JP2009076754A

JP2009076754A - 電気二重層コンデンサ

Info

Publication number: JP2009076754A
Application number: JP2007245559A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Tobioka; 和弘飛岡
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2009-04-09

Abstract

【課題】外部からの内部素子への熱伝導を抑制し、耐熱性を向上した電気二重層コンデンサを提供すること。
【解決手段】電極として粉末活性炭を用い、その電極間に多孔性フィルムのセパレータを介して対向して配置され、外周部が絶縁性ゴムで封止された構造の基本セル１を複数積層してなる素子を有し、第１のリード端子１４が接触されるように配置された外装金属ケース１１内に、絶縁ケース１２を介在させて第２のリード端子１３が接触配置された素子を収納してなる電気二重層コンデンサであり、絶縁ケース１２での外装金属ケース１１と接する外側表面に突起部１６を設け接触面積を低減した電気二重層コンデンサである。また、突起部１６は前記外側表面に桟状に複数個設けられ、各々の突起部１６の頂部は実装面に略垂直方向に延伸している。
【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、リフローはんだ付け等に対し、高耐熱、高信頼性を実現した電気二重層コンデンサに関する。

電気二重層コンデンサは固体と液体の２層が接触する界面に正負の電荷が極めて短い距離に相対して帯電する界面導電現象を利用したコンデンサである。まず、電気二重層コンデンサの基本セル１を図３に示す。基本セル１は、分極性電極３として、活性炭を用い、分極性電極３は、電極間のショートを防止し電解液中のイオンを透過するセパレータ４を介して配置され、さらに、この両電極の背面には集電体２を配置し構成されている。集電体２は電圧が印加できる構造となっている。また、粉末活性炭には電解液として希硫酸を含浸させ、セパレータ４は希硫酸中のイオンが自由に行き来できる構造となっている。そして電解液の封止と、導電性材料の絶縁のため、封止用の絶縁性ゴム５を電極側面に配置している。

一般に、電気二重層コンデンサは、使用する電圧に応じて、基本セル１を必要な枚数だけ直列に積層し、基本セル１間、分極電極３間や、分極電極および集電体２間の電気的接続抵抗を安定させるために一定の圧力を加えて構成される。

電気二重層コンデンサの外装構造の従来例を図４に断面図で示す。電気二重層コンデンサの外装構造は、基本セル１を積層した素子の一方の電極面が接するように内蔵される外装金属ケース１１を有し、同外装金属ケース１１の開口部を封口し、かつ、外装金属ケース１１側面と素子側面との接触、ショートを防止するとともに、素子電極面から取り出される、一対のリード端子１３，１４同士の接触、ショートを防止する絶縁ケース２２を有する。その絶縁ケース２２には、ポリアセタール、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）など、エンジニアリングプラスチックが使用されており、外装金属ケース１１をカシメ封口することにより、一定圧力を保持する構造となっている。この基本セル１には、弾力性のあるゴムを使用し、一定の圧力を加えて、外装するため、基本セル１を積層した素子、絶縁ケース２２および外装金属ケース１１は、外装後は、ほぼ密着するように設計されている（たとえば、特許文献１）。

特開２０００−２１６０５９号公報

ところで、図４のように、基本セル１を積層した素子、絶縁ケース２２および外装金属ケース１１の間にほとんど隙間がないため、電気二重層コンデンサを基板に実装する際のはんだ付けリフロー条件のような高温環境下において、はんだ付け雰囲気の熱が内部の素子に早く伝わり、その熱により基本セル１の内部圧力が高まり、封止用の絶縁性ゴム５（図３）が、内部圧力の上昇に耐えられず破裂し、素子内部の電解液が漏れるという問題がある。

そこで、本発明は、外部からの内部素子への熱伝導を抑制し、耐熱性を向上した電気二重層コンデンサを提供することを目的とする。

本発明によれば、上記の電気二重層コンデンサにおける課題を解決することができる。その構成上の特徴は、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、外周部が絶縁性ゴムで封止された構造の基本セルを複数積層してなる素子を有し、第１のリード端子が接触されるように配置された外装金属ケース内に、絶縁ケースを介在させて第２のリード端子が接触配置された素子を収納してなる電気二重層コンデンサにおいて、絶縁ケースの側面を部分的に突起させ、絶縁ケースと外装金属ケースが密着しないようにした電気二重層コンデンサが得られる。

すなわち、本発明の電気二重層コンデンサは、集電体上の分極性電極が多孔性フィルムのセパレータを介して対向して配置され、外周部が絶縁性ゴムで封止された基本セルを積層してなる素子を有し、第１のリード端子が接触するように配置された外装金属ケース内に、絶縁ケースを介在させて第２のリード端子が接触配置された前記素子を収納してなる電気二重層コンデンサにおいて、前記絶縁ケースでの前記外装金属ケースと接する外側表面に突起部を施し前記外装金属ケースとの接触面積を低減したことを特徴とする。こうすることで、リード端子などを通して外部から加えれた熱が内部の素子に伝達されることを抑制し、素子にかかる熱応力を低減する。

前記突起部は前記外側表面に桟状に複数個設けられ、各々の突起部の頂部は実装面に略垂直方向に延伸しているとよい。この突起部形状はモールド成形が可能で、量産性に優れる。

前記突起部の高さは０．１ｍｍ以上であるとよい。こうするとカシメ封口の際に、効率よく、絶縁ケースと外装金属ケースの間に空隙を形成することができる。

本発明によれば、絶縁ケースの外側表面を部分的に突起状にすることにより、外装金属ケースとの間に空隙を設けることができ、リフローはんだ付けなどの場合に、外部からの素子への熱伝導を抑制し、素子の熱応力を緩和することにより、耐熱性を高めた電気二重層コンデンサを提供することができる。

本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る電気二重層コンデンサの基本構造を示し、図１（ａ）は正断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。また、図２は、本発明の一実施の形態に係る電気二重層コンデンサの分解構成図であり、図２（ａ）は外装金属ケースの正面図、図２（ｂ）は基本セル積層体（素子）の正面図、図２（ｃ）は絶縁ケースの正面図、図２（ｄ）は座板の正面図である。なお、図２はカシメ封口前の各部材を示し、カシメ封口後の電気二重層コンデンサ外形は略円柱形である。

図１および図２のように、本実施の形態の電気二重層コンデンサは、外装金属ケース１１に基本セル１を積層して収納するように、外装金属ケース１１の開口部に電極取り出し用のリード端子１３，１４およびそのリード端子１３，１４間の接触ショートを防止するための絶縁ケース１２を配置し、外装金属ケース１１をカシメ封口することにより、素子（基本セル１の積層体）を加圧保持する構造となっている。また、座板１５を取り付け、リード端子１３，１４を折り曲げている。

このとき、絶縁ケース１２の外周には、図１（ｂ）のように、突起部１６を形成し、両側の平坦部からの突起の高さを０．１ｍｍ以上にする。その理由は、カシメ封口の後で、２つの突起部１６間に外装金属ケース１１に接触しない部分（空隙部１７）を確保するのに、高さが０．１ｍｍ未満では、カシメ工程で封口のための十分な力を加えることができないからである。他方、突起部１６の高さが０．２ｍｍを超えると、完成品の外形寸法に影響し、小型化には適さないので、通常は０．１ｍｍ以上で０．２ｍｍ以下が適切である。

図１および図２に示した実施の形態での突起部１６の形状は、上下方向（実装面に略垂直方向）に延伸する桟の形状である。それとは逆に上下方向に延伸する溝を設けることにより、その溝の間に突起部を形成することも可能である。

さらに絶縁ケースの外側表面に突起部を施す方法として、絶縁ケースのモールド成形による表面粗さに比べてより粗い表面粗さとなるように、直径の大きな絶縁性粒子を含む絶縁材料を絶縁ケースの外側表面に塗布することで表面に凹凸ができるようにしてもよい。

以上に説明した形状をまとめると、カシメ封口後においても外装金属ケースと絶縁ケースの接触面を密着させないようにする突起部を設けることで、接触面積を減少させるにもかかわらず、カシメ封口が可能な形状であればよい。

実施例１の電気二重層コンデンサは、一実施の形態として説明した図１と同じ構造を持ち、図２のような部材からなり、具体的には、次のように製造される。

基本セルは、すでに従来技術の項で説明したものと同様であり、図３に示した基本セル１の構造を持つ。電解液として、希硫酸、分極性電極３として粉末活性炭、セパレータ４としてＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製の微多孔膜、封止用の絶縁性ゴム５としてブチルゴム、集電体２として導電性ゴムを使用し作製した。

電気二重層コンデンサの外装部品は、外装金属ケース１１としてステンレス鋼ＳＵＳ４３０、絶縁ケース１２としてポリアミド樹脂を用い、リード端子１３，１４としてＳＵＳ４３０にＳｎメッキを行ったものを用いた。

このとき絶縁ケース１２の外周には実装面に略垂直方向に頂部が延伸する桟状の突起部１６を８個設けるようにモールド樹脂成形を行い、このときの突起部１６の高さは０．１５ｍｍに設定した。

次に基本セル１の積層体を外装金属ケースへ１１に挿入し、リード端子１３，１４と絶縁ケース１２を被せ、一定圧力を加えながら外装金属ケース１１をカシメ封口することにより本実施例の電気二重層コンデンサを作製した。この完成品の外形寸法はφ１０ｍｍ ×５．５ｍｍであった。

比較例として、図４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１と同じ材質のものを用い、突起のない絶縁ケースを用いて組み立て、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耐熱性について、リフローはんだ工程に対する試験を展開し、その温度での素子不具合（液漏れ）の発生数を調査した。その結果を表１に示す。

表１に示したように、実施例１による電気二重層コンデンサは、絶縁ケース１２の表面を部分的に突起状にすることにより、外装金属ケース１１との間に空隙を有することができ、これにより外部から素子への熱伝導を抑制し素子の破裂を防止でき、電気二重層コンデンサの耐熱性を向上することができた。

以上のように、本発明によれば、外装金属ケースに当接あるいは接触する絶縁ケース表面に部分的突起を設けることにより、コンデンサ素子への熱伝導が抑制され、積層された素子にかかる熱ストレスが軽減され、電気二重層コンデンサの耐熱性を向上することができる。

本発明の一実施の形態に係る電気二重層コンデンサの基本構造を示し、図１（ａ）は正断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図。発明の一実施の形態に係る電気二重層コンデンサの分解構成図であり、図２（ａ）は外装金属ケースの正面図、図２（ｂ）は基本セル積層体の正面図、図２（ｃ）は絶縁ケースの正面図、図２（ｄ）は座板の正面図。電気二重層コンデンサの基本セルを示す断面図。従来技術による電気二重層コンデンサの外装構造を示す断面図。

符号の説明

１基本セル
２集電体
３分極性電極
４セパレータ
５絶縁性ゴム
１１外装金属ケース
１２，２２絶縁ケース
１３，１４リード端子
１５座板
１６突起部
１７空隙部

Claims

集電体上の分極性電極が多孔性フィルムのセパレータを介して対向して配置され外周部が絶縁性ゴムで封止された基本セルを積層してなる素子を有し、第１のリード端子が接触するように配置された外装金属ケース内に、絶縁ケースを介在させて第２のリード端子が接触配置された前記素子を収納してなる電気二重層コンデンサにおいて、前記絶縁ケースでの前記外装金属ケースと接する外側表面に突起部を施し前記外装金属ケースとの接触面積を低減したことを特徴とする電気二重層コンデンサ。
前記突起部は前記外側表面に桟状に複数個設けられ、各々の突起部の頂部は実装面に略垂直方向に延伸していることを特徴とする請求項１記載の電気二重層コンデンサ。
前記突起部の高さは０．１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１または２記載の電気二重層コンデンサ。