JP2011014859A - 電気二重層キャパシタ - Google Patents
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Abstract
【課題】各種電源のアシスト用等に使用される電気二重層キャパシタに関し、小型化と低コスト化を図ることを目的とする。
【解決手段】一対の電極を同方向に取り出した積層形の素子1と、この素子1の一対の電極が夫々接続される陽極端子7、陰極端子8を備えて該素子1を電解液と共に収容した上面開放の樹脂製のケース6と、このケース6の上面に結合された樹脂製の蓋9からなる構成により、簡単な構成によって部品点数と作業工数の削減を図って低コスト化を実現すると共に、小型化と低抵抗化が図れる。
【選択図】図1
【解決手段】一対の電極を同方向に取り出した積層形の素子1と、この素子1の一対の電極が夫々接続される陽極端子7、陰極端子8を備えて該素子1を電解液と共に収容した上面開放の樹脂製のケース6と、このケース6の上面に結合された樹脂製の蓋9からなる構成により、簡単な構成によって部品点数と作業工数の削減を図って低コスト化を実現すると共に、小型化と低抵抗化が図れる。
【選択図】図1
Description
本発明は各種電子機器、電気機器、携帯機器等に使用される電気二重層キャパシタに関するものである。
電気二重層キャパシタは、分極性電極と電解液との界面に形成される電気二重層に蓄積される電気エネルギーを利用するものであり、このような電気二重層キャパシタは、小型化が図れ、かつ、大容量の充放電が可能なキャパシタとして、マイコン、メモリ、タイマーのバックアップ用、各種電源のアシスト用等に広く用いられている。
図17はこの種の従来の電気二重層キャパシタの構成を示した断面図であり、図17において、41は電気二重層キャパシタを示し、この電気二重層キャパシタ41は、電解質溶液が含浸された長尺のセパレータ42が所定長ごとに異なる方向に交互に折り返され、蛇腹状にされたセパレータ42間に該セパレータ42を介して互いに異なる極が対面するように複数の電極板43が積層されている。各電極板43の端部には、電極板43と略同幅で可撓性の集電部材44が接続されており、集電部材44は電極板43の全長に亘って埋設されている。
各電極板43は前記のように蛇腹状に折り返されているセパレータ42により一方の端部が包み込まれると共に、セパレータ42に包み込まれていない方の端部は側面に露出しており、前記集電部材44は該露出している方の端部でセパレータ42間から引き出される。各電極板43は前記端部が交互に逆側の側面に露出しているので、前記集電部材44は同極ごとに纏められ、断面視C字状の結束部材45により結束される。結束部材45は、それ自体導電性の材料により構成されている。
そして、結束部材45による集電部材44の結束部分46、47は、同極ごとに電極板43の積層方向の相異なる最外層側に、結束部分46は最上層側に、結束部分47は最下層側に配置されるようになり、更に、このように構成された電気二重層キャパシタ41が該電極板43の積層方向に複数積層されるように構成されたものである。
このように構成された従来の電気二重層キャパシタ41は、各電極板43の端部に接続された可撓性の集電部材44を前記セパレータ42間から引き出すことにより、該集電部材44が同極ごとに結束されることになり、これにより、前記集電部材44を各電極板43に接続する際に前記セパレータ42を損傷する恐れがなく、容易に製造することができ、更に、この電気二重層キャパシタ41を単セルとし、この単セルを積層することにより、容易に直列接続できるというものであった。
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
しかしながら前記従来の電気二重層キャパシタ41では、セパレータ42を損傷することなく、容易に製造することができ、しかもこれを単セルとし、この単セルを積層することによって容易に直列接続できるという特徴を有するものの、このような単セル、あるいは積層された複数のセルに電解質溶液を含浸してキャパシタ装置とするためには、不導電性樹脂であるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)からなるケース部材を用いて前記単セル、あるいは積層された複数のセルを収容して封止しなければならないことに加え、一対の電極を同方向に取り出すことができないために製品が大型化すると共に、高いコストのものになってしまうという課題があった。
本発明はこのような従来の課題を解決し、簡単な構成により一対の電極を同方向に取り出し、小型化と低コスト化を実現することが可能な電気二重層キャパシタを提供することを目的とするものである。
前記課題を解決するために本発明は、一対の電極取り出し部を同一方向に取り出した積層形の素子と、前記素子の一対の電極取り出し部が夫々接続される端子を備えて該素子を電解液と共に収容した上面開放の樹脂製のケースと、前記ケースの上面に結合された樹脂製の蓋からなり、前記端子は、前記素子の一対の電極取り出し部がそれぞれ接合される接合面を有する接合部と、この接合部から延設された中間電導部と、この中間電導部からさらに延設された端子部とを備え、前記それぞれの接合部が前記ケース内において、ケース内底面より高い位置に配設され上方に向かって表出するとともに、上方に向かって表出するとともに、前記接合部の周縁と中間電導部が前記ケースの樹脂により埋設され、前記端子部が前記ケースの側面から外部に導出された構成にしたものである。
以上のように本発明による電気二重層キャパシタは、一対の電極を同一方向に取り出した素子をケース内に収容して蓋を結合すると共に、素子から取り出した一対の電極をケースに設けた端子に接続した構成により、簡単な構成によって部品点数と作業工数の削減を図って低コスト化を実現すると共に、小型化と低抵抗化を図ることができる。
また、前記それぞれの接合部をケース内底面より高い位置に配設され上方に向かって表出することにより、素子に含浸した電解液が接合部に触れにくくなり、その結果、接合部からの電解液が侵入しにくくなって液漏れを抑制することができる。さらに、端子の接合部の周縁と中間電導部をケースの樹脂により埋設することにより、ケース内部の内圧上昇時のケース底面部及び蓋にかかる応力が端子に影響しにくくなり、漏洩が少ない長寿命の電気二重層キャパシタが得られるものである。
(実施の形態1)
以下、実施の形態1を用いて、本発明の特に請求項1〜4、6〜8、12に記載の発明について説明する。
以下、実施の形態1を用いて、本発明の特に請求項1〜4、6〜8、12に記載の発明について説明する。
図1は本発明の実施の形態1による電気二重層キャパシタの構成を示した分解斜視図、図2(a)、(b)は同電気二重層キャパシタの蓋を結合する前の状態を示した斜視図と蓋を結合した状態を示した斜視図、図3(a)〜(d)は同電気二重層キャパシタに使用される素子の構成を説明するための製造工程図、図4は同素子の構成を示した断面図である。
なお、図1〜図4においては、素子の構成を分かり易くするために積層枚数を少なくして記載しているものであり、実際は数十枚の陽極電極と陰極電極を交互に積層しているものである。
図1において、本実施の形態1の電気二重層キャパシタは、陽極取り出し部2b及び陰極取り出し部3bが設けられた素子1と、陽極端子7と陰極端子8を配設されたケース6と、ケース6の開放部を封止する蓋9からなる。
素子1は、図2(a)(b)に示すようにケース6に配置された陽極端子7と陰極端子8に素子1の陽極取り出し部2b及び陰極取り出し部3bを接続し、ケース6の開放部を蓋9で封止する。
前記素子1は、図3に示すようにアルミニウム箔からなる方形の集電体の一辺の端部に突出する舌片状の陽極取り出し部2bを一体で設け、この陽極取り出し部2bを除く集電体の両面に分極性電極層2cを形成したシート状の陽極電極2と、同じくアルミニウム箔からなる方形の集電体の一辺の端部に突出する舌片状の陰極取り出し部3bを一体で設け、この陰極取り出し部3bを除く集電体の両面に分極性電極層3cを形成したシート状の陰極電極3と、つづら折り状に折り曲げられた帯状のセパレータ4(本実施の形態においては耐熱性に優れたセルロース系繊維を用いた)から構成される。
そして、前記陽極電極2と陰極電極3を、陽極取り出し部2bと陰極取り出し部3bが同一辺の相反する端部に夫々配設されるようにして、前記つづら折り状に折り曲げられた帯状のセパレータ4の各層間に相反する方向から交互に挿入して配設することにより積層構造に形成され、最後に外周に巻き止めテープ5を巻き付けることによって素子1が作製される。
前記陽極電極2と陰極電極3に夫々設けられた陽極取り出し部2bと陰極取り出し部3bは、これらが設けられた辺の全幅の1/2未満の幅になるように夫々形成することにより、陽極取り出し部2bと陰極取り出し部3bが接触して短絡することがないようにすることができる。
また、図4に示すように前記素子1の最上段と最下段には夫々陰極電極3が集電体2aの両面に分極性電極層2cを形成したシート状の陽極電極2と対向して配設され、この最上段と最下段に配設される陰極電極3は、集電体3aの陰極取り出し部3bを除く片面のみに分極性電極層3cが形成されたものであり、この分極性電極層3cが最上段と最下段のセパレータ4と夫々当接するようにして配設した構成にしているものである。このような構成により、陽極電極2の面積よりも陰極電極3の面積が大きくなるため、陽極電極2の局所部で発生する腐食反応を抑制して安定した性能を発揮することができる。
本実施の形態の素子1では、陽極取り出し部2bと陰極取り出し部3bが設けられた辺とは逆側の辺の近傍にシート状のステンレススチール5aを巻き付けている。このステンレススチール5a、素子1を上下方向(積層方向)にプレス加工されることによって極めて薄い厚みに加工し、この素子1の外周に巻き付けることにより、素子1の陽極電極2と陰極電極3の接触抵抗をさらに低減することができる。また、電気二重層キャパシタ駆動時の素子1の膨らみを抑制することができる。さらに、このステンレススチール5aはクロムやニッケルを含んでいることから、電解液に対する耐薬品性が高く、素子1の特性を変化させてしまう可能性も低い。
なお、図1と図2に示す素子1は、素子1の外周に絶縁紙を巻き付けた後に巻き止めテープ5を巻き付けた状態を示しているが、前記絶縁紙の有無は必要に応じて適宜選択すれば良い程度のものである。
このように構成される素子1は、簡単な構成によって作業性が向上するばかりでなく、つづら折り状に折り曲げられた帯状のセパレータ4の各層間に陽極電極2と陰極電極3を相反する方向から交互に挿入して配設するだけで、高い寸法精度を確保することができるようになるものである。
また、前記陽極電極2と陰極電極3に夫々形成された分極性電極層2c、3cは、活性炭粉末とカーボンブラックとバインダーとを混練したものにより構成され、前記活性炭粉末としては、木粉系、ヤシガラ系、フェノール樹脂系、石油コークス系、石炭コークス系、ピッチ系等の原料を賦活したものが用いられる。また、バインダーとしては、ポリテトラフルオロエチレン、カルボキシメチルセルロースの水溶性バインダーを混合したものが用いられるものである。
また、前記つづら折り状に折り曲げられた帯状のセパレータ4を構成する材料としては、セルロース系繊維(セルロース、レーヨン、クラフト、マニラ麻、ヘンプ、エスパルト等)、合成繊維系(ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリアセタール、変性ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリアリレート、ポリアリルエーテルニトリル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエステル樹脂、ビニロン樹脂、ポリアミド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、フッ素樹脂等)を用いることができるが、特に、芳香族ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、フッ素樹脂等を用いるのが好ましい。
前記ケース6は、前記素子1を図示しない電解液と共に収容する上面開放の樹脂製(本実施の形態においては液晶ポリマーを用いた)からなり、陽極端子7と陰極端子8がインサート成型によりケース6の一側面を貫通している。
図5は前記ケース6にインサート成型された陽極端子7と陰極端子8の構成を示す断面図である。陽極端子7及び陰極端子8は、素子1の陽陰極の電極取り出し部2b(3b)がそれぞれ接合される接合面を有する接合部7a(8a)と、この接合部7a(8a)から延設された中間電導部7b(8b)と、この中間電導部7b(8b)からさらに延設された端子部7c(8c)とを備えている。
この接合部7a(8a)は、ケース6内において内底面より高い位置に配設され上方に向かって樹脂から表出するとともに、前記端子部7c(8c)が前記ケース6の側面から外部に導出された構成を有している。これにより、前記接合部7a(8a)の周縁と中間電導部7b(8b)は、前記ケース6の樹脂により埋設され、前記ケース6の一側面の内部にケース6の内底面よりも高い段部6aが形成される。これにより、前記陽極端子7と陰極端子8は、前記ケース6内部の内圧上昇時のケース6内部にかかる応力の影響を受けにくくすることができる。
また、前記それぞれの接合部7a(8a)をケース6の内底面より高い位置に配設され上方に向かって表出することにより、素子1に含浸した電解液が接合部に触れにくくなり、その結果、接合部からの電解液が侵入しにくくなって液漏れを抑制することができる。さらに、電解液の漏液パスも従来の構成に比べ、長いものとすることができ、電解液が外部に漏出する可能性は低いものとなり、キャパシタの信頼性を高めることができる。
なお、前記ケース6の一側面の内部に設けられた段部6aは、ケース6内に収容された素子1の高さの略1/2の高さになるように形成される。これにより、素子1に設けられた陽極取り出し部2bと陰極取り出し部3bを夫々押し潰して陽極端子7と陰極端子8に押し付け、超音波溶接等の手段によって接合する際に、素子1の陽極取り出し部2bと陰極取り出し部3bに加わる負荷を低減すると共に、素子1に含浸された図示しない電解液がケース6の底面から陽極端子7と陰極端子8まで回り込み、前記超音波溶接等の手段による接合作業時に悪影響を及ぼすことを防止するようにしているものである。
そして、ケース6の外部へ引き出された前記端子部7c(8c)は、ケース6の外表面に沿って側面から底面へと折り曲げられており、これにより、ケース6の底面に陽極端子7と陰極端子8を備えた面実装対応タイプの電気二重層キャパシタを実現しているものである。
前記端子7(8)の中間電導部7b(8b)は、端子7(8)の一部を折り曲げたものであり(前記ケース6内に設けた段部6a内に設けても良い)、これにより、陽極端子7と陰極端子8のケース6の内部から外部に至る経路を長くすることができるため、ケース6内部に素子1と共に収容された図示しない電解液の漏液や、外部からの水分の浸入を抑制するようにしているものである。
なお、図示しないが陽極端子7および陰極端子8は、素子1の電極と接触する側の端部から、ケース6から外部へと露出する部分にかけてフッ素樹脂によるコーティング層を設けてもよい。このコーティング層は、金属である陽極端子7および陰極端子8と、樹脂にて形成されたケース6との熱膨張係数の差により、陽極端子7および陰極端子8とケース6の間に隙間が発生する可能性を低減することで、外部からケース6内部への水分の浸入を防ぐとともに、ケース6内から外部への電解液の液漏れを防ぐことができる。
このフッ素樹脂としては特に液状フッ素エラストマーを用いるとよい。これは液状フッ素エラストマーであれば、高い耐熱性を有し、また液状であるため陽極端子7および陰極端子8への塗布が容易であるためである。さらに、自己接着性を持つ液状フッ素エラストマーを用いると陽極端子7および陰極端子8との密着性を高めることができ、電気二重層キャパシタとしての信頼性をさらに高めることができる。
なお、このコーティング層を、陽極端子7および陰極端子8のケース6の側面から底部へと折り曲げられる部分まで設ける構成としてもよい。この場合、コーティング層は陽極端子7および陰極端子8の表面保護層としての役割を果たす。あるいは、このコーティング層は陽極端子7および陰極端子8とケース6との境界部分に塗布するだけでもよい。この構成であっても、陽極端子7および陰極端子8とケース6との隙間から外部へ液漏れを防ぐとともに外部からの水分の浸入を防ぐという効果が十分にある。
蓋9は、前記ケース6の上面の開口部を塞ぐように配設されて超音波溶接等の手段によって結合される樹脂製(本実施の形態においては液晶ポリマーを用いた)からなるもので、この蓋9をケース6の上面に結合することによって本実施の形態による電気二重層キャパシタ10が構成される。
なお、前記蓋9は、図6に示すように蓋9の裏面(ケース6側)の一部から内部に向かうように凸部9aが設けられており、この凸部9aにより、ケース6の内部に収容された素子1を積層方向に圧縮するようにしたものである。また、この凸部9aは、ケース6の内部に収容された素子1の陽極電極2の陽極取り出し部2b(陰極電極3の陰極取り出し部3bと同じ)を除く面積の15%以上の面積に設け、かつ、素子1の積層方向となる厚み寸法の圧縮率が0.5〜20%となるようにしたものであり、このようにすることにより、素子1の膨れを防止して不要な抵抗の増加を防止すると共に、蓋9の強度向上を図るようにしているものである。
前記電解液としては、溶媒として、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、エチレンカーボネート、スルホラン、アセトニトリル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートまたはメチルエチルカーボネートのいずれか1種または2種以上の混合物を使用することができる。電解質カチオンとしては、第四級アンモニウム、第四級ホスホニウム、イミダゾリウム塩が使用でき、電解質アニオンとしては、BF4 -、PF6 -、ClO4 -、CF3SO3 -またはN(CF3SO2)2 -を使用することができるものである。
また、前記ケース6と蓋9を構成する材料に要求される特性として、本発明による電気二重層キャパシタは、内部に水が浸入すると水の電気分解によってガスが発生し、これにより性能劣化を引き起こし、最悪の場合には破壊に至るという性質を有しているために水分透過性が低いことが要求されると共に、内部で発生したガスを外部へ放出しなければならないということがあり、このために金属よりも樹脂を用いることが好ましく、更に、樹脂の中では液晶ポリマー、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、ポリアミド等が使用できるが、特に液晶ポリマーは前記水分透過性が他の樹脂よりも2桁以上少ないために好ましい材料であると言える。
このように構成された本実施の形態による電気二重層キャパシタは、陽極電極2と陰極電極3に設けた陽極取り出し部2bと陰極取り出し部3bを夫々同方向に配設して積層した素子1を上面開放のケース6内に収容して蓋9を結合すると共に、前記素子1から取り出した陽極取り出し部2bと陰極取り出し部3bをケース6に設けた陽極端子7と陰極端子8に接続した構成により、簡単な構成によって一対の電極を同方向に取り出し、部品点数の削減と作業工数の削減を図って低コスト化を実現すると共に、小型化と低抵抗化を図ることができるようになるという格別の効果を奏するものである。
(実施の形態2)
以下、実施の形態2を用いて、本発明の特に請求項5に記載の発明について説明する。
以下、実施の形態2を用いて、本発明の特に請求項5に記載の発明について説明する。
本実施の形態は、前記実施の形態1で図1〜図6を用いて説明した電気二重層キャパシタに使用される素子の構成が一部異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態1と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて詳細に説明する。
図7は本発明の実施の形態2による電気二重層キャパシタに使用される素子の構成を示した分解斜視図、図8は同断面図である。なお、図7と図8においては、素子の構成を分かり易くするために積層枚数を少なくして記載しているものであり、実際は数十枚の陽極電極、セパレータ、陰極電極を順次積層しているものである。
図7と図8において、11は素子を示し、この素子11は、アルミニウム箔からなる方形の集電体2aの一辺の端部に突出する舌片状の陽極取り出し部2bを一体で設け、この陽極取り出し部2bを除く集電体2aの両面に分極性電極層2cを形成したシート状の陽極電極2と、同じくアルミニウム箔からなる方形の集電体3aの一辺の端部に突出する舌片状の陰極取り出し部3bを一体で設け、この陰極取り出し部3bを除く集電体3aの両面に分極性電極層3cを形成したシート状の陰極電極3と、シート状のセパレータ12(本実施の形態においては耐熱性に優れたセルロース系繊維を用いた)から構成されている。
そして、前記陽極電極2と陰極電極3を、陽極取り出し部2bと陰極取り出し部3bが同一辺の相反する端部に夫々配設されるようにして重ね合わせると共に、この陽極電極2と陰極電極3の間に前記シート状のセパレータ12を介在させた状態で複数層重ね合わせることにより積層構造に形成され、最後に外周に巻き止めテープ(図示せず)を巻き付けることによって作製されたものである。
また、前記素子11の最上段と最下段には夫々陰極電極3が配設され、この最上段と最下段に配設される陰極電極3は、集電体3aの陰極取り出し部3bを除く片面のみに分極性電極層3cが形成されたものであり、この分極性電極層3cが最上段と最下段のシート状のセパレータ12と夫々当接するようにして配設した構成にしているのは、前記実施の形態1による素子1と同様であり、このような構成により得られる効果も同様である。
このように構成された本実施の形態による素子11を用いた電気二重層キャパシタは、前記実施の形態1による電気二重層キャパシタにより得られる効果に加え、素子11の作製が、陽極電極2とシート状のセパレータ12と陰極電極3を積み重ねるだけで良いため、素子11を容易に作製することができるようになるという格別の効果を奏するものである。
(実施の形態3)
本実施の形態は、前記実施の形態1で図1〜図6を用いて説明した電気二重層キャパシタを1つのセルとし、このセルを複数個連結して接続した点が異なるものであり、これ以外の構成は実施の形態1と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて詳細に説明する。
本実施の形態は、前記実施の形態1で図1〜図6を用いて説明した電気二重層キャパシタを1つのセルとし、このセルを複数個連結して接続した点が異なるものであり、これ以外の構成は実施の形態1と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて詳細に説明する。
図9は本発明の実施の形態3による電気二重層キャパシタの構成を示した斜視図であり、図9において、10は電気二重層キャパシタを示し、この電気二重層キャパシタ10は前記実施の形態1で説明した電気二重層キャパシタ10と同様に構成されたものであり、この電気二重層キャパシタ10を2個隣接して配設すると共に、この2個の電気二重層キャパシタ10を超音波溶接、接着等の手段によって機械的に結合しているものである。
また、一方の電気二重層キャパシタ10の陽極端子7と他方の電気二重層キャパシタ10の陰極端子8とを中間端子13を用いて接続することにより、2個の電気二重層キャパシタ10を直列接続しているものである。
このように構成された本実施の形態による電気二重層キャパシタは、前記実施の形態1による電気二重層キャパシタにより得られる効果に加え、簡単な構成により大容量化を実現することができるという格別の効果を奏するものである。
なお、本実施の形態においては、2個の電気二重層キャパシタ10を横置きに連結して直列接続した構成を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、3個以上の電気二重層キャパシタ10を横置き、あるいは積み重ねて連結したり、電気的な接続についても、直列接続、あるいは並列接続しても構わないものである。
(実施の形態4)
以下、実施の形態4を用いて、本発明の特に請求項9に記載の発明について説明する。
以下、実施の形態4を用いて、本発明の特に請求項9に記載の発明について説明する。
本実施の形態は、前記実施の形態1で図1〜図6を用いて説明した電気二重層キャパシタに使用される素子を1つのケース内に複数個収容した点が異なるものであり、これ以外の構成は実施の形態1と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて詳細に説明する。
図10(a)は本発明の実施の形態4による電気二重層キャパシタの構成を示した分解斜視図、同図(b)、(c)は同電気二重層キャパシタの蓋を結合する前の状態を示した斜視図と蓋を結合した状態を示した斜視図である。
図10において、1は素子であり、この素子1は前記実施の形態1で説明した素子1と同様に構成され、陽極取り出し部2bと陰極取り出し部3bが同方向から取り出されているものである。
14は前記素子1を図示しない電解液と共に収容する上面開放の樹脂製(本実施の形態においては液晶ポリマーを用いた)のケースであり、このケース14には前記素子1を2個収容するために、2つの素子収容部14aが夫々独立して設けられており、これにより独立した2個の電気二重層キャパシタが形成されるようにしているものである。
15と17は前記ケース14の一側面を貫通するようにインサート成型された陽極端子と陰極端子、16は同様にインサート成型された中間端子であり、前記図5と同様の構成を有している。
陽極端子15と中間端子16の接合部に一方の素子1の陽極取り出し部2bと陰極取り出し部3bを接続し、他方の素子1の陽極取り出し部2bと陰極取り出し部3bを中間端子16と陰極端子17の接合部に夫々接続することにより、2個の素子1を直列接続するようにしているものである。
18は前記ケース14の上面の開口部を塞ぐように配設されて超音波溶接等の手段によって結合される樹脂製(本実施の形態においては液晶ポリマーを用いた)の蓋であり、この蓋18をケース14の上面に結合することによって本実施の形態による電気二重層キャパシタ19が構成されているものである。
また、図示はしないが、前記蓋18の裏面(ケース14側)の一部から内部に向かうように凸部が2箇所に設けられ、2個の素子1を夫々積層方向に圧縮するようにしているのは前記実施の形態1と同様である。
このように構成された本実施の形態による電気二重層キャパシタは、前記実施の形態1による電気二重層キャパシタにより得られる効果に加え、少ない部品点数と作業工数で大容量化を実現した電気二重層キャパシタを精度良く製造することができるという格別の効果を奏するものである。
なお、本実施の形態においては、1つのケース14内に2個の素子1を収容して直列接続した例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、3個以上の素子1を収容して直列接続、あるいは並列接続しても構わないものである。
(実施の形態5)
以下、実施の形態5を用いて、本発明の特に請求項11に記載の発明について説明する。
以下、実施の形態5を用いて、本発明の特に請求項11に記載の発明について説明する。
本実施の形態は、前記実施の形態1で図1〜図6を用いて説明した電気二重層キャパシタ、ならびに実施の形態4で図10を用いて説明した電気二重層キャパシタに使用されるケースに電解液注入用の孔を設けると共に、この電解液注入用の孔にゴム栓を嵌め込んで封止した点が異なるものであり、これ以外の構成は実施の形態1、実施の形態4と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて詳細に説明する。
図11(a)、(b)は本発明の実施の形態5による電気二重層キャパシタの構成を示した斜視図であり、図11(a)は前記実施の形態1による電気二重層キャパシタ10に相当する電気二重層キャパシタ20を示し、図11(b)は前記実施の形態4による電気二重層キャパシタ19に相当する電気二重層キャパシタ21を示す。
図11において、22はゴム栓を示し、このゴム栓22は前記電気二重層キャパシタ20、21を構成するケースの側面に図示しない電解液注入用の孔を設け、この電解液注入用の孔を介して図示しない電解液をケース内に注入した後、前記電解液注入用の孔に嵌め込まれることにより封止を行うように構成されたものである。
なお、図示はしないが、図11(b)の電気二重層キャパシタ21には2個の素子を収容するための2つの独立した素子収容部が設けられているため、図面の奥側にも同様の電解液注入用の孔が設けられ、かつ、この電解液注入用の孔にゴム栓22が嵌め込まれて封止されているものである。
このように構成された本実施の形態による電気二重層キャパシタは、前記実施の形態1ならびに実施の形態4による電気二重層キャパシタにより得られる効果に加え、ケース内に素子を収容して蓋を結合した後に電解液を注入することができるようになるため、ケースに蓋を結合する際の超音波溶接等の作業時に、素子に電解液が含浸されていない状態で作業を行うことができることから、作業が極めて容易になるという格別の効果を奏するものである。
なお、本実施の形態においては、素子1個当たりに1箇所の割合でケースに電解液注入用の孔を設け、この電解液注入用の孔にゴム栓を嵌め込んで封止した例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、素子1個当たりに2箇所以上の電解液注入用の孔をケースに設けたり、あるいは蓋に設けたりしても構わないものである。
(実施の形態6)
以下、実施の形態6を用いて、本発明の特に請求項13に記載の発明について説明する。
以下、実施の形態6を用いて、本発明の特に請求項13に記載の発明について説明する。
本実施の形態は、前記実施の形態1で図1〜図6を用いて説明した電気二重層キャパシタのケース底面にダミー端子を設けた点が異なるものであり、これ以外の構成は実施の形態1と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて詳細に説明する。
図12は本発明の実施の形態6による電気二重層キャパシタを底面側から見た状態の斜視図であり、図12において、23はケース、24は陽極端子、25は陰極端子、26はダミー端子であり、このダミー端子26は前記陽極端子24と陰極端子25と同様に、ケースの一側面を貫通するようにインサート成型されたものであり、ダミー端子26は陽極端子24と陰極端子25が貫通したケース23の一側面と相反する側の一側面にインサート成型され、陽極端子24と陰極端子25と同様に、ケース23の外表面に沿って側面から底面へと折り曲げられているものである。
このように構成された本実施の形態による電気二重層キャパシタは、前記実施の形態1による電気二重層キャパシタにより得られる効果に加え、本実施の形態による電気二重層キャパシタを面実装する際に、基板に対して傾斜することなく安定して搭載できると共に、確実な半田付けを行って高い信頼性を確保することができるようになるという格別の効果を奏するものである。
なお、本実施の形態において図12に示したダミー端子26は一例であり、ダミー端子26の形状や数等はこれに限定されるものではなく、面実装時に基板に対して傾斜することなく安定して搭載できるものであれば如何なる形状、数であっても良いものである。
(実施の形態7)
以下、実施の形態7を用いて、本発明の特に請求項10、14に記載の発明について説明する。
以下、実施の形態7を用いて、本発明の特に請求項10、14に記載の発明について説明する。
本実施の形態は、前記実施の形態4で図10を用いて説明した電気二重層キャパシタの隣接する素子収容部の間の平面に溝を設けた点、および素子収容部14aごとに蓋にて封止した点が異なるものであり、これ以外の構成は実施の形態4と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて詳細に説明する。
図13は本発明の実施の形態7による電気二重層キャパシタの構成を示した分解斜視図、図14は同電気二重層キャパシタの蓋を結合した状態を示した斜視図である。
なお、本実施の形態においても前記実施の形態4と同様のケース14を用いており、素子1を2個収容するための、2つの素子収容部14aが夫々独立して設けられている。
27はケース14の上面に設けられた溝であり、この溝27は前記2つの素子収容部14aの間の平面を分断するように設けられている。また、溝27は、ケース14の一方の端部から、この端部と対向する端部にかけて設けられており、ケース14の溝27の両端部にあたる部分は切り欠かれている。すなわち溝27の両端部はケース14の短径方向に向けて開放された状態となっている。また、溝27の断面は断面コの字状に窪んだ形状となっており、その幅は0.4mm、深さは0.45mmとなっている。
28は独立して設けられた2つの素子収容部14aをそれぞれ封止する樹脂製(本実施の形態においても実施の形態4と同様に液晶ポリマーを用いた)の蓋である。蓋28は2つの素子収容部14aをそれぞれ独立して封止するようにケース14の上面の開口部に配設されて、超音波溶接等の手段によって結合される。
また、図示はしないが、図6で示した実施の形態1の蓋9と同様に、前記蓋28の裏面(ケース14側)の一部から内部に向かうように凸部が設けられ、ケース14との結合後に蓋28は夫々素子1を積層方向に圧縮するようにしている。
このように構成された本実施の形態による電気二重層キャパシタは、前記実施の形態4による電気二重層キャパシタにより得られる効果に加え、素子収容部14a内の電解液の液漏れの可能性を低減するという効果を有する。
すなわち、複数の素子収容部14aをまとめて一枚の蓋にて封止する場合に比べ、本実施の形態による電気二重層キャパシタでは蓋28にて素子収容部14aをそれぞれ独立して封止しているため、素子収容部14a内の封止性を高めることができる。この結果、ケース14と蓋28との結合部分からの電解液の液漏れの可能性を低減することができる。
また、本実施の形態の電気二重層キャパシタでは隣接する素子収容部14a間に溝27が設けられているため、素子1の劣化を低減することができるという効果をさらに有する。
すなわち、何らかの原因によりケース14と蓋28との結合部分から素子収容部14a内の電解液が液漏れを起こした場合、隣接する素子収容部14a内にケース14と蓋28との結合部分からこの液漏れした電解液が浸入する可能性がある。しかしながら、本実施の形態においては隣接する素子収容部14aの間には溝27が存在するため、この液漏れした電解液は隣接する素子収容部14aに到達する前に、溝27に滴り落ち、溝27に溜まることになる。
このように本実施の形態の電気二重層キャパシタでは溝27によって電解液の隣接する素子収容部14a内への浸入を妨げることができ、液漏れに起因する電解液の液絡の可能性を低減することができる。この結果、素子1の劣化を低減させることができる。
特に、隣接する素子収容部14a内の素子1どうしを直列に接続している場合、隣接する素子収容部14aの電解液が液絡すると、これら2つの素子1は1つの素子として機能することになる。したがって、通常通りの電圧をかけると、それぞれの素子1に過電圧がかかることになり、素子1の劣化を促進させてしまう恐れがある。したがって本実施の形態の電気二重層キャパシタ19は、特に素子1どうしを電気的に直列に接続した場合に有効である。
なお、溝27の形状は本実施の形態においては断面コの字状としたがこれに限られるものではない。例えば、断面が円弧状等の形状の溝であっても同等の効果を得ることができる。また、溝27に替えて、図15に示すように隣接する素子収容部14aの間に壁29を設ける構成としてもよい。
この場合も溝27を設けた場合と同様に、例えば素子収容部14a内の電解液がケース14と蓋28との結合部分から液漏れを起こしたとしても、この液漏れした電解液は隣接する素子収容部14aへの浸入を壁29によって妨げられるため、隣接する素子収容部14aどうしが液絡を起こす可能性は低減される。この結果、電解液の液絡の可能性は低減され、素子1の劣化を低減させることができる。
(実施の形態8)
本実施の形態は、前記実施の形態3において隣り合う電気二重層キャパシタ10の陽極端子7と陰極端子8とを中間端子13を用いて接続したことに対し、この中間端子13を用いずに外部回路にて素子どうしを電気的に接続する点が異なるものである。これ以外の構成は実施の形態3と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて詳細に説明する。
本実施の形態は、前記実施の形態3において隣り合う電気二重層キャパシタ10の陽極端子7と陰極端子8とを中間端子13を用いて接続したことに対し、この中間端子13を用いずに外部回路にて素子どうしを電気的に接続する点が異なるものである。これ以外の構成は実施の形態3と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて詳細に説明する。
図16(a)、(b)は、本発明の実施の形態8による電気二重層キャパシタと、この電気二重層キャパシタを外部回路にて接続する構成を示した斜視図である。図16(a)に示すように、本実施の形態では前記実施の形態3と同様に、電気二重層キャパシタ10を2個隣接して配設すると共に、この2個の電気二重層キャパシタ10を超音波溶接、接着等の手段によって機械的に結合している。
ただし、本実施の形態においては前記実施の形態3の中間端子13は設けておらず、隣接する電気二重層キャパシタ10の素子どうしは電気的に接続されていない。すなわち、これら電気二重層キャパシタ10の素子どうしの接続は、外部回路によって行われている。
30は、素子どうしを接続するための基板であり、2個の電気二重層キャパシタ10はこの基板30の上に実装される。基板30には図16(a)に示されるように電気二重層キャパシタ10の背面の陽極端子7と陰極端子8の位置に対応して4個のランドパターン31が設けられている。特に、これら4個のランドパターン31のうち、中央よりに位置する2個のランドパターン31は直線状の結合パターン32にて電気的に接続され、これら2個のランドパターン31と結合パターン32とで凹字型の形状を形成している。この構成により、2個のランドパターン31は電気的に接続されていることになる。そして、2個の電気二重層キャパシタ10は基板30に矢印Eで示す向きに実装され、図16(b)で示す状態となる。
図16(b)で示されるように、電気二重層キャパシタ10の陽極端子7と陰極端子8はそれぞれ対応した基板30の4個のランドパターン31上に配設される。ここで、上述したように中央よりの2個のランドパターン31は結合パターン32にて電気的に接続されているため、これら2個のランドパターン31上に配設した陽極端子7と陰極端子8どうしは電気的に接続されることになる。すなわち、電気二重層キャパシタ10に夫々収められた素子どうしを直列に接続している。
このように素子どうしを外部回路にて接続した場合であっても、実施の形態3と同様に、実施の形態1による電気二重層キャパシタにより得られる効果に加え、簡単な構成により大容量化を実現することができる。さらに、本実施の形態においては、陽極端子7と陰極端子8が中間端子13にて接続されず、独立した構成となっているため、ケースに素子を組み込んだ状態で1つ1つの素子の特性を個別に測定、検査することができる。
なお、本実施の形態においては、基板30により2個の電気二重層キャパシタ10の素子どうしを接続したが、この方法以外の外部回路にて素子どうしを接続してもよいし、あるいは3個以上の電気二重層キャパシタ10を連結したり、あるいは素子どうしを並列接続としても構わない。
また、本実施の形態は、複数の電気二重層キャパシタ10を連結し、各電気二重層キャパシタ10に収容された素子を外部回路にて接続したものであるが、これに限られることなく、実施の形態4のように電気二重層キャパシタに使用される素子を1つのケース内に複数個収容した構成であっても、中間端子16を設けずにこれら複数個の素子を外部回路にて接続することで本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
本発明による電気二重層キャパシタは、簡単な構成によって部品点数と作業工数の削減を図って低コスト化を実現すると共に、小型化と低抵抗化を図ることができるという効果を有し、各種電源のアシスト用分野等として有用である。
1、11 素子
2 陽極電極
2a、3a 集電体
2b 陽極取り出し部
2c、3c 分極性電極層
3 陰極電極
3b 陰極取り出し部
4 帯状のセパレータ
5 巻き止めテープ
5a ステンレススチール
6、14、23 ケース
6a 段部
7、15、24 陽極端子
7a、8a 接合部
7b、8b 中間電導部
8、17、25 陰極端子
9、18、28 蓋
9a 凸部
10、19、20、21 電気二重層キャパシタ
12 シート状のセパレータ
13、16 中間端子
14a 素子収容部
22 ゴム栓
26 ダミー端子
27 溝
29 壁
30 基板
31 ランドパターン
32 結合パターン
2 陽極電極
2a、3a 集電体
2b 陽極取り出し部
2c、3c 分極性電極層
3 陰極電極
3b 陰極取り出し部
4 帯状のセパレータ
5 巻き止めテープ
5a ステンレススチール
6、14、23 ケース
6a 段部
7、15、24 陽極端子
7a、8a 接合部
7b、8b 中間電導部
8、17、25 陰極端子
9、18、28 蓋
9a 凸部
10、19、20、21 電気二重層キャパシタ
12 シート状のセパレータ
13、16 中間端子
14a 素子収容部
22 ゴム栓
26 ダミー端子
27 溝
29 壁
30 基板
31 ランドパターン
32 結合パターン
Claims (14)
- 一対の電極取り出し部を同一方向に取り出した積層形の素子と、前記素子の一対の電極取り出し部が夫々接続される端子を備えて該素子を電解液と共に収容した上面開放の樹脂製のケースと、前記ケースの上面に結合された樹脂製の蓋からなり、前記端子は、前記素子の一対の電極取り出し部がそれぞれ接合される接合面を有する接合部と、この接合部から延設された中間電導部と、この中間電導部からさらに延設された端子部とを備え、
前記それぞれの接合部が前記ケース内において、ケース内底面より高い位置に配設され上方に向かって表出するとともに、前記接合部の周縁と中間電導部が前記ケースの樹脂により埋設され、前記端子部が前記ケースの側面から外部に導出された電気二重層キャパシタ。 - 前記端子の中間電導部が、埋設された樹脂内で折り曲げられたものである請求項1に記載の電気二重層キャパシタ。
- 前記端子の少なくともケースに埋設された部分にコーティング層を設けた請求項1または2に記載の電気二重層キャパシタ。
- 前記積層形の素子は、方形の金属箔の一辺の端部に舌片状の電極取り出し部を一体で設けた集電体の前記電極取り出し部を除く両面に分極性電極層を形成したシート状の陽極電極ならびに陰極電極と、つづら折り状に折り曲げられた帯状のセパレータにより構成され、前記陽極電極と陰極電極を前記セパレータの各層間に相反する方向から交互に挿入すると共に、陽極電極と陰極電極の各電極取り出し部が同一辺の相反する端部に夫々配設されるように構成されたものである請求項1に記載の電気二重層キャパシタ。
- 前記積層形の素子は、方形の金属箔の一辺の端部に舌片状の電極取り出し部を一体で設けた集電体の前記電極取り出し部を除く両面に分極性電極層を形成したシート状の陽極電極ならびに陰極電極と、シート状のセパレータにより構成され、前記陽極電極と陰極電極をその間に前記セパレータを介在させた状態で複数層重ね合わせると共に、陽極電極と陰極電極の各電極取り出し部が同一辺の相反する端部に夫々配設されるように構成されたものである請求項1に記載の電気二重層キャパシタ。
- 前記積層形の素子を構成するシート状の陽極電極ならびに陰極電極に用いる集電体に設けられた電極取り出し部の幅が、この電極取り出し部が設けられた辺の全幅の1/2未満である請求項4または5に記載の電気二重層キャパシタ。
- 前記積層形の素子の周面にステンレススチールを巻き付けた請求項4または5に記載の電気二重層キャパシタ。
- 前記方形の金属箔の一辺の端部に舌片状の電極取り出し部を一体で設けた集電体の前記電極取り出し部を除く片面に分極性電極層を形成したシート状の陰極電極を、前記分極性電極層が素子の最上段と最下段に位置するセパレータと夫々当接するようにして配設した請求項4または5に記載の電気二重層キャパシタ。
- 前記上面開放の樹脂製のケースは、複数個の素子収容部を設け、この素子収容部に積層形の素子をそれぞれ収容した請求項1に記載の電気二重層キャパシタ。
- 前記樹脂製の蓋は、素子収容部ごとに封止された請求項9に記載の電気二重層キャパシタ。
- 前記樹脂製のケースに電解液注入用の孔を設けると共に、この電解液注入用の孔にゴム栓を嵌め込んで封止した請求項1または9に記載の電気二重層キャパシタ。
- 前記樹脂製のケースに設けられた端子の接合部は、該ケース内に収容された素子の高さの略1/2の高さの位置に配設されたものである請求項1または9に記載の電気二重層キャパシタ。
- 前記ケースの外表面に沿って折り曲げられてケース底面に回り込んだ端子と相反する側に、ケースの外表面に沿って折り曲げられてケース底面に回り込むダミー端子を設けた請求項1または9に記載の電気二重層キャパシタ。
- 前記ケース上面において、隣接する素子収容部間に溝または壁を設けた請求項9に記載の電気二重層キャパシタ。
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