JP2009218540A - 蓄電装置 - Google Patents
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Abstract
【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
【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
Description
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。
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。
特開2005−32938号公報(第4−5頁、図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。
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。
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)。
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。
(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。
(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。
(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。
(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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
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。
(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。
(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。
(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。
(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。
(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。
[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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
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
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
(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
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
(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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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
Claims (4)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008101928A JP2009218540A (ja) | 2008-03-12 | 2008-03-12 | 蓄電装置 |
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ID=41190086
Family Applications (1)
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JP2008101928A Pending JP2009218540A (ja) | 2008-03-12 | 2008-03-12 | 蓄電装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2008
- 2008-03-12 JP JP2008101928A patent/JP2009218540A/ja active Pending
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