JP2020191373A - 巻回形蓄電デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】陽極箔および陰極箔の少なくとも一方の電極箔のカットバリに起因する陽極箔と陰極箔との接触によるショート状態の発生を防止する。【解決手段】陽極箔２と陰極箔３とがセパレータ４を介して巻回されたコンデンサ素子１０と、コンデンサ素子１０が収納される有底筒状のケース２１とを含む電解コンデンサ１であって、コンデンサ素子１０は、コンデンサ素子１０の外周に取り付けられ、陽極箔２、陰極箔３およびセパレータ４が巻回された状態を維持させる素子止めテープ７を備え、素子止めテープ７の始端部は、巻回体８において陽極箔２と陰極箔３との間に位置するように貼着される。【選択図】図５

Description

本発明は、巻回形蓄電デバイスおよびその製造方法に関するものである。

従来から、巻回形蓄電デバイスとして、例えば、アルミニウム箔からなる陽極箔と陰極箔とを電解紙からなるセパレータを介して巻回してなる巻回体を素子止めテープで巻止めしてコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子に駆動用の電解液や固体電解質を含浸させた後にケースに収納、またはコンデンサ素子をケースに収納後電解質を含浸してなる電解コンデンサが知られている（特許文献１参照）。

図８は、従来のコンデンサ素子１０１の構成部品を示す説明図である。図８に示すように、コンデンサ素子１０１は、陽極箔１０２と、陰極箔１０３と、セパレータ１０４ａ、１０４ｂと、陽極端子１０５と、陰極端子１０６と、素子止めテープ１０７と、を有している。

図８に示すコンデンサ素子１０１は、陽極箔１０２、セパレータ１０４ａ、陰極箔１０３、セパレータ１０４ｂの順に重ねて、陽極箔１０２が内側になるように巻回し、所定の部位に陽極端子１０５および陰極端子１０６を介在させてさらに巻回して円柱体（巻回体）を形成した後に、巻回体が広がらないように素子止めテープ１０７を貼着したものである。

特開２０１６−１２６２２号公報

ところで、電解コンデンサの陽極箔および陰極箔は、帯状の電極箔を所定の長さにカットしたものであるが、そのカット工程において、陽極箔または陰極箔の切断部分にカットバリが発生することがある。そして、それが原因で陽極箔と陰極箔とが導通し、ショート不良になるおそれがある。

図９は、コンデンサ素子１０１における陽極箔１０２、セパレータ１０４ａ、陰極箔１０３、セパレータ１０４ｂの巻回態様を示す平面図である。図１０は、陽極箔１０２の終端部付近の断面図である。

図９、１０に示すように、陽極箔１０２の終端部において、陽極箔１０２の厚みによりセパレータ１０４ａに段差が生ずるようになる。ここで、陽極箔１０２の終端部分にカットバリＡが発生しており、そのカットバリＡが比較的鋭利でかつ陽極箔１０２の箔面に対して略垂直方向を向いている場合には、素子止めテープ１０７の巻き付けの際に巻回体の表面に圧力が掛かることにより、カットバリＡの先端部がセパレータ１０４ａを突き破って陰極箔１０３に接触するおそれがある。その他にも、電解コンデンサを充電した際に陽極箔１０２および陰極箔１０３が膨張することによってカットバリＡの先端部がセパレータ１０４ａを突き破って陰極箔１０３に接触するおそれがある。

そこで、陽極箔１０２および陰極箔１０３を巻回す前にカットバリを除去することが考えられる。しかしながら、カットバリの除去工程が追加して必要となるばかりか、そもそもカットバリを除去する処理を行うことで新たなバリが発生するおそれがあった。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、陽極箔および陰極箔の少なくとも一方の電極箔のカットバリに起因する陽極箔と陰極箔との接触によるショート状態の発生を防止することができる巻回形蓄電デバイスおよびその製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、次に記載する構成を備える。

（１）蓄電素子と、当該蓄電素子が収納されるケースとを備える巻回形蓄電デバイスであって、
前記蓄電素子は、陽極および陰極のいずれか一方になる第１電極箔と他方になる第２電極箔とをセパレータを介して巻回してなる巻回体と、当該巻回体の外周に巻き回されて、前記巻回体の巻回状態を維持させる素子止めテープを有し、
前記素子止めテープの始端部は、前記第１電極箔と前記第２電極箔との間に位置するように貼着されていることを特徴とする巻回形蓄電デバイス。

（２）（１）において、前記素子止めテープの始端部が、前記第１電極箔および前記第２電極箔のうち前記巻回体において径方向内側に配置される電極箔の径方向外側終端部に重なるように貼着されていることを特徴とする請求項１記載の巻回形蓄電デバイス。

（３）電極箔材を裁断して陽極および陰極のいずれか一方になる第１電極箔および他方になる第２電極箔を形成する裁断工程と、
セパレータを介して前記第１電極箔と前記第２電極箔とを重ね合わせて始端部から終端部側に巻回して巻回体を形成する巻回工程と、
一方の面に粘着面を有し、かつ他方の面に非粘着面を有している素子止めテープを、前記巻回体の外周面を周回するように巻き付ける素子止め工程と、を有する巻回形蓄電デバイスの製造方法であって、
前記素子止め工程において、前記素子止めテープの始端部を、前記第１電極箔と前記第２電極箔との間に位置するように貼着することを特徴とする巻回形蓄電デバイスの製造方法。

（４）（３）において、前記巻回工程において、前記第１電極箔は、前記巻回体における径方向内側でかつ前記裁断工程で発生した前記第１電極箔の終端部の反りが前記巻回体の外側を向くように配置され、
前記素子止め工程において、前記素子止めテープの始端部を、前記第１電極箔の径方向外側終端部に重ねて貼着することを特徴とする巻回形蓄電デバイスの製造方法。

（１）〜（４）の構成を有する本発明によれば、第１電極箔（例えば、陽極箔）の終端部の反り（いわゆる、カットバリ）の部分が素子止めテープの始端部に覆われるなどして素子止めテープの始端部が第１電極箔と第２電極箔との間に位置するように貼着されているため、陽極箔の終端がセパレータを突き破って第２電極箔（例えば、陰極箔）に接触するような事象がなくなり、カットバリに起因する陽極箔と陰極箔との接触によるショート状態の発生を防止することができる。

本発明によれば、陽極箔および陰極箔の少なくとも一方の電極箔のカットバリに起因する陽極箔と陰極箔との接触によるショート状態の発生を防止することができる。

本発明の一実施形態における電解コンデンサ１の外観を示す正面図である。 本発明の一実施形態における電解コンデンサ１の構成部品を示す分解図である。 本発明の一実施形態に係るコンデンサ素子１０の構成部品を示す説明図である。 本発明の一実施形態における電解コンデンサ１の製造工程を示すフロー図である。 本発明の一実施形態に係るコンデンサ素子１０の組立方法を示す説明図である。 コンデンサ素子１０における陽極箔２の終端部付近の構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るコンデンサ素子１０の巻回態様を示す平面図である。 従来のコンデンサ素子１０１の構成部品を示す説明図である。 従来のコンデンサ素子１０１の巻回態様を示す平面図である。 従来のコンデンサ素子１０１における陽極箔１０２の終端部付近を示す断面図である。

以下、巻回形蓄電デバイスとして本発明を電解コンデンサに適用した場合の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

［電解コンデンサの構成］
図１は、本発明の一実施形態における電解コンデンサ１の外観を示す正面図、図２は、本発明の一実施形態における電解コンデンサ１の構成部品を示す分解図である。
図２に示すように、本実施形態の電解コンデンサ１は、コンデンサ素子１０と、ケース２１と、封口体２２と、を備えている。

コンデンサ素子１０（図２参照）は、静電容量により電荷を蓄えたり、放出したりする素子であり、ケース２１の内部に収容される。
ケース２１は、アルミニウム材からなる有底の円筒体であって、軸方向の一端側が開放されており、他端側が閉鎖されている。

封口体２２は、コンデンサ素子１０を収容したケース２１の開口を封止する、絶縁性を有する略円柱状の部材であり、例えば、ゴムや合成樹脂によって構成されている。

［コンデンサ素子の構成］
次に、コンデンサ素子１０について説明する。
図３は、コンデンサ素子１０の構成部品を示す説明図である。
図３に示すように、コンデンサ素子１０は、陽極箔２と、陰極箔３と、複数のセパレータ４と、陽極端子５と、陰極端子６と、素子止めテープ７と、を有している。

陽極箔２は、アルミニウム等の弁作用金属で形成された長尺の帯状の電極箔であり、後述するように表面に誘電体となる酸化皮膜が必須的に形成されている。陰極箔３は、陽極箔２と同様にアルミニウム等の弁作用金属で形成された長尺の帯状の電極箔である。陽極箔２および陰極箔３は矩形であり、以下の説明の便宜上、矩形において、長尺方向に延びる幅を横幅と称し、長尺方向に対して垂直方向に延びる幅を縦幅と称することにする。陽極箔２および陰極箔３の縦幅は同一であるが、横幅は陽極箔２よりも陰極箔３の方が長く設定されている。また、陽極箔２は厚さ０．０５〜０．１１ｍｍ、陰極箔３は厚さ０．０２〜０．０５ｍｍ程度であり、陽極箔２の方が若干厚く設定されている。

この陽極箔２の表面はエッチング処理により粗面化（エッチングピット形成）されるとともに陽極酸化（化成）による陽極酸化皮膜が形成されている。また、陰極箔３も陽極箔２と同様にアルミニウム等で形成されており、その表面は粗面化（エッチングピット形成）されるとともに自然酸化皮膜または陽極酸化皮膜が形成されている。なお、陰極箔３の表面はＴｉ、ＴｉＮまたはＴｉＣ等が形成されていてもよい。

セパレータ４は、矩形の帯状の電解紙または不織布であり、その両面には駆動用電解液および／または固体電解質が保持されている。本実施形態によれば２枚のセパレータ４が使用される。これら２枚のセパレータ４をそれぞれセパレータ４ａ、４ｂと称することにする。セパレータ４ａ、４ｂは縦幅が同一に設定されており、横幅はセパレータ４ａよりもセパレータ４ｂが長く設定されている。またセパレータ４ａ、４ｂの縦幅は、陽極箔２および陰極箔３の縦幅よりも若干長く、セパレータ４ａ、４ｂの横幅は陰極箔３の横幅よりも長く設定されている。

陽極端子５は、陽極箔２に電気的に接続された導電性を有する金属部材である。陰極端子６は、陰極箔３に電気的に接続された導電性を有する金属部材である。

素子止めテープ７は、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド等の長尺のフィルムを基材とするものであり、その一方の面はアクリル系接着剤が塗布された粘着面となっており、他方の面は非接着面となっている。なお、素子止めテープ７の縦幅は、電極箔の縦幅の７０％以上、セパレータ４の縦幅以下が好ましく、電極箔の縦幅以上、セパレータ４の縦幅以下がより好ましい。

巻回体８は、陽極箔２、陰極箔３、および２枚のセパレータ４ａ、４ｂからなる４枚のシートを、陽極箔２、セパレータ４ａ、陰極箔３、セパレータ４ｂの順に重ね合わせ、４枚のシートにおける始端部から終端部に向かって巻回すことによって構成される。この時、陽極箔２が径方向内側となりセパレータ４ａが径方向外側となるように重ね合わせて巻回す。また、陽極箔２における規定部位に陽極端子５が配置され、陰極箔３における規定部位に陰極端子６が配置され、陽極端子５および陰極端子６も４枚のシートとともに巻回される。これにより、巻回体８は、４枚のシートの巻回しによって円柱体に形成され、この円柱体の一方の端面から陽極端子５および陰極端子６が突出するように構成される。

そして、巻回体８には、円柱体の側面を周回するように素子止めテープ７が貼着されることによってコンデンサ素子１０が構成される。素子止めテープ７の横幅の長さは、巻回体８の外周よりも長く、縦幅の長さは陽極箔２の縦幅に略等しくなるように設定されている。このため、素子止めテープ７が、巻回体８の１周以上周回するように巻き付けることが可能になる。これにより、４枚のシートは互いに離間せずに円柱体の形状で維持される。

［コンデンサ素子の製造方法］
次に、図４を参照しつつ、電解コンデンサ１の製造方法について説明する。まず、陽極箔２および陰極箔３の表面にエッチング処理を施して粗面化する。さらに、粗面化された陽極箔２の表面に化成処理を施して陽極酸化皮膜を形成し、陰極箔３は、耐水性処理および／または熱処理にて自然酸化皮膜を形成する（ステップＳ１）。

続いて、陽極酸化皮膜、自然酸化皮膜が形成された陽極箔２と陰極箔３を、カッター刃を用いて、ケース２１のサイズに応じて規定の幅寸法に裁断する（ステップＳ２）。本実施形態においては、横幅方向の規定部位を縦幅方向に裁断される。このため、陽極箔２と陰極箔３は、横幅が縦幅よりも長い矩形に形成される。

続いて、裁断された陽極箔２と陰極箔３とのそれぞれに陽極端子５と陰極端子６を接続する。そして、セパレータ４ａ、４ｂを介して陽極箔２および陰極箔３を重ね合わせて巻回し、円柱形の巻回体８を形成する（ステップＳ３）。この際、陽極箔２および陰極箔３の裁断にカッター刃を用いているため、裁断部位すなわち陽極箔２および陰極箔３の終端部にはカットバリと称される反りが形成される。本実施形態においては、セパレータ４ａ、４ｂおよび陽極箔２、陰極箔３を重ね合わせて巻回した際に、陽極箔２および陰極箔３の終端部の反りが、巻回体８において外側を向くように、陽極箔２おけるセパレータ４ａを重ね合わせる面を予め規定しておく。

次いで、素子止めテープ７を巻回体８に貼り付けて巻回体８を巻止めし、コンデンサ素子１０を形成する（ステップＳ４）。具体的に、図５（ａ）に示すように、陽極箔２の終端部に素子止めテープ７の始端部が重なるように直接貼着する。本実施形態においては、素子止めテープ７の縦幅を陽極箔２の縦幅と同一の長さとした。そして、貼着部位に押さえ（図示せず）を当て、この押さえを動かさずに巻回体８を回すことにより、陰極箔３およびセパレータ４ａ、４ｂとともに素子止めテープ７が巻回される。そして、最後に、素子止めテープ７の終端部を素子止めテープ７の表面に貼着する。これにより、図５（ｂ）に示すように、コンデンサ素子１０が組み立てられる。

次に、ステップＳ４で形成されたコンデンサ素子１０に電解液を含浸させた後、コンデンサ素子１０をケース２１内に挿入して、ケース２１の開口を封口体２２によって封止する（ステップＳ５）。この際、コンデンサ素子１０から延びる陽極端子５および陰極端子６のリード線を、封口体２２に形成された貫通孔を介してケース２１から外部に突出させる。その後、ケース２１の開口部の側面に絞り加工を施してケース２１の内部を封口体２２によって完全気密封止することにより、図１に示すように、電解コンデンサ１が組み立てられる。

図６は、コンデンサ素子１０における陽極箔２の終端部付近の構成を示す断面図である。図７はコンデンサ素子１０の巻回態様を示す平面図である。コンデンサ素子１０においては陽極箔２の終端部に素子止めテープ７の始端部が重なるように貼着されるため、陽極箔２の終端部と陰極箔３の終端部との間に素子止めテープ７とセパレータ４ｂが介在するようになる。これにより、素子止めテープ７の分だけ厚みが増すため、陽極箔２の終端部にカットバリＡが発生しても、その先端部が素子止めテープ７とセパレータ４ｂの両方を突き破って陰極箔３に到達することは困難になる。特に、本実施形態によれば、素子止めテープ７の素材がＰＰＳ、ポリイミド、ポリスチレン等であるため、カットバリＡが素子止めテープ７を貫通することは無い。

上記のように構成された本実施形態によれば、陽極箔２と陰極箔３との間に素子止めテープ７の始端部が位置するように貼着されるため、陽極箔２の終端部にカットバリが発生しても、その先端部が陰極箔３に到達することは困難になる。これにより、陽極箔２の終端部に発生したカットバリに起因して陽極箔２と陰極箔３とが直接的に接触することが防止され、ショート状態の発生を防止することができる。また、本実施形態によれば、素子止めテープ７の素材がＰＰＳ、ポリイミド、ポリスチレン等であるため、カットバリが素子止めテープ７を貫通することは無いことから、陽極箔２の終端部に発生したカットバリに起因するショート状態の発生を確実に防止することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施形態は上述した実施形態に限るものではない。例えば、上述した実施形態においては、４枚のシートを巻き回して陽極箔２が終端に到達した時に、その終端部に素子止めテープ７の始端部を貼着しているが、４枚のシートを巻き回す前に、予め陽極箔２の終端部に素子止めテープ７の始端部を貼着してもよい。

また、上述した実施形態においては、コンデンサ素子１０の外周部において、陽極箔２の終端部が径方向内側に、陰極箔３の終端部が径方向外側に配置されているため、陽極箔２の終端部に素子止めテープ７の始端部を貼着させている。しかしながら、コンデンサ素子の外周部において、陽極箔２の終端部が径方向外側に、陰極箔３の終端部が径方向内側に配置されているコンデンサ素子の場合には、陰極箔３の終端部に素子止めテープ７の始端部を貼着させてもよい。

また、上述した実施形態では、陽極箔２（または陰極箔３）の終端部に素子止めテープ７の始端部を貼着しているが、これに限定されず、素子止めテープ７の始端部を陽極箔２の終端部と陰極箔３の終端部との間に介装されたセパレータ４ａに貼着するようにしてもよい。

さらに、素子止めテープ７は、複数の素子止めテープを縦方向（軸方向）に並べて貼着させてもよい。

また、上述した実施形態では、電解コンデンサに本発明を適用する場合について説明したが、これに限定されず、本発明は、電気二重層コンデンサ、一次電池、二次電池等のセパレータを介して陽極箔と陰極箔とを巻回してなる巻回体を素子止めテープで巻き止めた蓄電素子を備えた巻回形蓄電デバイス全般に適用することができる。

１ 電解コンデンサ
２ 陽極箔
３ 陰極箔
４、４ａ、４ｂ セパレータ
５ 陽極端子
６ 陰極端子
７ 素子止めテープ
８ 巻回体
１０ コンデンサ素子
２１ ケース
２２ 封口体

Claims (4)

1. 蓄電素子と、当該蓄電素子が収納されるケースとを備える巻回形蓄電デバイスであって、
   前記蓄電素子は、陽極および陰極のいずれか一方になる第１電極箔と他方になる第２電極箔とをセパレータを介して巻回してなる巻回体と、当該巻回体の外周に巻き回されて、前記巻回体の巻回状態を維持させる素子止めテープを有し、
   前記素子止めテープの始端部は、前記第１電極箔と前記第２電極箔との間に位置するように貼着されていることを特徴とする巻回形蓄電デバイス。
2. 前記素子止めテープの始端部が、前記第１電極箔および前記第２電極箔のうち前記巻回体において径方向内側に配置される電極箔の径方向外側終端部に重なるように貼着されていることを特徴とする請求項１記載の巻回形蓄電デバイス。
3. 電極箔材を裁断して陽極および陰極のいずれか一方になる第１電極箔および他方になる第２電極箔を形成する裁断工程と、
   セパレータを介して前記第１電極箔と前記第２電極箔とを重ね合わせて始端部から終端部側に巻回して巻回体を形成する巻回工程と、
   一方の面に粘着面を有し、かつ他方の面に非粘着面を有している素子止めテープを、前記巻回体の外周面を周回するように巻き付ける素子止め工程と、を有する巻回形蓄電デバイスの製造方法であって、
   前記素子止め工程において、前記素子止めテープの始端部を、前記第１電極箔と前記第２電極箔との間に位置するように貼着することを特徴とする巻回形蓄電デバイスの製造方法。
4. 前記巻回工程において、前記第１電極箔は、前記巻回体における径方向内側でかつ前記裁断工程で発生した前記第１電極箔の終端部の反りが前記巻回体の外側を向くように配置され、
   前記素子止め工程において、前記素子止めテープの始端部を、前記第１電極箔の径方向外側終端部に重ねて貼着することを特徴とする請求項３記載の巻回形蓄電デバイスの製造方法。

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