KR20050020803A - 전기 이중층 커패시터 - Google Patents

Abstract

내부 압력의 증대시에 확실하게 압력을 개방하는 가요성의 외장재에 의해 봉구한 전기 이중층 커패시터를 제공하는 것이며, 가요성의 외장재에 의해 봉구한 전기 이중층 커패시터에 있어서, 가요성의 외장재에는 압력 개방 밸브(1)가 장착되고, 압력 개방 밸브(1)는 가요성의 외장재와 기밀하게 접합된 플랜지부(2)와, 플랜지부에 결합하여 용기 외부에 돌출한 통 형상부(3)를 갖고, 통 형상부(3)에는 압력 개방시에만 외부와 연통하고 평상시에는 폐쇄되는 자기 폐쇄성 통로(6)를 갖는 선단부(5)와, 용기 내부에 연통한 관로부(4)를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터.

Description

전기 이중층 커패시터{ELECTRIC DOUBLE-LAYER CAPACITOR}

본 발명은, 전기 이중층 커패시터에 관한 것이며, 특히 가요성의 외장재에 의해 봉구(封口)한 복귀 가능한 압력 개방 밸브를 설치한 전기 이중층 커패시터에 관한 것이다.

전기 이중층 커패시터는, 분극성 전극과 전해액과의 계면에 형성되는 전기 이중층 용량을 이용한 커패시터이고, 유전체를 개재시켜 전극을 배치한 커패시터에 비해 훨씬 용량이 큰 것을 특징으로 하고 있고, 전기 이중층 커패시터는, 전력 저장 수단에서의 유력한 수단으로서 개발이 진행되고 있다.

전기 이중층 커패시터에는, 전해액으로서 수계 용매를 사용한 것과, 비수계(非水系) 용매를 사용한 것이 알려져 있다. 수계 용매를 사용한 것은, 물의 전기 분해 전압의 제약을 받아 인가 가능한 전압이 낮은 데 비해, 비수 용매 전해액을 사용한 것은, 수계 용매를 사용한 경우에 비해 높은 전압으로 동작시킬 수 있다고 하는 특징을 갖고 있다.

더구나, 커패시터에 축적되는 전기 에너지는, 1/2CV²로 표시되는 바와 같이, 전압을 높게 함으로써 전기 에너지의 저장 효율이 커지기 때문에, 비수 용매 전해액을 사용한 전기 이중층 커패시터는, 전력 저장 등의 에너지 저장의 용도에 적합한 것이라 할 수 있다.

비수 용매 전해액을 사용한 전기 이중층 커패시터는, 전해액 중에 대기 중의 수분이 침입하면 전해액의 전기 분해 전압이 저하하거나, 또는 비수 용매 전해액이 분해한다고 하는 문제점이 있었다. 그래서, 비수 용매 전해액을 사용한 전기 이중층 커패시터에서는, 전기 이중층 커패시터 중에 대기 중의 수분이 침입하는 일이 없도록 수납 용기를 봉구하여 밀폐한 것이 사용되고 있다.

한편, 축전 장치로서 이용하는 경우에는, 커패시터의 출력 밀도나 에너지 밀도, 즉 체적 또는 중량당 출력 및 에너지가 큰 것이 대단히 중요해진다. 이 때문에, 금속 캔을 외장재로 한 것을 대신해, 질량이 작은 합성수지제 필름을 알루미늄박 등과 적층한 가요성의 외장재를 사용한 전기 이중층 커패시터가 바람직한 것으로 생각되고 있다.

또, 전기 이중층 커패시터에서는, 이차 전지처럼 물질의 화학적인 변화를 수반하지 않기 때문에 전극의 열화 등이 본질적으로 작아, 충방전의 싸이클 수명도 크고 장기간의 사용이 가능하다. 그 반면, 장기간의 사용 중에는 전해액 등의 사용 재료의 분해, 재료 중에 흡착되어 있던 수분의 탈착 등에 의해 내부의 압력이 높아지는 경우가 있었다.

리튬이온 전지 등의 비수 전해액 이차 전지에서의 기체의 발생에 의한 내부 압력의 증가시에는, 비정상적인 전기 화학 반응이 진행되어 전지로서의 기능을 잃게 되어, 회복 불가능해지는 경우가 일반적이다. 따라서, 이들 전지에 설치하는 압력 개방 밸브는, 박육부가 개열(開裂) 또는 파단하는 복귀 불가능한 것이 사용되고 있었다.

한편, 전기 이중층 커패시터에서는, 압력 개방 밸브의 작동에 의해 내압이 방출된 경우라도, 전해액이 소정의 함침량 이하로 저하하지 않는 한, 그 후에도 계속해서 이용하는 것이 가능하다는 특징을 갖고 있어, 전기 이중층 커패시터에서, 복귀 가능한 압력 개방 밸브를 장착하는 것은 대단히 유효한 수단이다. 복귀 가능한 압력 개방 밸브로서는, 일반적으로 스프링의 반발력을 사용한 것 등이 많이 알려져 있으나, 합성수지 필름과 같은 가요성의 외장재를 사용한 전기 이중층 커패시터에서, 가요성의 외장재로의 장착이 용이한 소형의 회복 가능한 압력 개방 밸브는 없었다.

그래서, 본 발명자들은, 가요성의 외장재를 사용한 압력 개방 밸브를 갖는 전기 이중층 커패시터를 특원 2001-80180호로서 제안하고 있지만, 압력 개방 밸브를 구성하는 각 부재의 상태에 따라서는, 압력 개방 밸브가 정확하게 전해액 중으로부터 지지 전해질 등이 새어나가 석출물이 압력 개방 밸브의 외측에 부착되거나, 또는 가요성 외장재가 파열하는 경우가 있었다.

또, 본 발명자들은, 가요성의 외장재에, 자기 봉쇄성 통로를 형성한 압력 개방 밸브를 장착한 전기 이중층 커패시터를 특원 2001-294179호에서 제안하고 있다.

즉, 도 13에 종래의 압력 개방 밸브의 일례를 나타낸 바와 같이, 종래의 압력 개방 밸브(21)는, 가요성의 외장재에, 고무 탄성을 갖는 부재로 이루어지는 압력 개방 밸브를 직접 장착하는 것이며, 부가적인 장치를 설치하지 않고 장착이 가능하다는 특징을 갖고 있다.

그런데, 압력 개방 밸브(21)는, 자기 봉쇄성 통로를 설치한 탄성체로 형성된 것이며, 가요성의 외장재(22)에 장착되어 있는 것이므로, 압력 상승시에 탄성체의 변형, 가요성의 외장재(22)의 변형에 의해 정확한 설정 압력에서 내부의 압력의 개방 동작이 행해지지 않는 경우가 있다는 문제점이 있었다.

또, 압력 개방 밸브가 작동한 경우에, 전해액 중에 포함되어 있는 지지 전해질이 석출하여 압력 개방 밸브가 유효하게 동작하지 않는 경우도 있었다.

본 발명은, 비수 용매 전해액을 사용한 가요성의 외장재에 의해 봉구한 전기 이중층 커패시터에 있어서, 비정상적인 압력 증대시에 정확하게 동작을 하여 내부 압력을 개방하고, 압력의 개방 후에는 기밀 상태로 복귀하는 압력 개방 밸브를 갖고, 성능을 장기간 유지하는 것이 가능한 전기 이중층 커패시터를 제공하는 것을 과제로 하는 것이다.

본 발명은, 가요성의 외장재에 의해 봉구한 전기 이중층 커패시터에서, 가요성의 외장재에는 압력 개방 밸브가 장착되고, 압력 개방 밸브는 가요성 외장재와 기밀하게 접합된 플랜지부와, 플랜지부에 결합하여 용기 외부에 돌출한 통 형상부를 갖고, 통 형상부에는 압력 개방시에만 외부와 연통하고 평상시에는 폐쇄되는 자기 폐쇄성 통로를 갖는 선단부와, 용기 내부에 연통한 관로부를 갖고 있는 전기 이중층 커패시터이다.

플랜지부에는, 가요성의 외장재의 접합면과 용이 접합성의 부재의 층이 형성된 상기의 전기 이중층 커패시터이다.

자기 폐쇄성 통로를 형성한 선단부는, 선단일수록 직경이 작은 원뿔, 또는 원뿔대 형상의 형상을 갖는 상기의 전기 이중층 커패시터이다.

자기 폐쇄성 통로를 형성한 선단부에는, 선단부의 외측으로의 확대를 제한하는 부재를 설치한 상기의 전기 이중층 커패시터이다.

자기 폐쇄성 통로를 형성한 부재가 올레핀계 합성 고무인 상기의 전기 이중층 커패시터이다.

또, 올레핀계 합성 고무가 폴리프로필렌과 에틸렌프로필렌디엔 공중합체와의폴리머 블렌드품인 상기의 전기 이중층 커패시터이다.

관로부에는 액체 반발성과 기체 투과성을 갖는 다공성 부재를 배치한 상기의 전기 이중층 커패시터이다.

다공성 부재가 불소 수지로 이루어지는 상기의 전기 이중층 커패시터이다.

또, 압력 개방 밸브에 방출물 배출용 도관을 접속한 상기의 전기 이중층 커패시터이다.

다수개의 전기 이중층 커패시터를 수납 용기 내에 수납한 커패시터 팩에 있어서, 각 전기 이중층 커패시터에는, 상기의 압력 개방 밸브를 장착하는 동시에 압력 개방 밸브에는, 방출물 배출용 도관을 접속하여 수납 용기의 외부로 방출물 배출용 도관의 단부를 배치한 전기 이중층 커패시터이다.

본 발명은, 전기 이중층 커패시터를 봉구하는 가요성의 외장재의 벽면에, 벽면에서 외부로 돌출한 고무 탄성을 갖는 탄성체의 통 형상부에 자기 폐쇄성 통로와 용기 내부와 연통하는 관로부를 형성함으로써, 전기 이중층 커패시터 내부의 압력이 증대한 경우에도, 압력차에 의한 변형 등의 영향을 받지 않고 확실하게 내부 압력을 개방하는 것이 가능하고, 복귀 후에는 용기 내부를 외부로부터 기밀하게 유지하는 것이 가능한 압력 개방 밸브를 제공할 수 있다는 것을 발견한 것이다.

또, 관로부에 불소 수지로 이루어지는 다공성 부재를 배치함으로써, 압력 증대시에는 기체의 투과를 가능하게 하고, 동시에 비수계 전해액의 유출 또는 압력 개방 밸브 내부에서의 전해액 중으로부터의 지지 전해질 등의 석출을 방지한 전기 이중층 커패시터의 제공이 가능하다는 것을 발견한 것이다.

즉, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트 등의 비수 전해액의 용매로서 사용되고 있는 극성 물질은, 불소 수지 등으로 이루어지는 다공성 부재에 대해 액체 반발성을 나타내고, 소정의 다공도의 막으로 함으로써, 비수계 전해액을 차단하여 기체의 투과만을 가능하게 하는 것이 가능하다는 것을 발견한 것이다.

또, 자기 폐쇄성 통로를 형성한 고무 탄성을 갖는 탄성체가 가요성의 외장재의 내부에 위치한 것에 있어서는, 용기의 외면에 돌기 등이 발생하지 않는다는 특징을 갖고 있지만, 용기 내부의 압력의 증대에 의해 탄성체가 주위로부터 압력을 받아, 자기 폐쇄성 통로를 통한 내부 압력의 개방을 소정의 압력에서 정확하게 행하는 것이 곤란해지는 경우가 있다는 문제점이 있었으나, 자기 폐쇄성 통로 및 그것에 연통하는 관로부를 외장재의 외측에 형성함으로써, 압력 증대시의 변형에 의한 작동 불량이 발생하지 않는 가요성의 외장재로 이루어지는 용기의 압력 개방 밸브를 갖는 전기 이중층 커패시터를 제공하는 것이다.

이하에, 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.

도 1은, 본 발명의 전기 이중층 커패시터를 설명하는 도면이고, 가요성의 외장재에 장착한 압력 개방 밸브의 일 실시예를 설명하는 도면이다. 그리고, 도 1(A)는 평면도를 나타내고, 도 1(B)는 단면도이다.

압력 개방 밸브(1)는, 전기 이중층 커패시터의 가요성의 외장재와 접합되는 플랜지부(2)와, 가요성의 외장재의 접합면에 플랜지부(2)가 장착된 경우에 가요성의 외장재의 외부에 돌출하는 통 형상부(3)를 갖고 있고, 통 형상부(3)의 내부에는 용기 내부와 연통하는 관로부(4)를 갖고, 통 형상부(3)의 선단부(5)에는 용기 내부의 압력이 증대한 경우에 연통하고, 통상시에는 고무 탄성에 의해 연통로를 폐쇄하여 기밀을 유지한 자기 폐쇄성 통로(6)를 갖고 있다.

도면에 도시한 것에서는 통 형상부는, 선단부(5)는 선단을 향함에 따라 직경이 작은 원뿔대 형상을 나타내고 있다. 통 형상부의 직경은 동일 형상의 것이어도 되나, 선단부일수록 직경을 작은 것으로 함으로써, 압력 개방 동작을 보다 원활하게 할 수 있다. 또한, 도 1에서는 자기 폐쇄성 통로가 개방한 상태를 나타내고 있다.

또, 플랜지부(2)와 가요성의 외장재의 접합면은, 통 형상부(3)를 설치한 면, 그 반대측 면 중 어느 것이어도 되나, 플랜지부의 통 형상부(3)를 설치한 면을 가요성의 외장재의 용이 접합면과 접합하여, 플랜지부(2)를 가요성의 외장재로 이루어지는 용기의 내부에 위치시킨 것이 바람직하다.

자기 폐쇄성 통로는, 축과 수직 방향의 단면이 원형, 또는 장방 형상의 구멍으로 할 수 있으나, 예리한 공구에 의해 부재를 제거하지 않고 형성한 구멍, 홈 등에 의해 형성하는 것이 바람직하다.

또, 자기 폐쇄성 통로는, 압력 개방 밸브를 전기 이중층 커패시터에 장착한 후에 형성한 것이어도 된다. 전기 이중층 커패시터를 조립 후에 형성함으로써, 전기 이중층 커패시터의 봉구부, 또는 압력 개방 밸브와 가요성의 외장재와의 접합부로부터의 누설 시험을 용이하게 행하는 것이 가능해진다.

도 2는 본 발명의 전기 이중층 커패시터의 압력 개방 밸브의 다른 실시예를 설명하는 도면이다.

도 2(A)에 도시한 압력 개방 밸브(1)는, 가요성의 외장재와 접합되는 플랜지부(2)와, 가요성의 외장재의 내면에 플랜지부(2)가 장착된 경우에 가요성의 외장재의 외부에 돌출하는 통 형상부(3)를 갖고 있다.

또, 플랜지부(2)에는 압력 개방 밸브(1)를 구성하는 고무 탄성을 갖는 탄성체와는 상이한 재질이고, 가요성의 외장재의 접합면과 용이 접합성의 부재로 이루어지는 접합층(7)이 형성되어 있다. 접합층(7)의 형성에 의해, 압력 개방 밸브는, 가요성의 외장재와의 접합이 용이해지는 동시에, 플랜지부에는 이종(異種)의 물질의 층이 형성되어 있기 때문에, 플랜지부의 강성이 커져, 강도가 뛰어난 압력 개방 밸브를 얻을 수 있고, 압력 개방 밸브의 변형이 작아지는 결과, 보다 정확한 압력으로 동작하게 된다.

도 2(B)는, 압력 개방 밸브의 플랜지부에 형성하는 접합층(7)에 연속하여 통 형상부(3) 및 선단부(5)의 표면에 피복층(8)이 형성된 것이다.

피복층(8)의 형성에 의해, 압력 개방 밸브를 구성하는 고무 탄성체의 강성이 커져, 강도가 큰 압력 개방 밸브로 할 수 있다.

또, 이상의 도 2(A), 도 2(B)는 모두 자기 폐쇄성 통로가 개방한 상태를 나타내고 있다.

도 3은, 본 발명의 전기 이중층 커패시터의 압력 개방 밸브의 다른 실시예를 설명하는 도면이다.

도 3(A)는, 도 1에 도시한 압력 개방 밸브의 통 형상부(3)에 단차부(9)를 형성하고, 단차부(9)에 선단부(5)를 형성한 것이며, 도 3(B)는, 도 2(A)에 도시한 압력 개방 밸브의 통 형상부(3)에 단차부(9)를 설치한 것이다. 도 3(C)는, 도 2(B)에 도시한 압력 개방 밸브의 통 형상부(3)에 단차부(9)를 설치한 것이다.

단차부를 설치함으로써, 압력 개방 밸브의 통 형상부의 크기와 선단부의 설계상의 자유도가 커진다.

또, 이상의 도 3(A), 도 3(B), 및 도 3(C)는 모두 자기 폐쇄성 통로(6)가 개방한 상태를 도시하고 있다.

도 4는 본 발명의 전기 이중층 커패시터의 압력 개방밸브의 다른 실시예를 설명하는 도면이다. 도 4(A)는 평면도를 나타내고, 도 4(B)는 단면도이다.

압력 개방 밸브(1)는, 가요성의 외장재와 접합되는 플랜지부(2)와, 가요성의 외장재의 내면에 플랜지부(2)가 장착된 경우에 가요성의 외장재의 외부에 돌출하는 통 형상부(3)를 갖고 있다.

또, 통 형상부(3)에는 단차부(9)를 설치하고, 통 형상부(3)보다도 직경이 작은 선단부(5)를 설치하는 동시에, 단차부(9)에 있어서 자기 폐쇄성 통로(6)가 형성된 부분의 외면에 위치하는 부분에 압력 조정 부재(10)가 장착되어 있다. 압력 조정 부재(10)는, 자기 폐쇄성 통로(6)가 용기 내부의 압력과 외부의 압력차에 의해 확대되려 하는 것을 제한하는 동시에, 압력 개방 밸브가 내부 압력의 증대에 의해 변형하여 소정의 압력보다도 낮은 압력에 있어서 압력 개방 밸브가 동작하는 것을 방지하는 것이 가능해진다.

따라서, 압력 조정 부재를 설치하지 않는 경우에 비해, 내부 압력을 개방하는 압력을 보다 큰 것으로 할 수 있기 때문에, 압력 조정 부재를 설치함으로써 동일한 구성의 압력 개방 밸브를 보다 높은 압력으로 동작하는 압력 개방 밸브로 할 수 있다.

압력 조정 부재(10)는, 통 형상부의 선단부의 자기 폐쇄성 통로가 형성된 부분의 외측에 설치하는 것이 바람직하고, 압력 조정 부재(10)는, 자기 폐쇄성 통로의 밸브 개방 동작을 제한하는 것이면, 바퀴형, V자형 등의 것을 사용할 수 있다. 또, 압력 장착 부재를 장착하는 통 형상부에는 압력 조정 부재의 형상에 합치한 홈 형상부, 단차부 등을 형성하는 것이 바람직하다.

또, 압력 조정 부재(10)는, 합성수지, 금속 등의 부재를 사용할 수 있고, 압력 조정 부재의 두께, 또는 개구 직경의 조정에 의해 자기 폐쇄성 통로의 밸브 개방 압력의 조정이 가능해진다.

또, 이상의 도 4(A), 도 4(B)는 모두 자기 폐쇄성 통로가 개방한 상태를 나타내고 있다.

도 5는 본 발명의 전기 이중층 커패시터의 압력 개방 밸브의 실시예를 설명하는 도면이다.

도 5(A)에 도시한 압력 개방 밸브는, 도 3(B)에 도시한 압력 개방 밸브의 플랜지부(2)에 접합층(7)을 설치하는 동시에, 통 형상부(3)에 설치한 단차부(9)에 압력 조정 부재(10)를 설치한 것이며, 도 5(B)는 도 3(C)에 도시한 압력 개방 밸브의 통 형상부(3), 선단부(5)의 표면에 피복층(8)을 형성하는 동시에, 통 형상부(3)에 설치한 단차부(9)에 압력 조정 부재(10)를 배치한 것이다. 이러한 구성으로 함으로써, 강성이 크고, 또한 밸브 개방 압력을 높인 압력 개방 밸브를 제공하는 것이 가능해진다.

또, 이상의 도 5(A), 도 5(B)는 모두 자기 폐쇄성 통로가 개방한 상태를 나타내고 있다. ,

본 발명의 압력 개방 밸브의 형상은, 장착 개소에 따라 임의의 형상의 것을 사용할 수 있는데, 원통형, 직사각형 등의 것을 들 수 있다.

본 발명의 전기 이중층 커패시터에 사용할 수 있는 고무 탄성 부재로서는, 고무 탄성에 의해 자기 폐쇄성 통로를 형성할 수 있는 부재이고, 비수 전해액에 대해 안정된 에틸렌프로필렌 공중합체(EPT), 에틸렌프로필렌디엔 공중합체(EPDM) 등의 올레핀계 합성 고무, 실리콘 고무, 불소 고무 등을 들 수 있다.

또, 플랜지부에 형성하는 접합층에는, 가요성의 외장재와 용이 접합성의 재료로 구성된 것이 바람직하고, 가요성 외장재의 용이 접합층으로서 알루미늄박과 적층하여 사용되고 있는 폴리에틸렌층, 폴리프로필렌층 등과의 열융착 특성이 양호한 폴리에틸렌, 폴리프로필렌을 사용할 수 있다.

또, 이들 접합층은, 가요성의 외장재의 접합면과의 접합성을 높이기 위해서, 표면을 용이 접합성의 변성 처리한 것이어도 된다.

접합층은, 압력 개방 밸브를, 고무 탄성을 갖는 물질을 사용하여 성형할 때, 성형틀 내부에 접합층용의 폴리에틸렌, 폴리프로필렌의 박막을 배치하여 일체로 성형함으로써 동시에 형성할 수 있다.

또, 고무 탄성 부재로서는, EPDM 등의 올레핀계의 고무뿐만이 아니라, 폴리프로필렌과 에틸렌프로필렌디엔 공중합체(EPDM)로 이루어지는 열가소성 엘라스토머를 사용할 수 있다. 폴리프로필렌을 배합한 EPDM으로 이루어지는 열가소성 엘라스토머는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 열가소성 필름면에 열융착한 경우의 접합성을 향상시킬 수 있기 때문에, 장기간에 걸쳐 안정된 성능을 발휘하는 전기 이중층 커패시터를 얻는 것이 가능해진다.

이러한 열가소성 엘라스토머 중의 폴리프로필렌의 배합량은, EPDM의 100중량부당, 5 내지 40중량부를 배합하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 15 내지 25중량부이다. 5중량부보다 적은 경우에는, EPDM의 접합 특성을 높이는 효과가 작고, 40중량부보다 많은 경우에는, 고무 탄성 등에 악영향을 미쳐, 봉구 특성의 악화 등이 발생하기 때문에 바람직하지 못하다.

또, 고무 탄성 부재의 접합면을 연마 등에 의해 미세한 요철을 형성하여 접합력을 높일 수 있다.

도 6은, 본 발명의 전기 이중층 커패시터를 설명하는 도면이고, 일부를 잘라낸 사시도이다.

전기 이중층 커패시터(23)는 비수 용매 전해액을 사용한 것이며, 커패시터 요소(24)는 가요성의 외장재(22)에 의해 봉구되어 있고, 가요성의 외장재(22)에는, 가요성의 외장재의 외부에 돌출하도록 고무 탄성을 갖는 물질로 이루어지는 압력 개방 밸브(1)의 플랜지부가, 가요성의 외장재(22)의 내면에 열융착되어 있다.

압력 개방 밸브(1)는, 전기 이중층 커패시터의 상부에 장착함으로써, 벽면으로의 압력 개방 밸브의 돌출을 없애고, 이에 의해 다수개의 전기 이중층 커패시터를 적층한 경우에도 상호 문제가 발생하는 경우는 없다.

압력 개방 밸브(1)에는, 고무 탄성을 사용하는 부재가 사용되고 있기 때문에, 전기 이중층 커패시터의 내부와 외부의 압력차가 소정의 크기보다도 작은 경우에 자기 폐쇄성 통로가 차단되어 있다.

또, 전기 이중층 커패시터에서는, 전기 이중층 커패시터 내부의 압력을 복귀 가능한 압력 개방 밸브를 사용하여 개방한 뒤에는, 다시 전기 이중층 커패시터를 사용하는 것이 가능하다. 정상 상태에서는, 큰 압력으로 밀폐하지 않아도 비교적 작은 밀착력에 의해 수분 등의 침입을 방지할 수 있어, 전기 이중층 커패시터의 성능을 유지하는 것이 가능하여, 본 발명의 압력 개방 밸브가 바람직하다.

사용하는 압력 개방 밸브는, 미리 소정의 자기 폐쇄성 통로를 형성한 것을 사용해도 되나, 자기 폐쇄성 통로를 설치하지 않는 압력 개방 밸브를 제작하여 가요성의 외장재에 장착한 뒤에, 내부에 전기 이중층 커패시터 요소를 수납하여 가요성의 외장재에 의해 봉구하여 전기 이중층 커패시터를 제작하고, 전기 이중층 커패시터의 봉구부, 압력 개방 밸브와의 접합부 등의 누설 시험을 행한 뒤에, 선단이 예리한 공구에 의해 개공을 형성함으로써 자기 폐쇄성 통로를 형성해도 된다.

도 7은, 본 발명의 전기 이중층 커패시터의 압력 개방 밸브의 다른 실시예를 설명하는 도면이고, 액체 반발성과 기체 투과성을 갖는 다공성 부재를 배치한 예를 설명하는 도면이다.

도 7(A), 도 7(B), 도 7(C)에서 도시한 압력 개방 밸브(1)는, 각각 도 1, 도 2(A), 도 2(B)에서 도시한 압력 개방 밸브(1)에, 다공성 부재(11)를 장착한 예를 나타낸 것이다.

압력 개방 밸브(1)는, 전기 이중층 커패시터의 가요성의 외장재와 접합되는 플랜지부(2)와, 가요성의 외장재의 접합면에 플랜지부(2)가 장착된 경우에 가요성의 외장재의 외부로 돌출하는 통 형상부(3)를 갖고 있고, 통 형상부(3)의 내부에는 용기 내부와 연통하는 관로부(4)를 갖고, 통 형상부(3)의 선단부(5)에는 용기 내부의 압력이 증대한 경우에 연통하고, 통상시에는 고무 탄성에 의해 연통로를 폐쇄하여 기밀을 유지한 자기 폐쇄성 통로(6)를 갖고 있고, 도 7(B)에 도시한 것은, 플랜지부(2)에 접합층을 형성한 것이며, 강성을 높이는 동시에 가요성의 외장재와의 접착성을 높인 것이다. 또, 도 7(C)에 도시한 것은, 접합층(7)과 함께 선단부(5)의 표면에 피복층(8)을 형성한 것이며, 강성을 높인 것이다.

또, 액체 반발성과 기체 투과성을 구비한 다공성재(11)가 플랜지부의 관로부(4)를 덮도록 하여 배치된다.

다공성 부재(11)로서는, 연속한 미세 구멍을 갖고 통기성을 갖는 것이며, 구체적으로는, 연신, 발포, 추출 등의 방법에 의해 다공화한 불소 수지를 들 수 있다. 불소 수지로서는, 폴리테트라플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 폴리불화비닐, 폴리불화비닐리덴 등을 들 수 있으나, 폴리테트라플로오로에틸렌의 연신에 의해 개열하여 미세한 구멍을 형성한 다공질막이 바람직하다.

다공질막의 통기성 및 액체 반발성은 사용되는 불소 수지의 재질, 다공질막의 공극률, 두께, 구멍 직경 등에 의존하고, 공극률이 상승하면, 액체 반발성이 저하하는 경향이 있다. 한편, 공극률을 저하시키면 통기성이 손상된다. 구멍직경에 대해서는, 작을수록 액체 반발성은 상승하고, 한편 통기성은 저하한다. 두께에 대해서는, 강도 저하, 핀홀의 발생 등의 위험이 있기 때문에, 통기성을 저해하지 않는 범위에서 큰 두께로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 압력 개방 밸브가 사용되는 가요성의 용기의 내부의 액체의 특성에 따라, 공극률, 구멍 직경 등이 결정되는데, 공극률에 대해서는 1∼90%, 바람직하게는 3∼50%, 구멍 직경에 대해서는 0.02∼3.0㎛, 바람직하게는 0.02∼0.2㎛, 두께에 대해서는 20㎛∼1000㎛, 바람직하게는 100∼1000㎛인 것이다. 또, 액체 반발성이 뛰어난 불소 수지와 함께 폴리프로필렌 등의 내약품성을 갖는 수지의 부직포, 편직물을 일체화한 것을 사용해도 된다.

또, 액체 반발성, 통기성의 부재로서 바람직한 불소 수지제의 다공질막은, 열융착 등에 의해 접합하는 것이 곤란한 재질이지만, 접합해야 할 압력 개방 밸브와 밀착하여 가열함으로써, 압력 개방 밸브를 구성하는 고무 탄성을 갖는 물질이 용융하여 다공질막의 미세한 공간에 침입하여 양자를 밀착 접합할 수 있는데, 압력 개방 밸브를, 고무 탄성을 갖는 물질의 성형에 의해 형성할 때, 금형 내부에 다공질막을 배치하여 일체로 성형해도 된다.

액체 반발성 부재를 장착한 압력 개방 밸브는, 전해액이 자기 폐쇄성 통로에 달하는 것을 확실히 방지하는 것이 가능해지기 때문에, 평상시에는 자기 폐쇄성 통로의 확실한 봉지와 함께 소정의 압력에서의 압력 개방을 실현할 수 있다.

도 8은, 본 발명의 다른 전기 이중층 커패시터의 압력 개방 밸브의 일 실시예를 설명하는 도면이고, 액체 반발성과 기체 투과성을 갖는 다공성 부재를 배치한 예를 설명하는 도면이다.

도 8(A), 도 8(B), 도 8(C), 도 8(D), 및 도 8(E)에서 도시한 압력 개방 밸브(1)는, 각각 도 3(A), 도 3(B), 도 3(C), 도 5(A), 도 5(B)에서 도시한 압력 개방 밸브(1)에, 다공성 부재(11)를 장착한 예를 나타낸 것이다.

도 8(A)는, 압력 개방 밸브의 통 형상부(3)에 단차부(9)를 설치하고, 단차부(9)에 선단부(5)를 설치한 것이며, 도 8(B)는 도 8(A)에 도시한 압력 개방 밸브의 플랜지부(2)에 접합층을 형성한 것으로, 강성을 높이는 동시에 가요성의 외장재와의 접착성을 높인 것이다. 또, 도 8(C)에 도시한 것은, 접합층(7)과 함께 선단부(5)의 표면에 피복층(8)을 형성한 것이며, 강성을 높인 것이다. 또, 도 8(D)에 도시한 것은, 도 8(B)에 도시한 압력 개방 밸브의 단차부(9)에 압력 조정 부재(10)를 설치한 것이며, 도 8(E)는 도 8(C)에 도시한 단차부(9)에 압력 조정 부재(10)를 배치한 것이다. 이러한 구성으로 함으로써, 강성이 크고, 또한 밸브 개방 압력을 높인 압력 개방 밸브를 제공하는 것이 가능해진다.

또, 액체 반발성과 기체 투과성을 구비한 다공성재(11)가 플랜지부의 관로부(4)를 덮도록 하여 배치된다.

도 8에 도시한 것도 도 7에 도시한 것과 동일한 작용을 발휘하고, 가요성의 외장재에 의해 봉구한 전기 이중층 커패시터의 확실한 봉구와, 압력이 비정상적으로 증대한 경우의 내부 압력의 확실한 개방을 가능하게 한다.

도 9는 본 발명의 전기 이중층 커패시터의 다른 실시예를 설명하는 도면이고, 압력 개방 밸브에 방출물 배출용 도관을 설치한 것이다.

본 발명의 비수 전해액을 사용한 전기 이중층 커패시터의 내압이 상승하여 압력 개방 밸브가 작동한 경우에는, 내부의 수분 등과 함께, 비수 전해액이 미스트가 되어 방출되는 경우가 있어, 압력 개방 밸브 주위의 가요성의 외장재, 또는 도전 접속 단자에 부착하는 경우가 있었으나, 압력 개방 밸브(1)에, 방출물 배출용 도관(12)을 설치함으로써, 전기 이중층 커패시터(23)에서 떨어진 임의의 장소에서 방출시켜, 전기 이중층 커패시터에 악영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 방출물 배출용 도관(12)으로서는, 폴리에틸렌 등의 합성수지제의 튜브를 사용할 수 있고, 압력 개방 밸브(1)의 통 형상부, 또는 압력 조정 부재 상에 장착할 수 있다.

도 10은, 다수개의 전기 이중층 커패시터를 수납한 커패시터 팩의 일례를 설명하는 도면이고, 수납 용기의 뚜껑체를 제거한 상태를 설명하는 평면도이다.

본 발명의 전기 이중층 커패시터는, 정격 전압이 수계 전해액을 사용한 것에 비해 높다고는 해도, 2∼3V 정도의 정격 전압이고, 또 단독으로의 정전 용량으로는 축전 장치로서는 충분하지 않기 때문에, 다수개를 직렬, 병렬로 접속하여 커패시터 팩(13)으로서 사용된다.

도면에 도시한 커패시터 팩(13)은, 수납 용기(14) 내에 다수의 전기 이중층 커패시터(23)를 수납하고, 도전 접속 단자(15)는, 단자간 도전체(16)에 의해 직렬로 접속되어 있다.

그리고, 각 전기 이중층 커패시터(23)의 압력 개방 밸브(1)에는, 압력 개방 밸브의 작동시에 방출되는 방출물 배출용 도관(12)이 결합되어 있고, 방출물 배출용 도관(12)은, 수납 용기(14)의 외부에 설치한 제거 수단(17)에 결합되고, 제거 수단(17)에 의해, 비수 전해액 중에 포함되어 있는 성분을 흡착 등의 수단에 의해 제거하여 대기 중에 방출된다. 제거 수단(17)에는, 활성탄 등의 흡착제를 충전할 수 있다.

그 결과, 수납 용기 내에는, 비수 전해액의 미스트가 방출되지 않아, 미스트의 부착에 의한 절연 불량 등의 문제도 발생하지 않고, 장기간에 걸쳐 안정된 동작이 가능해진다.

이하에, 본 발명의 실시예를 나타내어, 본 발명을 설명한다.

(실시예 1)

도 11에 단면도를 나타낸 바와 같이, 두께 1.5mm, 직경 15mm의 플랜지부를 갖고, 플랜지부로부터 높이 2mm의 위치까지는, 외경 4mm, 내경 1mm이고, 플랜지부로부터 2mm의 높이에 단차부를 설치하고, 단차부에서 3.5mm의 외경을 갖고, 선단부의 직경 1mm까지의 원뿔대 형상을 나타내는 에틸렌프로필렌디엔 공중합체제의 압력 개방 밸브를, 전기 이중층 커패시터의 외장재용의 프로필렌 필름/알루미늄박/폴리에스테르 필름의 3층 구성의 가요성의 외장재에 열융착한 뒤에, 압력 시험용 관을 부착하여 가요성의 외장재의 3변을 봉구하여 밀폐 용기로 했다.

밀폐 용기의 봉구부 및 압력 개방 밸브와의 융착부의 밀폐 시험을 행한 뒤에, 압력 개방 밸브의 선단부를 직경 0.5mm의 예리한 바늘을 찔러 자기 폐쇄성 통로를 형성했다.

제작한 10개의 용기의 내부에 압축 공기를 주입하여 압력 개방 밸브가 작동하는 압력을 측정한 바, 0.022MPa(게이지압)였다.

(실시예 2)

압력 개방 밸브의 선단부의 자기 폐쇄성 통로의 길이를 4mm로 한 압력 개방 밸브를 사용한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 제작한 10개의 용기의 내부에 압축 공기를 주입하여 압력 개방 밸브가 작동하는 압력을 측정한 바, 0.032MPa (게이지압)였다.

(실시예 3)

플랜지부에, 두께 40㎛의 폴리프로필렌 필름을 일체로 형성한 압력 개방 밸브를 사용한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 제작한 10개의 용기의 내부에 압축 공기를 주입하여 압력 개방 밸브가 작동하는 압력을 측정한 바, 0.042MPa(게이지압)였다.

(실시예 4)

통 형상부의 외부의, 자기 폐쇄성 통로를 설치한 부분의 외주부에 내경 3.0 mm, 두께 1.0mm의 압력 조정 부재를 장착한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 제작한 10개의 용기의 내부에 압축 공기를 주입하여 압력 개방 밸브가 작동하는 압력을 측정한 바, 0.072MPa(게이지압)였다.

(실시예 5)

실시예 1에서 제작한 압력 개방 밸브를 가요성의 외장재에 장착한 전기 이중층 커패시터를 30개 제작하고, 얻어진 전기 이중층 커패시터를 70℃에서, 2.7V, 10A의 전류로 10시간 간격으로 충전-방전을 반복하여 행하는 가속 시험을 실시한 바, 내부 압력의 상승시에 압력 개방 밸브가 정상으로 동작하고, 1000시간 경과 후까지 전해액 중으로부터 석출한 고형물에 의해 압력 개방 밸브가 작동하지 않고 가요성의 외장재가 파열한 것은 4개뿐이었다.

(실시예 6)

도 12에 단면도를 나타낸 바와 같이, 두께 1.5mm, 직경 15mm의 플랜지부를 갖고, 플랜지부로부터 높이 2mm의 위치까지는, 외경 4mm, 내경 1mm이고, 플랜지부로부터 2mm의 높이에 단차부를 설치하고, 단차부에서 3.5mm의 외경을 갖고, 선단부의 직경 1mm까지의 원뿔대 형상을 나타내고 있고, 플랜지부의 관로부를 막도록, 두께 300㎛, 공극률 80%의 다공성 폴리테트라플루오로에틸렌 필름을 배치한 에틸렌프로필렌디엔 공중합체제의 압력 개방 밸브를 프로필렌 필름/알루미늄박/폴리에스테르 필름의 3층 구성의 가요성의 외장재에 열융착한 뒤에, 실시예 5와 동일하게 전기 이중층 커패시터를 30개 제작하여, 마찬가지로 충방전 시험을 행한 바, 1000 시간 경과 후에도 압력 개방 밸브는 기밀을 유지할 수 있고, 또 가요성의 외장재가 파열된 것은 없었다.

(실시예 7)

폴리프로필렌을 배합하지 않은 에틸렌프로필렌디엔 공중합체제의 압력 개방 밸브와, 에틸렌프로필렌디엔 공중합체의 100중량부에 대해, 멜트플로우 레이트(ASTM D 1238 230℃)가 10g/10분, 밀도 0.91g/㎤의 폴리프로필렌의 호모폴리머의 20중량부를 배합하여 제조한 폴리프로필렌-에틸렌프로필렌디엔 공중합체의 블렌드체로 이루어지는 압력 개방 밸브와의, 프로필렌 필름/알루미늄박/폴리에스테르 필름의 3층 구성의 가요성의 외장재와의 접합 강도를 비교했다.

에틸렌프로필렌디엔 공중합, 및 폴리프로필렌과의 블렌드체는, 폭 10mm, 길이 60mm, 두께 2mm로 잘라내어, 각각의 단부로부터의 길이 30mm의 부분을, 폭 15 mm, 길이 60mm의 가요성의 외장재에, 가요성의 외장재의 단부로부터 200℃에서 열융착했다.

이어서, 융착되어 있지 않은 부분을, 인장 시험 장치(동양정기제작소 스트로그래프 M100)에 의해, 박리 속도10mm/min에서 인장 시험을 행하여 박리 강도를 측정했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

또한, 에틸렌프로필렌디엔 공중합체만의 시험편에서는, 박리는 접합면에서 발생하고 있었으나, 폴리프로필렌을 블렌드한 에틸렌프로필렌디엔 공중합체의 경우에는, 고무 부분에서 파괴가 발생하고 있고, 접합면에서의 강도는, 측정치 이상의 값이 얻어지고 있는 것을 알았다.

(표 1)

박리 강도(kN/m)

시험 번호	EPDM만	PP-EPDM 블렌드품
1 2 3 4 5	0. 88 0. 98 0. 69 0. 88 0. 78	2. 7 2. 5 2. 9 2. 9 2. 5
평균치	0. 84	2. 7

(비교예 1)

압력 개방 밸브에 액체 반발성의 다공성막을 장착하지 않은 점을 제외하고, 실시예 1에서 제작한 압력 개방 밸브를, 가요성의 외장재에 장착한 전기 이중층 커패시터를 30개 제작했다. 제작한 전기 이중층 커패시터를 실시예 5와 동일하게 충방전 시험을 행한 바, 1000시간 경과 후까지, 4개의 전기 이중층 커패시터는 전해액 중으로부터 석출한 고형물에 의해 압력 개방 밸브는 정상적인 동작을 하지 않게 되어 가요성의 외장재가 파열되었다.

본 발명의 가요성의 외장재에 의해 봉구한 전기 이중층 커패시터는, 압력 개방 동작이 정확하고, 내부 압력의 증대시에는, 안전하고 확실하게 내부의 압력을 개방할 수 있기 때문에, 안전성이 크고, 장기간의 신뢰성이 큰 전기 이중층 커패시터를 제공할 수 있다.

Claims (8)

1. 가요성의 외장재에 의해 봉구한 전기 이중층 커패시터에 있어서, 가요성의 외장재에는 압력 개방 밸브가 장착되고, 압력 개방 밸브는 가요성의 외장재와 기밀하게 접합된 플랜지부와, 플랜지부에 결합하여 용기 외부에 돌출한 통 형상부를 갖고, 통 형상부에는 압력 개방시에만 외부와 연통하고 평상시에는 폐쇄되는 자기(自己) 폐쇄성 통로를 갖는 선단부와, 용기 내부에 연통한 관로부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터.
2. 제1항에 있어서, 플랜지부에는, 가요성의 외장재의 접합면과 용이 접합성의 부재의 층이 형성된 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 자기 폐쇄성 통로를 형성한 선단부는, 선단일수록 직경이 작은 원뿔, 또는 원뿔대 형상의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 자기 폐쇄성 통로를 형성한 선단부에는, 선단부의 외측으로의 확대를 제한하는 부재를 설치한 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 자기 폐쇄성 통로를 형성한 부재가 올레핀계 합성 고무인 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터.
6. 제5항에 있어서, 올레핀계 합성 고무가 폴리프로필렌과 에틸렌프로필렌디엔 공중합체와의 폴리머 블렌드품인 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 관로부에는 액체 반발성과 기체 투과성을 갖는 다공성 부재를 배치한 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 다공성 부재가 불소 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터.