(57)【要約】      （修正有）【課題】長期使用においても、容器内部に水や湿気が浸入するのを防止できるリチウムイオンキャパシタを提供する。【解決手段】容器蓋１２の貫通孔１４ｃに流動性を有する防水性シール材料が流入するのを阻止する治具Ｊを容器蓋１２の凸部１４ｂに嵌合する。ガスケット１７の露出部分１７ａ並びにガスケット１７の露出部分１７ａと容器８の開口端部８ａとの間に形成される境界部１８及びガスケット１７の露出部分１７ａと容器蓋１２との間に形成される境界部１９に流動性を有する防水性シール材料を塗布する。防水性シール材料が硬化した後に治具Ｊを除去して防水性シール部２１を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底筒状の金属製の容器と、
前記容器の内部に収納された電極群と、
前記電極群が収納された前記容器の開口部内に配置され、前記容器の開口端部がカーリング加工されて前記容器に対して固定された金属製の容器蓋と、
前記容器蓋の外縁部とカーリング加工された前記開口端部との間に配置され、透湿性を有する電気絶縁材料により形成されたガスケットとを備えたリチウムイオンキャパシタであって、
前記容器の前記開口端部と前記容器蓋との間から露出する前記ガスケットの露出部分が防水性シール部によって覆われていることを特徴とするリチウムイオンキャパシタ。
【請求項２】
前記ガスケットの前記露出部分と前記容器の前記開口端部との間に形成される境界部及び前記露出部分と前記容器蓋との間に形成される境界部が防水性シール部によって覆われている請求項１に記載のリチウムイオンキャパシタ。
【請求項３】
前記防水性シール部がエポキシ樹脂で形成されている請求項１または２に記載のリチウムイオンキャパシタ。
【請求項４】
前記防水性シール部がパーフロロエラストマーで形成されている請求項１または２に記載のリチウムイオンキャパシタ。
【請求項５】
前記容器蓋は、前記電極群の一方の極板と電気的に接続され且つ前記容器の内圧が予め定めた圧力以上に上昇すると開く開裂溝を備えた金属製の蓋本体と前記蓋本体と組み合わされる金属製の蓋キャップとから構成されており、
前記蓋キャップは、環状の平坦部及び前記平坦部の中央部から突出する凸部を有しており、
前記蓋キャップの前記凸部と前記蓋本体との間には、空隙部が形成されており、
前記蓋キャップには、前記凸部と前記平坦部とに跨るように形成されて、前記空隙部と外部とを連通する１以上の貫通孔が形成されており、
前記防水性シール部は、前記貫通孔を塞ぐことがないように形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のリチウムイオンキャパシタ。
【請求項６】
請求項５に記載のリチウムイオンキャパシタの製造方法であって、
前記容器の前記開口端部と前記容器蓋との間から露出する前記ガスケットの露出部分に流動性を有する防水性シール材料を塗布する前に、前記凸部に前記１以上の貫通孔に前記防水性シール材料が流入するのを阻止する治具を嵌合し、前記露出部分に塗布した前記防水性シール材料が硬化した後に前記治具を取り除くことを特徴とするリチウムイオンキャパシタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有底筒状の金属製の容器を備えたリチウムイオンキャパシタ及びその製造方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
大容量キャパシタ（例えば、５００Ｆ以上）として、リチウムイオン電池の利点と電気二重層キャパシタの利点とを組み合わせたリチウムイオンキャパシタが開発されている。最近開発が進められているリチウムイオンキャパシタ（特許文献１，２）では、一般に、正極活物質に活性炭、負極活物質にリチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素材が用いられている。リチウムイオンキャパシタは、予め負極板にリチウムイオンが吸蔵ないしドープされていることにより、負極電位が通常の電気二重層キャパシタの電位より低く保たれるため、使用電圧を高くすることができ、また、正極充放電機構として、通常の電気二重層キャパシタで利用される陰イオンの吸着に加え、陽イオンの吸着も利用できるため、容量を原理的に倍取り出すことができる。さらにリチウムイオンキャパシタは、リチウムイオン電池に比べて容量は小さいものの、内部抵抗が小さく出力特性の点で優れるとともに、長寿命であるという利点がある。
【０００３】
このようなリチウムイオンキャパシタの構造として、巻回された電極群を用いるものが知られている（特許文献３）。従来、巻回された電極群を用いる場合には、有底円筒状の金属製の容器の内部に電極群を収納している。そして容器の開口部内に金属製の容器蓋を配置し、容器の開口部と容器蓋との間に電気絶縁性を有するガスケットを配置した状態で、容器の開口端部近傍の周壁部をカーリング加工することにより、容器蓋を開口部に対して固定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２９４５３９号公報
【特許文献２】特開２００６−２８６８４１号公報
【特許文献３】特開２００７−６７１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなリチウムイオンキャパシタは、電解液としてリチウム塩と非水系溶媒を用いており、容器内部に水や湿気が浸入すると著しい特性劣化や発熱の原因となる。従来では、ゴム系材料の絶縁性ガスケットで水や湿気の浸入を防いでいたが、長期使用においては、ゴム系材料の透湿性のために完全に水や湿気の浸入を阻止するのは困難であった。
【０００６】
本発明は、長期使用においても、容器内部に水や湿気が浸入するのを低減できるリチウムイオンキャパシタ及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明が改良の対象とするリチウムイオンキャパシタは、有底筒状の金属製の容器と、容器の内部に収納された電極群と、電極群が収納された容器の開口部内に配置され、容器の開口端部がカーリング加工されて容器に対して固定された金属製の容器蓋と、容器蓋の外縁部とカーリング加工された容器の開口端部との間に配置され、透湿性を有する電気絶縁材料により形成されたガスケットとを備えている。本発明では、容器のカーリング加工された開口端部と容器蓋との間から露出するガスケットの露出部分を防水性シール部によって覆っている。ガスケットの露出部分が防水性シール部によって覆われていると、ガスケットを通して水や湿気が浸入することを著しく低減することができる。その結果、本発明によれば、リチウムイオンキャパシタの長寿命化を図ることができる。
【０００８】
またガスケットの露出部分と容器の開口端部との間に形成される境界部及び露出部分と容器蓋との間に形成される境界部を防水性シール部によって覆うと、境界部から水や湿気をさらに著しく低減することができて、更に長寿命化を図ることができる。
【０００９】
防水性シール部は、エポキシ樹脂、パーフロロエラストマー等の防水性シール材料により形成することができる。
【００１０】
容器蓋の構造は任意である。容器蓋は、例えば、電極群の一方の極板と電気的に接続され且つ容器の内圧が予め定めた圧力以上に上昇すると開く開裂溝を備えた金属製の蓋本体と、この蓋本体と組み合わされる金属製の蓋キャップとから構成することができる。蓋キャップは、環状の平坦部及び平坦部の中央部から突出する凸部を有しており、蓋キャップの凸部と蓋本体との間には、空隙部が形成されている。蓋キャップには、凸部と平坦部とに跨るように形成されて、空隙部と外部とを連通する１以上の貫通孔が形成されている。貫通孔は、蓋本体の開裂溝が開いた際に、容器内部の気体を外部に放出する役割を果たす。このような構造の容器蓋を用いる場合には、防水性シール部は、貫通孔を塞ぐことがないように形成する。このようにすれば、開裂溝が開いた際に容器内部の気体を外部に確実に放出できる。
【００１１】
本発明のリチウムイオンキャパシタを製造するには、容器の開口端部と容器蓋との間から露出するガスケットの露出部分に流動性を有する防水性シール材料を塗布する前に、蓋キャップの凸部に１以上の貫通孔に防水性シール材料が流入するのを阻止する治具を嵌合する。そして、露出部分に塗布した防水性シール材料が硬化した後に治具を取り除く。このようにすれば、貫通孔を防水性シール材料で塞ぐことなく、容易に防水性シール部を形成できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、リチウムイオンキャパシタの長期使用においても、防水性シール部によりガスケットの露出部分を覆ったので、ガスケットを通して容器内部に水や湿気が浸入するのを有効に防止できる。そのため、リチウムイオンキャパシタの著しい特性劣化や発熱を防止できて、リチウムイオンキャパシタの寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明が適用可能な実施形態のリチウムイオンキャパシタの平面図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】（Ａ）は実施形態のリチウムイオンキャパシタの極板の捲回前の平面図であり、（Ｂ）は極板を構成する集電体の平面図である。
【図４】極板のリード片形成部近傍を模式的に示す拡大断面図である。
【図５】電極群を捲回する前の状態を模式的に示す説明図である。
【図６】電極群を模式的に示す外観斜視図である。
【図７】図６のＭ部を模式的に表す部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明を円筒状リチウムイオンキャパシタに適用した実施の形態について説明する。
【００１５】
（構成）
＜全体構成＞
図１及び図２（図１のII−II線断面図）に示すように、本実施の形態のリチウムイオンキャパシタ３０（以下、キャパシタ３０と略称する。）は、ニッケルメッキが施されたスチール製有底円筒状の容器（缶）８を有している。容器８内には、電極群７が収容されている。図５に示すように、電極群７は、中空円筒状で縦方向に複数本（本例では３本）のスリットが形成されたポリプロピレン製軸芯１に帯状の正極板２および負極板３が第１のセパレータ４Ａまたは第２のセパレータ４Ｂを介して捲回されて構成されている。ドーピング前の電極群７内には、１枚の金属リチウム板Ｗ５が配置されている。正極板２は、２枚の分割正極板２Ａ,２Ｂから構成されている。第１及び第２のセパレータ４Ａ，４Ｂとしては、クラフト紙等の多孔質基材を用いることができる。
【００１６】
＜正極板＞
前述のように、正極板２は、捲回方向に並ぶ２枚の分割正極板２Ａ，２Ｂから構成されている。分割正極板２Ａ，２Ｂは、長さ寸法を除いて同じ構造を有している。図３及び図４に示すように、分割正極板２Ａ，２Ｂは、例えば、アルミニウム箔（正極集電体）Ｗ１の両面に、正極活物質合剤Ｗ２が塗着されて構成されている。正極活物質合剤Ｗ２は、例えば、活性炭と、アクリル系バインダからなる結着剤と、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）からなる分散剤との混合物を用いることができる。アルミニウム箔Ｗ１は、長手方向に沿う一側が櫛状に切り欠かれており、この切り欠き残部からなる正極リード片２ａと、正極リード片２ａに隣接して多数の貫通孔が形成された孔明き形成部とで構成されている。また、孔明き形成部は、長手方向に沿ってリード片形成部に隣接する箇所に貫通孔が形成されていない貫通孔未形成部を有している。この孔明き形成部に該孔明き形成部の幅方向の長さに満たない長さで上述した正極活物質合剤Ｗ２が塗着されている。
【００１７】
また、正極活物質合剤Ｗ２が塗着された孔明き形成部の正極リード片２ａ側の端部の断面は、図４に示すように、正極活物質合剤Ｗ２が乾燥する前のスラリ状態で最も外側の（貫通孔未形成部に最も近い）貫通孔まで流動して該貫通孔に入り込むことで、塗工表面に対して鈍角状（σ）に傾斜している。
【００１８】
＜負極板＞
一方、負極板３も図３及び図４に示すように、正極板２とほぼ同じ構造を有している。すなわち、負極板３は、例えば、銅箔（負極集電体）Ｗ３の両面に負極活物質合剤Ｗ４が塗着されている。負極活物質合剤Ｗ４としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な非晶質炭素と、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）からなる結着剤と、アセチレンブラック等の導電助材との混合物を用いることができる。銅箔Ｗ３は、長手方向に沿う一側が櫛状に切り欠かれており、この切り欠き残部からなる負極リード片３ａと、負極リード片３ａに隣接して配置され多数の貫通孔が形成された孔明き形成部とで構成されている。また、孔明き形成部は、長手方向に沿ってリード片形成部に隣接する箇所に貫通孔が形成されていない貫通孔未形成部を有している。この孔明き形成部に該孔明き形成部の幅方向の長さに満たない長さで上述した負極活物質合剤Ｗ４が塗着されている。
【００１９】
また、正極板２と同様に、負極活物質合剤Ｗ４が塗着された孔明き形成部の負極リード片３ａ側の端部の断面は、図４に示すように、負極活物質合剤Ｗ４が乾燥する前のスラリ状態で最も外側の（貫通孔未形成部に最も近い）貫通孔まで流動して該貫通孔に入り込むことで、塗工表面に対して鈍角状（σ）に傾斜している。
【００２０】
＜金属リチウム板＞
金属リチウム板Ｗ５の総充填量は、負極板３の負極活物質合剤にリチウムイオンを十分ドーピング可能な量に設定されるが、このような総充填量は負極活物質の材質、量を考慮して論理計算を行うとともに、実際にリチウムイオンのドーピングを行って十分にドーピングされたかを確認することで設定することができる。本実施形態では、金属リチウム板Ｗ５をそのまま電極群７の中央領域において、負極板３上に配置する（図５〜図７参照）。
【００２１】
＜電極群＞
図５〜図７に示すように、電極群７は、正極板２（分割正極板２Ａ，２Ｂ）と負極板３とが、両極板が直接接触しないように、厚さ２枚の第１のセパレータ４Ａまたは第２のセパレータ４Ｂを介して、軸芯１を中心として断面渦巻き状に捲回されて構成されている。そして、電極群７の径方向の中央領域において、金属リチウム板Ｗ５の捲回層が位置するように金属リチウム板Ｗ５が負極板３上に配置されている。なお、金属リチウム板Ｗ５は圧力を加えると粘性を持つため、負極板３に予め圧接により固定することもできる。図５及び図７（図６のＭ部の部分拡大図）に示すように、正極板２を構成する分割正極板２Ａ，２Ｂは、金属リチウム板Ｗ５の上に第１及び第２のセパレータ４Ａ，４Ｂが直接重なるように捲回方向に所定の間隔をあけて配置されており、第１及び第２のセパレータ４Ａ，４Ｂの間に順次挿入されて捲回されている。このようにすることにより、金属リチウム板Ｗ５は、セパレータ４Ａ，４Ｂを介して正極板２（分割正極板２Ａ，２Ｂ）と対向することはない。上述した正極リード片２ａと負極リード片３ａとは、それぞれ電極群７の互いに反対側に配置されており、セパレータ４Ａ，４Ｂの端から所定長さはみ出している。電極群７は、正極板２、負極板３、セパレータ４Ａ，４Ｂ等の長さを調整することで、所定の内直径および所定の外直径に設定されている。なお、電極群７の捲回終端部は、巻き解けを防止するために、粘着テープを貼り付けることで固定されている。
【００２２】
＜電極群の収納構造＞
前述したように、電極群７は、ニッケルメッキが施されたスチール製有底円筒状の容器８の内周部に収容されている。そして、図２に示すように、電極群７の下側には、電極群７の下端側端面に対向するように、負極板３からの電位を集電するための銅製の負極集電リング６が配置されている。負極集電リング６の内周面には軸芯１の下端部外周面が嵌着されている。負極集電リング６の外周縁には、負極板３から導出された負極リード片３ａの先端部が超音波溶接で接合されている。
【００２３】
一方、電極群７の上側には、電極群７の上端面と対向するように、軸芯１のほぼ延長線上に分割正極板２Ａ，２Ｂからの電位を集電するためのアルミニウム製の正極集電リング５が配置されている。正極集電リング５は軸芯１の上端部に嵌着されている。正極集電リング５の周囲から一体に張り出している周縁には、分割正極板２Ａ，２Ｂから導出された正極リード片２ａの先端部が超音波溶接で接合されている。
【００２４】
正極集電リング５の上方には、正極端子を構成する容器蓋１２が配置されている。容器蓋１２は、電極群７の上に配置された蓋本体１３と、この蓋本体１３と組み合わされる蓋キャップ１４とから構成されている。蓋本体１３は、アルミニウムにより形成されており、蓋キャップ１４は、容器８と同様にニッケルメッキが施されたスチールにより形成されている。蓋キャップ１４は、環状の平坦部１４ａと、平坦部１４ａの中央部から突出する凸部１４ｂとを有している。容器蓋１２は、蓋キャップ１４の平坦部１４ａの外周部が蓋本体１３の縁部にカーリング加工されて（かしめられて）構成されている。蓋キャップ１４の凸部１４ｂと蓋本体１３との間には、空隙部１５が形成されている。そして、凸部１４ｂと平坦部１４ａとに跨る部分には、容器蓋１２の空隙部１５と外部とを連通する４つの貫通孔１４ｃが形成されている。４つの貫通孔１４ｃは、凸部１４ｂの周方向に等しい間隔をあけて形成されている。
【００２５】
蓋本体１３には、容器８の内圧が予め定めた圧力以上に上昇すると開く開裂溝が形成されている。蓋キャップ１４に形成された４つの貫通孔１４ｃは、蓋本体１３の開裂溝が開いた際に容器内部の気体を外部に放出する役割を果たしている。正極集電リング５の上面には、リボン状のアルミニウム箔を積層した２本の正極端子部のうち１本の正極端子部１０Ａの一端が接合されている。正極端子部のもう１本の正極端子部１０Ｂは、容器蓋１２を構成する蓋本体１３の外底面に溶接されている。また、２本の正極端子部１０Ａ，１０Ｂの他端同士も接合されている。これにより、蓋本体１３は、電極群７の一方の極板（正極板）と電気的に接続される。
【００２６】
容器蓋１２は、絞り加工が施されて開口部近傍に円環状の段部８ｂが形成された容器８の開口部内に挿入され、段部８ｂの上に配置されている。そして容器８の開口端部８ａが、透湿性及び耐熱性を有する電気絶縁材料により形成されたゴム系材料のガスケット１７を介して、容器蓋１２に近づくようにカーリング加工（かしめ加工）されている。その結果、カーリング加工された開口端部８ａと段部８ｂとの間に、容器蓋１２がガスケット１７を介して挟まれた状態で固定されている。これにより、キャパシタ３０の内部は密封される。
【００２７】
そして、容器８の開口端部８ａと容器蓋１２との間から露出するガスケット１７の露出部分１７ａ並びにガスケット１７の露出部分１７ａと容器８の開口端部８ａとの間に形成される境界部１８及びガスケット１７の露出部分１７ａと容器蓋１２との間に形成される境界部１９が、防水性シール部２１によって覆われている。防水性シール部２１は、エポキシ樹脂、パーフロロエラストマー等からなる防水シール材料を用いて形成されている。防水性シール部２１は、貫通孔１４ｃを塞ぐことがないように形成されている。
【００２８】
容器８内には、電極群７全体を浸潤可能な量の非水電解液（不図示）が注液されている。非水電解液には、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを体積比３０：５０：２０の割合で混合した溶媒中にリチウム塩として６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を溶解した溶液を用いることができる。
【００２９】
（リチウムイオンキャパシタの製造段階における防水性シール部の形成方法）
次に防水性シール部２１の形成方法について説明する。まず、容器蓋１２の貫通孔１４ｃに流動性を有する防水性シール材料が流入するのを阻止する治具Ｊ（図２において破線で示す）を容器蓋１２の凸部１４ｂに嵌合する。次に、ガスケット１７の露出部分１７ａ並びにガスケット１７の露出部分１７ａと開口端部８ａとの間に形成される境界部１８及びガスケット１７の露出部分１７ａと容器蓋１２との間に形成される境界部１９に流動性を有する防水性シール材料を塗布する。そして防水性シール材料が硬化後に、治具Ｊを除去して防水性シール部２１の形成を完了した。例えば、流動性を有する熱硬化性エポキシ樹脂材料を防水性シール材料として用いる場合には、熱硬化性エポキシ樹脂材料が硬化するまで加熱炉内でキャパシタを加熱する。なお治具Ｊの表面に、予め剥離剤を塗布しておくと、治具Ｊの取り外しが容易になる。
【００３０】
（作用）
本実施の形態によれば、防水性シール部２１を設けたことにより、リチウムイオンキャパシタが長期に使用されても、ガスケット１７を通して、またガスケット１７と容器８との間の境界部１８及びガスケット１７と容器蓋１２との間の境界部１９から、容器８内部に水や湿気が浸入するのを防止できる。特に、本実施の形態では、防水性シール部２１が、貫通孔１４ｃを塞ぐことがないので、蓋本体１３の開裂溝が開いた際に容器８内部で発生したガスを外部に確実に放出できる。
【００３１】
なお防水性シール部２１は、少なくともガスケット１７の露出部分を覆っていればよい。
【符号の説明】
【００３２】
７  電極群
８  容器
８ａ  開口端部
１２  容器蓋
１３  蓋本体
１４  蓋キャップ
１４ａ  平坦部
１４ｂ  凸部
１７  ガスケット
１５  空隙部
２１  防水性シール部
Ｊ  治具
【図１】
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【図２】
2011138817.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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