(57)【要約】【課題】本発明では低抵抗化に優れた蓄電素子を提供することを目的とする。【解決手段】本発明における蓄電素子は、シート状の正極２および負極３の間にセパレータ４を介在させて積層され、外周面の対向する２箇所に形成されて正極２から電極を引き出すリード部２ｃと、このリード部２ｃを除いた外周面の対向する２箇所に形成されて負極３から電極を引き出すリード部３ｃを備えた素子１を少なくとも備え、このセパレータ４は正極２および負極３の間に介在する複数のセパレート部４ａと、これらセパレート部４ａどうしを繋ぐ中継部４ｂとから構成され、中継部４ｂの一部を折り曲げて、交互に逆方向から折り畳まれて前記セパレート部４ａが積層されると共に、中継部４ｂの少なくとも一部が、隣り合って設けられたリード部２ｃ、３ｃの間から表出している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状の一対の電極の間にセパレータを介在させて積層され、外周面の対向する２箇所に形成されて一方の電極を引き出す第１電極引出部と、この第１電極引出部を除いた外周面の対向する２箇所に形成されて他方の電極を引き出す第２電極引出部を備え、
前記セパレータは前記正極および前記負極の間に介在する複数のセパレート部と、これらセパレート部どうしを繋ぐ中継部とから構成され、
前記セパレータは、前記中継部の一部に折り曲げ部が形成されて、交互に逆方向から折り畳まれて前記セパレート部が積層されると共に、前記中継部の少なくとも一部が、隣り合って設けられた前記第１電極引出部と前記第２電極引出部の間から表出した蓄電素子。
【請求項２】
前記一対の電極の少なくとも一方はそれぞれ矩形箔状の集電体と、この集電体の少なくとも一方の面に形成された電極層とから構成され、複数枚の前記一対の電極が前記セパレータを介在させながら交互に積層され、前記電極層は前記集電体の対向する一対の端辺に電極層未形成部を有するように形成され、前記一対の電極それぞれの電極層未形成部が前記第１電極引出部および前記第２電極引出部である請求項１に記載の蓄電素子。
【請求項３】
前記一対の電極はシート状の集電体と、この集電体の両面に長手方向に一定間隔で電極層未形成部を有するように形成された電極層とから構成され、前記電極未形成部を折り曲げ部として、前記一対の電極は、前記セパレータのセパレート部を介在させながら互いの前記電極層が対向するように交互に折り畳んで積層され、前記一対の電極それぞれの折り曲げ部が前記第１電極引出部と前記第２電極引出部であると共に、前記一対の電極の折り畳み方向はそれぞれ異なる請求項１に記載の蓄電素子。
【請求項４】
対向する一対の電極と、その間に介在するセパレータとからなる素子とを少なくとも備え、
前記一対の電極は、シート状の集電体とこの集電体の表面に形成され、一定間隔で集電体が露出した間欠部を有するように形成された電極層とから構成され、前記間欠部を折り曲げ部とし、前記一対の電極は前記セパレータを介在させながら互いの前記電極層が対向するように交互に折り畳んで積層され、前記一対の電極のそれぞれの折り曲げ部が前記第１電極引出部と前記第２電極引出部であると共に、前記一対の電極の折り畳み方向がそれぞれ異なる蓄電素子。
【請求項５】
前記一対の電極に夫々設けられた複数の電極層未形成部が一方向に折り曲がって折り重なった折り重なり部が形成された請求項２に記載の蓄電素子。
【請求項６】
前記一対の電極に夫々設けられた間欠部から構成された複数の折り曲げ部が一方向に折り曲がって折り重なった折り重なり部が形成された請求項３または請求項４に記載の蓄電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種電子機器、ハイブリッド自動車や燃料電池車のバックアップ電源用や回生用、あるいは電力貯蔵用等に使用される蓄電素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、機器の動作時には、使用されるエネルギーの一部が熱エネルギー等としてその機器から不必要に消費されるエネルギーとなっている。この消費されるエネルギーを、電気エネルギーとして一旦、蓄電素子に貯蔵して必要な際に再利用することにより、消費されるエネルギーを低減し、効率化することが考えられている。
【０００３】
この際に、機器の動作に必要なエネルギーを必要な出力で取り出すことが出来る蓄電素子が必須となる。その蓄電素子の候補には、大別してキャパシタと二次電池の２種類がある。
【０００４】
図１０は従来のキャパシタの一例として示した電気二重層キャパシタの各電極の取出し方法を示した正面断面図である。
【０００５】
素子２００は対向した帯状の正極および負極と、正極と負極との間に介在するセパレータからなる。
【０００６】
この正極と負極は夫々、一端辺に電極部が形成されていない引き出し電極部２０１、２０２が形成されており、この引き出し電極部２０１、２０２が互いに突出するようにずれて対向している。そして、この引き出し電極部２０１、２０２が夫々、巻回軸方向両端部を形成するように前記正極、負極、ならびにセパレータを巻回して形成されている。
【０００７】
この正極の引き出し電極部２０１は、金属製の端子板２０３と溶接などにより接合され、この端子板２０３から外部回路へと正極が引き出されていく。
【０００８】
また、負極の引き出し電極部２０２は、有底筒状の金属ケース２０４の内底面と外底面などからの溶接により接合され、金属ケース２０４の外表面から負極が外部回路へと引き出されていく。
【０００９】
そして、この端子板２０３の表面と金属ケース２０４の内面とが接触しないように、この間に絶縁テープ（図示なし）などを介在させている。
【００１０】
このように夫々の電極を取り出すことによって、端子板２０３や金属ケース２０４のような引き出し端子の役割をする部材と素子２００との接触面積を増やすことができるため、キャパシタ内部における低抵抗化を図ることができる。
【００１１】
なお、この出願に関する先行技術文献情報として、例えば特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−２５８４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記電気二重層キャパシタのように従来の蓄電装置は各電極の集電体の一端辺に形成された引き出し電極部２０１、２０２からそれぞれの電極を引き出すとともに、この引き出し電極部２０１、２０２を端子板２０３の底面または金属ケース２０４の内底面へ直接接合させることにより、素子２００と端子板２０３および金属ケース２０４との接触面積を増やし低抵抗化を図っている。
【００１４】
しかしながら、瞬時により多くのエネルギーを要する電子機器に搭載される蓄電装置については、上記電気二重層キャパシタの構成による低抵抗化に留まらず、更なる低抵抗化による出力密度の向上が求められている。
【００１５】
そこで、本発明は低抵抗化による出力特性に優れた蓄電装置に用いられる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】
【００１６】
上記課題に対して本発明における蓄電素子は、シート状の一対の電極の間にセパレータを介在させて積層され、外周面の対向する２箇所に形成されて一方の電極を引き出す第１電極引出部と、この第１電極引出部を除いた外周面の対向する２箇所に形成されて他方の電極を引き出す第２電極引出部を備えた素子と、この素子の内部に含まれた電解質と、この素子および電解質を収容する外装体とを少なくとも備え、上記セパレータは上記一対の電極の間に介在する複数のセパレート部と、これらセパレート部どうしを繋ぐ中継部とから構成され、上記セパレータは、前記中継部の一部に折り曲げ部が形成されて、交互に逆方向から折畳められて前記セパレート部が積層されると共に、前記中継部の少なくとも一部が、隣り合って設けられた前記第１、２電極引出部の間から表出したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
この構成により本発明の蓄電素子は、帯状である電極体の一端辺から電流を取り出す従来の方法と比べて、電極の集電抵抗を半減させることができる。
【００１８】
さらに、立方体である同じ空間に素子を可能な限り納める場合では、約２．５５倍の接続面積を設けることができる。従って、接続部材と素子との間の接続抵抗を大幅に低減させることができ、より低抵抗な製品特性の発現が可能となり、蓄電装置として出力特性を高めることができるものである。
【００１９】
さらに、複数枚のシート状のセパレータを一枚一枚積層していく製造方法と比べて、素子作製時に、積層された電極の上でセパレータを折り畳むために、セパレータおよび電極に対して、軸を用いて、特に折り曲げ箇所近辺に均一な応力およびテンションを与えてセパレータを交互の方向に折り畳んでいくため、各電極の対向方向において、軸の押圧により、セパレータのセパレート部の配設位置がばらつくことが少なくなり、素子における短絡抑制などの効果を奏する。
【００２０】
加えて、セパレータが一体で構成されているため、セパレータの中継部などを用いながら電解液を含浸させることにより、セパレート部の電解液含浸性のばらつきを抑制することができる。
【００２１】
また、上記中継部が上記のように隣接する第１、第２電極引出部から表出するように上記セパレータを折り畳んで積層しているため、第１、第２電極引出部と重なって第１、上フレームと電気的に接続してセパレータが炭化する、あるいは、電気的な接続が不十分となることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例１における電気二重層キャパシタに用いられる蓄電素子を示した分解斜視図
【図２】（ａ）は実施例１における電気二重層キャパシタに用いられる蓄電素子の上面図、（ｂ）は同蓄電素子を示した部分正面図
【図３】本発明の実施例１における電気二重層キャパシタを示した分解斜視図
【図４】本発明の実施例１における電気二重層キャパシタに用いられる一方の電極の集電の様子を示した平面図
【図５】本発明の実施例１における電気二重層キャパシタに用いられるセパレータを示した上面図
【図６】（ａ）本発明の実施例２における電気二重層キャパシタに用いられる素子を示した分解斜視図、（ｂ）同素子の上面図
【図７】（ａ）〜（ｇ）本発明の実施例２における電気二重層キャパシタに用いられる電極の積層方法を示した組み立て上面図
【図８】（ａ）本発明の実施例３における電気二重層キャパシタに用いられる素子を示した分解斜視図、（ｂ）同素子の上面図
【図９】本発明の実施例４における電気二重層キャパシタに用いられる正極および上フレームが当接する様子を示した部分正面断面図
【図１０】従来の蓄電装置を示した正面断面図
【図１１】（ａ）従来の蓄電装置に用いられる素子を示した斜視図、（ｂ）同素子に用いられる一方の電極の集電の様子を示した部分平面図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に図面を用いて本発明の実施例１および請求項１、２に記載の発明について説明を行うが、下記の内容に限定されない。
【００２４】
また、以下の本発明における蓄電装置の説明において、蓄電装置の一例として電気二重層キャパシタを用いて説明を行うが、本発明における蓄電装置は上記電気二重層キャパシタに限定されない。
【実施例１】
【００２５】
図１は本実施例における電気二重層キャパシタに用いられる素子１の分解斜視図である。
【００２６】
図２（ａ）は本実施例における電気二重層キャパシタに用いられる素子１の上面図であり、（ｂ）は同素子１を示した部分正面図である。
【００２７】
図１において、本実施例の電気二重層キャパシタに用いる蓄電素子である素子１は、矩形箔状である正極２および負極３を一対の電極として対向させ、この一対の電極の間に介在するセパレート部４ａとセパレート部４ａどうしを繋ぐ中継部４ｂとが交互に連続して形成された帯状のセパレータ４を介在させながら積層されたものである。
【００２８】
この素子１を作製する際、正極２および負極３を複数枚用意し、上記セパレータ４のセパレート部４ａを正極２および負極３の間に供給する際は、左右または前後などの逆方向へ交互に折り畳んで積層させ、対向する正極２および負極３の間にセパレート部４ａがちょうど介在するように構成する。
【００２９】
このセパレータ４を折り畳んで積層する際、上記中継部４ｂの一部がそれぞれ折れ曲がることにより、セパレータ４は積層されていく。
【００３０】
上記正極２および負極３は、例えばアルミニウム箔から成る矩形状の集電体２ａ、３ａの表裏面上に活性炭を主成分とする電極層２ｂ、３ｂを形成したものである。この電極層２ｂ、３ｂを集電体２ａ、３ａへ夫々形成する際、矩形状である集電体２ａ、３ａの長手方向の両端辺上には、上記電極層２ｂ、３ｂを形成しない集電体表出部であるリード部２ｃ、３ｃを設けるように形成する。
【００３１】
これら正極２および負極３を、矩形状である正極２および負極３それぞれの長手方向が直交するように対向させ、その間にセパレータ４を介在させて複数の正極２および負極３、セパレータ４を積層し、素子１を構成する。その際、正極２および負極３はそれぞれの長手方向が直交関係となるように配置されているため、リード部２ｃ、３ｃは互いに直交関係となるように表出している。
【００３２】
つまり、積層された素子１の積層距離を素子１の高さとすると、本実施例の電気二重層キャパシタに用いられる素子１は略十字状の柱体を形成し、四方の突出した端部はそれぞれリード部２ｃ、３ｃの集合体により構成される。
【００３３】
この素子１を構成するために、上記矩形状などの集電体２ａ、３ａが方形状のものを用いた正極２および負極３を用いる場合、それぞれの電極に形成される電極層２ｂ、３ｂの形状は互いに合同な正方形状とすることが好ましく、かつ、正極２の電極層２ｂが負極３の電極層３ｂとズレ少なく対向していることが望ましい。さらには、本実施例において、各電極を積層する際のズレを考慮すると、電極層３ｂが電極層２ｂの面積より大となる構成が好ましい。これは、充電において電極層２ｂの近傍に電解質アニオンが寄るが電極層３ｂが対向していない場合は特に、電極層２ｂの近傍が酸性となり、これにより電極層２ｂのバインダ材料や、セパレータ４の電極層２ｂと対向した箇所が劣化してしまう可能性があるためである。リード部２ｃ、３ｃが互いに直交方向に表出するように素子１が構成されるため、それぞれ単に同じ形状に電極層２ｂ、３ｂを形成しただけでは、一方の電極が他方の電極に対して略９０度転回して対向することとなり、それぞれの電極層２ｂ、３ｂにおいて未対向部分が形成されることが多い。
【００３４】
図３は本実施例における電気二重層キャパシタの分解斜視図である。
【００３５】
図３において、本実施例の電気二重層キャパシタは、上記素子１と、この素子１に含浸される電解液（図示なし）と、これら素子１および電解液を収容する外装体の役割を担い、略コの字状の下フレーム５および上フレーム６から構成されている。
【００３６】
下フレーム５は、例えば略コの字状のアルミニウム板から構成され、対向する一対の接続部５ａと、この一対の接続部５ａを中継する底面部５ｂとから構成されている。この下フレーム５に対して上記十字状の素子１は底面部５ｂの内面上に配設され、下フレーム５の一対の接続部５ａの内面が、素子１が有する一対の負極のリード部３ｃの集合体と当接すると共に、接続部５ａおよびリード部３ｃの集合体が接合されている。
【００３７】
上フレーム６は、下フレーム５と同様に例えばコの字状のアルミニウム板から構成され、対向する平板状の一対の接続部６ａと、この一対の接続部６ａを中継する上面部６ｂとから構成されている。上記素子１に対してこの上フレーム６は素子１の上に上面部６ｂが位置するように設けられ、上フレーム６の一対の接続部６ａの内面が、素子１が有する正極のリード部２ｃの集合体と当接すると共に、接続部６ａおよびリード部２ｃが接合される。
【００３８】
なお、下フレーム５および上フレーム６は他にニッケルや鉄、銅などによって構成されていても良い。
【００３９】
そして、下フレーム５および上フレーム６の接合および絶縁については、絶縁部材（図示なし）として変性ポリプロピレンなどを当接する下フレーム５端辺および上フレーム６の端辺の間に介在させ、この絶縁部材へ熱を加えて融着させる、あるいは、上記変性ポリプロピレンに代えて、エポキシ系接着剤を塗布し固化させるなどが考えられるが、当接する下フレーム５および上フレーム６間の絶縁、封止および固定を行える手段であれば特に限定されない。
【００４０】
下フレーム５および上フレーム６を接合する際、さらに本実施例では、充放電時のガス発生による内圧上昇に対して機械的強度を向上させるために、下フレーム５および上フレーム６の接続部５ａ、６ａにおいて、接続部６ａの内面上の接続部５ａの側端辺部分が当接する箇所にガイド溝６ｃが形成され、このガイド溝６ｃ内面に接続部５ａの側端辺部分が当接しながら下フレーム５がガイド溝６ｃ形成方向に沿ってスライド移動し、上フレーム６と当接し、ガイド溝６ｃ内部に接続部５ａの側端辺部分を埋没した状態で固定している。
【００４１】
そして、図３のように、接続部５ａの内面には同様に、接続部６ａの側端辺部分が当接する箇所にガイド溝５ｃを形成し、ガイド溝５ｃ内部に埋没した状態で接続部６ａの側端辺部分を固定している。
【００４２】
この構成により、単に絶縁部材が介在して下フレーム５および上フレーム６を固定した構成に比べて、金属により構成された溝によって接続部５ａ、６ａが固定されるため、格別に機械的強度が向上する。
【００４３】
加えて、図３のように本実施例では、上フレーム６の上面部６ｂ上において、接続部５ａが当接する箇所に貫通孔６ｄを形成し、この接続部５ａの端辺部分において貫通孔６ｄと対応する箇所に、貫通孔６ｄ内に嵌合させるための突起部５ｄを形成し、この突起部５ｄを貫通孔６ｄへ挿入して嵌合させることにより、下フレーム５および上フレーム６を接合する上でさらに機械的強度を高めることができる。
【００４４】
なお、上記ガイド溝５ｃ、６ｃおよび貫通孔６ｄと接続部５ａ、６ａを当接させるために、その間に上記のような絶縁部材を介在させることが当然ながら必要である。上記絶縁を行うために、ガイド溝５ｃ、６ｃや貫通孔６ｄへ絶縁部材としてゴムなどの絶縁性を有した弾性体を予め配設し、接続部５ａ、６ａにより、圧着させる構成であってもよい。
【００４５】
素子１と下フレーム５または上フレーム６を接合する際、接続部５ａ、６ａの外表面へ素子１を構成するリード部２ｃ、３ｃの箔の端辺方向に対して垂直方向に溶接痕（図示なし）がそれぞれ形成されることが好ましい。
【００４６】
これは一度の溶接で略全ての電極箔と接合箇所を形成することができ、本発明の蓄電装置を作製する上で生産性が高まるためである。そして、本実施例では素子１内部で電解液が分解されるなどによって生じるガスを抜くために、上フレーム６上に自己復帰型の調圧弁（図示なし）を設けた。この調圧弁は、本実施例のように電解液を用いる場合、下フレーム５および上フレーム６が接合された後に下フレーム５および上フレーム６によって形成される素子１を収容した収容室（図示なし）の内部へ注入される電解液の注入孔（図示なし）を下フレーム５または上フレーム６に形成する必要があり、この注入孔を封止するように設けられていることが、部品点数などを減らせることなどから好ましい。
【００４７】
また、この注入孔も電解液が上記収容室内部を流れていくことを考慮すると、下フレーム５および上フレーム６において、素子１が対向していない箇所、あるいは素子１が当接していない箇所に形成されていることが好ましい。
【００４８】
これは、上記収容室において上記注入孔の近傍の空間を意図的に空けることにより、電解液の注入をよりスムーズに行うことができるためである。
【００４９】
この構成により、より早く素子１内部の奥深くまで電解液を含浸させることができ生産性を向上させることができる。
【００５０】
このように、正極２および負極３から引き出される電極を夫々の集電体２ａ、３ａにおいて対向する端辺部分にあたるリード部２ｃ、３ｃから引き出すとともに、短絡しないようにリード部２ｃ、３ｃの表出方向を直交させて素子１を形成し、それぞれのリード部２ｃ、３ｃと接続する接続部５ａ、６ａを備えた下フレーム５および上フレーム６によって、各電極を引き出すことによって、限られた容積の中で素子１と外部端子の役割を担う下フレーム５および上フレーム６の接触面積を増加させることができ、蓄電装置として素子１と下フレーム５および上フレーム６との間における低抵抗化を図ることができる。
【００５１】
これは、仮に、一辺の長さをｒとした立方体形状を有した同じ容積の空間に内接するように素子を収容した場合、上記一端辺から電流を取り出す従来の巻回状の素子（概算接続面積：π×ｒ2／４）と比べて、本発明の素子１（概算接続面積：ｒ2×２）は、一方の電極において約２．５５倍の接続面積を得ることができるためである。
【００５２】
さらに、上記従来の素子と比べて、本発明の素子１は各電極の集電抵抗を半減させることができる。その理由を以下に詳しく述べる。
【００５３】
図４は本発明の蓄電装置に用いられる素子１を分解して一方の電極における接合箇所および電極内の集電方向を示した平面図である。
【００５４】
図１１（ａ）は従来の蓄電装置に用いられる素子２００を表した斜視図であり、（ｂ）は同素子に用いられる一方の電極の集電の様子を示した部分平面図である。
【００５５】
図１１（ａ）において、従来の素子２００は、巻回軸方向両端から電流を取り出していくため、この両端部に位置する上記引き出し電極部２０１、２０２において、上記電極引き出し部材（図示なし）と接合される。その際、図１１（ａ）に示される矢印方向へ伸びるようにレーザー溶接などによって接合される。そして、図１１（ｂ）ように、溶接により形成された接合箇所２１０が形成される。この接合箇所２１０は、素子２００が巻回状であるため、巻回軸（図示なし）により近い部分は各接合箇所２１０の間隔が小さい。しかし、巻回軸から遠い部分は、同時に、集電体端部により構成される略円環の径が大きくなるため、接合箇所２１０の間隔が広くなってしまう。この際、図１１（ｂ）に示される矢印のように、電極内を流れる電流は、接合箇所２１０へ到達するために移動する経路が、少なくとも集電体箔の幅の距離Ｗの分だけ要し、加えて、接合箇所２１０の間隔が広い部分はその間隔の距離Ｄだけ移動することを要する。また、特に巻回状の素子２００の最外周近傍に該当する部分は、いくら巻回軸を中心にして放射線状に接合箇所を増やしても、素子２００最外周近傍に位置する接合箇所２１０の間隔を狭めることは難しい。
【００５６】
上記構成に比べ、図４のように、本発明に用いられる正極２あるいは負極３は、リード部２ｃ、３ｃの一対の端部に接合箇所１０を有する構成となる。これにより、例えば、図１１（ｂ）の電極の集電体箔の幅と同じ大きさに形成したとしても、各電極の両端に形成された接合箇所１０へ移動しようと電極内部を流れる電流の集電経路は、矢印のように約半分になる。また、上記巻回状の素子２００と異なり、本実施例における素子１は積層される各電極において、接合箇所１０どうしの間隔が広がることは少ないため、間隔方向に集電経路が増加することを抑えることができると共に、接合箇所１０増加によって各接合箇所の間隔を狭めることが容易である。このように本発明の蓄電装置は、素子１内部における集電抵抗を大幅に低減させることができる。
【００５７】
上記のことから、蓄電装置として、出力特性を高めることができる。
【００５８】
加えて、低抵抗化が図れることにより、素子１と下フレーム５および上フレーム６との接合箇所における発熱が抑制され、セパレータ４の炭化や電解液の分解などの性能劣化を抑制させることができる。
【００５９】
また、本実施例において素子作製時に、積層された電極の上でセパレータを折り畳むために、例えば棒状である軸などの押圧手段を用いてセパレータおよび一対の電極に対して、特に折り曲げ箇所近辺に均一な押圧やテンションを与えながらセパレータを交互の方向に折り畳んでいくこととなる。この時、軸は、その長手方向が上記折り曲げ箇所の折り曲がり線と略平行となるように配置されて用いられる。この軸から加わる応力およびテンションにより、複数枚のシート状のセパレータを一枚一枚積層していく製造方法と比べて、各対向方向において、セパレート部４ａの配設位置がばらつくことが少なくなり、短絡抑制などの効果を奏する。さらに、折り曲げ線の直線精度も向上する。
【００６０】
なお、この軸の形状は上記のように棒状に限定されず、板状などでもよい。
【００６１】
これは、図１および図２（ｂ）のように、セパレータ４を交互に折り畳みながら積層する際、例えば、セパレータ４に対して、折り込みをつけるために、軸を用いてテンションをかけながら積層していくが、この時のテンションにより、セパレータ４の平行度が高められる。これが素子１の平行度を高め、他の正極２、負極３についても積層時のずれが抑制され、電極層２ｂ、３ｂどうしの非対向部が生ずる可能性を低減できるためである。
【００６２】
さらに、図２（ａ）、（ｂ）のように、上記のようなセパレータ４を用いることにより、セパレータ４を一体で形成することができるため、上記中継部４ｂなどを用いながら電解液を含浸させることにより、各セパレート部４ａの含浸性のバラつきを抑制する。
【００６３】
そして、中継部４ｂが上記のように隣接する正極引出部および負極引出部から表出するように素子１を構成することにより、一体であるセパレータ４を用いながら素子１を構成した際、正極引出部または負極引出部にあたるリード部２ｃ、３ｃの電気的に接続される箇所と重なってセパレータ４が炭化する、あるいは、電気的な接続が不十分となることを抑制することができる。
【００６４】
また、本発明のような一方の電極を対向する２箇所から引き出す素子において、本発明のセパレータ４の構成は顕著な効果を奏する。
【００６５】
これは、素子１の積層方向の上方から電解液を注液する場合、下フレーム５、上フレーム６などの外装ケース内部を浸入する電解液は外装ケース内面と隣接するリード部２ｃ、３ｃにより形成される空隙を通って、素子１の底の方へ浸入していく。従って、電解液の浸入経路である上記空隙に本発明のようにセパレータ４の中継部４ｂが素子１から表出するように素子１を構成することにより、中継部４ｂから積極的に電解液が含浸され、本発明のような一方の電極が対向する２箇所から引き出される構成である素子１において、セパレータ４における電解液の含浸性が高まるものである。
【００６６】
図５は本実施例の電気二重層キャパシタに用いられるセパレータ４を示した上面図である。
【００６７】
本実施例では、図５のようにセパレータ４は例えば略方形状のセパレート部４ａと、このセパレート部４ａの一端と接続している中継部４ｂとこの中継部４ｂと一端で接続している他のセパレート部４ａという様に、セパレート部４ａと中継部４ｂとが交互に接続されて構成されている。このセパレート部４ａの形状は特に上記に限定されない。
【００６８】
なお、このセパレータ４は、例えばセルロースなどの紙製のものなど正極２および負極３を絶縁するものであれば特に限定されない。
【００６９】
また、電極層２ｂ、３ｂには上記のように活性炭の他に、カルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩やポリテトラフルオロエチレンなどのバインダやアセチレンブラックなどの導電剤が含まれた方が活性炭どうしの距離の短縮や導電性を向上させることができるため、素子１としてより低抵抗化を図ることができる。
【実施例２】
【００７０】
以下に、図面を用いながら本発明の実施例２および請求項３に記載の発明の説明を行うが、本発明は下記の内容に限定されない。また、上記実施例１と同じ構成要素については実施例１と同じ符号を付与して説明を行う。
【００７１】
図６（ａ）は本実施例に記載の電気二重層キャパシタに用いられる素子１１の構成を示した分解斜視図であり、（ｂ）は同素子の上面図である。
【００７２】
図６（ａ）において、本実施例の電気二重層キャパシタに用いられる素子１１は、帯状である正極１２および負極１３がそれぞれ交互に折り畳まれて積層されている。そして、積層された正極１２および負極１３の間に実施例１のセパレータ４のセパレート部４ａが介在するように構成されている。
【００７３】
上記正極１２および負極１３は、帯状のアルミニウム箔からなる集電体１２ａ、１３ａの表裏面に、電極層１２ｂ、１３ｂがそれぞれ形成される。この電極層１２ｂ、１３ｂは正極１２および負極１３が折り畳まれる際に、折り曲がる部分を除いて、例えば間欠塗工などの手段を用いて形成される。
【００７４】
図７（ａ）〜（ｇ）は本実施例における素子１１の積層方法を順々に示した組み立て上面図である。
【００７５】
この素子１１を形成する際、折り畳まれる帯状の正極１２、負極１３そしてセパレータ４はそれぞれ異なる方向に折り畳まれる。正極１２と負極１３の折り畳まれる方向は互いに直交関係にあり、セパレータ４は正極１２、負極１３の折り畳み方向と異なる方向で折り畳まれる。例えば、まず、図７（ａ）のように、セパレータ４の一端に位置するセパレート部４ａと一方の電極の一端に位置する電極層形成部を対向するように重ね、図７（ｂ）のように、セパレータ４を折り畳んでセパレート部４ａを一方の電極の上に積層すると共に、このセパレート部４ａの上に他方の電極の一端に位置する電極層形成部が対向するように重ね、さらに、図７（ｃ）のように、セパレータ４が他方の電極の上にセパレート部４ａを積層すると共に、一方の電極の次の電極層形成部をセパレート部４ａと対向するように折り畳み、以下、図７（ｄ）〜（ｇ）のように、セパレータ４、他方の電極、セパレータ４、一方の電極、セパレータ４という順番でそれぞれの部材をそれぞれの方向で交互に折り畳んでいき、最終的に図６（ｂ）のような素子１１を形成していく。
【００７６】
そして素子１１が作製された時に、折り曲げられた電極層１２ｂ、１３ｂの上記電極層未形成部分が、それぞれ十字方向に突出したリード部１２ｃ、１３ｃとなる。このリード部１２ｃ、１３ｃの特に端辺を用いて素子１１から正極引出部および負極引出部として電極を引き出す。従って、上記電極層未形成部分を形成する際は、その幅はリード部として突出させたい長さの２倍の長さ以上とすることが好ましい。
【００７７】
本実施例における電気二重層キャパシタは、上記素子１１を、外装体である下フレーム５および上フレーム６により収容して構成される。
【００７８】
そして、本実施例においても、実施例１のように、突出したリード部１２ｃ、１３ｃの間からセパレータ４の中継部４ｂが表出している。
【００７９】
この構成により、実施例１と同様に各電極それぞれ２箇所から電極を引き出すことができるため、低抵抗化を図ることができると共に、セパレータ４における電解液の含浸性を向上させることができる。
【００８０】
加えて、セパレータ４だけでなく正極１２、負極１３を交互に折り畳みながら積層することにより、複数の箔状の正極２、負極３を積層していく構成と比べて積層される正極２と負極３のずれが少なくなり、各電極において、他方の電極との非対向部が少なくなり充放電バランスが向上するという効果を奏する。
【００８１】
なお、上記素子１１を作製する場合、用いる製造装置は、正極供給部、負極供給部、セパレータ供給部と、積層された部材を置く素子載置部と、各供給部から供給される部材を素子載置部の上でそれぞれ折り畳むために曲げ箇所を形成する折り畳み部を備え、これら各供給部は、上記素子載置部を基準に３方から素子載置部に向かって供給し、効率的に各部材を折り畳むことが可能な構成である。
【実施例３】
【００８２】
以下に、図面を用いながら本発明の実施例３および請求項４に記載の発明の説明を行うが、本発明は下記の内容に限定されない。また、上記実施例１と同じ構成要素については実施例１、２と同じ符号を付与して説明を行う。
【００８３】
図８（ａ）は、本実施例における蓄電装置の一例として電気二重層キャパシタに用いられる素子２１を示した分解斜視図であり、図８（ｂ）は同素子の上面図である。
【００８４】
なお、本実施例の素子２１に用いられる正極１２、負極１３は実施例２において用いられるものと同じものとする。
【００８５】
図８（ａ）のように、本実施例において、互いに対向すると共に交互に折り畳まれて積層される正極１２、１３に対して、各電極が対向する箇所に少なくとも一枚それぞれ介在するように複数枚のシート状のセパレータ２４を用いて素子を構成する。
【００８６】
このように素子２１が構成されることにより、実施例２と同様に、正極１２、負極１３が一体の集電体１２ａ、１３ａを用いて構成されているため、素子２１を形成するためにそれぞれを積層していく際に、複数枚のシート状の電極を積層していく構成に比べて、積層時のズレが少ない。そのため、短絡抑制の効果を高めることができる。
【実施例４】
【００８７】
以下に、図面を用いながら本発明の実施例４および請求項５、６に記載の発明の説明を行うが、本発明は下記の内容に限定されない。また、上記実施例１と同じ構成要素については実施例１と同じ符号を付与して説明を行う。
【００８８】
図９は本実施例における電気二重層キャパシタに用いられる上フレーム６と正極３２が当接する前の様子を示した部分正面断面図である。
【００８９】
本実施例では、図９のように正極３２の集電体３２ａの両端に設けたリード部３２ｃの距離が上フレーム６の一対の接続部６ａ間の距離より長くしている。
【００９０】
この構成により、接続部６ａの内面とリード部３２ｃを当接させる時に、本実施例における集電体３２ａは、リード部３２ｃが収まらないため、接続部６ａの内面に圧接されたリード部３２ｃどうしが折曲がって重なり合った状態（スウェージ部３２ｄ）で接続部６ａの内面と当接する構成となる。
【００９１】
この構成により本実施例における電気二重層キャパシタは、リード部３ｃの端部のみが当接し接合される実施例１と比べ、リード部３２ｃの端部を押圧しながら当接するようにスウェージ部３２ｄを形成することにより、リード部３２ｃの端部付近の集電体３２ａは重なるように押し倒され、この結果上フレーム６の接続部６ａとリード部３２ｃとの接触面積が大となり、前記スウェージ部３２ｄにおいては集電体３２ａが密集した（集電体３２ａどうしの隙間が狭まり密度が大きい）状態となるため、レーザー溶接による集電体３２ａの溶断の防止や、上フレーム６の接続部６ａに孔が開くことを防止することができ、ものつくりの信頼性を向上させることができるものである。
【００９２】
また、リード部３２ｃにおいてより容易にスウェージ部３２ｄを形成するために、予めリード部３２ｃ上に屈曲部分（図示なし）、もしくは切り込み（図示なし）などを入れ、上フレーム６、もしくは下フレーム５にスライド挿入することにより得てもよいし、もしくは、上記屈曲部分、切り込みからリード部３２ｃの端までを優先的に折り曲げるなど行ってもよい。
【００９３】
なお、リード部３２ｃに上記屈曲部分を形成する方法として、例えば、リード部３２ｃの所望の位置にロ−ラ−（図示なし）などを押し当てることにより、リード部３２ｃ側の電極層３２ｂの端辺と平行方向に形成する方法などがある。
【００９４】
また、リード部３２ｃに上記切り込みを形成する方法として、例えば、リード部３２ｃの端辺を形成するスリット加工と同時にカットロ−ラ−（図示なし）などを押し当てることでリード部３２ｃ側の電極層３２ｂの端辺に対して平行方向にリード部３２ｃ上に形成する方法などがある。
【００９５】
なお、本実施例では正極３２および接続部６ａを用いて説明を行ったが、実施例１における負極３と接続部５ａとの間においても同様の構成を用いて、同様にものつくりの信頼性を向上させることができるものである。また同様に、実施例２における素子１１のリード部１２ｃ、１３ｃについても、集電体１２ａ、１３ａの一部を折り曲げて形成したものであるが、本実施例のようなスウェージ部を形成することができる。
【００９６】
なお、上記実施例１〜３において構成要素として説明された下フレーム５および上フレーム６は一対の接続部５ａ、６ａを備えた略コの字状の金属部材であったが、この構成に限定されず、素子１の２方向の両端から各電極がそれぞれ引き出される構成に対して少なくとも一対の接続部を備え、２箇所から引き出される電極を一括して外部回路へ引き出す構成を有していれば、蓄電装置の低抵抗化という本発明の格別の効果を奏するものである。
【００９７】
従って、上記下フレーム５または上フレーム６の一方が有底状のケース状の金属部材であってもよく、また、下フレーム５および上フレーム６を外部端子としてだけ用い、素子１および電解質を収容する樹脂または金属部材などの外装体を、別途設けてもよい。
【００９８】
特に、上フレーム５、下フレーム６のいずれか一方が金属製有底ケースを用いて本発明の電気二重層キャパシタを構成することにより装置としての気密性が高まり、好ましい。
【００９９】
ただし、これらの構成をとる場合、下フレーム５および上フレーム６が直接当接しないように絶縁を十分に行う必要がある。
【０１００】
因みに、本実施例に用いる電解液には、溶媒として、プロピレンカーボネート（ＰＣ）やエチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）などのうち少なくとも一つを用いた溶媒に、電解質として例えばテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート（ＴＥＡＢＦ4）や、トリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレート（ＴＥＭＡＢＦ4）、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート（ＥＭＩＢＦ4）、１−エチル−２、３−ジメチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート（ＥＤＭＩＢＦ4）、１、２、３−トリメチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート（ＴＭＩＢＦ4）及び１、３−ジメチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート（ＤＭＩＢＦ4）などのうち少なくとも一つを用いることができるが、特に溶媒、電解質を限定するものではない。
【０１０１】
上記のように電解液として用いることに限らず、溶媒中にバインダを含ませ、ゲル状のものを用いた構成や、固体状の電解質を用いた構成であってもよい。
【０１０２】
また、集電体２ａ、３ａに用いられる材料は、上記のようにアルミニウムに限定されず、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、珪素、鉄、銀、鉛、ニッケル、銅、白金、金や、これらの合金を用いてもよい。この集電体２ａ、３ａは無処理のプレーン箔でもよいし、電極層２ｂ、３ｂとの接着強度を高めるためにエッチング処理を施したエッチング箔であってもよい。
【０１０３】
また、電極層２ｂ、３ｂには上記のように活性炭のような炭素材料の他に、カルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩やポリテトラフルオロエチレンなどのバインダやアセチレンブラックなどの導電剤が含まれた方が活性炭どうしの距離の短縮や導電性を向上させることができるため、素子１としてより低抵抗化を図ることができる。
【０１０４】
なお、本発明は電気二重層キャパシタに限定されることはなく、電解質のカチオンとしてリチウムイオンを用い、負極の電極層に含まれる炭素材料にリチウムを吸蔵させ、かつ、正極は電気二重層キャパシタの正極を用いて充放電を行う電気化学キャパシタや、同様に、リチウム二次電池を始めとする夫々の電極層の集電部材として金属部材を主に用いた蓄電池に応用しても上記のような蓄電装置として低抵抗化の実現という格別な効果を奏することができる。
【０１０５】
以上のように、本発明における蓄電素子は、シート状の正極および負極の間にセパレータを介在させて積層され、外周面の対向する２箇所に形成されて正極から電極を引き出す正極引出部と、この正極引出部を除いた外周面の対向する２箇所に形成されて負極から電極を引き出す負極引出部を備えた素子と、この素子の内部に含まれた電解質と、この素子および電解質を収容する外装体とを少なくとも備え、上記セパレータは上記正極および上記負極の間に介在する複数のセパレート部と、これらセパレート部どうしを繋ぐ中継部とから構成され、上記セパレータは前記中継部の一部に折り曲げ部が形成されて、交互に逆方向から折畳められて前記セパレート部が積層されると共に、前記中継部の少なくとも一部が、隣り合って設けられた前記正極引出部と前記負極引出部の間から表出した構成である。
【０１０６】
この構成により、上記一対の接続部を備えた下フレームおよび上フレームによって、従来それぞれの電極箔において一方から引き出された電極を、２箇所から引き出すことによって、限られた空間の中で素子の各一対の電極引出部と外部端子の役割を担う下フレームおよび上フレームの接触面積を増やし、蓄電装置として低抵抗化を図ることができる。さらに、複数枚のシート状のセパレータを一枚一枚積層していく製造方法と比べて、素子作製時に、セパレータが交互の方向に折り畳まれながら積層されるため、各電極の対向方向において、セパレータのセパレート部の配設位置がばらつくことが少なくなり、素子における短絡抑制などの効果を奏する。
【０１０７】
加えて、セパレータが一体で構成されているため、セパレータの中継部などを用いながら電解液を含浸させることにより、セパレート部の電解液含浸性のばらつきを抑制することができる。
【０１０８】
また、上記中継部が上記のように隣接する第１、第２電極引出部から表出するように上記セパレータを折り畳んで積層しているため、第１、第２電極引出部と重なって下フレーム、上フレームと電気的に接続させてセパレーターが炭化する、あるいは、電気的な接続が不十分となることを抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明における蓄電素子は、シート状である各電極の対向する両端からそれぞれの電極を引き出す素子と、このシート状の電極から電極を引き出す一対の接続部を備えた第１のフレームおよび第２のフレームを少なくとも備え、これにより、素子から下フレームおよび上フレームを用いて電極を引き出す際の接触面積を増やし、低抵抗化が達成されたものである。
【０１１０】
従って、本発明における蓄電装置は、短時間でより多くの電力を取り出すことを要する電子機器や電気自動車などの移動体での利用が期待される。
【符号の説明】
【０１１１】
１、１１、２１  素子
２、１２、３２  正極
２ａ、３ａ、１２ａ、１３ａ、３２ａ  集電体
２ｂ、３ｂ、１２ｂ、１３ｂ、３２ｂ  電極層
２ｃ、３ｃ、１２ｃ、１３ｃ、３２ｃ  リード部
３、１３  負極
４、２４  セパレータ
４ａ  セパレート部
４ｂ  中継部
５  下フレーム
５ａ、６ａ  接続部
５ｂ  底面部
５ｃ、６ｃ  ガイド溝
５ｄ  突起部
６  上フレーム
６ｂ  上面部
６ｄ  貫通孔
３２ｄ  スウェージ部
【図１】
2012059863.tif 000003
【図２】
2012059863.tif 000004
【図３】
2012059863.tif 000005
【図４】
2012059863.tif 000006
【図５】
2012059863.tif 000007
【図６】
2012059863.tif 000008
【図７】
2012059863.tif 000009
【図８】
2012059863.tif 000010
【図９】
2012059863.tif 000011
【図１０】
2012059863.tif 000012
【図１１】
2012059863.tif 000013