JP3866542B2 - 円筒型電気二重層キャパシタの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は円筒型電気二重層キャパシタ、特に、円筒状密閉容器と、その密閉容器内に収容された電極巻回体および電解液とを有し、電極巻回体は帯状正極、帯状負極およびそれらの一方を挟む2つの帯状セパレータよりなる重合せ物を渦巻状に巻回してなり、帯状正、負極は、それぞれ帯状集電体およびその帯状集電体の両面に積層形成された一対の分極性電極を有する円筒型電気二重層キャパシタに関する。
【0002】
【従来の技術】
前記密閉容器内周面および電極巻回体外周面間に隙間が存すると、電気二重層キャパシタに振動や衝撃が作用した場合、電極巻回体が振動して分極性電極が集電体から剥がれることがあり、このような事態が発生すると、内部抵抗の増加、自己放電特性の低下等を招来する。
【0003】
そこで、従来は、金属製容器の内周面に軸線方向に所定の間隔で並ぶ複数の環状突部を絞り加工により成形して、それら環状突出部の先端を電極巻回体外周面に当接させる、といった手段が採用されている(特開2000−243670号公報参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記のように構成すると、振動等に起因して電極巻回体外周面と各環状突出部との間に擦れが生じた場合、電極巻回体外周面がセパレータより形成されているときにはそのセパレータが破れたり、また分極性電極より形成されているときにはその電極が集電体から剥がれる、といった不具合を生じるおそれがあった。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は電極巻回体に工夫を加えることによって前記不具合を解消し得るようにした前記円筒型電気二重層キャパシタを提供することを目的とする。
【0006】
前記目的を達成するために、請求項1の発明によれば、円筒状密閉容器と、その密閉容器内に収容された電極巻回体および電解液とを有し、前記電極巻回体は帯状正極、帯状負極およびそれらの一方を挟む2つの帯状セパレータよりなる重合せ物を渦巻状に巻回してなり、前記帯状正、負極は、それぞれ帯状集電体およびその帯状集電体の両面に積層形成された一対の分極性電極を有する円筒型電気二重層キャパシタであって、前記密閉容器収容前の前記電極巻回体の外径D1と、前記密閉容器の内径D2とがD1<D2の関係にあり、前記電極巻回体を前記電解液と共に前記密閉容器内に収容した状態では、前記電解液による前記分極性電極の膨潤によって、前記電極巻回体の外径D1と前記密閉容器の内径D2とがD1=D2の関係にあり、前記分極性電極が、それの前記電解液による膨潤を現出させるために、高い親水性を持つ導電フィラを有するものの製造に当たり、
金属箔よりなる前記帯状集電体の両面に前記一対の分極性電極をそれぞれ積層して相互に圧着させることで前記帯状正、負極を各々製作し、前記圧着後に前記帯状正、負極に熱処理を施すことで前記帯状集電体の伸びδを、δ≧4%に回復させることを特徴とする。 上記特徴のキャパシタにおいては、電極巻回体を電解液と共に密閉容器内に収容すると、その後は電解液による分極性電極の膨潤によって自然に電極巻回体を密閉容器に密着させることができる。これにより、帯状集電体と分極性電極との伸びの差に起因して分極性電極が帯状集電体から剥がれるようなことが生じても、その分極性電極を帯状集電体に常に密着させて、内部抵抗の増加、自己放電特性の低下等を回避することができる。また容器に絞り加工を施す必要が無く、そのための設備も不要である。
【0007】
また金属箔よりなる前記帯状集電体の両面に前記一対の分極性電極をそれぞれ積層して相互に圧着させることで前記帯状正、負極を各々製作し、前記圧着後に前記帯状正、負極に熱処理を施すことで前記帯状集電体の伸びδを、δ≧4%に回復させるようにしたから、前記圧着に伴う加工硬化により帯状集電体の破断時の伸びが低下しても、その伸びを、前記圧着後の熱処理により回復させることができ、これにより、前記膨潤に際し、帯状集電体における亀裂の発生を確実に回避することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1、2において、円筒型電気二重層キャパシタ1は円筒状密閉容器2を有し、その密閉容器2内に電極巻回体3、2つの円盤状集電体4,5および電解液が収容される。
【0009】
図3に示すように、電極巻回体3は、帯状正極6、帯状負極7およびそれらの一方、実施例では帯状正極6を挟む2つの帯状セパレータ8,9よりなる重合せ物を、帯状正極6の内側に在る一方の帯状セパレータ8が最も内側に位置するようにAl製巻心10を中心に渦巻状に巻回したものである。この場合、帯状正、負極6,7間に存する他方の帯状セパレータ9は、最外周の帯状負極7を覆うべく略一巻分だけ帯状負極7の終端より延出している。
【0010】
図4〜6に示すように、帯状正、負極6,7は、それぞれ帯状集電体11およびその帯状集電体11の両面に積層形成された一対の分極性電極12を有する。帯状正極6において、集電体11両面の長手方向一側縁部は電極不存在領域であって正極端子との接続部13として機能する。帯状負極7は帯状正極6とは点対称の関係にあり、その集電体11両面の長手方向他側縁部は電極不存在領域であって、負極端子との接続部14として機能する。
【0011】
図1、2に示すように、密閉容器2はAl製有底筒形本体15と、その開口を閉鎖する蓋板16とよりなる。その蓋板16は本体15に溶接されたAl製環状外周板17と、その外周板17の内周縁に外周溝18を嵌着させた電気絶縁性樹脂製環状中間板19と、その中間板19の内周溝20に外周凸部21を嵌着させたAl合金製筒状正極端子22とを有する。
【0012】
図7にも示すように、一方のAl合金製円盤状集電体4において、その中心に在るボス23は筒状正極端子22の中心孔24に嵌合してそれに溶接されている。また円盤部25は、放射状に配列されて下方に突出する複数のV形凹条26を有し、それら凹条26の底部に帯状正極6の接続部13が溶接されている。
【0013】
図8にも示すように、他方のAl合金製円盤状集電体5において、その中心に在るボス27は負極端子28である有底筒形本体15の底壁に溶接されている。また円盤部29は、放射状に配列されて上方へ突出する複数の山形凸条30を有し、それら凸条30の稜線部に帯状負極7の接続部14が溶接されている。
【0014】
電解液は、正極側円盤状集電体4のボス23に形成された注入孔31から密閉容器2内に注入され、その後、注入孔31はゴム栓32により封鎖される。
【0015】
各分極性電極12は活性炭、導電フィラおよびバインダよりなる。電解液としては、ホウフッ化第4アンモニウム化合物、例えばTEMA・BF4 [(C2 H5 )3 CH3 N・BF4 (ホウフッ化トリエチルメチルアンモニウム)、溶質]のPC(プロピレンカーボネート、溶媒)溶液が用いられる。
【0016】
密閉容器2収容前の電極巻回体3の外径D1と、有底筒形本体15の内径D2とは、D1<D2の関係にあるので、電極巻回体3を有底筒形本体15内に簡単に挿入することができる。一方、電極巻回体3を電解液と共に密閉容器2内に収容した状態では、電解液による各分極性電極12の膨潤によって、電極巻回体3の外径D1と有底筒形本体15の内径D2とがD1=D2の関係となる。前記膨潤を現出させるためには、分極性電極12に高い親水性を持つ導電フィラ、例えばカーボンブラックであるケッチェンブラックEC(商品名、三菱化学製)を具備させる、といった手段を挙げることができる。
【0017】
このキャパシタ1においては、電極巻回体3を電解液と共に密閉容器2内に収容すると、その後は自然に電極巻回体3を密閉容器2に密着させることができる。これにより、帯状集電体11と分極性電極12との伸びの差に起因して分極性電極12が帯状集電体11から剥がれるようなことが生じても、その分極性電極12を帯状集電体11に密着させて、内部抵抗の増加、自己放電特性の低下等を回避することができる。
【0018】
各帯状集電体11は金属箔、実施例ではアルミ製よりなり、電極巻回体3におけるアルミ箔の破断時の伸びδはδ≧4%に設定されている。
【0019】
これにより前記膨潤に際し、アルミ箔における亀裂の発生を確実に回避することができる。
【0020】
両帯状セパレータ8,9としては、耐荷重特性、伸び、耐熱性を考慮してPBT(ポリブチレンテレフタレート)よりなる不織布が用いられ、またバインダとしてはPTFEが用いられる。
【0021】
A.円筒型電気二重層キャパシタの製造等
〔例−1〕
(a)原料としてフェノール樹脂を用いた水蒸気賦活炭 80wt%、ケッチェンブラックEC 10wt%およびテフロン6J(商品名、三井デュポンフロロケミカル社製)10wt%を混練し、次いで混練物を用いて圧延を行い、厚さ150μmの電極シートを製作した。電極シートから幅103mm、長さ1400mmの複数の帯状分極性電極12を切出し、次いで2枚の分極性電極12と、幅109mm、長さ1400mm、厚さ30μmのアルミ箔よりなる帯状集電体11とを一対の加圧ローラを用い、線圧6tにて圧着して帯状正極6を製作した。また同様の方法で帯状負極7を製作した。
【0022】
(b)帯状正、負極6,7の各分極性電極12に、1.8モルのTEMA・BF4 をPC溶液に溶解した電解液を含浸させて、各分極性電極12の厚さ方向の膨潤度を調べたところ、それは約10%であることが判明した。また帯状集電体11としてのアルミ箔について破断時の伸びδを調べたところ、それは圧着に伴う加工硬化によってδ≦1%に低下していることが判明した。そこで、帯状正、負極6,7に、それらを250℃にて2時間加熱する熱処理を施して各アルミ箔の破断時の伸びδをδ≧4%に回復させた。
【0023】
(c)帯状正極6、帯状負極7および帯状正極6を挟む両帯状セパレータ8,9よりなる重合せ物を、帯状正極6の外側に在る一方の帯状セパレータ8が最も内側に位置するようにAl製巻心10を中心に渦巻き状に巻回して、外径D1が38.5mmで、長さが115mmの電極巻回体3を製造した。
【0024】
(d)電極巻回体3を、内径D2が39.5mmで、長さが120mmの有底筒形本体15内に入れ、次いでその本体15内に前記電解液を注入した。この状態において、電極巻回体3を観察したところ、各分極性電極12が膨潤してその電極巻回体3外周面が有底筒形本体15内周面に密着することが確認された。この膨潤に伴い最外周に在る帯状負極7のアルミ箔には2.6%の伸びが発生したが、そのアルミ箔の破断時の伸びδはδ≧4%に設定されているのでアルミ箔における亀裂の発生は皆無であった。一方、前記熱処理を行わなかった場合は、電極巻回体3外周面からその半径方向内方に向って亀裂が発生し、その長さは電極巻回体3半径の略3分の1であった。
【0025】
(e)キャパシタ1を製造すべく、電極巻回体3に両円盤状集電体4,5を接続して、それらを密閉容器2内に組込み、次いで1.8モルのTEMA・BF4 をPC溶液に溶解した電解液を正極端子22の注入孔31を通じて密閉容器2内に注入し、その後、注入孔31をゴム栓32により封鎖した。この円筒型電気二重層コンデンサ1を例(1)とする。
【0026】
〔例−2〕
この例−2は、参考例であって、例−1の活性炭の代りに、メソフェーズピッチに炭化および賦活処理を施して得られ、且つ充電時に膨脹する活性炭、例えばメソフェーズピッチアルカリ賦活炭を用いた、ということ以外は例−1と同様の方法で円筒型電気二重層コンデンサ1を製造した。これを例(2)とする。この場合、各分極性電極12の充電時における体膨脹率は、充電電圧2.7Vにおいて40%であった。
【0027】
B.例(1)、(2)の性能
製造後の例(1)、(2)について、内部抵抗を測定したところ、それらは3mΩであり、また自己放電特性を調べるべく、例(1)、(2)について、2.7Vで24時間充電し、次いで端子を開放した状態で室温下に27時間放置し、その後電圧測定を行ったところ、それらは2.538Vであって、電圧維持率は94%であった。次いで、例(1)、(2)を振動試験機に設置し、2.2G、10〜200Hz、10gスイープで10時間といった条件下でそれらに振動を加えた。その後、例(1)、(2)について再び内部抵抗を測定し、また自己放電特性を調べたところ、加振前後において、それらに殆ど差が生じていないことが明らかとなった。またアルミ箔にも損傷は認められなかった。
【0028】
【発明の効果】
本発明によれば、電極巻回体を電解液と共に密閉容器内に収容すると、その後は電解液による分極性電極の膨潤によって自然に電極巻回体を密閉容器に密着させることができるので、その分極性電極と集電体とを常に密着状態に保持し、これにより、内部抵抗の増加、自己放電特性の低下等を回避することが可能な円筒型電気二重層キャパシタを提供することができる。また、密閉容器に絞り加工を施す必要が無く、そのための設備も不要となる。
【0029】
また金属箔よりなる帯状集電体の両面に一対の分極性電極をそれぞれ積層して相互に圧着させることで帯状正、負極を各々製作し、前記圧着後に帯状正、負極に熱処理を施すことで帯状集電体の伸びδを、δ≧4%に回復させるようにしたので、一対の分極性電極との圧着に伴う加工硬化により帯状集電体の破断時の伸びが低下しても、その伸びを、圧着後の熱処理により回復させることができ、従って、前記膨潤に際し、帯状集電体における亀裂の発生を確実に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 円筒型電気二重層キャパシタの斜視図である。
【図2】 図1の2−2線拡大断面図である。
【図3】 電極巻回体の構造説明用要部破断斜視図である。
【図4】 帯状正極の要部斜視図である。
【図5】 帯状負極の要部斜視図である。
【図6】 図4の6矢視部分拡大図である。
【図7】 正極側の円盤状集電体を上方から見た場合の斜視図である。
【図8】 負極側の円盤状集電体を下方から見た場合の斜視図である。
【符号の説明】
1 円筒型電気二重層キャパシタ
2 密閉容器
3 電極巻回体
6 帯状正極
7 帯状負極
8,9 帯状セパレータ
11 帯状集電体
12 分極性電極
Claims (1)
- 円筒状密閉容器(2)と、その密閉容器(2)内に収容された電極巻回体(3)および電解液とを有し、前記電極巻回体(3)は帯状正極(6)、帯状負極(7)およびそれらの一方を挟む2つの帯状セパレータ(8,9)よりなる重合せ物を渦巻状に巻回してなり、前記帯状正、負極(6,7)は、それぞれ帯状集電体(11)およびその帯状集電体(11)の両面に積層形成された一対の分極性電極(12)を有する円筒型電気二重層キャパシタであって、
前記密閉容器(2)収容前の前記電極巻回体(3)の外径D1と、前記密閉容器(2)の内径D2とがD1<D2の関係にあり、前記電極巻回体(3)を前記電解液と共に前記密閉容器(2)内に収容した状態では、前記電解液による前記分極性電極(12)の膨潤によって、前記電極巻回体(3)の外径D1と前記密閉容器(2)の内径D2とがD1=D2の関係にあり、前記分極性電極(12)が、それの前記電解液による膨潤を現出させるために、高い親水性を持つ導電フィラを有するものの製造に当たり、
金属箔よりなる前記帯状集電体(11)の両面に前記一対の分極性電極(12)をそれぞれ積層して相互に圧着させることで前記帯状正、負極(6,7)を各々製作し、
前記圧着後に前記帯状正、負極(6,7)に熱処理を施すことで前記帯状集電体(11)の伸びδを、δ≧4%に回復させることを特徴とする、円筒型電気二重層キャパシタの製造方法。
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