JPH09251927A - 電気二重層コンデンサにおける外部端子への集電極リードの接続方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 大容量で積層型の電気二重層コンデンサにお
いて、薄肉で多数枚の金属製集電極の各リード部を一括
して外部端子に簡単かつ確実に接続できる方法の提供。 【解決手段】 外部端子として、ボルトの頭部に反ねじ
部方向へ突出する円柱状の突起ピン1aを有した純アルミ
ニウムよりなる突起ピン付き外部端子１を用い、突起ピ
ン1aに、薄肉（例えば20μｍ）で多数枚（例えば40枚）
の金属製集電極の各リード部11bをその突起ピン挿入孔
を利用して嵌め込み、さらにその上から純アルミ製の平
ワッシャ２を嵌め込み、しかる後に突起ピン1aの頭部を
打撃して突起ピン付き外部端子１に前記各リード部を一
括してかしめ接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電動自転車、電
動工具などの電源として利用できる静電容量１０００〜
１００００Ｆ程度の大容量の積層型の電気二重層コンデ
ンサにおいて、正極用および負極用の各外部端子に薄肉
で多数枚の金属製集電極の各リード部を接続する際に用
いられる、電気二重層コンデンサにおける外部端子への
集電極リードの接続方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一時的に大きなエネルギを供給する電源
として利用できる大容量の電気二重層コンデンサとし
て、正極用の金属製集電極と正電荷蓄積用の分極性電極
とからなる正極と、負極用の金属製集電極と負電荷蓄積
用の分極性電極とからなる負極とをセパレータを間に介
在させて交互に積層し、電解液と分極性電極との界面に
形成される電気二重層に電荷を蓄積することを利用する
積層型の電気二重層コンデンサが提案されており、その
一例が特開平４−１５４１０６号公報に開示されてい
る。図６はこの従来の積層型の電気二重層コンデンサの
全体構成をその一部を切り欠いて示す斜視図、図７はそ
の正極を示す斜視図である。

【０００３】図７に示すように、平板状をなす正極５０
は、金属製集電極である例えばステンレス製集電極５２
の両側に、活性炭を主成分とする分極性電極としての電
極層５３，５３′を形成してなるものである。そして、
ステンレス製集電極５２の一部に突起部を設け、この突
起部がステンレス製集電極５２と外部端子との電気的導
通をとるためのリード部５２ａとされている。具体的寸
法例として、ステンレス製集電極５２は、厚み０．３ｍ
ｍ，１００×１００ｍｍの正方形であり、そのリード部
５２ａは、同厚で２０×２０ｍｍの正方形であることが
示されている。なお、負極５１は正極５０と同一構造で
あり、その説明は省略する。また、金属製集電極の代表
的材料としてアルミニウムがある。

【０００４】この正極５０と負極５１とが、図６に示す
ように、電極層５３，５３′と同外形寸法のセパレータ
５４を間に介して交互に積層される。セパレータ５４
は、イオン透過性及び電気絶縁性を有する多孔質材料よ
りなり、例えばポリプロピレン繊維不織布が用いられ
る。

【０００５】そして、図６に示すように、例えば５枚の
正極用のリード部５２ａ同士を超音波溶接によって一つ
に溶接接合し、さらにこの部分に、正極外部端子５６へ
接続するための１枚のステンレス製リード体５５を超音
波溶接によって溶接接合する。負極用のリード部につい
ても同様である。次いで、この電極５０，５１を重ね合
わせた電極積層体を角形外装ケース５７内に収納し、所
定の有機系電解液を含浸させた後、電気絶縁性の蓋体５
８に設けられたステンレス製の正極外部端子５６とリー
ド体５５とを溶接接合するとともに、ステンレス製の負
極外部端子５６′とリード体５５′とを溶接接合し、し
かる後、前記蓋体５８を取り付けて密閉するようにして
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、積層型の電
気二重層コンデンサでは最近とみに大容量化が要請され
ており、このため、厚み２０〜５０μｍ程度でアルミニ
ウム箔のような薄肉であって、１０〜１００枚程度の多
数枚の金属製集電極が使用されるようになってきてい
る。

【０００７】前述した従来の電気二重層コンデンサで
は、各金属製集電極５２のリード部５２ａを、外部端子
５６に直接に接続するのではなく、超音波溶接によって
リード部同士を一つに溶接接合し、この一つに溶接接合
された部分と１枚のリード体５５とを超音波溶接接合
し、さらにこのリード体５５を外部端子５６に溶接接合
するようにしたものであるから、接続工数が多く接続作
業に多大の時間がかかっていた。また、外部端子５６へ
の直接接続でないため、外部端子５６と金属製集電極５
２間の大電流放電時の抵抗損失が大きかった。さらに、
上記のような薄肉で多数枚のリード部を接続する場合に
は、超音波溶接などのような溶接接合ではむずかしかっ
た。

【０００８】そこでこの発明は、薄肉で多数枚の金属製
集電極の各リード部を一括して外部端子に簡単かつ確実
に接続でき、これにより接続工数の低減や接続作業時間
の短縮によるコンデンサ製造費の低減を図れるととも
に、内部抵抗が小さく大電流の充放電に耐えうるという
コンデンサ性能の向上を図ることができる、電気二重層
コンデンサにおける外部端子への集電極リードの接続方
法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、この発明による電気二重層コンデンサにおける外
部端子への集電極リードの接続方法は、金属製集電極と
分極性電極とからなる正極および負極を、セパレータを
間に介在させて交互に積層し、多数の正極および負極の
各金属製集電極のリード部をそれぞれ正極用の外部端子
および負極用の外部端子へ接続してなる電気二重層コン
デンサにおいて、前記外部端子として、突起ピンを有し
た突起ピン付き外部端子を用い、前記突起ピンに、突起
ピン挿入孔が設けられた前記各リード部、次いで平ワッ
シャをこの順で嵌め込み、しかる後に前記突起ピンの頭
部を打撃して、前記突起ピン付き外部端子に前記各リー
ド部を一括してかしめ接合することを特徴とする。

【００１０】この場合、前記突起ピン付き外部端子およ
び前記平ワッシャが、純度９９．００％以上の純アルミ
ニウムよりなるものであることがよい。

【００１１】この発明による接続方法においては、ボル
ト（例えばＭ５）の頭部に反ねじ部方向へ突出する円柱
形の突起ピン（例えば、長さ及び直径：３．０ｍｍ）を
有した突起ピン付き外部端子が用いられ、金属製集電極
のリード部（例えば厚み２０μｍ）には、前記突起ピン
よりわずかに大径の突起ピン挿入孔が設けられている。
この突起ピン付き外部端子の突起ピンに、例えば４０枚
のリード部が束ねて積み重ねられた状態で嵌め込まれ、
さらにこの嵌め込まれた多数のリード部の上から前記突
起ピンにこれよりわずかに大きい内径を持つ平ワッシャ
が嵌め込まれる。この状態で突起ピンの頭部が打撃され
ると、突起ピン頭部が拡径し、かつ逆円錐台形状に塑性
変形することで、平ワッシャはその上面が径方向にのび
て上向き凸に湾曲変形し（図５の（ｂ）参照）、前記積
み重ねられた状態で嵌め込まれた多数枚のリード部は、
そのリード部に食い込むように湾曲変形した平ワッシャ
の下面外周部全体によってボルト頭部へ押え込まれて、
突起ピン付き外部端子にかしめ接合される。

【００１２】この方法に用いられる前記突起ピン付き外
部端子および前記平ワッシャは、かしめ接合による加工
硬化（加工硬化は品質劣化を招く）を起こさないように
するため、純度９９．００％以上の純アルミニウムより
なるものがよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の方法が適用され
る積層型の電気二重層コンデンサの全体構成例をその一
部を切り欠いて示す斜視図、図２はこの発明の方法が適
用される金属製集電極の一例を模式的に示す正面図であ
る。

【００１４】この発明方法が適用される正極用のアルミ
ニウム製集電極１１は、図２に示すように、この例で
は、エキスパンド加工が施された厚み２０μｍのアルミ
ニウム箔（ＪＩＳ：１Ｎ３０）を刃付きプレス機により
型抜きすることにより、矩形をなす集電極本体１１ａ
と、直径３．５ｍｍの突起ピン挿入孔１１ｃが設けられ
た帯状をなすリード部１１ｂとを一体成形してなるもの
である。アルミニウム箔にエキスパンド加工を施す理由
は、活性炭よりなる分極性電極に電解液を効率良くしみ
込ませるためである。なお、後述する負極用のアルミ製
集電極２１も前記集電極１１と同一構成である。

【００１５】図３はこの発明の方法に係る突起ピン付き
外部端子を示す図であって、（ａ）はその正面図、
（ｂ）はその側面図である。図４はこの発明の方法に係
る突起ピン付き外部端子用の平ワッシャを示す図であっ
て、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその側面図である。

【００１６】この発明方法に係る正極用の突起ピン付き
外部端子１は、図３に示すように、この例では、長さ１
５．０ｍｍのねじ部を持つＭ５のボルトの頭部（ｋ＝
３．５ｍｍ，ｓ＝８．０ｍｍ）に反ねじ部方向へ突出す
る円柱状の突起ピン１ａを有し、純度９９．００％以上
の純アルミニウム（１Ｎ３０，Ａ１０５０等）よりなる
ものである。この例の突起ピン１ａの寸法は、長さＬ１
及び外径φ１が各３．０ｍｍである。なお、後述する負
極用の突起ピン付き外部端子１′も前記外部端子１と同
一構成である。

【００１７】また、突起ピン付き外部端子用の平ワッシ
ャ２は、図４に示すように、この例では、厚み（ｔ）
０．５ｍｍ，内径（ｄ）３．１ｍｍ，外径（Ｄ）７．０
ｍｍであって、前記突起ピン付き外部端子１と同じく純
度９９．００％以上の純アルミニウム（１Ｎ３０，Ａ１
０５０等）よりなるものである。

【００１８】さて、図１に示すように、正極１０は、前
記リード部１１ｂを有する正極用の前記アルミ製集電極
１１と、その両側に位置される正電荷蓄積用の分極性電
極１２ａ，１２ｂとにより構成されている。同様に、負
極２０は、前記アルミ製集電極１１と同構成になる負極
用のアルミ製集電極２１と、その両側に位置される負電
荷蓄積用の分極性電極２２ａ，２２ｂとにより構成され
ている。この正極１０と負極２０とが、ポリプロピレン
繊維不織布よりなるセパレータ３１を間に介在させて交
互に重ね合わせて積層されている。なお、最外部に配置
される電極１０，２０では、両側ではなく内側のみに分
極性電極が配置されるようになっている。

【００１９】この例では、アルミ製集電極１１，２１の
集電極本体、分極性電極１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２
ｂ、およびセパレータ３１は、同形で同寸法の矩形をな
している。また、分極性電極１２ａ，１２ｂ，２２ａ，
２２ｂとして、厚み０．５ｍｍ程度であって、電荷を蓄
積するための活性炭粉末と結着剤としてのＰＴＦＥ（ポ
リテトラフルオロエチレン）とを混練し、これをシート
化してなるものを使用している。

【００２０】そして、前記各電極１０，２０のアルミ製
集電極と分極性電極とを密着させるため、この例では各
４０枚の電極１０，２０を重ね合わせた電極積層体の最
外部に締付け用の板３２を配し、この板３２の上に締付
け用ベルト３３を巻き付けて、前記電極積層体を積層方
向に締め付けるようにしている。

【００２１】次に、前述した突起ピン付き外部端子１に
正極用の前記各アルミニウム製集電極１１のリード部１
１ｂを一括してかしめ接合する手順について説明する。
まず、突起ピン１ａが上向きになる姿勢で突起ピン付き
外部端子１を保持し、その外部端子１の突起ピン１ａ
に、束ねて積み重ねられた４０枚のリード部１１ｂをそ
の各突起ピン挿入孔１１ｃを利用して嵌め込み、さらに
その嵌め込まれた４０枚のリード部１１ｂの上から突起
ピン１ａに前述した平ワッシャ２を嵌め込む（図５の
（ａ）参照）。

【００２２】次いで、この状態で突起ピン１ａの頭部を
手に持ったハンマーで打撃すると、純アルミ製の突起ピ
ン１ａ頭部が拡径し、かつ逆円錐台形状に塑性変形する
ことで、純アルミ製の平ワッシャ２はその上面が径方向
にのびて上向き凸に湾曲変形し、前記束ねて重ねられた
状態で嵌め込まれ４０枚のリード部１１ｂは、そのリー
ド部に食い込むように湾曲変形した平ワッシャ２の下面
外周部全体によってボルト頭部へ押え込まれて、突起ピ
ン付き外部端子１に強固に密着した状態でかしめ接合さ
れる（図５の（ｂ）参照）。この手順と同様にして、負
極用の突起ピン付き外部端子１′に４０枚の負極用のア
ルミ製集電極２１の各リード部（図示せず）が一括して
かしめ接合される。

【００２３】そして、前記電極積層体を角形外装ケース
３４に収納し、これに特殊な塩を含むプロピレンカーボ
ネート液等の有機系電解液を含浸させる一方、電気絶縁
性を持つケース蓋板３４ａに、前記のようにして各リー
ド部がかしめ接合された突起ピン付き外部端子１，１′
をそれぞれ固定用ナット３，３′にて取り付ける。しか
る後、角形外装ケース３４の開口部にケース蓋板３４ａ
を取り付けて密閉する。

【００２４】このようにこの発明方法によると、薄肉で
多数枚のアルミ製集電極１１，２１の各リード部を一括
して突起ピン付き外部端子１，１′に簡単かつ確実に接
続でき、従来行われていた高い技量が要求され時間がか
かる溶接作業が不要となり、従来に比べて接続工数の低
減や接続作業時間の短縮によるコンデンサ製造費の低減
を図れ、また、外部端子１，１′へ各リード部を直接に
接続することができるので、外部端子１，１′とアルミ
製集電極１１，２１の集電極本体との間の抵抗値が小さ
くなり、内部抵抗が小さく大電流の充放電に耐えること
ができる高性能の電気二重層コンデンサの実現に寄与す
ることができる。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように、この発明による電気
二重層コンデンサにおける外部端子への集電極リードの
接続方法によると、外部端子として、突起ピンを有した
突起ピン付き外部端子を用い、薄肉で多数枚の金属製集
電極の各リード部を一括して突起ピン付き外部端子に簡
単かつ確実にかしめ接合でき、従来行われていた高い技
量が要求され時間を要する溶接作業が不要となり、従来
に比べて接続工数の低減や接続作業時間の短縮によるコ
ンデンサ製造費の低減を図れ、また、突起ピン付き外部
端子へ各リード部を直接に接続しうることから、内部抵
抗が小さく大電流の充放電に耐えることができる高性能
の電気二重層コンデンサの実現に寄与することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の方法が適用される積層型の電気二重
層コンデンサの全体構成例をその一部を切り欠いて示す
斜視図である。

【図２】この発明の方法が適用される金属製集電極の一
例を模式的に示す正面図である。

【図３】この発明の方法に係る突起ピン付き外部端子を
示す図であって、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその側
面図である。

【図４】この発明の方法に係る突起ピン付き外部端子用
の平ワッシャを示す図であって、（ａ）はその正面図、
（ｂ）はその側面図である。

【図５】この発明の方法を説明するための図である。

【図６】従来の積層型の電気二重層コンデンサの全体構
成をその一部を切り欠いて示す斜視図である。

【図７】図６に示す正極の斜視図である。

【符号の説明】

１，１′…突起ピン付き外部端子 １ａ…突起ピン ２
…平ワッシャ ３，３′…固定用ナット １０…正極
１１…アルミニウム製集電極 １１ａ…集電極本体 １
１ｂ…リード部 １１ｃ…突起ピン挿入孔 １２ａ，１
２ｂ…分極性電極 ２０…負極 ２１…アルミニウム製
集電極 ２２ａ，２２ｂ…分極性電極３１…セパレータ
３２…締付け用の板 ３３…締付け用ベルト ３４…
角形外装ケース ３４ａ…ケース蓋板

フロントページの続き (72)発明者 篠塚 政彦 神奈川県横浜市神奈川区台町２番地５ 株 式会社パワーシステム内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属製集電極と分極性電極とからなる正
   極および負極を、セパレータを間に介在させて交互に積
   層し、多数の正極および負極の各金属製集電極のリード
   部をそれぞれ正極用の外部端子および負極用の外部端子
   へ接続してなる電気二重層コンデンサにおいて、 前記外部端子として、突起ピンを有した突起ピン付き外
   部端子を用い、前記突起ピンに、突起ピン挿入孔が設け
   られた前記各リード部、次いで平ワッシャをこの順で嵌
   め込み、しかる後に前記突起ピンの頭部を打撃して、前
   記突起ピン付き外部端子に前記各リード部を一括してか
   しめ接合することを特徴とする電気二重層コンデンサに
   おける外部端子への集電極リードの接続方法。
2. 【請求項２】 前記突起ピン付き外部端子および前記平
   ワッシャが、純度９９．００％以上の純アルミニウムよ
   りなるものである請求項１記載の電気二重層コンデンサ
   における外部端子への集電極リードの接続方法。