JP2005353628A - 電気二重層コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 集電体の両面に分極性電極層を形成してなる一体化電極体を積層した構造の電気二重層コンデンサの体積あたりの容量を増加するとともに、外部からの衝撃に対する信頼性を確保すること。
【解決手段】 集電体２２の両面に分極性電極層２１を形成した一体化電極体をセパレータ２３を介して積層し、積層端面にセパレータ２３を配置した後、集電体２２の片面にのみ分極性電極層２１を形成した一体化電極体を、セパレータ２３側に分極性電極層２１を向けて配置して積層体１１を構成し、内側に絶縁材料層を有する外装ケース１２に封入する。積層体１１の積層端面には容量発現に寄与しない分極性電極層２１が存在しないので、体積あたりの容量が増加し、外装ケース１２の内側には絶縁材料層が設けてあるので、積層体１１が接触しても、短絡などの障害が発生しない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気二重層コンデンサに関し、特に板状の導電体からなる集電体の表面に、分極性電極層を形成した一体化電極を積層した構造を有する電気二重層コンデンサ及びその製造方法に関するものである。

電気二重層コンデンサは、２種の異なる物質の境界面に形成される電気二重層の電気蓄積作用を利用している。この種のコンデンサは、電池と電解コンデンサの中間の特性を有し、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。

電気二重層コンデンサの形状の代表的なものとして、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集電体の間に、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。

また、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。

この他に、セパレータを介して正負の分極性電極、集電体を対向配置して、電解液を含浸し、周囲をガスケットで封止して得られる単位セルを、複数個積層し、ラミネートフィルムなどで封止した構造の電気二重層コンデンサも製造されている。

上記構造の電気二重層コンデンサとしては、種々の材料を用いたものが提案されている。特許文献１には、集電体を多孔質金属や金属繊維からなる三次元構造で構成し、重放電特性を向上した電気二重層コンデンサが開示されているが、代表的な構造として、積層型が例示されている。

図７は、特許文献１に例示されている、従来の積層型電気二重層コンデンサの一例の断面図である。図７において、７０ａは正極電極リード、７０ｂは負極電極リード、７１ａは正極分極性電極、７１ｂは負極分極性電極、７２はセパレータ、７３ａは正極集電体、７３ｂはバイポーラ導電板、７３ｃは負極集電体、７４はガスケット、７５は押圧板である。

この例は、基本的に、正極分極性電極７１ａと負極分極性電極７１ｂをセパレータ７２を介して積層し、枠形状のガスケット７４に装入して基本素子を作製し、バイポーラ導電板７３ｂを介して基本素子を積層した後、積層端面に正極集電体７３ａと負極集電体７３ｃを接合した構成である。

しかし、このような構成の電気二重層コンデンサの、ガスケットの内部に着目すると、分極性電極、セパレータ、導電板を、所要の順番に配置積層したものであり、ガスケットを個別に設けることは特に必要がない。また、一般にセパレータには、イオンの透過性を考慮して多孔質の絶縁材料が用いられるので、電気二重層コンデンサの製造工程においては、集電体となる導電板の表面に、分極性電極層を形成する方法が多用されているが、セパレータの表面に分極性電極を形成する方法は用いられない。

従って、集電体の両面に分極性電極層を形成して、集電体と分極性電極層を一体化した、一体化正極電極体及び一体化負極電極体を作製し、これらを間にセパレータを挟んだ状態で積層した後、この積層体を封止する方法を用いれば、積層型電気二重層コンデンサの製造工程を簡略化でき、製造コスト低減に寄与できる。

図４は、前記の、集電体の両面に分極性電極層を形成した一体化電極体を、模式的に示した斜視図である。図４において、２１は分極性電極層、２２は集電体、３０は一体化電極体である。また、図５は、前記の一体化電極体３０を積層して積層体とした状態を模式的に示した斜視図である。図５において、２３はセパレータ、５０は積層体である。

そして、図６は、図５に示した積層体５０を、外装ケースに封入して得られる、従来の電気二重層コンデンサの例を一部破砕して模式的に示した斜視図である。図６において、６０は電気二重層コンデンサ、６１は外装ケース、６２ａは正極端子、６２ｂは負極端子である。

特開平９−２９３６４９号公報

しかしながら、図６に示した構造の積層型電気二重層コンデンサでは、積層方向の両端に位置する一体化電極体における、集電体の外側の分極性電極層が、容量発現に寄与しないことになる。従って、電気二重層コンデンサとしての、体積あたりの容量が小さくなるという問題がある。

また、図６に示した構造では、外装ケースが金属で構成されていると、外部からの衝撃などにより、封入されている積層体が外装ケース内で移動した場合、外装ケースとの接触や、接触に伴う一体化電極体の破損などによる短絡が生じ、故障の原因となることがある。従って、本発明の課題は、簡略化された製造工程で製造可能で、体積あたりの容量が高く、しかも衝撃などに対する信頼性の高い、積層型電気二重層コンデンサ、及びその製造方法を提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、一体化電極体と外装ケースの構造を再検討した結果なされたものである。

即ち、本発明は、板状の導電体からなる集電体の両面に分極性電極層を形成してなる第一の一体化電極体、または前記第一の一体化電極体をセパレータを介して複数積層してなる積層体と、前記第一の一体化電極体または前記積層体の、二つの積層端面の少なくともいずれかに、セパレータを介し、かつセパレータ側に分極性電極層を向けた状態で配置された、板状の導電体からなる集電体の片面に分極性電極層を形成してなる、第二の一体化電極体を有することを特徴とする、電気二重層コンデンサである。

また、本発明は、絶縁材料または内側に絶縁材料層が形成された金属からなる外装ケースに封入されてな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。

また、本発明は、板状の導電体からなる集電体の両面に、分極性電極層を形成して、第一の一体化電極体を製造する工程と、板状の導電体からなる集電体の片面に、分極性電極層を形成して、第二の一体化電極体を製造する工程と、前記第一の一体化電極体の両面の少なくともいずれかに、セパレータを介し、かつ分極性電極層をセパレータ側に向けた状態で、前記第二の一体化電極体を配置して積層体を製造する工程を有することを特徴とする、電気二重層コンデンサの製造方法である。

また、本発明は、板状の導電体からなる集電体の両面に、分極性電極層を形成して、第一の一体化電極体を製造する工程と、板状の導電体からなる集電体の片面に、分極性電極層を形成して、第二の一体化電極体を製造する工程と、前記第一の一体化電極体を、セパレータを介して複数積層し、二つの積層端面の少なくともいずれかに、セパレータを介し、かつ分極性電極層をセパレータ側に向けた状態で、前記第二の一体化電極体を配置して積層体を製造する工程を有することを特徴とする、電気二重層コンデンサの製造方法である。

本発明による電気二重層コンデンサにおいては、積層端面に配置される一体化電極体に容量発現に寄与しない分極性電極層が存在しないので、単位体積あたりの容量が増加する。また、集電体の両面に分極性電極層を形成して用いるので、製造工程が簡略化され、製造コスト低減にも効果を奏するものである。

また、一体化電極体を積層した積層体を封入する外装体として、絶縁材料からなる材料または、内側に絶縁材料層が形成された金属を用いるので、外部からの衝撃により、積層体が動いて外装ケースの内側に接触しても、短絡などの障害を起こすことが極めて少ない。

次に、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の電気二重層コンデンサの一例を、一部を破砕して模式的に示した斜視図である。図１において、１０は電気二重層コンデンサ、１１は積層体、１２は外装ケース、１３ａは正極端子、１３ｂは負極端子である。図１に示したように、この電気二重層コンデンサにおいては、積層体１１の積層端面には、集電体２２が配置されるので、容量発現に寄与しない分極性電極層２１が存在しない。

また、外装ケース１２には、例えばアルミニウムとポリエチレンテレフタレートを積層した、ラミネートフィルムを用いることができる。これにより、外装ケース１２の内側を絶縁できるので、積層体１１の接触による短絡などの支障発生を未然に防止できる。

図２は、図１に示した積層体１１の積層端面に配置させる一体化電極体を模式的に示した斜視図である。集電体２２には、例えばニッケル箔が用いられ、分極性電極層２１を形成するには、活性炭粉末に導電補助剤としてケッチェンブラックを加えた炭素質材料と、バインダとしての高分子材料と、当該高分子材料を溶解する溶媒からなるスラリーを塗布して、溶媒を除く方法などが用いられる。

高分子材料としては、例えばポリフッ化ビニリデンが用いられ、その場合の溶媒としては、例えばＮ−メチルピロリドンなどが用いられる。このようにして、集電体２２の片側にのみ分極性電極層２１を形成することで、第二の一体化電極体２０が得られる。また、同様にして集電体２２の両面に、分極性電極層２１を形成することで、第一の一体化電極体が得られる。つまり、図４に示した一体化電極体３０が、第一の一体化電極体である。

図３は、図１に示した積層体１１を模式的に示した斜視図である。図３に示したように、積層体１１は、第一の一体化電極体３０の所要枚数を、セパレータ２３を介して積層し、積層端面には、セパレータ２３を配置し、さらに分極性電極層２１をセパレータ２３側に向けた状態で、第二の一体化電極体２０を配置して得られる。セパレータには公知のポリプロピレンの多孔質シートなどを用いることができる。

このようにして得られた積層体１１の分極性電極層２１及びセパレータ２３に電解液を含浸した後、前記のラミネートフィルムからなる外装ケースに封入し、積層端面の集電体を正極端子１３ａ及び負極端子１３ｂに接続することで、電気二重層コンデンサ１０が得られる。電解液には、公知のものが用いられるが、例えば、四フッ化ホウ酸テトラエチルアンモニウム塩をプロピレンカーボネートに溶解した溶液などが使用可能である。

以上のようにして得られる電気二重層コンデンサは生産性が高く、衝撃に対して十分な信頼性を有するものである。従って本発明が電気二重層コンデンサの製造コスト低減や性能向上に寄与するところは極めて大きいと言える。

本発明の電気二重層コンデンサの一例を、一部を破砕して模式的に示した斜視図。 積層体の積層端面に配置させる一体化電極体を模式的に示した斜視図。 積層体を模式的に示した斜視図。 集電体の両面に分極性電極層を形成した一体化電極体を模式的に示した斜視図。 一体化電極体を積層して積層体とした状態を模式的に示した斜視図。 従来の電気二重層コンデンサの例を一部破砕して模式的に示した斜視図。 従来の積層型電気二重層コンデンサの一例の断面図。

符号の説明

１０，６０ 電気二重層コンデンサ
１１，５０ 積層体
１２，６１ 外装ケース
１３ａ，６２ａ 正極端子
１３ｂ，６２ｂ 負極端子
２０ （第二の）一体化電極体
２１ 分極性電極層
２２ 集電体
２３ セパレータ
３０ （第一の）一体化電極体
６２ａ 正極端子
６２ｂ 負極端子
７０ａ 正極電極リード
７０ｂ 負極電極リード
７１ａ 正極分極性電極
７１ｂ 負極分極性電極
７２ セパレータ
７３ａ 正極集電体
７３ｂ バイポーラ導電板
７３ｃ 負極集電体
７４ ガスケット
７５ 押圧板

Claims (4)

1. 板状の導電体からなる集電体の両面に分極性電極層を形成してなる第一の一体化電極体、または前記第一の一体化電極体をセパレータを介して複数積層してなる積層体と、前記第一の一体化電極体または前記積層体の、二つの積層端面の少なくともいずれかに、セパレータを介し、かつセパレータ側に分極性電極層を向けた状態で配置された、板状の導電体からなる集電体の片面に分極性電極層を形成してなる、第二の一体化電極体を有することを特徴とする、電気二重層コンデンサ。
2. 絶縁材料または内側に絶縁材料層が形成された金属からなる外装ケースに封入されてなることを特徴とする、請求項１に記載の電気二重層コンデンサ。
3. 板状の導電体からなる集電体の両面に、分極性電極層を形成して、第一の一体化電極体を製造する工程と、板状の導電体からなる集電体の片面に、分極性電極層を形成して、第二の一体化電極体を製造する工程と、前記第一の一体化電極体の両面の少なくともいずれかに、セパレータを介し、かつ分極性電極層をセパレータ側に向けた状態で、前記第二の一体化電極体を配置して積層体を製造する工程を有することを特徴とする、電気二重層コンデンサの製造方法。
4. 板状の導電体からなる集電体の両面に、分極性電極層を形成して、第一の一体化電極体を製造する工程と、板状の導電体からなる集電体の片面に、分極性電極層を形成して、第二の一体化電極体を製造する工程と、前記第一の一体化電極体を、セパレータを介して複数積層し、二つの積層端面の少なくともいずれかに、セパレータを介し、かつ分極性電極層をセパレータ側に向けた状態で、前記第二の一体化電極体を配置して積層体を製造する工程を有することを特徴とする、電気二重層コンデンサの製造方法。

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