JP5442563B2 - 電気化学セル - Google Patents

Description

本発明は、電気化学セル、詳しくは、４電極方式の電気化学セルに関する。

従来より、ハイブリッド車両や燃料電池車両に搭載される蓄電デバイスとして、リチウムイオン電池が利用されている。また、近年では、蓄電デバイスとして、ハイブリッドキャパシタ（別名；リチウムイオンキャパシタ）を利用することも、検討されている。

一般に、これらの蓄電デバイスのラボスケールにおける基礎性能評価では、正極および負極の他に参照電極を組み合わせた３電極方式の電気化学セルが用いられる。このような電気化学セルは、基礎性能評価において、負極に用いられる材料などの様々な要因に基づく不可逆容量が原因となって、正極の利用効率が低下し、理想的な状態で評価しにくい場合がある。

そこで、基礎性能評価の低下の原因となる不可逆容量を低減するために、例えば、さらに予備充放電用電極（第４電極）を配置し、負極と第４電極との間で予備充放電をする方法が、提案されている。

そのような電気化学セルとして、より具体的には、例えば、正極と、正極に対して対向配置される負極と、正極および負極の、互いに対向する側とは反対側に配置される、正極および／または負極との間で予備充電および／または予備放電を実施するための予備充放電用負極および予備充放電用正極とを備える電気化学セルが、提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載の電気化学セルでは、正極と負極とをセパレータを介して対向配置するとともに、正極の上側にセパレータを介して予備充放電用負極を配置し、また、負極の下側にセパレータを介して予備充放電用正極を配置している。そして、正極と予備充放電用負極との間、および、負極と予備充放電用正極との間で、予備充電および／または予備放電を実施した後に、正極と負極との間で充電および／または放電を実施することにより、不可逆容量を補償し、理想に近い状態で蓄電デバイスの性能評価を実施している。

特開２００７−２４０１９５号公報

しかるに、特許文献１に記載の電気化学セルでは、正極および負極の間や、正極および予備充放電用負極の間、さらには、負極および予備充放電用正極の間に介在されるセパレータが、位置ずれを生じやすく、そのため、各電極（正極、負極、予備充放電用正極および予備充放電用負極）の相対位置を合わせにくく、蓄電デバイスの性能評価の効率を低下させる場合がある。

本発明の目的は、電極の相対位置を簡易かつ精度よく合わせることのできる電気化学セルを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の電気化学セルは、第１電極と、前記第１電極に対して、セパレータを介して対向配置される第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との対向方向における前記第１電極の投影面から離間するように配置される第３電極と、前記第１電極、前記第２電極および前記第３電極を収容する第１収容部材と、前記第１電極および前記第２電極の、互いに対向する側とは反対側のうち、前記第２電極側において、前記第２電極と前記第１収容部材を介して対向配置される、前記第２電極との間で予備充電および／または予備放電を実施するための第４電極と、前記第４電極を収容する第２収容部材とを備え、前記第２電極と前記第４電極との間に介在されている前記第１収容部材の底壁に、貫通孔が形成されていることを特徴としている。

このような電気化学セルは、第１電極、第２電極および第３電極を収容する第１収容部材と、第４電極を収容する第２収容部材とを備えている。そのため、第１収容部材と第２収容部材とを位置合わせすれば、各電極、すなわち、第１電極、第２電極、第３電極および第４電極の相対位置を簡易かつ精度よく合わせることができる。

そのため、このような電気化学セルによれば、効率よく蓄電デバイスの性能評価を実施することができる。

また、本発明の電気化学セルでは、前記電気化学セルを水平載置した場合において、前記第１収容部材の内底面が、前記第２収容部材の上端縁よりも下方に配置されることが好適である。

通常、電気化学セルによる蓄電デバイスの性能評価では、電解液を電気化学セルに充填する必要があるところ、特許文献１に記載される電気化学セルでは、封止性に劣り、電解液の漏れを生じる場合がある。

しかし、このような電気化学セルによれば、水平載置した場合において、第１収容部材の内底面が第２収容部材の上端縁よりも下方に配置されることにより、第２収容部材から電解液が漏れることを防止することができる。そのため、効率よく蓄電デバイスの性能評価を実施することができる。

本発明の電気化学セルによれば、各電極、すなわち、第１電極、第２電極、第３電極および第４電極の相対位置を簡易かつ精度よく合わせることができるため、効率よく蓄電デバイスの性能評価を実施することができる。

本発明の電気化学セルの一実施形態である、４電極方式の電気化学セルの外観斜視図である。 図１に示す電気化学セルの中央断面図である。 参照極収容部を具体的に示す図であって、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）に示すＡ−Ａの切断面で切断したときの断面図である。 参照極押圧部を具体的に示す図であって、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すＢ−Ｂの切断面で切断したときの断面図である。 参照極を載置した状態の参照極収容部の平面図である。 参照極収容部および参照極押圧部の分解斜視図である。 参照極を組み付けた状態の参照極収容部材を示す断面図である。

図１は、本発明の電気化学セルの一実施形態である、４電極方式の電気化学セルの外観斜視図であり、図２は、図１に示す電気化学セルの中央断面図である。

図１および図２に示すように、この電気化学セル１は、第１電極としての正極３（作用極）、第２電極としての負極４（対極）、第３電極としての参照極５、および、第１セパレータ６が配置される第１ケーシング２と、第４電極としての予備充放電用電極４１、および、第２セパレータ４２が配置される、第２収容部材としての第２ケーシング４０とを備えている。

第１ケーシング２は、正極３と電気的に接続される上側ケーシング７と、負極４と電気的に接続される、第１収容部材としての下側ケーシング８と、参照極５と電気的に接続され、上側ケーシング７と下側ケーシング８との間に介在される中間ケーシング９とを、それぞれ別体として備えている。

上側ケーシング７は、金属製（例えば、ステンレス製、以下同様）であり、断面略逆Ｔ字形状に形成され、有底円筒形状の中央筒部１０と、中央筒部１０の下端部外周から径方向外方に延びる上側フランジ部１１とが一体的に形成されている。

中央筒部１０は、その内周面に、後述する押圧調整ボルト１２が螺着されるねじ山が形成されている螺着部１３が、軸方向（上下方向）に沿って形成されている。また、中央筒部１０の底部には、その底部を厚さ方向（上下方向）に貫通し、後述する押圧軸１５が挿通される挿通孔１４が形成されている。

下側ケーシング８は、金属製であり、断面逆ハット形状に形成され、有底円筒形状（断面凹形状）の収容部１６と、収容部１６の上端部外周から径方向外方に延びる上側フランジ部１１と略同一外径の下側フランジ部１７とが一体的に形成されている。

このような収容部１６の底壁４８には、図４に示すように、底壁４８の厚み方向を貫通する平面視略円形の貫通孔４３が、同心円のパターンで、より具体的には、正六角形が内接される複数の同心円のライン上において、６０°間隔で（各正六角形の頂角部分に配置されるように）、かつ、径方向に互いに隣接する円において各貫通孔４３が３０°ずれるように、複数形成されている。

中間ケーシング９は、金属製であり、上側フランジ部１１および下側フランジ部１７と、略同一外径の円環形状に形成されている。なお、中間ケーシング９の内径は、収容部１６の内径よりも小さく設定されている。

第２ケーシング４０は、予備充放電用電極４１と電気的に接続される。第２ケーシング４０は、金属製であり、上側フランジ部１１、下側フランジ部１７および中間ケーシング９と略同一外径の有底円筒形状（断面凹形状）に形成されている。

なお、第２ケーシング４０の内径は、下側ケーシング８の収容部１６の外径よりも大きく設定されており、収容部１６を収容可能としている。

また、第２ケーシング４０の周壁４９の厚み（高さ）は、下側ケーシング８の底壁４８の厚み（高さ）よりも厚く（高く）形成されている。これにより、詳しくは後述するが、電気化学セル１を組み付け、水平載置した場合において、下側ケーシング８の底壁４８の内底面４５が、第２ケーシング４０の周壁４９の上端縁４６よりも下方に配置される。

また、第１ケーシング２の上側ケーシング７の上側フランジ部１１、中間ケーシング９の周壁４４および下側ケーシング８の下側フランジ部１７と、第２ケーシング４０の周壁４９とには、これらが軸方向（上下方向）に重なった状態において、同一位置に、厚さ方向を貫通する固定孔１８がそれぞれ形成されている。固定孔１８は、周方向に互いに等間隔（９０°間隔）を隔てて、複数（４つ）穿孔されている。

また、この電気化学セル１は、上側ケーシング７の螺着部１３に螺着される押圧調整ボルト１２と、圧縮ばねからなる第１コイルばね１９と、第１コイルばね１９に押圧される押圧軸１５と、押圧軸１５に押圧される電極押圧部材２０と、電極押圧部材２０の周りに配置される第３電極収容部材としての参照極収容部材２１および圧縮ばねからなる第２コイルばね２２とを、それぞれ別体として備えている。

押圧調整ボルト１２は、金属製であり、頭部２３と、その頭部２３から下方へ突出し、ねじ山が形成されるねじ軸部２４とを一体的に備えている。ねじ軸部２４の遊端部（下端部）には、第１コイルばね１９を受け入れるばね受け凹部２５が形成されている。

押圧軸１５は、金属製であり、長手方向両端部が丸く形成される断面円形状の棒状をなし、その長手方向（上下方向）途中に、径方向外方に膨出する環状のリング部２６が形成されている。このリング部２６は、その外径が、挿通孔１４より大径に形成されている。

第１コイルばね１９は、押圧調整ボルト１２のばね受け凹部２５内に収容可能とされ、かつ、押圧軸１５のリング部２６に当接可能な直径を有する螺旋筒状の金属製のコイルばねから形成されている。

電極押圧部材２０は、金属製であり、その外径が収容部１６の内径よりも小さい円柱形状をなし、その上面には、押圧軸１５を受ける碗形状の受け部２７が一体的に形成されている。また、その下面は、平坦形状に形成されている。また、この電極押圧部材２０は、収容部１６に収容される程度の上下方向厚みで形成されている。

参照極収容部材２１は、参照極５を収容するための参照極収容部２９および、参照極５を後述する参照極底壁５２の上面に対して押圧するための参照極押圧部５８を備えている。

以下、参照極収容部２９については図３を、参照極押圧部５８については図４を参照して、説明する。

図３は、参照極収容部２９を具体的に示す図であって、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）に示すＡ−Ａの切断面で切断したときの断面図である。また、図４は、参照極押圧部５８を具体的に示す図であって、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すＢ−Ｂの切断面で切断したときの断面図である。

図３を参照して、参照極収容部２９は、絶縁性の樹脂製（例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン製など、以下同様）であり、有底円環形状に形成され、電気化学セル１に組み付けられた状態において、収容部１６の内周面と電極押圧部材２０の外周面との間に介在される径方向厚みで形成されている（図２参照）。また、参照極収容部２９は、その内周面を有する参照極収容部内周壁５１と、参照極収容部内周壁５１の径方向外側において間隔を隔てて対向され、その外周面を有する参照極収容部外周壁５０と、これら参照極収容部内周壁５１と参照極収容部外周壁５０の下端部を連結する中空円板状の参照極底壁５２とを備えている。そして、参照極収容部内周壁５１と参照極収容部外周壁５０との間が、参照極押圧部５８が収容される溝部５９として形成される。

参照極底壁５２には、周方向略等間隔に複数個所（例えば、１６箇所）、略長方形に切り出されることによって開口される開口部５３が形成されている。

図４を参照して、参照極押圧部５８は、例えば、ステンレスまたはニッケルなど、電気伝導性を有する材料からなり、円筒形状に形成され、溝部５９に収納可能な径方向厚みで形成されている。また、溝部５９に収容された状態において、その上面が、参照極収容部２９の上面と、略面一となるような高さで形成されている。これにより、電気化学セル１に組み付けられた状態において、第２コイルばね２２と電気的に導通される（図２参照）。さらに、参照極押圧部５８の、外周面が参照極押圧部外周面５５、内周面が参照極押圧部内周面５６として形成されている。

また、参照極押圧部５８の上面には、周方向途中に上下方向に段差を生じる凹部５４が、複数個（例えば８箇所）形成されており、参照極押圧部５８を参照極収容部２９に収容した状態において、例えば、任意の凹部５４の側面とそれに隣接する凹部５４の側面とをピンセットまたは指で挟むことなどによって、参照極押圧部５８を参照極収容部２９から取り出すことができるようになっている。

再び図１および図２を参照して、第２コイルばね２２は、参照極収容部材２１の上面、詳しくは、参照極収容部２９および参照極押圧部５８の上面に当接可能な直径を有する螺旋筒状の金属製のコイルばねから形成されている。

正極３は、電極押圧部材２０と同径の円板形状をなし、例えば、水蒸気賦活活性炭、やしがら系活性炭および石油コークス系活性炭などの活性炭、リチウム遷移金属化合物、二酸化マンガンまたはフッ化黒鉛など、例えば、リチウムイオン電池やハイブリッドキャパシタなどの正極材料など、正極（作用極）３として性能評価をする材料から形成されている。

負極４は、正極３よりも小径の円板形状をなし、例えば、ハードカーボン（難黒鉛化炭素）およびグラファイトなどの炭素系材料、黒鉛、不定形炭素または有機高分子焼結体など、例えば、リチウムイオン電池やハイブリッドキャパシタなどの負極材料など、負極４（対極）として評価する材料から、形成されている。なお、負極４は、正極３と同径、または、正極３より大径の円板形状に形成することもできる。

参照極５は、正極３および負極４の電位の基準となる電極であり、電極電位が安定している材料、例えば、リチウム、銀、活性炭などが用いられ、例えば、リチウムイオン電池やハイブリッドキャパシタの性能評価を実施する場合においては、リチウムを用いることが好ましい。性能評価の評価対象が、リチウムイオン電池やハイブリッドキャパシタのように、正極および負極にリチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出可能な材料が用いられているデバイスである場合において、参照極５がリチウムであると、効率よく性能評価を実施することができる。また、参照極５は、溝部５９内において円環状に収容される形状、例えば、開口部５３より大きい面積である箔形状、例えば、略長方形が放射状に連結するような短冊形状に形成されている。これにより、例えば、リチウムなどのように加工性の良くない材料を参照極５に用いた場合であっても、参照極５の形状が箔形状であれば、作業能率を低下させずに、容易に加工することができる。

第１セパレータ６は、電極押圧部材２０、正極３および負極４よりも大径であって、収容部１６の内径と同径の円板形状をなし、例えば、ガラス繊維からなる不織布またはポリオレフィン系微孔性フィルム、セルロース系フィルムなど、セパレータとして用いられる通常の材料から、形成されている。

予備充放電用電極４１は、負極４の電位の基準となる電極であり、負極４との間で予備充電および／または予備放電を実施するために設けられている。

このような予備充放電用電極４１は、負極４の表面積と略同一またはより広い表面積の略矩形平板形状をなし、電極電位が安定している材料、例えば、リチウム、銀、白金などから形成されている。例えば、ハイブリッドキャパシタの性能評価を実施する場合においては、好ましくは、リチウムから形成される。性能評価の評価対象が、ハイブリッドキャパシタのように、負極にリチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出可能な材料が用いられているデバイスである場合において、予備充放電用電極４１がリチウムであると、効率よく予備充電および／または予備放電を実施することができる。また、予備充放電用電極４１の形状は、円板形状に形成されている。さらに、予備充放電用電極４１の表面積は、負極４の表面積と略同一面積またはより広い面積となるように形成されている。負極４の表面積と略同一面積またはより広い面積であると、負極４と予備充放電用電極４１との間で、効率よく予備充電および／または予備放電を実施することができる。

第２セパレータ４２は、予備充放電用電極４１よりも表面積の広い表面積の円板形状をなし、第１セパレータ６と同様の材料、例えば、ガラス繊維からなる不織布またはポリオレフィン系微孔性フィルム、セルロース系フィルムなど、セパレータとして用いられる通常の材料から、形成されている。

次に、この電気化学セル１の組み付けについて説明する。

この電気化学セル１の組み付けにおいては、まず、第２ケーシング４０内の底面中央部に、予備充放電用電極４１を配置し、次いで、その予備充放電用電極４１の上面に、第２セパレータ４２を載置する。その後、下側ケーシング８を、その底壁４８が第２セパレータ４２の上面に配置されるように、第２ケーシング４０に重ね合わせる。より具体的には、下側ケーシング８の収容部１６を、第２ケーシング４０の周壁４９の内周面に沿って第２ケーシング４０の内底面まで嵌合させる。すると、下側ケーシング８の底壁４８と、第２セパレータ４２（および予備充放電用電極４１）との対向方向における、第２セパレータ４２（および予備充放電用電極４１）の投影面に、下側ケーシング８の底壁４８に形成された貫通孔４３が配置される。

これによって、第２ケーシング４０内においては、予備充放電用電極４１および第２セパレータ４２が、第２ケーシング４０の深さ方向（上下方向）に沿って順次配置される。

また、第２セパレータ４２は、予備充放電用電極４１の表面積よりも広い表面積の円板形状に形成されているため、このような配置において、上下方向における予備充放電用電極４１の投影面から、径方向（水平方向）外方にはみ出している。

なお、下側ケーシング８と第２ケーシング４０との間、具体的には、下側フランジ部１７と周壁４９との内側端面に形成される段差３９には、ゴム製のＯリング３０を介在させて、それらの間のシールを確保するとともに、下側ケーシング８と第２ケーシング４０との間を絶縁する。

次いで、この組み付けにおいては、下側ケーシング８の収容部１６内に、負極４、第１セパレータ６、正極３、参照極５が収容された参照極収容部材２１を、配置する。より具体的には、収容部１６内の底面中央部に、負極４を載置し、その負極４の上面に、第１セパレータ６を収容部１６の内周面４７に沿って載置し、その第１セパレータ６の上面周端部に、参照極５が収容された参照極収容部材２１を収容部１６の内周面４７に沿って配置する。

ここで、参照極収容部材２１の組み付けについて、図５〜図７を参照して説明する。

参照極収容部材２１の組み付けにおいては、まず、図５に示すように、参照極底壁５２の上面に参照極５を載置する。具体的には、短冊状に形成された参照極５を、その表面が開口部５３から露出するように、例えば、参照極底壁５２の周方向にわたって載置する。次いで、図６に示すように、例えば、参照極押圧部外周面５５が参照極収容部外周壁５０の内周面に摺動するように、また、参照極押圧部内周面５６が参照極収容部内周壁５１と摺動するように、参照極押圧部５８を参照極収容部２９に対してスライドさせて、溝部５９に収容する。

このように組み付けることによって、図７に示すように、参照極５は、参照極底壁５２の上面と参照極押圧部５８との間において、参照極押圧部５８によって押圧され、かつ、開口部５３から露出される。また、参照極押圧部５８の上面が、参照極収容部２９の上面と略面一となるように組み付けられている。なお、参照極５については、例えば、リチウムイオン電池やハイブリッドキャパシタなどの性能評価の精度に影響を与えないのであれば、例えば、参照極底壁５２の上面の周方向数箇所に載置するだけでもよい。

そして、参照極収容部材２１を配置した後、セパレータ６の上面中央部に、正極３を載置し、正極３の上面に、電極押圧部材２０が上下方向において重なるように載置する。これによって、収容部１６内においては、負極４、第１セパレータ６、正極３および電極押圧部材２０が、収容部１６の深さ方向（上下方向）に沿って順次配置され、参照極５が収容された参照極収容部材２１が、電極押圧部材２０に対して径方向外方側方に配置される。

また、セパレータ６は、電極押圧部材２０、正極３および対極４の外径より大きく、収容部１６の内径と同径に形成されているため、このような配置において、上下方向における電極押圧部材２０、正極３および対極４の投影面から、径方向（水平方向）外方にはみ出している。そして、参照極収容部２９に収容されている参照極５は、上下方向における電極押圧部材２０、正極３および対極４の投影面から、径方向（水平方向）外方に離間して配置されており、はみ出した部分のセパレータ６の上面と、開口部５３から露出した参照極５の下面とが、上下方向において対向する。

また、このような配置において、参照極５は、正極３に対して径方向外方において、第１セパレータ６を介在させることなく配置されている。

その後、収容部１６内に、電解液を注入する。電解液は、その目的および用途によって、適宜公知のものが選択される。

また、このような配置において、参照極５は、正極３に対して径方向外方上方において、第１セパレータ６を介在させることなく配置されている。

さらに、このような配置において、予備充放電用電極４１は、正極３および負極４の、互いに対向する側とは反対側のうち、負極４側において、負極４と、下側ケーシング８の底壁４８（および第２セパレータ４２）を介して対向配置されており、これにより、下側ケーシング８の底壁４８（および第２セパレータ４２）が、負極４と予備充放電用電極４１との間に介在されている。

その後、この組み付けにおいては、収容部１６、および、その収容部１６と貫通孔４３によって連続する第２ケーシング４０内に、電解液を注入する。電解液は、その目的および用途によって、適宜公知のものが選択される。例えば、リチウムイオン電池やハイブリッドキャパシタなどの性能評価を実施する場合には、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。また、電解液は、組み付け後の電気化学セル１において、収容部１６内の少なくとも第１セパレータ６が浸漬される程度に注入する。

次いで、参照極収容部材２１の上面に、第２コイルばね２２の下端部を載置した後、中間ケーシング９を、その下面で第２コイルばね２２の上端部を押圧するようにして、下側ケーシング８の下側フランジ部１７の上面に重ね合わせる。なお、中間ケーシング９と下側ケーシング８との間、具体的には、中間ケーシング９の周壁４４と、下側フランジ部１７との内側端面には、ゴム製のＯリング３０および円板形状のリングシール板３３を介在させて、それらの間のシールを確保するとともに、中間ケーシング９と下側ケーシング８との間を絶縁する。

その後、上側ケーシング７を、中間ケーシング９の上面に重ね合わせる。なお、上側ケーシング７と中間ケーシング９との間、具体的には、中間ケーシング９の周壁４４と、上側ケーシング７の上側フランジ部１１との内側端面には、ゴム製のＯリング３０および円板形状のリングシール板３３を介在させて、それらの間のシールを確保するとともに、上側ケーシング７と中間ケーシング９との間を絶縁する。

そして、上側ケーシング７、中間ケーシング９、下側ケーシング８および第２ケーシング４０に穿孔されている固定孔１８を位置合わせして、各固定孔１８に第２ケーシング４０側から、断面視略逆Ｔ字状の固定ボルト３１を挿通させ、上側ケーシング７の上側フランジ部１１側に挿通された固定ボルト３１を、ナット３２で締め込む。なお、上側ケーシング７、中間ケーシング９および下側ケーシング８の固定孔１８には、予め絶縁性のカラー部材３４を挿入しておき、固定ボルト３１によって、上側ケーシング７、中間ケーシング９、下側ケーシング８および第２ケーシング４０が導通することを防止する。

また、上側ケーシング７の中央筒部１０の挿通孔１４に、押圧軸１５を、リング部２６が中央筒部１０の内底面に対向し、押圧軸１５の下端部が電極押圧部材２０の受け部２７に当接するまで、挿通する。そして、挿通孔１４に挿通された押圧軸１５のリング部２６の上面に、第１コイルばね１９を載置した後、押圧調整ボルト１２のねじ軸部２４を、ばね受け凹部２５によって押圧軸１５の上端部が受けられるように、中央筒部１０の螺着部１３に螺着させ、螺締する。なお、押圧調整ボルト１２の頭部２３の下面と、中央筒部１０の上端面との間には、ゴム製のＯリング３０を介在させて、それらの間のシールを確保する。

また、この電気化学セル１では、下側ケーシング８には、負極４に電圧を印加するための負極用端子（対極用端子）３５が設けられている。負極用端子３５は、収容部１６の底面に接触している負極４と、下側ケーシング８を介して電気的に導通される。

また、中間ケーシング９には、参照極５に電圧を印加するための参照極用端子３６が設けられている。参照極用端子３６は、参照極収容部材２１の上面において第２コイルばね２２と接触している参照極５と、中間ケーシング９を介して電気的に導通される。

また、上側ケーシング７には、正極３に電圧を印加するための正極用端子（作用極用端子）３７が設けられている。正極用端子３７は、電極押圧部材２０の下面に接触している正極３と、上側ケーシング７、押圧調整ボルト１２、第１コイルばね１９および押圧軸１５を介して電気的に導通される。

さらに、第２ケーシング４０には、予備充放電用電極４１に電圧を印加するための予備充放電用電極用端子３８が設けられている。予備充放電用電極用端子３８は、第２ケーシング４０の内底面に接触している予備充放電用電極４１と、第２ケーシング４０を介して電気的に導通される。

このようにして組み付けられた電気化学セル１では、負極４が、正極３に対して第１セパレータ６を介して対向配置されるとともに、予備充放電用電極４１が、正極３および負極４の、互いに対向する側とは反対側のうち、負極４側において、負極４と下側ケーシング８の底壁４８を介して対向配置されている。

また、このような電気化学セル１では、電気化学セル１を水平載置した場合において、下側ケーシング８の内底面４５が、第２ケーシング４０の上端縁４６よりも下方に配置されている。

このように組み付けた電気化学セル１を用いて実施される蓄電デバイスの性能評価においては、まず、負極４の予備充電および／または予備放電試験を実施する。すなわち、負極４と予備充放電用電極４１との間で充電および／または放電を実施する。

これによって、不可逆容量相当分の電気容量、すなわち、本来ならば、性能評価の初充放電過程において、不可逆容量となるために放電することができない電気容量を予め充電しておくことができる。

例えば、ハイブリッドキャパシタの性能評価を実施する場合においては、正極材、例えば活性炭と、負極材、例えば、ハードカーボンの予備充放電試験を実施すると、負極に大きな不可逆容量が生じるため、その不可逆容量相当分の電気容量を補うために、予め負極を半分程度まで充電しておく。

そして、各極に対して上記予備充電を実施した後、正極３と負極４との間で充電および／または放電、すなわち、蓄電デバイスの性能評価を実施する。

このように、蓄電デバイスの性能評価を実施する前に、負極４と予備充放電用電極４１との間で実施する予備充電によって、負極４の不可逆容量を補うことができる。そのため、各極の利用効率を向上させて、効率よく蓄電デバイスの性能評価を実施することができるため、理想的な状態で評価することができる
そして、このような電気化学セル１は、正極３、負極４および参照極５を収容する下側ケーシング８と、予備充放電用電極４１を収容する第２ケーシング４０とを備えているため、下側ケーシング８と第２ケーシング４０とを位置合わせすれば、各電極、すなわち、正極３、負極４、参照極５および予備充放電用電極４１の相対位置を簡易かつ精度よく合わせることができる。

そのため、このような電気化学セル１によれば、効率よく蓄電デバイスの性能評価を実施することができる。

また、このような電気化学セル１によれば、水平載置した場合において、下側ケーシング８の内底面４５が第２ケーシング４０の上端縁４６よりも下方に配置されることにより、電解液が注入される場合にも、第２ケーシング４０から電解液が漏れることを防止することができる。そのため、効率よく蓄電デバイスの性能評価を実施することができる。

また、このようにして組み付けられた電気化学セル１では、押圧調整ボルト１２の締め付けによって、第１コイルばね１９を介して、押圧軸１５が下方に向かって弾性的に付勢される。そして、弾性的に付勢された押圧軸１５の下端部が、電極押圧部材２０を押圧するので、その結果、電極押圧部材２０が、第１セパレータ６を上下に挟んで対向配置される正極３および負極４を押圧する。

そのため、この電気化学セル１では、押圧調整ボルト１２の締め付けによって、第１セパレータ６を上下に挟んで対向配置される正極３および負極４の、互いの押圧力を調整することができるので、簡易かつ確実な組み付けによって、正極３および負極４を、第１セパレータ６を介して、最適の押圧力で均一に接触させることができる。

さらに、このような電気化学セル１では、正極３および負極４が第１セパレータ６を介して上下方向に対向配置される一方で、参照極５が、上下方向における正極３の投影面から離間し、かつ、正極３との間に他のセパレータが介在されず、正極３および負極４によって挟まれる第１セパレータ６と接触するように、配置されている。そのため、収容部１６内においては、負極４の上面に載置される第１セパレータ６を少なくとも浸漬するように、電解液を満たせばよく、その結果、最低限費用で実施することができる。また、各極から電位を取り出すための構造を簡易化することができ、作業性の向上を図ることができる。また、参照極５が、上下方向における正極３の投影面から離間し、かつ、正極３との間にセパレータが介在されずに配置されているので、参照極５を正極３の近傍に配置することができる。そのため、内部抵抗を低減することができ、精度のよい測定を達成することができる。

また、この電気化学セル１では、押圧調整ボルト１２の締め付けによって、電極押圧部材２０が、第１セパレータ６を上下に挟んで対向配置される正極３および負極４を押圧して、正極３を、第１セパレータ６を介して負極４に密着させることができる。また、固定ボルト３１およびナット３２の締め付けによって、第２コイルばね２２が、参照極５を押圧して、参照極５を、第１セパレータ６に密着させることができる。その結果、簡易かつ確実な組み付けによって、正極３、負極４および参照極５をより確実に配置して、正確な測定を達成することができる。

しかも、これら押圧調整ボルト１２による締め付け、および、固定ボルト３１による締め付けは、すべて上方（同一方向）から実施することができるので、より一層簡易な組み付けを実現することができる。

また、この電気化学セル１では、下側ケーシング８の収容部１６によって、負極４、第１セパレータ６、正極３および参照極５を、コンパクトに収容しつつ、これらの簡易かつ確実な組み付けを達成することができる。

さらに、収容部１６によって、その内部が閉塞されるので、電解液の漏れをより確実に防止することができる。

しかも、各ケーシング、とりわけ、下側ケーシング８と第２ケーシング４０との間には、ゴム製のＯリング３０が介在されているため、それらの間のシールを確保することができ、封止性のさらなる向上を図ることができる。

また、この電気化学セル１は、上記した優れた組み付け性に起因して、優れた分解性もあり、そのため、短時間で分解および組み付けすることができる。

なお、上記した説明では、第１電極として正極３を、第２電極として負極４を用いたが、電気化学セル１においては、それらに限定されず、例えば、第１電極として負極を、第２電極として正極を用いることができる。

また、上記した説明では、断面視略逆Ｔ字状の固定ボルト３１を用いたが、固定ボルトはこれに限定されず、例えば、断面視略逆Ｌ字状の固定ボルトなどを用いることもできる。

また、上記した説明では、下側フランジ部１７と周壁４９との内側端面に形成される段差３９に、ゴム製のＯリング３０を介在させたが、例えば、下側フランジ部１７と周壁４９との間において、下側フランジ部１７に円環形状の溝を形成し、その溝にゴム製のＯリング３０を配置して、下側ケーシング８と第２ケーシング４０との間を絶縁することもできる。

１ 電気化学セル
３ 正極
４ 負極
５ 参照極
６ 第１セパレータ
８ 下側ケーシング
４０ 第２ケーシング
４１ 予備充放電用電極
４２ 第２セパレータ
４３ 貫通孔

Claims (2)

1. 第１電極と、
   前記第１電極に対して、セパレータを介して対向配置される第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極との対向方向における前記第１電極の投影面から離間するように配置される第３電極と、
   前記第１電極、前記第２電極および前記第３電極を収容する第１収容部材と、
   前記第１電極および前記第２電極の、互いに対向する側とは反対側のうち、前記第２電極側において、前記第２電極と前記第１収容部材を介して対向配置される、前記第２電極との間で予備充電および／または予備放電を実施するための第４電極と、
   前記第４電極を収容する第２収容部材とを備え、
   前記第２電極と前記第４電極との間に介在されている前記第１収容部材の底壁に、貫通孔が形成されていることを特徴とする、電気化学セル。
2. 前記電気化学セルを水平載置した場合において、
   前記第１収容部材の内底面が、前記第２収容部材の上端縁よりも下方に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の電気化学セル。

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