JP4672956B2

JP4672956B2 - 電気二重層キャパシタの製造方法

Info

Publication number: JP4672956B2
Application number: JP2002093755A
Authority: JP
Inventors: 保雄安藤; 裕之渡邉; 達利田村
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: JP2003297700A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気二重層キャパシタの製造方法に関し、特に電池外装をアルミラミネートフィルムにより形成した電気二重層キャパシタ（以下「アルミラミネートキャパシタ」と称する）の内部発生ガスを外部に放出して性能を向上させるように工夫したものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在用いられているコンピュータには、メモリのバックアップ用として、電気二重層キャパシタが利用されている。この電気二重層キャパシタは、小型で大容量であり、また、繰り返し寿命が長いという特長を有する。電気二重層キャパシタは、Ａ１電解コンデンサに代表される電極間に誘電体を有するコンデンサに比べ、体積あたりの容量が３００〜１０００倍高い。この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，カチオンをそれぞれ正極，負極表面に物理吸着させて電気を蓄えるという原理で動作するため、その吸着する電極の表面積が大きいことが要求される。そこで、現在では、比表面積が１０００〜３０００（ｍ²／ｇ）の活性炭がこの電気二重層キャパシタの電極として利用されている。電気二重層キャパシタは、この２つの電極の間に電解質が存在する構造を有している。
【０００３】
近年、この電気二重層キャパシタが、様々な機器のバックアップ電源として広く用いられるようになってきた。適用対象の大容量化に伴い、バックアップとして用いる電気二重層キャパシタも、大容量化が望まれている。このとき、大容量化された電気二重層キャパシタにおいては、使用電圧の高いことや内部抵抗が低く大電流が流せることが望ましい。
【０００４】
図４は電気二重層キャパシタの概略構成図である。同図に示すように、対向する集電極１ａ，１ｂにはそれぞれ活性炭電極２ａ，２ｂが張り付けられており、電極２ａ，２ｂの間には両極の短絡を防ぐためにセパレータ３が挿入されている。電極２ａ，２ｂ及びセパレータ３には電解質４ａを含む電解液４が含浸されている。充電時には電気二重層αが形成される。電気二重層キャパシタからの電気の取り出しは、両極である集電極１ａ，１ｂの背面より直接取り出す構造になっている。また、集電極１ａ，１ｂのサイド部より直接取り出す構造のものもある。なお、実際の電気二重層キャパシタは、電解液４の漏れを防止するためにシール構造が設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、この電気二重層キャパシタは、様々な機器のバックアップ電源として広く用いられるようになってきた。適用対象の大容量化に伴い、バックアップとして用いる電気二重層キャパシタも、大容量化が望まれている。それと同時に、電気二重層キャパシタの重量当りのエネルギー密度と体積当りのエネルギー密度を大きくし、機器への取り付けの際に小型化をはかる試みがなされている。
例えば、電極の単位体積当りのイオン吸着量を増加させ、キャパシタ自体の静電容量を上げることによってエネルギー密度を上げる試み等がなされている。
【０００６】
また、キャパシタの包装形態として、従来からよく用いられている金属缶に挿入して電気取り出し端子のみを外に出す方式や、リチウム電池に見られるアルミ箔と樹脂（プラスチック）フィルムによって構成されるアルミラミネートフィルムによるパッケージングなども検討されている。
【０００７】
電気二重層キャパシタは、一般的にその内部に含まれる不純物や電解液・電解質の分解によるガス発生が考えられる。その際、発生ガスによる抵抗上昇や内圧上昇が予想される。従って、パッケージングを金属缶とした今までの電気二重層キャパシタには、一般的に放圧弁（ガス抜きベント）が設置されていた。
【０００８】
しかし、アルミラミネートフィルムを使用したものでは、放圧弁の設置が難しく初期にガス発生を抑止する方法が必要であった。
【０００９】
本発明は、上記従来技術に鑑み、アルミラミネートキャパシタ構造を保ちつつ、初期にガス発生を抑止する方法を提案すると共に、発生したガスをアルミラミネートキャパシタより取り去る構造となっている、電気二重層キャパシタの製造方法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の電気二重層キャパシタの製造方法の構成は、アルミ箔とプラスチックフィルム層をラミネートしてなるアルミラミネートフィルムにより電池外装を形成すると共に該アルミラミネートフィルムにガス抜きベントを備えた電気二重層キャパシタの製造方法において、前記ガス抜きベントは、複数の貫通孔を底面に有する本体を前記ラミネートフィルムに熱融着すると共に前記本体の上面を膜材で塞ぎ、且つ、前記膜材を押え部材で固定することにより構成され、更に、前記アルミラミネートフィルム内に電解液を注液して初期課電をし、その後に電気二重層キャパシタを減圧環境に放置することにより、前記膜材を捲くり上げて前記貫通孔を開とし、該貫通孔を通じて前記アルミラミネートフィルム内のガスを外部に放出することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施の形態にかかるアルミラミネートキャパシタ１１を示す斜視図であり、図２は図１のII−II断面図である。
【００１４】
このラミネートキャパシタ１１では、図２に示すように、活性炭電極であるシート電極１２ａ，１２ｂに、集電電極及び取出端子として機能するアルミ箔１３ａ，１３ｂを導電性塗料（導電性接着剤）により接着している。なお、シート電極１２ａ，１２ｂとアルミ箔１３ａ，１３ｂとの接着は、導電性樹脂による融着加熱接続、電極表面をアルミ溶射しアルミ箔と接触させる方法、電極自体を集電アルミ箔に塗布する方法等の各種の方法を採用することができる。
【００１５】
シート電極１２ａ，１２ｂは、セパレータ１４を間に挟んで対向配置されている。シート電極１２ａ，１２ｂ、アルミ箔１３ａ，１３ｂ及びセパレータ１４で構成されるセルは、ラミネートフィルム１５内に収納されている。
【００１６】
ラミネートフィルム１５は、アルミ箔１６とプラスチックフィルム層１７をラミネートした熱融着シートフィルムである。そして２枚のラミネートフィルム１５，１５を重ねて４辺を加熱シールして袋状の電池外装が形成されている。そして、電池外装となるラミネートフィルム１５内には、電解液が封入されこの電解液がシート電極１２ａ，１２ｂ及びセパレータ１４に含浸されている。
【００１７】
更に、図１に示すように、電池外装となるアルミラミネートフィルム１５には、ガス抜きベント（放圧弁）２０が１個ないし複数個備えられている。このガス抜きベント２０は樹脂で形成されているため、その周囲がアルミラミネートフィルム１５に熱融着されている。詳細は後述するが、このガス抜きベント２０は、電池外装であるアルミラミネートフィルム１５の内部圧力が所定圧力よりも低いときは閉となり、内部圧力が所定圧力以上になると開となる構造となっており、市販品の部品である。
【００１８】
ここで、ガス抜きベント２０の構成及び動作を図３を参照して説明する。なお、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は底面図、図３（ｃ）は閉状態における断面図、図３（ｄ）は開状態における断面図である。
【００１９】
このガス抜きベント２０では、鍋状の本体２１の底面に複数の貫通孔２２が形成されている。本体２１の凹部（底面）には、貫通孔２２の上面を塞ぐ膜材２３がシリコンオイルを介して張り付いている。この膜材２３の上には押え部材２４が固定されている。
【００２０】
ガス抜きベント２０の本体２１の周囲は、アルミラミネートフィルム１５に熱融着されている。このため、電池外装であるアルミラミネートフィルム１５の内部圧力が所定圧力よりも低いときには、図３（ｃ）に示すように、膜材２３が本体２１の凹部に張り付いて貫通孔２２が塞がれている。このため、アルミラミネートフィルム１５による電池外装の密閉状態が保持される。
【００２１】
一方、電池外装であるアルミラミネートフィルム１５の内部圧力が所定圧力よりも高いときには、図３（ｄ）に示すように、膜材２３が圧力により捲り上げられ、内部のガスが貫通孔２２を通って外部に放出される。そして、ガスの放出により内部圧力が所定圧力よりも低くなったら、再び、膜材２３が本体２１の凹部に張り付いて貫通孔２２が塞がれる。
【００２２】
このようにガス抜きベント２０を備えているため、内部にガスが発生しても、このガスはガス抜きベント２０を介して外部に放出され、ガス発生に起因するキャパシタ内圧の上昇やキャパシタの内部抵抗上昇を防止することができる。
【００２３】
なお、上述したガス抜きベント２０はその全体が樹脂で形成されているが、その周囲、つまりアルミラミネートフィルム１５に熱融着する部分のみを樹脂で生成しているようにしてもよい。
【００２４】
次に、上述したラミネートキャパシタの製造方法（製造手順）を説明する。図１，図２に示すような構成となっているラミネートキャパシタ１１を構成した後、電解液を注液しラミネートキャパシタを完成させる。このラミネートキャパシタには、極微量の水分、不純物等が含まれている場合がある。そこで、このラミネートキャパシタを減圧環境に放置することにより、ガス抜きベント２０を介して内圧を解放（内部ガスを放出）させた。このような手順で製造することにより、初期発生ガス（製造時に発生するガス）を確実に放出してラミネートキャパシタの性能が向上した。勿論、製造後において実際に使用している際に、内部ガスが発生しても、このガスが外部に放出される。
【００２５】
性能向上は次のような計測をすることにより確認した。まず、電解液を注液しラミネートキャパシタを完成させた状態（減圧の前の状態）で、ラミネートキャパシタを２．８Ｖで１０ｈ課電を行い性能（内部抵抗）を確認した。また、このラミネートキャパシタを減圧環境に放置し、ガスベント内より内圧を解放させた後の性能（内部抵抗）も確認した。
【００２６】
このときのラミネートキャパシタの仕様は次の通りである。
電極：粉末活性炭、導電性助剤、ＰＴＦＥ粉末を９：１：１の割合で混合しプレス成形した。
電解液：テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレートの１ｍｏ１／リットのＰＣ溶液。
充放電時間：１０ｍＡ／ｃｍ²の電流密度で２．３Ｖまで充電後同一電流で放電
【００２７】
計測結果は次の通りであった。
・キャパシタ組み立て初期の内部抵抗：５．１Ω・ｃｍ²
・２．８Ｖ，１０ｈ課電後の内部抵抗：７．３Ω・ｃｍ²
・課電後減圧した後の内部抵抗：５．２Ω・ｃｍ²
【００２８】
上記の結果からラミネートキャパシタ１１にガスベント２０を設置し初期課電後に減圧ガスを放出することで初期性能を保持させることができたことが判明した。
【００２９】
【発明の効果】
以上実施の形態と共に具体的に説明したように、本発明によれば、電気二重層キャパシタの電池外装となっているアルミラミネートフィルムにガス抜きベントを備えたため、キャパシタ内部に発生したガスを放出させることが可能になり、性能を向上させることができると共に、高い性能を長時間にわたり維持することができる。
【００３０】
また、ガス抜きベントを樹脂により形成することにより、アルミラミネートフィルムに容易に溶着することができ、ガス抜きベントを短時間で接合することができる。
【００３１】
また、初期課電後に減圧処理することによりガス抜きベントを介して、キャパシタ内に発生したガスを放出させることができるため、性能の向上つまり、抵抗低下を図ることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるアルミラミネートキャパシタを示す斜視図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】ガス抜きベントを示す構成図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は底面図、図３（ｃ）は閉状態における断面図、図３（ｄ）は開状態における断面図である。
【図４】電気二重層キャパシタを示す概略構成図である。
【符号の説明】
１１アルミラミネートキャパシタ
１２ａ，１２ｂシート電極
１３ａ，１３ｂアルミ箔
１４セパレータ
１５アルミラミネートフィルム
１６アルミ箔
１７プラスチックフィルム層
２０ガス抜きベント
２１本体
２２貫通孔
２３膜材
２４押え部材

Claims

アルミ箔とプラスチックフィルム層をラミネートしてなるアルミラミネートフィルムにより電池外装を形成すると共に該アルミラミネートフィルムにガス抜きベントを備えた電気二重層キャパシタの製造方法において、
前記ガス抜きベントは、複数の貫通孔を底面に有する本体を前記ラミネートフィルムに熱融着すると共に前記本体の上面を膜材で塞ぎ、且つ、前記膜材を押え部材で固定することにより構成され、更に、
前記アルミラミネートフィルム内に電解液を注液して初期課電をし、その後に電気二重層キャパシタを減圧環境に放置することにより、前記膜材を捲くり上げて前記貫通孔を開とし、該貫通孔を通じて前記アルミラミネートフィルム内のガスを外部に放出することを特徴とする電気二重層キャパシタの製造方法。