JP6784965B2 - Gas permeation member - Google Patents
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Description
本発明は、水蒸気などの水分を遮断して密閉容器の内部にて発生したガスを密閉容器の外部に排出しやすくするガス透過部材に関する。The present invention relates to a gas permeable member to facilitate exhausting gas generated in the interior of the sealed container to block moisture such as water vapor to the outside of the closed container.
密閉容器の内部にて発生したガスを密閉容器の外部に排出して密閉容器の内部の圧力上昇などによる不具合を解消するために、水蒸気などの水分を遮断して密閉容器の内部にて発生したガスを密閉容器の外部に適宜排出する必要のある密閉容器、例えば、電極素子及び電解質を有する電気二重層キャパシタやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイスにあっては、電解質が密閉容器の内部に密閉されて収容されているので、充放電サイクルを繰り返したり、高温で放置したり、短絡・過充電・逆充電などにより電解質が分解されて、その密閉容器の内部で酸素や二酸化炭素などのガスが発生し、その発生したガスが密閉容器の内部に蓄積されることにより急激に内圧が上昇して、その密閉容器本体が膨れたり、破裂したりするおそれがあり、発生したガスをその都度、密閉容器の外部に排出させて内圧上昇となるガスを密閉容器の内部に蓄積させないようにするとともに密閉容器の外部で発生した水蒸気などの水分を遮断するガス透過部材が望まれている。In order to discharge the gas generated inside the closed container to the outside of the closed container and eliminate problems due to the pressure rise inside the closed container, etc., water such as water vapor is blocked and generated inside the closed container. In a closed container such as an electric double layer capacitor having an electrode element and an electrolyte or a lithium battery, the electrolyte is inside the closed container, for which the gas needs to be appropriately discharged to the outside of the closed container. Since it is housed in a sealed container, the electrolyte is decomposed by repeating the charge / discharge cycle, leaving it at a high temperature, short-circuiting, overcharging, reverse charging, etc., and gas such as oxygen and carbon dioxide inside the closed container. Is generated, and the generated gas accumulates inside the closed container, causing the internal pressure to rise sharply, which may cause the closed container body to swell or explode. There is a demand for a gas permeable member that prevents gas that is discharged to the outside of the closed container and increases the internal pressure from accumulating inside the closed container and blocks moisture such as water vapor generated outside the closed container.
発生したガスをその都度、密閉容器の外部に排出させて内圧上昇となるガスを密閉容器の内部に蓄積させないようにするガス透過部材の素材として、特許文献1にて、ボタン型アルカリ電池を取り上げて、ガス透過性に優れたポリオレフィン系樹脂をもちいたガス透過部材が提案されている。この特許文献1では、ケースを兼ねた負極缶(密閉容器本体に相当)に直径0.7mmのストレート穴を形成してガス抜き穴(貫通孔に相当)とするとともに、ガス透過性に優れた厚さ0.2mmのシート状のポリオレフィン系樹脂を熱圧着してその穴を閉塞している。また、特許文献2では、外装缶の開口を蓋で閉塞した密閉型電池を取り上げて、この蓋体に電池内での発生ガスを電池外へ逃散(排出)させるガス透過膜が取り付けられており、このガス透過膜として、水素、二酸化炭素、一酸化炭素、低級炭化水素などは透過するが、水分(水蒸気)は不透過であるという性質を備えたゼオライト膜;アルミナ,ジルコニア,シリカ,ムライト,コージェライト、チタニアのような無機酸化物の微粒子を焼結した膜;シリコーンゴム,シリコーン樹脂,シリコーンオイルを好適例とする有機高分子材料の膜;黒鉛を好適例とする炭素質物の膜;PdやPd系合金の膜を例示して提案されている。In
しかし、ガス透過部材が特許文献1及び特許文献2で提案されたようなガス透過部材の素材では、素材自体の特性でガス透過量が決まっているので、ガス透過量を多くするためにガス透過部材の厚さを薄くしたり、表面積を大きくしたりする必要があり、限られた大きさの密閉型電気化学デバイスにおいては、密閉容器の内部で発生するガスを密閉容器の外部へ充分に排出するのは困難である。However, in the material of the gas permeable member as proposed in
そこで、密閉容器の内部で発生するガスを密閉容器の外部へ充分に排出させるために、特許文献3では、電解コンデンサーを取り上げて、ベースの上面を封止するキャップにより電解液を収納する収納部を構成し、そのキャップがガス透過部材となるように、平均粒径1〜40μmのアルミナなどのフィラーからなるフェノール樹脂などの樹脂複合体を加圧成形し熱硬化させることによってフィラーの各粒子が一部で接合した状態で硬化し各粒子間の隙間により平均孔径0.01〜2μmの細孔を形成して、そのキャップにより、水素ガスを透過させ、電解液や水蒸気の透過は遮断させるようにしたガス透過部材が提案されている。Therefore, in order to sufficiently discharge the gas generated inside the closed container to the outside of the closed container, in
しかし、特許文献3で提案されたような水素ガスのみを透過させる樹脂複合体では、細孔は所定の孔径ではなく、平均粒径1〜40μmのフィラーの各粒子が一部で接合した状態で硬化し各粒子間の隙間により形成するので、細孔径や気孔率を安定して得るには、手間がかかり、しかも、水素ガスのみを透過させるガス透過部材では、電解液や水蒸気を遮断しても、密閉容器の内部にて発生した水素ガス以外のガスすなわち酸素や二酸化炭素などのガスを密閉容器の外部に排出することは配慮されていない。However, in the resin composite that allows only hydrogen gas to permeate as proposed in
以上の特許文献1、2及び3においては、それぞれボタン型アルカリ電池、密閉型電池及び電解コンデンサーにおけるガス透過部材の課題を取り上げたが、屋内の水周りで使用される機器、あるいは、車両用電装品、センサー類、ポータブル機器等の屋外で使用され密閉して使用される機器において、気圧や温度変化または内部でのガス発生が起きた場合に圧力調整ができないため、通気孔を設けると、この通気孔から空気中の水分、水蒸気が内部に進入し、錆やカビ等を発生させて回路、機器を劣化させ正常な機能を果たさなくなることを防止するガス透過部材も望まれている。In the
このガス透過部材としては、特許文献4において、ポリオレフィン系樹脂と無機粉体と可塑剤を主体とする原料組成物を溶融混練して製膜した膜から可塑剤を除去することで、無機粉体の骨格がポリオレフィン系樹脂を接着機能材料として結合された形の三次元網目構造体に形成されて入り組んだ複雑な経路を有する無数の連通孔が形成された単層構造からなる多孔膜でできた水蒸気透過防止多孔膜を車両用電装品、センサー類、ポータブル機器等の屋外で使用され密閉して使用される機器にもちいることが提案されている。As this gas permeable member, in
しかし、特許文献4で提案されたガス透過部材は、ポリオレフィン系樹脂が重量平均分子量50万以上であり、無機粉体が比表面積100m2/g以上の親水性無機粉体であり、ポリオレフィン系樹脂が20〜50質量%と無機粉体が50〜80質量%を含み、平均細孔径が0.05〜0.2μmの親水性の多孔膜でできており、この多孔膜の細孔に進入した水蒸気が細孔内で凝縮を生じる毛管凝縮作用を活用しているが、この多孔質構造では、適度な大きさの細孔を安定して得ることが配慮されていない。 However, in the gas permeation member proposed in
本発明は、電極素子及び電解質を有する密閉型電気化学デバイスを例示する密閉容器本体に形成したガス透過部材において、ガス透過量を安定して多くすることに着眼して、多孔質構造にしないで、密閉容器本体の構成部材となる基材に孔加工により微細な孔径の貫通孔を形成したガス透過部材を見出し、上記の問題点を解消することができた。The present invention focuses on increasing the gas permeation amount stably in the gas permeation member formed in the airtight container body exemplifying the hermetically sealed electrochemical device having an electrode element and an electrolyte, and does not make it a porous structure. , A gas permeable member in which a through hole having a fine hole diameter is formed in a base material which is a constituent member of a closed container body is found, and the above problem can be solved.
本発明のガス透過部材は、密閉容器本体の構成部材となり無機質フィラーを含有した熱可塑性合成樹脂材でできた基材に、レーザ光の照射により前記熱可塑性合成樹脂成分を溶解もしくは分解して微細な孔径の貫通孔を形成し、前記貫通孔を介して密閉容器の内部のガスを外部に排出するガス透過部材において、前記貫通孔は円錐形状の内周壁を有し、前記円錐形状の内周壁が上下に組み合わされてレーザ光の照射深さ方向の中間位置に孔径0.01〜100μmの孔からなる鼓形状であって、前記貫通孔の内周壁にはレーザ光の照射により前記無機質フィラーを残存させて、前記貫通孔に対する気体の透過性の差を利用したガス選択作用を発現させて水蒸気などの水分を遮断させることを特徴とする。The gas permeable member of the present invention dissolves or decomposes the thermoplastic synthetic resin component into a substrate made of a thermoplastic synthetic resin material containing an inorganic filler as a constituent member of a closed container body by irradiation with laser light to obtain fine particles. In a gas permeation member that forms a through hole having a large hole diameter and discharges gas inside a closed container to the outside through the through hole , the through hole has a conical inner peripheral wall and the conical inner peripheral wall. Is combined vertically and has a drum shape consisting of holes with a hole diameter of 0.01 to 100 μm at an intermediate position in the irradiation depth direction of the laser light, and the inorganic filler is applied to the inner peripheral wall of the through hole by irradiation with the laser light. It is characterized in that it is left to exhibit a gas selection action utilizing the difference in gas permeability with respect to the through hole to block water such as water vapor.
本発明の密閉型電気化学デバイスを例示するガス透過部材は、密閉容器本体の構成部材となり無機質フィラーを含有した熱可塑性合成樹脂材でできた基材に、レーザ光の照射により前記熱可塑性合成樹脂成分を溶解もしくは分解して微細な孔径の貫通孔を形成し、前記貫通孔を介して密閉容器の内部のガスを外部に排出するガス透過部材において、前記貫通孔は円錐形状の内周壁を有し、前記円錐形状の内周壁が上下に組み合わされてレーザ光の照射深さ方向の中間位置に孔径0.01〜100μmの孔からなる鼓形状であって、前記貫通孔の内周壁にはレーザ光の照射により前記無機質フィラーを残存させて、前記貫通孔に対する気体の透過性の差を利用したガス選択作用を発現させて水蒸気などの水分を遮断させるので、無機質材フィラーを含有しない熱可塑性合成樹脂材に比し基材が板状の薄肉材であっても強度が高く、ガスの透過性が向上してガス透過量を多くするようにしたガス透過部材が得られる。The gas permeable member exemplifying the sealed electrochemical device of the present invention is a base material made of a thermoplastic synthetic resin material containing an inorganic filler, which is a constituent member of a closed container body, and is subjected to laser light irradiation to the thermoplastic synthetic resin. In a gas permeation member that dissolves or decomposes a component to form a through hole having a fine hole diameter and discharges the gas inside the closed container to the outside through the through hole , the through hole has a conical inner peripheral wall. The conical inner peripheral wall is combined vertically and has a drum shape consisting of a hole having a hole diameter of 0.01 to 100 μm at an intermediate position in the irradiation depth direction of the laser beam, and the inner peripheral wall of the through hole is a laser. The inorganic filler is left by irradiation with light, and a gas selection action utilizing the difference in gas permeability to the through hole is exhibited to block water such as water vapor. Therefore, a thermoplastic synthesis containing no inorganic material filler. Compared with the resin material, even if the base material is a plate-shaped thin-walled material, the strength is high, and a gas permeable member having improved gas permeability and a large amount of gas permeation can be obtained.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1から図3を参照して、密閉容器本体の構成部材となる基材に形成したガス透過部材を説明する。(Embodiment 1)
The gas permeation member formed on the base material which is a constituent member of the closed container main body will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
1は、基材2に形成した貫通孔3で構成されたガス透過部材である。この基材2は密閉容器本体4(図6〜図9参照)に接着や溶着や成形などの密着接合される部材で密閉容器本体4の構成部材となって、ガス透過部材1はこの基材2を介して密閉容器本体4に形成されている。この基材2の素材はポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂などの熱可塑性樹脂やフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂の樹脂材であり、複数の樹脂材を混合させたり、樹脂材を主成分とし、エラストマー、可塑剤、難燃剤などの添加剤、炭素繊維、金属、ガラスやセラミックスや粘土鉱物などの無機質材を混合させたりした素材としてもよい。また、これら樹脂材以外にもブチルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどのゴム材の素材やアルミニウム、ステンレスなどの金属材の素材やガラス、セラミックス、粘土鉱物などの無機質材の素材があり、特許文献1で提案されたガス透過性に優れたポリオレフィン系樹脂や特許文献3で提案された多孔質の素材であってもよい。
基材2の形状としては、平板の形状で、厚さtは50〜200μmを例示するが、2mmより小さい薄肉材で、凹凸形状であってもよい。この基材2をもちいることにより、微細な孔径の貫通孔3が形成されているので、破断可能な防爆弁としても使用することができる。As the shape of the
なお、ガス透過部材1は後述の実施形態2と同様に基材2に形成されており、密閉容器本体4の構成部材とするために、この基材2を密閉容器本体4に密着接合させたり、後述の実施形態3に示すように基材2と一体に成形してもよいが、このように基材2と密閉容器本体4とを別体とせずに、後述の実施形態5及び6に示すように密閉容器本体4自体に微細な孔径の貫通孔32を形成した密閉容器本体21としてもよい。The
この基材2には上面2Aから下面2Bに貫通した1個または複数個の微細な孔径を有する鼓形状の貫通孔3が形成されており、この貫通孔3は断面形状が真円または長円の形状で、円筒形状や内周壁面の大きさが大小の異なる孔径でできた円錐形状や鼓形状で、その最小孔径Rが0.01〜100μmとなるように孔加工されており、この孔加工に際して貫通孔3の孔径は、気体の透過性の差を利用したガス選択作用が発現するように設定して水蒸気などの水分を遮断させている。その孔加工はYAGレーザ、YVO4レーザ、GdVO4レーザ及びYLFレーザなどのレーザ光源のレーザ装置L好ましくは波長変換による短波長パルスレーザ装置Lからレーザ光を照射するレーザ加工やマイクロドリル、マイクロニードルのような穿孔による機械加工や化学エッチング加工でもよい。この貫通孔3の加工としては、レーザ加工が好ましく、この実施形態1においては、図1に示すように、レーザ装置Lにより、基材2に微細な孔径の貫通孔3が形成されたガス透過部材1が得られる。このレーザ装置Lにより形成される貫通孔3は、集光レンズ(図示せず)にて焦点を調整して、最小孔径Rが0.01〜100μmの貫通孔3が得られ、基材2の上面2Aの孔径R1及び下面2Bの孔径R2に比し厚さ方向すなわちレーザ光の照射深さ方向が徐々に小さくなって中間位置において最小孔径Rが得られるように傾斜した内周壁面3Aを有する円錐形状の孔が上下に組み合わされて鼓形状に形成されたガス透過部材1が得られる。The
図21及び図22は、このガス透過部材1は基材2に最小孔径Rが0.01〜100μmの貫通孔3が得られるようにレーザ加工された貫通孔3における加工表面を示す光学顕微鏡写真を示す。21 and 22 are optical micrographs showing the processed surface of the gas
図21において、ガス透過部材1の基材2は、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂でできた厚さ200μmのフイルムで、この基材2の中央の部位にYVO4レーザのレーザ光源の波長変換による短波長パルスレーザ装置L(レーザ波長355nm、パルス幅14ns、パルス周波数50KHz、レンズ焦点距離50mm、出力0.54W、1孔あたりのショット数5000)を基材2の上面2Aに照射することにより、図1に示すように、最小孔径R、基材2の上面2Aの孔径R1及び下面2Bの孔径R2が形成された貫通孔3が得られる(実施例1)。この貫通孔3におけるレーザ加工表面として図2に示すような基材2の上面2Aを光学顕微鏡装置により撮像することにより、図21(A)に示す光学顕微鏡写真となる。この写真によると、基材2の上面2Aはレーザ光の照射で樹脂が溶解もしくは分解して、その上面2Aに孔径R1に相当する凹所が見られ、その凹所の中央位置に最小孔径Rに相当する孔が示されている。また、基材2を裏返しにして下面2Bを光学顕微鏡装置により撮像することにより、図21(B)に示す光学顕微鏡写真となり、その下面2Bに孔径R2に相当する凹所が見られ、その凹所の中央位置に最小孔径Rに相当する孔が示されている。これら上面2Aにおける凹所及び孔と下面2Bにおける凹所及び孔とにより傾斜した内周壁面3Aのある鼓形状の貫通孔3が形成されていることが示されている。さらに、この鼓形状の貫通孔3の内周壁面3Aを観察すると、上面2Aにおける凹所及び孔と下面2Bにおける凹所及び孔の何れの内周壁面3Aにおいても凹凸が入り組んだ壁面形状が見られる。In FIG. 21, the
図22において、ガス透過部材1の基材2は、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂でできた厚さ150μmの射出成形シートで、図21と同様なレーザ光の照射で基材2の上面2Aに複数個、照射することにより、図1に示すように、最小孔径R、基材2の上面2Aの孔径R1及び下面2Bの孔径R2が形成された複数個の貫通孔3が得られる(実施例2)。この貫通孔3におけるレーザ加工表面として図2に示すような基材2の上面2Aを光学顕微鏡装置により撮像することにより、図22(A)に示す光学顕微鏡写真となる。この写真によると、基材2の上面2Aに孔径R1に相当する凹所及びその凹所の中央位置に最小孔径Rに相当する孔が示されている。さらに、基材2を裏返して基材2の下面2Bを光学顕微鏡装置により撮像することにより、図22(B)に示す光学顕微鏡写真となり、基材2の下面2Bに孔径R2に相当する凹所及びその凹所の中央位置に最小孔径Rに相当する孔が示されている。これら上面2Aと下面2Bとにより傾斜した内周壁面3Aのある鼓形状の貫通孔3が形成されていることが示されている。これら上面2Aにおける凹所及び孔と下面2Bにおける凹所及び孔とにより傾斜した内周壁面3Aのある鼓形状の貫通孔3が形成されていることが示されている。さらに、この鼓形状の貫通孔3の内周壁面3Aを観察すると、図21と同様に、上面2Aにおける凹所及び孔と下面2Bにおける凹所及び孔の何れの内周壁面3Aにおいても凹凸が入り組んだ壁面形状が見られる。In FIG. 22, the
上記、図21及び図22に撮像した光学顕微鏡写真において、基材2には凹所の中央位置の基部において、最小孔径Rがそれぞれ5μm及び1.49μmとなった貫通孔3がレーザ加工により形成されている。この最小孔径Rは、この鼓形状の貫通孔3の内周壁面3Aは凹凸が入り組んだ壁面形状となっているので、内周壁面3Aの部位によっては上記数値よりもさらに小さい孔径となっていると推測される。In the optical micrographs taken in FIGS. 21 and 22 above, the
また、ガス透過部材1の貫通孔3の内周壁面にシリコーン系、フッ素樹脂系、アクリル系及びアミド系などの撥水剤または、親水性もしくは濡れ性をもたせるように界面活性剤を吹付けまたは浸漬またはプラズマ処理によって、撥水性の表面処理層または親水性もしくは濡れ性の表面処理層を施すことにより、水蒸気などの水分が貫通孔3の内周壁面ではじき飛ばされたり、毛管凝縮されたりする作用を促進して、水蒸気などの水分の透過をさらに少なくして水分の遮断作用が向上したガス透過部材1が得られる。Further, a water repellent such as silicone-based, fluororesin-based, acrylic-based or amide-based, or a surfactant is sprayed on the inner peripheral wall surface of the through
(実施形態2)
図4及び図5は、実施形態1と同様に、基材は密閉容器本体に密着接合されて、密閉容器の構成部材となっており、その基材に形成したガス透過部材について、以下、実施形態1と異なる点を説明する。(Embodiment 2)
In FIGS. 4 and 5, similarly to the first embodiment, the base material is tightly joined to the closed container body to form a constituent member of the closed container, and the gas permeating member formed on the base material is described below. The points different from the first embodiment will be described.
基材2の素材は繊維状、鱗片状、粒子状もしくはこれらを組み合わせたガラスやセラミックス、さらには粘土鉱物などの無機質材をフィラーとして含有した熱可塑性樹脂でできており、ガス透過量を多くするようにこの基材2を孔加工して微細な孔径の貫通孔31を形成するために、この基材2にYAGレーザ、YVO4レーザ、GdVO4レーザ及びYLFレーザなどのレーザ光源のレーザ装置L好ましくは波長変換による短波長パルスレーザ装置Lからレーザ光を照射して熱可塑性樹脂を溶解もしくは分解して無機質材のフィラーが少なくとも内周壁面31Aに残存して露出し、気体の透過性の差を利用したガス選択作用が発現するように孔加工をして、最小孔径Rが0.01〜100μmの円錐形状となった貫通孔31が形成されて、この残存し露出した無機質材のフィラーにより平滑な内周壁面31Aに比し水蒸気などの水分を遮断させる作用が向上してガスを透過することができるガス透過部材1が得られる。この場合、貫通孔31の孔形状は円錐形状を例示したが、実施形態1の貫通孔3のように鼓形状でもよい。The material of the
このように孔加工することにより貫通孔31に無機質材のフィラーを存在させたガス透過部材1が形成されるので、無機質材のフィラーを含有した熱可塑性合成樹脂材でできた基材2をもちいるので、無機質材のフィラーを含有しない熱可塑性合成樹脂材に比し基材2が板状の薄肉材であっても強度が高く、貫通孔31の孔加工によりガスの透過性が向上してガス透過量を多くするようにしたガス透過部材1が得られる。Since the
(実施形態1及び2のガス透過部材を有する密閉容器の実施形態)
図6及び図7は、ガス透過部材が形成された基材を密閉容器本体に密着接合させて、密閉容器本体にガス通過空間部を有する状態の一部を示す。(Embodiment of a closed container having the gas permeable members of the first and second embodiments)
6 and 7 show a part of a state in which the base material on which the gas permeable member is formed is tightly bonded to the closed container body and the closed container body has a gas passage space.
図6において、密閉容器本体4は下面が密閉容器41の内部41Bに面する密閉容器41の外殻であり、この内部41Bには電気二重層キャパシタやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイスの電解質や車用電子制御装置の電子回路の発熱素子などを収容できるような密閉された空間部となっている。この密閉容器本体4には実施形態1の貫通孔3または実施形態2の貫通孔31よりも孔径の大きな通気孔でできたガス通過空間部5が形成されている。ガス通過空間部5は、密閉容器41の外面41A(図6においては密閉容器本体4の上面)に貫通孔3、31を有する平板な形状の基材2でできたガス透過部材1が接着や溶着や成形などにより密着接合させることにより、密閉容器41の内部41Bおよび実施形態1の貫通孔3または実施形態2の貫通孔31に連通している。このようにして、貫通孔3、31は気体の透過性の差を利用したガス選択作用が発現するように水蒸気などの水分を遮断させる大きさの孔径に設定されており、水蒸気などの水分を遮断し、密閉容器41の内部41Bにて発生したガス(酸素や二酸化炭素)を密閉容器41に蓄積せずに外部に排出することができる。さらに、ガス通過空間部5により密閉容器41の内部41Bにて発生したガス(酸素や二酸化炭素)を貫通孔3、31に送り込みやすくしている。In FIG. 6, the closed container
次に、図7は、図6に示す密閉容器本体4において、ガス通過空間部5の内部にガス透過表層シート100を密着接合させた密閉容器本体4を示す。このガス透過表層シート100は合成樹脂材や金属材でできた不織布、布、多孔フイルムもしくはシートで、貫通孔3、31よりもガス透過性がよい素材でできている。ガス透過表層シート100はガス通過空間部5の内部でその内周壁に接着剤をもちいて固着して、ガス透過表層シート100の上面においてはガス通過空間部5の内部で貫通孔3、31とは接触せず空間スペース5Aがあり、ガス透過表層シート100の下面においては密閉容器41の内部41Bと空間スペース5Bが形成されている。なお、ガス透過表層シート100は図7においては1枚であるが、空間スペース5A、5Bがあれば複数枚を重合もしくは離間してもちいてもよい。このようにして密閉容器本体4に密着接合されたガス透過部材1の貫通孔3、31により、図6と同様に水蒸気などの水分を遮断し、密閉容器41の内部41Bにて発生したガス(酸素や二酸化炭素)を排出することができるとともに、ガス透過表層シート100にて密閉容器41の内部41Bに水分などの液体があってもその液体が貫通孔3、31に付着することによるガス透過性を低下させないようにすることができる。Next, FIG. 7 shows the closed container
図8は、図7と同様なガス透過表層シートを複数枚もちいた密閉容器本体4を示す。ガス通過空間部51の内部でその内周壁は貫通孔3、31に近い方が孔径の小さくなった2段の階段状に形成されており、2枚のガス透過表層シート100を空間スペース51Cで上下に離間するようにそれぞれリング100Aで固着している。この場合、ガス透過表層シート100の枚数はガス通過空間部51の大きさにより1枚でも3枚以上でも任意に選定して、このガス透過表層シート100の固着は、リング100Aをもちいないで直接接着剤で接合したり、一体成形したりしてもよい。空間スペース51Cで上下に離間したガス透過表層シート100の上方のガス透過表層シート100は貫通孔3、31と接触しないように空間スペース51Aを有し、下方のガス透過表層シート100は密閉容器本体4の下面から空間スペース51Bを有するように形成されている。この場合、ガス透過表層シート100に多孔フイルムもしくはシートをもちいる場合、上下のガス透過表層シート100を上下で孔のピッチをずらすようにしてもちいてもよい。このようにしてガス透過表層シート100をガス通過空間部51内に形成することにより、密閉容器41の内部41Bにある水分などの液体を貫通孔3、31に付着しにくくして貫通孔3、31のガス透過性の低下を防止することができる。FIG. 8 shows a closed container
(実施形態1及び2のガス透過部材を密閉型電気化学デバイスに使用する実施形態)
図9は、図6に示すガス透過部材1が形成された基材2を密着接合させた密閉容器本体4でできた密閉容器41を密閉型電気化学デバイス42として使用する密閉型電気化学デバイス用ガス透過部材を示す。この図9においても、図7及び図8に示すガス透過表層シート100をガス通過空間部5、51内に形成してもよい。(Embodiment in which the gas permeable members of
FIG. 9 is for a closed electrochemical device in which the
図9において、密閉型電気化学デバイス42としては、電気二重層キャパシタやリチウム電池などが例示でき、密閉容器本体4は、一対の電極端子9が並設された円板(楕円を含む)状や矩形状の板材で実施形態1の貫通孔3または実施形態2の貫通孔31よりも孔径の大きな通気孔が形成されており、この通気孔は、貫通孔3、31を有する板状で薄肉材の基材2でできたガス透過部材1を密閉容器本体4に接着や溶着や成形などにより密着接合させることにより、密閉型電気化学デバイス42の内部(密閉容器本体4及び箱型ケース6とで密閉された内部)および貫通孔3、31と連通したガス通過空間部5、51となっている。なお、密閉容器本体4の素材としては金属材を例示するが、他の素材例えば合成樹脂材でもよい。6は、電極素子8及び電解質の電解液7を密閉して収容する円筒状または直方体状の箱型ケースで、その素材は密閉容器本体4と同様な金属材を例示するが、他の素材でもよい。この箱型ケース6を密閉容器本体4と密着接合させて閉蓋することにより一対の電極端子9に電気接続されるリード10、10、電極素子8及び電解液7が密閉して収容されている。このように、電極素子8及び電解液7を有する電気二重層キャパシタやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイス42にあっては、その内部が密閉容器本体4及び箱型ケース6とで密閉されているので、充放電サイクルを繰り返したり、高温で放置したり、短絡・過充電・逆充電などにより電解液7が分解されて、酸素や二酸化炭素などのガスが発生し、そのガスが蓄積されることにより急激に内圧が上昇して、その密閉容器本体4や箱型ケース6が膨れたり、破裂したりするおそれがあるが、発生したガスが密閉型電気化学デバイス42の内部(密閉容器本体4及び箱型ケース6とで密閉された内部)に蓄積しすぎないように密閉容器本体4の構成部材となる基材2を孔加工して形成された貫通孔3、31を有するガス透過部材1により、ガスを適宜、ガス通過空間部5、51から貫通孔3、31を介して密閉型電気化学デバイス42の外部に排出できるので、ガスが蓄積しつづけることを防止するとともに、この貫通孔3、31は水蒸気などの水分を遮断させる最小孔径に設定して行う孔加工により形成されているので、水蒸気などの水分をガス通過空間部5、51から貫通孔3、31を介して透過させないようにして水分を遮断している。In FIG. 9, examples of the closed-type
この場合も、図示しないが、図7及び図8に示すガス透過表層シート100をガス通過空間部5、51内に形成すれば、密閉容器本体4に密着接合されたガス透過部材1の貫通孔3、31は水蒸気などの水分を遮断し、密閉型電気化学デバイス42の内部にて発生したガス(酸素や二酸化炭素)をガス通過空間部5、51から貫通孔3、31を介して密閉型電気化学デバイス42の外部に排出する際、水蒸気などの水分をガス通過空間部5、51から貫通孔3、31を介して透過させないようにして水分を遮断するとともに、密閉型電気化学デバイス42の内部の電解液7が有する液体を貫通孔3、31に付着しにくくして貫通孔3、31のガス透過性の低下を防止することができる。Also in this case, although not shown, if the gas permeation
(実施形態3)
図10から図13は、合成樹脂材でできたガス透過部材の基材を密閉容器本体と一体に成形したガス透過部材を示し、以下、説明する。(Embodiment 3)
10 to 13 show a gas permeable member obtained by integrally molding a base material of a gas permeable member made of a synthetic resin material with a closed container body, and will be described below.
図10及び図11は、筒形状の合成樹脂材でできた基材2を金属材でできた密閉容器本体4と一体に成形して密閉容器本体4よりも厚さの大きい筒形状となったガス透過部材11を示す。基材2の素材としては、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂などの熱可塑性樹脂が例示でき、密閉容器本体4の素材としては、アルミニウム(含む合金)、銅(含む合金)またはステンレスなどでできた孔付き金属板で、この金属板の孔に筒形状の基材2が配置される。図10において、基材2は上方に凹所20Aが形成され、下方にガス通過空間部52が形成されるように桟部20を有し、この桟部20は密閉容器本体4にインサート成形などで一体に成形されてできている。この桟部20にその上方からレーザ装置Lによるレーザ光を照射して、図11に示すように上方の孔径Rが下方の孔径R1よりも大きな円錐状の貫通孔32が得られ、この貫通孔32の上方及び下方にはそれぞれ凹所20A及びガス通過空間部52と連通したガス透過部材11が基材2に形成される。In FIGS. 10 and 11, the
図12は、このようにして密閉容器本体4に形成されかつガス通過空間部52とガス透過部材11とを有する基材2にガス透過表層シート101、100を形成する作業状態を示し、基材2の上方及び下方からそれぞれガス透過表層シート101、100を基材2に押し付けると、図13に示すように、基材2の上方の凹所20Aはガス透過表層シート101で覆われるように接着剤で固着され、基材2の下方のガス通過空間部52はその内周壁にガス透過表層シート100が接着剤で固着される。このガス通過空間部52に固着されるガス透過表層シート100は、図7と同様に、その上面はガス通過空間部52内で貫通孔32と離間するように空間スペース52Bが形成されている。このガス透過表層シート100、101の素材としては、ポリアミド系樹脂の不織布やポリウレタン樹脂系のスポンジや繊維やポリプロピレン樹脂系の合成樹脂材やアルミニウム(含む合金)、ステンレスなどの金属材でできた多孔フイルムもしくはシートや不織布が例示できる。図13において、ガス透過表層シート100、101を有するガス透過部材11は、密閉容器本体4に一対の電極端子9が並設された密閉型電気化学デバイス42の上部を示し、この密閉型電気化学デバイス42は図9と同様に密閉容器本体4と箱型ケース6とで密閉されて電解質の電解液7が収容されているので、充放電サイクルを繰り返したり、高温で放置したり、短絡・過充電・逆充電などにより電解液7が分解されて、酸素や二酸化炭素などのガスが発生し、そのガスが蓄積されることにより急激に内圧が上昇して、その密閉容器本体4や箱型ケース6が膨れたり、破裂したりするおそれがあるが、発生したガスが密閉型電気化学デバイス42の内部(密閉容器本体4及び箱型ケース6とで密閉された内部)に蓄積しすぎないように密閉容器本体4の構成部材となる基材2を孔加工して形成された貫通孔32を有するガス透過部材11により、ガスを適宜、ガス通過空間部52から貫通孔32を介して密閉型電気化学デバイス42の外部に排出できるので、ガスが蓄積しつづけることを防止するとともに、このガス通過空間部52はガスの排出作用を促進させる。また、この実施形態3においても、貫通孔32は水蒸気などの水分を遮断させる最小孔径に設定して行う孔加工により形成されているので、水蒸気などの水分をガス通過空間部52から貫通孔32を介して透過させないようにしている。さらに、貫通孔32よりもガス透過性のよいガス透過表層シート100をガス通過空間部52の内部に形成することにより、貫通孔32に電解液7の液体の付着をしにくくしてガス透過性を低下させないようにしている。また、基材2は上方に形成された凹所20Aはガス表層シート101で覆われているので、密閉容器本体4の外部に発生した塵などが貫通孔32に付着することによるガス透過性の低下を防止することができる。FIG. 12 shows a working state in which the gas permeation
(実施形態4)
図14は、実施形態3に示すガス透過表層シート100をガス通過空間部の内部に形成する異なる実施形態を示す。(Embodiment 4)
FIG. 14 shows a different embodiment in which the gas
図14において、ガス透過部材11は、実施形態3と同様に筒形状の合成樹脂材でできた基材2を金属材でできた密閉容器本体4に一体に成形して筒形状となっているが、貫通孔32と連通したガス通過空間部53の形状は実施形態3とは異なり、ガス通過空間部53の内周壁は貫通孔32に近い方が孔径の小さくなった2段の階段状に形成されている。このガス通過空間部53には、上下に離間した2枚のガス透過表層シート100をそれぞれリング100Aで固着されている。この上下に離間した2枚のガス透過表層シート100において、ガス通過空間部53内の上側のガス透過表層シート100は貫通孔32とは空間スペースを有して離間しており、下側のガス透過表層シート100は密閉容器本体4の下面とは空間スペースを有して離間している。このガス透過表層シート100の素材は実施形態3のガス透過表層シート100と同様な合成樹脂材や金属材でできた多孔フイルムもしくはシートや不織布でできている。この場合、ガス透過表層シート100の枚数はガス通過空間部53の大きさにより1枚でも3枚以上でも任意に選定できる。特に、ガス透過表層シート100に多孔フイルムもしくはシートをもちいる場合、上下のガス透過表層シート100を上下で孔のピッチをずらすようにしてもちいてもよい。また、基材2の上方には実施形態3と同様に凹所20Aを有し、凹所20Aはガス表層シート101で覆われている。このようにしてできた密閉容器本体4に形成された基材2を図13に示す実施形態3と同様に密閉型電気化学デバイス42にもちいることにより、密閉型電気化学デバイス42の内部に収容された電解液の液体を貫通孔32に付着しにくくして貫通孔32のガス透過性の低下を防止することができる。また、ガス透過表層シート100の固着は、リング100Aをもちいないで直接接着剤で接合したり、一体成形したりしてもよい。このようにガス透過表層シート100をガス通過空間部53の内部に設けることにより、液体を貫通孔32に付着しにくくして貫通孔32のガス透過性の低下を防止することができる。In FIG. 14, the gas permeation member 11 has a tubular shape by integrally molding a
(実施形態5)
図15及び図16は、基材が密閉容器の外殻である密閉容器本体となった状態のガス透過部材を示す。(Embodiment 5)
15 and 16 show a gas permeable member in a state where the base material is the main body of the closed container, which is the outer shell of the closed container.
密閉容器本体21は、合成樹脂材または金属材でできた厚さtが1〜2mmの板材でできており、孔加工により円錐形状の貫通孔32を有するガス透過部材12が形成されている。この円錐形状の貫通孔32は、密閉容器本体21の上面21Aの孔径R1が下面21Bの最小孔径Rよりも大きい形状となっている。このような円錐形状の貫通孔32を得る孔加工としては、YAGレーザ、YVO4レーザ、GdVO4レーザ及びYLFレーザなどのレーザ光源のレーザ装置L好ましくは波長変換による短波長パルスレーザ装置Lからレーザ光を照射するレーザ加工を例示しているが、レーザ加工に代えてマイクロドリル、マイクロニードルのような穿孔による機械加工や化学エッチング加工でもよい。The closed container
(実施形態5のガス透過部材を密閉型電気化学デバイスに使用する実施形態)
図17は、密閉容器本体21の上面21Aが密閉型電気化学デバイス42の外面となり、この密閉容器本体21に貫通孔32を有し、一対の電極端子9が並設された密閉型電気化学デバイス42を示し、この密閉型電気化学デバイス42は電解質の電解液7を有する電気二重層キャパシタやリチウム電池などで、開口端のある円筒状または直方体状の箱型ケース6を閉蓋するように接合された密閉型電気化学デバイス42となる。この密閉型電気化学デバイス42の内部(密閉容器本体21と箱型ケース6とで密閉された内部)には、図9と同様に、リード10、10、電極素子部8及び電解液7が気密状態すなわち密閉されて設けられている。このように、電極素子8及び電解液7を有する電気二重層キャパシタやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイス42にあっては、その内部が密閉されているので、充放電サイクルを繰り返したり、高温で放置したり、短絡・過充電・逆充電などにより電解液7が分解されて、酸素や二酸化炭素などのガスが発生し、そのガスが蓄積されることにより急激に内圧が上昇して、その密閉型電気化学デバイス42における密閉容器本体21や箱型ケース6が膨れたり、破裂したりするおそれがあるので、発生したガスが密閉型電気化学デバイス42の内部に蓄積しすぎないように貫通孔32によりそのガスを適宜、密閉型電気化学デバイス42の外部に排出させることができ、かつ水蒸気などの水分を透過させないようにして水分を遮断している。(Embodiment in which the gas permeable member of
In FIG. 17, the upper surface 21A of the
(実施形態6)
図18〜図20は、実施形態5と同様に基材が密閉容器の外殻である密閉容器本体となった状態のガス透過部材を示し、実施形態5とは、基材の形状が異なる。(Embodiment 6)
18 to 20 show gas permeable members in a state where the base material is the outer shell of the closed container, which is the main body of the closed container, as in the fifth embodiment, and the shape of the base material is different from that of the fifth embodiment.
図18において、密閉容器本体21はアルミニウム(含む合金)、銅(含む合金)またはステンレスなどでできた金属板で、この金属板は凹凸加工されて、密閉容器本体21の上面21Aの一部を上方に突出した凸曲面22が形成されており、下面21Bは密閉型電気化学デバイス42(図20参照)の内部となる。ガス透過量を多くするように微細な孔径の貫通孔を形成するために、この凸曲面22にレーザ装置Lにより、図19に示すように実施形態2と同様に密閉容器本体21の上面21Aの孔径が下面21Bの最小孔径よりも大きい形状で円錐状の貫通孔32が形成されている。このように、貫通孔32形成された密閉容器本体21には貫通孔32よりも大きな孔径で貫通孔32と連通したガス通過空間部54を有するガス透過部材13が得られ、ガスの排出作用を促進させている。 In FIG. 18, the closed container
図20は、図17のように、基材を一対の電極端子9が並設された密閉容器本体21とし、その上面21Aが密閉型電気化学デバイス42の外面となり、箱型ケース6とで密閉されて、電解質の電解液7が収容された密閉型電気化学デバイス42を示す。この密閉型電気化学デバイス42には、図17と異なり、ガス通過空間部54およびガス透過表層シート100を有する。In FIG. 20, as shown in FIG. 17, the base material is a closed container
図20において、密閉型電気化学デバイス42は密閉容器本体21と箱型ケース6とで密閉されて、電解質の電解液7が収容されているので、充放電サイクルを繰り返したり、高温で放置したり、短絡・過充電・逆充電などにより電解液7が分解されて、酸素や二酸化炭素などのガスが発生し、そのガスが蓄積されることにより急激に内圧が上昇して、その密閉容器本体21や箱型ケース6が膨れたり、破裂したりするおそれがあるが、発生したガスが密閉型電気化学デバイス42の内部(密閉容器本体21及び箱型ケース6とで密閉された内部)に蓄積しすぎないように密閉容器本体21の凸曲面22を孔加工して形成された貫通孔32により、ガスを適宜、ガス通過空間部54から貫通孔32を介して密閉型電気化学デバイス42の外部に排出できるので、ガスが蓄積しつづけることを防止するとともに、このガス通過空間部54はガスの排出作用を促進させる。さらに、このガス通過空間部54には、貫通孔32よりもガス透過性のよいガス透過表層シート100を凸曲面状に折り曲げてガス通過空間部54の凸曲面22の内周壁に固着することにより、このガス透過表層シート100の上面においては貫通孔32との間に空間スペース54Aが形成され、ガス透過表層シート100の下面においては空間スペース54Bが形成されたガス透過部材13が得られ、このガス透過表層シート100により密閉型電気化学デバイス42の電解液7が貫通孔32に付着しにくくなり、液体の付着によるガス透過性の低下を防止するなどの効果がある。In FIG. 20, since the closed-type
図1及び図2にもとづき気体の透過性の差を利用したガス選択作用が発現し、かつガス透過量を多くするように最小孔径Rが0.01〜100μmとなる貫通孔3を孔加工により基材2に形成したガス透過部材1により、水蒸気などの水分の遮断を維持するとともにガス透過性が向上することを見出した実施例を以下、説明する。Based on FIGS. 1 and 2, a through
基材2の薄肉材としては、厚さ200μmのポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂できた直径35mmの円板状のフイルムを用意した。この基材2にYVO4レーザ光源の波長変換による短波長パルスレーザ装置L(レーザ波長355nm、パルス幅14ns、パルス周波数50KHz、レンズ焦点距離50mm、出力0.54W、1孔あたりのショット数5000)からレーザ光を照射して上面及び下面に凹所及び厚さ方向すなわちレーザ光の照射深さ方向の中間位置に孔径5μmの孔からなる鼓形状の貫通孔3となった1個(実施例1−1)、500μmで離間した5個(実施例1−2)及び500μmで離間した10個(実施例1−1)の貫通孔3を形成して、GTRテック株式会社製のガス透過実験装置GTR−TUBE16−NITをもちいて、水分の透過度についてはJIS規格K7129にもとづいて、温度40℃、湿度90%で求め、また、酸素及び二酸化炭素のガス透過度についてはJIS規格K7126−2(等圧法)にもとづいて、温度80℃で求め、水分、酸素及び二酸化炭素のそれぞれの単位時間当たりの透過量を計算して表1に記載の24時間透過量を得た。As the thin-walled material of the
(比較例1)
基材2の薄肉材として実施例1と同じ大きさのポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂でできたフイルムを用意し、レーザ光を照射しないで、実施例1と同様に水分、酸素及び二酸化炭素のそれぞれの単位時間当たりの透過量を計算して表1に記載の24時間透過量を得た。(Comparative Example 1)
A film made of polyphenylene sulfide (PPS) resin having the same size as that of Example 1 was prepared as a thin-walled material of the
基材2の薄肉材としては、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂を厚さ150μmで直径5.6mmの円板状に射出成形してできた射出成形シートを用意した。この基材2にYVO4レーザ光源で波長変換による短波長パルスレーザ装置L(レーザ波長355nm、パルス幅14ns、パルス周波数50KHz、レンズ焦点距離50mm、出力0.54W、1孔あたりのショット数5000)からレーザ光を照射して基材2の上面及び下面に凹所及び厚さ方向すなわちレーザ光の照射深さ方向の中間位置に孔径1.49μmの孔からなる鼓形状の貫通孔3となった1個、(実施例2−1)、500μmで離間した5個(実施例2−2)の貫通孔3を形成して、GTRテック株式会社製のガス透過実験装置GTR−TUBE16−NITをもちいて、実施例1のように水分の透過度についてはJIS規格K7129にもとづいて、温度40℃、湿度90%で求め、また、酸素及び二酸化炭素のガス透過度についてはJIS規格K7126−2(等圧法)にもとづいて、温度80℃で求め、水分、酸素及び二酸化炭素のそれぞれの単位時間当たりの透過量を計算して表2に記載の24時間透過量を得た。As the thin-walled material of the
(比較例2)
基材2の薄肉材として実施例2と同じ大きさのポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂でできた射出成形シートを用意し、レーザ光を照射しないで、実施例2と同様に水分、酸素及び二酸化炭素の単位時間当たりのそれぞれの透過量を計算して表2に記載の24時間透過量を得た。(Comparative Example 2)
An injection-molded sheet made of polyphenylene sulfide (PPS) resin having the same size as in Example 2 was prepared as a thin-walled material for the
以上の測定により、実施例1及び2のような貫通孔の存在は、比較例1及び2のような貫通孔のないものに比し、ガスの透過量が大きく、かつ、水分の透過量は許容できる程度で水分の遮断を維持する結果を得た。また、貫通孔の個数を増やしたときのガス透過量は、酸素よりも二酸化炭素の方が少なかった。Based on the above measurements, the presence of through-holes as in Examples 1 and 2 has a larger gas permeation amount and a higher water permeation amount than those without through-holes as in Comparative Examples 1 and 2. The result was that the water blockage was maintained to an acceptable level. In addition, the amount of gas permeated when the number of through holes was increased was smaller for carbon dioxide than for oxygen.
このように微細な孔径の貫通孔3、31、32を形成してできたガス透過部材1は、気体の透過性の差を利用したガス選択作用が発現するように貫通孔3、31、32の孔径が水蒸気などの水分を遮断させる大きさに好ましくは0.01〜100μmに設定して孔加工して貫通孔3、31、32を得れば、水分の透過量は許容できる程度で水分の遮断をして、比較例1及び2のような素材自体の特性でガス透過量が決まっている素材よりもガス透過性が向上することが立証できた。The
本発明のガス透過部材は、水分を遮断し密閉容器の内部で発生した酸素や二酸化炭素などのガスを排出させる必要のある上記のような電気二重層キャパシタやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイスや車両用電装品、センサー類、ポータブル機器等の屋外で使用され密閉して使用される機器に通気性をもたせる用途として有用である。The gas permeable member of the present invention is a sealed electrochemical device such as an electric double layer capacitor or a lithium battery as described above, which needs to block water and discharge a gas such as oxygen or carbon dioxide generated inside a closed container. It is useful for making equipment that is used outdoors and used in a sealed manner, such as electrical components for vehicles, sensors, and portable devices, to have breathability.
1、11 ガス透過部材
2 基材
3、31、32 貫通孔
21、4 密閉容器本体
41 密閉容器
42 密閉型電気化学デバイス
5、51、52、53.54 ガス通過空間部
100、101 ガス透過表層シート1, 11
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