JPH1154388A - 電気二重層キャパシタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】耐久性に優れ、小型で高電圧、高エネルギー化
が容易な電気二重層キャパシタを提供する。 【解決手段】直列に接続された複数のキャパシタ素子１
を合成樹脂製の外殻ケース４に収容してなる。キャパシ
タ素子１は電解液に対し耐食性を備える材料からなる素
子ケース２に収容されている。素子ケース２は一端を開
口端部２ａとする有底筒状であり、一の素子ケース２の
開口端部２ａを他の素子ケース２の底部２ｂで閉蓋する
ことによりキャパシタ素子１を密封して積層されてい
る。素子ケース２が導電性材料からなり、キャパシタ素
子１は一の電極１３ａが該素子ケース２に接続されると
共に、他の電極１３ｂが該素子ケース２に絶縁材料３を
介して積層される他の素子ケース２に接続可能に前記開
口端部２ａから露出されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気二重層キャパ
シタに関し、さらに詳細には直列に接続された複数のキ
ャパシタ素子を合成樹脂製の外殻ケースに収容してなる
電気二重層キャパシタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】固体面が電解質溶液に接触すると、該固
体面に対して正または負イオンの選択的吸着が起こり、
固体面が正または負に荷電する一方、溶液側では反対電
荷の対イオンが多くなり、固体面と電解質溶液との界面
に正負の電荷が対向して配列された電気二重層が形成さ
れる。前記電気二重層は、前記固体面を固体電極とする
ことによりキャパシタとして利用できることが知られて
おり、このようなキャパシタは電気二重層キャパシタと
呼ばれている。

【０００３】前記電気二重層キャパシタでは、前記固体
電極に電界を印加したときの静電容量は前記固体電極の
表面積に比例するので、一般に、活性炭のような比表面
積の大きな物質を固体電極とし、これに電解液を含浸し
てセパレータで分離し、セパレータの両側の固体電極に
それぞれ集電部材を取着した構成となっている。

【０００４】前記電気二重層キャパシタは、ファラッド
級の大容量を有し、充放電サイクル特性に優れることか
ら、電気機器のバックアップ電源等の用途に使用されて
いるが、さらに複数のキャパシタ素子を直列に接続して
高電圧、高エネルギー化することにより、車載バッテリ
ーとして使用することが検討されている。

【０００５】複数のキャパシタ素子を直列に接続した電
気二重層キャパシタとして、例えば、特開平４−２０６
８０９号公報に記載されたものがある。前記公報記載の
電気二重層キャパシタは、直列に接続された複数のキャ
パシタ素子を金属製の外殻ケースに収容したものであ
る。

【０００６】ところが、前記公報記載の電気二重層キャ
パシタのように、外殻ケースを金属製として、電気二重
層キャパシタをさらに大型化すると外殻ケース自体の重
量が増大するとの問題がある。また、電気二重層キャパ
シタを車両に搭載するときには、搭載する場所に合わせ
た形状とすることが望まれるが、前記金属製の外殻ケー
スでは成形性が低く、所望の形状が得られないことがあ
る。

【０００７】そこで、電気二重層キャパシタを軽量化す
ると共に、外殻ケースの成形性を向上するために、例え
ば、実開平６−５５２３８号公報記載のように、直列に
接続された複数のキャパシタ素子を合成樹脂製の外殻ケ
ースに収容することが考えられる。前記公報記載の電気
二重層キャパシタは、内面側に下方ほど小径になる複数
の段差を設けた合成樹脂製ガスケットを外殻ケースとし
て、これに複数のキャパシタ素子を小径のものから順次
収容するものである。

【０００８】しかしながら、前記公報記載の電気二重層
キャパシタでは、前記キャパシタ素子が前記合成樹脂製
ガスケットに直接収容されているので、該キャパシタ素
子の電解液が前記ガスケットに接触し、合成樹脂を腐食
する虞れがある。また、前記公報記載の電気二重層キャ
パシタでは、前記合成樹脂製ガスケットの内面側に前記
段差を設けているので、本来キャパシタ素子の収容に当
てられるべき空間を有効に利用できないとの不都合があ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる不都
合を解消して、耐久性に優れ、小型で高電圧、高エネル
ギー化が容易な電気二重層キャパシタを提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明の電気二重層キャパシタは、直列に接続さ
れた複数のキャパシタ素子を合成樹脂製の外殻ケースに
収容してなる電気二重層キャパシタにおいて、該各キャ
パシタ素子は電解液に対し耐食性を備える材料からなる
素子ケースに収容され、該素子ケースは一端を開口端部
とする有底筒状であり、一の素子ケースの開口端部を他
の素子ケースの底部で閉蓋することにより該キャパシタ
素子を密封して積層されていることを特徴とする。

【００１１】本発明の電気二重層キャパシタでは、キャ
パシタ素子は電解液に対し耐食性を備える材料からなる
素子ケースに収容され、該素子ケースごと、前記合成樹
脂製の外殻ケースに収容される。前記該素子ケースは一
端を開口端部とする有底筒状であり、素子ケース内にキ
ャパシタ素子を収容したときに、前記開口端部を他の素
子ケースの底部で閉塞することにより該キャパシタ素子
を密封して積層される。

【００１２】この結果、前記キャパシタ素子は、それ自
体が収容されている素子ケースと、該素子ケースの開口
端部を閉蓋する他の素子ケースとにより密封され、電解
液と前記合成樹脂製の外殻ケースとの接触を防止するこ
とができ、外殻ケースの耐久性を向上させることができ
る。

【００１３】また、本発明の電気二重層キャパシタによ
れば、同一形状の複数の素子ケースが相互に積層されて
前記外殻ケースに収容されるので、該外殻ケース内容積
を有効に利用することができる。

【００１４】また、本発明の電気二重層キャパシタは、
前記素子ケースが導電性材料からなり、前記キャパシタ
素子は一の電極が該素子ケースに接続されると共に、他
の電極が該素子ケースに絶縁材料を介して積層される他
の素子ケースに接続可能に前記開口端部から露出されて
いることを特徴とする。

【００１５】前記構成の本発明によれば、前記キャパシ
タ素子の一の電極が前記素子ケースに接続される一方、
他の電極が該素子ケースに絶縁材料を介して積層される
他の素子ケースに接続されるので、導電性材料からなる
素子ケース自体をキャパシタ素子間の接続部材として用
いることができ、簡単な構成により複数のキャパシタ素
子を相互に直列に接続することができ、小型で容易に大
容量化することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、添付の図面を参照しながら
本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図
１は本発明の電気二重層キャパシタの全体の構成を示す
説明的断面図であり、図２は図１示のキャパシタ素子の
製造方法を示す説明的断面図であり、図３は図１示のキ
ャパシタ素子及び素子ケースの構成を示す説明的断面図
である。

【００１７】本実施態様の電気二重層キャパシタは、図
１示のように、キャパシタ素子１を収容するアルミニウ
ム製素子ケース２が、一の素子ケース２の開口端部２ａ
を他の素子ケース２の底部２ｂで閉蓋することによりキ
ャパシタ素子１を密封すると共に、開口端部２ａに取着
された絶縁材料からなるパッキン３を介して積層され
て、外殻ケース４に収容されている。外殻ケース４は、
ポリプロピレン樹脂製で底部に開口を有するケース本体
４ａと、素子ケース２を収容したケース本体４ａの底部
を閉蓋する蓋体４ｂとからなり、その外面には水分の侵
入を防止する水分遮断膜５ａ，５ｂが付着されている。

【００１８】図１示の電気二重層キャパシタでは、前記
のように積層された最上層の素子ケース２の開口端部２
ａはパッキン３を介して積層されるエンドプレート７に
より閉蓋されるようになっており、ケース本体４ａを貫
通するソケット８ａがエンドプレート７に接続されるよ
うになっている。また、前記のように積層された最上層
の素子ケース２では、蓋体４ｂを貫通するソケット８ｂ
が該素子ケース２の底部２ｂに接続されるようになって
いる。そして、前記電気二重層キャパシタは、ソケット
８ａ，８ｂを介して外部回路に接続できるようになって
いる。

【００１９】前記キャパシタ素子１は、図２示のよう
に、電解質溶液が含浸された長尺のセパレータ９が所定
長ごとに異なる方向に交互に折り返され、蛇腹状にされ
たセパレータ９間に該セパレータ９を介して互いに異な
る極が対面するように複数の電極板１０が積層されてい
る。各電極板１０の端部には、電極板１０と略同幅で可
撓性の集電部材１１が接続されており、集電部材１１は
電極板１０の全長に亘って埋設されている。

【００２０】前記セパレータ９を構成する材料として
は、通常の二次電池に用いられるエステル系、ケトン
系、エーテル系等の有機溶媒に対して不溶性であること
から、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィ
ン及びそれらの共重合体からなる樹脂、ポリアミド、ポ
リカーボネート、芳香族ポリアミド、フッ素樹脂等のよ
うに通常の濾過膜として市販されている樹脂素材であれ
ば、広く用いることができる。

【００２１】また、前記セパレータ９に含浸される電解
質溶液としては、例えば、アセトニトリル、プロピレン
カーボネート（ＰＣ）、ガンマブチロラクトン（ＧＢ
Ｌ）、ガンマバレロラクトン（ＧＶＬ）等の溶媒に、四
エチルアンモニウム四フッ化ホウ素塩（ＴＥＡＴＦＢ）
を溶解したもの等が用いられる。前記電解質溶液の濃度
は、例えば溶媒としてＰＣを用い、ＴＥＡＴＦＢを溶解
する場合、ＴＥＡＴＦＢの濃度が高いほど導電率の向上
が見込まれるが、安定した溶解性を得るためには１モル
／リットル程度とすることが好ましい。尚、前記電解質
溶液は１モル／リットル以下の濃度としても差し支えな
く、該電解質溶液の濃度は何ら本発明の電気二重層キャ
パシタの特徴を限定するものではない。

【００２２】前記電極板１０は、粉末状、粒状、繊維状
等の活性炭を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）、セルロース、プルラン、アラビアゴム、ＰＶＡ、
ＰＶＤＦ、アクリルカードラン、ブルテン等のバインダ
ーと共に混合し、シート状、ベルト状等の形状に成形し
て得られた板状活性炭等により構成される。前記板状活
性炭には、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、
黒鉛、金属粉末等を導電剤として適宜混合することがで
きる。また、前記電極板１０は、繊維状活性炭をクロー
ス状にしたものを用いてもよい。

【００２３】前記活性炭は、ヤシ殻、ピッチ、石油コー
クス、フェノール、おが屑等の原料を炭化処理したの
ち、水蒸気賦活或いはＫＯＨ賦活することにより製造す
ることができる。また、前記繊維状活性炭の原料として
は、クロース状にするときの製造容易性等の点から、フ
ェノール系材料が好ましい。これらの活性炭は、１００
〜３０００ｍ² ／ｇの比表面積を有する。

【００２４】前記可撓性の集電部材１１は、厚さ０．０
１〜０．１ｍｍ程度のアルミ箔を用いる。集電部材１１
の材料としては、広い電圧範囲で動作が可能であり、軽
量かつ加工性に優れている点でアルミニウムまたはアル
ミニウム合金等のアルミニウム系金属が好適に用いられ
る。また、動作電圧により制約されるが、ニッケル、チ
タン、銅、鉄等の金属或いはこれらの合金を用いること
ができる。

【００２５】前記キャパシタ素子１は、図２示のよう
に、コイル１２から引き出されたセパレータ９上に、集
電部材１１が設けられた電極板１０を配置して、セパレ
ータ９を電極板１０の先端で該電極板１０側に折り返
し、折り返されたセパレータ９上に再び電極板１０を配
置するという動作を繰り返すことにより、容易に製造す
ることができる。

【００２６】前記のようにして製造されたキャパシタ素
子１は、図３示のように、各電極板１０が前記のように
蛇腹状に折り返されているセパレータ９により一方の端
部が包み込まれると共に、セパレータ９に包み込まれて
いない方の端部は側面に露出しており、前記集電部材１
１は該露出している方の端部でセパレータ９間から引き
出される。各電極板１０は前記端部が交互に逆側の側面
に露出しているので、前記集電部材１１は同極ごとに電
極板１０に平行な方向で電極板１０に対して同じ側に引
き出されることになる。この結果、引き出された集電部
材１１は同極ごとに纏められ、導電性部材からなる集電
プレート１３ａ，１３ｂに溶着される。

【００２７】前記キャパシタ素子１は、図３示のよう
に、一端を開口端部２ａとする有底筒状の素子ケース２
に収容される。そして、一方の集電プレート１３ａが素
子ケース２の底部２ｂに取着され、他方の集電プレート
１３ｂが開口端部２ａから露出される。

【００２８】本実施形態の電気二重層キャパシタでは、
前記のように、一の素子ケース２の底部２ｂで他の素子
ケース２の開口端部２ａを閉蓋し、キャパシタ素子１を
密封するようになっている。このとき、開口端部２ａか
ら露出する集電プレート１１ｂは、該開口端部２ａを閉
蓋する素子ケース２の底部２ｂに接続されることによ
り、積層されたキャパシタ素子１，１が素子ケース２を
介して直列に接続される。尚、素子ケース２はその上端
縁にパッキン３が嵌着されており、該パッキン３を介し
て積層されることにより、積層された素子ケース２同士
の導通を回避することができる。

【００２９】前記素子ケース２の材料は、前記電解液に
対する耐食性を備える材料であればどのようなものでも
よく、例えば、アルミニウム系金属、ＳＵＳ等の金属を
挙げることができるが、軽量で導電性に優れることから
アルミニウムまたはアルミニウム合金等のアルミニウム
系金属が好ましい。

【００３０】前記外殻ケース４の材料としては、前記ポ
リプロピレン樹脂の他、ポリエチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂
等を挙げることができる。また、ケース本体４ａ及び蓋
体４ｂの外面に付着されている水分遮断膜５ａ，５ｂ
は、外部の水分が前記樹脂を透過して電気二重層キャパ
シタの内部に侵入することを防止するためのものであり
金属または水分を透過しない材料からなる。

【００３１】前記水分遮断膜５ａ，５ｂを金属により形
成するときには、アーク溶射、プラズマ溶射、めっき、
物理蒸着、化学蒸着等の方法を用いることができるが、
処理温度の点でアーク溶射が好ましい。アーク溶射に
は、アルミニウム、銅、錫、ニッケル、亜鉛、鉛等の低
融点金属を用いることができるが、ケース本体４ａ及び
蓋体４ｂに付着したときに剥離しにくいように前記樹脂
と熱膨張率が近く、前記電解液との相性がよい点で、ア
ルミニウムが好ましい。

【００３２】尚、本実施形態の電気二重層キャパシタで
は、前記水分遮断膜５ａ，５ｂをケース本体４ａ及び蓋
体４ｂの外面に付着させるようにしているが、内面に付
着させるようにしてもよく、内外両面に付着させるよう
にしてもよい。また、水分遮断膜５ａ，５ｂの外側にさ
らに合成樹脂からなるオーバーモールド層を設けるよう
にしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電気二重層キャパシタの全体構成を示
す説明的断面図。

【図２】図１示のキャパシタ素子の製造方法を示す説明
的断面図。

【図３】図１示のキャパシタ素子及び素子ケースの構成
を示す説明的断面図。

【符号の説明】

１…キャパシタ素子、 ２…素子ケース、 ２ａ…開口
端部、 ２ｂ…底部、３…絶縁材料、 ４…外殻ケー
ス。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直列に接続された複数のキャパシタ素子を
   合成樹脂製の外殻ケースに収容してなる電気二重層キャ
   パシタにおいて、 該各キャパシタ素子は電解液に対し耐食性を備える材料
   からなる素子ケースに収容され、該素子ケースは一端を
   開口端部とする有底筒状であり、一の素子ケースの開口
   端部を他の素子ケースの底部で閉蓋することにより該キ
   ャパシタ素子を密封して積層されていることを特徴とす
   る電気二重層キャパシタ。
2. 【請求項２】前記素子ケースは導電性材料からなり、前
   記キャパシタ素子は一の電極が該素子ケースに接続され
   ると共に、他の電極が該素子ケースに絶縁材料を介して
   積層される他の素子ケースに接続可能に前記開口端部か
   ら露出されていることを特徴とする請求項１記載の電気
   二重層キャパシタ。