JPH09512389A

JPH09512389A - 平板状、ゲル状または固体状の高分子電解質フィルムコンデンサー

Info

Publication number: JPH09512389A
Application number: JP7527889A
Authority: JP
Inventors: マクファーレン、ダグラス・ロバート; ランズマン、ポール・デイヴィッド
Original assignee: スペシャライズド・コンダクティブズ・プロプライエタリー・リミテッド
Priority date: 1994-05-02
Filing date: 1995-05-02
Publication date: 1997-12-09
Also published as: EP0758483A4; EP0758483A1; US5628801A; WO1995030232A1

Abstract

(57)【要約】数ジュールのエネルギーを保持できる実質的に平板状の電解質コンデンサーが、ラミネートまたはサンドイッチ層構造（１０）を有し、これは１層のコンデンサーを構成しする。この構造は陽極（１１）、陰極（１２）、およびその間にサンドイッチされ、それらを一体に保持する接着剤として作用する固体状高分子電解質からなる。

Description

【発明の詳細な説明】平板状、ゲル状または固体状の高分子電解質フィルムコンデンサー技術分野この発明は電解質コンデンサーおよびバッテリーに関するものである。とくに、それに限定するものではないが、固体状の電解質を利用する電解質コンデンサーおよびその製造方法に関するものである。これらのコンデンサーの主たる特徴は、コンデンサーを一体に接着する働きもする固体状電解質を利用することにある。この発明は、心臓ペースメーカーや除細動器のような埋め込み可能な生体医療用電子装置にとくに有用である。背景技術心臓除細動器やペースメーカーは、患者の人体内に埋め込まれるように共通的に設計されている。この心臓除細動器は、何ジュールかの電気エネルギーの繰り返し放出を可能にするように設計された電力源としての電気エネルギー蓄積装置を包含している。心臓ペースメーカーはエネルギー放出の程度は低いが、頻度は高い。エネルギー蓄積装置を更新するために取り出す頻度を減少するために、大容量の蓄積装置が必要となる。エネルギー蓄積装置はコンパクトで大きなエネルギー蓄積容量があるのが望ましい。患者の皮下に埋め込むのを可能にするためには、典型的には偏平なディスク状の全体形状を有するエネルギー蓄積装置の形状にできれば有利である。電解質コンデンサーが、この目的のために適している性質を有していることは知られている。電解質コンデンサーは通常、エッチンングしたアルミニウム箔の陽極、クラフト紙または繊維質ガーゼのセパレーター、および陰極をしっかりと巻き、接着テープで全体を固定することにより製造される。陽極と陰極への接続はタブによりなされる。このようなコンデンサーはもともと厚く、液体電解質を使用する場合には、漏れが生じて電気機器を損傷し、装置の故障の原因となる。この場合装置を機密にシールしてもこの問題の良い解決法とはならない。なぜなら、装置内部にガスが発生するからである。この問題のために、ガスを受け入れる拡張室が設けられた。しかしながら、これは装置をより大きくするという欠点がある。電解質コンデンサーは、典型的にはアルミニウム陽極に生ずる酸化物層に依存している。この酸化物層は、陽極と陰極の間の誘電体層である。この液体電解質はアルミニウム陽極上にある酸化物層の変質をもたらす。たとえ、両電極間の電位が電流を生じ、これが酸化物層を再生はするが、この変質は生成酸化物層のライフタイムを短くすることになる。陽極と陰極の間の高分子材料は知られている。米国特許第3,555,369号は、クラフト紙スペーサーを高分子物質の半透過性膜で置き換えることを提案している。しかしながら、これは膜が溶媒ベースの液体電解質を含浸していることを必要とし、機密に封止することと拡張室を必要とし、コンデンサーの酸化物層の変質の問題は解決されないままに残っている。固体状電解質と同様に挙動する高分子材料もまた知られている。米国特許第3,883,784号は、イオン受容体とイオン供与体を有する高分子物質を使用するコンデンサーの製造を提案している。この特許は、クラフトスペーサーの場所に高分子のフィルムを入れることを提案している。実際、このフィルムはクラフトスペーサーよりも厚いので、コンデンサーのサイズの減少には寄与しない。さらに、この米国特許'784は、電解質コンデンサーを開示してはおらず、各電位に亙っての電解挙動を可能にするようではなく、またその陽極での酸化物層の再生を可能にする能力があるようでもない。この米国特許'784の発明のコンデンサーは、同じサイズの電解質コンデンサーに比べてずっと少ない容量しかない。固体状電解質もまた知られている。米国特許第4,942,501号およびその継続出願第5,146,391号および第5,153,820号は電解質コンデンサーを提供し、これはその陽極と陰極の間に、ポリマーマトリックスにある種の金属塩の固溶体を包含する固体状電解質の層を使用している。これらのコンデンサーは、漏れを起こさず、同様の構造と作動性質を示す先行の電解質コンデンサーよりもサイズが小さいものである。このコンデンサーを製造する好ましい方法は、ポリマー電解質を陽極の表面に沈着させ、これを重合させることである。この構造は、それから厚紙の芯管の上に巻き、筒状のハウジングの中に挿入し、端板でシールする。平板状のコンデンサーは知られている。米国特許第4,267,566号（Moresi，Jr. ）は、平板状の層状構造をした陽極板、陰極板および紙セパレーターを有するコンデンサーを開示している。これをポリマー封筒の中に入れ、電解質を含有するようにし、この構造を気密にシールされたハウジング中に収める。好ましい電解質は液状溶媒エチレングリコールをベースにしている。同様の構造は、調査報告（ Research Disclosure）33236（1991年12月発行）に記載されている。このタイプのコンデンサーの一つの問題点は、陰極板と陽極板は密接に接触し、電解質により接合されるべきであることである。これは、調査報告（Research Disclosure ）33236（1991年12月発行）に記載されているように、本発明より前に、クランプ（clamp）を必要とし、コンデンサー製造における複雑さをともない、コンデンサーの容積を増大させる。日本特許出願第4-184811号（三菱）はまた、電解質コンデンサーの電解質に好適なイオン性および電子性の伝導性を有する固体状電解質フィルムを開示している。この特許は、固体状電解質の機械的および物理的強度を増大させるために、多孔質フィルムまたはポリマーと一体化した織物を使用することを開示している。この構造の詳細においては、構造を完全にするためには、接合剤を使用することをまだ必要としている。発明の開示固体状またはゲル状電解質を使用する平板状電解質コンデンサーの製造方法は、電解質としてと、コンデンサーの陽極板と陰極板を一体化するための接着剤としての両方の能力を有する電解質を利用することにより、単純化されることができる。そこで、本発明の一つの目的は、その構造的特徴により、使用期間中に陽極層と陰極層を密接に接触させるためにクランプを使用する必要性のない、改良された電解質コンデンサーの新規な製造方法を提供するものである。これは平板状のコンデンサーを要求される場合にとくに有用である。本発明の他の目的は、接着剤がセパレーター無しで使用される上記の方法を提供するものである。本発明のさらに他の目的は、接着性の電解質を使用し、そして硬化後に、コンデンサー内の、単一の、２層の、３層またはそれ以上の層の、相互間の接触を維持するために、追加の接着剤またはクランプの必要性を除去することを提供するものである。さらに本発明の目的は、電解質を液状である間に陽極に適用し、結果として陽極の表面の不規則性になじむように含浸され、それからこの材料をその場で重合して、接着剤にも電解質にもすることである。図面の簡単な説明明細書においては本発明の主題を特定し明確に定義する請求の範囲により結論しているが、本発明は次の記述と付属の図により、さらに理解が助けられるであろう。図において：図１は、ロール状をした先行技術のコンデンサーを示す。図１ａは、図１のロール状をした先行技術のコンデンサーを一体にする方法を示す。図２は、本発明の平板状コンデンサーの断面を示す。図３は、本発明の他の態様を示し、複数の陽極のある平板状コンデンサーの断面を示す。発明を実施するための最良の形態本発明の電解質コンデンサーは、通常、陽極、セパレーターおよび陰極を堅く巻き、ロールを接着テープで一体にして構成されている。コンデンサーは図１に示すように、陽極箔１と陰極箔２をクラフト紙３のような材料で隔離して巻くことにより製造される。このロール状構造は、図１ａに示すように、接着テープ５の帯により一体化される。本発明は図２に示されるような平板状の構造を可能にする。図２において、コンデンサーの１つの層を構成する基材ラミネートまたはサンドイッチ層構造を、拡大図で示す。この図は、通常高度にエッチングされた（このエッチングは図示されていない）箔である陽極１１を示す。陰極層は層１２で示されている。陰極と陽極の間には層１３で示される接着剤がある。この接着剤は固体状の電解質のみであっても良く、また弾性的な固体電解質を含浸したセパレーターであっても良い。この接着性／電解質は適用される際は液状である。これは、陽極１１の高度にエッチングされた孔を埋めて、層の全表面を接触するようにする。セパレーターが存在する場合には電解質がセパレーターを飽和し、陽極の酸化物被膜から陰極へのイオン電気的伝導を可能にする。陽極は、単一、２枚、または３枚で構成されることができる。図３は１４で示される多層陽極コンデンサーの基材ラミネートまたはサンドイッチ構造を示す。図３は、陽極１５、１６、１７、セパレーター１８および陰極１９を示す。製造過程においては、陽極は陰極との関係において、プレスや他の方法により所定の位置に保持される。この場合、接着性／電解質は陽極の多重層を固定し、陰極への伝導を可能にする。この場合、陽極層１５および１７は多孔質であるべきである。図３は、接着剤１８で満たされたセパレーター１８を示すが、同様の原理は、セパレーターを有せず、接着剤のみを使用する態様にも適用される。好適な電解質の種類は、米国特許第4,942,501号、第5,146,391号、第5,153,82 0号（全て、MacFarlane）の記載の中に見いだされる。そのような電解質は、アルカリ金属塩、遷移金属塩、水素化ハロゲン（haloid）以外の一塩基酸、二塩基酸、三塩基酸からなる群から選ばれる少なくとも一種の、高い溶解力を有するポリマー中での固溶体を含有する固体状電解質により構成される。一般的な原理は、電解質が、ポリマー中にイオンを溶解するための高い溶解力をポリマーに付与することのできる極性基を有するポリマーから作られるということである。接着剤としても電解質としても使用するのに好適な材料は、次のものからなる：１７.５部のヒドロキシエチルメタクリレート、３２.５部のエチレングリコール、７.０部のアンモニウムアジペート、６.７部のアンモニウムグルタレート、０.４５部のテトラエチレングリコールジアクリレート２.２部の開始剤溶液。この混合物はそれだけで使用されても良く、またはこれに純水を、典型的には０〜４０％、好ましくは０〜１５％、最も好ましくは２〜１０％の量を加えても良い。開始剤溶液は、純水１リットル中の３.６ｇのＣｕ（ＮＯ₃）₂・３Ｈ₂Ｏおよび４２.４ｇのＫ₂Ｓ₂Ｏ₈の溶液からなる。この液状の電解質／接着剤で含浸されたコンデンサー集積体は、それから約５５℃で少なくとも２時間、しかし好ましくは２４時間加熱して電解質／接着剤を硬化させる。接着剤／電解質を適用する前に、乾燥したコンデンサー部材が十分脱酸素されておれば、アルミニウム電解質コンデンサーのための箔の表面に実質的に改善された接着が達成される。他の機械的なセパレーターを使用することなしに、電解質／接着剤がセパレーターとしても作用することを意図される場合には、この電解質／接着剤は最初にフィルムとして、５〜５００μｍ、好ましくは１０〜１００μｍ、最も好ましくは１５〜５０μｍの厚さに、陰極箔の上に塗布し、そして硬化させる。この塗布された陰極はそれから陽極に重ね、この集積体は前記のようにして含浸される。この陽極は好ましくはアニールされたアルミニウム箔であり、その表面積を最大にするために、深くエッチングされている。本発明は特定の態様を引用して記述されているが、これらの記述は単に本発明の原理を説明するためのものであることを理解されるべきである。そこで、多数の他の変形が可能であり、他の配列も創案されよう。現在のところ好ましいと思われる態様が開示されているが、本発明の広い観点から離れることなく、種々の他の変更がなし得ることは、当業者にとって自明であろう。添付の請求の範囲には、したがって、かかる全ての変更や変態が本発明の範囲と精神に含まれることが意図されている。

Claims

【特許請求の範囲】１．ゲルまたは固体状の電解質を有し、コンデンサー陽極とコンデンサー陰極の間を隔離するために別の接着剤を使用しないで、ゲルまたは固体状の電解質を有する電解質コンデンサーを有する、実質的に平板状で、体積が小さく、高い容量の蓄積装置を製造する方法において：深くエッチングされた陽極箔を所望の平板状形状に加工して、エッチングされた陽極を調製し、このエッチングされた陽極を、重合後に接着剤となるような重合可能な液状電解質で塗布し；平板状の陰極層を該液状電解質と接するようにプレス手段を用い；該液状電解質を重合させ；そして該プレス手段を解除し、該コンデンサー陽極と陰極とは、重合した電解質により、近い間隔で維持されていることからなる方法。２．電解質が可塑化されたポリマーマトリックス中の塩からなる、請求の範囲第１項に記載の方法。３．電解質がヒドロキシエチルメタクリレート、エチレングリコール、アンモニウムアジペート、アンモニウムグルタレート、およびテトラエチレングリコールジアクリレートを含有する、請求の範囲第１項に記載の方法。４．電解質が１０〜５０部のヒドロキシエチルメタクリレート、５〜５０部のエチレングリコール、０〜１０部のアンモニウムアジペート、０〜１０部のアンモニウムグルタレート、０〜１０部のアンモニウムサクシネート、および０〜４０部のテトラエチレングリコールジアクリレートを含有する、請求の範囲第１項に記載の方法。５．ゲルまたは固体状の電解質を有し、コンデンサー陽極とコンデンサー陰極の間を隔離するために別の接着剤を使用しないで、ゲルまたは固体状の電解質を有する電解質コンデンサーを有する、実質的に平板状で、体積が小さく、高い容量の蓄積装置であり、次のものを含有する蓄積装置その上に誘電性の酸化物を形成し、その全表面を重合した電解質フィルムで覆われ、エッチングされた平板状の陽極；陽極層に接触した該電解質フィルムで、陽極層はこの電解質フィルムにより陰極層に接着されている。６．電解質がポリマーマトリックス中の塩からなる、請求の範囲第５項に記載の蓄積装置。７．ゲルまたは固体状の電解質を有し、コンデンサー陽極とコンデンサー陰極の間を隔離するために別の接着剤を使用しないで、ゲルまたは固体状の電解質を有する電解質コンデンサーを有する、実質的に平板状で、体積が小さく、高い容量の蓄積装置であり、該電解質は、ヒドロキシエチルメタクリレート、エチレングリコール、アンモニウムアジペート、アンモニウムグルタレート、アンモニウムサクシネートおよびテトラエチレングリコールジアクリレートを含有する、請求の範囲第５項に記載の蓄積装置。８．ゲルまたは固体状の電解質を有し、コンデンサー陽極とコンデンサー陰極の間を隔離するために別の接着剤を使用しないで、ゲルまたは固体状の電解質を有する電解質コンデンサーを有する、実質的に平板状で、体積が小さく、高い容量の蓄積装置であり、該電解質は、１７.５部のヒドロキシエチルメタクリレート、３２.５部のエチレングリコール、７.０部のアンモニウムアジペート、６.７部のアンモニウムグルタレート、および０.４５部のテトラエチレングリコールジアクリレートを含有する、請求の範囲第５項に記載の蓄積装置。９．ゲルまたは固体状の電解質を有し、コンデンサー陽極とコンデンサー陰極の間を隔離するために別の接着剤を使用しないで、ゲルまたは固体状の電解質を有する電解質コンデンサーを有する、実質的に平板状で、体積が小さく、高い容量の蓄積装置であり、該電解質は、１７.５部のヒドロキシエチルアクリレート、３２.５部のエチレングリコール、７.０部のアンモニウムアジペート、６.７部のアンモニウムグルタレート、および０.４５部のテトラエチレングリコールジアクリレートを含有する、請求の範囲第５項に記載の蓄積装置。