JP2023548305A - ベントを有する樹脂層を含む表面実装型ウルトラキャパシタデバイス - Google Patents

Abstract

表面実装型ウルトラキャパシタデバイスが開示される。デバイスは、上端部を画定するために基部に概ね垂直な方向に延びる側壁を含むパッケージであり、内部空所が、基部の内面と、側壁との間に画定される、パッケージと、基部の内面上に配置された第１および第２の導電性部材と、基部の外面上にあり、第１および第２の導電性部材にそれぞれ電気的に接続された第１および第２の外部終端と、内部空所内に位置づけられ、ハウジングと、ハウジング内の電極アセンブリおよび電解質とを含むウルトラキャパシタであり、第１および第２の導電性部材にそれぞれ電気的に接続された第１および第２のリード線を含む、ウルトラキャパシタと、内部空所内に設けられ、ウルトラキャパシタの少なくとも一部をカプセル化する樹脂と、樹脂を通り、樹脂の少なくとも表面まで延びる１つまたは複数のベントとを含む。本発明はまた、前記の表面実装型ウルトラキャパシタデバイスを含むプリント回路基盤、ならびに前記の表面実装型ウルトラキャパシタデバイスを含む通信デバイスを開示する。【選択図】図３Ｃ

Description

関連出願の相互参照
[001]本出願は、２０２０年１０月２７日の出願日を有する米国特許仮出願第６３／１０５，９３２号の出願利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

[002]電気エネルギー貯蔵セルは、電子デバイス、電気機械デバイス、電気化学デバイス、および他の有用なデバイスに電力を供給するために広く使用されている。電気二重層ウルトラキャパシタは、例えば、通常、液体電解質を含浸させた炭素粒子（例えば、活性炭）を含む一対の分極性電極を用いる。粒子の有効表面積、および電極間の小さい間隔により、大きいキャパシタンス値が達成され得る。それにもかかわらず、問題が残っている。例えば、ガスが使用中に作り出され、それが圧力の増加をもたらし、それがウルトラキャパシタを爆発または破裂させることがある。そのような問題に対処するために、多くの従来のウルトラキャパシタは、ウルトラキャパシタのハウジング内に直接ベントバルブを含む。しかしながら、それは、電解質の損失、および外部からの汚染物質がウルトラキャパシタに入る可能性をもたらすことがある。別の問題に関して、部分的にハウジングの性質のために、回路基盤上にウルトラキャパシタを実装することが、タイムリーで高価なプロセスであり得る。そのため、現在、改善されたウルトラキャパシタの必要性が存在する。

[003]本発明の１つの実施形態によれば、表面実装型ウルトラキャパシタデバイス（ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｕｎｔａｂｌｅ ｕｌｔｒａｃａｐａｃｉｔｏｒ ｄｅｖｉｃｅ）が開示される。デバイスは、上端部を画定するために基部に概ね垂直な方向に延びる側壁を含むパッケージであり、内部空所（ｉｎｔｅｒｉｏｒ ｃａｖｉｔｙ）が、基部の内面と、側壁との間に画定される、パッケージと、基部の内面上に配置された第１および第２の導電性部材と、基部の外面上にあり、第１および第２の導電性部材にそれぞれ電気的に接続された第１および第２の外部終端と、内部空所内に位置づけられ、ハウジングと、ハウジング内の電極アセンブリおよび電解質とを含むウルトラキャパシタであり、第１および第２の導電性部材にそれぞれ電気的に接続された第１および第２のリード線を含む、ウルトラキャパシタと、内部空所内に設けられ、ウルトラキャパシタの少なくとも一部をカプセル化する樹脂と、樹脂を通り、樹脂の少なくとも表面まで延びる１つまたは複数のベント（ｖｅｎｔ）とを含む。

[004]本発明の別の実施形態によれば、プリント回路基盤が開示される。プリント回路基盤は、前記の表面実装型ウルトラキャパシタデバイスを含む。

[005]本発明の別の実施形態によれば、通信デバイスが開示される。通信デバイスは、前記の表面実装型ウルトラキャパシタデバイスを含む。

[006]本発明の他の特徴および態様が、以下でさらに詳細に説明される。

[007]当業者を対象とした、本発明の最良の形態を含む本発明の完全で有効な開示が、添付の図面を参照する本明細書の残りの部分でより詳細に説明される。

[008]本発明によるパッケージの１つの実施形態を示す図である。 本発明によるパッケージの１つの実施形態を示す図である。 本発明によるパッケージの１つの実施形態を示す図である。 [009]本発明によるパッケージの別の実施形態を示す図である。 [010]本発明による表面実装型ウルトラキャパシタデバイスの１つの実施形態を示す図である。 本発明による表面実装型ウルトラキャパシタデバイスの１つの実施形態を示す図である。 本発明による表面実装型ウルトラキャパシタデバイスの１つの実施形態を示す図である。 [011]本発明による表面実装型ウルトラキャパシタデバイスの別の実施形態を示す図である。 [012]本発明のウルトラキャパシタのハウジングの実施形態を示す図である。 本発明のウルトラキャパシタのハウジングの実施形態を示す図である。 [013]本発明のウルトラキャパシタに用いられ得る集電子の１つの実施形態を示す図である。 [014]本発明のウルトラキャパシタに用いられ得る集電子／炭素質コーティング構成の１つの実施形態を示す図である。 [015]本発明のウルトラキャパシタに使用され得る電極アセンブリを形成するための１つの実施形態を示す図である。

[016]本明細書および図面における参照文字の繰り返しの使用は、本発明の同じまたは類似の特徴または要素を表すように意図されている。

[017]本議論は、例示的な実施形態のみの説明であり、本発明のより広い態様を限定することを意図されておらず、そのより広い態様は例示的な構造で具現化されることが当業者によって理解されるべきである。

[018]一般的に言えば、本発明は、表面実装型ウルトラキャパシタデバイスに関する。デバイスは、ウルトラキャパシタを収容するためのパッケージを含む。加えて、デバイスは、ウルトラキャパシタをカプセル化するための樹脂、ならびに樹脂を通って樹脂の外面まで延びる１つまたは複数のベントを含む。本発明者らは、本明細書に記載されるような表面実装型デバイスとしてウルトラキャパシタを提供することによって、様々な利点が実現され得ることを発見した。例えば、ガスが、ウルトラキャパシタの周囲で生成されるか、またはウルトラキャパシタのハウジングの封止を透過する場合、樹脂およびベントは、比較的安全な方法でガスを逃がすことを可能にする。その結果、ウルトラキャパシタの性能および／または構造的完全性に関わる問題は回避され得、したがって、ウルトラキャパシタの安全性は大幅に改善され得る。その結果として、これは、さらに、ウルトラキャパシタの耐用年数および強度を改善することができる。さらに、パッケージ内にウルトラキャパシタを設けることによって、ウルトラキャパシタは、より効率的でより低コストの方法でプリント回路基盤などの回路基盤上に実装され得る。例えば、ウルトラキャパシタのリード線を回路基盤に電気的におよび／または物理的に接続する必要がある代わりに、デバイスのパッケージに存在する終端が、当技術分野で一般に知られている手段を使用して回路基盤に電気的におよび／または物理的に接続されてもよい。

[019]本発明の様々な実施形態が、次に、より詳細に説明されることになる。

[020]表面実装型ウルトラキャパシタデバイス
[021]本明細書に示されるように、本発明は、表面実装型ウルトラキャパシタデバイスに関する。図３Ａ～図３Ｃを参照すると、そのようなデバイスの１つの実施形態が示される。特に、デバイス７０は、ウルトラキャパシタ７２をパッケージ５０の内部空所５８内に収容するためのパッケージ５０を含む。特に、ウルトラキャパシタ７２は、電極アセンブリおよび電解質が保持および封止されるハウジングを含む。電極アセンブリは、第１の電極（図示せず）に電気的に接続される第１のリード線７４と、第２の電極（図示せず）に電気的に接続される第２のリード線７６とを含む。リード線７４および７６は、電極アセンブリおよびウルトラキャパシタから外向きに延び、パッケージ５０に設けられた第１および第２の導電性部材（図示せず）にそれぞれ電気的に接続される。図３Ａに示されるように、リード線７４および７６は、電極アセンブリおよびウルトラキャパシタ７２の対向する端部から延びる。しかしながら、図４に示されるように、リード線７４および７６は電極アセンブリおよびウルトラキャパシタ７２の同じ端部から延びてもよいことを理解されたい。加えて、図示のように、１つの実施形態では、リード線は、パッケージ５０内に留まり、パッケージ５０の基部５６、側壁５２、およびリッド８２を越えて延びない。

[022]一般的に言えば、リード線７４および７６は、リード線と導電性部材の両方が、基部５６と概ね平行である平面内に設けられるように、パッケージ５０に設けられた第１および第２の導電性部材にそれぞれ取り付けられる。しかしながら、このように取り付けられる場合、リード線の一部は、電極アセンブリの主表面が基部５６と概ね平行となり得るように、電極アセンブリから延ばされたままであり得る。当然、これは決して必須ではないことを理解されたい。他の実施形態では、例えば、リード線は電極アセンブリの底面に設けられてもよく、その結果、電極アセンブリの底面は、導電性部材上に単に積み重ねられてもよい。

[023]いずれにしても、リード線７４および７６の導電性部材への取り付けは、通常、溶接、レーザ溶接、導電性接着剤などのような様々な既知の技法のうちのいずれかを使用して達成され得る。１つの特定の実施形態では、例えば、リード線７４および７６は、導電性接着剤を使用して、それぞれ、導電性部材６０および６２に接続される。導電性接着剤は、樹脂組成物とともに含まれる導電性金属粒子から形成され得る。金属粒子は、銀、銅、金、白金、ニッケル、亜鉛、ビスマスなどとすることができる。樹脂組成物は、熱硬化樹脂（例えば、エポキシ樹脂）、キュアリング剤（例えば、アシッドアンハイドライド）、およびカップリング剤（例えば、シランカップリング剤）を含むことができる。適切な導電性接着剤は、Ｏｓａｋｏらへ米国特許出願公開第２００６／００３８３０４号に記載されている。

[024]所望の方法で接続されると、樹脂７８が、さらに、パッケージ５０の内部空所５８内に設けられる。樹脂７８は、ウルトラキャパシタ７２をカプセル化するために利用され得る。例えば、ウルトラキャパシタ７２をパッケージ５０内に実装した後、ウルトラキャパシタ７２の表面積の特定の量は、内部空所および周囲に露出されたままであり得る。この点に関して、樹脂７８は、ウルトラキャパシタをカプセル化し、ウルトラキャパシタ７２の少なくとも特定の部分を覆うために利用され得る。例えば、樹脂７８はウルトラキャパシタの露出面積（ｅｘｐｏｓｅｄ ａｒｅａ）の少なくとも５０％以上、例えば６０％以上、例えば７０％以上、例えば８０％以上、例えば９０％以上、例えば９５％以上、例えば９８％以上、例えば９９％以上、例えば１００％を覆うために利用され得る。

[025]加えて、樹脂７８は、パッケージの内部空所の３０体積％以上、例えば４０体積％以上、例えば５０体積％以上、例えば６０体積％以上、例えば７０体積％以上、例えば８０体積％以上、例えば９０体積％以上、例えば９５体積％以上を占めるように設けられ得る。樹脂は、パッケージの内部空所の１００体積％以下、例えば９９体積％以下、例えば９８体積％以下、例えば９５体積％以下、例えば９０体積％以下、例えば８５体積％以下、例えば８０体積％以下、例えば７５体積％以下、例えば７０体積％以下、を占めるように設けられ得る。そのような割合は、ある実施形態では、ウルトラキャパシタを実装する前の内部空所の全体積に基づくことができる。別の実施形態では、そのような割合は、ウルトラキャパシタを実装した後の内部空所の残りの体積に基づくことができる。

[026]樹脂は、電子用途のためのウルトラキャパシタとともに利用され得る概して任意の樹脂から形成されてもよい。この点に関して、樹脂は、高温にさらされたときに安定であるものとすることができる。この点に関して、樹脂は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、またはその混合物とすることができる。ある実施形態では、樹脂は、熱可塑性樹脂とすることができる。別の実施形態では、樹脂は、熱硬化性樹脂とすることができる。樹脂は、当技術分野で一般に知られている手段を使用して、内部空所内におよびウルトラキャパシタの周囲に設けることができる。例えば、樹脂の溶液または溶融物が、内部空所内に供給されてもよい。次いで、溶液または溶融物は、固化または硬化して樹脂を形成することが可能であり得る。例えば、特定の実施形態では、冷却することが、パッケージ５８内の樹脂７８を硬化および形成するのに十分であり得る。他の実施形態では、そのような硬化は、キュアリングによって促進され得る。例えば、そのようなキュアリングは、熱キュアリング（例えば、熱の印加）、放射線キュアリング、または両方を含むことができる。放射線キュアリングは、電子ビーム放射、ＵＶ放射などのような当技術分野で一般に知られる様々な技法を含むことができる。ある実施形態では、熱キュアリングが、樹脂を形成するために必要とされ得る。別の実施形態では、放射線キュアリングが、樹脂を形成するために必要とされ得る。さらなる実施形態では、熱キュアリングおよび放射線キュアリングが、樹脂を形成するために必要とされることがある。

[027]本明細書に示されるように、１つの実施形態では、樹脂は、熱硬化性樹脂とすることができる。例えば、熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂（例えば、エポキシノボラック樹脂）、ポリエステル（例えば、不飽和ポリエステル）、ビニルエステル、シアネートエステル、ポリシアヌレート、フェノール樹脂（例えば、フェノール－ホルムアルデヒド）、ポリウレタン、メラミン樹脂、ポリイミド、などと、それらの混合物を含むものとを含むことができる。エポキシ樹脂は特に適切である。適切なエポキシ樹脂の例は、例えば、ビスフェノールＡタイプエポキシ樹脂、ビスフェノールＦタイプエポキシ樹脂、フェノールノボラックタイプエポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラックタイプエポキシ樹脂、ブロム化エポキシ樹脂およびビフェニルタイプエポキシ樹脂、環状脂肪族エポキシ樹脂、グリシジルエステルタイプエポキシ樹脂、グリシジルアミンタイプエポキシ樹脂、クレゾールノボラックタイプエポキシ樹脂、ナフタレンタイプエポキシ樹脂、フェノールアラルキルタイプエポキシ樹脂、シクロペンタジエンタイプエポキシ樹脂、複素環エポキシ樹脂、などのようなグリシジルエーテルタイプエポキシ樹脂を含む。

[028]必要に応じて、キュアリング剤が、さらに、キュアリングを促進するために用いられてもよい。用いられる場合、キュアリング剤は、一般に、樹脂の約０．１～約２０重量％を構成する。例示的なキュアリング剤は、例えば、アミン、ペルオキシド、アンハイドライド、フェノール化合物、シラン、アシッドアンハイドライド化合物、およびそれらの組合せを含む。適切なキュアリング剤の具体的な例は、ジシアンジアミド、１－（２シアノエチル）２－エチル－４－メチルイミダゾール、１－ベンジル２ーメチルイミダゾール、エチルシアノプロピルイミダゾール、２－メチルイミダゾール、２－フェニルイミダゾール、２－エチル－４－メチルイミダゾール、２－ウンデシルイミダゾール、１－シアノエチル－２－メチルイミダゾール、２，４－ジシアノ－６，２－メチルイミダゾリル－（１）－エチル－ｓ－トリアジン、および２，４－ジシアノ－６，２－ウンデシルイミダゾリル－（１）－エチル－ｓ－トリアジン、イミダゾリウム塩（１－シアノエチル－２－ウンデシルイミダゾリウムトリメリテート、２－メチルイミダゾリウムイソシアヌレート、２－エチル－４－メチルイミダゾリウムテトラフェニルボレート、および２－エチル－１，４－ジメチルイミダゾリウムテトラフェニルボレート、など）である。さらに他の有用なキュアリング剤は、トリブチルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリス（ジメトキシフェニル）ホスフィン、トリス（ヒドロキシプロピル）ホスフィン、およびトリス（シアノエチル）ホスフィンなどのホスフィン化合物；テトラフェニルホスホニウムーテトラフェニルボレート、メチルトリブチルホスホニウム－テトラフェニルボレート、およびメチルトリシアノエチルホスホニウムテトラフェニルボレートなどのホスホニウム塩；２，４，６トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール、ベンジルメチルアミン、テトラメチルブチルグアニジン、Ｎ－メチルピペラジン、および２－ジメチルアミノ－１－ピロリンなどのアミン；トリエチルアンモニウムテトラフェニルボレートなどのアンモニウム塩；１，５ジアザビシクロ［５，４，０］－７－ウンデセン、１，５－ジアザビシクロ［４，３，０］－５－ノネン、および１，４－ジアザビシクロ［２，２，２］－オクタンなどのジアザビシクロ化合物；テトラフェニルボレート、フェノール塩、フェノールノボラック塩、および２－エチルヘキサン酸塩などのジアザビシクロ化合物の塩；などを含む。

[029]本明細書に示されるように、１つの実施形態では、樹脂は熱可塑性樹脂とすることができる。熱可塑性樹脂は、ポリエステル（例えば、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ乳酸、など）、ポリオレフィン、スチレンポリマー、ポリアミド、ポリアリーレンスルフィド、ポリカーボネート、ポリスルホン（例えば、ポリアリールエーテルスルホン、ポリエーテルスルホン、など）、ポリケトン、ポリエーテルケトン（例えば、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、など）、ポリアミド（例えば、ナイロン－６、ナイロン－６，６、ナイロン－６，１０、ナイロン－１１、ナイロン－１２、など）、ポリイミド、などを含むことができる。この点に関して、熱可塑性ポリマーは、通常、高温に耐えることができる高性能ポリマーとすることができる。この点に関して、一般に高い溶融温度を有する熱可塑性樹脂が選択され得る。例えば、熱可塑性樹脂は、約１５０℃以上、例えば約２００℃以上、例えば約２５０℃以上、例えば約３００℃以上、例えば約３５０℃以上～約５００℃以下、例えば約４５０℃以下、例えば約４００℃以下の溶融温度を有することができる。

[030]樹脂は、他の添加剤をさらに含むことができる。例えば、これらの添加剤は、光開始剤、粘度調整剤、懸濁助剤、顔料、応力低減剤（ｓｔｒｅｓｓ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ａｇｅｎｔ）、非導電性フィラー、安定剤、などを含むことができる。適切な光開始剤は、例えば、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインｎ－プロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、２，２ジヒドロキシ－２－フェニルアセトフェノン、２，２－ジメトキシ－２－フェニルアセトフェノン、２，２－ジエトキシ－２－フェニルアセトフェノン、２，２－ジエトキシアセトフェノン、ベンゾフェノン、４，４－ビスジアリルアミノベンゾフェノン、４－ジメチルアミノベンゾ酸、アルキル４－ジメチルアミノベンゾアート、２－エチルアントラキノン、キサントン、チオキサントン、２－クロロチオキサントン、などを含むことができる。同様に、非導電性フィラーは、シリカ、アルミナ、ジルコニア、酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化銅、ゼオライト、シリケート、クレー（例えば、スメクタイトクレー）、などのような無機酸化物粒子、ならびにそれらの合成物（例えば、アルミナ被覆シリカ粒子）およびその混合物を含むことができる。

[031]図３Ｂ～図３Ｃに戻って参照すると、樹脂７８に加えて、デバイス７０は、１つまたは複数のベント８０をさらに含む。例えば、１つまたは複数のベント８０は、樹脂７８を通って樹脂７８の外面８８まで延びることができる。この点に関して、外面は、通常、パッケージ５０（例えば、側壁５２、基部５６）またはウルトラキャパシタ７２と接触しない表面である。理論によって限定されるものではないが、ベント８０は、ウルトラキャパシタ７２のまわりに形成されることがあるか、またはウルトラキャパシタ７２のハウジング内から漏れ出ることがあるガスを逃がすことを可能にすることができる。

[032]ベントは、様々な手段を使用して形成され得る。例えば、１つの実施形態では、前記の樹脂が、内部空所内に与えられるとき、１つまたは複数のベントによって必要とされる空間を占めないように、型が内部空所内に設けられ得る。この点に関して、樹脂を形成する際、１つまたは複数のベントも同時に形成され得る。代替として、樹脂が内部空所内に形成された後、ドリル加工（または他の類似の技法）を利用して、１つまたは複数のベントを創り出してもよい。１つまたは複数のベントが形成される方法にかかわらず、ある実施形態では、１つまたは複数のベントは、解放され無充填のままであり得る。別の実施形態では、１つまたは複数のベントは充填され得る。ベントは、セラミック、樹脂、などで充填されてもよい。一般に、ベントを充填するために使用される材料は、ガスを逃がすことを可能にするものとすることができる。この点に関して、ある実施形態では、樹脂は、上記のように熱可塑性樹脂とすることができる。代替として、別の実施形態では、樹脂は、上記のように熱硬化性樹脂とすることができる。加えて、充填されるとき、ベントを充填するための材料は、予め製造されていてもよい。すなわち、それは、パッケージの外で製造および形成され、開口内に単に入れられてもよい。代替として、材料は、ベントに充填されてもよい。例えば、ポリマー溶融物または前駆体溶液が、ベントに入れられ、その後、硬化またはキュアリングされてもよい。

[033]さらに、図３Ｂ～図３Ｃに示されるように、ベントは、樹脂７８の表面８８を越えて延びる。この点に関して、ベントの長さの５０％以下、例えば４０％以下、例えば３０％以下、例えば２０％以下、例えば１０％以下、例えば５％以下が、樹脂７８の表面８８から外向きに延びてもよい。しかしながら、別の実施形態では、ベント８０が表面８８を越えて延びなくてもよく、単に表面８８で終了してもよいことを理解されたい。それにもかかわらず、ベント８０は、側壁５２の上端部５４を越えて延びることはできない。加えて、図３Ｂ～図３Ｃに示されるように、１つまたは複数のベント８０は、ウルトラキャパシタ７２のハウジングの表面まで最後まで延びなくてもよい。この点に関して、１つまたは複数のベントは、樹脂７８の表面８８とウルトラキャパシタ７２のハウジングとの間の距離の４０％以上、例えば５０％以上、例えば６０％以上、例えば７０％以上、例えば８０％以上、例えば９０％以上、例えば９５％以上延びることができる。１つまたは複数のベント８０は、樹脂７８の表面８８とウルトラキャパシタ７２のハウジングとの間の距離の１００％以下、例えば９９％以下、例えば９８％以下、例えば９５％以下、例えば９０％以下、例えば８０％以下延びることができる。その結果、１つの実施形態では、１つまたは複数のベント８０は、ウルトラキャパシタ７２のハウジングの表面まで延びることができる。

[034]ベント８０はまた、特定の断面寸法および／またはサイズを有することができる。断面形状は必ずしも限定されないことを理解されたい。例えば、断面形状は、円形、楕円形、正方形、長方形、菱形、三角形、星形、十字形、などの形態のものとすることができる。加えて、ベントの断面は、少なくとも１つの方向に最大寸法を有することができる。そのような最大の寸法は、０．１ｍｍ以上、例えば０．５ｍｍ以上、例えば１ｍｍ以上、例えば２ｍｍ以上、例えば３ｍｍ以上、例えば４ｍｍ以上、例えば５ｍｍ以上であり得る。断面内のそのような最大寸法は、２０ｍｍ以下、例えば１０ｍｍ以下、例えば８ｍｍ以下、例えば６ｍｍ以下、例えば５ｍｍ以下、例えば４ｍｍ以下、例えば３ｍｍ以下、例えば２ｍｍ以下、例えば１ｍｍ以下、例えば０．５ｍｍ以下であり得る。さらに、ベントの断面積は、０．００１ｍｍ^２以上、例えば０．０１ｍｍ^２以上、例えば０．０５ｍｍ^２以上、例えば０．１ｍｍ^２以上、例えば０．２ｍｍ^２以上、例えば０．３ｍｍ^２以上、例えば０．５ｍｍ^２以上、例えば１ｍｍ^２以上、例えば２ｍｍ^２以上、例えば３ｍｍ^２以上、例えば５ｍｍ^２以上、例えば１０ｍｍ^２以上、例えば２０ｍｍ^２以上であり得る。ベントの断面積は、５００ｍｍ^２以下、例えば３００ｍｍ^２以下、例えば２００ｍｍ^２以下、例えば１５０ｍｍ^２以下、例えば１００ｍｍ^２以下、例えば８０ｍｍ^２以下、例えば６０ｍｍ^２以下、例えば５０ｍｍ^２以下、例えば４０ｍｍ^２以下、例えば３０ｍｍ^２以下、例えば２０ｍｍ^２以下、例えば１０ｍｍ^２以下、例えば８ｍｍ^２以下、例えば６ｍｍ^２以下、例えば５ｍｍ^２以下、例えば４ｍｍ^２以下、例えば３ｍｍ^２以下、例えば２ｍｍ^２以下、例えば１ｍｍ^２以下、例えば０．５ｍｍ^２以下であり得る。１つの実施形態では、前記の断面積は、ベントのすべてを組み合わせた全断面積に適用することができる。

[035]加えて、図３Ｂ～図３Ｃは、パッケージ５０の側壁５２と概ね平行で、基部５６に概ね垂直な方向に延びるベント８０を示している。例えば、ベント８０は、樹脂７８と内部空所５８の残りの空いている空間との界面における外面８８で示されるような外面８８まで延びる。しかしながら、ベント８０は他の方向に延びることもできることを理解されたい。例えば、１つまたは複数のベント８０は、側壁５２に概ね垂直で、基部５６に概ね平行である方向に延びることができる。ベント８０がそのような方法で与えられる場合、樹脂７８は、側壁の１つまたは複数まで延びないように形成され得る。例えば、側壁５２と樹脂７８との間に、空いている空所を設けることによって、そのような空所は、ガスが、ベント８０を通り、内部空所５８の空いている空所に逃げるのを可能にすることができる。

[036]本発明はベントの数によって限定されないことを理解されたい。例えば、図３Ｂ～図３Ｃは、３つのベントを示している。しかしながら、デバイス７０は、単に１つまたは複数のベントを含むことができる。例えば、デバイス７０は、ある実施形態では、単に１つのベントを含むことができる。他の実施形態では、デバイス７０は、１つを超えるベント、例えば２つ以上、例えば３つ以上、例えば５つ以上のベントを含むことができる。

[037]ウルトラキャパシタ７２および樹脂７８が設けられ、１つまたは複数のベント８０が形成された後、次いで、パッケージ５０は、リッド８２を使用して封止され得る。例えば、リッド８２は、側壁５２の上端部５４上に配置され得る。リッド８２は、セラミック、金属（例えば、鉄、銅、ニッケル、コバルト、など、ならびにそれらの合金）、プラスチック、などから形成され得る。１つの実施形態では、リッドは、可撓性材料から形成され得る。例えば、特定の圧力閾値を下回ると、リッドは、圧力を受けるとき変形することがあるが、破裂せず、それによって、リッドおよびパッケージの構造的完全性を維持することができる。

[038]リッドが付けられると、デバイス内の特定の体積の空間は、空くことができる。そのような体積は、パッケージの内部空所全体の体積の５０体積％以下、例えば４０体積％以下、例えば３０体積％以下、例えば２０体積％以下、例えば１５体積％以下、例えば１０体積％以下、例えば８体積％以下、例えば５体積％以下であり得る。そのような体積は、パッケージの内部空所全体の体積の０体積％以上、例えば１体積％以上、例えば２体積％以上、例えば５体積％以上、例えば１０体積％以上、例えば１５体積％以上、例えば２０体積％以上、例えば２５体積％以上、例えば３０体積％以上であり得る。

[039]パッケージ
[040]本明細書に示されるように、本発明の表面実装型ウルトラキャパシタデバイスは、ウルトラキャパシタが収容されるパッケージを用いる。１つの実施形態では、パッケージは、表面実装型パッケージとすることができる。図１Ａ～図１Ｃを参照すると、パッケージ５０は、基部５６に概ね垂直な方向に延びる側壁５２を有する。基部５６は、内面５６ａおよび外面５６ｂを画定する。内部空所５８は、基部５６の内面５６ａと、側壁５２との間に画定され、その中にウルトラキャパシタが位置づけられ得る。ある実施形態では、表面実装型デバイスおよび内部空所５８は、環境に露出されることがある。他の実施形態では、パッケージ５０はまた、パッケージ５０内のウルトラキャパシタを封止するために、側壁５２の上端部５４に配置されるリッド８２を含むことができる。

[041]必要に応じて、封止部材（図示せず）が、良好な封止をもたらすのに役立つようにリッド８２と側壁５２との間に配置され得る。１つの実施形態では、例えば、封止部材は、ガラス－金属封止、Ｋｏｖａｒ（登録商標）リング（Ｇｏｏｄｆｅｌｌｏｗ Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，Ｌｔｄ．）、などを含むことができる。側壁５２の高さは、通常、リッド８２がウルトラキャパシタ７０の表面に接触しないような高さである。さらなる実施形態では、側壁５２の高さは、通常、リッドが本明細書に記載されるような樹脂の表面にも接触しないような高さである。所望の位置に置かれると、リッド８２は、溶接（例えば、抵抗溶接、レーザ溶接、など）、はんだ付け、などのような既知の技法を使用して側壁５２に封着され得る。

[042]様々な異なる材料のうちのいずれかを使用して、パッケージ、特に、側壁５２および基部５６を形成することができる。例えば、これらの材料は、金属、プラスチック、セラミック、などを含むことができる。ある実施形態では、例えば、側壁および／または基部は、セラミック材料の１つまたは複数の層を含むことができる。セラミック材料は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、ガラス、など、ならびにそれらの組合せを含むことができる。他の実施形態では、側壁および／または基部は、金属の１つまたは複数の層を含むことができる。金属は、タンタル、ニオビウム、アルミニウム、ニッケル、ハフニウム、チタン、銅、銀、鋼（例えば、ステンレス）、それらの合金（例えば、導電性酸化物）、それらの合成物（例えば、導電性酸化物で被覆された金属）、などを含むことができる。

[043]ウルトラキャパシタをパッケージに、特に、電極アセンブリをパッケージに機械的に安定な方法で取り付けるために、第１の導電性部材６０および第２の導電性部材６２は、パッケージ５０の内部空所５８内に配置される。特に、第１の導電性部材６０および第２の導電性部材６２は、基部５６の内面５６ａ上に配置され、基部５６と概ね平行な平面内に延びる。ウルトラキャパシタは、同様に、そこから外向きに延び、第１および第２の導電性部材６０および６２にそれぞれ電気的に接続される第１および第２のリード線を含む。第１および第２の導電性部材６０および６２は、次には、図１Ｃに示されるように基部５６の外面５６ｂに設けられた第１および第２の外部終端８４および８６にそれぞれ電気的に接続される。

[044]導電性部材は、任意の形態（例えば、パッド、プレート、フレーム、など）で設けられてもよいが、通常、比較的小さい厚さを有する。例えば、導電性部材の厚さは、約０．０５ｍｍ以上から、例えば約０．１ｍｍ以上、例えば約０．２ｍｍ以上、例えば約０．５ｍｍ以上～約１ｍｍ以下、例えば約０．５ｍｍ以下、例えば約０．４ｍｍ以下、例えば約０．２ｍｍ以下、例えば約０．１ｍｍ以下の範囲であり得る。導電性部材は、一般に、ニッケル、銀、金、スズ、銅、などのような金属の１つまたは複数の層から形成される。

[045]図１Ａに示されるように、導電性部材６０および６２は、基部５６の内面５６ａの対向する端部に位置づけられる。この点に関して、そのような構成は、対向する端部に端子またはリード線を有するウルトラキャパシタを受け入れるのに有益であり得る。しかしながら、図２に示されるように、導電性部材６０および６２は、基部５６の内面５６ａの同じ端部に位置づけられてもよいことを理解されたい。例えば、そのような構成は、同じ端部に端子またはリード線を有するウルトラキャパシタを受け入れるのに有益であり得る。

[046]構成にかかわらず、第１および第２の導電性部材６０および６２は、第１および第２の外部終端８４および８６にそれぞれ電気的に接続され、第１および第２の外部終端８４および８６は、基部５６の外面５６ｂに設けられ、基部５６と概ね平行な平面内に延びる。終端８４および８６は、任意の形態（例えば、パッド、プレート、フレーム、など）で設けられ得るが、通常、回路基盤に表面実装される能力を改善するために、比較的小さい厚さを有する。例えば、終端の厚さは、約０．０５ｍｍ以上から、例えば約０．１ｍｍ以上、例えば約０．２ｍｍ以上、例えば約０．５ｍｍ以上～約１ｍｍ以下、例えば約０．５ｍｍ以下、例えば約０．４ｍｍ以下、例えば約０．２ｍｍ以下、例えば約０．１ｍｍ以下の範囲であり得る。

[047]終端は、一般に、ニッケル、銀、金、スズ、銅、などのような金属の１つまたは複数の層から形成される。必要に応じて、終端の表面は、最終部品が回路基盤に確実に実装可能となるように、当技術分野で知られているように、ニッケル、銀、金、スズなどを用いて電気めっきされてもよい。１つの特定の実施形態では、終端は、それぞれニッケルおよび銀フラッシュで堆積され、実装表面は、さらに、スズはんだ層でめっきされる。別の実施形態では、終端は、導電性をさらに増加させるために、ベース金属層（例えば、銅合金）上に薄い外側金属層（例えば、金）を用いて堆積される。

[048]それらが形成される方法にかかわらず、第１および第２の外部終端８４および８６は、電極アセンブリとの所望の接続を行うために、第１および第２の導電性部材６０および６２にそれぞれ電気的に接続される。１つの実施形態では、例えば、導電性部材６０および６２は、外部終端８４および８６を形成するために、単に基部５６を通って延びることができる。代替として、別個の導電性トレース（図示せず）が、第１の導電性部材６０に取り付けられ、別個の導電性トレース（図示せず）は、基部５６を通って延び、第１の外部終端８４を形成するか、または外部終端８４として機能する追加の導電性部材に接続されてもよい。同様に、第２の導電性部材６２は、外部終端８６を形成するために基部５６を通って延びることができ、または別個の導電性トレース（図示せず）が、第２の導電性部材６２に取り付けられ、別個の導電性トレース（図示せず）は、基部５６を通って延び、終端８６を形成するか、または外部終端８６として機能する追加の導電性部材に接続されてもよい。トレースが用いられる場合、ビア（図示せず）が、トレースを受け入れるために基部５６内に形成され得る。

[049]導電性部材と外部終端とが電気的に接続される方法は、当技術分野で知られているように、様々であり得る。特定の実施形態では、例えば、超音波溶接、レーザ溶接、抵抗溶接、などのような溶接技術が用いられ得る。さらに他の実施形態では、導電性接着剤が、導電性部材をそれぞれの終端に接続するために用いられ得る。

[050]用いられる場合、導電性接着剤は、一般に、導電性材料（例えば、金属）から形成される複数の粒子を含む。適切な導電性材料の例は、例えば、ニッケル、銅、金、銀、銀被覆銅、銀被覆ニッケル、などのような金属、例えば、グラファイト、ニッケル被覆炭素、などのような炭素材料、などを含む。導電性接着剤はまた、通常、導電性粒子が分散されている樹脂性材料を含む。任意の樹脂性材料が用いられてもよいが、通常、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、マレイミド樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、などのようなキュアリング可能な熱硬化性樹脂である樹脂を使用することが望ましい。エポキシ樹脂は特に適切である。適切なエポキシ樹脂の例は、例えば、ビスフェノールＡタイプエポキシ樹脂、ビスフェノールＦタイプエポキシ樹脂、フェノールノボラックタイプエポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラックタイプエポキシ樹脂、ブロム化エポキシ樹脂およびビフェニルタイプエポキシ樹脂、環状脂肪族エポキシ樹脂、グリシジルエステルタイプエポキシ樹脂、グリシジルアミンタイプエポキシ樹脂、クレゾールノボラックタイプエポキシ樹脂、ナフタレンタイプエポキシ樹脂、フェノールアラルキルタイプエポキシ樹脂、シクロペンタジエンタイプエポキシ樹脂、複素環エポキシ樹脂、などのようなグリシジルエーテルタイプエポキシ樹脂を含む。さらに別の適切な導電性接着剤樹脂は、Ｏｓａｋｏらへ米国特許出願公開第２００６／００３８３０４号およびＣｈａｃｋｏへの米国特許第７，５５４，７９３号にも記載されている。一般に、樹脂性材料は、接着剤の乾燥重量の約０．５重量％～約５０重量％、実施形態によっては約１重量％～約２５重量％、および実施形態によっては約２重量％～約２０重量％を構成する。同様に、導電性粒子は、一般に、乾燥量基準で、接着剤の約５０重量％～約９９．５重量％、実施形態によっては約７５重量％～約９９重量％、および実施形態によっては約８０重量％～約９８重量％を構成する。接着剤は、スクリーン印刷、浸漬、電気泳動コーティング、電子ビーム堆積、噴霧、ローラプレス、ブラッシング、ドクターブレードキャスティング、真空蒸着、コーティング、などのような既知の技法を使用して塗布され得る。それにもかかわらず、塗布された後、導電性接着剤は、熱キュアリング、化学線放射キュアリング（例えば、紫外線放射、ｅビーム放射、赤外線放射、など）、などの様々な既知の技法のうちのいずれかを使用してキュアリングされ得る。

[051]電極アセンブリ
[052]一般に、ウルトラキャパシタは、第１の電極、第２の電極、およびセパレータを含む電極アセンブリを含む。例えば、第１の電極は、一般に、第１の集電子に電気的に結合された第１の炭素質コーティング（例えば、活性炭粒子）を含む第１の電極を含み、第２の電極は、一般に、第２の集電子に電気的に結合された第２の炭素質コーティング（例えば、活性炭粒子）を含む。セパレータが、第１の電極と第２の電極との間にも配置され得る。加えて、ウルトラキャパシタは、第１の電極および第２の電極にそれぞれ電気的に接続される第１のリード線および第２のリード線を含む。

[053]そのようなアセンブリの様々な実施形態が、以下でより詳細に説明される。

[054]電極
[055]上述で示されたように、ウルトラキャパシタは、第１の電極および第２の電極を含む電極アセンブリを含む。アセンブリ内で用いられる電極は、通常、集電子を含む。集電子は、同じ材料から形成されてもよく、または異なる材料から形成されてもよい。例えば、１つの実施形態では、各電極の集電子は同じ材料から形成される。いずれにしても、各集電子は、一般に、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、銀、パラジウム、など、ならびにそれらの合金などの導電性金属を含む基板から形成される。アルミニウムおよびアルミニウム合金は、本発明で使用するのに特に適している。

[056]集電子基板は、フォイル、シート、プレート、メッシュ、などの形態のものでよい。基板はまた、比較的小さい厚さ、例えば約２００マイクロメートル以下、例えば約１５０マイクロメートル以下、例えば約１００マイクロメートル以下、例えば約８０マイクロメートル以下、例えば約５０マイクロメートル以下、例えば約４０マイクロメートル以下、例えば約３０マイクロメートル以下を有することができる。基板は、約１マイクロメートル以上、例えば約５マイクロメートル以上、例えば約１０マイクロメートル以上、例えば約２０マイクロメートル以上の厚さを有することができる。

[057]決して必須ではないが、基板の表面は、処理されてもよい。例えば、１つの実施形態では、表面は、例えば、洗浄、エッチング、ブラスチング、などによって粗化されてもよい。特定の実施形態では、集電子は、基板から外向きに突き出る複数の繊維様ウィスカを含むことができる。理論によって限定されるものではないが、これらのウィスカは、集電子の表面積を効果的に増加させ、さらに、対応する電極への集電子の接着を改善することができると考えられる。これは、第１の電極および／または第２の電極の比較的低い結合剤含有量の使用を可能にすることができ、それは、電荷移動を改善し、界面抵抗を低減し、その結果、非常に低いＥＳＲ値をもたらすことができる。ウィスカは、一般に、炭素、および／または炭素と導電性金属の反応生成物を含む材料から形成される。１つの実施形態では、例えば、材料は、炭化アルミニウム（Ａｌ_４Ｃ_３）などの導電性金属の炭化物を含むことができる。図７を参照すると、例えば、基板１から外向きに突き出る複数のウィスカ２１を含む集電子の１つの実施形態が示される。必要に応じて、ウィスカ２１は、オプションとして、基板１内に埋め込まれたシード部分３から突き出ることができる。ウィスカ２１と同様に、シード部分３はまた、炭素、および／または炭素と導電性金属の反応生成物、例えば、導電性金属の炭化物（例えば、炭化アルミニウム）などを含む材料から形成されてもよい。さらに、図８は、基板１から外向きに突き出る複数のウィスカ２１を、本明細書で説明されるような炭素質コーティング２２と組み合わせて有する前記の集電子を含む電極を示す。

[058]そのようなウィスカが基板に形成される方法は、所望に応じて変わることができる。１つの実施形態では、例えば、基板の導電性金属を炭化水素化合物と反応させる。そのような炭化水素化合物の例は、例えば、パラフィン炭化水素化合物、例えば、メタン、エタン、プロパン、ｎ－ブタン、イソブタン、ペンタン、など；オレフィン炭化水素化合物、例えば、エチレン、プロピレン、ブテン、ブタジエン、など；アセチレン炭化水素化合物、例えば、アセチレン；ならびに前述のもののいずれかの誘導体または組合せを含むことができる。一般に、炭化水素化合物は反応の間ガス形態であることが望ましい。したがって、加熱されたときにガス形態であるメタン、エタン、およびプロパンなどの炭化水素化合物を用いることが望ましいことがある。必ずしも必須ではないが、炭化水素化合物は、一般に、基板の１００重量部に基づいて、約０．１重量部～約５０重量部、実施形態によっては、約０．５重量部～約３０重量の範囲で用いられる。炭化水素および導電性金属との反応を開始するために、基板は、通常、約３００℃以上、実施形態によっては約４００℃以上、および実施形態によっては約５００℃～約６５０℃温度である雰囲気中で加熱される。加熱の時間は、選択された正確な温度に依存するが、一般に、約１時間～約１００時間の範囲である。雰囲気は、一般に、基板の表面への誘電体膜の形成を最小にするために、比較的少量の酸素を含む。例えば、雰囲気の酸素含有量は、約１体積％以下であり得る。

[059]ウルトラキャパシタで使用される電極はまた、集電子の対向側面上にコーティングされる炭素質材料を含む。それは、同じまたは異なるタイプの材料から形成されてもよく、１つまたは多数の層を含んでもよいが、炭素質コーティングの各々は、通常、活性化粒子を含む少なくとも１つの層を含む。特定の実施形態では、例えば、活性炭層は、集電子の上に直接配置されてもよく、オプションとして、炭素質コーティングの唯一の層であってもよい。適切な活性炭粒子の例は、例えば、ヤシ殻系活性炭、石油コークス系活性炭、ピッチ系活性炭、ポリビニリデンクロライド系活性炭、フェノール樹脂系活性炭、ポリアクリロニトリル系活性炭、および石炭、木炭、または他の天然有機源などの天然源からの活性炭を含むことができる。

[060]特定の実施形態では、１つまたは複数の充電－放電サイクルを受けた後の特定のタイプの電解質のイオン移動度を改善するのに役立つために、活性炭粒子の特定の態様、例えば、粒径分布、表面積、および細孔径分布などを選択的に制御することが望ましいことがある。例えば、粒子の少なくとも５０体積％（Ｄ５０サイズ）は、約０．０１マイクロメートル以上から、例えば約０．１マイクロメートル以上、例えば約０．５マイクロメートル以上、例えば約１マイクロメートル以上～約３０マイクロメートル以下、例えば約２５マイクロメートル以下、例えば約２０マイクロメートル以下、例えば約１５マイクロメートル以下、例えば約１０マイクロメートル以下の範囲のサイズを有することができる。粒子の少なくとも９０体積％（Ｄ９０サイズ）は、同様に、約２マイクロメートル以上から、例えば約５マイクロメートル以上、例えば約６マイクロメートル以上～約４０マイクロメートル以下、例えば約３０マイクロメートル以下、例えば約２０マイクロメートル以下、例えば約１５マイクロメートル以下の範囲のサイズを有することができる。ＢＥＴ表面はまた、約９００ｍ^２／ｇ以上、例えば約１０００ｍ^２／ｇ以上、例えば約１１００ｍ^２／ｇ以上、例えば約１２００ｍ^２／ｇ以上～約３０００ｍ^２／ｇ以下、例えば約２５００ｍ^２／ｇ以下、例えば約２０００ｍ^２／ｇ以下、例えば約１８００ｍ^２／ｇ以下、例えば約１５００ｍ^２／ｇ以下の範囲であり得る。

[061]活性炭粒子は、特定のサイズおよび表面積を有することに加えて、特定のサイズ分布を有する細孔をさらに含むことができる。例えば、約２ナノメートル未満のサイズの細孔（すなわち「ミクロ細孔」）の量は、全細孔体積の約５０体積％以下、例えば約４０体積％以下、例えば約３０体積％以下、例えば約２０体積％以下、例えば約１５体積％以下、例えば約１０体積％以下、例えば約５体積％以下の細孔体積を提供することができる。約２ナノメートル未満のサイズの細孔（すなわち「ミクロ細孔」）の量は、全細孔体積の約０体積％以上、例えば約０．１体積％以上、例えば約０．５体積％以上、例えば約１体積％以上の細孔体積を提供することができる。約２ナノメートルと約５０ナノメートルとの間のサイズの細孔（すなわち「メゾ細孔」）の量は、同様に、全細孔体積の約２０体積％以上、例えば約２５体積％以上、例えば約３０体積％以上、例えば約４０体積％以上、例えば約５０体積％以上であり得る。約２ナノメートルと約５０ナノメートルとの間のサイズの細孔（すなわち「メゾ細孔」）の量は、全細孔体積の約９０体積％以下、例えば約８０体積％以下、例えば約７５体積％以下、例えば約６５体積％以下、例えば約５５体積％以下、例えば約５０体積％以下であり得る。最後に、約５０ナノメートルより大きいサイズの細孔（すなわち「マクロ細孔」）の量は、全細孔体積の約１体積％以上、例えば約５体積％以上、例えば約１０体積％以上、例えば約１５体積％以上であり得る。約５０ナノメートルより大きいサイズの細孔（すなわち「マクロ細孔」）の量は、全細孔体積の約５０体積％以下、例えば約４０体積％以下、例えば約３５体積％以下、例えば約３０体積％以下、例えば約２５体積％以下であり得る。カーボン粒子の全細孔体積は、約０．２ｃｍ^３／ｇ以上から、例えば約０．４ｃｍ^３／ｇ以上、例えば約０．５ｃｍ^３／ｇ以上～約１．５ｃｍ^３／ｇ以下、例えば約１．３ｃｍ^３／ｇ以下、例えば約１．０ｃｍ^３／ｇ以下、例えば約０．８ｃｍ^３／ｇ以下の範囲にあり得る。中央細孔幅は、約８ナノメートル以下、例えば約５ナノメートル以下、例えば約４ナノメートル以下であり得る。中央細孔幅は、約１ナノメートル以上、例えば約２ナノメートル以上であり得る。細孔径および全細孔体積は、窒素吸着を使用して測定され、当技術分野でよく知られているＢａｒｒｅｔｔ－Ｊｏｙｎｅｒ－Ｈａｌｅｎｄａ（「ＢＪＨ」）技法によって分析され得る。

[062]本発明の１つの特有の態様は、電極が、ウルトラキャパシタ電極で従来用いられているかなりの量の結合剤を含む必要がないことである。すなわち、結合剤は、炭素質コーティングの炭素の１００部当たり、約６０部以下、例えば約４０部以下、例えば約３０部以下、例えば約２５部以下、例えば約２０部以下～約１部以上、例えば約５部以上の量で存在することができる。結合剤は、例えば、炭素質コーティングの全重量の約１５重量％以下、例えば約１０重量％以下、例えば約８重量％以下、例えば約５重量％以下、例えば約４重量％以下を構成し得る。結合剤は、炭素質コーティングの全重量の約０．１重量％以上、例えば約０．５重量％以上、例えば約１重量％以上を構成し得る。

[063]それにもかかわらず、使用される場合、様々な適切な結合剤のうちのいずれかが電極に使用され得る。例えば、不水溶性有機結合剤、例えば、スチレン－ブタジエンコポリマー、ポリビニルアセテートホモポリマー、ビニル－アセテートエチレンコポリマー、ビニル－アセテートアクリルコポリマー、エチレン－ビニルクロライドコポリマー、エチレン－ビニルクロライド－ビニルアセテートターポリマー、アクリルポリビニルクロライドポリマー、アクリルポリマー、ニトリルポリマー、例えばポリテトラフルオロエチレンまたはポリビニリデンフルオライドなどのフルオロポリマー、ポリオレフィン、など、ならびにそれらの混合物が特定の実施形態において用いられ得る。水溶性有機結合剤、例えば、多糖類およびその誘導体などがさらに用いられてもよい。１つの特定の実施形態では、多糖類は、非イオン性セルロースエーテル、例えばアルキルセルロースエーテル（例えば、メチルセルロースおよびエチルセルロース）；ヒドロキシアルキルセルロースエーテル（例えば、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルヒドロキシブチルセルロース、ヒドロキシエチルヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルヒドロキシブチルセルロース、ヒドロキシエチルヒドロキシプロピルヒドロキシブチルセルロース、など）；アルキルヒドロキシアルキルセルロースエーテル（例えば、メチルヒドロキシエチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、エチルヒドロキシプロピルセルロース、メチルエチルヒドロキシエチルセルロース、およびメチルエチルヒドロキシプロピルセルロース）；カルボキシアルキルセルロースエーテル（例えば、カルボキシメチルセルロース）；など、ならびに前述のもののいずれかのプロトン化塩、例えば、カルボキシルメチルセルロースナトリウムなどであり得る。

[064]必要に応じて、他の材料が、さらに、炭素質材料の活性炭層内で用いられてもよい。例えば、特定の実施形態では、導電性促進剤が、導電率をさらに増加させるために用いられてもよい。例示的な導電性促進剤は、例えば、カーボンブラック、グラファイト（天然または人工）、グラファイト、カーボンナノチューブ、ナノワイヤまたはナノチューブ、金属繊維、グラフェン、など、ならびにそれらの混合物を含むことができる。ある実施形態では、カーボンブラックが特に適している。別の実施形態では、カーボンナノチューブが特に適している。使用される場合、導電性促進剤は、一般に、炭素質コーティングの炭素の１００部当たり、約６０部以下、例えば約４０部以下、例えば約３０部以下、例えば約２５部以下、例えば約２０部以下～約１部以上、例えば約５部以上を構成する。導電性促進剤は、例えば、炭素質コーティングの全重量の約１５重量％以下、例えば約１０重量％以下、例えば約８重量％以下、例えば約５重量％以下、例えば約４重量％以下を構成し得る。導電性促進剤は、炭素質コーティングの全重量の約０．１重量％以上、例えば約０．５重量％以上、例えば約１重量％以上を構成し得る。一方では、活性炭粒子は、同様に、一般に、炭素質コーティングの全重量の８５重量％以上、例えば約９０重量％以上、例えば約９５重量％以上、例えば約９７重量％以上を構成する。活性炭粒子は、炭素質コーティングの全重量の１００重量％未満、例えば約９９．５重量％以下、例えば約９９重量％以下、例えば約９８重量％以下を構成し得る。

[065]炭素質材料が集電子の側面上にコーティングされる特定の方法は、当業者によく知られているように、例えば、印刷（例えば、輪転グラビア）、噴霧、スロットダイコーティング、ドロップコーティング、ディップコーティング、など様々であってもよい。塗布される方法にかかわらず、結果として得られる電極は、一般に、コーティングから水分を取り除くために、例えば、約１００℃以上、実施形態によっては約２００℃以上、および実施形態によっては約３００℃～約５００℃の温度で乾燥される。電極はまた、ウルトラキャパシタの体積効率を最適化するために圧縮され（例えば、カレンダー加工され）得る。オプションの圧縮の後、各炭素質コーティングの厚さは、通常、ウルトラキャパシタの所望の電気性能および動作範囲に基づいて変わってもよい。しかしながら、一般に、コーティングの厚さは、約２０～約２００マイクロメートル、３０～約１５０マイクロメートル、実施形態によっては約４０～約１００マイクロメートルである。コーティングは、集電子の片側または両側に存在することができる。いずれにしても、全体的な電極の厚さ（オプションの圧縮の後の集電子および炭素質コーティングを含む）は、一般に、約２０～約３５０マイクロメートル、実施形態によっては約３０～約３００マイクロメートル、および実施形態によっては約５０～約２５０マイクロメートルの範囲内にある。

[066]セパレータ
[067]上述で示されたように、電極アセンブリは、第１の電極と第２の電極との間に配置されたセパレータを含むことができる。セパレータは、ある電極を別の電極から電気的に分離することを可能にして、電気的短絡を防止するのに役立ち、しかし、依然として、２つの電極間のイオンの輸送を可能にすることができる。特定の実施形態では、例えば、セルロース繊維材料（例えば、エアレイドペーパーウェブ、ウェットレイドペーパーウェブ、など）、不織布繊維材料（例えば、ポリオレフィン不織布ウェブ）、織物、フィルム（例えば、ポリオレフィンフィルム）、などを含むセパレータが用いられ得る。天然繊維、合成繊維、などを含むものなどのセルロース繊維材料は、ウルトラキャパシタで使用するのに特に適している。セパレータで使用するための好適なセルロース系繊維の具体的な例は、例えば、広葉樹パルプ繊維、針葉樹パルプ繊維、レーヨン繊維、再生セルロース繊維、などを含むことができる。

[068]用いられる特定の材料にかかわらず、セパレータは、一般に、約１５０マイクロメートル以下、例えば約１００マイクロメートル以下、例えば約８０マイクロメートル以下、例えば約５０マイクロメートル以下、例えば約４０マイクロメートル以下、例えば約３０マイクロメートル以下の厚さを有する。セパレータは、約１マイクロメートル以上、例えば約５マイクロメートル以上、例えば約１０マイクロメートル以上、例えば約２０マイクロメートル以上の厚さを有することができる。

[069]非水電解質
[070]加えて、ウルトラキャパシタは、ハウジング内で用いられる電解質をさらに含むことができる。電解質は、通常、本質的に非水性であり、したがって、少なくとも１つの非水溶媒を含む。ウルトラキャパシタの動作温度範囲を広げるのに役立つために、一般に、非水溶媒は、約１５０℃以上、実施形態によっては約２００℃以上、および実施形態によっては約２００℃～約３００℃などの比較的高い沸点を有することが望ましい。特に好適な高沸点溶媒は、例えば、環状カーボネート溶媒、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、などを含むことができる。プロピレンカーボネートは、高い電気伝導度および分解電圧、ならびに広い範囲の温度にわたって使用され得ることのために特に適している。当然、他の非水溶媒がまた、単独でまたは環状カーボネート溶媒と組み合わせて用いられてもよい。そのような溶媒の例は、例えば、開鎖カーボネート（例えば、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、など）、脂肪族モノカルボキシレート（例えば、メチルアセテート、メチルプロピオネート、など）、ラクトン溶媒（例えば、ブチロラクトン、バレロラクトン、など）、ニトリル（例えば、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、３－メトキシプロピオニトリル、など）、アミド（例えば、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ－ジエチルアセトアミド、Ｎ－メチルピロリジノン）、アルカン（例えば、ニトロメタン、ニトロエタン、など）、イオウ化合物（例えば、スルホラン、ジメチルスルホキシド、など）、などを含むことができる。

[071]電解質は、非水溶媒に溶解され得る少なくとも１つのイオン性液体をさらに含む。イオン性液体の濃度は多様であり得るが、一般に、イオン性液体は比較的高い濃度で存在することが望ましい。例えば、イオン性液体は、電解質の約０．８モル／リットル（Ｍ）以上、実施形態によっては約１．０Ｍ以上、例えば約１．２Ｍ以上、例えば約１．３Ｍ以上、例えば約１．５Ｍ以上の量で存在することができる。イオン性液体は、約２．０Ｍ以下、例えば約１．８Ｍ以下、例えば約１．５Ｍ以下、例えば約１．４Ｍ以下、例えば約１．３Ｍ以下の量で存在することができる。

[072]イオン性液体は、通常、約４００℃以下、実施形態によっては約３５０℃以下、実施形態によっては約１℃～約１００℃、および実施形態によっては約５℃～約５０℃などの比較的低い溶融温度を有する塩である。塩は、カチオン種および対イオンを含む。カチオン種は、「カチオン中心」として少なくとも１つのヘテロ原子（例えば、窒素またはリン）を有する化合物を含む。そのようなヘテロ原子化合物の例は、例えば、非置換または置換有機第４級アンモニウム化合物（ｏｒｇａｎｏｑｕａｔｅｒｎａｒｙ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、例えば、アンモニウム（例えば、トリメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、など）、ピリジニウム、ピリダジニウム、ピラミジニウム、ピラジニウム、イミダゾリウム、ピラゾリウム、オキサゾリウム、トリアゾリウム、チアゾリウム、キノリニウム、ピペリジニウム、ピロリジニウム、２つ以上の環がスピロ原子（例えば、炭素、ヘテロ原子、など）によって一緒に接続されている第四級アンモニウムスピロ化合物、第四級アンモニウム縮合環構造（例えば、キノリニウム、イソキノリニウム、など）、などを含む。１つの特定の実施形態では、例えば、カチオン種はＮ－スピロ二環式化合物、例えば環式環を有する対称または非対称Ｎ－スピロ二環式化合物であってもよい。そのような化合物の１つの例は、以下の構造の

を有し、ここで、ｍおよびｎは、独立して、３から７の数であり、いくつかの実施形態では４から５である（例えば、ピロリジニウムまたはピペリジニウム）である。

[073]カチオン種に好適な対イオンは、同様に、ハロゲン（例えば、クロリド、ブロミド、ヨージド、など）；サルフェートまたはスルホネート（例えば、メチルサルフェート、エチルサルフェート、ブチルサルフェート、ヘキシルサルフェート、オクチルサルフェート、ハイドロジェンサルフェート、メタンスルホネート、ドデシルベンゼンスルホネート、ドデシルスルフェート、トリフルオロメタンスルフォネート、ヘプタデカフルオロオクタンスルフォネート、ソジウムドデシルエトキシスルフォネート、など）；スルホスクシネート；アミド（例えば、ジシアナミド）；イミド（例えば、ビス（ペンタフルオロエチル－スルホニル）イミド、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、ビス（トリフルオロメチル）イミド、など）；ボレート（例えば、テトラフルオロボレート、テトラシアノボレート、ビス［オキサラト］ボレート、ビス［サリチラト］ボレート、など）；ホスフェートまたはホスフィネート（例えば、ヘキサフルオロホスフェート、ジエチルホスフェート、ビス（ペンタフルオロエチル）ホスフィネート、トリス（ペンタフルオロエチル）－トリフルオロホスフェート、トリス（ノナフルオロブチル）トリフルオロホスフェート、など）；アンチモネート（例えば、ヘキサフルオロアンチモネート）；アルミネート（例えば、テトラクロロアルミネート）；脂肪酸カルボキシレート（例えば、オレエート、イソステアレート、ペンタデカフルオロオクタノエート、など）；シアネート；アセテート；など、ならびに前述のいずれかの組合せを含むことができる。

[074]好適なイオン性液体のいくつかの例は、例えば、スピロ－（１，１’）－ビピロリジニウムテトラフルオロボレートトリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレートスピロ－（１，１’）－ビピロリジニウムヨージド、トリエチルメチルアンモニウムヨージド、テトラエチルアンモニウムヨージド、メチルトリエチルアンモニウムテトラフルオロボレートテトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラエチルアンモニウムヘキサフルオロホスフェート、などを含むことができる。

[075]ハウジング
[076]本発明のウルトラキャパシタは、電極アセンブリおよび電解質が保持されるハウジングを用いる。構成要素がハウジングに挿入される方法は、当技術分野で知られているように多様であり得る。例えば、電極およびセパレータは、電極アセンブリを形成するために、最初に、折り畳まれるか、巻かれるか、またはさもなければ一緒に接触されてもよい。電解質が、オプションとして、アセンブリの電極中に浸漬されてもよい。１つの特定の実施形態では、電極、セパレータ、およびオプションの電解質が、「ゼリーロール」構成を有する電極アセンブリ内に巻かれてもよい。図９を参照すると、例えば、第１の電極１１０２と、第２の電極１１０４と、電極１１０２と電極１１０４との間に配置されたセパレータ１１０６とを含むそのようなゼリーロール電極アセンブリ１１００の１つの実施形態が示される。この特定の実施形態では、電極アセンブリ１１００は、第２の電極１１０４上に配置された別のセパレータ１１０８をさらに含む。このようにして、電極の２つのコーティングされた表面の各々は、セパレータによって分離され、それによって、単位体積当たりの表面積およびキャパシタンスを最大化する。決して必須ではないが、電極１１０２および１１０４は、この実施形態では、それぞれ、第１のセパレータ１１０６および第２のセパレータ１１０８の第１の縁部および第２の縁部を越えて延びるそれぞれの接触縁部を残すようにオフセットされる。とりわけ、これは、電極間の電流の流れによる「短絡」を防止するのに役立つことができる。しかしながら、他の構成も利用され得ることを理解されたい。例えば、別の実施形態では、電極、セパレータ、およびオプションの電解質は、層状構成（ｌａｍｉｎａｒ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）を有する電極アセンブリとして提供されてもよい。

[077]本明細書に示されるように、構成要素は、ウルトラキャパシタのハウジング内に設けられ、オプションとして、気密に封止され得る。ハウジングの性質は、所望に応じて変わってもよい。特定の実施形態では、例えば、ハウジングは、ウルトラキャパシタの構成要素を囲う可撓性パッケージの形態のものとすることができる。図６を参照すると、例えば、電極アセンブリ１０２および電解質１１２を囲う可撓性パッケージ１０３を含むウルトラキャパシタ１０１の１つの実施形態が示される。電極アセンブリ１０２は、対面構成で積み重ねられ、対向するタブ１０４によって一緒に接続される電極１０５および１０６ならびにセパレータ（図示せず）を含むことができる。ウルトラキャパシタ１０１はまた、第１の端子１０５および第２の端子１０６を含み、それらは、タブ１０４にそれぞれ電気的に接続される。より詳細には、電極１０５および１０６は、パッケージ１０３内に配置された第１の端部１０７および１０８と、パッケージ１０３の外に配置されたそれぞれの第２の端部１０９および１１０とを有する。積み重ねとは別に、電極アセンブリは、所望の任意の他の形態で設けられてもよいことを理解されたい。例えば、電極は、ゼリーロール構成で一緒に折り畳まれるかまたは巻かれてもよい。

[078]パッケージ１０３は、通常、２つの端部１１５と１１６との間に延び、縁部１１７、１１８、１１９、および１２０を有する基板１１４を含む。端部１１５および１１６、ならびに重なり合う両側１１９および１２０の部分は、互いに固定的および封止的に当接される（例えば、熱溶着によって）。このようにして、電解質１１２は、パッケージ１０３内に保持され得る。基板１１４は、一般に、約２０マイクロメートル以上から、例えば約５０マイクロメートル以上、例えば約１００マイクロメートル以上、例えば約２００マイクロメートル以上、約１０００マイクロメートル以下、約８００マイクロメートル以下、約６００マイクロメートル以下、約４００マイクロメートル以下、約２００マイクロメートル以下の厚さを有する。

[079]基板１１４は、所望のレベルのバリア性を達成するために望ましい任意の数の層、例えば１層以上、実施形態によっては２層以上、および実施形態によっては、２～４層を含むことができる。一般に、基板は、バリア層を含み、バリア層は、アルミニウム、ニッケル、タンタル、チタン、ステンレス鋼、などのような金属を含むことができる。そのようなバリア層は、通常、電解質の漏洩を阻止することができるように電解質に対して不透過性であり、そして、通常、水および他の汚染物質に対しても不透過性である。必要に応じて、基板は、さらに、パッケージのための保護層として機能する外層を含んでもよい。このようにして、バリア層は、外層と電極アセンブリとの間に位置づけられる。外層は、例えば、ポリオレフィン（例えば、エチレンコポリマー、プロピレンコポリマー、プロピレンホモポリマー、など）、ポリエステル、などから形成されるものなどのポリマーフィルムから形成され得る。特に適切なポリエステルフィルムは、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、などを含むことができる。

[080]必要に応じて、基板は、さらに、電極アセンブリとバリア層との間に位置づけられる内層を含むことができる。特定の実施形態では、内層は、熱封止可能なポリマーを含むことができる。適切な熱封止可能なポリマーは、例えば、ビニルクロライドポリマー、ビニルクロリジンポリマー、アイオノマーなどを含むことができる。アイオノマーは特に適切である。１つの実施形態では、例えば、アイオノマーは、α－オレフィンおよび（メタ）アクリル酸の繰り返し単位を含むコポリマーであり得る。具体的なα－オレフィンは、エチレン、プロピレン、１－ブテン；３－メチル－１－ブテン；３，３－ジメチル－１－ブテン；１－ペンテン；１つまたは複数のメチル、エチル、またはプロピル置換基をもつ１－ペンテン；１つまたは複数のメチル、エチル、またはプロピル置換基をもつ１－ヘキセン；１つまたは複数のメチル、エチル、またはプロピル置換基をもつ１－ヘプテン；１つまたは複数のメチル、エチル、またはプロピル置換基をもつ１－オクテン；１つまたは複数のメチル、エチル、またはプロピル置換基をもつ１－ノネン；エチル、メチル、またはジメチル置換１－デセン；１－ドデケン；およびスチレンを含むことができる。エチレンは特に適切である。上記のように、コポリマーは、さらに、（メタ）アクリル酸の繰り返し単位とすることができる。本明細書で使用される「（メタ）アクリル」という用語は、アクリルモノマーおよびメタクリルモノマー、ならびにそれらの塩またはエステル、例えば、アクリレートモノマーおよびメタクリレートモノマーなどを含む。そのような（メタ）アクリルモノマーの例は、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ｎ－プロピルアクリレート、ｉ－プロピルアクリレート、ｎ－ブチルアクリレート、ｓ－ブチルアクリレート、ｉ－ブチルアクリレート、ｔ－ブチルアクリレート、ｎ－アミルアクリレート、ｉ－アミルアクリレート、イソボルニルアクリレート、ｎ－ヘキシルアクリレート、２－エチルブチルアクリレート、２－エチルヘキシルアクリレート、ｎ－オクチルアクリレート、ｎ－デシルアクリレート、メチルシクロヘキシルアクリレート、シクロペンチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、２－ヒドロキシエチルメタクリレート、ｎ－プロピルメタクリレート、ｎ－ブチルメタクリレート、ｉープロピルメタクリレート、ｉーブチルメタクリレート、ｎ－アミルメタクリレート、ｎ－ヘキシルメタクリレート、アミルメタクリレート、ｓ－ブチル－メタクリレート、ｔ－ブチルメタクリレート、２ーエチルブチルメタクリレート、メチルシクロヘキシルメタクリレート、シンナミルメタクリレート、クロチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、シクロペンチルメタクリレート、２ーエトキシエチルメタクリレート、イソボルニルメタクリレート、など、ならびにそれらの組合せを含むことができる。一般に、α－オレフィン／（メタ）アクリル酸コポリマーは、アイオノマーを形成するために金属イオンで少なくとも部分的に中和される。適切な金属イオンは、例えば、アルカリ金属（例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、など）、アルカリ土類金属（例えば、カルシウム、マグネシウム、など）、遷移金属（例えば、マンガン、亜鉛、など）、など、ならびにそれらの組合せを含むことができる。金属イオンは、金属ホルメート、アセテート、ニトレート、カーボネート、ハイドロジェンカーボネート、オキシド、ヒドロキシド、アルコキシド、などのようなイオン化合物によって提供され得る。

[081]上述したものなどの可撓性パッケージとは別に、他のハウジング構成が、さらに、用いられてもよい。例えば、ハウジングは、タンタル、ニオビウム、アルミニウム、ニッケル、ハフニウム、チタン、銅、銀、鋼（例えば、ステンレス）、それらの合金、それらの複合材（例えば、導電性酸化物でコーティングされた金属）、などから形成されたものなどの金属容器（「缶」）を含むことができる。アルミニウムは、本発明で使用するのに特に適している。金属容器は、円筒状、Ｄ字形、などの様々な異なる形状のうちのいずれかを有することができる。円筒形状の容器が特に適している。

[082]電極アセンブリは、様々な異なる技法を使用して、円筒状ハウジング内に封止され得る。図５を参照すると、電極アセンブリ２１０８を含むウルトラキャパシタの１つの実施形態が示されており、電極アセンブリ２１０８は、上述で論じられように、ゼリーロール構成で一緒に巻かれた層２１０６を含む。この特定の実施形態では、ウルトラキャパシタは、第１の集電子ディスク２１１４を含み、第１の集電子ディスク２１１４は、ディスク形状部分２１３４、スタッド部分２１３６、および締結具２１３８（例えば、ねじ）を含む。集電子ディスク２１１４は、電極アセンブリの中心に形成された中空コア２１６０の第１の端部と位置合わせされ、次いで、スタッド部分２１３６が、コアの開口内に挿入され、その結果、ディスク形状部分２１３４が、第１の接触縁部２１１０において電極アセンブリ２１０８の第１の端部に着座する。リッド２１１８が、第１の端子柱２１１６に溶接され（例えば、レーザ溶接され）、例えばねじ付きとすることができるソケットが、締結具２１３８に結合される。ウルトラキャパシタは、さらに、第２の集電子ディスク２１２０を含み、第２の集電子ディスク２１２０は、ディスク形状部分２１４２、スタッド部分２１４０、および第２の端子柱２１４４を含む。第２の集電子ディスク２１２０は、中空コア２１６０の第２の端部と位置合わせされ、次いで、スタッド部分２１４０が、コアの開口内に挿入され、その結果、集電子ディスク部分２１４２が電極アセンブリ２１０８の第２の端部に着座する。

[083]その後、金属容器２１２２（例えば、円筒形状缶）は、電極アセンブリ２１０８上を滑るように進み、その結果、第２の集電子ディスク２１２０が、最初に容器２１２２に入り、第１の絶縁ワッシャ２１２４を通過し、容器２１２２の端部の軸方向孔を通過し、次いで、第２の絶縁ワッシャ２１２６を通過する。第２の集電子ディスク２１２０は、さらに、平ワッシャ２１２８およびばねワッシャ２１３０を通過する。ロックナット２１３２が、ばねワッシャ２１３０上で締められ、それが、ばねワッシャ２１３０を平ワッシャ２１２８に押し付け、その結果として、平ワッシャ２１２８が、第２の絶縁ワッシャ２１２６に押し付けられる。第２の絶縁ワッシャ２１２６は、金属容器２１２２の軸方向孔の外周に押し付けられ、第２の集電子ディスク２１２０がこの圧縮力によって軸方向孔の方に引かれるとき、第１の絶縁ワッシャ２１２４は、第２の集電子ディスク２１２０と、容器２１２２の軸方向孔の内周との間に押し付けられる。第１の絶縁ワッシャ２１２４上のフランジは、第２の集電子ディスク２１２０と軸方向孔のリムとの間の電気的接触を阻止する。同時に、リッド２１１８は、容器２１２２の開口に引き込まれ、その結果、リッド２１１８のリムが、容器２１２２の開口のリップのすぐ内側に着座する。次いで、リッド２１１８のリムは、容器２１２２の開口のリップに溶接される。

[084]ロックナット２１３２が、ばねワッシャ２１３０に対して締められた後、気密封止が、軸方向孔と、第１の絶縁ワッシャ２１２４と、第２の絶縁ワッシャ２１２６と、第２の集電子ディスク２１２０との間に形成され得る。同様に、容器２１２２のリップへのリッド２１１８の溶接、および第１の端子柱２１１６へのリッド２１１８の溶接は、別の気密封止を形成することができる。リッド２１１８の孔２１４６は、上述の電解質の注入口として機能するように開いたままとすることができる。電解質が缶に入った（すなわち、上述のように真空下で缶に引き込まれた）後、ブッシング２１４８が、孔２１４６に挿入され、孔２１４６の内縁でフランジ２１５０に着座される。ブッシング２１４８は、例えば、プラグ２１５２を受け入れるように作られた中空円筒の形状とすることができる。円筒の形状であるプラグ２１５２は、ブッシング２１４８の中心に押し込まれ、それによって、ブッシング２１４８を孔２１４６の内部に押し付け、孔２１４６とブッシング２１４８とプラグ２１５２との間に気密封止を形成する。プラグ２１５２およびブッシング２１４８は、規定レベルの圧力がウルトラキャパシタ内で到達されたときに外れるように選択され、それによって、過剰圧力安全機構を形成することができる。

[085]上述の実施形態は、通常、ウルトラキャパシタの単一の電極アセンブリの使用に関する。しかしながら、当然、本発明のキャパシタは、２つ以上の電極アセンブリを含むこともできることを理解されたい。例えば、１つのそのような実施形態では、例えば、ウルトラキャパシタは、同じであってもよく異なっていてもよい２つ以上の電極アセンブリのスタックを含むことができる。

[086]特性および用途
[087]本発明に従って利用されるウルトラキャパシタは、特に高温にさらされたときに優れた電気特性を示すことができる。例えば、ウルトラキャパシタは、２３℃の温度、１２０Ｈｚの周波数、および印加電圧なしで測定されて、約６ファラド／立方センチメートル（「Ｆ／ｃｍ^３」）以上、実施形態によっては約８Ｆ／ｃｍ^３以上、実施形態によっては約９～約１００Ｆ／ｃｍ^３、および実施形態によっては約１０～約８０Ｆ／ｃｍ^３のキャパシタンスを示すことができる。ウルトラキャパシタはまた、２３℃の温度、１ｋＨｚの周波数、および印加電圧なしで決定されて、低い等価直列抵抗（「ＥＳＲ」）、例えば約１５０ｍｏｈｍ以下、実施形態によっては約１２５ｍｏｈｍ以下、実施形態によっては約０．０１～約１００ｍｏｈｍ、および実施形態によっては約０．０５～約７０ｍｏｈｍを有することができる。上述で示されたように、結果として得られるウルトラキャパシタは、改善されたキャパシタンスおよびＥＳＲ値などの多種多様な有益な電気特性を示すことができる。特に、ウルトラキャパシタは、高温にさらされたときでさえ、優れた電気特性を示すことができる。例えば、ウルトラキャパシタは、約８０℃以上から、実施形態によっては約１００℃～約１５０℃、および実施形態によっては約１０５℃～約１３０℃（例えば、８５℃または１０５℃）の温度を有する雰囲気と接触するように配置され得る。キャパシタンスおよびＥＳＲ値は、そのような温度において、かなりの期間、例えば約１００時間以上、実施形態によっては約３００時間～約５０００時間、および実施形態によっては約６００時間から約４５００時間（例えば、１６８、３３６、５０４、６７２、８４０、１００８、１５１２、２０４０、３０２４、または４０３２時間）安定のままであり得る。

[088]１つの実施形態では、例えば、１００８時間高温雰囲気（例えば、８５℃または１０５℃）にさらされた後のウルトラキャパシタのキャパシタンス値の、最初に高温雰囲気にさらされたときのウルトラキャパシタのキャパシタンス値に対する比は、約０．７５以上、実施形態によっては約０．８～１．０、および実施形態によっては約０．８５～１．０である。そのような高いキャパシタンス値は、電圧の印加時および／または多湿雰囲気などの様々な極端な条件下でも維持され得る。例えば、高温雰囲気（例えば、８５℃または１０５℃）および印加電圧にさらされた後のウルトラキャパシタのキャパシタンス値の、高温雰囲気にさらされたが電圧を印加される前のときのウルトラキャパシタの初期のキャパシタンス値に対する比は、約０．６０以上、実施形態によっては約０．６５～１．０、および実施形態によっては約０．７～１．０であり得る。電圧は、例えば、約１ボルト以上、実施形態によっては約１．５ボルト以上、および実施形態によっては約２～約１０ボルト（例えば、２．１ボルト）であり得る。１つの実施形態では、例えば、上記の比は、１００８時間以上維持され得る。ウルトラキャパシタはまた、高湿レベルにさらされたときに、例えば、約４０％以上、実施形態によっては約４５％以上、実施形態によっては約５０％以上、および実施形態によっては約７０％以上（例えば、約８５％～１００％）の相対湿度を有する雰囲気と接触して配置されたときなどに、上記のキャパシタンス値を維持することができる。相対湿度は、例えば、ＡＳＴＭ Ｅ３３７－０２、Ｍｅｔｈｏｄ Ａ（２００７）に従って決定され得る。例えば、高温雰囲気（例えば、８５℃または１０５℃）および高湿（例えば、８５％）にさらされた後のウルトラキャパシタのキャパシタンス値の、高温雰囲気にさらされたが高湿にさらされる前のときのウルトラキャパシタの初期のキャパシタンス値に対する比は、約０．７以上、実施形態によっては約０．７５～１．０、および実施形態によっては約０．８０～１．０であり得る。１つの実施形態では、例えば、この比は、１００８時間以上維持され得る。

[089]ＥＳＲはまた、上記されたものなどのかなりの期間そのような温度で安定なままであり得る。１つの実施形態では、例えば、１００８時間高温雰囲気（例えば、８５℃または１０５℃）にさらされた後のウルトラキャパシタのＥＳＲの、最初に高温雰囲気にさらされたときのウルトラキャパシタのＥＳＲに対する比は、約１．５以下、実施形態によっては約１．２以下、および実施形態によっては約０．２～約１である。特に、そのような低いＥＳＲ値は、上述のような高電圧の印加時、および／または多湿雰囲気などの様々な極端な条件下でも維持され得る。例えば、高温雰囲気（例えば、８５℃または１０５℃）および印加電圧にさらされた後のウルトラキャパシタのＥＳＲの、高温雰囲気にさらされたが電圧を印加される前のときのウルトラキャパシタの初期ＥＳＲに対する比は、約１．８以下、実施形態によっては約１．７以下、および実施形態によっては約０．２～約１．６であり得る。１つの実施形態では、例えば、上記の比は、１００８時間以上維持され得る。ウルトラキャパシタはまた、高湿レベルにさらされたとき上記のＥＳＲ値を維持することができる。例えば、高温雰囲気（例えば、８５℃または１０５℃）および高湿（例えば、８５％）にさらされた後のウルトラキャパシタのＥＳＲの、高温雰囲気にさらされたが高湿にさらされる前のときのウルトラキャパシタの初期のキャパシタンス値に対する比は、約１．５以下、実施形態によっては約１．４以下、および実施形態によっては約０．２～約１．２であり得る。１つの実施形態では、例えば、この比は、１００８時間以上維持され得る。

[090]さらに、本明細書に開示される表面実装型ウルトラキャパシタデバイスは、プリント回路基盤などの回路基盤上に実装され得る。一般に、回路基盤は、上面および下面を有する基板（例えば、絶縁層）、ならびにそこに画定された複数の電流経路を含む。デバイスの外部終端は、回路基盤の所定の電流経路とそれぞれ電気的に連通する。加えて、デバイスの外部終端は、当技術分野で一般に知られている任意の方法、例えば、汎用はんだ付け技法などを使用して、回路基盤に物理的に接続され得る。

[091]本明細書に開示されるデバイスおよび回路基盤は、多くの用途で用いられ得る。１つの例として、これらの用途は、様々な通信デバイスを含むことができる。例えば、それらは、イーサネットシステム、無線ネットワークルータ、光ファイバ通信システム、ストレージデバイス、モバイルデバイス、コンピュータメモリデバイス（例えば、ＲＡＭ）、などを含むことができる。

試験方法
[092]等価直列抵抗（ＥＳＲ）：等価直列抵抗は、０．０ボルト、１．１ボルト、または２．１ボルトのＤＣバイアス（０．５ボルトピークツーピーク正弦波信号）を備えたＫｅｉｔｈｌｅｙ ３３３０ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ＬＣＺメータを使用して測定され得る。動作周波数は１ｋＨｚである。様々な温度および相対湿度レベルが試験され得る。例えば、温度は、２３℃、８５℃、または１０５℃とすることができ、相対湿度は、２５％または８５％とすることができる。

[093]キャパシタンス：キャパシタンスは、０．０ボルト、１．１ボルト、または２．１ボルトのＤＣバイアス（０．５ボルトピークツーピーク正弦波信号）を備えたＫｅｉｔｈｌｅｙ ３３３０ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ＬＣＺメータを使用して測定され得る。動作周波数は１２０Ｈｚである。例えば、温度は、２３℃、８５℃、または１０５℃とすることができ、相対湿度は、２５％または８５％とすることができる。

[094]本発明のこれらおよび他の変更および変形は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、当業者によって実践され得る。加えて、様々な実施形態の態様は全体的にまたは部分的に交換され得ることを理解されたい。さらに、当業者は、前述の説明が、単なる例であり、そのような添付の特許請求の範囲にさらに記載されている本発明を限定するものではないことを認識されよう。

Claims (42)

1. 表面実装型ウルトラキャパシタデバイスであって、前記デバイスが、
   上端部を画定するために基部に概ね垂直な方向に延びる側壁を含むパッケージであり、内部空所が、前記基部の内面と、前記側壁との間に画定される、パッケージと、
   前記基部の前記内面上に配置された第１および第２の導電性部材と、
   前記基部の前記外面上にあり、前記第１および第２の導電性部材にそれぞれ電気的に接続された第１および第２の外部終端と、
   前記内部空所内に位置づけられ、ハウジングと、前記ハウジング内の電極アセンブリおよび電解質とを含むウルトラキャパシタであり、前記ウルトラキャパシタが、前記第１および第２の導電性部材にそれぞれ電気的に接続された第１および第２のリード線を含む、ウルトラキャパシタと、
   前記内部空所内に設けられ、前記ウルトラキャパシタの少なくとも一部をカプセル化する樹脂と、
   前記樹脂を通り、前記樹脂の少なくとも表面まで延びる１つまたは複数のベントと
   を含む、表面実装型ウルトラキャパシタデバイス。
2. 前記側壁および前記基部が、セラミック材料を含む、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記側壁および前記基部が、金属を含む、請求項１に記載のデバイス。
4. 前記第１および第２の導電性部材が、前記基部と概ね平行である平面内に延びる、請求項１～３のいずれかに記載のデバイス。
5. 前記第１および第２の終端が、前記基部と概ね平行である平面内に延びる、請求項１～４のいずれかに記載のデバイス。
6. 前記導電性部材および前記終端が、金属を含む、請求項１～５のいずれかに記載のデバイス。
7. 前記導電性部材が、前記終端を形成するために前記基部を通って延びる、請求項１～６のいずれかに記載のデバイス。
8. 導電性トレースが、前記第１の導電性部材に取り付けられ、前記基部を通って延び、前記第１の外部終端に取り付けられ、さらに、導電性トレースが、前記第２の導電性部材に取り付けられ、前記基部を通って延び、前記第２の外部終端に取り付けられる、請求項１～６のいずれかに記載のデバイス。
9. 前記リード線が、前記ウルトラキャパシタの前記ハウジングの同じ端部から延びる、請求項１～８のいずれかに記載のデバイス。
10. 前記リード線が、前記ウルトラキャパシタの前記ハウジングの対向する端部から延びる、請求項１～９のいずれかに記載のデバイス。
11. 前記樹脂が熱硬化性物質である、請求項１～１０のいずれかに記載のデバイス。
12. 前記樹脂がエポキシ樹脂である、請求項１１に記載のデバイス。
13. 前記樹脂が熱可塑性物質である、請求項１～１０のいずれかに記載のデバイス。
14. 前記樹脂が、前記パッケージの前記内部空所の少なくとも５０体積％を占め、前記内部空所が、前記ウルトラキャパシタの位置づけの後として画定される、請求項１～１３のいずれかに記載のデバイス。
15. 前記樹脂が、前記ウルトラキャパシタの位置づけの後、前記ウルトラキャパシタの露出面積の９０％以上を覆う、請求項１～１４のいずれかに記載のデバイス。
16. 前記１つまたは複数のベントが熱硬化性物質を含む、請求項１～１５のいずれかに記載のデバイス。
17. 前記１つまたは複数のベントが熱可塑性物質を含む、請求項１～１５のいずれかに記載のデバイス。
18. 前記１つまたは複数のベントが、前記樹脂の表面と、前記ウルトラキャパシタの前記ハウジングとの間の距離の７０％以上を延びる、請求項１～１７のいずれかに記載のデバイス。
19. 前記ベントの長さの３０％以下が、前記樹脂の表面から延びる、請求項１～１８のいずれかに記載のデバイス。
20. 前記電極アセンブリが、ゼリーロール構成で設けられる、請求項１～１９のいずれかに記載のデバイス。
21. 前記電極アセンブリが、層状構成で設けられる、請求項１～２０のいずれかに記載のデバイス。
22. 前記電極アセンブリが、第１の炭素質コーティングに電気的に結合された第１の集電子を含む第１の電極と、第２の炭素質コーティングに電気的に結合された第２の集電子を含む第２の電極とを含み、前記第１の集電子および前記第２の集電子が、各々、導電性金属を含む基板と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置づけられたセパレータとを含む、請求項１～２１のいずれかに記載のデバイス。
23. 前記導電性金属が、アルミニウムまたはその合金である、請求項２２に記載のデバイス。
24. 複数の繊維状ウィスカが、前記第１の集電子の前記基板、前記第２の集電子の前記基板、または両方から外向きに突き出る、請求項２２または２３に記載のデバイス。
25. 前記ウィスカが、前記導電性金属の炭化物を含む、請求項２４に記載のデバイス。
26. 前記第１の電極、前記第２の電極、またはそれらの組合せの前記炭素質コーティングが、活性炭粒子を含む、請求項２２～２５のいずれかに記載のデバイス。
27. 前記活性炭粒子の少なくとも５０体積％が、約０．０１～約３０マイクロメートルのサイズを有する、請求項２６に記載のデバイス。
28. 前記活性炭粒子が、複数の細孔を含み、約２ナノメートル以下のサイズを有する細孔の量が、全細孔体積の約５０体積％以下であり、約２ナノメートル～約５０ナノメートルのサイズを有する前記細孔の量が、前記全細孔体積の約２０体積％～約８０体積％であり、約５０ナノメートル以上のサイズを有する前記細孔の量が、前記全細孔体積の約１体積％～約５０体積％である、請求項２６または２７に記載のデバイス。
29. 前記電解質が、非水溶媒およびイオン液体を含む、請求項１～２８のいずれかに記載のデバイス。
30. 前記溶媒が、カーボネートまたはニトリルを含む、請求項２９に記載のデバイス。
31. 前記イオン液体が、カチオン種および対イオンを含む、請求項２９または３０に記載のデバイス。
32. 前記カチオン種が、有機第４級アンモニウム化合物を含む、請求項３１に記載のデバイス。
33. 前記有機第４級アンモニウム化合物が、以下の構造、すなわち、
    を有し、ここで、ｍおよびｎは、独立して、３～７の数である、請求項３２に記載のデバイス。
34. 前記イオン液体が、約１．０Ｍ以上の濃度で存在する、請求項２９～３３のいずれかに記載のデバイス。
35. 前記セパレータがセルロース繊維材料を含む、請求項２２～３４のいずれかに記載のデバイス。
36. 前記ハウジングが、円筒形金属ハウジングを含む、請求項１～３５のいずれかに記載のデバイス。
37. 前記ハウジングが、約２０マイクロメートル～約１０００マイクロメートルの厚さを有する基板を含む、請求項１～３６のいずれかに記載のデバイス。
38. 前記ハウジングが、金属を含むバリア層を含む基板を含む、請求項３７に記載のデバイス。
39. 前記基板が、ポリオレフィン、ポリエステル、またはそれらの組合せを含む外層をさらに含む、請求項３８に記載のデバイス。
40. 前記基板が、アイオノマーを含む封止層をさらに含む、請求項３８または３９に記載のデバイス。
41. 請求項１～４０のいずれかに記載の前記表面実装型ウルトラキャパシタデバイスを含むプリント回路基盤。
42. 請求項１～４０のいずれかに記載の前記表面実装型ウルトラキャパシタデバイスを含む通信デバイス。

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