(57)【要約】【課題】電解液の漏れや外部からの水分侵入を防ぐ電気二重層キャパシタ及び電解質電池を製造する。【解決手段】電気二重層キャパシタは、電解液が含浸された一対の分極性電極20、21をセパレータ6を介して対向配備したセル2を具え、各分極性電極20、21には集電電極3、30が取り付けられ、セル2の周部は合成樹脂製の封止部材4にて塞がれ、封止部材4は２つの半体40、41を合わせて形成される。該キャパシタの製造方法は、集電電極3、30上に、長く延びたスリット31を少なくとも１つ開設する工程と、集電電極3、30上にインサート成形し、スリット31を充填し側面がスリット31の長手方向に沿うとともに、スリット31の内側にセル2が嵌まるべき凹み42を有する半体40、41を形成する工程と、両半体40、41を合わせて、該スリット31の長手方向に直交する方向又は斜め方向から超音波振動させて、両半体40、41を接合する工程を具えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液が含浸された一対の分極性電極(20)(21)をセパレータ(６)を介して対向配備したセル(２)を具え、各分極性電極(20)(21)には集電電極(３)(30)が取り付けられ、セル(２)の周部は合成樹脂製の封止部材(４)にて塞がれ、封止部材(４)は２つの半体(40)(41)を合わせて形成される電気二重層キャパシタの製造方法であって、
集電電極(３)(30)上に、長く延びたスリット(31)を少なくとも１つ開設する工程と、
集電電極(３)(30)上にインサート成形し、スリット(31)を充填し側面がスリット(31)の長手方向に沿うとともに、スリット(31)の内側にセル(２)が嵌まるべき凹み(42)を有する半体(40)(41)を形成する工程と、
両半体(40)(41)を合わせて、該スリット(31)の長手方向に直交する方向又は斜め方向から超音波振動させて、両半体(40)(41)を接合する工程を具えた電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項２】
電解液が含浸された一対の活物質体をセパレータ(６)を介して対向配備したセル(２)を具え、各活物質体には集電電極(３)(30)が取り付けられ、セル(２)の周部は合成樹脂製の封止部材(４)にて塞がれ、封止部材(４)は２つの半体(40)(41)を合わせて形成される電解質電池の製造方法であって、
集電電極(３)(30)上に、長く延びたスリット(31)を少なくとも１つ開設する工程と、
集電電極(３)(30)上にインサート成形し、スリット(31)を充填し側面がスリット(31)の長手方向に沿うとともに、スリット(31)の内側にセル(２)が嵌まるべき凹み(42)を有する半体(40)(41)を形成する工程と、
両半体(40)(41)を合わせて、該スリット(31)の長手方向に直交する方向又は斜め方向から超音波振動させて、両半体(40)(41)を接合する工程を具えた電解質電池の製造方法。
【請求項３】
電解液が含浸された一対の分極性電極(20)(21)をセパレータ(６)を介して対向配備したセル(２)を具え、各分極性電極(20)(21)には集電電極(３)(30)が取り付けられ、セル(２)の周部は合成樹脂製の封止部材(４)にて塞がれ、封止部材(４)は２つの半体(40)(41)を合わせて形成され、各半体(40)(41)にはセル(２)が嵌まるべき凹み(42)が設けられた電気二重層キャパシタに於いて、
各半体(40)(41)上にて、凹み(42)の周部には、封止部材(４)を構成する樹脂にて充填されるスリット(31)が開設されたことを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項４】
スリット(31)は、半体(40)(41)の側面に沿って延びた第１部(31a)と、該第１部(31a)に略直交した第２部(31b)を有し、第１部(31a)と第２部(31b)は繋がっている請求項３に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項５】
電解液が含浸された一対の活物質体をセパレータ(６)を介して対向配備したセル(２)を具え、各活物質体には集電電極(３)(30)が取り付けられ、セル(２)の周部は合成樹脂製の封止部材(４)にて塞がれ、封止部材(４)は２つの半体(40)(41)を合わせて形成され、各半体(40)(41)にはセル(２)が嵌まるべき凹み(42)が設けられた電解質電池に於いて、
各半体(40)(41)上にて、凹み(42)の周部には、封止部材(４)を構成する樹脂にて充填されるスリット(31)が開設されたことを特徴とする電解質電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気二重層キャパシタ及び電解質電池、これらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
充放電特性に優れたデバイスとして、電気二重層キャパシタがある。
図７は、従来の電気二重層キャパシタ(１)を構成するセル(２)の断面図である(例えば、特許文献１参照)。これは、一対の分極性電極(20)(21)をセパレータ(６)を挟んで重ね、各分極性電極(20)(21)の外側に金属製の集電電極(３)(30)を取り付けている。分極性電極(20)(21)は、粉末状又は繊維状の活性炭にポリピロール等の導電性高分子化合物を加えて、結合材にて固め、加圧成形して構成される。分極性電極(20)(21)内には、硫酸等の電解液が含浸されている。尚、電解液には硫酸のような水系のみならず、後記する非水系のものも用いられる。
分極性電極(20)(21)の周部は、合成樹脂製で絶縁性の封止部材(４)にて塞がれ、該封止部材(４)により、電解液がセル(２)の外側に漏れることを防いでいる。セル(２)は、通常は横並びに１つ以上配列されて、電気二重層キャパシタ(１)を構成する。
充電時には、一方の集電電極(３)を電源の正側、他方の集電電極(30)を電源の負側に接続して、直流電圧を印加する。正側の集電電極(３)に接した分極性電極(20)には負イオンが、負側の集電電極(30)に接した分極性電極(21)には正イオンが夫々引きつけられ、各分極性電極(３)(30)に電気二重層が形成される。
放電時には、集電電極(３)(30)を電気的に接続する。各分極性電極(20)(21)に蓄積された電荷が放出される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３５１８３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記電気二重層キャパシタでは、集電電極(３)(30)と封止部材(４)との密着性が低い。このため、分極性電極(20)(21)に含浸された電解液が集電電極(３)(30)と封止部材(４)との間から漏れ出し、又はセル(２)の外部の水分が封止部材(４)の内部に侵入する虞れがある。特に、封止部材(４)は一対の半体(40)(41)を合わせて、超音波溶着により接合して形成されることが多いが、該超音波溶着による加圧振動時に、電解液が集電電極(３)(30)と封止部材(４)との間から漏れ易い。
即ち、図８に示すように、超音波溶着時には、突き合わせた半体(40)(41)の上から、ホーン(５)を当て、横に振動させる。振動方向は矢印Ｂで示すように、集電電極(３)(30)と封止部材(４)との境界線Ｌに対し、斜めの方向であり、これにより水平面内にて互いに直交する向きの振動を同時に加え、半体(40)(41)の周部を均一に溶着せんとしている。このときに、電解液が集電電極(３)(30)と封止部材(４)との境界Ｌに向かって移動するから、電解液が該境界Ｌから漏れ出し易く、また外部の水分が境界Ｌから封止部材(４)の内部に侵入し易い。
特に、非水系の電解液の場合、外部からの水分の侵入により、セル(２)内にて電気分解が発生して、電気二重層キャパシタとしての性能低下に繋がる。
本発明の目的は、特に超音波溶着時に、電解液の漏れや外部からの水分侵入を防ぐ電気二重層キャパシタ及び電解質電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
電解液が含浸された一対の分極性電極(20)(21)をセパレータ(６)を介して対向配備したセル(２)を具え、各分極性電極(20)(21)には集電電極(３)(30)が取り付けられ、セル(２)の周部は合成樹脂製の封止部材(４)にて塞がれ、封止部材(４)は２つの半体(40)(41)を合わせて形成される電気二重層キャパシタの製造方法は、
集電電極(３)(30)上に、長く延びたスリット(31)を少なくとも１つ開設する工程と、
集電電極(３)(30)上にインサート成形し、スリット(31)を充填し側面がスリット(31)の長手方向に沿うとともに、スリット(31)の内側にセル(２)が嵌まるべき凹み(42)を有する半体(40)(41)を形成する工程と、
両半体(40)(41)を合わせて、該スリット(31)の長手方向に直交する方向又は斜め方向から超音波振動させて、両半体(40)(41)を接合する工程を具えている。
【発明の効果】
【０００６】
スリット(31)は、半体(40)を構成する樹脂等にて充填され、半体(40)の側面はスリット(31)の長手方向に沿っている。また、セル(２)が嵌まる凹み(42)は、スリット(31)の内側に開設されている。従って、スリット(31)を樹脂にて充填することにより、集電電極(３)と半体(40)との密着性が高まり、凹み(42)内に位置するセル(２)からの電解液は、充填されたスリット(31)にて外部に漏れることが防止される。また、セル(２)の外部の水分が封止部材(４)の内部に侵入する虞れも防止できる。スリット(31)は半体(40)の側面に沿っており、該漏れ及び水分侵入は半体(40)の側面に亘って防止される。
また、スリット(31)を設けることにより、集電電極(３)と第１半体(40)との接触面積が、従来に比して減少するので、これによっても、電解液の漏れ、及び外部からの水分の侵入が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
水系及び非水系電気二重層キャパシタ
図１は、本例に係わる電気二重層キャパシタ(１)の断面図である。セル(２)は従来と同様に、一対の分極性電極(20)(21)をセパレータ(６)を挟んで重ね、各分極性電極(20)(21)の外側にステンレス等からなる集電電極(３)(30)を取り付けて構成される。以下の説明では、上側の分極性電極(21)を負極、下側の分極性電極(20)を正極とする。
封止部材(４)は、中央部に凹み(42)を形成した直方体状の第１半体(40)及び第２半体(41)を上下に配備して構成され、互いの凹み(42)(42)の開口を合わせている。両凹み(42)(42)内に、分極性電極(20)(21)とセパレータ(６)が配備され、集電電極(３)(30)は、対応する半体(40)(41)を貫通して外側に突出し、半体(40)(41)の側面及び下面に沿って折曲される。
【０００８】
第１半体(40)及び第２半体(41)はガラス、セラミック又は絶縁性の合成樹脂から形成され、絶縁性樹脂としては、変形ポリアミド、ナイロン樹脂、ポリエチエンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド等が挙げられる。
また、分極性電極(20)(21)に含浸される電解液には、硫酸、水酸化カリウム溶液等の水系電解液の他に、トリ−エチル−メチル−アンモニウム−テトラ−フルオロ−ボレイド(Ｅｔ3ＭｅＮＢＦ4)やテトラ−エチル−アンモニウム−テトラ−フルオロ−ボレイド(Ｅｔ4ＮＢＦ4)等の電解質を非プロトン性有機溶媒に溶かした非水系の電解液が使用される。非プロトン性有機溶媒として、カーボネート、ラクトン、ニトリル、アミド、ニトロアルカン、スルホン、スルホキシド、ホスフェード、ジニトリル、又は、エーテルニトリルのような二官能性溶媒が使用される。
更に、セパレータ(６)には、ガラス繊維不織布、パルプの抄紙、ポリ四フッ化エチレン(ＰＴＦＥ)等の絶縁性樹脂で形成されたフィルム等が用いられる。
【０００９】
図２は、負極である集電電極(３)と第１半体(40)の平面図であり、図１は図２をＤ−Ｄ線を含む面にて破断している。第１半体(40)は集電電極(３)上にインサート成形にて形成され、集電電極(３)上にて第１半体(40)の凹み(42)の周部には、細長のスリット(31)が開設されている。スリット(31)は、集電電極(３)が突出している側の第１半体(40)の側面に沿って延びた第１部(31a)と、該第１部(31a)に直交した第２部(31b)を有する。第１部(31a)と、第２部(31b)とは繋がっている。正極である集電電極(30)にも同様のスリット(31)が開設される。
第１部(31a)及び第２部(31b)は、第１半体(40)を構成する樹脂等にて充填される。スリット(31)を樹脂にて充填することにより、集電電極(３)と第１半体(40)との密着性が高まり、凹み(42)内に位置するセル(２)からの電解液は、充填されたスリット(31)にて外部に漏れることが防止される。また、セル(２)の外部の水分が封止部材(４)の内部に侵入する虞れも防止できる。
また、スリット(31)を設けることにより、集電電極(３)と第１半体(40)との接触面積が、従来に比して減少するので、電解液の漏れ、及び外部からの水分の侵入が防止される。
特に、スリット(31)は、半体(40)(41)の側面に沿って延びた第１部(31a)と、該第１部(31a)に略直交した第２部(31b)を有し、第１部(31a)と第２部(31b)は繋がっているから、電解液の漏れ経路、及び外部からの水分の侵入経路を長くする(回り込ませる)ことができ、該漏れ及び水分侵入を効果的に防止できる。
【００１０】
尚、スリット(31)の第２部(31b)は、凹み(42)の長手方向の全長に亘って延びなくともよく、図３に示すように、凹み(42)の長手方向の中央部にまで延びていてもよい。
更に、図４に示すように、第２部(31b)の一端部から、該第２部(31b)に直交して内向きに延びる第３部(31c)を設けてもよい。第１部(31a)と第２部(31b)と第３部(31c)とは繋がっている。
【００１１】
電気二重層キャパシタの製造方法
上記電気二重層キャパシタ(１)のセル(２)は、図５に示す如く、構成される。負極となる集電電極(３)上にインサート成形により、第１半体(40)を形成する。第１半体(40)の凹み(図示せず)は開口を下に向けている。同様にして、正極となる集電電極(30)上にインサート成形により、第２半体(41)を形成し、該第２半体(41)の凹み(42)は開口を上に向けている。
両半体(40)(41)の凹み(42)内に、セパレータ(６)を挟んで、一対の分極性電極(20)(21)を配備する。セパレータ(６)及び分極性電極(20)(21)には予め電解液が真空充填により含浸されている。
【００１２】
図８に示すように、両半体(40)(41)を突き合わせて、基台(50)に載置する。ホーン(５)を上側の半体(40)の上方から第１半体(40)に当てる。ホーン(５)により両半体(40)(41)を横方向に加圧振動させて、両半体(40)(41)の周縁部を超音波溶着する。この振動方向は図２に矢印Ｂで示すように、スリット(31)の第１部(31a)に対して斜め方向であり、これにより水平面内にて互いに直交する向き(第１部(31a)に平行な向きと直交する向き)の振動を同時に加え、両半体(40)(41)の周縁部を均一に溶着せんとしている。このときに、電解液が集電電極(３)(30)と両半体(40)(41)との境界Ｌに向かって移動するが、本例では上記の如く、集電電極(３)(30)と第１、第２半体(40)(41)との密着性を高めているので、該境界Ｌから電解液が漏れ、又は該境界Ｌから水分が侵入する虞れを効果的に防止できる。スリット(31)の第１部(31a)は、第１、第２半体(40)(41)の側面に沿って延びており、該漏れ及び水分侵入は第１、第２半体(40)(41)の側面に亘って防止される。
また、スリット(31)を設けることにより、集電電極(３)(30)と第１、第２半体(40)(41)との接触面積が、従来に比して減少するので、これによっても、電解液の漏れ、及び外部からの水分の侵入が防止される。
尚、両半体(40)(41)が、図２に矢印Ｃで示すように、スリット(31)の第１部(31a)に対して直交する方向に振動して溶着されても、電解液の漏れ、及び外部からの水分の侵入は防止される。
両半体(40)(41)の周縁部を溶着した後に、集電電極(３)(30)を両半体(40)(41)の周面に沿って下向きに曲げて、図１に示す電気二重層キャパシタ(１)が完成する。
【００１３】
電解液の漏れ及びセル(２)の外部からの水分が侵入することを効果的に防止すべく、図６に示す構成も考えられる。これは、第１半体(40)の側面と凹み(42)との間に、複数のスリット(31)(31)を互いに略平行に開設しており、各スリット(31)は第１半体(40)の側面に沿って延びている。
かかるスリット(31)(31)を複数設けることにより、集電電極(３)(30)と第１、第２半体(40)(41)との密着性を更に高めることができ、境界Ｌから電解液が漏れ、又は該境界Ｌから水分が侵入する虞れを効果的に防止できる。また、集電電極(３)(30)と第１、第２半体(40)(41)との接触面積が、従来に比して減少するので、これによっても、電解液の漏れ、及び外部からの水分の侵入が防止される。
【００１４】
電解質電池
本発明は、水系又は非水系電解質電池にも応用できる。
電解質電池は、上記電気二重層キャパシタとは、一部の材料が異なるだけで、構造、製造方法は実質的に同じである。
非水系電解質電池の場合、上記電気二重層キャパシタの分極性電極は、正活物質体、負活物質体に置き換わる。正活物質体としてコバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム等の粉末を加圧成形又は焼結したものがあり、負活物質体として、グラファイト系炭素材料やコークス系炭素材料の粉末を加圧成形又は焼結したものがある。
また、電解液には、リチウム塩を溶解させた有機溶媒が使用される。リチウム塩として、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＡｓＦ6、Ｌｉ(ＣＦ3Ｏ2)2Ｎ、ＬｉＣ4Ｆ9ＳＯ3を例示でき、有機溶媒としてプロピレンカーボネート、ガンマブチロラクトン、又はこれら何れかと鎖状炭酸エステルとの混合液がある。鎖状炭酸エステルとして、ジメチルカーボネート(ＤＭＣ、ＤＥＣ)、エチルメチルカーボネート(ＥＭＣ)がある。
セパレータには、ポリオフィレン、ポリエチレン、ポリプロピレン等の高分子多孔性フィルムが使用される。
【００１５】
リチウムイオン電池のような水系電解質電池の場合は、正活物質体としてニッケル酸化物の粉末又はペレットを焼結又は圧縮成形したものがあり、負活物質体として、Ｍｍ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｍｎ−Ａｌ(Ｍｍは希土類元素の混合物)系の水素吸蔵合金粉末又はペレットを焼結又は圧縮成形したものがある。
また、電解液には、水酸化カリウム溶液又は高分子ヒドロゲル電解質溶液が使用される。セパレータには、スルホン化ポリプロピレン等の高分子多孔性フィルムが使用される。
【００１６】
上記実施例の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。
電気二重層キャパシタ(１)及び電解質電池は、一般に直方体又は扁平円形である。しかし、扁平円形の場合は、図９に斜線で示すように、回路基板(７)に実装したときに、デッドスペース(70)が生じるので、回路基板(７)上の面積を有効に用いるには、直方体の形状が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】電気二重層キャパシタの断面図である。
【図２】電気二重層キャパシタの平面図である。
【図３】他の電気二重層キャパシタの平面図である。
【図４】他の電気二重層キャパシタの平面図である。
【図５】電気二重層キャパシタの製造工程を示す分解斜視図である。
【図６】他の電気二重層キャパシタの平面図である。
【図７】従来の電気二重層キャパシタの断面図である。
【図８】超音波溶着を示す斜視図である。
【図９】回路基板上に電気二重層キャパシタを実装した平面図である。
【符号の説明】
【００１８】
(１)  電気二重層キャパシタ
(２)  セル
(３)  集電電極
(４)  封止部材
(６)  セパレータ
(20)  分極性電極
(21)  分極性電極
(30)  集電電極
(31)  スリット
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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