JP2001210555A

JP2001210555A - 電気二重層コンデンサ

Info

Publication number: JP2001210555A
Application number: JP2000016815A
Authority: JP
Inventors: Yoshikatsu Kimura; 好克木村
Original assignee: Elna Co Ltd
Current assignee: Elna Co Ltd
Priority date: 2000-01-26
Filing date: 2000-01-26
Publication date: 2001-08-03
Anticipated expiration: 2020-01-26
Also published as: JP3800390B2

Abstract

(57)【要約】【課題】エネルギーの出し入れがスムーズで、蓄積さ
れたエネルギーの損失を可能な限り抑制するようにした
電気二重層コンデンサを提供すること。【解決手段】一方の面に分極性電極層を形成し、他方
の面を電極露出面とした１対の集電体のうちいずれか一
方を陽極電極とし、他方を陰極電極とし、これらの陽極
電極３と陰極電極４の分極性電極層２側を対向させてそ
の間にセパレータ１２を介在し、陽極電極１０と陰極電
極１１における電極露出面５を対向させてその間に、非
多孔質で電解液含浸後も電流通路のない絶縁フィルム１
８を介在し、これらの陽極電極３、陰極電極４、セパレ
ータ７、絶縁フィルム１８を順次積層して渦巻き状に巻
回してなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２次電池の代替と
して使用され大容量を特徴とする電気二重層コンデンサ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】静電容量の大きなパワー用の電気二重層
コンデンサは、一般に、円筒型（又は、巻回型）と呼ば
れ、メモリのバックアップ電源として用いられるコイン
型とは区別されている。円筒型の電気二重層コンデンサ
の基本的な形態は、箔巻円筒型アルミニウム電解コンデ
ンサと類似した構造である。

【０００３】さらに詳しくは、図３及び図４に示すよう
に、アルミニウム箔等の金属箔、パンチングメタルなど
からなる集電体１の一方の面に、活性炭と結着剤と導電
剤との混合物質からなる分極性電極層２を形成した１対
の電極を用意し、いずれか一方を陽極電極３とし、他方
を陰極電極４としている。これらの陽極電極３と陰極電
極４を、それぞれの分極性電極層２が対向するように配
置し、また、集電体１の他方の面である電極露出面５
に、それぞれリード端子６Ａ、６Ｂを取付け、分極性電
極層２間及び電極露出面５間に、それぞれ絶縁体であっ
て、電解液の含浸後に電流通路を有する不織布からなる
セパレータ７、８を配置して渦巻状に巻回する。このよ
うにして巻回された外周には、巻き解けがないように粘
着テープ９を用いて固定してコンデンサ素子１０を形成
している。このコンデンサ素子１０を、有底円筒状の金
属ケース１１内に電解液とともに収納し、封口体１２に
て封口し、リード端子６Ａ、６Ｂを封口体１２の貫通孔
から外に引き出して電気二重層コンデンサ１３としてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】セパレータ７、８は、
通常、合成繊維系やパルプ原料である天然繊維系の多孔
質の不織布が使用されており、分極性電極層２間のセパ
レータ７は、専ら電解液を保持して電解液中のイオンに
よる電子伝導が行われるような役割を有し、電極露出面
５間のセパレータ８は、専ら電気絶縁の役割が課せられ
ている。しかるに、従来の電気二重層コンデンサでは、
生産性の面から、分極性電極層２間のセパレータ７と電
極露出面５間のセパレータ８がともに同一構成のものが
用いられて、陽極電極３、陰極電極４とともに渦巻状に
巻回される。

【０００５】電気二重層コンデンサのエネルギーの出し
入れがスムーズであるためには、即ち、低抵抗化にして
充放電を速やかにするためには、分極性電極層２間のセ
パレータ７をできるだけ薄く、かつ、低密度にする必要
がある。また、電極露出面５間は、セパレータ８が薄す
ぎたり、低密度過ぎると、集電体１のカット時のとげに
よってセパレータ８に破損が生じて対向する電極露出面
５間の短絡等による漏れ電流によって、蓄積されたエネ
ルギーが放電してしまう。さらには、巻き込むときに伸
びて破損して巻取れなくなるなどの問題があった。

【０００６】本発明は、エネルギーの出し入れがスムー
ズで、しかも、蓄積されたエネルギーの損失を可能な限
り抑制するようにした電気二重層コンデンサを提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、電気二重層コ
ンデンサに求められる特性の１つである低抵抗化を成し
遂げるために、陽極電極と陰極電極の分極性電極層間に
挾持されるものとして薄い低密度のセパレータを用い
る。また、電極露出面間に挾持されるものとして非多孔
質で電解液の含浸後も電流通路のない絶縁フィルムを用
いる。この絶縁フィルムは、多孔質ではないので、薄く
ても引っ張り強度が高く、巻取り時に分極性電極層間の
セパレータへの負担が低減することから、同セパレータ
が破損しにくく、しかも、両方にセパレータを用いるよ
りも、より薄くて低密度のセパレータを用いることがで
き、より低抵抗の電気二重層コンデンサが得られる。し
かも、セパレータと絶縁フィルムがともに薄くできるの
で、電気二重層コンデンサの全体の形状の小型化ができ
る。さらには、絶縁フィルムは、集電体のバリによって
も破損しにくく、その結果、電極露出面の短絡による漏
れ電流もなくなる。

【０００８】セパレータに使用される材質は、少なくと
も１０重量％以上の叩解可能なセルロース繊維原料を使
用して抄造されたものであり、溶剤紡糸レーヨンの単体
又は溶剤紡糸レーヨンと天然繊維を原料として混抄され
た不織布がよい。

【０００９】また、これ以外でもマニラ麻、クラフト紙
等の天然繊維系や、ポリプロピレン、ポリエチレン等の
合成繊維系、ガラス繊維等の鉱物繊維系等の単体又は混
抄を使用することができる。以上のような物性値、材
質、原料であることが望ましいが、これ以外のセパレー
タとして機能する素材と絶縁性を保つ素材との組み合わ
せであれば、本発明としての効果が期待できる。

【００１０】また、セパレータと絶縁フィルムの厚さ
は、同一である必要がなく、異なる厚さのものを用いる
ことによってより効果が現われることがある。低密度の
セパレータよりも絶縁フィルムの厚さを薄くすること
で、性能上重要な低密度のセパレータに多くの電解液が
保持され、寿命が改善される。絶縁フィルムをより薄く
することにより、金属ケース内部の陽極電極、陰極電極
等の収納効率を増大させる効果がある。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づき説明する。図１において、３は陽極電極、４は、陰
極電極である。これら陽極電極３と陰極電極４は、集電
体１の片面に分極性電極層２を積層してなるものであ
る。さらに詳しくは、前記分極性電極層２は、大面積を
持った分極性の電極となるための物質、例えば、活性
炭、カーボンブラックなどに導電性を増大させるため
に、金属体、炭素、カーボン材を添加し、バインダーと
してポリビニリデンフルオライド（以下ＰＶＤＦと略
す）を有機溶剤、例えばＮメチルピロリドン（以下ＮＭ
Ｐと略す）と混練し、スラリー状にする。

【００１２】ただし、主成分である活性炭の代わりとし
て、大表面積をもつ金属体、金属酸化物、酸化ルテニウ
ム、黒鉛、ポリアセン、ポリアセチレン、ポリピロー
ル、各種導電性ポリマーが使用可能である。

【００１３】前記集電体１は、アルミニウム、タンタ
ル、チタン、ニオブ、ステンレススチール、ニッケル等
の高耐食性金属の箔、多数の極細孔を有するパンチング
メタル、薄板、導電性ゴム、導電性プラスチック等から
なる。この集電体１は、活性炭等から集電する効果を持
たせるために、表面を粗面化することが望ましい。通
常、アルミ電解コンデンサで用いられるような電気化学
的なエッチング処理をした５〜３０μｍ厚程度のアルミ
ニウム箔が用いられる。この集電体１の片面に、前記分
極性電極層２を構成するスラリーを、塗工装置（コータ
ー）を用いて付着させた後、５０〜３００℃で乾燥す
る。

【００１４】このようにして形成された陽極電極３と陰
極電極４のそれぞれの集電体１の電極露出面５側に、引
き出し用のリード端子６Ａ、６Ｂをそれぞれ電気的に接
続する。このリード端子６Ａ、６Ｂをそれぞれを接続し
た陽極電極３と陰極電極４とを、それぞれの分極性電極
層２が向かい合うように配置し、この分極性電極層２間
にセパレータ７を介在する。また、分極性電極層２の反
対側の集電体１が向かい合う電極露出面５間には、非多
孔質で電解液を含浸後も電流通路のない絶縁フィルム１
８を介在させる。

【００１５】前記セパレータ７には、前述のように、低
抵抗化を成し遂げるために薄くて低密度（０．０１〜
０．８ｇ／ｃｍ³）のもの、例えば、使用される材質
は、低密度セパレータとして、少なくとも１０重量％以
上の叩解可能なセルロース繊維原料を使用して抄造され
たもので、溶剤紡糸レーヨンの単体又は溶剤紡糸レーヨ
ンと天然繊維を原料として混抄された不織布が用いられ
る。

【００１６】また、これ以外でもマニラ麻、クラフト紙
等の天然繊維系や、ポリプロピレン、ポリエチレンなど
の合成繊維系、ガラス繊維等の鉱物繊維系等の単体又は
混抄を使用することができ、さらに、これ以外のセパレ
ータ７として機能する素材と絶縁性を保つ素材との組み
合わせであれば、本発明のセパレータ７として用いるこ
とができる。このセパレータ７の厚さは、１０〜３００
μｍの範囲で選択でき、強度の面から絶縁フィルム１８
と同等又は厚くすることが好ましい。

【００１７】前記絶縁フィルム１８には、薄くても高引
っ張り強度のものとして、例えば、ポリイミド、ＰＰＳ
（ポリフェニレンサルファイト）、ポリプロピレン、ポ
リエステル、ポリエチレン、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニー
ル）、フッ素樹脂、ガラス繊維、紙素材、アセテート
布、ノーメックス布又は綿布の単体を用いてもよいが、
ガラス繊維、紙素材、アセテート布、ノーメックス布又
は綿布に、ポリイミド、ＰＰＳ、ポリプロピレン、ポリ
エステル、ポリエチレン、ＰＶＣ、フッ素樹脂等の絶縁
性樹脂を含浸させたものを用いてもよい。本発明に係る
絶縁フィルム１８は、電解液を吸収しないもの又は吸収
しにくいものが好ましく、これによって、電解液をセパ
レータ７に保持させやすくなるので、電気二重層コンデ
ンサの寿命も向上する。さらには、この絶縁フィルム１
８の厚さは、１〜２５０μｍの範囲で選択することがで
き、収納効率からセパレータ７と同等又は薄くすること
が好ましい。

【００１８】以上のように構成された陽極電極３、セパ
レータ７、陰極電極４、絶縁フィルム１８を順次積層し
つつ渦巻き状に巻き込み、最後に粘着テープ９で巻き解
れのないように外周を固定してコンデンサ素子１０を形
成する。また、前記絶縁フィルム１８は、陽極電極３と
陰極電極４との間に単に挟み込むだけでもよいが、円筒
形に巻き込むときに巻き解れがないように、図１に示す
ように、両面に接着剤層１８Ａを塗布した粘着テープ形
式のもの、陽極電極３又は陰極電極４の集電体１に熱融
着、冷間圧延で予め一体化しておいたもの等を用いても
よい。この絶縁フィルム１８は、陽極電極３、陰極電極
４よりも幅をやや広くしておき、縁部がわずかはみに出
す程度にすると、陽極電極３と陰極電極４との間の絶縁
性が向上するという望ましい効果が得られる。

【００１９】このようにして形成されたコンデンサ素子
１０は、５０℃以上３００℃以下の温度で乾燥した後、
図４と同様に、有底円筒状の金属ケース１１内に電解液
とともに収納し、封口体１２にて封口し、リード端子６
Ａ、６Ｂを封口体１２の貫通孔から外に引き出して電気
二重層コンデンサ１３とする。電解液は、例えば、４級
オニウム塩又はリチウム塩、ナトリウム塩等のアルカリ
金属塩を溶解したプロピレンカーボネイト、γ−ブチロ
ラクトン、エチレンカーボネイト、ブチレンカーボネイ
ト、スルホラン又はその誘導体との混合体、アセトニト
リル等からなる。

【００２０】図２は、図３に示す従来型のものと、図１
に示す本発明によるものとの性能を比較したものであ
る。なお、陽極電極３と陰極電極４は、３０ｇ／ｍ²の
分極性電極層２を塗布して形成したものを、幅１５ｍ
ｍ、長さ１００ｍｍ用い、また、電解液として、テトラ
エチレンアンモニウムテトラフルオロボレイト１．０モ
ル／リッターを、プロピレンカーボネイトに溶解させた
もの２００μｌ注入したものを用いた。

【００２１】図２において、従来例１は、陽極電極３と
陰極電極４の分極性電極層２間と電極露出面５間にとも
に、厚さ５０μｍで密度０．６ｇ／ｍ³のマニラ麻から
なるセパレータ７、８を介在したものであり、静電容量
１．０Ｆ、内部抵抗３００ｍΩ、ショート率０．５％で
ある。これに対し、本発明１は、陽極電極３と陰極電極
４の分極性電極層２間にセパレータ７が従来例と同一の
マニラ麻のものが用いられ、電極露出面５間に従来例１
のセパレータ８より十分に薄いの厚さ３０μｍのポリイ
ミドテープからなる非多孔質で、電解液含浸後も電流通
路のない絶縁フィルム１８を用いたものであり、静電容
量が１．２Ｆに、内部抵抗が２９０ｍΩに、ショート率
が０．１％にいずれの特性も向上している。

【００２２】従来例２は、分極性電極層２間と電極露出
面５間にともに、クラフト紙のセパレータ１２を用い、
本発明２は、分極性電極層２間に従来例と同一のクラフ
ト紙のセパレータ７が用いられ、電極露出面５間に従来
例２のセパレータ８より十分に薄い厚さの３０μｍのポ
リイミドテープからなる非多孔質で、電解液含浸後も電
流通路のない絶縁フィルム１８を用いたものであり、本
発明２は、いずれの特性も従来例２よりも向上してい
る。

【００２３】従来例３、４と本発明３〜７とは、分極性
電極層２間にレーヨン系のセパレータ１２を用いたもの
であり、これらのうち、従来例３では、厚さ５０μｍの
レーヨン系のセパレータ１２を用いているが、本発明３
〜７では、厚さ５０μｍのレーヨン系のセパレータ１２
を用いた例がないので、特性の比較はしなかった。従来
例４は、分極性電極層２間と電極露出面５間にともに、
厚さ４０μｍのレーヨン系のセパレータ７を用い、本発
明３は、分極性電極層２間に従来例と同一の厚さ４０μ
ｍのレーヨン系のセパレータ７を用い、電極露出面５間
に厚さがさらに薄い３０μｍのポリイミドテープからな
る非多孔質で、電解液含浸後も電流通路のない絶縁フィ
ルム１８を用いたものであり、本発明３が従来例４より
もいずれの特性も向上している。

【００２４】本発明４は、本発明３よりも絶縁フィルム
１８の幅を１ｍｍだけ広くしたものであるが、この結
果、本発明３よりもショート率が向上している。本発明
５、本発明６、本発明７は、それぞれ非多孔質で、電解
液含浸後も電流通路のない絶縁フィルム１８として厚さ
４０μｍのＰＰＳテープ、厚さ３０μｍのポリプロピレ
ンテープ、厚さ２０μｍのアセテート布を用いた例であ
り、特に、本発明７の絶縁フィルム１８として厚さ２０
μｍのアセテート布を用いた例が、厚さを薄くしながら
特性が最も向上している。

【００２５】

【発明の効果】本発明は、陽極電極３と陰極電極４の分
極性電極層２を、セパレータ１２を介在して対向させ、
電極露出面５間に非多孔質で、電解液含浸後も電流通路
のない絶縁フィルム１８を介在し、これらの陽極電極
３、陰極電極４、セパレータ７、絶縁フィルム１８を渦
巻き状に巻回したので、集電体１のとげ等によって電極
露出面５間の短絡による漏れ電流がほとんどなくなり、
蓄積されたエネルギーの放電を防止でき、また、巻取り
時に分極性電極層２間のセパレータ７の破損がなく、し
かも、セパレータ７と絶縁フィルム１８がともに薄くで
きるので、電気二重層コンデンサの全体の形状の小型化
ができる。

【００２６】セパレータ７と絶縁フィルム１８は、厚さ
の異なるもの、例えば、絶縁フィルム１８の厚さをセパ
レータ７よりも薄くすることで、性能上重要な低密度の
セパレータ７により多くの電解液が保持され、寿命がさ
らに改善される。絶縁フィルム１８をより薄くすること
により、金属ケース１１内部の陽極電極３、陰極電極４
等の収納効率を増大させる効果がある。

【００２７】絶縁フィルム１８は、陽極電極３、陰極電
極４よりも幅をやや広くしておき、縁部がわずかはみ出
す程度にすると、陽極電極３と陰極電極４との間の絶縁
性が向上するという望ましい効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電気二重層コンデンサの主要な構
成要素であるコンデンサ素子１０の一実施例を示す分解
拡大図である。

【図２】本発明品と従来品の特性の比較のための説明図
である。

【図３】従来の電気二重層コンデンサの主要な構成要素
であるコンデンサ素子１０を示す分解拡大図である。

【図４】一般的な円筒型コンデンサの一部切り欠いた斜
視図である。

【符号の説明】

１…集電体、２…分極性電極層、３…陽極電極、４…陰
極電極、５…電極露出面、６Ａ、６Ｂ…リード端子、
７、８…セパレータ、９…粘着テープ、１０…コンデン
サ素子、１１…金属ケース、１２…封口体、１３…電気
二重層コンデンサ、１８…絶縁フィルム、１８Ａ…接着
剤層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方の面に分極性電極層を形成し、他方
の面を電極露出面とした１対の集電体のうちいずれか一
方を陽極電極とし、他方を陰極電極とし、これらの陽極
電極と陰極電極のそれぞれの分極性電極層を対向させて
その間にセパレータを介在し、前記陽極電極と陰極電極
におけるそれぞれの電極露出面を対向させてその間に、
非多孔質で電解液含浸後も電流通路のない絶縁フィルム
を介在し、これらを積層して渦巻き状に巻回してなるこ
とを特徴とする電気二重層コンデンサ。
【請求項２】絶縁フィルムは、ポリイミド、ＰＰＳ
（ポリフェニレンサルファイト）、ポリプロピレン、ポ
リエステル、ポリエチレン、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニー
ル）、フッ素樹脂、ガラス繊維、紙素材、アセテート
布、ノーメックス布若しくは綿布の単体又はガラス繊
維、紙素材、アセテート布、ノーメックス布若しくは綿
布に、ポリイミド、ＰＰＳ、ポリプロピレン、ポリエス
テル、ポリエチレン、ＰＶＣ若しくはフッ素樹脂を含浸
させたものからなることを特徴とする請求項１記載の電
気二重層コンデンサ。
【請求項３】絶縁フィルムの厚さが１〜２５０μｍ、
セパレータの厚さが１０〜３００μｍであって、絶縁フ
ィルムの厚さがセパレータの厚さと同等又は薄いものか
らなることを特徴とする請求項１記載の電気二重層コン
デンサ。
【請求項４】絶縁フィルムは、陽極電極及び陰極電極
よりもその幅がやや広いものからなることを特徴とする
請求項１記載の電気二重層コンデンサ。
【請求項５】絶縁フィルムは、熱融着、冷間圧延又は
接着剤にて陽極電極と陰極電極における集電体の電極露
出面に貼着して陽極電極及び陰極電極と一体化してなる
ことを特徴とする請求項１記載の電気二重層コンデン
サ。
【請求項６】セパレータは、密度が０．０１〜０．８
ｇ／ｃｍ³の範囲内であることを特徴とする請求項１記
載の電気二重層コンデンサ。
【請求項７】セパレータは、低密度セパレータとし
て、少なくとも１０重量％以上の叩解可能な再生セルロ
ース繊維原料を使用して抄造されたものからなることを
特徴とする請求項１記載の電気二重層コンデンサ。
【請求項８】セパレータは、溶剤紡糸レーヨンの単体
又は他繊維との混合物を原料として混抄されたものから
なることを特徴とする請求項１記載の電気二重層コンデ
ンサ。