(57)【要約】      （修正有）【課題】コンパクトでありながら、大面積で、長期にわたり特性維持が可能な、大容量の蓄電装置を提供する。【解決手段】蓄電装置１００はシート状の第１集電体３と、シート状の第１電極４と、電解液が含浸されたシート状のセパレーター５と、該セパレーターに当接したシート状の第２電極８と、第２集電体９が積層され、第２集電体、第２電極、セパレータ、第１電極、第１集電体には予め複数の貫通孔が所定の位置に形成されており、さらに該孔には樹脂が充填され仮硬化されており、各層の該孔の位相を合わせて、積層して蓄電要素としておき、堤体１０が外周に形成されている高分子シート７の内部に、前記蓄電要素を載置し、該蓄電要素の上面、及び堤体１０の上部にカバー樹脂層１を塗布し、仮硬化させ、さらに該カバー樹脂層１を加熱し本硬化するときに、各層の前記孔に充填仮硬化されている樹脂を同時に本硬化させ一体化する。【選択図】図１
2009218540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状の金属薄板である第２集電体と、
該第２集電体に電気的に接続されたシート状の第２電極と、
該第２電極に当接して、電解液が含浸されたシート状の不織布などのセパレーターを設け、
該セパレーターに当接してシート状の第１電極と、
該第１電極に電気的に接続されたシート状の金属薄板である第１集電体と、
が積層される蓄電装置であって、
前記第２集電体、前記第２電極、前記セパレーター、前記第１電極、前記第１集電体に、予め複数の貫通孔を所定の位置に形成し、
該貫通孔には予め樹脂を充填仮硬化させておき、
前記第２集電体、前記第２電極、前記セパレーター、前記第１電極、前記第１集電体の各貫通孔の位置を合わせ積層し、
前記充填樹脂の本硬化時に、前記第２集電体、前記第２電極、前記セパレーター、前記第１電極、前記第１集電体を一体化させたことを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記第２集電体、前記第２電極、前記セパレーター、前記第１電極、前記第１集電体が積層された構造を蓄電要素と称し、
外周に堤体を形成された高分子シート内部に該蓄電要素を載置し、
該蓄電要素の最上部の上面、もしくは該最上部の上面及び前記堤体の側面に、
カバー樹脂層を塗布し、
該カバー樹脂層を本硬化させるときに、
前記蓄電要素に形成されている貫通孔に充填仮硬化されている樹脂を本硬化し、該高分子シート、該堤体、該蓄電要素、該カバー樹脂層を一体化したことを特徴とする、
請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記蓄電要素は、
第１電極、第２電極を活性炭などの分極性電極で形成し、
カチオンとアニオンの電解質を溶解させた電解液を用い、
電気二重層キャパシターとしたことを特色とする、請求項１，２に記載された蓄電装置。
【請求項４】
前記蓄電要素は、
第１電極を炭素などの負極活物質でアノードとし、
第２電極をコバルト酸リチウムなどの正極性活物質でカソードとし、
リチウム塩を溶解させた有機電解液を用いた、
リチウムイオン二次電池としたことを特色とする請求項１、２に記載の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は蓄電装置、特に、大容量を可能にする大面積の蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】    蓄電装置には電池とキャパシターがあるが、近年その両者、特に電気二重層キャパシターとリチウムイオン二次電池では文献番号１、２に見られるように、その構造はほとんど同じである。
【文献番号１】
特開２００５−３２９３８号公報（第４−５頁、図２）
【文献番号２】
公開特許公報  特開平７−３０２６１６
近年、両者ともその大容量化に開発努力が傾けられている。
しかし、材料開発は進められているが、大容量化に向けた蓄電装置の構造には注意が向けられていない。ほとんどが円筒状の形態で、大きな平面状の構造は考えられてこなかった。
本発明は上記蓄電装置の大容量化を、その構造から実現するものである。
電気二重層キャパシターにも、リチウムイオン二次電池にも適用できる。以下に、まず電気二重層キャパシターへの本発明の適用を詳述する。
その後、リチウムイオン二次電池への適用を説明する。
【０００３】  図２は従来の電気二重層キャパシターの代表的な断面構造を示す。電界液を含浸したセパレーター（以下、セパレータとも称す）５と、これを挾持する一対の分極性電極４，８と、該分極性電極のそれぞれに接続された一対の集電体３，９と、がサンドイッチ状に積層され、該積層体（以下「キャパシター要素」と称する場合がある）が容器に液密的に封入されたものである。このとき、電解液はカチオンおよびアニオンを溶解させたものであり、活性炭によって形成された分極性電極が、白金やアルミニウム等の良導電製材料によって形成された集電体に導電接着剤等によって電気的に接続されていた。また、外部との電気的な接続の為の外部接続リードが、容器内に液密的に侵入して集電体に接続されていた（例えば、特許文献１参照）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
【０００５】  しかしながら、特許文献１に開示された発明は、前記セパレータが薄い板状であり、前記キャパシター要素が収容される容器が、それぞれ矩形の窪みが形成された一対の直方体ブロックを組み合わせて構成されるものであるため、大容量の大型キャパシターを得ようとすると、以下のような問題があった。このため、特許文献１に開示された発明では、小型のキャパシターを作ることは出来ても、太陽電池発電の蓄電用や電気自動車用等の大きな静電容量のキャパシターを、大面積で薄いキャパシター要素によって提供することが困難であった。【０００６】  （イ）キャパシター要素が矩形の窪み内に収容されるため、キャパシター要素が当該窪み内を移動するおそれがあった。このため、キャパシター要素を広い面積にして、略鉛直に配置した場合、キャパシター要素が下方側に移動して、キャパシター要素を構成する部材同士の密着性の低下（剥離等）やこれを収納する容器の変形等を生じ、結果として、設計当初の静電容量が保証されないおそれがある。
（ロ）一方、前記キャパシター要素を構成する部材同士の剥離やこれを収納する容器の変形等を防止するために、前記矩形の窪みを形成する底部分（天井部分に同じ）を厚くしたのでは、キャパシターとして機能する前記キャパシター要素の容積よりも、全体を保持するための前記直方体ブロックの容積の方が、圧倒的に大きくなり、キャパシターのコンパクト化（小型化、軽量化）に逆行する。
また、大型になった一対の直方体ブロックを堅固に保持しようとすると、大型の固定用ボルト／ナットによって締め付ける必要が生じ、さらに、キャパシターのコンパクト化（小型化、軽量化）に逆行する。【０００７】  （ハ）また、予め電解液を十分含浸させたセパレーターと、予め電解液を十分含浸させた一対の分極性電極と、該分極性電極のそれぞれに接合された一対の集電体と、を積層して、一緒に封じてキャパシターを製造することは、電解液が漏洩し易いため、製造が困難であった。
（ニ）また、製造時には保証された広い面積における電気的接続が、充放電を繰り返すうちに発生するキャパシター要素を構成する部材同士の密着性の低下（電極材の剥離等）によって、十分に性能保証できなくなるおそれがあった。【０００８】  本発明は前記問題を解決するものであって、キャパシター要素の移動やキャパシター要素を構成する部材同士の密着性の低下を防止し、コンパクトでありながら、大面積で大静電容量の電気二重層キャパシターを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  （１）本発明に係る電気二重層キャパシターは、
シート状の第２集電体と、
該第２集電体に電気的に接続されたシート状の第２分極性電極と、
該第２分極性電極に当接した、カチオンとアニオンとを溶解した電解液が含浸された板  状のセパレーターと、
該セパレーターに当接したシート状の第１分極性電極と、
該第１分極性電極に電気的に接続されたシート状の第１集電体が積層され、
前記、第２集電体、第２分極性電極、セパレータ、第１分極性電極、第１集電体の複数の所定の位置に、予め貫通孔（以下単に孔と称す）を形成し、
該孔に樹脂を充填し、低い加圧で仮硬化させておき、
該第２集電体、該第２分極性電極、該セパレータ、該第１分極性電極、該第１集電体の各孔の位置を合わせ順次積層し、
該孔に充填されている樹脂をほぼ同時に加熱して、本硬化させ第２集電体、第２分極性電極、セパレータ、第１分極性電極、第１集電体を一体化した電気二重層キャパシターである。【００１０】（２）また、前記（１）は、外周に堤体を形成した高分子シートの内部に、各層の孔に樹脂が充填仮硬化されたキャパシター要素を載置し、
最上部の第１集電体の上面、または上面及び堤体上面にカバー樹脂層を塗布し、
該カバー樹脂層を本硬化させるときに、同時に前記仮硬化された各孔の樹脂を本硬化させ、前記高分子シートと接着させるとともに、前記カバー樹脂層とも接着して、キャパシター要素と高分子シート、堤体、カバー樹脂層を一体化したことを特徴とする。（該一体化された物を、以下キャパシターもしくはセルと称する。）
前記のように、各孔の樹脂は高分子シートにも接着する。そのため、該樹脂は接着性樹脂であることが好ましい。
また、該キャパシター要素のセパレータには、予め十分なアニオン、カチオンを溶解した電解液を十分含侵させている。
【発明の効果】
【００１１】  本発明に係る電気二重層キャパシターは以上であるから、下記の効果を奏する。
（ｉ）対向して配置されたカバー樹脂層１と高分子シート７の両方に接合され、積層されている第１集電体３と、第１分極性電極４と、セパレーター５と、第２分極性電極８と、第２集電体９からなるキャパシター要素のそれぞれに形成された貫通孔に充填され一体化している樹脂が、キャパシター要素の形態維持を維持する「リベット」として機能する。よって、自己形態維持構造が形成されるから、広い面積を具備する大容量の電気二重層キャパシターを得ることができる。
また、キャパシター要素は液密的に封止されるため、液漏れのおそれがない。そして、堤体をガス透過性を有する材料で形成しておけば、万一、内部においてガスが発生したとしても、当該ガスをキャパシター要素の外に離散させることが可能になる。
なお、本発明において、シート状とは厚さや剛性（または可撓性）の程度を限定するものではなく、たとえば、フィルム等の膜材や薄板材、あるいは所定に厚さを有する板材を含むものである。【００１２】  （ｉｉ）すなわち、キャパシター要素を広い面積にしても、キャパシター要素は複数箇所において高分子シートとカバー樹脂層に「ピン止め」されるから、一方向に向かって移動するようなことがない。
（ｉｉｉ）また、カバー樹脂層と高分子シートの間隔が、複数箇所、孔に充填された樹脂によって維持されるから、キャパシター要素を前記カバー樹脂層と高分子シートによって均一に挾持され、キャパシター要素を構成する部材同士の密着性が広い範囲で均一に維持され、しかも剥離等が防止されるから、長期間にわたる使用によっても十分に性能保証される。【００１３】  （ｉｖ）さらに、キャパシター要素が、この外周を包囲する堤体と高分子シートによって形成される凹部に収納されるから、かかる状態においてキャパシター要素（特に、セパレーター）に電解液を含浸させてからセルを形成することが可能になり、電解液の漏洩が防止され、製造が容易になる。また、堤体を液密性に加え、ガス透過性を有する材料で形成しておけば、万一、内部においてガスが発生したとしても、当該ガスをキャパシター要素の外に離散させることが可能になる。【００１４】  （ｖ）さらに、予めプラスとマイナスのイオンを事前注入したそれぞれの分極性電極と十分電解液を含侵したセパレータをセル形成時に一体化するため、高密度なイオン含侵の大面積のセルを形成できるため、大きな容量のキャパシタを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】  ［実施の形態］
図１は本発明の実施の形態に係る電気二重層キャパシターの断面図である。図１において、説明の便宜上、図中の左右方向を「幅方向」または「水平方向」と、図中の上下方向を「厚さ方向」または「高さ方向」と称す。また、各構成部材の幅方向の大きさ（以下「幅」と称す）や、厚さ方向の大きさ（以下「厚さ」または「高さ」と称す）は限定するものではなく、各部材相互の厚さ（高さ）の大小関係が図示するものと逆転する場合がある。【００１６】  （キャパシター要素）
図１において、キャパシター装置（以下キャパシターもしくはセルと称す）１００は、絶縁性を具備するカバー樹脂層１と該カバー樹脂層１に当接したシート状の第１集電体３と該第１集電体３に電気的に接続（通電自在に同じ）されたシート状の第１分極性電極４、該第１分極性電極４に当接した、カチオンとアニオンとを溶解した電解液が含浸されたシート状のセパレーター５、該セパレーター５に当接したシート状の第２分極性電極８と、該第２分極性電極８に電気的に接続されたシート状の第２集電体９と、該第２集電体９に当接する絶縁性を具備するシート状の高分子シート７が積層されている。
なお、以下の説明の便宜上、第１集電体３と、第１分極性電極４と、セパレーター５と、第２分極性電極８と、第２集電体９と、が積層され、各孔に樹脂が充填仮硬化されたものを図４に示すようにキャパシター要素９９と称する。また、共通する内容を説明する際、名称を修飾する「第１、第２」および符号の添え字「ａ、ｂ」を省略して称呼する場合がある。【００１７】  （密閉容器）
そして、高分子シート７の外周に沿って堤体（以下「堤」とも称す）１０が形成され、堤１０の上端がカバー樹脂層１に接着、融合されている。したがって、高分子シート７と堤１０とカバー樹脂層１とによって、液密性を具備するキャパシター１００が形成されている。
また、第１集電体３に接続された引き出し電極（以下「第１外部接続体」と称す）６と、第２集電体９に接続された引き出し電極（以下「第２外部接続体」と称す）１１とが、堤１０を液密的に貫通している。【００１８】  （堤）
なお、堤１０は高分子シート７と予め一体に形成されたものであっても、高分子シート７の上にシール印刷などによって、別体として形成されたものであってもよい。
また、第２外部接続体１１は、高分子シート７に堤１０が形成された後に、堤１０に予め形成されている引き出し用孔を貫通するものであっても、堤１０が形成される前の高分子シート７に蒸着等によって形成されるものであってもよい。後者の場合、第２外部接続体１１の上に堤１０が設けられることになる。【００１９】  そして、高分子シート７と、高分子シート７に一体的に形成された堤１０とによって液密的な凹部が形成されるから、かかる凹部にセパレーター５を収容して、これに電解液を含浸すれば、電解液を外部に漏洩させることなく、十分な電解液を容易に含浸することができる。
また、堤１０は、前記のように電解液が外部に漏れないようにする機能と、後記する孔３１に充填された樹脂３２、及び高分子シート７、カバー樹脂層１と協働して、自己形態維持構造を形成するものである。【００２０】  （電極材シート）
図３−１に示すように、第１集電体３と第１分極性電極４とは電気的に接続（たとえば、電導性接着剤によって接着）され第１電極材シート３３が形成され、第１電極材シート３３の所定の位置に複数の孔３１が設けられている。同様に、第２集電体９と第２分極性電極８とは電気的に接続され第２電極材シート３４が形成され、第２電極材シート３４にも、所定の位置に複数の孔３１が設けられている。
また、セパレーター５にも、所定の位置に複数の孔３１が設けられている。【００２１】  （孔充填樹脂）
図３−２に示すように、前記第１電極材シート３３、  前記第２電極材シート３４、セパレート５に形成されている複数の孔３１には、一定の圧力で仮硬化し、一定の温度で本硬化する、樹脂３２を充填しておく。
この樹脂は接着性で前記高分子シート、カバー樹脂層とよく接着するものである。
基本的にはこの充填樹脂は仮硬化と本硬化が異なる条件で実現する高分子である。【００２２】  （自己形態維持構造）
堤体１０が外周に形成された高分子シート７の内部に、第２電極材シート３４、セパレータ５、第１電極材シート３３を、孔の位置を合わせて載置し、第１電極材シート３３の上面にカバー樹脂層１を塗布し、仮硬化させたのち加熱プレートと加熱ニードルで上記カバー樹脂層と孔の内部の樹脂を本硬化すると、お互いに接着し、それぞれの層の孔を通じて全体が一体化される。
上記のように、複数の孔の接着性樹脂３２と、高分子シート７とカバー樹脂層１と堤体１０が一体化され、セル１００が形成される。
このセル１００は密閉容器であると共に、複数の孔を貫通している樹脂３２がリベット２として機能し、全体が固定された「自己形態維持構造」を実現している。
したがって、セル１００を広い面積（大きな幅に同じ）のものにして、扁平にしたとしても、キャパシター要素９９は複数箇所において「ピン止め」されるから、セル内部を移動することがない。
また、高分子シート７とカバー樹脂層１との間隔が、複数箇所の孔のリベット２によって維持され、互いに平行な平面を保つから、キャパシター要素９９を予め均一に挾持しておけば、キャパシター要素９９を構成する部材同士の密着性が広い範囲で均一に維持され、剥離等が防止されるから、長期間にわたる使用によっても十分に性能保証される。【００２３】  （構成部材の材質）
本発明を構成する部材の形状や材質は、所定の機能（液密性、接着性等）を奏する限り限定するものではない。たとえば高分子シート、堤体、充填樹脂、カバー樹脂はすべて同じ樹脂材料でも、それぞれ違っていてもよい。
以下に、代表的なものを例示する。
セパレーター５はポリカーボネート等の不織布を用いる。
第１集電体３および第２集電体９にはステンレス、アルミニウム、タンタル、チタン、銅などの薄板シートを用いる。
第１分極性電極４および第２分極性電極８は、活性炭、導電剤、バインダーなどによって、シート状に形成されている。【００２４】  高分子シート７とカバー樹脂層１、堤１０、充填樹脂３２の材料は、温度、圧力、ＵＶなどで仮硬化と本硬化が分離できる特性の高分子樹脂を用いる。たとえば、ポリエチレンや、ポリプロピレンを用いる。また接着性の優れたエポキシ系の樹脂などを用いる【００２５】  （電解液）
電解液にはプロピレンカーボネート、エチレンカーボネートなどを用いる。
カチオン用溶質には、トリエチルメチルアンモニウムイオン等でなる第４級オニウムカチオンや、リチウイオン、カリウムイオン等のアルカリ金属カチオンを用いる。一方、アニオン用溶質には、ＢＦ４−、ＰＦ６−等のアニオンを組み合わせた塩を用いる。勿論、ＫＯＨ等の水溶性の電解液を用いることも出来る。この場合、堤１０の表面をあらかじめ撥水処理しておけば、組み立て時やその後の工程において、電解液が外に漏れ出して悪い影響をすることが防止される。
なお、本発明は、電解液がセパレーター５のみに含浸されるものに限定するものではなく、第１分極性電極４や第２分極性電極８に予め対応する極性のイオンを含浸させて、セル１００におけるイオンのトータル含浸量を増してもよい。また、固体電解質を用いてもよい。
以上が本発明の請求項３の電気二重層キャパシターの形成方法である。【００２６】  次に請求項４のリチウムイオン二次電池の場合の形成法を記述する。
基本的には電気二重層キャパシターと全く同じ構造である。違いはその蓄電要素だけである。以下その構成を図１０に従って述べる。【００２７】  電解液は炭酸エチルのような有機溶媒に六フッ化リン酸リチウムのようなリチウム塩を溶解したものを用いる。
第１集電体１０１として薄い銅シートを用い、その上に炭素やグラファイトなどの負極活物質をバインダーとともに溶解し、塗布し第１電極１０２とし、第１集電体と第１電極を一体化したものを以降第１電極材と称す。
第２集電体１０４として薄いＡｌシートを用い、その上にコバルト酸リチウムなどの正極活物質をバインダーとともに溶解し、塗布し第２電極１０３とし、第２集電体と第２電極を一体化したものを以降第２電極材と称す。
ポリプロピレンの不織布などをセパレータ５とする。【００２８】  該セパレータ、該第１電極材、該第２電極材には、予め同位相の位置に複数の孔を形成しておく。
さらに該孔には、後工程で本硬化させる樹脂を充填し、仮硬化させておく。
上記第１電極材、第２電極材、セパレータを以下リチウムイオン二次電池の電池要素と称する。前記電池要素を用いて、前記電気二重層キャパシターと同様に、以下のような手順でリチウムイオン二次電池を製造する。【００２９】  堤体１０が外周に形成された高分子シート７の内部に、第２電極材を載置し、該第２電極材の正極活物質層の上に、
仮硬化した樹脂の充填された孔の位置を合わせながら、セパレータを載置する。
該セパレータには前記電解液を事前に十分含侵させておくか、載置した時点でディスペンサーなどで注入し含侵させてもよい。
該セパレータの上に負極活物質が当接するように第１電極材を載置し、
該第１電極材の上から、カバー樹脂を塗布し仮硬化させ、さらに、前記第１電極材、セパレ−タ、第２電極材の樹脂が充填されている孔の部分を加熱して
上下の各層の該充填樹脂を本硬化させ接着し、高分子シート、堤体、カバー樹脂層、電池要素を一体化した。
上記プロセスにより、シート状に積層された電池要素が、各層の孔を貫通して形成された樹脂リベットによって、自己保持機能を有したリチウムイオン二次電池が形成される。
この構造によって、広い面積のシート状の電池の形状を維持できる。上記のように、本発明はリチウムイオン二次電池においても、大きな面積の容量の大きなリチウムイオン二次電池を作成することができる。【００３０】  （製造方法）
図３−１、図３−２、図４、図５、図６、図７は、本発明の実施に係る電気二重層キャパシターの製造方法を模式的に説明する断面図である。なお、図１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。各図に基づいて説明する。【００３１】  （１：電極材シートの形成）
図３−１に示すように、第１集電体３と第１分極性電極４とを一体化して第１電極材シート３３を形成する。同様に、第２集電体９と第２分極性電極８とを一体化して第２電極材シート３４を形成する。【００３２】  （２：シート孔およびセパレーター孔の形成）
一体化された第１電極材３３、第２電極材３４の対応する所定の位置に複数の孔３１を形成する。
セパレータ５にも電極材３３、３４に形成された複数の孔に対応する所定の位置にて孔を形成する。
なお、それぞれの孔の孔径（外径）は、たとえば、数ｍｍであって、パンチングやレーザ加工等によって形成される。【００３３】  （接着性樹脂の充填）
図３−２のように、前記第１電極材３３、第２電極材３４、セパレータ５に形成された孔３１には、低加圧で仮硬化し、加熱して本硬化する接着性のあるエポキシ系などの樹脂３２を注入して、仮硬化させておく。
ＵＶで仮硬化させ、加熱で本硬化する接着剤でも良い。
該接着性樹脂を注入された、前記各材料の表面の平坦性、厚みは変わらない【００３４】  （イオンのプリ注入）
後記する積層工程の前に図７に示すように、十分にイオンを溶解した電解液を含侵したダミーセパレータ７３と正負のダミー対向電極７１、７２の間に、第１電極材シート３３、第２電極材シート３４をそれぞれ別々に挿入して、対応する電界をかけて、第１分極性電極３および第２分極性電極８に、それぞれに対応するイオン（カチオンまたはアニオン）を予め十分注入する。
図７では  第１電極材シート３３の第１分極性電極４に対応するマイナスイオンを注入する場合の構成を説明する断面図である。【００３５】  （堤の形成）
第１電極材シート３３、第２電極材シート３４の外周は高分子シート７の外周より少し小さく形成されている。高分子シート７の外周にあらかじめ堤体１０を形成する。堤体１０は内部にシリコン系やガラスなどのスペーサーを分散させ高さを確保させた、接着性樹脂などの高分子を用いる。堤体１０の形成は、ディスペンサーによる塗布か、スクリーン印刷で塗布し、加熱、ＵＶなどで硬化させ固定化する。堤体１０の高さは、電極材１、２、セパレータを該堤の内側に載置しても電解液が外部に溢れでない高さが最低限必要である。【００３６】（第１の積層）
図５に示すように堤体１０を形成する前に、第２外部接続体１１を形成した高分子シート７の上に、イオンをプリ注入された第２電極材シート３４を設置する。
（第２の積層）
前記第２電極材シート３４の上に、前記第２電極材シート３４の孔に充填された樹脂２の位置に合わせて、孔に充填された接着性樹脂３２の位置を合わせてセパレータ５を載置（セット）する。【００３７】  （電解液の含浸）
次に該セパレータ５に、カチオン、アニオンを十分溶解させた電解液を含浸させる。電解液はディスペンサーなどでセパレーター５に滴下させて十分含浸させる。なお、あらかじめセパレータ５に電解液を含浸させた後、セパレーター５を堤体１０の内側にセットしてもよい。【００３８】（第３の積層）
さらに、前記セパレーター５の上に、対応するイオンを注入された第１電極材シート３３を、該シートの接着性樹脂３２が充填された複数の孔３１の位置をセパレータ５の孔３１の位置に対応させながらセット（載置）する。このとき分極性電極側がセパレータに当接するように配置する。【００３９】（カバー樹脂層形成）
前記のように高分子シート７上に、第１電極材シート３３、セパレーター５と、第２電極材シート３４をサンドイッチ状に積層し、第１外部接続体と第１電極材の第１集電体３を電気的に接続し、該第１集電体３の上面、及び堤体の上部にカバー樹脂層を塗布し、弱真空装置に入れ、電解液の内部や電極材シート、カバー樹脂層の内部に残されている空気あるいは水蒸気を徐徐に除去しながら、カバー樹脂層１を仮硬化させる。【００４０】（一体化）
図７は一体化処理の説明の断面図である。十分に内部空気や水蒸気を除去し、カバー樹脂層１が仮硬化されたのち、複数のヒートニードル６２が形成されているヒートプレート６１を前記カバー樹脂層１に加熱しながら加圧する。
ヒートニードルはヒートプレートと一体に形成されていても、独立して作動するように形成されていてもよい。
ヒートニードル６２は、第１電極材シート３３、第２電極材シート３４、セパレータ５に形成されている複数の孔３１の位置に対応する位置に形成されている。ヒートプレート６１を加熱すると同時にヒートニードル６２も加熱される。
前記加熱されたヒートプレート６１をカバー樹脂層１に押し当てるとき、ヒートニードル６２は対応する孔３１に充填されている樹脂３２を溶融しながら挿入されてゆく。ヒートニードル６２の先端が高分子シート７に達したところでヒートプレート６１の押し下げを止める。次に本硬化まで温度を上昇させ、樹脂３２、カバー樹脂層１を本硬化させながらヒートプレート６１、ヒートニードル６２を上方に取り出す。
この作業によって、カバー樹脂層１、第１電極材シート３３、セパレータ５、第２電極材シート３４、高分子シート７、堤体１０は一体化する。【００４１】このとき、大きな面積のセル１００であっても、一定の面積ごとに接着性樹脂３２によるリベット２が形成され、セル１００を構成する各部材の密着性が維持され、セル１００の各素材は移動不能に固定されるから、長期にわたり十分な電気的接続を維持することができる。【００４２】  よって、本発明は、キャパシター材料に拠らず、従来、製造することが困難であった大面積で厚みの薄い、信頼性の高い大容量の電気二重層キャパシターをコンパクトに作成することができる、そして、本発明は、従来のキャパシター要素と同じ材料を用いても容積有効利用率が従来の方式に比べてはるかに高い点を特徴とし、大面積かつ薄いため、積層しても重量は軽く、大容量で、しかも急速充放電ができるから、今後、新たに開発される容量特性の優れたキャパシターにも当然適用できるものである。【００４３】  上記製造方法はリチウムイオン二次電池においても同様である。
ただし、使用される電極材として、第１電極材に負極性活物質、第２電極材に正極性活物質を、電解液に溶解する電解質にリチウム塩を使用し、プリチャージをすることはない。
【実施例１】
【００４３】  次に、電気二重層キャパシター１００を、極めて一般的な材料を使用して形成した実施例を説明する。なお、共通の内容の説明に際しては、名称を修飾する「第１、第２」や符                      号の添え字「ａ、ｂ」の記載を省略する。
集電体にはアルミニウム薄膜０．２ｍｍを用いる。分極性電極には、比表面積１０００ｍ２／ｇ程度の活性炭を用いる。【００４４】  そして、電極材シート３３、３４は、分極性電極と集電体とを、アセチレンブラックのような導電材とバインダーとを混合した接着材を介して、プレスによってシート状に一体化した。なお、電極材シート３３，３４の厚みは０．４ｍｍ、外形寸法は１００ｍｍｘ１００ｍｍとした。
また、電極材シート３３，３４には幅５０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのＣｕ（純銅および銅合金を含む）の外部接続体１０、１１が接続されている。【００４５】  セパレーター５としては、１０５ｍｍｘ１０５ｍｍの面積で、０．２ｍｍ厚さのポリカーボネートを用いた。また、電極材シート３３、３４およびセパレーター５には、面積５０ｍｍｘ５０ｍｍごとに１個の、外径４ｍｍの孔３１、およびセパレーター孔３１が、同一位相になるようにパンチャーで形成した。
該孔にはエポキシ系の接着剤を充填し６０℃で低加圧で仮硬化させておく。本硬化は１１０℃で処理した。【００４６】  高分子シート７は面積１１０ｍｍｘ１１０ｍｍで、０．２ｍｍ厚さのポリカーボネートを用いている。【００４７】  堤１０は、内部に０．８ｍｍ径の粒状シリカを分散させたポリカーボネートベースの堤形成用の高分子溶液を、ディスペンサーで高分子シート７の最外周に４ｍｍ幅、高さ１ｍｍ程度に形成した。【００４８】  電解液はプロピレンカーボネートとエチレンカーボネートの電解液に、Ｒ４Ｎ＋、Ｒ４Ｐ＋、等の第４級オニウムカチオン、ＢＦ４−、ＰＦ６−などのアニオンを十分溶解させた。そして、第２電極材シート３４の上に、セパレーター５をセット（載置）した後、前記電解液をディスペンサーを用いてセパレーター５の上に滴下し、十分に含浸させた。
また、電極材シート３３，３４に対応する極性のイオンをプリチャージした。【００４９】  さらに、前記方法によって、第１電極材シート３３を積層し、キャパシター要素９９の内部空気及び水分の排除しながら、ポリエチレンでカバー樹脂層１をして全面塗布を実施した。
この場合、堤体を外側から覆い尽くしてもよい。
したがって、薄いポリマーによって全体をカバーされ、一体化された、１１０ｍｍｘ１１０ｍｍ  厚さ１．５ｍｍの単一ユニットの電気二重層キャパシター１００が形成された。なお、該構造によって、単位面積当たり０．２０Ｆ／ｃｍ２、１ユニットで２０Ｆの能力を実現した。
なお、実施例１における各構成要素の数値は最適化されたものではなく、本発明はこれに限定するものではない。適用する材料、それぞれの工程の精度、設計する商品サイズなどにより、変更されるものである。
【実施例２】
【００５０】本発明は大面積の高分子シート上に複数のセルを形成することで、出力電圧と、出力電流をバランスさせる多様な仕様の電気二重層キャパシターをも提供する。【００４７】  図８−１、図８−２は本発明で、一枚のシート上に２個のセルを形成した場合の堤体形成とキャパシター要素の載置の説明の平面図とセルの断面図である。
まず、高分子シート８８に外部接続用のリード８３を形成し、次に該高分子シート８８の外周と、セル境界に対応する位置に堤体８１をスクリーン印刷で形成する。
次に２個のキャパシター要素８２を前記堤体で形成された高分子シート８８の内部にそれぞれ載置する。
さらに外部接続用リードをキャパシター要素の集電体に接続する。
こののち、カバー樹脂層８４をキャパシター要素８２の上面に塗布し仮硬化する。
次にヒートニードル付きのヒートプレートを加熱してカバー樹脂層８４に押し付けるとともに、各キャパシター要素に形成されている充填仮硬化した樹脂が形成されている孔８７にヒートニードルを挿入する。
さらに加熱して該接着性樹脂を本硬化させ、ヒートニードルを抜き出す。
上記、工程で、広い面積に複数の電気二重層キャパシターを密に形成することができ、単一に大面積にした場合、一か所の欠陥でも全体が被る損害を防げると同時に、大面積で大容量のキャパシターを実現できる。
【実施例３】
【００４８】  本発明は単層のキャパシター要素だけでなく、多層のキャパシター要素を積層し形成し、容易に高い電圧の電気二重層キャパシターを製造し、提供できる。
図９は２層のキャパシター要素を積層形成した電気二重層キャパシターの説明用断面図である。
外部接続リード９１と堤体９４が形成された高分子シート９７の内部に第１キャパシター要素９６、第２キャパシター要素９５を順次積層して、第２キャパシター要素９５の集電体に外部接続リード９８を接続してカバー樹脂層９２を塗布し、孔に充填されている樹脂を本硬化してリベット９３を形成して、２層に積層された大容量の電気二重層キャパシターを製造した。
この場合、各孔のサイズは比較的大きめにして、積層時の互いの位置ずれを吸収できるようにしておく。
【実施例４】
【００４９】  本発明はまた大面積、高容量のリチウムイオン二次電池を提供する。
第１集電体は厚さ１００ｕｍ、２００ｍｍ  ｘ２００ｍｍのＣｕシートを用いる。該Ｃｕシート上に、バインダーと混合されたカーボンを１２０ｕｍを塗布し、一体化して第１電極材とする。
該第１電極材に径５ｍｍの貫通孔を５０ｍｍｘ５０ｍｍに１つパンチングで形成する。該孔にエポキシ系充填剤を充填し低加圧で仮硬化させておく。
第２集電体として厚み１００ｕｍ、２００ｍｍｘ２００ｍｍのＡｌシートを用いる。
該集電体の上にコバルト酸リチウムをバインダーと１２０ｕｍの厚みで塗布し、第２電極材とする。
該第２電極材に径５ｍｍの貫通孔を５０ｍｍｘ５０ｍｍに１つ、第１電極材の孔の位相に対応する位置に形成する。
該孔に前記のエポキシ系充填剤を充填し低加圧で仮硬化させておく。【００５０】  セパレータとして２００ｍｍｘ２００ｍｍの面積で、厚み１００ｕｍのポリプロピレンの不織布を使用する。
該セパレータにも第一電極材、第二電極材の孔に対応する位置に径５ｍｍの貫通孔をパンチで形成する。
該セパレータの孔にも前記エポキシ系充填剤を充填し低加圧で仮硬化させておく。
該セパレータには、六フッ化リン酸リチウムのようなリチウム塩を溶解した炭酸エチルのような有機溶媒からなる電解液をディスペンサーで注入含侵させる。【００５１】  外周に幅３ｍｍ高さ１ｍｍのエポキシ系樹脂で堤を形成した、２０３ｍｍｘ２０３ｍｍの面積のポリエチレン等の高分子シートを用意し、該高分子シートの堤の内部に、前記第２電極材と、セパレータと第１電極材を順次、エポキシ系充填剤が仮硬化されている孔の位置を合わせながら、積層する。
このとき、第１電極材、第２電極材の活物質側がセパレータに当接するように載置する。
該第１電極材の上、及び堤の上に、カバー樹脂層とエポキシ系の樹脂を塗布し、仮硬化させる。【００５２】  次に、前記孔の位置に対応するヒートニードルを備えた、加熱プレートを前記カバー樹脂層に押接させ、ヒートニードルを各孔に挿入し、加熱してそれぞれの充填されている樹脂を本硬化させ、全体を一体化する。
もちろん、このとき第１集電体、第２集電体には外部と電気的に接続する為の接続リードが形成されている。
該要素で、出力電圧４．１Ｖ、容量約１２０Ｗｈの電池が形成できた。
充放電による劣化も従来の電池と遜色はない。
上記実施例は本発明の一例を紹介したにすぎず、使用する材料は他の組み合わせでも良い。
要するに本発明の組み立て構造を用いれば、大面積の大容量のリチウムイオン二次電池の製造が可能になった。
【産業上の利用可能性】
【００５３】  本発明は以上のように、コンパクトでありながら大面積で大容量であるから、従来のキャパシター、リチウムイオン二次電池の概念をはるかに超えた使用ができ、人間社会に計り知れない貢献をする。たとえば、本格的な電気自動車の実際の社会生活での使用や、太陽電池を使用した本格的な電力供給システムの実現等、化石燃料や原子力燃料のような環境破壊のない理想的なエネルギーソースとして広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態に係る電気二重層キャパシターの断面図。
【図２】従来の電気二重層キャパシターの断面図。
【図３−１】図１に示す電気二重層キャパシターの電極材の構造を説明する断面図。
【図３−２】図１に示す電気二重層キャパシターの孔の充填樹脂の説明用断面図。
【図４】図１に示す電気二重層キャパシターのキャパシター要素の断面図。
【図５】本発明の堤体とキャパシター要素の高分子シート上への積層の説明図。
【図６】分極性電極へのイオンの事前注入の説明用断面図。
【図７】本発明の一体化の説明用断面図
【図８−１】本発明の実施例２の堤体形成の説明用平面図
【図８−２】本発明の実施例２の断面図
【図９】本発明の実施例３の断面図
【図１０】本発明の実施例４の断面図
【符号の説明】
【００５５】    １  カバー樹脂層
２  リベット
３  第１集電体
４  第１分極性電極
５  セパレーター
６  第１外部接続体
７  高分子シート
８  第２分極性電極
９  第２集電体
１０  堤体
１１  第２外部接続体
１２  外部カバー
３１  孔
３２  樹脂
３３  第１電極材
３４  第２電極材
７１  第１ダミー電極
７２  第二ダミー電極
７３  ダミーセパレータ
６１  ヒートプレート
６２  ヒートニードル
８１  堤体
８２  キャパシター要素
８３  外部接続用リード
８４  カバー樹脂層
８７  孔
８８  高分子シート
９１、９８  外部引き出しリード
９２  カバー樹脂層
９３  リベット
９４  堤体
９５  第２キャパシター要素
９６  第１キャパシター要素
９７  高分子シート
９９  キャパシター要素
１００  電気二重層キャパシター（実施の形態）
１０１  第１集電体（Ｃｕ）
１０２  負極活物質層
１０３  正極活物質層
１０４  第２集電体
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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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８−１】
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【図８−２】
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【図９】
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【図１０】
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