JP4384510B2 - 電気二重層キャパシタおよびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、電気二重層キャパシタおよびその製造方法に関する。

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。

電気二重層キャパシタは、帯状の正極体および負極体をこれらの間にセパレータを介装しつつロール形に巻回するタイプと、平板状の正極体および負極体をこれらの間にセパレータを介装しつつ交互に積層するタイプと、に大別される。下記の特許文献１〜特許文献３は、従来技術の調査結果の一部を紹介するものである。
特開２００２−２８９４８７号 特開２０００−３１３２３３号 特開平１１−２７３９８３号

図１１〜図１３において、積層タイプの一例を説明する。２はキャパシタ本体１を電解液と共に密封する容器、３（３ａ，３ｂ）は容器２の外部へ一部が突き出る１対の端子板（外部電極）であり、各端子板３は軽量かつ電気抵抗の小さいアルミニウム板から短尺状に形成される（図１３、参照）。
キャパシタ本体１については、正の電極体（正極体）と負の電極体（負極体）をこれらの間にセパレータを介在させつつ交互に重ねることにより所定の積層体に組成される。
正極体および負極体は、集電極とその両面に形成される分極性電極（活性炭電極）とから平板状に構成される。これら集電極は、矩形状の金属箔（アルミニウム箔）からなり、矩形平面の一辺に片側へ寄せて帯状のリード４（４ａ，４ｂ）が一体形成される。

積層体１の各電極体から帯状に延びるリード４は、同極どうしが集束され、１対の端子板３に極性が対応する集束部が接合される。その際、端子板３は、その一端側にリード４の同極どうしの集束部を載せて上下方向から溶接などにより接合される。５は溶接などによる接合箇所を表すものである。

容器２は、複数の樹脂層に金属の中間層を含む柔軟な積層フィルム（たとえば、ラミネート）から冷間プレス加工により成形される２つの容器部材（底側部材と蓋側部材）からなり、これらを組み合わせると、互いに向き合う凹部により、底側部材と蓋側部材との間にキャパシタ本体１の収容部が形成される。

底側部材の内側にキャパシタ本体１は納められ、その上に蓋側部材が被せられる。容器２の周縁２ａにおいて、１対の端子板３（その一部）が引き出される一辺を除く三辺が熱溶着される。容器２は、１対の端子板３が突き出る一辺が開口可能となり、その開口部から内部に電解液が注入され、電解液の含浸処理などが終わると、真空ポンプにより空気や水分を除去した状態において、残りの一辺が熱溶着されるのである。

このような電気二重層キャパシタにおいて、容器２の一辺から突き出る端子板３ａ，３ｂは、その内外の境界（リード４ａ，４ｂの同極どうしの集束部との接合代の外側に隣接する部位）に熱溶着剤６（シール剤）が備えられる。熱溶着剤６は、容器２の熱溶着により融けて端子板３を容器２に隙間なく溶着させるのである。キャパシタ本体１は、電解液と共に密封されるが、端子板３と積層体の厚みの端面との間に同極どうしのリード４を集束して端子板３に接合する際に必要な空間（積層体１と端子板３との間隔）が容器２の内部に残される形になり、電気二重層キャパシタのエネルギ体積効率を低下させるのである。この空間を縮小するため、積層体１の厚みの端面へ無闇に端子板３を近づけると、端子板３ａ，３ｂとの接合部に集束するリード４ａ，４ｂが弛むことになり、極性の異なる電極体の端面にリード４ａ，４ｂが触れて短絡（ショート）を生じやすくなってしまう。

この発明は、このような課題を解決する有効な手段の提供を目的とする。すなわち、エネルギ体積効率の高い電気二重層キャパシタおよびその合理的な製造方法を提供しようとするものである。

この発明は、電気二重層キャパシタの製造方法において、所定数の正極および負極の電極体をこれらの間にセパレータを介装しつつ交互に重ねて積層体を組成する工程、２面構成のＴ字形の交差部を一端部に形成するフランジを備える端子板を作成する工程、前記電極体の各々の一部を帯状のリードとしてこれらの同極どうしの集束部を極性の対応する前記端子板のフランジに接合する工程と、前記端子板のフランジとの接合部に集束するリードを前記積層体の厚みの端面との間で折り重ねて挟むように前記フランジを位置づける工程、前記積層体を電解液と共に収容して各端子板の他端側が外部へ突き出る状態に容器を密封する工程、を備え、前記電極体の各々の一部を帯状のリードとしてこれらの同極どうしの集束部を極性の対応する端子板のフランジに接合する工程は、前記フランジを略水平状態に位置づける工程、前記略水平状態のフランジにその一側からリードの同極どうしの集束部を載せて上下方向からこれらを接合する工程、を備え、前記端子板のフランジとの接合部に集束するリードを積層体の厚みの端面との間で折り重ねて挟むように前記フランジを位置づける工程は、前記略水平状態のフランジとの接合部に集束する同極どうしのリードを積層体の厚みの端面との間で折り重ねて挟むように前記フランジを略垂直状態に位置づける工程、を備える、ことを特徴とする。

この発明によれば、２面構成のＴ字形の交差部を一端部に形成するフランジを備える端子板を作成する工程と、各電極体の一部を帯状のリードとしてこれらの同極どうしの集束部を極性の対応する端子板のフランジに接合する工程と、端子板のフランジとの接合部に集束するリードを積層体の厚みの端面との間で折り重ねて挟むようにフランジを位置づける工程と、を備えるので、積層体を電解液と共に密封する容器の内部において、リードの同極どうしの集束部とフランジとの接合に必要な空間が縮小され、エネルギ体積効率の高い電気二重層キャパシタを合理的に製造しえるようになる。

この場合、各電極体の一部を帯状のリードとしてこれらの同極どうしの集束部を極性の対応する端子板のフランジに接合する工程においては、端子板のフランジが略水平状態に位置づけられ、そのフランジにリードの同極どうしの集束部が載せられるので、これらを溶接などによって上下方向から容易に接合しえるようになる。

また、端子板のフランジとの接合部に集束するリードを積層体の厚みの端面との間で折り重ねて挟むようにフランジを位置づける工程においては、端子板のフランジとリードの同極どうしの集束部との接合後、同極どうしのリードを積層体の厚みの端面との間で折り重ねて挟むようにフランジを略垂直状態に位置づける簡単な処理により、積層体を電解液と共に密封する容器の内部において、リードの同極どうしの集束部とフランジとの接合に必要な空間を効率よく縮小できるのである。

各端子板については、２面構成のＴ字形の交差部を容器の内部に位置する側の一端部に形成するフランジにより、リードの同極どうしの集束部との接合代を大きく確保しつつ、Ｔ字形の交差部から容器の外部へ延びる他端側を積層体の厚みを２等分する中心線上に配置可能となる。

図１〜図９において、この発明に係る電気二重層キャパシタおよびその製造方法を説明する。１１はキャパシタ本体１０を電解液と共に密封する容器、１３（１３ａ，１３ｂ）は容器１１の外部へ一部が突き出る１対の端子板（外部電極）であり、各端子板１３は軽量かつ電気抵抗の小さいアルミニウム板から形成される。

端子板１３は、２面構成の略Ｌ字形の交差部を容器の内部に位置する側の一端部に形成するフランジ１８が備えられる（図３、参照）。フランジ１８は、リード１４ａ，１４ｂの同極どうしの集束部との接合代を構成するものであり、キャパシタ本体１０を電解液と共に密封する容器１１の内部において、その接合部に集束するリード１４ａ，１４ｂをキャパシタ本体１０（積層体）の厚みの端面との間に折り重ねて挟むように位置づけられる。

キャパシタ本体１０については、正の電極体１５（正極体１５ａ）と負の電極体１５（負極体１５ｂ）をこれらの間にセパレータ１６を介在させつつ交互に重ねることにより所定の積層体に組成される。正極体１５ａおよび負極体１５ｂは、集電極とその両面に形成される分極性電極（活性炭電極）とから平板状に構成される。これら集電極は、矩形状の金属箔（アルミニウム箔）からなり、矩形平面の一辺に片側へ寄せて帯状のリード１４（１４ａ，１４ｂ）が一体に成形される。リード１４は、同極どうしが集束され、極性の対応する端子板１３のフランジ１８に接合される。

各セパレータ１６は、紙など多孔質皮膜から正極体と負極体との間を絶縁しえる大きさの矩形平面に形成され、矩形平面の一側に積層体１０からはみ出して電極体のリード１４に掛かる余白２０が設定される（図４、参照）。余白２０は、フランジ１８との接合部に集束する同極どうしのリード１４間に挟まれ、容器１１の内部において、端子板１３のフランジ１８との間に折り重なるリード１４が積層体１０の厚みの端面へ圧し付けられても、リード１４が電極体１５の端面に触れて短絡（ショート）しないように絶縁するためのものである。

容器１１は、複数の樹脂層に金属の中間層を含む柔軟な積層フィルム（たとえば、ラミネート）から冷間プレス加工により成形される２つの容器部材（底側部材と蓋側部材）からなり、これらを組み合わせると、互いに向き合う凹部により、底側部材と蓋側部材との間にキャパシタ本体１０の収容部が形成される。

底側部材の内側にキャパシタ本体１０は納められ、その上に蓋側部材が被せられる。容器１１の周縁１１ａにおいて、１対の端子板１３ａ，１３ｂ（その一部）が引き出される一辺を除く三辺が熱溶着される。容器１１は、１対の端子板１３ａ，１３ｂが突き出る一辺が開口可能となり、その開口部から内部に電解液が注入され、電解液の含浸処理などが終わると、真空ポンプにより空気や水分を除去した状態において、残りの一辺が熱溶着される。

端子板１３のフランジ１８は、積層体１０の厚みの略１／２の幅に設定され、略Ｌ字形の交差部から容器１１の外部へ延びる端子板１３の他端側を容器１１の底側部材と蓋側部材との合わせ面（積層体１０の厚みを２等分する中心線上）に位置づけられるようになる。各端子板１３ａ，１３ｂに熱溶着剤１９（シール剤）が備えられ、容器１１の開口可能な一辺を熱溶着すると、熱溶着剤１９も融けて端子板１３を隙間なく容器２に溶着させる。熱溶着剤１９は、端子板１３のフランジ１８に隣接して予めに付着される。言い換えれば、端子板１３の熱溶着剤１９から容器１１の内側に入る部位がフランジ１８に形成されるのである。

図４〜図９は、電気二重層キャパシタの製造工程の一部を説明するものであり、図４において、正極体１５ａおよび負極体１５ｂに同一の電極体１５が共用される。電極体１５は、素材（金属箔の両面に分極性電極の構成材料を塗布または貼り合わせることにより作成されるシート）を型抜き加工することにより、矩形平面の一辺に分極性電極から露出するリード１４が帯状に延びる形状に作られる。

正極体１５ａおよび負極体１５ｂは、電極体１５のリード１４が矩形平面の一辺の片側へ寄る関係から、交互に表裏を反転させることにより、正極体１５ａのリード１４ａが矩形平面の一辺の片側に重なる一方、負極体１５ｂのリード１４ｂが矩形平面の一辺の反対側に重なる形の積層体に組成されるのである。正極体１５ａと負極体１５ｂとの間を絶縁するセパレータ１６は、その余白２０が積層体１０からはみ出して同極どうしのリード１４間に挟み込まれる。

図５において、積層体１０の一側から延びるリード１４ａ，１４ｂは、同極どうしが集束され、その集束部に極性の対応する端子板１３ａ，１３ｂのフランジ１８が接合される。フランジ１８は略水平状態に位置づけられ、リード１３の同極どうしの集束部を載せて上下方向からこれらを溶接などにより接合するのである。フランジ１８との接合部に集束する同極どうしのリード１４は、フランジ１８を略水平状態から略垂直状態へ移動させて位置づけることにより、積層体１０の厚みの端面とこれに対峙するフランジ１８との間で折り重なるように挟まれる。その後、キャパシタ本体１０は容器１１に納められ、既述のように電解液の含浸処理を含む容器１１の密封処理が行われるのである。

このような構成によると、各端子板１３のフランジ１８は、積層体１０の厚みの端面との間に同極どうしのリード１４を折り重ねて挟むように位置づけられるので、従前の場合に較べると、図１０のように空間（端子板１３の接合代に必要な容器内部の収容空間）が大きく縮小しえる。また、リード１４の集束部と端子板１３のフランジ１８との接合処理において、フランジ１８は略水平状態に位置づけられるので、これらを上下方向から容易に接合しえるのである。そのため、エネルギ体積効率の高い電気二重層キャパシタを合理的に製造することができる。

容器１１の内部において、積層体１０の厚みの端面と端子板１３のフランジ１８との間に折り重なるリード１４が積層体１０の厚みの端面へ圧し付けられても、リード１４間に挟まれるセパレータ１６の余白２０により、リード１４ａ，１４ｂが極性の異なる電極体の端面に触れて短絡（ショート）するのを防止できるのである。また、電極体１５との短絡を防止しつつ、リード１４を積層体１０の厚みの端面へ圧し付けられるので、電気二重層キャパシタのエネルギ体積効率をさらに高められるようになる。

図６においては、フランジ１８が図５の場合と逆向き（先端が積層体１０側へ向けられる）の略水平状態に位置づけられ、フランジ１８に一側からリード１４の同極どうしの集束部を載せて上下方向からこれらを溶接などにより接合する。フランジ１８を略水平状態から略垂直状態へ移動させて位置づけることにより、フランジ１８との接合部に集束する同極どうしのリード１４は、積層体１０の厚みの端面とこれに対峙するフランジ１８との間で折り重なるように挟まれる。

図７の場合、端子板１３のフランジ１８ａは、積層体１０の厚みと略同等に接合代が大きく設定される。フランジ１８ａが略水平状態に位置づけられ、フランジ１８ａに一側からリード１４の同極どうしの集束部を載せて上下方向からこれらを溶接などにより接合する。フランジ１８ａを略水平状態から略垂直状態へ移動させて位置づけることにより、フランジ１８ａとの接合部に集束する同極どうしのリード１４は、積層体１０の厚みの端面とこれに対峙するフランジ１８ａとの間で折り重なるように挟まれる。これによると、略Ｌ字形の交差部から容器１１の外部へ延びる端子板１３ａ，１３ｂの他端側は、積層体１０の厚みを２等分する中心線上でなく、積層体１０の厚みの片面に沿う形に位置づけられるため、容器の構成が変更（底側部材の凹部を深く、蓋側部材は凹部のない平板状に形成）されることになる。

図８の場合、端子板１３ａ，１３ｂは、２面構成の略Ｔ字形の交差部を容器の内部に位置する側の一端部に形成するフランジ１８ｂが備えられる。フランジ１８ｂの幅は、積層体１０の厚みと略同等に接合代が大きく設定される。端子板１３の他端側は、図５の場合と同一の容器１１が使えるよう、フランジ１８ｂの幅の中心線上を容器１１の外部へ延びる形に構成される。図９において、フランジ１８ｂは略水平状態に位置づけられ、リード１４の同極どうしの集束部を載せて上下方向からこれらを溶接などにより接合する。フランジ１８ｂを略水平状態から略垂直状態へ移動させて位置づけることにより、フランジ１８ｂとの接合部に集束する同極どうしのリード１４は、積層体１０の厚みの端面とこれに対峙するフランジ１８ｂとの間で折り重なるように挟まれるのである。

この発明の電気二重層キャパシタの構成に係る説明図である。 同じくキャパシタ本体の構成に係る説明図である。 同じく端子板の斜視図である。 同じく製造工程に係る説明図である。 同じく製造工程に係る説明図である。 同じく製造工程に係る説明図である。 同じく製造工程に係る説明図である。 同じく端子板の斜視図である。 同じく製造工程に係る説明図である。 本方式を従前方式と比較する説明図である。 従前の電気二重層キャパシタの構成に係る説明図である。 同じくキャパシタ本体の構成に係る説明図である。 同じく端子板の斜視図である。

符号の説明

１０ 電気二重層キャパシタ
１１ 容器
１３，１３ａ，１３ｂ 端子板
１４，１４ａ，１４ｂ リード
１５ 電極体
１５ａ 正極体
１５ｂ 負極体
１６ セパレータ
１８，１８ａ，１８ｂ 端子板のフランジ
１９ 熱溶着剤（シール剤）
２０ セパレータの余白

Claims (1)

1. 所定数の正極および負極の電極体をこれらの間にセパレータを介装しつつ交互に重ねて積層体を組成する工程、２面構成のＴ字形の交差部を一端部に形成するフランジを備える端子板を作成する工程、前記電極体の各々の一部を帯状のリードとしてこれらの同極どうしの集束部を極性の対応する前記端子板のフランジに接合する工程と、前記端子板のフランジとの接合部に集束するリードを前記積層体の厚みの端面との間で折り重ねて挟むように前記フランジを位置づける工程、前記積層体を電解液と共に収容して各端子板の他端側が外部へ突き出る状態に容器を密封する工程、を備え、前記電極体の各々の一部を帯状のリードとしてこれらの同極どうしの集束部を極性の対応する端子板のフランジに接合する工程は、前記フランジを略水平状態に位置づける工程、前記略水平状態のフランジにその一側からリードの同極どうしの集束部を載せて上下方向からこれらを接合する工程、を備え、前記端子板のフランジとの接合部に集束するリードを積層体の厚みの端面との間で折り重ねて挟むように前記フランジを位置づける工程は、前記略水平状態のフランジとの接合部に集束する同極どうしのリードを積層体の厚みの端面との間で折り重ねて挟むように前記フランジを略垂直状態に位置づける工程、を備える、ことを特徴とする電気二重層キャパシタの製造方法。

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