JPH11145015A - 電気二重層コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 異常使用によりケースの内部でガス発生が起
きた場合、そのガスを速やかに外部へ逃がすことができ
るとともに、ガスを外部へ逃がした後は、安全弁が元の
状態に復帰してケースの内部の気密性を保持することが
できる電気二重層コンデンサを提供することを目的とす
る。 【解決手段】 一対の電極体１２とこの一対の電極体１
２の間に介在されたセパレータ１４とにより構成された
コンデンサ素子１５と、このコンデンサ素子１５に含浸
される電解液と、前記コンデンサ素子１５を収納する有
底ケース１６と、この有底ケース１６の開口部を封口す
る封口体１７とを備え、前記封口体１７に自己復帰型の
安全弁１９を設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各種電子機器に利用
される電気二重層コンデンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の電気二重層コンデンサは、活性
炭と電解液との界面に形成される電気二重層に蓄積され
る電気エネルギーを利用するもので、ファラッドオーダ
の電気容量を瞬時に充放電できる大容量コンデンサであ
る。

【０００３】そしてこの電気二重層コンデンサは、その
充放電過程において理論的には電気二重層へのイオンの
吸脱着だけの反応を利用するものであって、電気化学反
応は伴わないが、実際には電解液中や電極体中の微量の
不純物の影響で、その動作中に電気化学反応を生じる可
能性がある。

【０００４】このような電気化学反応が起こると、電気
二重層コンデンサの内部でガス発生が生じてケースの内
圧が上昇することが考えられるが、一定レベル以下のガ
ス発生であれば、封口体を構成するゴムなどの中をガス
が透過して抜けるため、ケースの内圧の上昇は電気二重
層コンデンサの特性には影響しない。すなわち定格の範
囲内の使用温度、印加電圧ではケースの内圧の上昇は問
題がない。

【０００５】しかしながら、電気二重層コンデンサの使
用状態（使用温度、印加電圧等）に異常が起こった場
合、あるいは高温環境の中で連続的に使用する場合など
は、電気二重層コンデンサの内部でガス発生が生じる
と、ケースの内圧が上昇し最悪の場合には破裂すること
も起こり得る。このような事態を回避するため従来の電
気二重層コンデンサでは、安全弁としてケースの一部に
スリットを設けたケース弁などが知られている。また、
最近の大容量電気二重層コンデンサにおいては、図３に
示すように安全弁としてシリコンゴムからなるゴム弁１
を用いてきた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したケース弁ある
いはゴム弁１は、電気二重層コンデンサの内部のガス発
生によりケースの内圧が上昇した場合、所定の圧力を超
えるとケースのスリット部分やゴム弁１が開裂し、発生
したガスを外部に逃がす構造となっている。そのため、
ガス発生によりケースの内圧が上昇して製品が破裂する
といった事故を防止する効果はあるが、安全弁としての
ケース弁あるいはゴム弁１は一度作動すると修復するこ
とは不可能であるため、安全弁の作動後は電解液の蒸発
により電気二重層コンデンサの特性を維持することが不
可能になるという問題点を有していた。

【０００７】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、異常使用によりケースの内部でガス発生が起きた場
合、そのガスを速やかに外部へ逃がすことができるとと
もに、ガスを外部へ逃がした後は、安全弁が元の状態に
復帰してケースの内部の気密性を保持することができる
電気二重層コンデンサを提供することを目的とするもの
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の電気二重層コンデンサは、一対の電極体とこ
の一対の電極体の間に介在されたセパレータとにより構
成されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子に含浸
される電解液と、前記コンデンサ素子を収納する有底ケ
ースと、この有底ケースの開口部を封口する封口体とを
備え、前記封口体もしくは有底ケースに自己復帰型の安
全弁を設けたもので、この構成によれば、異常使用によ
りケースの内部でガス発生が起きた場合、そのガスを速
やかに外部へ逃がすことができるとともに、ガスを外部
へ逃がした後は、安全弁が元の状態に復帰してケースの
内部の気密性を保持することができるものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、一対の電極体とこの一対の電極体の間に介在された
セパレータとにより構成されたコンデンサ素子と、この
コンデンサ素子に含浸される電解液と、前記コンデンサ
素子を収納する有底ケースと、この有底ケースの開口部
を封口する封口体とを備え、前記封口体もしくは有底ケ
ースに自己復帰型の安全弁を設けたもので、この構成に
よれば、電気二重層コンデンサのケースの内圧が所定の
圧力以上に上昇すると安全弁が作動し、内部で発生した
ガスを外部に放出してケースの内圧を減少させることが
でき、そしてこのケースの内圧の減少により、安全弁は
作動前の状態に復帰してケースの内部の気密性を保持す
ることになり、これによりケースの変形や安全弁の開裂
等、電気二重層コンデンサの外観に異常をきたすことな
くその特性を維持することができるものである。

【００１０】請求項２に記載の発明は、自己復帰型の安
全弁は、封口体もしくは有底ケースに取り付けられ、か
つ有底ケースの内部と連通する連通孔を有する弁座と、
この弁座に連通孔を囲むように取り付けられ、かつ外部
と連通する孔を有するキャップと、このキャップ内に装
備され、かつ前記弁座の連通孔を常時閉塞する方向に付
勢され、有底ケース内の圧力が所定圧力以上になると弁
座の連通孔を開放してキャップの孔とを連通させる閉塞
体とにより構成したもので、この構成によれば、有底ケ
ースの内部と連通する連通孔の形状を考慮することによ
り、所定の圧力で作動する安全弁を容易に作製できるた
め、電気二重層コンデンサのケースの内圧が所定の圧力
以上に上昇すると、安全弁を確実に作動させることがで
きるものである。

【００１１】請求項３に記載の発明は、閉塞体をゴムで
構成したもので、この構成によれば、ゴムの材質と形状
を最適化することにより、所定の圧力で作動する安全弁
を容易に作製することができるものである。

【００１２】請求項４に記載の発明は、閉塞体を、弁座
の連通孔を開閉する開閉板と、この開閉板により弁座の
連通孔が常時閉塞されるように開閉板を付勢する付勢体
とにより構成したもので、この構成によれば、電気二重
層コンデンサのケースの内圧が所定の圧力以上に上昇す
ると開閉板が作動し、内部で発生したガスを外部に放出
してケースの内圧を減少させることができ、そしてこの
ケースの内圧の減少により、開閉板は作動前の状態に復
帰してケースの内部の気密性を保持することになり、こ
れによりケースの変形や安全弁の開裂等、電気二重層コ
ンデンサの外観に異常をきたすことなくその特性を維持
することができるものである。

【００１３】請求項５に記載の発明は、閉塞体を構成す
るゴムはシリコンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレ
ンゴム、ブタジエンゴム、スチレンゴム、ニトリルゴ
ム、アクリルゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴムのいずれ
かからなるもので、この構成によれば、ゴムの材質と形
状を最適化することにより所定の圧力で作動する安全弁
を容易かつ安価に作製することができるものである。

【００１４】以下、本発明の一実施の形態を添付図面に
もとづいて説明する。図１は本発明の一実施の形態にお
ける電気二重層コンデンサの一部破断斜視図を示したも
ので、まず、活性炭粉末とアセチレンブラックとセルロ
ース系バインダーを水とメタノールの混合溶液に均一に
分散させて活性炭電極スラリーを構成し、この活性炭電
極スラリーを厚さ２０μｍのアルミエッチング箔１１の
両面に塗布して乾燥させることにより一対の電極体１２
を形成した。そしてこの一対の電極体１２を正極、負極
とも所定の大きさに切断し、さらにこの切断された一対
の電極体１２にはアルミ板からなるリード１３を接合し
た。そして前記一対の電極体１２をその間にセパレータ
１４を介在させて対向させ、巻き取ることによりコンデ
ンサ素子１５を構成し、その後、前記リード１３を端子
板からなり、かつ有底円筒状の有底ケース１６の開口部
を封口する封口体１７に取り付けたターミナル部１８に
接合した。

【００１５】次にプロピレンカーボネートに１モル／ｌ
の４フッ化ホウ酸テトラエチルアンモニウムを溶解させ
たものを電解液とし、この電解液をコンデンサ素子１５
に含浸させ、そしてこのコンデンサ素子１５を有底ケー
ス１６内に収納し、その後、有底ケース１６の開口部を
カーリング封口することにより図１に示す捲回形電気二
重層コンデンサを作製した。なお電解液としては前記し
たものに限定されるものではなく、従来より知られてい
るもの、例えばプロピレンカーボネートなどの非プロト
ン性極性溶媒に第４級アンモニウム塩もしくは第４級ホ
スホニウム塩等を電解質として溶解させたものを用いて
もよいものである。また電解液の電解質を構成する４フ
ッ化ホウ酸テトラエチルアンモニウムの濃度も前記した
ものに限定されるものではない。

【００１６】１９は前記封口体１７に設けた自己復帰型
の安全弁で、この自己復帰型の安全弁１９は図２に示す
ような構造となっている。すなわち、この自己復帰型の
安全弁１９は、封口体１７に取り付けられ、かつ有底ケ
ース１６の内部と連通する連通孔２０ａを有する弁座２
０と、この弁座２０に連通孔２０ａを囲むように取り付
けられ、かつ外部と連通する孔２１ａを有するキャップ
２１と、このキャップ２１内に装備され、かつ前記弁座
２０の連通孔２０ａを常時閉塞する方向に付勢され、有
底ケース１６内の圧力が所定圧力以上になると弁座２０
の連通孔２０ａを開放してキャップ２１の孔２１ａとを
連通させる閉塞体２２とにより構成しているものであ
る。この場合、前記閉塞体２２はシリコンゴムで構成し
た。また電気二重層コンデンサの内部で発生したガスを
外部に逃がすために弁座２０に設けた連通孔２０ａの内
径は２．５ｍｍとした。

【００１７】上記のようにして作製した電気二重層コン
デンサの初期特性として、容量と内部抵抗を測定した。
その後７０℃の雰囲気中において、３．０Ｖの電圧を連
続的に印加し、１０００時間経過後の電気二重層コンデ
ンサの容量と内部抵抗を測定した。ここで容量は、３．
０Ｖで充電した電気二重層コンデンサを定電流で放電さ
せて測定した。また内部抵抗は、１ｋＨｚのインピーダ
ンスを測定した。

【００１８】また、比較のために図３に示すような従来
からあるシリコンゴム製のゴム弁１からなる安全弁（弁
強度６±２ｋｇ／ｃｍ²）を備えている電気二重層コン
デンサについても前記と同じ試験を行った。（表１）
は、本発明の実施の形態における電気二重層コンデンサ
と従来例で示した電気二重層コンデンサの試験結果を示
したものである。

【００１９】

【表１】

【００２０】（表１）から明らかなように、従来例で示
した電気二重層コンデンサにおいては、高温中で長時間
過電圧が印加されたため、コンデンサの内部でガスが発
生し、そしてガス発生によりケースの内圧が上昇し、１
０００時間経過後には安全弁が作動した。これにより、
ケース内の電解液が蒸発して電気二重層コンデンサの容
量、内部抵抗とも大きな劣化を示した。これに対し、本
発明の実施の形態における電気二重層コンデンサは、自
己復帰型の安全弁１９により有底ケース１６の内圧の上
昇が抑えられるとともに、気密性も保持されるため、電
気二重層コンデンサの電気特性の変化は、従来例で示し
た電気二重層コンデンサに比べてはるかに小さいものと
なった。

【００２１】なお、上記本発明の一実施の形態において
は、閉塞体２２をシリコンゴムで構成したものについて
説明したが、このシリコンゴムに限定されるものではな
く、その他のブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ブ
タジエンゴム、スチレンゴム、ニトリルゴム、アクリル
ゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴムのいずれかを用いて構
成しても、本発明の一実施の形態と同様の作用効果を有
するものである。

【００２２】また、本発明の一実施の形態においては、
キャップ２１内に装備され、かつ弁座２０の連通孔２０
ａを常時閉塞する方向に付勢され、有底ケース１６内の
圧力が所定圧力以上になると弁座２０の連通孔２０ａを
開放してキャップ２１の孔２１ａとを連通させる閉塞体
２２をシリコンゴム単体で構成したものについて説明し
たが、この閉塞体２２は、弁座２０の連通孔２０ａを開
閉する開閉板と、この開閉板により弁座２０の連通孔２
０ａが常時閉塞されるように開閉板を付勢するスプリン
グ等の付勢体とにより構成してもよいもので、この構成
においても、本発明の一実施の形態と同様の作用効果を
有するものである。

【００２３】そしてまた、本発明の一実施の形態におい
ては、自己復帰型の安全弁１９を封口体１７に設けたも
のについて説明したが、これに限定されるものではな
く、自己復帰型の安全弁１９を有底ケース１６に設けて
も、本発明の一実施の形態と同様の作用効果を有するも
のである。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明の電気二重層コンデ
ンサは、一対の電極体とこの一対の電極体の間に介在さ
れたセパレータとにより構成されたコンデンサ素子と、
このコンデンサ素子に含浸される電解液と、前記コンデ
ンサ素子を収納する有底ケースと、この有底ケースの開
口部を封口する封口体とを備え、前記封口体もしくは有
底ケースに自己復帰型の安全弁を設けたもので、この構
成によれば、電気二重層コンデンサのケースの内圧が所
定の圧力以上に上昇すると安全弁が作動し、内部で発生
したガスを外部に放出してケースの内圧を減少させるこ
とができ、そしてこのケースの内圧の減少により、安全
弁は作動前の状態に復帰してケースの内部の気密性を保
持することになり、これによりケースの変形や安全弁の
開裂等、電気二重層コンデンサの外観に異常をきたすこ
となくその特性を維持することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における電気二重層コン
デンサを示す一部破断斜視図

【図２】同電気二重層コンデンサにおける安全弁の拡大
断面図

【図３】従来の電気二重層コンデンサを示す一部破断斜
視図

【符号の説明】

１２ 一対の電極体 １４ セパレータ １５ コンデンサ素子 １６ 有底ケース １７ 封口体 １９ 自己復帰型の安全弁 ２０ 弁座 ２０ａ 連通孔 ２１ キャップ ２１ａ 孔 ２２ 閉塞体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 正史 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の電極体とこの一対の電極体の間に
   介在されたセパレータとにより構成されたコンデンサ素
   子と、このコンデンサ素子に含浸される電解液と、前記
   コンデンサ素子を収納する有底ケースと、この有底ケー
   スの開口部を封口する封口体とを備え、前記封口体もし
   くは有底ケースに自己復帰型の安全弁を設けた電気二重
   層コンデンサ。
2. 【請求項２】 自己復帰型の安全弁は、封口体もしくは
   有底ケースに取り付けられ、かつ有底ケースの内部と連
   通する連通孔を有する弁座と、この弁座に連通孔を囲む
   ように取り付けられ、かつ外部と連通する孔を有するキ
   ャップと、このキャップ内に装備され、かつ前記弁座の
   連通孔を常時閉塞する方向に付勢され、有底ケース内の
   圧力が所定圧力以上になると弁座の連通孔を開放してキ
   ャップの孔とを連通させる閉塞体とにより構成した請求
   項１に記載の電気二重層コンデンサ。
3. 【請求項３】 閉塞体をゴムで構成した請求項２に記載
   の電気二重層コンデンサ。
4. 【請求項４】 閉塞体を、弁座の連通孔を開閉する開閉
   板と、この開閉板により弁座の連通孔が常時閉塞される
   ように開閉板を付勢する付勢体とにより構成した請求項
   ２に記載の電気二重層コンデンサ。
5. 【請求項５】 閉塞体を構成するゴムはシリコンゴム、
   ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ブタジエンゴ
   ム、スチレンゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、ウレ
   タンゴム、フッ素ゴムのいずれかからなる請求項３に記
   載の電気二重層コンデンサ。