(57)【要約】【課題】アルミラミネートシートの外装体を用いてシール構造の信頼性が高く、液漏れの心配の少ない電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタのような蓄電素子を提供することを目的とする。【解決手段】正極７と負極４とを有する電極エレメント２と、金属箔の一面９ｉに樹脂層を設けたシート材を樹脂層どうしが向かい合うように重ね、外縁部分９ｓを熱融着することにより袋状をなし、電極エレメント２および電極エレメント２に保持させる電解液を内部に密閉収納する外装体９と、外装体９の内部で正極７と負極４のそれぞれに接続され、外装体９の熱融着部分９ｓより内側の部分から端部１０ｒが露出する端子１０と、を備えるように構成した。【選択図】図１
2011086760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属箔の一面に樹脂層が設けられたシート材からなり、前記樹脂層どうしが向きあうように重ね合わせたシート材の外縁部が熱融着されて袋状をなす外装体と、
正極と負極とを有し、電解液とともに前記外装体の内部に密閉収納された電極エレメントと、
前記外装体の内部で前記正極と負極のそれぞれに接続され、前記外装体の外縁部より内側の部分から端部が露出する端子と、
を備えたことを特徴とする蓄電素子。
【請求項２】
前記電極エレメントは平板状をなすとともに、それぞれ前記正極および負極から前記電極エレメントの面方向の外側に引き出された導電部を有し、
前記端子は、前記正極および負極と、それぞれ前記導電部を介して接続されるとともに、前記端子の端部は、前記導電部との接続部分から前記厚み方向に沿って延びていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電素子。
【請求項３】
前記正極の端子と前記負極の端子が前記電極エレメントの厚み方向において反対側から露出することを特徴とする請求項２に記載の蓄電素子。
【請求項４】
前記正極の端子と前記負極の端子が前記電極エレメントの厚み方向において同じ側からから露出することを特徴とする請求項２に記載の蓄電素子。
【請求項５】
前記端子のそれぞれが前記電極エレメントの厚み方向において両側から露出することを特徴とする請求項２に記載の蓄電素子。
【請求項６】
前記端子には、前記外装体の内部側から外部側に連通する連通孔が設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の特電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解液を保持する電極エレメントがアルミラミネートシートの外装体に収納された蓄電素子の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタは、正極集電板に分極性電極が密着されてなる正極と負極集電板に分極性電極が密着されてなる負極とセパレータとからなる電極エレメントが電解液を保持したもので、セパレータを挟んで正極と負極とが相対して配置され、電解液中において分極性電極の表面に形成される電気二重層の静電容量を利用した蓄電素子である。また、電気二重層キャパシタとリチウムイオン二次電池のハイブリッドであるリチウムイオンキャパシタでは、正極に電気二重層キャパシタの電極材料を負極にリチウムイオン二次電池の電極材料を使用している。
【０００３】
上記のような電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ（まとめてキャパシタと称する）のような蓄電素子は、二次電池のような酸化還元反応を利用した蓄電素子とは異なり、活性炭の細孔へのイオンの出入りで充放電が行なわれるために電気化学反応を伴わないので、非常に高速の放充電が可能である。一方、電解質として、液体の電解液を用いているので、蓄電素子から電解液が漏出しないような密閉性の筺体構造を設ける必要がある。
【０００４】
そこで、可撓性のあるアルミラミネートシートにより電解液を保持した電極エレメントを挟み、外部に導出する集電端子とともにアルミラミネートシートの外縁部分を重ね合わせて熱融着することにより、電極エレメントを外部から密閉するコンパクトな蓄電素子が提案されている。（例えば、特許文献１または特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３７０２８号公報（段落００１４、図１）
【特許文献２】特開２００８−１５３２８２号公報（段落０００８、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような構成では、集電端子をアルミラミネートの内層樹脂と一緒に熱融着してシール構造を形成する必要があり、集電端子をシート状にする必要があるが、大電流を必要とする場合には、集電端子の断面積を稼ぐ必要があり、シート状端子の幅を広くするか、厚みを増大させる必要がある。しかし、幅を広くする場合、シール部分において異物となる集電端子部分の長さが多くなり、厚みを増大した場合、シール部分での集電端子が挿入される部分でのアルミラミネートシートの変形や集電端子の熱容量による熱融着条件の不安定化など、シール不良を引き起こす可能性があった。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、アルミラミネートシートの外装体を用いてシール構造の信頼性が高く、液漏れの心配の少ない電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタのような蓄電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】
【０００８】
本発明の蓄電素子は、金属箔の一面に樹脂層が設けられたシート材からなり、前記樹脂層どうしが向きあうように重ね合わせたシート材の外縁部が熱融着されて袋状をなす外装体と、正極と負極とを有し、電解液とともに前記外装体の内部に密閉収納された電極エレメントと、前記外装体の内部で前記正極と負極のそれぞれに接続され、前記外装体の外縁部より内側の部分から端部が露出する端子と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の蓄電素子によれば、ラミネートシートの熱融着部分より内側のシートを貫通させて電極からの端子を露出するようにしたので、熱融着部分の信頼性が高く、液漏れの心配の少ない電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタのような蓄電素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る蓄電素子の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る蓄電素子の内部構成を説明するための断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る蓄電素子の構造と製造方法を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る蓄電素子の構造と製造方法を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る蓄電素子の構造と製造方法を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る蓄電素子の外装材の構造を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る蓄電素子の集電端子の取出し部分の構成を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る蓄電素子の集電端子の変形例の構成を説明するための断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る蓄電素子の集電端子の他の変形例の構成を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る蓄電素子の複数を接続して構成した蓄電ユニットの構成を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る蓄電素子の内部構成を説明するための断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る蓄電素子蓄電素子の複数を接続して構成した蓄電ユニットの構成を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る蓄電素子蓄電素子の複数を接続して構成した蓄電ユニットの構成を説明するための図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に係る蓄電素子の内部構成を説明するための断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態３に係る蓄電素子の構成を説明するための上面図である。
【図１６】本発明の実施の形態４に係る蓄電素子の構造を説明するための図である。
【図１７】本発明の実施の形態４に係る蓄電素子の外装材の構造を説明するための図である。
【図１８】本発明の実施の形態４に係る蓄電素子の外観を示す斜視図である。
【図１９】本発明の実施の形態４に係る蓄電素子の内部構成を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１〜図１０は、本発明の実施の形態１にかかる蓄電素子を説明するためのもので、図１は蓄電素子の外観を示す斜視図、図２は蓄電素子の内部構成を示すための図１のII−II線における断面図、図３〜図６は蓄電素子の構造と製造方法を説明するための図、図７は端子（集電端子）を外部に取り出すための構成を説明するための断面図である。また、図８と図９は蓄電素子の集電端子取り出し部分の構成の変形例を説明するための断面図、図１０は蓄電素子を接続した蓄電ユニットの構成を示す図である。
【００１２】
なお、本実施の形態１および後述する各実施の形態において、負極活物質と導電助剤とをバインダにより結着させた部位を負極活物質層といい、負極活物質層を集電体と一体化させたものを負極という。正極に関しても同様に、正極活物質と導電助剤とをバインダにより結着させた部位を正極活物質層といい、正極活物質層を集電体と一体化させたものを正極という。以後、正極と負極の両方もしくはどちらか一方を電極と呼ぶ場合がある。これらの負極と正極との間に電子絶縁性で多孔性のセパレータを配置し、正極、負極及びセパレータを合わせて積層、巻回もしくは折りたたんで構成される部材を電極エレメントと呼ぶ。
【００１３】
はじめに、本発明の実施の形態１による蓄電素子の構成の概要を説明する。蓄電素子１は、後述するように正極、負極及びセパレータを合わせて積層、巻回もしくは折りたたんで構成された略平板状の電極エレメントが、電解液を含んだ状態でアルミラミネートシートによる外装体９に内包されている。そのため、外観上は、図１に示すように、電極エレメントを包む外装体９と、内部で正極または負極と接続され、外装体９であるアルミラミネートシートの外縁部分９ｓより内側の部分を貫通して棒状の端部１０ｒが外部に露出する集電端子１０、および、集電端子１０の外装体９との隙間を塞ぐための封口キャップ１３が表れている。以下、電気二重層キャパシタの電極エレメントを用いた蓄電素子の内部構造の構成例について説明する。
【００１４】
図２は図１のII−II線により切断した面で、略平板板状の蓄電素子の厚み方向が紙面の上下方向に沿う断面図であり、本実施の形態１にかかる蓄電素子の特徴的な部分の構造を示す図である。蓄電素子１の電極エレメント２は負極４と、正極７と、負極４と正極７との間に挟まれたセパレータ８とを有している。電極エレメント２を内包する外装体９はアルミラミネートシート製で、略平板状の４辺に位置する外縁部９ｓを熱融着することにより、電解液を保持する電極エレメント２を外部から密閉する。
【００１５】
負極４は、負極集電箔４ｃの両面に一部を残して負極活物質４ａが塗布されたもので、負極集電箔４ｃのうち、負極活物質４ａが塗布されていない部分４Ｌが側面で束ねられ、アルミ製の集電端子１０Ｎ（−端子）とアルミ製の止め具１１で固定されることにより電気的に接続されている。集電端子１０Ｎはガスケット１２を介してアルミラミネートシート製の外装体９の外側へ導出されている。同様に、正極７は、正極集電箔７ｃの両面に一部を残して正極活物質７ａが塗布されたもので、正極集電箔７ｃのうち、正極活物質７ａが塗布されていない部分７Ｌが負極４とは反対側の側面で束ねられ、アルミ製の集電端子１０Ｐ（＋端子）とアルミ製の止め具１１で固定されることにより電気的に接続されている。集電端子１０Ｐもガスケット１２を介してアルミラミネートシート製の外装体９の外側へ導出されている。このとき、封口キャップ１３によりガスケット１２が外装体９の外面９ｅに押しつけられ、集電端子１０Ｐや１０Ｎ（まとめて集電端子１０と称する）が外装体９を貫通する部分において外装体９とガスケット１２、ガスケット１２と集電端子１０との隙間がなくなり、蓄電素子１の内部は外部から密閉されることになる。
【００１６】
ここで、正極集電端子１０Ｐと負極集電端子１０Ｎが、それぞれII−II線方向における反対側に取り付けているのは、後述するように蓄電素子１を直列接続するのに適した配置にするためである。電気二重層キャパシタの場合は、集電端子１０Ｐも１０Ｎも同じ材料のものを使用することができるが、その場合、設置した場所（接続した集電箔）によってＰ（正極側）になるかＮ（負極側）になるかが決まる。一方、リチウムイオンキャパシタとする場合には、負極側の集電端子１０Ｎとして銅、ニッケルもしくはニッケルメッキ銅製の集電端子を使用する。
【００１７】
本実施の形態の蓄電素子１に使用した外装体９に用いるアルミラミネートシートは、アルミニウム金属箔の一方の面にナイロン層が重ねられ、他方の面にポリプロピレン層が重ねられており、ナイロン層が重ねられた面が、電極エレメント２を包んだ際に外側（外面９ｅ）となり、ポリプロピレン層が重ねられた面が、内側（内面９ｉ）となる。アルミラミネートシートの外面用の層材料としては、ナイロンなどのポリアミド層の代わりに、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル類やポリプロピレン等の樹脂の層としてもよく、異なる樹脂を複数層積層してもよい。また、内面用の層材料としては、ポリプロピレン層の代わりに、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂等の熱可塑性樹脂の層としてもよい。また、中間層としてフッ化水素保護層や水分トラップ層を設けたアルミラミネートシートを外装材として使用しても良い。
【００１８】
つぎに、製造方法について説明する。本実施の形態における正極７の作製方法としては、正極活物質としての活性炭と導電助剤としてのカーボンブラックとゴム系バインダとを溶剤と一緒に混合し、均一に分散させてペーストを作製し、アルミ製の正極集電箔７ｃの両面に塗工し、乾燥後、プレスして正極集電箔７ｃ上に正極活物質層７ａを有するシート状の正極７とした。ここで、正極７には正極集電箔７ｃの両面に正極活物質層７ａを形成しない部分を設け、正極集電箔７ｃと集電端子１０Ｐとの電気的接続を容易にしている。
【００１９】
負極４の作製方法も正極７と同様であり、アルミ製の負極集電箔４ｃ上に負極活物質層４ａを有するシート状の負極４とした。ここでは電気二重層キャパシタを例としているので、正極７と負極４の使用材料は同じでかまわないが、リチウムイオンキャパシタとする場合は負極集電箔に銅箔を、負極活物質層の活物質には黒鉛等を使用する。
【００２０】
作製した正極７と負極４の間には多孔性で電子絶縁性を有するセルロース製のセパレータ８を図３のように配置し、図示しない２枚の巻き芯で挟みＲ−Ｒ軸を中心に負極４が正極７の外側にくるように回転させて巻回形の電極エレメント２の準備段階である電極エレメント２Ｐを作製した。ただし、実際には図４（ａ）に示すように、２つの回転軸Ｒ１−Ｒ１とＲ２−Ｒ２を交互に中心とすることで、扁平になるように巻き上げている。つぎに集電箔４ｃ、７ｃのうち、電極エレメント２Ｐにおける４隅（４ｃＥ、７ｃＥ）に位置する部分を切断する。そして、図４（ｂ）のように正極集電箔７ｃのうち、導電部として機能する部分７Ｌを中央で束ねるように成形すると同時に正極集電箔７ｃに集電端子接続用の穴を開けた。負極集電箔４ｃに関しても正極集電箔７ｃと同様に加工する。これにより、巻回形で略平板形状の電極エレメント２が完成する。
【００２１】
このとき、負極４、正極７の集電体である集電箔４Ｃ、７Ｃの活物質を塗布していない部分が、扁平形状の形成にともなって側面側に位置する４ＣＥ、７ＣＥ部分を切除されたことにより、複数枚に分離される。分離された部分は、集電端子１０と接続するための導電部４ＣＬ、７ＣＬとして機能するが、それぞれが厚み方向にシートを積層したような状態となっている。そのため、負極４と正極７の部分のうち、集電端子からの距離が短く有効に機能する部分は、扁平形状の厚み方向に隣接する部分となる。つまり、電極エレメント２は、シート状の負極４、セパレータ８、正極７を厚み方向に積層し、積層方向の両端には負極４が配置されるようにした略平板状の積層体の電極エレメントと同様に機能することになる。
【００２２】
したがって、ここでは巻回形の電極エレメント２を例としているが、巻回方式ではなく、後述するようにシート状の負極４、セパレータ８、シート状の正極７、セパレータ８の順に積層していく積層構造の電極エレメントでもよい。また、正極活物質層及び負極活物質層を集電箔の片面に塗工した正極及び負極を用い、正極と負極の間にセパレータを配置し折りたたんで電極エレメントを構成してもよい。
【００２３】
つづいて、図５のように電極エレメント２の正極側の導電部７Ｌに開けた穴に集電端子１０Ｐの棒状の端部１０Ｐｒを通してから止め具１１を用いてかしめ、正極７と集電端子１０Ｐを電気的に接続した。負極側の導電部４Ｌに関しても正極７と同様にして負極４と集電端子１０Ｎを電気的に接続させた。つまり、集電端子１０を、平板状の電極エレメント２の面方向における電極４、７のエリア（電極として機能する部分）の外側であって、電極エレメント２の厚み方向の内側部分で接続し、外装体９から露出する棒状の端部１０ｒを、それぞれ厚み方向に沿ってそれぞれ反対側に延びるように設置した。
【００２４】
ここで、集電端子１０と止め具１１はかしめにより電気的に接続しているが、集電端子１０をボルトのようなものとし、止め具１１をナットのような構造としてもよくザガネやワッシャーなどを入れても良い。また、止め具１１と正極集電箔７ｃ、止め具１１と負極集電箔４ｃとを超音波溶接してかしめと併用することで集電性を高めることができる。図５に示したように、実施の形態１では長方形の止め具を使用しているが、これは集電箔４ｃや７ｃと止め具１１の超音波溶接やガスケット１２、止め具１１の熱融着をし易くするためであり、止め具１１の構造はドーナツ型などの形状でもかまわない。
【００２５】
つぎに、外装体９の準備を行う。図６は２枚のアルミラミネートシートをそれぞれプレス成形して電極エレメント２を収納する空間を形成したアルミラミネート外装材９Ａと９Ｂである。成形したアルミラミネート外装材９Ａと９Ｂに穴９Ｈを開け、図７（ａ）に示したようなガスケット１２をはめ込む。ガスケット１２には集電端子１０を導出するための穴１２Ｈを開けており、ガスケット１２をはめこむと、図６のVIIｂ線の切断面（ガスケット１２を基にした位置で示すと図７（ａ）のVIIb-VIIb線）部分は、図７（ｂ）のようになる。
【００２６】
そして、図１、図２に示したように、集電端子１０をガスケット１２の穴に通し、外装体９の外側から封口キャップ１３を取り付け外装体９内に電極エレメント２を収納した。更に上下のアルミラミネート外装９Ａ、９Ｂのフランジ部９ｓのうち、一方向（図１の場合、４辺の内の一辺）を残して熱融着し、所定量の電解液を電極エレメント２に含浸させて外装体９の残りの一方向を真空封口することで図１のような蓄電素子1を作製した。封口キャップ１３は集電端子１０と固定できる構造を有し、ガスケット１２を押さえつけることで蓄電素子１の密閉性を保つことができる。封口キャップ１３と集電端子１０の固定は例えば、集電端子１０にネジ山を掘り、封口キャップ１３にネジ溝を掘ることで固定できる。また、接着剤等を用いて固定してもよく、かしめ構造やはめ込み構造を用いることで集電端子１０と封口キャップ１３の固定も可能である。封口キャップ１３と外装体９の外側９ｅを接着することでも封口キャップ１３の固定は可能となる。
【００２７】
＜ガスケットの変形例＞ 
上記説明で示したガスケット１２の構造は一例であり。例えば図８のような変形例に示すように、一体型ではなく、アルミラミネート外装９の外面９ｅ側に配置したガスケット１１２ａと内面９ｉ側に配置したガスケット１１２ｂに分割した分割型でもよい。ガスケットはＯ-リングやゴムシート、樹脂シートなどであり、分割したガスケット１１２ａ、ガスケット１１２ｂの材料としては、少なくとも一方は、非透過性（密閉できる材質）を有し、外装体９のアルミニウム層に触れる部分は絶縁性を有するゴム系の材料がよい。ゴム系の材料としては、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、シリコンゴム、フッ素ゴム、スチレン・ブタジエンゴムなどが用いられる。
【００２８】
上記変形例のように、外側のガスケット１１２ａと内側のガスケット１１２ｂの材質を変えることで、密閉性の向上が期待できる。例えば、外側のガスケット１１２ａの材質を気体透過性の低い（密閉性の高い）素材を使用し、内側のガスケット１１２ｂの素材を電解液に対する耐溶解性が高い材質を使用することで機能分離が可能である。また、ガスケットの材質をアルミラミネートシート外装と同様の素材を用いることで、熱融着によるアルミラミネート外装９Ａ、９Ｂとガスケットとのシールが可能である。例えば、アルミラミネート外装９Ａ、９Ｂの内側にポリプロピレンを使用した場合はガスケット１１２ｂにもポリプロピレンを使用すると外装体９の内側９ｉとガスケット１１２ｂを熱融着することで密閉性が向上する。また、ガスケット１１２ｂに金属融着性の変性ポリプロピレン等を使用した場合、止め具１１とガスケット１１２ｂと外装体９の一体化が熱溶着で可能となり密閉性が向上する。
【００２９】
また、一体型および分割型どちらのガスケットでも、ガスケット１２（１１２も含めて）と外装体９、もしくはガスケット１２と集電端子１０の押し付け圧力を調整することで、蓄電素子１の内圧が上昇した場合にガスケット１２をガス放出弁として使用することが可能である。例えば、封口キャップ１３と集電端子１０の締め付け具合を調整することで、蓄電素子１の内圧が２気圧以上になるとガスケット１２と集電端子１０の隙間から蓄電素子１内で発生したガス成分を放出するようにすることが可能となる。また、ガスケット１２と集電端子１０の接触部位にシリコングリースやフッ素グリース等のシール剤を付与し、封口キャップ１３でオイルシールする構造でもよい。
【００３０】
＜集電端子の変形例＞ 
上記のようなガス放出弁の機能を集電端子に持たせることも可能である。図９は本実施の形態における集電端子の変形例を説明するための外装体９に取り付けられた集電端子近傍のガス抜き構造を示す要部断面図である。ガス抜き構造部以外は、図２に示す集電端子１０と同様で、同じ符号をつけた他の部材も同様に作製している。図９（ａ）において、集電端子１１０にはガス抜き用の連通孔１１０Ｈが設けられ、連通孔１１０Ｈの出口は封口材２０で封口されている。封口材２０の材質は、ガス非透過性であればよく、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、シリコンゴム、フッ素ゴム、スチレン・ブタジエンゴムなどのゴム系材料が用いられる。ゴム系材料の場合、蓄電素子１内でガス発生が起きて内圧が上がれば、封口材２０が変形し、連通孔１１０Ｈの出口と封口材２０の間に隙間ができて蓄電素子１の外部に発生ガスを放出可能であり、ガス放出後変形した封口材２０の形状がゴム弾性により元に戻るため、可逆的なガス放出弁とすることができる。
【００３１】
また、封口材２０の材質を変性ポリプロピレンや変性ポリエチレンなどの金属融着性樹脂としてもよい。金属融着性樹脂を使用して、熱融着により封口した場合は、不可逆的ガス放出弁となる。また、厚さ１〜２５０μmのフィルム状のゴム系材料や樹脂材料を封口材２０として使用した場合、長い期間でみた場合にはガス透過性を持つので、フィルム材の厚みを適宜調整することで、瞬間的なガス抜き弁ではなく、数日から数年にわたり長期的に所定量のガスが抜ける弁としても使用可能である。また、連通孔１１０Ｈの蓄電素子１の内部側の出口に電解液に通さないガス透過性フィルム２１を配置することで、蓄電素子１内の電解液が連通孔１１０Ｈ内に流入することを防ぐことができる。ガス透過性フィルムとしては電解液に対し濡れ性の低いＰＴＦＥ（PolyTetraFluoroEthylene)の多孔性フィルムやの発水性ポリオレフィン多孔フィルム、薄膜の樹脂フィルムなどが使用できる。
【００３２】
更に、集電端子１１０の連通孔１１０Ｈ内にガス吸収剤２２を入れておくことで、外部から進入してきたガス成分や蓄電素子１の内部で発生したガスを吸収することができる。この場合、外気から蓄電素子１内への水分混入を防止するために、ゼオライトなどの吸湿剤を入れることが効果的である。また、蓄電素子１の内部で発生するガス成分としては、水素、二酸化炭素、一酸化炭素などが想定されるため、これらに対するガス吸収剤を入れておくのも、蓄電素子１の内部の圧力（内圧）上昇を防止するのに効果的である。図９（ｂ）も蓄電素子1の集電端子近傍のガス抜き構造を示す要部断面図であり、集電端子１１０Ｖの連通孔１１０ＶＨの外気側出口を集電端子１１０Ｖの側面に開けた例である。なお、当然ながら、ガス抜きの構造の例は上記ガスケットや集電端子の変形例に限るものではない。
【００３３】
＜蓄電素子を接続した蓄電ユニットの例＞
図１０は本発明の実施の形態１にかかる蓄電素子の複数を直列接続した蓄電ユニット６の構成を示す図であり、図中の白抜矢印は集電経路を示している。図において、蓄電ユニット６は、図中上側の蓄電素子１αの正極側の集電端子１０αＰが下方から突出し、図中下側の蓄電素子１βの負極側の集電端子１０βＮが上方から突出した状態で、略平板状の蓄電素子１αと１βをそれぞれの厚み方向に沿って積層したものである。
【００３４】
各蓄電素子１の集電端子１０の棒状の端部１０ｒの先端は、蓄電素子の厚みと同程度の高さにくるように調整したので、積層した際に隣接する蓄電素子の集電端子同士を容易に接続することができる。したがって、図のように、積層状態で近接する双方の異なる極、集電端子１０αＰと集電端子１０βＮとが電気的に接続されることにより、蓄電素子１αと蓄電素子１βが直列に接続され、１０αＮが蓄電ユニット６としての負極端子、１０βＰが蓄電ユニット６としての正極端子となる。
【００３５】
ここで、特許文献１や２で示された集電端子をアルミラミネートシートの外縁部分から外部へ出す従来の略平板型の蓄電素子を用いて図１０のような蓄電ユニット（従来蓄電ユニット）を形成した場合との集電経路を比較する。本実施の形態にかかる蓄電ユニット６では、実線矢印に示すように、電極エレメント２β−集電端子１０βＮ−集電端子１０αＰ−電極エレメント２αのような経路Ｐｐとなる。一方、従来蓄電ユニットでは、図中左側に集電端子を設けた場合、集電端子は外縁部９αｓや９βｓよりさらに左側から露出するため、破線矢印に示すように大きく迂回する迂回経路Ｐａをとることになり、本発明の実施の形態１にかかる蓄電素子１を用いた集電経路Ｐｐの方が短くなることは明らかである。
【００３６】
なお、図１０では２段直列の例しか示していないが、異なる極同士が接続されるように順次、蓄電素子を積層していけば、さらに多段の蓄電素子を直列接続した蓄電ユニットを得ることができる。
【００３７】
また、集電端子１０の径を８ｍｍとすると断面積は約５０ｍｍ2となるが、従来の構造のシート状集電端子の厚さを０．５ｍｍとすると、同じ断面積にするには集電端子の幅を約１００ｍｍまで拡大する必要があり、非常に大きな端子となる。そのため、シール部における集電端子を挟み込む部分の長さが長くなり、シールの信頼性が劣ることになる。また、アルミラミネート製の外装体のシール部（本実施の形態の９ｓに対応）にシート状の集電端子が存在する部位があるため、シール部の折り曲げ加工が困難になる。そのため、無理に折り曲げ加工すると、シート状集電端子と外装部の金属融着性樹脂との接合部の剥離による密閉不良や集電端子の断裂が起こる可能性がある。そのため、アルミラミネート外装シール部の折り曲げが難しく、フットプリントが大きくなる。
【００３８】
一方、本発明の実施の形態１にかかる蓄電素子１では、アルミラミネートシート製の外装体９のシール部９ｓには集電端子１０が存在しないため、シール部９ｓの折り曲げ加工が可能であり、蓄電素子１の内部の密閉性を保持でき、蓄電素子１のフットプリントも小さくすることが可能である。また、一般に金属の集電端子とアルミラミネートシートの内層樹脂は接合しにくいため、金属との密着性を高めた樹脂を集電端子と内層樹脂との間に介在させる必要があるが、本実施の形態ではシール部９ｓに異物である集電端子１０は存在しないので、そのような介在物を使用する必要もなくなる。
【００３９】
また、従来の構造で集電端子を厚くする場合、シール部において集電端子がある部分とない部分の段差が大きくなるので、シールが困難になる。さらに、集電端子がある部分とない部分とで、熱容量が大きく異なるので、熱融着により均一にシールすることが困難となる。そのため、集電端子の厚みには限界があり、上述したようにシール部における集電端子が存在する領域が大きくならざるを得ない。一方、本発明の実施の形態１にかかる蓄電素子１では、アルミラミネートシート製の外装体９のシール部９ｓには集電端子１０が存在しないため外縁部のシール長方向に沿って熱融着条件を変化させる必要がなく、均一なシールが形成できる。
【００４０】
さらに、蓄電素子内で発生したガスのガス抜き穴を従来の蓄電素子の構造に付与しようとすると、ガス抜き弁を設けるための余分なスペースを必要とするが、本実施の形態１にかかる蓄電素子では、外装体９を貫通する集電端子１０、あるいはその周りのガスケット１２等にガス抜き機能を持たせることが可能であり、スペースを取らずにガス抜き機構を保持することができる。
【００４１】
以上のように、本発明の実施の形態１にかかる蓄電素子によれば、金属箔の一面９ｉに樹脂層が設けられたシート材９Ａ、９Ｂからなり、樹脂層どうしが向きあうように重ね合わせたシート材の外縁部９ｓが熱融着されて袋状をなす外装体９と、正極７と負極４とを有し、電解液とともに外装体９の内部に密閉収納された電極エレメント２と、外装体９の内部で正極７と負極４のそれぞれに接続され、外装体９の外縁部９ｓより内側の部分から端部１０ｒが露出する端子１０と、を備えるように構成したので、アルミラミネートシートの外装体を用いても、シール構造の信頼性が高く、液漏れの心配の少ない電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタのような蓄電素子を得ることができる。
【００４２】
とくに、電極エレメント２は平板状をなすとともに、正極７および負極４は、それぞれ電極エレメント２の面方向の外側に引き出された導電部７Ｌ、４Ｌを有し、端子１０は、電極エレメント２の厚み方向の内側部分において、導電部７Ｌ、４Ｌを介して正極７と負極４にそれぞれ接続され、棒状の端部１０ｒが接続部分から厚み方向に沿って延びるように構成したので、集電端子の断面積を大きくできる。さらに、蓄電素子同士を厚み方向に積層することにより、隣接する蓄電素子同士を短い経路で容易に電気的に接続することができるので、内部抵抗を低減させることが可能となり、また、単純に積層するだけなので余剰空間を必要とせず、小型化も容易にできる。
【００４３】
さらに、集電端子１１０、１１０Ｖには、外装体９の内部９ｉ側から外部９ｅ側に連通する連通孔１１０Ｈ、１１０ＶＨを設けたので、余剰空間を必要とせず、蓄電素子１の内圧を容易に調整することができるようになる。あるいは、封口キャップ１３の締め具合を調整することにより、内圧に応じて集電端子１０とガスケット１２との間にガスの逃げ道ができるように構成しても、余剰空間を必要とせず、蓄電素子１の内圧を容易に調整することができるようになる。
【００４４】
なお、集電端子に外装体の内部から外部に連通する連通孔を設ける場合、電極エレメントに電解液を含ませない状態で、外縁部９ｓを熱圧着し、外縁部９ｓにおけるシールを完全に形成してから連通孔を通して電解液を補給するようにしても良い。その場合、熱融着を一度に行うことにより工程が簡略化できるとともに、シールの信頼性も高くなる。
【００４５】
また、正極の集電端子１０Ｐと負極の集電端子１０Ｎを電極エレメント２の厚み方向におけるそれぞれ反対側から露出するようにしたので、蓄電素子同士を厚み方向に積層することにより、容易に直列接続することができる。
【００４６】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２にかかる蓄電素子について説明する。本実施の形態２に係る蓄電素子は、実施の形態１で説明した蓄電素子と集電端子部分が異なるものであり、集電端子が外装体の上下両側から露出しているものである。図１１〜図１３は、本発明の実施の形態２にかかる蓄電素子を説明するためのもので、図１１は蓄電素子の内部構成を示す図１におけるII−II線での切断面に相当する断面図、図１２と図１３は蓄電素子を接続した蓄電ユニットの構成を示す図である。図中、実施の形態１と同じ符号のものは同様の構成であるので説明を省略する。
【００４７】
図１１を用いて本発明の実施の形態２にかかる蓄電素子２０１の構成について説明する。図において、集電端子２１０のそれぞれ（負極用２１０Ｎ、正極用２１０Ｐ）は、電極エレメント２の厚み方向（集電箔４ｃ、７ｃが実質的に積層される方向であり、紙面の上下方向）における外装体２０９の両側（２０９Ａ側および２０９Ｂ側）から導出している。そのため、外装体２０９には負極端子２１０Ｎ側、正極端子２１０Ｐ側それぞれにおいて、上下に穴があけてあり、止め具１１は負極集電箔４ｃ及び正極集電箔７をそれぞれ両面から挟みつける構造となっている。集電端子２１０が外装体２０９の上面と下面の両側から導出してあるため、ガスケット１２及び封口キャップ１３も外装体９の上下に位置する集電端子２１０の導出部位に配置してある。他の構成は実施の形態１と同様である。
【００４８】
図１２は実施の形態２の略平板状の蓄電素子２０１αと２０１βをそれぞれの厚み方向に沿って積層し、直列に接続した蓄電ユニット２０６Ａの断面図である。蓄電ユニット２０６Ａでは、上段の蓄電素子２０１αの正極集電端子２１０αＰと下段の蓄電素子２０１βの負極集電端子２１０βＮとを導電性を有する金属製の連結具１７で接続することで電気的接続を得ている。また、上段の蓄電素子２０１αの負極集電端子２１０αＮと下段蓄電素子２０１βの正極集電端子２１０βＰとを電気絶縁性を有する樹脂製の連結具１８で接続し、両極を絶縁することで、両極の集電端子２１０が、それぞれ上下方向に露出する蓄電素子２０１どうしを積層しながら蓄電素子２０１の直列接続が可能となる。なお、図１２では２段直列の例しか示していないが、金属製連結具１７と樹脂製連結具１８を交互に積層していくとさらに多段の蓄電素子を直列接続した蓄電ユニットを構成できる。
【００４９】
図１３は実施の形態２の略平板状の蓄電素子１αと２αをそれぞれの厚み方向に沿って積層し、直列に接続した蓄電ユニット２０６Ｂの断面図である。蓄電ユニット２０６Ｂでは、上下の蓄電素子２０１αと２０１βの正極と負極の端子の位置が一致しており、正極端子２１０αＰ、２１０βＰ同士、及び負極端子２１０αＮ、２１０βＮ同士を金属製の連結具１７で接続することで電気的接続を得ている。なお、図１３では２段並列の例しか示していないが、金属製連結具１７をもちいて順次積層していくと、さらに多段の蓄電素子を並列接続した蓄電ユニットを構成できる。
【００５０】
以上のように、本発明の実施の形態２にかかる蓄電素子２０１によれば、集電端子２１０のそれぞれ２１０Ｎ、２１０Ｐを電極エレメント２の厚み方向においてそれぞれ両側から露出するようにしたので、蓄電素子２０１同士を厚み方向に積層し、近接する端子２１０の接続を導電接続具１７にて行うか絶縁接続具１８にて行うかを使い分けることで、容易に直列接続や並列接続することができる。
【００５１】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３にかかる蓄電素子について説明する。本実施の形態３に係る蓄電素子は、実施の形態１で説明した蓄電素子と集電端子を導出する向きが異なるものであり、両極の集電端子が外装体の同じ面側から露出しているものである。図１４と図１５は、本発明の実施の形態３にかかる蓄電素子を説明するためのもので、図１４は蓄電素子の内部構成を示す図１におけるII−II線での切断面に相当する断面図、図１５は蓄電素子の上面図である。図中、実施の形態１と同じ符号のものは同様の構成であるので説明を省略する。図１４において、集電端子１０Ｐと１０Ｎは、外装体３０９の図中上側の面から垂直に導出している。つまり、アルミラミネート外装材３０９Ａに集電端子１０を導出するための穴を２か所設け、アルミラミネート外装材３０９Ｂには集電端子１０を導出するための穴を設けていない。他の構成は実施の形態１と同様である。この場合には直列接続や並列接続には不向きであるが、単セル（蓄電素子１つ）で蓄電ユニットを形成する場合や、２セルまでの接続により蓄電ユニットを形成する場合では有効である。
【００５２】
２セルの接続を効率よく行うための集電端子の配置の例を図１５（ａ）と図１５（ｂ）に示す。例えば、図１５（ａ）に示すように、一方の集電端子（図では３０１αの負極端子と３０１βの正極端子）を板状の蓄電素子の面方向における一辺ＳＡの中央に、他方の集電端子（図では３０１αの正極端子と３０１βの負極）を対向する辺ＳＢの中央から偏った位置に配置する。すると、同仕様の外装体３０９を用いて極の配置のみ変更した蓄電素子３０１αと３０１βを互いに上面のアルミラミネート外装材３０９Ａ側が向き合うように重ねれば、１０αＮと１０βＰが接続されるとともに、１０αＰと１０βＮは離れた位置に配置され、直列接続が可能となる。
【００５３】
また、図１５（ｂ）に示すように、接続すべき端子１０ＡＮと１０ＢＰを設置する位置が、一辺ＳＡ内のそれぞれ対称位置に設定すれば、蓄電素子３０１Ａと３０１Ｂのアルミラミネート外装材３０９ＡＲと３０９ＡＬの穴加工の位置を変える必要はあるが、上記のように容易に直列接続することができる。
【００５４】
なお、両極の集電端子をそれぞれ対向する辺の中央に配置するように蓄電素子を形成すれば、同仕様の蓄電素子を互いに端子が導出されている側が向き合うように重ねれば、同じ極性の極同士が接続され、接続部分から外部回路へ電気接続を行えば、並列接続が可能となる。
【００５５】
以上のように、本実施の形態３にかかる蓄電素子３０１によれば、正極の集電端子１０Ｐと負極の集電端子１０Ｎを電極エレメント２の厚み方向において同じ側から露出するようにしたので、単セルや２セルまでの蓄電ユニットを容易に構成できる。
【００５６】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４にかかる蓄電素子について説明する。本実施の形態４にかかる蓄電素子は、シート状の正極と負極とセパレータを積層したセルユニットをさらに積層して電極エレメントを形成することが、実施の形態１と異なる。また、シートを積層した場合、上記各実施の形態のような巻回で形成した電極エレメントと異なり、集電箔の面内の位置を正確に決めることができ、重なりを防止できるので、正極と負極の端子を面内の同じ辺側から導出するようにした。図１６〜図１９は、本発明の実施の形態４にかかる蓄電素子を説明するためのもので、図１６はセルユニットの構成を説明するための図、図１７は蓄電素子のアルミラミネート外装材の形状を説明するための図、図１８は蓄電素子の外観を示す斜視図、図１９は蓄電素子の内部構成を示す図１７におけるXVIII−XVIII線で切断した断面図である。図中、実施の形態１と同じ符号のものは同様の構成であるので説明を省略する。
【００５７】
はじめにセルユニットの構成について説明する。実施の形態１と同様の材料を用い、図１６に示したように所定形状に打ち抜いたアルミ製の集電箔４０４ｃの一部（導電部４０４Ｌ）を残して両面に負極活物質層４０４ａを塗布して負極４０４を作製した。同様にして集電箔４０７ｃの一部（導電部４０７Ｌ）を残して両面に正極活物質層４０７ａが塗布された正極４０７を作製した。正極４０７と負極４０７の間、および負極４０７の外側には、セパレータ４０８を配置し、セパレータ４０８、負極４０４、セパレータ４０８、正極４０７を１つのセルユニット３とする。複数のセルユニット３１〜３ｎ（ｎは整数）を積層し、さらに正極４０７が表れる側にセパレータ４０８と負極４０４とセパレータ４０８からなるハーフセルユニット５を積層し、電極エレメント４０２を作製した。実施の形態１では導電部７Ｌと導電部４Ｌが面方向における反対側の辺から出されているが、本実施の形態４では導電部４０４Ｌと導電部４０７Ｌが同じ辺から出されている。
【００５８】
つぎに、外装体４０９の準備を行う。図１７は外装体４０９を形成する前のアルミラミネート外装材４０９Ｐの外観であり、外装材４０９Ｐは１枚のアルミラミネートシートをプレス成形したもので、凹部Ｓ４０９ＡとＳ４０９Ｂを有している。成形したアルミラミネート外装材４０９Ｐに穴４０９Ｈを開け、ガスケット１２をはめ込む。アルミラミネート外装材４０９Ｐを線XVII−XVIIで折り曲げると、空間Ｓ４０９ＡとＳ４０９Ｂが合わさって電極エレメント４０２を収納する空間ができ、３辺４０９Ａｓと４０９Ｂｓが重なり合う。
【００５９】
そして、図１８、図１９に示したように、電極エレメント４０２の導電部４０４Ｌおよび４０７Ｌに接続した集電端子４１０の厚み方向の両端をそれぞれガスケット１２の穴に通し、外装体４０９の外側から封口キャップ１３を取り付け外装体４０９内に電極エレメント４０２を収納した。更にフランジ部（外縁部）４０９ｓのうち、一方向（図１８の場合、３辺の内の一辺）を残して熱融着し、所定量の電解液を電極エレメント４０２に含浸させて外装体４０９の残りの一方向を真空封口することで図１８のような蓄電素子４０１を作製した。こうして、図１８、図１９のように外装体４０９の厚み方向（電極エレメント４０２の積層方向）の両方から集電端子４１０を引き出した構造の蓄電素子４０１を作製した。
【００６０】
本実施の形態４にかかる蓄電素子４０１を用いても、実施の形態２と同様に蓄電素子４０１の正極端子４１０Ｐと負極端子４１０Ｎの位置が交互に変化するように積層し、金属製連結具１７と樹脂製連結具１８を組み合わせることで蓄電素子４０９を直列接続した蓄電ユニットを形成できる。この場合も、集電経路が短くなるため、直列接続時の集電抵抗が低減できる。また、正極集電端子同士と負極集電端子同士を金属製連結具１７で接続することで、蓄電素子４０９を並列接続した蓄電ユニットを形成でき、並列接続時の電気抵抗も低減することができる。
【００６１】
以上のように、本実施の形態４にかかる蓄電素子によれば、シート状の正極７と負極４とセパレータ８とを積層したセルユニット３をさらに積層して電極エレメント４０２を形成するようにしたので、導電部の位置を正確に決めることができる。そのため、導電部４０４Ｌ、４０７Ｌを面方向における同じ方向から出しても、両者が面内で重なることがなく、面内の一方向のみの作業で、容易に蓄電ユニットを構成することができる。
【００６２】
また、シート状の正極７と負極４とセパレータ８とを積層したセルユニット３をさらに積層して電極エレメント４０２を形成するようにしたので、設置状況に応じて導電部を面内における４方向のどこにでも設定することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１  蓄電素子、  ２  電極エレメント、  ３  セルユニット、  ４  負極（４ａ  負極活物質層、４ｃ  負極集電箔、４Ｌ  導電部）、  ５  ハーフセルユニット、  ７  正極（７ａ  正極活物質層、７ｃ  正極集電箔、７Ｌ  導電部）、  ８  セパレータ、  ９  外装体（９Ａ，９Ｂ  外装材、  ９ｉ  （樹脂層が設けられた）一面、９ｓ  シール部）、  １０  （集電）端子（１０Ｎ  負極集電端子、１０Ｐ  正極集電端子、１０ｒ  （棒状の）端部、１０Ｈ  連通孔）、  １１  止め具、  １２  ガスケット、  １３  封口キャップ、  １７  導電性連結具、１８  絶縁性連結具、  ２０  封止材、  ２１  ガス透過性フィルム、  ２２  ガス吸収剤。
百位の数字は実施形態による変形例を示す。
【図１】
2011086760.tif 000003
【図２】
2011086760.tif 000004
【図３】
2011086760.tif 000005
【図４】
2011086760.tif 000006
【図５】
2011086760.tif 000007
【図６】
2011086760.tif 000008
【図７】
2011086760.tif 000009
【図８】
2011086760.tif 000010
【図９】
2011086760.tif 000011
【図１０】
2011086760.tif 000012
【図１１】
2011086760.tif 000013
【図１２】
2011086760.tif 000014
【図１３】
2011086760.tif 000015
【図１４】
2011086760.tif 000016
【図１５】
2011086760.tif 000017
【図１６】
2011086760.tif 000018
【図１７】
2011086760.tif 000019
【図１８】
2011086760.tif 000020
【図１９】
2011086760.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月2日(2011.2.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項６】
前記端子には、前記外装体の内部側から外部側に連通する連通孔が設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の蓄電素子。