JPS628932B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は分極性電極と電解質との界面で形成さ
れる電気二重層を利用した静電容量の大きい電気
二重層キヤパシタに関するもので、詳しくはその
外装体としてフイルムを用いることにより薄形化
を可能にし、かつその電極からの端子取出し構造
を改善することにより電気二重層キヤパシタの特
長をより発揮させるものである。

電気二重層キヤパシタは、分極性電極と電解質
との界面で形成される電気二重層を利用したもの
であり、一般的には、第１図に示すように黒鉛、
カーボンブラツク、活性炭、バインダー等からな
る表面積の大きい炭素電極１を集電体としての金
属導電板２に付着させることにより構成した電極
間に、電解液を含浸させたセパレータ３を介在さ
せることにより構成されている。

この電気二重層キヤパシタは、従来の電解コン
デンサに比べ、静電容量が極めて大きく、しかも
コンデンサと同様に急速充電が可能であることか
ら、従来の２次電池に代るものとして脚光をあ
び、電源装置のバツクアツプ用等に使用すること
が考えられている。

ところで、従来ではこのような電気二重層キヤ
パシタの外装に、プレス加工により成形加工した
金属容器と封口板とを使用していたが、特性、応
用面等から薄形化が進められる電気二重層キヤパ
シタにとつては、容器が占める割合が大きくな
り、材料の価格が大きな問題となつてくる。

本発明はこのような電気二重層キヤパシタの外
装体としてフイルムを使用することにより薄形化
を可能にし、かつその時の電極の引出し構造を改
善することにより薄形化した場合における特長を
より発揮させるものであり、以下本発明の電気二
重層キヤパシタについて図面を参照しながら説明
する。

第２図に本発明の一実施例による電気二重層キ
ヤパシタを示しており、図において４はキヤパシ
タ素子であり、このキヤパシタ素子４は第１図で
説明したように炭素電極１、金属導電板２、セパ
レータ３とを重ね合わせることにより構成されて
いる。

５は金属フイルムと熱融着性の優れた樹脂フイ
ルムとをラミネートすることにより構成した２枚
の外装フイルムであり、この外装フイルム５は、
周縁部が熱融着により接着され、キヤパシタ素子
４は外装フイルム５により密封状態で外装されて
いる。また、２枚の外装フイルム５間は電気的に
絶縁されている。この外装フイルム５は、本実施
例においては、熱融着性の優れたポリエチレンフ
イルム５ａ、アルミニウムフイルム５ｂ、ポリエ
チレンフイルム５ａおよびポリプロピレンフイル
ム５ｃの４層をラミネートして構成している。ポ
リプロピレンフイルム５ｃは、耐熱性をあげ、熱
ストレスによるピンホールが剥れを防止し、アル
ミニウムフイルム５ｂは耐熱性、耐溶剤性ととも
に、ガス透過の障壁として最も有効の作用するも
のである。このような効果を得ることができるフ
イルムとして、ポリプロピレンフイルム５ｃの代
りとしては、ポリエチレンテレフタレートフイル
ム、ポリイミドフイルム等があり、またアルミニ
ウムフイルム５ｂの代りとしては、ステンレスフ
イルムがある。このようなフイルムを適宜複数層
に亘つて組合わせることにより外装フイルム５と
して良好な特性のものを得ることができる。

また、この外装フイルム５のアルミニウムフイ
ルム５ｂ両面にラミネートした内側、外側の樹脂
フイルム部分の一部には、アルミニウムフイルム
５ｂに達する孔６ａ，６ｂが設けられており、内
側の樹脂フイルム部分に設けた孔６ａによつて露
出したアルミニウムフイルム５ｂの面には、前記
キヤパシタ素子４の金属導電板２が電気的に接続
され、そして外側の樹脂フイルム部分に設けた孔
６ｂによつて露出したアルミニウムフイルム５ｂ
の面は外部接続部となつている。すなわち、アル
ミニウムフイルム５ｂが外部接続用端子となるの
である。この場合、孔６ｂによつて形成される外
部接続部は、用途によつて大きさ、形状を任意に
変えてやればよい。また、第２図に示すようにた
だ単に孔６ｂにより露出したアルミニウムフイル
ム５ｂ面を外部接続部とした場合、使用機器によ
つては接続しにくいことがある。このような場合
には、第３図に示すようにその孔６ｂ内にアルミ
ニウム、ステンレス、銅、黄銅等の金属端子７を
樹脂フイルム面よりも外側に突出するように配置
して前記アルミニウムフイルム５ｂに電気的に接
続しておけば、外部接続部が樹脂フイルム面より
突出するため、接続が容易となる。

また、第２図に示すように孔６ａ，６ｂにより
外装フイルム５の樹脂フイルム部分を取去り、ア
ルミニウムフイルム５ｂのみにより外部を外装フ
イルム５により形成された密封空間とを隔離する
ようにした場合、その部分が他の部分に比べて強
度的に弱くなる。これを利用し、アルミニウムフ
イルム５ｂの露出部に溝を設けてもう少し弱くし
ておけば、防爆弁として使用することができる。
さらに、そのアルミニウムフイルム５ｂの露出部
に設ける溝により、第４図に示すように極性を示
す記号８を画いたり、定格等を示す表示を施こす
ようにすれば、外部接続部として、防爆弁とし
て、そして表示部としての機能を果すことができ
る。

なお、本発明においては、外装フイルム５とし
て、金属フイルムの両面に樹脂フイルムをラミネ
ートしたもの以外、片面のみに樹脂フイルムをラ
ミネートしたものも使用することができ、この場
合樹脂フイルム側を内側とし、金属フイルムを外
側に露出させて金属フイルム全体を外部接続部と
する。

以上の説明から明らかなように本発明の電気二
重層キヤパシタは、金属フイルムとこの少なくと
も片面にラミネートした樹脂フイルムとからなる
２枚の外装フイルム５でキヤパシタ素子４を密封
状態として、また２枚の外装フイルム間を電気的
に絶縁して外装し、かつ前記外装フイルム５の金
属フイルムにキヤパシタ素子４の電極を電気的に
接続し、外側の金属フイルムの露出部分を外部接
続部としてものであるため、使用機器に応じて外
部接続部の位置を任意に変えることができ、しか
も外部接続用として特別な部品を使用しなくても
よいため安価であり、また樹脂フイルムを両面に
ラミネートした外装フイルムを用いる場合、金属
フイルムの一部分のみが露出するだけなので保
存、使用による腐食劣化もほとんどないという利
点を得ることができる。

ところで、電気二重層キヤパシタは静電容量が
大きいという特長を有しているものの、耐電圧が
1.6V程度と低いという欠点を有しており、用途
によつては複数個のキヤパシタを直列に接続して
低耐電圧性を改善しなければならない。また、逆
に用途によつては、１個では得ることができない
静電容量を必要とする場合である。

次に、このような要求に応えるための実施例を
第５図〜第９図の図面を用いて説明する。

すなわち、第５図に示すように複数個（図示し
ているものは２個）のキヤパシタ素子４を上記実
施例で述べた２枚の外装フイルム５により個々に
隔離して密封するように外装し、複数個のキヤパ
シタが連らなつたキヤパシタ連９を得る。このキ
ヤパシタ連９は、各キヤパシタ素子４の対応する
金属導電板２同志が外装フイルム５のアルミニウ
ムフイルム５ｂにより互いに電気的に接続されて
おり、第５図に示す状態では各キヤパシタ素子４
が並列接続され、２倍の静電容量を得ることがで
きる。

そして、このキヤパシタ連９を第６図に示すよ
うに各キヤパシタ間の外装フイルム５の熱融着部
分１０で折りたたむことにより、２枚の外装フイ
ルム５の一方がその熱融着部分１０で切断される
こととなり、これによつて各キヤパシタ素子４は
外装フイルム５のアルミニウムフイルム５ｂによ
り直列に接続されたこととなり、２倍の耐電圧を
持たせることができる。なお、第５図、第６図に
おいて９ａ，９ｂは外部接続部である。

さらに、このキヤパシタ連９を第７図および第
８図に示すように、外部接続部９ａ，９ｂにおい
て次々と接続して３個のキヤパシタ連９が連なつ
たものを得、これを第９図に示すように折りたた
んで積層すれば、各キヤパシタ素子４が直列に接
続されることとなつて６倍の耐電圧を有する電気
二重層キヤパシタを得ることができる。

なお、参考までに、上記実施例における外装フ
イルム５の１枚の厚みは100〜200μ、キヤパシタ
素子４の厚みは800μであり、１個のキヤパシタ
の厚みは１mm程度と薄いものである。また、１個
のキヤパシタ素子４の耐電圧が1.6V、静電容量
が1.5Fで、寸法は幅３cm、長さ４cmであるため
に、第９図に示すような構成とした場合、耐電圧
が9.6V、静電容量が0.25F、寸法は幅３cm、長さ
４cm、厚み６mmとなり、極めて薄形の電気二重層
キヤパシタとすることができる。

このように本実施例を用いれば、複数のキヤパ
シタ素子４が複数個直列または並列に接続された
電気二重層キヤパシタを簡単に得ることができ、
これによつて耐電圧を容易に高めることができる
とともに、静電容量についても必要な大きさのも
のを任意に得ることができる。また、金属フイル
ムとこの両面にラミネートした樹脂フイルムとか
らなる外装フイルム５を使用し、かつその外装フ
イルム５の金属フイルムにより複数個のキヤパシ
タ素子４を直列または並列に接続しているため、
各キヤパシタ素子４を接続するために特別な導体
を準備しなくてもよく、しかも金属フイルムは樹
脂フイルムにより覆われ、外部に露出していない
ため、安価で薄形の電気二重層キヤパシタを得る
ことができる。

次に、本発明の電気二重層キヤパシタの製造方
法について第１０図〜第１４図の図面を用いて説
明する。

一般に、電気二重層キヤパシタを製造する場合
は、炭素電極を金属導電板に付着させた電極間に
セパレータを介在させ、そしてこれを巻回し、前
記セパレータに電解液を含浸させて金属容器内に
収納し、金属容器をゴムパツキングで封止するこ
とにより行なわれている。すなわち、キヤパシタ
素子を１個１個金属容器内に収納して、封口を行
なつていたのである。

一方、前述したように外装体として金属フイル
ムとこの両面にラミネートした樹脂フイルムとか
らなる外装フイルムを使用する本発明において
は、生産性が高く、また薄形のものを製造するの
に適した方法を採用することができる。

すなわち、アルミニウムフイルム等の金属フイ
ルム１１ａの両面に熱融着性の優れたポリエチレ
ンフイルム等からなる樹脂フイルム１１ｂをラミ
ネートした外装フイルム１１において、あらかじ
め第１０図に示すように、長尺状の外装フイルム
１１の両側にある樹脂フイルム１１ｂに一定の間
隔で金属フイルム１１ａが露出する孔１２を複数
個設けておく。そして、このような外装フイルム
１１を２枚準備し、その２枚の外装フイルム１１
各々の対向する一面に炭素電極と金属導電板とか
らなる電極板１３を第１１図に示すように、金属
フイルム１１ａの孔１２によつて露出した部分と
金属導電板とが電気的に接続されかつ互いに対向
するように複数個配設する。

そして、この後、複数個の電極板１３を互いに
対向するように配設した２枚の外装フイルム１１
を第１１図に示すように前記電極板１３間にセパ
レータ１４を介在させて重ね合わせ、外装フイル
ム１１の電極板１３の配設されていない熱融着領
域１５において２枚の外装フイルム１１を熱融着
により接着する。この場合、セパレータ１４に電
解液を含浸する部分を残して熱融着し、そして電
解液を含浸した後、その残しておいた開口部を熱
融着により密封する。このように外装フイルム１
１を熱融着して密封することにより、複数個のキ
ヤパシタ素子が個々に隔離されて密封された第５
図に示すようなキヤパシタ連を得ることができ
る。

また、このようなキヤパシタ連を外装フイルム
１１の熱融着部分において切断することにより第
２図に示すような電気二重層キヤパシタを得るこ
とができる。なお、キヤパシタ連を１個１個に切
離す場合、金属フイルム１１ａにバリが生じてシ
ヨートが発生しないように注意する必要がある。

以上のように本発明の製造方法によれば、薄形
の電気二重層キヤパシタを高い生産性で製造する
ことができる。また、本発明の製造方法を用いれ
ば、複数個のキヤパシタ素子が直列に接続された
キヤパシタ連を簡単に得ることができるという利
点も有している。

さらに、このような本発明の製造方法を用いれ
ば、複数個のキヤパシタ素子を使用機器に応じた
接続状態で接続したキヤパシタ連を得ることがで
きる。すなわち、第１２図に示すように外装フイ
ルム１１の両面に電極板１３を配設したものを準
備し、これを第１３図に示すように片面のみに電
極板１３を配設した外装フイルム１１間に１枚、
またはそれ以上（図示しているものは３枚）挾み
込み、そして前述と同様に対向する電極板１３間
にセパレータ１４を介在させるとともに、複数枚
の外装フイルム１１を熱融着領域１５において第
１４図に示すように一度に熱融着により接着する
ことにより複数個のキヤパシタ素子がマトリツク
ス配線されたキヤパシタ連を得ることができる。
また、このキヤパシタ連を熱融着部分で切断する
ことにより複数個のキヤパシタ素子が直列に接続
された積層構造のキヤパシタ連を得ることができ
る。このような、第１２図〜第１３図に示す方法
により製造した場合、耐電圧6.4V、静電容量
0.47Fで寸法が幅40mm、長さ40mm、厚み４mmであ
つた。なお、参考までに、個々に製造し、その後
積層した場合には、寸法が幅40mm、長さ40mm、厚
み５mmであつた。

以上のように本発明の電気二重層キヤパシタに
よれば、使用機器に応じて外部接続部の位置を任
意に変えることができるとともに、外部接続部や
キヤパシタ素子相互間の接続用として特別な部品
を使用しなくてもよいため、簡単な構造で安価と
なり、しかも薄形にすることができ、さらには使
用機器に応じて種々の配線をすることができるキ
ヤパシタ連を容易に得ることができる。また、本
発明の製造方法を用いれば、そのような効果を有
する薄形の電気二重層キヤパシタを高い生産性で
安価に得ることができる等、極めて工業的価値の
高い効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電気二重層キヤパシタの基本構造を示
す構造図、第２図は本発明の一実施例による電気
二重層キヤパシタを示す断面図、第３図は同キヤ
パシタの外部接続部の他の例を示す断面図、第４
図は同じく同キヤパシタの外部接続部に防爆構造
を施した場合の一例を示す平面図、第５図は本発
明の他の実施例による電気二重層キヤパシタを示
す断面図、第６図は同キヤパシタを折りたたんで
使用する時の状態を示す断面図、第７図は同キヤ
パシタを複数個接続した状態を示す断面図、第８
図は第７図における要部を拡大して示す断面図、
第９図は第７図に示すように接続したキヤパシタ
連を折りたたんで積層した状態を示す断面図、第
１０図は本発明の電気二重層キヤパシタの製造方
法に使用する外装フイルムを示す断面図、第１１
図は本発明の一実施例による電気二重層キヤパシ
タの製造方法における要部工程を示す断面図、第
１２図〜第１４図は本発明の他の実施例による電
気二重層キヤパシタの製造方法における要部工程
を示す断面図である。 １……炭素電極、２……金属導電板、３，１４
……セパレータ、４……キヤパシタ素子、５，１
１……外装フイルム、５ａ……ポリエチレンフイ
ルム、５ｂ……アルミニウムフイルム、５ｃ……
ポリプロピレンフイルム、６ａ，６ｂ，１２……
孔、７……金属端子、８……記号、９……キヤパ
シタ連、９ａ，９ｂ……外部接続部、１０……熱
融着部分、１１ａ……金属フイルム、１１ｂ……
樹脂フイルム、１３……電極板、１５……熱融着
領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炭素電極間に電解液を含浸させたセパレータ
   を介在させてキヤパシタ素子を構成し、このキヤ
   パシタ素子を、金属フイルムの両面に樹脂フイル
   ムをラミネートした外装フイルムで前記キヤパシ
   タ素子周囲を密封状態として覆い、かつ前記外装
   フイルムの両側の樹脂フイルムの一部を取除いて
   金属フイルムを露出させ、その露出部分において
   キヤパシタ素子の炭素電極と電気的に接続すると
   ともに、外側の露出部分を外部接続用端子とした
   ことを特徴とする電気二重層キヤパシタ。 ２ 金属フイルムの外側の露出部分に樹脂フイル
   ム面より外方向に突出する金属端子を配設したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電
   気二重層キヤパシタ。 ３ 金属フイルムの露出部分に溝を設けて防爆弁
   としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の電気二重層キヤパシタ。 ４ 金属フイルムの露出部分に設けた溝により極
   性や定格等の表示を施したことを特徴とする特許
   請求の範囲第３項に記載の電気二重層キヤパシ
   タ。 ５ 複数個のキヤパシタ素子を外装フイルムによ
   り個々に隔離して外装したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の電気二重層キヤパシ
   タ。 ６ 複数個のキヤパシタ素子を外装フイルムの金
   属フイルムにより電気的に接続したことを特徴と
   する特許請求の範囲第５項に記載の電気二重層キ
   ヤパシタ。 ７ 金属フイルムの両面に樹脂フイルムをラミネ
   ートしてなる外装フイルムの片面に複数個の炭素
   電極を前記金属フイルムに電気的に接続して一定
   間隔で配設したものを２枚準備し、この２枚の外
   装フイルムを前記炭素電極が互いに対向するよう
   に配置するとともに、互いに対向する炭素電極を
   この電極間にセパレータを介在させて重ね合せ、
   その後前記外装フイルムの炭素電極の配設されて
   いない熱融着領域において２枚の外装フイルムを
   熱融着により接着して複数個のキヤパシタ素子が
   外装フイルムにより隔離されて密封されたキヤパ
   シタ連を構成し、その後そのキヤパシタ連を切断
   することを特徴とする電気二重層キヤパシタの製
   造方法。