KR20050067027A - 전기화학 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 애노드(10) 및 캐소드(20)를 갖는 소체(素體)(60)와, 전해질과, 소체(60) 및 전해질을 밀폐 상태로 수용하는 외장체(50)를 구비하고, 외장체(50)는 상측 덮개(52), 하측 덮개(54) 및 개스킷(gasket)(56)을 갖고, 상측 덮개(52)와 애노드(10)가 전기적으로 접촉하며, 또한, 하측 덮개(54)와 캐소드(20)가 전기적으로 접촉하도록, 상측 덮개(52) 및 하측 덮개(54)의 적어도 한쪽에, 소체(60)측으로 돌출하는 볼록부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기화학 디바이스를 제공한다.

Description

전기화학 디바이스{Electrochemical device}
본 발명은 전기화학 디바이스에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 전기 2중층 커패시터를 비롯한 전기화학 커패시터, 및 리튬 이온 2차 전지를 비롯한 전지를 포함하는 전기화학 디바이스에 관한 것이다.
전기 2중층 커패시터를 비롯한 전기화학 커패시터, 및 리튬 이온 2차 전지를 비롯한 전지는 용이하게 소형화(박형화), 경량화가 가능한 전기화학 디바이스이기 때문에, 예를 들면, 휴대기기(소형 전자기기) 등의 전원 또는 백업용 전원, 전기 자동차 또는 하이브리드차를 대상으로 하는 보조 전원으로서 기대되고 있다.
이러한 전기화학 디바이스 중 박형의 것으로서 일반적으로는 코인형이라고 불리는 형상의 셀이 알려져 있다. 그렇지만, 이 코인형 셀은 외장체를 구성하는 금속제의 상측 덮개 및 하측 덮개의 단부를 코킹(calking)함으로써 밀봉된 구조를 갖고 있기 때문에, 외장체에는 충분한 강도가 요구되어, 외장체를 두껍게 할 필요가 있었다. 그 때문에, 코인형의 전기화학 디바이스에 있어서는 더욱 소형화(박형화)를 실현하는 것이 곤란하였다. 또, 상기 외장체를 구성하는 상측 덮개 및 하측 덮개로서는 일반적으로 외부 출력 단자를 겸하는 것이 사용되고 있다.
이것에 대하여, 예를 들면, 일본 특개 2002-313679호 공보에는 외장체를 구성하는 부재(집전 금속)가 집전체(및 외부 출력 단자)를 겸하는 구성으로 하고, 이 집전 금속의 단부를 코킹하지 않고 열 접착부에서 접착하는 것에 의해 밀봉한 구조로 함으로써 소형화(박형화)가 도모된 전기 2중층 커패시터가 기재되어 있다.
그렇지만, 이러한 소형화(박형화)가 도모된 전기화학 디바이스에 있어서는 이하에 개시하는 바와 같은 문제가 있었다. 즉, 상기 일본 특개 2002-313679호 공보에 기재된 전기 2중층 커패시터의 구조에서는 소체를 외장체에 봉입할 때에, 외장체를 구성하는 집전체를 겸한 대향하는 2개의 집전 금속과, 소체를 구성하는 전극의 전기적 접촉을 충분히 확보할 수 없고, 내부 저항이 증대하여 뛰어난 충방전 특성을 얻는 것이 곤란하였다.
본 발명은 상기 종래 기술이 갖는 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 외부 출력 단자가 되는 부재를 적어도 갖는 외장체에 있어서, 그 외부 출력 단자가 되는 부재와, 외장체 내에 수용되는 소체를 구성하는 전극의 전기적 접촉을 충분히 확보할 수 있어, 뛰어난 충방전 특성을 얻을 수 있는 전기화학 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해서 예의 연구를 거듭한 결과, 외장체를 구성하는 외부 출력 단자를 겸한 2개의 덮개(제 1 덮개 및 제 2 덮개)의 적어도 한쪽에, 소체측으로 돌출한 볼록부가 형성되어 있는 것에 의해, 상기 목적이 달성 가능한 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은 제 1 전극 및 제 2 전극을 갖는 소체와, 전해질과, 소체 및 전해질을 밀폐된 상태로 수용하는 외장체를 적어도 구비하고, 외장체는 서로 대향하는 금속제의 제 1 덮개 및 금속제의 제 2 덮개와, 제 1 덮개와 제 2 덮개 사이에 배치되는 개스킷을 갖고 있고, 제 1 덮개, 제 2 덮개 및 개스킷은 소체를 수용하는 공간을 이루도록 배치되어 있고, 제 1 덮개와 제 1 전극이 전기적으로 접촉하고, 또한, 제 2 덮개와 제 2 전극이 전기적으로 접촉하도록, 제 1 덮개 및 제 2 덮개 중 적어도 한쪽에, 소체측으로 돌출하는 볼록부가 형성되어 있는 전기화학 디바이스를 제공한다.
이러한 전기화학 디바이스에 있어서는 외부 출력 단자를 겸하는 상기 제 1 덮개 및 상기 제 2 덮개 중 적어도 한쪽에 상기 볼록부가 형성되어 있는 것에 의해, 제 1 덮개와 제 1 전극, 제 2 덮개와 제 2 전극의 전기적 접촉을 충분히 확보할 수 있다.
그리고, 본 발명의 전기화학 디바이스에 있어서는 상술한 바와 같이 외장체를 구성하는 덮개와 소체를 구성하는 전극의 전기적 접촉을 충분히 확보할 수 있기 때문에, 덮개와 전극의 접촉 저항을 저감할 수 있고, 전기화학 디바이스의 내부 저항을 충분히 저감할 수 있다. 그 때문에, 본 발명의 전기화학 디바이스는 뛰어난 충방전 특성을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 전기화학 디바이스는, 예를 들면, 상기 일본 특개 2002-313679호 공보에 기재되어 있는 전기 2중층 커패시터의 구조로 함으로써, 박형이며 또한 내부 저항이 충분히 저감되어 있고, 뛰어난 충방전 특성을 갖는 전기 2중층 커패시터를 형성할 수 있다. 또한, 본 발명의 전기화학 디바이스에는 상술한 종래의 코인형 전기화학 디바이스도 포함되고, 이 경우에도 내부 저항이 충분히 저감되어 있고, 뛰어난 충방전 특성을 갖는 전기화학 디바이스를 형성할 수 있다.
또한, 상기 전기화학 디바이스에 있어서, 상기 볼록부는 그 선단부가 제 1 전극 및/또는 제 2 전극을 가압한 상태로 전기적으로 접촉하도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 전기화학 디바이스에 있어서는, 제 1 덮개가 제 1 전극에, 제 2 덮개가 제 2 전극에 각각 가압된 상태가 되어, 제 1 덮개와 제 1 전극, 제 2 덮개와 제 2 전극의 전기적 접촉이 더욱 충분히 확보된다. 또한, 이 볼록부는 전기화학 디바이스의 외장체를 구성하는 금속제의 덮개에 형성되어 있는 것이기 때문에, 그 강성에 의해 제 1 전극 및/또는 제 2 전극을 충분히 가압한 상태를 유지할 수 있는 동시에, 소체에 대하여 지나친 압력이 가해지기 전에, 소체로부터 볼록부에 가해지는 압력에 의해 볼록부에 변형이 생기게 되어, 소체를 찌그러트리는 등 하여 소체를 손상시키지 않고, 덮개와 전극의 양호한 전기적 접촉을 얻을 수 있다.
그리고, 본 발명의 전기화학 디바이스에 있어서는, 상술한 바와 같이 외장체를 구성하는 덮개와 소체를 구성하는 전극의 전기적 접촉을 충분히 확보할 수 있기 때문에, 덮개와 전극의 접촉 저항을 저감할 수 있고, 전기화학 디바이스의 내부 저항을 충분히 저감할 수 있다. 그 때문에, 본 발명의 전기화학 디바이스는 뛰어난 충방전 특성을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 전기화학 디바이스는 외장체 내에 소체를 배치하는 배치 공정을 거쳐서 형성되어 있고, 배치 공정에서 사용하는 소체, 개스킷, 제 1 덮개 및 제 2 덮개가, 소체의 두께를 T1, 개스킷의 두께를 T2, 제 1 덮개 및/또는 제 2 덮개에 형성되어 있는 볼록부의 높이의 합계를 T3으로 하여, 하기의 식 (1) 및 (2)로 나타내는 조건을 동시에 만족하고 있는 것이 바람직하다.
T2 > T1 ···(1)
T3 > (T2-T1) ···(2)
여기서, 상기 소체의 두께(T1)는 소체를 구성하는 제 1 전극 및 제 2 전극이 적층되어 있는 방향의 두께를 의미하고, 상기 개스킷의 두께(T2)는 상기 소체의 두께 방향과 같은 방향의 두께를 의미한다.
또한, 상기 제 1 덮개 및/또는 상기 제 2 덮개에 형성되어 있는 상기 볼록부의 높이의 합계(T3)는 제 1 덮개 및 제 2 덮개 중 어느 한쪽에만 상기 볼록부가 형성되어 있는 경우에는 그 볼록부의 높이를 의미하고, 제 1 덮개 및 제 2 덮개 양쪽에 상기 볼록부가 형성되어 있는 경우에는 제 1 덮개에 형성되어 있는 볼록부의 높이와 제 2 덮개에 형성되어 있는 볼록부의 높이를 합계한 것을 의미한다. 또, 상기 볼록부의 높이는 상기 볼록부가 형성되어 있는 덮개 표면으로부터 상기 볼록부의 선단부까지의 높이를 의미하고 있으며, 하나의 덮개에 2개 이상의 볼록부가 형성되어 있는 경우에는 2개 이상의 볼록부의 높이 중 최대치를 의미한다.
또, 덮개와 전극의 양호한 전기적 접촉을 얻는 관점에서, 상기 덮개에는 전극과 전기적으로 접촉하는 부위(선단부)가 충분한 면적을 갖는 평탄부로 되어 있는 1개의 볼록부가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 2개 이상의 볼록부가 형성되어 있는 경우에는 이들 2개 이상의 볼록부는 높이가 가지런하고, 또한, 각각의 선단부가 충분한 면적을 갖는 평탄부로 되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 이들 T1, T2 및 T3의 단위는 모두 동일한 단위(예를 들면, ㎛)이고, T1, T2 및 T3은 전기화학 디바이스를 형성하기 전의 각 부재(소체, 개스킷, 제 1 덮개 및 제 2 덮개)에서의 수치를 나타내는 것이다.
이러한 조건을 만족하는 각 부재를 사용하는 배치 공정을 거쳐서 형성되는 전기화학 디바이스에 의하면, 제 1 덮개 및/또는 제 2 덮개에 형성되어 있는 볼록부에 의해, 그 선단부에서 제 1 전극 및/또는 제 2 전극을 확실하게 가압한 상태로 할 수 있다. 그 때문에, 제 1 덮개와 제 1 전극 및 제 2 덮개와 제 2 전극의 양호한 전기적 접촉을 얻을 수 있다. 이 때, 상기 볼록부가 제 1 덮개 및 제 2 덮개 중 어느 한쪽에만 형성되어 있는 경우에도, 이 볼록부의 선단부가 제 1 전극 및 제 2 전극 중 어느 한쪽을 가압함으로써, 다른쪽의 전극도 볼록부가 형성되어 있지 않은 다른쪽의 덮개에 충분히 가압되게 되어, 덮개와 전극의 양호한 전기적 접촉을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 전기화학 디바이스에 있어서는 상기 제 1 덮개 및 상기 제 2 덮개의 양쪽에 상기 볼록부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이 경우, 2개의 덮개의 양쪽에 형성된 상기 볼록부에 의해 제 1 전극과 제 2 전극의 양쪽을 가압할 수 있기 때문에, 제 1 덮개 및 제 2 덮개 중 어느 한쪽에만 상기 볼록부가 형성되어 있는 경우와 비교하여, 더욱 충분히 덮개와 전극을 전기적으로 접촉시킬 수 있다. 그리고, 덮개와 전극의 충분한 전기적 접촉이 확보됨으로써, 전기화학 디바이스의 내부 저항을 더욱 충분히 저감할 수 있어, 더욱 뛰어난 충방전 특성을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 전기화학 디바이스는 제 1 덮개와 제 1 전극의 사이 및 제 2 덮개와 제 2 전극의 사이에 전자 전도성을 갖는 집전체가 배치되어 있고, 상기 볼록부와 상기 제 1 전극 및/또는 상기 제 2 전극은 상기 집전체를 통해 전기적으로 접촉하고 있는 것을 특징으로 하고 있어도 좋다.
이 경우, 상기 볼록부의 선단부는 집전체를 통해 전극을 가압하기 때문에, 집전체를 통하지 않는 경우와 비교하여, 상기 선단부의 가압에 의한 전극의 손상을 더욱 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 전기화학 디바이스에 있어서, 상기 볼록부는 상기 제 1 덮개 및/또는 상기 제 2 덮개에 드로잉(drawing) 가공(絞り加工)을 실시함으로써 형성되어 있는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 「드로잉 가공」은 소위 깊은 드로잉 성형을 하기 위한 가공으로, 연신기(延伸機)를 사용하여, 소정의 형상을 갖는 한 쌍의 금형 사이에 덮개를 배치하고, 금형에 의해 덮개를 가열하면서 가압하여 연신 성형하는 것으로 상기 볼록부를 형성하고, 계속해서 필요에 따라서 냉각하는 성형 가공이다.
상기 볼록부가 드로잉 가공에 의해 형성된 것에 의해, 상기 볼록부는 소체에 지나친 압력이 가해지기 전에 소체로부터 볼록부에 가해지는 압력에 의해 용이하게 변형할 수 있어, 소체를 찌그러트리는 등 하여 손상시키지 않고, 덮개와 전극의 충분한 전기적 접촉을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 전기화학 디바이스에 있어서, 상기 전해질의 적어도 일부는 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 내에 함유되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 전기화학 디바이스는 보다 뛰어난 충방전 특성을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 전기화학 디바이스에 있어서, 상기 소체는 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 배치되는 절연성의 세퍼레이터(separator)를 갖는 것이 바람직하고, 상기 전해질의 적어도 일부는 상기 세퍼레이터 내에 함유되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 전기화학 디바이스는 보다 뛰어난 충방전 특성을 얻을 수 있다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 전기화학 디바이스를 그 적절한 실시형태에 의거하여 상세하게 설명한다. 또, 도면의 설명에 있어서, 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다. 또한, 도면의 치수 비율은 도시하는 비율에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 전기화학 디바이스의 적절한 일 실시형태(전기 2중층 커패시터)를 도시하는 모식 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 전기화학 디바이스의 분해 사시도이고, 도 3은 도 1에 도시한 전기화학 디바이스의 분해 단면도이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 전기 2중층 커패시터(1)는 애노드 집전체(12), 애노드(10)(제 1 전극), 세퍼레이터(40), 캐소드(20)(제 2 전극) 및 캐소드 집전체(14)가 이 순서로 순차 적층된 소체(60)와, 애노드(10), 캐소드(20) 및 세퍼레이터(40) 내에 함유된 액상의 전해질(도시하지 않음)과, 이 소체(60)를 밀폐된 상태로 수용하는 외장체(50)로 구성되어 있다. 또한, 외장체(50)는 서로 대향하는 금속제의 상측 덮개(52)(제 1 덮개) 및 금속제의 하측 덮개(54)(제 2 덮개)와, 상측 덮개(52)와 하측 덮개(54) 사이에 배치되는 전기 절연성의 개스킷(56)으로 구성되어 있고, 상측 덮개(52), 하측 덮개(54) 및 개스킷(56)은 소체(60)를 수용하는 공간을 이루도록 배치되어 있다. 그리고, 상측 덮개(52) 및 하측 덮개(54)의 각각에는 소체(60)측으로 돌출한 볼록부(52a) 및 볼록부(54a)가 형성되어 있다. 또, 상측 덮개(52) 및 하측 덮개(54)는 각각 전기 2중층 커패시터(1)의 외부 출력 단자를 겸한 것으로 되어 있다.
이러한 전기 2중층 커패시터(1)는 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 전해질을 함유하는 소체(60)를, 상측 덮개(52), 하측 덮개(54) 및 개스킷(56)으로 이루어지는 외장체(50) 내에 수용하고, 상측 덮개(52) 및 하측 덮개(54)와 개스킷(56)을 각각 접착하여 밀폐된 상태로 함으로써 형성된다. 이 때, 상측 덮개(52)와 하측 덮개(54)는 전기적으로 절연된 상태로 되어 있다.
그리고, 이러한 구성을 갖는 전기 2중층 커패시터(1)에 있어서는 상측 덮개(52)에 볼록부(52a)가, 하측 덮개(54)에 볼록부(54a)가 각각 형성되어 있는 것에 의해, 볼록부(52a)의 선단부(52b)가 애노드 집전체(12)를 통해 애노드(10)를 가압하면서, 애노드(10)에 전기적으로 접촉한 상태로 되어 있고, 볼록부(54a)의 선단부(54b)가 캐소드 집전체(14)를 통해 캐소드(20)를 가압하면서, 캐소드(20)에 전기적으로 접촉한 상태로 되어 있다. 이것에 의해, 애노드 집전체(12)를 통해 상측 덮개(52)와 애노드(10)의 전기적 접촉이 충분히 확보되어 있고, 또한, 캐소드 집전체(14)를 통해 하측 덮개(54)와 캐소드(20)의 전기적 접촉이 충분히 확보되어 있다.
이와 같이, 상기 전기 2중층 커패시터(1)에 있어서는 상측 덮개(52) 및 하측 덮개(54)와 애노드(10) 및 캐소드(20)의 전기적 접촉이 충분히 확보되어 있기 때문에, 상측 덮개(52) 및 하측 덮개(54)와 애노드(10) 및 캐소드(20)의 접촉 저항을 충분히 저감할 수 있고, 전기 2중층 커패시터(1)의 내부 저항을 충분히 저감할 수 있다. 그 결과 전기 2중층 커패시터(1)는 뛰어난 충방전 특성을 얻을 수 있다. 또한, 전기 2중층 커패시터(1)에 있어서는 상측 덮개(52) 및 하측 덮개(54)의 볼록부(52a, 54a)가 애노드(10) 및 캐소드(20)를 각각 가압한 상태가 되어 있기 때문에, 상측 덮개(52) 및 하측 덮개(54)와 애노드(10) 및 캐소드(20)의 양호한 전기적 접촉을 안정되게 확보할 수 있다. 이 때문에, 전기 2중층 커패시터(1)를 복수 제조하는 경우에, 제조한 전기 2중층 커패시터(1)마다의 내부 저항의 격차를 충분히 저감할 수 있어, 안정된 품질의 전기 2중층 커패시터(1)를 얻을 수 있다.
이러한 전기 2중층 커패시터(1)는 외장체(50) 내에 소체(60)를 배치하는 배치 공정을 거쳐서 형성되어 있는 것이 바람직하며, 이 배치 공정에서 사용하는 각 부재(소체(60), 개스킷(56), 상측 덮개(52) 및 하측 덮개(54))는 도 3에 도시하는 바와 같이, 소체(60)의 두께를 T1, 개스킷(56)의 두께를 T2, 상측 덮개(52)에 형성되어 있는 볼록부(52a)의 높이(T3a)와 하측 덮개(54)에 형성되어 있는 볼록부(54a)의 높이(T3b)의 합계(T3a+T3b)를 T3으로 하여, T1, T2 및 T3이 하기의 식 (1) 및 (2)로 나타내지는 조건을 동시에 만족하고 있는 것이 바람직하다.
T2 > T1 ···(1)
T3 > (T2-T1) ···(2)
또, 상기 볼록부(52a)의 높이(T3a)는 상기 볼록부(52a)가 형성되어 있는 상측 덮개(52)의 표면(52c)으로부터 상기 볼록부(52a)의 선단부(52b)까지의 높이이며, 상기 볼록부(54a)의 높이(T3b)는 상기 볼록부(54a)가 형성되어 있는 하측 덮개(54)의 표면(54c)으로부터 상기 볼록부(54a)의 선단부(54b)까지의 높이이다.
여기서, T3은 소체(60)를 찌그러트리는 등 하여 소체(60)를 손상시키지 않고, 볼록부(52a, 54a)가 그 선단부(52b, 54b)에서 애노드(10) 및 캐소드(20)를 충분히 가압하여 전기적으로 접촉한 형태로 하는 것이 가능한 범위에서 적절하게 조절되고, 그 범위 내인 한에 있어서는 T3의 상한치는 특별히 제한되지 않는다.
또한, T1, T2 및 T3은 각각 전기 2중층 커패시터(1)를 형성하기 전의 상태의 각 부재에서의 수치이고, 전기 2중층 커패시터(1)를 형성할 때에, 예를 들면, 소체(60)를 구성하는 애노드 집전체(12) 및 캐소드 집전체(14)가 볼록부(52a, 54a)에 가압되는 것으로 변형되어, 집전체(12, 14)의 표면에 오목부가 형성되거나, 반대로 볼록부(52a, 54a)가 소체(60)에 가압되는 것으로 볼록부(52a, 54a)에 변형이 생겨 이들의 높이(T3a, T3b)가 낮아졌거나 하여도 좋다. 또한, 전기 2중층 커패시터(1)를 형성할 때의 프레스시에, 예를 들면, 개스킷(56)은 열 및 압력에 의해 압축되어도 좋다. 즉, 전기 2중층 커패시터(1) 형성 후에 있어서, 소체(60)의 두께를 T10, 개스킷(56)의 두께를 T20, 상측 덮개(52)에 형성되어 있는 볼록부(52a)의 높이(T30a)와 하측 덮개(54)에 형성되어 있는 볼록부(54a)의 높이(T30b)의 합계를 T30으로 하면, T1과 T10, T2와 T20, 및 T3과 T30은 각각 달라도 좋다.
상기 식 (1) 및 (2)로 나타내지는 조건을 만족하는 각 부재를 사용하여 전기 2중층 커패시터(1)를 형성함으로써, 볼록부(52a, 54a)의 선단부(52b, 54b)에서 애노드(10) 및 캐소드(20)를 확실하게 가압한 상태로 할 수 있다. 이 때문에 상측 덮개(52)와 애노드(10) 및 하측 덮개(54)와 캐소드(20)의 양호한 전기적 접촉을 얻을 수 있어, 전기 2중층 커패시터(1)의 내부 저항을 충분히 저감할 수 있다. 이것에 의해, 전기 2중층 커패시터(1)는 뛰어난 충방전 특성을 얻을 수 있다.
다음에 상기 전기 2중층 커패시터(1)를 구성하는 각 부재에 관해서 상세하게 설명한다.
소체(60)는 애노드 집전체(12), 애노드(10)(제 1 전극), 세퍼레이터(40), 캐소드(20)(제 2 전극) 및 캐소드 집전체(14)가 이 순서로 순차 적층된 구성을 갖고 있다.
또, 전기 2중층 커패시터(1)의 설명에서 사용하는 「애노드」 및 「캐소드」는 설명의 편의상, 전기 2중층 커패시터(1)의 방전시의 극성을 기준으로 결정한 것이다.
소체(60)를 구성하는 애노드(10) 및 캐소드(20)는 전자 전도성의 다공체 입자를 포함하는 다공체층으로 이루어지는 것이다.
다공체층의 구성 재료로서는 특별히 한정되지 않고, 공지의 전기 2중층 커패시터에 사용되고 있는 탄소 전극 등의 분극성 전극을 구성하는 다공체층에 사용되고 있는 것과 같은 재료를 사용할 수 있다. 예를 들면, 원료탄(예를 들면, 석유계 중질유의 유동 접촉 분해 장치의 보톰유나 감압 증류 장치의 나머지 기름을 원료유로 하는 딜레이드 코카로 제조된 석유 코크스 등)을 부활(賦活) 처리함으로써 얻어지는 탄소 재료(예를 들면, 활성탄)를 구성 재료의 주성분으로 하고 있는 것을 사용할 수 있다. 그 밖의 조건(결합제(binder) 등의 탄소 재료 이외의 구성 재료의 종류와 그 함유량)은 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 탄소 분말에 도전성을 부여하기 위한 도전조제(카본블랙 등)와, 예를 들면, 결합제(폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 등)가 첨가되어 있어도 좋다.
여기서, 상기 도전조제로서는 카본블랙 외, 분말 그라파이트 등을 사용할 수 있고, 상기 결착제로서는 PTFE 외에 PVDF, PE, PP, 불소고무 등을 사용할 수 있다.
애노드 집전체(12) 및 캐소드 집전체(14)는 애노드(10) 및 캐소드(20)로의 전하의 이동을 충분히 행할 수 있는 양도체이면 특별히 한정되지 않고, 공지의 전기 2중층 커패시터에 사용되고 있는 집전체를 사용할 수 있다. 예를 들면, 알루미늄 등의 금속박 등을 들 수 있고, 금속박으로서는 에칭 가공된 것이나 압연 가공된 것 등이 특별히 제한없이 사용 가능하다.
이 애노드 집전체(12) 및 캐소드 집전체(14)의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 전기 2중층 커패시터(1)의 소형화(박형화) 및 경량화를 도모하는 관점에서, 20 내지 100㎛인 것이 바람직하고, 20 내지 50㎛인 것이 더욱 바람직하다.
애노드(10)와 캐소드(20) 사이에 배치되는 세퍼레이터(40)는 절연성의 다공체로 형성되어 있으면 특별히 한정되지 않고, 공지의 전기 2중층 커패시터에 사용되고 있는 세퍼레이터를 사용할 수 있다. 예를 들면, 절연성의 다공체로서는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리올레핀으로 이루어지는 필름의 적층체나 상기 수지의 혼합물의 연신막, 또는, 셀룰로스, 폴리에스테르 및 폴리프로필렌으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 구성 재료로 이루어지는 섬유 부직포를 들 수 있다.
소체(60)는 상술한 애노드 집전체(12), 애노드(10), 세퍼레이터(40), 캐소드(20) 및 캐소드 집전체(14)를 이 순서로 순차 적층하여 이루어지는 것으로, 애노드 집전체(12), 애노드(10), 캐소드(20) 및 캐소드 집전체(14)의 각각의 측단면은 동일한 수직면 상에 갖추어지도록 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 이 측단면에 대하여 세퍼레이터(40)의 측단면이 외측으로 돌출하도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.
액상의 전해질인 전해질 용액(도시하지 않음)은 애노드(10), 캐소드(20), 및 세퍼레이터(40)의 내부에 함유되어 있고, 또한 외장체(50)의 내부 공간에 충전되어 있어도 좋다.
전해질 용액은 특별히 한정되지 않고, 공지의 전기 2중층 커패시터에 사용되고 있는 전해질 용액(전해질 수용액, 유기 용매를 사용하는 전해질 용액)을 사용할 수 있다. 단, 전해질 수용액은 전기화학적으로 분해 전압이 낮은 것에 의해, 커패시터의 내용(耐用) 전압이 낮게 제한되기 때문에, 유기 용매를 사용하는 전해질 용액(비수전해질 용액)인 것이 바람직하다.
또한, 전해질 용액의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 일반적으로는 용질의 용해도, 해리도, 액의 점성을 고려하여 선택되고, 고도전율로 또한 고전위창(분해 개시 전압이 높다)의 전해질 용액인 것이 바람직하다. 예를 들면, 대표적인 예로서는 테트라에틸암모늄테트라플루오로볼레이트와 같은 4급 암모늄염을, 프로필렌카보네이트, 디에틸렌카보네이트, 아세트니트릴 등의 유기 용매에 용해한 것이 사용된다. 또, 이 경우, 혼입 수분을 엄중하게 관리할 필요가 있다.
여기서, 본 발명에 있어서, 전해질 용액은 액상의 상태 이외에 겔화제를 첨가함으로써 얻어지는 겔형 전해질이어도 좋다. 또한, 액상의 전해질 대신에 고체 고분자 전해질 등의 고체 전해질을 사용하여도 좋다.
이들 소체(60) 및 전해질 용액을 밀폐된 상태로 수용하는 외장체(50)는 상측 덮개(52), 하측 덮개(54) 및 개스킷(56)으로 구성되어 있다.
상측 덮개(52) 및 하측 덮개(54)는 금속제의 것으로 전하의 이동을 충분히 행할 수 있는 양도체이면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 니켈박, 알루미늄박, 알루미늄합금박, 스테인리스박, 구리박 등을 들 수 있다.
이 상측 덮개(52) 및 하측 덮개(54)에는 소체(60)측으로 돌출한 볼록부(52a) 및 볼록부(54a)가 각각 형성되어 있고, 이 볼록부(52a, 54a)는 그 선단부(52b, 54b)가 각각 애노드(10) 및 캐소드(20)를 가압한 상태로 전기적으로 접촉하도록 형성되어 있다.
여기서, 볼록부(52a) 및 볼록부(54a)의 형상은 소체(60)를 손상시키지 않고 상측 덮개(52) 및 하측 덮개(54)와 애노드(10) 및 캐소드(20)의 전기적 접촉을 충분히 확보하는 것이 가능한 형상이면 특별히 한정되지 않지만, 전기 2중층 커패시터(1)의 내부 저항을 더욱 충분히 저감하는 관점에서, 상술한 바와 같이, 상기 볼록부(52a, 54a)는 각각 선단부(52b, 54b)가 충분한 면적을 갖는 평탄부로 되어 있는 1개의 볼록부인 것이 바람직하다. 또한, 볼록부(52a, 54a)가 상측 덮개(52) 및 하측 덮개(54)의 표면 상에 각각 2개 이상 형성되어 있는 경우, 이들 2개 이상의 볼록부는 높이가 가지런하고, 또한, 각각의 선단부가 충분한 면적을 갖는 평탄부로 되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 볼록부(52a, 54a)에서의 상기 평탄부의 면적은 소체(60)에서의 상기 볼록부(52a, 54a)와 접촉하는 면(애노드 집전체(12), 캐소드 집전체(14))의 면적의 5% 이상인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 전기 2중층 커패시터(1)의 내부 저항을 더욱 충분히 저감할 수 있다.
또한, 볼록부(52a, 54a)의 높이(T3a, T3b)는 상술한 소체(60)의 두께에 따라서 조절되는 것으로, 소체(60)를 손상시키지 않고 상측 덮개(52) 및 하측 덮개(54)와 애노드(10) 및 캐소드(20)의 전기적 접촉을 충분히 확보하는 것이 가능한 높이이면 특별히 한정되지 않지만, 볼록부(52a, 54a)의 높이(T3a, T3b)의 합계(T3)가 상기 식 (2)의 조건을 만족하도록 조절하는 것이 바람직하다.
개스킷(56)은 상측 덮개(52)와 하측 덮개(54)를 전기적으로 절연한 상태로 접착하는 것이 가능한 재료로 형성되는 것이면 특별히 제한되지 않고, 열에 의해 금속과 접착하는 전기 절연성의 수지를 사용할 수 있다. 이러한 개스킷(56)을 형성하는 수지로서는, 예를 들면, 폴리프로필렌, 산변성 폴리프로필렌, 산변성 폴리에틸렌, 에폭시수지, PVdF, PVdC 등의 전기 절연성의 수지 등을 들 수 있다.
이 개스킷(56)의 두께는 상술한 소체(60)의 두께에 따라 조절되는 것으로, 전기 2중층 커패시터(1)를 형성 가능한 두께인 한에 있어서는 특별히 제한되지 않지만, 상기 식 (1) 및 (2)의 조건을 만족하도록 조절하는 것이 바람직하다.
다음에, 상술한 전기 2중층 커패시터(1)의 제조 방법의 일례에 관해서 설명한다.
소체(60)의 제조 방법은 특별히 한정되지 않고, 공지의 전기 2중층 커패시터(1)의 제조에 채용되고 있는 공지의 박막 제조 기술을 사용할 수 있다.
구체적으로는, 우선 부활 처리가 완료된 활성탄 등의 탄소 재료, 도전성을 부여하기 위한 도전조제(카본블랙 등), 결착제(PTFE 등) 등의 애노드(10) 및 캐소드(20)가 되는 다공체층을 형성하기 위한 구성 재료를, 상기 결착제를 용해 또는 분산 가능한 용매(MIBK 등) 중에 투입하여 혼합함으로써, 다공체층 형성용 도포액을 조제한다.
다음에, 애노드 집전체(12) 상에 다공체층 형성용 도포액을 도포하고, 건조시켜 애노드(10)를 형성한다. 이 때, 압연 롤을 사용하여 애노드 집전체(12)와 건조 후의 애노드(10)를 프레스하여도 좋다. 또한, 같은 순서로 캐소드 집전체(14) 상에 캐소드(20)를 형성한다.
다음에, 애노드 집전체(12) 상에 형성된 애노드(10)와 캐소드 집전체(14) 상에 형성된 캐소드(20) 사이에 세퍼레이터(40)를 접촉한 상태(비접착 상태)로 배치하여, 적층체를 형성한다.
여기서, 상기 적층체는 애노드(10) 및 캐소드(20)가 되는 전극(다공체층)이 탄소 전극(분극성 전극)인 경우, 예를 들면, 공지의 방법에 의해 부활 처리가 완료된 활성탄 등의 탄소 재료를 사용하여 시트형의 전극(애노드(10) 및 캐소드(20))을 제작할 수도 있다. 이 경우, 예를 들면, 탄소 재료를 5 내지 100㎛ 정도로 분쇄하여 입자 크기를 고르게 한 후, 예를 들면, 탄소 분말에 도전성을 부여하기 위한 도전조제(카본블랙 등)와, 예를 들면 결착제(PTFE 등)를 첨가하여 혼련하여, 혼련물을 압연신하여 시트형으로 성형하여 제조할 수 있다.
그리고, 세퍼레이터(40)를 애노드(10)와 캐소드(20) 사이에 접촉한 상태(비접착 상태)로 배치하는 동시에, 애노드 집전체(12), 애노드(10), 세퍼레이터(40), 캐소드(20) 및 캐소드 집전체(14)를 이 순서로 배치하여 적층체를 형성한다.
다음에, 상기한 바와 같이 하여 형성한 적층체에 대하여, 이하의 열 처리 및 가압 처리를 실시함으로써, 소체(60)를 완성한다. 이 열 처리 및 가압 처리에 관해서, 도 4에 기초하여 설명한다. 도 4는 열 처리 및 가압 처리를 행하는 수단(핫프레스)을 사용하여 열 처리 및 가압 처리를 행하는 순서의 일례를 도시하는 설명도이다.
우선, 도 4a에 도시하는 바와 같이, 한 쌍의 가열 부재인 판 형상의 금형(91) 및 판 형상의 금형(92) 사이에 상기한 적층체(61)를 배치한다. 금형(91)의 적층체(61)에 접하는 면(가열하는 면) 및 금형(92)의 적층체(61)에 접하는 면(가열하는 면)은 모두 적층체(61)의 크기 이상으로 설정되어 있다.
다음에, 도 4b에 도시하는 바와 같이, 금형(91)과 금형(92) 사이에 적층체(61)를 두도록 하여, 적층체(61)를 가압하면서 가열하여 열 처리 및 가압 처리를 한다. 여기서, 열 처리의 온도는 세퍼레이터가 연화되지 않는 온도로 하여, 예를 들면, 150 내지 250℃로 하는 것이 바람직하다. 또한, 압력은 20 내지 200kg/㎠로 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 도 4c에 도시하는 바와 같이, 애노드 집전체(12), 애노드(10), 세퍼레이터(40), 캐소드(20) 및 캐소드 집전체(14)가 일체화된 상태의 적층체인 소체(60)를 얻을 수 있다.
또, 도 4a는 열 처리 및 가압 처리를 하기 전의 적층체(61)를 도시하는 도면이고, 도 4b는 적층체(61)에 대하여 열 처리 및 가압 처리를 하고 있는 상태를 도시하는 도면이며, 도 4c는 적층체(61)에 대하여 열 처리 및 가압 처리를 하는 것으로 얻어지는 소체(60)를 도시하는 도면이다.
상기한 바와 같이 하여 소체(60)를 형성한 후, 이 소체(60)를 전해질 용액 중에 침지하여, 감압하는 것으로 애노드(10), 캐소드(20) 및 세퍼레이터(40)의 빈 구멍 내에 전해질 용액을 함침시킨다.
다음에, 소체(60)와 소체(60) 내에 함유된 전해질 용액을 상측 덮개(52), 하측 덮개(54) 및 개스킷(56)으로 이루어지는 외장체(50) 내에 배치하여, 밀폐된 상태로 소체(60)를 외장체(50) 내에 수용한다.
여기서, 상측 덮개(52) 및 하측 덮개(54)에서의 볼록부(52a)는, 예를 들면, 이하와 같이 상측 덮개(52) 및 하측 덮개(54)에 드로잉 가공을 실시함으로써 형성된다. 이 드로잉 가공을 실시하는 순서에 관해서 도 5에 기초하여 설명한다.
우선, 도 5a에 도시하는 바와 같이, 소체(60)의 크기에 따라 결정되는 소정의 형상 및 소정의 크기의 홈(94A)(오목부)이 형성된 제 1 가열 부재인 금형(94)과, 상측 덮개(52)의 두께, 및 홈(94A)의 형상 및 크기를 고려한 볼록부(95A)를 갖는 제 2 가열 부재인 금형(95)을 준비하고, 이들 사이에 상측 덮개(52)를 배치한다. 또, 도 5a 및 도 5b에 있어서, 홈(94A)의 형상은 대략 사다리꼴의 형상이 되도록 형성되어 있다.
다음에, 도 5b에 도시하는 바와 같이, 금형(94)의 홈(94A)이 형성된 면과 금형(95)의 볼록부(95A)를 맞물리도록 하여, 상측 덮개(52)의 볼록부(52a)를 형성하는 부위를 서서히 가압하여 변형시킨다. 이 때, 금형(94) 및 금형(95) 중 적어도 한쪽 부재의 온도가 소정의 온도(예를 들면, 20 내지 90℃)가 되도록 가열하여도 좋다. 이것에 의해, 도 5c에 도시하는 바와 같이, 볼록부(52a)가 형성된 상측 덮개(52)를 얻을 수 있다. 또한, 하측 덮개(54)에 대해서도 같은 순서로 드로잉 가공을 실시할 수 있다.
또, 도 5a는 드로잉 가공을 실시하기 전의 상측 덮개(52)를 도시하는 도면이고, 도 5b는 상측 덮개(52)에 대하여 드로잉 가공을 하고 있는 상태를 도시하는 도면이며, 도 5c는 드로잉 가공에 의해 볼록부(52a)가 형성된 상측 덮개(52)를 도시하는 도면이다.
이와 같이 하여 볼록부가 형성된 상측 덮개(52) 및 하측 덮개(54)와 개스킷(56)으로 이루어지는 외장체(50) 내에 소체(60)를 수용할 때에는, 우선, 소체(60)를 포위하도록 개스킷(56)을 배치하고, 다음에 소체(60)를 사이에 두도록 상측 덮개(52) 및 하측 덮개(54)를 배치하는 것으로 밀폐 전의 전기 2중층 커패시터(1)의 구조(이하, 「디바이스 구조체」라고 함)를 형성한다.
다음에, 형성한 디바이스 구조체에 대하여, 도 4를 참조하여 설명한 열 처리 및 가압 처리를 실시하여 상측 덮개(52) 및 하측 덮개(54)와 개스킷(56)을 열 접착한다. 여기서, 열 처리의 온도는 개스킷(56)과 상측 덮개(52) 및 하측 덮개(54)를 열 접착하는 것이 가능하고, 또한, 열에 의해 소체(60)를 열화시키지 않는 범위의 온도로 하여, 예를 들면, 150 내지 200℃로 하는 것이 바람직하다. 또한, 압력은 소체(60)에 지나친 압력이 가해짐으로써 소체(60)의 손상이 생기지 않는 범위로 하여, 1 내지 10kg/㎠로 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 소체(60)가 상측 덮개(52), 하측 덮개(54) 및 개스킷(56)으로 이루어지는 외장체(50) 내에 밀폐된 상태로 수용된 전기 2중층 커패시터(1)를 형성할 수 있다.
이상, 본 발명이 적절한 실시형태에 관해서 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 실시형태에 있어서는 소체(60)가 애노드 집전체(12) 및 캐소드 집전체(14)를 포함하여 구성되어 있는 경우에 대해서 설명하였지만, 소체(60)가 집전체를 포함하지 않고, 애노드(10), 캐소드(20) 및 세퍼레이터(40)로 구성되어 있어도 좋다. 이 경우에는, 상측 덮개(52) 및 하측 덮개(54)가 각각 애노드 집전체(12) 및 캐소드 집전체(14)를 겸한 구성이 된다.
또한, 상기 실시형태에 있어서는, 소체(60)가 애노드 집전체(12), 애노드(10), 세퍼레이터(40), 캐소드(20) 및 캐소드 집전체(14)를 각각 1개씩 갖는 구성으로 되어 있는 경우에 관해서 설명하였지만, 소체(60)는 애노드(10), 세퍼레이터(40) 및 캐소드(20)로 이루어지는 단위 적층체를 2개 이상 갖고, 이들 2개 이상의 단위 적층체간에 각각 집전체가 배치된 구성으로 되어 있어도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서 설명한 전기 2중층 커패시터는 도 6에 도시하는 바와 같은 코인형의 전기 2중층 커패시터(2)이어도 좋다. 이 경우, 하측 덮개(54)는 하단이 폐쇄되고 상단이 개방된 원통형의 원통부와, 이 원통부의 상단부로부터 외측으로 돌출하도록 원환상으로 형성된 날밑부를 갖고 있고, 상측 덮개(52)의 단부는 하측 덮개(54)의 날밑부와의 사이에 절연성의 개스킷(56)을 개재시키면서, 하측 덮개(54)의 날밑부를 상하로부터 사이에 두도록 날밑부에 대하여 코킹된 구성으로 되어 있다. 그리고, 이러한 구성 이외는 모두 상기 실시형태에 도시한 구성과 같은 구성을 갖고 있다.
또한, 상기 실시형태의 설명에 있어서는 전기화학 디바이스가 전기 2중층 커패시터인 경우에 관해서 설명하였지만, 본 발명의 전기화학 디바이스는 전기 2중층 커패시터에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면, 유사 용량 커패시터, 의사(pseudo) 커패시터, 레독스 커패시터 등의 전기화학 커패시터 및 리튬 이온 2차 전지 등의 2차 전지나 1차 전지이어도 좋다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예에 기초하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
이하의 순서에 의해, 도 1에 도시한 전기 2중층 커패시터(1)와 같은 구성을 갖는 커패시터를 제작하였다.
(1) 소체의 제작
애노드(제 1 전극) 및 캐소드(제 2 전극)는 이하의 순서에 의해 제작하였다. 우선, 부활 처리를 실시한 활성 탄소 재료(활성탄)와, 결합제가 되는 열가소성 수지(불소고무)와, 도전조제(카본블랙)를, 이들의 질량비가 탄소 재료:도전조제:결합제 = 8:1:1이 되도록 배합하고, 이것을 용매인 MIBK(메틸이소부틸케톤) 중에 투입하여 혼합함으로써, 전극 형성용 도포액(이하, 「도포액(L1)」이라고 함)을 조제하였다.
다음에, 이 도포액(L1)을 알루미늄박으로 이루어지는 집전체(두께: 20㎛)의 한쪽의 면 위에 균일하게 도포하였다. 그 후, 건조 처리에 의해, 도막으로부터 MIBK를 제거하고, 또한 압연 롤을 사용하여 집전체와 건조 후의 도막으로 이루어지는 적층체를 프레스하여, 알루미늄박으로 이루어지는 집전체의 한쪽의 면 위에 전자 전도성의 다공체층(애노드 또는 캐소드가 되는 층, 두께: 10㎛)이 형성된 적층체를 제작하였다.
다음에, 이 적층체를 천공 금형에 의해 7.2㎜×7.2㎜의 크기로 절단한 것을 2개 제작하고, 이 2개의 적층체로 재생 셀룰로스 부직포로 이루어지는 세퍼레이터(7.4㎜×7.4㎜, 두께: 50㎛)를 사이에 두고, 도 4에 도시한 열 처리 및 가압 처리를 하는 수단(핫프레스)을 사용하여, 2개의 적층체와 세퍼레이터를 열 압착하였다. 또, 열 처리 온도는 230℃, 압력은 90kg/㎠, 처리 시간은 40초로 하였다. 이것에 의해, 애노드 집전체, 애노드, 세퍼레이터, 캐소드 및 캐소드 집전체가 이 순서로 순차 적층된 소체를 제작하였다.
다음에, 얻어진 소체 내(애노드, 캐소드 및 세퍼레이터 내)에, 감압하(2 내지 10㎜Hg)에서 전해질 용액(1.2mol/L의 트리에틸메틸암모늄 4플루오르화붕소염의 프로필렌카보네트 용액)을 주입한 후, 대기압으로 되돌려, 여분의 전해질 용액을 닦고, 전해질 용액 함유 소체를 제작하였다. 또, 소체의 두께(T1)는 90㎛이었다.
(2) 전기 2중층 커패시터의 제작
외경 치수가 12㎜×12㎜이고, 중앙부의 7.5㎜×7.5㎜의 범위를 뚫은 산변성 폴리프로필렌제의 개스킷(두께(T2): 150㎛)을, 상기 전해질 용액 함유 소체를 포위하도록 배치하고, 이것을 외경 치수가 12㎜×12㎜이고, 중앙부의 7.4㎜×7.4㎜의 범위로 평탄부를 갖는 높이(T3a, T3b) 50㎛의 볼록부를 드로잉 가공에 의해 형성한 니켈박제의 상측 덮개 및 하측 덮개(두께: 20㎛)의 사이에 두어, 디바이스 구조체를 형성하였다.
다음에, 도 4에 도시한 열 처리 및 가압 처리(핫프레스)를 하는 수단을 사용하여, 150㎛의 두께의 스페이서를 사이에 둔 상태로 상기 디바이스 구조체를 프레스하여, 상측 덮개 및 하측 덮개와 개스킷을 열 접착하였다. 또, 열 처리 온도는 200℃, 압력은 15kg/㎠, 처리 시간은 5초로 하였다. 이것에 의해, 도 1에 도시한 바와 같은 구성을 갖는, 전체의 두께가 150㎛인 전기 2중층 커패시터를 제작하였다. 또, 실시예 1의 전기 2중층 커패시터는 상측 덮개에 형성된 볼록부가 그 선단부에서 애노드를 가압한 상태로 애노드에 전기적으로 접촉하고 있고, 하측 덮개에 형성된 볼록부가 그 선단부에서 캐소드를 가압한 상태로 캐소드에 전기적으로 접촉한 구성으로 되어 있었다.
(비교예 1)
상측 덮개 및 하측 덮개로서, 각각 볼록부를 갖지 않는 평판형의 덮개를 사용하고, 개스킷의 두께를 90㎛로 하고, 스페이서의 두께를 130㎛로 하여 프레스를 한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여, 전체의 두께가 130㎛인 전기 2중층 커패시터를 제작하였다.
(비교예 2)
상측 덮개 및 하측 덮개로서, 각각 볼록부를 갖지 않는 평판형의 덮개를 사용하고, 개스킷의 두께를 90㎛로 하고, 스페이서를 사용하지 않고 프레스를 한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여, 전체의 두께가 125㎛인 전기 2중층 커패시터를 제작하였다.
(비교예 3)
상측 덮개 및 하측 덮개로서, 각각 볼록부를 갖지 않는 평판형의 덮개를 사용하고, 프레스 처리에서 가압을 하지 않고, 가열 부재를 상측 덮개 및 하측 덮개에 접촉시킨 상태로 유지하여 감압하(2 내지 10㎜Hg)에서 가열만을 하여 상측 덮개 및 하측 덮개와 개스킷의 열 접착을 한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여, 전체의 두께가 190㎛인 전기 2중층 커패시터를 제작하였다.
[전기화학 디바이스의 특성 평가 시험]
(1) 등가 직렬 저항의 측정
실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 전기 2중층 커패시터를 각각 5개 제작하고, 각 5개의 전기 2중층 커패시터(No.1 내지 5)에 관해서, 아래와 같이 등가 직렬 저항(ESR)을 측정하였다. 즉, 측정 환경 온도 25℃, 상대 습도 60%에서, 1KHz의 주파수로 10mA의 전류를 흘렸을 때의 전압의 변화량으로부터 ESR[Ω]을 산출하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
(2) 충전 시험
실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 No.1 내지 5의 전기 2중층 커패시터에 관해서, 정전류 충전을 한 바, 비교예 1의 No.3 및 비교예 2의 No.1 내지 5의 전기 2중층 커패시터에 관해서는 충전을 할 수 없었다. 이로부터, 비교예 1의 No.3 및 비교예 2의 No.1 내지 5의 전기 2중층 커패시터는 소체가 찌그러져 단락되어 있는 것으로 생각된다.
ESR[Ω]
No.1 No.2 No.3 No.4 No.5
실시예 1 12.6 12.6 12.3 11.7 12.5
비교예 1 18.1 11.4 2.1 13.3 14.1
비교예 2 3.4 2.2 1.8 5.4 1.9
비교예 3 1×106을 초과 7.2×105 1×106을 초과 1×106을 초과 1×106을 초과
표 1에 나타낸 결과 및 충전 시험의 결과로부터 분명한 바와 같이, 실시예 1의 전기 2중층 커패시터는 각 비교예에 비하여, 소체가 찌그러지지 않고 내부 저항이 충분히 저감되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 전기 2중층 커패시터를 복수 제조한 경우에도, 전기 2중층 커패시터마다의 내부 저항의 격차가 충분히 저감되어 있는 것이 확인되었다.
이상으로부터, 본 발명의 전기화학 디바이스에 의하면, 소체가 찌그러지는 등 하여 손상되지 않고, 상측 덮개 및 하측 덮개와 애노드 및 캐소드의 전기적 접촉이 충분히 확보되어 있고, 내부 저항이 충분히 저감되어 있는 것이 확인되었다. 이것에 의해, 본 발명의 전기화학 디바이스는 뛰어난 충방전 특성을 얻을 수 있는 것이 확인되었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 전기화학 디바이스에 의하면, 외장체를 구성하는 외부 출력 단자를 겸하는 2개의 덮개와, 소체를 구성하는 전극과의 전기적 접촉을 충분히 확보할 수 있고, 내부 저항이 충분히 저감되어, 뛰어난 충방전 특성을 얻을 수 있다.
본원 발명의 전기화학 디바이스는, 외부 출력 단자가 되는 부재를 적어도 갖는 외장체에서, 그 외부 출력 단자가 되는 부재와 외장체 내에 수용되는 소체를 구성하는 전극의 전기적 접촉을 충분히 확보할 수 있어, 뛰어난 충방전 특성을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 전기화학 디바이스의 적절한 일 실시형태(전기 2중층 커패시터)를 도시하는 모식 단면도.
도 2는 도 1에 도시한 전기화학 디바이스의 분해 사시도.
도 3은 도 1에 도시한 전기화학 디바이스의 분해 단면도.
도 4a 내지 c는 열 처리 및 가압 처리의 순서의 일례를 도시하는 설명도.
도 5a 내지 c는 덮개에 드로잉 가공을 실시할 때의 순서를 설명하기 위한 설명도.
도 6은 본 발명의 전기화학 디바이스의 다른 일 실시형태(전기 2중층 커패시터)를 도시하는 모식 단면도.

Claims (9)

  1. 제 1 전극 및 제 2 전극을 갖는 소체(素體)와,
    전해질과,
    상기 소체 및 상기 전해질을 밀폐된 상태로 수용하는 외장체를 적어도 구비하고,
    상기 외장체는 서로 대향하는 금속제의 제 1 덮개 및 금속제의 제 2 덮개와, 상기 제 1 덮개와 상기 제 2 덮개 사이에 배치되는 개스킷을 갖고 있고,
    상기 제 1 덮개, 상기 제 2 덮개 및 상기 개스킷은 상기 소체를 수용하는 공간을 이루도록 배치되어 있고,
    상기 제 1 덮개와 상기 제 1 전극이 전기적으로 접촉하고, 또한, 상기 제 2 덮개와 상기 제 2 전극이 전기적으로 접촉하도록, 상기 제 1 덮개 및 상기 제 2 덮개 중 적어도 한쪽에 상기 소체측으로 돌출하는 볼록부가 형성되어 있는, 전기화학 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼록부는 그 선단부가 상기 제 1 전극 및/또는 상기 제 2 전극을 가압한 상태로 전기적으로 접촉하도록 형성되어 있는, 전기화학 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 외장체 내에 상기 소체를 배치하는 배치 공정을 거쳐서 형성되어 있고,
    상기 배치 공정에서 사용하는 상기 소체, 상기 개스킷, 상기 제 1 덮개 및 상기 제 2 덮개는 상기 소체의 두께를 T1, 상기 개스킷의 두께를 T2, 상기 제 1 덮개 및/또는 상기 제 2 덮개에 형성되어 있는 상기 볼록부의 높이의 합계를 T3으로 하여, 하기의 식 (1) 및 (2),
    T2>T1 ···(1)
    T3>(T2-T1) ···(2)
    로 나타내는 조건을 동시에 만족하고 있는, 전기화학 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 덮개 및 상기 제 2 덮개의 양쪽에 상기 볼록부가 형성되어 있는, 전기화학 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 덮개와 상기 제 1 전극의 사이 및 상기 제 2 덮개와 상기 제 2 전극의 사이에는 전자전도성을 갖는 집전체가 배치되어 있고,
    상기 볼록부와 상기 제 1 전극 및/또는 상기 제 2 전극은 상기 집전체를 통해 전기적으로 접촉하고 있는, 전기화학 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼록부는 상기 제 1 덮개 및/또는 상기 제 2 덮개에 드로잉 가공을 실시함으로써 형성되어 있는, 전기화학 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전해질의 적어도 일부가 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 내에 함유되어 있는, 전기화학 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 소체는 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 배치되는 절연성의 세퍼레이터를 갖는, 전기화학 디바이스.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전해질의 적어도 일부가 상기 세퍼레이터 내에 함유되어 있는, 전기화학 디바이스.
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