JP5488149B2 - 蓄電デバイス、デバイスモジュール、及び製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の蓄電素子を互いに電気的に直列に接続して構成される蓄電デバイス、デバイスモジュール、及び製造方法に関する。

近年、電子機器の小型化・軽量化の進歩は目覚ましく、それに伴い、当該電子機器の駆動用電源として用いられる電池に対しても小型化・軽量化の要求が一層高まっている。このような小型化・軽量化の要求を満足するために、リチウムイオン二次電池などの蓄電デバイスが開発されている。

また、高出力密度、良好なサイクル性能などの特性を有する蓄電デバイスとして、電気二重層キャパシタが知られている。さらに、高エネルギー密度特性および高出力特性を必要とする用途に対応する蓄電デバイスとして、リチウムイオン二次電池および電気二重層キャパシタの蓄電原理が組み合わされたリチウムイオンキャパシタが注目されている。そして、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等の蓄電デバイスは、いわゆるパワー用途だけでなく、回路用コンデンサとしても用いることができる。

現在、電気二重層キャパシタを適用した回路用コンデンサとして幾つかの製品が供給されているが、いずれも一対の電極の間にセパレータを配置して巻回した構造を採っている。このようないわゆる電極箔巻回型の電気二重層キャパシタでは、静電容量は数Ｆから数千Ｆと大きいものの、定格電圧は２〜３Ｖと低い。したがって、上記のような蓄電デバイスにおいては、より高い動作電圧が要求される場合に、複数個の蓄電素子を電気的に直列に接続することが必要となる。複数個の蓄電素子を電気的に直列に接続する技術としては、例えば、積層時に二重になる部分の集電体を一重にして積層するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。また、隣接する蓄電素子の分極性電極を共通に担持する導電板を用いて直列接続するものも知られている（例えば、特許文献２を参照）。

特開昭５４−９７７７０号公報 特開昭５５−１６２２１８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、個々の蓄電素子を１つずつ順次積層する必要があり製造工程が面倒になると共に、多数の蓄電素子を直列接続しようとすると多段に積層するため嵩高となるという問題があった。また、上記特許文献２に記載の技術では、直列接続する蓄電素子の数の増加に応じた数の導電板が必要になり、製造工程が面倒になるという問題があった。

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、複数個の蓄電素子を直列に接続する場合において、蓄電素子の積層を容易に行うことができ、しかも蓄電デバイスの平面型化を可能とする技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、セパレータを介して互いに対向して配置されるとともに極性が互いに異なる第１電極と第２電極とを備える蓄電素子を複数有し、複数の蓄電素子を互いに電気的に直列に接続して構成される蓄電デバイスであって、互いに隣接する任意の２つの蓄電素子のうち一方を第１蓄電素子、他方を第２蓄電素子として、第１蓄電素子の第１電極と、第２蓄電素子の第２電極とを電気的に接続する金属製の接続部材を備えることにより、複数の蓄電素子が電気的に直列に接続され、当該蓄電デバイスが備える複数の蓄電素子それぞれに接続される接続部材のうち少なくとも１つの接続部材は、接続部材が接続されている第１蓄電素子の第１電極と、接続部材が接続されている第２蓄電素子の第２電極との間で折り曲げられ、接続部材が折り曲げられていない状態では、複数の蓄電素子が、第１電極と第２電極とが対向する方向と直交する方向に沿って２次元行列状に配列され、接続部材が折り曲げられていない状態において、セパレータを挟んで一方の側に配置されている複数の接続部材が整列している方向と、セパレータを挟んで他方の側に配置されている複数の接続部材が整列している方向とが直交することを特徴とする。なお蓄電素子とは、二次電池を構成する素子、または回路用コンデンサとしても用いることができるキャパシタを構成する素子をいう。

このように構成された蓄電デバイスによれば、接続部材を折り曲げることにより、接続部材を介して電気的に直列に接続された第１蓄電素子と第２蓄電素子とを積層した状態にすることができる。すなわち、本発明の蓄電デバイスは、折り曲げるだけで直列接続された蓄電素子を積層することができるため、個々の蓄電素子を１つずつ順次積層することにより電気的に直列接続する場合よりも、蓄電素子を積層する作業を容易に行うことができる。

請求項１に記載の蓄電デバイスは、数百個の蓄電素子が直列接続された場合でも、平面型のコンパクトな蓄電デバイスとすることができる。かかる蓄電デバイスは、定格電圧が数百Ｖ、より具体的には１００〜５００Ｖに達する用途に好適である。

また、請求項１に記載の蓄電デバイスにおいては、請求項２に記載のように、セパレータは、セパレータと異なる材料をセパレータに含浸させることにより、少なくともセパレータの一部が蓄電素子毎に異なる材料を挟んで分離されるように構成されるようにするとよい。

このように構成された蓄電デバイスによれば、蓄電素子毎に別々のセパレータを設ける必要がなく、複数の蓄電素子について１枚のセパレータを設ければよいため、蓄電デバイスの製造工程を簡略化することができる。

また、請求項１〜請求項２の何れか１項に記載の蓄電デバイスにおいては、請求項３に記載のように、表面上に接続部材が形成されたシート部材を備えるようにするとよい。
このように構成された蓄電デバイスによれば、印刷とエッチングを組み合わせた方法により、シート部材上に接続部材のパターンを形成する工程を、蓄電デバイスの製造方法に採用することができる。これにより、蓄電デバイスを構成する蓄電素子の数を増加させる場合において、蓄電素子の数の増加に応じた数の接続部材を用意して接続部材を１つずつ蓄電素子に接続させるという作業をすることなく、印刷とエッチングを組み合わせた方法によりシート部材上に必要数の接続部材を一括して形成し、さらにその上に電極を形成することができるため、製造工程が複雑化するのを抑制することができる。

また、請求項４に記載の発明は、容器内に複数の蓄電素子を収納して構成されるデバイスモジュールであって、容器内に、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の蓄電デバイスが収納されることを特徴とする。

このように構成されたデバイスモジュールによれば、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の蓄電デバイスと同様の効果を奏する。
また、請求項４に記載のデバイスモジュールにおいて、容器の外側には、容器に収納された蓄電デバイスの正極端子と負極端子それぞれに接続されるとともに容器の外部に引き出された外部正極端子と外部負極端子が設けられている場合には、請求項５に記載のように、容器を支持するための支持部材が設けられるようにするとよい。

このように構成されたデバイスモジュールによれば、外部正極端子と外部負極端子がデバイスモジュールを支持する役割も担っている場合において、外部正極端子と外部負極端子に掛かるデバイスモジュールの荷重を支持部材により低減することができ、外部正極端子と外部負極端子の破損を抑制することができる。

また、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の蓄電デバイスの製造方法において、請求項６に記載のように、印刷とエッチングを組み合わせた方法により、シート部材上に接続部材のパターンを形成する工程を備えるようにするとよい。

このように構成された蓄電デバイスの製造方法によれば、請求項３に記載の蓄電デバイスと同様の効果を奏する。

第１実施形態の蓄電デバイス１の部分構造を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面部、Ｂ−Ｂ断面部を示す図である。 電気的接続を説明するためのキャパシタ素子２の配置を示す斜視図である。 電気的接続を説明するための蓄電デバイス１の平面図である。 蓄電デバイスモジュール１００の構造を示す斜視図である。 第２実施形態の蓄電デバイス１の構造を示す側面図および平面図である。 別の実施形態のセパレータの構成を示す平面図である。 別の実施形態の蓄電デバイスモジュール１００の構造を示す斜視図、及びＡ−Ａ断面部を示す図である。

（第１実施形態）
以下に本発明の第１実施形態について図面とともに説明する。
図１は、本実施形態の蓄電デバイス１の部分構造を示す斜視図である。

蓄電デバイス１は、図１に示すように、複数個のキャパシタ素子２と、キャパシタ素子２を支持する支持フィルム３とにより構成されている。
キャパシタ素子２は、電気二重層キャパシタであり、正極および負極からなる一対の分極性電極１１（以下、単に電極１１ともいう）をセパレータ１２を介して互いに対向して配置させることにより構成されている。さらにキャパシタ素子２は、分極性電極１１を挟んでセパレータ１２と反対側において分極性電極１１と対向するように配置された集電体１３を備える。

なお、セパレータ１２を挟んで図１における上側の電極１１及び集電体１３をそれぞれ電極１１ａ及び集電体１３ａ、セパレータ１２を挟んで図１における下側の電極１１及び集電体１３をそれぞれ電極１１ｂ及び集電体１３ｂという。

分極性電極１１は、通常、活物質に、バインダと導電助剤を混練して作成される。活物質としては、例えば活性炭粉末などの炭素材料が用いられ、導電助剤としては、例えばアセチレンブラック、グラファイト、金属粉末などが用いられ、バインダとしては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素系樹脂、ＳＢＲ等のゴム系バインダ、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂などが用いられる。

セパレータ１２としては、例えばガラス繊維、セルロース繊維、またはポリプロピレン繊維などからなる不織布が用いられる。そして、セパレータには電解液が含侵されている。電解液としては、例えばテトラエチルアンモニウム塩やイミダゾリウム塩の非プロトン性有機溶媒電解質溶液が用いられる。アンモニウム塩やイミダゾリウム塩を構成する陰イオンとしては、例えばＰＦ₆ ^-、ＢＦ₄ ^-、ＡｓＦ₆ ^-、ＳｂＦ₆ ^-、Ｎ（ＣＦ₃ＳＯ₃）₂ ^-、Ｃ（ＣＦ₃ＳＯ₃）₃ ^-、ＣＦ₃（ＳＯ₃）^-、Ｆ^-、ＣｌＯ₄ ^-、ＡｌＦ₄ ^-、ＡｌＣｌ₄ ^-、ＴａＦ₆ ^-、ＮｂＦ₆ ^-、ＳｉＦ₆ ^-、ＣＮ^-、Ｆ（ＨＦ）_n ^-などが挙げられる。また、非プロトン性有機溶媒としては、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、フッ素化γ−ブチロラクトン、γ−ブチロラクトン、フッ素化プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどが挙げられる。

集電体１３の材料としては、例えばアルミニウム、銅、ステンレスなどが用いられる。
また支持フィルム３は、絶縁性、可とう性、耐熱性を有していれば特に限定されるものではないが、例えばポリエステル（例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレートなど）、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの合成樹脂フィルムが用いられる。本発明においては、耐熱性の点から、ポリイミドが好適に用いられる。

なお本実施形態では、分極性電極１１、セパレータ１２、集電体１３、及び支持フィルム３の厚さはそれぞれ、８０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、２０μｍである。
図２（ａ）は図１のＡ−Ａ断面部を示す図、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面部を示す図である。図３は、キャパシタ素子２の電気的接続を説明するためのキャパシタ素子２の配置を示す斜視図である。

図２（ａ）に示すように、支持フィルム３ａ上には、２個の略正方形状の電極１１ａを配置可能な矩形状の集電体１３ａが、その短手方向を支持フィルム３ａの長手方向Ｄ１に沿うように整列して複数配置される。さらに、集電体１３ａ上には、２個の略正方形状の電極１１ａが、支持フィルム３ａの短手方向Ｄ２に沿って整列して配置される。なお本実施形態では、電極１１の一辺の長さは約２ｃｍである。

また図２（ｂ）に示すように、支持フィルム３ｂ上には、２個の略正方形状の電極１１ｂを長手方向に沿って配置可能な矩形状の集電体１３ｂが、その長手方向を支持フィルム３ｂの長手方向Ｄ１に沿うように整列して複数配置される。そして、複数の集電体１３ｂが長手方向Ｄ１に沿って配置されて構成された集電体列１３Ｒは、支持フィルム３ｂの短手方向Ｄ２に沿って２列設けられており、この２列の集電体列１３Ｒは、支持フィルム３ｂの長手方向Ｄ１に交互にずらして配置されている。さらに、集電体１３ｂ上には、２個の略正方形状の電極１１ｂが、支持フィルム３ｂの長手方向Ｄ１に沿って整列して配置される。

ここで、図２（ａ）に示すように、支持フィルム３ａ上に配置されている集電体１３ａを、支持フィルム３ａの長手方向Ｄ１の左側から順に集電体１３ａ［１］，１３ａ［２］，１３ａ［３］，１３ａ［４］，・・・とする。

また、集電体１３ａ［Ｎ］上に配置されている２つの電極１１ａを、支持フィルム３ａの短手方向Ｄ２の上側から順に電極１１ａ［Ｎ−Ａ］，１１ａ［Ｎ−Ｂ］とする（Ｎは整数）。

また、集電体１３ａ［Ｎ］と集電体１３ａ［Ｎ＋１］とを跨ぐように配置される集電体１３ｂを集電体１３ｂ［Ｎ］とする（Ｎは整数）。但し、集電体１３ａ［１］のみと対向している集電体１３ｂは集電体１３ｂ［０］とする。さらに、電極１１ａ［Ｎ−Ａ］，１１ａ［Ｎ−Ｂ］と対向するように配置される電極１１ｂをそれぞれ、電極１１ｂ［Ｎ−Ａ］，１１ｂ［Ｎ−Ｂ］とする（Ｎは整数）。

蓄電デバイス１では、例えば、電極１１ａ［１−Ａ］と電極１１ｂ［１−Ａ］とが対向しており（図２及び図３に記載の＜１＞を参照）、さらに電極１１ａ［１−Ａ］と電極１１ｂ［１−Ａ］にはそれぞれ、集電体１３ａ［１］と集電体１３ｂ［０］が接続されている。すなわち、電極１１ａ［１−Ａ］、電極１１ｂ［１−Ａ］、集電体１３ａ［１］、集電体１３ｂ［０］、及びセパレータ１２は１個のキャパシタ素子２を構成する。以下、このキャパシタ素子２をキャパシタ素子＜１＞ともいう。

また、電極１１ａ［１−Ｂ］と電極１１ｂ［１−Ｂ］とが対向しており（図２及び図３に記載の＜２＞を参照）、さらに電極１１ａ［１−Ｂ］と電極１１ｂ［１−Ｂ］にはそれぞれ、集電体１３ａ［１］と集電体１３ｂ［１］が接続されている。すなわち、電極１１ａ［１−Ｂ］、電極１１ｂ［１−Ｂ］、集電体１３ａ［１］、集電体１３ｂ［１］、及びセパレータ１２は１個のキャパシタ素子２を構成する。以下、このキャパシタ素子２をキャパシタ素子＜２＞ともいう。

このため、キャパシタ素子＜１＞の電極１１ａ［１−Ａ］とキャパシタ素子＜２＞の電極１１ａ［１−Ｂ］とは、集電体１３ａ［１］を介して電気的に接続されている。
また、電極１１ａ［２−Ｂ］と電極１１ｂ［２−Ｂ］とが対向しており（図２及び図３に記載の＜３＞を参照）、さらに電極１１ａ［２−Ｂ］と電極１１ｂ［２−Ｂ］にはそれぞれ、集電体１３ａ［２］と集電体１３ｂ［１］が接続されている。すなわち、電極１１ａ［２−Ｂ］、電極１１ｂ［２−Ｂ］、集電体１３ａ［２］、集電体１３ｂ［１］、及びセパレータ１２は１個のキャパシタ素子２を構成する。以下、このキャパシタ素子２をキャパシタ素子＜３＞ともいう。

このため、キャパシタ素子＜２＞の電極１１ｂ［１−Ｂ］とキャパシタ素子＜３＞の電極１１ｂ［２−Ｂ］とは、集電体１３ｂ［１］を介して電気的に接続されている。
さらに、電極１１ａ［２−Ａ］と電極１１ｂ［２−Ａ］とが対向しており（図２及び図３に記載の＜４＞を参照）、さらに電極１１ａ［２−Ａ］と電極１１ｂ［２−Ａ］にはそれぞれ、集電体１３ａ［２］と集電体１３ｂ［２］が接続されている。すなわち、電極１１ａ［２−Ａ］、電極１１ｂ［２−Ａ］、集電体１３ａ［２］、集電体１３ｂ［２］、及びセパレータ１２は１個のキャパシタ素子２を構成する。以下、このキャパシタ素子２をキャパシタ素子＜４＞ともいう。

このため、キャパシタ素子＜３＞の電極１１ａ［２−Ｂ］とキャパシタ素子＜４＞の電極１１ａ［２−Ａ］とは、集電体１３ａ［２］を介して電気的に接続されている。
以上より、図３に示すように、キャパシタ素子＜１＞，＜２＞，＜３＞，＜４＞は電気的に直列に接続されている（図３の線Ｌ１を参照）。

また、キャパシタ素子＜４＞と直列に接続されているキャパシタ素子２をキャパシタ素子＜５＞とし、キャパシタ素子＜５＞と直列に接続されているキャパシタ素子２をキャパシタ素子＜６＞とし、キャパシタ素子＜６＞と直列に接続されているキャパシタ素子２をキャパシタ素子＜７＞とし、キャパシタ素子＜７＞と直列に接続されているキャパシタ素子２をキャパシタ素子＜８＞とすると（図２及び図３に記載の＜５＞，＜６＞，＜７＞，＜８＞を参照）、キャパシタ素子＜１＞，＜２＞，＜３＞，＜４＞からなるブロックと、キャパシタ素子＜５＞，＜６＞，＜７＞，＜８＞からなるブロックとは構造が同一である。すなわち、蓄電デバイス１は、キャパシタ素子＜１＞，＜２＞，＜３＞，＜４＞を１つのブロックとして、このブロックを支持フィルム３の長手方向Ｄ１に沿って整列して複数配置したものに相当する。これにより、多数のキャパシタ素子２が直列に接続される。

図４は、キャパシタ素子２の電気的接続を説明するための蓄電デバイス１の平面図である。図４に示すように、キャパシタ素子２は、支持フィルム３の長手方向Ｄ１に沿うように整列して複数配置されるとともに、支持フィルム３の短手方向Ｄ２に沿って２列設けられている。そして、支持フィルム３の一番左の下側に配置されているキャパシタ素子２を起点とし、支持フィルム３の長手方向Ｄ１で隣接するキャパシタ素子２、及び短手方向Ｄ２で隣接するキャパシタ素子２に交互に直列接続される（図４の線Ｌ２を参照）。

このように構成された蓄電デバイス１は、例えば、以下に示す工程により製造される。
まず、支持フィルム３ａ，３ｂの表面に、集電体パターンを形成する。集電体パターンを形成する方法としては、特に限定されるわけではないが、例えばフレキソ印刷、スクリーン印刷などの印刷法やスパッタ法により、支持フィルム表面上に直接集電体パターンを形成する方法の他、印刷とエッチングを組み合わせた方法が挙げられる。印刷とエッチングを組み合わせた方法では、まず、支持フィルムと集電体材料（例えばアルミニウム箔）の積層フィルム上にレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、集電体１３に対応する所定部分のみに形成される。その後に、集電体材料をエッチングすることにより、レジストパターンが形成された領域以外で、集電体１３の材料が除去される。エッチングは、ウェットエッチングであってもドライエッチングであってもよい。これにより、支持フィルム３ａ，３ｂ上に集電体パターンが形成される。

次に、集電体パターンが形成された支持フィルム３ａ，３ｂ上にそれぞれ、活物質、バインダおよび導電助剤を含む電極組成物を用いて、電極１１ａ，１１ｂを形成する。電極を形成する方法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、フレキソ印刷、スクリーン印刷などの印刷法や、間欠塗工法などの塗工法の他、シート状に成形した電極組成物を集電体パターン上に積層する方法、集電体パターン上にシート成形、ロールプレスし得る方法を用いることができる。

そして、支持フィルム３ａ，３ｂにおける集電体１３と電極１１が形成された側の面をセパレータ１２を挟んで互いに対向した状態にして、支持フィルム３ａ，３ｂをその外側の面から圧着する。こうして、蓄電デバイス１が製造される。

図５は、蓄電デバイスモジュール１００の構造を示す斜視図である。
図２に示すように、キャパシタ素子２を支持した帯状の支持フィルム３を、その長手方向Ｄ１に沿って所定の折り曲げ長さＫ１（本実施形態では５個のキャパシタ素子２を長手方向Ｄ１に沿って並べたときの長さ）毎に、折り目が長手方向Ｄ１に対して垂直になるように折り曲げて（図２の折り曲げ線Ｃ１を参照）、図５に示すように、蓄電デバイス１を蛇腹状に形成する。なお、支持フィルム３を折り曲げる箇所は、図２の折り曲げ線Ｃ１で示すように、電極１１が形成されていない箇所となるように設定されている。

そして、図５に示すように、蛇腹状に形成された蓄電デバイス１を、電解液とともに、例えば直方体形状の容器１１０内に収納する（図５の矢印Ｙ１を参照）。こうして、蓄電デバイスモジュール１００が製造される。

容器１１０は、例えばアルミニウムなどの金属を樹脂で被覆した材質であり、容器本体１１１と容器蓋１１２とから構成されている。容器本体１１１は、蛇腹状の蓄電デバイス１を収容可能な収容部１１３を備え、この収容部１１３には、蓄電デバイス１を収容部１１３内に挿入するための開口１１４が形成されている。容器蓋１１２は、開口１１４を塞ぐことが可能な大きさに形成された板形状部材であり、蛇腹状の蓄電デバイス１と電解液が収納された後に、開口１１４を塞ぐ位置に取り付けられる。

なお、蓄電デバイス１は、キャパシタ素子２が直列接続されることにより構成されたキャパシタ素子列の一端と他端にそれぞれ正極端子３１と負極端子３２が設けられている。
容器本体１１１は、内部に収納された蓄電デバイス１の正極端子３１と負極端子３２それぞれに接続されるとともに容器１１０の外部に引き出されて外部回路と接続される外部正極端子１２１と外部負極端子１２２を備える。また、収容部１１３内には、蓄電デバイス１の正極端子３１及び負極端子３２それぞれを外部正極端子１２１及び外部負極端子１２２に接続するための接続台１２５が設けられる。

接続台１２５は、正極端子３１が接続される正極接続台１２５ａと、負極端子３２が接続される負極接続台１２５ｂとから構成される。そして正極接続台１２５ａ及び負極接続台１２５ｂにはそれぞれ、外部正極端子１２１と電気的に接続された正極接続端子１２６及び外部負極端子１２２と電気的に接続された負極接続端子１２７が設けられている。正極接続端子１２６及び負極接続端子１２７はそれぞれ、容器１１０内に収納された蓄電デバイス１の正極端子３１及び負極端子３２と溶接等により接合される。

なお、蛇腹状の蓄電デバイス１を容器１１０内に収納した状態では、正極端子３１は、負極端子３２よりも収容部１１３の底面部１１３ａから高い位置に配置される。このため、接続台１２５は、正極接続台１２５ａのほうが負極接続台１２５ｂよりも収容部１１３の底面部１１３ａから高くなるように、正極接続台１２５ａと負極接続台１２５ｂとの間で段差が形成されている。これにより、蓄電デバイス１の一端部で接続されている正極端子３１、及び蓄電デバイス１の他端部で接続されている負極端子３２をそれぞれ、蓄電デバイス１の一端部および他端部から無理に高さを変えることなく接続台１２５に接続することができる。

さらに、直方体形状の容器本体１１１の裏面には、容器１１０を支持する支持部材１３０が設けられる。支持部材１３０は、実装時には、外部正極端子１２１及び外部負極端子１２２と共に、溶接等により基板に固定される。

このように構成された蓄電デバイス１は、セパレータ１２を介して互いに対向して配置されるとともに極性が互いに異なる電極１１ａと電極１１ｂとを備えるキャパシタ素子２を複数有し、複数のキャパシタ素子２を互いに電気的に直列に接続して構成され、互いに隣接する任意の２つのキャパシタ素子２のうち一方を第１キャパシタ素子、他方を第２キャパシタ素子として、第１キャパシタ素子の電極１１ａと、第２キャパシタ素子の電極１１ｂとを電気的に接続する金属製の集電体１３を備えることにより、複数のキャパシタ素子２が電気的に直列に接続され、当該蓄電デバイス１が備える複数のキャパシタ素子２それぞれに接続される集電体１３のうち少なくとも１つの集電体１３は、集電体１３が接続されている第１キャパシタ素子の電極１１ａと、集電体１３が接続されている第２キャパシタ素子の電極１１ｂとの間で折り曲げられている。

このように構成された蓄電デバイス１によれば、集電体１３を折り曲げることにより、集電体１３を介して電気的に直列に接続された第１キャパシタ素子と第２キャパシタ素子とを積層した状態にすることができる。すなわち、蓄電デバイス１は、折り曲げるだけでキャパシタ素子を積層することができるため、個々のキャパシタ素子を１つずつ順次積層することにより電気的に直列接続する場合よりも、キャパシタ素子を積層する作業を容易に行うことができる。

また、折り曲げられた集電体１３に接続されている任意の第１キャパシタ素子の電極１１ｂと集電体１３を介して電極１１ａが接続されるキャパシタ素子２を第３キャパシタ素子とし、第１キャパシタ素子の電極１１ｂと、第３キャパシタ素子の電極１１ａとを電気的に接続する集電体１３は、集電体１３が接続されている第１キャパシタ素子の電極１１ｂと、集電体１３が接続されている第３キャパシタ素子の電極１１ａとの間で折り曲げられていない。

これにより、折り曲げられていない集電体１３の数に応じ、積層されるキャパシタ素子２の数を少なくすることができ、蓄電デバイス１において、キャパシタ素子２が積層される方向（以下、素子積層方向という）の寸法を短くすることができる。

また、任意の第１キャパシタ素子の電極１１ｂと集電体１３を介して電極１１ａが接続されるキャパシタ素子２を第４キャパシタ素子とし、第１キャパシタ素子と第２キャパシタ素子とが配列されている配列方向（支持フィルム３の長手方向Ｄ１）と、第１キャパシタ素子と第４キャパシタ素子とが配列されている配列方向（支持フィルム３の短手方向Ｄ２）とが直交するように配置される。

これにより、短手方向Ｄ２に沿って配列されるキャパシタ素子２に応じ、長手方向Ｄ１に沿って配列されるキャパシタ素子２の数を少なくすることができ、蓄電デバイス１において、長手方向Ｄ１の寸法を短くすることができる。

また蓄電デバイス１は、表面上に集電体１３が形成された支持フィルム３を備える。
これにより、印刷とエッチングを組み合わせた方法によって支持フィルム３上に集電体１３のパターンを形成する工程を、蓄電デバイス１の製造方法に採用することができる。これにより、蓄電デバイス１を構成するキャパシタ素子２の数を増加させる場合において、キャパシタ素子２の数の増加に応じた数の集電体１３を用意して集電体１３を１つずつキャパシタ素子２に接続させるという作業をすることなく、印刷とエッチングを組み合わせた方法により支持フィルム３上に必要数の集電体１３を一括して形成し、さらにその上に電極１１を形成することができるため、製造工程が複雑化するのを抑制することができる。

また、容器１１０内に蓄電デバイス１を収納して構成される蓄電デバイスモジュール１００において、容器１１０の外側には、容器１１０に収納された蓄電デバイス１の正極端子３１と負極端子３２それぞれに接続されるとともに容器１１０の外部に引き出されて外部回路と接続される外部正極端子１２１と外部負極端子１２２と、容器１１０を支持する支持部材１３０が設けられている。

これにより、外部正極端子１２１と外部負極端子１２２に掛かる蓄電デバイスモジュール１００の荷重を支持部材１３０により低減することができ、外部正極端子１２１と外部負極端子１２２の破損を抑制することができる。

以上説明した実施形態において、分極性電極１１は本発明における第１電極および第２電極、キャパシタ素子２は本発明における蓄電素子、集電体１３は本発明における接続部材、長手方向Ｄ１は本発明における第１配列方向、短手方向Ｄ２は本発明における第２配列方向、支持フィルム３は本発明におけるシート部材である。

（第２実施形態）
以下に本発明の第２実施形態を説明する。なお、第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分のみを説明する。

第２実施形態の蓄電デバイス１は、キャパシタ素子２が、電気二重層キャパシタの代わりにリチウムイオンキャパシタである点以外は第１実施形態と同じである。
図６（ａ）は第２実施形態の蓄電デバイス１の構造を示す側面図、図６（ｂ）は第２実施形態の蓄電デバイス１の構造を示す平面図である。なお図６（ｂ）では、図６（ａ）におけるセパレータを挟んで上側の構造と下側の構造とを分けて示す。

第２実施形態のキャパシタ素子２は、リチウムイオンキャパシタであり、図６（ａ），（ｂ）に示すように、正極および負極からなる一対の電極５１をセパレータ１２を介して互いに対向して配置させることにより構成されている。さらにキャパシタ素子２は、電極５１を挟んでセパレータ１２と反対側において電極５１と対向するように配置された集電体５３を備える。

なお、セパレータ１２を挟んで図６（ａ）における上側の電極５１及び集電体５３をそれぞれ電極５１ａ及び集電体５３ａ、セパレータ１２を挟んで図６（ａ）における下側の電極５１及び集電体５３をそれぞれ電極５１ｂ及び集電体５３ｂという。

電極５１ａは、リチウムイオンキャパシタの正極であり、正極活物質としては、例えば活性炭粉末、導電性高分子、ポリアセン系有機半導体などが用いられる。電極５１ｂは、リチウムイオンキャパシタの負極であり、負極活物質としては、例えば黒鉛、ハードカーボン、ポリアセン系有機半導体などが用いられる。そして、負極活物質には、リチウムイオンが吸蔵、担持されている。

集電体５３ａの材料としては、例えばアルミニウム、ステンレスなどが用いられる。また集電体５３ｂの材料としては、例えば銅、ステンレスなどが用いられる。本実施形態では、集電体５３ａにはアルミニウム、集電体５３ｂには銅を用いている。

なお本実施形態では、電極５１ａ、電極５１ｂ、セパレータ１２、集電体５３ａ、及び集電体５３ｂの厚さはそれぞれ、８０μｍ、２０μｍ、２０μｍ、３５μｍ、及び２０μｍである。

そして、或るキャパシタ素子２の集電体５３ｂと、このキャパシタ素子２に隣接するキャパシタ素子２の集電体５３ａとが、セパレータ１２に形成された貫通孔１２ａを介して、例えば異方性導電膜（ＡＣＦ）などの導電性接着剤５６により電気的に接続される。これにより、第２実施形態の蓄電デバイス１においても、図４に示すように、複数のキャパシタ素子２が電気的に直列に接続される。

このように構成された蓄電デバイス１は、セパレータ１２を介して互いに対向して配置されるとともに極性が互いに異なる電極５１ａと電極５１ｂとを備えるキャパシタ素子２を複数有し、複数のキャパシタ素子２を互いに電気的に直列に接続して構成され、互いに隣接する任意の２つのキャパシタ素子２のうち一方を第１キャパシタ素子、他方を第２キャパシタ素子として、第１キャパシタ素子の電極５１ａと、第２キャパシタ素子の電極５１ｂとを電気的に接続する金属製の集電体５３を備えることにより、複数のキャパシタ素子２が電気的に直列に接続され、当該蓄電デバイス１が備える複数のキャパシタ素子２それぞれに接続される集電体５３のうち少なくとも１つの集電体５３は、集電体５３が接続されている第１キャパシタ素子の電極５１ａと、集電体５３が接続されている第２キャパシタ素子の電極５１ｂとの間で折り曲げられている。

このように構成された蓄電デバイス１によれば、集電体５３を折り曲げることにより、集電体５３を介して電気的に直列に接続された第１キャパシタ素子と第２キャパシタ素子とを積層した状態にすることができる。すなわち、蓄電デバイス１は、折り曲げるだけでキャパシタ素子を積層することができるため、個々のキャパシタ素子を１つずつ順次積層することにより電気的に直列接続する場合よりも、キャパシタ素子を積層する作業を容易に行うことができる。

以上説明した実施形態において、電極５１は本発明における第１電極および第２電極、集電体５３は本発明における接続部材である。
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。

例えば上記実施形態においては、例えば、一面に縦２列×横５列で配列されたキャパシタ素子２を配置し、この一面毎に支持フィルム３を折り曲げることにより、蛇腹状の蓄電デバイス１を形成するものを示した。しかし、一面に配置されるキャパシタ素子２の数は上記に限定されるものではなく、縦Ｎ列×横Ｍ列（Ｎ，Ｍは１以上の整数）とすることができる。

なお、複数のキャパシタ素子２が直列に接続された蓄電デバイス１を充電する場合には、蓄電デバイス１を構成する各キャパシタ素子２の充電電圧を均一化する必要がある。このため、各キャパシタ素子２の充電電圧を均一化するための電子回路、または素子（電気抵抗、ダイオードなど）を蓄電デバイス１に設けるようにするとよい。そして、電圧均一化のための上記電子回路または上記素子は、支持フィルム３の外側、すなわち、集電体が形成されていない側の表面上に配置するようにするとよい。

また上記実施形態においては、蓄電デバイス１の蓄電素子として、電気二重層キャパシタまたはリチウムイオンキャパシタを用いたものを示した。しかし、蓄電素子としてリチウムイオン二次電池を用いたものであってもよい。

また上記第１実施形態においては、１枚のセパレータ１２上に複数の分極性電極１１を配置して構成された蓄電デバイス１を示した。しかし、蓄電デバイス１を構成する複数のキャパシタ素子２毎にセパレータを分離させて設けるようにするのが好ましい。これは、或るキャパシタ素子２の正極電極と、これに隣接するキャパシタ素子２の負極電極との間でキャパシタが形成されるのを回避するためである。なお、キャパシタ素子２毎にセパレータを分離させるには、キャパシタ素子２毎にセパレータを設けるようにしてもよいし、図７に示すように、分極性電極１１が配置されない領域においてインクジェット等を用いて密な材質の材料２１（例えば、シリコーンゴム、エポキシ樹脂など）をセパレータ１２に含浸させて、セパレータ１２に格子状パターンを形成するようにしてもよい。なお、セパレータを分離するための材料は、適度な弾性を有するものが好ましい。これにより、セパレータ１２がキャパシタ素子２毎に密な材質の材料２１を挟んで分離される。

また上記第１実施形態においては、支持部材１３０が直方体形状に形成されたものを示したが（図５を参照）、図８（ａ）に示すように、円筒形状に形成されるようにしてもよい。また上記第１実施形態においては、外部正極端子１２１及び外部負極端子１２２が直方体形状の容器本体１１１の側面から突出して設けられているものを示したが、図８（ｂ）に示すように、容器本体１１１の裏面から突出して設けられているようにしてもよい。この場合には、外部正極端子１２１及び外部負極端子１２２はそれぞれ、直方体形状の容器本体１１１の裏面において、正極接続端子１２６及び負極接続端子１２７と対向するように設けられる。そして、正極接続端子１２６及び負極接続端子１２７はそれぞれ、接続台１２５と容器本体１１１の底面を貫通して容器本体１１１の裏面側に引き出されて、外部正極端子１２１及び外部負極端子１２２と接続される。

１…蓄電デバイス、２…キャパシタ素子、３（３ａ，３ｂ）…支持フィルム、１１（１１ａ，１１ｂ），５１（５１ａ，５１ｂ）…電極、１２…セパレータ、１３（１３ａ，１３ｂ），５３（５３ａ，５３ｂ）…集電体、２１…密な材質の材料、３１…正極端子、３２…負極端子、１００…蓄電デバイスモジュール、１１０…容器、１２１…外部正極端子、１２２…外部負極端子、１２５…接続台、１３０…支持部材

Claims (6)

1. セパレータを介して互いに対向して配置されるとともに極性が互いに異なる第１電極と第２電極とを備える蓄電素子を複数有し、複数の前記蓄電素子を互いに電気的に直列に接続して構成される蓄電デバイスであって、
   互いに隣接する任意の２つの前記蓄電素子のうち一方を第１蓄電素子、他方を第２蓄電素子として、前記第１蓄電素子の前記第１電極と、前記第２蓄電素子の前記第２電極とを電気的に接続する金属製の接続部材を備えることにより、複数の前記蓄電素子が電気的に直列に接続され、
   当該蓄電デバイスが備える複数の前記蓄電素子それぞれに接続される前記接続部材のうち少なくとも１つの前記接続部材は、該接続部材が接続されている前記第１蓄電素子の前記第１電極と、該接続部材が接続されている前記第２蓄電素子の前記第２電極との間で折り曲げられ、
   前記接続部材が折り曲げられていない状態では、複数の前記蓄電素子が、前記第１電極と前記第２電極とが対向する方向と直交する方向に沿って２次元行列状に配列され、
   前記接続部材が折り曲げられていない状態において、前記セパレータを挟んで一方の側に配置されている複数の前記接続部材が整列している方向と、前記セパレータを挟んで他方の側に配置されている複数の前記接続部材が整列している方向とが直交する
   ことを特徴とする蓄電デバイス。
2. 前記セパレータは、
   前記セパレータと異なる材料を前記セパレータに含浸させることにより、少なくとも前記セパレータの一部が前記蓄電素子毎に前記異なる材料を挟んで分離されるように構成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイス。
3. 表面上に前記接続部材が形成されたシート部材を備える
   ことを特徴とする請求項１〜請求項２の何れか１項に記載の蓄電デバイス。
4. 容器内に複数の蓄電素子を収納して構成されるデバイスモジュールであって、
   前記容器内に、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の蓄電デバイスが収納される
   ことを特徴とするデバイスモジュール。
5. 前記容器の外側には、該容器に収納された蓄電デバイスの正極端子と負極端子それぞれに接続されるとともに前記容器の外部に引き出された外部正極端子と外部負極端子と、前記容器を支持するための支持部材とが設けられる
   ことを特徴とする請求項４に記載のデバイスモジュール。
6. 印刷とエッチングを組み合わせた方法により、シート部材上に前記接続部材のパターンを形成する工程を備える
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の蓄電デバイスの製造方法。