JP2007059823A - 電気二重層キャパシタ - Google Patents

Abstract

【課題】 集電板の中央を押さえる構造のキャパシタや溶接で電極板を集電板に接合する構造のキャパシタに代わる新しい構造の電気二重層キャパシタを提供することを課題とする。
【解決手段】 筒型容器１１に捲回体１２を収め、この捲回体１２の端部２３・・・を集電板１３に接続し、筒型容器１１の開口を封口板１６で閉じた電気二重層キャパシタ１０において、封口板１６と集電板１３との間に、ゴム材１５を介在させたことを特徴とする。
【効果】 封口板と集電板との間に、集電板を捲回体の端部へ平均的に押圧するゴム材を介在させたので、捲回体の端部と集電板とを満遍なく接触させることができる。この結果、捲回体の端部と集電板との間に発生する接触抵抗値を下げることができ、電気二重層キャパシタの電気的性能を良好に維持することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は電気二重層キャパシタの構造の改良技術に関する。

新しい二次電池（蓄電可能電池）として、電気二重層コンデンサや電気二重層キャパシタ（以下、電気二重層キャパシタという）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−２９４１０２号公報（図３）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図７は従来の技術の基本構造を説明する図であり、電気二重層キャパシタ５０は、正電極板５１と、負電極板５１と、これら正・負電極板５１、５２との間に設けたセパレータ５３と、正電極板５１の上部及び負電極板５１の下部にそれぞれ接続した正極端子である集電板５４及び負極端子である集電板５５と、これら正・負電極板５１、５２、セパレータ５３及び集電板５４、５５を収納する導電性のあるケース５６と、このケース５６の底部５６ａにこれら正・負電極板５１、５２、セパレータ５３及び集電板５４、５５を押し付けるための弾性部材としての導電板５７と、ケース５６の上部の開口部５６ｂに導電板５７とともにガスケット５８を介してかしめた蓋５９と、ケース５６内に注入した電解液６１とからなる。

正電極板５１は、正電極箔５１ａと、この正電極箔５１ａの両面に塗布した活物質５１ｂ、５１ｂとからなる。
負電極板５１は、負電極箔５２ａと、この負電極箔５２ａの両面に塗布した活物質５２ｂ、５２ｂとからなる。
セパレータ５３は、正電極板５１と負電極板５１とを絶縁するものである。
集電板５４、５５は、同一のもので、それぞれ上下逆に組込んだものであるが、説明の都合上符号を変えた。
導電板５７は、組付時に撓ませることで押圧力を発生させる押圧部５７ａを有する。

この種のバッテリセルの許容直流抵抗値は、２ｍΩと言われている。そこで、本発明者等は電気二重層キャパシタ５０を複数個試作して直流抵抗を計測し、２０、２〜３５．３ｍΩの測定値を得た。抵抗値が許容抵抗値の１０倍を超えており、問題があることが判明した。

その原因は次のように推測することができる。
図８は特許文献１の不具合を推測した図であり、特許文献１の集電板５４は、周辺が自由（非拘束）の円板であり、白抜き矢印で示すように中央を押さえると、多数枚の正電極板５１・・・（・・・は複数を示す。以下同様）の反力で押し上げられる構造になっている。周辺がフリーであるため僅かではあるが集電板５４の周辺が上へ撓むと考えられる。上へ撓むと集電板５４と正電極板５１との密着性が弱まる（図では強調するために隙間６２、６３を表示した。）。密着性が低下するとその部位の抵抗が増大する。そのためにトータルとしての直流抵抗値が増大する。

この不具合は集電板５４の厚さを増加することで緩和することができる。しかし、厚さを増しても周辺が上へ撓む現象は解消することができないため、根本的な解決策とはなり得ない。逆に集電板５４を厚くすることで、電気二重層キャパシタ５０が大型になり且つ重くなるという、新たな不具合が発生する。

そこで、溶接法による改良技術が提案された（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００１−６８３７９号公報（図６）

特許文献２を次図に基づいて説明する。
図９は従来の技術の別の基本構造を説明する図であり、正電極板５１・・・の上端を略９０°に折り曲げ、集電板５４を載せる。そして、集電板５４の外側からレーザトーチ６４でレーザビーム６５を照射し、集電板５４に正電極板５１・・・の上端を溶接するというものである。

溶接であれば直流抵抗を大幅に下げることができる。
しかし、溶接は最後に実施するため、溶接部の確認を目視で行うことができない。また、溶接に伴って不可避的にスパッタやヒュームが発生し、これらが電気二重層キャパシタの電気的性能を劣化させる虞れがある。

ところで、厚い板と薄い板を溶接すると、薄い板は溶けるが厚い板はまだ溶けないという現象が起こり、接着性が悪くなる。集電板５４が厚い板に相当し、正電極板５１が薄い板に相当する。正電極板５１は集電密度を高める上で、できるだけ薄くしたいが、溶接を採用する限り、薄板化が困難になる。

本発明は、集電板の中央を押さえる構造のキャパシタや溶接で電極板を集電板に接合する構造のキャパシタに代わる新しい構造の電気二重層キャパシタを提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、筒型容器に捲回体を収め、この捲回体の端部を集電板に接続し、前記筒型容器の開口を封口板で閉じた電気二重層キャパシタにおいて、
前記封口板と集電板との間又は封口板と前記筒型容器との間に、前記集電板を捲回体の端部へ平均的に押圧するゴム材を介在させたことを特徴とする。

請求項１に係る発明では、封口板と集電板との間又は封口板と筒型容器との間に、集電板を捲回体の端部へ平均的に押圧するゴム材を介在させたので、捲回体の端部と集電板とを満遍なく接触させることができる。この結果、捲回体の端部と集電板との間に発生する接触抵抗値を下げることができ、電気二重層キャパシタの電気的性能を良好に維持することができる。

仮に、集電板の中央を押さえる構造では、捲回体の端部と集電板との間に接触が十分でない箇所が発生し、接触抵抗値が増大して、電気的性能が低下する。また、溶接で電極板を集電板に接合する構造では、スパッタやヒュームの発生という溶接特有の不具合が発生する。
この点、請求項１は溶接を行わない上に、集電板の中央を押さえるものでもないので、請求項１によれば、集電板の中央を押さえる構造のキャパシタや溶接で電極板を集電板に接合する構造のキャパシタに代わる新しい構造の電気二重層キャパシタを提供することができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る電気二重層キャパシタ（上半部）の分解図であり、電気二重層キャパシタ１０は、筒型容器１１と、この筒型容器１１に収納する捲回体（捲回体）１２と、正極集電板１３（以下、集電板１３と記す。）と、この集電板１３から突出させた正極端子部１４（以下、端子部１４と記す。）と、集電板１３の外径に近似した外径で且つ厚肉円板状のゴム材１５と、封口板１６と、この封口板１６の縁に付設するシール材１７とからなる。

１８は隙間の発生を防止するゴム円板である。このゴム円板１８はゴム材１５に一体形成することで、部品数を減らすことができる。また、１９は電解液を注入する注液口である。この注液口１９は液注後に図示せぬプラグ（栓）で塞ぐ。

捲回体１２は、正極集電箔（場所を区分するために２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄの符号を付す）と負極集電箔（場所を区分するために２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄの符号を付す。）とを重ねて、渦巻き状に巻いた構造体であり、正極集電箔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄの端部２３・・・に集電板１３を載せる。そして、ゴム材１５に開けた通孔２４に端子部１４を貫通させる要領で、集電板１３にゴム材１５を載せ、このゴム材１５にゴム円板１８を重ね、ゴム材１５及びゴム円板１８に封口板１６を載せる。最後に、筒型容器１１の開口２５を封口板１６にかしめることで、電気二重層キャパシタ１０を完成させる。完成姿は次図で説明する。

なお、筒型容器１１、集電板１３、端子部１４、封口板１６、集電箔２１、２２の材質はアルミニウム合金が好適であり、ゴム材１５、シール材１７及びゴム円板１８の材質は、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジメチル）が好適である。
電気二重層キャパシタ１０の内部は電気化学反応により強酸性雰囲気になるとともに、高温になる。ＥＰＤＭは耐酸性能及び耐熱性能を発揮する。

図２は本発明に係る電気二重層キャパシタ（上半部）の組立図であり、筒型容器１１に捲回体１２を収め、この捲回体１２の端部２３・・・を集電板１３に接続し、筒型容器１１の開口を封口板１６で閉じた電気二重層キャパシタ１０において、封口板１６と集電板１３との間に、ゴム材１５を介在させたことを特徴とする。

以上に述べたゴム材１５の作用を次に述べる。
図３は本発明に係るゴム材の作用説明図であり、筒型容器１１で支持した封口板１６は矢印Ｐ、Ｐで示すように受け面を構成する。この受け面で支持したゴム材１５は矢印Ｑ、Ｑで示すように受け面を構成する。この受け面で集電板１３の大部分を均等に押圧することができる。この結果、集電板１３は正極集電箔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄの反力を受けて、図上へ撓もうとするが、矢印Ｑ、Ｑのごとく広い面積で押さえているため、撓みが発生する心配はない。又は撓みが発生したとしても集電板１３は一律に上方へ移動する。

この結果、部位によって正極集電箔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄと集電板１３との接触圧力が変動する心配はなく、電気的性能を良好に維持することができる。電気的性能について検証実験を行ったので、その結果を次に説明する。

比較例１では、図７に示す構造（集電板中央押圧方式）の電気二重層キャパシタについて、ＤＣ抵抗値を測定した。測定値は２２．６ｍΩであった。
ＤＣ抵抗値の許容値を２．０ｍΩとし、２．０ｍΩを超える評価は×、２．０ｍΩ以下であれば評価は○とすることにした。そこで、比較例１での評価は×となる。

比較例２では、図９に示す構造（溶接方式）の電気二重層キャパシタについて、ＤＣ抵抗値を測定した。測定値は１．２ｍΩであった。ただし、スパッタやヒュームの不具合を有するため、評価は（○）とした。

実施例１〜３では、図２に示す構造（溶接なし、集電板平均押圧方式）の電気二重層キャパシタについて、ＤＣ抵抗値を測定した。測定値（初期値）は１．３ｍΩ、１．５ｍΩ、１．５ｍΩであり、良好な値を得た。

しかし、車両に搭載することで、振動を受けて電気的特性が劣化することがあっては困る。そこで、加振試験を実施した。
加振試験は、２．２Ｇ、１０〜２００Ｈｚ、Ｌｏｇスイープで９０時間（ｘ方向に３０時間、ｙ方向に３０時間、ｚ方向に３０時間）の条件で実施した。

実施例１での加振試験後のＤＣ抵抗値は１．３ｍΩで殆ど変化が無かった。
実施例２での加振試験後のＤＣ抵抗値は１．８ｍΩで２０％程増加した。
実施例３での加振試験後のＤＣ抵抗値は１．５ｍΩで殆ど変化が無かった。
実施例１〜３は、初期値、加振試験後ともにＤＣ抵抗値が２．０ｍΩ以下であったため、評価は全て○とした。

次に本発明の変更実施例を説明する。
図４は本発明に係る電気二重層キャパシタの第２実施例を説明する図である。
（ａ）は分解図を示し、ゴム材１５を封口板１６の下面に付設したことを特徴とする。
（ｂ）は組立図を示し、筒型容器１１に捲回体１２を収め、この捲回体１２の端部２３・・・を集電板１３に接続し、筒型容器１１の開口を封口板１６で閉じた電気二重層キャパシタ１０において、封口板１６と集電板１３との間に、ゴム材１５を介在させたことを特徴とする。

この第２実施例は、図１に示すゴム円板１８が不要である。そして、ゴム材１５は封口板１６に付設したので、部品点数が少なくなり部品の紛失頻度が少なくなるとともに組立工数を縮めることができる。

図５は本発明に係る電気二重層キャパシタの第３実施例を説明する図である。
（ａ）は分解図を示し、ゴム材１５を封口板１６の下面に付設するとともに、封口板１６の中央に注液口１９を開け、この注液口１９とは別の位置に端子キャップ２７を設けたことを特徴とする。
（ｂ）は組立図を示し、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ断面図を示す。

（ｃ）に示すとおりに、筒型容器１１に捲回体１２を収め、この捲回体１２の端部２３・・・を集電板１３に接続し、筒型容器１１の開口を封口板１６で閉じた電気二重層キャパシタ１０において、封口板１６と集電板１３との間に、ゴム材１５を介在させたことを特徴とする。

この第３実施例は、図１に示すゴム円板１８が不要である。そして、ゴム材１５は封口板１６に付設したので、部品点数が少なくなり部品の紛失頻度が少なくなるとともに組立工数を縮めることができる。
加えて、注液口１９と端子部１４とを自由に配置することができ、形状の多様化を図ることができる。

図６は本発明に係る電気二重層キャパシタの第４実施例を説明する図である。
（ａ）は分解図を示し、ゴム材１５を封口板１６の上面に付設したことを特徴とする。
（ｂ）は（ａ）のｂ矢視図であり、封口板１６の下面に複数本の放射状突起２８を設けたことを特徴とする。

（ｃ）に示すとおりに、筒型容器１１に捲回体１２を収め、この捲回体１２の端部２３・・・を集電板１３に接続し、筒型容器１１の開口を封口板１６で閉じた電気二重層キャパシタ１０において、封口板１６と筒型容器１１との間に、ゴム材１５を介在させたことを特徴とする。

この第４実施例は、図１に示すゴム円板１８が不要である。そして、ゴム材１５は封口板１６に付設したので、部品点数が少なくなり部品の紛失頻度が少なくなるとともに組立工数を縮めることができる。

また、構造を工夫することで、集電板１３を省略し、捲回体１２の端部２３・・・を放射状突起２８に直接接触させるようにしても良い。この場合は、放射状突起２８、すなわち封口板１６の下面が集電板１３を兼ねることになり、部品点数の削減をさらに図ることができる。

尚、本発明は、電気二重層コンデンサに適用することは差し支えない。
また、筒型本体１１は、円筒（楕円筒を含む。）や角筒（三角、四角、五角などの多角形筒）の何れであっても良い。

本発明は、電気二重層キャパシタのシール構造に好適である。

本発明に係る電気二重層キャパシタ（上半部）の分解図である。 本発明に係る電気二重層キャパシタ（上半部）の組立図である。 本発明に係るゴム材の作用説明図である。 本発明に係る電気二重層キャパシタの第２実施例を説明する図である。 本発明に係る電気二重層キャパシタの第３実施例を説明する図である。 本発明に係る電気二重層キャパシタの第４実施例を説明する図である。 従来の技術の基本構造を説明する図である。 特許文献１の不具合を推測した図である。 従来の技術の別の基本構造を説明する図である。

符号の説明

１０…電気二重層キャパシタ、１１…筒型容器、１２…捲回体、１３…集電体、１５…ゴム材、１６…封口材、２３…巻回材の端部、２５…筒型容器の開口。

Claims (1)

1. 筒型容器に捲回体を収め、この捲回体の端部を集電板に接続し、前記筒型容器の開口を封口板で閉じた電気二重層キャパシタにおいて、
   前記封口板と集電板との間又は封口板と前記筒型容器との間に、前記集電板を捲回体の端部へ平均的に押圧するゴム材を介在させたことを特徴とする電気二重層キャパシタ。
   

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