JP2005209684A

JP2005209684A - 電気二重層キャパシタ、それを備えた蓄電装置及び電気二重層キャパシタの製造方法

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Publication number: JP2005209684A
Application number: JP2004011522A
Authority: JP
Inventors: Yoji Azuma; 陽二東; Ryutaro Nozu; 龍太郎野津
Original assignee: Japan Radio Co Ltd; Nisshinbo Industries Inc; Nisshin Spinning Co Ltd
Current assignee: Nisshinbo Holdings Inc; Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2024-01-20
Also published as: US20070258191A1; CN100587872C; CN1910712A; JP3764459B2; US7417845B2; EP1717833A1; WO2005069322A1; EP1717833A4

Abstract

【課題】電気二重層キャパシタ本体が収納された筐体内部の密閉性を向上させる。
【解決手段】正側端子電極３０における正側開口部１６−３の内側面との接合部３０−１に耐薬品性及び熱可塑性を有する合成樹脂製のシート４０を全周に渡って熱溶着し、負側端子電極３２における負側開口部１６−４の内側面との接合部３２−１に耐薬品性及び熱可塑性を有する合成樹脂製のシート４２を全周に渡って熱溶着する。その後、シート４０と正側開口部１６−３の内側面とを全周に渡って熱溶着し、シート４２と負側開口部１６−４の内側面とを全周に渡って熱溶着する。
【選択図】図２

Description

本発明は、繰り返し充放電可能な電気二重層キャパシタ、それを備えた蓄電装置及び電気二重層キャパシタの製造方法に関する。

電気二重層キャパシタは、繰り返し充放電可能な蓄電装置として用いられている。電気二重層キャパシタは、電気化学反応を用いる二次電池と比較して、大電流による急速充放電が可能であり、かつ長寿命という特徴を有している。

この電気二重層キャパシタの従来例が特開平４−１５４１０６号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１においては、平板状の正極及び負極がセパレータを介して交互に積層されている電気二重層キャパシタ本体が電解液含浸状態で筐体内に収納されている。複数枚の正極及び負極中の集電体より引き出されたリード部は、筐体の蓋に配設された外部端子と接合されている。

特開平４−１５４１０６号公報

電気二重層キャパシタの充放電の際には、電解液に含まれている不純物等によりガスが発生することで、筐体内部の圧力が増大する。特許文献１においては、この筐体内部の圧力増大により、外部端子と筐体の蓋との接合部が劣化して筐体内部の密閉性が保てなくなるため、電解液の漏れが発生して電気二重層キャパシタの特性が劣化してしまうという問題点がある。また、筐体内部の圧力増大により、筐体が変形してしまうという問題点がある。

本発明は、筐体内部の密閉性を向上させることができる電気二重層キャパシタ、それを備えた蓄電装置及び電気二重層キャパシタの製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、他に、筐体内部の圧力が増大しても、電解液の漏れが起きず、筐体の変形を抑止できる電気二重層キャパシタを提供することを目的とする。

本発明に係る電気二重層キャパシタ、それを備えた蓄電装置及び電気二重層キャパシタの製造方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る電気二重層キャパシタは、正側電極及び負側電極がセパレータを介して対向配置された電気二重層キャパシタ本体が電解液含浸状態で樹脂製の筐体の内部に収納されており、該筐体の外部に露出している正側端子部及び負側端子部が該筐体に形成された正側開口部及び負側開口部をそれぞれ通って前記正側電極及び前記負側電極にそれぞれ接続されている電気二重層キャパシタであって、前記正側端子部が前記正側開口部の内側面と全周に渡って溶着され、前記負側端子部が前記負側開口部の内側面と全周に渡って溶着されていることを要旨とする。

この本発明においては、正側端子部が筐体に形成された正側開口部の内側面と全周に渡って溶着され、負側端子部が筐体に形成された負側開口部の内側面と全周に渡って溶着されていることにより、正側及び負側端子部と筐体との密着性を向上させることができるので、電気二重層キャパシタ本体が収納された筐体内部の密閉性を向上させることができる。

本発明に係る電気二重層キャパシタにおいて、前記正側端子部及び前記負側端子部は、前記正側開口部の内側面及び前記負側開口部の内側面とそれぞれ全周に渡って樹脂製のシートを介して溶着されているものとすることもできる。こうすれば、正側及び負側端子部と筐体との密着性をさらに向上させることができる。この態様の本発明に係る電気二重層キャパシタにおいて、前記筐体は耐薬品性及び熱可塑性を有する合成樹脂製であり、前記シートは耐薬品性及び熱可塑性を有する合成樹脂製であるものとすることもできる。こうすれば、筐体及びシートを熱溶着により接合する加工ができるとともに、耐薬品性能を向上させることができる。この態様の本発明に係る電気二重層キャパシタにおいて、前記筐体はポリプロピレン系、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリエステル系、ポリイミド系のいずれか１の樹脂製であり、前記シートはポリプロピレン系、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリエステル系、ポリイミド系のいずれか１の樹脂製であるものとすることもできる。

本発明に係る電気二重層キャパシタにおいて、前記筐体内部の圧力が所定圧力より大きくなった場合に該筐体内部と外部とを連通するリリーフ弁を有するものとすることもできる。こうすれば、筐体内部の圧力増大による筐体の変形を抑止できるので、筐体における接合部の劣化を抑止できる。また、電解液の漏れを防止できる。

本発明に係る電気二重層キャパシタにおいて、前記筐体を形成する面に補強手段が設けられているものとすることもできる。こうすれば、筐体内部の圧力増大による筐体の変形を抑止できるので、筐体における接合部の劣化を抑止できる。

本発明に係る電気二重層キャパシタが直列に複数接続されている蓄電装置において、これら複数の電気二重層キャパシタ間における電圧のばらつきを補正するための補正回路が該蓄電装置内に内蔵されているものとすることもできる。こうすれば、直列接続された電気二重層キャパシタの各々に効率よく電気エネルギーを蓄えることができるとともに、蓄電装置の小型化を実現できる。

本発明に係る電気二重層キャパシタの製造方法は、正側電極及び負側電極がセパレータを介して対向配置された電気二重層キャパシタ本体が電解液含浸状態で樹脂製の筐体の内部に収納されており、該筐体の外部に露出している正側端子部及び負側端子部が該筐体に形成された正側開口部及び負側開口部をそれぞれ通って前記正側電極及び前記負側電極にそれぞれ接続されている電気二重層キャパシタを製造する方法であって、前記正側端子部における前記正側開口部の内側面との接合部及び前記負側端子部における前記負側開口部の内側面との接合部のそれぞれに樹脂製のシートを全周に渡って溶着する第１溶着工程と、前記正側端子部に溶着されたシートと前記正側開口部の内側面とを全周に渡って溶着し、前記負側端子部に溶着されたシートと前記負側開口部の内側面とを全周に渡って溶着する第２溶着工程と、を含むことを要旨とする。

この本発明によれば、正側及び負側端子部と筐体との密着性を向上させることができるので、電気二重層キャパシタ本体が収納された筐体内部の密閉性を向上させることができる。

本発明に係る電気二重層キャパシタの製造方法において、前記筐体は耐薬品性及び熱可塑性を有する合成樹脂製であり、前記シートは耐薬品性及び熱可塑性を有する合成樹脂製であるものとすることもできる。こうすれば、筐体及びシートを熱溶着により接合する加工ができるとともに、耐薬品性能を向上させることができる。この態様の本発明に係る電気二重層キャパシタの製造方法において、前記筐体はポリプロピレン系、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリエステル系、ポリイミド系のいずれか１の樹脂製であり、前記シートはポリプロピレン系、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリエステル系、ポリイミド系のいずれか１の樹脂製であるものとすることもできる。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

図１〜４は、本発明の実施形態に係る電気二重層キャパシタの構成の概略を示す図である。図１は全体の外観の斜視図を示し、図２は正側及び負側端子電極周辺の分解斜視図を示し、図３は正側電極板の斜視図を示し、図４は筐体内部に収納された電気二重層キャパシタ本体の分解斜視図を示す。本実施形態に係る電気二重層キャパシタにおいては、平板状の正側電極板１０及び負側電極板１２がセパレータ１４を介して対向配置された電気二重層キャパシタ本体１００が電解液含浸状態で筐体１６の内部に収納されている。そして、筐体１６の外部に露出している平板状の正側端子電極３０及び負側端子電極３２が筐体１６の内部にて正側電極板１０及び負側電極板１２とそれぞれ接続されている。

図３に示すように、正側電極板１０においては、平板状の集電体２４の両面側に分極性電極２６−１，２６−２が形成されている。そして、集電体２４からは正側端子電極３０に接続するためのリード部２０が引き出されている。また、負側電極板１２の構成については、負側端子電極３２に接続するためのリード部２２を引き出す位置の違いを除いて、正側電極板１０と同様の構成である。

図４に示すように、正側電極板１０及び負側電極板１２をセパレータ１４を介して交互に複数回積層することにより、電気二重層キャパシタ本体１００が形成される。正側電極板１０のリード部２０の各々は１つに結合されてから正側端子電極３０と接合される。同様に、負側電極板１２のリード部２２の各々は１つに結合されてから負側端子電極３２と接合される。

筐体１６は、電気二重層キャパシタ本体１００を収納する角型の本体部１６−１、及び封止を行うための蓋部１６−２によって構成されている。筐体１６の材料としては、樹脂が用いられ、その中でも耐薬品性及び熱可塑性を有する合成樹脂が用いられる。その具体例としては、ポリプロピレン系、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリエステル系、ポリイミド系のいずれか１の樹脂等が挙げられる。電気二重層キャパシタ本体１００が電解液含浸状態で筐体１６の本体部１６−１内に収納されてから、筐体１６の本体部１６−１と蓋部１６−２とが接合される。

図２に示すように、筐体１６の蓋部１６−２には、平板状の正側端子電極３０を通すための略矩形状の正側開口部１６−３、及び平板状の負側端子電極３２を通すための略矩形状の負側開口部１６−４が形成されている。正側端子電極３０は正側開口部１６−３を通されて正側開口部１６−３の内側面と接合され、負側端子電極３２は負側開口部１６−４を通されて負側開口部１６−４の内側面と接合される。

そして、正側開口部１６−３の全周囲には正側開口部１６−３の内側面と略平行な正側加圧面１６−５が形成されており、正側加圧面１６−５に押圧力を付加することで正側開口部１６−３に通された正側端子電極３０へ押圧力を付加することができる。同様に、負側開口部１６−４の全周囲には負側開口部１６−４の内側面と略平行な負側加圧面１６−６が形成されており、負側加圧面１６−６に押圧力を付加することで負側開口部１６−４に通された負側端子電極３２へ押圧力を付加することができる。

図１に示すように、筐体１６の蓋部１６−２にはリリーフ弁３４が設けられている。筐体１６の内部の圧力が所定圧力以下の場合はリリーフ弁３４は閉じているが、筐体１６の内部の圧力が所定圧力より大きくなった場合はリリーフ弁３４が開いて筐体１６の内部と外部とを連通することにより、筐体１６の内部の圧力を低下させる。このリリーフ弁３４の動作によって、筐体１６の内部の圧力が所定圧力以下となるように保たれる。なお、リリーフ弁３４を設ける位置については、筐体１６の蓋部１６−２以外であってもよく、筐体１６の本体部１６−１に設けてもよい。

本実施形態に係る電気二重層キャパシタを製造する際には、図２に示すように、正側端子電極３０における正側開口部１６−３の内側面との接合部３０−１にシート４０を全周に渡って熱溶着し、負側端子電極３２における負側開口部１６−４の内側面との接合部３２−１にシート４２を全周に渡って熱溶着する。ここでのシート４０，４２の材料としては、筐体１６と同様に樹脂が用いられ、その中でも耐薬品性及び熱可塑性を有する合成樹脂が用いられる。その具体例としては、ポリプロピレン系、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリエステル系、ポリイミド系のいずれか１の樹脂等が挙げられる。また、正側端子電極３０及び負側端子電極３２の材料としては、例えばアルミニウムが用いられる。

次に、シート４０が熱溶着された正側端子電極３０及びシート４２が熱溶着された負側端子電極３２を正側開口部１６−３及び負側開口部１６−４にそれぞれ通し、シート４０と正側開口部１６−３の内側面とを全周に渡って熱溶着し、シート４２と負側開口部１６−４の内側面とを全周に渡って熱溶着する。ここで、筐体１６の蓋部１６−２に正側加圧面１６−５及び負側加圧面１６−６を予め形成しておき、全ての正側加圧面１６−５及び全ての負側加圧面１６−６に押圧力を付加しながら熱溶着を行うことにより、シート４０，４２の全周に渡って確実に熱溶着を行うことができる。図２に示す例では正側端子電極３０及び負側端子電極３２が平板状であるため、図２に示すように正側加圧面１６−５の４面及び負側加圧面１６−６の４面のそれぞれに押圧力を付加しながら熱溶着を行う。以上の熱溶着によって、正側端子電極３０が正側開口部１６−３の内側面と全周に渡ってシート４０を介して溶着され、負側端子電極３２が負側開口部１６−４の内側面と全周に渡ってシート４２を介して溶着される。

積層によって形成された電気二重層キャパシタ本体１００のリード部２０及びリード部２２は、正側端子電極３０及び負側端子電極３２とそれぞれ接合される。なお、正側端子電極３０とリード部２０との接合及び負側端子電極３２とリード部２２との接合については、正側端子電極３０と正側開口部１６−３の内側面との熱溶着及び負側端子電極３２と負側開口部１６−４の内側面との熱溶着の前に行ってもよいし、この熱溶着の後に行ってもよい。

図５の正面図に示すように、端子電極３０，３２と蓋部１６−２との熱溶着及び端子電極３０，３２とリード部２０，２２との接合が行われた後、電気二重層キャパシタ本体１００を電解液含浸状態で筐体１６の本体部１６−１内に収納し、筐体１６の本体部１６−１と筐体１６の蓋部１６−２とを熱溶着によって接合する。これによって、電気二重層キャパシタ本体１００の封止が行われ、本実施形態に係る電気二重層キャパシタが得られる。

以上説明したように、本実施形態においては、正側端子電極３０における正側開口部１６−３の内側面との接合部３０−１に耐薬品性及び熱可塑性を有する合成樹脂製のシート４０を全周に渡って熱溶着し、負側端子電極３２における負側開口部１６−４の内側面との接合部３２−１に耐薬品性及び熱可塑性を有する合成樹脂製のシート４２を全周に渡って熱溶着している。その後、シート４０と正側開口部１６−３の内側面とを全周に渡って熱溶着し、シート４２と負側開口部１６−４の内側面とを全周に渡って熱溶着している。このように、正側端子電極がシート４０を介して正側開口部１６−３の内側面と全周に渡って溶着され、負側端子電極３２がシート４２を介して負側開口部１６−４の内側面と全周に渡って溶着されていることにより、端子電極３０，３２と筐体１６の蓋部１６−２との密着性を高めることができる。したがって、電気二重層キャパシタ本体１００が収納されている筐体１６の密閉性を高めることができるので、電気二重層キャパシタ本体１００に含浸された電解液の漏れに対する信頼性を高めることができ、電気二重層キャパシタの長寿命化を実現できる。

さらに、本実施形態においては、筐体１６の内部の圧力が所定圧力より大きくなった場合は、リリーフ弁３４が開くことにより、筐体１６の内部の圧力が所定圧力以下となるように保たれる。したがって、筐体１６の内部における圧力増大による筐体１６の変形を抑止できるので、端子電極３０，３２と筐体１６の蓋部１６−２との接合部、及び筐体１６の本体部１６−１と蓋部１６−２との接合部の劣化を抑止できる。

本実施形態においては、図６に示すように、筐体１６を形成する面１６−７に補強用のビード部３６が設けられていてもよい。このビード部３６により面１６−７の剛性を高めることができるので、筐体１６の内部における圧力増大による筐体１６の変形をさらに抑止できる。したがって、端子電極３０，３２と筐体１６の蓋部１６−２との接合部、及び筐体１６の本体部１６−１と蓋部１６−２との接合部の劣化をさらに抑止できる。

なお、電気二重層キャパシタの出力電圧を増大させる場合は、電気二重層キャパシタを直列に複数接続して用いる。ただし、電気二重層キャパシタは容量にばらつきを持つため、直列に複数接続された電気二重層キャパシタの充電を同時に行うと、充電電圧にばらつきが発生してしまい、電気二重層キャパシタの各々に効率よく電気エネルギーを蓄えることが困難となってしまう。

そこで、本実施形態に係る電気二重層キャパシタが直列に複数接続された蓄電装置においては、図７の分解斜視図に示すように、これら複数の電気二重層キャパシタ１〜５における電圧のばらつきを補正するための均等充放電回路３８が内蔵されている。図７に示す蓄電装置６０においては、電気二重層キャパシタの正側端子電極３０とそのキャパシタに隣接する電気二重層キャパシタの負側端子電極３２とが接続されていることにより、本実施形態に係る電気二重層キャパシタ１〜５が直列に接続されている。均等充放電回路３８は、各電気二重層キャパシタ１〜５における端子電極３０，３２のそれぞれと接続されている。電気二重層キャパシタ１の正側端子電極３０が平板状の蓋４４に設けられた正側外部端子５０と接続され、電気二重層キャパシタ５の負側端子電極３２が蓋４４に設けられた負側外部端子５２と接続されている。なお、蓋４４の材料としては、筐体１６と同様に樹脂が用いられ、その中でも耐薬品性及び熱可塑性を有する合成樹脂が用いられる。その具体例としては、ポリプロピレン系、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリエステル系、ポリイミド系のいずれか１の樹脂等が挙げられる。また、図７においては、各電気二重層キャパシタ１〜５ごとにリリーフ弁３４が設けられているが、電気二重層キャパシタ１〜５間でガスの通過が可能ならば、リリーフ弁３４は１つ設ければよい。

そして、図７に示す蓄電装置６０においては、均等充放電回路３８が蓋４４と各電気二重層キャパシタ１〜５における筐体１６の蓋部１６−２との間に挟まれた状態で蓋４４と筐体１６の蓋部１６−２とが接合されることにより、均等充放電回路３８が蓄電装置６０内に内蔵される。蓋４４と筐体１６の蓋部１６−２とは、均等充放電回路３８を挟んだ状態で熱溶着される。

なお、均等充放電回路３８の回路構成については、電気二重層キャパシタ１〜５の各々に並列接続されるバランス抵抗、あるいは電圧検出器及びスイッチを含み電気二重層キャパシタ１〜５の各々に並列接続されるバイパス回路等の既知の回路構成で実現可能なため、図７では均等充放電回路３８の回路構成の図示を省略して回路が形成される基板のみを示している。

図７に示す蓄電装置６０においては、均等充放電回路３８が内蔵されていることにより、直列接続された電気二重層キャパシタの各々に効率よく電気エネルギーを蓄積できるとともに、蓄電装置６０の小型化を実現できる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明の実施形態に係る電気二重層キャパシタの構成の概略を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る電気二重層キャパシタにおける正側及び負側端子電極周辺の構成を示す分解斜視図である。電気二重層キャパシタ本体の構成の概略を示す分解斜視図である。正側電極板の構成の概略を示す斜視図である。筐体の本体部と蓋部とを溶着する工程を説明する図である。本発明の実施形態に係る電気二重層キャパシタの他の構成の概略を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る電気二重層キャパシタが直列に複数接続された蓄電装置の構成の概略を示す分解斜視図である。

符号の説明

１０正側電極板、１２負側電極板、１４セパレータ、１６筐体、３０正側端子電極、３２負側端子電極、３４リリーフ弁、３６ビード部、３８均等充放電回路、４０，４２シート、６０蓄電装置、１００電気二重層キャパシタ本体。

Claims

正側電極及び負側電極がセパレータを介して対向配置された電気二重層キャパシタ本体が電解液含浸状態で樹脂製の筐体の内部に収納されており、該筐体の外部に露出している正側端子部及び負側端子部が該筐体に形成された正側開口部及び負側開口部をそれぞれ通って前記正側電極及び前記負側電極にそれぞれ接続されている電気二重層キャパシタであって、
前記正側端子部が前記正側開口部の内側面と全周に渡って溶着され、前記負側端子部が前記負側開口部の内側面と全周に渡って溶着されていることを特徴とする電気二重層キャパシタ。
請求項１に記載の電気二重層キャパシタであって、
前記正側端子部及び前記負側端子部は、前記正側開口部の内側面及び前記負側開口部の内側面とそれぞれ全周に渡って樹脂製のシートを介して溶着されていることを特徴とする電気二重層キャパシタ。
請求項２に記載の電気二重層キャパシタであって、
前記筐体は耐薬品性及び熱可塑性を有する合成樹脂製であり、前記シートは耐薬品性及び熱可塑性を有する合成樹脂製であることを特徴とする電気二重層キャパシタ。
請求項３に記載の電気二重層キャパシタであって、
前記筐体はポリプロピレン系、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリエステル系、ポリイミド系のいずれか１の樹脂製であり、前記シートはポリプロピレン系、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリエステル系、ポリイミド系のいずれか１の樹脂製であることを特徴とする電気二重層キャパシタ。
請求項１〜４のいずれか１に記載の電気二重層キャパシタであって、
前記筐体内部の圧力が所定圧力より大きくなった場合に該筐体内部と外部とを連通するリリーフ弁を有することを特徴とする電気二重層キャパシタ。
請求項１〜５のいずれか１に記載の電気二重層キャパシタであって、
前記筐体を形成する面に補強手段が設けられていることを特徴とする電気二重層キャパシタ。
請求項１〜６のいずれか１に記載の電気二重層キャパシタが直列に複数接続されている蓄電装置であって、
これら複数の電気二重層キャパシタ間における電圧のばらつきを補正するための補正回路が該蓄電装置内に内蔵されていることを特徴とする蓄電装置。
正側電極及び負側電極がセパレータを介して対向配置された電気二重層キャパシタ本体が電解液含浸状態で樹脂製の筐体の内部に収納されており、該筐体の外部に露出している正側端子部及び負側端子部が該筐体に形成された正側開口部及び負側開口部をそれぞれ通って前記正側電極及び前記負側電極にそれぞれ接続されている電気二重層キャパシタを製造する方法であって、
前記正側端子部における前記正側開口部の内側面との接合部及び前記負側端子部における前記負側開口部の内側面との接合部のそれぞれに樹脂製のシートを全周に渡って溶着する第１溶着工程と、
前記正側端子部に溶着されたシートと前記正側開口部の内側面とを全周に渡って溶着し、前記負側端子部に溶着されたシートと前記負側開口部の内側面とを全周に渡って溶着する第２溶着工程と、
を含むことを特徴とする電気二重層キャパシタの製造方法。
請求項８に記載の電気二重層キャパシタの製造方法であって、
前記筐体は耐薬品性及び熱可塑性を有する合成樹脂製であり、前記シートは耐薬品性及び熱可塑性を有する合成樹脂製であることを特徴とする電気二重層キャパシタの製造方法。
請求項９に記載の電気二重層キャパシタの製造方法であって、
前記筐体はポリプロピレン系、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリエステル系、ポリイミド系のいずれか１の樹脂製であり、前記シートはポリプロピレン系、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリエステル系、ポリイミド系のいずれか１の樹脂製であることを特徴とする電気二重層キャパシタの製造方法。