JP2004079650A - 電気二重層キャパシタ及びその製造方法並びにその製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電極部材2はアルミ箔4にシート電極3を接着して構成されている。電解液9をラミネートフィルム6内に注入すると、活性炭電極であるシート3からエアーが発生する。このエアーは、シート電極3に形成してある貫通穴10を通して排出され、真空引きされて外部に取り出される。このように、エアーが確実に排出されるため、シート電極3とアルミ箔4との接着が良好に維持され、また、エアー溜まりが発生することはない。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気二重層キャパシタ及びその製造方法並びにその製造装置に関するものであり、シート電極とアルミ箔との接着不良や、エアー溜まりの発生を防止することができるように工夫したものである。
【0002】
【従来の技術】
現在、普及しているコンピュータには、メモリのバックアップ用などの蓄電素子として電気二重層キャパシタが利用されている。この電気二重層キャパシタは、帯状の2枚の電極部材と、電極部材とほぼ同形状の絶縁部材を2枚の電極部材の間に挟んで3枚重ねにした単セル構造をしており、これらの部材(単セル構造、即ち、電極部材と絶縁部材)を重ねたまま渦巻き状に巻き取って円筒形の容器に収納する形式が主流となっている。
【0003】
著しい発展を遂げている電気二重層キャパシタの開発では、性能向上,サイクル寿命の向上,特性の安定化,およびコストダウン等が進められている。蓄電エネルギーの高密度化が望まれている昨今、コストダウンの一つの方法として様々な形状に加工し易い熱シートフィルムを用いた電気二重層キャパシタ(以下「ラミネートキャパシタ」と称する)がある。
【0004】
こうした中で外形をシート型やブロック型等にした構造が考えられ、それらに伴って新しい電極部材の形式も重要な要素となっており、電極材料の組成の改良ばかりでなく、電極部材の構造の改良や組み立て方法の改善によってもキャパシタ特性を向上させている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このラミネートキャパシタは、ラミネートフィルムの端部の辺を加熱シールすることで袋状の構造を形成し、内部に電極部材やセパレータ(隔壁)及び電解質を伴う電解液を収納している。
【0006】
電気エネルギーの出し入れ(充放電)を担う取出端子には、アルミ箔(厚み:0.1mm)を使用しており、シート状に形成された電極材(シート電極)とアルミ箔は、導電性塗料を用いて接着されており、これを電極部材としている。
【0007】
シート電極は、電解液に浸漬すると電解液を吸収し、内部に存在するエアーを放出する。これは、シート電極が炭素系粉末に高分子系の粉体材料等を混練して成形されているため、組成の粒子間の空孔にエアーが存在するためである。そのため、ラミネートキャパシタの組み立て時に電解液を注入すると、電極部材のシート電極とアルミ箔との接着面からエアーが発生し、接着面の一部が剥離する可能性があるばかりか、場合によってはエアー溜まりが発生する。
【0008】
接着面の剥離やエアー溜まりの発生は、接触抵抗の増加の原因となり、内部抵抗の上昇によってラミネートキャパシタの性能を低下させる要因となる。
【0009】
本発明は、上記従来技術に鑑み、電極部材のシート電極とアルミ箔との接着面での剥離やエアー溜まりの発生を防止することができる電気二重層キャパシタ及びその製造方法並びにその製造装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の電気二重層キャパシタの構成は、アルミ箔と活性炭電極であるシート電極とを接着させてなる電極部材を対向させると共に、電極部材どうしの間にセパレータ及び電解液を介在させ、電池外装としてラミネートフィルムを用いた電気二重層キャパシタにおいて、
前記シート電極には貫通穴が形成されていることを特徴とする。
【0011】
また本発明の電気二重層キャパシタの製造方法の構成は、アルミ箔と貫通穴が形成された活性炭電極であるシート電極とを接着させてなる電極部材を対向させると共に、電極部材どうしの間にセパレータ及び電解液を介在させ、電池外装としてラミネートフィルムを用いた電気二重層キャパシタの製造方法であって、
前記電極部材は、貫通穴が形成されているシート電極に、アルミ箔を張り合わせて製造することを特徴とする。
【0012】
また本発明の電気二重層キャパシタの製造方法の構成は、アルミ箔と貫通穴が形成された活性炭電極であるシート電極とを接着させてなる電極部材を対向させると共に、電極部材どうしの間にセパレータ及び電解液を介在させ、電池外装としてラミネートフィルムを用いた電気二重層キャパシタの製造方法であって、
前記電極部材は、アルミ箔に導電性塗料を塗布し、このアルミ箔のうち導電性塗料が塗布された面にシート電極を張り合わせ、その後、シート電極に針を刺してシート電極に貫通穴を形成することを特徴とする。
【0013】
また本発明の電気二重層キャパシタの製造装置の構成は、アルミ箔と貫通穴が形成された活性炭電極であるシート電極とを接着させてなる電極部材を対向させると共に、電極部材どうしの間にセパレータ及び電解液を介在させ、電池外装としてラミネートフィルムを用いた電気二重層キャパシタを製造する製造装置であって、
アルミ箔にシート電極を接着してなる電極部材が載置されるステージと、
多数の穴を有すると共に前記ステージとの間で前記電極部材を挾持・圧迫する押当て板を有する押当て部材と、
前記穴を介して前記電極部材のシート電極に差し込まれる多数の短針を有する短針部材とで構成されることを特徴とする。
【0014】
また本発明の電気二重層キャパシタの製造装置の構成は、アルミ箔と貫通穴が形成された活性炭電極であるシート電極とを接着させてなる電極部材を対向させると共に、電極部材どうしの間にセパレータ及び電解液を介在させ、電池外装としてラミネートフィルムを用いた電気二重層キャパシタを製造する製造装置であって、
アルミ箔にシート電極を接着してなる電極部材が載置されるステージと、
ローラの周面に多数の短針またはフィンを備えて形成され、前記ステージ上に回転自在に支持された短針付きローラまたはフィン付きローラとで構成されることを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【0016】
<実施例1>
まず、実施例1として本発明にかかるラミネートキャパシタの構成を、図1を参照して説明する。同図に示すように、このラミネートキャパシタ1の電極部材2は、活性炭電極であるシート電極3に、集電電極及び取出端子として機能するアルミ箔4を導電性塗料(導電性接着剤)により接着して形成されている。この電極部材2相互は、セパレータ5を間に挟んで対向配置されている。電極部材2及びセパレータ5は、電池外装として機能する袋状に形成されたラミネートフィルム6内に収納されている。ラミネートフィルム6は、アルミ箔7とプラスチックフィルム層8をラミネートしたものである。そして、電池外装となるラミネートフィルム6内には、電解液9が封入されている。
【0017】
更に、シート電極3には、表面側から裏面側に貫通する貫通穴10を開けている。この貫通穴10は、例えば直径が0.5mmで、1個/cm2 の割合でランダムに明けられている。貫通穴10はガス抜き穴として機能するので、ラミネートキャパシタ1の組み立て時に、ラミネートフィルム6内に電解液を注入した際に、シート電極3とアルミ箔4との接着面からエアーが発生しても、このエアーは貫通穴10を通って排出されるため、接着面が剥離したり、エアー溜まりが発生することが無くなる。なお、排出されたエアーは、ラミネートフィルム6内を真空引きすることにより、外部に取り出される。このため、接着面の剥離やエアー溜まりの無い、高品質なラミネートキャパシタ1となる。なお、貫通穴10を明ける方法や手順の具体例については後述する。
【0018】
<実施例2>
実施例2として、電極部材の製造方法の一例を説明する。まず、直径(φ)が0.5mmの短針を、シート電極表面に1個/cm2 の割合でランダムに差し込む。これにより、貫通穴を開けたシート電極(厚み0.5mm)を作製する。次に、接着剤として導電性塗料を5mg/cm2 の割合で均一に塗布したアルミ箔(厚み0.1mm)面に、貫通穴を明けたシート電極を張り合わせた。さらに、15g/cm2 −3secの条件で、接着したシート電極及びアルミ箔を圧着し、150°C−30minの乾燥処理を行って、電極部材を製造した。
【0019】
このようにして製造した電極部材を、大気圧の環境で電解液(TEABF(1.0mol/l)PC)に30分間浸漬したものを検査したところ、接着面の剥離やエアー溜まりの発生がないことを確認した。
【0020】
<実施例3>
実施例3として、電極部材の製造方法の他の一例を説明する。
前述した実施例2の工程では、最初に貫通穴の加工をしたシート電極を作製し、これをアルミ箔に張り合わせる方法を採っている。しかし、シート電極は比較的、材料強度が低いため、接着時の圧着荷重の条件によっては貫通穴(ガス抜き穴)の目が塞がってしまう可能性がある。
【0021】
そこで、実施例3では、塞がりの無い貫通穴を確実に形成しつつ製造をするため、図2に示すような、短針部材21と押当て部材22とでなる組み合せ治具23を用いて、電極部材30を製造をする。
【0022】
短針部材21は、直径(φ)が0.5mm、長さ20mmの短針21aを、金属板21bの下面に規則正しく配列させた治具であり、短針21aの配置の割合は、実施例1と同条件となるように1本/cm2 としている。金属板21bの上面には押軸21cを備えており、この押軸21cが図示しない昇降装置に連結されて短針部材21全体が上下方向(矢印A方向)に沿い往復移動できるようになっている。
【0023】
押当て部材22の押当て板22aは厚みが10mmの金属板であり、この押当て板22aは、短針21aの配置に合わせて短針21aの直径よりも0.3mm大きい穴22bを開けた簀の子型の金属板である。このため、短針21aは穴22bを通って上下方向に移動することができる。押当て板22aの上面には、押部22cが備えられており、この押部22cが図示しない昇降装置に連結されて押当て部材22全体が上下方向(矢印B方向)に沿い往復移動できるようになっている。
【0024】
更に、短針部材21と押当て部材22とでなる組み合せ治具23全体が、上下方向(矢印C方向)に沿い一体として往復移動できるようになっている。
【0025】
電極部材30を製造するには、図2に示すように、まず、5mg/cm2 の割合で均一に導電性塗料(導電性接着剤)31を塗布したアルミ箔(厚み0.1mm)32をステージ24上に乗せ、塗布面にシート電極33を張り合わせる。その後、組み合せ治具23全体を下降させ、シート電極33の上から短針部材21の短針21aを押し当てて差し込み、シート電極33にガス抜き穴を形成し、そのままの状態で押当て部材22の押当て板22aを使って実施例1と同様の条件で圧着する。
【0026】
貫通穴の穴形成が完了したら、押当て板22aにより電極部材30を圧着した状態のまま、まず短針部材21を上昇させて短針21aをシート電極33から引き抜く。その後に、押当て部材22を上昇させて、押当て板22aをシート電極33の面から上方に移動させて圧着を終了する。
【0027】
この時、アルミ箔32に穴を開けないようにするため、短針21aが最下端に位置した場合においても、短針21aの先端(下端)とステージ24の上面とのギャップが、アルミ箔32の厚み0.1mm以下にならないようにしている。
【0028】
このようにして穴形成をした電極部材30を乾燥処理した。このようにして製造した電極部材30を、実施例2と同様に、大気圧の環境で電解液に30min間浸漬したものを検査したところ、接着面の剥離やエアー溜まりの発生がないことを確認した。
【0029】
<実施例4>
前述した実施例3では、アルミ箔32とシート電極33をそれぞれ1枚づつ最初に裁断し、これを導電性塗料31で接合した個々の部材について、ガス抜きの穴の加工を行っていたが、実施例4では、次の方法で連続加工した。
【0030】
実施例4では、貫通孔の穴加工を連続して行うことができるように、図3に示すような、ガス抜き穴連続成形装置40を用いて、電極部材30を製造する。
【0031】
図3に示すガス抜き穴連続成形装置40では、ステージ41に固定した支持部材42により、短針付きローラ43を回転自在に配置している。つまり、短針付きローラ43はその回転軸がステージ41の上面に対して平行で、回転軸回りに回転できるようになっている。
【0032】
短針付きローラ43は、図4にも示すように、ローラ43aの曲面(周面)に直径(φ)が0.5mm、長さ0.5mmの短針43bを1本/cm2 の割合で取付けたものである。
【0033】
また、実施例3と同様に、短針付きローラ43が回転して短針43bがステージ41の上面に向いた状態(短針43bが最下端位置に達した状態)において、短針43bの先端(下端)とステージ41の上面とのギャップがアルミ箔32の厚み0.1mm以下にならないように設定している。
【0034】
このようなガス抜き穴連続成型装置40では、図3に示すように、矢印D方向に回転している短針付きローラ43とステージ41の間に、シート電極33とアルミ箔32を接着してなる電極部材30を、シート電極33が上側になる状態にして矢印E方向に通す。
【0035】
そうすると、電極部材30のシート電極33に短針43bが差し込まれてシート電極33にガス抜き用の貫通穴が形成される。これと同時に、ローラ43aの周面とステージ43bの上面との間で電極部材30が挾持・圧迫されて圧着工程も同時に行われる。
【0036】
このようにして、貫通穴の形成と圧着工程とが同時に且つ連続して行われる。
【0037】
このようにして円形の貫通穴が製造された電極部材30を、実施例2と同様に、大気圧の環境で電解液に30min間浸漬したものを検査したところ、接着面の剥離やエアー溜まりの発生がないことを確認した。
【0038】
<実施例5>
さらに、ガス抜きの効率を上げるために、円形の穴ではなく長方形の溝を形成させるため、図5に示すような、ローラ43aの曲面(周面)に、厚み0.2mm,長さ0.5mm,幅2mmのフィン43cを取り付けたフィン付きローラ43−1を用いて、実施例4と同様の方法で、シート電極のみにガス抜き用の溝を形成することもできる。
【0039】
このようにして長方形の溝である貫通穴が製造された電極部材を、実施例2と同様に、大気圧の環境で電解液に30min間浸漬したものを検査したところ、接着面の剥離やエアー溜まりの発生がないことを確認した。
【0040】
<実施例6>
実施例2〜5で製造した電極部材は、大気圧の環境で電解液に浸漬し、接着面の剥離やエアー溜まりの発生がないことを確認したが、電解液の浸漬時間を短縮するため、次のような浸漬方法を採用することもできる。
【0041】
図6に示すように、実施例2〜実施例5で製造した、貫通穴が明けられた電極部材30をそれぞれガラス容器50に入れると共に、このガラス容器50を真空容器51内にセットする。なお、51aはOリングである。そして、水52を張った超音波振動発生装置53内に真空容器51を収納し、電解液タンク54からガラス容器50内に電解液55を注入する。
【0042】
この状態で真空ポンプ56にて、真空容器51内を真空引きして−90kPaの環境に保持した。そして、超音波振動発生装置53によりガラス容器50を超音波振動(振動周波数100Hz)させて10min間処理した。
【0043】
このような処理後、サンプルである電極部材30を取り出して検査したところ、接着面の剥離やエアー溜まりの発生がないことを確認した。
【0044】
【発明の効果】
以上実施例と共に具体的に説明したように、本発明の電気二重層キャパシタでは、シート電極に貫通穴を形成しているため、電解液注入時に発生したエアーは貫通穴を通って排出される結果、接着面の剥離やエアー溜まりの発生を防止して高性能の電気二重層キャパシタ(ラミネートキャパシタ)を製造することができる。
【0045】
また、本発明の電気二重層キャパシタの製造方法や製造装置により、電極部材のシート電極に貫通穴の形成をすることができ、貫通穴を備えた高性能な電気二重層キャパシタを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係るラミネートキャパシタを示す断面図である。
【図2】本発明の実施例に係るラミネートキャパシタの製造装置の一例を示す構成図である。
【図3】本発明の実施例に係るラミネートキャパシタの製造装置の他の例を示す構成図である。
【図4】短針付きローラを示す斜視図である。
【図5】フィン付きローラを示す斜視図である。
【図6】超音波振動を用いた真空含浸装置を示す構成図である。
【符号の説明】
1 ラミネートキャパシタ
2 電極部材
3 シート電極
4 アルミ箔
5 セパレータ
6 ラミネートフィルム
7 アルミ箔
8 プラスチックフィルム層
9 電解液
10 貫通穴
21 短針部材
22 押当て部材
23 組み合せ治具
24 ステージ
30 電極部材
40 ガス抜き穴連続成型装置
41 ステージ
42 支持部材
43 短針付きローラ
43−1 フィン付きローラ
50 ガラス容器
51 真空容器
52 水
53 超音波振動発生装置
54 電解液タンク
55 電解液
56 真空ポンプ
Claims (6)
- アルミ箔と活性炭電極であるシート電極とを接着させてなる電極部材を対向させると共に、電極部材どうしの間にセパレータ及び電解液を介在させ、電池外装としてラミネートフィルムを用いた電気二重層キャパシタにおいて、
前記シート電極には貫通穴が形成されていることを特徴とする電気二重層キャパシタ。 - アルミ箔と貫通穴が形成された活性炭電極であるシート電極とを接着させてなる電極部材を対向させると共に、電極部材どうしの間にセパレータ及び電解液を介在させ、電池外装としてラミネートフィルムを用いた電気二重層キャパシタの製造方法であって、
前記電極部材は、貫通穴が形成されているシート電極に、アルミ箔を張り合わせて製造することを特徴とする電気二重層キャパシタの製造方法。 - アルミ箔と貫通穴が形成された活性炭電極であるシート電極とを接着させてなる電極部材を対向させると共に、電極部材どうしの間にセパレータ及び電解液を介在させ、電池外装としてラミネートフィルムを用いた電気二重層キャパシタの製造方法であって、
前記電極部材は、アルミ箔に導電性塗料を塗布し、このアルミ箔のうち導電性塗料が塗布された面にシート電極を張り合わせ、その後、シート電極に針を差してシート電極に貫通穴を形成することを特徴とする電気二重層キャパシタの製造方法。 - アルミ箔と貫通穴が形成された活性炭電極であるシート電極とを接着させてなる電極部材を対向させると共に、電極部材どうしの間にセパレータ及び電解液を介在させ、電池外装としてラミネートフィルムを用いた電気二重層キャパシタを製造する製造装置であって、
アルミ箔にシート電極を接着してなる電極部材が載置されるステージと、
多数の穴を有すると共に前記ステージとの間で前記電極部材を挾持・圧迫する押当て板を有する押当て部材と、
前記穴を介して前記電極部材のシート電極に差し込まれる多数の短針を有する短針部材とで構成されることを特徴とする電気二重層キャパシタの製造装置。 - アルミ箔と貫通穴が形成された活性炭電極であるシート電極とを接着させてなる電極部材を対向させると共に、電極部材どうしの間にセパレータ及び電解液を介在させ、電池外装としてラミネートフィルムを用いた電気二重層キャパシタを製造する製造装置であって、
アルミ箔にシート電極を接着してなる電極部材が載置されるステージと、
ローラの周面に多数の短針を備えて形成され、前記ステージ上に回転自在に支持された短針付きローラとで構成されることを特徴とする電気二重層キャパシタの製造装置。 - アルミ箔と貫通穴が形成された活性炭電極であるシート電極とを接着させてなる電極部材を対向させると共に、電極部材どうしの間にセパレータ及び電解液を介在させ、電池外装としてラミネートフィルムを用いた電気二重層キャパシタを製造する製造装置であって、
アルミ箔にシート電極を接着してなる電極部材が載置されるステージと、
ローラの周面に多数のフィンを備えて形成され、前記ステージ上に回転自在に支持されたフィン付きローラとで構成されることを特徴とする電気二重層キャパシタの製造装置。
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JP2011066324A (ja) * | 2009-09-18 | 2011-03-31 | Daihatsu Motor Co Ltd | 電気化学セル |
-
2002
- 2002-08-13 JP JP2002235435A patent/JP2004079650A/ja active Pending
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