JP2016149439A

JP2016149439A - 蓄電デバイス

Info

Publication number: JP2016149439A
Application number: JP2015025278A
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: 2015-02-12
Filing date: 2015-02-12
Publication date: 2016-08-18

Abstract

【課題】薄型化を図ることができながら、蓄電性能の低下を抑制することができる、蓄電デバイスを提供する。【解決手段】キャパシタ１は、１対のラミネートシート２間に、電極体３を備えている。電極体３は、正極１１と負極１２とをそれらの間にセパレータ１３を挟んで積層した積層構造を有している。正極１１は、ラミネートシート２の外部に引き出された正極タブ５と電気的に接続されている。負極１２は、ラミネートシート２の外部に引き出された負極タブ６と電気的に接続されている。１対のラミネートシート２間において、正極タブ５および負極タブ６上には、スポンジからなる吸液部材２１が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、キャパシタなどの蓄電デバイスに関する。

自動車などの車両には、メインバッテリとして搭載されている鉛電池に加え、回生電力を蓄えておくためのサブバッテリ（補助電源）として、大電力を充放電可能なキャパシタが搭載され始めている。

たとえば、ラミネート型のキャパシタ（ラミネートセル）は、１対のラミネートシート間に、セパレータを挟んで正極および負極が交互に積層された構造の電極体を備えている。ラミネートシートの周縁部は、全周にわたって溶着されており、電極体は、ラミネートシート間に、電解液に浸漬した状態で封入されている。

特許第５６５３０８１号公報

かかるキャパシタの薄型化には、セパレータを薄くすることが有効である。しかしながら、セパレータを薄くすると、キャパシタにおける電解液の絶対量が少なくなり、蓄電性能の低下を招くおそれがある。

本発明の目的は、薄型化を図ることができながら、蓄電性能の低下を抑制することができる、蓄電デバイスを提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る蓄電デバイスは、正極と負極とがセパレータを挟んで交互に積層された積層構造を有する電極体と、電極体をその積層方向から挟み込むとともに、電解液を保持する１対のラミネートシートと、一端部が電極体に接続され、他端部がラミネートシートの外部に引き出された電極タブと、ラミネートシート間における電極タブ上に設けられ、弾性変形／復元により電解液を吸収／放出する吸液部材とを含む。

この構成によれば、ラミネートシート間における電極タブ上に、弾性変形／復元により電解液を吸収／放出する吸液部材が設けられている。

かかる構造の電極体（正極および／または負極）が充電時に膨張し、放電時に収縮することが知られている。放電時に電極体が収縮した状態では、ラミネートシートから吸液部材に定常の圧力が加わっており、吸液部材が電解液を吸収して保持している。蓄電デバイスの充電が開始されて、その充電が進むと、電極体が膨張する。電極体の膨張に伴い、ラミネートシートは、その中央部が盛り上がるように変形する。吸液部材がラミネートシートの周縁部に配置されているので、そのラミネートシートの変形により、ラミネートシートから吸液部材に加わる圧力が大きくなる。これにより、吸液部材が弾性変形して、吸液部材から電解液が放出される。そのため、蓄電デバイスの充電時には、電極体に多量の電解液を供給することができる。

よって、セパレータを薄くすることにより、蓄電デバイスの薄型化を図ることができながら、蓄電デバイスの蓄電性能の低下を抑制することができる。

また、ラミネートシート間における電極タブ上は、従来、空きスペースである。その部分に電極体が設けられることにより、空きスペースを有効に活用することができる。

電極タブは、ラミネートシートから所定方向の両側に引き出されており、吸液部材は、各電極タブ上に設けられていてもよい。

この場合、弾性変形可能な第１板状部材が吸液部材間に跨がるように設けられるとともに、第１板状部材よりも弾性変形しにくい第２板状部材が電極タブ間に設けられてもよい。

第１板状部材と第２板状部材との変形しやすさの相違により、充電時の電極体の膨張に伴って、第１板状部材が第２板状部材よりも大きく変形する。そのため、第１電極板の弾性力およびラミネートシートの張力により、吸液部材を良好に押圧することができ、吸液部材を良好に変形させることができる。

本発明によれば、蓄電デバイスの良好な蓄電性能を確保しながら、蓄電デバイスの薄型化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るキャパシタの構成を図解的に示す断面図であり、放電時におけるキャパシタの状態を示す。電極体の図解的な平面図である。充電時におけるキャパシタの状態を図解的に示す断面図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るキャパシタ１の構成を図解的に示す断面図である。

キャパシタ１は、ラミネート型のキャパシタであり、たとえば、ラミネート型のリチウムイオンキャパシタである。キャパシタ１は、１対のラミネートシート２間に、電極体３を備えている。ラミネートシート２は、アルミニウム基材の表面を絶縁性の樹脂で被覆してなるシートである。ラミネートシート２の周縁部４は、全周にわたって溶着されており、電極体３は、ラミネートシート２間に、電解液に浸漬した状態で封入されている。

図２は、電極体３の図解的な平面図である。図２では、ラミネートシート２が二点鎖線で示されている。

電極体３は、正極１１と負極１２とをそれらの間にセパレータ１３を挟んで積層した積層構造を有している。電極体３は、正極１１および負極１２ならびにそれらの間のセパレータ１３を１組として、たとえば、２０〜５０組の正極１１、負極１２およびセパレータ１３を備えている。電極体３の最上層および最下層は、セパレータ１３からなる。

正極１１は、長辺および短辺を有する矩形シート状に形成されており、集電体（集電泊）の両面にその長手方向（長辺に沿う方向）の一端部１４を除いて活物質層を設けた構成を有している。各正極１１の一端部１４は、長手方向の一方側で重なり合い、ラミネートシート２の外部に引き出された正極タブ５と電気的に接続されている。

負極１２は、正極１１と略同形状を有するシート状に形成されている。負極１２は、正極１１と同様に、集電体の両面にその長手方向の一端部１５を除いて活物質層を設けた構成を有している。負極１２の活物質層は、正極１１の活物質層とほぼ同じ寸法に形成されている。負極１２は、その活物質層が正極１１の活物質層と重なり合い、活物質層が形成されていない一端部１５が正極１１における活物質層が形成されていない一端部１４と反対側に位置するように配置されている。そして、各負極１２の一端部１５は、重なり合って、ラミネートシート２の外部に引き出された負極タブ６と電気的に接続されている。

セパレータ１３は、矩形シート状に形成され、正極１１および負極１２の長手方向において、正極１１および負極１２の各活物質層とほぼ同じ寸法を有し、正極１１および負極１２の短辺に沿う方向（短手方向）において、正極１１および負極１２の短辺よりも長い寸法を有している。セパレータ１３は、正極１１および負極１２の各活物質層と重なり合うように配置され、正極１１および負極１２の各活物質層が接触し合わないように、各活物質層を分離している。

そして、１対のラミネートシート２間において、正極タブ５および負極タブ６上には、スポンジからなる吸液部材２１が設けられている。各吸液部材２１は、略四角柱状をなし、電極体３に隣接して、電極体３の短手方向に延在している。吸液部材２１の両端部は、正極タブ５または負極タブ６を越えて、その外側に位置している。

吸液部材２１に用いることができるスポンジとしては、ゴムスポンジ、ウレタンスポンジ、メラミンスポンジまたは天然スポンジが挙げられる。ゴムスポンジは、天然ゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴムまたはシリコーンゴムを原料としたスポンジである。天然スポンジは、海綿を原料としたスポンジである。安定性の面から、エチレンプロピレンゴムまたはシリコーンゴムから製造されたゴムスポンジが使用されることが好ましい。また、スポンジの密度は、０．１〜０．３ｇ／ｃｍ^３の範囲内にあることが好ましい。

図３は、充電時におけるキャパシタ１の状態を図解的に示す断面図である。

キャパシタ１の充電時には、電極体３（正極および／または負極）が膨張し、放電時に収縮することが知られている。その膨張率は、１９〜５０％程度である。

放電時に電極体３が収縮した状態では、ラミネートシート２から吸液部材２１に定常の圧力が加わっており、吸液部材２１が電解液を吸収して保持している。

キャパシタ１の充電が開始されて、その充電が進むと、図３に示されるように、電極体３が膨張する。電極体３の膨張に伴い、ラミネートシート２は、その中央部が盛り上がるように変形する。吸液部材２１がラミネートシート２の周縁部に配置されているので、そのラミネートシート２の変形により、ラミネートシート２から吸液部材２１に加わる圧力が大きくなる。これにより、吸液部材２１が弾性変形して、吸液部材２１から電解液が放出される。そのため、キャパシタ１の充電時には、電極体３に多量の電解液を供給することができる。

よって、セパレータ１３を薄くすることにより、キャパシタ１の薄型化を図ることができながら、キャパシタ１の蓄電性能の低下を抑制することができる。

また、ラミネートシート２間における正極タブ５および負極タブ６上は、従来、空きスペースである。その部分に電極体３が設けられることにより、空きスペースを有効に活用することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、吸液部材２１の両端部は、正極タブ５または負極タブ６の外側に配置されているとしたが、正極タブ５または負極タブ６上に配置されていてもよい。

また、弾性変形可能な第１板状部材が吸液部材２１間に跨がるように設けられるとともに、第１板状部材よりも弾性変形しにくい第２板状部材が正極タブ５と負極タブ６との間に設けられてもよい。第２板状部材が金属板からなる場合、第２板状部材は、当然に、正極タブ５および負極タブ６に接触しないように設けられる。

第１板状部材と第２板状部材との変形しやすさの相違により、充電時の電極体の膨張に伴って、第１板状部材が第２板状部材よりも大きく変形する。そのため、第１電極板の弾性力およびラミネートシートの張力により、吸液部材２１を良好に押圧することができ、吸液部材２１を良好に変形させることができる。

第１板状部材および第２板状部材に金属板が採用されて、第１板状部材が正極タブまたは負極タブの一方と一体化され、第２板状部材がその他方と一体化されてもよい。この場合、第１板状部材および第２板状部材を設けることによる部品点数の増加を抑制できる。

本発明は、リチウムイオンキャパシタに限らず、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ：Electric Double-Layer Capacitor）など他の種類のキャパシタに適用することも可能であり、また、ニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ：Nickel Metal Hydride）電池、リチウムイオン電池などの電池に適用することも可能である。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１キャパシタ
２ラミネートシート
３電極体
５正極タブ（電極タブ）
６負極タブ（電極タブ）
１１正極
１２負極
１３セパレータ
２１吸液部材

Claims

正極と負極とがセパレータを挟んで交互に積層された積層構造を有する電極体と、
前記電極体をその積層方向から挟み込むとともに、電解液を保持する１対のラミネートシートと、
一端部が前記電極体に接続され、他端部が前記ラミネートシートの外部に引き出された電極タブと、
前記ラミネートシート間における前記電極タブ上に設けられ、弾性変形／復元により前記電解液を吸収／放出する吸液部材とを含む、蓄電デバイス。