JP2004146451A

JP2004146451A - Electric double layer capacitor

Info

Publication number: JP2004146451A
Application number: JP2002307235A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Oga; 黄賀　啓介; Wataru Oizumi; 大泉　亘
Original assignee: NEC Tokin Corp; NEC Tokin Ceramics Corp
Current assignee: Tokin Corp; NEC Tokin Hyogo Ltd
Priority date: 2002-10-22
Filing date: 2002-10-22
Publication date: 2004-05-20

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric double layer capacitor which is used for a module that is composed of the electric double layer capacitors, improved in space factor, and capable of maintaining its reliability of withstanding an internal pressure. <P>SOLUTION: The outer case 11 of the electric double layer capacitor 10 is formed into a pillared shape which is triangular, square, or hexagonal in cross section, and a sealing unit 12 is formed into a circular shape. The outer case 11 is formed into a square pillar, so that the electric double layer capacitors 10 can be arranged without leaving any space between them and improved in space factor. The sealing unit 12 is formed into a circular shape, so that stress is restrained from being concentrated at a specific point when an internal pressure increases, and the capacitor 10 can be improved in reliability. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【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に関わり、特に、複数個を並べて用いる際の、配置面積の効率を向上し得る電気二重層コンデンサに関わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気二重層コンデンサは、電荷を有する固体とそれに接触する電解液の界面に形成される、厚さ数ｎｍ程度の電気二重層を、誘電体として利用したものである。電気二重層の容量は、１ｃｍ^２あたり数十μＦであるが、表面積が数千ｍ^２にも及ぶ活性炭を電極として用いることにより、数百〜数千Ｆの極めて大きな容量を得ることが可能である。
【０００３】
そして、電気二重層コンデンサは、下記のように電池と従来のコンデンサの中間のような特徴を有し、実用に供されるとともに、さらなる性能向上のための検討がなされている。
（１）充放電サイクルに伴う容量の劣化が少ない。
（２）一般的な電池に比較して、起動後に瞬時に大きな出力を取り出せる。
【０００４】
現用の電気二重層コンデンサで、小型のものは、表面に活性炭を主とする分極性電極層を形成した一対の分極性電極の間に、ポリプロピレン不織布などからなるセパレータを挟んで素子とし、この素子に電解液を含浸させ、金属容器に収容し、キャップとガスケットにより金属容器に密封したコイン型の構造をとっている。
【０００５】
この他に比較的大容量のものとして、シート状の分極性電極、集電体、セパレータを積層して渦巻状に巻き回してコンデンサ素子とし、この素子に電解液を含浸させ、金属容器に収容し、容器の開口部をキャップで密閉して構成した、巻回型の電気二重層コンデンサが製造されている。これらの電気二重層コンデンサは、主にＩＣメモリのバックアップやアクチュエータのバックアップに使用されている。
【０００６】
これらの電気二重層コンデンサを構成する分極性電極は、大表面積を有する活性炭を主とするものであり、巻回型のコンデンサでは活性炭粉末などをＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などをバインダとして混練し、シート状に形成したものが、またコイン型では上記シート状活性炭もしくは活性炭繊維布が用いられている。
【０００７】
従来の巻回型の電気二重層コンデンサの構造について、図を用いて説明する。図４は、従来の巻回型の電気二重層コンデンサの一例を示す、破砕断面を含む斜視図である。図４において、４０は電気二重層コンデンサ、４１は外装ケース、４２は封止部、４３は正極側及び負極側の端子、４４は正極側及び負極側の集電体、４５は正極側及び負極側の分極性電極、４６はセパレータである。
【０００８】
また、電気二重層コンデンサは、その複数個を、並列あるいは直列に接続して用いる場合もある。図５は、このために、端子をねじ端子とした電気二重層コンデンサの一例を示す斜視図である。図５において、５１は外装ケース、５２は封止部、５３は端子を示す。
【０００９】
そして、このような外装ケースが円筒形の電気二重層コンデンサの複数個を、モジュールとして用いた場合の問題点として、電気二重層コンデンサの占積率の低下がある。図６は、外装ケースが円筒形の電気二重層コンデンサを、複数個用いたモジュールを示す図で、図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は平面図である。この場合、図６（ｂ）に示したように、外装ケース５１が円筒形の電気二重層コンデンサ５０では、ハッチングを施した部分が無駄なスペースとなる。
【００１０】
一方で、外装ケースを四角柱形状とした、角形電気二重層コンデンサが、下記特許文献１に開示されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００２−５０５５２号公報
【００１２】
図７は、前記特許文献１に開示されている、電気二重層コンデンサの一例を示す斜視図である。図７に示した電気二重層コンデンサ７０は、概ね直方体形状を有し、別個の電気二重層コンデンサと接続するための、第一の凹部７１と、前記第一の凹部７１と嵌合する第一の凸部７２を備え、さらに第二の凹部７３と、前記第二の凹部７３と嵌合する第二の凸部７４を備えている。この例では、電気的な接続を取るための端子は、前記第一の凹部が設けられた面の一部に設けられる。
【００１３】
また、図８は、四角柱形状の外装ケースを有する電気二重層コンデンサで、封止部の面にねじ端子を設けた一例の斜視図である。図８において、８０は電気二重層コンデンサ、８１は外装ケース、８２は封止部、８３は端子を示す。
【００１４】
また、図９は、三角柱形状の外装ケースを有する電気二重層コンデンサで、封止部の面にねじ端子を設けた一例の斜視図である。図９において、９０は電気二重層コンデンサ、９１は外装ケース、９２は封止部、９３は端子を示す。
【００１５】
図７ないし図９に示した電気二重層コンデンサは、外装ケースが三角柱形状であれば、封止部の形状も三角形であり、外装ケースが四角柱形状であれば、封止部も四角形である。このため、封止部の加工が複雑化し、内部圧力を均一に封止部に加えることが困難で、信頼性の確保に課題を残すものである。
【００１６】
これに対し、内部圧力による障害を回避するための技術が下記特許文献２に開示されている。
【００１７】
【特許文献２】
特開２０００−６８１６７号公報
【００１８】
特許文献２には、外装ケースが四角柱形状で、外気と通じる開口部と、内部圧力に応じて収縮、復元する変形自在な内部圧力吸収室と、異常時に発生する分解ガスによる内部圧力上昇を排出する破裂栓を具備した、電気二重層コンデンサが開示されている。この電気二重層コンデンサは、内部圧力に対する対策が十分に配慮されているが、前記のように構造が複雑で、コスト面で不利にならざるを得ないものである。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の技術的な課題は、前記の問題点を解決し、複数個で構成されるモジュールとして使用される、電気二重層コンデンサにおける、占積率の向上と、内部圧力に対する信頼性を確保することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するために、外装ケースが角柱形状の電位二重層コンデンサの、封止部の形状を再検討した結果、なされたものである。
【００２１】
即ち、本発明は、開口部を有する有底の筒型外装ケースに収納された、集電体、電極、電解液と、前記開口部を封止する封止部と、前記封止部に設けられた端子からなる電気二重層コンデンサにおいて、前記外装ケースの断面形状と前記封止部の形状が異なることを特徴とする、電気二重層コンデンサである。
【００２２】
また、本発明は、前記外装ケースの断面形状が三角形であり、前記封止部の形状が円形であることを特徴とする、前記の電気二重層コンデンサである。
【００２３】
また、本発明は、前記外装ケースの断面形状が四角形であり、前記封止部の形状が円形であることを特徴とする、前記の電気二重層コンデンサである。
【００２４】
また、本発明は、前記外装ケースの断面形状が六角形であり、前記封止部の形状が円形であることを特徴とする、前記の電気二重層コンデンサである。
【００２５】
本発明の電気二重層コンデンサは、外装ケースの部分が、断面が三角形、四角形、六角形の角柱状であるため、複数個でモジュールを構成して用いた場合、個々の電気二重層コンデンサの間に無駄なスペースが減少し、占積率が向上する。また、封止部が円形であるため、内圧が上昇した場合、封止部の特定の部分に応力が集中することがないので、信頼性が向上する。
【００２６】
なお、個々の電気二重層コンデンサを密着した状態で配列し、間の無駄なスペースを無くすには、外装ケースが三角柱形状の場合は、その断面形状を正三角形もしくは二等辺三角形とし、外装ケースが四角柱形状の場合は、その断面形状を正方形、長方形、もしくは平行四辺形とし、外装ケースが六角柱の場合は、その断面形状を正六角形とする必要がある。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２８】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る、電気二重層コンデンサ１０を示す斜視図で、外装ケース１１の形状が、断面が正方形の四角柱で、封止部１２の形状が円形の例である。図１において、１３は端子である。
【００２９】
また、図２は、本発明の第２の実施の形態に係る、電気二重層コンデンサ２０示す斜視図で、外装ケース２１の形状が、断面が正三角形の三角柱で、封止部２２の形状が円形の例である。図２において、２３は端子である。
【００３０】
図３は、図１に示した電気二重層コンデンサ１０の複数個を、モジュールとして構成した例を示す斜視図で、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は平面図である。図３（ｂ）に示したように、本モジュールにおいては、電気二重層コンデンサ１０の外装ケース１１の断面形状が正方形なので、個々の電気二重層コンデンサ１０の側面を密着させた状態で配置することが可能である。
【００３１】
また、図２に示した電気二重層コンデンサ２０の複数個を、モジュールとして構成した場合においても、外装ケースの断面が正三角形なので、個々の電気二重層コンデンサの側面を密着させた状態で配置することが可能である。
【００３２】
そして、図１、図２のいずれの場合においても、封止部の形状が円形なので、分解ガスの発生などで内部圧が上昇した場合でも、特定の部分に応力が集中することがないので、信頼性を大幅に向上することができる。なお、ここでは、特に具体的に図示しないが、外装ケースの断面を正六角形としても、同様の効果が得られる。
【００３３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、複数個をモジュールとして使用し得る電気二重層コンデンサにおいて、占積率と、内部圧の上昇に対する信頼性が向上したものを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る、電気二重層コンデンサを示す斜視図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る、電気二重層コンデンサを示す斜視図。
【図３】電気二重層コンデンサの複数個を、モジュールとして構成した例を示す斜視図。図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は平面図。
【図４】従来の巻回型の電気二重層コンデンサの一例を示す、破砕断面を含む斜視図。
【図５】端子をねじ端子とした電気二重層コンデンサの一例を示す斜視図。
【図６】外装ケースが円筒形の電気二重層コンデンサを、複数個用いたモジュールを示す図。図６（ａ）は斜視図。図６（ｂ）は平面図。
【図７】特許文献１に開示されている、電気二重層コンデンサの一例を示す斜視図。
【図８】四角柱形状の外装ケースを有する電気二重層コンデンサで、封止部の面にねじ端子を設けた一例の斜視図。
【図９】三角柱形状の外装ケースを有する電気二重層コンデンサで、封止部の面にねじ端子を設けた一例の斜視図。
【符号の説明】
１０，２０，４０，５０，７０，８０，９０　　電気二重層コンデンサ
１１，２１，４１，５１，８１，９１　　外装ケース
１２，２２，４２，５２，８２，９２　　封止部
１３，２３，４３，５３，８３，９３　　端子
４４　　集電体
４５　　分極性電極
４６　　セパレータ
７１　　第一の凹部
７２　　第一の凸部
７３　　第二の凹部
７４　　第二の凸部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric double layer capacitor, and more particularly to an electric double layer capacitor that can improve the layout area efficiency when a plurality of the capacitors are used side by side.
[0002]
[Prior art]
The electric double layer capacitor uses an electric double layer having a thickness of about several nm, which is formed at an interface between a solid having a charge and an electrolytic solution in contact with the solid, as a dielectric. Although the capacity of the electric double layer is several tens of μF per cm ² , it is possible to obtain an extremely large capacity of several hundred to several thousand F by using activated carbon having a surface area of several thousand m ² as an electrode. is there.
[0003]
As described below, the electric double layer capacitor has features such as those between a battery and a conventional capacitor, and is put to practical use, and studies for further improving the performance are being made.
(1) Deterioration of capacity due to charge / discharge cycles is small.
(2) As compared with a general battery, a large output can be taken out instantly after startup.
[0004]
The current electric double-layer capacitor, which is small, is a device in which a separator made of a polypropylene non-woven fabric or the like is interposed between a pair of polarizable electrodes having a polarizable electrode layer mainly composed of activated carbon formed on the surface. Is impregnated with an electrolytic solution, accommodated in a metal container, and sealed in a metal container with a cap and a gasket to form a coin-type structure.
[0005]
In addition, as a relatively large-capacity capacitor, a sheet-shaped polarizable electrode, a current collector, and a separator are laminated and spirally wound to form a capacitor element. The element is impregnated with an electrolytic solution and housed in a metal container. Then, a wound electric double-layer capacitor in which the opening of the container is sealed with a cap has been manufactured. These electric double layer capacitors are mainly used for backup of IC memories and actuators.
[0006]
The polarizable electrodes constituting these electric double layer capacitors are mainly made of activated carbon having a large surface area. In a wound type capacitor, activated carbon powder or the like is kneaded using PTFE (polytetrafluoroethylene) or the like as a binder. The sheet-shaped activated carbon or activated carbon fiber cloth is used in a coin type.
[0007]
The structure of a conventional wound-type electric double layer capacitor will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a perspective view showing an example of a conventional wound-type electric double-layer capacitor, including a crushed cross section. 4, reference numeral 40 denotes an electric double layer capacitor; 41, an outer case; 42, a sealing portion; 43, positive and negative terminals; 44, positive and negative current collectors; The polarizable electrode on the side, 46 is a separator.
[0008]
In some cases, a plurality of electric double layer capacitors are used by connecting them in parallel or in series. FIG. 5 is a perspective view showing an example of an electric double layer capacitor in which the terminals are screw terminals for this purpose. In FIG. 5, reference numeral 51 denotes an outer case, 52 denotes a sealing portion, and 53 denotes a terminal.
[0009]
As a problem when a plurality of cylindrical electric double layer capacitors having such an outer case are used as a module, there is a decrease in the space factor of the electric double layer capacitor. 6A and 6B are views showing a module using a plurality of electric double-layer capacitors each having a cylindrical outer case. FIG. 6A is a perspective view, and FIG. 6B is a plan view. In this case, as shown in FIG. 6B, in the electric double-layer capacitor 50 in which the outer case 51 has a cylindrical shape, the hatched portion becomes a useless space.
[0010]
On the other hand, a rectangular electric double layer capacitor in which an outer case has a quadrangular prism shape is disclosed in Patent Document 1 below.
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-50552
FIG. 7 is a perspective view showing an example of an electric double-layer capacitor disclosed in Patent Document 1. The electric double-layer capacitor 70 shown in FIG. 7 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and has a first concave portion 71 for connecting to a separate electric double-layer capacitor, and a first concave portion 71 fitted to the first concave portion 71. , And a second concave portion 73 and a second convex portion 74 that fits with the second concave portion 73. In this example, a terminal for making an electrical connection is provided on a part of the surface provided with the first concave portion.
[0013]
FIG. 8 is a perspective view of an example of an electric double layer capacitor having a quadrangular prism-shaped outer case, in which screw terminals are provided on the surface of a sealing portion. 8, reference numeral 80 denotes an electric double layer capacitor, 81 denotes an outer case, 82 denotes a sealing portion, and 83 denotes a terminal.
[0014]
FIG. 9 is a perspective view of an example of an electric double layer capacitor having a triangular prism-shaped outer case, in which screw terminals are provided on the surface of a sealing portion. 9, reference numeral 90 denotes an electric double layer capacitor, 91 denotes an outer case, 92 denotes a sealing portion, and 93 denotes a terminal.
[0015]
In the electric double-layer capacitor shown in FIGS. 7 to 9, if the outer case has a triangular prism shape, the shape of the sealing portion is also triangular, and if the outer case is quadrangular prism shape, the sealing portion is also quadrangular. . For this reason, the processing of the sealing portion is complicated, and it is difficult to uniformly apply the internal pressure to the sealing portion, which leaves a problem in securing reliability.
[0016]
On the other hand, a technique for avoiding an obstacle due to an internal pressure is disclosed in Patent Document 2 below.
[0017]
[Patent Document 2]
JP 2000-68167 A
Patent Literature 2 discloses that the outer case has a square pillar shape, an opening communicating with the outside air, a deformable internal pressure absorbing chamber that contracts and restores according to the internal pressure, and an internal pressure rise caused by a decomposition gas generated at an abnormal time. An electric double layer capacitor having a burst plug for discharging is disclosed. This electric double-layer capacitor has taken sufficient measures against internal pressure, but as described above, it has a complicated structure and is inevitably disadvantageous in terms of cost.
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the technical problem of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to improve the space factor and reliability against internal pressure in an electric double layer capacitor used as a module composed of a plurality. It is to secure.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made as a result of reconsidering the shape of the sealing portion of a potential double-layer capacitor having a prismatic outer case in order to solve the above-mentioned problem.
[0021]
That is, the present invention provides a current collector, an electrode, an electrolytic solution, a sealing part for sealing the opening, and a sealing part housed in a bottomed cylindrical outer case having an opening, and the sealing part. The cross-sectional shape of the outer case and the shape of the sealing portion are different from each other.
[0022]
Further, the present invention is the electric double-layer capacitor, wherein the cross-sectional shape of the outer case is triangular, and the shape of the sealing portion is circular.
[0023]
Further, the present invention is the electric double-layer capacitor, wherein the cross-sectional shape of the outer case is quadrangular, and the shape of the sealing portion is circular.
[0024]
Further, the present invention is the electric double-layer capacitor, wherein the cross-sectional shape of the outer case is hexagonal, and the shape of the sealing portion is circular.
[0025]
In the electric double-layer capacitor of the present invention, since the outer case portion has a triangular, quadrangular, or hexagonal prism shape in cross section, when a plurality of modules are used to form a module, the space between the individual electric double-layer capacitors is reduced. Wasteful space is reduced, and the space factor is improved. In addition, since the sealing portion is circular, when the internal pressure increases, stress does not concentrate on a specific portion of the sealing portion, so that the reliability is improved.
[0026]
In addition, in order to arrange the individual electric double layer capacitors in close contact with each other and eliminate unnecessary space between them, if the outer case is a triangular prism shape, the cross-sectional shape is an equilateral triangle or an isosceles triangle, and the outer case is In the case of a quadrangular prism shape, the cross-sectional shape must be a square, a rectangle, or a parallelogram. When the exterior case is a hexagonal prism, the cross-sectional shape must be a regular hexagon.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0028]
FIG. 1 is a perspective view showing an electric double layer capacitor 10 according to a first embodiment of the present invention. The shape of an outer case 11 is a square pillar having a square cross section, and the shape of a sealing portion 12 is circular. This is an example. In FIG. 1, reference numeral 13 denotes a terminal.
[0029]
FIG. 2 is a perspective view showing an electric double layer capacitor 20 according to a second embodiment of the present invention. The shape of the outer case 21 is a triangular prism having a regular triangular cross section, and the shape of the sealing portion 22 is different. It is a circular example. In FIG. 2, 23 is a terminal.
[0030]
3 is a perspective view showing an example in which a plurality of the electric double layer capacitors 10 shown in FIG. 1 are configured as a module. FIG. 3 (a) is a perspective view, and FIG. 3 (b) is a plan view. As shown in FIG. 3B, in this module, since the cross-sectional shape of the outer case 11 of the electric double layer capacitor 10 is square, it is necessary to arrange the electric double layer capacitors 10 in a state where the side surfaces thereof are in close contact with each other. Is possible.
[0031]
Further, even when a plurality of electric double layer capacitors 20 shown in FIG. 2 are configured as a module, since the cross section of the outer case is a regular triangle, the individual electric double layer capacitors are arranged in a state in which the side surfaces thereof are in close contact with each other. It is possible.
[0032]
In both cases of FIGS. 1 and 2, since the shape of the sealing portion is circular, even when the internal pressure increases due to generation of decomposition gas, stress does not concentrate on a specific portion. The reliability can be greatly improved. Although not specifically illustrated here, the same effect can be obtained even if the cross section of the outer case is a regular hexagon.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an electric double layer capacitor in which a plurality of modules can be used as a module with improved space factor and improved reliability against an increase in internal pressure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an electric double layer capacitor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing an electric double layer capacitor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing an example in which a plurality of electric double layer capacitors are configured as a module. 3A is a perspective view, and FIG. 3B is a plan view.
FIG. 4 is a perspective view showing an example of a conventional wound-type electric double-layer capacitor, including a crushed cross section.
FIG. 5 is a perspective view showing an example of an electric double-layer capacitor in which terminals are screw terminals.
FIG. 6 is a diagram showing a module using a plurality of electric double-layer capacitors each having a cylindrical outer case. FIG. 6A is a perspective view. FIG. 6B is a plan view.
FIG. 7 is a perspective view showing an example of an electric double-layer capacitor disclosed in Patent Document 1.
FIG. 8 is a perspective view of an example of an electric double-layer capacitor having a quadrangular prism-shaped outer case, in which screw terminals are provided on a surface of a sealing portion.
FIG. 9 is a perspective view of an example of an electric double-layer capacitor having a triangular prism-shaped outer case, in which screw terminals are provided on a surface of a sealing portion.
[Explanation of symbols]
10, 20, 40, 50, 70, 80, 90 Electric double layer capacitors 11, 21, 41, 51, 81, 91 Outer cases 12, 22, 42, 52, 82, 92 Sealing portions 13, 23, 43, 53, 83, 93 Terminal 44 Current collector 45 Polarizing electrode 46 Separator 71 First concave portion 72 First convex portion 73 Second concave portion 74 Second convex portion

Claims

A bottomed cylindrical outer case having an opening, and a current collector, an electrode, and an electrolytic solution housed in the cylindrical outer case, a sealing portion for sealing the opening, and the sealing portion An electric double-layer capacitor comprising terminals provided, wherein a cross-sectional shape of the outer case and a shape of the sealing portion are different.

The electric double layer according to claim 1, wherein a cross-sectional shape of the cylindrical outer case is any one of a triangle, a quadrangle, and a hexagon, and the shape of the sealing portion is a circle. Capacitors.