CN1890769A - 蓄电元件及蓄电元件的制造方法 - Google Patents

蓄电元件及蓄电元件的制造方法 Download PDF

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Abstract

一种具有高分子电解质及极化电极的蓄电元件，其特征在于：前述极化电极具有与前述高分子电解质的界面，前述极化电极是金属电极，前述极化电极的负极电极，在与前述高分子电解质的界面具有与该负极电极所含有的金属成分形成的锂合金，前述锂合金是可通过可逆性电化学氧化还原反应来释放锂离子的合金。该蓄电元件是通过包括结构体形成工序和层形成工序的蓄电元件的制造方法制造的，在前述结构体形成工序中，利用无电解电镀法获得在高分子电解质上形成了极化电极的电极－电解质结构体；在前述层形成工序中，在通过结构体形成工序获得的该电极－电解质结构体含有包含锂离子的溶液的状态下，对该极化电极施加电压，在该极化电极的负极，形成含有该极化电极的金属成分及锂的层。

Description

蓄电元件及蓄电元件的制造方法
技术领域
本发明涉及在高分子电解质中形成极化电极的蓄电元件及蓄电元件的制造方法。
背景技术
蓄电元件也称为电容器或蓄电器，是一种在电极之间贮存电荷的器件或电路元件。电容器在近年来开始用于个人计算机及便携终端等的存储器备用电源，而且还可以用于瞬间停电应对电源、或者与太阳能电池相配用的太阳能发电能量贮存系统等用途，因而备受关注。
电容器(condenser)所用的电极主要有金属电极及碳电极。碳电极是一种使用了活性碳等碳材料的电极，由于其比面积较大，因而适于大电容化。然而，为了混合粉末化了的碳材料，需要对粉体进行处理，因而加大了处理难度，操作性不佳。此外，在电极由碳材料构成的场合下，作为电极需要金属网状体或金属片等集电体。为了形成不使用集电体的电容器，要限定为钮扣型等形状，因而电容器形状的设计自由度降低，不能按各种用途形成所需的形状。此外，在由碳材料形成的各电极使用了集电体的场合下，电容器将增厚集电体厚度的量，从而不能实现薄形化。电容器的电极最好是不需要集电体的金属电极。
对于使用了金属电极的电容器而言，有一种在高分子层上形成有电极的电容器、即薄膜高分子膜电容器(参照比如专利文献1)。在前述高分子膜电容器的每平方厘米的面积中，厚度0.35～0.41μm的静电电容为0.015～0.02μF，厚度0.8～1.8μm的静电电容为25～40μF，静电电容不足，需要进一步提高静电电容。
专利文献1：日本特开平11-8153号公报。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大电容蓄电元件，其电极是金属电极，比电容大，而且能量密度高。
本发明人通过锐意研究，完成了本发明。本发明的蓄电元件具有高分子电解质及极化电极，其特征在于：前述极化电极具有与前述高分子电解质的界面，前述极化电极是金属电极，前述极化电极的负极电极，在与前述高分子电解质的界面具有与该负极电极所含有的金属成分形成的锂合金，前述锂合金，是可通过可逆性电化学氧化还原反应来释放锂离子的合金。本发明人发现这种蓄电元件，可以用作极化电极是金属电极、且比电容较大的蓄电元件。
本发明还是一种蓄电元件的制造方法，包括：结构体形成工序，利用无电解电镀法获得在高分子电解质上形成了极化电极的电极-电解质结构体；以及层形成工序，在通过结构体形成工序获得的该电极-电解质结构体含有包含锂离子的溶液的状态下，对该极化电极施加电压，在该极化电极的负极，形成包含该极化电极的金属成分及锂的层。通过采用前述制造方法，可以容易地获得如下这样的电容器：前述极化电极中成为负极的金属电极，在与前述高分子电解质的界面具有与构成该金属电极的金属成分形成的锂合金。
由于本发明的蓄电元件，作为极化电极具有金属电极，而且在负极的电极与高分子电解质的界面具有锂合金，因而在金属电极与高分子电解质的界面将形成双电层，而且将发生锂合金的氧化还原反应。因此，前述蓄电元件的比电容，具有双电层电容与基于氧化还原反应的模拟电容之和的电容值，因而大于普通的双电层电容器及氧化还原电容器的电容值。
本发明的蓄电元件的制造方法，在前述极化电极中成为负极的金属电极与前述高分子电解质的界面，可以容易地形成可通过氧化还原反应来释放锂离子的层，因而可以容易地获得比电容大于普通的双电层电容器的电容的蓄电元件。
附图说明
图1是作为本发明的蓄电元件所用的电极-电解质结构体的一种方式，是观察该电极-电解质结构体的厚度方向的截面的SEM照片。
图2是作为本发明的蓄电元件所用的电极-电解质结构体的一种方式，是观察该电极-电解质结构体的厚度方向的截面的SEM照片。
具体实施方式
(蓄电元件)
本发明是一种具有高分子电解质及极化电极的蓄电元件，其特征在于：前述极化电极具有与前述高分子电解质的界面，前述极化电极是金属电极，前述极化电极的负极电极，在与前述高分子电解质的界面具有与该负极电极所含有的金属成分形成的锂合金，前述锂合金是可通过可逆性电化学氧化还原反应来释放锂离子的合金。
本发明的蓄电元件，在极化电极与高分子电解质之间具有界面。因此，前述蓄电元件，在蓄电时可以形成基于高分子电解质所含的离子种类的双电层。
本发明的蓄电元件，在成为负极的前述极化电极与高分子电解质的界面，具有与前述极化电极的负极电极所含的金属成分形成的锂合金。前述锂合金是可通过电化学氧化还原反应来可逆地释放锂离子的合金。前述锂合金在放电时可以释放锂离子，产生氧化还原反应。因此，前述蓄电元件除了具有双电层电容之外，还具有伴随氧化还原反应产生的电容，其不是双电层电容。即，本发明的蓄电元件，与具有仅基于双电层的电容的双电层电容器和具有仅基于氧化还原反应的电容的氧化还原反应电容器相比，具有更大的电容。
前述锂合金是在放电时能释放锂离子的合金，只要是在充电时由锂离子和负极电极所含的金属成分形成的合金即可。与锂一起形成前述锂合金的金属，尽管没有特别限定，但为了便于获得，且易于形成极化电极，最好是从金(Au)、铅(Pb)、锡(Sn)、锌(Zn)、铟(In)、鎘(Cd)、铋(Bi)、钛(Ti)、锑(Sb)、铜(Cu)、银(Ag)、铁(Fe)及镍(Ni)组成的组中选出的金属。即，本发明的蓄电元件的负极中，作为金属成分，最好含有从金、铅、锡和锌组成的组中选出的一种或一种以上的金属。由于与锂一起形成锂合金的金属是极化电极所含有的金属，因而，即使在对反复充放电后的前述蓄电元件充电时，也可以在负极与高分子电解质的界面容易地形成前述锂合金。因此，即使反复充放电，前述蓄电元件的电容也难以降低。
本发明的蓄电元件具有极化电极。如上所述，对于前述极化电极中的负极而言，在负极与高分子电解质的界面具有负极所含有的金属与锂的合金。与锂一起形成前述锂合金的金属，只要能与锂形成合金，则可以是一种，也可以是两种或两种以上。
为了能在负极与高分子电解质的界面形成更多的锂合金，前述负极所含有的金属成分，最好只由与锂一起形成前述锂合金的金属来构成。对于前述负极而言，负极与高分子电解质的界面大，因而能形成更多的量的锂合金，因此负极与高分子电解质的界面最好形成凹凸状，而且最好是在前述蓄电元件的厚度方向的截面中，在与该高分子电解质的边界区，具有与该高分子电解质相接触、而且构成该负极的电极成分的突出部。对于前述突出部而言，前述突出部的轮廓线可以是大致周期曲线状及/或不定形，前述突出部的形状也可以是不规则碎片形状(fractal)、半岛状、岛状部具有头状的狭窄部的形状、树木状、蘑菇状、冰柱状、息肉(polyp)状及/或珊瑚状。前述岛状部也可以是大致圆形、大致椭圆形或多边形。前述所谓边界区，系指在前述蓄电元件的厚度方向的截面中，负极与高分子电解质的界面靠蓄电元件的厚度方向的中央最近的位置与该界面最接近前述负极表面的位置之间的范围，是包含负极与高分子电解质的界面的范围。通过无电解电镀法，在高分子电解质中，可以获得在厚度方向的截面中具有突出部的电极-电解质结构体，可以形成比如图1或图2的电子显微镜照片所示出的突出部。图1及图2是观察电极-电解质结构体厚度方向的截面的SEM照片，该SEM照片是在高真空下对作为试样的电极-电解质结构体的截面镀金，并用扫描型电子显微镜以300倍放大率拍摄的。在图1及图2中，白色部分由金属构成。
由于负极与高分子电解质的界面大，能在该界面形成更多的量的锂合金，因而前述负极最好是多孔状金属电极，更理想的是只由与锂一起形成锂合金的金属构成的多孔状金属电极。通过在负极与高分子电解质的界面形成更多的锂合金，本发明的蓄电元件可以具有较大的比电容。比如，在高分子电界质中，通过对高分子电解质实施无电解电镀法中的吸附还原法，能够获得前述多孔状金属电极。
另外，前述蓄电元件具备具有与前述高分子电解质的界面的正极。前述正极，是能够在与前述高分子电解质的界面上形成双电层的金属电极。因此，本发明的蓄电元件可以在正极形成双电层。如上所述，对于本发明的蓄电元件而言，在负极，主要发生锂形成合金的反应，在正极，通过形成双电层来进行充放电。前述蓄电元件也可以在正极中含有吸收锂离子的物质，但为了易于制造前述正极，最好是不含吸收锂离子的物质的金属电极。另外，本发明的蓄电元件也可以在负极形成双电层。
前述正极可以是能形成双电层的金属电极，但为了易于制造，最好是与负极同样的材质。即，前述正极最好是电极的金属成分包含从金、铅、锡和锌组成的组中选出的一种或一种以上的金属的金属电极，而且最好是负极与正极的金属成分的组成相同。为了在与高分子电解质的界面之间不进入气体，前述正极最好是与高分子电解质接合的电极。前述负极也一样，最好是与高分子电解质接合的电极。
尽管本发明的蓄电元件所含有的高分子电解质没有特别限定，而且只要是主要由高分子形成的电解质则没有特别限定，但是，为了充分吸附金属络合物，最好是离子交换树脂。作为前述高分子电解质的树脂成分含有离子交换树脂，由此，即使前述高分子电解质处于膨润状态，也不含大量的溶剂分子，可以用作蓄电元件的电解质，而且可以获得比以往更大的静电电容，因而是所希望的。前述离子交换树脂没有特别限定，可以使用公知的树脂，即，可以使用聚乙烯、聚苯乙烯、氟树脂等中导入了磺酸基、羧基等亲水性官能团的树脂。作为前述离子交换树脂的具体例，可以使用全氟化羧酸树脂及全氟磺酸树脂，比如可以使用Nafion树脂(全氟磺酸树脂，杜邦公司生产)、以及Flemion(全氟化羧酸树脂或全氟磺酸树脂，旭硝子公司生产)。选择电解质盐的离子种类的自由度大，可以扩大用途及按特性进行的组合的范围，因而前述离子交换树脂最好是阳离子交换树脂。前述高分子电解质，可以采用适于通过无电解电镀法获得的蓄电元件的形状的高分子电解质成形品，可以采用膜状、片状、筒状、柱状及管状等所希望的形状。
本发明的蓄电元件处于高分子电解质层因含离子的溶剂而膨润的状态。溶剂可以是非水性溶剂，也可以是水系溶剂。此外。还可以是在前述高分子电解质中含有若干电解液的溶剂分子的状态。
本发明的蓄电元件，在处于高分子电解质因含离子的溶剂而膨润的状态时，前述离子可以在负极形成锂合金，因而能适于使用锂离子。如果不妨碍前述负极的锂合金的氧化还原反应，而且不降低前述蓄电元件的比电容，则也可以含有其它阳离子。在本发明的蓄电元件中，高分子电解质中所含有的锂离子浓度没有特别限定，但最好为0.1～3.3mol/L。
本发明的蓄电元件的高分子电解质所含有的阴离子没有特别限定，可以使用公知的电解质所含有的阴离子，但是作为阴离子，可以优选使用从BF4 -、PF6 -、ClO4 -、Ts-、SO4 2-、NO3 -、CF-、Br-、I-、CF3SO4 -、C4F9SO4 -、全氟烷基磺酰亚胺离子、BCH3(C2H5)3 -、B(C2H5)4 -、B(C4H9)4 -、AsF-及SbF6 -组成的组中选出的一种或一种以上的阴离子。作为前述阴离子，理想的是ClO4 -及(CF3SO2)2N-，特别理想的是(CF3SO2)2N-。作为含有离子的溶液，也可以使用含有Li(CF3SO2)2N的离子性液体(常温溶化盐)。对于前述蓄电元件而言，在负极形成锂合金时，电极-电解质结构体所含有的离子种类与作为蓄电元件使用时的种类可以不同，另外，对于前述蓄电元件而言，在负极形成锂合金时，电极-电解质结构体所含有的溶剂与作为蓄电元件使用时的溶剂也可以不同，但最好是蓄电元件的高分子电解质中含有锂离子。
作为本发明的蓄电元件的高分子电解质所含有的溶剂，可以使用水。在使用水作为前述溶剂的场合下，为了防止电容器的充电、放电过程中的金属离子化，最好使用贵金属作为极化电极的金属成分。另一方面，作为前述溶剂，也可以使用非质子性极性有机溶剂。在采用了具有较高的介电常数、分解电压的非水系极性有机溶剂的场合下，难以发生水的电分解，而且电化学性稳定，因而耐压增大，能量密度也增大。将极性有机溶剂作为高分子电解质所含有的溶剂来使用，可以将贵金属之外的其它金属用作电极，这在成本方面也是有利的。尤其是，为了防止该极性有机溶剂的分解，前述极性有机溶剂最好是非质子性极性溶剂。具体而言，前述极性有机溶剂可以是丙烯碳酸酯、N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜、乙腈、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基甲酰胺、四氢呋喃、六甲基磷酰三胺、γ-丁内酯、1，2-二甲氧基乙烷、N-甲基乙酰胺、环丁砜碳酸乙烯酯、戊二腈、己二腈、硝基甲烷、硝基乙烷、吡啶，最好是丙烯碳酸酯、N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜、N-甲基甲酰胺及γ-丁内酯，更理想的是丙烯碳酸酯、N-甲基甲酰胺、γ-丁内酯、1，4-二氧杂戊环，尤其以丙烯碳酸酯为最好。另外，前述蓄电元件，在负极形成锂合金时，电极-电解质结构体所含有的溶剂与用作蓄电元件时的溶剂可以是不同的种类。
本发明的蓄电元件，虽然正极及负极使用金属电极，但是，具有下列比电容：基于像上述那样在电极界面形成的双电层的双电层电容与伴随氧化还原反应的模拟电容之和。因此，与以往的使用金属电极的电容器相比，能够具有大的电容。前述蓄电元件的比电容可以大于等于20F/cm3。前述比电容是用恒流放电法测定的数值，而且是根据社团法人日本电子机械工业会发布的日本电子工业会标准、即EIAJ RC-2377号标准(2000年4月制定，双电层电容器试验方法，3.3.1恒流放电法)测定的数值。
(制造方法)
本发明还是一种蓄电元件的制造方法，包括：结构体形成工序，利用无电解电镀法获得在高分子电解质上形成了极化电极的电极-电解质结构体；以及层形成工序，在通过结构体形成工序获得的该电极-电解质结构体含有包含锂离子的溶液的状态下，对该极化电极施加电压，在该极化电极的负极，形成含有该极化电极的金属成分及锂的层。通过采用本发明的蓄电元件的制造方法，可以形成一种蓄电元件，其在作为金属电极的负极与前述高分子电解质的界面，具有包含该负极电极所含有的金属成分和锂的层。前述层可以含有可通过可逆性电化学氧化还原反应来释放锂离子的合金，因而，前述蓄电元件具有双电层电容与基于锂合金的氧化还原反应的模拟电容这两者，因而能具有大于普通电容器的比电容。
在本发明的制造方法中，首先在结构体形成工序中，利用无电解电镀法来形成在高分子电解质中具有极化电极的电极-电解质结构体。前述电极-电解质结构体，含有作为金属电极的极化电极及高分子电解质，而且该极化电极与该高分子电解质具有界面。在结构体形成工序中，通过使用无电解电镀法，可以在高分子电解质中容易地形成一对极化电极。
前述无电解电镀法没有特别限定，但最好包括：使离子交换树脂吸附金属络合物的吸附工序；以及使通过吸附工序而吸附有金属络合物的离子交换树脂与还原剂溶液相接触，析出金属的还原工序。该无电解电镀法也称为吸附还原法，由于所获得的电极-电解质结构体是电极-电解质接合体，因而极化电极难以与高分子电解质相脱离，所以能容易地获得极化电极与高分子电解质的界面较大、且机械强度良好的电极-电解质结构体。由于所获得的极化电极是多孔性金属电极，因而前述吸附还原法可以进一步扩大该极化电极与高分子电解质的界面。此外，通过前述吸附还原法，可以使所获得的极化电极与高分子电解质的界面为凹凸状，如前述(蓄电元件)部分所述，可以形成如下这样的电极-电解质结构体：在前述蓄电元件的厚度方向的截面中，在与该高分子电解质的边界区，具有与该高分子电解质相接触、且构成该负极的电极成分的突出部。由于前述电极-电解质结构体的极化电极与高分子电解质的界面进一步扩大，因而作为蓄电元件能具有更大的比电容。对于前述突出部而言，前述突出部的轮廓线可以是大致周期曲线状及/或不定形，前述突出部的形状也可以是无规则碎片状、半岛状、岛状部具有头状的狭窄部的形状、树木状、蘑菇状、冰柱状、息肉状及/或珊瑚状。前述岛状部也可以是大致圆形、大致椭圆形或多边形。前述所谓边界区，系指在前述蓄电元件的厚度方向的截面中，负极与高分子电解质界面靠蓄电元件厚度方向的中央最近的位置与该界面最接近前述负极表面的位置之间的范围，是包含负极与高分子电解质的界面的范围。
对于前述无电解电镀法而言，实施膨润工序作为用于对高分子电解质的无电解电镀的前处理工序，使良好溶剂或含有良好溶剂的混合溶剂浸透高分子电解质，膨润后的前述高分子电解质具有规定的形状，并使前述高分子电解质膨润状态下的厚度膨润到前述高分子电解质干燥状态下的厚度的120％或120％以上，在该膨润工序之后，执行使高分子电解质吸附金属络合物的吸附工序以及使吸附了金属络合物的高分子电解质与还原剂溶液相接触的还原工序，由此形成金属层，由于这一方法可以使高分子电解质内部的金属易于析出，可以进一步扩大极化电极与高分子电解质的界面，因而极好。通过使前述高分子电解质膨润状态下的厚度膨润到前述高分子电解质干燥状态下的厚度的120％或120％以上，可以在形成高分子电解质的树脂成分中，增大具有官能团的侧链的链段(segment)运动的自由度。通过增大该自由度，在无电解电镀法的吸附工序中，可以使金属络合物易于从前述高分子电解质的表面吸附到内部，而且在还原工序中，还原剂溶液中的还原剂也易于从高分子电解质的表面吸附到内部，在高分子电解质内部，金属络合物及还原剂的布郞运动变得容易了。
前述良好溶剂，系指能使高分子良好地膨润的溶剂，随构成高分子电解质的高分子的种类而异。前述良好溶剂也可以与多种良好溶剂混合使用。作为前述良好溶剂可以使用比如：甲醇、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、乙二醇、二甘醇、甘油、四丙基氢氧化物等。在前述高分子电解质是全氟化羧酸树脂或全氟磺酸树脂的场合下，可以使用：甲醇、乙醇、丙醇、六氟-2-丙醇、二甘醇、甘油。尤其是在前述膨润工序中，在前述高分子电解质是全氟化羧酸树脂或全氟磺酸树脂的场合下，最好使之浸透甲醇或含有甲醇的溶剂，并使前述高分子电解质膨润状态下的厚度膨润到前述高分子电解质干燥状态下的厚度的120％或120％以上。这是因为甲醇易于膨润，易于处理，因而操作性良好。
在前述吸附还原法中，在经过前述膨润工序而执行还原工序时，金属络合物如上所述进入高分子电解质内，通过还原工序而成为粒子状金属，这些粒子状金属彼此结合，由此，在电解质中形成金属电极。本发明的蓄电元件，由于像这样在高分子电解质中形成金属电极，因而金属电极与电解质层的界面不必是明确的，可以形成以下结构：在高分子电解质外侧附近，具有富含金属成分的区域，越靠近电解质中心，越富含电解质成分。即，对于本发明的蓄电元件中的金属电极而言，在电解质上，不需要存在明确的金属电极的层，只要至少存在于电解质外侧附近的金属彼此结合，使得形成可以作为电极来使用的导电性良好的部分即可。因此，本发明的蓄电元件可以是金属电极层与电解质层没有目视可观察到的明确的界面的结构，也可以是下列结构：即，用以金属为主要成分且能作为电极来使用的导电性良好的部分，从两侧夹持作为电解质层的具有电阻值的电解质部分。
在本发明的蓄电元件的制造方法中，作为无电解电镀法，在实施吸附还原法时，为了使极化电极与高分子电解质的界面形状为所希望的形状，可以反复执行吸附工序及还原工序。还可以通过喷砂等来使高分子电解质表面粗糙化，并对粗糙化后的高分子电解质实施清洗工序，接着对清洗后的高分子电解质实施膨润工序，接下来，实施第一次吸附工序及还原工序，然后，反复实施清洗工序、吸附工序及膨润工序多次。
只要金属络合物能吸附于高分子电解质，则对前述吸附工序没有特别限定，可以采用无电解电镀法中公知的吸附还原法来进行吸附工序。前述吸附工序中所用的金属络合物，如果是能作为电极来使用的金属，则不特别限于金属络合物，但为了便于获得，且易于形成与锂的合金，最好含有从金、铅、锡和锌组成的组中选出的一种或一种以上的金属作为中心金属。前述金属络合物，最好是金(Au)、铅(Pb)、锡(Sn)、锌(Zn)、铟(In)、镉(Cd)、铋(Bi)、钛(Ti)、锑(Sb)、铜(Cu)、银(Ag)、铁(Fe)或镍(Ni)的络合物，为了还能易于进行中心金属的还原，更理想的是使用与金、镍或铁的络合物。
只要能使吸附于高分子电解质的金属络合物还原，则对前述还原工序没有特别限定，可以采用通过无电解电镀法来进行的公知的还原工序。另外，即使在清洗工序及使高分子电解质粗糙化的前处理中，也可以采用无电解电镀法中的公知的吸附还原法。
在本发明的蓄电元件的制造方法中，在结构体形成工序之后，对于通过无电解电镀而获得的电极-电解质结构体而言，在层形成工序中，对极化电极施加电压，由此，在负极，在极化电极与高分子电解质的界面形成含有该极化电极的金属成分及锂的层。由于前述层含有负极的金属成分与锂的合金，因而可以通过电化学的氧化还原释放锂，在负极能起到与锂二次电池中的负极活性物质同样的作用。因此，在负极，在负极与高分子电解质的界面部分形成了前述层，这样，在前述蓄电元件中，该锂合金在放电时释放锂离子，而在充电时在负极界面形成前述锂合金，因而除了双电层电容之外，还能具有模拟电容。尽管前述层形成为负极的最外层，但在负极是多孔性电极的场合下，从外表看，有时好像形成于负极内部。此外，在层形成工序中，也可以在含有锂的层形成于前述负极之后，将电极-电解质结构体浸渍到浓度或溶剂种类不同于层形成工序中所用的锂溶液的锂溶液内，置换电极-电解质结构体中所含有的溶液。
用前述蓄电元件的制造方法获得的蓄电元件，在负极具有可通过电化学的氧化还原反应来释放锂的层，因而除了双电层电容之外，还具有模拟电容，与以往的双电层蓄电元件所具有的电容相比，能具有更大的比电容。因此，前述蓄电元件的比电容较大，而且能量密度较高。
(蓄电元件的结构)
本发明的蓄电元件可以用下列方法来进行组装：使由高分子电解质及夹持该高分子电解质地形成的二个极化电极构成的蓄电元件进行层叠、折叠或卷绕，进而形成硬币型或层叠型，并将其置于罐或层叠封装体等容器内，如果是罐则进行封闭，而如果是层叠封装体则进行加热密封。在前述方法中，也可以在对容器进行封闭或加热密封之前，用特定的电解质溶液充填容器而获得蓄电部件。将本发明的蓄电元件置于有底筒状外壳体内，并用由弹性部件构成的封口体对外壳体的开口端部进行封口，由此能获得作为片式部件的蓄电部件。在收容了本发明的蓄电元件的壳体中，也可以充填线膨胀系数小的绝缘物质。
本发明的蓄电元件可以以下列任意一种形式来使用：即，由金属盖隔着垫片密封的硬币型、将在正极与负极之间隔着隔离件卷绕而成的元件与电解液一起收容于金属壳体内并封口的卷绕型、以及装有在成为正极的电极与成为负极的电极之间隔着隔离件层叠而成的元件层叠体的层叠型等。在采用层叠型的场合下，也可以将蓄电元件层叠成阳极之间和阴极之间彼此重叠。
本发明的蓄电元件，可以形成为大型平板状的层叠型固体电解电容器。也可以使本发明的蓄电元件的金属电极形成为U型或管状。管状金属电极可以为圆形管、三角形管、方形管、长方形管及多边形管。本发明的蓄电元件的蓄电元件本身形状可以是任意的，在该形状具有角部时，为了防止因热应力、机械应力及与树脂外装体的热膨胀差而引起的变形所造成的损伤或电流泄漏不良，可以使该角部形成规定曲率的曲面。
本发明的蓄电元件，可以形成为电极层叠型或截面为椭圆状的卷绕型蓄电部件。在卷绕蓄电元件的场合下，也可以使用如下这样的蓄电元件形成卷绕型蓄电部件，该蓄电元件是将以维尼纶纤维为主体的维尼纶无纺布用作隔离件，并隔着隔离件卷绕而形成的。在前述卷绕型蓄电部件中，也可以在被卷绕的蓄电元件的外周面设置绝缘保护层。在卷绕结构的蓄电元件中，也可以在前述蓄电元件的卷绕长度方向，以蛇行状态连续设置线状体，由此将该线状体用作引线。在将本发明的蓄电元件用作卷绕蓄电元件的场合下，用于固定蓄电元件的带子的长度，也可以短于电容器元件的外周长度。
对于本发明的蓄电元件而言，也可以排列多个蓄电元件作为一个部件来一体封装，构成阵列型。此外，关于前述蓄电元件，也可以在单个片状固体电解质上形成网格状图案电极，按每个网格来形成蓄电元件，并使用焊线机(wirebonder)用金属线将各阴极层表面与阴极引线框架接合起来，或者在将金属箔片与各阴极层表面的至少一部分接合起来后，使用焊线机用金属线将该金属箔片的表面与阴极引线框架接合起来。
在钮扣型蓄电部件中，可以用绝缘性密封环来密闭接合金属容器的下底部与上盖部，并在该金属容器内放入前述蓄电元件。
也可以在用树脂被覆前述蓄电元件的表面后，插入到有底筒状铝壳中，并通过挤压加工，用橡胶封堵开口部，然后进行老化，从而形成蓄电部件。此外，也可以适当地改善封口部件的物理性能，从而提高密封力。对于封口部件而言，也可以形成由包括第一层与第二层的双层结构形成的封口部件，其中，第一层由配置于蓄电元件侧的、不透过或难以透过氢气的材料来构成，第二层由配置于电解电容器的外侧、具有弹性的、且比前述第一层更易于透过氢气的材料来构成。在将蓄电元件收容于壳体内时，也可以在壳体外周面上形成按压沟，使得从其上下来夹持该封口部件的第一层，然后对开口部进行封口。此外，蓄电元件也可以构成为：将第一壳体收容于第二壳体内，并用橡胶等弹性部件来封闭第二壳体的开口部，并使前述蓄电元件的引线端子贯穿前述弹性封口部件，向外部引出。
本发明的蓄电元件也可以构成为：使由固体电解质及夹持该固体电解质而形成的二个金属电极构成的蓄电元件至少层叠二个以上，并用绝缘性外装树脂被覆前述蓄电元件的层叠体，使得与成为前述蓄电元件的阳极的电极层相连接的阳极端子、以及通过导电性粘结剂来与成为阴极的电极层相连接的阴极端子的一部分在外表面露出来。通过使比如环氧树脂等热固性树脂热固化，可以将前述外装树脂用作外装壳体。对于层叠型蓄电部件而言，最好实施下列加工：对引线框架进行倒角，即将棱角的一部分稍稍削平，或者切削成圆角，使得能够缓和棱角部附近的元件的应力集中。层叠型蓄电部件也可以形成为：使外装树脂外侧的引线框架沿着外装树脂来弯折，作为外部引线。对于外装树脂而言，也可以对与阳极导出线侧的阳极导出面相对的面进行磨削。
在前述蓄电元件上形成外装时，也可以采用下列结构：充填树脂，利用模具在阴极导出部形成角锥或圆锥状的外装树脂部，然后折断并除去该外装树脂部，露出前述蓄电元件的电极。
作为外装树脂的形成方法，一般可以使用环氧树脂系热固性树脂，通过浸渍成形(引线式)或模塑成形(片式)来形成。
对于前述蓄电元件而言，也可以用树脂来被覆侧面，在固体电解质层比电极更突出的场合下，可以用热塑性树脂来掩埋该突出部分。为了提高角部及棱线部等的耐电压性，也可以在本发明的蓄电元件的固体电解质层上壁厚较薄的部分的表面设置绝缘性树脂层。
在前述蓄电部件的结构中，可以在金属电极上连接电极端子。作为使前述电极端子与前述金属电极连接的方法，可以举出以下代表性方法：即，使用含有碳浆及/或银浆的导电性粘接剂进行连接，使得能够导电。此外，在连接前述电极端子时，也可以通过碳浆、银浆或金属部件来连接前述金属层和前述电极端子。对于前述蓄电部件而言，可以通过下列方法进行端子/电极的电位差控制及因电位差电流而引起的电化学反应控制：即、在前述金属电极的表面设置被覆层、在前述电极端子(电极接头(tab)部)上设置电化学氧化皮膜层、或者在铝等金属制电极端子的表面设置规定的陶瓷或绝缘性树脂层(环氧树脂、聚酰胺、聚酰亚胺、聚乙烯或聚丙烯等)。此外，也可以利用聚吡咯、苯乙烯砜酸等特定的有机化合物与溶剂的混合物来处理前述电极端子，由此降低漏电流。还可以不设置电极端子，而贴合铜等金属箔，形成集电部，并使该集电部与引线相接。前述电极端子，最好具备耐弯曲疲劳强度。前述电极端子既可以是线状的，也可以是平坦型的。为了防止漏电流，对于前述氧化被膜层而言，最好降低氧化皮膜中的杂质(皮膜缺陷)。对于要求能耐器件安装的端子强度等机械强度的用途，可以使用镍系金属(42合金等)。前述电极端子也可以形成为：阳极端子采用具有V形沟的大致V形块形状，能与前述阳极棒从与其轴线正交的方向相配合。
也可以使用蓄电元件用接头(tab)端子，该蓄电元件用接头端子由下列部分组成：用于安装前述蓄电元件的平坦部、与该平坦部连接的圆棒部、通过焊接部固定到该圆棒部上的引出线。
在前述蓄电部件中，也可以在金属电极上进一步设置金属箔，并设置引出电极部。也可以对前述引出电极部进行捆扎，形成重叠部，并连接该重叠部及引线部。也可以在金属表面上，层叠通过蚀刻处理而使表面粗糙化了的金属箔表面。
也可以在前述金属电极的一端形成电极引脚。前述金属电极的竖立端可以形成为：由屋顶状隆起的曲面或连接面构成。前述电极引脚竖立端，可以是从角锥状、圆锥状、穹顶状、半圆锥状、人字状及四坡顶状中选出的屋顶状隆起形状，在该屋顶状的顶部或棱部上竖立前述电极引脚。如果在所竖立的电极引脚或电极引线上，设置固定电解质爬升防止片，则可以使前述爬升防止片穿过电极引脚或电极引线，使得爬升防止片的突出部与蓄电元件表面抵接。
也可以使阳极端子的L形脚部的一端向该L形外侧进一步弯折，并与阳极引脚相焊接，从而使阳极端子的L形脚部的内侧面与外装树脂层紧密接合。
在前述蓄电部件是片式的场合下，可以在前述电极端子或与前述叠层部相连接的引线上焊接外部阳极端子，并通过使用了环氧树脂的传递模塑(transfer mold)法来实施外装，然后使阳、阴两外部端子从外装树脂突出来的部分沿着外装树脂进行弯折，并修整成形，形成片式蓄电部件。阴极的电极端子的一部分从外部露出的外装树脂层的阴极导出面，也可以先形成表面导电体层，接着实施高温下的电压施加处理(老化处理)与高温气氛下的热处理的任意一者或双者，然后除去前述表面导电体层。
在本发明的蓄电部件中，也可以形成由在被覆蓄电元件的外装树脂表面上直接形成的金属层所构成的外部电极，而且使该外部电极与前述蓄电元件的阳极电极及阴极电极进行电连接。前述外部电极也可以形成为：在前述外装树脂的包含阳极导出线及/或阴极导出层的露出部的外部电极形成部，设置包含无电解电镀金属层的基层金属层。此外，为了进行外部电极或电极端子与导出线的连接，也可以对连接部实施无电解电镀。
对于前述外部阳极端子而言，也可以在竖立于阳极的阳极引线上，焊接外部阳极引线框架，然后对包含该焊接点的阳极引线导出面进行模塑，形成绝缘部件，接下来，切断从绝缘部件导出的外部阴极引线框架，并沿着绝缘部件进行弯折，形成外部阳极端子。
也可以使具有コ字形截面的阴极端子片与阴极引出层的底面及侧面相配合，且在除了阴极端子片之外的蓄电元件周面形成树脂外装体，并在前述树脂外装体上层叠阳极端子片，使之在阳极引线的引出侧与阴极端子片相对，由此来设置阴极端子及阳极端子。
对于使用了本发明的蓄电元件的蓄电部件而言，也可以在阳极引线上涂敷脱模剂，并在该阴极端子片的露出面上涂敷脱模剂，然后将蓄电元件浸渍于树脂液中，然后取出，使该树脂液干燥，在蓄电元件的侧面及包含台阶部的上面侧形成树脂外装体，接着在蓄电元件的上面侧安装在相对的侧缘具有一对凸缘的阳极端子片，使得其凸缘与台阶部相接合，然后，将该阳极端子片与阳极引线相接，并除去涂敷于阴极端子片及阳极引线上的脱模剂，从而在确保了通电性的状态下形成树脂外装。前述凸缘也可以具有コ形截面。
对于前述片式蓄电部件而言，也可以分别在阳极侧及阴极侧，形成蓄电部件底面的规定深度的阳极侧台阶部及阴极侧台阶部，并从蓄电元件的阴极侧侧面向阴极侧台阶部，安装形成为L形的阴极端子片，然后在阴极端子片上涂敷脱模剂，并将该蓄电元件浸渍于树脂液中，然后取出，使该树脂液干燥，在该蓄电元件的包含阳极侧台阶部的周面上形成树脂外装体，接着从阳极侧侧面向阳极侧台阶部，安装弯曲成L状的阳极端子片，从而设置该阳极端子片，由此获得该蓄电部件。也可以如下这样构成片式蓄电部件：在前述阳极外部电极层侧的前述阳极体的端面附近，形成使阳极浸渗了绝缘树脂的绝缘树脂浸渗部，并在前述绝缘树脂浸渗部的形成区域内，使前述阳极与前述阳极外部电极层电连接。
使用了本发明的蓄电元件的蓄电部件，也可以与蓄电元件的电极一体地设置阳极引出部，并且作为该阳极引出部，在实施了掩模用抗蚀剂膜的部分的延长部分上设置弯曲部及连接部，进而在阴极导电体层及设置了阳极引出部的连接部上，连接另外的橡胶端子。使用了本发明的蓄电元件的蓄电部件所用的阳极用引线，也可以是将引出面侧的棱线部分的一部分形成为R状的阳极引线。
在本发明的蓄电元件中，在用树脂形成外装的场合下，也可以在外装树脂的表面涂敷防湿性覆层材料。在构成本发明的蓄电部件的各部分中，也可以在不妨碍固体电解质及电极的湿润的情况下，涂敷防水树脂等防水性树脂。对于引线，也可以在引线的安装根部形成由绝缘物质等构成的保护层，从而防止短路现象或腐蚀。
在使用层叠多个蓄电元件而成的蓄电元件层叠体的场合下，也可以构成为：在外装件的一个侧面配备阴极层，而在另一个侧面配备阳极层。
在前述蓄电元件中，也可以用导电性高分子层来充分覆盖金属电极的边角部，从而防止短路。
在前述蓄电元件的金属电极上也可以还形成碳层，并在该碳层上涂敷银浆，形成多层化电极层。
在前述蓄电部件中，也可以进一步设置集电片。前述集电片，可以由白金、导电性异丁橡胶等导电性橡胶等形成，也可以通过喷镀铝、镍等金属来形成，还可以在前述电极层的单面设置金属网。
在前述蓄电部件中，在组装层叠型的蓄电部件时，可以使必要的耐电压单元与密封件或特氟隆(注册商标)间隔件(spacer)交替层叠，最后用端片(end plate)来夹持固定，由此形成密闭结构。此时，也可以将端片分成固定片和集电片，在固定片与集电片之间夹持柔性片，并用螺栓来固定上下的固定片，从而隔着柔性片从上下按压集电片及蓄电元件并密闭。
本发明的蓄电元件，为了易于浸渍于液体，也可以在电极各面中的至少一个面上设置至少一个凹部，使得该凹部至少不到达其它电极。
在将蓄电部件制成卷绕型的场合下，具有在铝等金属制壳体及合成树脂制壳体内收容蓄电元件并进行密闭的结构。比如，也可以将蓄电元件收容于由铝等构成的有底筒状外装壳体内，并在外装壳体与蓄电元件之间，充填固化时具有吸湿性的树脂，至少在蓄电元件的外周面形成树脂层。此外，如果前述蓄电元件在电解质中采用非水系有机溶剂，则在前述密闭结构中，残留空气量最好小于5％。另外，在前述蓄电部件中，通过使用由硬质部件与弹性部件组合而成的封口体，可以防止施加于引线的机械应力向内部传递，可以防止水分侵入内部。
也可以在金属壳体的主要部位设置薄壁部，并收容蓄电元件，充填电解液，并用绝缘套筒来覆盖该金属壳体，使得在薄壁部产生开口部从而有电解液渗出的场合下，绝缘套筒捕捉渗出电解液中的离子。
在前述蓄电部件中，在引线上也可以形成氧化皮膜。还可以在引线的接合部分形成防水性树脂等，防止引线上附着固体电解质。也可以在接合后的引线的根部形成环氧树脂等，增强引线根部，使得不受到应力影响，从而抑制氧化皮膜产生缺陷，进一步降低漏电流不良。
前述蓄电部件可以采用公知的结构，也可以适当地设置绝缘性垫片，还可以在封口后，在规定的温度下施加规定电压，由此进行公知的老化处理。
前述蓄电部件，也可以具有形成为梳状的铝引线框架的前端部分被弯曲了的多个正端子组。
本发明的蓄电元件也可以如下这样形成：将在固体电解质上使电极形成为网格状而获得的蓄电元件片按网格切断，得到蓄电元件，为了形成蓄电元件，使所得到的蓄电元件的电极与电极引线端子相接合。
对于本发明的蓄电元件而言，为了提高湿润性及浸渗性，也可以在固体电解质中所含有的溶液中，含有界面活性剂。
在本发明的蓄电元件被收容于绝缘容器内部的场合下，为大幅衰减传递给蓄电元件的机械振动、冲击，可以在蓄电元件之间，或者在蓄电元件与绝缘容器之间的空间内，塞满以凝胶状绝缘物及弹性体为代表的缓冲材料。
(蓄电元件的尺寸)
本发明的蓄电元件可以形成公知的尺寸，比如可以形成为7.3mm×4.3mm×2.0mm。比如，前述蓄电元件的纵向尺寸通常大于等于10mm，最好大于等于20mm，可以为25～50mm，同样，横向尺寸通常大于等于10mm，最好大于等于20mm，可以为25～50mm。此外，本发明的蓄电元件的壳体尺寸也可以形成为：例如10mmф×16mmL，ф8×5L，4ф×7L，5ф×2.8L或5ф×3L等圆筒形蓄电部件。
实施例
以下说明本发明的实施例及比较例，但本发明不限于此。
(电极-电解质结构体的制造例)
将干燥时的膜厚为160μm的膜状高分子电解质(氟树脂系离子交换树脂：全氟化羧酸树脂，商品名称“flemion”，旭硝子公司生产，离子交换容量为1.8meq/g)在20℃下，在作为膨润溶剂的甲醇中浸渍30分钟以上。测定膨润后的前述膜状高分子电解质的膜厚，并计算膨润后膜厚的增加量相对于干燥膜厚的比例[膨润度(％)]，将前述膜状高分子电解质浸渍到膨润溶剂内，使得膨润度达到50％。接下来，对膨润后的高分子电解质，分别反复实施六个循环的下列(1)～(3)的工序，获得形成有一对金属电极、即极化电极的高分子电解质。(1)吸附工序：在二氯邻二氮菲(dichlorophenathroline)金氯化物水溶液中浸渍12小时，使成形品内吸附二氯邻二氮菲金络合物，(2)还原工序：在含有亚硫酸钠的水溶液中，使所吸附的二氯邻二氮菲金络合物还原，在膜状高分子电解质表面形成金电极。此时，使水溶液的温度为60～80℃，逐渐添加亚硫酸钠，同时进行六个小时的二氯邻二氮菲金络合物的还原。接下来是(3)清洗工序：取出在表面形成了金电极的膜状高分子电解质，并在70℃的水中清洗1小时。
(实施例1)
将通过前述制造例获得的电极-电解质结构体，在双-(三氟甲基)磺酰亚胺锂(Li(CF3SO2)2N)的0.5mol/L水溶液中浸渍12小时，然后使该电极-电解质结构体进行120分钟的真空干燥。使干燥后的该电极-电解质结构体，在双-(三氟甲基)磺酰亚胺锂(Li(CF3SO2)2N)的1.0mol/L丙烯碳酸酯溶液中浸渍12小时。对于含有丙烯碳酸酯溶液的该电极-电解质结构体的一对极化电极而言，对各极化电极分别施加12小时电压，使得负极电压成为-5.0V，获得实施例1的蓄电元件。所获得的蓄电元件的负极变为黑色，而且电极-高分子电解质界面处具有锂与金的合金。实施例1的蓄电元件中所含有的离子种类是(CF3SO2)2N-及Li+。
(比较例1)
使通过前述制造例获得的电极-电解质结构体，在离子交换水中浸渍12小时，然后使该电极-电解质结构体进行120分钟的真空干燥。在HNO3的1.0mol/L水溶液中浸渍。对于含有HNO3水溶液的该电极-电解质结构体的一对极化电极而言，对各极化电极分别施加12小时电压，使得负极电压成为-5.0V，获得比较例1的蓄电元件。比较例1的蓄电元件中所含有的离子种类是H+及NO3 -。比较例1的蓄电元件是双电层电容器。
(比较例2)
使通过前述制造例获得的电极-电解质结构体，在(C2H5)4NBF4的0.5mol/L水溶液中浸渍12小时，然后使该电极-电解质结构体进行120分钟的真空干燥。接着，在(C2H5)4NBF4的1.0mol/L丙烯碳酸酯溶液中浸渍。对于含有(C2H5)4NBF4丙烯碳酸酯溶液的该电极-电解质结构体的一对极化电极而言，对各极化电极分别施加12小时电压，使得负极电压成为-5.0V，获得比较例2的蓄电元件。比较例2的蓄电元件中所含有的离子种类是(C2H5)4N-及BF4 +。比较例2的蓄电元件是双电层电容器。
                          [表1]
  实施例1  比较例1   比较例2
高分子电解质 离子种类   Li+、(CF3SO2)2N-  H+、NO3 -   BF4 +、(C2H5)4N-
  溶剂   PC  水   PC
  比电容(F/cm3)   20  10   8
[评价]
(比电容)
表1表示对实施例1、比较例1和比较例2而言，通过两电极的恒流放电法而获得的实测值。基于恒流放电法的比电容实测值，是使用商品名为“HJ-201B”(北斗电子公司生产)的产品，且基于前述标准号EIAJRC-2377测定的值。在利用该方法来测定静电电容的场合下，切断作为测定对象物的高分子电解质，获得膨润状态下10mm×10mm大小的蓄电元件。所获得的实施例1、比较例1和比较例2的蓄电元件，在干燥状态下的膜厚为160μm。表中的PC是丙烯碳酸酯的简称。
(结果)
本发明的蓄电元件、即实施例1中的蓄电元件，具有用恒流放电法测定的比电容高达20F/cm3这样大的比电容。这样在充电时，在负极因为电化学氧化还原反应而在负极界面形成作为极化电极的金属成分的金与锂的合金，作为含有锂离子的层；而在正极，因(CF3SO2)2N-而形成双电层。因此，可以认为作为比电容具有基于氧化还原反应的模拟电容与基于双电层的双电层电容相加后的值。可以认为实施例1的蓄电元件具有兼有双电层电容器和混合电容器的特征的混合电容器的功能。
而比较例1及比较例2的蓄电元件，由于不含锂离子，因而，即使对极化电极施加电压，在负极与高分子电解质的界面，也未发现形成合金等的变化。因此，在充电时，在正极及负极只形成双电层，与实施例1的蓄电元件不同，不发生二次电池机构那样的可逆性氧化还原反应。因此，比较例1及比较例2的蓄电元件的比电容，是由双电层电容获得的电容，小于等于实施例1的蓄电元件的1/2，是极小的值。
(工业可利用性)
本发明的蓄电元件的电容大于以往的电容器，而且电荷密度较高，由于可以节省空间及/或小型轻量化，因此可以适用于公知的双电层电容器的用途方面。尤其是，由于本发明的蓄电元件外形小、重量轻，因而可以适于用作便携机械设备的电源及大容量固定式电源用的蓄电元件。尤其可以适用于：下一代低公害车辆的驱动电源以及汽车电气安装件的电源、自然能发电的贮藏用及/或辅助用电源、可植入的医疗装置用电源、便携电子设备的存储器备用电源、可携带的钟表用电源、快速充电用蓄电池、数字相机用电源、电动玩具及可携带的家用电器电源。以下进一步详细地列举具体的用途。
由于本发明的蓄电元件具有外形小、重量轻的特性，因而能适用于便携用机械设备的电源，即使在需要大容量电源的场合下，也可以缩小占用空间，因而也适用于大容量固定式电源。尤其可以适用于：使用了本发明的蓄电元件的包括HEV、电动汽车及混合汽车的下一代低公害汽车或摩托车所用的电源或辅助电源、电动汽车等大功率型功率模块用电源、以便携电话为代表的信息通信设备的功率源、身价证卡等的纸电池、并用太阳能电池的太阳能发电能量贮藏系统、与电池配用的负载平衡电源。本发明的蓄电元件尤其可以用作具有燃料电池、电容器及电流输出型开关调节器的电动汽车用的电容器。另外，对于使用了本发明的蓄电元件的车载音响等汽车电气安装件的电源而言，由于本发明的蓄电元件重量轻，因而能提高车辆的燃料消耗费。以使用了本发明的蓄电元件的太阳光发电系统、风力发电系统、风力和太阳光混合发电系统、潮汐发电系统等为代表的自然能发电的贮藏用及/或辅助电源，能适于用作节省空间且大容量的电源。对于使用了本发明的蓄电元件的可植入式医疗装置而言，由于蓄电元件重量轻，因此可以减小对人体的重量负担，因而可以适于使用。使用了本发明的蓄电元件的移动式个人计算机及便携电话、计时器及电源用钟表功能等便携用电子设备的电源、存储器备用电源、摄像机的电源或辅助电源、便携终端、个人计算机、尤其是笔记本型个人计算机等的电源、防瞬间停电用电源、使用了本发明的蓄电元件的便携式钟表用电源、寿命及温度特性和高频特性良好的个人计算机的电源电路、使用了本发明的蓄电元件的快速充电用蓄电器、使用了本发明的蓄电元件的数字相机用电源、使用了本发明的蓄电元件的电动玩具、使用了本发明的蓄电元件的电动剃刀及电饭煲等可携带的家用电器电源也同样，由于其蓄电元件重量轻，因而便携性良好。
由于本发明的蓄电元件外形小、电容大，因而也能用于公知的双电层电容器用途之外的其它用途。具体而言，由于本发明的蓄电元件外形小、电容大，因而能适于用作：无停电电源装置、家用蓄电系统等室外设置设备、在电池与DC-DC转换器之间并联的汽车用电气安装设备的电源电路、开关调节器、电机控制调节器、计算机电子器件、用于电视接收机等的阴极射线管所用的回描变压器、音频放大器、电涌保护器、电阻点焊接器之类的电气装置、联合发电设备、家用发电装置、X射线摄影面板、高压进相用电容器(电力设备所用的电容器及油浸纸膜电容器)、用于破坏岩石等被破坏物的破坏装置、车辆淹没时的脱出装置、将X射线图像(潜像)作为图像信号予以获取的X射线摄影装置、无电池手表、使用了显示面板的显示装置、液晶显示装置、尤其是用于投影仪等的使用了矩阵液晶显示装置或阴极射线管的图像显示器、一次性相机、为防盗而贴在商品等上的共鸣标签、闪光灯或闪光装置、发光显示体的电源或辅助电源。
尤其是，由于本发明的蓄电元件具有大电容，因而能适于用作家电产品、工具或电动汽车中所组装(内置)的大功率动力源、受变电设备或配电设备的蓄积器件、能量转换/贮藏系统的辅助贮电单元。通过对本发明的蓄电元件进行层叠，也可以用于高电压用途。
本发明的蓄电元件，由外形小且电容大，因而可以减小所用装置的体积，所以可以适用于电动车辆驱动装置及转换器装置中所用的控制模块，尤其适用于小型且冷却效率良好的水冷式控制模块。由于具有前述性质，因而还可以适用于加速度传感器单元、用于测定排气及可燃气体的气体传感器及气体浓度控制器。此外，本发明的蓄电元件，可以以三端子的电化学器件这一形式来用作发热电阻式空气流量测定装置。
由于本发明的蓄电元件外形小、电容大，而且等效串联电阻小，因而可以适用于在半导体封装体的最上层搭载蓄电部件作为芯片部件的半导体封装体、在基板上装有蓄电元件的印刷电路板。在基板上装有前述蓄电元件的印刷电路板中，表面安装或内置安装有前述蓄电元件的印刷布线基板，适用于使用该印刷布线基板的电子设备的小型化、高功能化及低成本化。因此，由于前述蓄电元件外形小、电容大，而且等效串联电阻小，因而可以适用于存储器器件，尤其适用于DRAM(动态随机存取存储器)、MMIC(单片微波集成电路)、以及非易失性强电介质存储器元件。由于前述蓄电元件外形小、电容大，而且等效串联电阻小，因而可以适用于LCR内置电路板及噪声过滤器等过滤器电路、强电介质存储器、钙钛矿型强电介质、IC(集成电路)卡等的薄型半导体器件、使用了强电介质的FeRAM、有机EL元件的发光元件阵列、IC卡等的IC芯片、具有强电介质蓄电元件的半导体器件、进行功率转换的开关元件。
本发明的蓄电元件，可以应用于要求电气电子设备的电源平滑用、噪声除去用及高频下的ESR值的领域。由于前述蓄电元件具有抑制作为变频器及转换器所产生的噪声成分的高频的作用，因而还用作噪声过滤器。这样，由于前述蓄电元件易于小型化，电容大，而且等效串联电阻小，因而可以减小所用装置的体积，且可以用作噪声过滤器，因而能适于用作等离子体电位测定装置，通过设置LC串联谐振电路，还可以用作触觉传感器。此外，由于具有前述性质，因而还可以用作：利用电光学效应(普克耳斯效应)来测定电压的光电压传感器、光转换型计量用变压器、高频无线设备、卫星广播接收设备及无线LAN等、所处理的信号频率大致为400MHz～20GHz(UHF～SHF范围)的高频设备中的阻抗匹配天线及取向性天线等所涉及的阻抗匹配器、便携电话等移动体通信设备所用的滤波器部件及电视信号接收用调谐器。
将可弯折的金属片与电极层相接合而连接该金属片，或使用银浆来直接接合，由此，可以使本发明的蓄电元件与下列部件实质上实现一体化：家电产品、装置、设备、计量装置或包括电动汽车在内的汽车或摩托车的壳体、箱体、底盘、底座、车体、隔板、支柱、顶盖或外壳。由于前述蓄电元件外形小，电容大，而且节省空间，因而与本发明的蓄电元件实质上一体化了的壳体、箱体、底座、隔板、顶盖及外壳可以用作：电动汽车、电动自行车、电动轮椅、电动步行器、电动小型摩托、电动跑步机、电动高尔夫车的底盘、底座或车体、笔记本型个人计算机、掌上电脑、便携电话或电动工具的封装外壳、或者利用太阳能来发电的路灯的支柱。
本发明的蓄电元件除了用作电源之外，还可以用于：发电厂等的锅炉给水、半导体制造工序、燃料电池发电等所用纯水的制造、冷却塔用水的制造及循环使用、各种排水的回收所用的脱盐装置。利用前述蓄电元件能够得到以下这样的脱盐装置：可以除去原水中的各种离子，并且除去氧化硅，从而获得脱盐水或纯水，即使在原水的起源或性质发生了变化的场合下，也可以不改变其前处理地制出水质稳定的脱盐水或纯水，并由此能稳定地制出二次纯水(超纯水)。
本发明的蓄电元件，可以用于适用于显示器的电化学元件。具体而言，形成由发光元件、电流控制用晶体管、以及前述蓄电元件构成且将单位像素配置成矩阵状的有源矩阵型发光元件阵列，并将本发明的蓄电元件用于显示器，由此能应用本发明的蓄电元件。上述发光元件包括基板、设置于前述基板上的一对梳形电极、与前述梳形电极相接设置且含有发光性物质及电解质的发光层。

Claims (15)

1.一种具有高分子电解质及极化电极的蓄电元件，其特征在于：
前述极化电极具有与前述高分子电解质的界面，
前述极化电极是金属电极，
前述极化电极的负极电极，在与前述高分子电解质的界面具有与该负极电极所含有的金属成分形成的锂合金，
前述锂合金是可通过可逆性电化学氧化还原反应来释放锂离子的合金。
2.根据权利要求1所述的蓄电元件，其中，
成为负极的金属电极的金属成分，是包含从由金、铅、锡和锌组成的组中选出的一种或一种以上的金属的金属电极。
3.根据权利要求1所述的蓄电元件，其中，
成为负极的金属电极是金电极。
4.根据权利要求1所述的蓄电元件，其中，
正极由与成为负极的金属电极的金属成分相同的金属元素构成。
5.根据权利要求1所述的蓄电元件，其中，
前述锂合金，是通过在含有锂离子的非水溶液中对金属电极施加负电压而产生的锂合金。
6.根据权利要求1所述的蓄电元件，其中，
前述高分子电解质是离子交换树脂。
7.根据权利要求1所述的蓄电元件，其中，
前述蓄电元件是电极接合体。
8.根据权利要求1所述的蓄电元件，其中，
前述蓄电元件的比电容大于等于20F/cm3。
9.一种蓄电元件的制造方法，包括：
结构体形成工序，利用无电解电镀法获得在高分子电解质上形成了极化电极的电极-电解质结构体；以及
层形成工序，在通过结构体形成工序获得的该电极-电解质结构体含有包含锂离子的溶液的状态下，对该极化电极施加电压，在该极化电极的负极，形成含有该极化电极的金属成分及锂的层。
10.根据权利要求9所述的蓄电元件的制造方法，其特征在于：
作为前述层形成工序的前道工序，或者与前述层形成工序同时进行使前述电极-电解质结构体的高分子电界质含有包含锂离子的溶液。
11.根据权利要求9所述的蓄电元件的制造方法，其中，
前述高分子电解质是离子交换树脂膜，前述无电解电镀法包括：
使离子交换树脂吸附金属络合物的吸附工序；以及
使通过吸附工序吸附了金属络合物的离子交换树脂与还原剂溶液相接触，析出金属的还原工序。
12.根据权利要求9所述的蓄电元件的制造方法，其中，
前述金属络合物含有从由金、铅、锡和锌组成的组中选出的一种或一种以上的金属。
13.一种具有高分子电解质及极化电极的蓄电元件，该蓄电元件是如下获得的：
在对高分子电解质实施无电解电镀法而获得形成了极化电极的电极-电解质结构体之后，在该电极-电解质结构体含有包含锂离子的溶液的状态下，对该极化电极施加电压，由此在该极化电极的负极形成该极化电极的金属成分与锂相结合了的层。
14.根据权利要求13所述的蓄电元件，其中，
前述高分子电解质是离子交换树脂膜，前述无电解电镀法包括：
使离子交换树脂吸附金属络合物的吸附工序；以及
使通过吸附工序吸附了金属络合物的离子交换树脂与还原剂溶液相接触，析出金属的还原工序。
15.根据权利要求13所述的蓄电元件，其中，
前述金属成分含有从由金、铅、锡和锌组成的组中选出的一种或一种以上的金属。
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