JP2014157881A - ガス抜き弁を設けた電気二重層コンデンサ及び封口板 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば、電気二重層コンデンサのように多種・大量の内部ガスが発生する場合においても、高寿命化を達成できるとともに優れた蓄電特性を維持できるガス抜き弁を設けた電気二重層コンデンサ及び封口板を提供すること。
【解決手段】集電体に分極性電極層を備える正極および負極の電極体と、前記電極体の間にセパレータを介在させたコンデンサ素子２と、コンデンサ素子２を収納する有底筒状の外装ケース３と、外装ケース３の開口部３ａを封止する封口板４とを有する電気二重層コンデンサ１であって、封口板４に、ガス透過性のゴムからなるガス抜き弁１０が設けられ、ガス抜き弁１０が円筒状の側壁部１１と底部１２とからなる有底筒状であり、底部１２の一部に、側壁部１１に連結する凸部１４が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス抜き弁を設けた電気二重層コンデンサ及び封口板に関する。

従来、コンデンサの内部で例えば水素ガスが発生し、その内部圧力が上昇した場合に備え、コンデンサの封口板に防爆弁を設置したものがあり、コンデンサ内部が一定の圧力となった場合にこの防爆弁を破裂させ、内部のガスをこの防爆弁より外部に放出することで、コンデンサ自体の破裂を防ぐようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、コンデンサの内圧上昇時に弁を破裂させてコンデンサを開放する防爆弁を設置したコンデンサにおいて、この防爆弁の動作を極力遅らせコンデンサを長寿命化させる手段として、防爆弁とは別に、例えばシリコンゴム等のガス透過性の薄膜ゴムからなるガス抜き弁を封口板に設置し、内圧上昇を抑えるものもある（例えば、特許文献２参照）。

ところで、コンデンサの一種として、電極として電極箔に活性炭シートを貼付した電気二重層コンデンサが存在する。この電気二重層コンデンサの内部では、上記した水素ガスに加え、電圧印加時に活性炭のカルボキシル基等の表面官能基が分解されることに伴い、一酸化炭素や二酸化炭素のガスが発生することが広く知られている（例えば、特許文献３参照）。

近年では、コンデンサの大型化に伴い内部のガス発生量も増加する傾向にある。また上記特許文献３で示した電気二重層コンデンサにあっては、ガス抜き弁の材料であるシリコンゴム等のガス透過性が、水素ガスよりも、一酸化炭素や二酸化炭素ガスの方が低いため、ガス抜き弁のガス透過部の膜厚を極力肉薄に形成して多種・大量のガスを放出する必要が生じている。

実開昭６２−５８０３５号公報（第３頁、第４，５図） 特開２００６−１０８１８５号公報（第４頁、第１図） 特開２００２−７５８０２号公報（第４頁、第１図）

しかしながら、ガス抜き弁のガス透過部の膜厚を肉薄に形成すると、当該肉薄のガス透過部が脆弱化し電気二重層コンデンサの内部圧力により破裂し易くなるため、ガス抜き弁の開放により、コンデンサの寿命が短くなる虞がある。また、ガス透過部が電気二重層コンデンサの内部圧力により外方に膨出することでガス透過部が更に薄膜化するため、気液分離の効果が低下し、外部から水分が浸入し、電気二重層コンデンサの蓄電特性に影響を及ぼすという問題がある。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、例えば、電気二重層コンデンサのように多種・大量の内部ガスが発生する場合においても、高寿命化を達成できるとともに優れた蓄電特性を維持できるガス抜き弁を設けた電気二重層コンデンサ及び封口板を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の電気二重層コンデンサは、
集電体に分極性電極層を備える正極および負極の電極体と、前記電極体の間にセパレータを介在させたコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を収納する有底筒状の外装ケースと、前記外装ケースの開口部を封止する封口板とを有する電気二重層コンデンサであって、
前記封口板に、ガス透過性のゴムからなるガス抜き弁が設けられ、前記ガス抜き弁が円筒状の側壁部と底部とからなる有底筒状であり、前記底部の一部に、前記側壁部に連結する凸部が形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、電気二重層コンデンサの外装ケースを封止する封口板に設けたガス抜き弁の底部に、側壁部に連結する凸部が形成されており、底部が補強されることで、電気二重層コンデンサの内部で水素、一酸化炭素あるいは二酸化炭素等の多種・多量のガスが発生しても、底部が弾性変形して極薄化したり破裂してしまうことなく、これ等ガスを底部を介し外部に透過できるため、電気二重層コンデンサの長寿命化を達成できるばかりか、外気中の水分が電気二重層コンデンサ内に浸入することを防止できるため、電気二重層コンデンサの蓄電特性を高水準に維持できる。

本発明の電気二重層コンデンサは、
前記凸部が前記底部の内表面に形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、凸部が底部の内表面に形成されていることで、底部の補強に加えガス抜き弁の低背化の維持を実現できるため、このガス抜き弁を配置する封口板を低背化し、総じて電気二重層コンデンサの低背化を維持できる。

本発明の電気二重層コンデンサは、
前記凸部が前記底部の外表面に形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、凸部が底部の外表面に形成されていることで、電気二重層コンデンサ内部の電解液が流動しても凸部に付着することがないため、電解液が表面張力により底部近傍に滞留してしまう虞を回避でき、設計上の底部のガス透過性能を損なわず維持できる。

本発明の封口板は、
集電体に分極性電極層を備える正極および負極の電極体と、前記電極体の間にセパレータを介在させたコンデンサ素子とを収納する有底筒状の外装ケースの開口部を封止する封口板であって、
前記封口板に、ガス透過性のゴムからなるガス抜き弁が設けられ、前記ガス抜き弁が円筒状の側壁部と、底部とからなる有底筒状であり、前記底部の一部に、前記側壁部に連結する凸部が形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、封口板に設けたガス抜き弁の底部に、側壁部に連結する凸部が形成されており、底部が補強されることで、コンデンサの内部で水素、一酸化炭素あるいは二酸化炭素等の多種・多量のガスが発生しても、底部が弾性変形し過ぎることを防止し、変形による破裂を防止する。さらに、これ等ガスを底部を介し外部に透過できるため、コンデンサの長寿命化を達成できるとともに蓄電特性を高水準に維持できる封口板を提供することができる。

実施例１におけるガス抜き弁を設けた電気二重層コンデンサ及び封口板を示す正面断面図である。 （ａ）は実施例１における封口板を示す平面図であり、（ｂ）は同じく底面図である。 （ａ）は実施例１におけるガス抜き弁の平面図であり、（ｂ）は同じく正面図であり、（ｃ）は同じく底面図であり、（ｄ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 （ａ）は実施例２におけるガス抜き弁の平面図であり、（ｂ）は同じく正面図であり、（ｃ）は同じく底面図であり、（ｄ）は、（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 （ａ）は実施例３におけるガス抜き弁の平面図であり、（ｂ）は同じく正面図であり、（ｃ）は同じく底面図であり、（ｄ）は、（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 （ａ）は実施例４におけるガス抜き弁の平面図であり、（ｂ）は同じく正面図であり、（ｃ）は同じく底面図であり、（ｄ）は、（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。 （ａ）は実施例５におけるガス抜き弁の平面図であり、（ｂ）は同じく正面図であり、（ｃ）は同じく底面図であり、（ｄ）は、（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。 （ａ）は実施例６におけるガス抜き弁の平面図であり、（ｂ）は同じく正面図であり、（ｃ）は同じく底面図であり、（ｄ）は、（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。

本発明に係るガス抜き弁を設けた電気二重層コンデンサ及び封口板を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

実施例１に係るガス抜き弁を設けた電気二重層コンデンサ及び封口板につき、図１から図３を参照して説明する。図１に示されるように、電気二重層コンデンサ１は、スタック構造（ないしは巻き型構造等）の電気二重層コンデンサ素子２と、このコンデンサ素子２を収納する有底筒状（図示略）の外装ケース３と、この外装ケース３の開口部３ａを封止する封口板４とから主としてなる。

尚、本実施例の電気二重層コンデンサ１は、外径が約６３．５ｍｍで全高が約１３５ｍｍであるが、電気二重層コンデンサ１の形状寸法は、本実施例に限られず適宜設計されるものである。

外装ケース３は、例えばアルミニウムなどの金属板を有底筒状に成形されたものであり、内部に収納するコンデンサ素子２の形状に合わせ、円形、楕円形、長円形、あるいは矩形に成形される。コンデンサ素子２は、陽極側及び陰極側の電極箔がセパレータを介して積層または捲回された構造となっており、円形、楕円形、長円形、あるいは矩形に形成される。コンデンサ素子２の端部からは、引出部６が導出され、封口板４に一体成形された外部端子５と接続されている。

コンデンサ素子２は、詳細は特に図示しないが、分極性電極を有する集電体をセパレータを介在させて対極させ複数層積層させたものである。負極側分極性電極は、活性炭シートからなる２枚の分極性電極をアルミニウム箔からなる集電体を挟んで対極させた構造のものである。

図１に示されるように、封口板４は、外装ケース３の開口部３ａに合致する形状に樹脂材などの気密性を有する材料によって成形されており、開口部３ａの形状に応じて円形板等の形状を成し、密封部材８を介して開口部３ａを密封状に封止している。封口板４の表面（外面）と裏面（内面）との間に、これ等表裏面の径よりも大径の段部４ａが形成されており、この段部４ａが外装ケース３の開口部３ａに嵌合するように成っている。この封口板４は、外部端子５がインサート成形されている。

図３（ａ）〜（ｄ）に示されるように、本実施例１のガス抜き弁１０は、封口板４の背面側から孔部４ｃに密封状に嵌合される有底筒状のシリコン等の弾性ゴムから一体成型され、筒胴部を成し比較的肉厚の肉厚部である側壁部１１と、筒底部を成し側壁部１１よりも肉薄の肉薄部でありガス透過性を備えた底部１２と、側壁部１１の下端に拡径形成され封口板４の裏面（内面）に係合する鍔部１３と、から主として構成されている。このガス抜き弁１０は、電気二重層コンデンサ１内で各種ガスが発生し内部圧力が高まった場合に、底部１２を介して外部に適宜ガス抜きすることで、電気二重層コンデンサ１の内部圧力を下げる機能を有している。また、電気二重層コンデンサ１の内部圧力が急激に上昇した場合においては、底部１２が破裂することで、内部圧力を開放し、電気二重層コンデンサ１の膨れや破裂を防止する。

また本実施例１のガス抜き弁１０について詳述すると、底部１２の背面（内面）に、内方に突出する凸部１４が平面視中心から９０度おきに４方向に延びる略＋（プラス）字形状に延設されており、この凸部１４の各端部（４箇所）は側壁部１１の内周面に連結されている。

尚、本実施例のガス抜き弁１０は、底部１２の内径が５．４ｍｍ、凸部１４を除く底部１２のガス透過部１２ａの厚さが０．５ｍｍであるが、底部１２（ガス透過部１２ａ）の形状・寸法は、本実施例に限らず、電気二重層コンデンサの形状仕様やガスの発生量に応じて適宜設計されるものである。

このように、本実施例では電気二重層コンデンサ１用の封口板４に設けたガス抜き弁１０の底部１２に、側壁部１１に連結する凸部１４が形成されている。底部１２が補強されることで、例えば電気二重層コンデンサ１の内部で水素、一酸化炭素あるいは二酸化炭素等の多種・多量のガスが発生しても、底部１２が弾性変形し過ぎることを防止し、変形による底部１２の破裂を防止する。さらに、これ等ガスを底部１２を介し外部に透過できるため、電気二重層コンデンサ１の長寿命化を達成できるとともに蓄電特性を高水準に維持できる封口板４を提供することができる。

またこのように、凸部１４が底部１２の背面（内表面）に形成されていることで、底部１２の補強に加えガス抜き弁１０の低背化の維持を実現できるため、このガス抜き弁１０を配置する封口板４を低背化し、総じて電気二重層コンデンサ１の低背化を維持できる。

またこのように、電気二重層コンデンサ１の外装ケース３を封止する封口板４に設けたガス抜き弁１０の底部１２に、側壁部１１に連結する凸部１４が形成されており、底部１２が補強されることで、電気二重層コンデンサ１の内部で水素、一酸化炭素あるいは二酸化炭素等の多種・多量のガスが発生しても、底部１２が過度に弾性変形して極薄化したり破裂してしまうことなく、これ等ガスを底部１２を介し安定して外部に透過できるため、電気二重層コンデンサ１の長寿命化を達成できるばかりか、外気中の水分が電気二重層コンデンサ１内に浸入することを防止できるため、電気二重層コンデンサ１の蓄電特性を高水準に維持できる。

尚、凸部１４は肉厚に形成されているためガス透過性が無く、若しくは極めて小さいため、電気二重層コンデンサ１内の発生ガスは底部１２における当該凸部１４を除く領域（ガス透過部１２ａ）を介しガス抜きされるものである。底部１２における凸部１４とガス透過部１２ａとの領域割合は、互いに相反するガス抜き弁の構造強化の度合と、ガス透過性の度合とを勘案して良好なバランスで設計される。

次に、実施例２に係るガス抜き弁につき、図４（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成で重複する説明を省略する。

図４（ａ）〜（ｄ）に示されるように、本実施例２のガス抜き弁２０について詳述すると、底部２２の背面（内表面）に、内方に突出する凸部２４が平面視中心から３方向に延びる略Ｙ（ワイ）字形状に延設されており、この凸部２４の各端部（３箇所）は側壁部２１の内周面に連結されている。

すなわち、本実施例の底部２２は、凸部２４に比したガス透過部２２ａの領域割合が、上述した実施例１の底部１１における領域割合よりも大きくなるように形成されており、より大量のガスを放出するのに適している。

このように、本実施例２のガス抜き弁２０は、凸部２４が底部２２の背面（内表面）に形成されていることで、底部２２の補強に加えガス抜き弁２０の低背化の維持を実現できるため、このガス抜き弁２０を配置する封口板４を低背化し、総じて電気二重層コンデンサ１の低背化を維持できる。

次に、実施例３に係るガス抜き弁につき、図５（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成で重複する説明を省略する。

図５（ａ）〜（ｄ）に示されるように、本実施例３のガス抜き弁３０について詳述すると、底部３２の背面（内面）に、内方に突出する凸部３４が平面視直線状の略−（マイナス）字形状に延設されており、この凸部３４の各端部（２箇所）は側壁部３１の内周面に連結されている。

すなわち、本実施例の底部３２は、凸部３４に比したガス透過部３２ａの領域割合が、上述した実施例１，２の底部１２、２２における領域割合よりも更に大きくなるように形成されており、更に大量のガスを放出するのに適している。

このように、本実施例３のガス抜き弁３０は、凸部３４が底部３２の背面（内表面）に形成されていることで、底部３２の補強に加えガス抜き弁３０の低背化の維持を実現できるため、このガス抜き弁３０を配置する封口板４を低背化し、総じて電気二重層コンデンサ１の低背化を維持できる。

次に、実施例４に係るガス抜き弁につき、図６（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成で重複する説明を省略する。

図６（ａ）〜（ｄ）に示されるように、本実施例４のガス抜き弁４０の凸部４４について説明すると、底部４２の表面（外表面）に、外方に突出する凸部４４が平面視中心から９０度おきに４方向に延びる略＋（プラス）字形状に形成されており、この凸部４４の各端部（４箇所）は側壁部４１の表面に連結されている。

このように、本実施例４のガス抜き弁４０は、凸部４４が底部４２の表面（外表面）に形成されていることで、電気二重層コンデンサ１内部の電解液が流動しても凸部４４に付着することがないため、電解液が表面張力により底部４２近傍に滞留してしまう虞を回避でき、設計上の底部４２のガス透過性能を損なわず維持できる。

次に、実施例５に係るガス抜き弁につき、図７（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成で重複する説明を省略する。

図７（ａ）〜（ｄ）に示されるように、本実施例５のガス抜き弁５０の凸部５４について説明すると、底部５２の表面（外表面）に、外方に突出する凸部５４が平面視略Ｙ（ワイ）字形状に形成されており、この凸部５４の各端部（３箇所）は側壁部５１の外面に連結されている。

すなわち、本実施例５の底部５２は、凸部５４に比したガス透過部５２ａの領域割合が、上述した実施例４の底部４２における領域割合よりも大きくなるように形成されており、より大量のガスを放出するのに適している。

このように、本実施例５のガス抜き弁５０は、凸部５４が底部５２の表面（外表面）に形成されていることで、電気二重層コンデンサ１内部の電解液が流動しても凸部５４に付着することがないため、電解液が表面張力により底部５２近傍に滞留してしまう虞を回避でき、設計上の底部５２のガス透過性能を損なわず維持できる。

次に、実施例６に係るガス抜き弁につき、図８（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成で重複する説明を省略する。

次に、図８（ａ）〜（ｄ）に示されるように、本実施例６のガス抜き弁６０の凸部６４について説明すると、底部６２の表面（外面）に、外方に突出する凸部６４が平面視略−（マイナス）字形状に形成されており、この凸部６４の各端部（２箇所）は側壁部６１の外面に連結されている。

すなわち、本実施例の底部６２は、凸部６４に比したガス透過部６２ａの領域割合が、上述した実施例４，５の底部４２、５２における領域割合よりも更に大きくなるように形成されており、更に大量のガスを放出するのに適している。

このように、本実施例６のガス抜き弁６０は、凸部６４が底部６２の表面（外表面）に形成されていることで、電気二重層コンデンサ１内部の電解液が流動しても凸部６４に付着することがないため、電解液が表面張力により底部６２近傍に滞留してしまう虞を回避でき、設計上の底部６２のガス透過性能を損なわず維持できる。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

前記実施例１〜６では、ガス抜き弁１０のみが封口体４に設けられているが、これと別に、圧力弁を備えてもよい。圧力弁を備えることで、電気二重層コンデンサ１の内部圧量が急激に上昇し、ガス抜き弁１０によっても電気二重層コンデンサ１の内部圧力を下げられず、内部圧力が限度を超えて高まった場合に作用するように構成されるものである。圧力弁は、特に図示しないが、その外周部が封口板４に対し密封状に嵌合されるようになっており、電気二重層コンデンサ１内部で例えば水素ガスや一酸化炭素ガスあるいは二酸化ガスが発生し、内部圧力が一定の限度圧を超えて高まった場合に、当該圧力弁の膜状体が弾性変形し破裂することで、電気二重層コンデンサ１の内部が外部に開放されるため、外装ケース３や封口板４の内部圧力による破損が防止される。

また例えば、前記実施例１〜６では、ガス抜き弁の材質として、シリコンを用いたがこれに限らず、気液分離性があって且つガス透過性がある材料であれば適用可能である。

また例えば、前記実施例１では、ガス抜き弁１０が設けられた封口板４が電気二重層コンデンサ１に適用されているが、本発明に係る封口板が適用される対象となるコンデンサの種類は、必ずしも電気二重層コンデンサに限られず、例えば電解コンデンサでもよいし、内部で水素や一酸化炭素等の多種・大量のガスを発生する種々のコンデンサに適用可能である。

また例えば、前記実施例１では、封口板４の孔部４ｃにガス抜き弁１０が設けられているが、例えば孔部４ｃにおけるガス抜き弁１０よりも外側（上側）に、電気二重層コンデンサ１の外部から内部への水分浸入を防止する防水機能を有した防湿膜等を別段に設けてもよい。このようにすることによって、外部からの水分の浸入をより防止することができる。電気二重層コンデンサ１内の水分濃度は、外部の空気雰囲気中の水分濃度より低い。そのため、外部の水分が電気二重層コンデンサ１内に浸入しやすくなる。電気二重層コンデンサ１が大きくなることによるガス発生量の増加に伴って、ガス抜き弁１０が大きくなり、ガス透過部１２ａが大きくなるほど、外部との接触面積が大きくなるので水分は浸入しやすくなり、ガス抜き弁１０の気液分離の作用が低下する場合がある。そこで、ガス抜き弁１０の外側に防湿膜を配置することで、ガス抜き弁１０と外部の空気雰囲気との接触を防止し、水分の浸入をより防ぐことができる。

また例えば、前記実施例１では、ガス抜き弁１０の側壁部１１の内周面が上下方向にわたり略同径の垂直面に形成されているが、例えば側壁部の内周面を底部から離間する下方向に向けて漸次拡径するテーパ面に形成してもよく、このようにすることで、電気二重層コンデンサ内部の電解液が側壁部の前記テーパ面に付着しても、当該電解液が滞留せずにテーパ面からすぐに落下あるいは降下し易いため、底部のガス透過性能を維持できる。

また例えば、前記実施例１〜６では、ガス抜き弁の底部の内表面若しくは外表面に形成された凸部が、平面視で略＋字形状、略Ｙ字形状、または略−字形状に形成されているが、凸部の形状は必ずしも前記実施例に限られず、側壁部と連結していればよく、例えば凸部の形状が平面視で、複数の直線が平行に配された「＝」，「≡」字形状や、複数の直線が非平行に配された「Ｖ」字形状や、複数の直線が井桁状に配された「井」字形状、あるいは波形等の曲線形状、または上記各形状のいずれかを複数組み合わせた所定形状であっても構わない。

１ 電気二重層コンデンサ
２ コンデンサ素子
３ 外装ケース
４ 封口板
５ 外部端子
６ 引出部
８ 密封部材
１０ ガス抜き弁
１１ 側壁部（肉厚部）
１２ 底部（肉薄部）
１２ａ ガス透過部
１３ 鍔部
１４ 凸部
２０，３０，４０ ガス抜き弁
２１，３１，４１ 側壁部（肉厚部）
２２，３２，４２ 底部（肉薄部）
２２ａ，３２ａ，４２ａ ガス透過部
２４，３４，４４ 凸部
５０，６０ ガス抜き弁
５１，６１ 側壁部（肉厚部）
５２，６２ 底部（肉薄部）
５２ａ，６２ａ ガス透過部
５４，６４ 凸部

Claims (4)

1. 集電体に分極性電極層を備える正極および負極の電極体と、前記電極体の間にセパレータを介在させたコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を収納する有底筒状の外装ケースと、前記外装ケースの開口部を封止する封口板とを有する電気二重層コンデンサであって、
   前記封口板に、ガス透過性のゴムからなるガス抜き弁が設けられ、前記ガス抜き弁が円筒状の側壁部と底部とからなる有底筒状であり、前記底部の一部に、前記側壁部に連結する凸部が形成されていることを特徴とする電気二重層コンデンサ。
2. 前記凸部が前記底部の内表面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電気二重層コンデンサ。
3. 前記凸部が前記底部の外表面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電気二重層コンデンサ。
4. 集電体に分極性電極層を備える正極および負極の電極体と、前記電極体の間にセパレータを介在させたコンデンサ素子とを収納する有底筒状の外装ケースの開口部を封止する封口板であって、
   前記封口板に、ガス透過性のゴムからなるガス抜き弁が設けられ、前記ガス抜き弁が円筒状の側壁部と、底部とからなる有底筒状であり、前記底部の一部に、前記側壁部に連結する凸部が形成されていることを特徴とする封口板。

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