JPH11317334A - 電気化学素子 - Google Patents
電気化学素子Info
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- JPH11317334A JPH11317334A JP10137536A JP13753698A JPH11317334A JP H11317334 A JPH11317334 A JP H11317334A JP 10137536 A JP10137536 A JP 10137536A JP 13753698 A JP13753698 A JP 13753698A JP H11317334 A JPH11317334 A JP H11317334A
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Abstract
生じない電気化学素子を提供する。 【解決手段】 溶媒中に溶質を溶かし込んでなる電解液
4と、電解液4中に浸漬された電極5と、電解液4と電
極5とを収納した素子容器1aと、素子容器1aの内圧
の上昇を抑制するバッファ容器2と、素子容器1aに一
端が接続され、他端がバッファ容器2に接続される導管
3aとを備えることを特徴とする電気化学素子。バッフ
ァ容器を備えるので、たとえ素子容器内でガスが発生し
てもそれを収容することができ、また導管を備えるので
素子容器内で発生したガスをバッファ容器に導くことが
できるし、バッファ容器を素子容器の位置とは別個に自
由に配置できる。
Description
シタ等の電気化学素子に関し、特に直方体形状を有する
容器を備える電気化学素子に関するものである。
び負極とし非水電解液を含浸させて容器に収容し密閉し
て構成される電気二重層キャパシタ等の電気化学素子に
おいては、長期間使用したり、例えば60℃以上の高温
で使用した場合、電解液の溶媒又は溶貿が分解してガス
が発生することがあり、セルの内圧が上昇する問題があ
る。図3に示すように、従来の電気二重層キャパシタセ
ル21には、安全弁30が取り付けられており、過剰な
内圧の上昇に対しては安全弁30が作動する。
気二重層キャパシタによれば、例えばアルミニウム等の
剛性の低い材料からなるセル等の容器を使用する場合、
安全弁が作動する前にまず容器が変形して外部に向けて
膨張する。上記容器は安全弁を有しているため、変形は
しても爆発等の問題は生じないが、容器の膨張を吸収で
きる空間を容器周辺に確保する必要が生じる。したがっ
て、容器をベースに固定して使用する等の場合は容器の
膨張を見込んで、余分なスペースを確保する必要が生
じ、特に複数の容器を用いる組セルを構成する場合に
は、各容器間のスペース確保等の問題がある。
ガスが存在して、電気的内部抵抗が上昇する問題があっ
た。さらに、発生したガスが炭素質材料と反応して電気
二重層キャパシタの性能が劣化するおそれがあった。
で使用しても上記のような問題を生じない電気化学素子
を提供することを目的とする。
に、請求項1に係る発明による電気化学素子は、図1に
示すように、溶媒中に溶質を溶かし込んでなる電解液4
と;電解液4中に浸漬された電極5と;電解液4と電極
5とを収納した素子容器1aと;前記素子容器の内圧の
上昇を抑制するバッファ容器2と;素子容器1aに一端
が接続され、他端がバッファ容器2に接続される導管3
aとを備えることを特徴とする。バッファ容器2は、素
子容器の内圧の上昇を抑制するのに十分な所定の容量を
有する。
えるので、たとえ素子容器内でガスが発生してもそれを
収容することができ素子容器の内圧の上昇を抑制するこ
とができる。また導管を備えるので素子容器内で発生し
たガスをバッファ容器に導くことができるし、バッファ
容器を素子容器の位置とは別個に自由に配置できる。
ように、バッファ容器2中に素子容器1a内で発生する
ガスの吸着剤を収納するとよい。このようにすると、ガ
スの吸着剤が、素子容器から導入されるガスを吸着する
のでバッファ容器の内圧上昇を生じさせないか、あるい
は内圧上昇を抑えることができる。
着剤の代わりにバッファ容器2に圧力開放調整機構を備
えてもよい。圧力開放調整機構とは、例えば安全弁であ
り、あらかじめ設定した圧力で内圧を開放することがで
きる。このように構成すると、バッファ容器の内圧上昇
を抑えることができる。このとき、ガスの吸着剤と共に
圧力開放調整機構を備えてもよい。このように構成する
と、ガスの吸着剤の吸着能力以上にガスが導入されて
も、あるいはガスの吸着剤が飽和状態になったとして
も、バッファ容器の内圧上昇を抑えることができる。
のように、素子容器1aが直方体形状であることを特徴
としてもよい。
方体形状の構造いわゆる角型構造であるので、無駄な空
間なしに電気化学素子を形成でき、特に図1に示すよう
に複数の素子容器を備える組セル電源のような電気化学
素子を無駄な空間を設けることなく構成できる。また特
に角型構造では、内圧による素子容器の膨張変形は顕著
となる傾向があるが、素子容器内のガスがバッファ容器
に拡散するので、素子容器内の内圧の上昇を抑えること
ができ、ひいては素子容器の膨張変形を抑えることが可
能である。
る発明による電気化学素子は、図1に示すように、溶媒
中に溶質を溶かし込んでなる電解液4と;電解液4中に
浸漬された電極5と;電解液4と電極5とを収納した複
数の素子容器(1a〜1d)と;複数の素子容器(1a
〜1d)の各々に一端がそれぞれ接続された複数の導管
(3a〜3d)と;素子容器(1a〜1d)の内圧の上
昇を抑制するバッファ容器2とを備え;複数の導管(3
a〜3d)の他端が、主導管3にまとめて接続され、主
導管3の端部がバッファ容器2に接続されることを特徴
とする。
各々に一端がそれぞれ接続された複数の導管と、バッフ
ァ容器2とを備え、複数の導管の他端が、主導管3にま
とめて接続され、主導管3の端部がバッファ容器2に接
続されているので、各素子容器の内圧上昇が抑えられ、
ひいては各素子容器の膨張変形が抑えられるので、周辺
に無駄な空間を設けることなく複数の素子容器を配置す
ることができる。
て、図面を参照して説明する。なお、各図において互い
に同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複
した説明は省略する。
る電気二重層キャパシタの構造を説明する。図中、直方
体形状の角型構造を有する素子容器1a内に、矩形板で
構成された複数の電極5が収容されている。電極5は、
正極と負極とからなり、これら複数の電極がセパレータ
9を介して、正極と負極とが交互に積層されている。さ
らに電極5、セパレータ9には電解液4が含浸されてい
る。即ち、電極が電解液に浸漬されて、角型構造の素子
容器1a中に収容されている。
5のうち各正極のリード部(不図示)を集めて電気的に
接続した正極端子6と、各負極のリード部(不図示)を
集めて電気的に接続した負極端子7とが設けられてい
る。
さの素子容器1b〜1dを備える、いわゆる電気二重層
キャパシタセルが示されている。素子容器1b〜1d内
には、素子容器1aと同様に電解液、電極等が収納され
ている。
極端子7との間には、導管1aの一端が素子容器の内部
と連通して接続されている。同様に素子容器1b〜1d
には、それぞれ導管3b〜3dが接続されている。
列的に集合して接続されている。すなわち、導管3a〜
3dと主導管3は、導管3a〜3dが枝管で主導管3が
集合管である一体的なマニホールドとして形成されてい
る。
の接続された部分とは反対側の端部が、バッファ容器2
の内部と連通するようにバッファ容器2に接続されてい
る。バッファ容器2は、素子容器内で発生するガスを収
容し、素子容器の内圧の上昇を抑えるのに十分な所定の
容量を有しており、図1の実施の形態では、素子容器1
aとほぼ同一の大きさ即ち容量を有するものとして示さ
れているが、これに限らず、例えば素子容器1aの1/
3程度の容量を有するものであってもよいし、2倍程度
であってもよい。あるいは、接続される素子容器1a〜
1dの個数に応じて大きさを決めてもよい。
れ、主導管3は各導管3a〜3dと同一流路面積を有す
るように構成してもよい。このときは、製造が容易であ
る。主導管3は各導管3a〜3dの合計流路面積を有す
るように構成してもよい。このときは、導管内のガス流
速がほぼ同じになるので、性能が安定する。
dが4個の場合を示してあるが、これに限らず任意の個
数で構成してよい。もちろん1個であってもよい。その
場合は、導管3aの一端が素子容器1aに接続され、他
端がバッファ容器2に接続されることになる。
するガスの吸着剤(不図示)を入れておくとよい。
視図に示すように圧力開放調整機構10をバッファ容器
の上部に設けるとよい。もちろん、吸着剤を入れて、さ
らに圧力開放調整機構10を設けてもよい。図2に示す
圧力開放調整機構は、一般に安全弁と呼ばれている装置
の一例である。図2(a)は、圧力開放調整機構の中心
軸線を含む面で切断して見た、即ち斜視図に示すA−A
で切断した断面図である。
に配置された上部が閉じた円筒形状の安全弁本体11と
その中に収納されたボール12とボール12の上部を一
端で抑えるように配置され他端が安全弁本体11の前記
閉じた上部に固定されたバネ13とを含んで構成されて
いる。即ち、バネ13はボール12を下方向に付勢して
いる。
容器2の内部と連通する開口14が設けられている。ボ
ール12は、バネ13により付勢され、開口14を強制
的に塞ぐように構成されている。
に着座した状態で、ボール12と安全弁本体11の前記
閉じた上部との間に位置する、安全弁本体11の中間部
には、ガス放出口15が設けられている。図2では、放
出口15は安全弁本体11に角度的に等配に4個(2個
のみ図示)設けられているが、ガス放出に十分な開口面
積を有する1個の開口であってもよい。
されるように圧力設定装置16を設けてもよい。圧力設
定装置16は、前記閉じた上部に切られた雌ねじに螺着
する雄ねじであり、これを回転することによりバネ13
の圧縮量を調節することができる。バネ13の圧縮量を
調節することにより、ガスの開放圧力を適宜設定するこ
とができる。
の内圧が上昇すると、開口14を通してバッファ容器2
からガスが安全弁本体11の内部、ボール12の下方に
侵入してきて、ボール12の下方の圧力が所定の値、圧
力設定装置16により設定された圧力値まで上昇する
と、バネが圧縮されボール12が押し上げられる。この
ようにして開口14が開くのでガスが放出され、それ以
上にガスの圧力が上昇するのを抑えることができる。
用を説明する。図1に示すような構造の電気二重層キャ
パシタセルは、単位体積あたりの容量を大きくするため
に素子容器内は前記素子が占める体積が大部分で、電解
液が素子を浸漬するように構成されている。ここで浸漬
とは、電解液が電極あるいはセパレータ、乃至は双方に
含浸された状態も含む。このような構造では、製造直後
に素子容器1a内で気体が存在できるスペースはリード
部の周辺のみである。
でもセルの内圧はすぐに上昇し得る。これに対しバッフ
ァ容器を連結すると、ガスがバッファ容器に拡散するの
で内圧の上昇はわずかに押さえられる。
導管3a〜3d、3で接続されているので、導管の長さ
を適切に定めれば、バッファ容器2を設置する位置は、
素子容器を設置する位置に拘束されずに、自由に選ぶこ
とができる。
対の帯状電極をセパレータを介して巻回して素子を形成
し、該素子に電解液を含浸させて円筒型容器に収容して
構成した円筒型構造であっても、大容量電気二重層キャ
パシタの構造として適する。円筒型構造の場合その形状
からガス発生により内圧が上昇しても側面方向には膨潤
しにくく、密に配置された電極表面にセル内部での隙間
は生じにくい。したがって、内圧上昇による内部抵抗の
上昇は起こりにくいが、底面方向に素子容器が膨張する
ためセルの固定には工夫が必要である。そこで本発明を
応用すれば、底面方向の素子容器の膨張を防ぐことがで
きる。セルの固定も特別の方法をとる必要がなくなる。
きくする場合、セル内部でのガス発生により内圧が上昇
すると電極面と垂直の方向に素子容器が膨潤しやすく、
密に配置された電極表面にガスが存在するようになり、
内部抵抗が上昇する。
て無駄な空間なく組セルを構成できるが、セル内部での
ガス発生による素子容器の変形、膨張のために特に周辺
に空間を設ける必要がある。本発明を応用すると素子容
器の膨張が抑えられるので、周辺に空間を設ける必要が
ない。
水系電解液でも使用できるが、耐電圧が高く充電状態の
エネルギ密度を高くできる点では有機系電解液が好まし
い。有機系電解液の溶媒としては、プロピレンカーボネ
ート、エチレンカーボネート等の環状カーボネート類、
ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチル
メチルカーボネート等の鎖状カーボネート類、スルホラ
ン及びスルホランの誘導体等の溶媒、又はこれらの混合
溶媒が好ましい。特にプロピレンカーボネートが好まし
い。
して使用する場合、高温で使用すると分解して二酸化炭
素、一酸化炭素、水素等が発生する。そこで、これらの
ガスの吸着剤を入れておくことが好ましい。
ボネートを使用する場合に、二酸化炭素、一酸化炭素及
び水素からなる群から選ばれる一種以上のガスの吸着剤
をバッファ容器中に存在させておく。
して酸化カルシウムを入れることが好ましい。吸着剤の
存在により、セル及びバッファ容器の内圧上昇を生じさ
せないか、あるいは内圧上昇をバッファ容器だけの場合
よりも抑えることができる。
り、有機系電解液を使用する場合、R1 R2 R3 R4 N
+ 、R1 R2 R3 R4 P+ (R1 、R2 、R3 、R4 は
それぞれ独立に炭素数1〜6のアルキル基)等の第4級
オニウムカチオンと、BF4 - 、PF6 - 、ClO4 - 、C
F3SO3 - 等のアニオンとからなる塩が好ましい。
管は、セル内部で発生するガスにより腐食されなければ
材質は特に限定されない。金属の細いパイプでもよい
し、プラスチックでもよい。
タを巻回又は積層して素子を形成した後素子容器に収容
して密閉し、あらかじめ蓋体に取り付けられた注液孔よ
り電解液を注液して素子に電解液を含浸させることが好
ましいが、本発明ではこの注液孔に細管を取り付けるこ
とが好ましい。
ないが、セル容器と同等又はそれ以上に内圧に対して膨
張できる構造を有していることが好ましい。例えばセル
の容器と同じ容器を用い、その内部を空気、窒素等の気
体のみで充満しておいてもよい。
セル電源とする場合、バッファ容器は各セルに対して一
つずつ取り付けることもできるが、複数のセルから取り
出された細管を図1に示すように並列にまとめて1つの
バッファ容器に連結したほうが実用上好ましい。
器に圧力開放調整機構を設け、バッファ容器が一定の内
圧以上になった場合、ガスがバッファ容器外部に抜ける
構造とすることが好ましい。この構造によりセルの内圧
を一定以下に保つことができる。圧力開放調整機構とし
ては、各種圧力センサや、例えば図2に示すガス抜き装
置が使用できる。このように構成すると、バッファ容器
があるので圧力の上昇速度が抑えられ、圧力開放調整機
構の設定圧を低めに調整しても、圧力開放調整機構が頻
繁に作動することがない。
バインダとからなる電極が好ましく、炭素質材料として
は活性炭、カーボンブラック、ポリアセン等が挙げられ
る。特に比表面積が700〜3000m2/gの活性炭
に導電性のカーボンブラックを混合して使用すると、容
量が大きくかつ内部抵抗が小さいので好ましい。電極は
金属の箔等からなる集電体と接合して集電体と一体化し
て使用することが好ましい。
とバッファ容器及びそれらの容器を接続する導管とを設
けたので、素子容器からのガスが導管を介してバッファ
容器に導入され、素子容器内の圧力上昇を抑えることが
可能となる。
シタの一部破断斜視図である。
開放調整機構の一例を示す一部破断斜視図である。
る。
Claims (5)
- 【請求項1】 溶媒中に溶質を溶かし込んでなる電解液
と;前記電解液中に浸漬された電極と;前記電解液と前
記電極とを収納した素子容器と;前記素子容器の内圧の
上昇を抑制するバッファ容器と;前記素子容器に一端が
接続され、他端が前記バッファ容器に接続される導管と
を備えることを特徴とする;電気化学素子。 - 【請求項2】 前記バッファ容器中に前記素子容器内で
発生するガスの吸着剤を収納することを特徴とする、請
求項1に記載の電気化学素子。 - 【請求項3】 前記バッファ容器に圧力開放調整機構を
備えることを特徴とする、請求項1または請求項2に記
載の電気化学素子。 - 【請求項4】 前記素子容器が直方体形状であることを
特徴とする、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の
電気化学素子。 - 【請求項5】 溶媒中に溶質を溶かし込んでなる電解液
と;前記電解液中に浸漬された電極と;前記電解液と前
記電極とを収納した複数の素子容器と;前記複数の素子
容器の各々に一端がそれぞれ接続された複数の導管と;
前記素子容器の内圧の上昇を抑制するバッファ容器とを
備え;前記複数の導管の他端が、主導管にまとめて接続
され、前記主導管の端部が前記バッファ容器に接続され
ることを特徴とする;電気化学素子。
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-
1998
- 1998-05-01 JP JP13753698A patent/JP4020490B2/ja not_active Expired - Fee Related
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