JP3244691B2 - 電気二重層コンデンサ - Google Patents
電気二重層コンデンサInfo
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Description
【０００１】
本発明は電気二重層コンデンサ、特に大型の電気二重
層コンデンサに関する。
層コンデンサに関する。
【０００２】
従来、大電流放電の用途に適する大型の電気二重層コ
ンデンサは、第６図に示すような円筒形構造が採用され
ていた。すなわち、金属集電体１、１′の両面に活性炭
を主成分とする電極層を形成した帯状の正極２と、これ
と同じ構成からなる帯状の負極３とを、間に帯状セパレ
ータ４を挟み込んでうず巻き状に巻回した後、有底円筒
状の金属ケース５の中に納め、電解液を含浸させた後、
正極２及び負極３の金属集電体１、１′より引き出され
たリード６、６′を電気絶縁性の蓋体８に設けられた外
部端子９、９′にそれぞれ接続し、蓋体８を金属ケース
５に嵌合し、蓋体８と金属ケース５の開口部を気密に封
口している。
ンデンサは、第６図に示すような円筒形構造が採用され
ていた。すなわち、金属集電体１、１′の両面に活性炭
を主成分とする電極層を形成した帯状の正極２と、これ
と同じ構成からなる帯状の負極３とを、間に帯状セパレ
ータ４を挟み込んでうず巻き状に巻回した後、有底円筒
状の金属ケース５の中に納め、電解液を含浸させた後、
正極２及び負極３の金属集電体１、１′より引き出され
たリード６、６′を電気絶縁性の蓋体８に設けられた外
部端子９、９′にそれぞれ接続し、蓋体８を金属ケース
５に嵌合し、蓋体８と金属ケース５の開口部を気密に封
口している。
【０００３】
しかし、このような従来型のコンデンサにおいては、
うず巻き状に巻回する必要があることから、金属集電体
の厚さはおのずと限定され、最大でも0.15mm程度であっ
たため、大電流放電時のオーム損が大きく、出力が低下
してしまうという問題があった。
うず巻き状に巻回する必要があることから、金属集電体
の厚さはおのずと限定され、最大でも0.15mm程度であっ
たため、大電流放電時のオーム損が大きく、出力が低下
してしまうという問題があった。
【０００４】 また、帯状の正極又は負極から効率よく外部端子へ電
流を取り出すためには、電極の長手方向の数ヵ所からリ
ードを引き出す必要があり、リード数が少ない場合はオ
ーム損が大きく出力が低下し、リード数を増やした場合
はオーム損はある程度低減できるものの、電極の巻回作
業と外部端子へのリードの接続作業が大変困難であると
いう問題があった。
流を取り出すためには、電極の長手方向の数ヵ所からリ
ードを引き出す必要があり、リード数が少ない場合はオ
ーム損が大きく出力が低下し、リード数を増やした場合
はオーム損はある程度低減できるものの、電極の巻回作
業と外部端子へのリードの接続作業が大変困難であると
いう問題があった。
【０００５】 また、電極を巻回するため、特に内側の曲率の小さな
部分で金属集電体から活性炭を含む電極層が剥離及び脱
落してしまうことがあり、コンデンサの信頼性も低下さ
せる原因となっていた。
部分で金属集電体から活性炭を含む電極層が剥離及び脱
落してしまうことがあり、コンデンサの信頼性も低下さ
せる原因となっていた。
【０００６】
本発明は、前述の問題点を解決するためになされたも
ので、金属集電体上に活性炭を主成分とする電極層が形
成された平板状の正極及び負極と、有機電解液と、の界
面に形成される電気二重層に電荷を蓄積するとを利用す
る電気二重層コンデンサであって、正極及び負極はセパ
レータを間に介在させて複数交互に積層され、有機電解
液とともにケースに収容されて該ケースと蓋体により密
閉されており、前記電極層はバインダとしてポリテトラ
フルオロエチレンを含んでおり、前記電極層は間にカー
ボン層を介して前記金属集電体上に形成されており、前
記金属集電体は表面に電極層が形成されていない突起部
を有していて、正極及び負極の前記突起部はそれぞれ正
極リード及び負極リードとして機能し、複数の前記正極
リード及び複数の前記負極リードはそれぞれ１つに結合
されて、前記ケース又は前記蓋体に取り付けられた正極
外部端子及び負極外部端子にそれぞれ接合されているこ
とを特徴とする電気二重層コンデンサを提供する。
ので、金属集電体上に活性炭を主成分とする電極層が形
成された平板状の正極及び負極と、有機電解液と、の界
面に形成される電気二重層に電荷を蓄積するとを利用す
る電気二重層コンデンサであって、正極及び負極はセパ
レータを間に介在させて複数交互に積層され、有機電解
液とともにケースに収容されて該ケースと蓋体により密
閉されており、前記電極層はバインダとしてポリテトラ
フルオロエチレンを含んでおり、前記電極層は間にカー
ボン層を介して前記金属集電体上に形成されており、前
記金属集電体は表面に電極層が形成されていない突起部
を有していて、正極及び負極の前記突起部はそれぞれ正
極リード及び負極リードとして機能し、複数の前記正極
リード及び複数の前記負極リードはそれぞれ１つに結合
されて、前記ケース又は前記蓋体に取り付けられた正極
外部端子及び負極外部端子にそれぞれ接合されているこ
とを特徴とする電気二重層コンデンサを提供する。
【０００７】 第１図に本発明にかかる大型電気二重層コンデンサの
基本構造を示す。ここで用いられる正極10及び負極11
は、第２図に示すように、金属集電体12の両側に活性炭
を主成分とする電極層13、13′を形成した平板状電極で
ある。最外部に配置される電極では内側面のみ電極層が
形成される。
基本構造を示す。ここで用いられる正極10及び負極11
は、第２図に示すように、金属集電体12の両側に活性炭
を主成分とする電極層13、13′を形成した平板状電極で
ある。最外部に配置される電極では内側面のみ電極層が
形成される。
【０００８】 ここで用いられる金属集電体12としては、電圧を印加
した際に溶出などが起こらない電気化学的に不活性な金
属が望ましく、ステンレスなどの耐食鋼、Ni,Cuなどを
ベースとする耐食合金、Al,Tiなどの弁作用金属が好適
に用いられる。また、これらの金属集電体は表面が平滑
な平板が用いられるが、電極層との集電効率を上げるた
めにはパンチングメタル、エキスパンドメタル、金属網
などの形状のものが好ましい。
した際に溶出などが起こらない電気化学的に不活性な金
属が望ましく、ステンレスなどの耐食鋼、Ni,Cuなどを
ベースとする耐食合金、Al,Tiなどの弁作用金属が好適
に用いられる。また、これらの金属集電体は表面が平滑
な平板が用いられるが、電極層との集電効率を上げるた
めにはパンチングメタル、エキスパンドメタル、金属網
などの形状のものが好ましい。
【０００９】 金属集電体上に形成される電極層には、電気二重層を
形成し電荷蓄積を行う活性炭粒子が主成分として含ま
れ、これに加えて導電性を付与するためのカーボンブラ
ックやグラファイト粒子などの導電性フィラーが含まれ
ることが好ましい。また、形状を保持するためのバイン
ダとしてはポリテトラフルオロエチレンを添加する。
形成し電荷蓄積を行う活性炭粒子が主成分として含ま
れ、これに加えて導電性を付与するためのカーボンブラ
ックやグラファイト粒子などの導電性フィラーが含まれ
ることが好ましい。また、形状を保持するためのバイン
ダとしてはポリテトラフルオロエチレンを添加する。
【００１０】 電極層の形成方法としては、スプレー法、ドクターブ
レード法、スクリーンプリント法、押出し法などいずれ
でも可能である。この際、金属集電体表面にはあらかじ
めカーボンブラック又はグラファイトなどのカーボン層
を形成しているので、電極層との接触抵抗を低下させる
ことができる。
レード法、スクリーンプリント法、押出し法などいずれ
でも可能である。この際、金属集電体表面にはあらかじ
めカーボンブラック又はグラファイトなどのカーボン層
を形成しているので、電極層との接触抵抗を低下させる
ことができる。
【００１１】 このような構造を基本とする正極10及び負極11から
は、外部端子へ電気的導通を取るためのリード部が金属
集電体の一部から引き出されている。第２図に示すよう
に、金属集電体の一部に突起部を設け、これをリード部
14として作用させることが最も簡便で好ましい方法であ
る。
は、外部端子へ電気的導通を取るためのリード部が金属
集電体の一部から引き出されている。第２図に示すよう
に、金属集電体の一部に突起部を設け、これをリード部
14として作用させることが最も簡便で好ましい方法であ
る。
【００１２】 これらの正極10、負極11は第３図に示すようにセパレ
ータ15を間に介在させて複数の正極と負極とが交互に積
層される。正極側のリード部14及び負極側のリード部1
4′は、第４図に示すように電気溶接などによって１つ
に結合し、同時に外部端子17、17′へ接続するためのリ
ード体16、16′を結合する方法が好ましい。
ータ15を間に介在させて複数の正極と負極とが交互に積
層される。正極側のリード部14及び負極側のリード部1
4′は、第４図に示すように電気溶接などによって１つ
に結合し、同時に外部端子17、17′へ接続するためのリ
ード体16、16′を結合する方法が好ましい。
【００１３】 この結合はボルト締め、又は、はとめ等の機械的接合
法によっても可能である。作業が繁雑になるが、各電極
のリード部２、２′をそれぞれ直接外部端子17、17′へ
１つずつ接合してもよいが、ここで用いられるセパレー
タ材料１には、ガラス、ポリオレフィン系、ポリエステ
ル等の繊維からなる不織布や、ポリオレフィンを延伸し
た微孔性フィルム等が好適に用いられる。
法によっても可能である。作業が繁雑になるが、各電極
のリード部２、２′をそれぞれ直接外部端子17、17′へ
１つずつ接合してもよいが、ここで用いられるセパレー
タ材料１には、ガラス、ポリオレフィン系、ポリエステ
ル等の繊維からなる不織布や、ポリオレフィンを延伸し
た微孔性フィルム等が好適に用いられる。
【００１４】 第４図の積層体は第１図に示す角形ケース18中に収納
され、この中に有機電解液を注入し、該電解液を電極層
中に十分浸透させた後、第１図に示す電気絶縁性の蓋体
４に配設された外部端子17、17′とリード体16、16′を
それぞれ接合した後、蓋体19と角形ケース18とは気密に
封止される。
され、この中に有機電解液を注入し、該電解液を電極層
中に十分浸透させた後、第１図に示す電気絶縁性の蓋体
４に配設された外部端子17、17′とリード体16、16′を
それぞれ接合した後、蓋体19と角形ケース18とは気密に
封止される。
【００１５】 ここで用いられる有機電解液は、リチウムイオン、第
４級ホスホニウムイオン等のカチオンと、BF4-,PF6 -,Cl
O4 -,CF3SO3 -などのアニオンからなる溶質と、プロピレ
ンカーボネート、１−ブチレンカーボネート、スルホラ
ン、アセトニトリル、γ−ブチロラクトン、ジメチルホ
ルムアミドなどの非プロトン性溶媒からなる有機電解液
が好適である。
４級ホスホニウムイオン等のカチオンと、BF4-,PF6 -,Cl
O4 -,CF3SO3 -などのアニオンからなる溶質と、プロピレ
ンカーボネート、１−ブチレンカーボネート、スルホラ
ン、アセトニトリル、γ−ブチロラクトン、ジメチルホ
ルムアミドなどの非プロトン性溶媒からなる有機電解液
が好適である。
【００１６】 角形ケース及び蓋体の材質としては、上記電解液に対
する耐溶剤性が高く、透湿性の低い樹脂が好ましく、ポ
リオレフィン系が好適である。
する耐溶剤性が高く、透湿性の低い樹脂が好ましく、ポ
リオレフィン系が好適である。
【００１７】
本発明において、金属集電体は大電流放電の際のオー
ム損を可能な限り低減できるようその厚みを十分厚くす
ることが可能であり、電極からのリード引き出しを十分
増やすことが可能であるため、大電流放電での効率の高
い高出力のコンデンサ特性を達成しうるものである。
ム損を可能な限り低減できるようその厚みを十分厚くす
ることが可能であり、電極からのリード引き出しを十分
増やすことが可能であるため、大電流放電での効率の高
い高出力のコンデンサ特性を達成しうるものである。
【００１８】
［実施例］ 第２図において、電極層を形成するための正方面100m
m×100mmとリード部として20mm×20mmの正方形突起部か
らなる厚さ0.3mmのステンレス製集電体上の上記電極層
形成面に、活性炭粉末80％とカーボンブラック10％とポ
リテトラフルオロエチレン10％を含む混練物をロール圧
延することにより、電極層の厚さが0.5mmとなるよう集
電体の両面に電極層を形成した正極４枚と片面のみ0.5m
mとなるよう電極層を形成した正極１枚計５枚を作製し
た。
m×100mmとリード部として20mm×20mmの正方形突起部か
らなる厚さ0.3mmのステンレス製集電体上の上記電極層
形成面に、活性炭粉末80％とカーボンブラック10％とポ
リテトラフルオロエチレン10％を含む混練物をロール圧
延することにより、電極層の厚さが0.5mmとなるよう集
電体の両面に電極層を形成した正極４枚と片面のみ0.5m
mとなるよう電極層を形成した正極１枚計５枚を作製し
た。
【００１９】 これと同構成で同形状の負極５枚を作製し、これらの
正極と負極とを、第３図に示すようにポリプロピレン製
不織布をセパレータとして間に介在させ交互に順次積層
し、正極側の５枚のリード部と負極側の５枚のリード部
をそれぞれまとめて電気溶接により接合し、さらにこの
接合部に幅20mm、長さ20mm、厚さ0.5mmのステンレス製
リード体をそれぞれ溶接した。
正極と負極とを、第３図に示すようにポリプロピレン製
不織布をセパレータとして間に介在させ交互に順次積層
し、正極側の５枚のリード部と負極側の５枚のリード部
をそれぞれまとめて電気溶接により接合し、さらにこの
接合部に幅20mm、長さ20mm、厚さ0.5mmのステンレス製
リード体をそれぞれ溶接した。
【００２０】 その後、１モル／リットルの（C2H5）4PBF4を含むプ
ロピレンカーボネート溶液を電解液として積層体中に含
浸させ、幅110mm、高さ140mm、厚さ38mmのポリエチレン
製角形ケース中に納め、ポリエチレン製蓋体に気密に配
設された正極、負極のステンレス製外部端子へ正極、負
極のリード体をそれぞれ電気溶接により接合し、蓋体と
角形ケースを熱溶接して気密に封止し放電容量2200Fの
電気二重層コンデンサを得た。
ロピレンカーボネート溶液を電解液として積層体中に含
浸させ、幅110mm、高さ140mm、厚さ38mmのポリエチレン
製角形ケース中に納め、ポリエチレン製蓋体に気密に配
設された正極、負極のステンレス製外部端子へ正極、負
極のリード体をそれぞれ電気溶接により接合し、蓋体と
角形ケースを熱溶接して気密に封止し放電容量2200Fの
電気二重層コンデンサを得た。
【００２１】 ［比較例］ 第６図のごとく、長さ1000mm、幅90mm、厚さ0.15mmの
アルミニウム製集電体の端部から約250mmおきの３ヵ所
に幅10mm、長さ30mm、厚さ0.2mmのアルミニウム製リー
ド体を電気溶接により接合し、この両側に実施例と同様
にして同組成の電極層を0.3mmの厚さで形成し、帯状の
正極および負極を得た。
アルミニウム製集電体の端部から約250mmおきの３ヵ所
に幅10mm、長さ30mm、厚さ0.2mmのアルミニウム製リー
ド体を電気溶接により接合し、この両側に実施例と同様
にして同組成の電極層を0.3mmの厚さで形成し、帯状の
正極および負極を得た。
【００２２】 これら一対の正極、負極を実施例と同じ材質のセパレ
ータを用いてうず巻き状に巻回し、１モル／リットルの
（C2H5）4PBF4を含むプロピレンカーボネート溶液を含
浸させた後、アルミニウム製の直径77mm、高さ125mmの
金属ケースに納め、樹脂製蓋体に設けられたアルミニウ
ム製外部端子に正極側、負極側それぞれ３枚ずつのリー
ド体を溶接した後、蓋体と金属ケースの開口部をかしめ
封口し、直径77mm、高さ120mmで放電容量2200Fの円筒形
電気二重層コンデンサを得た。
ータを用いてうず巻き状に巻回し、１モル／リットルの
（C2H5）4PBF4を含むプロピレンカーボネート溶液を含
浸させた後、アルミニウム製の直径77mm、高さ125mmの
金属ケースに納め、樹脂製蓋体に設けられたアルミニウ
ム製外部端子に正極側、負極側それぞれ３枚ずつのリー
ド体を溶接した後、蓋体と金属ケースの開口部をかしめ
封口し、直径77mm、高さ120mmで放電容量2200Fの円筒形
電気二重層コンデンサを得た。
【００２３】 以上の実施例になる電気二重層コンデンサと比較例に
なる電気二重層コンデンサにつき、大電流での出力特性
を試験した。2.5Vで１時間定電圧充電した後、100Aで定
電流放電し、そのときの放電曲線を第５図に示す。同図
からわかるように、本発明の実施例のコンデンサは放電
初期のオーム損が小さく、比較例のコンデンサに比べ、
出力特性において格段に優れていることがわかる。
なる電気二重層コンデンサにつき、大電流での出力特性
を試験した。2.5Vで１時間定電圧充電した後、100Aで定
電流放電し、そのときの放電曲線を第５図に示す。同図
からわかるように、本発明の実施例のコンデンサは放電
初期のオーム損が小さく、比較例のコンデンサに比べ、
出力特性において格段に優れていることがわかる。
【図１】第１図は本発明の一例による電気二重層コンデ
ンサの一部切り欠き斜視図、
ンサの一部切り欠き斜視図、
【図２】第２図は本発明の一例による電極の斜視図、
【図３】第３図は本発明の一例による電極の積層体の説
明図、
明図、
【図４】第４図は第３図の組立体を表す斜視図、
【図５】第５図は100Aで定電流放電したときの放電曲
線、
線、
【図６】第６図は従来の電気二重層コンデンサの展開図
である。
である。
10:正極 11:負極 12:金属集電体 13、13′：電極層 14、14′：リード部 15:セパレータ 16、16′：リード体 17、17′：外部端子 18:角形ケース 19:蓋体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−79517（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−136326（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−235419（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−187614（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−85508（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−354（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−87466（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−21958（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−147242（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01G 9/016 H01G 9/058 H01G 9/155
Claims (4)
- 【請求項１】金属集電体上に活性炭を主成分とする電極
層が形成された平板状の正極及び負極と、有機電解液
と、の界面に形成される電気二重層に電荷を蓄積するこ
とを利用する電気二重層コンデンサであって、正極及び
負極はセパレータを間に介在させて複数交互に積層さ
れ、有機電解液とともにケースに収容されて該ケースと
蓋体により密閉されており、前記電極層はバインダとし
てポリテトラフルオロエチレンを含んでおり、前記電極
層は間にカーボン層を介して前記金属集電体上に形成さ
れており、前記金属集電体は表面に電極層が形成されて
いない突起部を有していて、正極及び負極の前記突起部
はそれぞれ正極リード及び負極リードとして機能し、複
数の前記正極リード及び複数の前記負極リードはそれぞ
れ１つに結合されて、前記ケース又は前記蓋体に取り付
けられた正極外部端子及び負極外部端子にそれぞれ接合
されていることを特徴とする電気二重層コンデンサ。 - 【請求項２】複数の前記正極リード及び複数の前記負極
リードは、それぞれ１つに結合されてリード体と結合し
ており、該リード体を介して外部端子と接合されている
請求項１に記載の電気二重層コンデンサ。 - 【請求項３】電極層は、活性炭粉末とポリテトラフルオ
ロエチレンを含む混練物をロール圧延し、前記金属集電
体上に形成されたものである請求項１又は２に記載の電
気二重層コンデンサ。 - 【請求項４】正極及び負極をセパレータを間に介在させ
て複数交互に積層してなる積層体の最外部の正極及び負
極は、電極層が金属集電体の片面のみに形成され積層体
の内側に向けて配置されており、最外部以外の正極及び
負極は、電極層が金属集電体の両面に形成されている請
求項１、２又は３に記載の電気二重層コンデンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27790390A JP3244691B2 (ja) | 1990-10-18 | 1990-10-18 | 電気二重層コンデンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27790390A JP3244691B2 (ja) | 1990-10-18 | 1990-10-18 | 電気二重層コンデンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04154106A JPH04154106A (ja) | 1992-05-27 |
| JP3244691B2 true JP3244691B2 (ja) | 2002-01-07 |
Family
ID=17589901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27790390A Expired - Lifetime JP3244691B2 (ja) | 1990-10-18 | 1990-10-18 | 電気二重層コンデンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3244691B2 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5450279A (en) * | 1993-05-19 | 1995-09-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Electric double layer capacitor |
| US5953204A (en) * | 1994-12-27 | 1999-09-14 | Asahi Glass Company Ltd. | Electric double layer capacitor |
| JPH09251927A (ja) * | 1996-03-14 | 1997-09-22 | Kansai Coke & Chem Co Ltd | 電気二重層コンデンサにおける外部端子への集電極リードの接続方法 |
| JP2001089119A (ja) * | 1999-04-30 | 2001-04-03 | Adchemco Corp | 炭素質材料およびその製造方法およびこれを用いた電気二重層キャパシタ |
| EP1324358A3 (en) | 2001-12-11 | 2003-12-17 | Asahi Glass Co., Ltd. | Electric double layer capacitor |
| EP1365427B1 (en) | 2002-04-22 | 2008-03-19 | Asahi Glass Co., Ltd. | Electric double layer capacitor |
| US7575148B2 (en) | 2003-03-19 | 2009-08-18 | Nippon Chemi-Con Corporation | Multilayer capacitor and method for manufacturing multilayer capacitor |
| JPWO2005008700A1 (ja) | 2003-07-17 | 2006-11-02 | 旭硝子株式会社 | 電気二重層キャパシタ |
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| US7419745B2 (en) | 2004-03-31 | 2008-09-02 | Sanjay Chaturvedi | Method of forming an electrode structure useful in energy storage devices |
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