TWI464763B - Double charge layer capacitor - Google Patents

Description

雙電荷層電容器

本發明是關於雙電荷層電容器。

雙電荷層電容器，其原理是，於分極性電極將電解質中的陰離子、陽離子物理吸附在正極、負極以儲存電力。

其具體性的構造，例如：專利文獻1所示的習知雙極型雙電荷層電容器(以下，簡稱電容器)是在單面黏接有活性碳電極的2片集電極板間夾入凝膠電解質膜或隔板，於該等外圍部夾入層疊具有密封功能的襯墊，再加上，以端板從兩側將該等鎖緊成為密閉構造。該構造是使用薄且柔軟的金屬板做為集電端子，將該集電端子夾入在端板和集電極板之間，使集電端子接觸集電極板，藉此，在保持著密閉構造的狀態下，將集電端子引出至外部。

此外，專利文獻2所示習知的電容器，因是形成為密封和氣密性兼備的構造，所以是使用鋁層壓薄片做為電容器的外表處理，將該鋁層壓薄片利用熱封成為密封構造。該構造中，薄鋁箔是做為集電端子兼用的集電金屬使用，將該集電金屬沿著鋁層壓薄片內面引出，將鋁層壓薄片和引出的集電金屬一起進行熱封，藉此就可在保有密封構造的狀態下將集電金屬引出至外部。

[專利文獻1]日本特開2003-217985號公報

[專利文獻2]日本特開2002-313677號公報

[專利文獻3]日本特開2006-024660號公報

為了讓雙電荷層電容器高可靠性化，必須遮擋來自於外界的水分，此道理對於雙極型電容器也是相同。外來水分的遮擋方法，上述的鋁層壓薄片形成的熱封是有效的手段，但雙極型電容器，因是形成為正極和負極的集電端子從端板附近引出的構造，只是鋁層壓薄片的熱封恐怕會導致密封不良。

於是，例如專利文獻3所示的鋁層壓薄片熱熔焊裝置，是將下側壓接板的一對集電端子收容槽的間隔配合引出至電容器外部的一對集電端子的間隔，使集電端子正確收容在集電端子收容槽，在該狀態下加熱壓接進行熔焊藉此防止密封不良。

然而，近年來，為了因應電容器的高電壓化，多數使用有機類電解液，使用有機類電解液的電容器，因可長時間維持其特性，所以需要有更確實的水分遮擋措施，因此就需要更加提昇密封性、氣密性。特別是，為了更確實遮擋水分，也需要防止氣體分子層級的熔焊不良，如專利文獻3所示，只有對鋁層壓薄片熱熔焊裝置的構造下功夫顯然不夠，同時還需要對電容器本身的構造，特別是集電端子周圍的構造下功夫才行。

針對集電端子的構造，為了防止熔焊不良以獲得確實密封，最好構成為不厚不大，但另一方面，如此一來恐怕會導致集電端子本身強度不足的問題。

更具體地說，對於集電端子，為了防止電解液接觸時的腐蝕，材料是使用鋁，此外，進行熱熔焊時，若集電端子的體積大、熱容量大時，則不會有充分的溫度上昇，導致熔焊不良，因此就將集電端子形成為不厚不大。習知，集電端子是使用約0.5mm厚度的鋁製板，因此集電端子就成為彎曲強度或重覆應力弱的狀況。

另一方面，基於電容器其特徵為可流動有低電阻、大電流，所以就在該集電端子安裝有5.5～16mm² 粗又重的電線。在安裝電線時，於該集電端子會施加有重覆的彎曲應力，無法抵抗複數次的安裝、拆卸造成的應力，恐怕會使得彎曲部斷裂。此外，即使未達到斷裂的地步，但重覆的應力會造成集電端子變形，以致熔焊部份產生間隙，恐怕會有密封性、氣密性降低的問題。

本發明是有鑑於上述課題所研創的發明，目的是提供一種藉由集電端子部份的密封性、強度的提高達到高可靠性的雙電荷層電容器。

上述課題解決用的發明申請專利範圍第1項相關的雙電荷層電容器，

是於複數元件層疊形成的電容器本體的外表處理由鋁層壓薄片包覆的雙電荷層電容器中，

其特徵為，在上述電容器本體兩端部的接觸於集電極板的一對集電端子各個，設有沿著上述電容器本體厚度方向側面彎折的第1彎折部，同時設有在上述電容器本體側面中央朝外側彎折的第2彎折部，上述一對集電端子的上述第2彎折部都是在同一平面且由鋁層壓薄片包覆著，上述一對集電端的端部是從上述鋁層壓薄片引出至外部，並在上述第2彎折部的根本部份周圍，從上述鋁層壓薄片上施有樹脂鑲鑄。

上述課題解決用的發明申請專利範圍第2項相關的雙電荷層電容器，是於上述申請專利範圍第1項記載的雙電荷層電容器中，其特徵為，在上述第1彎折部施有絕緣包覆。

上述課題解決用的發明申請專利範圍第3項相關的雙電荷層電容器，是於上述申請專利範圍第1項記載的雙電荷層電容器中，其特徵為，將上述第2彎折部的由上述鋁層壓薄片所包覆的部份用以耐熱性樹脂為基底的熔焊薄片事先熔焊完成，然後隔著上述熔焊薄片，由上述鋁層壓薄片包覆著上述集電端子。

根據本發明時，能夠提高集電端子部份的密封性、強度，其結果，可提高雙電荷層電容器的可靠性。

[發明之最佳實施形態]

以下，參照第1圖～第7B圖對本發明相關的雙電荷層電容器實施形態例進行說明。

[實施例1]

第1圖為表示本發明相關的雙電荷層電容器實施形態一例的概略構成圖，表示其側剖面圖。

本實施例的雙電荷層電容器(以下，簡稱電容器)1是雙極型，如第1圖所示，由離子可通過的平板狀隔板2和配置成從兩側夾著隔板2的平板狀活性碳電極3形成的元件4，隔著平板狀分極基材5，複數層疊形成的層疊型構成。第1圖中，其一例是表示3個元件4層疊形成的構成。元件4的外圍部，為了避免內部電解質外漏，夾有密封用的襯墊6。該襯墊6，同時也兼為元件4間的絕緣。層疊元件4時，將必要的耐電壓(單一元件耐電壓2.5V程度)分量的元件4與襯墊6交替重疊，在該等兩端部設有平板狀的集電極板7、8，將層疊的元件4和集電極板7、8一起以平板狀的2個端板9共同固定，藉此保有密閉構造。端板9彼此，是對元件4層疊方向延伸設置的樹脂撐擋10，隔著端板9，螺入有埋頭螺絲11，藉此使彼此鎖緊固定著。

另，層疊型單元的電容器，只要在金屬電極端面的集電極安裝引導線，就可在單元內成串聯連接，具有(單一元件耐電壓)×(層疊數)的耐電壓。該層疊型單元的電容器，和一般採用捲取方式的同一容量的電容器比較，在單元內部是不需要串聯連接用的電纜等，就能夠輕巧設計高的耐電壓，因此設置面積就能夠較小。

電容器1的集電構造是在集電極板7、8和端板9之間，夾入鋁製的集電端子12、13，利用集電極板7、8和端板9之間的加壓力，使該電端子12、13接觸集電極板7、8，執行電子的傳遞。電容器本體1a是利用上述的構造構成。再加上，以設有可執行水分遮擋的鋁層壓薄片14做為電容器本體1a包覆用的外表處理，從該鋁層壓薄片14的熔焊接合部14a，將集電端子12、13的一部份(例如，圖中的13c)引出至外部，就可和外部形成接電。另外，鋁層壓薄片14，其基底為鋁箔，外側的保護層為交聯性樹脂即PET，內側的熔焊層為熱可塑性的聚乙烯。

集電端子12、13，如第2圖所示，具有曲柄形狀。具體而言，是由：夾入在集電極板7、8和端板9之間的基部12a、13a；沿著電容器本體1a的厚度方向的側面1b(沿著元件4的層疊方向)，從基部12a、13a彎折的第1彎折部12b、13b；及於電容器本體1a的側面1b的厚度中央(於元件4的層疊方向的厚度中央)，從第1彎折部12b、13b朝電容器本體1a外側彎折的第2彎折部12c、13c所構成。

此外，集電端子12、13是配置成其基部12a、13a於電容器本體1a的同一側面1b，夾入在集電極板7、8和端板9之間的同時，其第2彎折部12c、13c彼此是位於同一平面上。其理由是，藉由對從端板9附近引出至外部的集電端子12、13，設置上述構成的第2彎折部12c、13c，使該等一致位於一個平面上，就能夠讓下述的使用平板狀熱壓棒的鋁層壓薄片14造成的密封應用在雙極型的電容器。其結果，密封性提高，能夠提昇電容器1的可靠性。

另外，如第3A圖、第3B圖所示，集電端子12、13的第1彎折部12b、13b的周圍也可由絕緣包覆21包覆著。其理由是，藉由在集電端子12、13的第1彎折部12b、13b和元件4的側面，特別是和襯墊6的側端面之間設有絕緣包覆21，可利用鋁層壓薄片14形成真空密封，即使集電端子12、13和襯墊6接觸，也能夠不損及襯墊6的絕緣能力，其結果，能夠提昇電容器1的可靠性。另，絕緣包覆21，例如可使用聚四氯乙烯製黏接膠帶等。

此外，如第4A圖、第4B圖所示，針對集電端子12、13的第2彎折部12c、13c，也可在鋁層壓薄片14所熔焊的部份兩面，以具耐熱性的熔焊薄片22事先熔焊完成。熔焊薄片22，例如是採用具耐熱性的交聯形聚烯烴為基底，其兩面為熱熔焊層的3層構造薄片。其理由是，電容器1本身的熱容量若變大，則對應此，加熱器所賦予熔焊時的熱量也需要增加，以確保其耐熱性。因此，即使對應電容器1本身的熱容量增加熔焊時的熱量，但因是使用具耐熱性的熔焊薄片22，所以對集電端子12、13和鋁層壓薄片14進行熔焊時，熔焊薄片22並不會熔出，能夠增加真空密封的可靠性，其結果，能夠提昇電容器1的可靠性。

理所當然，集電端子的構造也可以是由第3A圖、第3B圖的構造和第4A圖、第4B圖的構造所組合構成，即，集電端子12、13的第1彎折部12b、13b的周圍是由絕緣包覆21包覆的同時，其第2彎折部12c、13c的熔焊部份是由熔焊薄片22事先熔焊完成。

接著，使用第5圖、第6圖對集電端子12、13部份的鋁層壓薄片14形成的密閉熔焊進行說明。集電端子12、13是形成為其基部12a、13a夾入在集電極板7、8和端板9之間，成為其端部的第2彎折部12c、13c從電容器本體1a朝外側引出的構成。於該第2彎折部12c、13c，事先熔焊安裝有上述的熱熔焊薄片22。另一方面，鋁層壓薄片14是於熔焊接合部14b成為熔焊接合，事先成型為兩端開口的筒狀。

其次，在成型為筒狀的鋁層壓薄片14的內部，插入已安裝有集電端子12、13的電容器本體1a。接著，將鋁層壓薄片14一方的開口部份和集電端子12、13安裝有熱熔焊薄片22的部份一起熱熔焊，藉此形成熔焊接合部14a，構成為只有集電端子12、13的端部引出在鋁層壓薄片14的外部。

在將鋁層壓薄片14一方的開口部份和安裝有熱熔焊薄片22的集電端子12、13一起熱熔焊時，使用2個平板狀的熱壓棒，透過加壓、熱熔焊，使集電端子12、13和鋁層壓薄片14成為一體。

該熱壓棒各個具有平坦且平行的加壓加熱面，並且，在加壓加熱熔焊時集電端子12、13抵接的部份，具有深度為{[(集電端子12、13的厚度)+(熱熔焊薄片22的基底厚度)+(熱熔焊薄片22的熱熔焊層厚度)]×0.5}的凹槽。如上述，在對集電端子12、13進行熱熔焊時，藉由嚴密控制該部份的厚度，能夠充分確保密封部份的熱熔焊強度，因此能夠提昇鋁層壓薄片14密封能力相關的可靠性，其結果，能夠提昇電容器1的可靠性。

接著，經加壓、熱熔焊成為一體的集電端子12、13及鋁層壓薄片14，在熔焊後立刻用和上述熱壓棒同一形狀的冷卻棒，或者用單方為矽膠墊的冷卻棒一邊加壓一邊冷卻。其理由是，為了防止鋁層壓薄片14的位置偏離。因此，藉由短時間確實冷卻熱熔焊部份，能夠防止熔化的熱熔焊薄片22在集電端子12、13面滑行，所以熱熔焊強度提昇，鋁層壓薄片14的密封可靠性提昇，其結果，能夠提昇電容器1的可靠性。

最後是使用真空密封器。從筒狀鋁層壓薄片14的另一方開口部份(與熔焊有集電端子12、13的一方為相反側的開口部份)進行真空抽取，在真空抽取後進行脈衝狀的加熱，然後進行冷卻，藉此使電容器本體1a密閉在鋁層壓薄片14內部的同時成為真空密封。

[實施例2]

第7A圖、第7B圖為表示本發明相關的雙電荷層電容器實施形態另一例的概略構成圖，第7A圖是表示其側面圖，第7B圖是表示其正面圖。另，本實施例的電容器是針對實施例1所示的電容器1，形成為更加提昇可靠性的構造，其基本構造，為實施例1所示構造即可。因此，於此省略與實施例1重覆的構造說明，使用相同圖號進行本實施例的說明。

如實施例1的說明，集電端子12、13，因是施有曲柄狀的彎曲加工，所以其第2彎曲部12c、13c的根本部份(彎折部份)是應力容易集中的構造。此外，集電端子12、13，因連接有外部配線，所以集電端子12、13是連接造成的外來應力容易作用的構造。再加上，集電端子12、13的厚度為0.5mm程度的薄狀。因此，當重覆的外來應力作用在集電端子12、13時，恐怕會使得第2彎曲部12c、13c的根本部份(彎折部份)斷裂。

於是，本實施例的電容器是針對實施例1所示的電容器1，構成為可使作用有外來應力之集電端子12、13的耐久性提昇的構造。具體而言，是構成在最容易施加外來應力的第2彎曲部12c、13c的根本部份，從鋁層壓薄片14上設有樹脂鑲鑄23的構造。更詳細地說，於鋁層壓薄片14的集電端子12、13引出側的熔焊接合部14a，設有三角剖面形狀的樹脂鑲鑄23從上下夾入集電端子12、13的兩面全體。1個樹脂鑲鑄23的三角剖面底邊(沿著電容器1側面的邊)，例如是成為5～10mm範圍的長度。

樹脂鑲鑄23是可塗入在角部形成凝固，並且，只要能夠緊貼於鋁層壓薄片14即可，並不拘任何材料。例如：約120℃就成液狀的EVA系熱熔型黏合劑或常溫就凝固的環氧黏合劑等均可適用。

如上述，藉由在會有外部應力集中之虞的集電端子12、13的第2彎曲部12c、13c的根本部份，設有上述構造的樹脂鑲鑄23，即使作用有外部應力時，也可使該應力分散，使集電端子12、13的耐久性大幅提昇，大幅降低斷裂造成的導通不良產生率，其結果，能夠提昇電容器1的可靠性。

另，於本發明相關的雙電荷層電容器中，內部構造所使用的材料，可應用習知的材料。例如：分極電極是可應用活性碳等材料，電解液是可應用氨鹽溶化在有機溶媒中形成的液體或離子性液體等材料，隔板是可應用纖維類或聚烯烴類等材料，襯墊可應用耐溶劑性橡膠等材料，集電極板、集電端子可應用鋁等材料。

本發明，特別最適合應用在層疊雙極型的雙電荷層電容器。

1．．．雙電荷層電容器(電容器)

1a．．．電容器本體

1b．．．電容器本體的側面

2．．．隔板

3．．．活性碳電極

4．．．元件

5．．．分極基材

6．．．襯墊

7、8．．．集電極板

9．．．端板

10．．．樹脂撐擋

11．．．埋頭螺絲

12．．．集電端子

12a．．．基部

12b．．．第1彎折部

12c．．．第2彎折部

13．．．集電端子

13a．．．基部

13b．．．第1彎折部

13c．．．第2彎折部

14．．．鋁層壓薄片

14a、14b．．．熔焊接合部

21．．．絕緣包覆

22．．．熔焊薄片

23．．．樹脂鑲鑄

第1圖為表示本發明相關的雙電荷層電容器實施形態一例概略構成圖，表示其側剖面圖。

第2圖為針對第1圖所示雙電荷層電容器說明對電容器本體安裝集電端子時的透視圖。

第3A圖為表示第1圖所示雙電荷層電容器的集電端子構造的一例透視圖。

第3B圖為第3A圖所示構造的剖面圖。

第4A圖為表示第1圖所示雙電荷層電容器的集電端子構造的另一例透視圖。

第4B圖為第4A圖所示構造的透視圖。

第5圖為針對第1圖所示雙電荷層電容器說明對電容器本體安裝鋁層壓薄片時的透視圖。

第6圖為針對第1圖所示雙電荷層電容器說明鋁層壓薄片密封在電容器本體時的透視圖。

第7A圖為表示本發明相關的雙電荷層電容器實施形態另一例的概略構成圖，是其側面圖。

第7B圖為上述另一例的概略構成圖，是其正面圖。

1a．．．電容器本體

1b．．．電容器本體1a的側面

9．．．端板

12．．．集電端子

12a．．．基部

12b．．．第1彎折部

12c．．．第2彎折部

13．．．集電端子

13a．．．基部

13b．．．第1彎折部

13c．．．第2彎折部

Claims (3)

1. 一種雙電荷層電容器，係複數元件層疊形成的電容器本體的外表處理由鋁層壓薄片包覆的雙電荷層電容器，其特徵為：在上述電容器本體兩端部的接觸於集電極板的一對集電端子各個，設有沿著上述電容器本體厚度方向側面彎折的第1彎折部，同時設有在上述電容器本體側面中央朝外側彎折的第2彎折部，上述一對集電端子的上述第2彎折部都是在同一平面且由鋁層壓薄片包覆著，上述一對集電端的端部是從上述鋁層壓薄片引出至外部，在上述第2彎折部的根本部份周圍，從上述鋁層壓薄片上施有樹脂鑲鑄。
2. 如申請專利範圍第1項所記載的雙電荷層電容器，其中，在上述第1彎折部施有絕緣包覆。
3. 如申請專利範圍第1項所記載的雙電荷層電容器，其中，將上述第2彎折部的由上述鋁層壓薄片所包覆的部份用以耐熱性樹脂為基底的熔焊薄片事先熔焊完成，然後隔著上述熔焊薄片，由上述鋁層壓薄片包覆著上述集電端子。