JP4091780B2 - ガス抜き装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気二重層キャパシタに好適なガス抜き装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、各種の蓄電装置として、急速充電が可能で充放電サイクル寿命の長い、電気二重層キャパシタの適用技術が注目される。
【0003】
電気二重層キャパシタは、活性炭電極(分極性電極)と集電極とセパレータとから所定の積層体(キャパシタ本体)に構成される。積層体は電解液に浸され、容器に収容して密封される。電荷は活性炭電極に溜まり、電気の出し入れは集電極を介して行われるのである(特開2000-200738号、参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このような電気二重層キャパシタにおいては、充放電の繰り返しにより、活性炭電極の残存水分や官能基が電気分解され、ガス(CO,CO2など)が発生すると、容器の内圧が次第に高まり、容器の密封性が損なわれる可能性が考えられる。
【0005】
特開平9-162082号においては、金属製のハードな容器の蓋に防爆弁が組み付けられる。防爆弁は、貫通穴(ガス抜き穴)を持つプラグと、その貫通穴を塞ぐ樹脂製の破裂板と、から構成され、容器の内圧が高めると、樹脂製の破裂板が破壊され、プラグの貫通穴を開通させるのである。これだと、ガス抜き後に空気中の水分も容器の内部へ侵入してしまう。また、破裂板が破壊へ至るまでに容器のガスは相当な高圧になり、キャパシタ本体の内部へ入り込み、各電極間の内部抵抗や静電容量に影響を与えやすい。何よりも、防爆弁の組み付けが容易でなく、コストアップを招いてしまう。
【0006】
この発明は、このような従来技術を踏まえつつ、容器のガス抜きが定常的に行われ、外気の侵入も抑止できる、電気二重層キャパシタに好適なガス抜き装置の提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、ガス抜き装置において、ガス抜き通路の一部として、その入口側を遮断するガス透過膜と、同じく出口側を遮断するガス透過膜と、これらガスの通過のみ許容するガス透過膜が画成する空間に充填される常温で油状かつ化学的に不活性な液体と、を備え、ガス抜きの対象となる容器の内部から前記の液体を気泡となって抜けるガスを容器の外部へ排出するように構成したことを特徴とする。
【0008】
第2の発明は、電気二重層キャパシタの上部に組み付けられるガス抜き装置において、ガス抜き通路の一部として、その入口側を遮断するガス透過膜と、同じく出口側を遮断するガス透過膜と、これらガスの通過のみ許容するガス透過膜が画成する空間に充填される常温で油状かつ化学的に不活性な液体と、を備え、キャパシタ本体を電解液と共に密封する容器をガス抜きの対象としてその内部から前記の液体を気泡となって抜けるガスを容器の外部へ排出するように構成したことを特徴とする。
【0010】
第3の発明は、第2の発明に係るガス抜き装置において、キャパシタ本体を電解液と共に密封する容器は、複数の樹脂層に金属の中間層を備える積層フィルムから形成されることを特徴とする。
【0011】
第4の発明は、第3の発明に係るガス抜き装置において、ガス抜き通路を形成する管体の少なくとも一部分が容器の積層フィルムとの熱溶着部として熱可塑性樹脂から形成されることを特徴とする。
【0012】
【発明の効果】
第1の発明においては、ガスの通過のみ許容するガス透過膜に仕切られる空間に常温で油状かつ化学的に不活性な液体が充填されるので、ガスは空間の液体を気泡となり、低圧側へ抜ける一方、逆方向へのガスの通過は、空間の液体により遮断される。つまり、容器の内部から大気圧を超えるガス量が外部へ排出され、容器の内部への外気の侵入は抑止されることになる。
【0013】
第2の発明においては、電気二重層キャパシタの上部に組み付けられ、外気の侵入を抑止しつつ、その内部の発生ガスを定常的に外部へ排出できるのである。空間に液体を密封するガス透過膜により、ガスと一緒に電解液が持ち出されるのも抑止される。
【0015】
第3の発明においては、ガス抜きの対象となる電気二重層キャパシタへの組み付けが、容器の積層フィルムとの熱溶着により能率よく容易に処理される。
【0016】
第4の発明においては、熱可塑性樹脂により、容器との良好な熱溶着部が生成される。熱可塑性樹脂は、廉価な絶縁材であり、熱溶着の処理により、積層フィルム(容器)の金属層に対する絶縁性が損なわれ、リーク電流を発生することもない。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1,図2において、電気二重層キャパシタの一例を説明する。1はキャパシタ本体2を電解液と共に収容して密封される容器、3a,3bは容器1の外部に突き出る1対の端子板(キャパシタ電極)であり、各端子板3a,3bは軽量かつ電気抵抗の小さいアルミニウムから短尺状に形成される。4は容器1の内部に発生するガス(C0,CO2など)を容器の外部へ除去するためのガス抜き装置であり、容器1の上部において、1対の端子板3a,3bの間に組み付けられる。
【0018】
キャパシタ本体2については、活性炭電極(分極性電極)と集電極とセパレータとから所定の積層体に構成される。これら集電極は、矩形状の金属箔(たとえば、アルミニウム箔)からなり、その矩形平面の一辺に片側へ寄せて帯状のリード部が一体に成形される。これらのリード部は、同極どうしが結束され、1対の端子板3a,3bにそれぞれ対応する極性の結束部が接合される。1対の活性炭電極間に介在するセパレータは、紙製や樹脂製の多孔質膜から形成される。
【0019】
容器1は、複数の樹脂層に金属の中間層を含む柔軟な積層フィルム(たとえば、アルミラミネートフィルム)から冷間プレス加工により成形される2つの容器部材(底側部材と蓋側部材と)からなり、これらを組み合わせると、互いに向き合う凹部により、底側部材と蓋側部材との間にキャパシタ本体2の収容部が形成される。
【0020】
底側部材の内側にキャパシタ本体2は納められ、その上に蓋側部材が被せられる。容器の周縁において、1対の端子板3a,3b(その一部)が引き出される一辺1aを除く三辺1b〜1cが熱溶着される。容器1は、1対の端子板3a,3bが突き出る一辺1aが開口可能となり、その開口部から内部に電解液が注入され、電解液の含浸処理などが終わると、余分な電解液が抜き取られ、圧縮状態において、残りの開口可能な一辺1aが熱溶着されるのである。
【0021】
1対の端子板3a,3b(アルミニウム板)と容器1を形成する積層フィルムの金属層との絶縁性を確保するため、これら端子板3a,3bの熱溶着部に予め1対の熱可塑性樹脂がそれぞれ端子板3a,3bを挟むように付着される。熱可塑性樹脂としては、PP(ポリプロピレン)を主材とするものが用いられる。
【0022】
容器1の開口可能な一辺1aにおいて、熱溶着の処理により、熱可塑性樹脂が溶融し、容器1の内面(積層フィルムのPP層)に1対の端子板3a,3bを溶着させるのである。溶融する熱可塑性樹脂は、各端子板3a,3bを包み込むようになり、これら端子板3a,3bが積層フィルムの金属層に接触する(リーク電流を生じる)のを防止する。
【0023】
ガス抜き装置4は、図3のように構成される。ボディ10は、容器1(積層フィルム)との熱溶着部12と、容器1の内部への挿入部13と、容器1の外部への突出部14と、からなり、これらを貫通するガス抜き通路15が形成される。
【0024】
ガス抜き通路15の出口側は複数の通孔15eを介して開放される室15aに形成され、同じく入口側にガスの溜まる空間容積15bが設定される。開放室15aと空間容積15bとの間に中継部15cが形成され、中継部15cの入口(空間容積15bとの境)を遮断するガス透過膜19aと、中継部15cの出口(開放室15aとの境)を遮断するガス透過膜19bと、が備えられる。
【0025】
ガス透過膜19a,19bは、ガスの通過のみ許容するものであり、これらが画成する空間(中継部15a)に常温で油状かつ化学的に不活性な液体8が充填される。液体8としては、たとえば粘性率の温度による変化も小さいシリコーン油が用いられる。液体8の充填量は、中継部15aに若干の気相空間を残すように設定される。その方がガスは気泡となり、開放室15aと空間容積15bとの間を抜けやすくなる。
【0026】
30はガス透過膜19bの保護具であり、その外周に突出部14がネジで装着される。挿入部13にスペーサ20との関係から開口位置の規定される複数の通孔15fが形成される。
【0027】
ボディ10の熱溶着部12は、熱可塑性樹脂から成形される。熱可塑性樹脂としては、PP(ポリプロピレン)を主材とするものが用いられる。熱溶着面を大く確保するため、熱溶着部の外周に1対の翼状部12aが備えられる。
【0028】
スペーサ20は、容器1の上部に収装され、ガスの溜まる内部空間を形作るものであり、1対の樹脂ピース(半割部品)20a,20bから図4のような断面角形の中空ロッドに組成される。
【0029】
ロッドの上面および下面において、その中央部を挟む両側に1対の端子板3a,3bを上下に貫通させるスリット21a,21bが開口され、上面の中央部にガス抜き装置4の挿入部13を嵌め込むための組付穴22が形成される。
【0030】
スペーサ20は、容器1の底側部材へ納める前のキャパシタ本体2に対し、1つの樹脂ピース20a,20bから中空ロッドを形成する具合に組み付けられ、その組付穴22にガス抜き装置4の挿入部13が嵌め込まれるのである。
【0031】
容器1の周縁において、三辺1b〜1cの熱溶着後、残る開口可能な一辺1aにおいて、1対の端子板3a,3bと同じく、熱溶着の処理により、ガス抜き装置4は、容器1の上部にボディ10の熱溶着部12を介して組み付けられる。熱可塑性樹脂の溶融により、容器1を形成する積層フィルムのPP層に溶着する。
【0032】
図5は、容器1の一辺1aにおける、熱溶着部の断面を表すものであり、1対の端子板3a,3bを挟む板状の熱可塑性樹脂30は、熱溶着の処理により、それぞれが溶融して端子板3a,3bを包み込みながら一体化しつつ扁平に広がるようになる。ガス抜き装置4の熱溶着部12についても、溶融する翼状部12aが扁平に広がるようになり、各端子板3a,3bの熱可塑性樹脂30と一体化するのである。
【0033】
このような容器1の熱溶着により、ガス抜き装置4の組み付けが容易に処理される。熱可塑性樹脂により、ガス抜き装置4は、容器1との良好な熱溶着部が生成される。熱可塑性樹脂は、廉価な絶縁材であり、熱溶着の処理により、積層フィルム(容器)の金属層に対する絶縁性が損なわれることもない。
【0034】
ボディ10の熱溶着部12と各端子板3a,3bの熱可塑性樹脂30が一体化するので、これらが柔軟な積層フィルムとの間で芯材のようになり、1対の端子板3a,3bおよびガス抜き装置4の固定を強化できる。
【0035】
容器1の内部に発生するガス(CO,CO2など)については、大気圧を超えるガス量は外部へガス抜き装置4を通して排出される。そのため、ガスの影響(キャパシタ本体2の積層間にガスが入り込み、静電容量や内部抵抗などを悪化させる)を抑えられる。
【0036】
大気圧を超えるガス量は、スペーサ20の内部空間から複数の通孔15fを介して空間容積15bへ入り、ガス透過膜に画成される空間の液体8を気泡となり、開放室へ抜けて複数の通孔15eから外部へ排出されるのである。
【0037】
ガスの透過のみ許容するガス透過膜19により、ガスと一緒に電解液が持ち出されることがなく、電解液の減少に伴うキャパシタ性能の劣化を防止できる。空間15cの液体8(たとえば、シリコーン油)により、容器1の内部は大気圧よりも高めに維持され、外気の侵入が防止される。
【0038】
図6は、複数の電気二重層キャパシタ25(単セル)から電気二重層キャパシタモジュールを構成する使用状態の一例を表すものであり、各セル25は厚さ方向(電極の積層方向)へ1列に重ねてモジュールボックス28に収装される。キャパシタ性能を高めるため、これら単セル25の加圧手段27が備えられる。
【0039】
加圧手段27は、1対の押圧板(図示せず)とこれらの間に介装される圧縮バネ27aとから構成される。1対の押圧板は、電極と略同等の面積に形成され、圧縮バネ27aのばね力により、1列の単セル25を均等な面圧に加圧する。なお、各セル25は、所定容量の電気二重層キャパシタを構成するよう、1対の端子板3a,3bを介して直並列に接続される。
【0040】
各セル25のキャパシタ本体は、柔軟な容器1と一緒に加圧され、各積層間の密着性が高められるため、静電容量や内部抵抗も良好に維持されるのである。この加圧状態において、単セル25の内部にガスが発生すると、既述のようにガス抜き装置4から外部へ排出される。また、電解液の持ち出しも外気の侵入もなく、単セル25のキャパシタ性能は、長く良好に維持される。
【0041】
ガス抜き装置4は、簡単な構成になり、容器1への組み付けも容易なため、ガス抜き機能を持つ電気二重層キャパシタを廉価に実現できる。なお、ガス抜き装置1は、電気二重層キャパシタに限らず、定常的なガス抜きの要求される、あらゆるものへの適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施形態を表す電気二重層キャパシタの概要説明図である
【図2】同じくA−A断面の説明図である。
【図3】同じくガス抜きバルブの断面図である。
【図4】同じくスペーサの、正面,平面,側面、を表す説明図である。
【図5】同じく一部断面の説明図である。
【図6】同じく使用状態を表す説明図である。
【符号の説明】
1 容器
2 キャパシタ本体
3a,3b 端子板
4 ガス抜き装置
8 液体
10 ボディ
12 熱溶着部
12a 翼状部
13 挿入部
14 突出部
15 ガス抜き通路
15c 中継部(空間)
19a,19b ガス透過膜
20 スペーサ
Claims (4)
- ガス抜き通路の一部として、その入口側を遮断するガス透過膜と、同じく出口側を遮断するガス透過膜と、これらガスの通過のみ許容するガス透過膜が画成する空間に充填される常温で油状かつ化学的に不活性な液体と、を備え、ガス抜きの対象となる容器の内部から前記の液体を気泡となって抜けるガスを容器の外部へ排出するように構成したことを特徴とするガス抜き装置。
- 電気二重層キャパシタの上部に組み付けられるガス抜き装置において、ガス抜き通路の一部として、その入口側を遮断するガス透過膜と、同じく出口側を遮断するガス透過膜と、これらガスの通過のみ許容するガス透過膜が画成する空間に充填される常温で油状かつ化学的に不活性な液体と、を備え、キャパシタ本体を電解液と共に密封する容器をガス抜きの対象としてその内部から前記の液体を気泡となって抜けるガスを容器の外部へ排出するように構成したことを特徴とするガス抜き装置。
- キャパシタ本体を電解液と共に密封する容器は、複数の樹脂層に金属の中間層を備える積層フィルムから形成されることを特徴とする請求項2に記載のガス抜き装置。
- ガス抜き通路を形成する管体の少なくとも一部分が容器の積層フィルムとの熱溶着部として熱可塑性樹脂から形成されることを特徴とする請求項3に記載のガス抜き装置。
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