JP2006344808A

JP2006344808A - 電気二重層コンデンサ

Info

Publication number: JP2006344808A
Application number: JP2005169667A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Ogawa; 恵一小川
Original assignee: NEC Tokin Hyogo Ltd; NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp; NEC Tokin Hyogo Ltd
Priority date: 2005-06-09
Filing date: 2005-06-09
Publication date: 2006-12-21

Abstract

【課題】ステンレス製外装ケースを使用し、内部抵抗が低く、高出力密度の電気二重層コンデンサを提供すること。
【解決手段】水溶液系電解液を含んだ炭素材料よりなる分極性電極と集電体の対がセパレータを介して対向して配置され、外周部が封止された構造の電気二重層コンデンサ素子２をステンレス製外装ケース３１で封口した電気二重層コンデンサにおいて、ステンレス製外装ケース内側底面部３１ａを不活性ガス雰囲気中でレーザー処理により粗し、粗面化されたステンレス製外装ケース３１に素子２を挿入し、ステンレス製外装ケース３１の開口部に素子２とステンレス製外装ケース３１の接触ショートを防止するための絶縁ケース３２及び素子２からの電極取りだし用リード端子（＋極）３３，リード端子（−極）３４を配置し、ステンレス製外装ケース３１をカシメ封口することにより、素子２を加圧保持する構造を可能にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気二重層コンデンサに関するものであり、特に、電気二重層コンデンサ素子とスレンレス製外装ケースとの接触部の抵抗を低減化し、低内部抵抗、および高出力密度を実現する電気二重層コンデンサに関するものである。

図２は、電気二重層コンデンサを示した断面図である。図面を参照しながら説明する。図２（ａ）は電気二重層コンデンサセル１（以下、「基本セル」と表す）を示した断面図である。基本セル１は、セパレータ１４の上下面に電解液を含浸した分極性電極１３を配置し、分極性電極１３の外周部を絶縁性の封止材１２で覆い、分極性電極１３の上下部に集電体１１を配置、接着することにより構成されている。また、図２（ｂ）は電気二重層コンデンサ素子２（以下、「素子」と表す）を示した断面図であり、素子２は、複数枚積層された基本セル１から構成されている。

従来、分極性電極１３には、粉末状や繊維状の活性炭などの炭素材料が用いられており、この場合、粉末状あるいは繊維状のため、活性炭材料どうしの接触抵抗が高くなる傾向があった。そのため分極性電極１３を加圧して密封、保持して接触抵抗を下げる必要があった。また水溶液系電解液としては、例えば希硫酸などの強酸性水溶液や水酸化カリウムなどの強アルカリ性水溶液が用いられ、電解液を封止する封止材１２には絶縁性のゴムもしくは樹脂が、集電体１１には電解液に対する耐蝕性、気密性、導電性を良くするため、弾性に優れた導電性ゴムが多く用いられていた。

図３は、従来の電気二重層コンデンサを示した断面図である。図３（ａ）は自立型電気二重層コンデンサの断面図の例であり、図３（ｂ）は、コイン型電気二重層コンデンサの断面図の例である。図３（ａ）の自立型電気二重層コンデンサは、複数枚積層された基本セル１から成る素子２をステンレス製外装ケース３１に挿入し、ステンレス製外装ケース３１の開口部に素子２とステンレス製外装ケース３１の接触ショートを防止するための絶縁ケース３２及び素子２からの電極取りだし用リード端子（＋極）３３，リード端子（−極）３４を配置し、ステンレス製外装ケース３１をカシメ封口することにより、素子２を加圧保持する構造となっている。

また、図３（ｂ）のコイン型電気二重層コンデンサは、特許文献１に開示されているように、ステンレス製金属ケース４２に複数枚積層された基本セル１から成る素子２を挿入し、ステンレス製金属ケース４２の開口部に絶縁性ガスケット４３を介して、ステンレス製金属キャップ４１をカシメ封口することにより、素子を加圧保持する構造となっている。

また、外装ケースに用いているステンレスは、鉄などに比べ、耐蝕性に優れ、錆が発生しにくく、熱伝導率も悪いため、半田リフロー条件のような劣悪な高温環境下でも、素子にかかる熱負荷を低減する作用を持っている。

特開平０８−３３９９４１号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているような、ステンレス製金属ケースの場合、ステンレスの表面には、ステンレスに含まれるクロムが、酸素と結びついて瞬時に形成される厚みが１ｎｍ〜５ｎｍの不動態膜(酸化被膜)があり、この不動態膜の存在により電気抵抗が大きくなり、素子との接触抵抗を増大させる一つの要因となっている。

また、電気二重層コンデンサ素子は、あらかじめ所定の形状のステンレス製金属ケースに収納されるだけであり、ケースと素子との接触は単にカシメ圧力のみに頼っているために、この部分での接触抵抗が高くなり、集電効率も悪く、性能のばらつきも大きなものとなっていた。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決すべくなされたもので、不活性ガス雰囲気中にて処理することにより、極力不動態膜の形成を妨げることができ、さらにステンレス製外装ケースの内側底面部を不活性ガス雰囲気中にて粗面化することにより、素子を加圧保持する際に、その加圧力によって集電体に喰い込んで圧着されることにより、ステンレス製外装ケースと集電体との間に良好な電気的接触が得られるため、従来に比べて内部抵抗の低減を図ることができる。即ち、ステンレス製外装ケースを用いて、内部抵抗の低い、高出力密度の電気二重層コンデンサを提供することにある。

本発明は、前記課題の解決のため、水溶液系電解液を含んだ炭素材料よりなる分極性電極と集電体の対がセパレータを介して対向して配置された電気二重層コンデンサ素子を、有底のステンレス製外装ケースに収容して封止した構造の電気二重層コンデンサにおいて、電気二重層コンデンサ素子との接触面となるステンレス製外装ケースの内側底面部を不活性ガス雰囲気中で粗面化したことを特徴とする電気二重層コンデンサである。

従って、本発明によれば、スレンレス製外装ケースと素子との接触抵抗を低減させ、内部抵抗が低い、高出力密度の電気二重層コンデンサを提供することができる。

本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係わる電気二重層コンデンサを説明するために示した断面図である。図１（ａ）は自立型電気二重層コンデンサの断面図であり、ステンレス製外装ケース内側底面部３１ａを不活性ガス雰囲気中でレーザー処理により粗し、内側底面部が側粗面化されたステンレス製外装ケース３１に素子２を挿入し、ステンレス製外装ケース３１の開口部に素子２とステンレス製外装ケース３１の接触ショートを防止するための絶縁ケース３２及び素子２からの電極取りだし用リード端子（＋極）３３，リード端子（−極）３４を配置し、ステンレス製外装ケース３１をカシメ封口することにより、素子２を加圧保持する構造となる。

図１（ｂ）はコイン型電気二重層コンデンサの断面図であり、ステンレス製金属ケース４２の内側底面部４２ａおよび、ステンレス製金属キャップ４１の内側底面部４１ａを不活性ガス雰囲気中でレーザー処理により粗し、内側底面部が粗面化されたステンレス製金属ケース４２に素子２を挿入し、ステンレス製金属ケース４２の開口部に絶縁性ガスケット４３を介して、内側底面部が粗面化されたステンレス製金属キャップ４１をカシメ封口することにより、素子２を加圧保持する構造となる。内部抵抗の評価方法として、得られた電気二重層コンデンサの１ｋＨｚの周波数における等価直列抵抗値（ＥＳＲ）の測定を行う。

次に、具体的な実施例を挙げ、本発明の電気二重層コンデンサについて、さらに詳しく説明する。図１（ａ）の自立型電気二重層コンデンサは、具体的には次のように製造されている。まず、素子２は、積層された４層の基本セル１から成り、電解液として希硫酸、分極性電極１３として粉末活性炭、セパレータ１４としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製微多孔膜、封止材１２としてブチルゴム、集電体１１として導電性ゴムを使用し作製した。

次に、電気二重層コンデンサの組立ては、仮に大気中で行った場合、ステンレス表面を粗面化する際に、大気中の酸素とステンレス表面のクロムが瞬間的に反応し素子を挿入する前に再び不動態膜を形成されることを防ぐため、ステンレス表面を粗面化する工程は、不活性ガス雰囲気中のグローブボックス内で行った。ステンレス製外装ケース３１として、厚みが０．１５ｍｍの材質ＳＵＳ４３０を使用し、そのステンレス製外装ケース内側底面部３１ａをレーザー処理により粗した。粗面化されたステンレス製外装ケース３１に素子２を挿入した。絶縁ケース３２としてポリアミド樹脂を用い、またリード端子（＋極）３３，リード端子（−極）３４として、厚みが０．１５ｍｍの冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）にＳｎ−Ｃｕメッキを行ったものを用い、ステンレス製外装ケース３１をカシメ封口することにより作製した。

従来例として、図３（ａ）に示した従来の自立型電気二重層コンデンサを本発明と同じ材質のものを用い、ステンレス製外装ケースの内側底面部を粗すことなく、大気中にてカシメ封口する事により作製した。以上のようにして得た電気二重層コンデンサの１ｋＨｚの周波数における等価直列抵抗値（ＥＳＲ）を測定した。その結果を表１に示した。

表１に示したように、本発明の電気二重層コンデンサは、不活性ガス雰囲気中でステンレス製外装ケースの内側底面部を粗面化することにより、素子とステンレス製外装ケースの接触抵抗を低減することができた。

図１（ｂ）は本実施例のコイン型電気二重層コンデンサの断面図であり、具体的には次のように製造されている。積層された４層の基本セル１から成る素子２は、実施例１と同じ材料、工法で作製した。次に、電気二重層コンデンサの組立ては、実施例１と同様に不活性ガス雰囲気中のグローブボックス内で行い、ステンレス製金属ケース４２、及びステンレス製金属キャップ４１として、厚みが０．１５ｍｍの材質ＳＵＳ４３０を使用し、それぞれのケース内側底面部４１ａ,４２ａを不活性ガス雰囲気中にてレーザー処理により粗した。粗面化されたステンレス製金属ケース４２に素子２を挿入し、絶縁性ガスケット４３として、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂を用い、粗面化されたステンレス製金属キャップ４１をカシメ封口することにより作製した。

従来例として、図３（ｂ）に示した従来の電気二重層コンデンサを、本発明の実施例２と同じ材質のものを用い、ステンレス製金属ケース及びステンレス製金属キャップの内側底面部を粗すことなく、大気中にてカシメ封口する事により作製した。以上のようにして得た電気二重層コンデンサの１ｋＨｚの周波数における等価直列抵抗値（ＥＳＲ）を測定した。その結果を表２に示した。

表２に示したように、本発明の電気二重層コンデンサは、不活性ガス雰囲気中でステンレス製金属ケース及びステンレス製金属キャップの内側底面部を粗面化することにより、素子とステンレス製外装ケースの接触抵抗を低減することができた。

本発明の実施の形態に係わる電気二重層コンデンサを説明するために示した断面図。図１（ａ）は自立型電気二重層コンデンサの断面図。図１（ｂ）は、コイン型電気二重層コンデンサの断面図。電気二重層コンデンサを示した断面図。図２（ａ）は電気二重層コンデンサセルの断面図。図２（ｂ）は電気二重層コンデンサ素子の断面図。従来の電気二重層コンデンサを示した断面図。図３（ａ）は自立型電気二重層コンデンサの断面図。図３（ｂ）は、コイン型電気二重層コンデンサの断面図。

符号の説明

１電気二重層コンデンサセル（基本セル）
２電気二重層コンデンサ素子（素子）
１１集電体
１２封止材
１３分極性電極
１４セパレータ
３１ステンレス製外装ケース
３１ａステンレス製外装ケース内側底面部
３２絶縁ケース
３３リード端子（＋極）
３４リード端子（−極）
４１ステンレス製金属キャップ
４１ａステンレス製金属キャップ内側底面部
４２ステンレス製金属ケース
４２ａステンレス製金属ケース内側底面部
４３絶縁性ガスケット

Claims

水溶液系電解液を含んだ炭素材料よりなる分極性電極と集電体の対がセパレータを介して対向して配置された電気二重層コンデンサ素子を、有底のステンレス製外装ケースに収容して封止した構造の電気二重層コンデンサにおいて、前記電気二重層コンデンサ素子との接触面となる前記ステンレス製外装ケースの内側底面部を不活性ガス雰囲気中で粗面化したことを特徴とする電気二重層コンデンサ。