(57)【要約】【課題】  電解液が含浸された電極シートとセパレータの積層体が、容器に密封された構成の電気二重層キャパシタにおいて、容器内を長期間にわたり気密に維持できるとともに、容器内の圧力が比較的に低い場合であっても、容器内で発生したガスを容易に放出できる電気二重層キャパシタを提供する。【解決手段】  外部の接続手段と接続でき、該接続手段との非接続時には閉、該接続手段との接続時には開となるワンタッチ接続部を有するガス開放手段が容器に備えられてなる電気二重層キャパシタとする。【選択図】  図１
2006261196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液が含浸された電極シートとセパレータの積層体が、容器に密封された構成の電気二重層キャパシタであって、外部の接続手段と接続でき、該接続手段との非接続時には閉、該接続手段との接続時には開となるワンタッチ接続部を有するガス開放手段が容器に備えられてなることを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項２】
外部の接続手段が、減圧装置及び／または不活性ガス供給装置に連通する配管である請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項３】
外部の接続手段が、隣接して設置される電気二重層キャパシタのワンタッチ接続部である請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項４】
ワンタッチ接続部として、雄型のワンタッチ接続部及び雌型のワンタッチ接続部を有する請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項５】
ワンタッチ接続部が、バネまたは弾性材を用いた弁を内蔵する請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項６】
ガス開放手段が、気液分離膜を内蔵する請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項７】
ガス開放手段が、充填材を内蔵する請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項８】
ガス開放手段が、吸着剤を内蔵する請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項９】
ガス開放手段が、容器の貼り合わせ部に設けられた請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活性炭等の分極性電極と電解液の界面である電気二重層に電気を蓄積する電気二重層キャパシタにおいて、電気二重層キャパシタセルの収納容器に、減圧装置等との非接続時には閉、接続時には開となるワンタッチ接続部を設け、必要なときに容器内で発生したガスを容易に放出させることが可能な電気二重層キャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、活性炭等の分極性電極と電解液の界面である電気二重層に電気を蓄積する電気二重層キャパシタが蓄電媒体として実用化され始めている。電気二重層キャパシタの一般的な構成としては、金属箔等の集電体及び活性炭等の分極性電極からなる電極シートと、セパレータが交互に積層され、電解液が含浸された構成を有する電気二重層キャパシタセルが形成され、さらに電気二重層キャパシタセルが容器に密封されて電気二重層キャパシタとされる。
【０００３】
また、電気二重層キャパシタの製造は、電極シートとセパレータの積層体を、角型の電気二重層キャパシタにおいてはサンドウィッチ状に、円筒型の電気二重層キャパシタにおいてはロール状に形成し、集電体（正極体及び負極体）のリード部を各々の端子に接続し、積層体を容器に収納した後、容器の開口部から電解液を注入して積層体に電解液を含浸し、電極端子の先端を外部に露出した状態で容器を密封する方法が多く実施されている。
【０００４】
このような電気二重層キャパシタにおいては、電解液として、高い耐電圧が得られる有機系電解液が一般的に用いられているが、微量の吸湿により耐電圧が低下し劣化しやすくなるという不都合が生じるので、その製造過程から使用期間が満了するまでの長期間にわたり、容器内を外部の空気から遮断し気密に維持する必要がある。一方、充放電を繰返すと、有機系電解液中の微量の不純物が徐々に分解して、一酸化炭素、二酸化炭素等のガスが生成する等、容器内の圧力が上昇するほか、内部抵抗が大きくなる等、電気二重層キャパシタの性能が悪化する要因となっていた。
【０００５】
そのため、容器内を気密に維持するとともに、ガス生成のため容器内の圧力が上昇した場合は速やかにガスを外部に放出する必要があり、例えば容器内の圧力を負圧状態にした電気二重層キャパシタ、あるいは容器に圧力開放弁（ガス開放弁）を設け、容器内の圧力が所定以上の圧力になると開放弁が開になり、容器内のガスが外部に放出されるような機構を有する電気二重層キャパシタが開発されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１６２０８２号公報
【特許文献２】特開２００２−２８０２７２号公報
【特許文献３】特開２００２−２８９４８５号公報
【特許文献４】特開２００３−１００５７１号公報
【特許文献５】特開２００３−２９７７００号公報
【特許文献６】特開２００４−４７９７１号公報
【特許文献７】特開２００４−７１７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、容器内の圧力を負圧状態にした電気二重層キャパシタにおいては、負圧状態を維持するために、常に容器を減圧装置と接続させた状態または減圧処理するたびに容器を減圧装置に接続して、バルブの開閉操作をする必要があった。そのため、例えば自動車用の電気二重層キャパシタのように大容量の蓄電が必要なものは、特開２００２−２８９４８５に記載されているように、電気二重層キャパシタセルが密封されている容器を多数個配列させて使用するので、容器と減圧装置の接続やバルブの開閉操作に手間がかかるという不都合があった。また、人が容易に開閉できるバルブ付の電気二重層キャパシタは大きな構成となり、実質的に容器を多数個配列させた電気二重層キャパシタに適用することは困難であった。
【０００８】
また、容器に圧力開放弁を設けた電気二重層キャパシタにおいては、容器に設けられる圧力開放弁は、同一の製造方法で製造した電気二重層キャパシタであっても開になる圧力が一定ではなく、バラツキが大きいという不都合、容器内の圧力がかなり高くならないと圧力開放弁が開かず、使用開始後短期間のうちに内部抵抗が大きくなる等の不具合があった。
従って、本発明が解決しようとする課題は、容器内を長期間にわたり気密に維持できるとともに、容器内の圧力が比較的に低い場合であっても、容器内で発生したガスを容易に放出できる電気二重層キャパシタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、前記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、前述のような構成の電気二重層キャパシタにおいて、減圧装置等との非接続時には閉、接続時には開となるワンタッチ接続部を有するガス開放手段を、容器のいずれかの個所に設けることにより、容器の気密性を損なうことなく、適宜必要に応じて容器内で発生したガスを容易に放出することが可能となることを見出し本発明の電気二重層キャパシタに到達した。
【００１０】
すなわち本発明は、電解液が含浸された電極シートとセパレータの積層体が、容器に密封された構成の電気二重層キャパシタであって、外部の接続手段と接続でき、該接続手段との非接続時には閉、該接続手段との接続時には開となるワンタッチ接続部を有するガス開放手段が容器に備えられてなることを特徴とする電気二重層キャパシタである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電気二重層キャパシタは、減圧装置等との非接続時には閉、接続時には開となるワンタッチ接続部を有するガス開放手段を設けた構成なので、容器の気密性を損なうことなく、適宜必要に応じて容器内で発生したガスを容易に放出することが可能である。その結果、容器内を長期間にわたり気密に維持できるとともに、ガス発生による電気二重層キャパシタの性能低下を防止することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、角型の電気二重層キャパシタ及び円筒型の電気二重層キャパシタに適用される。以下、角型の電気二重層キャパシタを例に挙げ、図１〜図１０に基づいて詳細に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。
図１は、本発明の電気二重層キャパシタの一例を示す構成図である。図２は、図１におけるａ−ａ’断面の例を示す断面図である。図３及び図４は、各々本発明の電気二重層キャパシタにおけるガス開放手段の一例を示す断面図である。図５及び図６は、ガス開放手段が外部の接続手段と接続した場合の一例を示す構成図である。図７は、本発明の電気二重層キャパシタにおける図４以外のワンタッチ接続部（接続方式）の一例を示す断面図である。図８は、本発明の電気二重層キャパシタにおけるワンタッチ接続部（開閉弁等の内部構成）の例を示す断面図である。図９及び図１０は、各々本発明の電気二重層キャパシタを多数個配列させて使用した場合の一例を示す構成図である。
【００１３】
本発明の電気二重層キャパシタは、図１及び図２に示すように、電解液が含浸された電極シートとセパレータの積層体１が、容器２に密封された構成の電気二重層キャパシタであって、外部の接続手段と接続でき、該接続手段との非接続時には閉、該接続手段との接続時には開となるワンタッチ接続部３を有するガス開放手段４が容器のいずれかの個所（好ましくは容器の貼り合わせ部５）に備えられた電気二重層キャパシタである。尚、本発明の電気二重層キャパシタにおいては、通常は電極端子６の先端が外部に露出された状態で容器に密封される。
【００１４】
本発明の電気二重層キャパシタにおいて、ガス開放手段４に備えられたワンタッチ接続部３と接続する外部の接続手段は、減圧装置、不活性ガス供給装置等に連通する配管、あるいは隣接して設置される電気二重層キャパシタのワンタッチ接続部等である。すなわち、本発明の電気二重層キャパシタに用いられるガス開放手段は、減圧装置、不活性ガス供給装置等に連通する配管と容易に接続が可能なワンタッチ接続部、または隣接して設置される電気二重層キャパシタのワンタッチ接続部と容易に接続が可能なワンタッチ接続部を有するものである。
【００１５】
本発明において、減圧装置、不活性ガス供給装置等に連通する配管と接続できるワンタッチ接続部としては、例えば図３に示すように、断面形状が円、四角形、多角形等である筒状部材９の内部に、開閉弁１０、バネ１１、バネ押え１２、シール部材１３を内蔵し、筒状部材９の外側に、ストッパー溝１４、ロック解除用押し部材１５を備えたものを例示することができる。但し、減圧装置、不活性ガス供給装置等に連通する配管には、本発明の電気二重層キャパシタのワンタッチ接続部と接続可能な構成を有する接続部を備える必要がある。
【００１６】
また、隣接して設置される電気二重層キャパシタのワンタッチ接続部と接続できるワンタッチ接続部としては、例えば図４に示すように、筒状部材９、開閉弁１０、バネ１１、バネ押え１２、シール部材１３、ストッパー溝１４、ロック解除用押し部材１５を有する雄型のワンタッチ接続部７、筒状部材９、開閉弁１０’、バネ１１’、バネ押え１２、シール部材１３’、ロック部材１６を有する雌型のワンタッチ接続部８を備えたものを例示することができる。このような構成とすることにより、複数の電気二重層キャパシタの容器内を互いに連通させることができる。
【００１７】
前記のワンタッチ接続部は、減圧装置、不活性ガス供給装置、あるいは他のワンタッチ接続部等の外部接続手段と接続していない時には、各々図３、図４に示すように、開閉弁１０（１０’）がバネ１１（１１’）によってシール部材１３（１３’）に押圧され閉になっている。このような場合においては、容器内は外部から遮断され気密性が維持された状態となっている。また、外部接続手段と接続した時には、各々図５、図６に示すように、バネ１１（１１’）が押圧されて収縮し、開閉弁１０（１０’）とシール部材１３（１３’）の間に空間１９が発生して開となる。このような場合においては、容器内は外部接続手段と連通した状態となっている。
【００１８】
尚、本発明におけるワンタッチ接続部は、図３、図４に示すような接続部に限定されるものではなく、例えば図７に示すような接続方式を有する接続部を用いることができる。これらの他、互いに回転させることなく、どちらか一方の接続部を他の接続部に滑合、嵌合、係合、継合、または結合することにより容易に接続させることが可能である接続部、あるいはどちらか一方の接続部を他の接続部に対して１回転（３６０度程度）以下の回転で螺合することにより容易に接続させることが可能である接続部を含むものである。また、本発明におけるワンタッチ接続部は、図３、図４に示すように容易に取外しができる構成のものであっても、容易に取外しができない構成のものであってもよい。
【００１９】
また、本発明に使用されるワンタッチ接続部において、開閉弁１０の形状は特に制限されることがなく、例えば図８（１）〜（４）に示すような形状のものを使用することができる。また、図８（５）〜（６）に示すように、バネ１１の代わりにガスの通路を有する弾性材２０、あるいは通気性を有する弾性材２０を使用することができる。図４、図７に示すように、雄型のワンタッチ接続部７及び雌型のワンタッチ接続部８を使用する場合は、これらのバネまたは弾性部材は同程度の弾性率を有するものであることが好ましい。
【００２０】
また、本発明におけるガス開放手段は、急激な減圧により電解液が外部へ放出されることを防止するために、ガス開放手段に気液分離膜１７を備えることが好ましい。また、急激な圧力の変動により気液分離膜１７が破損することを防止するために、ガス開放手段に充填材１８を備えることが好ましい。さらに、外部接続手段との接続時に空気等が侵入する虞があるので、これを防止するために前記の充填材１８は吸着剤であることが好ましい。吸着剤を用いた場合は、電解液中の微量の不純物の分解等により発生したガスを吸着することもできる。
【００２１】
本発明におけるガス開放手段の構成材料については特に制限されることはないが、例えば、筒状部材９、開閉弁１０及びバネ押え１２は金属または合成樹脂、バネ１１及びロック解除用押し部材１５は金属、シール部材１３は合成ゴムからなるものを挙げることができる。また、充填材１７としては、活性炭、合成ゼオライト、天然ゼオライト、アルミナ等のセラミックス、銅、ニッケル等の金属粉（金属片）、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸マグネシウム等を例示することができる。
【００２２】
本発明の電気二重層キャパシタの製造工程は、電極シートとセパレータを積層する工程、貼り合わせ部を有する容器に積層体を収納する工程、容器に電解液を注入する工程、積層体を減圧処理する工程、及びガス開放手段を容器のいずれかの個所に取付ける（好ましくは容器の貼り合わせ部に接着挟持する）とともに容器を密封する工程を含むものである。これらの工程は、通常は前記に記載した順で行なわれる。以下、これらの工程について説明する。
【００２３】
本発明において、電極シート（正極体及び負極体）とセパレータを積層する際は、正極体及び負極体、あるいは正極体のリード部及び負極体のリード部が、各々正極端子、負極端子に接続できるように積層される。積層体は水分等を極低濃度まで除去するために、乾燥または減圧乾燥される。また、積層体を収納するための少なくとも一辺に開口部を有する容器、必要に応じてガス開放手段も乾燥または減圧乾燥される。その後、積層体の正極体及び負極体、あるいはこれらのリード部が、電極端子に溶接またはカシメ等により接着されるとともに、電極端子が容器の開口部（貼り合わせ部）側になるように容器に収納される。
【００２４】
次に容器の開口部から電解液が注入された後、容器内が減圧され、積層体の減圧処理が行なわれる。この減圧処理により、活性炭等の分極性電極に吸着されているガスが除去されるとともに、積層体に電解液を効率よく含浸することができる。また、必要に応じて、電解液の注入から容器の密封までの間に、分極性電極に含まれる水分や官能基を電気分解し除去するために、電極端子に通電して電解精製を行なうこともできる。積層体の減圧処理後、ガス開放手段を容器の貼り合わせ部に接着挟持するとともに容器の密封が行なわれる。その際、例えば加熱された２本のヒートシールバーを、容器を挟んだ状態で押圧することにより容器の密封を行なうことができる。尚、本発明においては、電解液の注入から容器の密封まで、乾燥された不活性ガス雰囲気下で行なわれる。
【００２５】
以上のような本発明の電気二重層キャパシタは、例えば図９に示すように、各々の電気二重層キャパシタ２２のワンタッチ接続部３を減圧装置及び／または不活性ガス供給装置に連通する配管２１に接続して、あるいは図１０に示すように、隣接して設置される電気二重層キャパシタ２２のワンタッチ接続部３を互いに接続するとともに、端部の電気二重層キャパシタのワンタッチ接続部は減圧装置及び／または不活性ガス供給装置に連通する配管２１に接続して、容器内のガスが放出可能になる。減圧装置及び／または不活性ガス供給装置に連通する配管２１は、必要に応じて容易に取付けあるいは取外しができる。また、電気二重層キャパシタ同士も、必要に応じて容易に接続あるいは切離しができる。
【００２６】
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。
【実施例１】
【００２７】
（電気二重層キャパシタの製作）
外径１０mm、内径８mm、長さ３０mmのポリエチレン樹脂製（融点１２２〜１２４℃）筒状部材の内部に、開閉弁、バネ（バネ定数：１０ｋｇｆ／ｃｍ）、バネ押え、シール部材、気液分離膜、充填剤（合成ゼオライト、充填長１０mm）等を内蔵し、筒状部材の外側に、ストッパー溝、ロック解除用押し部材等を備えた図３に示すようなワンタッチ接続部を有するガス開放手段を製作した。
また、活性炭、カーボンブラック、ＰＴＦＥ等の混合物からなる分極性電極にアルミ箔を貼り合わせた正極体、負極体と、紙製のセパレータを、正極体のリード部及び負極体のリード部が、各々電極端子に接続できるように、合計３０枚積層させて、一辺が１００ｍｍの正方形の積層体（厚さ１５ｍｍ）を製作した。
【００２８】
次に、積層体の正極体のリード部及び負極体のリード部を、各々電極端子に溶接により接着した後、真空乾燥機を用いてこれらを１６０℃で１２時間減圧乾燥した。また、真空乾燥機を用いてガス開放手段を１００℃で２４時間減圧乾燥した。また、表面をポリエチレンフィルムで被覆したアルミ箔を基材とする一辺が１５０ｍｍの正方形の偏平状の容器を、真空乾燥機を用いて８０℃で１５時間減圧乾燥した。この偏平状の容器は、一辺に開口部を有するものであった。積層体、ガス開放手段、及び偏平状の容器を、窒素雰囲気下で室温まで冷却した後、積層体を容器に挿入した。
【００２９】
次に、プロピレンカーボネート溶媒にアンモニウム塩等を分散させた電解液９０ｍｌを容器に注入した。電解液の注入を終了した後、容器内を３０分間真空ポンプにより減圧にして、積層体の減圧処理を行なった。また、この間、電極端子に通電して電解精製を行なった。
容器の開口部中央の貼り合わせ部（幅１５ｍｍ）において、筒状部材が貼り合わせ部を貫通するように、ガス開放手段をアルミ箔を基材とする２枚の貼り合わせ部材で挟み、外側から１５０℃で加熱加圧溶着することにより接着挟持するとともに容器の密封を行ない、電気二重層キャパシタを得た。尚、電気二重層キャパシタは、容器の底部からガスを注入できるとともに、容器内部のガス圧力を測定できるようにした。
【００３０】
（ガス開放手段の効果の調査）
以上のような電気二重層キャパシタを１０個製作し、互いに重なるように配置した。次に、各々容器内のガス圧力が約２００ｋＰａとなるように外部から窒素を注入した。これらの電気二重層キャパシタのワンタッチ接続部を、図９に示すように、真空ポンプ及び不活性ガス供給装置に連通する配管に接続した結果、各々容器内のガス圧力が約１００ｋＰａまで低下した。また、真空ポンプを稼動した結果、容器内のガス圧力が各々１０ｋＰａ以下まで低下し、容器内のガスが放出されたことが確認できた。
【実施例２】
【００３１】
（電気二重層キャパシタの製作）
実施例１の電気二重層キャパシタの製作において、図４に示すような雄型のワンタッチ接続部及び雌型のワンタッチ接続部を有するガス開放手段を用いたほかは実施例１と同様にして電気二重層キャパシタを製作した。尚、このガス開放手段は、外径１０mm、内径８mm、長さ３０mmのポリエチレン樹脂製（融点１２２〜１２４℃）筒状部材の内部に、気液分離膜、充填剤（合成ゼオライト、充填長１０mm）等を内蔵し、筒状部材の先端部に、開閉弁、バネ（バネ定数：１０ｋｇｆ／ｃｍ）、バネ押え、シール部材、ストッパー溝、ロック解除用押し部材等を備えたものであった。
【００３２】
（ガス開放手段の効果の調査）
以上のような電気二重層キャパシタを１０個製作し、互いに重なるように配置した。次に、各々容器内のガス圧力が約２００ｋＰａとなるように外部から窒素を注入した。これらの電気二重層キャパシタのワンタッチ接続部を、図１０に示すように互いに接続した後、端部の電気二重層キャパシタのワンタッチ接続部を真空ポンプ及び不活性ガス供給装置に連通する配管に接続した結果、各々容器内のガス圧力が約１００ｋＰａまで低下した。また、真空ポンプを稼動した結果、容器内のガス圧力が各々１０ｋＰａ以下まで低下し、容器内のガスが放出されたことが確認できた。
【００３３】
以上のように、本発明の電気二重層キャパシタは、容器の気密性を損なうことなく、適宜必要に応じて容器内で発生したガスを容易に放出できることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の電気二重層キャパシタの一例を示す構成図
【図２】図１におけるａ−ａ’断面図
【図３】本発明の電気二重層キャパシタにおけるガス開放手段の一例を示す断面図
【図４】本発明の電気二重層キャパシタにおける図３以外のガス開放手段の一例を示す断面図
【図５】ガス開放手段（図３）が外部の接続手段と接続した場合の一例を示す構成図
【図６】ガス開放手段（図４）が外部の接続手段と接続した場合の一例を示す構成図
【図７】本発明の電気二重層キャパシタにおける図４以外のワンタッチ接続部（接続方式）の一例を示す断面図
【図８】本発明の電気二重層キャパシタにおけるワンタッチ接続部（開閉弁等の内部構成）の例を示す断面
【図９】本発明の電気二重層キャパシタを多数個配列させて使用した場合の一例を示す構成図
【図１０】本発明の電気二重層キャパシタを多数個配列させて使用した場合の図９以外の一例を示す構成図
【符号の説明】
【００３５】
１  積層体
２  容器
３  ワンタッチ接続部
４  ガス開放手段
５  貼り合わせ部
６  電極端子
７  雄型のワンタッチ接続部
８  雌型のワンタッチ接続部
９  筒状部材
１０  開閉弁
１０’開閉弁
１１  バネ
１１’バネ
１２  バネ押え
１３  シール部材
１３’シール部材
１４  ストッパー溝
１５  ロック解除用押し部材
１６  ロック部材
１７  気液分離膜
１８  充填材
１９  空間
２０  弾性材
２１  減圧装置及び／または不活性ガス供給装置に連通する配管
２２  電気二重層キャパシタ
【図１】
2006261196.tif 000003
【図２】
2006261196.tif 000004
【図３】
2006261196.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2006261196.tif 000008
【図７】
2006261196.tif 000009
【図８】
2006261196.tif 000010
【図９】
2006261196.tif 000011
【図１０】
2006261196.tif 000012