本發(fā)明涉及蓄電設(shè)備。

背景技術(shù)：

作為蓄電設(shè)備的例子，列舉鋰離子電容器、鋰離子二次電池等。例如鋰離子電容器具有在正極集電箔上通過(guò)涂布等形成活性炭等正極活性物質(zhì)的多個(gè)正極板，以及在負(fù)極集電箔上涂布碳素等負(fù)極活性物質(zhì)層而成的多個(gè)負(fù)極板，并具有正極板和負(fù)極板夾著由纖維素等形成為薄膜狀的隔膜交替地層疊而成的電極體。而且，該電極體與電解液一同被容納在容納體中來(lái)構(gòu)成鋰離子電容器。例如鋰離子電容器作為能夠兼具大容量和高輸出的蓄電設(shè)備，期待向各種用途拓展，也期待向車輛用的拓展。

例如在日本特開(kāi)平6-84544號(hào)公報(bào)中記載了一種鋰二次電池，該鋰二次電池具有雙電層去除單元，該雙電層去除單元通過(guò)至少部分地去除負(fù)極、正極、介于負(fù)極與正極之間的電解液、存在于負(fù)極以及正極與電解液的界面的雙電層而形成的。另外，雙電層去除單元由在與連結(jié)正極和負(fù)極的方向(相當(dāng)于層疊方向)正交的方向產(chǎn)生磁力線的一對(duì)交變磁場(chǎng)產(chǎn)生電磁鐵構(gòu)成，從振蕩器向該一對(duì)交變磁場(chǎng)產(chǎn)生電磁鐵供給交流電流，交替地變更磁力線的方向。通過(guò)交替地變更磁力線的方向來(lái)交替地變更作用于電解液的力的方向，從而對(duì)電解液賦予攪拌作用。而且，通過(guò)賦予給電解液的攪拌作用破壞存在于電極界面的雙電層，使伴隨鋰二次電池的充放電而產(chǎn)生的內(nèi)部電阻降低，實(shí)現(xiàn)快速充電。

在將蓄電設(shè)備應(yīng)用于車輛的情況下，需要假定例如從在-40[℃]左右的寒冷地區(qū)的使用到在+50[℃]左右的炎熱地區(qū)的使用在非常寬的溫度范圍中的使用。但是，蓄電設(shè)備具有隨著溫度變低而內(nèi)部電阻增大的趨勢(shì)(參考圖11中的圖表g2)，-40[℃]左右的情況下的內(nèi)部電阻例如相對(duì)于在環(huán)境溫度為25[℃]左右的情況下的內(nèi)部電阻為50倍以上。由于若內(nèi)部電阻增加則蓄電設(shè)備的充放電特性降低，因此不優(yōu)選。

與此相對(duì)，日本特開(kāi)平6-84544號(hào)公報(bào)中記載的發(fā)明并不是用于抑制蓄電設(shè)備在低溫時(shí)的特性降低的發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一在于提供一種蓄電設(shè)備，該蓄電設(shè)備通過(guò)抑制比較低溫時(shí)的內(nèi)部電阻的增加來(lái)抑制比較低溫時(shí)的充放電特性的降低，能夠進(jìn)一步提高比較低溫時(shí)的充放電特性。

本發(fā)明的一個(gè)方式的蓄電設(shè)備具有：電極體，其具有多個(gè)正極板和多個(gè)負(fù)極板，通過(guò)將上述正極板和上述負(fù)極板夾著隔膜交替地層疊而成；以及容納體，將上述電極體同離子傳導(dǎo)體一起容納。在上述蓄電設(shè)備中設(shè)置有產(chǎn)生規(guī)定方向的磁力線的磁場(chǎng)產(chǎn)生單元。

根據(jù)上述方式的蓄電設(shè)備，通過(guò)磁場(chǎng)能夠抑制蓄電設(shè)備的內(nèi)部電阻的增加，尤其是能夠較大地抑制低溫時(shí)的內(nèi)部電阻的增加(參照?qǐng)D11)。通過(guò)抑制比較低溫時(shí)的蓄電設(shè)備的充放電特性的降低，能夠進(jìn)一步提高比較低溫時(shí)的蓄電設(shè)備的充放電特性。另外，由于只要設(shè)置產(chǎn)生規(guī)定方向的磁力線的磁場(chǎng)產(chǎn)生單元即可，因此只要向適當(dāng)位置設(shè)置簡(jiǎn)單的磁場(chǎng)產(chǎn)生單元即可，容易實(shí)現(xiàn)。

在上述方式的蓄電設(shè)備中，上述磁場(chǎng)產(chǎn)生單元可以被配置為產(chǎn)生與層疊的方向平行的方向的磁力線。

根據(jù)上述方式的蓄電設(shè)備，由于通過(guò)使磁力線的方向與層疊的方向平行，從而能夠使磁力線均勻地透過(guò)正極板以及負(fù)極板整體來(lái)向正極板、負(fù)極板均勻地賦予磁場(chǎng)的效果，所以能夠進(jìn)一步提高比較低溫時(shí)的蓄電設(shè)備的充放電特性。

在上述方式的蓄電設(shè)備中，可以形成進(jìn)行物理的充放電的雙電層。

根據(jù)上述方式的蓄電設(shè)備，通過(guò)形成進(jìn)行物理的充放電的雙電層，與通過(guò)化學(xué)反應(yīng)積蓄能量的二次電池等不同，是通過(guò)離子的物理性的吸附積來(lái)蓄能量，所以幾乎不會(huì)產(chǎn)生構(gòu)成材料的劣化，能夠長(zhǎng)壽命化。

附圖說(shuō)明

通過(guò)以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述，本發(fā)明的上述和其它特征及優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得更加清楚，其中，相似的標(biāo)記用于表示相似的要素。

圖1是說(shuō)明正極板的外觀的例子的圖。

圖2是圖1中的ii-ii剖視圖。

圖3是說(shuō)明負(fù)極板的外觀的例子的圖。

圖4是圖3中的iv-iv剖視圖。

圖5是對(duì)將夾著隔膜交替地層疊正極板和負(fù)極板而成的電極體與電解液一同用層壓部件密封的蓄電設(shè)備的構(gòu)造進(jìn)行說(shuō)明的分解立體圖。

圖6是對(duì)在蓄電設(shè)備中設(shè)置產(chǎn)生規(guī)定方向的磁力線的磁場(chǎng)產(chǎn)生單元的樣子進(jìn)行說(shuō)明的立體圖。

圖7是對(duì)交替地層疊蓄電設(shè)備和磁場(chǎng)產(chǎn)生單元的樣子進(jìn)行說(shuō)明的側(cè)視圖。

圖8是圖7中的viii-viii剖視圖。

圖9是對(duì)變更了磁力線相對(duì)于蓄電設(shè)備的方向的例子進(jìn)行說(shuō)明的圖。

圖10是說(shuō)明磁場(chǎng)的效果等的圖。

圖11是對(duì)通過(guò)磁力線抑制蓄電設(shè)備的內(nèi)部電阻增加率的效果進(jìn)行說(shuō)明的圖。

具體實(shí)施方式

以下使用附圖依次對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。此外在記載了x軸、y軸、z軸的圖中，x軸與y軸與z軸相互正交。而且，z軸向表示朝向上方的鉛直方向，x軸向表示從蓄電設(shè)備突出的正極端子和負(fù)極端子的突出方向。此外，在本實(shí)施方式的說(shuō)明中，是以鋰離子電容器作為蓄電設(shè)備的例子來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。

蓄電設(shè)備50如圖5所示，具有多個(gè)正極板10和多個(gè)負(fù)極板20，正極板10和負(fù)極板20夾著隔膜30交替地層疊而成的電極體同電解液45(離子傳導(dǎo)體)一同被層壓部件40包裹而被密封。另外，在以下的說(shuō)明中，雖然以電解液45作為離子傳導(dǎo)體，但也可以是將正極板10、負(fù)極板20、離子傳導(dǎo)體的整體作為固體的全固體電池等。另外，作為密封的容器，并不僅限于層疊物(層壓)，也可以使用不銹鋼、鋁等金屬。

如圖1以及圖2所示，正極板10具有矩形形狀的集電部11、和以從集電部11的一邊的一端(在圖1的例子中為上邊的左端)突出的方式設(shè)置的突出部12。而且，正極板10通過(guò)在集電部11和突出部12一體形成的集電箔14中的集電部11的兩面涂布正極活性物質(zhì)層13等(經(jīng)由粘合劑保持)來(lái)形成。集電箔14例如是鋁、鋁合金等金屬箔。正極活性物質(zhì)層13例如是活性炭、碳納米管、包括碳黑等導(dǎo)電助劑，以聚合物為主成分的粘合用的粘合劑。

如圖3以及圖4所示，負(fù)極板20具有矩形狀的集電部21、和以從集電部21的一邊的一端(在圖3的例子中為上邊的右端)突出的方式設(shè)置的突出部22。而且，負(fù)極板20通過(guò)在集電部21和突出部22一體形成的集電箔24的集電部21的兩面上涂布負(fù)極活性物質(zhì)層23等(經(jīng)由粘合劑保持)來(lái)形成。集電箔24例如是銅、銅合金、鎳、不銹鋼等金屬箔。負(fù)極活性物質(zhì)層23例如是石墨，包括與正極活性物質(zhì)層同樣的導(dǎo)電助劑、粘合劑。

隔膜30是避免正極板10與負(fù)極板20直接接觸，并且具有很多能夠通過(guò)各離子且保持電解液的微細(xì)的孔、即所謂的多孔質(zhì)的薄膜。另外隔膜30形成得比正極板10的集電部11、負(fù)極板20的集電部21大一圈。隔膜30例如是聚烯烴類，纖維素類的微多孔質(zhì)膜。

層壓部件40相當(dāng)于容納體，如圖8所示，外側(cè)片42與成為芯材片41的外側(cè)的面粘接，內(nèi)側(cè)片43與成為芯材片41的內(nèi)側(cè)的面粘接。例如芯材片41為鋁箔，外側(cè)片42為聚丙烯尼龍pet膜等樹(shù)脂材料，內(nèi)側(cè)片43為聚丙烯等樹(shù)脂材料。

如圖5所示，將正極板10和負(fù)極板20夾著隔膜30交替地層疊而成的電極體的一端為負(fù)極板20，另一端也為負(fù)極板20。并且，該電極體與電解液45一同被層壓部件40包裹，對(duì)層壓部件40進(jìn)行熔接等來(lái)將電極體和電解液45密封。電解液45由溶劑和電解質(zhì)形成，使用有機(jī)溶劑作為溶劑，電解質(zhì)包含電離成鋰離子和陰離子的鋰鹽。另外如圖6所示，多個(gè)正極板10的突出部12集中而形成正極端子51，多個(gè)負(fù)極板20的突出部22集中而形成負(fù)極端子52。

為了將上述說(shuō)明的蓄電設(shè)備50利用為車輛用，而作為層疊多個(gè)蓄電設(shè)備50而成的蓄電設(shè)備層疊體來(lái)利用。另外，層疊時(shí)與磁場(chǎng)產(chǎn)生單元60一同層疊。例如如圖6以及圖7所示，蓄電設(shè)備層積體70由產(chǎn)生規(guī)定方向的磁力線的磁場(chǎng)產(chǎn)生單元60和蓄電設(shè)備50交替地層疊而構(gòu)成。

磁場(chǎng)產(chǎn)生單元60例如是產(chǎn)生規(guī)定方向的磁力線的永磁鐵，被設(shè)置為，設(shè)置在蓄電設(shè)備50的外面、且正極板10以及負(fù)極板20的層疊方向的一端和另一端，并夾著蓄電設(shè)備50。換言之，在將層疊方向作為上下方向的情況下，被設(shè)置在蓄電設(shè)備的上面和下面。而且，夾著蓄電設(shè)備50的一對(duì)磁場(chǎng)產(chǎn)生單元60以一個(gè)磁場(chǎng)產(chǎn)生單元60的n極與另一個(gè)磁場(chǎng)產(chǎn)生單元60的s極對(duì)置的方式設(shè)置。另外，優(yōu)選將磁場(chǎng)產(chǎn)生單元60設(shè)置在不與負(fù)極板20接觸的分離的位置上。通過(guò)在與負(fù)極板20分離的位置設(shè)置磁場(chǎng)產(chǎn)生單元60，不僅負(fù)極板20的表面，還能夠?qū)﹄娊庖骸⒄龢O板等施加磁力線。

如圖7以及圖8所示，以虛線表示的磁力線m從n極朝向s極延伸，相對(duì)于蓄電設(shè)備50，成為與蓄電設(shè)備50內(nèi)的正極板10以及負(fù)極板20的層疊方向平行的方向。此外，根據(jù)發(fā)明者進(jìn)行的使用了高斯計(jì)的實(shí)驗(yàn)，能夠確認(rèn)出磁力線m透過(guò)層壓部件40、正極板10、負(fù)極板20的各金屬箔。此外，圖8中，為了容易明白，在蓄電設(shè)備50內(nèi)的各部件之間設(shè)置間隙來(lái)記載。然而，實(shí)際上幾乎沒(méi)有間隙，在正極板10和負(fù)極板20幾乎無(wú)間隙地夾著隔膜30，在隔膜30的微細(xì)孔中保持電解液45。

此外，如圖9所示，也可以使夾著蓄電設(shè)備50的一對(duì)磁場(chǎng)產(chǎn)生單元60以n極彼此對(duì)置或s極彼此對(duì)置的方式設(shè)置。在此情況下，與圖7所示的情況同樣地，能夠?qū)π铍娫O(shè)備50內(nèi)的電極體賦予磁力線m所產(chǎn)生的效果。但是，該情況下，在蓄電設(shè)備50的中央附近會(huì)產(chǎn)生磁力線幾乎不透過(guò)的區(qū)域，使磁力線均勻地透過(guò)蓄電設(shè)備50內(nèi)的電極體較困難。因此，與圖9所示的構(gòu)成相比，如圖7所示那樣使與電極體的層疊的方向平行的磁力線m透過(guò)能夠使磁力線均勻地透過(guò)正極板以及負(fù)極板整體來(lái)將磁場(chǎng)的效果均勻地賦予給正極板、負(fù)極板整體，所以更優(yōu)選

接下來(lái)，使用圖10，對(duì)于磁力線m所產(chǎn)生的磁場(chǎng)效果，在以下的(1)～(7)中進(jìn)行說(shuō)明，在圖10中也表示該(1)～(7)。此外在圖10中，符號(hào)80表示溶劑，符號(hào)81表示鋰離子(陽(yáng)離子)，符號(hào)82表示電解質(zhì)離子(陰離子)，符號(hào)83表示溶劑分子，符號(hào)84表示固體電解質(zhì)膜。

(1)使活性物質(zhì)層、導(dǎo)電助劑(包含在活性物質(zhì)層中)、金屬箔等的電傳導(dǎo)率增加。

(2)使電解液45的離子傳導(dǎo)率增加。

(3)使電解液、鋰離子81(陽(yáng)離子)、電解質(zhì)離子82(陰離子)在活性炭(正極活性物質(zhì)層)的微細(xì)的孔中移動(dòng)的速度增加。

(4)通過(guò)使從電解液中的溶劑80脫離鋰離子8的反應(yīng)、和接受從負(fù)極板20放出的鋰離子81并再次形成溶劑80的反應(yīng)所需的能量降低(降低溶劑的脫離/形成所需要的能量)，來(lái)使反應(yīng)速度增加。

(5)使鋰離子81通過(guò)固體電解質(zhì)膜84的速度增加。

(6)通過(guò)使石墨(負(fù)極活性物質(zhì)層)的六角板狀結(jié)晶的層與層的空間同與正極板10對(duì)置的方向一致，使鋰離子81的插入速度以及脫離速度即反應(yīng)速度增加。

(7)朝向負(fù)極板20使通過(guò)了固體電解質(zhì)膜84的鋰離子81立刻向石墨內(nèi)部方向迅速擴(kuò)散，使鋰離子81的吸納性提高，并使鋰離子81的插入速度以及脫離速度即反應(yīng)速度增加。

另外，在鋰離子電容器中，構(gòu)成為對(duì)正極板10形成雙電層(是在電解液與電極的界面隔開(kāi)極短的距離，電荷取向的現(xiàn)象，該情況下，為電解液的正極側(cè))，若施加電場(chǎng)就能夠極化，與鋰離子電池相比，以能夠快速充放電的方式通過(guò)雙電層進(jìn)行物理的充放電。此外，物理的充放電是指在正極板的活性炭的表面物理地積蓄、放出電荷。這樣，與通過(guò)化學(xué)反應(yīng)積蓄能量的二次電池等不同，由于是通過(guò)正極板的活性炭的表面的離子的物理性的吸附來(lái)積蓄能量，所以幾乎不會(huì)產(chǎn)生構(gòu)成材料的劣化，能夠長(zhǎng)壽命化。而且，通過(guò)在充放電時(shí)作用磁場(chǎng)，在被雙電層中分開(kāi)的部分(正極板或負(fù)極板等)產(chǎn)生洛倫茲力等，離子等能夠迅速地移動(dòng)，從而能夠提高充放電特性。特別是通過(guò)在正極板作用磁場(chǎng)(通過(guò)產(chǎn)生洛倫茲力等)，電解液中的離子被拉伸，離子能夠在活性炭細(xì)孔內(nèi)迅速地?cái)U(kuò)散，從而能夠進(jìn)一步提高充放電特性。另外，在負(fù)極板上也形成細(xì)孔的情況下，同樣地通過(guò)離子的迅速擴(kuò)散，也能夠進(jìn)一步提高充放電特性。另外，與鋰離子電容器同樣地，通過(guò)對(duì)在正極板或負(fù)極板(電解液中)形成雙電層的電容器也作用磁場(chǎng)，同樣地能夠提高充放電特性。

圖11表示橫軸為溫度(環(huán)境溫度)[℃]、縱軸為裝置50的內(nèi)部電阻增加率的情況下的圖表。以實(shí)線表示的圖表g1表示設(shè)置了磁場(chǎng)產(chǎn)生單元的本實(shí)施例的蓄電設(shè)備的特性，以虛線表示的圖表g2表示沒(méi)有設(shè)置磁場(chǎng)產(chǎn)生單元的以往的蓄電設(shè)備的特性。如從該圖表g1、g2所知的那樣，在設(shè)置了磁場(chǎng)產(chǎn)生單元的本實(shí)施例中，在溫度為0[℃]以下的低溫的情況下，與以往相比能夠?qū)?nèi)部電阻相對(duì)于溫度的增加率抑制到一半左右。即，通過(guò)進(jìn)一步抑制比較低溫時(shí)的充放電特性的降低，能夠進(jìn)一步提高比較低溫時(shí)的蓄電設(shè)備的充放電特性。

本發(fā)明的蓄電設(shè)備并不限于本實(shí)施方式中說(shuō)明的構(gòu)造、構(gòu)成、外觀、形狀等，在不變更本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)能夠進(jìn)行各種變更、追加、刪除。

在本實(shí)施方式的說(shuō)明中，雖然作為蓄電設(shè)備以鋰離子電容器為例進(jìn)行說(shuō)明，但并不限于鋰離子電容器，也能夠應(yīng)用于鋰離子二次電池、雙電層電容器、全固體電池等多種蓄電設(shè)備。

在本實(shí)施方式的說(shuō)明中，雖然是以將作為產(chǎn)生規(guī)定方向的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)產(chǎn)生單元60的永磁鐵設(shè)置在蓄電設(shè)備的外面為例進(jìn)行說(shuō)明，但也可以將永磁鐵設(shè)置在蓄電設(shè)備內(nèi)。另外，可以代替永磁鐵而使用線圈和電源產(chǎn)生規(guī)定方向的磁場(chǎng)，也可以在蓄電設(shè)備內(nèi)混入磁粉?；烊氪欧鄣那闆r下的規(guī)定方向的磁場(chǎng)并不是指各磁粉引起的磁場(chǎng)的方向相同，而是指各磁粉引起的磁場(chǎng)的方向不可變而被固定。