JP3161271U - 電荷蓄積部品および電解剤吸収器 - Google Patents

Abstract

【課題】電解剤の漏れが抑えられた電荷蓄積部品および電解剤吸収器を提供する。【解決手段】電荷蓄積部品において、電解剤１３と、電解剤に接する電極１１，１２と、電解剤および前記電極を収容する収容部１６１と、収容部の一部に設けられた、この収容部内の電解剤を該収容部外に放出する放出弁１６１ａと、電解剤を取り込む隙間が形成された分子構造を有する材料からなる吸収剤１８であって、収容部の外側の、放出弁に対向する位置に該吸収剤１８を配して構成する。【選択図】図１

Description

本考案は、電荷蓄積部品および電解剤吸収器に関する。

２次電池および電解キャパシタに代表される電荷蓄積部品は、高容量化・高エネルギー密度化に伴い、携帯電子機器から自動車に至るまで応用範囲が広がっている。このような電荷蓄積部品には、電解液を収容する収容部に、圧力を逃がすための放出弁（安全弁）が備えられており、端子間の短絡や外部衝撃といった万一の場合における破裂の防止が図られている。しかし、放出弁が作動する際に外部に漏れ出す電解液は、電解液の状態によっては発煙と誤認されたり、また、回路基板の短絡といった２次被害を引き起こしたりする。

液体状の電解液に代えて固体樹脂を用いたポリマータイプの電荷蓄積部品が知られているが、ポリマータイプの電荷蓄積部品は、体積あたりの容量や取出し電流が液体状の電解液を用いたものと比べて低く、用途に限りがある。

電解液の漏れを抑えようとする手法として、例えば、特許文献１には、電池に外付けするキャップに、電解液吸収シートとガス抜孔が設けられた構造が記載されている。

また、特許文献２には、複数の円柱状の電池セルが内蔵された電池パックにおいて、複数の電池セル接続して箱状のパックに詰める際に、電池セルの円形凸状の電極キャップに合せた穴部が設けられたシートを、電極キャップに隣接させて組み込むことが記載されている。

また、特許文献３には、パック内のデッドスペースに消化剤を配した電池パックが記載されている。

また、特許文献４には、電池セル内部の放出弁の近傍に繊維状の電解液吸収体を配置した鉛蓄電池が記載されている。

特開２００７−１２４８５号公報 特開平１０−２４１６４６号公報 特開２００９−９９３２２号公報 特開２００５−２９４１４４号公報

しかしながら、上記特許文献１および２に記載された電池パックは、シートが、ろ紙、連続気泡を有する発泡体、あるいはファイバー状の材料であり、漏れた電解液の流れを滞らせることはできても、外部への漏れを回避できない。また、特許文献３に記載されているのは、発火した後に消火を行う思想であり、漏れを抑えることではない。また、電解液吸収体による吸収の具体的な原理は特許文献４にも示されていない。

本考案は上記問題点を解決し、電解剤の漏れが抑えられた電荷蓄積部品および電解剤吸収器を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成する本考案の電荷蓄積部品は、
電解剤と、
上記電解剤に接する電極と、
上記電解剤および上記電極を収容する収容部と、
上記収容部の一部に設けられた、この収容部内の電解剤をこの収容部外に放出する放出弁と、
上記電解剤を取り込む隙間が形成された分子構造を有する材料からなる吸収剤であって、上記収容部の外側の上記放出弁に対向する位置に設けられた吸収剤とを備えたことを特徴とする。

本考案の電荷蓄積部品では、電解剤が吸収剤の分子構造の隙間に取り込まれるため、放出弁から放出された電解剤が高効率で吸収されるため、電解剤の漏れが抑えられる。ここで、吸収される電解剤は、液体の電解液のみならず、電解液が気化してなる気体（ガス）も含む意味である。

ここで、上記本考案の電荷蓄積部品において、上記吸収剤の材料が、上記電解剤をゲスト分子として結合させるホスト分子として機能するものであることが好ましい。

吸収剤の材料が電解剤をゲスト分子として結合させることによって、電解剤が高効率で吸収される。

また、上記本考案の電荷蓄積部品において、上記吸収剤の材料が、ジフェン酸ビスであることが好ましい。

ジフェン酸ビスは、電解剤をゲスト化合物とするホスト化合物として機能し、電解剤と包接化合物を生成する。このため、電解剤が高効率で吸収される。

また、上記本考案の電荷蓄積部品において、吸収剤の材料が、ゼオライトであることが好ましい。

ゼオライトは、網目状の結晶構造を有しており電解剤を収着するため、電解剤が高効率で吸収される。

また、上記本考案の電荷蓄積部品において、上記吸収剤が、さらに、難燃化剤を含んだものであることが好ましい。

吸収剤が難燃化剤を含むことで、電解剤に対する安全性がより向上する。

また、上記本考案の電荷蓄積部品が、上記収容部の外側に上記放出弁を覆って設けられた覆い部を備え、
上記吸収剤が上記覆い部内に配置されたものであるであることが好ましい。

放出弁から放出された電解剤が覆い部内に閉じ込められ、閉じ込められた電解剤が吸収剤に吸収されるため、電解剤の吸収効率が高まり漏れが抑えられる。

また、上記本考案の電荷蓄積部品は、２次電池にも適用できる。

上記目的を達成する本考案の電解剤吸収器は、電解剤と、この電解剤に接する電極と、この電解剤およびこの電極を収容する収容器と、この収容器の一部に設けられた、この収容器内の電解剤をこの収容器外に放出する放出弁とを備えた電荷蓄積部品に装着される電解剤吸収器であって、
上記収容器の外側に、上記放出弁を覆って取り付けられる覆い部材と、
上記覆い部材の、この覆い部材が上記収容器に取り付けられた状態で上記放出弁に対向する位置に設けられた、上記電解剤を取り込む隙間が形成された分子構造を有する材料からなる吸収剤とを備えたことを特徴とする。

本考案の電解剤吸収器は、覆い部材が放出弁を覆って取り付けられることで、吸収剤が放出弁に対向して配置される。放出弁から放出された電解剤が高効率で吸収されるため、電解剤の漏れが抑えられる。

また、上記本考案の電解剤吸収器において、吸収剤の材料が、ジフェン酸ビス、またはゼオライトであることが好ましい。

また、上記本考案の電解剤吸収器において、上記吸収剤が、さらに、難燃化剤を含んだものであることが好ましい。

また、上記本考案の電解剤吸収器において、上記覆い部材が、シート状であることが好ましい。

覆い部材がシート状であることにより、電荷蓄積部品の形状に柔軟に対応して放出弁を覆い、電解剤の漏れを効率よく抑える。

また、上記本考案の電解剤吸収器は、２次電池にも装着適用できる。

以上説明したように、本考案によれば、電解剤の漏れが抑えられた電荷蓄積部品および電解剤吸収器が実現する。

本考案の第１実施形態であるキャパシタの断面図である。 本考案の第２実施形態である電解液吸収器を示す斜視図である。 図２に示す電解液吸収器の断面を示す断面図である。 本考案の第３実施形態の電解液吸収器を示す斜視図である。 本考案の第４実施形態の電解液吸収器を示す斜視図である。 本考案の第５実施形態の電解液吸収器を示す斜視図である。 本考案の第６実施形態の電解液吸収器を示す斜視図である。 本考案の第７実施形態の電解液吸収器を示す斜視図である。 図８に示す電解液吸収器の電池への取付けを説明する図である。 吸収剤が分散配置された変形例を示す断面図である。

以下図面を参照して本考案の実施の形態を説明する。

図１は、本考案の第１実施形態であるキャパシタの断面図である。

図１に示すキャパシタ１は、電解キャパシタであり、電極箔１１，１２、電解紙１３、端子１４，１５、ケース１６、パッキング１７、および吸収剤１８を有している。なお、図１では、吸収剤１８の位置を分かりやすく示すため吸収剤１８のみにハッチングを施し、残りの部分のハッチングは省略している。

電極箔１１，１２はアルミニウム箔であり、陽極となる電極箔１１と陰極となる電極箔１２が、電解紙１３を挟んで巻き取られている。陽極となる電極箔１１の表面には、アルミニウム酸化膜が形成されている。電解紙１３には、電解液が含浸されている。電解液は、非水媒に電解質を溶解した有機溶剤である。電解質は、例えばホウ酸アンモンである。
ケース１６は、素子収容部１６１と吸収剤収容部１６２の２室に分かれている。電極箔１１，１２および電解紙１３は、素子収容部１６１に収容されている。素子収容部１６１の開口には、電極箔１１，１２および電解紙１３が収容された状態で、ゴム製のパッキング１７が詰められており、素子収容部１６１内は密閉されている。

ケース１６の素子収容部１６１とパッキング１７との組合せが本発明にいう収容部の一例に相当する。

２つの電極箔１１，１２には、２つの端子１４，１５がそれぞれ電気的に接続されており、端子１４，１５は、パッキング１７を貫通して素子収容部１６１の外側に突き出ている。

ケース１６の中ほど、すなわち素子収容部１６１の、パッキング１７とは反対側には、素子収容部１６１と吸収剤収容部１６２とを隔てる壁１６１ａが設けられている。この壁１６１ａは、素子収容部１６１の一部をなしており、壁１６１ａには溝Ｓが形成されている。素子収容部１６１内に、電解液が気化したガス（気体）が蓄積し、内部の圧力が上昇すると壁１６１ａの溝Ｓ部分が破れ、液体の電解液を含んだガスが吸収剤収容部１６２内に放出される。つまり、壁は、素子収容部１６１内の圧力を逃がして破裂を防ぐ放出弁として機能している。以降、壁１６１ａを放出弁１６１ａとも称する。吸収剤収容部１６２は、素子収容部１６１の外側に放出弁１６１ａを覆って設けられている。

放出弁１６１ａが本発明にいう放出弁の一例に相当し、吸収剤収容部１６２が本発明にいう覆い部の一例に相当する。また、電極箔１１，１２が本発明にいう電極の一例に相当する。また、放出弁から放出される液体の電解液、および電解液が気化したガス（気体）の双方が本発明にいう電解剤に相当するが、本明細書では、特に断らない限り、気体および液体の電解液の双方を「電解液」と称する。

吸収剤収容部１６２には、吸収剤１８が配置されている。吸収剤１８は、電解液を取り込む隙間が形成された分子構造を有する材料からなる。吸収剤１８は、電解液をゲスト化合物として包接するホスト化合物を主材料として含んでいる。より詳細には、吸収剤１８は、ジフェン酸ビス（ジシクロハキシルアミド）を主材料として含んでいる。ジフェン酸ビスは、下の構造式で表わされる。

ジフェン酸ビスは、例えば特公平４−３４９８７号公報に記載された方法によって製造することができるが、この他の製造方法によって製造されたものでもよい。

吸収剤１８には、さらに、難燃化剤が含有されている。難燃化剤は、吸収剤に含有されることで吸収剤を難燃性にする物質である。難燃化剤としては、例えば、リンと窒素を主要成分とするホスファゼンである。また、難燃化剤として、リン酸２水素アンモニウム、炭酸水素ナトリウム、および炭酸水素カリウムに代表される消化剤を用いることも可能である。

図１に示すキャパシタ１は、２つの端子１４，１５を介して外部から供給される電荷を内部に蓄える。ここで、端子１４，１５に過電圧や逆極性の電圧が印加されたり高温環境下に置かれたりすると、電解液が気化したガスが素子収容部１６１に蓄積し、素子収容部１６１の圧力が高まる。素子収容部１６１の圧力があるレベルを超えると、放出弁１６１ａが破れて電解液が吸収剤収容部１６２内に放出される。電解液は、吸収剤収容部１６２内で吸収剤１８と接触すると、包接化合物になる。つまり、電解液が吸収剤１８に吸収される。これによって、電解液がケース１６の外に漏れ出ることが回避される。

上記第１実施形態では、素子収容部１６１と吸収剤収容部１６２とが１つのケース１６として一体に成型された形態を説明した。続いて、吸収剤を収容する収容器が後付け可能となっている第２実施形態について説明する。

図２は、本考案の第２実施形態である電解液吸収器を示す斜視図である。また、図３は、図２に示す電解液吸収器の断面を示す断面図である。

図２に示す電解液吸収器２は、キャパシタＣの上に装着されるものであり、キャパシタＣに電解液吸収器２が装着されることで本発明にいう電荷蓄積部品の一例が完成する。ここでキャパシタＣの構成は、図１に示したキャパシタから吸収剤収容部１６２および吸収剤１８が除去された構成と同じである。電解キャパシタＣの収容器Ｃ１０の頂面には、溝Ｓが形成された放出弁Ｃ１１が設けられている。

電解液吸収器２は、キャパシタＣの収容器Ｃ１０の外側に取り付けられるものであり、覆い部材２１と、覆い部材２１の内部に配置された吸収剤２８とを有している。本実施形態の電解液吸収器２は、キャップ状である。覆い部材２１は、有蓋円筒状であり、円柱状の収容器Ｃ１０の上部に被さるように取り付けられる。覆い部材２１のうち、円筒の開口側部分には、収容器Ｃ１０に固定される取付部２１ａが設けられている。取付部２１ａは、接着剤等により収容器Ｃ１０に固定される。吸収剤２８は、先に説明した第１実施形態の吸収剤１８と同じ材料で形成されている。吸収剤２８は、覆い部材２１が収容器Ｃ１０に取り付けられた状態で、放出弁Ｃ１１に対向する位置に配置される。放出弁Ｃ１１から放出された電解液は、吸収剤２８と接触すると、包接化合物になる。つまり、電解液が吸収剤２８に吸収される。

図４は、本考案の第３実施形態の電解液吸収器を示す斜視図である。

図４に示す電解液吸収器３は、円筒状である覆い部材３１の開口から対向して突出した３本の脚が取付部３１ａとなっている点が上述した第２実施形態と異なり、この他の点は第２実施形態と同じである。取付部３１ａは弾性を有しており先端部は内側に折れ曲がっている。電解液吸収器３は、キャパシタＣの収容器Ｃ１０の上部に取り付けられる際に、取付部３１ａが外側に広がるように変形する。電解液吸収器３は、取付部３１ａの変形の弾性力によって、収容器Ｃ１０（図２参照）の上部に固定される。

図５は、本考案の第４実施形態の電解液吸収器を示す斜視図である。

図５に示す電解液吸収器４は、円筒状である覆い部材４１の開口の端部が内側に折れ曲がった形状を有しており、この内側に折れ曲がった部分が取付部４１ａとなっている。取付部４１ａには両面テープ４２が貼り付けられており、両面テープ４２によって、取付部４１ａが、キャパシタＣ（図２参照）の収容器Ｃ１０の上面に固定される。

図６は、本考案の第５実施形態の電解液吸収器を示す斜視図である。

図６に示す電解液吸収器５は、覆い部材５１がシート状の材料で形成されている。覆い部材５１は、より詳細には、樹脂製の柔軟な薄いシートであり、一方の面に粘着剤が塗布された粘着シートである。吸収剤２８は、覆い部材５１の粘着剤が塗布された側に配置されている。電解液吸収器５がキャパシタＣに取り付けられる際には、吸収剤２８がキャパシタＣ上面の放出弁Ｃ１１の上に配置され、覆い部材５１がキャパシタＣの上部に巻き付けられる。

図７は、本考案の第６実施形態の電解液吸収器を示す斜視図である。

図７に示す電解液吸収器６は、覆い部材６１に孔６１ｈが形成されており、この孔６１ｈは、通気部材６９によって塞がれている。通気部材６９は、気体を通過させ、かつ、液体および固体の通過を遮断する材料からなる。より詳細には、通気部材６９は、２０μｍ〜５０μｍの孔が多数形成された多孔質プラスチックであって、さらに孔で形成された空間同士が５μｍ〜１０μｍの微小孔によってつながれた多孔質プラスチックからなるフィルムである。このような多孔質プラスチックは、例えばミクロベント（登録商標）である。

電解液吸収器６では、キャパシタの放出弁から放出された電解液が吸収剤２８によって吸収される。また、放出弁からの放出量が急激に増加し、吸収剤２８による吸収速度が電解液の放出速度に追いつかない場合に、気体の電解液の一部が通気部材６９を通って外部に放出され、覆い部材６１内の圧力上昇が抑えられる、この一方で、液体の電解液の通過は通気部材６９によって遮断される。したがって、電解液が液体のまま漏れることが確実に抑えられる。

図８は、本考案の第７実施形態の電解液吸収器を示す斜視図であり、図９は、図８に示す電解液吸収器の電池への取付けを説明する図である。

図８および図９に示す電解液吸収器７は、図９に示す電荷蓄積部品としての複数の電池Ｂに装着されて電池パックＰを構成するものである。ここで、図９に示す電池Ｂは、公知の円筒型リチウムイオン２次電池である。電池Ｂの内部構造は公知であり図示はしないが、電池Ｂは、コバルト酸リチウムで形成されたシート状の正極と、隔離板（セパレータ）、炭素材料からなるシート状の負極とが重なった状態で巻きつけられ、この全体がケース内で電解液に浸された構造を有している。つまり、正極と負極とは電解液に接している。電解液として、非水溶媒に電解液を溶解した有機溶剤型液が用いられている。より詳細には、電解液は、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ４）等を主成分としている。円柱形の電池Ｂの底面には、端子Ｂ１が配置されている。端子Ｂ１は正極に電気的に接続されている。また電池Ｂの反対側の底面には、負極に接続された端子が配置されている。複数の電池Ｂの端子同士は、電池パックＰが所期の電圧を出力するよう電気的に接続されている。また、電池Ｂの底面には、端子Ｂ１に隣接して放出弁Ｂ２が設けられている。ケース内にガスが蓄積して圧力が高まると、気体および液体の電解液が放出弁Ｂ２から放出される。

電解液吸収器７は、覆い部材７１と、覆い部材７１の内側に配置された吸収剤７８とを有している。覆い部材７１は、樹脂製の板であり、電池Ｂの幅と略同じ幅を有する平板部７１１と、平板部７１１の両側から折れ曲がって延びた一対の翼部７２２とを有する。吸収剤７８は、平板部７１１に設けられている。翼部７２２は、覆い部材７１の表裏面のうち、吸収剤７８が設けられた面の側に折れ曲がっている。

電解液吸収器７が電池Ｂに取り付けられる際には、図９に示すように、吸収剤７８が電池Ｂの放出弁Ｂ２に対向する位置に配置され、覆い部材７１の翼部７２２が、電池ＢのケースＢ３に接着により固定されることで、覆い部材７１が電池Ｂの上部を覆う。電解液吸収器７が電池Ｂに取り付けられることで、電荷蓄積部品としての電池パックＰが完成する。なお、電解液吸収器７が取り付けられた電池Ｂは、さらに、図示しない包装材で全体が覆われてもよい。

電池パックＰにおいて、放出弁Ｂ２から放出された電解液は、吸収剤７８と接触すると、包接化合物を生成する。つまり、電解液が吸収剤７８に吸収される。これによって、電解液が電池パックＰから漏れ出ることが回避される。

これまで複数の実施形態を説明したが、本発明は、各実施形態の要素が互いに組み合わされたものであってもよい。例えば、第１実施形態から第６実施形態まででは、電荷蓄積部品としてキャパシタを用いた例を説明したが、電荷蓄積部品として電池を用いたものであってもよい。また、逆に、第７実施形態では、電荷蓄積部品として電池を用いた例を説明したが、電荷蓄積部品として電池の代わりにキャパシタを用いたものであってもよい。

また、上述した実施形態では吸収剤も塊状として配置された例を示したが、吸収剤は、分散して配置されたものであってもよい。

図１０は、吸収剤が分散配置された変形例を示す断面図である。

図１０に示す電解液吸収器８は、吸収剤８８が複数の平板からなり、互いに隙間を空けて分散して配置されている。吸収剤８８は、電解液を取り込むことで膨張するが、平板状の吸収剤８８は隣接する隙間を埋めるように膨張するので、吸収剤８８全体としての外形の変形量が抑えられ、吸収剤８８の歪みが抑えられる。

上述した実施例では、吸収剤の材料としてジフェン酸ビスを用いた例を説明したが、続いて、吸収剤の材料としてゼオライトを用いた第７実施形態について説明する。

第７実施形態の電解液吸収器は、図２に示す第２実施形態の電解液吸収器２と比べ、吸収剤の材料が異なり、この他の点は第２実施形態の電解液吸収器２と同じであるので、図２を流用して説明する。

第７実施形態の電解液吸収器は、吸収剤２８がゼオライトで形成されている。ゼオライトは、シリコン、アルミニウム、および酸素からなる網目構造を有しており、電解液を取り込む隙間が形成されている。

なお、上述した実施形態では、本考案にいう電荷蓄積部品の例として、キャパシタの他に円筒型リチウムイオン２次電池を示したが、本考案にいう電荷蓄積部品としての２次電池は、円筒型リチウムイオン２次電池に限られるものではなく、例えば、角型の電池であってもよく、また、ニッカド電池といった他のタイプの２次電池であってもよい。

１ キャパシタ
２，３，４，５，６，７，８ 電解液吸収器
１１，１２ 電極箔
１３ 電解紙（電解液）
１６ ケース
１６１ 素子収容部
１６１ａ 放出弁
１６２ 吸収剤収容部
１８，２８，７８，８８ 吸収剤
２１，３１，４１，５１，６１，７１ 覆い部材
６９ 通気部材
Ｂ 電池
Ｂ２ 放出弁
Ｃ キャパシタ
Ｃ１０ 収容器
Ｃ１１ 放出弁
Ｐ 電池パック

Claims (15)

1. 電解剤と、
   前記電解剤に接する電極と、
   前記電解剤および前記電極を収容する収容部と、
   前記収容部の一部に設けられた、該収容部内の電解剤を該収容部外に放出する放出弁と、
   前記電解剤を取り込む隙間が形成された分子構造を有する材料からなる吸収剤であって、前記収容部の外側の前記放出弁に対向する位置に設けられた吸収剤とを備えたことを特徴とする電荷蓄積部品。
2. 前記吸収剤の材料が、前記電解剤をゲスト分子として結合させるホスト分子として機能するものであることを特徴とする請求項１記載の電荷蓄積部品。
3. 前記吸収剤の材料が、ジフェン酸ビスであることを特徴とする請求項１記載の電荷蓄積部品。
4. 前記吸収剤の材料が、ゼオライトであることを特徴とする請求項１記載の電荷蓄積部品。
5. 前記吸収剤が、さらに、難燃化剤を含んだものであることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の電荷蓄積部品。
6. 前記収容部の外側に前記放出弁を覆って設けられた覆い部を備え、
   前記吸収剤が前記覆い部内に配置されたものであることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の電荷蓄積部品。
7. 前記覆い部が、該放出室内の気体を外部に通過させ、液体および固体の通過は遮断する材料からなる気体通過部を備えたことを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の電荷蓄積部品。
8. ２次電池であることを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載の電荷蓄積部品。
9. 電解剤と、該電解剤に接する電極と、該電解剤および該電極を収容する収容器と、該収容器の一部に設けられた、該収容器内の電解剤を該収容器外に放出する放出弁とを備えた電荷蓄積部品に装着される電解剤吸収器であって、
   前記収容器の外側に、前記放出弁を覆って取り付けられる覆い部材と、
   前記覆い部材の、該覆い部材が前記収容器に取り付けられた状態で前記放出弁に対向する位置に設けられた、前記電解剤を取り込む隙間が形成された分子構造を有する材料からなる吸収剤とを備えたことを特徴とする電解剤吸収器。
10. 前記吸収剤の材料が、前記電解剤をゲスト分子として結合させるホスト分子として機能するものであることを特徴とする請求項９記載の電荷蓄積部品。
11. 前記吸収剤の材料が、ジフェン酸ビスであることを特徴とする請求項９記載の電解剤吸収器。
12. 前記吸収剤の材料が、ゼオライトであることを特徴とする請求項９記載の電解剤吸収器。
13. 前記吸収剤が、さらに、難燃化剤を含んだものであることを特徴とする請求項９から１２いずれか１項記載の電解剤吸収器。
14. 前記覆い部材が、シート状であることを特徴とする請求項９から１３いずれか１項記載の電解剤吸収器。
15. 前記電荷蓄積部品が２次電池であることを特徴とする請求項９から１４いずれか１項記載の電荷蓄積部品。

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