TWI397934B - Bipolar stack type double charge layer capacitor - Google Patents

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Description

雙極疊層型雙電荷層電容器
本發明是關於雙極疊層型雙電荷層電容器。
雙電荷層電容器，是以可讓電解質中的陰離子、陽離子物理吸附在分極性電極的正極、負極表面來儲存電力為其特徵。
第2圖是圖示著習知雙極疊層型雙電荷層電容器的一例。如第2圖所示，習知雙極疊層型雙電荷層電容器(以下，簡稱電容器)，是將平板狀活性碳電極100經黏結在分極基材102兩面後形成的分極性電極和可通過離子的分隔板103交替夾入成為「疊層型」。
當以分隔板103和位於其兩面的活性碳電極100、100所構成的最小單位為元件104進行說明時，電容器，是隔著分極基材102疊層有複數元件104的多疊層體以疊層保持用金屬板即端板107、107鎖緊固定後形成的構造。分極基材102的外圍部，為了防止電容器內部的電解質外漏，設有可使彼此鄰接的元件104間形成密閉的密封墊105。如此一來，分極基材102，就成為由密封墊105夾入其外圍部份的狀態。另，該密封墊105還具備有可使彼此鄰接的元件104間形成絕緣的功能。
在進行電容器的組裝時，將上述密封墊105和所需之耐電壓量(例如，每單位元件的耐電壓為2.5V程度)的元件104一起疊層，最後隔著端部金屬集電板即集電極板106、106以端板107、107鎖緊固定著，藉此保持彼此鄰接之元件104間的密閉狀態。另，集電極板106、106連接有集電端子108、108。
於此，若要讓彼此鄰接的元件104間完全密閉，則端板107、107間需施加有充分的緊固力。因此，在端板107、107設有螺孔的同時，於密封墊105在端板107、107的螺孔相向位置設有貫通孔，將緊固構件即金屬螺絲109插入該螺孔及該貫通孔，使端板107、107彼此緊固著(例如，參照專利文獻1)。更詳細地說，對密封墊105的貫通孔，插入圓筒狀構件即形成為中空圓筒狀的樹脂製構件，該圓筒狀構件是內圍面已加工有兩內螺紋的內螺紋樹脂襯套(以下，稱樹脂襯套)113，接著將上述金屬螺絲109螺合在該樹脂襯套113的兩端部，藉此緊固兩側的端板107、107，以獲得較大的加壓力。
然而，電容器構造上，在端板107、107間可能產生電位差。第2圖所示的電容器，因端板107和集電極板106是成為接觸著，所以一方的端板107和另一方的端板107需要絕緣。因此，如上述是使用樹脂製的襯套113。另，樹脂襯套113所使用的樹脂，基於強度、耐熱性及耐力性的考量，例如使用聚苯硫醚(PPS)含有填料狀玻璃纖維的樹脂。
此外，為了讓疊層的複數電容器元件連接成串聯，也有針對使用長方形板形成的端子連接部連接各個電容器元件的第一端子和該電容器元件所鄰接的電容器元件的第二端子之構成，在將第一端子或第二端子和端子連接部以螺栓及螺帽進行緊固時，於端子、端子連接部及鄰接的端子間裝設的絕緣塊分別形成有貫通孔，對各貫通孔隔著絕緣材料形成的中空圓筒狀套筒插入螺栓之提案(例如，參照專利文獻2)。
[專利文獻1]日本特開2003-217986號公報
[專利文獻2]日本特開2006-294985號公報
然而，於第2圖所示的電容器中為了長期間維持元件104間的密閉狀態，需要端板107、107間強大的緊固力，及能夠防止樹脂襯套113的變形。
使用PPS樹脂形成的樹脂襯套113時，因金屬螺絲109的緊固力是根據該PPS樹脂的強度進行設定，所以若要增加緊固力則樹脂襯套113的螺紋徑需加大，即需要加大樹脂襯套113的剖面積，如此一來恐怕會造成電容器元件全體的大型化。
另外，樹脂的特性是當溫度超過約60℃時強度就會降低，其80℃時的強度和20℃時的強度相比是成為三分之二程度。電容器的使用溫度範圍大概是在-20℃～70℃，樹脂襯套113或上述套筒的溫度若上昇則其強度就會降低，恐怕會有產生變形等顧慮。
基於上述因素，本發明是以提供一種可抑制電容器單元大型化的同時能夠提昇彼此鄰接之元件間密閉性的雙極疊層型雙電荷層電容器為目的。
用以解決課題之第1發明相關的雙極疊層型雙電荷層電容器，其構成為具備：隔著分極基材疊層有複數電容器元件的多疊層體；分別設置在上述多疊層體兩面的二個端部金屬集電板；夾著上述多疊層體及上述端部金屬集電板的二個疊層保持用金屬板；上述電容器元件密閉用的密封墊；及內面具有螺紋溝槽，插入形成在上述密封墊的貫通孔，於兩端部螺合有上述疊層保持用金屬板緊固用緊固構件的圓筒狀構件，其特徵為，上述圓筒狀構件是由金屬形成。
第2發明相關的雙極疊層型雙電荷層電容器，是於第1發明中，其特徵為，在彼此相向的上述疊層保持用金屬板和上述端部金屬集電板之間，設有至少具備-20℃～70℃耐熱溫度的絕緣板。
第3發明相關的雙極疊層型雙電荷層電容器，是於第1發明或第2發明中，其特徵為，具有覆蓋上述圓筒狀構件外表面的絕緣體。
第4發明相關的雙極疊層型雙電荷層電容器，是於第1發明或第2發明中，其特徵為，上述圓筒狀構件構成用的金屬是不銹鋼。
第5發明相關的雙極疊層型雙電荷層電容器，是於第1發明或第2發明中，其特徵為，上述圓筒狀構件構成用的金屬是表面施有耐蝕性鍍層的鐵。
第6發明相關的雙極疊層型雙電荷層電容器，是於第1發明或第2發明中，其特徵為，上述圓筒狀構件構成用的金屬是鈦。
第7發明相關的雙極疊層型雙電荷層電容器，是於第2發明至第5發明的任一發明中，其特徵為，上述絕緣板是由酚醛樹脂、苯酚、環氧類樹脂、聚丙烯或聚對苯二甲酸乙二醇酯所形成。
第8發明相關的雙極疊層型雙電荷層電容器，是於第3發明至第7發明的任一發明中，其特徵為，上述絕緣體是樹脂形成的軟管狀材。
第9發明相關的雙極疊層型雙電荷層電容器，是於第3發明至第7發明的任一發明中，其特徵為，上述絕緣體是熱收縮軟管。
第10發明相關的雙極疊層型雙電荷層電容器，是於第3發明至第7發明的任一發明中，其特徵為，上述絕緣體是樹脂顏料形成的塗料經烘烤塗抹形成的皮膜。
根據本發明的雙極疊層型雙電荷層電容器時，和習知圓筒狀構件相比，其圓筒狀構件不用增加剖面積就能夠提昇強度，因此能夠抑制電容器單元大型化的同時能夠提昇彼此鄰接元件間的密閉性。
此外，在疊層保持用金屬板和端部金屬集電板之間，只要設有至少具備-20℃～70℃耐熱溫度的絕緣板，即使二個疊層保持用金屬板間產生電位差，該電位差還是在電容器的使用溫度範圍內，因此能夠防止其對電容器單元本體造成影響。
再加上，圓筒狀構件的表面只要以絕緣體覆蓋著，就能夠確實防止金屬形成的圓筒狀構件和分極基材的接觸造成的短路。
[發明之最佳實施形態]
本發明的實施形態是用以下所示的實施例進行詳細說明。本實施例的形態是應用在具備有可插入或螺合有緊固構件之圓筒狀構件的雙極疊層型雙電荷層電容器。
[實施例1]
首先，根據第1圖說明本發明的第1實施例。第1圖是本實施例相關的雙極疊層型雙電荷層電容器的剖面構造圖。
如第1圖所示，本實施例相關的雙極疊層型雙電荷層電容器(以下，簡稱電容器)，是將平板狀活性碳電極1經黏結在分極基材2兩面後形成的分極性電極和可通過離子的分隔板103交替夾入成為「疊層型」。
電容器是包含分隔板3和位於其兩面的活性碳電極1、1所構成的最小單位即元件4。電容器具有隔著分極基材2疊層有複數元件4的多疊層體以疊層保持用金屬板即端板7、7鎖緊固定後形成的構造。分極基材2的外圍部，為了防止電容器單元內部的電解質外漏，設有可使彼此鄰接的元件4間形成密閉的密封墊5。如此一來，分極基材2，就成為由密封墊5夾入著其外圍部份的狀態。另，該密封墊5還具備有可使彼此鄰接的元件4間形成絕緣的功能。
在進行電容器的組裝時，將上述密封墊5和所需之耐電壓量(例如，每單位元件的耐電壓為2.5V程度)的元件4一起疊層，最後隔著端部金屬集電板即集電極板6、6以端板7、7鎖緊固定著，藉此保持著彼此鄰接之元件4間的密閉狀態。另，集電極板6、6連接有集電端子8、8。
為了讓彼此鄰接的元件104間完全密閉，在端板7、7設有螺孔的同時，於密封墊5在端板7、7的螺孔相向位置設有貫通孔，將緊固構件即金屬螺絲9插入該螺孔及該貫通孔，使端板7、7彼此緊固著。
形成在密封墊5的貫通孔，插通有形成為中空圓狀的金屬製構件，即插通有內圍面加工有兩內螺紋的做為圓筒狀構件的金屬襯套10。金屬襯套10的兩端部，分別螺合有貫通端板7做為緊固構件的金屬螺絲9，藉此使該端板7、7互相緊固著。
於此，本實施例中因襯套是使用金屬，所以透過金屬螺絲9和金屬襯套10可使二個端板7、7導通有電。因此，彼此相向的集電極板6和端板7之後配設有絕緣板11，使集電極板6和端板7之間形成絕緣。絕緣板11，例如是使用厚度0.05～2.0mm程度的製品。另，集電端子8、8是安裝在不接觸金屬螺絲9及金屬襯套10的位置，以保持兩端子8、8間的絕緣。
再加上，金屬襯套10的外圍面，施有絕緣體12。絕緣體12是可防止金屬襯套10的外圍部和進行分極的鋁箔基材即分極基材2接觸造成短路，為了防止分極基材2和金屬襯套10的短路，最好是根據需求將絕緣體12的長度設定比金屬襯套10還稍微長些。
根據上述本實施例相關的雙極疊層型雙電荷電容器時，因是構成為使用金屬形成的襯套10做為可使端板7、7緊固用的金屬螺絲9螺合在兩端部的襯套，所以和使用PPS樹脂性襯套的習知電容器相比，可使襯套強度達到2～3倍。例如：當剖面積為相同時，本實施例的金屬襯套10比習知的樹脂性襯套13強度增加2～3倍程度。
因此，根據本實施例相關的雙極疊層型雙電荷電容器時，能夠抑制電容器單元大型化的同時能夠提昇元件間的密閉性。再加上，因金屬的耐熱溫度為數百℃以上，所以本實施例相關的雙極疊層型雙電荷電容器，在通常的電容器使用溫度範圍，不用擔心強度降低，能夠比習知的電容器還更長期間維持元件間的密閉性。
此外，由於彼此相向的集電極板6和端板7之間設有絕緣板11，使集電極板6和端板7電性隔離，因此即使二個端板7、7間產生電位差時，還是能夠防止其對活性碳電極1、分極基材2、分隔片3及集電極板6所形成的電容器單元主體造成影響。
再加上，因設有覆蓋著金屬襯套10外圍部的絕緣體12，所以不用擔心分極基材2的端部會直接接觸金屬襯套10，能夠防止短路。
[實施例2]
本實施例是將第1圖所示上述實施例1的金屬襯套10的材料使用不銹鋼的例子。特別是，當考慮到價格及強度時，以使用SUS303、SUS304為佳。其他的構成是和第1圖所示的構成大致相同，因此省略重覆說明。
根據本實施例，由於金屬襯套10的材料是使用不銹鋼，因不銹鋼的強度約為PPS樹脂的3倍，所以和習知的電容器相比不用增加剖面積就能夠提昇強度，能夠抑制電容器單元大型化的同時能夠提昇元件間的密閉性。再加上，本實施例中，因不銹鋼的耐蝕性優越，所以其優點是不需要進行表面處理等。
[實施例3]
本實施例是將第1圖所示上述實施例1的金屬襯套10的材料使用鋼鐵的例子。本實施例中，金屬襯套10的表面施有可防止鐵腐蝕的耐蝕性鍍層。其他的構成是和第1圖所示的構成大致相同，因此省略重覆說明。
根據本實施例，因金屬襯套10的材料是使用鐵，所以可獲得和上述實施例2不銹鋼製襯套大致相同的強度，因此能夠抑制電容器單元大型化的同時能夠提昇元件間的密閉性，同時還可使材料費抑制成一半程度，並且，還可降低加工成本。
[實施例4]
本實施例是第1圖所示上述實施例1的金屬襯套10的材料使用鈦的例子。其他的構成是和第1圖所示的構成大致相同，因此省略重覆說明。
根據本實施例，因金屬襯套10的材料是使用鈦，所以不需要進行表面處理，此外和習知的PPS樹脂相比可獲得2倍程度的強度，因此能夠抑制電容器單元大型化的同時能夠提昇元件間的密閉性。再加上，和實施例2的不銹鋼製襯套及實施例3的鋼鐵製襯套相比，可降低約一半的質量。
[實施例5]
本實施例是上述實施例1的絕緣板11的材料使用熱硬化性樹脂(例如，棻醛板、苯酚板、環氧類板等)的例子。其他的構成是和第1圖所示的構成大致相同，因此省略重覆說明。根據本實施例，除了具有實施1的效果以外，因絕緣板11的材料是使用熱硬化性樹脂，所以可使耐熱溫度達到300℃以上，並且，可獲得高絕緣性。
[實施例6]
本實施例是上述實施例1的絕緣板11的材料使用聚烯烴類樹脂(例如，聚丙烯等)的例子。其他的構成是和第1圖所示的構成大致相同，因此省略重覆說明。
根據本實施例，除了具有實施1的效果以外，因絕緣板11的材料是使用聚烯烴類樹脂，所以可使耐熱溫度達到120℃程度。再加上，和上述實施例5相比，能夠降低絕緣板11的材料價格，並且，能夠使絕緣板加工成較薄。
[實施例7]
本實施例是上述實施例1的絕緣板11的材料使用聚對苯二甲酸乙二醇酯(例如，PET薄膜)的例子。其他的構成是和第1圖所示的構成大致相同，因此省略重覆說明。
根據本實施例，除了具有實施1的效果以外，因絕緣板11的材料是使用聚對苯二甲酸乙二醇酯，所以可使耐熱溫度達到200℃程度的同時，還可獲得低價格並且絕緣性優越的絕緣板11，和上述實施例5及實施例6相比，較能夠維持絕緣板11絕緣性的同時還能夠使絕緣板加工成較薄。
[實施例8]
本實施例是上述實施例1的絕緣體12使用四氟代乙烯樹脂(PTFE)、聚丙烯、矽膠等形成的軟管狀或硬管狀材料的例子。上述軟管狀或硬管狀的材料是切斷成所需長度套在金屬襯套10上，藉此設有可覆蓋著金屬襯套10外圍面的絕緣體12。該絕緣體12的長度是設定成比金屬襯套10的長度還稍微長些(能夠防止短路的程度)。其他的構成是和第1圖所示的構成大致相同，因此省略重覆說明。
根據本實施例，除了具有實施1的效果以外，因絕緣體12是使用軟管狀的絕緣材料，所以能夠容易將絕緣體12安裝在金屬襯套10。
[實施例9]
本實施例是上述實施例1的絕緣體12使用氯乙烯、氟素類、聚烯烴類的熱收縮軟管的例子。將熱收縮軟管套在金屬襯套10上，以高溫使其收縮緊貼在金屬襯套10上，藉此設定絕緣體12。其他的構成是和第1圖所示的構成大致相同，因此省略重覆說明。
根據本實施例，除了具有實施1的效果以外，因絕緣體12是使用熱收縮軟管，所以能夠抑制振動或衝撞造成的絕緣體12從金屬襯套脫落或偏離金屬襯套，能夠更確實防止短路。
[實施例10]
本實施例是上述實施例1的絕緣體12使用樹脂顏料形成的塗料經烘烤塗抹在金屬襯套10後形成之絕緣皮膜的例子。其他的構成是和第1圖所示的構成大致相同，因此省略重覆說明。
根據本實施例，除了具有實施1的效果以外，因絕緣體12是使用樹脂顏料形成的塗料經烘烤塗抹形成的絕緣皮膜，所以和上述實施例8及實施例9的構成相比，可使絕緣體12的厚度形成為更薄，因此能夠更輕型化的同時，還能夠抑制成本。
另，本發明並不限於上述的實施例，例如可組合複數的實施例等，只要不脫離本發明的主旨範圍理所當然是可進行各種變更。
 [產業上之可利用性]
本發明是可最適合應用在具備有可插入或螺合有緊固構件之圓筒狀構件的雙極疊層型雙電荷層電容器。
1．．．活性碳電極
2．．．分極基材
3．．．分隔板
4．．．電容器元件(元件)
5．．．密封墊
6．．．集電極板(端部金屬集電板)
7．．．端板
8．．．集電端子
9．．．金屬螺絲(緊固構件)
10．．．金屬襯套(圓筒狀構件)
11．．．絕緣板
12．．．絕緣體
100．．．活性碳電極
102．．．分極基材
103．．．分隔板
104．．．元件
105．．．密封墊
106．．．集電極板(端部金屬集電板)
107．．．端板
108．．．集電端子
109．．．金屬螺絲(緊固構件)
113．．．附內螺紋樹脂襯套(圓筒狀構件)
第1圖為表示本發明相關的雙極疊層型雙電荷層電容器的剖面構造圖。
第2圖為表示習知的雙極疊層型雙電荷層電容器的剖面構造圖。
1．．．活性碳電極
2．．．分極基材
3．．．分隔板
4．．．電容器元件(元件)
5．．．密封墊
6．．．集電極板(端部金屬集電板)
7．．．端板
8．．．集電端子
9．．．金屬螺絲(緊固構件)
10．．．金屬襯套(圓筒狀構件)
11．．．絕緣板
12．．．絕緣體

Claims (9)

  1. 一種雙極疊層型雙電荷層電容器，其構成為，具備：隔著分極基材疊層有複數電容器元件的多疊層體；分別設置在上述多疊層體兩面的二個端部金屬集電板；夾著上述多疊層體及上述端部金屬集電板的二個疊層保持用金屬板；上述電容器元件密閉用的密封墊；及內面具有螺紋溝槽，插入形成在上述密封墊的貫通孔，於兩端部螺合有上述疊層保持用金屬板緊固用緊固構件的圓筒狀構件，其特徵為：上述圓筒狀構件是由金屬形成、並且具有覆蓋上述圓筒狀構件外表面的絕緣體。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載的雙極疊層型雙電荷層電容器，其中，於彼此相向的上述疊層保持用金屬板和上述端部金屬集電板之間，設有至少具備-20℃~70℃耐熱溫度的絕緣板。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載的雙極疊層型雙電荷層電容器，其中，上述圓筒狀構件構成用的金屬是不銹鋼。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載的雙極疊層型雙電荷層電容器，其中，上述圓筒狀構件構成用的金屬是表面施有耐蝕性鍍層的鐵。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載的雙極疊層型雙電荷層電容器，其中，上述圓筒狀構件構成用的金屬是鈦。
  6. 如申請專利範圍第2項所記載的雙極疊層型雙電荷層電容器，其中，上述絕緣板是由酚醛樹脂、苯酚、環氧類樹脂、聚丙烯或聚對苯二甲酸乙二醇酯所形成。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載的雙極疊層型雙電荷層電容器，其中，上述絕緣體是由樹脂形成的軟管狀材。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載的雙極疊層型雙電荷層電容器，其中，上述絕緣體是熱收縮軟管。
  9. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載的雙極疊層型雙電荷層電容器，其中，上述絕緣體是樹脂顏料形成的塗料經烘烤塗抹形成的皮膜。
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