JP4302338B2

JP4302338B2 - 電気二重層キャパシタ

Info

Publication number: JP4302338B2
Application number: JP2001312263A
Authority: JP
Inventors: 英雄小野; 正久堀江; 雅二水村
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2001-10-10
Filing date: 2001-10-10
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2021-10-10
Also published as: JP2003124077A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気二重層キャパシタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種の蓄電装置として、急速充電が可能で充放電サイクル寿命が長い、電気二重層キャパシタの適用技術が注目される。
【０００３】
電気二重層キャパシタは、正極体および負極体と、これらの間に介装されるセパレータと、から構成される。これらの組成体（キャパシタ本体）は、電解液に浸され、容器に収容して密封される（特開平１１−２８３８７２号，特開２０００−２００７３８号，特開２００１−１５５９７２号、参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、このような従来技術を踏まえつつ、特性（品質）の均一な電気二重層キャパシタの提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、所定数の分極性電極とセパレータと集電極とから積層体に構成されるキャパシタ本体と、このキャパシタ本体を電解液と共に収容して密閉される容器と、を備える電気二重層キャパシタにおいて、容器は、柔軟な材質の樹脂フィルムで形成される２つの組成部分からなり、１対の互いに向き合う平面矩形の凹部によって形成される収容部にその一辺から１対の端子板が引き出された状態にキャパシタ本体を納めるものにあって、キャパシタ本体をその積層方向の前後から挟む矩形平面の熱収縮性フィルムを備え、熱収縮性フィルムは、矩形平面の、１対の端子板が引き出される一辺と直交する側の対向する２辺を重ねて容器の互いに向き合う凹部の周縁に形成の合わせ面との間に介在させて熱シールで溶着したことを特徴とする。
【０００８】
【発明の効果】
第１の発明においては、１対の熱収縮性フィルム（矩形平面の少なくとも対向する２辺を溶着するときに受ける熱で収縮する）により、キャパシタ本体は、容器の内部において、積層方向の前後から締め付けられ、積層体の構成要素間のズレ（静電容量を低下させたり、電極間の絶縁が不完全となり、短絡を生じさせる可能性も考えられる）が適確に防止される。
【０００９】
電気二重層キャパシタの製造過程においては、複数の処理（２つの構成部分からキャパシタ本体の収容部を形成する容器の組立処理と、キャパシタ本体の容器への収容処理と、積層状態のズレを抑える固定処理と、）を同時かつ平行的に行えるようになり、高性能の製品を合理的に作成できる。また、熱収縮性フィルムは、容器の合わせ面と一体に熱シールで溶着される（容器の熱シールが利用され、単独の熱シールが不要）、という利点も得られる。
【００１１】
電気二重層キャパシタの製造過程において、電解液の含浸処理から容器の密封が完了するまでの間、容器（その内部に収容のキャパシタ本体を含める）が所定の厚みに規制する治具で加圧状態に保持される場合においても、１対の熱収縮性フィルムは、容器の合わせ面に熱シールで溶着され、電極面の全域を覆う広さの幅に設定すると、積層体の受圧面に段差を生じないため、電極面の全域を均一な面圧に維持される。したがって、電極の全体に電解液が適正かつ均一に行き渡り、電極間の密着度も均一に高められ、高性能の電気二重層キャパシタが得られることになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１において、電気二重層キャパシタの一例を説明する。１０はキャパシタ本体（図示せず）を電解液と共に収容する容器、１１は容器１０の外部に引き出される１対の端子板（キャパシタ電極）であり、各端子板１１は軽量かつ抵抗の小さいアルミニウムから短尺状に形成される。
【００１３】
キャパシタ本体については、同数の正極体と負極体をこれらの間にセパレータを介在させて交互に積層して構成される。正極体および負極体は、集電極とその両面の分極性電極（活性炭電極）とから組成される。これらの集電極は、矩形状の金属箔（たとえば、アルミニウム箔）からなり、その矩形平面の一辺に片側へ寄せて帯状のリード部が一体に成形される。各リード部の同極どうしは束ねられ、この結束部に極性の対応する端子板１１ａ，１１ｂが接合される。
【００１４】
キャパシタ本体は、容器１０に収容して電解液に浸される。容器１０は、金属層を含む積層構造の柔軟な材質の樹脂フィルム（たとえば、アルミラミネートフィルム）から構成され、その一側から１対の端子板１１（その一部）が引き出される。容器１０の内部は、余分な電解液が抜き取られ、真空状態に密封されるのである。
【００１５】
図２は、容器１０に収容する前のキャパシタ本体２０を表すものであり、積層体２０の各層（構成要素）間のズレを抑えるため、積層体２０を結束する帯４０が備えられる。帯４０は、積層体２０のセパレータと同じ材質（テフロンやポリプロピレンなどの樹脂製または紙製の多孔質生地）から作成される。この例においては、積層体２０の胴に２本の帯４０が巻かれ、積層体２０の表面に重なる両端が粘着テープ４１によって接合される。
【００１６】
２本の帯４０により、積層体２０の構成要素間のズレ（静電容量を低下させたり、電極間の絶縁が不完全となり、短絡を生じさせる可能性も考えられる）が適確に防止される。このため、電気二重層キャパシタの製造過程における、積層体２０の取り扱い（容器への収容など）が容易となる。電気二重層キャパシタの製造過程において、電解液の含浸処理から容器の密封が完了するまでの間、後述のように容器２０を治具３０で所定の厚みに締め付ける場合、２本の帯４０およびその両端の接合部（粘着テープ４１など）により、積層体２０の受圧面に段差が生じ、電極面の全域に面圧が均一に掛からず、内部抵抗にバラツキを生じる可能性が考えられる。
【００１７】
そのため、図３の帯４２は、電極面の全域を覆う広さの幅に設定され、積層体２０の胴に巻いてその側面で両端が粘着テープ４３で接合される。これにより、積層体２０の受圧面に段差を生じないため、電極面の全域に均一な面圧が確保される。したがって、電極の全体に電解液が適正かつ均一に行き渡り、電極間の密着度も均一に高められ、積層体２０の各層間にズレのない、高性能の電気二重層キャパシタが得られることになる。
【００１８】
図４は、電気二重層キャパシタの製造過程（その一部分）を説明するものであり、（ａ）において、積層体２０（キャパシタ本体）は、図３の帯４２（図示せず）で結束され、袋状の容器１０にその一側の開口部１０ａから収容される。その後、容器１０内の積層体２０に電解液を含浸させる処理および電解精製の処理から容器１０を真空状態に密封する処理へと進むことなるが、これらの処理に先立ち、（ｂ）において、容器１０の外部にキャパシタ本体２０を所定の厚みに規制する加圧状態に維持する治具３０が組み付けられる。
【００１９】
図４において、２１は正極体、２２は負極体であり、これらの間にセパレータ（図示せず）が介装される。２３は集電極（図示せず）のリード部であり、同極どうしが束ねられ、極性の対応する端子板１１に接合される。
【００２０】
治具３０は、容器１０をキャパシタ本体２０の厚み方向に挟む１対の平板部材３１と、これらの間を拡縮させる締め付け手段３２と、その締め付け量を一定に制限する規制手段３３と、から構成される。１対の平板部材３１は、剛性の高い金属板から所定面積の矩形状に形成される。締め付け手段３２に４本のボルト３２ａが備えられ、ボルト３２ａの挿通可能な４つのカラーにより、規制手段３２が構成される。１対の平板部材３１のうち、一方の四隅（キャパシタ本体２０と干渉しない位置）にボルト３２ａの通し穴、他方の四隅にボルト３２ａのネジ穴、が形成される。
【００２１】
容器１０は、１対の平板部材３１によりキャパシタ本体２０の厚さ方向から挟まれ、これら四隅のボルト３２ａにより締め付けられる。カラー３２は、１対の平板部材３１の間において、四隅のボルト３２ａに支持され、その締め付け量を一定（容器を所定の厚み）に規制するのである。
【００２２】
なお、キャパシタ本体２０は、各構成材料（分極性電極と集電極とセパレータ）の乾燥（水分を除去する）処理後、露点温度（−６０℃程度）のグローブボックスにおいて、所定の積層状態への組成、リード部２３の同極どうしの結束部と極性の対応する端子板１１との接合、のほか、（ａ）および（ｂ）の処理（容器１０への収容および治具３０の装着）から、電解液の含浸および電解精製、容器１０の密封までが順次に処理される。
【００２３】
（ｂ）の状態において、容器１０の内部に一側の開口部１０ａから電解液が注入される。この含浸処理中において、容器の内部を負圧に吸引する処理と、大気圧に戻す（水分を除去した不活性ガスの充填する）処理と、が交互に繰り返される。これにより、容器１０内の余分な電解液を取り去りながら、積層体（正極体２１の分極性電極と負極体２２の分極性電極およびセパレータ）の隅々に電解液が十分に行き渡るようになる。つまり、電解液の含浸が短時間に効率よく処理される。その一方、治具３０の矯正により、分極性電極およびセパレータが過度に膨張することも抑えられるのである。
【００２４】
電解精製は、製品の劣化を原因する分極性電極（活性炭電極）などに含まれる残存水分や官能基を電気分解してＣＯ₂ガスに変えて除去する処理であり、その際のＣＯ₂ガスはグローブボックスの外部に吸引（排出）される。また、この処理により、電極の極性が設定される。その後、容器１０の内部は、真空引きにより、不活性ガスや余分な電解液を取り去りながら、所定の真空状態において、開口部１０ａが熱シールにより密封される。
【００２５】
各端子板１１には、樹脂フィルムとの融合性を補償するため、予め熱シール用の溶着剤（ポリエチレン材に接着剤を含むもの）が備えられる。容器１０の開口部１０ａに熱シールを加えると、溶着剤は溶融してアルミニウム製の端子板１１に樹脂フィルムを良好に溶着させるのである。
【００２６】
治具３０は、容器１０の密封後、四隅のボルト３２ａを緩め、容器１０から外される。この処理により、いちおうの完成品が得られる。この完成品は、実用状態と同じ加圧条件において、性能検査（初期抵抗と初期容量と保持電圧と、の測定など）が実施され、合格のものが製品となる。
【００２７】
これらの工程により、容器１０については、所定の真空状態に密封される。容器１０は大気圧の作用により定形（積層体２０に密着する）に圧縮され、容器１０（その内部に積層体２０を含む）の厚みも均一化される。
【００２８】
容器１０内のキャパシタ本体２０は、電解液の含浸および電解精製から容器１０の密封が完了するまでの間、治具３０により所定の厚みに締め付けられる。つまり、容器１０は、治具３０で所定の厚みに加圧保持されながら、真空状態に密封される。したがって、製品の厚みについても、バラツキを生じることなく、適正に精度よく均一化される。
【００２９】
図３の帯４２は、キャパシタ本体２０のセパレータと同じ材質から形成されるが、熱収縮性フィルムから形成することが望ましい。図５において、４４は熱収縮性フィルムから形成の帯であり、図３の帯４２と同じく、電極面の全域を覆う広さの幅に設定され、積層体２０の胴に巻いてその側面で両端が接合される。これによると、帯４４の接合は、熱シーラを用いて簡単かつ容易に処理できる。また、帯４４が接合時の熱で収縮し、積層体２０の胴を締め付けるため、積層体２０は堅く結束され、各層間のズレを適確に防止できるのである。
【００３０】
図６および図７は、別の実施形態を表すものであり、容器５０は、柔軟な材質の樹脂フィルム（たとえば、アルミラミネートフィルム）から成型加工により形成される２つの構成部分（底側部分５０ａと蓋側部分５０ｂと）からなり、これらを組み合わせると、互いに向き合う平面矩形の凹部５１ａ，５１ｂによってキャパシタ本体２０の収容部５１が形成される。
【００３１】
キャパシタ本体２０をその積層方向（厚さ方向）の前後から挟む矩形平面の熱収縮性フィルム４５が備えられ、容器５０の組立時において、これら熱収縮性フィルム４５は、矩形平面の対向する２辺を凹部５１ａ，５１ｂの周縁に形成の合わせ面５２ａ，５２ｂとの間に介在させて熱シールで溶着される。
【００３２】
図６および図７においては、容器５０の底側部分５１ａの内側に一方の熱収縮性フィルム４５ａが敷かれ、その上から底側部分５０ａの凹部５１ａにキャパシタ本体２０が納められ、その上にもう一方の熱収縮性フィルム４５ｂが重ねられ、容器５０の蓋側部分５０ｂが組み合わされる。そして、容器５０の周縁において、１対の端子板１１（その一部）が引き出される一辺を除く３辺が熱シールされる。
【００３３】
熱収縮性フィルム４５ａ，４５ｂは、これらの２辺を挟む容器５０の合わせ面５２ａ，５２ｂ（凹部の周縁）に溶着され、その際に受ける熱で収縮し、容器５０の内部において、積層体２０を厚さ方向の前後から締め付けるようになる。このため、キャパシタ本体２０は、各層間にズレを生じない状態に維持される。
【００３４】
容器５０は、１対の端子板１１が引き出される一辺が開口可能となり、この一辺から電解液が注入される。後は、図２の場合と同様の製造過程に基づいて、電解液の含浸および電解精製が処理され、最終段階において、開口可能な一辺が熱シールで密封されるのである。
【００３５】
これにより、図４，図５の実施形態と同様の効果が得られるほか、電気二重層キャパシタの製造過程において、複数の処理（容器５０の組立処理と、キャパシタ本体２０の容器５０への収容処理と、積層状態のズレを抑える固定処理と、）を同時かつ平行的に行えるようになり、高性能の製品を合理的に作成できる。また、熱収縮性フィルム４５ａ，４５ｂは、容器５０の合わせ面５２ａ，５２ｂと一体に熱シールで溶着される。つまり、容器５０の熱シールが利用され、熱収縮性フィルム４５単独の熱シールが不要、という利点も得られる。
【００３６】
製品としての電気二重層キャパシタは、電動自動車の駆動電源に適用する場合、数多くを積層状態に配列し、これらを直列に接続することにより、所要容量の組電池（キャパシタモジュール）に構成される。この発明に係る製品は、厚みが一定のため、電気二重層キャパシタの配列に位置ズレを生じることもなく、組電池への組成（モジュール化）が容易となる。また、組電池を配列方向の前後から適度の加圧を行うことにより、組電池を構成する電気二重層キャパシタの特性が均一化され、各個の内部抵抗も低減できるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気二重層キャパシタの斜視図である。
【図２】キャパシタ本体および帯の説明図である。
【図３】キャパシタ本体および帯の説明図である。
【図４】製造過程の説明図である。
【図５】キャパシタ本体および帯の説明図である。
【図６】容器の組立状態を説明する分解図である。
【図７】容器の組立状態を説明する断面図である。
【符号の説明】
１０，５０容器
１１（１１ａ，１１ｂ）端子板（キャパシタ電極）
２０積層体（キャパシタ本体）
２１正極体
２２負極体
２３リード部
３０治具
３１平板部材
３２締め付け手段
３３規制手段
４２，４４帯
４５熱収縮性フィルム
５１ａ，５１ｂ容器の凹部
５２ａ，５２ｂ容器の合わせ面

Claims

所定数の分極性電極とセパレータと集電極とから積層体に構成されるキャパシタ本体と、このキャパシタ本体を電解液と共に収容して密閉される容器と、を備える電気二重層キャパシタにおいて、容器は、柔軟な材質の樹脂フィルムで形成される２つの組成部分からなり、１対の互いに向き合う平面矩形の凹部によって形成される収容部にその一辺から１対の端子板が引き出された状態にキャパシタ本体を納めるものにあって、キャパシタ本体をその積層方向の前後から挟む矩形平面の熱収縮性フィルムを備え、熱収縮性フィルムは、矩形平面の、１対の端子板が引き出される一辺と直交する側の対向する２辺を重ねて容器の互いに向き合う凹部の周縁に形成の合わせ面との間に介在させて熱シールで溶着したことを特徴とする電気二重層キャパシタ。