(57)【要約】 【課題】  薄型化かつ電気特性に優れた外装フィルムで成形された電気化学素子を提供する。【解決手段】  積層セル６の上下面に、導電性ペースト１３を重ねて、その外側に外装フィルム１１を配置し、積層セル６と重ならない大きさの端子板１２を、一部が導電性ペースト１３と接触し導通を保ち、一部が外部に取り出されて、電極端子１５となるように配置する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の単位セル又は該単位セルを複数積層した積層セルの外側を外装フィルムで覆うと共に前記セルの側方に電極端子を形成してなる電気化学素子において、前記セルと積層されないように前記セルの側方に配置した端子板の一部を前記電極端子とし、前記セルと前記端子板間の電気的接続は導電性ペーストを介したことを特徴とする電気化学素子。
【請求項２】
前記単位セルは、セパレータを介して分極する二極の分極性電極の内部に電解質を含浸した電気二重層コンデンサのセルであることを特徴とする請求項１記載の電気化学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学素子、特に電気二重層コンデンサ素子の外装構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層コンデンサは、電荷の蓄積に分極性電極と電解質の界面に生じる電気二重層を利用したコンデンサであり、この電気二重層の厚さが数ナノメートルと非常に小さく、かつ、活性炭のような比表面積の大きな材料が分極性電極に用いられることによって、大容量を実現してきた。電気二重層コンデンサは、構成材料に重金属などの有害物質を使用していないことから環境汚染の危険性がなく、さらに二次電池のように化学反応を伴わないことから充放電サイクル寿命に優れているといった特徴がある。このため、電気二重層コンデンサは、二次電池の代替デバイスとして、マイコンやメモリーなどのバックアップ電源として広く用いられるようになった。
【０００３】
近年においては、電気二重層コンデンサの特徴を活かし、電気自動車などのモーター駆動用エネルギー源あるいはエネルギー回生システムとして、また携帯電話等の小型電子機器の補助電源等としての新しい用途が検討され、また実用化されており、電気二重層コンデンサの大容量化、および電子機器の小型化に対応した形状が望まれている。
【０００４】
電気二重層コンデンサに要求されている課題の一つに、携帯電話等の小型電子機器の補助電源等として素子の薄型化がある。その要求に対して、ラミネート外装構造による素子の薄型化がなされてきた。次に、一般的なラミネート外装構造の電気二重層コンデンサを以下に図面を参照して説明する。
【０００５】
図１に、基本的な電気二重層コンデンサの単位セルの断面図を示す。図１に示されるように、電気二重層コンデンサの単位セル５は、電解質を添加した分極性電極１を多孔性で絶縁性のセパレータ２の両側に配し、絶縁性のガスケット３で周囲を覆い、上下が集電体４で挟まれた構造である。図２は、電気二重層コンデンサの積層セルを示す模式図である。図２に示されるように、電気二重層コンデンサの単位セル５を複数積層して積層セル６が形成される。電気二重層コンデンサには、単位セル５、もしくは耐電圧に合わせて単位セル５を必要数積層した積層セル６が用いられる。
【０００６】
分極性電極１は、椰子殻系に代表される活性炭と、導電性を確保する為のカーボン、及びバインダから成り、電解質を添加している。電解質には希硫酸、水酸化カリウムなどの水溶液系の電解液やプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトンの電解液に第４級アンモニウム塩などの電解質塩を溶解させた有機系の電解液が用いられる。セパレータ２は多孔質を有するフィルムであり、例えばポリテトラフルオロエチレン系フィルムやポリオレフィン系フィルムが用いられる。ガスケット３はセル内の絶縁を確保するためのものであり、例えばブチルゴムや熱可塑性樹脂が用いられる。集電体４は、導電性を有するゴムまたはエラストマが用いられる。
【０００７】
図３は、ラミネート外装構造の電気二重層コンデンサ製品の外観図であり、図３（ａ）に平面図、図３（ｂ）に側面図を示す。上記単位セル５を所定の電圧に応じて複数層重ねた積層セル６を用い、外部に取り出す電極端子１５を設けて、外装を施すことにより、図３に示すような、電気二重層コンデンサの製品が製造されている。
【０００８】
図４は、従来のラミネート外装構造の電気二重層コンデンサであり、図４（ａ）は断面図、図４（ｂ）は外装フィルムに端子板をセットした状態を示す説明図である。図４に示すように、従来のラミネート外装構造の電気二重層コンデンサは、積層セル６の上下面に、導電性ペースト９を介して端子板８を重ねて、その外側に外装フィルム７を配置し、端子板８の一部が外部に取り出されて、電極端子１５が形成された構造である。製造の際は、図４（ｂ）に示すように、外装フィルム（ラミネートフィルム）７に端子板８をセットして、端子板８に導電性ペースト９を施したものの間に積層セル６を挟み、外装フィルム７の周囲を圧着してシーリングを施されて、電気二重層コンデンサ製品となる。
【０００９】
端子板８上の導電性ペースト９は積層セルと端子板の導通を確実にするために用いられており、端子板８と積層セル６との接触が充分であれば、必ずしも必要ではない。また、外装フィルム７は、内面に熱可塑性樹脂を配する金属箔との複合フィルムなどが用いられている。このような従来のラミネート外装構造の電気二重層コンデンサは、例えば特許文献１に記載されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−１７０５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
近年、一層の薄型化の要求があるが、これに応えるために、従来構造のラミネート外装構造の電気二重層コンデンサの各部品の薄型化を検討した。しかしながら、外装フィルムについては、外装フィルム材のアルミニウム箔を薄くすれば外装フィルムの強度低下がおこり、また内面の融着層を薄くすると、端子取り出し部等での封止性低下のおそれがあり、製品の安定性、信頼性が低下するという問題がある。また積層セルについては、集電体薄型化は、ガス透過性の増大による長期信頼性低下、セパレータ薄型化は、正極負極間の短絡のおそれがあるため限度があり、根本的な電気二重層コンデンサの容量増加がなされない限り、これ以上の薄型化は困難である。
【００１２】
本発明は、上記の薄型化の問題を解決すべくなされたものであり、特に、薄型かつ電気特性・信頼性に優れたラミネート外装構造の電気二重層コンデンサ等の電気化学素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、板状の単位セル又は該単位セルを複数積層した積層セルの外側を外装フィルムで覆うと共に前記の単位セル又は積層セルの側方に電極端子を形成してなるラミネート外装構造の電気化学素子において、前記の単位セル又は積層セルとセルの厚み方向に積層されないように前記の単位セル又は積層セルの側方に配置した端子板の一部を前記電極端子とし、前記の単位セル又は積層セルと前記端子板間の電気的接続は導電性ペーストを介して行った電気化学素子が得られる。また、別の発明によれば、この電気化学素子は電気二重コンデンサであり、前記単位セルは、セパレータを介して分極する二極の分極性電極の内部に電解質を含浸した電気二重層コンデンサのセルである。
【発明の効果】
【００１４】
外装フィルム内面に導電性ペーストを施し積層セルに重なる端子板を用いないことで、端子板厚み分の薄型化が可能となり、従来より薄型で、しかも従来以上の信頼性の電気二重層コンデンサ等の電気化学素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
電気化学素子として、電気二重層コンデンサを例として説明する。電気二重層コンデンサの単位セルの構造は、従来と同じものが使用できる。図１に示されるように、電気二重層コンデンサの単位セル５は、電解質を添加した分極性電極１を多孔性で絶縁性のセパレータ２の両側に配し、絶縁性のガスケット３で周囲を覆い、上下が集電体４で挟まれた構造が一般的である。電気二重層コンデンサには、図２に示されるように、耐電圧に合わせて単位セル５を必要数積層した積層セル６が用いられる。もちろん、耐電圧等により単位セル５を１層のみで用いても良い。
【００１６】
従来と同様、分極性電極１は、椰子殻系に代表される活性炭と、導電性を確保する為のカーボン、及びバインダから成るものが一般的であり、電解質を添加して用いる。電解質には希硫酸、水酸化カリウムなどの水溶液系の電解液やプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトンの電解液に第４級アンモニウム塩などの電解質塩を溶解させた有機系の電解液が用いられる。セパレータ２は多孔質で絶縁性のフィルムであり、例えばポリテトラフルオロエチレン系フィルムやポリオレフィン系フィルムが用いられる。ガスケット３はセル内の絶縁を確保するための物であり、例えばブチルゴムや熱可塑性樹脂が用いられる。集電体４は、導電性を有するゴムまたはエラストマが用いられる。
【００１７】
図５は、本発明のラミネート外装構造の電気二重層コンデンサで、図５（ａ）は断面図、図５（ｂ）は外装フィルムに導電性ペーストを印刷し電極端子をセットした状態を示す説明図である。図５に示すように、上記の積層セル６の上下面に、導電性ペースト１３を重ねて、その外側に外装フィルム１１を配置し、積層セル６と重ならない大きさの端子板１２を、一部が導電性ペーストと接触し導通を保ち、一部が外部に取り出されて、電極端子１５となるように配置する。
【００１８】
製造の際は、図５（ｂ）に示すように、外装フィルム１１に直接導電性ペースト９を施し端子板１２を積層セル６と重ならないように配置する。このようにして配置したものを１組用意し、この間に積層セル６を挟み、外装フィルム１１の周囲を圧着してシーリングを施し、電気二重層コンデンサ製品とする。図４に示す従来の電気二重層コンデンサと比較すると、本発明の端子板１２は積層セル６と重ならないため、従来の端子板８の厚みだけ、本発明の電気二重層コンデンサは薄型である。
【実施例１】
【００１９】
図５に示す本発明の電気二重層コンデンサを次のようにして作製した。図１〜図３を参照して、分極性電極１は活性炭／カーボン複合材料であり、寸法は１２×２４×０．０５ｍｍである。セパレータ２はポリテトラフルオロエチレン系フィルムからなり、寸法は１４×２６×０．０２５ｍｍである。集電体４は導電性オレフィン共重合体からなり、寸法は１６×２８×０．０５ｍｍである。ガスケット３はエチレンメタクリル酸共重合体樹脂からなり、外寸は１８×３０ｍｍ、内寸は１２×２４、厚さは０．０５ｍｍのものを１セル当り２枚使用しており、それぞれフレーム状に加工されている。作製した単位セル５の寸法は１８×３０×０．２２５ｍｍである。この単層セル５を６層積層して積層セル６を作製した。積層セル６の寸法は１８×３０×１．３５ｍｍである。端子板１２は錫メッキを配した厚さ０．１ｍｍの銅板で寸法は３×５．５ｍｍであり熱圧着によって外装フィルム１１に接着する。導電性ペースト１３は、図５（ｂ）に示されるように、外装フィルム１１の内面（積層セルと接する側）に厚さ０．０１ｍｍで塗布した。外装フィルム１１は、ここでは厚さ０．１ｍｍ、寸法２３×３５であるエチレンメタクリル酸共重合体樹脂、ポリエステル、アルミ箔、ナイロン樹脂からなる４層構造のラミネートフィルムを用いた。
【００２０】
具体的には、先ず集電体４にガスケット３を熱圧着により貼り合わせたものを２枚作製した。平均粒径１５μｍ粉末椰子殻活性炭、平均粒径１５μｍの非球状カーボン、繊維径０．１〜０．２μｍの繊維状カーボン及びバインダの組成比を７５：１０：１０：５の割合となる泥しょうを作製し、これをガスケット３の内側にあたる集電体上に塗布、乾燥させ、分極性電極１を形成した。このようにして分極性電極１の塗布された集電体４を２枚作製した後、４０ｗｔ％硫酸水溶液を分極性電極１上に添加した。硫酸添加済みシートの１枚にセパレータ２を載せた後、２枚のシートを集電体４が外側になるように貼り合わせ、熱圧着によりガスケット３を溶融させて接着させた。この方法で単位セル５を６枚作製した後、重ね合わせて積層セル６とした。
【００２１】
外装フィルム内面（エチレンメタクリル酸共重合体樹脂）上に、導電性ペーストをスクリーン印刷で塗布し乾燥させ、厚さ０．０１ｍｍの導電性ペースト１３を設け、その後、図５（ｂ）に示す位置に端子板１２を熱圧着し固定した外装フィルム体１４を２枚作製した。外装フィルム体１４の導電性ペースト１３の上面に積層セル６を配置し、さらにもう一枚の外装フィルム体１４を導電性ペースト１３が向かい合うように、積層セル６に接する方向に重ね合わせて減圧下で上下の外装フィルム体の外装フィルム１１同士の重なった部分を熱融着することで、電気二重層コンデンサを形成した。
【００２２】
（従来例）
図４に示す従来例の電気二重層コンデンサを次のようにして作製した。従来例に使用する材料は実施例と同様のものを使用し、積層セル６の作製までは、実施例と同じ方法で作製した。
【００２３】
用意した積層セル６の両側から、厚さ０．０１ｍｍの導電性ペースト９（実施例同様）を施した厚さ０．１ｍｍの錫メッキした銅製端子板８を重ねあわせた。積層セル６に端子板８を重ねた状態で、さらに両外側に厚さ０．１０ｍｍのラミネートフィルム７を配置し、減圧下で外装フィルム７同士の重なった部分を熱融着することで、電気二重層コンデンサを形成した。
【００２４】
以上の方法で実施例１および従来例の電気二重層コンデンサを各１０個を作製し、ＥＳＲ、静電容量、製品厚みの測定を行った。また、７０℃、５．４Ｖ（１セルあたり０．９Ｖ）、１，０００時間の負荷を印加し室温まで冷却した後の上記特性についても測定した。
【００２５】
ここでＥＳＲは、１ｋＨｚ，１０ｍＶｒｍｓの交流電圧を印加して、電流と位相差を測定することで求めた。静電容量は１Ｈｚ，１０ｍＶｒｍｓの交流電圧を印加して、電流と位相差を測定することで求めた。製品厚みは、ノギスによって測定した。
【００２６】
実施例１及び従来例の電気二重層コンデンサの、特性測定結果を表１に示す。なお、ＥＳＲ及び静電容量、製品厚みの値はサンプル１０個の測定値の平均値で示した。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１より、実施例１と従来例のＥＳＲ及び静電容量、製品厚みを比べると、サンプル作製直後の製品厚みは実施例の方が良好な値を示している。また、ＥＳＲ及び静電容量は、従来例と同等値である。
【００２９】
製品厚みに関しては、図４と図５を比較してもわかるように、端子板８の厚み分実施例１の製品厚みが薄く出来ていることがわかる。またＥＳＲ及び静電容量の電気特性においても、実施例１は従来例と遜色ない値が得られていることから、積層セル６と重ねて配置する端子板８を用いなくても導電性ペースト１３のみで十分に電荷を集電することが出来ることがわかる。
【００３０】
また、電圧印加後の特性測定結果では、実施例１の方が従来例よりもＥＳＲ上昇及び静電容量減少率が少なく良好な値を示している。これらの要因として、従来例の端子板８に対して外装フィルム体１４が薄膜であり、積層セルの集電体に対して導電性ペースト１３が印刷された外装フィルム１１と密着しやすく、実施例１の方が、集電体／導電性ペースト間がより密着した状態で保持されるため、積層セルと導電性ペースト間の接触抵抗が安定することが理由として考えられる。  以上の結果より、外装フィルム内面に導電性ペーストを施すことで、リード端子板厚み分の薄型化が可能となり、さらに信頼性も向上させることが出来ることがわかる。
【００３１】
本発明を実施することにより、電気二重層コンデンサの製品において薄型化が可能となり、ＥＳＲ、静電容量において良好な結果が得られた。今回、電気二重層コンデンサについての実施例のみを示したが、電気二重層コンデンサに限らず、積層セルを外装フィルムで成形する電気化学素子の薄型化に適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】電気二重層コンデンサの単位セルの断面図。
【図２】電気二重層コンデンサの積層セルの模式図。
【図３】本発明および従来例のラミネート外装構造の電気二重層コンデンサ製品の外観図で、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は側面図。
【図４】従来のラミネート外装構造の電気二重層コンデンサで、図４（ａ）は断面図、図４（ｂ）は外装フィルムに端子板をセットした状態を示す説明図。
【図５】本発明のラミネート外装構造の電気二重層コンデンサで、図５（ａ）は断面図、図５（ｂ）は外装フィルムに導電性ペーストを印刷し電極端子をセットした状態を示す説明図。
【符号の説明】
【００３３】
１    分極性電極
２    セパレータ
３    ガスケット
４    集電体
５    単位セル
６    積層セル
７，１１    外装フィルム
８，１２    端子板
９，１３    導電性ペースト
１４    外装フィルム体
１５    電極端子
【図１】
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【図２】
2006041009.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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