JP6451835B2 - 蓄電デバイス - Google Patents

Description

本発明は、蓄電デバイスに関する。

特許文献１に記載の蓄電デバイスは、第１の端面に引き出された第１の内部電極と、第２の端面に引き出された第２の内部電極と、第１の内部電極と第２の内部電極との間に配されたセパレータとを備えている。第１の端面の上には、第１の内部電極に電気的に接続された第１の外部電極が配されている。第２の端面の上には、第２の内部電極に電気的に接続された第２の外部電極が配されている。特許文献１に記載の電気二重層コンデンサは、実装基板に実装し得るという利点を有している。

国際公開第２０１４／０８３９１９号

特許文献１に記載のような電気二重層コンデンサの等価直列抵抗（ＥＳＲ）を低めたいという要望がある。

本発明の主な目的は、低いＥＳＲを有する電気二重層コンデンサを提供することにある。

本発明に係る蓄電デバイスは、デバイス本体を備えている。デバイス本体は、第１及び第２の主面と、第１及び第２の側面と、第１及び第２の端面とを有する。第１及び第２の主面は、長さ方向及び幅方向に沿って延びている。第１及び第２の側面は、長さ方向及び厚み方向に沿って延びている。第１及び第２の端面は、幅方向及び厚み方向に沿って延びている。デバイス本体は、第１の内部電極と、第２の内部電極と、電解質含有層と、絶縁性接着部とを有する。第１の内部電極は、第１の集電体と、第１の分極性電極層とを有する。第１の内部電極は、少なくとも第１の集電体が第１の端面に引き出されている。第１の分極性電極層は、第１の集電体の両面の少なくとも一方の上に設けられている。第２の内部電極は、第２の集電体と、第２の分極性電極層とを有する。第２の内部電極は、少なくとも第２の集電体が第２の端面に引き出されている。第２の分極性電極層は、第２の集電体の両面の少なくとも一方の上に設けられている。電解質含有層は、第１の分極性電極層及び第２の分極性電極層との間に設けられている。絶縁性接着部は、少なくとも一部同士が電解質含有層を介して対向する第１の集電体と第２の集電体とを接着している。絶縁性接着部は、第１及び第２の分極性電極層と電解質含有層との周囲に設けられている。絶縁性接着部の厚みが、第１及び第２の分極性電極層並びに電解質含有層の厚みの合計よりも大きい。このため、第１の分極性電極と第２の分極性電極との間の距離を短くすることができる。このため、蓄電デバイスのＥＳＲを低くすることができる。

本発明に係る蓄電デバイスでは、デバイス本体が、第１及び第２の内部電極と電解質含有層とを有する機能部と、機能部の外側に設けられており、第１及び第２の主面並びに第１及び第２の側面を構成している外層部とを有し、機能部の少なくとも一方の中央部が凹んでいることが好ましい。

本発明に係る蓄電デバイスは、第１の主面の平坦度が機能部の主面の平坦度よりも高いことが好ましい。この場合、例えば、蓄電デバイスを吸着マウンター等で吸着しやすい。また、蓄電デバイスの凹んでいる部分の強度をより高めることができるため、例えば蓄電デバイスを実装する際に蓄電デバイスが破損しにくくなる。

本発明に係る蓄電デバイスは、外装体と機能部との間において凹部内に配されている補強材をさらに備えることが好ましい。この場合、蓄電デバイスの強度をさらに高めることができる。

本発明に係る蓄電デバイスは、機能部の第１又は第２の端面における厚みが、機能部の絶縁性接着部が設けられた部分の厚みよりも小さい。この場合、水分等が機能部に入りにくくなる。従って、蓄電デバイスの水分による劣化を抑制することができる。

本発明によれば、低いＥＳＲを有する電気二重層コンデンサを提供することができる。

図１は、第１の実施形態に係る蓄電デバイスの模式的斜視図である。 図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩにおける模式的断面図である。 図３は、第１の実施形態に係る蓄電デバイスの第１及び第２の外部電極を除いた部分の模式的断面図である。 図４は、第２の実施形態に係る蓄電デバイスの第１及び第２の外部電極を除いた部分の模式的断面図である。 図５は、変形例１に係る蓄電デバイスの第１及び第２の外部電極を除いた部分の模式的断面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る蓄電デバイスの模式的斜視図である。図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩにおける模式的断面図である。図３は、第１の実施形態に係る蓄電デバイスの第１及び第２の外部電極を除いた部分の模式的断面図である。

図１〜図３に示す蓄電デバイス１は、例えば、電気二重層コンデンサや、二次電池を構成するデバイスである。

蓄電デバイス１は、デバイス本体１０を備えている。デバイス本体１０は、第１及び第２の主面１０ａ、１０ｂと、第１及び第２の側面１０ｃ、１０ｄと、第１及び第２の端面１０ｅ、１０ｆとを有する。第１及び第２の主面１０ａ、１０ｂは、それぞれ、長さ方向Ｌ及び幅方向Ｗに沿って延びている。第１の主面１０ａと第２の主面１０ｂとは、厚み方向Ｔにおいて対向している。第１及び第２の側面１０ｃ、１０ｄは、それぞれ、長さ方向Ｌ及び厚み方向Ｔに沿って延びている。第１の側面１０ｃと第２の側面１０ｄとは、幅方向Ｗにおいて対向している。第１及び第２の端面１０ｅ、１０ｆのそれぞれは、幅方向Ｗ及び厚み方向Ｔに沿って延びている。第１の端面１０ｅと第２の端面１０ｆとは、長さ方向Ｌにおいて対向している。本実施形態では、デバイス本体１０は、略直方体状に設けられている。

図２に示すように、デバイス本体１０は、複数の第１の内部電極１１と、複数の第２の内部電極１２とを有する。第１及び第２の内部電極１１，１２は、厚み方向Ｔに沿って交互に設けられている。

第１の内部電極１１は、第１及び第２の主面１０ａ、１０ｂと平行に設けられている。第１の内部電極１１の少なくとも一部は、第１の端面１０ｅに引き出されている。具体的には、本実施形態では、第１の内部電極１１のうち、後述する第１の集電体１１ａが第１の端面１０ｅに引き出されている。第１の内部電極１１は、第２の端面１０ｆ並びに第１及び第２の側面１０ｃ、１０ｄには引き出されていない。

第１の内部電極１１は、第１の集電体１１ａと、第１の分極性電極層１１ｂとを有する。第１の分極性電極層１１ｂは、第１の集電体１１ａの少なくとも一方に設けられている。本実施形態では、第１の集電体１１ａの一方の面の上に、第１の分極性電極層１１ｂが設けられている。

第１の集電体１１ａは、例えば、アルミニウム、銅等の少なくとも一種の金属からなる金属箔により構成することができる。

第１の分極性電極層１１ｂは、活性炭などの炭素材料を含むことが好ましい。

第２の内部電極１２は、第１及び第２の主面１０ａ、１０ｂと平行に設けられている。第２の内部電極１２の少なくとも一部は、第２の端面１０ｆに引き出されている。具体的には、本実施形態では、第２の内部電極１２のうち、少なくとも第２の集電体１２ａが第２の端面１０ｆに引き出されている。第２の内部電極１２は、第１の端面１０ｅ並びに第１及び第２の側面１０ｃ、１０ｄには引き出されていない。

第２の内部電極１２は、第２の集電体１２ａと、第２の分極性電極層１２ｂとを有する。第２の分極性電極層１２ｂは、第２の集電体１２ａの少なくとも一方側の表面の上に設けられている。本実施形態では、第２の集電体１２ａの一方の面の上に、第２の分極性電極層１２ｂが設けられている。

第２の集電体１２ａは、例えば、アルミニウム、銅等の少なくとも一種の金属からなる金属箔により構成することができる。

この場合、第２の分極性電極層１２ｂは、活性炭などの炭素材料を含むことが好ましい。

第１の分極性電極層１１ｂと第２の分極性電極層１２ｂとの間には、電解質含有層１３が設けられている。第１の分極性電極層１１ｂと第２の分極性電極層１２ｂとは、電解質含有層１３を介して対向している。

電解質含有層１３は、電解質を含有している。電解質含有層１３は、電解質を含有したゲルにより構成されていることが好ましい。ゲルとしては、例えば、高分子ポリエチレンオキサイド系樹脂等を用いることができる。

デバイス本体１０は、機能部１０Ａと、外装体１０Ｂとを有する。機能部１０Ａは、蓄電デバイスとしての機能を発現する部分である。機能部１０Ａは、上述した第１及び第２の内部電極１１，１２並びに電解質含有層１３を備えている。

外装体１０Ｂは、機能部１０Ａの外表面の一部を覆っている。具体的には、外装体１０Ｂは、機能部１０Ａの第１及び第２の主面並びに第１及び第２の側面を覆っている。機能部１０Ａの第１及び第２の端面は、外装体１０Ｂから露出している。従って、第１及び第２の主面１０ａ、１０ｂ並びに第１及び第２の側面１０ｃ、１０ｄは、外装体１０Ｂにより構成されている。第１及び第２の端面１０ｅ、１０ｆは、機能部１０Ａと外装体１０Ｂとにより構成されている。

第１の端面１０ｅの上には、第１の外部電極１８が設けられている。第１の外部電極１８は、第１の内部電極１１に電気的に接続されている。第１の外部電極１８は、第１の電極膜１８ａと、第１の金属キャップ１８ｂとを有する。

第１の電極膜１８ａは、第１の内部電極１１に接続されている。第１の電極膜１８ａは、第１の端面１０ｅを覆うように設けられている。詳細には、第１の電極膜１８ａは、第１の端面１０ｅの実質的に全体を覆っている。第１の電極膜１８ａは、第１及び第２の主面１０ａ、１０ｂ並びに第１及び第２の側面１０ｃ、１０ｄの上には位置していない。

第１の金属キャップ１８ｂは、デバイス本体１０の第１の端面１０ｅ側の部分を覆っている。具体的には、第１の金属キャップ１８ｂは、第１の端面１０ｅと、第１及び第２の主面１０ａ、１０ｂ並びに第１及び第２の側面１０ｃ、１０ｄのそれぞれの第１の端面１０ｅ側の部分を覆っている。

第１の金属キャップ１８ｂは、第１の電極膜１８ａに電気的に接続されている。

第２の端面１０ｆの上には、第２の外部電極１９が設けられている。第２の外部電極１９は、第２の内部電極１２に電気的に接続されている。第２の外部電極１９は、第２の電極膜１９ａと、第２の金属キャップ１９ｂとを有する。

第２の電極膜１９ａは、第２の内部電極１２に接続されている。第２の電極膜１９ａは、第２の端面１０ｆを覆うように設けられている。詳細には、第２の電極膜１９ａは、第２の端面１０ｆの実質的に全体を覆うように設けられている。第２の電極膜１９ａは、第１及び第２の主面１０ａ、１０ｂ並びに第１及び第２の側面１０ｃ、１０ｄの上には位置していない。

第２の金属キャップ１９ｂは、デバイス本体１０の第２の端面１０ｆ側の部分を覆っている。具体的には、第２の金属キャップ１９ｂは、第２の端面１０ｅと、第１及び第２の主面１０ａ、１０ｂ並びに第１及び第２の側面１０ｃ、１０ｄのそれぞれの第２の端面１０ｆ側の部分を覆っている。

第２の金属キャップ１９ｂは、第２の電極膜１９ａに電気的に接続されている。

本実施形態では、第１及び第２の電極膜１８ａ、１９ａは、それぞれ、溶射膜により構成されている。第１及び第２の電極膜１８ａ、１９ａは、例えば、ＡｌやＡｌ合金等により構成することができる。

第１及び第２の金属キャップ１８ｂ、１９ｂは、それぞれ、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｚｎ合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｎｉ合金、Ａｌ等により構成することができる。第１及び第２の金属キャップ１８ｂ、１９ｂの外表面に、めっき膜が設けられていてもよい。めっき膜は、例えば、Ｎｉ／Ａｇめっき膜、Ｎｉ／Ａｕめっき膜、Ｎｉ／Ｓｎめっき膜等であってもよい。

蓄電デバイス１では、下記の式（１）に示すように、絶縁性接着部１５の厚みが、第１及び第２の分極性電極層１１ｂ、１２ｂ並びに電解質含有層１３の厚みの合計よりも大きい。

ａ＞ｂ１＋ｂ２＋ｃ ……… （１）
ａ：絶縁性接着部１５の厚み
ｂ１：第１の分極性電極層１１ｂの厚み
ｂ２：第２の分極性電極層１２ｂの厚み
ｃ：電解質含有層１３の厚み

このため、第１の分極性電極層１１ｂと第２の分極性電極層１２ｂとの間の距離を短くすることができる。従って、蓄電デバイス１のＥＳＲを低くすることができる。

蓄電デバイス１のＥＳＲをより低くする観点からは、絶縁性接着部１５の厚みが、第１及び第２の分極性電極層１１ｂ、１２ｂ並びに電解質含有層１３の厚みの１．１倍以上であることが好ましい。但し、絶縁性接着部１５の厚みが厚すぎると、デバイス本体１０の長さ方向Ｌにおける外側部分が大きく撓みやすくなり、撓んだ部分において集電体が破断しやすくなる場合がある。従って、絶縁性接着部１５の厚みが、第１及び第２の分極性電極層１１ｂ、１２ｂ並びに電解質含有層１３の厚みの１．３倍以下であることが好ましい。

上述のように、本実施形態では、絶縁性接着部１５の厚みが、第１及び第２の分極性電極層１１ｂ、１２ｂ並びに電解質含有層１３の厚みよりも大きい。このため、図３に示すように、機能部１０Ａの第１及び第２の主面１０Ａ１、１０Ａ２の少なくとも一方の中央部が凹んでいる。具体的には、本実施形態では、第１及び第２の主面１０Ａ１、１０Ａ２の両方の中央部が凹んでいる。第１の主面１０ａの平坦度が、第１の主面１０Ａ１の平坦度よりも高い。第１の主面１０ａは、実質的に平坦面により構成されている。第２の主面１０ｂの平坦度が、第２の主面１０Ａ２の平坦度よりも高い。主面１０ｂは、実質的に平坦面により構成されている。このため、例えば、蓄電デバイス１を実装する際に、吸着マウンター等により吸着しやすい。

外装体１０Ｂと機能部１０Ａとの間において、凹部内には、補強材１０Ｃが配されている。この補強材１０Ｃにより蓄電デバイス１の強度が高められている。従って、マウンターを用いて蓄電デバイスをマウントする際に蓄電デバイス１が破損しにくい。

補強材１０Ｃは、例えば、ポリイミド、エポキシ、フェノール樹脂等の熱硬化樹脂等により構成することができる。なかでも、エポキシ樹脂が補強材１０Ｃとして好ましく用いられる。

ところで、直方体状の機能部の主面の中央部を凹ますと、通常、機能部の端部が広がり、端面の面積が大きくなる。このため、端面から機能部へ水分が侵入しやすくなる。一方、図２に示すように、蓄電デバイス１では、絶縁性接着部１５の外側には電解質含有層１３が設けられていない。このため、図３に示すように、第１の分極性電極層１１ｂと第２の分極性電極層１２ｂとの間の距離が短く、かつ機能部１０Ａの第１及び第２の端面１０ｅ、１０ｆにおける厚みが、機能部１０Ａの絶縁性接着部１５が設けられた部分の厚みよりも小さい。このため、機能部１０Ａの第１及び第２の端面１０ｅ、１０ｆの面積が小さい。従って、ＥＳＲの低減と、第１及び第２の端面１０ｅ、１０ｆから機能部１０Ａ内への水分の侵入の抑制との両立を図ることができる。よって、ＥＳＲが低減された蓄電デバイス１の水分による劣化が効果的に抑制されている。

蓄電デバイス１の水分の劣化をより効果的に抑制する観点からは、機能部１０Ａの第１及び第２の端面１０ｅ、１０ｆにおける厚みが、機能部１０Ａの絶縁性接着部１５が設けられた部分の厚みの０．９倍以下であることが好ましい。但し、機能部１０Ａの第１及び第２の端面１０ｅ、１０ｆにおける厚みが小さすぎると、機能部１０Ａの長さ方向Ｌにおける外側部分が大きく撓みやすくなり、撓んだ部分において集電体が破断しやすくなる場合がある。従って、機能部１０Ａの第１及び第２の端面１０ｅ、１０ｆにおける厚みが、機能部１０Ａの絶縁性接着部１５が設けられた部分の厚みの０．８倍以上であることが好ましい。

以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る蓄電デバイスの第１及び第２の外部電極を除いた部分の模式的断面図である。

第１の実施形態では、機能部１０Ａの第１及び第２の主面１０Ａ１、１０Ａ２の両方の中央部が凹んでいる例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、第１及び第２の主面１０Ａ１、１０Ａ２の一方のみの中央部が凹んでいてもよい。

（変形例１）
図５は、変形例１に係る蓄電デバイスの第１及び第２の外部電極を除いた部分の模式的断面図である。

第１及び第２の実施形態では、凹部内にのみ補強材１０Ｃが配されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図５に示すように、凹部内に加え、絶縁性接着部１５の外側にも補強材１０Ｃが配されていてもよい。

（変形例２）
第１及び第２の実施形態では、機能部１０Ａの主面１０Ａ１、１０Ａ２の凹みに補強材１０Ｃが配されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。本発明においては、例えば、機能部の主面の凹みが外装体により埋められていてもよい。

１ 蓄電デバイス
１０ デバイス本体
１０Ａ 機能部
１０Ａ１ 機能部の第１の主面
１０Ａ２ 機能部の第２の主面
１０Ｂ 外装体
１０ａ 第１の主面
１０ｂ 第２の主面
１０ｃ 第１の側面
１０ｄ 第２の側面
１０ｅ 第１の端面
１０ｆ 第２の端面
１０Ｃ 補強材
１１ 第１の内部電極
１１ａ 第１の集電体
１１ｂ 第１の分極性電極層
１２ 第２の内部電極
１２ａ 第２の集電体
１２ｂ 第２の分極性電極層
１３ 電解質含有層
１４ 接着層
１５ 絶縁性接着部
１８ 第１の外部電極
１８ａ 第１の電極膜
１８ｂ 第１の金属キャップ
１９ 第２の外部電極
１９ａ 第１の電極膜
１９ｂ 第２の金属キャップ

Claims (4)

1. 長さ方向及び幅方向に沿って延びる第１及び第２の主面と、前記長さ方向及び厚み方向に沿って延びる第１及び第２の側面と、前記幅方向及び前記厚み方向に沿って延びる第１及び第２の端面とを有するデバイス本体を備え、
   前記デバイス本体は、
   第１の集電体と、前記第１の集電体の両面の少なくとも一方の上に設けられた第１の分極性電極層とを有し、少なくとも前記第１の集電体が前記第１の端面に引き出された第１の内部電極と、
   第２の集電体と、前記第２の集電体の両面の少なくとも一方の上に設けられた第２の分極性電極層とを有し、少なくとも前記第２の集電体が前記第２の端面に引き出された第２の内部電極と、
   前記第１の分極性電極層及び前記第２の分極性電極層との間に設けられている電解質含有層と、
   少なくとも一部同士が前記電解質含有層を介して対向する前記第１の集電体と前記第２の集電体とを接着しており、前記第１及び第２の分極性電極層と前記電解質含有層との周囲に設けられた絶縁性接着部と、
   を有し、
   前記絶縁性接着部の厚みが、前記第１及び第２の分極性電極層並びに前記電解質含有層の厚みの合計よりも大きく、
   前記デバイス本体は、
   前記第１及び第２の内部電極と前記電解質含有層とを有する機能部と、
   前記機能部の外側に設けられており、前記第１及び第２の主面並びに前記第１及び第２の側面を構成している外装体と、
   を有し、
   前記機能部の少なくとも一方の中央部が凹んでおり凹部が形成されている、蓄電デバイス。
2. 前記第１の主面の平坦度が前記機能部の主面の平坦度よりも高い、請求項１に記載の蓄電デバイス。
3. 前記外装体と前記機能部との間において前記凹部内に配されている補強材をさらに備える、請求項２に記載の蓄電デバイス。
4. 前記機能部の第１又は第２の端面における厚みが、前記機能部の前記絶縁性接着部が設けられた部分の厚みよりも小さい、請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電デバイス。