JP2012023219A - 電気二重層コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】生産性を向上させた高品質の電気二重層コンデンサおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】熱融着が可能なフィルム層を有した外装フィルム８で外装される電気二重層コンデンサであって、外装フィルム８の角部の少なくとも一箇所に切り欠き部を有している。外装フィルム８の外形寸法が大きくならないようにするための折り込み作業を削減し、折り込みによって外装フィルム８が必要以上に重なることが無く厚みが均一になり、外装フィルムの封止性が強化される。
【選択図】図４
【解決手段】熱融着が可能なフィルム層を有した外装フィルム８で外装される電気二重層コンデンサであって、外装フィルム８の角部の少なくとも一箇所に切り欠き部を有している。外装フィルム８の外形寸法が大きくならないようにするための折り込み作業を削減し、折り込みによって外装フィルム８が必要以上に重なることが無く厚みが均一になり、外装フィルムの封止性が強化される。
【選択図】図４
Description
本発明は、携帯電子機器等に用いられる電気二重層コンデンサおよびその製造方法に関する。
近年、携帯電話機等の携帯用電子機器においては、低電流化、低電圧化が図られているが、その機能によっては、瞬間的に非常に大きな電流が必要な場合があり、このとき電池等の電源で電圧変動（ＩＲドロップ等）が生じることによって、電子回路が正常に作動しなくなり、電池の寿命を短くさせてしまうことがある。
例えば、通信カード等では動作電圧の下限値を下回ると、通信状態が確保できなくなり通信エラーとなってしまう。
このため、瞬間的に大電流を必要とするときのみ、急速な充電及び大電流の放電が可能な電気二重層コンデンサから電力を供給して全体の電力を平準化することが行われている。
さらに、デジタルカメラやハードディスク装置（ＨＤＤ）を搭載する携帯型音楽プレーヤといった電子機器の小型化及び薄型化に伴い、使用時間の延長や電源の小型化が求められ、厚さ２．０ｍｍ以下で等価直列抵抗（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｅｒｉｅｓ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ。以下、「ＥＳＲ」と称する。）が３００ｍΩ以下の電気二重層コンデンサも要求されてきている。
また、携帯電子機器等の小型化及び薄型化が進むほど、電気二重層コンデンサに対する積層セルの薄型化や外形形状の小型化、低背化の要求が強くなり、組立にもより高い精度が求められる。また、更に工数削減による低価格化とより高い信頼性が要求されている。
特許文献１には、ラミネートフィルムシートを円筒状に加工した高分子外装パッケージを用いた電気二重層コンデンサや、高分子外装パッケージに密着するように封止部分の端から折り曲げた構造を有する電気二重層コンデンサの技術が記載されている。
特許文献２には、包装体としてのラミネートフィルムを折り曲げることにより被包装体を包み込み、かつ一方の端面部と他方の端面部とを結ぶ側面部側、および前述の他方の端面部側の外装体が接着されることで密封される包装体であって、前述の一方の端面部側の外装体部分のうち、その中央部分を一方の端面部ないし側面部方向に折り込み、かつ側面部の相対向する外装体部分をこの側面部の中央部分付近で密着させ、接着されている構成の包装体の技術が記載されている。
ここで、従来技術の課題を説明するために、まず、従来技術の電気二重層コンデンサの積層した単位セルを外装フィルムにて外装する工程を図５と図６を用いて説明する。
図５と図６は従来技術の電気二重層コンデンサの構成の一例を示す図であり、図５は電気二重層コンデンサの外装フィルムの上に端子板を配置した図、図６は電気二重層コンデンサの積層した単位セルを外装フィルムにて帯状に包んだ状態を電極タブ導出方向から見た模式図である。外装フィルムはラミネートフィルム等が用いられる。ここで単位セル５は電極、セパレータ、集電体、及びガスケット等からなる電気二重層コンデンサの基本となるコンデンサ素子のことをいう。
まず、図５に示すように矩形状の外装フィルム８の上に電極タブ１３が接続された端子板７を配置し、その上に導電性ペーストからなる導電性接合層を介して電気二重層コンデンサの積層した単位セルを配置し、更に前述の電気二重層コンデンサの積層した単位セルの表面に導電性接合層を介して端子板７を重ねる。この時、２枚の端子板７は電極タブ１３が重ならないように配置される。その後、外装フィルムを両側から所定の折りたたみ線Ｌ１に沿って中央部に重ね代を持たせ折りたたむ。その後、図６に示すように外装フィルムの重ね代の部分の２辺を熱融着等により密着させ、電極タブ１３の導出方向とその反対方向が開いている部分を持った状態にする。
次に、この状態から外装フィルムの開いている部分も熱融着等により封止する作業に移る。図７は図６の外装フィルムの角部を折り込んだ状態を示す模式的な側面図である。通常、図６の状態のままで外装フィルムが開いている部分を熱融着等により閉じると外装フィルムの端部の４つの角部は電気二重層コンデンサの積層した単位セルを覆っている部分の幅寸法より大きくなり必然的に電気二重層コンデンサの外形寸法が大きくなってしまう。それを防止するために図７に示すように外装フィルムの端部の４つの角部（図７は２つの角部を図示。）を積層した単位セル側に折り込んで折り込み部１１を形成する作業を行っている。
その後、上記の外装フィルムの４つの角部の折り込み部１１を含む端部を熱融着等により封止し、外装包装が完了する。
通常、この外装フィルムの４つの折り込み部１１の厚みは他の外装フィルムの熱圧着部分の２倍程度の厚みになるため、この部分の熱圧着を均一にするための条件設定等に時間を有していた。また、外装フィルムの折り込み部１１を形成させるための作業が作業工数を増加させており、生産性向上を計るためには、この４つの角部を積層した単位セル側に折り込む作業を削減することが必要となっていた。
すなわち、本発明は折り込み部を形成するための作業工数を削減させ生産性を向上させることを目的とする。また、本発明は外装フィルムの４つの角部で折り込み部を形成することにより生じている必要以上の外装フィルムの重なりを無くなすことにより、更に高品質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、外装フィルムを所定の寸法に切断する時に、折り返し部の位置を収納する単位セルの大きさにより決定し、同時に切り込み部を形成することにより、折り込み部形成のための作業工数をなくすことができる。また外装フィルムの４つの角部は必要以上の重なりが無くなることから外装フィルムの厚みが均一となり、更に高品質の電気二重層コンデンサを提供することが可能なことを見出したものである。
すなわち、本発明の電気二重層コンデンサはセパレータを挟むように対向配置された一対の電極と、前記セパレータと前記一対の電極を更に挟むように配置された一対の集電体と、前記集電体とともに前記セパレータと前記電極の長手方向の側面の２面がガスケットで封止された単位セルを一層以上積層し、前記積層してなる前記単位セルの最も外側の積層方向の２面に導電性ペーストからなる導電性接合層を形成し、更に前記導電性接合層を介して前記単位セルの両側に端子板を接続し、熱融着が可能なフィルム層を有した外装フィルムで外装される電気二重層コンデンサであって、前記外装フィルムを折りたたんで熱融着する場合に折り返し部分にできる角部の少なくとも一箇所に切り欠き部を有していることを特徴とする。
本発明の電気二重層コンデンサの製造方法はセパレータを挟むように対向配置された一対の電極と、前記セパレータと前記一対の電極を更に挟むように配置された一対の集電体と、前記集電体とともに前記セパレータと前記電極の長手方向の側面の２面がガスケットで封止された単位セルを一層以上積層する工程と、前記積層してなる前記単位セルの最も外側の積層方向の２面に導電性ペーストからなる導電性接合層を形成する工程と、前記導電性接合層を介して前記単位セルの両側に端子板を接続する工程と、熱融着が可能なフィルム層を有した外装フィルムで外装する工程を有する電気二重層コンデンサであって、前記外装フィルムの外周部の一箇所以上に切り込み部をいれ、前記切り込み部を折り返して熱融着することによって、前記外装フィルムの前記熱融着する折り返し部分にできる角部のすくなくとも一箇所に切り欠き部を形成する工程を含むことを特徴とする。
この発明によれば、外装フィルムの外周部の一箇所以上に予め切り込み部をいれることにより、折り込み部を形成するために必要となっていた作業工数を削減することができる。また、外装フィルムの４つの角部に必要以上の重なりが無くなることから外装フィルムの厚みが均一となり、外装フィルムの封止性が強化され、更に高品質な電気二重層コンデンサを提供できる。
本発明の実施の形態を図を用いて説明する。
図１は本発明の電気二重層コンデンサの平面図であり、図２は電気二重層コンデンサの単位セルの構成を模式的に示す断面図、図３は図１のＡ−Ａ線で切断した電気二重層コンデンサの模式的な断面図、図４は外周部に切り込み部を有した外装フィルムの上に電気二重層コンデンサの積層した単位セルを配置した図である。
図１は電極タブ１３が接続された端子板（図示せず）を配置した単位セルを、外装フィルムで封止した本発明の電気二重層コンデンサ９であり、外装フィルムの折り返し部分に切り欠き部１２を備えている。図２は電気二重層コンデンサの単位セルの構成を説明しており、電極１、セパレータ２、集電体３及びガスケット４で単位セル５を形成している。
電極１は、椰子殻系に代表される活性炭および導電性カーボン、バインダから成る。セパレータ２は多孔質を有するフィルムを用いる。セパレータ２の外形寸法は電極１の外形寸法以上であり、かつ集電体３の外形寸法以下である。集電体３は、導電性を有するゴムが用いられる。ガスケット４、４ａ、４ｂ、４ｃは単位セル５の内部の絶縁を確保するため、熱可塑性樹脂、あるいは熱可塑性樹脂に接着可能な、ゴムまたは樹脂を用いる。ここでガスケットは、電極１、セパレータ２及び集電体３の外周部にそれぞれ配置する。
次に図３で製品状態の電気二重層コンデンサの構成を説明する。図３は電極、セパレータ、集電体、及びガスケットからなる単位セル５を所定の使用電圧に応じて複数重ね、積層した状態の断面図である。この積層した単位セル５の電荷を取り出す為に導電性ペーストからなる導電性接合層６を介して端子板７を配置したものを外装フィルム８で封止して電気二重層コンデンサ９を構成している。
導電性ペーストは銀や銅などの導電性物質とバインダを添加したものから成る。また、端子板７は、積層した単位セルと接触する矩形部の端部にリードタブ部が成形加工されている。
ここで本発明の外装フィルムによる封止の工程を図４を用いて説明する。
まず、外装フィルム８は金属箔とポリオレフィン系フィルム等を貼り合わせたラミネートフィルム等を用いる。外装フィルム８は矩形状にカットしている。この時、外装フィルム８の外周部には収納する単位セル５の大きさにより決定した位置に切り込み部１０を施す。切り込み部１０を施すための加工方法としては打ち抜き金型を用いたプレス機等がある。
この時、切り込み部１０の形状は特に限定されるものではなく、Ｖの字、Ｕの字等外装フィルムが良好に熱融着され、所定の形状寸法に治まる形状であれば良い。又、外装フィルムは熱融着等で封止可能なものであれば良く、材質は問わない。
続いて、外装フィルムの外周部の切り込み部１０を通る折りたたみ線Ｌ１から内側に、既に導電性接合層を介して両側から端子板７を接続している集積した単位セル５を包むように外装フィルムを折りたたみ、図１の状態になるように両端部と中央部の折りたたみ部分を熱融着等により封止し、本発明の電気二重層コンデンサ９の外装包装が完了する。
以上、本発明によれば、外装フィルムの外周部の一箇所以上に予め切り込み部をいれることにより、角部を折り込む作業工数を削減することができ、また、外装フィルムの封止性が強化され、更に高品質な電気二重層コンデンサを提供できる。
本発明の実施例を実施の形態で用いた図を使って説明する。
まず、図２に示すように集電体３、ガスケット４ａ、ガスケット４ｃを加熱圧着により貼り合わせたものを２個作製した。続いて、平均粒径１５μｍ粉末椰子殻活性炭、平均粒径１５μｍの非球状カーボン、繊維径１０〜２０μｍの繊維状カーボン及びバインダを組成比（質量％）７５：１０：１０：５の割合で混合したスラリーを作製し、これを２つのガスケット４ａで覆われていない集電体の表面に塗布し、乾燥させて、電極１を形成した。
このようにしてガスケット４ａとガスケット４ｃを備え、更に電極１を形成させた合体前のセル片側を一組（２枚）作製した。その合体前のセル片側の１枚の端部から内側に向かって、ガスケット４ｂを熱圧着により２枚貼り合わせた。次に、濃度が４０質量％である硫酸水溶液を合体前のセル片側に形成した電極１の表面に滴下し含浸させた。
更に用意していた多孔質を有するＰＴＦＥ等のフィルムからなるセパレータ２を露出している電極１とガスケット４ａの表面を覆うように配置した。その後、セパレータ２を配置した合体前のセル片側と、もう一方の合体前のセル片側を集電体３が外側になるように貼り合わせ、熱圧着によりガスケット４ａとガスケット４ｂとを溶融させて単位セル５を得た。単位セルの外形寸法は長手方向２９ｍｍ、短手方向１５ｍｍ、厚み方向１．５ｍｍとした。更に作製した単位セル５を６枚重ね合わせて積層セルとした。ここまでの構成は従来技術と同様であり、最終的な電気二重層コンデンサの断面構造は図３となる。
次に図４を用いて本発明の電気二重層コンデンサの外装内容を説明する。
外装フィルム８は金属箔とポリオレフィン系フィルムを貼り合わせたラミネートフィルムを用いており、外形寸法は長手方向４５ｍｍ、短手方向３８ｍｍであり、厚さは０．１１ｍｍとした。ここで、外装フィルム８の外周部には収納する単位セル５の大きさに合わせて切り込み部１０を４箇所設けていた。切り込み部１０は切り込み加工用の打ち抜き金型を用いてハンドプレスにて加工した。
続いて、外装フィルム８に銅製の端子板７を熱融着し、銀ペーストからなる導電性接合層を介して銅製の端子板７の上に積層した単位セルを載せ、更にその上に銀ペーストからなる導電性接合層を介して銅製の端子板７を載せて、積層した単位セルを２つの端子板７で挟むように配置した。銅製の端子板７は厚さ０．１ｍのものを用いた。
そして、外装フィルム８の外周部の切り込み部１０を通る折りたたみ線Ｌ１から内側に、導電性接合層を介して端子板７を両側から接続している集積した単位セルを包むように外装フィルム８を折りたたみ、減圧下で外装フィルム８同士が重なった部分を熱融着した。このようにして端子板７と積層した単位セルを所定の位置に備え、外装フィルムを折りたたんで熱融着する場合に折り返し部分にできる角部に切り欠き部１２を有した図１に示すような本発明の電気二重層コンデンサを得ることができた。
以上の方法で電気二重層コンデンサを２０個作製した。
（比較例）
また、比較例として、切り込み部をいれていない図５の外装フィルム８を用いて各角部に図７の形状の折り込み部１１を形成した電気二重層コンデンサを２０個作製した。その他の使用材料や製造条件等は実施例と同等とした。
また、比較例として、切り込み部をいれていない図５の外装フィルム８を用いて各角部に図７の形状の折り込み部１１を形成した電気二重層コンデンサを２０個作製した。その他の使用材料や製造条件等は実施例と同等とした。
上記の方法により作製した電気二重層コンデンサを評価するために１２Ｖの過電圧をそれぞれ６００秒の負荷をかけ、素子の電気分解を促進させて、ラミネート内部にガスを発生させた。尚、定格電圧４．２Ｖの電気二重層コンデンサに対して１２Ｖの過電圧の印加は通常の使用状態では実現されない過酷な条件（破壊試験）である。
これらのサンプルにて、封止性（封止部の開口の発生の有無）を確認した。また、従来技術である折り込み部を形成するための作業工数と本発明の切り込み部を形成するための作業工数を測定した。それらの結果を表１に示す。
まず、封止性を比較すると実施例は開口した数がゼロであり、比較例より封止部の開口が少ないことがわかる。これは本発明の実施例が角部に切り込み部を設けたことにより、外装フィルムのラミネートの厚みが均一となり融着後の封止性の信頼性がさらに向上したことがわかる。
また、折り込み部を形成するための作業工数が１８６ｓｅｃ／ｐ（電気二重層コンデンサ１個当たりの所要時間）も必要としているのに対して、切り込み部を形成するための作業工数は２１ｓｅｃ／ｐであり、従来技術に比べ作業工数が約１／８に削減されていることがわかる。
これらの評価結果より本発明の電気二重層コンデンサの効果が判明した。
以上、この発明の実施例を図面を参照して詳述してきたが、いうまでもなく、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。
１ 電極
２ セパレータ
３ 集電体
４、４ａ、４ｂ、４ｃ ガスケット
５ 単位セル
６ 導電性接合層
７ 端子板
８ 外装フィルム
９ 電気二重層コンデンサ
１０ 切り込み部
１１ 折り込み部
１２ 切り欠き部
１３ 電極タブ
Ｌ１ 折りたたみ線
２ セパレータ
３ 集電体
４、４ａ、４ｂ、４ｃ ガスケット
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Claims (2)
- セパレータを挟むように対向配置された一対の電極と、前記セパレータと前記一対の電極を更に挟むように配置された一対の集電体と、前記集電体とともに前記セパレータと前記電極の長手方向の側面の２面がガスケットで封止された単位セルを一層以上積層し、前記積層してなる前記単位セルの最も外側の積層方向の２面に導電性ペーストからなる導電性接合層を形成し、更に前記導電性接合層を介して前記単位セルの両側に端子板を接続し、熱融着が可能なフィルム層を有した外装フィルムで外装される電気二重層コンデンサであって、前記外装フィルムを折りたたんで熱融着する場合に折り返し部分にできる角部の少なくとも一箇所に切り欠き部を有していることを特徴とする電気二重層コンデンサ。
- セパレータを挟むように対向配置された一対の電極と、前記セパレータと前記一対の電極を更に挟むように配置された一対の集電体と、前記集電体とともに前記セパレータと前記電極の長手方向の側面の２面がガスケットで封止された単位セルを一層以上積層する工程と、前記積層してなる前記単位セルの最も外側の積層方向の２面に導電性ペーストからなる導電性接合層を形成する工程と、前記導電性接合層を介して前記単位セルの両側に端子板を接続する工程と、熱融着が可能なフィルム層を有した外装フィルムで外装する工程を有する電気二重層コンデンサであって、前記外装フィルムの外周部の一箇所以上に切り込み部をいれ、前記切り込み部を折り返して熱融着することによって、前記外装フィルムの前記熱融着する折り返し部分にできる角部のすくなくとも一箇所に切り欠き部を形成する工程を含む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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| CN103427108A (zh) * | 2012-05-22 | 2013-12-04 | 联想(北京)有限公司 | 一种锂离子二次电池和制作锂离子二次电池的方法 |
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2010
- 2010-07-15 JP JP2010160238A patent/JP5889521B2/ja active Active
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