JP4513465B2 - 電気二重層キャパシタとその製造方法 - Google Patents
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Description
このキヤパシタは、鉛蓄電池やニッケル水素電池、リチウム電池などの二次電池と比較して高出力時において安定した特性を有し、繰り返して使用しても劣化が極めて少ない等の利点を有することから各分野に使用されている。
キヤパシタを構成する材料としては、有機系電解液、分極性電極、及びセパレータと封止構造材料よりなって、単セル当たりの電圧が2.3V〜2.7Vとなる範囲で使用される。このいくつかのセルを多数積層して直列接続化したユニットとしている。
キャパシタは高エネルギー密度化のため、活性炭、バインダ、及び導電性助剤からなるシート電極を用いることがある。このシート電極を用いたキャパシタは、電極、セパレータ、セル間のパッキン等の構造物を積層した後に電解液を注入する方式で製作される。その際、シート電極は密度が高いため、電極の面積が大きい場合にはシート電極を複数個に分割し、電解液が浸透しやすくなるような工夫がとられている。
また、シート電極は電解液を含浸すると膨潤し、セパレータからはみ出す虞れを有しているため、キャパシタとして組み立てるときにはセパレータからはみ出さないよう電極面積を小さくしている。
また、電極面積が大きくなることからシート電極を複数個に分割し、電解液が浸透しやすく構成すると、分割に伴ってシート電極面積が減少し、この減少により静電容量が減り、内部抵抗が大きくなる。さらには、シート電極が膨潤すると、セパレータからはみ出して短絡を起こす虞があり、この電極同士の短絡を防ぐためにシート電極の膨潤を見越して電極面積を小さくすると静電容量が減って内部抵抗が大きくなるという相反した性質を有している。
逆に、分割したシート電極間の距離を短くしすぎると電解液を含浸させたときにシート電極が膨潤することによって電極同士が重なり合い、その結果静電容量が減少して内部抵抗が大きくなる問題点を有している。
前記シート電極はロール巻き状態より所定寸法幅で切断し、切断されたロール巻き状態よりさらに切り出してシート電極とし、このシート電極のロール巻き取り方向と同軸方向をy軸、所定寸法幅方向をx軸としたとき、シート電極サイズを電解液含浸前のy軸方向サイズに対してα、x軸方向サイズに対してβ分大きく設定し、α、βはα<βの関係を満足させ、且つ電極面積割合が最大となるようα,βを設定したことを特徴としたものである。
本発明の第2は、前記アルミ箔の同一表面に積層されるシート電極は対向配置した1対の分割電極とし、この対向面側はy軸方向とし、電解液含浸前のx軸方向に間隔δを設けたことを特徴としたものである。
本発明の第3は、電気二重層キャパシタのエンドプレートと集電板間に、多孔性シートとパッキンとを介在させたことを特徴としたものである。
本発明の第4は、アルミ箔とシート電極を有する分極電極の両端にセパレータを配置し、更に集電板及びエンドプレートを介して一体的に締め付けて構成される電気二重層キャパシタにおいて、
前記シート電極はロール巻き状態より所定寸法幅で切断し、切断されたロール巻き状態よりさらに切り出してシート電極とし、このシート電極のロール巻き取り方向と同軸方向をy軸、所定寸法幅方向をx軸としたとき、シート電極サイズを電解液含浸前のy軸方向サイズに対してα、x軸方向サイズに対してβ分大きく設定し、α、βはα<βの関係を満足させ、且つ電極面積割合が最大となるようα,βを設定した分極電極を用い、この分極電極とセパレータを積層した積層体側面に集電板を配置し、この集電板とエンドプレート間に多孔性シートとパッキンとを介在させたことを特徴としたものである。
本発明の第5は、前記シート電極は、アルミ箔同一面に一対対向配置とし、この対向面に間隔δを設けたことを特徴としたものである。
本発明の第6は、前記多孔性シートは、ポリオレフィン系の多孔性シートであることを特徴としたものである。
図1(b)は電解液含浸後の使用状態時を示したもので、電極間の幅δがδ‘と大幅に縮小はされているが、シート電極間の重なり現象等は発生していない。
したがって、この実施例によれば、シート電極を分割した場合においても、重なりやはみ出しが発生しないので、電極面積を減少させることなく所定の静電容量のもが得られ、しかも、電極が電解液によって膨潤しても、電極中央部のシート電極間ガス抜き用の僅かな隙間が形成される。
本実施例においては、積層バイポーラ形キャパシタの組み立て時において、エンドプレート1の締め付け時にエンドプレートに撓みを発生させ、しかも、締め付け量の65%〜70%程度となったときにその撓み量を増やすようにする。そのために、キャパシタユニット中央部の厚さが数ミリ(例えば2〜3mm程度)厚くなるようエンドプレートの弾性限界を超えない程度に締め付ける。
エンドプレート1に撓みを発生させるような締め付けを実行すると、エンドプレートの撓みによってキャパシタユニット中央部の加圧力が減少してしまう。これを防止するために介在させたものが多孔性シート8であり、シート電極、アルミ箔、セパレータを複合した弾性率よりも小さい弾性率を有するものが選定される。
また、この多孔性シート8を介在させると、更なる撓み現象がエンドプレート1に発生するが、この不都合はキャパシタの集電板2とエンドプレート1との間にパッキン7を配置することで防止している。したがって、多孔性シート8の厚さはパッキンの厚さと同等か若しくは数百μm厚くなるよう設定される。
2…集電板
3…ゴムパッキン
4…セパレータ
5…分極電極
7…パッキン
8…多孔性シート
10…積層体
11…端子
Claims (6)
- アルミ箔にシート上の活性炭電極を配置して構成した分極電極を有する電気二重層キャパシタにおいて、
前記シート電極はロール巻き状態より所定寸法幅で切断し、切断されたロール巻き状態よりさらに切り出してシート電極とし、このシート電極のロール巻き取り方向と同軸方向をy軸、所定寸法幅方向をx軸としたとき、シート電極サイズを電解液含浸前のy軸方向サイズに対してα、x軸方向サイズに対してβ分大きく設定し、α、βはα<βの関係を満足させ、且つ電極面積割合が最大となるようα,βを設定したことを特徴とした電気二重層キャパシタの製造方法。 - 前記アルミ箔の同一表面に積層されるシート電極は対向配置した1対の分割電極とし、この対向面側はy軸方向とし、電解液含浸前のx軸方向に間隔δを設けたことを特徴とした請求項1記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
- 電気二重層キャパシタのエンドプレートと集電板間に、多孔性シートとパッキンとを介在させたことを特徴とした請求項2記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
- アルミ箔とシート電極を有する分極電極の両端にセパレータを配置し、更に集電板及びエンドプレートを介して一体的に締め付けて構成される電気二重層キャパシタにおいて、
前記シート電極はロール巻き状態より所定寸法幅で切断し、切断されたロール巻き状態よりさらに切り出してシート電極とし、このシート電極のロール巻き取り方向と同軸方向をy軸、所定寸法幅方向をx軸としたとき、シート電極サイズを電解液含浸前のy軸方向サイズに対してα、x軸方向サイズに対してβ分大きく設定し、α、βはα<βの関係を満足させ、且つ電極面積割合が最大となるようα,βを設定した分極電極を用い、この分極電極とセパレータを積層した積層体側面に集電板を配置し、この集電板とエンドプレート間に多孔性シートとパッキンとを介在させたことを特徴とした電気二重層キャパシタ。 - 前記シート電極は、アルミ箔同一面に一対対向配置とし、この対向面に間隔δを設けたことを特徴とした請求項4記載の電気二重層キャパシタ。
- 前記多孔性シートは、ポリオレフィン系の多孔性シートであることを特徴とした請求項4又は5記載の電気二重層キャパシタ。
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