(57)【要約】【課題】正極シートと負極シートとの短絡が生じ難い蓄電装置を提供する。【解決手段】正極シート１１において、正極部の周囲を囲むように第１の封止部１３が設けられており、負極シート２１において負極部の周囲を囲むように第２の封止部２３が設けられており、正極シート１１及び負極シート２１が、電解液保持スペースを介して積層されて積層体が構成されており、第１の封止部１３において、第１の電解液誘導路１３ｃ，１３ｄが設けられており、第２の封止部２３に、第２の電解液誘導路２３ｃ，２３ｄが設けられており、第１の電解液誘導路１３ｃの開口部である第１の注液口１３ｃ１，１３ｄ１と、第２の電解液誘導路２３ｃ，２３ｄの開口部である第２の注液口２３ｃ１，２３ｄ１とが、積層体２の外表面においてシートの積層面と平行な方向において異なる位置に設けられている、蓄電装置１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極部と、前記正極部の周囲を囲むように設けられた第１の封止部とを有する正極シートと、
負極部と、前記負極部の周囲を囲むように設けられた第２の封止部とを有する負極シートとを備え、
前記正極シートと、前記負極シートとが、電解液保持スペースを介して積層されて積層体が構成されており、
前記正極シートの第１の封止部において、前記電解液保持スペースと、前記積層体の外表面に設けられている第１の注液口とをつなぐ第１の電解液誘導路が設けられており、
前記負極シートの第２の封止部において、前記電解液保持スペースと前記積層体の外表面に設けられている第２の注液口とを結ぶ第２の電解液誘導路が設けられており、
前記積層体の外表面において、前記第１の注液口と前記第２の注液口とが、前記正極シート及び負極シートの積層面と平行な方向において異なる位置に設けられている、蓄電装置。
【請求項２】
前記正極シートを表裏反転させた場合に、前記第１の注液口が負極シートの前記第２の注液口に重なる位置となるように、前記正極シート及び負極シートの前記第１及び第２の注液口が配置されている、請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記積層体において、複数の前記正極シートと複数の前記負極シートとが積層されている、請求項１または２に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記正極シート及び前記負極シートが、矩形のシートであり、前記積層体が上面、下面、一対の側面及び一対の端面を有する直方体状の形状を有し、前記第１及び第２の注液口が前記第１及び第２の側面の少なくとも一方に設けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記正極シートが正極集電体層と、前記正極集電体層上の周囲から枠状の余白領域を隔てて前記正極集電体層上に積層されており、かつ前記正極部を構成している正極活物質層と、前記正極集電体層上の枠状の余白領域に前記第１の封止部が設けられており、
前記負極シートが、負極集電体層と、前記負極集電体層上に、枠状の余白を残して積層されており、かつ前記負極部を構成している負極活物質層を有し、前記枠状の余白領域に前記第２の封止部が設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【請求項６】
前記正極シートにおいて、正極活物質層の厚みよりも枠状の第１の封止部の厚みが厚くされており、前記負極シートにおいて、前記負極活物質層よりも前記第２の封止部の厚みが厚くされており、前記正極シート及び前記負極シートにおいて、前記枠状の第１及び第２の封止部で囲まれた空間によって前記電解液保持スペースが構成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【請求項７】
前記電解液保持スペースに設けられたスペーサをさらに備える、請求項６に記載の蓄電装置。
【請求項８】
前記正極シート及び前記負極シートの少なくとも一方において、正極シートと負極シートとを接合するための接合層が積層されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【請求項９】
前記積層体の第１及び第２の側面の少なくとも一方において、複数の第１の注液口が上面と下面とを結ぶ積層方向において重なり合う位置に設けられており、複数の第２の注液口が、積層方向において重なり合うように設けられている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気二重層コンデンサやバッテリーとして用いられる蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気二重層コンデンサなどに用いられる蓄電装置が種々提案されている。例えば下記の特許文献１には、この種の蓄電装置の製造方法の一例が開示されている。特許文献１では、正極シートと負極シートとが積層されて積層体ブロックが形成されている。特許文献１の段落［０１２６］〜［０１５２］に記載の実施形態では、正極シートと負極シートに、シート外周縁に至る切込みが形成されている。この切込みにより電解液誘導路が形成されている。すなわち、上記積層体ブロックの外表面に至る電解液誘導路が形成されている。この積層体ブロック外表面に電解液誘導路が開口している部分が、電解液を注入するための注液口として用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−３３９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、平面視した場合、正極シート及び負極シートにおいて、上記電解液誘導路を構成している切込みは同じ位置に設けられていた。従って、正極シートに設けられた切込みにより構成されている電解液誘導路の注液口と、負極シートの電解液誘導路の注液口とが、積層体ブロック外表面において積層体ブロックの厚み方向すなわち積層方向において重なり合っていた。そのため、電解液により、正極と負極との短絡不良が生じるおそれがあった。
【０００５】
また、積層体ブロックは積層後に加圧される。他方、注液口が積層方向に重なっている部分は、厚み方向に加わる力に弱い。そのため、加圧されると、注液口が変形し、上下の正極シートや負極シートが変形しがちであった。それによっても、短絡不良がより一層生じやすかった。
【０００６】
本発明の目的は、正極シートと負極シートとの短絡が生じ難い、蓄電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る蓄電装置は、正極シートと、負極シートとを備える。
【０００８】
正極シートは、正極部と、前記正極部の周囲を囲むように設けられた第１の封止部とを有する。負極シートは、負極部と、前記負極部の周囲を囲むように設けられた第２の封止部とを有する。
【０００９】
本発明では、正極シートと負極シートとが、電解液保持スペースを介して積層されて、積層体が構成されている。
【００１０】
前記正極シートの第１の封止部には、前記電解液保持スペースと、前記積層体の外表面に設けられている第１の注液口とをつなぐ第１の電解液誘導路が設けられている。
【００１１】
また、前記負極シートの第２の封止部において、前記電解液保持スペースと前記積層体の外表面に設けられている第２の注液口とを結ぶ第２の電解液誘導路が設けられている。
【００１２】
本発明では、前記積層体の外表面において、前記第１の注液口と前記第２の注液口とが、前記正極シート及び負極シートの積層面と平行な方向において異なる位置に設けられている。
【００１３】
本発明に係る蓄電装置のある特定の局面では、前記正極シートを表裏反転させた場合に、第１の注液口が前記負極シートの第２の注液口に重なる位置となるように、前記正極シート及び負極シートの前記第１及び第２の注液口が配置されている。
【００１４】
本発明に係る蓄電装置の他の特定の局面では、前記積層体において、複数の前記正極シートと複数の前記負極シートとが積層されている。
【００１５】
本発明に係る蓄電装置のさらに他の特定の局面では、前記正極シート及び前記負極シートが、矩形のシートであり、前記積層体が上面、下面、一対の側面及び一対の端面を有する直方体状の形状を有し、前記第１及び第２の注液口が前記第１及び第２の側面の少なくとも一方に設けられている。
【００１６】
本発明に係る蓄電装置の別の他の特定の局面では、前記正極シートが正極集電体層と、前記正極集電体層上の周囲から枠状の余白領域を隔てて前記正極集電体層上に積層されており、かつ正極部を構成している正極活物質層と、前記正極集電体層上の枠状の余白領域に前記第１の封止部が設けられている。また、前記負極シートが、負極集電体層と、前記負極集電体層上に、枠状の余白領域を残して積層されておりかつ前記負極部を構成している負極活物質層を有し、前記枠状の余白領域に前記第２の封止部が設けられている。
【００１７】
本発明に係る蓄電装置のさらに他の特定の局面では、前記正極シートにおいて、正極活物質層の厚みよりも第１の封止部の厚みが厚くされており、前記負極シートにおいて、前記負極活物質層よりも前記第２の封止部の厚みが厚くされている。さらに、前記正極シート及び前記負極シートにおいて、前記第１及び第２の封止部で囲まれた空間によって前記電解液保持スペースが構成されている。
【００１８】
本発明に係る蓄電装置のさらに別の特定の局面では、前記電解液保持スペースに設けられたスペーサがさらに備えられている。
【００１９】
本発明に係る蓄電装置のさらに別の特定の局面では、前記正極シート及び前記負極シートの少なくとも一方において、正極シートと負極シートとを接合するための接合層が積層されている。
【００２０】
本発明に係る蓄電装置のさらに他の特定の局面では、前記積層体の第１及び第２の側面の少なくとも一方において、複数の第１の注液口同士が積層方向において重なり合うように設けられており、複数の第２の注液口同士が、積層方向において重なり合うように設けられている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る蓄電装置によれば、第１の注液口と第２の注液口とが、積層体外表面において正極シート及び負極シートの積層面と平行な方向において異なる位置に設けられているため、正極と負極との短絡不良が生じ難い。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る蓄電装置の正面図及び外観を示す斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態の蓄電装置に用いられている正極シートの平面図、正面図及び（ｂ）中の一点鎖線で示す円内の部分を拡大して示す部分切欠拡大正面図である。
【図３】図２（ａ）の破線Ａ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】図２（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う部分の断面図である。
【図５】（ａ）は、接合用樹脂層上に正極集電体層が積層されている構造を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の構造にさらに正極活物質層が積層されている構造を示す平面図であり、（ｃ）は、（ｂ）の構造上に、さらに第１のセパレータが積層されている状態を示す各平面図である。
【図６】本発明の一実施形態の蓄電装置で用意される複合シートの平面図である。
【図７】本発明の一実施形態で用いられる正極シートと負極シートを接合してなる複合シートの正面図である。
【図８】本発明の一実施形態の蓄電装置における正極シート同士が接合されている部分における第１の注液口同士がつなげあっている部分を模式的部分切欠拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００２４】
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る蓄電装置の正面図及び外観を示す斜視図である。本実施形態の蓄電装置１は、電気二重層コンデンサとして用いられるものである。
【００２５】
蓄電装置１は、積層体２を有する。積層体２の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、直方体状の形状を有する。すなわち、積層体２は、上面２ａと、下面２ｂと、側面２ｃと、側面２ｃと反対側の側面と、一対の端面とを有する。一方の端面に外部電極３が、他方の端面に外部電極４が形成されている。
【００２６】
上記積層体２は、以下に述べる正極シートと、負極シートとを一体化してなる複合シートを複数層積層した構造を有する。すなわち、複合シート５，５，５，５が積層されて積層体２が形成されている。複合シート５の詳細を以下において説明する。
【００２７】
図２（ａ）は、正極シートの平面図であり、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）は（ｂ）中の一点鎖線にて円で囲まれた部分を拡大して示す部分切欠正面図である。また、図３は、図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図４は、ＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う部分の断面図である。
【００２８】
さらに、図５（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、正極シート１１を構成する各部分の平面形状を示すための平面図である。
【００２９】
正極シート１１は、矩形の平面形状を有する。この正極シート１１では、図５（ａ）で示すように、矩形の接合用樹脂層１２上に正極集電体層１４が積層されている。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、正極集電体層１４上に矩形枠状の第１の封止部１３が積層されている。接合用樹脂層１２は、後述するように、複合シートを他の複合シートと接合し一体化するために設けられている。従って、接合用樹脂層１２は、接着力を有する樹脂材料により形成することができる。このような樹脂材料としては、特に限定されず、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などを挙げることができる。
【００３０】
上記矩形枠状の第１の封止部１３は、矩形枠状の開口部１３ａと正極集電体の露出口を有する。開口部１３ａ内に、正極集電体層１４及び正極活物質層１５がこの順序で積層されている。上記正極活物質層１５が正極集電体層１４上に積層されている構造を図５（ｂ）に平面図で示す。なお、正極集電体層１４は、第１の封止部１３に設けられた露出口から露出している。
【００３１】
図５（ｃ）で示すように、上記正極活物質層１５上に、第１のセパレータ１６が積層されている。矩形枠状の封止部１３は、正極集電体層１４と、正極活物質層１５及び第１のセパレータ１６からなる矩形板状の積層体の外周側面を封止するために設けられている。
【００３２】
上記封止部１３は封止機能を果たす適宜の材料により構成することができる。また、上記セパレータ１６には、電解液が含浸される。電解液を確実に封止するために、封止部１３は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などの適宜の合成樹脂またはセラミックスを用いることができる。
【００３３】
上記正極集電体層１４は、集電体として機能する適宜の導電性材料を用いて形成することができる。このような導電性材料としては、Ａｌ、Ｃｕなどの金属もしくはこれらの金属を主体とする合金を好適に用いることができる。
【００３４】
この正極集電体層１４は、蒸着またはスパッタリングなどの薄膜形成方法により形成することができる。この場合、接合用樹脂層１２上において薄膜形成法により正極集電体層１４を形成してもよい。あるいは、他の基材フィルム上に正極集電体層１４を形成した後、転写法により接合用樹脂層１２上に転写してもよい。
【００３５】
正極活物質層１５は、電気二重層コンデンサの正極活物質として機能し得る適宜の導電性材料により形成することができる。このような導電性材料としては、活性炭などの炭素材料などを挙げることができる。
【００３６】
上記正極活物質層１５は、正極活物質を含むスラリーをスクリーン印刷する方法などにより形成することができる。
【００３７】
上記第１のセパレータ１６には、後述するように電解液を保持スペースとして機能する。
【００３８】
封止部１３には、矩形の一対の長辺の各辺において、第１の電解液誘導路１３ｃ，１３ｄが形成されている。電解液誘導路１３ｃ，１３ｄの内側端は図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、上記電解液を保持する第１のセパレータ１６と、その下の正極活物質層１５及び正極集電体層１４に至っている。
【００３９】
もっとも、電解液誘導路１３ｄの内側端は、正極活物質層１５のみに至っていてもよい。
【００４０】
電解液誘導路１３ｃ，１３ｄは、電解液を少なくとも第１のセパレータ１６に注入するために設けられている。図３及び図４に示すように電解液誘導路１３ｃ，１３ｄが設けられていない部分の断面では、上記正極活物質層１５及び第１のセパレータ１６の周囲が封止部１３により封止されている。
【００４１】
図６は、前述した複合シートの平面図であり、図７はその正面図である。複合シート５は、上記正極シート１１上に、負極シート２１を積層した構造を有する。負極シート２１は、正極シート１１と同様に、接合用樹脂層２２を有する。接合用樹脂層２２は、接合用樹脂層１２と同様の材料で形成され得る。接合用樹脂層２２の片面に、矩形枠状の第２の封止部２３が形成されている。封止部２３は、後述の電解液誘導路の位置を除いては、封止部１３と同様に構成されている。すなわち、封止部２３は、矩形枠状の形状を有し、図６に示すように矩形の開口部２３ａを有する。この開口部２３ａ内において、接合用樹脂層２２に、負極集電体層２４、負極活物質層２５及び第２のセパレータ２６が積層されている。負極集電体層２４及び負極活物質層２５が負極部を構成している。
【００４２】
なお、図６では、複合シート５における上方の接合用樹脂層２２が除去されて図示されていることを指摘しておく。
【００４３】
負極集電体層２４、負極活物質層２５は、それぞれ、負極集電体及び負極活物質として作用する適宜の材料により形成され得る。負極集電体層２４は、正極集電体層１４と同様の材料で構成され得る。負極活物質層２５は、例えば活性炭などにより構成することができる。第２のセパレータ２６は、第１のセパレータ１６と同様の材料で構成され得る。
【００４４】
負極シート２１においては、第２の封止部２３に、第２の電解液誘導路２３ｃ，２３ｄが設けられている。電解液誘導路２３ｃ，２３ｄの内側端は、開口部２３ａに至っている。すなわち、電解液保持スペースに至っている。電解液誘導路２３ｃ，２３ｄは、封止部２３を貫き、負極シート２１の外周側面に至っている。すなわち、負極シート２１の一対の長辺側の側面に、それぞれ、電解液誘導路２３ｃ，２３ｄが開口している。電界液誘導路２３ｃ，２３ｄは、電解液を第２のセパレータ２６に注入するために設けられている。電解液誘導路２３ｄから電解液を注入することにより、第２のセパレータ２６に電解液を注入することができる。
【００４５】
本実施形態では、上記正極シート１１と負極シート２１が第１のセパレータ１６と第２のセパレータ２６を介して積層されている。すなわち、正極シート１１の封止部１３及び第１のセパレータ１６と、負極シート２１の封止部２３及び第２のセパレータ２６とが貼り合わされて、複合シート５が形成されている。
【００４６】
ここで、図６に示すように複合シート５を平面視した場合、負極シート２１における電解液誘導路２３ｃ，２３ｄが設けられている位置は、正極シート１１における電解液誘導路１３ｃ，１３ｄが設けられている位置と異なっている。言い換えれば、積層体２の側面２ｃまたは反対側の側面において、正極シート１１及び負極シート２１の積層面と平行な方向において、電解液誘導路１３ｃ，１３ｄの第１の注液口１３ｃ１，１３ｄ１と、電解液誘導路２３ｃ，２３ｄの第２の注液口２３ｃ１，２３ｄ１とが異なる位置に設けられている。
【００４７】
本実施形態の蓄電装置１では、上記のようにして構成されている複合シート５が、図１（ａ）及び（ｂ）で示すように積層され、一体化されている。この一体化は接合用樹脂層２２，１２の接着力により果たされている。
【００４８】
もっとも、複合シート５同士を積層し一体化する方法は、接合用樹脂層１２，２２を用いずに達成してもよい。すなわち、上記封止部１３，２３自体の粘着力を利用して複合シート同士を接合し一体化してもよい。
【００４９】
上記蓄電装置１では、上記のようにして得られた積層体２の両端面に外部電極３，４を蒸着、スパッタリングまたは導電ペーストの塗布等により外部電極３，４を形成する。このようにして、上記蓄電装置１を得ることができる。
【００５０】
なお、複合シート５，５同士を積層するに際しては、上下の正極シート同士または負極シート同士が重なり合うように積層する。
【００５１】
図８に示すように、正極シート１１と、次の正極シート１１とが積層されている部分では、上方の電解液誘導路１３ｄと、電解液誘導路１３ｄとが重なり合っている。
【００５２】
言い換えれば、積層体２の側面２ｃにおいて、正極側の複数の第１の注液口１３ｄ１同士は、積層面と平行な方向において同じ位置に設けられている。すなわち、複数の電解液誘導路１３ｄが積層方向において重なり合っている。複数の電解液誘導路２３ｄも同様である。
【００５３】
よって、電解液注入に際し電解液が漏洩したとしても、積層方向において正極部分と負極部分とが重なり合っていないため、短絡による不良を抑制することができる。
【００５４】
従来の電解液漏洩による短絡不良は、正極活物質と負極活物質とが電解液で接触することにより引き起こされていた。特に、正極側の注液口と負極側の注液口とが積層方向において重なっていると、このような短絡不良が生じる。
【００５５】
具体的には、上記複数の複合シート５を積層後には、厚み方向に圧着する。他方、複合シート５においては、電解液誘導路１３ｃ，１３ｄ及び電解液誘導路２３ｃ，２３ｄが設けられている部分は、厚み方向に加わる力に対して弱い。従って、圧着に際し変形しやすい。変形が生じると、上下の電解液誘導路に露出している活物質同士がはみ出して導通することがある。
【００５６】
これに対して、本実施形態では、積層方向において正極側の電解液誘導路１３ｃ，１３ｄと、負極側の電解液誘導路２３ｃ，２３ｄとが重なり合っていない。従って、このような短絡不良を確実に抑制することができる。
【００５７】
上記のように、本実施形態の蓄電装置１では、第１の側面２ｃにおいて、短絡不良を抑制することができる。特に図示はしないが、第１の側面２ｃと反対側の側面においても同様に、第１の注液口と第２の注液口とがシート面方向において異なる位置に設けられている。従って、同様に電解液による短絡不良を確実に抑制することができる。
【００５８】
よって、本実施形態の蓄電装置１では、電解液を注入した後に、第１の注液口１３ｃ１，１３ｄ１及び第２の注液口２３ｃ１，２３ｄ１を高精度に液密封止する必要はない。もっとも、液密封止を確実に果たし得る材料により、第１及び第２の注液口１３ｃ１，１３ｄ１，２３ｃ１，２３ｄ１を液密封止することが望ましい。
【００５９】
また、上記実施形態では正極シート１１を表裏反転させた場合に、第１の注液口が、負極シート２１の第２の注液口の位置にくる。このように、反転させた場合に、両者の注液口が重なるように正極シート１１及び負極シート２１を構成することが望ましい。その場合には、封止部１３，２３の形成パターンを１種類とすることができ、生産性を高めることができる。
【００６０】
もっとも、本発明においては、第１の注液口１３ｃ１，１３ｄ１と、第２の注液口２３ｃ１，２３ｄ１とは、前述したシート積層面と平行な方向において異なる位置に配置されておればよく、その形成位置は特に限定されるものではない。
【００６１】
また、上記実施形態では、矩形の正極シート１１及び矩形の負極シート２１において、長辺側側面に第１の注液口１３ｃ１，１３ｄ１及び第２の注液口２３ｃ１，２３ｄ１が設けられていた。本発明においては、第１の注液口１３ｃ１，１３ｄ１及び第２の注液口２３ｃ１，２３ｄ１は、短辺側の側面に設けられていてもよい。すなわち、正極シート１１及び負極シート２１の側面のいずれの位置に第１の注液口が設けられていてもよい。
【００６２】
第２の注液口についても、第１の注液口とシート面方向において異なる位置である限り、任意の位置に形成することができる。さらに、第１の注液口及び第２の注液口の数についても特に限定されるものではない。
【００６３】
なお、本発明の蓄電装置は、上記電気二重層コンデンサに限らず、蓄電池などの様々な蓄電装置に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１…蓄電装置
２…積層体
２ａ…上面
２ｂ…下面
２ｃ…側面
３，４…外部電極
５…複合シート
１１…正極シート
１２，２２…接合用樹脂層
１３ｃ，１３ｄ，２３ｃ，２３ｄ…電解液誘導路
１３，２３…封止部
１３ａ…開口部
１３ｃ１，１３ｄ１，２３ｃ１，２３ｄ１…注液口
１４…正極集電体層
１５…正極活物質層
１６…セパレータ
２１…負極シート
２３ａ…開口部
２４…負極集電体層
２５…負極活物質層
２６…セパレータ
【図１】
2014232765.tif 000003
【図２】
2014232765.tif 000004
【図３】
2014232765.tif 000005
【図４】
2014232765.tif 000006
【図５】
2014232765.tif 000007
【図６】
2014232765.tif 000008
【図７】
2014232765.tif 000009
【図８】
2014232765.tif 000010