KR101158963B1

KR101158963B1 - 전기 이중층 콘덴서 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101158963B1
Application number: KR1020087027348A
Authority: KR
Inventors: 에리 히로세; 야스유키 이토; 사토미 오니시; 미쯔루 이와이; 다쿠미 야마구치; 이치로 아오키; 고우지 모리야마; 요시키 하시모토
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2006-05-29
Filing date: 2007-05-25
Publication date: 2012-06-21
Also published as: CN101454853B; WO2007139008A1; EP1990814A4; US20090122467A1; KR20090018900A; EP1990814A1; US7706129B2; JPWO2007139008A1; CN101454853A

Abstract

전기 이중층 콘덴서에 있어서, 분극성 전극층의 저항 저감과 케이스 내의 가스 발생 억제에 의한 신뢰성의 향상을 도모한다. 이를 위해, 금속박으로 이루어지는 집전체의 양면에 분극성 전극층을 형성하여 리드선을 부착한 전극을 정부(正負) 한쌍으로 하고, 그 사이에 세퍼레이터를 개재시켜 분극성 전극층이 대향하도록 감은 콘덴서 소자를, 구동용 전해액과 함께 케이스에 수납하여 이루어지는 전기 이중층 콘덴서로 한다. 그리고, 리드선은 전극상의 분극성 전극층을 제거한 분극성 전극층 제거부에 부착되고, 리드선의 집전체와 접속되는 부분의 촬영 면적을 1로 했을 때, 분극성 전극층 제거부의 면적이 1이상 2.0이하인 전기 이중층 콘덴서로 한다.

Description

전기 이중층 콘덴서 및 그 제조 방법{ELECTRIC DOUBLE LAYER CAPACITOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은, 각종 전자 기기에 이용되는 전기 이중층 콘덴서 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 저 저항, 저온 특성 및 장기 신뢰성이 뛰어난 전기 이중층 콘덴서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

도 9는, 이러한 종류의 종래의 전기 이중층 콘덴서의 구성을 나타낸 일부 절결 사시도이다. 도 9에 있어서, 콘덴서 소자(121)는, 양극 전극(122)과 음극 전극(123)을 그 사이에 세퍼레이터(124)를 개재시킨 상태로 감음으로써 구성되어 있다.

또한, 양극 전극(122)과 음극 전극(123)은, 금속박으로 이루어지는 집전체(125)의 양면에 분극성 전극층(126)(이면측은 도시하지 않음)을 각각 형성함으로써 구성된 것이다. 또한, 이 양극 전극(122)과 음극 전극(123)에는 각각 양극 리드선(127)과 음극 리드선(128)이 접속되어 있다.

이와 같이 구성된 콘덴서 소자(121)는, 도시하지 않은 구동용 전해액을 함침시킨 후에 바닥이 있는 원통형상의 케이스(129) 내에 삽입되고, 양극 리드선(127)과 음극 리드선(128)이 삽입 통과하는 구멍을 가진 고무 제의 실링 부재(130)를 케 이스(129)의 개구부에 설치한 후, 케이스(129)의 개구부의 외주를 안쪽으로 드로잉(drawing) 가공함과 더불어, 케이스(129)의 개구단을 컬링(curling) 가공함으로써 실링을 행한다.

이 집전체(125)는 전극으로서의 효율 향상을 위해서, 집전체(125)의 양면에 분극성 전극(126)을 층형상으로 형성하고 있다. 이 전극으로부터 전기적으로 끌어내기 위해서 양극 리드선(127)과 음극 리드선(128)을 부착할 때에, 분극성 전극층(126)의 위부터 부착하면 접촉 저항이 높아지기 때문에, 종래는 양극 리드선(127)과 음극 리드선(128)의 부착 위치의 분극성 전극층(126)을 없애는 등, 집전체(125)를 노출시켰었다. 즉, 양극 리드선(127)과 음극 리드선(128)은, 집전체(125)인 금속박과의 접속을 양호하게 하여 저항 성분을 저감시키기 위해서, 접속 부분의 분극성 전극층(126)을 부분적으로 제거하고, 집전체(125)를 노출시키고 나서 접속하는 것이다.

또한, 이 출원의 발명에 관련된 선행 기술 문헌 정보로는, 예를 들면, 특허 문헌 1, 특허 문헌 2가 알려져 있다.

그러나, 상기 종래의 전기 이중층 콘덴서의 구성에 있어서, 특히 음극의 분극성 전극층(126)에 있어서는, 음극 리드선(128)을 부착할 때의 집전체(125) 노출 부분이 세퍼레이터(124)를 통해, 정극의 분극성 전극층(126)과 대향하면, 전해액 중의 음이온이 강산성을 발휘하여, 세퍼레이터를 분해, 부식시켜 버리는 경우가 있다.

또한, 상기 종래의 전기 이중층 콘덴서에서는, 양극 전극(122)(음극 전 극(123)도 동일)에 양극 리드선(127)을 접속할 때에, 집전체(125)인 금속박과의 접속을 양호하게 하여 저항 성분을 저감시킬 목적으로 접속 부분의 분극성 전극층(126)을 부분적으로 제거하고 있다. 이 분극성 전극층(126)의 제거 방법은, 회전형의 브러시 등을 이용해 억지로 쓸어내는 것이고, 또한, 가공 정밀도나 조립 상의 문제 등으로 인해 접속되는 리드선의 접속 부분의 면적보다도 상당히 큰 면적으로 제거되고 있다. 이 때문에, 각 전극에 리드선을 접속한 상태에서는, 리드선의 주 가장자리에는 분극성 전극층(126)이 존재하지 않고 집전체(125)가 노출되어 있는 부분이 존재하는 상태였다.

그러나, 종래의 전기 이중층 콘덴서에 요구되는 보증 범위(60℃, 2.3V 이하)를 넘는 범위의 보증(70℃, 2.7V)의 요구에 대응하기 위해서는, 이러한 집전체(125)의 노출 부분이 발생함으로 인해, 다음과 같은 문제가 있었다.

즉, 높은 전압을 인가하여 장시간 사용하면, 음극 전극(123)의 집전체(125)의 노출 부분과, 세퍼레이터(124)를 통해 대향하는 양극 전극(122)의 분극성 전극층(126)의 사이에서, 구동용 전해액이 반응을 일으켜 전해질 음이온인 BF₄ ^－, PF₆ ^－ 등이 양극측으로 끌어당겨져, 그 주변부가 산성으로 되어 세퍼레이터(124)를 열화시켜 버린다. 그 결과, 특성 열화뿐만 아니라, 가스 발생이나 내압의 상승이 발생한다는 문제가 있다.

따라서, 이러한 과제는, 각 전극에 각각의 리드선을 접속한 후에, 이 리드 선 및 집전체(125)의 노출 부분에 분극성 전극층(126)을 형성하면 한꺼번에 해결하 는 것이 가능한데, 이러한 공정을 추가하는 것은 비용적으로도 큰 부담이 되는 것이었다.

[특허 문헌 1：일본국 특허공개 평 8－83738호 공보]

[특허 문헌 2：일본국 특허공개 평 10－270293호 공보]

본 발명은 이러한 종래의 과제를 해결하고, 장기 신뢰성이 뛰어난 전기 이중층 콘덴서로 하기 위해, 전기 이중층 콘덴서 내에서의 가스 발생을 억제하는 것이다.

이를 위해, 본 발명은, 금속박으로 이루어지는 집전체의 양면에 분극성 전극층을 형성하여 리드선을 부착한 전극에 있어서, 전극 상의 분극성 전극층을 제거한 분극성 전극층 제거부에 리드선을 부착할 때에, 리드선의 집전체와 접속되는 부분의 투영 면적을 1로 하고, 분극성 전극층 제거부의 면적을 1 이상 2.0 이하로 하는 전기 이중층 콘덴서로 한다.

본 발명의 전기 이중층 콘덴서는, 집전체의 양면에 분극성 전극층이 형성되어 있고, 또한 리드선의 부착 위치 주변에 있어서 집전체 노출 부분이 되는 분극성 전극층 제거부를 필요 최소한의 것으로 함으로써, 제조 비용을 억제하면서, 접촉 저항이 적은, 가스 발생이 억제된 전극을 구비한, 장기 신뢰성이 뛰어난 전기 이중층 콘덴서 및 그 제조 방법을 제공할 수 있는 것이다.

또한 본 발명은, 집전체의 양면에 분극성 전극층을 형성한 후, 이 분극성 전극층의 일부를 제거하고, 이 분극성 전극층의 일부를 제거한 부분에 리드선을 접속함으로써 양극 전극 및 음극 전극을 제작하는 방법으로 한다. 그리고, 상기 분극성 전극층의 일부를 제거하는 방법으로서, 당해 제거 부분의 형상에 대응한 가열형의 금속판을, 분극성 전극층에 눌러 가열함으로써 분극성 전극층 내의 바인더 성분을 비산시킨 후, 이 가열된 부분의 분극성 전극층을 회전형의 브러시를 이용해 기계적으로 쓸어내도록 한 것이다. 또한, 상기 분극성 전극층의 일부를 제거하는 면적으로서, 당해 제거 부분에 접속되는 리드선의 접속 부분의 면적의, 1～2배의 면적의 분극성 전극층을 제거하도록 한 것이다.

본 발명에 의한 전기 이중층 콘덴서의 제조 방법은, 각 전극에 리드선을 접속할 때에, 분극성 전극층 내의 바인더 성분을 비산시키고 나서 브러시에 의해서 분극성 전극층을 쓸어내도록 한 방법에 의해, 분극성 전극층을 매우 용이하게 제거할 수 있게 된다. 그뿐만 아니라, 분극성 전극층의 필요 부분만을 정밀도 좋게 제거하는 것이 가능하게 되므로, 필요 최저한의 면적의 분극성 전극층만을 제거하여 리드선을 접속함으로써, 집전체의 불필요한 노출 부분을 매우 적게할 수 있게 된다. 이 때문에, 높은 전압을 인가하여 장시간 사용한 경우에도, 음극 전극의 집전체의 노출 부분에 발생한 전해질 음이온인 BF₄ ^－, PF₆ ^－등이 집중하여 산성으로 되는 일이 매우 적어진다. 이 때문에 세퍼레이터의 열화가 억제되고, 이에 따라, 전기 화학 반응에 의해서 생기는 가스 발생, 저항 증가나 용량 감소도 억제되어, 특성 열화가 적은 고신뢰성의 전기 이중층 콘덴서를 안정되게 제조할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 전기 이중층 콘덴서의 일부 절결 사시도이다.

도 2a는 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전기 이중층 콘덴서의 전극의 표면을 나타내는 평면도이다.

도 2b는 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전기 이중층 콘덴서의 전극의 이면을 나타내는 평면도이다.

도 3a는 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전기 이중층 콘덴서의 분극성 전극층 제거부의 확대 평면도이다.

도 3b는 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전기 이중층 콘덴서의 리드선의 확대 평면도이다.

도 4는 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전기 이중층 콘덴서의 정부극을 모식적으로 나타낸 단면도이다.

도 5는 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전기 이중층 콘덴서의 케이스 높이 방향의 팽창량을 비교한 그래프이다.

도 6은 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 리드선과 집전체의 접촉을 나타내는 부분 평면부이다.

도 7a는 동 콘덴서 소자에 사용되는 양극 전극의 구성을 나타낸 주요부 평면도이다.

도 7b는 동 A-A 단면도이다.

도 8은 동 양극(음극) 전극을 제작하는 제조 방법을 나타낸 제조 공정도이 다.

도 9는 종래의 전기 이중층 콘덴서의 구성을 나타낸 일부 절결 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 콘덴서 소자 2 : 리드선

2a : 투영부 3 : 집전체

4 : 분극성 전극층 5 : 세퍼레이터

6 : 분극성 전극층 제거부 7 : 실링 부재

8 : 케이스 9 : 양극 전극

10 : 음극 전극 11 : 음이온

12 : 양이온

(실시 형태 1)

이하, 본 발명의 실시 형태 1에 대해서, 도 1부터 도 5를 이용해 설명한다.

도 1은 본 실시 형태 1에 있어서의 전기 이중층 콘덴서의 구성을 나타낸 일부 절결 사시도이다.

도 1에 있어서, 콘덴서 소자(1)는, 리드선(2)을 접속한 알루미늄 등의 금속박으로 이루어지는 2개의 집전체(3)의 양면에 분극성 전극층(4)을 형성하여 양극 전극(9), 음극 전극(10)으로 하고, 이에 단락 방지용 세퍼레이터(5)를 개재시켜 감음으로써 구성되어 있다.

또한, 리드선(2), 세퍼레이터(5)도, 각각 정부극에 대응하도록 한쌍 준비되 어 있다.

이 콘덴서 소자(1)를 구동용 전해액(도시하지 않음)에 함침시키고, 도 1에 도시하는 것처럼, 콘덴서 소자(1)의 상단부에 리드선(2)이 삽입 통과하는 구멍을 형성한 고무제의 실링 부재(7)를 끼워넣고, 알루미늄으로 이루어지는 바닥이 있는 원통형상의 케이스(8)에 수납하여, 케이스(8)의 개구부를 드로잉 가공함으로써, 실링 부재(7)를 압축하여 케이스(8)를 실링하도록 구성되어 있다.

또한, 상기 분극성 전극층(4)은, 활성탄 분말과 카본 블랙과 바인더를 혼련 한 것에 의해 구성되고, 상기 활성탄 분말로는, 목재분계, 야자껍질계, 페놀수지계, 석유 코크스계, 석탄 코크스계, 피치계의 원료를 부활(賦活)시킨 것이 이용된다. 또한, 바인더로는, 폴리테트라플루오로에틸렌, 카르복시메틸셀룰로오스(이하, CMC라고 부른다)의 수용성 바인더를 혼합한 것이 이용된다.

또한, 상기 구동용 전해액의 용매로는, 프로필렌카보네이트,γ-부티롤락톤, 에틸렌카보네이트, 술포란, 아세트니트릴, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트 또는 메틸에틸카보네이트 중 어느 1종 혹은 2종 이상의 혼합물이 이용된다. 또한, 전해질 양이온으로는, 제4급 암모늄, 제4급 포스포늄, 이미다졸륨염이 사용되고, 한편, 전해질 음이온으로는, BF₄ ^－, PF₆ ^－, Cl0₄ ^－, CF₃SO₃ ^－ 또는 N(CF₃SO₂)₂ ^－가 이용된다.

도 2a 및 도 2b는, 동 전기 이중층 콘덴서에 사용되는 전극의 표리면을 나타낸 평면도이다. 도 2a에 있어서 상하 방향으로 반전시킨 것이 도 2b로 된다.

도 2a 및 도 2b에 있어서, 전극(14)은, 집전체(3)의 양면에 분극성 전극층(4)이 형성되어 있는데, 리드선(2)의 부착 위치에 해당하는 부분을 일부 없애는 등 집전체(3)가 노출된 분극성 전극층 제거부(6)를 형성하고, 이 분극성 전극층 제거부(6)에 리드선(2)이 코킹(caulking) 접합 등으로 부착되어 있다. 이는, 분극성 전극층(4)이 형성된 전극(14) 상에서 리드선(2)을 직접 부착하면, 리드선(2)으로부터 전극(14)에 전류가 흐를 때에 분극성 전극층(4)과 리드선(2)의 사이에서 접촉 저항이 높아져 버려, 콘덴서의 충방전시 등에 손실이 커져 버리기 때문에, 리드선(2)의 부착 위치에 해당하는 부분의 분극성 전극층(4)을 제거하는 것이다.

도 3a는 이 분극성 전극층 제거부(6)를 확대한 평면도이며, 도 3b는 리드선(2)의 확대 평면도이다. 이 리드선(2)이 전극(14)에 부착될 때에, 전극(14)과 겹치는 부분으로 되는 투영부(2a)를 빗금(hatching)을 표시해 나타낸다. 투영부(2a)의 면적을 1로 했을 때에, 분극성 전극층 제거부(6)의 면적은 1 이상 2.0 이하가 되도록 한다.

상기와 같이, 전극(14)에 분극성 전극층 제거부(6)를 설치하고, 리드선(2)의 투영부(2a)의 면적을 1로 했을 때, 분극성 전극층 제거부(6)의 면적을 1 이상 2.0 이하로 하는 것이 본 발명에 있어서의 기술적 특징의 하나이며, 이와 같이 함으로써, 리드선(2)과 집전체(3)의 저항을 억제함과 더불어, 리드선(2)의 부착부 주변으로부터의 가스 발생을 억제할 수 있다.

종래에는, 예를 들면 2.3V 이하, 60℃의 조건으로 사용했다. 그러나, 본 발명의 실시 형태에 의하면, 더욱 고전압, 고온인 2.7V, 70℃의 조건에서 보다 현저 하게 나타나는 현상인, 리드선(2)의 부착부 주변에 있어서의 세퍼레이터의 분해, 부식을 원인으로 한, 가스 발생에서의 내압 상승을 억제하는 것이 가능하게 된다.

이 리드선(2)의 부착부 주변에서의 가스 발생에 대해서, 도 4를 이용해 설명한다. 도 4는, 실시 형태 1에 의한 전기 이중층 콘덴서의 정부극에 있어서, 세퍼레이터(5)를 통해 분극성 전극층(4)이 대향하고 있는 상태를 나타낸 모식도이다.

도 4에 있어서, 집전체(3)의 양면에 분극성 전극층(4)이 형성된 양극 전극(9)은, 세퍼레이터(5)를 통해 동일 구성의 음극 전극(10)과 대향하고 있다. 음극(10)에는 리드선(2)의 부착부 주변의 분극성 전극층 제거부(6)가 형성되어 있다.

이 전기 이중층 콘덴서가 충전되면, 케이스(8) 내 혹은 세퍼레이터(5)에 함침되어 있는 전해액 중의 음이온(11)이 정극(9)측에 집중하고, 마찬가지로 전해액 중의 양이온(12)이 부극(10)측에 집중한다. 이 때, 세퍼레이터(5)를 통해 대향하고 있는 음이온(11) 및 양이온(12)은 전기적으로 안정되어 있는데, 분극성 전극층 제거부(6)와 대향해 있는 음이온(11)은 수분과 반응하는 등, 음이온(11)에 유래하는 강산(强酸)을 발생시켜 버리는 것이었다.

이 음이온(11)에 유래하는 강산은, 이윽고 세퍼레이터(5)를 분해하거나 부식시켜, 가스 발생을 일으키는 원인의 하나가 될 수 있는 것이기도 했다.

특히 세퍼레이터(5)가 셀룰로오스 등으로 이루어지는 경우에는, 가스 발생 억제의 효과는 보다 현저하게 된다.

종래에는, 도 2a에 있어서, 분극성 전극층 제거부(6)는 집전체(3)의 상하 방향인 전체 폭에 걸쳐 형성되는 것이었다. 이는, 집전체(3)에 분극성 전극층(4)을 설치하여 음극 전극(10)으로 하고, 다음에 리드선(2)을 부착하기 위해서, 분극성 전극층(4)을 제거하는 공정에 있어서는 생산성 향상을 목적으로 하여 분극성 전극층(4)의 폭 이상으로 제거부를 설정하고 있었기 때문이다.

따라서, 필요 이상으로 분극성 전극층 제거부(6)가 형성되므로, 앞서 기술한 세퍼레이터(5)를 통해 분극성 전극층(4)과 대향하지 않는 분극성 전극층 제거부(6)의 면적이 커져 버려, 가스 발생을 일으키는 것이었다. 그러나, 본 발명의 실시 형태에 의하면, 이 부분의 길이를 음극 전극(10)의 폭보다도 짧은 적정한 크기로 함으로써, 리드선(2)과 집전체(3)의 저항을 억제함과 더불어, 이 부분으로부터의 가스 발생을 억제할 수 있게 되는 것이다.

또한, 이 분극성 전극층 제거부(6)의 형성에 있어서는, 분극성 전극층(4)에 가열한 금속 등을 대어 부분적으로 가열한 후에, 롤러 브러시 등으로 문질러 형성하는 것이 가능하다. 이와 같이 형성하면, 분극성 전극층 제거부(6)의 선단은 도 3a에 있는 것처럼, 약간 둥글림을 띤 형상을 나타내는 것이다.

또한, 분극성 전극층 제거부(6)를 설치하고, 리드선(2)의 음극 전극(10)과 접속되는 부분인 투영부(2a)의 투영 면적을 1로 했을 때, 분극성 전극층 제거부(6)의 면적을 1 이상 2.0 이하로 하는 것은, 적어도 음극 전극(10)측만이어도 된다. 그러나, 양극 전극(9)측도 동일하게 함으로써, 가스 발생이 억제되고, 또한 제조 비용의 억제도 가능하게 되는 것이다.

도 5는, 리드선(2)의 음극 전극(10)과 접속되는 부분인 투영부(2a)의 투영 면적을 1로 했을 때, 분극성 전극층 제거부(6)의 면적비와 전기 이중층 콘덴서 내 에서의 가스 발생의 기준이 되는 케이스(8)의 높이 방향의 팽창량인 △L(㎜)의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 5에 있어서의 시험 방법으로는, 리드선(2)의 음극 전극(10)과 접속되는 부분인 투영부(2a)의 투영 면적을 1로 했을 때, 분극성 전극층 제거부(6)의 면적비를 각각 변화시킨 전기 이중층 콘덴서에 대해, 85℃ 분위기 하에서 DC2.7V 인가한 상태로 250시간 보유한 것을 꺼내 방전한 후, 높이를 측정하고, 초기 상태의 높이와 비교하여 △L(mm)를 산출했다. 초기 높이는 30㎜이며, △L가 대략 1.5mm를 넘으면 케이스(8)의 안전 밸브가 작동하여 밸브 열림 상태로 되어, 사용할 수 없게 되는 것이다. 이들 시험은 n(샘플수)＝30으로 실시하고, 그 평균치를 그래프화했다.

도 5에 있어서, 투영 면적비가 2.0을 넘으면 △L가 크게 증가한다. 이는, 투영 면적비가 2.0을 넘은 전기 이중층 콘덴서 정극에 있어서, 세퍼레이터를 통해 분극성 전극층(4)과 대향하지 않는 정극의 면적이 커져 버려, 가스 발생을 일으켜 버리기 때문이다. 따라서, 이 투영 면적비를 2.0 이하로 함으로써 가스 발생의 억제를 할 수 있는 것이다.

또한, 이 때, 도 3b에 있어서의 리드선(2)의 투영부(2a)의 폭을 1로 했을 때, 도 3a에 있어서의 분극성 전극층 제거부(6)의 폭은 1.8 이하로 하면, 마찬가지로 가스 발생 억제의 효과를 발휘하는 것이다.

(실시 형태 2)

이하, 본 발명의 실시 형태 2에 대해서, 도 6을 이용해 설명한다.

도 6은, 본 발명의 실시 형태 2에 있어서, 리드선(22)과 집전체(27)의 접촉을, 상기 실시 형태 1과는 다른 방법으로 실시했을 때의 부분 평면도이다.

도 6에 있어서, 전극을 구성하는 알루미늄 등의 금속박으로 이루어지는 집전체(27)의 양면에 형성된 분극성 전극층(21)에 리드선(22)을 접속하기 위해서, 리드선(22)의 평면부(23)의 장착 위치의 분극성 전극층(21)을 없애거나, 분극성 전극층 제거부(26)를 설치한다. 그 후, 분극성 전극층 제거부(26)와 리드선(22)의 평면부(23)에, 코킹 접합(24)을 4군데(전극(20)의 단측에 2군데, 안쪽에 2군데) 행한다. 또한, 양단의 코킹 접합(24) 사이를 연결하는 직선 상에 냉간 압접 접합(25)을 3군데 행함으로써, 집전체(27)와 리드선(22)을 접합한 것이다.

이러한 구성으로 함으로써, 리드선(22)의 평면부(23)의 양단에 각각 2군데씩 설치한 코킹 접합(24)에 의해서 높은 강도 접합이 얻어지고, 또한, 이 코킹 접합(24)의 양단간을 연결하는 직선 상에 3군데 설치한 냉간 압접 접합(25)에 의해서, 저 저항값으로 안정된 접속이 얻어지게 된다. 그리고, 종래의 코킹 접합에서는 곤란했던 소형품에의 대응도 가능하게 되는 것이다.

또한, 실시 형태 2의 코킹 접합 및 냉간 압접 접합을 행하는 수 및 장소는, 상기에 한정되는 것이 아니고, 코킹 접합과 냉간 압접 접합으로 리드선의 평면부(23)에 집전체(27)가 접합되어 있으면 동일한 효과가 얻어지는데, 적어도 2군데 이상의 코킹 접합과 복수의 압접 접합으로 접합되어 있는 것이 바람직하다.

(실시 형태 3)

이하, 실시 형태 3을 이용하여, 본 발명에 대해 설명하는데, 본 발명은 이 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 또한, 전기 이중층 콘덴서의 구성은, 실시 형태 1에서 도 1을 이용해 설명한 것과 같기 때문에, 여기서의 설명은 생략한다.

도 7a는 동 콘덴서 소자(31)에 사용되는 양극 전극(32)의 구성을 나타낸 주요부 평면도, 도 7b는 동 A－A 단면도이다.

도 7a, 7b에 있어서, 양극 전극(32)에 형성된 분극성 전극층(36)(음극 전극에 형성된 분극성 전극층도 같다)의 일부를 제거하여 집전체(35)를 노출시키고, 이 집전체(35)가 노출된 부분에 양극 리드선(37)을 코킹 접합 및／또는 냉간 압접, 초음파 용접 등의 수단에 의해서 접속하도록 한 것이다. 이 분극성 전극층(36)의 제거는, 당해 제거 부분에 접속되는 양극 리드선(37)의 접속 부분 면적의 1～2배의 면적을 제거하도록 한 것이다(자세한 것은 후술한다).

그리고, 이와 같이 구성된 콘덴서 소자는, 리드선(2)을 도시하지 않은 고무제의 실링 부재(7)에 형성된 구멍에 삽입 통과시켜 실링 부재(7)를 장착한다. 그리고, 이 콘덴서 소자(1)에 도시하지 않은 구동용 전해액을 함침시킨 후에 도시하지 않은 바닥이 있는 원통형상의 케이스(8) 내에 삽입함과 더불어, 상기 실링 부재(7)를 케이스(8)의 개구부에 설치하고, 이 케이스(8)의 개구부에 횡(橫)드로잉 가공과 컬링 가공을 실시함으로써 상기 밀봉 부재(7)을 통해 실링을 행하는 것이다.

이와 같이 구성된 본 실시 형태 3에 의한 전기 이중층 콘덴서는, 필요 최저한의 면적의 분극성 전극층(4)을 제거하여 음극측의 리드선을 접속함으로써, 불필요한 분극성 전극층 제거부의 노출 부분을 매우 적게할 수 있게 된다. 이 때문에, 전압을 인가하여 장시간 사용한 경우에도, 음극 전극(10)에 있어서의 분극성 전극층 제거부의 노출 부분에 의해, 전해질 음이온인 BF₄ ^－, PF₆ ^－등이 양극측에 집중하여 산성으로 되는 경우가 매우 적어진다. 이 때문에 세퍼레이터(5)의 열화가 억제되고, 이에 따라, 전기 화학 반응에 의해서 생기는 가스 발생, 저항 증가나 용량 감소도 억제되어, 특성 열화가 적은 고신뢰성의 전기 이중층 콘덴서를 안정되게 제조할 수 있게 되는 것이다.

도 8은, 상기 양극 전극(9) 및 음극 전극(10)을 제작하는 제조 방법을 나타내는 제조 단계를 나타내는 도면이며, 이 도 8을 참조하면서, 이하에 구체적인 실시예에 대해 설명한다.

(실시예 1)

금속박으로 이루어지는 집전체로서, 두께 30㎛의 고순도 금속박(Al：99.99％ 이상)을 사용하고, 염산계의 에칭액 중에서 전해 에칭하여 금속박의 표면을 조면화(粗面化)했다.

다음, 이 금속박의 한쪽의 표면에 분극성 전극층을 형성한 후, 금속박을 뒤집어 다른쪽의 표면에도 마찬가지로 분극성 전극층을 형성하고, 이에 따라, 금속박의 양면에 분극성 전극층을 형성한 양극 전극(음극 전극도 같다)을 얻었다.

이 분극성 전극층의 형성은, 평균 입경 5㎛의 페놀 수지계 활성탄 분말과, 도전성 부여제로서 평균 입경 0.05㎛의 카본 블랙, CMC(카르복시메틸셀룰로오스)를 용해한 수용성 바인더 용액을, 10：2：1의 중량비로 혼합하여 혼련기로 충분히 혼 련한 후, 메탄올과 물의 분산 용매를 조금씩 추가하고, 다시 혼련하여 소정 점도의 페이스트를 제작했다. 계속해서, 이 페이스트를 집전체의 표면에 도포하고, 100℃의 대기중에서 1시간 건조시켜 분극성 전극층을 형성했다.

이어서, 이 양면에 형성된 분극성 전극층의 고밀도화 및 평탄화에 의한 용량 업을 도모할 목적으로 분극성 전극층을 프레스 가공하고, 그 후, 원하는 폭 치수로 슬릿(slit)했다.

다음, 이와 같이 하여 제작된 양극 전극(또는 음극 전극)에 양극 리드선(또는 음극 리드선)을 접속했다. 이 각 리드선의 접속은, 우선, 리드선의 접속 부분과 대략 동 형상으로 형성되어 히터에 의해 280℃로 가열된 금속판을, 집전체의 표면에 형성된 분극성 전극층에 1초간 눌러 분극성 전극층 내의 바인더 성분을 비산시켰다. 또한, 바인더 성분을 비산시키는 것만이면, CMC의 열분해 온도인 260℃로 되지만, 양산을 고려하여 1초간 비산시키기 때문에 280℃의 온도 설정으로 했다. 그 후, 이 가열된 부분의 분극성 전극층을 회전형의 브러시를 이용해 기계적으로 쓸어내고, 이 분극성 전극층을 제거한 부분에 리드선을 설치하여, 코킹 접합 및／또는 냉간 압접에 의해 리드선을 접속했다.

또한, 상기 분극성 전극층의 제거는, 리드선을 접속하는 측의 한쪽 면만해도 되지만, 양면 모두 제거함으로써, 접속의 신뢰성과 저항 성분의 저감을 한층 더 향상시킬 수 있으므로, 양면 제거는 보다 바람직한 것이라고 할 수 있다.

또한, 상기 분극성 전극층의 제거는, 당해 제거 부분에 접속되는 리드선의 접속 부분의 면적의 1～2배의 면적을 제거하도록 한 것이다. 이 제거 면적이 2배 를 넘는 경우에는, 집전체의 노출 부분이 너무 많기 때문에, 전압을 인가하여 장시간 사용하면, 음극 전극의 집전체의 노출 부분과 세퍼레이터를 통해 대향하는 양극 전극의 분극성 전극층의 사이에서, 구동용 전해액이 반응을 일으켜 전해질 음이온인 BF₄ ^－, PF₆ ^－등이 양극측에 끌어 당겨져, 그 주변부가 산성으로 되어 세퍼레이터를 열화시켜 버린다. 또한, 특성 열화뿐만 아니라, 가스 발생이나 내압의 상승이 발생하므로 바람직하지 않다. 또한, 반대로, 1배 미만인 경우에는 분극성 전극층의 일부가 리드선과 접촉하여 접촉 불량을 일으키거나, 저항이 상승하기 때문에 바람직하지 않다.

다음, 이와 같이 하여 제작된 양극 전극과 음극 전극의 사이에, 두께 35㎛의 세퍼레이터를 개재시킨 상태로 이들을 감음으로써 콘덴서 소자를 얻었다.

계속해서, 이 콘덴서 소자에 구동용 전해액을 함침시켰다. 이 구동용 전해 액은 프로필렌카보네이트에 4에틸암모늄 4플루오르화붕소를 용해한 것을 이용했다.

이어서, 이 콘덴서 소자를 바닥이 있는 원통형상의 알루미늄제의 케이스 내에 삽입하고, 이 케이스의 개구부를 고무제의 실링 부재를 이용해 실링함으로써, 본 실시 형태에 의한 전기 이중층 콘덴서를 제작했다(콘덴서 치수：φ20×45mm).

(실시예 2)

상기 실시예 1에 있어서, 분극성 전극층의 일부를 제거할 때에, 가열된 금속판에 의해 분극성 전극층 내의 바인더 성분을 비산시키는 작업을 행하지 않았다. 그 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 전기 이중층 콘덴서를 제작했다.

(비교예 1)

상기 실시예 1에 있어서, 분극성 전극층의 일부를 제거하는 제거 면적을, 리드선의 접속 부분의 면적의 2.5배로 하고, 또한, 가열된 금속판에 의해 분극성 전극층 내의 바인더 성분을 비산시키는 작업을 행하지 않았다. 그 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 전기 이중층 콘덴서를 제작했다.

이와 같이 하여 얻어진 본 발명의 실시예 1, 2 및 비교예 1의 전기 이중층 콘덴서에 대해서, 초기 특성(용량, 직류 콘덴서 저항(이하, DCR로 약칭한다))과, 85℃에서 2.7V 인가했을 때의 특성 열화 시험을 행한 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 시험수는 20개로 행하여, 그 평균치를 기재했다. 또한, 상기 DCR은 충전한 후에 방전시키고, 그 개시의 0.5～2.Osec 간의 기울기를 산출한 것이다.

<표 1>

표 1에서 명백한 바와 같이, 본 발명에 의한 전기 이중층 콘덴서는, 비교예 1에 비해 용량 변화가 적고, 특성 열화 시험에 의한 △C,△DCR, 제품 팽창을 대폭 개선할 수 있는 것이며, 특히 실시예 1에 있어서는, 그 효과가 큰 것을 알았다.

이와 같이, 본 발명에 의한 전기 이중층 콘덴서의 제조 방법은, 집전체의 양 면에 형성한 분극성 전극층의 일부를 제거하여 리드선을 접속할 때에, 분극성 전극층을 제거하는 부분에 가열한 금속판을 눌러 분극성 전극층 내의 바인더 성분을 비산시킨 후에 기계적으로 쓸어내도록 한다. 또한, 분극성 전극층의 일부를 제거하는 면적으로서, 당해 제거 부분에 접속되는 리드선의 접속 부분의 면적의 1～2배의 면적을 제거하도록 했다. 이 방법에 의해, 매우 용이하게, 또한 정밀도 좋게 분극성 전극층을 제거할 수 있게 된다. 이 때문에, 필요 최저한의 면적의 분극성 전극층만을 제거하여 리드선을 접속함으로써, 불필요한 집전체의 노출 부분을 매우 적게하여 세퍼레이터의 열화를 억제할 수 있다. 이에 따라, 전기 화학 반응에 의해서 생기는 가스 발생, 저항 증가나 용량 감소도 억제하여, 특성 열화가 적은 고신뢰성의 전기 이중층 콘덴서를 안정되게 제조할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 관한 전기 이중층 콘덴서에 의하면, 가스의 발생을 억제할 수 있고, 콘덴서의 저항 저감과 함께 신뢰성 향상을 도모할 수 있다. 이 결과, 대전류나 저온 하에 있어서의 고신뢰성 등이 요구되는 자동차의 시스템 등에 유용하다.

또한, 본 발명에 의한 전기 이중층 콘덴서의 제조 방법은, 분극성 전극층의 특성 열화가 적고 신뢰성이 뛰어나, 특히 차적재용의 전기 이중층 콘덴서 등을 제조할 때에 유용하다.

Claims

금속박으로 이루어지는 집전체의 양면에 분극성 전극층을 형성하여 리드선을 부착한 전극을 정부(正負) 한쌍으로 하고, 그 사이에 세퍼레이터를 개재시켜 상기 분극성 전극층이 대향하도록 감은 콘덴서 소자를 구동용 전해액과 함께 케이스에 수납하여 이루어지는 전기 이중층 콘덴서에 있어서,

상기 리드선은 상기 전극 상의 상기 분극성 전극층을 제거한 분극성 전극층 제거부에 부착되고, 상기 리드선의 상기 집전체와 접속되는 부분의 투영 면적을 1로 했을 때에, 상기 분극성 전극층 제거부의 면적이 1 이상 2.0 이하인 것을 특징으로 하는 전기 이중층 콘덴서.
청구항 1에 있어서,

상기 분극성 전극층 제거부의 길이는 상기 집전체의 폭보다도 짧은 것을 특징으로 한 전기 이중층 콘덴서.
청구항 1에 있어서,

상기 세퍼레이터는 셀룰로오스로 이루어지는 전기 이중층 콘덴서.
청구항 1에 있어서,

상기 리드선이 상기 집전체와 접속되는 부분에 적어도 2군데 이상의 코 킹(caulking) 접합과, 복수의 압접 접합을 가지는 것인 전기 이중층 콘덴서.
금속박으로 이루어지는 집전체의 양면에 분극성 전극층을 형성함과 더불어 리드선을 접속하여 양극 전극을 제작하는 단계와, 마찬가지로 음극 전극을 제작하는 단계와, 상기 양극 전극과 음극 전극을 그 사이에 세퍼레이터를 개재시킨 상태로 감음으로써 콘덴서 소자를 제작하는 단계와, 상기 콘덴서 소자를 구동용 전해 액과 함께 케이스 내에 수용하는 단계와, 상기 케이스의 개구부를 실링 부재로 실링하는 단계를 가진 전기 이중층 콘덴서의 제조 방법에 있어서, 상기 양극 전극 및 음극 전극을 제작하는 단계로서, 집전체의 양면에 분극성 전극층을 형성한 후, 이 분극성 전극층의 일부를 제거하고, 이 분극성 전극층의 일부를 제거한 부분에 리드선을 접속하도록 하며, 상기 양극 전극 및 음극 전극을 제작하는 단계에 있어서의 분극성 전극층의 일부를 제거하는 방법이, 당해 제거 부분의 형상에 대응한 가열형의 금속판을 분극성 전극층에 눌러 가열함으로써 분극성 전극층 내의 바인더 성분을 비산시킨 후, 이 가열된 부분의 분극성 전극층을 회전형의 브러시를 이용해 기계적으로 쓸어내도록 한 것인 전기 이중층 콘덴서의 제조 방법.
금속박으로 이루어지는 집전체의 양면에 분극성 전극층을 형성함과 더불어 리드선을 접속하여 양극 전극을 제작하는 단계와, 마찬가지로 음극 전극을 제작하는 단계와, 상기 양극 전극과 음극 전극을 그 사이에 세퍼레이터를 개재시킨 상태로 감음으로써 콘덴서 소자를 제작하는 단계와, 상기 콘덴서 소자를 구동용 전해 액과 함께 케이스 내에 수용하는 단계와, 상기 케이스의 개구부를 실링 부재로 실링하는 단계를 가진 전기 이중층 콘덴서의 제조 방법에 있어서, 상기 양극 전극 및 음극 전극을 제작하는 단계로서, 집전체의 양면에 분극성 전극층을 형성한 후, 이 분극성 전극층의 일부를 제거하고, 이 분극성 전극층의 일부를 제거한 부분에 리드선을 접속하도록 하며, 양극 전극 및 음극 전극을 제작하는 단계에 있어서의 분극성 전극층의 일부를 제거하는 방법이, 당해 제거 부분에 접속되는 리드선의 접속 부분의 면적의 1～2배인 면적의 분극성 전극층을 제거하도록 한 것인 전기 이중층 콘덴서의 제조 방법.
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