる配線とリッドとで異なる金属材料を使用するためには、製造プロセスの複雑化や製造コストの増大が発生する。 As described above, in order to use different metal materials for wiring and lid used for HTCC in an electrochemical capacitor, the manufacturing process becomes complicated and the manufacturing cost increases.
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、電解液への金属イオンの溶出を防止可能な電気化学キャパシタ及びその製造方法を提供することにある。 In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide an electrochemical capacitor capable of preventing elution of metal ions into an electrolytic solution and a method for producing the same.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る電気化学キャパシタは、正極電極と、負極電極と、ケースと、リッドと、結合部と、蓄電ユニットと、電解液と、を具備する。
上記ケースは、標準電極電位が正である第1の金属材料からなる配線を含み、第1の方向に開放された空間を形成する。
上記リッドは、上記ケースの上記空間を上記第1の方向側から閉塞し、上記空間側に露出した面が、標準電極電位が正である第2の金属材料からなる。
上記結合部は、上記ケースと上記リッドとの間に挟まれ、上記空間側に露出した面が、標準電極電位が正である第3の金属材料からなる。
上記蓄電ユニットは、炭素を含む材料からなる正極シート、当該正極シートと同様の材料からなり、上記正極シートに対向する負極シート、及び上記正極シートと上記負極シートとを絶縁するセパレートシートを有し、上記正極シートが上記ケースの上記リッドに対向する底面に対面するとともに上記負極シートが上記リッドに対面するように上記空間内に配置され、上記正極シートが上記配線を介して上記正極電極に接続されるとともに上記負極シートが上記リッド、上記結合部及び上記配線を介して上記負極電極に接続される。
上記電解液は、上記セパレートシートを透過可能であり、上記蓄電ユニットとともに上記空間内に封入される。
In order to achieve the above object, an electrochemical capacitor according to an embodiment of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a case, a lid, a coupling portion, a power storage unit, and an electrolytic solution.
The case includes a wiring made of a first metal material having a positive standard electrode potential, and forms a space opened in the first direction.
The lid closes the space of the case from the first direction side, and a surface exposed to the space side is made of a second metal material having a positive standard electrode potential.
The coupling portion is sandwiched between the case and the lid, and a surface exposed to the space is made of a third metal material having a positive standard electrode potential.
The power storage unit includes a positive electrode sheet made of a material containing carbon, a negative electrode sheet made of the same material as the positive electrode sheet, and facing the positive electrode sheet, and a separate sheet that insulates the positive electrode sheet from the negative electrode sheet. The positive electrode sheet faces the bottom surface of the case facing the lid and the negative electrode sheet faces the lid so that the positive electrode sheet is connected to the positive electrode via the wiring. In addition, the negative electrode sheet is connected to the negative electrode via the lid, the coupling portion, and the wiring.
The electrolytic solution can pass through the separate sheet and is enclosed in the space together with the power storage unit.
本発明の別の形態に係る電気化学キャパシタの製造方法は、標準電極電位が正である第1の金属材料からなる配線が適宜形成された複数のセラミックシートを積層することによって、第1の方向に開放された空間を形成する積層体を形成することを含む。
標準電極電位が正である第2の金属材料によりなる面を有するリッドが形成される。
上記積層体は、開放された端部の全周にわたって、標準電極電位が正である第2の金属材料を含むペーストを塗布される。
上記ペーストを塗布した上記積層体は焼成されて、上記積層体がケースとされるとともに上記ペーストが結合部とされる。
上記ケースの上記空間内に、炭素を含む材料からなる正極シート、当該正極シートと同様の材料からなり、上記正極シートに対向する負極シート、及び上記正極シートと上記負極シートとを絶縁するセパレートシートを有する蓄電ユニットが、上記負極シートが上記第1の方向を向くように配置される。
上記ケースは、上記空間内に上記セパレートシートを透過可能な電解液が入れられる。
上記蓄電ユニット及び上記電解液を収容した上記ケースは、上記第1の方向側から、上記リッドの上記面に対向させられる。
上記リッドの上記面に対向させられた上記ケースは、上記リッドの上記面が上記結合部に接合されることにより、上記リッドにより上記空間を閉塞されるとともに上記リッドの上記面と上記負極シートとが対面させられる。
In the method for manufacturing an electrochemical capacitor according to another aspect of the present invention, the first direction is obtained by laminating a plurality of ceramic sheets appropriately formed with a wiring made of a first metal material having a positive standard electrode potential. Forming a laminate that forms a space open to the surface.
A lid having a surface made of the second metal material having a positive standard electrode potential is formed.
The laminate is coated with a paste containing a second metal material having a positive standard electrode potential over the entire circumference of the opened end.
The laminate to which the paste is applied is baked to form the laminate as a case and the paste as a joint.
In the space of the case, a positive electrode sheet made of a material containing carbon, a negative electrode sheet made of the same material as the positive electrode sheet, and opposed to the positive electrode sheet, and a separate sheet that insulates the positive electrode sheet from the negative electrode sheet Is disposed such that the negative electrode sheet faces the first direction.
In the case, an electrolytic solution capable of passing through the separate sheet is placed in the space.
The case containing the power storage unit and the electrolytic solution is opposed to the surface of the lid from the first direction side.
The case facing the surface of the lid has the space closed by the lid when the surface of the lid is joined to the coupling portion, and the surface of the lid, the negative electrode sheet, Is faced.
本発明の一実施形態に係る電気化学キャパシタは、正極電極と、負極電極と、ケースと、リッドと、結合部と、蓄電ユニットと、電解液と、を具備する。
上記ケースは、標準電極電位が正である第1の金属材料からなる配線を含み、第1の方向に開放された空間を形成する。
上記リッドは、上記ケースの上記空間を上記第1の方向側から閉塞し、上記空間側に露出した面が、標準電極電位が正である第2の金属材料からなる。
上記結合部は、上記ケースと上記リッドとの間に挟まれ、上記空間側に露出した面が、標準電極電位が正である第3の金属材料からなる。
上記蓄電ユニットは、炭素を含む材料からなる正極シート、当該正極シートと同様の材料からなり、上記正極シートに対向する負極シート、及び上記正極シートと上記負極シートとを絶縁するセパレートシートを有し、上記正極シートが上記ケースの上記リッドに対向する底面に対面するとともに上記負極シートが上記リッドに対面するように上記空間内に配置され、上記正極シートが上記配線を介して上記正極電極に接続されるとともに上記負極シートが上記リッド、上記結合部及び上記配線を介して上記負極電極に接続される。
上記電解液は、上記セパレートシートを透過可能であり、上記蓄電ユニットとともに上記空間内に封入される。
この電気化学キャパシタによれば、上記リッドや上記結合部を形成する金属材料がイオン化して電解液に溶出することが防止される。
An electrochemical capacitor according to an embodiment of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a case, a lid, a coupling portion, a power storage unit, and an electrolytic solution.
The case includes a wiring made of a first metal material having a positive standard electrode potential, and forms a space opened in the first direction.
The lid closes the space of the case from the first direction side, and a surface exposed to the space side is made of a second metal material having a positive standard electrode potential.
The coupling portion is sandwiched between the case and the lid, and a surface exposed to the space is made of a third metal material having a positive standard electrode potential.
The power storage unit includes a positive electrode sheet made of a material containing carbon, a negative electrode sheet made of the same material as the positive electrode sheet, and facing the positive electrode sheet, and a separate sheet that insulates the positive electrode sheet from the negative electrode sheet. The positive electrode sheet faces the bottom surface of the case facing the lid and the negative electrode sheet faces the lid so that the positive electrode sheet is connected to the positive electrode via the wiring. In addition, the negative electrode sheet is connected to the negative electrode via the lid, the coupling portion, and the wiring.
The electrolytic solution can pass through the separate sheet and is enclosed in the space together with the power storage unit.
According to this electrochemical capacitor, it is possible to prevent the metal material forming the lid and the joint from being ionized and eluted into the electrolytic solution.
上記第1の金属材料、上記第2の金属材料、及び上記第3の金属材料は銀、金、銅、白金から選択される1種類以上の元素を主成分としていてもよい。
この電気化学キャパシタによれば、上記構成と同様に、上記リッドや上記結合部を形成する金属材料がイオン化して電解液に溶出することが防止される。
The first metal material, the second metal material, and the third metal material may contain one or more elements selected from silver, gold, copper, and platinum as a main component.
According to this electrochemical capacitor, similarly to the above configuration, the metal material forming the lid and the coupling portion is prevented from being ionized and eluted into the electrolytic solution.
上記第1の金属材料、上記第2の金属材料、及び上記第3の金属材料はいずれも銀を主成分としていてもよい。
この電気化学キャパシタによれば、製造コストの低減が可能である。
The first metal material, the second metal material, and the third metal material may all have silver as a main component.
According to this electrochemical capacitor, the manufacturing cost can be reduced.
上記第1の金属材料、上記第2の金属材料、及び上記第3の金属材料はいずれも同様の組成を有していてもよい。
この電気化学キャパシタによれば、上記ケース、上記結合部、及び上記リッドを極めて良好に接合可能になる。
The first metal material, the second metal material, and the third metal material may all have the same composition.
According to this electrochemical capacitor, the case, the joint, and the lid can be joined very well.
上記リッドは上記第2の金属材料によって形成され、上記結合部は上記第3の金属材料によって形成されていてもよい。
この電気化学キャパシタによれば、製造プロセスの簡略化が可能である。
The lid may be formed of the second metal material, and the coupling portion may be formed of the third metal material.
According to this electrochemical capacitor, the manufacturing process can be simplified.
上記正極シート及び上記負極シートが活性炭で形成されていてもよい。
この構成によれば、上記リッドや上記結合部を形成する金属材料がイオン化して電解液に溶出することが防止可能な電気二重層キャパシタを提供することができる。
The positive electrode sheet and the negative electrode sheet may be formed of activated carbon.
According to this configuration, it is possible to provide an electric double layer capacitor capable of preventing the metal material forming the lid and the coupling portion from being ionized and eluted into the electrolytic solution.
上記正極シート及び上記負極シートはポリアセン系有機半導体で形成されていてもよい。
この構成によれば、上記リッドや上記結合部を形成する金属材料がイオン化して電解液に溶出することが防止可能なPAS(PolyAcenic Semiconductor)キャパシタを提供することができる。
The positive electrode sheet and the negative electrode sheet may be formed of a polyacene-based organic semiconductor.
According to this configuration, it is possible to provide a PAS (PolyAcetic Semiconductor) capacitor that can prevent the metal material forming the lid and the coupling portion from being ionized and eluted into the electrolytic solution.
本発明の一実施形態に係る電気化学キャパシタの製造方法は標準電極電位が正である第1の金属材料からなる配線が適宜形成された複数のセラミックシートを積層することによって、第1の方向に開放された空間を形成する積層体を形成することを含む。
標準電極電位が正である第2の金属材料によりなる面を有するリッドが形成される。
上記積層体は、開放された端部の全周にわたって、標準電極電位が正である第2の金属材料を含むペーストを塗布される。
上記ペーストを塗布した上記積層体は焼成されて、上記積層体がケースとされるとともに上記ペーストが結合部とされる。
上記ケースの上記空間内に、炭素を含む材料からなる正極シート、当該正極シートと同様の材料からなり、上記正極シートに対向する負極シート、及び上記正極シートと上記負極シートとを絶縁するセパレートシートを有する蓄電ユニットが、上記負極シートが上記第1の方向を向くように配置される。
上記ケースは、上記空間内に上記セパレートシートを透過可能な電解液が入れられる。
上記蓄電ユニット及び上記電解液を収容した上記ケースは、上記第1の方向側から、上記リッドの上記面に対向させられる。
上記リッドの上記面に対向させられた上記ケースは、上記リッドの上記面が上記結合部に接合されることにより、上記リッドにより上記空間を閉塞されるとともに上記リッドの上記面と上記負極シートとが対面させられる。
この電気化学キャパシタの製造方法では、上記ケースと上記リッドとの結合部であるペーストの形成を、ケースの焼成と同時に行なうことができる。したがって、上記リッドや上記結合部を形成する金属材料がイオン化して電解液に溶出することを防止可能な電気化学キャパシタの製造プロセスが簡略化される。
In the method for manufacturing an electrochemical capacitor according to an embodiment of the present invention, a plurality of ceramic sheets appropriately formed with wirings made of a first metal material having a positive standard electrode potential are stacked in a first direction. Forming a laminate that forms an open space.
A lid having a surface made of the second metal material having a positive standard electrode potential is formed.
The laminate is coated with a paste containing a second metal material having a positive standard electrode potential over the entire circumference of the opened end.
The laminate to which the paste is applied is baked to form the laminate as a case and the paste as a joint.
In the space of the case, a positive electrode sheet made of a material containing carbon, a negative electrode sheet made of the same material as the positive electrode sheet, and opposed to the positive electrode sheet, and a separate sheet that insulates the positive electrode sheet from the negative electrode sheet Is disposed such that the negative electrode sheet faces the first direction.
In the case, an electrolytic solution capable of passing through the separate sheet is placed in the space.
The case containing the power storage unit and the electrolytic solution is opposed to the surface of the lid from the first direction side.
The case facing the surface of the lid has the space closed by the lid when the surface of the lid is joined to the coupling portion, and the surface of the lid, the negative electrode sheet, Is faced.
In this method for manufacturing an electrochemical capacitor, the formation of a paste, which is a joint between the case and the lid, can be performed simultaneously with the firing of the case. Therefore, the manufacturing process of the electrochemical capacitor that can prevent the metal material forming the lid and the joint from being ionized and eluted into the electrolytic solution is simplified.
上記結合部は上記ペーストに溶接法によって接合されてもよい。
この構成により、リッドをケースに容易に結合することができる。
The coupling portion may be joined to the paste by a welding method.
With this configuration, the lid can be easily coupled to the case.
上記第1の金属材料、上記第2の金属材料、及び上記第3の金属材料は銀、金、銅、白金から選択される1種類以上の元素を主成分としてもよい。
この構成によっても、電気化学キャパシタの製造プロセスが簡略化される。
The first metal material, the second metal material, and the third metal material may contain one or more elements selected from silver, gold, copper, and platinum as a main component.
This configuration also simplifies the manufacturing process of the electrochemical capacitor.
上記第1の金属材料、上記第2の金属材料、及び上記第3の金属材料はいずれも銀を主成分としてもよい。
この構成によれば、製造コストの低減が可能である。
The first metal material, the second metal material, and the third metal material may all contain silver as a main component.
According to this configuration, the manufacturing cost can be reduced.
上記第1の金属材料、上記第2の金属材料、及び上記第3の金属材料はいずれも同様の組成を有していてもよい。
この構成によれば、上記ケース、上記結合部、及び上記リッドを極めて良好に接合可能になる。
The first metal material, the second metal material, and the third metal material may all have the same composition.
According to this configuration, the case, the coupling portion, and the lid can be joined extremely well.
上記リッドは上記第2の金属材料によって形成されていてもよい。
この構成によれば、製造プロセスの簡略化が可能である。
The lid may be formed of the second metal material.
According to this configuration, the manufacturing process can be simplified.
上記正極シート及び上記負極シートは活性炭で形成されていてもよい。
この構成により、簡単なプロセスで、上記リッドや上記結合部を形成する金属材料がイオン化して電解液に溶出することが防止可能な電気二重層キャパシタを製造することが可能になる。
The positive electrode sheet and the negative electrode sheet may be formed of activated carbon.
With this configuration, it is possible to manufacture an electric double layer capacitor that can prevent the metal material forming the lid and the joint from being ionized and eluted into the electrolytic solution by a simple process.
上記正極シート及び上記負極シートはポリアセン系有機半導体で形成されていてもよい。
この構成により、簡単なプロセスで、上記リッドや上記結合部を形成する金属材料がイオン化して電解液に溶出することが防止可能なPASキャパシタを製造することができるようになる。
The positive electrode sheet and the negative electrode sheet may be formed of a polyacene-based organic semiconductor.
With this configuration, it is possible to manufacture a PAS capacitor capable of preventing the metal material forming the lid and the coupling portion from being ionized and eluted into the electrolytic solution by a simple process.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。図1は本発明の一実施形態に係る電気二重層キャパシタの斜視図であり、図2は図1に示した電気二重層キャパシタのA―A’線に沿った断面図である。図面には相互に直交するX軸、Y軸、およびZ軸が示され、これらは全ての図面において共通の軸である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of an electric double layer capacitor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the electric double layer capacitor shown in FIG. In the drawings, an X axis, a Y axis, and a Z axis that are orthogonal to each other are shown, and these are common axes in all drawings.
[概略構成]
本発明の一実施形態に係る電気二重層キャパシタ10はケース11と結合部18とリッド12とを具備する。ケース11及びリッド12は、電気二重層キャパシタ10の筐体としての機能を有する。
[Schematic configuration]
An electric
ケース11は、直方体形状に形成されており、Z軸方向上方に開放された空間11aを形成している。空間11aは、ケース11の底面11b及び開口形状が矩形の内側面11cに囲まれている。
The
結合部18はケース11のZ軸方向上方の縁部の全周にわたって形成されている。結合部18は、ケース11とリッド12とを密着させるために設けられる。
The
リッド12は、結合部18に接合され、結合部18に囲まれる領域を覆う長方形の平板状体である。リッド12は、その周縁部がケース11側にやや窪んでおり、当該周縁部が結合部18に接合される。これにより、ケース11内の空間11aがリッド12によって気密かつ液密に閉塞される。
The
電気二重層キャパシタ10は蓄電ユニット13と電解液を具備する。蓄電ユニット13及び電解液はケース11の空間11a内に封入されている。
The electric
蓄電ユニット13は、正極シート13aと負極シート13bとセパレートシート13cとの3枚の長方形状のシートを有する。正極シート13a及び負極シート13bはいずれも活性炭で形成されている。セパレートシート13cは、正極シート13aと負極シート13bとに挟持され、正極シート13aと負極シート13bとを絶縁している。蓄電ユニット13は、正極シート13aがケース11の底面11bに対面し、負極シート13bがリッド12に対面するように配置されている。
The
電解液は、一般的なものを用いることが可能である。電解液に用いる塩及び溶媒の組み合わせは適宜決定することができる。電解液としては、例えば、溶媒としてプロピレンカーボネートを用い、塩としてエチルメチルイミダゾリウム・テトラフルオロボラートを用いることができる。電解液の塩濃度は、例えば、2mol/lとすることができる。 As the electrolytic solution, a general one can be used. The combination of the salt and solvent used for the electrolytic solution can be determined as appropriate. As an electrolytic solution, for example, propylene carbonate can be used as a solvent, and ethylmethylimidazolium tetrafluoroborate can be used as a salt. The salt concentration of the electrolytic solution can be set to 2 mol / l, for example.
電気二重層キャパシタ10は蓄電ユニット13の正極側の集電膜である正極集電膜19を具備する。正極集電膜19は、ケース11の底面11bに形成される。なお、電気二重層キャパシタ10では、リッド12が負極集電膜の機能を兼ねる。
The electric
蓄電ユニット13のZ軸方向を向いた両面には導電性接着層20,21が形成されている。つまり、蓄電ユニット13の正極シート13aには導電性接着層20が形成され、蓄電ユニット13の負極シート13bには導電接着層21が形成されている。導電性接着層20,21は粘着性及び導電性を有する樹脂材料で形成される。導電性接着層20は正極集電膜19に接着され、導電性接着層21はリッド12に接着されている。これにより、正極シート13aと正極集電膜19とが導通するとともに、負極シート13bとリッド12とが導通する。
Conductive
ケース11のZ軸方向下面には正極電極14及び負極電極15が形成されている。また、ケース11には、正極電極14を正極集電膜19に接続する正極配線16が形成されている。さらに、ケース11には、負極電極15をリッド12に接続するための負極配線17が形成されている。負極配線17は、負極電極15からケース11の側壁をZ軸方向に貫通し、結合部18を介してリッド12に接続されている。
A
電気二重層キャパシタ10は、上記の構成により、正極電極14と負極電極15との間に電圧を印加することにより蓄電ユニット13に蓄電可能であるとともに、蓄電ユニット13に蓄えられた電力を正極電極14及び負極電極15から出力することができる。
The electric
[リッド及び結合部の構成]
電気二重層キャパシタ10のリッド12及び結合部18は、標準電極電位(標準水素電極の電位を基準(0ボルト)とするものとする。)が正である金属材料で形成される。具体的には、リッド12及び結合部18は銀を主成分とする金属材料で形成される。なお、リッド12及び結合部18は、銀に限らず、例えば、銀、金、銅、白金から選択される1種類以上を主成分とする金属材料で形成されていればよい。
[Configuration of lid and connecting part]
The
リッド及び結合部を、標準電極電位が負である金属材料(例えば、コバールやタングステン)で形成する場合、リッド及び結合部が電解液に接触することにより、金属材料がイオン化して電解液に溶出しやすい。特に、電気二重層キャパシタを0ボルトまで放電した場合に、リッド及び結合部を形成する金属材料がイオン化しやすい。 When the lid and the joint are made of a metal material with a negative standard electrode potential (for example, Kovar or tungsten), the metal material ionizes and elutes into the electrolyte when the lid and the joint come into contact with the electrolyte. It's easy to do. In particular, when the electric double layer capacitor is discharged to 0 volts, the metal material forming the lid and the joint is easily ionized.
一方、本実施形態に係る電気二重層キャパシタ10のリッド12及び結合部18を標準電極電位が正である金属材料で形成しているため、リッド12及び結合部18が電解液に接触しても、金属材料がイオン化しにくい。そのため、電気二重層キャパシタ10では、0ボルトまで放電した場合にも、リッド12及び結合部18を形成する金属材料がイオン化することを防止することができる。
On the other hand, since the
なお、リッド12及び結合部18は、電解液に接触する空間11cに露出した面(太線Bで示した面)のみが、標準電極電位が正である金属材料で形成されていれば、上記と同様の効果を得ることができる。リッド12及び結合部18は、例えば、コバールで形成され、太線Bで示した面に標準電極電位が正である金属材料からなる金属層が形成されていてもよい。
In addition, the
上記の金属層は、例えば、メッキ法、クラッド法、スパッタ法、蒸着法により形成することが可能である。具体的には、コバールで形成されたリッド12及び結合部18に、錫メッキを施した後に、金メッキを施すことにより、金で形成された金属層が形成される。
The metal layer can be formed by, for example, a plating method, a cladding method, a sputtering method, or a vapor deposition method. Specifically, a metal layer made of gold is formed by performing gold plating after tin plating is applied to the
[ケースの構成]
電気二重層キャパシタ10のケース11は、低温同時焼成セラミックス(LTCC:Low Temperature Co− fired Ceramics)により構成されている。LTCCの基材に用いられる材料は、900℃程度の低温で焼成可能なセラミックスであり、例えば、アルミナにガラス系の成分を混合したものが挙げられる。そのため、LTCCの配線には、耐熱性や線膨張率による制約が大幅に低減されるため、多岐にわたる金属材料を選択することができる。
[Case structure]
The
本実施形態に係る電気二重層キャパシタ10では、LTCCの配線が、リッド12及び結合部18と同様の金属材料で形成される。つまり、LTCCの配線は、標準電極電位が正である金属材料で形成される。これにより、LTCCの配線、結合部18、及びリッド12が相互に良好に接合可能となる。
In the electric
図2を参照して、電気二重層キャパシタ10のケース11における電極及び配線の構成について説明する。正極電極14及び負極電極15は、ケース11のZ軸方向下面のY軸方向における両端部に形成されている。
With reference to FIG. 2, the structure of the electrode and wiring in
正極電極14は、ケース11の外側面まで引き出され、ケース11の外側面に沿ってZ軸方向上方に延び、さらにY軸方向にケース11内部に向けて正極配線16まで延びている。ケース11では、正極電極14が正極配線16まで延びているが、正極電極14の当該構成は必須ではない。正極電極14は、例えば、正極電極14がケース11のZ軸方向下面に配置され、正極電極14とは別に、正極電極14と正極配線16とを接続する配線が形成されていてもよい。正極配線16は、正極電極14と正極集電膜19とを接続するZ軸方向に延びるビアとして構成される。
The
負極電極15は、ケース11の外側面まで引き出され、ケース11の外側面に沿ってZ軸方向上方に延び、さらにY軸方向にケース11内部に向けて所定距離延びている。負極電極15は、ケース11の側壁の内部において負極配線17に接続され、負極配線17はケース11の側壁の上端部まで貫通している。負極配線17はケース11の側壁の上端部において結合部18に接合される。負極電極15及び負極配線17の構成は、当該構成に限らず、負極電極15がケース11の下面に配置され、負極配線17が負極電極15と結合部18とを接続されていればよい。
The
[リッド及び結合部の構成とケースの構成との関係]
LTCCの配線を形成する第1の金属材料、リッド12を形成する第2の金属材料、及び結合部18を形成する第3の金属材料は同様の組成を有していることが望ましい。この場合、LTCCの配線、結合部18、及びリッド12が相互に極めて良好に接合可能となる。しかし、第1の材料、第2の材料、及び第3の材料は互いに異なる組成を有していてもよい。
[Relationship between lid and joint configuration and case configuration]
It is desirable that the first metal material forming the LTCC wiring, the second metal material forming the
また、結合部18を、上述のように、標準電極電位が正である金属材料によりなる金属層を形成する方法で作製する場合には、太線Bで示される面に加えて、結合部18のZ軸方向下面(図2に太破線Cで示した面)にも金属層を形成する。これにより、LTCCの配線と結合部18との良好な接合が担保される。
In addition, when the
[電気二重層キャパシタの製造方法]
まず、図3を参照してケース11及び結合部18の製造プロセスについて説明する。図3は電気二重層キャパシタ10のケース11及び結合部18の製造プロセスを示す断面図である。
[Method of manufacturing electric double layer capacitor]
First, the manufacturing process of the
まず、図3(A)に示すように、未焼成のセラミックシート111,211,311,411を、Z軸方向下方からこの順番で積層して積層体を形成する。セラミックシート111にはあらかじめ正極電極14及び負極電極15を形成しており、セラミックシート211にはあらかじめ正極配線16及び正極集電膜19を形成している。正極電極14はセラミックシート211を貫通するビアとして構成される。セラミックシート211,311,411にはあらかじめ負極配線17を形成している。セラミックシート311,411は所定の形状に加工を施している。
First, as shown in FIG. 3A, unfired
次に、図3(B)に示すように、セラミックシート411のZ軸方向上面に未焼成の結合部118が塗布される。結合部118には、銀、金、銅、白金などの粉末を有機溶媒などによりペースト状にした金属ペーストを用いる。
Next, as illustrated in FIG. 3B, an
次に、図3(C)に示すように、図3(B)に示した積層体を焼成することにより、ケース11及び結合部18を同時に形成する。積層体の焼成は、900℃で12時間保持することにより行なった。なお、積層体の焼成温度及び焼成時間は、適宜決定することが可能であり、例えば、焼成温度を800℃〜1000℃とし、焼成時間を5時間〜15時間とすることができる。
Next, as shown in FIG. 3C, the
このように本実施形態では、ケース11と同時に結合部18を焼成する。そのため、本実施形態の電気二重層キャパシタ10の製造プロセスでは、ケースの焼成と結合部の形成を個別に行なう製造プロセスよりも工数が少なくて済む。したがって、本実施形態では、電気二重層キャパシタ10の製造プロセスの簡略化が実現されている。
Thus, in the present embodiment, the
本実施形態では、ケース11を4枚のセラミックシートで形成したが、セラミックシートの枚数は適宜決定することができる。また、図3では説明の便宜のため単一のケース11のみを示したが、ケース11を、未切断のXY平面に沿って連なった状態で焼成することも可能である。この場合、焼成後のケース11をダイシングにより個片化する。
In the present embodiment, the
また、各電極や配線におけるケース11の外面に露出している部分を、ケース11の焼成後に形成する方法も採ることができる。この場合の電極や配線の形成には、例えば、メッキ法を用いることができる。
Moreover, the method of forming the part exposed to the outer surface of
次に、図4を参照して電気二重層キャパシタ10におけるケース11の製造後の製造プロセスについて説明する。図3は電気二重層キャパシタ10の製造プロセスを示す断面図である。
Next, a manufacturing process after manufacturing the
まず、図4(A)に示すように、図3(C)に示すケース11内に蓄電ユニット13を配置する。具体的には、正極シート13aを、導電性接着層20を介して正極集電膜19と対面させて導電性接着層20と正極集電膜19とを接着する。このとき、負極シート13bはZ軸方向上方に向いている。
First, as shown in FIG. 4A, the
次に、図4(B)に示すように、ケース11をリッド12によりZ軸方向上方から閉塞して電気二重層キャパシタ10が完成する。リッド12と結合部18とは溶接法により接合する。このとき、正極集電膜19は導電性接着層20を介して蓄電ユニット13の正極シート13aに接続され、リッド12は導電性接着層21を介して蓄電ユニット13の負極シート13bに接続されている。
Next, as shown in FIG. 4B, the
リッド12と結合部18との接合には各種溶接法を採用することが可能である。そのような溶接法としては、例えば、シーム溶接やレーザ溶接が挙げられる。また、リッド12と接合部18との接合方法は溶接法に限らない。溶接法以外の接合方法としては、例えば、圧接、ろう接が挙げられる。
Various welding methods can be employed for joining the
[他の実施形態]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
[Other Embodiments]
The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
例えば、本発明を適用可能な電気化学キャパシタは電気二重層キャパシタに限らない。電気化学キャパシタは、蓄電ユニット13の正極シートと負極シートとが炭素を含む同様の材料で形成され、0ボルトまで放電可能なものであれば、本実施形態と同様の作用効果が得られる。
For example, the electrochemical capacitor to which the present invention is applicable is not limited to an electric double layer capacitor. As long as the positive electrode sheet and the negative electrode sheet of the
そのような電気化学キャパシタとしては、例えば、PAS(PolyAcenic Semiconductor)キャパシタが挙げられる。この場合、蓄電ユニット13の正極シート13a及び負極シート13bがいずれもポリアセン系有機半導体で形成されていればよい。
An example of such an electrochemical capacitor is a PAS (Poly Acid Semiconductor) capacitor. In this case, both the
10…電気二重層キャパシタ
11…ケース
12…リッド
13…蓄電ユニット
13a…正極シート
13b…負極シート
13c…セパレートシート
14…正極電極
15…負極電極
16…正極配線
17…負極配線
18…結合部
19…正極集電膜
20,21…導電性接着層
DESCRIPTION OF
Claims (15)
標準電極電位が正である第1の金属材料からなる配線を含み、第1の方向に開放された空間を形成するケースと、
前記ケースの前記空間を前記第1の方向側から閉塞し、前記空間側に露出した面が、標準電極電位が正である第2の金属材料からなるリッドと、
前記ケースと前記リッドとの間に挟まれ、前記空間側に露出した面が、標準電極電位が正である第3の金属材料からなる結合部と、
炭素を含む材料からなる正極シート、当該正極シートと同様の材料からなり、前記正極シートに対向する負極シート、及び前記正極シートと前記負極シートとを絶縁するセパレートシートを有し、前記正極シートが前記ケースの前記リッドに対向する底面に対面するとともに前記負極シートが前記リッドに対面するように前記空間内に配置され、前記正極シートが前記配線を介して前記正極電極に接続されるとともに前記負極シートが前記リッド、前記結合部及び前記配線を介して前記負極電極に接続される蓄電ユニットと、
前記セパレートシートを透過可能であり、前記蓄電ユニットとともに前記空間内に封入される電解液と、
を具備する電気化学キャパシタ。 A positive electrode and a negative electrode;
A case including a wiring made of a first metal material having a positive standard electrode potential and forming a space opened in a first direction;
A lid made of a second metal material having a standard electrode potential positive, the surface of the case closing the space from the first direction side, and the surface exposed to the space side;
A surface sandwiched between the case and the lid and exposed to the space side is a joint made of a third metal material having a positive standard electrode potential,
A positive electrode sheet made of a material containing carbon, a negative electrode sheet made of the same material as the positive electrode sheet, and a separate sheet that insulates the positive electrode sheet from the negative electrode sheet. The negative electrode sheet is disposed in the space so as to face a bottom surface of the case facing the lid, and the positive electrode sheet is connected to the positive electrode via the wiring and the negative electrode A power storage unit in which a sheet is connected to the negative electrode through the lid, the coupling portion, and the wiring, and
An electrolyte solution that is permeable through the separate sheet and enclosed in the space together with the power storage unit;
An electrochemical capacitor comprising:
前記第1の金属材料、前記第2の金属材料、及び前記第3の金属材料は銀、金、銅、白金から選択される1種類以上の元素を主成分とする
電気化学キャパシタ。 The electrochemical capacitor according to claim 1,
The first metal material, the second metal material, and the third metal material are electrochemical capacitors whose main component is one or more elements selected from silver, gold, copper, and platinum.
前記第1の金属材料、前記第2の金属材料、及び前記第3の金属材料はいずれも銀を主成分とする
電気化学キャパシタ。 The electrochemical capacitor according to claim 2,
The first metal material, the second metal material, and the third metal material are all electrochemical capacitors mainly composed of silver.
前記第1の金属材料、前記第2の金属材料、及び前記第3の金属材料はいずれも同様の組成を有する
電気化学キャパシタ。 The electrochemical capacitor according to any one of claims 1 to 3,
The first metal material, the second metal material, and the third metal material all have the same composition.
前記リッドは前記第2の金属材料によって形成され、
前記結合部は前記第3の金属材料によって形成されている
電気化学キャパシタ。 The electrochemical capacitor according to any one of claims 1 to 4,
The lid is formed of the second metal material;
The coupling portion is an electrochemical capacitor formed of the third metal material.
前記正極シート及び前記負極シートは活性炭からなる
電気化学キャパシタ。 The electrochemical capacitor according to any one of claims 1 to 5,
The positive electrode sheet and the negative electrode sheet are electrochemical capacitors made of activated carbon.
前記正極シート及び前記負極シートはポリアセン系有機半導体からなる
電気化学キャパシタ。 The electrochemical capacitor according to any one of claims 1 to 5,
The positive electrode sheet and the negative electrode sheet are electrochemical capacitors made of a polyacenic organic semiconductor.
標準電極電位が正である第2の金属材料によりなる面を有するリッドを形成し、
前記積層体の開放された端部の全周にわたって、標準電極電位が正である第3の金属材料を含むペーストを塗布し、
前記ペーストを塗布した前記積層体を焼成して、前記積層体をケースとするとともに前記ペーストを結合部とし、
炭素を含む材料からなる正極シート、当該正極シートと同様の材料からなり、前記正極シートに対向する負極シート、及び前記正極シートと前記負極シートとを絶縁するセパレートシートを有する蓄電ユニットを、前記負極シートが前記第1の方向を向くように前記ケースの前記空間内に配置し、
前記ケースの前記空間内に前記セパレートシートを透過可能な電解液を入れ、
前記蓄電ユニット及び前記電解液を収容した前記ケースに対して、前記第1の方向側から、前記リッドの前記面を対向させ、
前記リッドの前記面を前記結合部に接合することにより、前記リッドの前記面により前記ケースの前記空間を閉塞するとともに前記リッドの前記面と前記負極シートとを対面させる
電気化学キャパシタの製造方法。 By laminating a plurality of ceramic sheets appropriately formed with a wiring made of the first metal material having a positive standard electrode potential, a laminated body that forms a space opened in the first direction is formed.
Forming a lid having a surface made of a second metal material having a positive standard electrode potential;
Applying a paste containing a third metal material having a positive standard electrode potential over the entire circumference of the open end of the laminate,
Firing the laminate coated with the paste, the laminate as a case and the paste as a joint,
A negative electrode sheet made of a material containing carbon, a negative electrode sheet made of the same material as the positive electrode sheet, facing the positive electrode sheet, and a separate sheet that insulates the positive electrode sheet from the negative electrode sheet. Arranging the seat in the space of the case so that the sheet faces the first direction;
An electrolyte that can penetrate the separate sheet is placed in the space of the case,
From the first direction side, the surface of the lid is opposed to the case containing the power storage unit and the electrolytic solution,
A method for manufacturing an electrochemical capacitor, wherein the surface of the lid is closed by the surface of the lid and the surface of the lid faces the negative electrode sheet by joining the surface of the lid to the coupling portion.
前記リッドの前記面を前記結合部に溶接法によって接合する
電気化学キャパシタの製造方法。 A method for producing an electrochemical capacitor according to claim 8,
A method for manufacturing an electrochemical capacitor, wherein the surface of the lid is joined to the joint by a welding method.
前記第1の金属材料、前記第2の金属材料、及び前記第3の金属材料は銀、金、銅、白金から選択される1種類以上の元素を主成分とする
電気化学キャパシタの製造方法。 A method for producing an electrochemical capacitor according to claim 8 or 9,
The method for producing an electrochemical capacitor, wherein the first metal material, the second metal material, and the third metal material are mainly composed of one or more elements selected from silver, gold, copper, and platinum.
前記第1の金属材料、前記第2の金属材料、及び前記第3の金属材料はいずれも銀を主成分とする
電気化学キャパシタの製造方法。 It is a manufacturing method of the electrochemical capacitor according to claim 10,
The first metal material, the second metal material, and the third metal material are all made of silver as a main component.
前記第1の金属材料、前記第2の金属材料、及び前記第3の金属材料はいずれも同様の組成を有する
電気化学キャパシタの製造方法。 It is a manufacturing method of the electrochemical capacitor according to any one of claims 8 to 11,
The first metal material, the second metal material, and the third metal material all have the same composition.
前記リッドを前記第2の金属材料によって形成する
電気化学キャパシタの製造方法。 The method for producing an electrochemical capacitor according to any one of claims 8 to 12,
A method for manufacturing an electrochemical capacitor, wherein the lid is formed of the second metal material.
前記正極シート及び前記負極シートは活性炭からなる
電気化学キャパシタの製造方法。 A method for producing an electrochemical capacitor according to any one of claims 8 to 13,
The method for producing an electrochemical capacitor, wherein the positive electrode sheet and the negative electrode sheet are made of activated carbon.
前記正極シート及び前記負極シートはポリアセン系有機半導体からなる
電気化学キャパシタの製造方法。
A method for producing an electrochemical capacitor according to any one of claims 8 to 13,
The method for producing an electrochemical capacitor, wherein the positive electrode sheet and the negative electrode sheet are made of a polyacene organic semiconductor.
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WO2015133340A1 (en) * | 2014-03-03 | 2015-09-11 | 太陽誘電株式会社 | Electrochemical device |
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- 2012-05-01 JP JP2012104311A patent/JP2013232570A/en active Pending
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