JP2001332458A - 電気二重層コンデンサ用電極積層体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンデンサ単体において使用電圧が高く静電
容量が種々異なる電気二重層コンデンサを容易に得るこ
とができるようにした電気二重層コンデンサ用電極積層
体を提供すること。 【解決手段】 複数の正極と複数の負極とを正極・負極
間それぞれにセパレータを介在させて交互に積層して形
成された電気二重層コンデンサ用電極積層体において、
一つずつ区画された電極収納部が連続的に形成されたセ
パレータの前記電極収納部に前記一連の正極、負極それ
ぞれを、それらの各電極リード部を該セパレータから突
出させた状態で包むように収納しており、この電極連続
収納体が、１区画分ずつジグザグに折り重ねられるとと
もに、該電極連続収納体に挟み込まれた絶縁部材によ
り、一対の正極・負極よりなる基本セルを構成単位とす
る複数のコンデンサ直列接続基本ユニットに区分けされ
ていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気二重層コンデ
ンサの主構成要素である電極積層体に関し、詳しくは、
電気二重層コンデンサ単体での使用電圧の高電圧化に容
易に対応可能な構造により、複数個の電気二重層コンデ
ンサをケース外部で直列接続しなくてすみ、コンデンサ
単体において使用電圧が高く静電容量が種々異なる電気
二重層コンデンサを容易に得ることができるようにし
た、電気二重層コンデンサ用電極積層体に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】電気二重層コンデンサは、活性炭を主成
分とする分極性電極と電解液との界面に形成される電気
二重層に蓄積される電荷による電気エネルギーを利用す
るものであり、急速充放電が可能であること、充放電の
繰り返しに対し安定なため極めて長寿命であること、有
害な重金属を使用しておらず環境汚染の心配がないこと
などの特徴がある。

【０００３】これらの特徴が注目されて、ミリアンペア
（ｍＡ）〜アンペアオーダーの大きな大電流での放電が
可能ないわゆる積層型のパワー用電気二重層コンデンサ
が開発されている。この積層型のパワー用電気二重層コ
ンデンサの一つとして、複数の正極と複数の負極とをそ
れら正極・負極間それぞれにセパレータを介在させて交
互に積層して電気二重層コンデンサ用電極積層体（以
下、単に電極積層体という）を形成し、該電極積層体を
これに電解液を含浸させて角形の外装ケース内に収納し
たものが知られている。

【０００４】さて本出願人は、先に、このような積層型
のパワー用電気二重層コンデンサに用いられる電極積層
体を提案している（特開平１１−２６０６７３号公
報）。この従来の電極積層体は、複数の正極と複数の負
極とをそれら正極・負極間それぞれにセパレータを介在
させて交互に積層して形成された電極積層体において、
生産性の向上などを目的として、一つの長尺シート状の
セパレータで一連の正極、負極それぞれを包むように収
納した長尺収納体（電極連続収納体）を１区画分ずつジ
グザグに折り重ねてなる構造としたものである。以下、
この従来の電極積層体について詳細に説明する。

【０００５】図５は従来の電気二重層コンデンサ用電極
積層体の組立を行う組立ラインの概念図、図６は図５の
要部の拡大図であり、図７は従来の電極積層体を示す斜
視図である。

【０００６】ここで、正極１１と負極１２は、ともに同
一構成であって、それぞれ、電極リード部を有する集電
極１３を間に挟んで２枚の分極性電極１４を対向させ構
成されており、まず、分極性電極１４、集電極１３及び
セパレータ２１について説明しておく。分極性電極１４
は、矩形あるいは正方形で薄板状（シート状）をなして
おり、例えば次のようにして製造されている。分極性電
極１４は、まず、粉末活性炭に結着剤である粒状フェノ
ール樹脂とフェノール樹脂分散用溶剤とを加え、これら
を混合した造粒用混合物を材料として造粒を行い、該造
粒品を金型内に入れて熱板付きプレス機にて加圧成形
し、しかる後この薄板状成形体を窒素ガス雰囲気下にて
焼成し、これを所定寸法に切り出して得たものである。
分極性電極１４の厚みは、例えば０．５ｍｍ程度であ
る。集電極１３は、分極性電極１４に接触させる導電体
であり、例えば、厚み１０μｍ程度のアルミニウム箔よ
りなっている。また、セパレータ２１は、イオン透過性
及び電気絶縁性を有し、例えば、厚み２５μｍ程度で多
孔質のポリプロピレンフィルムよりなっている。

【０００７】さて、前記図５及び図６を参照ながら、従
来の電極積層体２０の組立て手順を説明する。最上流側
に配置されたロールより巻き戻されながら案内ローラ２
３によって下流側へ送られるシート状のセパレータ材２
１’は、その幅が半分になるように長手方向に二重折り
すべく、まず、長手方向折畳み機構２４の直角折畳み用
ローラ群２４ａ及び折り線形成用ローラ２４ｂにより徐
々に直角に折り畳まれる。積層ゾーンＡにおいて、垂直
に立設された直角折畳み用プレート２４ｃによってほぼ
直角に折り畳まれたセパレータ材２１’の内側水平面２
１’ａ上に、図示しない第１の２軸ロボットによっては
じめの分極性電極１４が載せ置かれ、次に、図示しない
第２の２軸ロボットによってこの分極性電極１４上に集
電極１３がその電極リード部をセパレータ材２１’より
突き出した状態で積み重ねられ、さらに、図示しない第
３の２軸ロボットによって該集電極１３上に次の分極性
電極１４が積み重ねられる。このような積み重ね動作が
繰り返されて、下流側へ移動している内側水平面２１’
ａ上に、正極１１と負極１２とが交互に次々と形成され
る。

【０００８】そして、仕上折畳み用プレート２４ｄ及び
仕上折畳み用ローラ群２４ｅとによってセパレータ材２
１’は長手方向に二重折りされ、シールゾーンＢに達す
る。シールゾーンＢにおいて、その二重折りされた中に
正極１１と負極１２とが交互に順に並べられたものに、
まず、シール機２５のサイド用熱シール機２５ａによ
り、次いでリード部用熱シール機２５ｂにより熱シール
が施される。これにより、長手方向に二重折りされると
ともに熱シールが施されたセパレータ２１で一連の正極
１１、負極１２それぞれを密封し、かつ、該セパレータ
２１を正極１１、負極１２ごとに熱シール部で一つずつ
区画してなる長尺収納体２２がつくられる。すなわち、
熱シール部で一つずつ区画された電極収納部が連続的に
形成されたセパレータ２１の前記電極収納部に一連の正
極１１、負極１２それぞれを、それらの各電極リード部
を該セパレータ２１から突出させた状態で密封し収納し
てなる長尺収納体（電極連続収納体）２２がつくられ
る。

【０００９】次いで、ジグザグ折重ね機２６によりこの
帯状の長尺収納体２２を１区画分ずつジグザグに折り重
ね、しかる後、一対の正極１１・負極１２よりなる基本
セルが所定の数（例えば２０個）になると切断を行うこ
とにより、図７に示すように、電極積層体２０が得られ
る。

【００１０】そして、この電極積層体２０は、一連の正
極１１、負極１２それぞれを構成する集電極１３と分極
性電極１４を互いに密着させるために、積層体両端に図
示しない押え板が配され、この押え板を介して積層方向
（折り重ね方向）に押圧された状態で締付け用テープに
よりテープピングされる。

【００１１】次いで、角形外装ケース内に前記電極積層
体２０をこれに電解液を含浸させて収納し、ケース上蓋
の正極外部接続端子に全ての正極１１（例えば２０個）
の各電極リード部をかしめ、あるいは溶接等によって接
続するとともに、負極外部接続端子に全ての負極１２
（例えば２０個）の各電極リード部を接続し、しかる
後、ケース開口部にケース上蓋を取り付けて密閉し、例
えば、使用電圧３Ｖ・静電容量２０００Ｆの大静電容量
の電気二重層コンデンサが組立てられている。このよう
に、従来の電極積層体２０を用いることで、該電極積層
体２０を構成する所定数の基本セル（例えば２０個）の
すべてが並列に接続された低電圧で大静電容量の電気二
重層コンデンサがつくられている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】近年、太陽電池で発生
した電気を蓄電し放電するための二次電池として電気二
重層コンデンサが注目されている。そして、離島や山中
での標識用電源、無線中継基地の電源、公共用の屋外大
時計の電源、ビル屋外や公園での照明灯の電源などに、
太陽電池と電気二重層コンデンサとを組み合わせた太陽
電池併用電源の採用が進められている。

【００１３】ところが、周知のように有機電解液を用い
た電気二重層コンデンサの基本セルの耐電圧は２．５〜
３Ｖ程度と低いため、前述した従来の電極積層体による
電気二重層コンデンサでは、前記太陽電池併用電源に要
求される例えば５〜１５Ｖの範囲のような高い使用電圧
を得るためには、単体形態の該電気二重層コンデンサを
複数個直列に外部接続して使用されていた。

【００１４】このため、電気二重層コンデンサとして全
体がどうしても大きくなってしまい、前記のように設置
スペースの制約が大きい用途で使用されることもあっ
て、コンデンサ単体において高い使用電圧のものが容易
に得られるようにするべきであるという課題があった。

【００１５】本発明の目的は、このような課題を解決
し、電気二重層コンデンサ単体での使用電圧の高電圧化
に容易に対応可能な構造により、コンデンサ単体におい
て使用電圧が高く静電容量が種々異なる電気二重層コン
デンサを容易に得ることができるようにした電気二重層
コンデンサ用電極積層体を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明は、複数の正極と複数の負極とを
それら正極・負極間それぞれにセパレータを介在させて
交互に積層して形成された電気二重層コンデンサ用電極
積層体において、一つずつ区画された電極収納部が連続
的に形成されたセパレータの前記電極収納部に前記一連
の正極、負極それぞれを、それらの各電極リード部を該
セパレータから突出させた状態で包むように収納してお
り、この電極連続収納体が、１区画分ずつジグザグに折
り重ねられるとともに、該電極連続収納体に挟み込まれ
た絶縁部材により、一対の正極・負極よりなる基本セル
を構成単位とする複数のコンデンサ直列接続基本ユニッ
トに区分けされていることを特徴とする電気二重層コン
デンサ用電極積層体である。

【００１７】請求項２の発明は、前記請求項１記載の電
気二重層コンデンサ用電極積層体において、前記正極と
負極が、それぞれ、前記電極リード部を有する集電極を
間に挟んで２枚の分極性電極を対向させてなるものであ
ることを特徴とするものである。

【００１８】本発明による電極積層体においては、セパ
レータにより一連の正極、負極それぞれをそれらの各電
極リード部を該セパレータから突出させた状態で包むよ
うに収納してなる電極連続収納体を有し、この帯状の電
極連続収納体は、１区画分ずつジグザグに折り重ねられ
るとともに、該電極連続収納体における１以上の所定位
置に挟み込まれた絶縁部材（例えば矩形の絶縁フィル
ム）により、２以上の複数のコンデンサ直列接続基本ユ
ニットに区分けされている。前記絶縁部材は、電極連続
収納体における複数のコンデンサ直列接続基本ユニット
の隣り合う境界部位（境界位置）に配されて、隣り合う
コンデンサ直列接続基本ユニットを機械的に分離するこ
となく互いに電気的に絶縁するためのものである。

【００１９】このように、本発明による電極積層体によ
ると、電極連続収納体の所定位置に絶縁部材を挟み込む
ことにより、該電極連続収納体が所要数のコンデンサ直
列接続基本ユニットに分けられているので、この所要数
のコンデンサ直列接続基本ユニットを直列に接続し、こ
のものを外装ケースに収納することにより、単体形態に
おいて使用電圧が高くその電圧値が種々異なる電気二重
層コンデンサを容易に得ることができる。例えば、３枚
の絶縁部材により電極連続収納体が４つのコンデンサ直
列接続基本ユニットに分けられており、一対の正極・負
極よりなる基本セルの特性が耐電圧：２．５Ｖ、静電容
量：５０Ｆとすると、基本セルを１０個並列接続してな
るコンデンサ直列接続基本ユニット（２．５Ｖ、５００
Ｆ）が４個直列に接続された電極積層体を１つの外装ケ
ースに組み込むことにより、使用電圧：１０Ｖ、静電容
量：１２５Ｆという高電圧・大静電容量の単体形態の電
気二重層コンデンサを得ることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明に係わる電極
連続収納体をつくるラインの一例を示す概念図である。

【００２１】ここで、正極１１、負極１２、集電極１３
及び分極性電極１４については、従来技術における前記
図５及び図６に示すものと同じであるので、これらと同
一の符号を付して説明を省略する。なお、正極１１及び
負極１２を収納するためのセパレータの形成にあたり、
従来技術では、前記した図５及び図６に示すように、１
枚のセパレータ材２１’を長手方向に二重折りして用い
るようにしたが、本実施の形態では、２枚のセパレータ
材３１ａ，３１ｂを用いるようにしている。

【００２２】図１に示すように、一方のセパレータ材３
１ａは、最上流位置に配置されたロールより巻き戻され
ながら下流側へゆっくりと連続的に送られるようになっ
ている。符号Ａは積層ゾーンを示し、この積層ゾーンＡ
の近くに、３つの吸着パッド式ハンド、すなわち、部品
スタックより一方の分極性電極１４を吸着把持して所定
対象物上に載置するための吸着パッド式ハンド３４ａ
と、部品スタックより集電極１３を吸着把持して所定対
象物上に載置するための吸着パッド式ハンド３４ｂと、
部品スタックより他方の分極性電極１４を吸着把持して
所定対象物上に載置するための吸着パッド式ハンド３４
ｃとを持つ２軸直交座標形ロボット３４が配設されてい
る。この積層ゾーンＡにおいて、前記２軸直交座標形ロ
ボット３４により、セパレータ材３１ａ上に、集電極１
３を間に挟んで２枚の分極性電極１４を対向させてなる
形態の正極１１と負極１２とが交互に次々と形成される
ようになっている。

【００２３】次いで、積層ゾーンＡの出側位置にて上方
より他方のセパレータ材３１ｂが送給されてくることに
より、前記形成された一連の正極１１、負極１２は、対
向するセパレータ材３１ａ，３１ｂの間に挟まれた状態
で下流へ搬送されて行く。そして、セパレータ材３１
ａ，３１ｂの間に一連の正極１１、負極１２が交互に順
に並べられたものに、熱シール機３５によって熱シール
（熱溶着）が施される。これにより、「口」文字状の熱
シール部で一つずつ区画された電極収納部が連続的に形
成されたセパレータ３１の前記電極収納部に一連の正極
１１、負極１２それぞれを、それらの各電極リード部を
該セパレータ３１から突出させた状態で密封し収納して
なる電極連続収納体３２がつくられる。セパレータ３１
は、例えば厚み２５μｍ程度で多孔質のポリプロピレン
フィルムよりなるものである。

【００２４】図２は本発明による電極積層体を組み立て
る手順を説明するための図である。同図に示すように、
前記作製された帯状の電極連続収納体３２は、適宜の手
段で切断されて、所定数の基本セルを有するものとな
る。次いで、一連の正極１１と負極１２が交互に積層さ
れた形態とするためにこの電極連続収納体３２を１区画
分ずつジグザグに折るとともに、図２の示すように、電
極連続収納体３２の予め定められた所定箇所毎に絶縁部
材として矩形の絶縁フィルム３３を挟み込む。絶縁フィ
ルム３３は、電気絶縁性を有し電解液を通さない材料か
らなり、例えば多孔質でないポリプロピレンフィルムよ
りなっている。

【００２５】すなわち、電極連続収納体３２は、絶縁フ
ィルム３３により所要数のコンデンサ直列接続基本ユニ
ットに区分けされている。コンデンサ直列接続基本ユニ
ット自体は１以上の数の基本セルよりなっている。図２
の例では、電極連続収納体３２は、２箇所に配された合
計２枚の絶縁フィルム３３により３つのコンデンサ直列
接続基本ユニット３２ａ，３２ｂ，３２ｃに分けられて
いる。また、個々のコンデンサ直列接続基本ユニット自
体は、３個の基本セルよりなっており、電極連続収納体
３２は合計９個の基本セルよりなっている。

【００２６】図３は本発明による電極積層体を説明する
ための図である。前記のようにして、図３に示すよう
に、正極１１と負極１２に対応して１区画分ずつジグザ
グに折り重ねられた電極連続収納体３２に絶縁フィルム
３３を挟み込んでなる電極積層体３０が得られる。

【００２７】図４は図３に示す電極積層体の電極リード
部の接続を説明するための図である。電極積層体３０の
電極リード部については、基本セルを３個並列接続して
なるコンデンサ直列接続基本ユニットを、３つ直列に接
続する。図４に示すように、第１番目のコンデンサ直列
接続基本ユニット３２ａの３個の正極１１の電極リード
部と第２番目の直列接続基本ユニット３２ｂの３個の負
極１２の電極リード部とをスポット溶接接続して電極リ
ード接続部Ｃ１２としている。また、第２番目の該ユニ
ット３２ｂの３個の正極１１の電極リード部と第３番目
のコンデンサ直列接続基本ユニット３２ｃの３個の負極
１２の電極リード部とをスポット溶接接続して電極リー
ド接続部Ｃ２３としている。単体コンデンサとして正極
側となる電極リード接続部Ｃ３Ｐは、第３番目の該ユニ
ット３２ｃの３個の正極１１の電極リード部同士をスポ
ット溶接接続したものであり、一方、負極側となる電極
リード接続部Ｃ１Ｎは、第１番目のコンデンサ直列接続
基本ユニット３２ａの３個の負極１２の電極リード部同
士をスポット溶接接続したものである。

【００２８】そして、この電極積層体３０は、一連の正
極１１、負極１２それぞれを構成する集電極１３と分極
性電極１４を互いに密着させるために、積層体両端に押
え板が配され、この押え板を介して積層方向（折り重ね
方向）に押圧された状態で締付け用テープによりテープ
ピングされる。

【００２９】次いで、角形外装ケース内に前記電極積層
体３０をこれに電解液を含浸させて収納し、ケース上蓋
の正極外部接続端子に前記電極リード接続部Ｃ３Ｐを溶
接等によって接続するとともに、負極外部接続端子に前
記電極リード接続部Ｃ１Ｎを接続し、しかる後、ケース
開口部にケース上蓋を取り付けて密閉し、コンデンサ単
体において使用電圧の高い電気二重層コンデンサを得て
いる。

【００３０】このように本発明による電極積層体３０で
は、電極連続収納体３２の所定位置に絶縁フィルム３３
を挟み込んでなる構造としたものであるから、所要の静
電容量に応じた数の基本セルよりなり（図２の例では３
個）、かつ、直列接続により所要の使用電圧を得るのに
必要な数のコンデンサ直列接続基本ユニット（図２の例
では３つ）を、容易に形成することができる。よって、
本発明の電極積層体を１つの外装ケースに組み込むこと
によりコンデンサ単体において、その一例を表１に示す
ように、例えば５〜１７．５Ｖの範囲のような使用電圧
が高く静電容量が種々異なる電気二重層コンデンサを容
易に得ることができる。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１において基本セルの特性は耐電圧：
２．５Ｖ、静電容量：５０Ｆである。同表に示すよう
に、使用電圧が基本セルの耐電圧の例えば２〜７倍と高
く、かつその静電容量が種々ことなる電気二重層コンデ
ンサが得られる。例えば、前記基本セルを３０個並列接
続してなるコンデンサ直列接続基本ユニット（２．５
Ｖ、１５００Ｆ）が６個直列に接続された電極積層体を
１つの外装ケースに組み込むことにより、使用電圧：１
５Ｖ、静電容量：２５０Ｆという高電圧・大静電容量の
単体形態の電気二重層コンデンサを得ることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明による電気二
重層コンデンサ用電極積層体によると、所要の静電容量
に応じた数の基本セルよりなり、かつ、直列接続により
所要の使用電圧を得るのに必要な数のコンデンサ直列接
続基本ユニットを、容易に形成しうるようにしたもので
あるから、コンデンサ単体において使用電圧が高く静電
容量が種々異なる電気二重層コンデンサを容易に得るこ
とができ、従来と違って複数個の電気二重層コンデンサ
をケース外部で直列接続しなくてすみ、例えば５〜１５
Ｖの範囲のような使用電圧の高いパワー用の電気二重層
コンデンサの小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる電極連続収納体をつくるライン
の一例を示す概念図である。

【図２】本発明による電極積層体を組み立てる手順を説
明するための図である。

【図３】本発明による電極積層体を説明するための図で
ある。

【図４】図３に示す電極積層体の電極リード部の接続を
説明するための図である。

【図５】従来の電気二重層コンデンサ用電極積層体の組
立を行う組立ラインの概念図である。

【図６】図５の要部の拡大図である。

【図７】従来の電極積層体を示す斜視図である。

【符号の説明】

１１…正極 １２…負極 １３…集電極 １４…分極性
電極 ３０…電極積層体 ３１…セパレータ ３１ａ，
３１ｂ…セパレータ材 ３２…電極連続収納体 ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ…コンデンサ直列接続基本ユニ
ット ３３…絶縁フィルム ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ…
吸着パッド式ハンド ３４…２軸直交座標形ロボット
３５…熱シール機 Ｃ１２，Ｃ２３，Ｃ３Ｐ，Ｃ１Ｎ…
電極リード接続部 Ａ…積層ゾーン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の正極と複数の負極とをそれら正極
   ・負極間それぞれにセパレータを介在させて交互に積層
   して形成された電気二重層コンデンサ用電極積層体にお
   いて、 一つずつ区画された電極収納部が連続的に形成されたセ
   パレータの前記電極収納部に前記一連の正極、負極それ
   ぞれを、それらの各電極リード部を該セパレータから突
   出させた状態で包むように収納しており、この電極連続
   収納体が、１区画分ずつジグザグに折り重ねられるとと
   もに、該電極連続収納体に挟み込まれた絶縁部材によ
   り、一対の正極・負極よりなる基本セルを構成単位とす
   る複数のコンデンサ直列接続基本ユニットに区分けされ
   ていることを特徴とする電気二重層コンデンサ用電極積
   層体。
2. 【請求項２】 前記正極と負極が、それぞれ、前記電極
   リード部を有する集電極を間に挟んで２枚の分極性電極
   を対向させてなるもの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用電極積層体。