JP2016103555A

JP2016103555A - 電気化学キャパシタ

Info

Publication number: JP2016103555A
Application number: JP2014240803A
Authority: JP
Inventors: 村山　一郎; Ichiro Murayama; 一郎村山
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2014-11-28
Filing date: 2014-11-28
Publication date: 2016-06-02

Abstract

【課題】複数の電極積層体を保護できながら、複数の電極積層体を押圧できる電気化学キャパシタを提供すること。【解決手段】ハイブリッドキャパシタ１は、複数の電極積層体４と、内部に電解液１６を貯留し、複数の電極積層体４を、上下方向に沿って積層するように収納する筐体２と、筐体２内に配置される押圧板５および押圧ばね４７とを備える。そして、押圧ばね４７は、圧縮状態で押圧板５と筐体２との間に介在する。そのため、複数の電極積層体４を、１つの筐体２によって保護できながら、押圧板５および押圧ばね４７によって押圧できる。【選択図】図２

Description

本発明は、電気化学キャパシタに関する。

従来より、蓄電デバイスとして、電気化学キャパシタが知られている。電気化学キャパシタは、正極と、負極と、これらの電極間に介在されるセパレータとを備える電気化学セルを複数備える。そして、電気化学キャパシタでは、電気二重層や酸化還元反応により、充放電が行われる。

このような電気化学キャパシタとして、正極、負極およびセパレータを備える複数の電気化学セルと、複数の電気化学セルを押圧する圧力可変装置とを備えるハイブリッドキャパシタが知られている（例えば、特許文献１参照）。そして、ハイブリッドキャパシタにおいて充放電が行われるときには、複数の電気化学セルは、圧力可変装置によって押圧される。これにより、電気化学セルにおける単位体積あたりのエネルギー密度が向上する。

特開２０１３−１８２９２４号公報

しかるに、上記特許文献１に記載のハイブリッドキャパシタでは、電気化学セルが外部空間に臨んでいるため、電気化学セルが他の部材と干渉して損傷するおそれがある。一方、電気化学セルを筐体等で覆うと、圧力可変装置による電気化学セルの押圧ができなくなってしまうという不具合がある。

そこで、本発明の目的は、複数の電極積層体を保護できながら、複数の電極積層体を押圧できる電気化学キャパシタを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の電気化学キャパシタは、セパレータと、前記セパレータの一方側に配置される正極と、前記セパレータの他方側に配置される負極とを備える複数の電極積層体と、内部に電解液を貯留し、前記複数の電極積層体を、前記正極と前記負極との対向方向に沿って積層するように収納する筐体と、前記筐体内に配置され、前記複数の電極積層体を前記対向方向に沿って押圧するように構成される押圧手段と、を備えることを特徴としている。

このような構成によれば、積層された複数の電極積層体が、内部に電解液を貯留する筐体に収納される。

そのため、複数の電極積層体を、１つの筐体によって保護できる。

また、積層された複数の電極積層体は、筐体内に配置された押圧手段によって、押圧される。

その結果、複数の電極積層体を、筐体によって保護できながら、押圧手段によって押圧できる。

本発明の電気化学キャパシタによれば、複数の電極積層体を保護できながら、複数の電極積層体を押圧できる。

図１は、本発明の電気化学キャパシタの一実施形態であるハイブリッドキャパシタを示す斜視図である。図２は、図１に示すハイブリッドキャパシタの断面図である。図３は、図１に示すハイブリッドキャパシタの集電体、正極箔および負極箔を示す斜視図である。

１．ハイブリッドキャパシタ
図１および図２に示すように、電気化学キャパシタの一例としてのハイブリッドキャパシタ１は、車載可能なキャパシタであって、筐体２と、１対の集電体３と、複数の電極積層体４と、複数の中間セパレータ４０と、押圧板５と、複数の押圧ばね４７とを備えている。

なお、以下の説明において、ハイブリッドキャパシタ１の方向に言及するときには、ハイブリッドキャパシタ１を水平に載置した状態を上下の基準とする。すなわち、図１の紙面上方が上方であり、紙面下方が下方である。また、ハイブリッドキャパシタ１において、後述する１対の集電体３が対向する方向が幅方向である。すなわち、図１の紙面左上方が幅方向一方であり、紙面右下方が幅方向他方である。また、上下方向および幅方向の両方に直交する方向が、直交方向である。すなわち、図１の紙面左下方が直交方向一方であり、紙面右上方が直交方向他方である。
（１）筐体
筐体２は、略ボックス形状に形成されており、例えば、アルミニウムやステンレスなどの金属からなる。筐体２は、底壁１１と、周壁１２と、上壁１３とを備えている。

底壁１１は、平面視略矩形の平板形状に形成されている。

周壁１２は、底壁１１の周端部から上方に延びており、角筒状に形成されている。

上壁１３は、平面視略矩形の平板形状に形成されており、周壁１２の上端部を覆っている。上壁１３は、周壁１２に対して取り外し可能である。

筐体２は、上下方向の長さが、例えば、５０〜２００ｍｍであり、幅方向の長さが、例えば、５０〜２００ｍｍであり、直交方向の長さが、例えば、１０〜２００ｍｍである。

そして、筐体２内には、底壁１１、周壁１２および上壁１３により区画される収納空間１５が区画されている。

収納空間１５には、電解液１６が貯留されている。

電解液１６は、リチウムイオンを含む有機溶媒からなり、リチウム塩を有機溶媒に溶解させることにより調製されている。

リチウム塩としては、例えば、テトラフルオロホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ_４）が挙げられる。

有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとからなる混合溶媒が用いられる。
（２）集電体
１対の集電体３は、幅方向に互いに間隔を隔てて対向するように、筐体２内に配置されている。詳しくは、１対の集電体３は、周壁１２の幅方向両端部よりもわずかに幅方向内方側に配置されている。１対の集電体３のそれぞれは、幅方向に見たときの形状が略矩形の平板形状に形成されている。１対の集電体３のそれぞれは、例えば、金属の板からなる。なお、１対の集電体３のうち、幅方向一方側に配置される集電体３が正極集電体３ａであり、幅方向他方側に配置される集電体３が負極集電体３ｂである。また、１対の集電体３のそれぞれには、溝１７が形成されている。

図３に示すように、溝１７は、１対の集電体３のそれぞれの幅方向内方側端面における直交方向中央部に形成されている。溝１７は、上下方向に延びており、１対の集電体３のそれぞれにおける下端から上端まで連続している。溝１７は、１対の集電体３のそれぞれの幅方向内方側端面から幅方向外方側に向かって末広がり状に窪んでいる。具体的には、溝１７は、幅方向外方側に向かうにつれて直交方向の長さが長くなるように、１対の集電体３のそれぞれの幅方向内方側端面から幅方向外方側に向かって窪んでいる。
（３）電極積層体
図１および図２に示すように、複数の電極積層体４は、筐体２内において、１対の集電体３の間に配置されており、上下方向において積層されている。複数の電極積層体４のそれぞれは、セパレータの一例としての電極間セパレータ２０と、正極２１と、負極３１とを備えている。

電極間セパレータ２０は、平面視略矩形の平板形状に形成されている。電極間セパレータ２０は、例えば、ガラス繊維、セラミックス繊維、ウィスカなどの無機繊維、例えば、セルロースなどの天然繊維、例えば、ポリオレフィン、ポリエステルなどの有機繊維などからなるセパレータである。

正極２１は、電極間セパレータ２０の下方側に配置されている。正極２１は、正極箔２２と、正極塗工層２３とを備えている。

図３に示すように、正極箔２２は、平面視略矩形の平板形状に形成されている。正極箔２２は、例えば、アルミニウム箔、銅箔、ステンレス箔、ニッケル箔などの金属箔からなる。正極箔２２は、平板部２４と、係合部２５とを備えている。

平板部２４は、平面視略矩形の平板形状に形成されている。平板部２４の平面視形状は、図２に示す電極間セパレータ２０の平面視形状と略同一形状である。平板部２４には、複数（４個）の正極スリット２７が形成されている。

複数の正極スリット２７のそれぞれは、平板部２４の幅方向端部を除く部分に配置されている。複数の正極スリット２７のそれぞれは、幅方向に沿って延びており、平板部２４を厚み方向に貫通している。複数の正極スリット２７は、直交方向に互いに間隔を隔てて配置されている。

係合部２５は、平板部２４と同じ厚みを有し、平板部２４の幅方向一端部の中央部から幅方向一方側に突出している。係合部２５は、平面視形状が、正極集電体３ａにおける溝１７の平面視形状と略同一となるように形成されている。すなわち、係合部２５は、平板部２４の幅方向一端部から幅方向外方側に向かって末広がり状に突出している。具体的には、係合部２５は、幅方向外方側に向かうにつれて直交方向の長さが長くなるように、平板部２４の幅方向一端部から突出している。

図２に示すように、正極塗工層２３は、正極箔２２の平板部２４の上面および下面の全面に形成されている。正極塗工層２３は、分極性カーボンからなる正極材料（分極性カーボン材料）に、例えば、導電剤と、ポリマーバインダとを配合して得られる混合物を、正極箔２２の平板部２４の上面および下面に塗布して、乾燥させることにより形成される。

負極３１は、電極間セパレータ２０の上方側に配置されている。負極３１は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出する電極であって、負極箔３２と、負極塗工層３３とを備えている。

図３に示すように、負極箔３２は、平面視略矩形の平板形状に形成されている。負極箔３２は、例えば、アルミニウム箔、銅箔、ステンレス箔、ニッケル箔などの金属箔からなる。負極箔３２は、平板部３４と、係合部３５とを備えている。

平板部３４は、平面視略矩形の平板形状に形成されている。平板部３４の平面視形状は、電極間セパレータ２０の平面視形状と略同一形状である。平板部３４には、複数（４個）の負極スリット３７が形成されている。

複数の負極スリット３７のそれぞれは、平板部３４の幅方向端部を除く部分に配置されている。複数の負極スリット３７のそれぞれは、幅方向に沿って延びており、平板部３４を厚み方向に貫通している。複数の負極スリット３７は、直交方向に互いに間隔を隔てて配置されている。

係合部３５は、平板部３４と同じ厚みを有し、平板部３４の幅方向他端部の中央部から幅方向他方側に突出している。係合部３５は、平面視形状が、負極集電体３ｂにおける溝１７の平面視形状と略同一となるように形成されている。すなわち、係合部３５は、平板部３４の幅方向他端部から幅方向外方側に向かって末広がり状に突出している。具体的には、係合部３５は、幅方向外方側に向かうにつれて直交方向の長さが長くなるように、平板部３４の幅方向他端部から突出している。

図２に示すように、負極塗工層３３は、負極箔３２の平板部３４の上面および下面の全面に形成されている。負極塗工層３３は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出可能な負極材料と、ポリマーバインダとを配合して得られる混合物を、負極箔３２の平板部３４の上面および下面に塗布して、乾燥させることにより形成される。

なお、最下方に配置される電極積層体４の正極２１では、正極箔２２の上面にのみ正極塗工層２３が形成されている。また、最上方に配置される電極積層体４の負極３１では、負極箔３２の下面にのみ負極塗工層３３が形成されている。

複数の電極積層体４のそれぞれの厚さは、例えば、５０〜２００μｍである。
（４）中間セパレータ
筐体２内において、複数の電極積層体４の間には、中間セパレータ４０が介在している。複数の中間セパレータ４０のそれぞれは、電極間セパレータ２０と同一の部材である。（５）押圧板および押圧ばね
押圧板５は、筐体２内において、最上方に配置される電極積層体４の上方に配置されている。押圧板５は、平面視略矩形の平板形状に形成されている。押圧板５は、例えば、ＳＵＳ、高炭素、シリコンマンガン鋼、マンガンクロム鋼からなる。

複数の押圧ばね４７は、押圧板５の上面に設けられている。複数の押圧ばね４７は、線材が巻回されることによって構成されるコイルばねである。複数の押圧ばね４７および押圧板５が押圧手段の一例を構成している。押圧ばね４７は、押圧板５の中央部を挟んで対向するように、複数（２個）設けられている。
２．ハイブリッドキャパシタの製造
図１および図２に示すように、ハイブリッドキャパシタ１を製造する場合には、まず、上壁１３を取り外した状態の筐体２を水平面上に載置する。

そして、電極積層体４を、底壁１１の上面に載置するように、筐体２内の収納空間１５に収納する。

このとき、最下方に配置される電極積層体４の係合部２５を、正極集電体３ａの溝１７に上下方向にスライド自在に係合させ、電極積層体４の係合部３５を、負極集電体３ｂの溝１７に上下方向にスライド自在に係合させ、電極積層体４を底壁１１の上面に載置させるまで下方にスライドさせるようにして、電極積層体４を筐体２内の収納空間１５に収納する。

この状態において、正極箔２２は、正極集電体３ａと当接しており、負極集電体３ｂと間隔を隔てて配置されている。また、負極箔３２は、負極集電体３ｂと当接しており、正極集電体３ａと間隔を隔てて配置されている。

次いで、中間セパレータ４０を、電極積層体４の上面、詳しくは、電極積層体４における上方側に配置される負極塗工層３３の上面に載置するように、筐体２内の収納空間１５に収納する。

さらに、次の電極積層体４を、上記したように、係合部２５を正極集電体３ａの溝１７に上下方向にスライド自在に係合させ、係合部３５を負極集電体３ｂの溝１７に上下方向にスライド自在に係合させ、電極積層体４を中間セパレータ４０の上面に載置させるまで下方にスライドさせるようにして、電極積層体４を筐体２内の収納空間１５に収納する。

その後は、上記したように、中間セパレータ４０と、その後の電極積層体４とを、順次積層させるようにして、筐体２内の収納空間１５に収納する。

そして、最上方の電極積層体４を筐体２内の収納空間１５に収納した後、すなわち、複数の電極積層体４の全てを筐体２内の収納空間１５に収納した後、押圧板５を、最上方に配置される電極積層体４の上面、詳しくは、最上方に配置される電極積層体４における負極箔３２の上面に載置するように、筐体２内の収納空間１５に収納する。

さらに、収納空間１５内に電解液１６を貯留する。

このとき、複数の電極積層体４のそれぞれの正極２１および負極３１は、電解液１６に浸漬されている。

次いで、筐体２の周壁１２の上端部に上壁１３を取り付ける。

すると、複数の押圧ばね４７のそれぞれは、上壁１３によって、下方に向かって押圧されて収縮する。すなわち、複数の押圧ばね４７のそれぞれは、圧縮状態で押圧板５と上壁１３との間に介在する。

このようにして、ハイブリッドキャパシタ１の製造が完了する。

そして、ハイブリッドキャパシタ１においては、上記したように、複数の押圧ばね４７のそれぞれが、圧縮状態で押圧板５と上壁１３との間に介在する。

そのため、複数の押圧ばね４７は、常には、押圧板５を下方に向かって押圧する。その結果、押圧板５は、常には、複数の電極積層体４を下方に向かって押圧する。

また、筐体２内の電解液１６中において発生したガスは、正極スリット２７または負極スリット３７を通過した後、電極間セパレータ２０と正極塗工層２３との間の微細な隙間、電極間セパレータ２０と負極塗工層３３との間の微細な隙間、中間セパレータ４０と正極塗工層２３との間の微細な隙間、または、中間セパレータ４０と負極塗工層３３との間の微細な隙間を通過し、その後、筐体２内を上方に向かって移動する。

なお、押圧板５に図示しない貫通穴を形成し、押圧板５の周辺の電解液１６中において発生したガスが、押圧板５の貫通穴を通過するように、押圧板５を構成してもよい。
３．作用効果
このハイブリッドキャパシタ１によれば、図２に示すように、積層された複数の電極積層体４が、内部に電解液１６を貯留する筐体２に収納される。

そのため、複数の電極積層体４を、１つの筐体２によって保護できる。また、ハイブリッドキャパシタ１を簡易に構成できる。

また、積層された複数の電極積層体４は、筐体２内に配置された押圧板５および押圧ばね４７によって、押圧される。

その結果、複数の電極積層体４を、筐体２によって保護できながら、押圧板５および押圧ばね４７によって押圧できる。

１ハイブリッドキャパシタ
２筐体
４電極積層体
５押圧板
１６電解液
２０電極間セパレータ
２１正極
３１負極
４７押圧ばね

Claims

セパレータと、前記セパレータの一方側に配置される正極と、前記セパレータの他方側に配置される負極とを備える複数の電極積層体と、
内部に電解液を貯留し、前記複数の電極積層体を、前記正極と前記負極との対向方向に沿って積層するように収納する筐体と、
前記筐体内に配置され、前記複数の電極積層体を前記対向方向に沿って押圧するように構成される押圧手段と、を備えることを特徴とする、電気化学キャパシタ。