JP6428910B2 - 電気二重層コンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、電気二重層コンデンサに関する。

従来、例えば携帯電話機などの種々の電子機器にコンデンサが広く用いられている。コンデンサとして、電気二重層コンデンサ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｏｕｂｌｅ−ｌａｙｅｒ ｃａｐａｃｉｔｏｒ：ＥＤＬＣ）が知られている。電気二重層コンデンサは、二次電池とは異なり、充放電に際して化学反応を伴わないため、長い製品寿命を有するというメリット、大電流で短時間のうちに充放電させることができるというメリットなどを有する。従って、長い製品寿命が求められる用途や、大電流が必要な用途などに電気二重層コンデンサを適用する試みがなされている。

例えば、特許文献１には、電気二重層コンデンサの一例が記載されている。特許文献１に記載の電気二重層コンデンサでは、セパレータが負極を覆うように設けられており、これにより、負極と正極とが隔離されている。

特開２０１４−６３７８９号公報

電気二重層コンデンサには、薄型化したいという要望がある。

本発明の主な目的は、薄型な電気二重層コンデンサを提供することにある。

本発明に係る電気二重層コンデンサは、正極と、負極と、電解質と、セパレータを備える。正極は、正極側集電極と、正極側分極性電極とを有する。正極側分極性電極は、正極側集電極の上に設けられている。負極は、負極側集電極と、負極側分極性電極とを有する。負極側分極性電極は、負極側集電極の上に設けられている。負極は、正極と対向している。電解質は、正極と負極との間に介在している。セパレータは、隣り合う正極側分極性電極と負極側分極性電極との間に設けられている。セパレータは、平板状である。正極及び負極のうち、厚み方向において最も外側に位置する電極の集電極の外側表面の上には、分極性電極が設けられていない。正極及び負極の少なくとも一方が、正極及び負極の他方と対向している対向部を有する。本発明に係る電気二重層コンデンサのように、セパレータを平板状とし、正極及び負極のうち、厚み方向において最も外側に位置する電極の集電極の外側表面の上に分極性電極を設けないことにより、電気二重層コンデンサを薄型化することができる。

本発明に係る電気二重層コンデンサでは、セパレータは、正極及び負極のそれぞれよりも大きく、電気二重層コンデンサが正極又は負極を介して隣り合うセパレータの周縁部同士を接着する接着層をさらに備える。

本発明に係る電気二重層コンデンサでは、前記正極及び負極の少なくとも一方が、対向部より外側に位置している外側部を有し、電気二重層コンデンサが外側部とセパレータの周縁部とを接着する接着層をさらに備えることが好ましい。

本発明に係る電気二重層コンデンサでは、接着層が、正極と負極とが対向している対向部とは離れて設けられている。この場合、平面視において、セパレータの、接着層を形成するために塗布した接着層が正極と負極とが対向している対向部の上に位置する部分にまで至ることにより、当該部分の細孔が塞がれにくい。従って、電気二重層コンデンサの静電容量が低下することを抑制することができる。

本発明に係る電気二重層コンデンサでは、平面視において、セパレータの接着層と対向部との間に位置する部分の少なくとも一部における空孔率が、セパレータの対向部の上に位置する部分における空孔率よりも低い。この場合、平面視において、セパレータの、接着層を形成するために塗布した接着層が正極と負極とが対向している対向部の上に位置する部分にまで至ることにより、当該部分の細孔が塞がれにくい。従って、電気二重層コンデンサの静電容量が低下することを抑制することができる。

本発明に係る電気二重層コンデンサでは、平面視において、セパレータの接着層と対向部との間に位置する部分が、セパレータの対向部の上に位置する部分よりも薄いことが好ましい。この場合、平面視において、セパレータの、接着層を形成するために塗布した接着層が正極と負極とが対向している対向部の上に位置する部分にまで至ることにより、当該部分の細孔が塞がれにくい。従って、電気二重層コンデンサの静電容量が低下することを抑制することができる。

本発明に係る電気二重層コンデンサでは、正極が、負極と対向している正極対向部と、正極対向部に接続されており、一の方向において正極対向部から外側に延びる正極端子部と、正極対向部に接続されており、一の方向において、正極端子部とは反対側に延びる正極外側部とを有していてもよい。負極が、正極と対向している負極対向部と、負極対向部に接続されており、一の方向において正極端子部と同方向に延びる負極端子部と、負極端子部に接続されており、一の方向において、負極端子部とは反対側に延びる負極外側部とを有していてもよい。その場合、平面視において、正極端子部と、負極端子部とが重ならないように設けられていると共に、正極外側部と、負極外側部とが重ならないように設けられており、正極端子部、負極端子部、正極外側部及び負極外側部のそれぞれが接着層と接着されていることが好ましい。この場合、セパレータ、正極及び負極の積層体の接着強度をさらに向上することができる。

本発明によれば、薄型な電気二重層コンデンサを提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る電気二重層コンデンサの模式的断面図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る電気二重層コンデンサの模式的平面図である。 図３は、本発明の一実施形態における負極の模式的平面図である。 図４は、本発明の一実施形態における正極の模式的平面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

図１は、本実施形態に係る電気二重層コンデンサの模式的断面図である。図２は、本実施形態に係る電気二重層コンデンサの模式的平面図である。なお、図２においては、外装体１０の図示を省略している。

図１に示すように、電気二重層コンデンサ１は、負極１１と、正極１２と、セパレータ１３と、接着層１４と、外装体１０とを有する。

負極１１と正極１２とは、セパレータ１３を介して対向している。具体的には、複数の負極１１と複数の正極１２とが、セパレータ１３を介して交互に積層されている。各負極１１は、図示しない負極側配線材により電気的に接続されており、外装体１０外に引き出されている。各正極１２は、図示しない正極側配線材により電気的に接続されており、外装体１０外に引き出されている。

（負極１１）
負極１１は、負極側集電極１１ａを備えている。負極側集電極１１ａは、例えば、アルミニウム箔等により構成することができる。負極側集電極１１ａの厚みは、例えば、１０μｍ〜３０μｍ程度とすることができる。

負極側集電極１１ａの上には、負極側分極性電極１１ｂが設けられている。具体的には、正極１２及び負極１１のうち、厚み方向（積層方向）において最も外側に位置している負極側集電極１１ａでは、内側主面の上にのみ負極側分極性電極１１ｂが設けられており、外側主面の上には、負極側分極性電極１１ｂが設けられていない。それ以外の負極１１においては、負極側分極性電極１１ｂが、負極側集電極１１ａの両主面の上に設けられている。すなわち、負極側集電極１１ａの主面のうち、正極１２と対向する主面の上にのみ負極側分極性電極１１ｂが設けられている。負極側分極性電極１１ｂの厚みは、例えば、１０μｍ〜３０μｍ程度とすることができる。

図１及び図３に示すように、負極１１は、負極対向部１１Ａと、負極端子部１１Ｂと、負極外側部１１Ｃとを有する。負極対向部１１Ａは、正極１２と対向している。負極端子部１１Ｂは、負極対向部１１Ａに接続されている。具体的には、本実施形態では、負極端子部１１Ｂは、負極対向部１１Ａのうち、ｘ軸方向に対して垂直なｙ軸方向におけるｙ１側の部分から、ｘ１側に延びている。負極外側部１１Ｃは、負極対向部１１Ａに接続されている。負極外側部１１Ｃは、負極対向部１１Ａからｘ軸方向のｘ２側に延びている。具体的には、本実施形態では、負極外側部１１Ｃは、負極対向部１１Ａのうち、ｙ軸方向におけるｙ２側の部分から、ｘ２側に延びている。負極側分極性電極１１ｂは、負極対向部１１Ａにのみ設けられており、負極端子部１１Ｂや負極外側部１１Ｃには設けられていない。負極端子部１１Ｂ及び負極外側部１１Ｃは、負極側集電極１１ａにより構成されている。

（正極１２）
正極１２は、正極側集電極１２ａを備えている。正極側集電極１２ａは、例えば、アルミニウム箔等により構成することができる。正極側集電極１２ａの厚みは、例えば、１０μｍ〜３０μｍ程度とすることができる。

正極側集電極１２ａの上には、正極側分極性電極１２ｂが設けられている。具体的には、正極１２及び負極１１のうち、厚み方向（積層方向）において最も外側に位置している正極側集電極１２ａでは、内側主面の上にのみ正極側分極性電極１２ｂが設けられており、外側主面の上には、正極側分極性電極１２ｂが設けられていない。それ以外の正極１２においては、正極側分極性電極１２ｂが、正極側集電極１２ａの両主面の上に設けられている。すなわち、正極側集電極１２ａの主面のうち、負極１１と対向する主面の上にのみ正極側分極性電極１２ｂが設けられている。正極側分極性電極１２ｂの厚みは、例えば、１０μｍ〜３０μｍ程度とすることができる。

図１及び図４に示すように、正極１２は、正極対向部１２Ａと、正極端子部１２Ｂと、正極外側部１２Ｃとを有する。正極対向部１２Ａは、負極１１と対向している。正極端子部１２Ｂは、正極対向部１２Ａに接続されている。具体的には、本実施形態では、正極端子部１２Ｂは、正極対向部１２Ａのうち、ｙ軸方向におけるｙ２側の部分から、ｘ１側に延びている。正極外側部１２Ｃは、正極対向部１２Ａに接続されている。正極外側部１２Ｃは、正極対向部１２Ａからｘ軸方向のｘ２側に延びている。具体的には、本実施形態では、正極外側部１２Ｃは、正極対向部１２Ａのうち、ｙ軸方向におけるｙ１側の部分から、ｘ２側に延びている。正極側分極性電極１２ｂは、正極対向部１２Ａにのみ設けられており、正極端子部１２Ｂや正極外側部１２Ｃには設けられていない。正極端子部１２Ｂ及び正極外側部１２Ｃは、正極側集電極１２ａにより構成されている。

（セパレータ１３）
セパレータ１３は、隣り合う負極１１及び正極１２の間に設けられている。セパレータ１３は、負極１１及び正極１２よりも大きな平板状である。このセパレータ１３により負極１１と正極１２とが隔離されている。セパレータ１３は、例えば、複数の連続気泡を有する多孔質シートにより構成することができる。

（外装体１０）
負極１１と正極１２とセパレータ１３とは、外装体１０内に収納されている。負極１１と正極１２とはそれぞれ、外装体１０の外部に設けられる負極用引き出し端子（図示しない）と正極用引き出し端子（図示しない）に接続されている。外装体１０は、例えば、両面が樹脂層により覆われたアルミニウムラミネート等により構成することができる。

（電解質）
外装体１０内には、電解質が充填されている。このため、電解質は、負極１１と正極１２との間に介在している。具体的には、電解質は、負極１１の負極側分極性電極１１ｂと、正極１２の正極側分極性電極１２ｂとの間に介在している。

電解質は、陽イオンと、陰イオンと、溶媒とを含む。好ましく用いられる陽イオンとしては、例えば、テトラエチルアンモニウム塩などが挙げられる。好ましく用いられる陰イオンとしては、例えば、四フッ化ホウ酸イオン（ＢＦ^４−）や、ビストリフルオロメチルスルホニルイミド（（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ⁻）などが挙げられる。好ましく用いられる溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネートなどのカーボネート化合物、ニトリル化合物、水などの水系溶媒などが挙げられる。

電解質は、例えば、架橋性のゲル電解質やイミダゾール化合物からなるイオン液体であってもよい。

（接着層１４）
図１及び図２に示すように、負極１１又は正極１２を介して厚み方向に隣り合うセパレータ１３の周縁部同士を接着している接着層１４が設けられている。なお、本発明において、接着層は、負極又は正極の外側部と、セパレータとを接着していてもよい。

接着層１４は、ｘ軸方向において、対向部１１Ａ、１２Ａの外側に設けられている。接着層１４は、ｘ軸方向において、対向部１１Ａ、１２Ａとは離間して設けられている。このようにすることにより、接着層１４を形成するための接着剤がセパレータ１３内に侵入し、セパレータ１３のうち、対向部１１Ａと対向部１２Ａとの間に位置する部分の空孔が接着剤により埋められることを効果的に抑制することができる。従って、電気二重層コンデンサ１の静電容量が低下することを抑制することができる。

接着層１４を形成するための接着剤がセパレータ１３内に侵入し、セパレータ１３のうち、対向部１１Ａと対向部１２Ａとの間に位置する部分の空孔が接着剤により埋められることを効果的に抑制する観点からは、平面視において、セパレータ１３の接着層１４と対向部１１Ａ、１２Ａとの間に位置する部分の少なくとも一部における空孔率が、セパレータ１３のうち、対向部１１Ａ、１２Ａの上に位置する部分における空孔率よりも低いことが好ましい。平面視において、セパレータ１３の接着層１４と対向部１１Ａ、１２Ａとの間に位置する部分の少なくとも一部における空孔率が、実質的にゼロであることが好ましい。同様の観点から、セパレータ１３の接着層１４と対向部１１Ａ、１２Ａとの間に位置する部分が、セパレータ１３のうち、対向部１１Ａ、１２Ａの上に位置する部分よりも薄いことが好ましい。これらの場合、セパレータ１３の上に塗布された接着剤が、セパレータ１３の接着層１４と対向部１１Ａ、１２Ａとの間に位置する部分を経由してセパレータ１３のうち、対向部１１Ａ、１２Ａの上に位置する部分にまで至りにくい。従って、本実施形態では、接着層１４が設けられた領域に、端子部１１Ｂ、１２Ｂ及び外側部１１Ｃ、１２Ｃが設けられている。端子部１１Ｂ、１２Ｂ及び外側部１１Ｃ、１２Ｃは多孔質体ではないため、接着層１４との接着強度が高い。従って、各部材の剥離を効果的に抑制することができる。

各部材の剥離をより効果的に抑制する観点からは、平面視において、正極端子部１２Ｂと負極端子部１１Ｂとが重ならないように設けられていると共に、正極外側部１２Ｃと負極外側部１１Ｃとが重ならないように設けられており、かつ、正極端子部１２Ｂ、負極端子部１１Ｂ、正極外側部１２Ｃ及び負極外側部１１Ｃのそれぞれが接着層１４と接着されていることがより好ましい。

ところで、特許文献１に記載の電気二重層コンデンサのように、折り曲げ型のセパレータを用いた場合は、セパレータが有する弾性により電気二重層コンデンサが厚くなりやすい。それに対して、本実施形態に係る電気二重層コンデンサ１では、平板状のセパレータ１３が採用されている。それに加え、正極１２及び負極１１のうち、厚み方向において最も外側に位置する電極の集電極１１ａ、１２ａの外側表面の上には、分極性電極１１ｂ、１２ｂが設けられていない。このため、薄型な電気二重層コンデンサ１を実現することができる。

１：電気二重層コンデンサ
１０：外装体
１１：負極
１１ａ：負極側集電極
１１ｂ：負極側分極性電極
１１Ａ：負極対向部
１１Ｂ：負極端子部
１１Ｃ：負極外側部
１２：正極
１２ａ：正極側集電極
１２ｂ：正極側分極性電極
１２Ａ：正極対向部
１２Ｂ：正極端子部
１２Ｃ：正極外側部
１３：セパレータ
１４：接着層

Claims (4)

1. 正極側集電極と、前記正極側集電極の上に設けられた正極側分極性電極とを有する正極と、
   負極側集電極と、前記負極側集電極の上に設けられた負極側分極性電極とを有し、前記正極と対向している負極と、
   前記正極と前記負極との間に介在している電解質と、
   隣り合う前記正極側分極性電極と前記負極側分極性電極との間に設けられた平板状のセパレータと、
   を備え、
   前記正極及び前記負極のうち、厚み方向において最も外側に位置する電極の集電極の外側表面の上には、分極性電極が設けられておらず、
   前記セパレータは、前記正極及び前記負極のそれぞれよりも大きく、
   前記正極又は前記負極を介して隣り合う前記セパレータの周縁部同士を接着する接着層をさらに備え、
   前記正極及び負極の少なくとも一方が、前記正極及び負極の他方と対向している対向部を有し、
   前記接着層は、前記対向部とは離れて設けられており、
   平面視において、前記セパレータの前記接着層と前記対向部との間に位置する部分の少なくとも一部における空孔率が、前記セパレータの前記対向部の上に位置する部分における空孔率よりも低い、電気二重層コンデンサ。
2. 前記正極及び負極の少なくとも一方が、前記対向部より外側に位置している外側部を有し、前記外側部と前記セパレータの周縁部とを接着する接着層をさらに備える請求項１に記載の電気二重層コンデンサ。
3. 平面視において、前記セパレータの前記接着層と前記対向部との間に位置する部分が、前記セパレータの前記対向部の上に位置する部分よりも薄い、請求項１または２に記載の電気二重層コンデンサ。
4. 前記正極は、
   前記負極と対向している正極対向部と、
   前記正極対向部に接続されており、一の方向において前記正極対向部から外側に延びる正極端子部と、
   前記正極対向部に接続されており、前記一の方向において、前記正極端子部とは反対側に延びる正極外側部と、
   を有し、
   前記負極は、
   前記正極と対向している負極対向部と、
   前記負極対向部に接続されており、前記一の方向において前記正極端子部と同方向に延びる負極端子部と、
   前記負極端子部に接続されており、前記一の方向において、前記負極端子部とは反対側に延びる負極外側部と、
   を有し、
   平面視において、前記正極端子部と、前記負極端子部とが重ならないように設けられていると共に、前記正極外側部と、前記負極外側部とが重ならないように設けられており、
   前記正極端子部、前記負極端子部、前記正極外側部及び前記負極外側部のそれぞれが前記接着層と接着されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気二重層コンデンサ。