(57)【要約】【課題】単位セルを２以上並置した状態で直列に接続する構成とする場合であっても、小型化及び軽量化が容易であり、かつ、設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度を充分に得ることができる電気化学キャパシタの提供。【解決手段】電気化学キャパシタ１は、素体部６０Ａ及び６０Ｂと、電解質溶液３０と、ケース５０とを有する。素体部６０Ａは、互いに対向する電極１０Ａ及び電極２０Ａと、これらの間に配置されるセパレータ４０Ａとからなる。素体部６０Ａには、電極１０Ａに接続される第１のリード１２Ａと、電極２０Ａに接続される第２のリード２２Ａとが設けられている。素体部６０Ｂも素体部６０Ａと同様の構成を有する。素体部６０Ａと６０Ｂとは金属線１１を介して電気的に直列に接続されている。ケース５０には素体部６０Ａ及び６０Ｂが並置され両者の間に仕切り部５６が設けられている。仕切り部５６は、第１のフィルム５１及び第２のフィルム５２の互いに対向する部分同士を熱融着させることで形成される。フィルム５１及びフィルム５２の厚さｄと全体の厚さＤとが、（１）：ｄ≦１００μｍ及び（２）：Ｄ≦４ｄの条件を同時に満たすように調節されている。【選択図】  図２
2004296520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する平板状の第１の電極及び平板状の第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置される平板状のセパレータとを含み構成される２以上のキャパシタ素体部と、
電解質溶液と、
互いに対向する第１のフィルム及び第２のフィルムの対向面の縁部同士を熱融着させることにより、前記２以上のキャパシタ素体部及び前記電解質溶液を密閉した状態で収容するケースと、
前記第１の電極に一方の端部が接続されると共に他方の端部が前記ケースの外部に突出するように前記キャパシタ素体部ごとに設けられた第１のリードと、
前記第２の電極に一方の端部が接続されると共に他方の端部が前記ケースの外部に突出するように前記キャパシタ素体部ごとに設けられた第２のリードと、
を有し、
前記各キャパシタ素体部は、前記第１のリード及び前記第２のリードを介して互いに電気的に直列に接続されており、
前記ケースには、前記第１のフィルム及び前記第２のフィルムの互いに対向する部分領域同士を熱融着させることにより形成され、前記２以上のキャパシタ素体部同士の接触を防止する仕切り部が設けられており、
第１のフィルム及び第２のフィルムの厚さｄと、全体の厚さＤとが、下記式（１）及び（２）の条件を同時に満たすように調節されていること、
を特徴とする電気化学キャパシタ。
ｄ≦１００μｍ  …（１）
Ｄ≦４ｄ        …（２）
【請求項２】
前記仕切り部の幅が０．２〜２．０ｍｍであること、を特徴とする請求項１に記載の電気化学キャパシタ。
【請求項３】
前記第１のフィルム及び第２のフィルムの各内面の熱融着される縁部の幅が０．５〜２．０ｍｍであること、を特徴とする請求項１又は２に記載の電気化学キャパシタ。
【請求項４】
前記第１のフィルム及び前記第２のフィルムの面積が０．０９〜２０ｃｍ２であること、を特徴とする請求項１〜３のうちの何れか１項に記載の電気化学キャパシタ。
【請求項５】
前記各キャパシタ素体部において、第１の電極及び前記第２の電極はそれぞれ電子伝導性の多孔体を構成材料として含んでおり、前記セパレータは絶縁性の多孔体からなり、前記電解質溶液は、少なくともその一部が前記第１の電極、前記第２の電極、及び、セパレータの内部に含有されていること、を特徴とする請求項１〜４のうちの何れか１項に記載の電気化学キャパシタ。
【請求項６】
前記フィルムが、前記電解質溶液に接触する合成樹脂製の最内部の層と、前記最内部の層の上方に配置される金属層とを少なくとも有する複合包装フィルムから形成されていること、を特徴とする請求項１〜５のうちの何れか１項に記載の電気化学キャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気二重層キャパシタをはじめとする電気化学キャパシタに関し、より詳しくは、単位セルを２以上並置した状態で電気的に直列に接続する構成を有する電気化学キャパシタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気二重層キャパシタをはじめとする電気化学キャパシタは、急速充放電が可能である、半永久的な寿命を有する、比較的大電流での充放電が可能である、容易に小型化、軽量化が可能である等の利点を有しているため、例えば、電子機器等の電源のバックアップ用電源、電気自動車やハイブリッド車向けの補助電源として期待され、その性能向上のための様々な検討がなされている。
【０００３】
また、電気化学キャパシタには、上記の性能向上の他に小型化及び軽量化も要求されている。すなわち、電気化学キャパシタの単位重量当たりのエネルギー密度の向上及び単位体積当りのエネルギー密度の向上も同時に要求されている。
【０００４】
そのため、合成樹脂の層や金属箔などの金属層を備えた複合包装フィルム（ラミーネートフィルム）を１枚使用してこれを１／２に折りたたみ、重ね合せた部分のうちの縁部同士をヒートシール（熱融着）して作製した軽量のケース（封入袋）、又は、２枚を重ね合せ、重ね合せた部分のうちの縁部同士をヒートシールして作製した軽量のケースを、一対の電極及び電解質等の構成要素を封入する外装容器として使用した構成を有する電気化学キャパシタが検討されている。この場合、一対の電極のそれぞれには、一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部がケースの外部に突出される金属製のリードがそれぞれ接続されている。
【０００５】
なお、本明細書においては、ケースの材料となる２枚のフィルムのそれぞれのヒートシール（熱融着）される側の面（以下、各フィルムの「内面」という）の「ヒートシール（熱融着）される縁部の領域」を必要に応じて「シール部」という。
【０００６】
例えば、フィルムを用いて形成されたケースとしては、電気化学キャパシタと異なる非水電解質電池に備えられるものであるが、複合包装フィルム（ラミーネートフィルム）から形成したケースのシール部のうちのリードが引き出されている部分以外の部分を折りたたむことにより、ケースの投影面積の縮小化を図ったものが知られている（例えば、下記特許文献１を参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１３８０４０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電気化学キャパシタについて、搭載されるべき機器から要求される充放電特性（特に出力特性）を充分に満たしつつ、上記機器内の非常に小さな設置スペースにも容易に設置可能とするための更なる小型化及び軽量化を目指した特定の構成を意図した場合、上述の特許文献１に記載の非水電解質電池の構成を単純に電気化学キャパシタに適用するだけでは、以下の問題があり意図した効果を得ることが極めて困難となることを本発明者らは見出した。なお、上記「特定の構成」とは、以下に示す厚さが４００μｍ以下の薄膜状の単位セルを２以上並置した状態で電気的に直列に接続する構成である。
【０００９】
電気二重層キャパシタをはじめとする電気化学キャパシタはその動作原理、並びに、構成要素（電極及びセパレータ等）の構造及び構成材料の制約等により、同等の大きさの２次電池に比較すると単位セル当りの電気容量及び電圧（端子間電圧、耐電圧等）が一般的に低くなる。そのため、搭載されるべき機器から要求される電圧値（例えば、５Ｖ以上の端子間電圧）を満たすためには、２以上の単位セルを直列に接続する必要がある。
【００１０】
この場合、搭載されるべき機器の形状又は搭載されるべき機器内の設置スペースの大きさ及び形状により、単位セルを積層せずに、２以上並置した状態で直列に接続する構成を採用する必要がある場合がある。
【００１１】
そして、電気化学キャパシタを薄膜状とすることにより、よりいっそう小さな設置スペースに配置可能とする観点から、単位セルを２以上並置した状態で直列に接続する構成を採用し、かつ、上述の特許文献１に記載のケース（特許文献１には「外装材」と記載されている）ように、軽量であり薄膜化が容易な可とう性を有するフィルム（例えば、複合包装フィルム）であって厚さが１００μｍ以下のフィルムを用いて形成したケースを使用し、特に単位セルの厚さ（ケースを構成するフィルムの厚さも含む厚さ）を４００μｍ以下とする場合には、図１０及び図１１を用いて以下に説明する問題があることを本発明者らは見出した。
【００１２】
図１０は、単位セルを２以上並置した状態で直列に接続する構成を採用した従来の電気化学キャパシタを示す正面図である。図１１は、図１０に示す電気化学キャパシタ１００を図１のＸ１００−Ｘ１００線に沿って切断した場合の模式断面図である。特に、図１１は、図１０に示す単位セル１０１の側の断面を示す。図１１に図示しない単位セル１０２の断面も図示された単位セル１０１と同様である。
【００１３】
図１０に示す電気化学キャパシタ１００は、２つの単位セル１０１及び１０２が、これらが設置されるべき機器（図示せず）内の同一の設置面上に並置された状態でかつ電気的に直列に接続された構成を有する。
【００１４】
ここで、単位セル１０１のケース１０５は、１枚の可とう性を有するフィルム（例えば、先に述べた複合包装フィルム）１０４を使用してこれを約１／２に折りたたみ、重ね合せた内面のうちの縁部１０４Ｂ同士をヒートシール（熱融着）して作製されている。また、ケース１０５の内部（フィルム１０４のヒートシールされていない部分領域１０４Ａにより形成される空間）には、互いに対向するアノード（図示せず）、カソード（図示せず）、及び、アノードとカソードとの間に配置されるセパレータ（図示せず）とからなる積層体（以下、「キャパシタ素体部」という）１０８と、電解質溶液１０９（一部がアノード、カソード及びセパレータ中に含有されている）とが収容されている。そして、アノードには、一方の端部が該アノードに電気的に接続されると共に他方の端部がケース１０５の外部に突出される金属製のリードＡ１０１が接続されている。また、カソードには一方の端部が該カソードに電気的に接続されると共に他方の端部がケース１０５の外部に突出される金属製のリードＣ１０１が接続されている。
【００１５】
単位セル１０２のケース１０６も、１枚の可とう性を有するフィルム１０７を使用してこれを約１／２に折りたたみ、重ね合せた内面のうちの縁部１０５Ｂ同士をヒートシール（熱融着）して作製されており、ケース１０６の内部に単位セル１０１と同様のキャパシタ素体部と電解質溶液が収容されている。そして、アノードには、一方の端部が該アノードに電気的に接続されると共に他方の端部がケース１０５の外部に突出される金属製のリードＡ１０１が接続されている。また、カソードには一方の端部が該カソードに電気的に接続されると共に他方の端部がケース１０５の外部に突出される金属製のリードＣ１０１が接続されている。
【００１６】
そして、先にも述べたように電気化学キャパシタ１００の薄膜化により、よりいっそう小さな設置スペースに配置可能とする観点から、フィルム１０４及び１０７の厚さｄ１００を１００μｍ以下とし、かつ、電気化学キャパシタ１００の厚さＤ１００を４００μｍ以下とする場合、以下の問題があった。
【００１７】
すなわち、この場合、上述の特許文献１に記載のケースのようにケース１０５のシール部１０４Ｂを折り曲げると、図１１に示すように、折り曲げられた後のシール部１０４Ｂの部分の表面がフィルム１０４のヒートシールされていない部分領域１０４Ａの表面よりも上方（又は下方）に突出した状態となり、部分領域１０４Ａの上方に充放電に利用できないデットスペースＲ１（使用されるべき機器内における該電池の設置空間に形成されるデットスペース）が形成される。また、ケース１０７においても同様のデットスペースが形成される。そして、このデットスペースにより、電気化学キャパシタ１００は「設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度」が充分に得ることができていなかった。
【００１８】
ここで、ケース１０５について説明すると、フィルム１０４の厚さｄ１００を１００μｍ以下とし、かつ、電気化学キャパシタ１００の厚さＤ１００を４００μｍ以下とする場合には、折り曲げない状態のシール部１０４Ｂの面積よりもアノード及びカソードの電極面積の方が一般的に非常に大きい（例えば、５倍以上）ので、折り曲げない状態でシール部１０４Ｂの上方及び下方に形成されるデットスペースに比して、上述のようにシール部１０４Ｂを折り曲げることにより成される上記デットスペースＲ１の方が大きくなる。これはケース１０７についても同様である。
【００１９】
更に、シール部１０４Ｂを折り曲げない状態とする場合にも、２つの単位セル１０１及び１０２の間の各シール部の上方及び下方に形成されるデットスペースＲ２の部分に起因する「設置されるべき空間（設置スペース）の体積を基準とする体積エネルギー密度」の低下が問題となっていた。多数の単位セルを並置する場合にはこのデットスペースＲ２の部分に起因する「設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度」の減少量が大きくなる。
【００２０】
なお、電気化学デバイスの「体積エネルギー密度」とは、本来、電気化学デバイスのキャパシタ素体部部分の体積又は容器を含む全体積に対する全出力エネルギーの割合で定義されるものである。これに対して、「設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度」とは、電気化学デバイスの最大縦、最大横、最大厚さに基づいて求められる見かけ上の体積に対する電気化学デバイスの全出力エネルギーの割合を意味する。
【００２１】
実際に、電気化学デバイスを電子機器（携帯用小型電子機器、電気自動車やハイブリッド車内に搭載される電源システム等）に搭載する場合、上述した本来の体積エネルギー密度の向上とともに、設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度を向上させることが、電子機器内の限られたスペースを、デッドスペースを充分に低減した状態で有効利用する観点から重要となる。特に、ケースを構成するフィルムの厚さを１００μｍ以下とし、かつ、電気化学キャパシタの厚さを４００μｍ以下とする場合には、上記のデッドスペースを充分に低減することが設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度を充分に得る観点から重要になる。
【００２２】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、単位セルを２以上並置した状態で直列に接続する構成とする場合であっても、小型化及び軽量化が容易であり、かつ、設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度を充分に得ることができる電気化学キャパシタを提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成するべく鋭意研究を重ねた結果、可とう性を有する厚さが１００μｍ以下のフィルムを用いて形成したケースを有する電気化学キャパシタの場合、以下の条件を満たす構成を有することが上記目的達成の観点から有効であることを見出し、本発明に到達した。
【００２４】
すなわち、本発明は、互いに対向する平板状の第１の電極及び平板状の第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に配置される平板状のセパレータとを含み構成される２以上のキャパシタ素体部と、
電解質溶液と、
互いに対向する第１のフィルム及び第２のフィルムの対向面の縁部同士を熱融着させることにより、２以上のキャパシタ素体部及び電解質溶液を密閉した状態で収容するケースと、
第１の電極に一方の端部が接続されると共に他方の端部がケースの外部に突出するようにキャパシタ素体部ごとに設けられた第１のリードと、
第２の電極に一方の端部が接続されると共に他方の端部がケースの外部に突出するようにキャパシタ素体部ごとに設けられた第２のリードと、
を有し、
各キャパシタ素体部は、第１のリード及び第２のリードを介して互いに電気的に直列に接続されており、
ケースには、第１のフィルム及び第２のフィルムの互いに対向する部分領域同士を熱融着させることにより形成され、２以上のキャパシタ素体部同士の接触を防止する仕切り部が設けられており、
第１のフィルム及び第２のフィルムの厚さｄと、全体の厚さＤとが、下記式（１）及び（２）の条件を同時に満たすように調節されていること、
を特徴とする電気化学キャパシタを提供する。
ｄ≦１００μｍ  …（１）
Ｄ≦４ｄ        …（２）
【００２５】
本発明の電気化学キャパシタは、上記のようにケースに設ける仕切り部を第１のフィルム及び第２のフィルムの互いに対向する部分領域同士を熱融着させることにより形成するため、図１０及び図１１に示したデットスペースＲ２を大幅に低減することができる。そのため、本発明の電気化学キャパシタは、設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度も容易に向上させることができる。
【００２６】
また、本発明の電気化学キャパシタでは、第１のフィルム及び第２のフィルムの各内面の熱融着される縁部（シール部）は折り曲げないこととする。これにより、図１０及び図１１に示したデットスペースＲ１をなくすことができる。なお、縁部（シール部）を折り曲げないことにより、当該縁部（シール部）の上方及び下方にデットスペースが新たに生じるが縁部（シール部）の幅を調節することにより、新たに生じるデットスペースの大きさを図１０及び図１１に示したデットスペースＲ１よりも充分に小さくすることができる。そのため、この観点からも本発明の電気化学キャパシタは、設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度も容易に向上させることができる。
【００２７】
更に、本発明の電気化学キャパシタは、軽量であり薄膜化が容易な可とう性を有するフィルムを用いて形成されたケースを備えているため、電気化学キャパシタ自体の形状を薄膜状とすることができる。
【００２８】
以上の構成条件を満たす本発明の電気化学キャパシタは、単位セルを２以上並置した状態で直列に接続する構成とする場合であっても、小型化及び軽量化が容易であり、かつ、設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度を充分に得ることができる電気化学キャパシタを提供することができる。
【００２９】
更に、本発明によれば、厚さが４００μｍの薄いフィルム状の電気化学キャパシタであって、搭載されるべき機器から要求される出力電圧（例えば、５Ｖ以上）を容易に得ることができる電気化学キャパシタを提供することができる。
【００３０】
ここで、本発明において、「フィルム」とは、可とう性を有し、同種のフィルム同士で熱溶着が可能であり、かつ、金属製のリードに対して熱溶着が可能であフィルムを示す。
【００３１】
また、本発明において、ケースの充分な機械的強度と密封性をより確実に得る観点から、第１のフィルム及び第２のフィルムの厚さｄは５０μｍ以上であることが好ましい。更に、本発明において、第１のフィルム及び第２のフィルムの厚さｄは、式（１）を満たす範囲であればそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。
【００３２】
更に、本発明の電気化学キャパシタを充分な機械的強度をより確実に得る観点と、電気化学キャパシタをより容易に製造する観点から、全体の厚さＤは２００μｍ以上であることが好ましい。
【００３３】
また、本発明の電気化学キャパシタにおいては、先に述べた設置スペースを有効利用できないデットスペースを充分に低減する観点から、仕切り部の幅が０．２〜２．０ｍｍであることが好ましく、０．５〜１．０ｍｍであることがより好ましい。
【００３４】
更に、本発明の電気化学キャパシタにおいては、上記と同様にデットスペースを充分に低減する観点から第１のフィルム及び第２のフィルムの各内面の熱融着される縁部の幅が０．５〜２．０ｍｍであることが好ましく、１．０〜２．０ｍｍであることがより好ましい。
【００３５】
また、本発明の電気化学キャパシタは、小型化及び軽量化をより確実に図る観点から、第１のフィルム及び第２のフィルムの面積が０．０９〜２０ｃｍ２であることが好ましく、１〜４ｃｍ２であることがより好ましい。
【００３６】
更に、本発明の電気化学キャパシタにおいては、充分なキャパシタ容量を得る観点から、各キャパシタ素体部において、第１の電極及び第２の電極はそれぞれ電子伝導性の多孔体を構成材料として含んでおり、セパレータは絶縁性の多孔体からなり、電解質溶液は、少なくともその一部が第１の電極、第２の電極、及び、セパレータの内部に含有されていることが好ましい。
【００３７】
また、本発明の電気化学デバイスでは、第１のフィルム及び第２のフィルムとして、電解質溶液に接触する合成樹脂製の最内部の層と、最内部の層の上方に配置される金属層とを少なくとも有する複合包装フィルムを使用することが好ましい。
【００３８】
合成樹脂製の最内部の層を配置することにより第１のフィルム及び第２のフィルムの充分な可とう性が確保されるとともに、第１のフィルムのシール部と第２のフィルムのシール部との熱融着強度を充分に確保することができる。また、金属層を配置することにより、第１のフィルム及び第２のフィルムの充分な機械的強度が確保されるとともに、ケース内部の電解質溶液の構成成分のケース外部への逸散と、ケース外部からケース内部への空気（水分及び酸素）の流入を充分に防止することができる。更に、合成樹脂製の最内部の層を金属層よりも内側に配置することによりケース内部の電解質溶液の構成成分などによる金属層の腐食の進行が充分に防止される。
【００３９】
これにより、液漏れの発生を充分に防止することのできる電気化学デバイスをより容易かつより確実に構成することができる。さらに、液漏れの発生を充分に防止する観点と充分な機械的強度を確保する観点から金属層の外側に更に合成樹脂製の層を配置することがより好ましい。
【００４０】
本発明において、「電解質溶液」は液状の状態以外にゲル化剤を添加することにより得られるゲル状電解質であってもよい。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による電気化学キャパシタを電気二重層キャパシタに適用した場合について、その好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４２】
図１は本発明の電気化学キャパシタの好適な一実施形態を示す正面図である。また、図２は図１に示す電気化学キャパシタの内部を各キャパシタ素体部のアノードの表面の法線方向からみた場合の展開図である。更に、図３は図１に示す電気化学キャパシタを図１のＸ１−Ｘ１線に沿って切断した場合の要部を示す模式断面図である。また、図４は図１に示す電気化学キャパシタを図１のＸ２−Ｘ２線に沿って切断した場合の要部を示す模式断面図である。更に、図１に示す電気化学キャパシタを図１のＹ−Ｙ線に沿って切断した場合の要部を示す模式断面図である。
【００４３】
図１〜図５に示すように、電気化学キャパシタ１は、主として、２つのキャパシタ素体部６０Ａ及び６０Ｂと、電解質溶液３０と、これらを密閉した状態で収容するケース５０とから構成されている。
【００４４】
そして、キャパシタ素体部６０Ａは、互いに対向する平板状のアノード１０Ａ（第１の電極）及び平板状のカソード２０Ａ（第２の電極）と、アノード１０Ａとカソード２０Ａとの間に隣接して配置される平板状のセパレータ４０Ａとから構成されている。さらにこのキャパシタ素体部６０Ａには、アノード１０Ａに一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部がケース５０の外部に突出されるアノード用リード１２Ａ（第１のリード）と、カソード２０Ａに一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部がケース５０の外部に突出されるカソード用リード２２Ａ（第２のリード）とが設けられている。
【００４５】
また、キャパシタ素体部６０Ｂは、互いに対向する平板状のアノード１０Ｂ（第１の電極）及び平板状のカソード２０Ｂ（第２の電極）と、アノード１０Ｂとカソード２０Ｂとの間に隣接して配置される平板状のセパレータ４０Ｂとから構成されている。さらにこのキャパシタ素体部６０Ｂには、アノード１０Ｂに一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部がケース５０の外部に突出されるアノード用リード１２Ｂ（第１のリード）と、カソード２０Ｂに一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部がケース５０の外部に突出されるカソード用リード２２Ｂ（第２のリード）とが設けられている。
【００４６】
更に、キャパシタ素体部６０Ａのアノード用リード１２Ａと、キャパシタ素体部６０Ｂのカソード用リード２２Ｂとが、金属線１１により電気的に接続されている。これにより、２つのキャパシタ素体部６０Ａとキャパシタ素体部６０Ｂとは電気的に直列に接続されている。また、図１及び図２に示すように、２つのキャパシタ素体部６０Ａとキャパシタ素体部６０Ｂは、第２のフィルム５２の内面上に互いに非接触状態となるように並置されている。
【００４７】
なお、「アノード」及び「カソード」は説明の便宜上、電気化学キャパシタ１の放電時の極性を基準に決定したものである。
【００４８】
そして、電気化学キャパシタ１は、先に述べた本発明の目的を達成するために、以下に説明する構成を有している。
【００４９】
以下に図１〜図９に基づいて本実施形態の各構成要素の詳細を説明する。
【００５０】
ケース５０は、先に述べたように、互いに対向する第１のフィルム５１及び第２のフィルム５２とを有している。ここで、図２に示すように、本実施形態における第１のフィルム５１及び第２のフィルム５２は連結されている。すなわち、本実施形態におけるケース５０は、一枚の複合包装フィルムからなる矩形状のフィルムを、図２に示す折り曲げ線Ｘ３−Ｘ３において折り曲げられ、矩形状のフィルムの対向する１組の縁部同士（図中の第１のフィルム５１の縁部５１Ｂ及び第２のフィルム５２の縁部５２Ｂ）を重ね合せてヒートシール（熱融着）を行うことにより形成されている。
【００５１】
そして、第１のフィルム５１及び第２のフィルム５２は、１枚の矩形状のフィルムを上述のように折り曲げた際にできる互いに対向する面（Ｆ５１及びＦ５２）を有する該フィルムの部分をそれぞれ示す。ここで、本明細書において、接合された後の第１のフィルム５１及び第２のフィルム５２のそれぞれの縁部５１Ｂ及び５２Ｂを「シール部」という。
【００５２】
これにより、折り曲げ線Ｘ３−Ｘ３の部分に第１のフィルム５１と第２のフィルム５２とを接合させるためのシール部を設ける必要がなくなるため、ケース５０におけるシール部をより低減することができる。その結果、電気化学キャパシタ１の設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度をより向上させることができる。
【００５３】
本実施形態の場合、図１及び図２に示すように、アノード１０に接続されたアノード用リード１２及びカソード用リード２２のそれぞれの一端が上述の第１のフィルム５１の縁部５１Ｂ及び第２のフィルム５２の縁部５２Ｂシール部とを接合したシール部から外部に突出するように配置されている。
【００５４】
ケース５０には、２つのキャパシタ素体部６０Ａ及び６０Ｂ同士の接触を防止する仕切り部５６が設けられている。そして仕切り部５６は、第１のフィルム５１及び第２のフィルム５２の互いに対向する部分領域同士を熱融着させることにより形成されている。仕切り部５６により仕切られたケース５０の２つの内部空間（第１のフィルム５１及び第２のフィルム５２のヒートシールされていない部分領域５１Ａ、５２Ａ及び仕切り部５６により形成される２つの内部空間）には、キャパシタ素体部６０Ａ及び６０Ｂが互いに接触しないように電解質溶液とともに収容されており、それぞれ単位セルが構成されている。
【００５５】
また、この電気化学キャパシタ１の場合、ケース５０を構成する第１のフィルム５１及び第２のフィルム５２の厚さｄと、全体の厚さＤとが、下記式（１）及び（２）の条件を同時に満たすように調節されている。
ｄ≦１００μｍ  …（１）
Ｄ≦４ｄ        …（２）
【００５６】
また、携帯用の小型電子機器内の限られた狭い設置スペースにも設置可能とする観点及び充分な機械的強度をより確実に得る観点から、上記の厚さＤ（電気化学キャパシタ１全体の厚さ）は２００〜〜４００μｍであることが好ましく、３００〜４００μｍあることがより好ましい。
【００５７】
また、ケース５０の充分な機械的強度と密封性をより確実に得る観点から、第１のフィルム５１及び第２のフィルム５２の厚さｄは５０μｍ以上であることが好ましい。更に、設置スペースを有効利用できないデットスペースを充分に低減する観点から、仕切り部５６の幅が０．２〜２．０ｍｍであることが好ましく、０．５〜１．０ｍｍであることがより好ましい。
【００５８】
更に、上記と同様にデットスペースを充分に低減する観点から第１のフィルム５１及び第２のフィルム５２の各内面の熱融着される縁部５１Ｂ及び５２Ｂの幅が０．５〜２．０ｍｍであることが好ましく、１．０〜２．０ｍｍであることがより好ましい。
【００５９】
また、小型化及び軽量化をより確実に図る観点から、第１のフィルム５１及び第２のフィルム５２の面積が０．０９〜２０ｃｍ２であることが好ましく、１〜４ｃｍ２であることがより好ましい。
【００６０】
また、第１のフィルム５１及び第２のフィルム５２を構成するフィルムは、可とう性を有するフィルムである。このフィルムは軽量であり薄膜化が容易なため、電気化学キャパシタ１自体の形状を薄膜状とすることができる。そのため、本来の体積エネルギー密度を容易に向上させることができるとともに、電気化学キャパシタ１の設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度も容易に向上させることができる。
【００６１】
第１のフィルム５１及び第２のフィルム５２は上記式（１）の条件を満たし、かつ、可とう性を有するフィルムであれば特に限定されないが、ケースの十分な機械的強度と軽量性を確保しつつ、ケース外部からケース内部への水分や空気の侵入及びケース内部からケース外部への電解質成分の逸散を効果的に防止する観点から、電解質溶液に接触する合成樹脂製の最内部の層と、最内部の層の上方に配置される金属層とを少なくとも有する「複合包装フィルム」であることが好ましい。
【００６２】
第１のフィルム５１及び第２のフィルム５２として使用可能な複合包装フィルムとしては、例えば、図６及び図７に示す構成の複合包装フィルムが挙げられる。
【００６３】
図６示す複合包装フィルム５３は、その内面Ｆ５０ａにおいて電解質溶液に接触する合成樹脂製の最内部の層５０ａと、最内部の層５０ａのもう一方の面（外側の面）上に配置される金属層５０ｃと有する。また、図７示す複合包装フィルム５４は、図６示す複合包装フィルム５３の金属層５０ｃの外側の面に更に合成樹脂製の最外部の層５０ｂが配置された構成を有する。
【００６４】
第１のフィルム５１及び第２のフィルム５２として使用可能な複合包装フィルムは、上述の最内部の層５０ａをはじめとする１以上の合成樹脂の層、金属箔などの金属層５０ｃを備えた２以上の層を有する複合包装材であれば特に限定されないが、上記と同様の効果をより確実に得る観点から、図７に示した複合包装フィルム５４のように、最内部の層５０ａと、最内部の層５０ａから最も遠いケース５０の外表面の側に配置される合成樹脂製の最外部の層５０ｂと、最内部の層５０ａと最外部の層５０ｂとの間に配置される少なくとも１つの金属層５０ｃとを有する３層以上の層から構成されていることがより好ましい。
【００６５】
最内部の層５０ａは可とう性を有する層であり、その構成材料は上記の可とう性を発現させることが可能であり、かつ、使用される電解質溶液に対する化学的安定性（化学反応、溶解、膨潤が起こらない特性）、並びに、酸素及び水（空気中の水分）に対する化学的安定性を有している合成樹脂であれば特に限定されないが、更に酸素、水（空気中の水分）及び電解質溶液の成分に対する透過性の低い特性を有している材料が好ましい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン酸変成物、ポリプロピレン酸変成物、ポリエチレンアイオノマー、ポリプロピレンアイオノマー等の熱可塑性樹脂などが挙げられる。
【００６６】
また、上述した図７に示した複合包装フィルム５４のように、最内部の層５０ａ以外に、最外部の層５０ｂ等のような合成樹脂製の層を更に設ける場合、この合成樹脂製の層も、上記最内部の層と同様の構成材料を使用してよい。更に、この合成樹脂製の層としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド（ナイロン）等のエンジニアリングプラスチックからなる層を使用してもよい。
【００６７】
金属層５０ｃとしては、酸素、水（空気中の水分）及び電解質溶液に対する耐腐食性を有する金属材料から形成されている層であることが好ましい。例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、ニッケル等からなる金属箔を使用してもよい。
【００６８】
次に、アノード１０Ａ及び１０Ｂ、並びに、カソード２０Ａ及び２０Ｂについて説明する。図８は図１に示す電気化学キャパシタ１のアノード１０Ａ（又は１０Ｂ）の基本構成の一例を示す模式断面図である。また、図９は、図１に示す電気化学キャパシタのカソード２０Ａ（又は１０Ｂ）の基本構成の一例を示す模式断面図である。以下、キャパシタ素体部６０Ａについてのみ説明し、同一の構成を有するキャパシタ素体部６０Ｂの説明については省略する。
【００６９】
図８に示すようにアノード１０Ａは、平板状の集電体１６と、該集電体１６上に形成された電子伝導性の多孔体からなる多孔体層１８とからなる。また、図９に示すようにカソード２０Ａは、集電体２６と、該集電体２６上に形成された電子伝導性の多孔体からなる多孔体層２８とからなる。
【００７０】
集電体１６及び集電体２６は、多孔体層１８及び多孔体層２８への電荷の移動を充分に行うことができる良導体であれば特に限定されず、公知の電気二重層キャパシタに用いられている集電体を使用することができる。例えば、集電体１６及び集電体２６としては、アルミニウムなどの金属箔等が挙げられる。
【００７１】
多孔体層１８及び多孔体層２８の構成材料としては、特に限定されず、公知の電気二重層キャパシタに用いられている炭素電極等の分極性電極を構成する多孔体層に使用されているものと同様の材料を使用することができる。例えば、原料炭（例えは、石油系重質油の流動接触分解装置のボトム油や減圧蒸留装置の残さ油を原料油とするディレードコーカーより製造された石油コークス等）を賦活処理することにより得られる炭素材料（例えば、活性炭）を構成材料の主成分としているものを使用することができる。その他の条件（バインダー等の炭素材料以外の構成材料の種類とその含有量）は特に限定されるものではない。例えば、炭素粉末に導電性を付与するための導電性補助剤（カーボンブラック等）と、例えばバインダー（ポリテトラフルオロエチレン，以下、ＰＴＦＥという）とが添加されていてもよい。
【００７２】
アノード１０Ａとカソード２０Ａとの間に配置されるセパレータ４０Ａは、絶縁性の多孔体から形成されていれば特に限定されず、公知の電気二重層キャパシタに用いられているセパレータを使用することができる。例えば、絶縁性の多孔体としては、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリオレフィンからなるフィルムの積層体や上記樹脂の混合物の延伸膜、或いは、セルロース、ポリエステル及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも１種の構成材料からなる繊維不織布が挙げられる。
【００７３】
また、カソード２０Ａの集電体２８は、例えばアルミニウムからなるカソード用リード２２Ａの一端に電気的に接続され、カソード用リード２２Ａの他端はケース５０の外部に延びている。一方、アノード１０Ａの集電体１８も、例えば銅又はニッケルからなるアノード用リード導体１２Ａの一端に電気的に接続され、アノード用リード導体１２Ａの他端は封入袋１４の外部に延びている。
【００７４】
電解質溶液３０はケース５０の仕切り部５６により仕切られた２つの内部空間に充填され、その一部は、２つの電気化学キャパシタ素体６０Ａ及び６０Ｂの内部に含有されている。
【００７５】
この電解質溶液３０は、特に限定されず、公知の電気二重層キャパシタに用いられている電解質溶液（電解質水溶液、有機溶媒を使用する電解質溶液）を使用することができる。ただし、電解質水溶液は電気化学的に分解電圧が低いことにより、キャパシタの耐用電圧が低く制限されるので、有機溶媒を使用する電解質溶液（非水電解質溶液）であることが好ましい。
【００７６】
更に、図１及び図２に示すように、第１のフィルム５１の縁部５１Ｂ及び第２のフィルム５２の縁部５２Ｂからなるケース５０のシール部に接触するアノード用リード１２の部分には、アノード用リード１２と各フィルム中の金属層５０ｃとの接触を防止するための絶縁体１４が被覆されている。更に、第１のフィルム５１の縁部５１Ｂ及び第２のフィルム５２の縁部５２Ｂからなるケース５０のシール部に接触するカソード用リード２２の部分には、カソード用リード２２と各フィルムを構成する複合包装フィルム中の金属層５０ｃとの接触を防止するための絶縁体２４が被覆されている。
【００７７】
これら絶縁体１４及び絶縁体２４の構成は特に限定されないが、例えば、それぞれ合成樹脂から形成されていてもよい。なお、アノード用リード１２及びカソード用リード２２のそれぞれに対する複合包装フィルム中の金属層５０ｃの接触が充分に防止可能であれば、これら絶縁体１４及び絶縁体２４は配置しない構成としてもよい。
【００７８】
更に、携帯用の小型電子機器内の限られた狭い設置スペースにも設置可能とする観点から、アノード１０、セパレータ４０及びカソード２０からなる積層体（第１の電極、セパレータ及び第２の電極からなる積層体）の厚さ（キャパシタ素体部６０の厚さ）が、１００〜３００μｍであることが好ましく、１００〜２００μｍであることがより好ましい。
【００７９】
また、この電気化学デバイス１（電気二重層キャパシタ）の場合、キャパシタ容量が１×１０−３〜１Ｆであることが好ましく、０．０１〜０．１０Ｆであることがより好ましい。これにより、フィルム状でありながら容量の大きい電気化学デバイス１（電気二重層キャパシタ）が得られる。これらは薄い特性を活かし、ＩＣカード、ＩＣタグ等への利用も可能となる。また、玩具等への用途や携帯機器への用途も拡大する。
【００８０】
つぎに、上述したケース５０及び電気化学キャパシタ１の作製方法について説明する。
【００８１】
キャパシタ素体部６０Ａ（アノード１０Ａ、セパレータ４０Ａ及びカソード２０Ａがこの順で順次積層された積層体）並びにキャパシタ素体部６０Ｂ（アノード１０Ｂ、セパレータ４０Ｂ及びカソード２０Ｂがこの順で順次積層された積層体）の製造方法は、特に限定されず、公知の電気化学キャパシタの製造に採用されている公知の薄膜製造技術を用いることができる。
【００８２】
アノード１０Ａ及び１０Ｂ並びにカソード２０Ａ及び２０Ｂとなる電極が炭素電極の場合、例えば、公知の方法により賦活処理済みの活性炭等の炭素材料を用いてシート状の電極を作製することができる。この場合、例えば、炭素材料を５〜１００μｍ程度に粉砕し粒度を整えた後、例えば炭素粉末に導電性を付与するための導電性補助剤（カーボンブラック等）と、例えば結着剤（ポリテトラフルオロエチレン，以下、ＰＴＦＥという）とを添加して混練し、混練物を圧延伸してシート状に成形して製造する。
【００８３】
ここで、上記の導電性補助剤としては、カーボンブラックの他、粉末グラファイトなどを用いることができ、また、結着剤としては、ＰＴＦＥの他、ＰＶＤＦ、ＰＥ、ＰＰ、フッ素ゴムなどを使用することができる。
【００８４】
また、炭素電極を形成するには、炭素材料を粉砕した微粒子とカーボンブラックとが均等に分布し、ほぼ同一強度でＰＴＦＥ繊維でからめられる必要があり、混練を充分に行い、一般に繰り返し圧延伸を縦横に行うことが必要である。
【００８５】
次に、アノード１０Ａ及びカソード２０Ａのそれぞれに対して、アノード用リード導体１２Ａ及びカソード用リード２２Ａをそれぞれ電気的に接続する。セパレータ４０Ａをアノード１０Ａとカソード２０Ａとの間に接触した状態（非接着状態）で配置し、キャパシタ素体部６０Ａを完成する。また、アノード１０Ｂ及びカソード２０Ｂのそれぞれに対して、アノード用リード導体１２Ｂ及びカソード用リード２２Ｂをそれぞれ電気的に接続する。セパレータ４０Ｂをアノード１０Ｂとカソード２０Ｂとの間に接触した状態（非接着状態）で配置し、キャパシタ素体部６０Ｂを完成する。
【００８６】
次に、ケース５０の作製方法の一例について説明する。まず、第１のフィルム５１及び第２のフィルム５２を先に述べた複合包装フィルムから構成する場合には、ドライラミネ−ション法、ウエットラミネ−ション法、ホットメルトラミネ−ション法、エクストル−ジョンラミネ−ション法等の既知の製造法を用いて作製する。
【００８７】
例えば、複合包装フィルムを構成する合成樹脂製の層となるフィルム、アルミニウム等からなる金属箔を用意する。金属箔は、例えば金属材料を圧延加工することにより用意することができる。
【００８８】
次に、好ましくは先に述べた複数の層の構成となるように、合成樹脂製の層となるフィルムの上に接着剤を介して金属箔を貼り合わせる等して複合包装フィルム（多層フィルム）を作製する。そして、複合包装フィルムを所定の大きさに切断し、矩形状のフィルムを１枚用意する。
【００８９】
次に、先に図２を参照して説明したように、１枚のフィルムを折り曲げて、第１のフィルム５１のシール部５１Ｂ（縁部５１Ｂ）と第２のフィルムのシール部５２Ｂ（縁部５２Ｂ）を、例えば、シール機を用いて所定の加熱条件で所望のシール幅だけヒートシール（熱融着）する。このとき、キャパシタ素体部６０Ａ及び６０Ｂをケース５０中に導入するための開口部を確保するために、一部のヒートシールを行わない部分を設けておく。これにより開口部を有した状態のケース５０が得られる。
【００９０】
そして、開口部を有した状態のケース５０の内部に、アノード用リード導体１２Ａ及びカソード用リード２２Ａが電気的に接続されたキャパシタ素体部６０Ａと、アノード用リード導体１２Ｂ及びカソード用リード２２Ｂが電気的に接続されたキャパシタ素体部６０Ｂとを挿入する。
【００９１】
次に、ケース５０にキャパシタ素体部６０Ａ及び６０Ｂ同士の接触を防止する仕切り部５６を設ける。仕切り部５４は、第１のフィルム５１及び第２のフィルム５２の互いに対向する部分領域同士をシール機を用いてヒートシール（熱融着）することにより形成する。そのとき、得られる仕切り部５４の幅Ｗ５６が好ましくは０．５〜１．０ｍｍとなるようにヒートシールの際に使用する熱伝導部材の大きさ、温度、ヒートシールする部分に加わえる圧力、処理時間などの条件を調節する。このときのヒートシールする部分に加わえる圧力は０．５〜２０ｋｇｆ／ｃｍ２であることが好ましい。また、このときの温度は１７５〜１９０℃であることが好ましい。処理時間は５〜１５秒であることが好ましい。
【００９２】
そして次に、電解質溶液３０を開口部から注入する。続いて、シール機を用いて、ケース５０の開口部をシールする。このようにしてケース５０及び電気化学キャパシタ１の作製が完了する。
【００９３】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態の説明においては、主として、本発明を電気二重層キャパシタに適用した場合に好適な構成について説明したが、本発明の電気化学キャパシタは電気二重層キャパシタに限定されるものではなく、例えば、シュードキャパシタ、レドックスキャパシタ等の、互いに対向する平板状の第１の電極及び平板状の第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に隣接して配置される平板状のセパレータと、電解質溶液とを有し、これらが可とう性を有するィルムから形成されたケース内に収容される構成の電気二重層キャパシタに適用可能である。
【００９４】
また、上記実施形態の説明においては、キャパシタ素体部を２つ並置する場合について説明したが、本発明の電気化学キャパシタはこれに限定されるものでなく、更に３以上のキャパシタ素体部を並置する構成としてもよい。また、上記実施形態の説明においては、キャパシタ素体部として１対の電極と該１対の電極間にセパレータが配置された構成の単位セルに相当するユニットを並置する場合について説明したが、設置される機器内の設置スペースの大きさにより、上記の単位セルを２以上積層したものを１つのキャパシタ素体部とし、これを２以上の並置する構成としてもよい。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、単位セルを２以上並置した状態で直列に接続する構成とする場合であっても、小型化及び軽量化が容易であり、かつ、設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度を充分に得ることができる電気化学キャパシタを提供することができる。特に、本発明によれば、厚さの薄いフィルム状の電気化学キャパシタ（例えば、厚さが２００〜４００μｍの電気化学キャパシタ）を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気化学キャパシタの好適な一実施形態を示す正面図である。
【図２】図１に示す電気化学キャパシタの内部を各キャパシタ素体部のアノードの表面の法線方向からみた場合の展開図である。
【図３】図１に示す電気化学キャパシタを図１のＸ１−Ｘ１線に沿って切断した場合の要部を示す模式断面図である。
【図４】図１に示す電気化学キャパシタを図１のＸ２−Ｘ２線に沿って切断した場合の要部を示す模式断面図である。
【図５】図１に示す電気化学キャパシタを図１のＹ−Ｙ線に沿って切断した場合の要部を示す模式断面図である。
【図６】図１に示す電気化学キャパシタのケースの構成材料となるフィルムの基本構成の一例を示す模式断面図である。
【図７】図１に示す電気化学キャパシタのケースの構成材料となるフィルムの基本構成の別の一例を示す模式断面図である。
【図８】図１に示す電気化学キャパシタのアノードの基本構成の一例を示す模式断面図である。
【図９】図１に示す電気化学キャパシタのカソードの基本構成の一例を示す模式断面図である。
【図１０】単位セルを２以上並置した状態で直列に接続する構成を採用した従来の電気化学キャパシタを示す正面図である。
【図１１】図１０に示す電気化学キャパシタ１００を図１のＸ１００−Ｘ１００線に沿って切断した場合の模式断面図である。
【符号の説明】
１…電気化学キャパシタ、１０Ａ，１０Ｂ…アノード、１１…金属線、１２Ａ，１２Ｂ…アノード用リード線、１４Ａ，１４Ｂ…絶縁体、２０Ａ，２０Ｂ…カソード、２２Ａ，２０Ｂ…カソード用リード線、２４Ａ，２４Ｂ…絶縁体、３０…電解質溶液、４０Ａ，４０Ｂ…セパレータ、５０…ケース、５１…第１のフィルム、５１Ｂ…縁部（シール部）、５２…第２のフィルム、５６…仕切り部、６０Ａ，６０Ｂ…キャパシタ素体部。
【図１】
2004296520.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004296520.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004296520.tif 000009
【図８】
2004296520.tif 000010
【図９】
2004296520.tif 000011
【図１０】
2004296520.tif 000012
【図１１】
2004296520.tif 000013