JPH06275470A - 電気２重層コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電解液が含浸されたセル積層体を収納した電
気２重層コンデンサにおいて、電解液を適切な量にする
こと。 【構成】 電気２重層コンデンサの分極性電極およびセ
パレータの空孔に含浸させる電解液の量を、次の如く定
義される理論含浸液量を１００％の値とする相対含浸量
で、８５〜１００％の範囲の量とする。即ち、理論含浸
液量とは、分極性電極およびセパレータの体積に、それ
ぞれの空孔率を乗じて求めた体積と等しい量の電解液量
である。これにより、短絡故障の原因となる余剰の電解
液が生じないようにすると共に、コンデンサ容量を大き
くし、しかも内部抵抗を小さくすることが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電解液が含浸されたセ
ル積層体を収納した電気２重層コンデンサに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】電気２重層コンデンサのセルの構造は、
公知のように、電解液を含浸させた活性炭からなる２つ
の分極性電極を、絶縁性を有し且つイオン透過性を有す
るセパレータを挟んで対向配置し、前記分極性電極の背
部に集電体を配設すると共に、集電体を除いた部分の周
囲を、電解液の漏れを防ぐためにガスケットでシールす
るという構造にされていた。そして、そのようなセル
を、必要に応じて複数個積層してセル積層体を形成し、
内部抵抗を小にするため集電体の背後から圧力を加えて
使用していた。

【０００３】しかし、最近では、樹脂性のケースを電槽
として用意し、この中に複数個のセルを立て並べて入れ
た電気２重層コンデンサ装置が提案されている（例、実
開昭51−097733号公報、特開昭58−101416号公報）。複
数個のセルを立て並べて電槽に入れることにすれば、ガ
スケットを廃止できるので、ガスケットの占める体積分
だけ小型にすることが出来る。逆に、もし同じ大きさの
ままなら、ガスケットが占めていた体積だけ、セルの体
積を増やすことが出来るので、容量を増大することが出
来る。

【０００４】図３は、そのような従来の電気２重層コン
デンサ装置を示す図である。図３において、１は電槽、
１−１は電槽内面、２はくさび型スペーサ、３は中間ユ
ニットセル、４は終端ユニットセル、４１は終端集電
体、５は鞍部、９はセル積層体である。電槽１は、樹脂
性のケースであり、金型によって成型される。従って、
成型の際の金型の抜けを良くするため、電槽内面１−１
には、開口部に向かって開くようなテーパが付けられて
いる。

【０００５】図５は、中間ユニットセル３と終端ユニッ
トセル４の構成を示す図である。３１は導電性ゴムから
成る中間集電体、３２は固形の活性炭ペレットから成
り、電解液が含浸させてある分極性電極、３３は多孔性
プラスチック等で出来ているセパレータである。終端集
電体４１は、例えば銅板を導電性ゴムのシートで覆った
構造とされている。ガスケットは、設けられていない。
セパレータ３３は多孔性であるので、電解液はこの中に
も含浸される。

【０００６】中間集電体３１の材料として導電性ゴムを
用いる理由は、重量が軽い上、電解液として硫酸水溶液
を用いた場合でも、腐食されないからである。もし金属
板とした場合には、重い上、硫酸に腐食されてしまう。
終端集電体４１を導電性ゴムのシートで覆ったのも、硫
酸に腐食されないようにするためである。

【０００７】図６は、終端集電体４１と中間集電体３１
の平面図である。４１−２は端子である。分極性電極３
２のペレットは、導電塗料等の導電性接着剤で、中間集
電体３１あるいは終端集電体４１に接着されている。図
５と照合することによって理解されるように、分極性電
極３２は、中間集電体３１に対しては両面に接着され、
終端集電体４１に対しては片面に接着される。

【０００８】中間集電体３１に分極性電極３２を接着す
るに当たっては、表裏の分極性電極間が、偶然に混入な
り発生なりした水滴等によって連絡されることがないよ
う、周囲に縁部３１−１が残るような平面配置で、接着
される。終端集電体４１に接着される分極性電極３２
は、中間集電体３１に接着された分極性電極３２に対向
するよう接着されるから、終端集電体４１のサイズを中
間集電体３１のサイズと同じにすると、終端集電体４１
にもやはり縁部４１−１が残る。

【０００９】図５の下部に示すように、終端ユニットセ
ル４は、終端集電体４１から隣の中間集電体３１までの
構成部分を指し、中間ユニットセル３は、或る中間集電
体３１から隣りの中間集電体３１までの構成部分を指
す。中間ユニットセル３も終端ユニットセル４も、全体
としては薄い平板状の形をしている。

【００１０】薄い平板状の中間ユニットセル３を立て並
べ、その両端に終端ユニットセル４を配設して電槽１に
入れた状態では、終端集電体４１と電槽内面１−１との
間に、くさび状の隙間が出来てしまう。各ユニットセル
での電解液の分布を均一にしたり、内部抵抗を小にする
ためには、終端集電体４１の両側から全面にわたって略
均一な押圧力を加えてやる必要がある。そこで、前記の
隙間にくさび型スペーサ２が、押し込まれている。

【００１１】分極性電極から浸み出した電解液が電槽１
の底部に溜まることがあるが、中間集電体３１の縁部や
終端集電体４１の縁部が電槽１の底部に接していると、
溜まった電解液を介して、ユニットセル間が短絡される
ことになる。それを避けるため、板が列状に突設されて
いる鞍部５が電槽１の底部に配設され、その上に上記縁
部が接するようにされている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】 （問題点）しかしながら、従来の電気２重層コンデンサ
では、分極性電極やセパレータに電解液を充分に含浸さ
せようとして、その量をややもすると多くし勝ちとな
り、中間集電体同士の間で短絡故障を起こしたり、セル
間で短絡故障を起こしたりすることがあるという問題点
があった。

【００１３】（問題点の説明）図４は、従来の電気２重
層コンデンサの問題点を説明する図であり、セル積層体
９の配設状態下端部拡大図である。符号は図３，図５の
ものに対応し、６は電解液である。コンデンサ機能を充
分に発揮させるためには、電解液が分極性電極に充分含
浸させられていることが必要である。充分に含浸させる
ために電解液の量を多くすると、含浸能力を超えた分の
電解液とか、分極性電極３２から滲み出て来た電解液と
かが、電槽１の底部に溜まる。溜まった電解液６の液面
が鞍部５の高さよりも高くなると、中間集電体３１の間
が短絡される。更に高くなると、セル間が短絡されるこ
とになる。本発明は、電解液の量が不足してコンデンサ
機能を損なうことなく、また多過ぎて上記のような問題
点を生ずることのないようにすることを課題とするもの
である。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明では、両面に固形の分極性電極が貼られた導
電性ゴムの中間集電体と、片面に固形の分極性電極が貼
られた終端集電体と、前記各分極性電極を対向配置する
際に介在され、絶縁性を有しイオン透過性を有するセパ
レータとを具え、前記中間集電体と前記終端集電体と前
記セパレータとで形成したセルを積層したセル積層体を
樹脂性の電槽に収納してなる電気２重層コンデンサ装置
において、分極性電極およびセパレータに含浸させる電
解液の量を理論含浸液量の８５〜１００％とすることと
した。

【００１５】

【作 用】電気２重層コンデンサの分極性電極および
セパレータに含浸させる電解液の量を、それらの体積×
空孔率で求めた理論含浸液量の８５〜１００％とする。
これにより、短絡故障の原因となる余剰の電解液が生じ
ないようにすると共に、コンデンサ容量を大きくし、し
かも内部抵抗を低くすることが出来る。

【００１６】

【実施例】本発明は、図３で説明したような電気２重層
コンデンサの電解液の量を必要最小限とし、余剰電解液
の害を避けるための鞍部を不用とする。そのため、電解
液の量を、含浸の対象である分極性電極やセパレータの
体積および空孔率を考慮して決定するようにしたもので
ある。空孔率は、多孔性の物質において、体積の中で占
める空孔体積の割合である。空孔全部に含浸されたとし
た場合の電解液の量を、「理論含浸液量」ということに
する。

【００１７】理論含浸液量は、次式で算出される。 理論含浸液量＝体積×空孔率 分極性電極やセパレータの体積は、製造しようとしてい
る電気２重層コンデンサのサイズによって決まる。空孔
率は、分極性電極やセパレータの材質によって決まる。

【００１８】図１は、本発明の特徴を説明するグラフで
ある。横軸は相対含浸量を表し、上向きの縦軸は相対容
量を表し、下向きの縦軸は電気２重層コンデンサの内部
抵抗を表している。Ｃは容量特性曲線、Ｒは抵抗特性曲
線である。ここに「相対含浸量」とは、含浸のために使
用した電解液の量であって、理論含浸液量を１００％と
して表した量を言うことにする。また「相対容量」と
は、理論含浸液量を含浸させた時のコンデンサ容量を１
００％として表したコンデンサ容量を言うことにする。

【００１９】本発明者らは、相対含浸量をつぎつぎと変
えて行った時、相対容量が特異な変化をすることを発見
した。即ち、容量特性曲線Ｃは、相対含浸量が略８５〜
１００％の範囲で大きな値をとり、その両側の範囲では
急激に下がる。同様に、内部抵抗も特異な変化をするこ
とを発見した。抵抗特性曲線Ｒは、相対含浸量が略８５
〜１００％の範囲では比較的小さな抵抗値で安定した値
をとり、８５％より小さい範囲では急激に増大し、１０
０％より大きい範囲では急激に低下している。

【００２０】内部抵抗が大きいと好ましくないが、小さ
過ぎるのも耐圧が小さくなるなどして好ましくない。従
って、内部抵抗の面からも、電解液の量は相対含浸量で
略８５〜１００％の範囲が好ましいことが分かる。な
お、相対含浸量が１００％を超える場合、図４で説明し
たように、余剰の電解液により短絡を生ずる恐れがあ
る。

【００２１】図２は、本発明に関して行った実験例のデ
ータを示す図である。実験に使用した電気２重層コンデ
ンサの分極性電極やセパレータに関するデータは、次の
通りである。 分極性電極の体積…９００ｍｌ 分極性電極の空孔率…７６％ セパレータの体積…１００ｍｌ セパレータの空孔率…７５％ 従って、分極性電極とセパレータとを合わせたものに対
する理論含浸液量は、 （９００×０．７６）＋（１００×０．７５）＝７５９（ｍｌ） となる。電解液としては、３５％の硫酸水溶液を使用し
た。それの７５９ｍｌの重さは、約９３０ｇである。図
２の「含浸量」は、重さで示してある。

【００２２】理論含浸液量で含浸を行った場合のデータ
は、図２の実験例４に示されている。理論含浸液量の場
合であるから、相対含浸量，相対容量は、いずれも１０
０％である。実験例３→２→１の順に、含浸量は少なく
されているが、それに伴って、相対容量は徐々に低下
し、実験例１に至ると、相対容量が相当小さくなってい
る（７２．５％）。内部抵抗は、実験例２〜４で略１５
ｍΩを保っているが、実験例１ではそれより相当大きい
２７ｍΩとなり、実験例５では１０ｍΩと小さくなって
いる。

【００２３】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の電気２重層コ
ンデンサでは、分極性電極やセパレータに含浸させる電
解液の量を、理論含浸液量の８５〜１００％とすること
により、短絡の原因となる余剰の電解液が生じないよう
にすると共に、コンデンサ容量を大きく、しかも内部抵
抗を小さくすることが出来る。また、余剰の電解液がな
くなるので、従来は必要としていた電槽底部の鞍部を、
不用とすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の特徴を説明するグラフ

【図２】 本発明に関して行った実験例のデータを示す
図

【図３】 電気２重層コンデンサ装置を示す図

【図４】 従来の電気２重層コンデンサの問題点を説明
する図

【図５】 中間ユニットセルと終端ユニットセルの構成
を示す図

【図６】 終端集電体と中間集電体の平面図

【符号の説明】

１…電槽、１−１…電槽内面、２…くさび型スペーサ、
３…中間ユニットセル、３１…中間集電体、３１−１…
縁部、３２…分極性電極、３３…セパレータ、４…終端
ユニットセル、４１…終端集電体、４１−１…縁部、４
１−２…端子、５…鞍部、６…電解液、７…ゴム系塗
料、８…塗料容器、９…セル積層体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中 西 文 夫 藤沢市土棚８番地 いすゞ自動車株式会社 藤沢工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両面に固形の分極性電極が貼られた導電
   性ゴムの中間集電体と、片面に固形の分極性電極が貼ら
   れた終端集電体と、前記各分極性電極を対向配置する際
   に介在され、絶縁性を有しイオン透過性を有するセパレ
   ータとを具え、前記中間集電体と前記終端集電体と前記
   セパレータとで形成したセルを積層したセル積層体を電
   槽に収納してなる電気２重層コンデンサ装置において、
   分極性電極およびセパレータに含浸させる電解液の量を
   理論含浸液量の８５〜１００％としたことを特徴とする
   電気２重層コンデンサ。