JP2003272969A - 電気二重層キャパシタ - Google Patents
電気二重層キャパシタInfo
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Abstract
ち出しも外気の侵入もなく、静電容量や内部抵抗などキ
ャパシタ性能を長く良好に維持しえる、電気二重層キャ
パシタの供給を廉価に実現する。 【解決手段】容器1は複数の樹脂層に金属の中間層を含
む柔軟な積層フィルムから形成され、1対の端子3a,
3bが突き出る容器1の上部にガス抜きバルブ4を熱溶
着により組み付ける。ガス抜きバルブ4は、バルブボデ
ィの少なくとも一部分が容器1の積層フィルムとの熱溶
着部12として熱可塑性樹脂から形成される。熱溶着部
12は、1対の端子板を鋳包むように一体成形される延
長部12bを備える。
Description
パシタに関する。
が可能で充放電サイクル寿命の長い、電気二重層キャパ
シタの適用技術が注目される。
極性電極)と集電極とセパレータとから所定の積層体
(キャパシタ本体)に構成される。積層体は電解液に浸
され、容器に収容して密封される。電荷は活性炭電極に
溜まり、電気の出し入れは集電極を介して行われるので
ある(特開2000-200738号、参照)。
キャパシタにおいては、充放電の繰り返しにより、活性
炭電極の残存水分や官能基が電気分解され、ガス(CO,
CO2など)が発生すると、容器の内圧が次第に高まり、
容器の密封性が損なわれる可能性が考えられる。
ードな容器の蓋に防爆弁が組み付けられる。防爆弁は、
貫通穴(ガス抜き穴)を持つプラグと、その貫通穴を塞
ぐ樹脂製の破裂板と、から構成され、容器の内圧が高め
ると、樹脂製の破裂板が破壊され、プラグの貫通穴を開
通させるのである。これだと、ガス抜き後に空気中の水
分も容器の内部へ侵入してしまう。また、破裂板が破壊
へ至るまでに容器のガスは相当な高圧になり、キャパシ
タ本体の内部へ入り込み、各電極間の内部抵抗や静電容
量に影響を与えやすい。何よりも、防爆弁の組み付けが
容易でなく、コストアップを招いてしまう。
つつ、容器のガス抜きが定常的に行われ、外気の侵入も
なく、静電容量や内部抵抗などキャパシタ性能を長く良
好に維持しえる、電気二重層キャパシタの供給を廉価に
実現することを目的とする。
極と集電極とセパレータとから所定の積層体に構成され
るキャパシタ本体と、集電極の同極どうしの結束部にそ
れぞれ接合される1対の端子と、キャパシタ本体を電解
液と共に収容して密封される容器と、を備える電気二重
層キャパシタにおいて、容器は複数の樹脂層に金属の中
間層を含む柔軟な積層フィルムから形成され、1対の端
子が突き出る容器の上部にガス抜きバルブを熱溶着によ
り組み付けたことを特徴とする。
層キャパシタにおいて、ガス抜きバルブは、バルブボデ
ィの少なくとも一部分が容器の積層フィルムとの熱溶着
部として熱可塑性樹脂から形成されたことを特徴とす
る。
層キャパシタにおいて、バルブボディの熱溶着部は、1
対の端子板を鋳包むように一体成形される延長部を備え
たことを特徴とする。
層キャパシタにおいて、ガス抜きバルブは、ガスと一緒
に電解液が持ち出されるのを抑止するガス透過膜をガス
抜き通路の途中に介装したことを特徴とする。
層キャパシタにおいて、ガス抜きバルブは、その開弁圧
を大気圧+所定圧αに設定する手段を備えたことを特徴
とする。
層キャパシタにおいて、容器の熱溶着部を外側から挟圧
する手段を備えたことを特徴とする。
層キャパシタにおいて、ガス抜きバルブは、容器との熱
溶着部よりも下方のガス抜き通路にガスの溜まる大径の
空間容積を設定したことを特徴とする。
キャパシタにおいて、容器の上部にガスの溜まる内部空
間を形作るスペーサを収装したことを特徴とする。
ルムとの熱溶着により、ガス抜きバルブの組み付けが1
対の端子と共に能率よく容易に処理され、容器の良好な
密封性を廉価に実現できる。
り、ガス抜きバルブは、容器との良好な熱溶着部が生成
され、容器の密封性を高度に確保できる。熱可塑性樹脂
は、廉価な絶縁材であり、熱溶着の処理により、積層フ
ィルム(容器)の金属層に対する絶縁性が損なわれ、リ
ーク電流を発生することもない。
びガス抜きバルブの組み付けが精度よく能率的に処理で
きる。また、容器の熱溶着による密閉部にバラツキが生
じるのを避けられ、製品の出来が均一化するようにな
る。
り、ガスと一緒に電解液が持ち出されることがなく、電
解液の減少に伴うキャパシタ性能の劣化を防止できる。
圧+所定圧αに維持され、ガス抜き時においても、外気
が容器の内部へ侵入するのを抑止できる。
挟圧手段により保護され、熱溶着部の剥離も抑えられ、
容器の良好な密封性を長く維持できる。
から圧縮されても、ガスの溜まる空間容積がガス抜きバ
ルブに確保され、ガス抜きの頻度を適正に抑えられる。
から圧縮されても、スペーサによりガスの溜まる内部空
間が容器の上部(ガス抜きバルブの組付部位)に確保さ
れ、ガス抜きの頻度を適正に抑えられる。
シタの一例を説明する。1はキャパシタ本体2を電解液
と共に収容して密封される容器、3a,3bは容器1の
外部に突き出る1対の端子板(キャパシタ電極)であ
り、各端子板3a,3bは軽量かつ電気抵抗の小さいア
ルミニウムから短尺状に形成される。4は容器1の内部
に発生するガス(C0,CO2など)を容器の外部へ除去す
るためのガス抜きバルブであり、容器1の上部におい
て、1対の端子板3a,3bの間に組み付けられる。
(分極性電極)と集電極とセパレータとから所定の積層
体に構成される。これら集電極は、矩形状の金属箔(た
とえば、アルミニウム箔)からなり、その矩形平面の一
辺に片側へ寄せて帯状のリード部が一体に成形される。
これらのリード部は、同極どうしが結束され、1対の端
子板3a,3bにそれぞれ対応する極性の結束部が接合
される。1対の活性炭電極間に介在するセパレータは、
紙製や樹脂製の多孔質膜から形成される。
含む柔軟な積層フィルム(たとえば、アルミラミネート
フィルム)から冷間プレス加工により成形される2つの
容器部材(底側部材と蓋側部材と)からなり、これらを
組み合わせると、互いに向き合う凹部により、底側部材
と蓋側部材との間にキャパシタ本体2の収容部が形成さ
れる。
られ、その上に蓋側部材が被せられる。容器の周縁にお
いて、1対の端子板3a,3b(その一部)が引き出さ
れる一辺1aを除く三辺1b〜1cが熱溶着される。容
器1は、1対の端子板3a,3bが突き出る一辺1aが
開口可能となり、その開口部から内部に電解液が注入さ
れ、電解液の含浸処理などが終わると、真空ポンプによ
り、余分な電解液が抜き取られ、所定の減圧状態に密閉
(残りの開口可能な一辺1aが熱溶着)されるのであ
る。
板)と容器1を形成する積層フィルムの金属層との絶縁
性を確保するため、これら端子板3a,3bの熱溶着部
に予め1対の熱可塑性樹脂がそれぞれ端子板3a,3b
を挟むように付着される。熱可塑性樹脂としては、PP
(ポリプロピレン)を主材とするものが用いられる。容
器1の開口可能な一辺1aにおいて、熱溶着の密閉処理
により、熱可塑性樹脂が溶融し、容器1の内面(積層フ
ィルムの樹脂層)に1対の端子板3a,3bを溶着させ
るのである。溶融する熱可塑性樹脂は、各端子板3a,
3bを包み込むようになり、これら端子板3a,3bが
積層フィルムの金属層に接触する(リーク電流を生じ
る)のを防止する。
れる。10はバルブボディ、11は弁軸であり、ボディ
10は、容器1(積層フィルム)との熱溶着部12と、
容器1の内部への挿入部13と、容器1の外部への突出
部14と、からなり、これらを貫通するガス抜き通路1
5が形成される。
装する弁室15aに形成され、同じく入口側にガスの溜
まる大径の空間容積15bが設定される。弁室15aと
空間容積115bとの間に中継部15cが形成され、弁
室15aと中継部15cとの境(段差面)が弁座15d
(バルブシート)に設定される。
部15cに挿入可能な小径部11aに形成され、その根
元に弁座15dを開閉するパッキン16が嵌め付けられ
る。弁軸11(パッキン16と共に弁体を構成する)に
パッキン16を抑える大径部11bが形成され、大径部
11bとキャップ17との間に開弁圧(大気圧+所定圧
α)を設定するスプリング18が介装される。
抜き通路15の出口を確保する複数の通孔15eが弁室
15aの外周およびキャップ17に形成される。挿入部
13の外周にガス抜き通路15の入口としてスペーサ2
0との関係から開口位置の規定される複数の通孔15f
が形成される。
脂から突出部14と一体に成形される。熱可塑性樹脂と
しては、PP(ポリプロピレン)を主材とするものが用
いられる。熱溶着面を大く確保するため、熱溶着部の外
周に1対の翼状部12aが備えられる。ボディ10の挿
入部13は、熱溶着部12と別体に成形され、熱溶着部
12にガス透過膜19と共に組み付けられる。キャップ
17は、突出部14と別体に成形され、弁室15aに弁
軸11およびスプリング18を納めてから、突出部14
に組み付けられる。
外部へ持ち出されるのを抑止するものであり、熱溶着部
12の内部で突出部14の先端に挟み込まれ、ガス抜き
通路15の中継部19を遮断する具合に介装される。
れ、ガスの溜まる内部空間を形作るものであり、1対の
樹脂ピース(半割部品)20a,20bから図4のよう
な断面角形の中空ロッドに組成される。ロッドの上面お
よび下面において、その中央部を挟む両側に1対の端子
板3a,3bを上下に貫通させるスリット21a,21
bが開口され、上面の中央部にガス抜きバルブ4の挿入
部13を嵌め込むための組付穴22が形成される。
る前のキャパシタ本体2に対し、1つの樹脂ピースから
中空ロッドに組み付けられ、その組付穴22にガス抜き
バルブ4の挿入部13が嵌め込まれるのである。容器1
の周縁において、三辺1b〜1cの熱溶着後、残る開口
可能な一辺1aにおいて、1対の端子板3a,3bと同
じく、熱溶着の密閉処理により、ガス抜きバルブ4は、
容器1の上部にボディ10の熱溶着部12を介して組み
付けられる。熱可塑性樹脂の溶融により、容器1を形成
する積層フィルムの樹脂層に溶着する。図3において、
5a,5bは集電極のリード部、6a,6bは1対の端
子板にそれぞれ付着される板状の熱可塑性樹脂、を示
す。
着部(密封部)の断面を表すものであり、1対の端子板
3a,3bを挟む板状の熱可塑性樹脂30は、熱溶着の
密閉処理により、それぞれが溶融して端子板3a,3b
を包み込みながら一体化しつつ扁平に広がるようにな
る。ガス抜きバルブ4の熱溶着部12についても、溶融
する翼状部12aが扁平に広がるようになり、各端子板
3a,3bの熱可塑性樹脂30と一体化するのである。
より、ガス抜きバルブ4の組み付けが容易に処理され、
容器1の良好な密封性を廉価に実現できる。熱可塑性樹
脂により、ガス抜きバルブ4は、容器1との良好な熱溶
着部が生成され、容器1の密封性を高度に確保できる。
熱可塑性樹脂は、廉価な絶縁材であり、熱溶着の処理に
より、積層フィルム(容器)の金属層に対する絶縁性が
損なわれることもない。
板3a,3bの熱可塑性樹脂30が一体化するので、こ
れらが柔軟な積層フィルムとの間で芯材のようになり、
1対の端子板3a,3bおよびガス抜きバルブ4の固定
を強化できる。
ど)については、スプリング18に設定される開弁圧を
超えるガス量は、ガス抜きバルブ4を開いて外部へ排出
される。そのため、容器1の内圧は開弁圧以下に規制さ
れ、ガスの影響(キャパシタ本体2の積層間にガスが入
り込み、静電容量や内部抵抗などを悪化させる)を抑え
られる。
は、スペーサ20の形作る内部空間から複数の通孔15
fを介して大径の空間容積15bへ入り、中継部15c
からガス透過膜19を介して弁座15dへ導かれ、パッ
キン16を弁軸10と共にリフトさせながら弁室15a
へ流れ、複数の通孔15eから外部へ排出されるのであ
る。
より、ガスと一緒に電解液が持ち出されることがなく、
電解液の減少に伴うキャパシタ性能の劣化を防止でき
る。ガス抜きバルブ4は、容器1の内圧が大気圧+所定
圧α以下になると、スプリング18のバネ力によりパッ
キン16が弁座15dを密閉するので、外部の大気がガ
ス抜きバルブ4を介して容器1の内部へ侵入するのを防
止できる。
ポンプにより、余分な電解液が抜き取られ、所定の負圧
状態に減圧されるので、大気圧によってキャパシタ本体
2の外形に圧縮されるが、ガス抜きバルブ4の空間容積
15bおよびスペーサ20が形作る内部空間により、ガ
ス溜め定形容積が確保される。
(単セル)から組電池(キャパシタモジュール)を構成
する使用状態の一例を表すものであり、複数の単セル2
5は厚さ方向(電極の積層方向)へ1列に重ねてモジュ
ールボックス28に収装される。キャパシタ性能を高め
るため、これら単セル25の加圧手段27が備えられ
る。加圧手段27は、1対の押圧板(図示せず)とこれ
らの間に介装される圧縮バネ27aとから構成される。
1対の押圧板は、電極と略同等の面積に形成され、圧縮
バネ27aのばね力により、1列の単セル25を均等な
面圧に加圧する。なお、複数の単セル25は、所定容量
の組電池を構成するよう、1対の端子板3a,3bを介
して直並列に接続される。
軟な容器1と一緒にキャパシタ本体2が圧縮され、各積
層間の密着性が高められるため、静電容量や内部抵抗な
どキャパシタ性能が良好に維持されるのである。このよ
うな使用状態において、単セル25の内部にガスが発生
すると、容器1の周縁が内圧の高まるに連れて次第に膨
らむようになり、容器1の熱溶着部に内側から剥離を生
じかねない。そのため、容器1の周縁を外側から挟圧す
る手段(図示せず)により、容器1の熱溶着部を保護す
ることが考えられる。
おいても、ガス抜きバルブ4およびスペーサ20によ
り、ガスの溜まる定形容積が確保されるので、ガス抜き
の頻度を適正に維持できる。ガスの溜まる空間が確保さ
れないと、容器1の内圧は高まりやすくなり、ガス抜き
バルブ4が頻繁に開閉しかねないのである。
可能なガス抜きバルブを表すものであり、図7のガス抜
きバルブ4Aは、弁体11が球形に形成される。ボディ
10は、容器1(積層フィルム)との熱溶着部12と、
容器1の内部への挿入部13と、容器1の外部への突出
部14と、からなり、これらを貫通するガス抜き通路1
5が形成される。30は球体11のリフトを安定化させ
るガイドであり、その外周にキャップ状の突出部14が
ネジで装着される。
るガス量は、スペーサ20の形作る内部空間から複数の
通孔15fを介して大径の空間容積15bへ入り、ガス
透過膜19から中継部15cを介して弁座15dへ導か
れ、球体11をリフトさせながら弁室15aへ流れ、複
数の通孔15eから外部へ排出されるのである。
11を球形からポペット形に代えたものである。図9の
ガス抜きバルブ4Cは、弁体11が環状の弾性体(ゴム
チューブなど)になり、突出部14の外周に嵌め付けら
れ、容器1の内圧に応じて伸縮することにより、通孔1
5eを開閉するものである。図10のガス抜きバルブ4
Dは、ボディ10(熱溶着部12と挿入部13と突出部
14)を一体化したものであり、弁体11にその倒れ防
止用のガイド30が追加され、通孔15eは弁室15a
を塞ぐプラグ31に1つ、断面積を大きく形成される。
部品に同じ符号を付ける。もちろん、図7〜図10のガ
ス抜きバルブ4A〜4Dにより、図1〜図3のガス抜き
バルブ4と同じく、容器1のガス抜きが定常的に行わ
れ、電解液の持ち出しも外気の侵入もなく、静電容量や
内部抵抗などキャパシタ性能を長く良好に維持しえる、
電気二重層キャパシタの供給を廉価に実現できる。
の熱溶着部12に係る別の実施形態を説明するものであ
り、バルブボディ10の熱溶着部12は、両側の翼状部
12aが延長され、これら延長部12bのそれぞれに端
子板3a,3bが予め一体に備えられる。つまり、バル
ブボディ10の熱溶着部12は、両側の延長部12bに
それぞれ端子板3a,3bを鋳包む形に熱可塑性樹脂か
ら一体に成形されるのである。
脂と端子板3a,3bの熱可塑性樹脂と、が予め一体に
継がるため、容器1の一辺1dに対する熱溶着の密閉処
理により、製品の出来にバラツキが生じるのを避けられ
る。図5の場合、翼状部12aの熱可塑性樹脂と端子板
3a,3bの熱可塑性樹脂30と、は熱溶着の密閉処理
により一体化されるので、熱溶着の仕方によっては一体
化に至らない可能性もあり、製品の出来にバラツキが生
じやすくなるのである。
て、1対の端子板3a,3bを一体に備えるバルブボデ
ィ10の熱溶着部12は、活性炭電極と集電極とセパレ
ータとから所定の積層体を組成する処理後、溶接機に積
層体と共にセットされ、1対の端子板3a,3bがそれ
ぞれ極性の対応する集電極の結束部に接合(溶接)され
る。
ボディ10の熱溶着部12および突出部14に組み付け
られる(図11、参照)。スペーサが1対の端子板3
a,3bを挟む具合に組み付けられると、このキャパシ
タ本体2は、容器1の底側部材に納められ、蓋側部材が
被せられる。容器1の周縁において、1対の端子板3
a,3bが突き出る一辺1aを除く三辺1b〜1cが熱
溶着され、電解液の含浸処理などが終わると、真空ポン
プにより、余分な電解液が抜き取られ、所定の減圧状態
に残りの一辺1aが熱溶着されるのである。
ディ10の熱溶着部12が1対の端子板3a,3bを鋳
包む延長部12bを備えるので、1対の端子板3a,3
bおよびガス抜きバルブ4の組み付けを精度よく能率的
に処理できる。
タの概要説明図である
説明図である。
る。
る。
Claims (8)
- 【請求項1】分極性電極と集電極とセパレータとから所
定の積層体に構成されるキャパシタ本体と、集電極の同
極どうしの結束部にそれぞれ接合される1対の端子と、
キャパシタ本体を電解液と共に収容して密封される容器
と、を備える電気二重層キャパシタにおいて、容器は複
数の樹脂層に金属の中間層を含む柔軟な積層フィルムか
ら形成され、1対の端子が突き出る容器の上部にガス抜
きバルブを熱溶着により組み付けたことを特徴とする電
気二重層キャパシタ。 - 【請求項2】ガス抜きバルブは、バルブボディの少なく
とも一部分が容器の積層フィルムとの熱溶着部として熱
可塑性樹脂から形成されたことを特徴とする請求項1に
記載の電気二重層キャパシタ。 - 【請求項3】バルブボディの熱溶着部は、1対の端子板
を鋳包むように一体成形される延長部を備えたことを特
徴とする請求項2に記載の電気二重層キャパシタ。 - 【請求項4】ガス抜きバルブは、ガスと一緒に電解液が
持ち出されるのを抑止するガス透過膜をガス抜き通路の
途中に介装したことを特徴とする請求項1に記載の電気
二重層キャパシタ。 - 【請求項5】ガス抜きバルブは、その開弁圧を大気圧+
所定圧αに設定する手段を備えたことを特徴とする請求
項1に記載の電気二重層キャパシタ。 - 【請求項6】容器の熱溶着部を外側から挟圧する手段を
備えたことを特徴とする請求項1に記載の電気二重層キ
ャパシタ。 - 【請求項7】ガス抜きバルブは、容器との熱溶着部より
も下方のガス抜き通路にガスの溜まる大径の空間容積を
設定したことを特徴とする請求項1に記載の電気二重層
キャパシタ。 - 【請求項8】容器の上部にガスの溜まる内部空間を形作
るスペーサを収装したことを特徴とする請求項1に記載
の電気二重層キャパシタ。
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