(57)【要約】      （修正有）【課題】キャパシタの内部での絶縁破壊を抑制することを可能とした電気化学素子の封止構造を提供する。【解決手段】複数の正極の分極性電極と複数の負極の分極性電極とを交互に積層して構成されるキャパシタ本体１と、正極の分極性電極に接続される正極の集電端子１８Ａと、負極の分極性電極に接続される負極の集電端子１８Ｂと、キャパシタ本体１が内部に収納され、正極及び負極の集電端子１８Ａ，１８Ｂが開口端から延出した状態で開口端を熱溶着されるラミネートフィルム２とを備えた電気化学素子の封止構造において、フィルム状に形成された絶縁部材からなり、ラミネートフィルム２の開口端に沿って延設されるとともに少なくとも正極及び負極の集電端子１８Ａ，１８Ｂの曲げ部の劣角側とラミネートフィルム２との間に介装される端子間フィルム３を設けた。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の正極のセルと複数の負極のセルとを交互に積層して構成される電気化学素子と、
前記正極のセルに接続される正極の集電端子と、
前記負極のセルに接続される負極の集電端子と、
前記電気化学素子が内部に収納され、前記正極及び負極の集電端子が開口端から延出した状態で前記開口端を熱溶着されるラミネートフィルムと
を備えた電気化学素子の封止構造において、
フィルム状に形成された絶縁部材からなり、前記ラミネートフィルムの開口端に沿って延設されるとともに少なくとも前記正極及び負極の集電端子の曲げ部の劣角側と前記ラミネートフィルムとの間に介装される端子間フィルムを備える
ことを特徴とする電気化学素子の封止構造。
【請求項２】
前記ラミネートフィルム及び前記端子間フィルムは、前記集電端子の曲げ部よりも前記開口端側であって前記集電端子の曲げ部から離間した位置において熱溶着され、前記端子間フィルムの前記集電端子の曲げ部に対向する部分が未溶着となっている
ことを特徴とする請求項１記載の電気化学素子の封止構造。
【請求項３】
前記端子間フィルムは、耐熱性を有する心材を含む
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電気化学素子の封止構造。
【請求項４】
前記集電端子は、前記ラミネートフィルム又は前記端子間フィルムと相互に溶着される部分に絶縁性部材を備えており、
前記絶縁性部材の前記集電端子の先端側の端部は、前記開口端から所定長さ以上突出して設けられている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電気化学素子の封止構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学素子の封止構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタ（以下、キャパシタ）は、主に、対向する一対の活性炭電極およびこれを電気的に分離するセパレータ、さらに容量発現を行う有機系電解液からなるセルと、セル間の電気的絶縁の確保および液漏れを防ぐためのパッキンと、電気を外に取り出すための集電極およびリード線とを含んで構成される。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、正極極板と負極極板とを２枚のセパレータを介して渦巻状に巻き取り、押し潰して負極の銅箔露出部に負極タブを溶接すると共に正極のアルミニウム箔露出部に正極タブを溶接してなる電極体を、所定の大きさの周知のラミネートフィルムを２つ折りした、いわゆるカップ成形されたラミネート外装内に収納し、バー状の金型を用いてトップ部、サイド部を溶着して電極体を封止すること、及び、この際、負極タブ、正極タブにポリプロピレン製樹脂からなるシール材が具備されることが開示されている。
【０００４】
また、下記特許文献２には、それぞれ電極材料が両面に塗布された複数の正極板と複数の負極板とを、セパレータを介して交互に積層して構成した電池要素を、２枚のラミネートフィルムからなる外装体により上下から挟んで包囲し、これらラミネートフィルムの周縁部を熱溶着することで、電池要素を封止すること、及び、この際、正極リード端子、負極リード端子に樹脂フィルムが予め熱溶着されていることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１０８４８６号公報
【特許文献２】特開２００５−１１６２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、単一の電気化学要素（以下、単セルと称する）をラミネートフィルムで封止する場合、定格電圧が２〜４Ｖ程度と低いため、フィルム端子間の絶縁問題になることはないが、集電端子（タブ、リード端子など）とラミネートフィルムとを熱溶着層を加熱することで一体化することから、単セルを直列に多数積層して高電圧用途としたもの（例えば、積層型バイポーラ電気二重層キャパシタなど）では、正極側と負極側の間で負担する絶縁電圧が高く、集電端子およびこれに溶着された熱溶着性絶縁層（上記シール材、樹脂フィルムなど）と、ラミネートフィルムの熱溶着層をヒートプレス装置で加熱加圧溶着するときに、集電端子の熱溶着性絶縁層が溶け出して絶縁層が薄くなり、集電端子の地金とラミネートフィルムとの間の絶縁距離が保てなくなって絶縁破壊に至るおそれがあった。そしてこのように絶縁破壊に至った場合、絶縁不良による電気アークが発生し、ラミネートフィルムが傷つき、気密性が低下してキャパシタの機能が保てなくなるおそれや、キャパシタから発煙又は発火するおそれもあった。
【０００７】
なお、絶縁破壊を生じる可能性が高い場所としては、集電端子を側面から見たときにクランク形状を有する折り曲げ部分が考えられ、ラミネートフィルムの溶着層と集電端子の地金が過度に接近するために比較的低い電圧で絶縁破壊に至る可能性がある。そこで、絶縁破壊に至る電圧を測定したところ、交流電圧で６７０〜２．５ｋＶと非常にばらつきがあり、信頼性が低下していることが分かった。
【０００８】
このようなことから本発明は、簡素な構成でキャパシタの内部での絶縁破壊を抑制することを可能とした電気化学素子の封止構造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】
【０００９】
上記の課題を解決するための第１の発明に係る電気化学素子の封止構造は、
複数の正極のセルと複数の負極のセルとを交互に積層して構成される電気化学素子と、
前記正極のセルに接続される正極の集電端子と、
前記負極のセルに接続される負極の集電端子と、
前記電気化学素子が内部に収納され、前記正極及び負極の集電端子が開口端から延出した状態で前記開口端を熱溶着されるラミネートフィルムと
を備えた電気化学素子の封止構造において、
フィルム状に形成された絶縁部材からなり、前記ラミネートフィルムの開口端に沿って延設されるとともに少なくとも前記正極及び負極の集電端子の曲げ部の劣角側と前記ラミネートフィルムとの間に介装される端子間フィルムを備える
ことを特徴とする。
【００１０】
また、上記の課題を解決するための第２の発明に係る電気化学素子の封止構造は、第１の発明において、
前記ラミネートフィルム及び前記端子間フィルムは、前記集電端子の曲げ部よりも前記開口端側であって前記集電端子の曲げ部から離間した位置において熱溶着され、前記端子間フィルムの前記集電端子の曲げ部に対向する部分が未溶着となっている
ことを特徴とする。
【００１１】
また、上記の課題を解決するための第３の発明に係る電気化学素子の封止構造は、第１又は第２の発明において、
前記端子間フィルムは、耐熱性を有する心材を含む
ことを特徴とする。
【００１２】
また、上記の課題を解決するための第４の発明に係る電気化学素子の封止構造は、第１から第３のいずれか一つの発明において、
前記集電端子は、前記ラミネートフィルム又は前記端子間フィルムと相互に溶着される部分に絶縁性部材を備えており、
前記絶縁性部材の前記集電端子の先端側の端部は、前記開口端から所定長さ以上突出して設けられている
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る電気化学素子の封止構造によれば、簡素な構成でキャパシタの内部での絶縁破壊を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例に係る電気化学素子の封止構造を模式的に示す上面図である。
【図２】本発明の実施例に係る電気化学素子の封止構造を模式的に示す正面図である。
【図３】本発明の実施例に係る電気化学素子の封止構造を側面から見た状態を模式的に示す断面図である。
【図４】図１に示す端子間フィルムの正面図である。
【図５】キャパシタの構造を模式的に示す断面図である。
【図６】ラミネートフィルムの構造を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明に係る電気化学素子の封止構造について説明する。
【実施例】
【００１６】
図１から図６を用いて本発明の実施例に係る電気化学素子の封止構造の詳細を説明する。
本実施例は、本発明に係る電気化学素子の封止構造を、図５に示すバイポーラ型電気二重層キャパシタに適用した例である。
【００１７】
図１から図３に示すように、本実施例に係る電気化学素子の封止構造は、キャパシタ本体（電気化学素子）１と、ラミネートフィルム２と、端子間フィルム３と、非熱溶着性絶縁層４とを含んで構成される。
【００１８】
キャパシタ本体１は、図５に示すように、電極部１１と、絶縁シート（樹脂シート）１２Ａ，１２Ｂを介して電極部１１を挟み込むエンドプレート１３Ａ，１３Ｂと、エンドプレート１３Ａ，１３Ｂ間を絶縁スペーサ（樹脂製スペーサ）１４を介して締め付けるネジ１５Ａ，１５Ｂと、これらを覆う絶縁フィルム（ＰＥＴのフィルム）１６とを含んで構成されている。
【００１９】
電極部１１は、複数の正極の分極性電極（セル）１１１Ａと複数の負極の分極性電極（セル）１１１Ｂとをセパレータ１１２を介して交互に積層してなる積層体と、この積層体の一方の終端（一端面側）に配設された正極の集電極板１１３と、積層体の他方の終端（他端面側）に配設された負極の集電極板１１４と、隣り合うセパレータ１１２間、セパレータ１１２と正極の集電極板１１３との間、及びセパレータ１１２と負極の集電極板１１４との間にそれぞれその外周縁に沿って介装されたパッキン１１５とを備えて構成されている。
【００２０】
正極の分極性電極１１１Ａおよび負極の分極性電極１１１Ｂは、それぞれ集電極１１１ａの両面に活性炭電極１１１ｂを塗布して構成されている。正極の分極性電極１１１Ａ、負極の分極性電極１１１Ｂそれぞれの集電極１１１ａには、それぞれ図１から図３に示す正極の集電端子（リード線）１８Ａ、負極の集電端子（リード線）１８Ｂが接続されている。集電端子１８Ａ及び１８Ｂは、キャパシタ本体１の長手方向に沿って相互に離間して配置されている。
【００２１】
絶縁シート１２Ａ，１２Ｂは例えば厚さ０．５ｍｍのポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴ）を使用するものとし、これにより電極部１１とエンドプレート１３Ａ，１３Ｂとが電気的に絶縁される。
【００２２】
エンドプレート１３Ａ，１３Ｂはキャパシタの形状を保持するために設けられ、絶縁フィルム１６はキャパシタ本体１のさらなる絶縁性能の向上のために設けられる。絶縁フィルム１６には例えば厚さ５０μｍのＰＥＴのフィルムを使用するものとする。
【００２３】
このように構成されるバイポーラ型キャパシタは、集電極１１１ａを挟んだ二つの活性炭電極１１１ｂに極性の異なる電解液中の電解質イオンを吸着させることで、積層したキャパシタの定格電圧を上げる効果がある。
【００２４】
また、ラミネートフィルム２は、アルミ箔を基材とし、外側にナイロン層、内側（溶着側）にポリプロピレンを配したアルミラミネートフィルムを使用する。一例として、基材の厚さを４０μｍ、溶着層の厚さを４５μｍ、ナイロン層の厚さを２５μｍとして、総厚を１１０μｍとした。
【００２５】
このラミネートフィルム２を、図６（ａ）〜図６（ｄ）に示すように、マチ折り部２ｂを有する筒状に成形し、キャパシタ本体１を、ラミネートフィルム２の熱溶着部２ａがキャパシタ本体１の長手方向の概ね中央に位置するように配置する。
【００２６】
端子間フィルム３は、絶縁性部材をフィルム状に形成したものであって、ポリエステルによって形成された心材を有するものとし、図４に示す幅方向の長さＷが、図２にドットを付して示すヒートプレス用の金型の幅（ヒートプレス装置により加圧および加熱を行う部分の幅）ｗよりも広くなっている（即ち、Ｗ＞ｗ。本実施例では、Ｗ＝１４ｍｍ、ｗ＝１０ｍｍ）。
【００２７】
この端子間フィルム３は、ラミネートフィルム２の開口端に沿って延設され、その長手方向の一方側が、当該端子間フィルム３の一方の面と正極の集電端子１８Ａとが対向するように正極の集電端子１８Ａとラミネートフィルム２との間に介装されると共に、その長手方向の他方側が、当該端子間フィルム３の他方の面と負極の集電端子１８Ｂとが対向するように負極の集電端子１８Ｂとラミネートフィルム２との間に介装される。
【００２８】
本実施例においてこの端子間フィルム３は、長手方向の長さがラミネートフィルム２のマチ折り部２ｂの谷間の長さと概ね同一となっている。また、幅方向の長さＷがラミネートフィルム２の開口端と集電端子１８Ａ，１８Ｂの曲げ部との間の長さよりも長くなっている。端子間フィルム３は、その長辺側の一辺（キャパシタ本体１とは反対側の一辺）がラミネートフィルム２の開口端と一致すると共に、キャパシタ本体１側の部分が集電端子１８Ａ，１８Ｂの曲げ部を覆うように集電端子１８Ａ，１８Ｂの曲げ部に沿って曲げられている。
【００２９】
非熱溶着性絶縁層４は、集電端子１８Ａ，１８Ｂとラミネートフィルム２とを金型を用いて加熱加圧溶着させたときに、金型からのもらい熱により余計な熱溶着部分が形成されることを防止し、電気絶縁性を確保するものである。
【００３０】
端子用フィルム（熱溶着性絶縁層）５は、あらかじめ集電端子１８Ａ，１８Ｂのラミネートフィルム２又は端子間フィルム３と相互に溶着される部分に溶着されている。端子用フィルム５は、例えばポリエステル系耐熱性架橋型樹脂を基材とし、この基材の両面に酸変性ポリプロピレンからなる溶着層を配したものとする。一例として、ポリエステル基材の厚さを１０μｍ程度、溶着層の厚さをそれぞれ３０μｍ程度として、総厚を７０μｍとした。この端子用フィルム５により、集電端子１８Ａ，１８Ｂとラミネートフィルム２との溶着性を確保する。
【００３１】
端子用フィルム５の端縁は、ラミネートフィルム２の開口端よりも所定長さ以上（少なくとも１ｍｍ）ラミネートフィルム２の外側に突出するように配置する。これにより、集電端子１８Ａ，１８Ｂとラミネートフィルム２の端部の間の沿面でアークが発生することを防止する。
【００３２】
ラミネートフィルム２は、面一となるように配置されたラミネートフィルム２および端子間フィルム３の端縁に、ヒートプレス装置の金型の端縁を一致させて、図２中にドットを付して示す幅ｗの部分を加圧及び加熱することにより、集電端子１８Ａ，１８Ｂが開口端から延出した状態で開口端が熱溶着される。この際、端子間フィルム３のキャパシタ本体１側の部分（集電端子１８Ａ，１８Ｂの曲げ部側の部分）は熱溶着しないものとし、これにより集電端子１８Ａ，１８Ｂの曲げ部の劣角側とラミネートフィルム２との間に端子間フィルム３の未溶着部分を残すようにする。
【００３３】
このように構成される本実施例に係る電気化学素子の封止構造によれば、ラミネートフィルム２をその開口端から集電端子１８Ａ，１８Ｂが延出した状態でヒートプレス装置により加熱加圧溶着したときに、集電端子１８Ａ，１８Ｂの曲げ部の劣角側とラミネートフィルム２との間に端子間フィルム３の未溶着部分を介在させることができるため、ラミネートフィルム２と集電端子１８Ａ，１８Ｂとの間の絶縁距離を確保することが可能となる。
【００３４】
本実施例の構成を適用したキャパシタに交流電圧を印加して耐電圧試験を行ったところ、電圧３．０ｋＶまでキャパシタの内部での絶縁破壊が生じなくなった。
【００３５】
このことからも、定格電圧が高く、ラミネートフィルム２が接地してある場合など、ラミネートフィルム２による封止構造に高い絶縁性能が要求される用途において、ヒートプレス装置による加圧加熱作業を行うだけで簡単に電気化学素子の封止及び集電端子１８Ａ，１８Ｂの絶縁が同時に実現でき、特別な工数を追加することなく電気化学素子の信頼性を向上させることが可能となることがわかる。
【００３６】
また、端子間フィルム３が心材を有する構成としたことにより、端子間フィルム３が熱溶融時に溶けて流れることがなく、確実に集電端子１８Ａ，１８Ｂの曲げ部の劣角側とラミネートフィルム２との間に端子間フィルム３の未溶着部分を介在させることができ、集電端子１８Ａ，１８Ｂとラミネートフィルム２との間の絶縁距離を確保することができる。
【００３７】
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００３８】
例えば、端子間フィルム３の長手方向の長さ、幅方向の長さについても本発明の範囲内で必要に応じて設定すればよく、上述した実施例に限定されるものではない。
【００３９】
また、ラミネートフィルム２は、マチ折り構造を有さなくともよく、筒状に成形されていなくともよい。
【符号の説明】
【００４０】
１  キャパシタ本体
２  ラミネートフィルム
２ａ  熱溶着部
２ｂ  マチ折り部
３  端子間フィルム
４  非熱溶着性絶縁層
５  熱溶着性絶縁層
１１  電極部
１２Ａ，１２Ｂ  絶縁シート
１３Ａ，１３Ｂ  エンドプレート
１４  絶縁スペーサ
１５Ａ，１５Ｂ  締め付けネジ
１６  絶縁フィルム
１８Ａ  正極の集電端子
１８Ｂ  負極の集電端子
１１１Ａ  正極の分極性電極
１１１Ｂ  負極の分極性電極
１１１ａ  集電極
１１１ｂ  活性炭電極
１１２  セパレータ
１１３  正極の集電極板
１１４  負極の集電極板
１１５  パッキン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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