JP2015170737A - リチウムイオンキャパシタ、蓄電装置、及びショベル - Google Patents

Abstract

【課題】低温環境下での特性の低下を抑制することが可能なリチウムイオンキャパシタを提供する。
【解決手段】リチウムイオンキャパシタが、正極１０、負極２０、両者の間に配置されたセパレータ４０を含む。正極１０は、正極集電体１１に正極活物質を含む正極活物質層１２を形成した構造を有する。負極２０は、負極集電体２１に負極活物質を含む負極活物質層２２を形成した構造を有する。正極１０及び負極２０に電解液が接触する。正極活物質層１２と負極活物質層２２との質量の合計に対する負極活物質層２２の質量の比が０．６７以上である。
【選択図】図１

Description

本発明は、リチウムイオンキャパシタ、このリチウムイオンキャパシタを含む蓄電装置、及びこの蓄電装置を搭載したショベルに関する。

エネルギ密度の高い蓄電装置として、リチウムイオンキャパシタが注目されている。下記の特許文献１及び２に、正極活物質の質量と負極活物質の質量との比を最適化することにより、内部抵抗を低減させたリチウムイオンキャパシタが開示されている。

特許第４７５１１９９号公報 特開２０１２−１９５５６３号公報

リチウムイオンキャパシタは、低温環境下では内部抵抗が上昇する。このため、寒冷地で使用するショベル等にリチウムイオンキャパシタを搭載すると、作業前に数十分の暖機運転を行う必要がある。

本発明の目的は、低温環境下での特性の低下を抑制することが可能なリチウムイオンキャパシタを提供することである。本発明の他の目的は、このリチウムイオンキャパシタを含む蓄電装置を提供することである。本発明のさらに他の目的は、この蓄電装置を搭載したショベルを提供することである。

本発明の一観点によると、
正極集電体に正極活物質を含む正極活物質層を形成した少なくとも１枚の正極と、
負極集電体に負極活物質を含む負極活物質層を形成した少なくとも１枚の負極と、
前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、
前記正極及び前記負極に接触する電解液と
を有し、前記正極活物質層と前記負極活物質層との質量の合計に対する前記負極活物質層の質量の比が０．６７以上であるリチウムイオンキャパシタが提供される。

本発明の他の観点によると、
厚さ方向に積み重ねられた複数の板状のリチウムイオンキャパシタと、
前記リチウムイオンキャパシタの積層体に、積み重ね方向の圧縮力を印加する加圧機構と、
前記リチウムイオンキャパシタ及び前記加圧機構を収容する筐体と
を有し、
前記リチウムイオンキャパシタの各々は、上述の構成を有する蓄電装置が提供される。

本発明のさらに他の観点によると、
下部走行体と、
前記下部走行体に対して旋回可能に搭載された上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられたブーム、アームを含むアタッチメントと、
前記上部旋回体を旋回させる電動機と、
前記電動機に電力を供給する蓄電装置と
を有し、
前記蓄電装置は、上述の構成を有するショベルが提供される。

正極活物質層と負極活物質層との質量の合計に対する負極活物質層の質量の比を０．６７以上にすると、低温環境下におけるインピーダンス特性の劣化を抑制することができる。

図１Ａは、実施例によるリチウムイオンキャパシタの平面図であり、図１Ｂは、図１Ａの一点鎖線１Ｂ−１Ｂにおける断面図である。 図２は、リチウムイオンキャパシタの静電容量Ｃと、正極活物質層及び負極活物質層の質量Ｗｃ、Ｗａとの関係を示すグラフである。 図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ温度３０℃及び０℃のときのリチウムイオンキャパシタの交流インピーダンス特性を示すグラフである。 図４Ａ及び図４Ｂは、インピーダンス特性を評価するために作製した実施例によるリチウムイオンキャパシタの概略断面図である。 図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ負極活物質としてハードカーボンを使用した試料の抵抗及びリアクタンスの温度特性の測定結果を示すグラフである。 図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ負極活物質として黒鉛を使用した試料の抵抗及びリアクタンスの温度特性の測定結果を示すグラフである。 図７Ａは、他の実施例によるリチウムイオンキャパシタの平面図であり、図７Ｂは、図７Ａの一点鎖線７Ｂ−７Ｂにおける断面図である。 図８Ａ〜図８Ｃは、電極積層体の三種類の構成例の断面図である。 図９Ａ及び図９Ｂは、それぞれ実施例による蓄電装置の蓋及び下部筐体の斜視図である。 図１０は、実施例による蓄電装置の下部筐体、及び下部筐体に搭載される部品の平面図である。 図１１Ａは、実施例による蓄電装置の蓄電モジュールの平面図であり、図１１Ｂは、図１１Ａの一点鎖線１１Ｂ−１１Ｂにおける断面図である。 図１２は、実施例による蓄電装置が搭載されるショベルの側面図である。 図１３は、実施例による蓄電装置が搭載されるショベルのブロック図である。

図１Ａに、実施例によるリチウムイオンキャパシタの平面図を示す。図１Ｂに、図１Ａの一点鎖線１Ｂ−１Ｂにおける断面図を示す。参照極３０、セパレータ４０、負極（アノード）２０、セパレータ４０、正極（カソード）１０、セパレータ４０、及び参照極３０が順番に重ねられて、電極積層体４２が構成されている。電極積層体４２が、ラミネートフィルム等からなるセル容器５０に収容されている。セル容器５０内に電解液が充填されている。電解液はセパレータ４０に含浸され、正極１０及び負極２０に接触する。

正極１０は、正極集電体１１及び正極活物質層１２を含む。負極２０は、負極集電体２１及び負極活物質層２２を含む。参照極３０は、参照極集電体３１及びリチウム箔３２を含む。正極集電体１１から正極タブ１５がセル容器５０の外側まで延びる。負極集電体２１から負極タブ２５がセル容器５０の外側まで延びる。参照極集電体３１から参照極タブ３５がセル容器５０の外側まで延びる。

次に、リチウムイオンキャパシタの製造方法について説明する。エッチングにより粗面
化した厚さ約３０μｍのアルミニウム箔に、正極活物質、導電助剤、バインダ、及び増粘剤からなるスラリを塗布する。正極活物質として、例えば活性炭が用いられる。アルミニウム箔にスラリを塗布した後、減圧乾燥させる。減圧乾燥によって、正極活物質を含む正極活物質層１２が形成される。正極活物質層１２が形成された部分が３０ｃｍ×３０ｃｍの正方形になるように、アルミニウム箔を裁断する。これにより、アルミニウム箔からなる正極集電体１１に正極活物質層１２が形成された正極１０が作製される。なお、裁断時に、正極活物質層１２が形成されていない領域のアルミニウム箔からなる正極タブ１５も同時に切り出される。

厚さ約１０〜１５μｍの電解銅箔に、負極活物質、導電助剤、バインダ、及び増粘剤からなるスラリを塗布する。負極活物質として、例えば人造黒鉛、ハードカーボン等が用いられる。電解銅箔にスラリを塗布した後、減圧乾燥させる。減圧乾燥によって、負極活物質を含む負極活物質層２２が形成される。負極活物質層２２が形成された部分が３０ｃｍ×３０ｃｍの正方形になるように、電解銅箔を裁断する。これにより、電解銅箔からなる負極集電体２１に負極活物質層２２が形成された負極２０が作製される。なお、裁断時に、負極活物質層２２が形成されていない領域の電解銅箔からなる負極タブ２５も同時に切り出される。

銅箔からなる参照極集電体３１にリチウム箔３２を圧延接着する。この銅箔を裁断することにより、参照極３０が作製される。なお、裁断時に、参照極タブ３５も同時に切り出される。

参照極３０の上に、セパレータ４０、負極２０、セパレータ４０、正極１０、セパレータ４０、及び参照極３０を積み重ねて電極積層体４２を形成する。このとき、正極１０の正極活物質層１２と、負極２０の負極活物質層２２とが相互に対向するように、正極１０と負極２０とを配置する。参照極３０は、リチウム箔３２が、負極２０または正極１０に対向するように配置される。セパレータ４０には、例えばセルロースで構成される不織布や微多孔質膜が用いられる。電極積層体４２をラミネートフィルムで挟み、周囲を熱溶着する。この段階で、周囲の一部分が開放されたセル容器５０が作製される。

セル容器５０内に電解液を注入した後、セル容器５０の開放部を封止する。電解液には、例えばリチウム塩を有機溶媒に溶解させたものが用いられる。リチウム塩として、例えばＬｉＰＦ_６が用いられる。有機溶媒として、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合液が用いられる。

次に、図２を参照して、正極活物質層１２及び負極活物質層２２の質量の一般的な決定方法について説明する。リチウムイオンキャパシタの静電容量は、正極容量と負極容量とを直列接続した等価回路で表される。正極容量は、正極活物質層１２の単位質量あたりの容量Ｃｃ（以下、正極単位容量という。）と、正極活物質層１２の質量Ｗｃとの積で表される。負極容量は、負極活物質層２２の単位質量あたりの容量Ｃａ（以下、負極単位容量という。）と、負極活物質層２２の質量Ｗａとの積で表される。従って、正極活物質層１２及び負極活物質層２２の単位質量あたりのリチウムイオンキャパシタの静電容量をＣで表すと、以下の式が成立する。
１／（Ｃ×（Ｗａ＋Ｗｃ））＝１／（Ｃａ×Ｗａ）＋１／（Ｃｃ×Ｗｃ）

図２に、リチウムイオンキャパシタの静電容量Ｃと、正極活物質層１２及び負極活物質層２２の質量Ｗｃ、Ｗａとの関係を示す。横軸は、正極活物質層１２の質量Ｗｃと負極活物質層２２の質量Ｗａとの合計に対する正極活物質層１２の質量Ｗｃの比を表す。縦軸は、正極活物質層１２の質量Ｗｃと負極活物質層２２の質量Ｗａとが等しく、かつ正極単位容量Ｃｃと負極単位容量Ｃａとが等しい場合の静電容量Ｃ_０を基準としたときの、リチウ
ムイオンキャパシタの規格化静電容量Ｃ／Ｃ_０を表す。正極単位容量Ｃｃと負極単位容量Ｃａとが等しい構造は、電気二重層キャパシタに相当する。リチウムイオンキャパシタにおいては、負極単位容量Ｃａが正極単位容量Ｃｃより大きい。

図２において、菱型、四角、三角、及び丸記号は、それぞれＣａ／Ｃｃ＝１、１０、２０、及び２００のときの規格化静電容量Ｃ／Ｃ_０を示す。電気二重層キャパシタにおいては、正極活物質層質量比Ｗｃ／（Ｗｃ＋Ｗａ）＝０．５のときに、規格化静電容量Ｃ／Ｃ_０が最大値１になる。リチウムイオンキャパシタにおいては、正極活物質層質量比Ｗｃ／（Ｗｃ＋Ｗａ）が０．７〜０．９の範囲で、大きな静電容量Ｃが得られることがわかる。

ところが、大きな静電容量Ｃを得るための正極活物質層質量比Ｗｃ／（Ｗｃ＋Ｗａ）の好適な範囲が、ショベル等の作業機械用の蓄電装置として適しているとはいえないことがわかった。以下、ショベル等の作業機械に搭載されるリチウムイオンキャパシタの正極活物質層質量比の好ましい範囲について説明する。

図３Ａ及び図３Ｂに、それぞれ温度３０℃及び０℃のときのリチウムイオンキャパシタの交流インピーダンス特性を示す。横軸は、インピーダンスの実部（抵抗）を単位「Ω」で表し、縦軸は、インピーダンスの虚部（リアクタンス）を単位「Ω」で表す。交流インピーダンスは、印加電圧の振幅を１０ｍＶとし、測定周波数を０．１Ｈｚ〜１ＭＨｚの範囲内で変化させて測定した。図３Ａ及び図３Ｂの細い実線は、正極１０と負極２０（図１Ｂ）との間のインピーダンス（セル全体のインピーダンス）を示し、破線は、正極１０と参照極３０（図１Ｂ）との間のインピーダンス（正極のインピーダンス）を示し、太い実線は、負極２０と参照極３０（図１Ｂ）との間のインピーダンス（負極のインピーダンス）を示す。いずれのグラフにおいても、原点から遠い方の端部が、測定周波数０．１Ｈｚのときのインピーダンスに相当し、原点に近い方の端部が、測定周波数１ＭＨｚのときのインピーダンスに相当する。

図３Ａ及び図３Ｂに示したように、温度３０℃においては、正極の抵抗が負極の抵抗より高い。ところが、温度が０℃に下がったとき、正極の抵抗は殆ど上昇しないが、負極の抵抗が大幅に増加することがわかる。低温環境下におけるリチウムイオンキャパシタのインピーダンス特性の低下は、負極の抵抗の上昇が原因であることがわかる。図３Ａ及び図３Ｂに示した評価結果から、リチウムイオンキャパシタの低温環境下における特性の劣化を抑制するためには、負極の抵抗増加を抑制すればよいと考えられる。

本願の発明者は、負極活物質を増量することにより、低温環境下における負極の抵抗増加を抑制できるのではないかと考えた。この仮説を確かめるために、負極活物質の質量を増加させた試料を作製し、インピーダンス特性を評価した。

図４Ａ及び図４Ｂに、評価用の試料の概略断面図を示す。以下、図１Ｂに示したリチウムイオンキャパシタとの相違点について説明する。図１Ｂに示したリチウムイオンキャパシタでは、負極集電体２１の片面のみに負極活物質層２２が形成されていた。

図４Ａに示した試料では、負極集電体２１の両面に負極活物質層２２が形成されている。負極活物質層２２の各々の質量は、図１Ｂに示した負極活物質層２２の質量と同一である。このため、図４Ａに示した試料の負極活物質層２２の質量は、図１Ｂに示したリチウムイオンキャパシタの負極活物質層２２の質量の２倍になる。

図４Ｂに示した試料では、負極集電体２１の両面に負極活物質層２２が形成された負極２０が２枚配置されている。このため、図４Ｂに示した試料の負極活物質層２２の質量は、図１Ｂに示したリチウムイオンキャパシタの負極活物質層２２の質量の４倍になる。一
方の負極集電体２１が他方の負極集電体２１に溶接されている。一方の負極集電体２１のみがセル容器５０の外側まで導出されている。

図５Ａ及び図５Ｂに、それぞれ、負極活物質としてハードカーボンを使用した試料の抵抗及びキャパシタンスの温度特性の測定結果を示す。図５Ａ及び図５Ｂの横軸は、温度を単位「℃」で表し、図５Ａの縦軸は抵抗を単位「Ω」で表し、図５Ｂの縦軸はキャパシタンスを単位「Ｆ」で表す。図中の四角、丸、及び三角記号は、それぞれ図１Ｂ、図４Ａ、及び図４Ｂに示した構造の試料に対応する。四角、丸、及び三角記号で示された試料の負極活物質層質量比Ｗａ／（Ｗｃ＋Ｗａ）は、それぞれ０．６６、０．８０、及び０．８９である。

抵抗及びキャパシタンスは、定電流低電圧充電と、定電流放電とを５回繰り返して測定された充放電特性から算出した。より具体的には、抵抗は、放電開始時における内部抵抗に起因する電圧降下量から算出した。キャパシタンスは、電圧の時間変化から求まる放電エネルギ量から算出した。

図５Ａに示すように、温度が低下するに従って、抵抗が大きくなる。温度が２０℃よりも低い領域において、各試料の抵抗の差が広がっている。負極活物質層質量比が大きい試料ほど、温度が低下したときの抵抗の上昇幅が小さいことがわかる。

図５Ｂに示すように、キャパシタンスは、温度変化の影響を受けにくく、３つの試料において、キャパシタンスに有意な差は見られない。

図５Ａ及び図５Ｂに示した評価結果から、低温におけるインピーダンス特性の劣化を抑制するために、負極活物質層質量比Ｗａ／（Ｗｃ＋Ｗａ）を、０．６７以上にすることが好ましく、０．８０以上にすることがより好ましいことが導かれる。また、負極活物質層質量比Ｗａ／（Ｗｃ＋Ｗａ）が０．８９以下の範囲において、低温時における良好なインピーダンス特性が得られることが確認された。

図６Ａ及び図６Ｂに、それぞれ、負極活物質として黒鉛を使用した試料の抵抗及びキャパシタンスの温度特性の測定結果を示す。図６Ａ及び図６Ｂの横軸は、温度を単位「℃」で表し、図６Ａの縦軸は抵抗を単位「Ω」で表し、図６Ｂの縦軸はキャパシタンスを単位「Ｆ」で表す。負極活物質として黒鉛を用いた試料においては、負極活物質層２２（図１Ｂ）の厚さを調整することにより、負極活物質層質量比Ｗａ／（Ｗｃ＋Ｗａ）を変化させた。図中の三角、四角記号は、それぞれ負極活物質層質量比Ｗａ／（Ｗｃ＋Ｗａ）が０．４６、０．６７の試料に相当する。

図６Ａに示すように、負極活物質に黒鉛を用いた場合においても、負極活物質層の質量が大きい試料ほど、低温における抵抗が低いことがわかる。また、キャパシタンスには、２つの試料に有意な差は見られない。負極活物質に黒鉛を用いる場合にも、負極活物質層質量比Ｗａ／（Ｗｃ＋Ｗａ）を、０．６７以上にすることにより、低温時における抵抗の増大を抑制できると考えられる。

図２に示したグラフから、負極活物質層質量比Ｗａ／（Ｗｃ＋Ｗａ）を０．６７以上、すなわちＷｃ／（Ｗｃ＋Ｗａ）を０．３３以下にすると、規格化静電容量Ｃが１よりも小さくなってしまう。このように、負極活物質層質量比Ｗａ／（Ｗｃ＋Ｗａ）を０．６７以上にすることは、活性物質の単位質量あたりの静電容量の点では、有利な効果は得られない。ただし、低温における抵抗の増大を抑制することが望まれる用途には、負極活物質層質量比を上述の範囲とする十分な効果が得られる。例えば、寒冷地で稼働するショベル等に、上述の負極活物質層質量比を持つリチウムイオンキャパシタを採用することにより、
暖機運転の時間を短縮し、稼働効率を高めることができる。

図７Ａに、他の実施例によるリチウムイオンキャパシタの平面図を示す。ほぼ長方形の平面形状を有するセル容器５０の、相互に反対側の２つの縁から、それぞれ正極タブ１５及び負極タブ２５が引き出されている。

図７Ｂに、図７Ａの一点鎖線７Ｂ−７Ｂにおける断面図を示す。２枚のラミネートフィルム５０Ａ、５０Ｂによりセル容器５０が構成されている。ラミネートフィルム５０Ａ、５０Ｂは、電極積層体４２を挟み、電極積層体４２を密封する。電極積層体４２は、交互に積層された正極１０及び負極２０を含む。正極１０と負極２０とは、両者の間に配置されたセパレータ４０によって絶縁されている。電極積層体４２の詳細な構造については、後に、図８Ａ〜図８Ｃを参照して説明する。

一方のラミネートフィルム５０Ｂは、ほぼ平坦であり、他方のラミネートフィルム５０Ａは、電極積層体４２の形状を反映して変形している。

正極１０及び負極２０は、それぞれ両者の重なり領域から、相互に反対向き（図７Ａにおいて、左向き及び右向き）に延びた接続部１０Ａ、２０Ａを有する。複数の正極１０の接続部１０Ａが重ね合わされ、正極タブ１５に溶接されている。複数の負極２０の接続部２０Ａが重ね合わされ、負極タブ２５に溶接されている。正極タブ１５及び負極タブ２５には、例えばアルミニウム板または銅板が用いられる。

正極タブ１５及び負極タブ２５は、ラミネートフィルム５０Ａとラミネートフィルム５０Ｂとの間を通って、セル容器５０の外側まで導出されている。正極タブ１５及び負極タブ２５は、導出箇所において、ラミネートフィルム５０Ａとラミネートフィルム５０Ｂとに熱溶着されている。

正極１０の接続部１０Ａと、ラミネートフィルム５０Ａとの間に、ガス抜き弁２６が配置されている。ガス抜き弁２６は、ラミネートフィルム５０Ａに形成されたガス抜き孔２７を塞ぐように配置され、ラミネートフィルム５０Ａに熱溶着されている。セル容器５０内で発生したガスが、ガス抜き弁２６及びガス抜き孔２７を通って外部に排出される。セル容器５０内は真空排気されている。このため、ラミネートフィルム５０Ａ、５０Ｂは、大気圧により、電極積層体４２及びガス抜き弁２６の外形に沿うように、変形している。

図８Ａ〜図８Ｃに、それぞれ電極積層体４２の三種類の構成例の断面図を示す。図８Ａに示した構成例では、正極集電体１１の片面にのみ正極活物質層１２が形成されており、負極集電体２１の両面に、負極活物質層２２が形成されている。これにより、負極活物質層２２の質量と正極活物質層１２の質量とを調整している。

図８Ｂに示した構成例では、正極集電体１１の両面に正極活物質層１２が形成されており、負極集電体２１の両面に、負極活物質層２２が形成されている。負極活物質層２２が正極活物質層１２よりも厚い。このように、正極活物質層１２と負極活物質層２２との厚さを調整することにより、負極活物質層２２の質量と正極活物質層１２の質量とが調整される。

図８Ｃに示した構成例では、正極活物質層１２と負極活物質層２２とが、ほぼ等しい厚さを諷する。１枚の正極１０に対して、２枚の負極２０が配置されている。具体的には、正極１０の間に、２枚の負極２０が配置されている。なお、１枚の正極１０に対して、３枚以上の負極２０を配置してもよい。このように、負極２０の枚数を調整することにより、負極活物質層２２の質量と正極活物質層１２の質量とが調整される。

図８Ａ〜図８Ｃのいずれの構成例においても、負極活物質層質量比Ｗａ／（Ｗｃ＋Ｗａ）が、０．６７以上、より好ましくは０．８以上に調整されている。さらに、負極活物質層質量比Ｗａ／（Ｗｃ＋Ｗａ）が０．８９以下に調整されている。

図９Ａ及び図９Ｂに、それぞれ他の実施例による蓄電装置の蓋６０及び下部筐体７０の斜視図を示す。図９Ｂに示すように、下部筐体７０が、底面７１及び側面７２を含み、上方に開口部が設けられている。側面７２は、底面７１の外周線の全域に亘って配置されている。図９Ａに示した蓋６０が、下部筐体７０の開口部を塞ぐ。

底面７１の上に、２つの蓄電モジュール７３が搭載されている。底面７１に平行な面をｘｙ面とし、底面７１の法線方向をｚ方向とするｘｙｚ直交座標系を定義する。２つの蓄電モジュール７３が隔てられた方向をｘ方向とする。蓄電モジュール７３の各々は、ｙ方向に積み重ねられた複数の蓄電セルを含み、電気エネルギの充放電を行う。蓄電セルの各々には、図７Ａ〜図７Ｂ、図８Ａ〜図８Ｃに示したいずれかの実施例によるリチウムイオンキャパシタが用いられる。蓄電モジュール７３の詳細な構成については、後に、図１１Ａ及び図１１Ｂを参照して説明する。

ｙ方向に垂直な１つの側面７２にコネクタボックス７９が設けられている。コネクタボックス７９内の空間と、下部筐体７０内の空間とは、開口７８を介して連通している。コネクタボックス７９の上方の開口部は、コネクタ端子が配置されるコネクタ板で塞がれる。

底面７１に、剛性を増すための第１のリブ７５、第２のリブ７６、及び第３のリブ７７が形成されている。第１のリブ７５は、２つの蓄電モジュール７３の間に配置され、ｘ方向と交差する方向（ｙ方向）に伸びる。第１のリブ７５の一方の端部は、コネクタボックス７９が設けられている側面７２とは反対側の側面７２に連続している。

第２のリブ７６は、第１のリブ７５に連続し、ｘ方向に伸びる。第１のリブ７５は、第２のリブ７６の中央に接続されている。第３のリブ７７は、第２のリブ７６の両端からｙ方向に伸び、コネクタボックス７９が設けられている側面７２まで達する。開口７８は、２本の第３のリブ７７が側面７２に接続されている箇所の間に形成されている。

底面７１を基準として、第１のリブ７５、第２のリブ７６、及び第３のリブ７７は、側面７２よりも低い。下部筐体７０の開口部を蓋６０で塞いだ状態で、第１のリブ７５と蓋６０との間、第２のリブ７６と蓋６０との間、及び第３のリブ７７と蓋６０との間に隙間が形成される。

底面７１、側面７２、第１のリブ７５、第２のリブ７６、第３のリブ７７、及びコネクタボックス７９は、鋳造法により一体成型される。材料として、例えばアルミニウムが用いられる。

図１０に、下部筐体７０、及び下部筐体７０に搭載されている部品の平面図を示す。２つの蓄電モジュール７３が、ｘ方向に離れて搭載されている。第１のリブ７５が、２つの蓄電モジュール７３が搭載された領域の間をｙ方向に通過する。第１のリブ７５の一方の端部は、側面７２に連続する。第１のリブ７５の他方の端部は、ｙ方向に関して蓄電モジュール７３の端部よりも外側に位置する。この端部から、第２のリブ７６がｘ方向に伸びる。第２のリブ７６は、ｘ方向に関して、蓄電モジュール７３の各々と部分的に重なる。第２のリブ７６の両端から、第３のリブ７７がｙ方向に伸び、コネクタボックス７９が設けられた側面７２に達する。

第２のリブ７６、第３のリブ７７、及びコネクタボックス７９で囲まれた領域に、一対の中継部材８２が配置されている。コネクタボックス７９内にリレー回路８３が配置されている。すなわち、リレー回路８３は、蓄電モジュール７３に対してｙ方向に離れた位置に搭載されている。

蓄電モジュール７３の各々は、ｙ方向の両端に、それぞれ端子８１を有する。端子８１を通して、蓄電モジュール７３の充放電が行われる。コネクタボックス７９から遠い方の端子８１同士が、ヒューズ、安全スイッチ等を含む電気回路部品８４を介して、相互に電気的に接続されている。

コネクタボックス７９に近い方の端子８１は、それぞれバスバー８５により、中継部材８２に電気的に接続される。バスバー８５は、第２のリブ７６と交差する。中継部材８２は、バスバー８６によりリレー回路８３に接続される。バスバー８６は、開口７８（図１Ｂ）を通過する。

図１１Ａに、蓄電モジュール７３の平面図を示す。板状の蓄電セル９０と伝熱板９１とが交互に厚さ方向（ｙ方向）に積み重ねられている。なお、複数枚、例えば２枚の蓄電セル９０に対して１枚の伝熱板９１を配置してもよい。蓄電セル９０の各々から、一対の電極タブ９２が引き出されている。一対の電極タブ９２は、ｘ方向に、かつ相互に反対向きに引き出されている。相互に隣り合う蓄電セル９０の電極タブ９２同士を接続することにより、複数の蓄電セル９０が直列接続されている。両端の蓄電セル９０の電極タブ９２が、それぞれ蓄電モジュール７３の２つの端子８１に接続される。

加圧機構９６が、蓄電セル９０と伝熱板９１とが積み重ねられた積層構造に、積層方向の圧縮力を印加する。加圧機構９６は、積層構造の両端に配置された加圧板９３、及び一方の加圧板９３から他方の加圧板９３まで達する複数のタイロッド９４を含む。ナットでタイロッド９４を締め付けることにより、蓄電セル９０と伝熱板９１との積層構造に、積層方向の圧縮力を印加することができる。

図１１Ｂに、図１１Ａの一点鎖線１１Ｂ−１１Ｂにおける断面図を示す。加圧板９３が、下部筐体７０の底面７１にねじ止めされている。伝熱板９１の下端が底面７１に接触し、上端が蓋６０に接触する。蓋６０は下部筐体７０にボルト等で締め付けて固定されており、伝熱板９１に、ｚ方向の圧縮力が印加されている。この圧縮力により、蓄電モジュール７３が下部筐体７０（図９Ｂ）と蓋６０（図９Ａ）とからなる筐体内に強固に、かつ摺動不能に固定される。

底面７１内に冷却媒体用の流路９５が形成され、蓋６０内にも冷却媒体用の流路６５が形成されている。流路９５、６５に冷却媒体、例えば冷却水を流通させることにより、伝熱板９１を介して蓄電セル９０を冷却することができる。

図１２に、実施例による蓄電装置が搭載されたショベルの側面図を示す。下部走行体１００に、上部旋回体１０１が旋回可能に搭載されている。上部旋回体１０１にブーム１０３、アーム１０５、及びバケット１０７を含むアタッチメントが連結されている。ブームシリンダ１０４の伸縮により、ブーム１０３の姿勢が変化する。アームシリンダ１０６の伸縮により、アーム１０５の姿勢が変化する。バケットシリンダ１０８の伸縮により、バケット１０７の姿勢が変化する。ブームシリンダ１０４、アームシリンダ１０６、及びバケットシリンダ１０８は、油圧駆動される。ショベルの機体、具体的には上部旋回体１０１に、旋回電動機１０２、エンジン１１０、電動発電機１１１、蓄電装置１１５が搭載されている。

図１３に、ショベルのブロック図を示す。図１３において、機械的動力系を二重線で表し、高圧油圧ラインを太い実線で表し、電気制御系を細い実線で表し、パイロットラインを破線で表す。

エンジン１１０の駆動軸がトルク伝達機構１２１の入力軸に連結されている。エンジン１１０には、電気以外の燃料によって駆動力を発生するエンジン、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関が用いられる。

電動発電機１１１の駆動軸が、トルク伝達機構１２１の他の入力軸に連結されている。電動発電機１１１は、電動（アシスト）運転と、発電運転との双方の運転動作を行うことができる。トルク伝達機構１２１は、２つの入力軸と１つの出力軸とを有する。この出力軸に、メインポンプ１２２の駆動軸が連結されている。

メインポンプ１２２に加わる負荷が大きい場合には、電動発電機１１１がアシスト運転を行い、電動発電機１１１の駆動力がトルク伝達機構１２１を介してメインポンプ１２２に伝達される。これにより、エンジン１１０に加わる負荷が軽減される。一方、メインポンプ１２２に加わる負荷が小さい場合には、エンジン１１０の駆動力がトルク伝達機構１２１を介して電動発電機１１１に伝達されることにより、電動発電機１１１が発電運転される。

メインポンプ１２２は、高圧油圧ライン１２３を介して、コントロールバルブ１２４に油圧を供給する。コントロールバルブ１２４は、運転者からの指令により、油圧モータ１０９Ａ、１０９Ｂ、ブームシリンダ１０４、アームシリンダ１０６、及びバケットシリンダ１０８に油圧を分配する。油圧モータ１０９Ａ及び１０９Ｂは、それぞれ下部走行体１００（図１２）に備えられた左右の２本のクローラを駆動する。

電動発電機１１１がインバータ１１３Ａを介して蓄電回路１１２に接続されている。旋回電動機１０２がインバータ１１３Ｂを介して蓄電回路１１２に接続されている。インバータ１１３Ａ、１１３Ｂ、及び蓄電回路１１２は、制御装置１３５により制御される。

インバータ１１３Ａは、制御装置１３５からの指令に基づき、電動発電機１１１の運転制御を行う。電動発電機１１１のアシスト運転と発電運転との切り替えが、インバータ１１３Ａにより行われる。

電動発電機１１１がアシスト運転されている期間は、必要な電力が、蓄電回路１１２からインバータ１１３Ａを通して電動発電機１１１に供給される。電動発電機１１１が発電運転されている期間は、電動発電機１１１によって発電された電力が、インバータ１１３Ａを通して蓄電回路１１２に供給される。これにより、蓄電回路１１２内の蓄電装置１１５が充電される。蓄電回路１１２内の蓄電装置１１５には、図９Ａ〜図１１Ｂに示した実施例による蓄電装置が用いられる。

旋回電動機１０２は、インバータ１１３Ｂによって交流駆動され、力行動作及び回生動作の双方の運転を行うことができる。旋回電動機１０２の力行動作中は、蓄電回路１１２からインバータ１１３Ｂを介して旋回電動機１０２に電力が供給される。旋回電動機１０２が、減速機１３１を介して、上部旋回体１０１（図１２）を旋回させる。回生動作時には、上部旋回体１０１の回転運動が、減速機１３１を介して旋回電動機１０２に伝達されることにより、旋回電動機１０２が回生電力を発生する。発生した回生電力は、インバータ１１３Ｂを介して蓄電回路１１２に供給される。これにより、蓄電回路１１２内の蓄電装置１１５が充電される。

レゾルバ１３２が、旋回電動機１０２の回転軸の回転方向の位置を検出する。レゾルバ１３２の検出結果が、制御装置１３５に入力される。旋回電動機１０２の運転前と運転後における回転軸の回転方向の位置を検出することにより、旋回角度及び旋回方向が導出される。

メカニカルブレーキ１３３が、旋回電動機１０２の回転軸に連結されており、機械的な制動力を発生する。メカニカルブレーキ１３３の制動状態と解除状態とは、制御装置１３５からの制御を受け、電磁的スイッチにより切り替えられる。

パイロットポンプ１２５が、油圧操作系に必要なパイロット圧を発生する。発生したパイロット圧は、パイロットライン１２６を介して操作装置１２８に供給される。操作装置１２８は、レバーやペダルを含み、運転者によって操作される。操作装置１２８は、パイロットライン１２６から供給される１次側の油圧を、運転者の操作に応じて、２次側の油圧に変換する。２次側の油圧は、油圧ライン１２９を介してコントロールバルブ１２４に伝達されると共に、他の油圧ライン１３０を介して圧力センサ１２７に伝達される。

圧力センサ１２７で検出された圧力の検出結果が、制御装置１３５に入力される。これにより、制御装置１３５は、下部走行体１００、旋回電動機１０２、ブーム１０３、アーム１０５、及びバケット１０７（図１２）の操作の状況を検知することができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１０ 正極
１０Ａ 接続部
１１ 正極集電体
１２ 正極活物質
１５ 正極タブ
２０ 負極
２０Ａ 接続部
２１ 負極集電体
２２ 負極活物質
２５ 負極タブ
２６ ガス抜き弁
２７ ガス抜き孔
３０ 参照極
３１ 参照極集電体
３２ リチウム箔
３５ 参照極タブ
４０ セパレータ
４２ 電極積層体
５０ セル容器
５０Ａ、５０Ｂ ラミネートフィルム
６０ 蓋
７０ 下部筐体
７１ 底面
７２ 側面
７３ 蓄電モジュール
７５ 第１のリブ
７６ 第２のリブ
７７ 第３のリブ
７８ 開口
７９ コネクタボックス
８１ 端子
８２ 中継部材
８３ リレー回路
８４ 電気回路部品
８５、８６ バスバー
９０ 蓄電セル
９１ 伝熱板
９２ 電極タブ
９３ 加圧板
９４ タイロッド
９５ 流路
９６ 加圧機構
１００ 下部走行体
１０１ 上部旋回体
１０２ 旋回電動機
１０３ ブーム
１０４ ブームシリンダ
１０５ アーム
１０６ アームシリンダ
１０７ バケット
１０８ バケットシリンダ
１０９Ａ 油圧モータ
１０９Ｂ 油圧モータ
１１０ エンジン
１１１ 電動発電機
１１２ 蓄電回路
１１３Ａ インバータ
１１３Ｂ インバータ
１１５ 蓄電装置
１２１ トルク伝達機構
１２２ メインポンプ
１２３ 高圧油圧ライン
１２４ コントロールバルブ
１２５ パイロットポンプ
１２６ パイロットライン
１２７ 圧力センサ
１２８ 操作装置
１２９、１３０ 油圧ライン
１３１ 減速機
１３２ レゾルバ
１３３ メカニカルブレーキ
１３５ 制御装置

Claims (11)

1. 正極集電体に正極活物質を含む正極活物質層を形成した少なくとも１枚の正極と、
   負極集電体に負極活物質を含む負極活物質層を形成した少なくとも１枚の負極と、
   前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、
   前記正極及び前記負極に接触する電解液と
   を有し、前記正極活物質層と前記負極活物質層との質量の合計に対する前記負極活物質層の質量の比が０．６７以上であるリチウムイオンキャパシタ。
2. 前記正極活物質層と前記負極活物質層との質量の合計に対する前記負極活物質層の質量の比が０．８９以下である請求項１に記載のリチウムイオンキャパシタ。
3. 前記正極活物質は活性炭であり、前記負極活物質は、黒鉛またはハードカーボンである請求項１または２に記載のリチウムイオンキャパシタ。
4. 前記負極活物質層が前記正極活物質層よりも厚い請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリチウムイオンキャパシタ。
5. １枚の前記正極に対して、複数枚の前記負極が配置されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリチウムイオンキャパシタ。
6. 厚さ方向に積み重ねられた複数の板状のリチウムイオンキャパシタと、
   前記リチウムイオンキャパシタの積層体に、積み重ね方向の圧縮力を印加する加圧機構と、
   前記リチウムイオンキャパシタ及び前記加圧機構を収容する筐体と
   を有し、
   前記リチウムイオンキャパシタの各々は、
   正極集電体に正極活物質を含む正極活物質層を形成した少なくとも１枚の正極と、
   負極集電体に負極活物質を含む負極活物質層を形成した少なくとも１枚の負極と、
   前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、
   前記正極及び前記負極に接触する電解液と
   を有し、前記正極活物質層と前記負極活物質層との質量の合計に対する前記負極活物質層の質量の比が０．６７以上である蓄電装置。
7. 前記正極活物質層と前記負極活物質層との質量の合計に対する前記負極活物質層の質量の比が０．８９以下である請求項６に記載の蓄電装置。
8. 前記正極活物質は活性炭であり、前記負極活物質は、黒鉛またはハードカーボンである請求項６または７に記載の蓄電装置。
9. 前記負極活物質層が前記正極活物質層よりも厚い請求項６乃至８のいずれか１項に記載の蓄電装置。
10. １枚の前記正極に対して、複数枚の前記負極が配置されている請求項６乃至８のいずれか１項に記載の蓄電装置。
11. 下部走行体と、
    前記下部走行体に対して旋回可能に搭載された上部旋回体と、
    前記上部旋回体に取り付けられたブーム、アームを含むアタッチメントと、
    前記上部旋回体を旋回させる電動機と、
    前記電動機に電力を供給する蓄電装置と
    を有し、
    前記蓄電装置は、
    厚さ方向に積み重ねられた複数の板状のリチウムイオンキャパシタと、
    前記リチウムイオンキャパシタの積層体に、積み重ね方向の圧縮力を印加する加圧機構と、
    前記リチウムイオンキャパシタ及び前記加圧機構を収容する筐体と
    を有し、
    前記リチウムイオンキャパシタの各々は、
    正極集電体に正極活物質を含む正極活物質層を形成した少なくとも１枚の正極と、
    負極集電体に負極活物質を含む負極活物質層を形成した少なくとも１枚の負極と、
    前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、
    前記正極及び前記負極に接触する電解液と
    を有し、前記正極活物質層と前記負極活物質層との質量の合計に対する前記負極活物質層の質量の比が０．６７以上であるショベル。

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