JP3921957B2 - 積層型電気二重層キャパシタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層型電気二重層キャパシタに関する。詳しくは、ゲル状電解質を用いた積層型電気二重層キャパシタの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在パソコンやオフコンのバックアップ電源に用いられているキャパシタは更なる大容量化、長寿命化が求められている。
電気二重層キャパシタは分極性電極に電解質中のアニオン、カチオンを正極、 負極表面に物理吸着させて電気を蓄えることを原理としている。
現在の電気二重層キャパシタ（以後キャパシタと呼称する）は、平板状の活性炭電極、集電極を用意し、四フッ化ホウ素（ＢＦ₄）系ゲル状電解質を挟んだ「 積層型」 である。
【０００３】
即ち、図２及び図３に示すように、活性炭繊維布を両面に接着したパイポーラ中間電極１５とゲル電解質（セパレータ）１４とを枠状のゴムパッキン１３を介在させて重ね合わせて、その両側に更に、集電極板１２、エンドプレート１１を配置し、絶縁体１６を介して締め付けボルト１７にて両側から締め付けたものである。
ゴムパッキン１３は、内部の電解質が漏れ出さないようにシールを行うためのものであり、同時に積層間での絶縁も兼ねている。
【０００４】
キャパシタの組立を行う際には、 図２に示すように、必要な耐電圧分のセルとなるゲル電解質１４、バイポーラ中間電極１５とゴムパッキン３とを交互に積み重ね（単セル耐電圧２．５Ｖ程度）、最後にエンドプレート１で締め付けることにより密閉構造を保っている。
ユニット内圧を均一にするために、パイポーラ中間電極１５に貫通穴が開けられている。
積層型キャパシタユニットは、金属電極端面の集電極板２にリード線を取り付ければユニット内で直列接続となり、（単セル耐電圧）×（積層数）だけの耐電圧を持つことになる。
この積層型キャパシタユニットは、一般的な巻き取り方式を用いた同一容量のキャパシタと比較してケーブル等を必要とせず、コンパクトに耐電圧が高く設計できるため設置面積を小さくすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般にゲル電解質を用いた電気二重層キャパシタは、ゲル電解質に含まれる水分や充放電を行うことにより、二酸化炭素を主成分とする分解ガスが発生する。
ガスの発生量はユニット内に含まれる水分量、充放電電圧値、課電時間、温度によって変化する。
現状のバイポーラ型キャパシタユニットは、図３に示すように、キャパシタユニット内で分解ガスが発生すると、ユニット内圧が上昇してエンドプレート１１と集電極板１２を外側に押し広げようとする力が加わる。
【０００６】
よってユニット内圧の上昇が起こると集電極板１２、エンドプレート１１が外側に膨らみ、バイボーラ中間電極１５間の距離が広がることになる。
セルの極間距離が広がると、ゲル電解質活性炭電極間の接触面積が小さくなり内部抵抗の上昇、静電容量の減少が起き特性変化が起こる。
更に内圧が上昇するとゲル電解質と活性炭電極の接触が完全に絶たれ、絶縁状態となってキャパシタとして全く機能しなくなる。
このように現状の構造では、ユニット内の圧力変化によりキャパシタ特性の変化が起きることになる。
本発明の目的は、ユニット内の圧力変化が起きてもキャパシタ特性に変化が起きないような構造を提案するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成する本発明の積層型電気二重層キャパシタは、エンドプレートと集電極板間にエアーバッファー層を設けることによってユニット内の圧力変化を抑えること、更に、前記集電極板にガス抜き穴を設けて、前記エアーバッファー層とユニット内とを自動放圧させることによって内圧変動を少なくしたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
〔実施例１〕
本発明の第１の実施例に係る積層型電気二重層キャパシタを図１に示す。
本実施例は、ユニット両端の集電極板２にガス抜き穴８をあけ、エンドプレート１と集電極板１との間にエアーバッファー層Ａを設けるものである。
即ち、活性炭繊維布を両面に接着したパイポーラ中間電極５とゲル電解質（セパレータ）４とを枠状のゴムパッキン３を介在させて重ね合わせ、その両側に更に、集電極板２、エンドプレート１を配置し、絶縁体６を介し締め付けボルト７で両側から締め付ける。
【０００９】
更に、集電極板２とエンドプレート１との間にも枠状のゴムパッキン３を介在させてエアーバッファー層Ａを形成し、集電極板２にガス抜き穴８をあけたものである。
このエアーバッファー層Ａもゴムパッキン１３を用いて密封された空間となっており、外部からの水分侵入が起きないようにしている。
また、ユニット内圧を均一とするため、パイポーラ中間電極５に貫通穴が開けられている。
本実施例では、集電極板２に設けられたガス抜きガス抜き穴８を通じて、エアーバッファー層Ａとユニット内部とは常に同じ圧力になり、集電極板２の両面では圧力が等しくなる。
【００１０】
よって、ユニット内圧上昇が起きても、エンドプレート１を外側に広げようとするだけで、集電極板１を外側に広げようとする力はキャンセルされることになる。
エンドプレート１がユニット内の圧力上昇にある程度耐えることができれば、集電極板２は、内圧変動でも影響を受けず、各セル間の極間距離にも全く影響を及ぼさない。
よって、本実施例では、キャパシタ特性に及ぼす影響も小さくなる。
【００１１】
このように説明したように本実施例では、エンドプレート１と集電極板２間にエアーバッファー層Ａを設けることで、ユニット内の圧力変動が起きても各セル間の接触抵抗、静電容量が変化することを防止することができる。
また、ユニットの内圧が上昇しても内部で絶縁状態（オープン故障）になることなくなり充放電サイクル寿命が大幅に延伸する。
【００１２】
〔実施例２〕
本実施例は、実施例１の構造にガス抜き弁９を付加したものである。
即ち、ガス抜き弁９をエンドプレート１に取り付けることにより、キャパシタユニット内部及びエアーバッファー層Ａのガスが一定圧力以上になると、このガス抜き弁９を通じて外部に抜けるようにしたものである。
【００１３】
このようにガス抜き弁９を通じて圧力が逃げるために、圧力変動が小さくなる結果、集電極板２に及ぼす影響も非常に小さくなり、特性変化も小さくなるという効果を奏する。
また、ユニット内のガスが適時抜けることによって、ユニット内圧の変動が小さくなり、キャパシタの特性変動が更に小さくなる。
更に、ユニット内圧が一定値以上大きくならないのでエンドプレート１の間隔を小さくすることができ、ユニットを軽量化、小型化することができる。
尚、ガス抜き弁９としては、内圧が一定以上となると圧力を逃がす公知の逆止弁がが広く使用できる。例えば、特願２０００−３６２５号に開示されるものも使用可能である。
【００１４】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発明では、積層型電気二重層キャパシタにおいて、エンドプレートと集電極板間にエアーバッファー層を設けることによってユニット内の圧力変化によるキャパシタ性能変化を抑制することができる。
また、集電極板にガス抜き穴を設けると、エアーバッファー層とユニット内とを自動放圧させることによって内圧変動を少なくし、キャパシタユニットのオープン故障を防止し、更に性能変化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る積層型電気二重層キャパシタの断面図である。
【図２】従来技術に係る積層型電気二重層キャパシタの組立図である。
【図３】従来技術に係る積層型電気二重層キャパシタの断面図である。
【符号の説明】
１，１１ エンドプレート
２，１２ 集電電極
３，１３ ゴムパッキン
４，１４ ゲル電解質（セパレータ）
５，１５ バイポーラ中間電極
６，１６ 絶縁体
７，１７ 締付けボルト
８ ガス抜き穴
９ ガス抜き弁
Ａ エアーバッファー層

Claims (1)

1. 活性炭繊維布を両面に接着したパイポーラ中間電極とセパレータとを重ね合わせて、その両側に集電極板とエンドプレートを配置して両側から締め付けてなる積層型電気二重層キャパシタにおいて、前記エンドプレートと前記集電極板間にエアーバッファー層を設けることによってユニット内の圧力変化を抑えると共に、前記集電極板にガス抜き穴を設けて、前記エアーバッファ層とユニット内とを自動放圧させることによって内圧変動を少なくしたことを特徴とする積層型電気二重層キャパシタ。

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