(57)【要約】  キャパシタは、金属箔からなる第１の集電体と、第１の集電体の面に設けられて炭素系材料を主に含有する第１の電極層と、第１の電極層上に設けられた樹脂層と、樹脂層上に設けられて炭素系材料を主に含有する第２の電極部と、第２の電極層上に位置して金属箔からなる第２の集電体と、第１の集電体と第１の電極層と樹脂層と第２の電極部と第２の集電体とを収容するケースと、ケースに収容された駆動用電解液とを備える。樹脂層は、樹脂よりなりかつ互いに不規則に結合する繊維を有する不織布状である。樹脂層の繊維は第１の電極層に交絡する。このキャパシタは薄く小型にすることができる。
2008152788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と、前記第１面の反対側の第２面とを有して、金属箔からなる第１の集電体と、
前記第１の集電体の前記第１面に設けられて、炭素系材料を主に含有する第１の電極層と、
前記第１の電極層上に設けられた樹脂層と、
前記樹脂層上に設けられて、炭素系材料を主に含有する第２の電極部と、
前記第２の電極層上に位置する第１面と、前記第１面の反対側の第２面とを有して、金属箔からなる第２の集電体と、
前記第１の集電体と前記第１の電極層と前記樹脂層と前記第２の電極部と前記第２の集電体とを収容するケースと、
前記ケースに収容された駆動用電解液と、
を備え、
前記樹脂層は、樹脂よりなりかつ互いに不規則に結合する繊維を有する不織布状であり、
前記樹脂層の前記繊維は前記第１の電極層に交絡する、キャパシタ。
【請求項２】
前記樹脂層の厚みの前記第１の電極層の厚みに対する比は０．０３〜２．００の範囲にある、請求項１記載のキャパシタ。
【請求項３】
前記第１の集電体の前記第１面は前記第１の電極層から露出する部分を有し、
前記第２の集電体の前記第１面は前記第２の電極層から露出する部分を有する、請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項４】
前記第１の集電体の前記部分は前記第１の集電体の一端を含み、
前記第２の集電体の前記部分は前記第２の集電体の一端を含む、請求項３に記載のキャパシタ。
【請求項５】
前記第１の集電体の前記一端に接続された第１の端子と、
前記第２の集電体の前記一端に接続された第２の端子と、
をさらに備えた、請求項４に記載のキャパシタ。
【請求項６】
前記第１の集電体の前記部分には前記第１の集電体の前記第１面と前記第２面に繋がる貫通孔が形成されており、
前記第２の集電体の前記部分には前記第２の集電体の前記第１面と前記第２面に繋がる貫通孔が形成されている、請求項３に記載のキャパシタ。
【請求項７】
前記樹脂層は前記第１の集電体の前記部分に融着している、請求項３に記載のキャパシタ。
【請求項８】
前記樹脂層は前記樹脂の融点以上の温度で熱処理されている、請求項７に記載のキャパシタ。
【請求項９】
前記樹脂層は前記樹脂の融点以上の温度で熱処理されている、請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項１０】
前記第１の集電体には、前記第１の集電体の前記第１面と前記第１の集電体の前記第２面とに繋がる貫通孔が形成されており、
前記樹脂層は前記貫通孔を貫通するように延びている、請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項１１】
前記樹脂層の前記樹脂は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、アラミド、ポリイミド、ナイロン、変性ポリプロピレン、変性ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフロロエチレンのいずれか１つである、請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項１２】
前記樹脂層は耐酸性を有する、請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項１３】
前記樹脂層は耐アルカリ性を有する、請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項１４】
前記樹脂層は、
前記第１の電極層を介して前記第１の集電体の前記第１面に対向する耐酸性を有する第１の樹脂層と、
前記第２の電極層を介して前記第２の集電体の前記第１面に対向する耐アルカリ性を有する第２の樹脂層と、
を有する、請求項１に記載のキャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種電子機器、ハイブリッド自動車や燃料電池車のバックアップ電源用や回生用、あるいは電力貯蔵用等、様々な分野で使用されるキャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
急速充放電の信頼性が高いということからキャパシタが着目され、多くの分野で使用されている。このようなキャパシタの中で、特許文献１に記載されている従来の電気二重層キャパシタは正極、負極共に活性炭を主体とする電極部である分極性電極層を電極として用いたものである。電気二重層キャパシタとしての耐電圧は、水系電解液を使用すると１．２Ｖ、有機系電解液を使用すると２．５〜３．３Ｖである。【０００３】
キャパシタのエネルギは耐電圧の２乗に比例するので、耐電圧の高い有機系電解液を用いたキャパシタの方が水系電解液を用いたキャパシタより高エネルギである。しかし、有機系電解液を使用した電気二重層キャパシタでも、そのエネルギ密度は鉛蓄電池等の二次電池の１／１０以下であり、更なるエネルギ密度の向上が必要とされている。【０００４】
このようなキャパシタの耐久性向上のために、ポリエチレンやポリプロピレン等の樹脂よりなるセパレータを用いることも知られている。【０００５】
従来のキャパシタでは、正極と負極間に配置される絶縁のためのセパレータが独立したシート形状を有する。製造面や強度面等を考慮すると２５μｍ程度の厚みがセパレータに必要であり、したがって、従来のキャパシタのさらなる薄型化や大容量化は難しい。
【特許文献１】特開平１０−２７０２９３号公報
【発明の開示】
【０００６】
キャパシタは、金属箔からなる第１の集電体と、第１の集電体の面に設けられて炭素系材料を主に含有する第１の電極層と、第１の電極層上に設けられた樹脂層と、樹脂層上に設けられて炭素系材料を主に含有する第２の電極部と、第２の電極層上に位置して金属箔からなる第２の集電体と、第１の集電体と第１の電極層と樹脂層と第２の電極部と第２の集電体とを収容するケースと、ケースに収容された駆動用電解液とを備える。樹脂層は、樹脂よりなりかつ互いに不規則に結合する繊維を有する不織布状である。樹脂層の繊維は第１の電極層に交絡する。
【０００７】
このキャパシタは薄く小型にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａは本発明の実施の形態によるキャパシタのキャパシタ素子の断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは実施の形態によるキャパシタの断面図である。
【図２】図２は図１Ａに示すキャパシタ素子の拡大断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは実施の形態によるキャパシタの評価結果を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは実施の形態によるキャパシタの評価結果を示す。
【図４】図４は実施の形態による他のキャパシタの斜視図である。
【図５】図５は実施の形態による他のキャパシタ素子の拡大断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは実施の形態によるさらに他のキャパシタ素子の拡大断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは実施の形態によるさらに他のキャパシタ素子の拡大断面図である。
【図７】図７は本発明の実施の形態によるさらに他のキャパシタのキャパシタ素子の平面図である。
【図８】図８は実施の形態によるさらに他のキャパシタの断面図である。
【符号の説明】
【０００９】
３    集電体（第１の集電体、第２の集電体）
３Ｄ    集電体の一端
４    電極層（第１の電極層）
５    樹脂層（第１の樹脂層）
８Ａ    貫通孔
１４    電極層（第２の電極部）
１５    樹脂層（第２の樹脂層）
５１    駆動用電解液
５２    ケース
５３Ａ    端子（第１の端子）
５３Ｂ    端子（第２の端子）
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１Ａは本発明の実施の形態による電気二重層キャパシタ１００１のキャパシタ素子１００２の断面図である。図１Ｂは電気二重層キャパシタ１００１の断面図である。図２はキャパシタ素子１００２の拡大断面図である。図１Ａと図２に示すように、キャパシタ素子１００２は正極１と負極２とを備える。集電体３はアルミニウム箔等の金属箔からなり、面３Ａと、面３Ａの反対側の面３Ｂとを有する。正極１と負極２は、集電体３と、集電体３の一端３Ｄを除く面３Ａ上に設けられた炭素系材料である活性炭粉末４Ａを主に含有する分極性電極層４と、集電体３の一端３Ｄを除く面３Ｂ上に設けられた活性炭粉末１４Ａを主に含有する分極性電極層１４と、分極性電極層４の面４Ｄ上に結合する不織布状の樹脂層５よりなる。すなわち、樹脂層５は互いに不規則に結合する繊維状を有する。分極性電極層４は、集電体３の面３Ａ上に位置する面４Ｅと、面４Ｅの反対側の面４Ｄとを有する。分極性電極層１４は、集電体３の面３Ｂ上に位置する面１４Ｄと、面１４Ｄの反対側の面１４Ｅとを有する。【００１１】
集電体３の一端３Ｄが交互に互いに反対の方向１００２Ａ、１００２Ｂに向くように、正極１と負極２を重ね合わせてキャパシタ単位１００３を作成する。複数のキャパシタ単位１００３を積層し、正極１の集電体の一端３Ｄを集電板６Ａに接続し、負極２の集電体３の一端３Ｄを集電板６Ｂに接続することによりキャパシタ素子１００２を作製する。図１Ｂに示すように、電気二重層キャパシタ１００１は、キャパシタ素子１００２と、駆動用電解液５１と、キャパシタ素子１００２と駆動用電解液５１とを収容する金属製のケース５２とを備える。【００１２】
以下に、電気二重層キャパシタ１００１の製造方法について説明する。【００１３】
厚さが約２２μｍの高純度（９９．９９％以上）のアルミニウム箔を塩酸系のエッチング液中で電解エッチングして面を粗面化し、集電体３を作製する。【００１４】
平均粒径５μｍのフェノール樹脂系の活性炭粉末４Ａ、１４Ａを準備する。平均粒径０．０５μｍのアセチレンブラックよりなる導電性付与剤４Ｂ、１４Ｂを準備する。カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）とポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）よりなるバインダ４Ｃ、１４Ｃを準備する。メタノールと水とを混合した分散溶媒を準備する。１０重量部の活性炭粉末４Ａ（１４Ａ）と２重量部の導電性付与剤４Ｂ（１４Ｂ）と１重量部のバインダ４Ｃ（１４Ｃ）とを混合して混練機で混練しながら分散溶媒を少しずつ加え、所定の粘度を有するペーストを作製する。このペーストを集電体３の一端３Ｄを含む面３Ａ、３Ｂの部分３Ｅ、３Ｆを露出するように面３Ａ、３Ｂに塗布する。ペーストを塗布した集電体３を８５℃の温度の大気中で５分間乾燥することにより、集電体３の面３Ａ、３Ｂ上に分極性電極層４、１４をそれぞれ形成する。【００１５】
続いて、分極性電極層４の面４Ｄに樹脂層５を以下の方法で結合させる。樹脂は熱可塑性樹脂を用いてもよい。溶融したポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の熱可塑性樹脂を多孔の口金を有するダイから高温、高速の空気流で吹き出す。吹き出した樹脂は極細い繊維状になり分極性電極層４の面４Ｄ上に集積し樹脂層５を形成する。集積した繊維状の樹脂は不織布形状を有し、すなわち、互いに不規則に結合する繊維形状を有する。樹脂層５の集積した極細い繊維状の樹脂が分極性電極層４の面４Ｄの凹凸内に絡み合うようにして結合する。樹脂層５は約１０μｍの厚みを有する。樹脂層５を形成した後に、分極性電極層４、１４と樹脂層５が形成された集電体３を所定の寸法に切断して正極１ならびに負極２を作製する。【００１６】
次に、正極１の集電体３の一端３Ｄと負極２の集電体３の一端３Ｄとが交互に互いに反対の方向１００２Ａ、１００２Ｂを向くように、正極１と負極２を重ね合わせて複数のキャパシタ単位１００３を作製する。このとき、正極１の樹脂層５が負極２の分極性電極層１４の面１４Ｅ上に位置する。次に、正極１の樹脂層５が負極２の分極性電極層１４の面１４Ｅ上に位置するように、複数のキャパシタ単位１００３を積層する。その後、正極１の集電体３の一端３Ｄを集電板６Ａにレーザ溶接で接続し、負極２の集電体３の一端３Ｄを集電板６Ｂにレーザ溶接で接続して、キャパシタ素子１００２を作製する。【００１７】
その後、集電板６Ａ、６Ｂに端子５３Ａ、５３Ｂをそれぞれ接合する。その後、キャパシタ素子１００２と駆動用電解液５１をアルミニウム等の金属よりなるケース５２内に開口部５２Ａから収容し、キャパシタ素子１００２に駆動用電解液５１を含浸させる。駆動用電解液５１として、例えばプロピレンカーボネートに４エチルアンモニウム４フッ化ホウ素を溶解したものを用いた。【００１８】
次に、ケース５２の開口部５２Ａに封口ゴム５４をはめ込む。端子５３Ａ、５３Ｂは、封口ゴム５４に設けられた貫通孔５４Ａ、５４Ｂを通してケース５２の外部に露出させる。その後、ケース５２の開口部５２Ａの近傍の外周をケース５２の内側に円環状に絞り、かつ金属ケース５２の開口端をカーリング加工することにより開口部５２Ａを封止し、電気二重層キャパシタ１００１が得られる。【００１９】
実施の形態による電気二重層キャパシタ１００１では、正極１や負極２の特に集電体３がキャパシタ単位１００３の機械的強度を確保し、集電板６Ａ、６Ｂがキャパシタ素子１００２の機械的強度を確保できるので、樹脂層５のセパレータとしての機械的強度は不要になり、絶縁性のみを保証すればよい。【００２０】
電気二重層キャパシタ１００１では、樹脂層５は分極性電極層４と水素結合によって強固に固定されている。したがって、樹脂層５の材料として用いられる樹脂は分極性電極層４との水素結合が可能であるものを用いる。樹脂層５の材料の樹脂としては、水素結合を行うためにハロゲン元素を化学式上含む樹脂が好ましく、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）の他に、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、アラミド、ポリイミド、ナイロン、変性ＰＰ、変性ＰＥ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）等の樹脂が使用可能である。これらの樹脂は、分極性電極層４と水素結合で大きな結合強度で結合できる。さらに耐熱性の観点から、樹脂層５の材料の樹脂としてＰＢＴ、ＰＥＴ、ＰＰＳ、アラミド、ポリイミド、ナイロン、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥがさらに好ましい。【００２１】
分極性電極層から独立した部材であるセパレータを備えた従来の電気二重層キャパシタの最低厚みは２５μｍである。セパレータの代わりに樹脂層５を供えた実施の形態による電気二重層キャパシタ１００１の最低厚みは１０μｍ以下にすることができ、薄く小型で大容量の電気二重層キャパシタ１００１が得られる。【００２２】
上記の方法で様々な厚みＴ１を有する分極性電極層４、１４と様々な厚みＴ２を有する樹脂層５を備えた電気二重層キャパシタ１００１の実施例１〜９と比較例１、２の試料を作製した。これらの試料のキャパシタ素子１００２は、直径１８ｍｍ、長さ５０ｍｍの円筒巻回型セルである。これらの試料における樹脂層５および分極性電極層４の接着度合いを評価し、容量、抵抗を測定した結果を図３Ａと図３Ｂに示す。容量は、試料を１分間で満充電しかつ完全に放電させるような値の定電流を流して定電圧を印加し、充電後に定電流で放電させたときの容量と抵抗を算出した。【００２３】
樹脂層５および分極性電極層４間の接着度合いは、ＪＩＳ−Ｋ６８５４−１の「接着剤・剥離接着強さ試験方法―第１部：９０度剥離」の規定に準拠して評価した。図３Ａと図３Ｂにおいて、樹脂層５の破壊や分極性電極層４と樹脂層５の間の剥離が見出された試料に「ＮＧ」と記し、剥離が見出された試料に「ＯＫ」と記している。【００２４】
実施例１〜９の試料の樹脂層５の厚みＴ２の分極性電極層４、１４の厚みＴ２に対する比Ｒ１は０．０３〜２．００の範囲にある。これらの試料では、分極性電極層４、１４と樹脂層５との間に剥離が無く、容量、抵抗ともに良好な値を示している。特に実施例１、２、４、５、８の試料は、従来の電気二重層キャパシタのセパレータの厚み２０μｍより小さい厚み１０μｍの樹脂層５を備える。【００２５】
なお、セルロースを主原料とする従来の電気二重層キャパシタのセパレータの量産可能な厚みは２５μｍである。繊維状の樹脂層５を分極性電極層４と一体化して支持する実施の形態による二重層キャパシタ１００１では、樹脂層５の厚みを２０μｍ以下にすることができる。【００２６】
比Ｒ１が２．５０と大きな値である比較例１の試料では、１７Ｎ／ｍの力により樹脂層５内で剥離が起こった。比Ｒ１がこのような大きい値の場合には、樹脂層５自体の強度が小さい。このような樹脂層５はキャパシタ素子を作製するためにキャパシタ単位を巻回する際に樹脂層５が剥離しやすく、正極１と負極２を短絡させる場合がある。樹脂層５を形成する繊維状の樹脂は分極性電極層４に物理的に交絡することにより分極性電極層４と樹脂層５の間の接着力が得られている。樹脂層５の厚みＴ２の分極性電極層４の厚みＴ１に対する比Ｒ１が大きくなるにつれて、樹脂層５の繊維状の樹脂のうち分極性電極層４と交絡できない樹脂が現れ、これにより、樹脂層５自体が分割されると考えられる。【００２７】
比Ｒ１が０．０１３と小さな値の比較例２の試料では、容量が著しく小さく、抵抗が大きい。この試料の樹脂層５は多くの駆動用電解液を保持することができないので、容量が小さくなり、抵抗が大きくなったと考えられる。【００２８】
実施の形態による電気二重層キャパシタ１００１では、樹脂層５の繊維状樹脂と分極性電極層４、１４が物理的に互いに交絡することによる物理的な結合力が得られる。さらに、分極性電極層４、１４の面４Ｄ、１４Ｅで主に水酸基やカルボキシル基と樹脂層５の繊維状樹脂の面の主に水酸基やカルボキシル基が水素結合で結合することで化学的な結合力が得られる。樹脂層５と分極性電極層４、１４はこの物理的結合力と化学的結合力とにより強固に接着する。【００２９】
図４は、実施の形態による他の電気二重層キャパシタ１００４の斜視図である。図４において、図１Ａと図１Ｂに示す電気二重層キャパシタ１００１と同じ部分には同じ参照符号を付し、その説明を省略する。電気二重層キャパシタ１００４は、正極１と負極２を積層して巻回して得られる巻回タイプのキャパシタ素子１００５を備える。正極１と負極２には端子６３Ａ、６３Ｂがそれぞれ接続される。端子６３Ａ、６３Ｂが接続されたキャパシタ素子１００５は駆動用電解液６１と共に金属製のケース６２に収容されている。ケース６２の開口部２は封口ゴム６４で封止されている。封口ゴム６４には貫通孔６４Ａ、６４Ｂが形成されている。端子６３Ａ、６３Ｂは貫通孔６４Ａ、６４Ｂを通ってケース６２の外部に露出する。電気二重層キャパシタ１００４では正極１と負極２の樹脂層５と分極性電極層４、１４が物理的結合力と化学的結合力とにより強固に接着するので、巻回タイプのキャパシタ素子１００５を容易に作製することができる。巻回タイプのキャパシタ素子１００５は積層タイプのキャパシタ素子１００２に比べて高い生産性で安価に作製することができ、大電流で急速に充放電する時に発生する熱を効率的に逃がすことできる。したがって巻回タイプのキャパシタ素子１００５を備えた電気二重層キャパシタ１００４はハイブリッド車やパワーシャベルやクレーンなどの産業用機器等、大電流が流れる機器に用いることができる。【００３０】
また、実施の形態による電気二重層キャパシタ１００１は低い抵抗と大きな容量を同時に有する。【００３１】
電気二重層キャパシタ１００１の樹脂層５は経時的な劣化の原因となるバインダを全く含まない。図３Ｂに示す実施例７の試料は厚みＴ２が２５μｍの樹脂層５を備える。すなわち、実施の形態の電気二重層キャパシタ１００１の樹脂層５の厚みＴ２を２０μｍ以上にすることができる。実施例７の試料は、セパレータを備えた従来のキャパシタと比較して、初期の容量と初期の抵抗は同程度であり、容量の経時的な低下や抵抗の経時的な増大が大幅に抑制される。従来のキャパシタのセパレータは形状保持のためにバインダを含んでいる。このバインダは充放電時に分解し、分極性電極近傍に付着して滞留する。これにより、キャパシタの容量の減少と抵抗の増大が引き起こされると考えられる。【００３２】
実施の形態による電気二重層キャパシタ１００１の樹脂層５はバインダを全く含まないので、バインダに起因する容量の経時的な減少や抵抗の経時的な増大を抑制する。【００３３】
図５は実施の形態による他のキャパシタ素子１００５の拡大断面図である。図５において図２に示すキャパシタ素子１００２と同じ部分には同じ参照番号を付し、その説明を省略する。図２に示すキャパシタ素子１００２の正極１ならびに負極２において、樹脂層５は分極性電極層４の面４Ｄに結合する。図５に示すキャパシタ素子１００５の正極１や負極２は、分極性電極層１４の面１４Ｅに結合する樹脂層１５をさらに備える。樹脂層１５は樹脂層５と同様の構造を有し、分極性電極層１４の面１４Ｅに結合する。樹脂層５、１５は図１Ａ、図１Ｂに示すキャパシタ素子１００２において互いに重なり合っている。樹脂層５は、分極性電極層４を介して集電体３の面３Ａに対向する。樹脂層１５は、分極性電極層１４を介して集電体３の面３Ｂに対向する。【００３４】
図５に示すキャパシタ素子１００５において、樹脂層５、１５は強い耐酸性を有する樹脂により構成されていてもよい。強い耐酸性により正極１の劣化を抑制することができる。強い耐酸性を有する樹脂としては、ＰＥ、ＰＰ、ＰＶＤＦ、ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＰＰＳ、アラミド、変性ＰＰ、変性ＰＥ等を用いることができ、好ましくは、ＰＰ、変性ＰＰを用い、更に好ましくは、ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＰＰＳ、アラミドを用いてもよく、これにより耐熱性を高めることができる。【００３５】
なお、変性ＰＰ、変性ＰＥは、通常のＰＰ、ＰＥよりも耐酸性や耐アルカリ性、更には耐熱性を高めたものであればよく、酸変性ＰＰ、酸変性ＰＥを用いる。酸変性は具体的には、カルボン酸変性、マレイン酸変性が挙げられ、好ましくはカルボン酸変性である。【００３６】
また、図５に示すキャパシタ素子１００５において、樹脂層５、１５は強い耐アルカリ性を有する樹脂により構成されていてもよい。強い耐アルカリ性により負極２の劣化を抑制することができる。強い耐アルカリ性を有する樹脂として、セルロース系樹脂、ＰＰ、ＰＢＴ、ＰＰＳ、ポリアミド、アラミドを用いることができ、より好ましくはセルロース系樹脂、ＰＰ、ＰＢＴ、ＰＰＳ等を用いる。【００３７】
また、図５に示すキャパシタ素子１００５において、樹脂層５は強い耐酸性を有する樹脂で構成し、樹脂層１５は強い耐アルカリ性を有する樹脂で構成してもよい。キャパシタ単位１００３やキャパシタ素子１００２では樹脂層５と樹脂層１５は接触している。これにより、強い耐酸性ならびに強い耐アルカリ性の両方を有し、図５に示す電極を正極１と負極２のいずれにも用いることができる。同様に、樹脂層１５は強い耐酸性を有する樹脂で構成し、樹脂層５は強い耐アルカリ性を有する樹脂で構成してもよい。【００３８】
また、樹脂層５、１５を強い耐酸性を有する樹脂と強い耐アルカリ性を有する樹脂を混合した材料で形成してもよい。【００３９】
また、樹脂層５を構成する樹脂の融点以上の温度で正極１ならびに負極２を加熱してもよい。これにより、樹脂層５の一部が溶融して分極性電極層４の面４Ｄから分極性電極層４の内部へ入り込むので、樹脂層５と分極性電極層４の結合強度をより高めることができる。樹脂層５の溶融した部分は、集電体３の分極性電極層４から露出している部分３Ｅと接触して融着されてもよく、これにより、樹脂層５を集電体３と高い強度で固定することができ、分極性電極層４にさらに強固に固定することができる。【００４０】
電気二重増キャパシタ１００１では、正極１に接合された集電板６Ａならびに負極２に接合された集電板６Ｂに端子５３Ａ、５３Ｂが接合されている。端子５３Ａ、５３Ｂは、正極１と負極２の集電体３の一端３Ｄにそれぞれ直接接合してもよい。【００４１】
図６Ａは実施の形態によるさらに他のキャパシタ素子１００６の拡大断面図である。図６Ａにおいて、図５に示すキャパシタ素子１００５と同じ部分には同じ参照番号を付し、その説明を省略する。キャパシタ素子１００６では、分極性電極層４、１４が設けられておらずに分極性電極層４、１４から露出する集電体３の部分３Ｅに、面３Ａ、３Ｂに繋がる貫通孔８Ａが形成されている。分極性電極層４の面４Ｄに結合する樹脂層５は、貫通孔８Ａを通って延び、分極性電極層１４に結合してかつ樹脂層１５に連結する部分９を有する。これによって、樹脂層５と分極性電極層４との接触する面積を増大させることができ、樹脂層５、１５を分極性電極層４、１４にさらに強固に固定することが可能となる。【００４２】
図６Ｂは実施の形態によるさらに他のキャパシタ素子１００７の拡大断面図である。図６Ｂにおいて、図２に示すキャパシタ素子１００２と同じ部分には同じ参照番号を付し、その説明を省略する。キャパシタ素子１００７では、分極性電極層４、１４に間において面３Ａ、３Ｂに繋がる貫通孔８Ｂが集電体３に形成されている。分極性電極層４上に樹脂層５を形成するために樹脂を分極性電極層４の面４Ｄに吹き付ける時に、集電体３の面３Ｂから貫通孔８Ｂを通して空気を吸引する。これにより、樹脂層５を形成する樹脂が分極性電極層４に入り、貫通孔８Ｂを通って分極性電極層１４に至る。これにより、樹脂層５と同じ材料による極細い繊維状の樹脂繊維９Ｂが形成され、樹脂繊維９Ｂは分極性電極層４内に設けられ、貫通孔８Ｂを通して分極性電極層１４内に至る。樹脂繊維９Ｂにより、樹脂層５を分極性電極層４の面４Ｄにより強く結合させることができ、正極１と負極２の短絡をより確実に防止することができる。【００４３】
図７は図１に示すキャパシタ素子１００２の方向１００２Ｃから見た平面図である。正極１の集電体３の部分３Ｅには２つの貫通孔１２Ａが形成されている。負極２の集電体３の部分３Ｅには２つの貫通孔１３Ａが形成されている。２つの貫通孔１２Ａの間隔と２つの貫通孔１３Ａの間隔とは異なる。【００４４】
それぞれ正極１と負極２とを積層して形成される複数のキャパシタ単位１００３を積層してキャパシタ素子１００２を形成する。貫通孔１２Ａ、１３Ａを位置あわせすることにより、正極１と負極２の集電体３を高精度に集電板６Ａ、６Ｂにレーザ溶接で接続することができる。【００４５】
なお、図６Ａに示すキャパシタ素子１００６では、集電体３に形成されている貫通孔８Ａを貫通孔１２Ａ、１３Ａとして位置決めに用いてもよい。また、図６Ｂに示すキャパシタ素子１００７では、集電体３に形成されている貫通孔８Ａを貫通孔１２Ａ、１３Ａとして位置決めに用いてもよい。【００４６】
なお、貫通孔１２Ａ、１３Ａは楕円形であるが、円形であってもよい。貫通孔１２Ａ、１３Ａが楕円形の場合は、正極１や負極２の回転を防止することができる。また、２つの貫通孔１２Ａの間隔と２つの貫通孔１３Ａと間隔は同じでも異なっていてもよい、これらの間隔が異なることにより、正極１や負極２の回転を防止することができる。【００４７】
図８は実施の形態によるさらに他のキャパシタ素子２００１の断面図である。図８において、図１Ａに示すキャパシタ素子１００２と異なる部分には同じ参照符号を付して、その説明を省略する。キャパシタ素子２００１は、互いに接続された複数のキャパシタサ素子１００２（１００４、１００５、１００６、１００７）を有する。キャパシタ素子２００２において、複数のキャパシタ素子１００２（１００４、１００５、１００６、１００７）は直列に接続されているが、並列等の他の方法で接続されていてもよい。【００４８】
実施の形態における電気二重層キャパシタ１００１は、集電体と、集電体の面に設けられた炭素系材料と炭素系材料内に収蔵されたリチウムイオンとを有するキャパシタにも適用できる。この場合、炭素系材料内へリチウムイオンを吸蔵させる工程（プレドープ工程）を要する。その工程で負極の分極性電極層の面に直接リチウム源を配置する場合は、負極の分極性電極層の面へは樹脂層を設けることはできないが、正極の分極性電極層の面に樹脂層を設けることができ、同様の効果を有する。【００４９】
炭素系材料内に吸蔵、脱離するイオンとしてリチウムイオンの他に、ナトリウムイオン、カリウムイオンなどのアルカリ金属、アルカリ土類金属やフラーレンなどに吸蔵脱離可能なランタンイオンなどの希土類を用いたキャパシタにおいても同様の効果を有する。【００５０】
また、炭素材料内にカチオンでなくアニオンが吸蔵脱離する場合は、吸蔵脱離が生じる側の極と反対の極の電極層上に樹脂層を設けることにより、プレドープ工程を短時間で完了させつつ、セル抵抗低減とセル容量増大という同様の効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明によるキャパシタは薄く小型にすることができ、特に、ハイブリッド自動車や燃料電池車のバックアップ電源や回生用キャパシタに有用である。
【図１Ａ】
2008152788.tif 000003
【図１Ｂ】
2008152788.tif 000004
【図２】
2008152788.tif 000005
【図３Ａ】
2008152788.tif 000006
【図３Ｂ】
2008152788.tif 000007
【図４】
2008152788.tif 000008
【図５】
2008152788.tif 000009
【図６Ａ】
2008152788.tif 000010
【図６Ｂ】
2008152788.tif 000011
【図７】
2008152788.tif 000012
【図８】
2008152788.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成21年9月2日(2009.9.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種電子機器、ハイブリッド自動車や燃料電池車のバックアップ電源用や回生用、あるいは電力貯蔵用等、様々な分野で使用されるキャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
急速充放電の信頼性が高いということからキャパシタが着目され、多くの分野で使用されている。このようなキャパシタの中で、特許文献１に記載されている従来の電気二重層キャパシタは正極、負極共に活性炭を主体とする電極部である分極性電極層を電極として用いたものである。電気二重層キャパシタとしての耐電圧は、水系電解液を使用すると１．２Ｖ、有機系電解液を使用すると２．５〜３．３Ｖである。
【０００３】
キャパシタのエネルギは耐電圧の２乗に比例するので、耐電圧の高い有機系電解液を用いたキャパシタの方が水系電解液を用いたキャパシタより高エネルギである。しかし、有機系電解液を使用した電気二重層キャパシタでも、そのエネルギ密度は鉛蓄電池等の二次電池の１／１０以下であり、更なるエネルギ密度の向上が必要とされている。
【０００４】
このようなキャパシタの耐久性向上のために、ポリエチレンやポリプロピレン等の樹脂よりなるセパレータを用いることも知られている。
【０００５】
従来のキャパシタでは、正極と負極間に配置される絶縁のためのセパレータが独立したシート形状を有する。製造面や強度面等を考慮すると２５μｍ程度の厚みがセパレータに必要であり、したがって、従来のキャパシタのさらなる薄型化や大容量化は難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２７０２９３号公報
【発明の概要】
【０００７】
キャパシタは、金属箔からなる第１の集電体と、第１の集電体の面に設けられて炭素系材料を主に含有する第１の電極層と、第１の電極層上に設けられた樹脂層と、樹脂層上に設けられて炭素系材料を主に含有する第２の電極部と、第２の電極層上に位置して金属箔からなる第２の集電体と、第１の集電体と第１の電極層と樹脂層と第２の電極部と第２の集電体とを収容するケースと、ケースに収容された駆動用電解液とを備える。樹脂層は、樹脂よりなりかつ互いに不規則に結合する繊維を有する不織布状である。樹脂層の繊維は第１の電極層に交絡する。
【０００８】
このキャパシタは薄く小型にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本発明の実施の形態によるキャパシタのキャパシタ素子の断面図
【図１Ｂ】実施の形態によるキャパシタの断面図
【図２】図１Ａに示すキャパシタ素子の拡大断面図
【図３Ａ】実施の形態によるキャパシタの評価結果を示す図
【図３Ｂ】実施の形態によるキャパシタの評価結果を示す図
【図４】実施の形態による他のキャパシタの斜視図
【図５】実施の形態による他のキャパシタ素子の拡大断面図
【図６Ａ】実施の形態によるさらに他のキャパシタ素子の拡大断面図
【図６Ｂ】実施の形態によるさらに他のキャパシタ素子の拡大断面図
【図７】本発明の実施の形態によるさらに他のキャパシタのキャパシタ素子の平面図
【図８】実施の形態によるさらに他のキャパシタの断面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１Ａは本発明の実施の形態による電気二重層キャパシタ１００１のキャパシタ素子１００２の断面図である。図１Ｂは電気二重層キャパシタ１００１の断面図である。図２はキャパシタ素子１００２の拡大断面図である。図１Ａと図２に示すように、キャパシタ素子１００２は正極１と負極２とを備える。集電体３はアルミニウム箔等の金属箔からなり、面３Ａと、面３Ａの反対側の面３Ｂとを有する。正極１と負極２は、集電体３と、集電体３の一端３Ｄを除く面３Ａ上に設けられた炭素系材料である活性炭粉末４Ａを主に含有する分極性電極層４と、集電体３の一端３Ｄを除く面３Ｂ上に設けられた活性炭粉末１４Ａを主に含有する分極性電極層１４と、分極性電極層４の面４Ｄ上に結合する不織布状の樹脂層５よりなる。すなわち、樹脂層５は互いに不規則に結合する繊維状を有する。分極性電極層４は、集電体３の面３Ａ上に位置する面４Ｅと、面４Ｅの反対側の面４Ｄとを有する。分極性電極層１４は、集電体３の面３Ｂ上に位置する面１４Ｄと、面１４Ｄの反対側の面１４Ｅとを有する。
【００１１】
集電体３の一端３Ｄが交互に互いに反対の方向１００２Ａ、１００２Ｂに向くように、正極１と負極２を重ね合わせてキャパシタ単位１００３を作成する。複数のキャパシタ単位１００３を積層し、正極１の集電体の一端３Ｄを集電板６Ａに接続し、負極２の集電体３の一端３Ｄを集電板６Ｂに接続することによりキャパシタ素子１００２を作製する。図１Ｂに示すように、電気二重層キャパシタ１００１は、キャパシタ素子１００２と、駆動用電解液５１と、キャパシタ素子１００２と駆動用電解液５１とを収容する金属製のケース５２とを備える。
【００１２】
以下に、電気二重層キャパシタ１００１の製造方法について説明する。
【００１３】
厚さが約２２μｍの高純度（９９．９９％以上）のアルミニウム箔を塩酸系のエッチング液中で電解エッチングして面を粗面化し、集電体３を作製する。
【００１４】
平均粒径５μｍのフェノール樹脂系の活性炭粉末４Ａ、１４Ａを準備する。平均粒径０．０５μｍのアセチレンブラックよりなる導電性付与剤４Ｂ、１４Ｂを準備する。カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）とポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）よりなるバインダ４Ｃ、１４Ｃを準備する。メタノールと水とを混合した分散溶媒を準備する。１０重量部の活性炭粉末４Ａ（１４Ａ）と２重量部の導電性付与剤４Ｂ（１４Ｂ）と１重量部のバインダ４Ｃ（１４Ｃ）とを混合して混練機で混練しながら分散溶媒を少しずつ加え、所定の粘度を有するペーストを作製する。このペーストを集電体３の一端３Ｄを含む面３Ａ、３Ｂの部分３Ｅ、３Ｆを露出するように面３Ａ、３Ｂに塗布する。ペーストを塗布した集電体３を８５℃の温度の大気中で５分間乾燥することにより、集電体３の面３Ａ、３Ｂ上に分極性電極層４、１４をそれぞれ形成する。
【００１５】
続いて、分極性電極層４の面４Ｄに樹脂層５を以下の方法で結合させる。樹脂は熱可塑性樹脂を用いてもよい。溶融したポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の熱可塑性樹脂を多孔の口金を有するダイから高温、高速の空気流で吹き出す。吹き出した樹脂は極細い繊維状になり分極性電極層４の面４Ｄ上に集積し樹脂層５を形成する。集積した繊維状の樹脂は不織布形状を有し、すなわち、互いに不規則に結合する繊維形状を有する。樹脂層５の集積した極細い繊維状の樹脂が分極性電極層４の面４Ｄの凹凸内に絡み合うようにして結合する。樹脂層５は約１０μｍの厚みを有する。樹脂層５を形成した後に、分極性電極層４、１４と樹脂層５が形成された集電体３を所定の寸法に切断して正極１ならびに負極２を作製する。
【００１６】
次に、正極１の集電体３の一端３Ｄと負極２の集電体３の一端３Ｄとが交互に互いに反対の方向１００２Ａ、１００２Ｂを向くように、正極１と負極２を重ね合わせて複数のキャパシタ単位１００３を作製する。このとき、正極１の樹脂層５が負極２の分極性電極層１４の面１４Ｅ上に位置する。次に、正極１の樹脂層５が負極２の分極性電極層１４の面１４Ｅ上に位置するように、複数のキャパシタ単位１００３を積層する。その後、正極１の集電体３の一端３Ｄを集電板６Ａにレーザ溶接で接続し、負極２の集電体３の一端３Ｄを集電板６Ｂにレーザ溶接で接続して、キャパシタ素子１００２を作製する。
【００１７】
その後、集電板６Ａ、６Ｂに端子５３Ａ、５３Ｂをそれぞれ接合する。その後、キャパシタ素子１００２と駆動用電解液５１をアルミニウム等の金属よりなるケース５２内に開口部５２Ａから収容し、キャパシタ素子１００２に駆動用電解液５１を含浸させる。駆動用電解液５１として、例えばプロピレンカーボネートに４エチルアンモニウム４フッ化ホウ素を溶解したものを用いた。
【００１８】
次に、ケース５２の開口部５２Ａに封口ゴム５４をはめ込む。端子５３Ａ、５３Ｂは、封口ゴム５４に設けられた貫通孔５４Ａ、５４Ｂを通してケース５２の外部に露出させる。その後、ケース５２の開口部５２Ａの近傍の外周をケース５２の内側に円環状に絞り、かつ金属ケース５２の開口端をカーリング加工することにより開口部５２Ａを封止し、電気二重層キャパシタ１００１が得られる。
【００１９】
実施の形態による電気二重層キャパシタ１００１では、正極１や負極２の特に集電体３がキャパシタ単位１００３の機械的強度を確保し、集電板６Ａ、６Ｂがキャパシタ素子１００２の機械的強度を確保できるので、樹脂層５のセパレータとしての機械的強度は不要になり、絶縁性のみを保証すればよい。
【００２０】
電気二重層キャパシタ１００１では、樹脂層５は分極性電極層４と水素結合によって強固に固定されている。したがって、樹脂層５の材料として用いられる樹脂は分極性電極層４との水素結合が可能であるものを用いる。樹脂層５の材料の樹脂としては、水素結合を行うためにハロゲン元素を化学式上含む樹脂が好ましく、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）の他に、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、アラミド、ポリイミド、ナイロン、変性ＰＰ、変性ＰＥ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）等の樹脂が使用可能である。これらの樹脂は、分極性電極層４と水素結合で大きな結合強度で結合できる。さらに耐熱性の観点から、樹脂層５の材料の樹脂としてＰＢＴ、ＰＥＴ、ＰＰＳ、アラミド、ポリイミド、ナイロン、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥがさらに好ましい。
【００２１】
分極性電極層から独立した部材であるセパレータを備えた従来の電気二重層キャパシタの最低厚みは２５μｍである。セパレータの代わりに樹脂層５を供えた実施の形態による電気二重層キャパシタ１００１の最低厚みは１０μｍ以下にすることができ、薄く小型で大容量の電気二重層キャパシタ１００１が得られる。
【００２２】
上記の方法で様々な厚みＴ１を有する分極性電極層４、１４と様々な厚みＴ２を有する樹脂層５を備えた電気二重層キャパシタ１００１の実施例１〜９と比較例１、２の試料を作製した。これらの試料のキャパシタ素子１００２は、直径１８ｍｍ、長さ５０ｍｍの円筒巻回型セルである。これらの試料における樹脂層５および分極性電極層４の接着度合いを評価し、容量、抵抗を測定した結果を図３Ａと図３Ｂに示す。容量は、試料を１分間で満充電しかつ完全に放電させるような値の定電流を流して定電圧を印加し、充電後に定電流で放電させたときの容量と抵抗を算出した。
【００２３】
樹脂層５および分極性電極層４間の接着度合いは、ＪＩＳ−Ｋ６８５４−１の「接着剤・剥離接着強さ試験方法―第１部：９０度剥離」の規定に準拠して評価した。図３Ａと図３Ｂにおいて、樹脂層５の破壊や分極性電極層４と樹脂層５の間の剥離が見出された試料に「ＮＧ」と記し、剥離が見出された試料に「ＯＫ」と記している。
【００２４】
実施例１〜９の試料の樹脂層５の厚みＴ２の分極性電極層４、１４の厚みＴ２に対する比Ｒ１は０．０３〜２．００の範囲にある。これらの試料では、分極性電極層４、１４と樹脂層５との間に剥離が無く、容量、抵抗ともに良好な値を示している。特に実施例１、２、４、５、８の試料は、従来の電気二重層キャパシタのセパレータの厚み２０μｍより小さい厚み１０μｍの樹脂層５を備える。
【００２５】
なお、セルロースを主原料とする従来の電気二重層キャパシタのセパレータの量産可能な厚みは２５μｍである。繊維状の樹脂層５を分極性電極層４と一体化して支持する実施の形態による二重層キャパシタ１００１では、樹脂層５の厚みを２０μｍ以下にすることができる。
【００２６】
比Ｒ１が２．５０と大きな値である比較例１の試料では、１７Ｎ／ｍの力により樹脂層５内で剥離が起こった。比Ｒ１がこのような大きい値の場合には、樹脂層５自体の強度が小さい。このような樹脂層５はキャパシタ素子を作製するためにキャパシタ単位を巻回する際に樹脂層５が剥離しやすく、正極１と負極２を短絡させる場合がある。樹脂層５を形成する繊維状の樹脂は分極性電極層４に物理的に交絡することにより分極性電極層４と樹脂層５の間の接着力が得られている。樹脂層５の厚みＴ２の分極性電極層４の厚みＴ１に対する比Ｒ１が大きくなるにつれて、樹脂層５の繊維状の樹脂のうち分極性電極層４と交絡できない樹脂が現れ、これにより、樹脂層５自体が分割されると考えられる。
【００２７】
比Ｒ１が０．０１３と小さな値の比較例２の試料では、容量が著しく小さく、抵抗が大きい。この試料の樹脂層５は多くの駆動用電解液を保持することができないので、容量が小さくなり、抵抗が大きくなったと考えられる。
【００２８】
実施の形態による電気二重層キャパシタ１００１では、樹脂層５の繊維状樹脂と分極性電極層４、１４が物理的に互いに交絡することによる物理的な結合力が得られる。さらに、分極性電極層４、１４の面４Ｄ、１４Ｅで主に水酸基やカルボキシル基と樹脂層５の繊維状樹脂の面の主に水酸基やカルボキシル基が水素結合で結合することで化学的な結合力が得られる。樹脂層５と分極性電極層４、１４はこの物理的結合力と化学的結合力とにより強固に接着する。
【００２９】
図４は、実施の形態による他の電気二重層キャパシタ１００４の斜視図である。図４において、図１Ａと図１Ｂに示す電気二重層キャパシタ１００１と同じ部分には同じ参照符号を付し、その説明を省略する。電気二重層キャパシタ１００４は、正極１と負極２を積層して巻回して得られる巻回タイプのキャパシタ素子１００５を備える。正極１と負極２には端子６３Ａ、６３Ｂがそれぞれ接続される。端子６３Ａ、６３Ｂが接続されたキャパシタ素子１００５は駆動用電解液６１と共に金属製のケース６２に収容されている。ケース６２の開口部２は封口ゴム６４で封止されている。封口ゴム６４には貫通孔６４Ａ、６４Ｂが形成されている。端子６３Ａ、６３Ｂは貫通孔６４Ａ、６４Ｂを通ってケース６２の外部に露出する。電気二重層キャパシタ１００４では正極１と負極２の樹脂層５と分極性電極層４、１４が物理的結合力と化学的結合力とにより強固に接着するので、巻回タイプのキャパシタ素子１００５を容易に作製することができる。巻回タイプのキャパシタ素子１００５は積層タイプのキャパシタ素子１００２に比べて高い生産性で安価に作製することができ、大電流で急速に充放電する時に発生する熱を効率的に逃がすことできる。したがって巻回タイプのキャパシタ素子１００５を備えた電気二重層キャパシタ１００４はハイブリッド車やパワーシャベルやクレーンなどの産業用機器等、大電流が流れる機器に用いることができる。
【００３０】
また、実施の形態による電気二重層キャパシタ１００１は低い抵抗と大きな容量を同時に有する。
【００３１】
電気二重層キャパシタ１００１の樹脂層５は経時的な劣化の原因となるバインダを全く含まない。図３Ｂに示す実施例７の試料は厚みＴ２が２５μｍの樹脂層５を備える。すなわち、実施の形態の電気二重層キャパシタ１００１の樹脂層５の厚みＴ２を２０μｍ以上にすることができる。実施例７の試料は、セパレータを備えた従来のキャパシタと比較して、初期の容量と初期の抵抗は同程度であり、容量の経時的な低下や抵抗の経時的な増大が大幅に抑制される。従来のキャパシタのセパレータは形状保持のためにバインダを含んでいる。このバインダは充放電時に分解し、分極性電極近傍に付着して滞留する。これにより、キャパシタの容量の減少と抵抗の増大が引き起こされると考えられる。
【００３２】
実施の形態による電気二重層キャパシタ１００１の樹脂層５はバインダを全く含まないので、バインダに起因する容量の経時的な減少や抵抗の経時的な増大を抑制する。
【００３３】
図５は実施の形態による他のキャパシタ素子１００５の拡大断面図である。図５において図２に示すキャパシタ素子１００２と同じ部分には同じ参照番号を付し、その説明を省略する。図２に示すキャパシタ素子１００２の正極１ならびに負極２において、樹脂層５は分極性電極層４の面４Ｄに結合する。図５に示すキャパシタ素子１００５の正極１や負極２は、分極性電極層１４の面１４Ｅに結合する樹脂層１５をさらに備える。樹脂層１５は樹脂層５と同様の構造を有し、分極性電極層１４の面１４Ｅに結合する。樹脂層５、１５は図１Ａ、図１Ｂに示すキャパシタ素子１００２において互いに重なり合っている。樹脂層５は、分極性電極層４を介して集電体３の面３Ａに対向する。樹脂層１５は、分極性電極層１４を介して集電体３の面３Ｂに対向する。
【００３４】
図５に示すキャパシタ素子１００５において、樹脂層５、１５は強い耐酸性を有する樹脂により構成されていてもよい。強い耐酸性により正極１の劣化を抑制することができる。強い耐酸性を有する樹脂としては、ＰＥ、ＰＰ、ＰＶＤＦ、ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＰＰＳ、アラミド、変性ＰＰ、変性ＰＥ等を用いることができ、好ましくは、ＰＰ、変性ＰＰを用い、更に好ましくは、ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＰＰＳ、アラミドを用いてもよく、これにより耐熱性を高めることができる。
【００３５】
なお、変性ＰＰ、変性ＰＥは、通常のＰＰ、ＰＥよりも耐酸性や耐アルカリ性、更には耐熱性を高めたものであればよく、酸変性ＰＰ、酸変性ＰＥを用いる。酸変性は具体的には、カルボン酸変性、マレイン酸変性が挙げられ、好ましくはカルボン酸変性である。
【００３６】
また、図５に示すキャパシタ素子１００５において、樹脂層５、１５は強い耐アルカリ性を有する樹脂により構成されていてもよい。強い耐アルカリ性により負極２の劣化を抑制することができる。強い耐アルカリ性を有する樹脂として、セルロース系樹脂、ＰＰ、ＰＢＴ、ＰＰＳ、ポリアミド、アラミドを用いることができ、より好ましくはセルロース系樹脂、ＰＰ、ＰＢＴ、ＰＰＳ等を用いる。
【００３７】
また、図５に示すキャパシタ素子１００５において、樹脂層５は強い耐酸性を有する樹脂で構成し、樹脂層１５は強い耐アルカリ性を有する樹脂で構成してもよい。キャパシタ単位１００３やキャパシタ素子１００２では樹脂層５と樹脂層１５は接触している。これにより、強い耐酸性ならびに強い耐アルカリ性の両方を有し、図５に示す電極を正極１と負極２のいずれにも用いることができる。同様に、樹脂層１５は強い耐酸性を有する樹脂で構成し、樹脂層５は強い耐アルカリ性を有する樹脂で構成してもよい。
【００３８】
また、樹脂層５、１５を強い耐酸性を有する樹脂と強い耐アルカリ性を有する樹脂を混合した材料で形成してもよい。
【００３９】
また、樹脂層５を構成する樹脂の融点以上の温度で正極１ならびに負極２を加熱してもよい。これにより、樹脂層５の一部が溶融して分極性電極層４の面４Ｄから分極性電極層４の内部へ入り込むので、樹脂層５と分極性電極層４の結合強度をより高めることができる。樹脂層５の溶融した部分は、集電体３の分極性電極層４から露出している部分３Ｅと接触して融着されてもよく、これにより、樹脂層５を集電体３と高い強度で固定することができ、分極性電極層４にさらに強固に固定することができる。
【００４０】
電気二重増キャパシタ１００１では、正極１に接合された集電板６Ａならびに負極２に接合された集電板６Ｂに端子５３Ａ、５３Ｂが接合されている。端子５３Ａ、５３Ｂは、正極１と負極２の集電体３の一端３Ｄにそれぞれ直接接合してもよい。
【００４１】
図６Ａは実施の形態によるさらに他のキャパシタ素子１００６の拡大断面図である。図６Ａにおいて、図５に示すキャパシタ素子１００５と同じ部分には同じ参照番号を付し、その説明を省略する。キャパシタ素子１００６では、分極性電極層４、１４が設けられておらずに分極性電極層４、１４から露出する集電体３の部分３Ｅに、面３Ａ、３Ｂに繋がる貫通孔８Ａが形成されている。分極性電極層４の面４Ｄに結合する樹脂層５は、貫通孔８Ａを通って延び、分極性電極層１４に結合してかつ樹脂層１５に連結する部分９を有する。これによって、樹脂層５と分極性電極層４との接触する面積を増大させることができ、樹脂層５、１５を分極性電極層４、１４にさらに強固に固定することが可能となる。
【００４２】
図６Ｂは実施の形態によるさらに他のキャパシタ素子１００７の拡大断面図である。図６Ｂにおいて、図２に示すキャパシタ素子１００２と同じ部分には同じ参照番号を付し、その説明を省略する。キャパシタ素子１００７では、分極性電極層４、１４に間において面３Ａ、３Ｂに繋がる貫通孔８Ｂが集電体３に形成されている。分極性電極層４上に樹脂層５を形成するために樹脂を分極性電極層４の面４Ｄに吹き付ける時に、集電体３の面３Ｂから貫通孔８Ｂを通して空気を吸引する。これにより、樹脂層５を形成する樹脂が分極性電極層４に入り、貫通孔８Ｂを通って分極性電極層１４に至る。これにより、樹脂層５と同じ材料による極細い繊維状の樹脂繊維９Ｂが形成され、樹脂繊維９Ｂは分極性電極層４内に設けられ、貫通孔８Ｂを通して分極性電極層１４内に至る。樹脂繊維９Ｂにより、樹脂層５を分極性電極層４の面４Ｄにより強く結合させることができ、正極１と負極２の短絡をより確実に防止することができる。
【００４３】
図７は図１に示すキャパシタ素子１００２の方向１００２Ｃから見た平面図である。正極１の集電体３の部分３Ｅには２つの貫通孔１２Ａが形成されている。負極２の集電体３の部分３Ｅには２つの貫通孔１３Ａが形成されている。２つの貫通孔１２Ａの間隔と２つの貫通孔１３Ａの間隔とは異なる。
【００４４】
それぞれ正極１と負極２とを積層して形成される複数のキャパシタ単位１００３を積層してキャパシタ素子１００２を形成する。貫通孔１２Ａ、１３Ａを位置あわせすることにより、正極１と負極２の集電体３を高精度に集電板６Ａ、６Ｂにレーザ溶接で接続することができる。
【００４５】
なお、図６Ａに示すキャパシタ素子１００６では、集電体３に形成されている貫通孔８Ａを貫通孔１２Ａ、１３Ａとして位置決めに用いてもよい。また、図６Ｂに示すキャパシタ素子１００７では、集電体３に形成されている貫通孔８Ａを貫通孔１２Ａ、１３Ａとして位置決めに用いてもよい。
【００４６】
なお、貫通孔１２Ａ、１３Ａは楕円形であるが、円形であってもよい。貫通孔１２Ａ、１３Ａが楕円形の場合は、正極１や負極２の回転を防止することができる。また、２つの貫通孔１２Ａの間隔と２つの貫通孔１３Ａと間隔は同じでも異なっていてもよい、これらの間隔が異なることにより、正極１や負極２の回転を防止することができる。
【００４７】
図８は実施の形態によるさらに他のキャパシタ素子２００１の断面図である。図８において、図１Ａに示すキャパシタ素子１００２と異なる部分には同じ参照符号を付して、その説明を省略する。キャパシタ素子２００１は、互いに接続された複数のキャパシタサ素子１００２（１００４、１００５、１００６、１００７）を有する。キャパシタ素子２００２において、複数のキャパシタ素子１００２（１００４、１００５、１００６、１００７）は直列に接続されているが、並列等の他の方法で接続されていてもよい。
【００４８】
実施の形態における電気二重層キャパシタ１００１は、集電体と、集電体の面に設けられた炭素系材料と炭素系材料内に収蔵されたリチウムイオンとを有するキャパシタにも適用できる。この場合、炭素系材料内へリチウムイオンを吸蔵させる工程（プレドープ工程）を要する。その工程で負極の分極性電極層の面に直接リチウム源を配置する場合は、負極の分極性電極層の面へは樹脂層を設けることはできないが、正極の分極性電極層の面に樹脂層を設けることができ、同様の効果を有する。
【００４９】
炭素系材料内に吸蔵、脱離するイオンとしてリチウムイオンの他に、ナトリウムイオン、カリウムイオンなどのアルカリ金属、アルカリ土類金属やフラーレンなどに吸蔵脱離可能なランタンイオンなどの希土類を用いたキャパシタにおいても同様の効果を有する。
【００５０】
また、炭素材料内にカチオンでなくアニオンが吸蔵脱離する場合は、吸蔵脱離が生じる側の極と反対の極の電極層上に樹脂層を設けることにより、プレドープ工程を短時間で完了させつつ、セル抵抗低減とセル容量増大という同様の効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明によるキャパシタは薄く小型にすることができ、特に、ハイブリッド自動車や燃料電池車のバックアップ電源や回生用キャパシタに有用である。
【符号の説明】
【００５２】
３    集電体（第１の集電体、第２の集電体）
３Ｄ    集電体の一端
４    電極層（第１の電極層）
５    樹脂層（第１の樹脂層）
８Ａ    貫通孔
１４    電極層（第２の電極部）
１５    樹脂層（第２の樹脂層）
５１    駆動用電解液
５２    ケース
５３Ａ    端子（第１の端子）
５３Ｂ    端子（第２の端子）
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と、前記第１面の反対側の第２面とを有して、金属箔からなる第１の集電体と、
前記第１の集電体の前記第１面に設けられて、炭素系材料を主に含有する第１の電極層と、
前記第１の電極層上に設けられた樹脂層と、
前記樹脂層上に設けられて、炭素系材料を主に含有する第２の電極部と、
前記第２の電極層上に位置する第１面と、前記第１面の反対側の第２面とを有して、金属箔からなる第２の集電体と、
前記第１の集電体と前記第１の電極層と前記樹脂層と前記第２の電極部と前記第２の集電体とを収容するケースと、
前記ケースに収容された駆動用電解液と、
を備え、
前記樹脂層は、樹脂よりなりかつ互いに不規則に結合する繊維を有する不織布状であり、
前記樹脂層の前記繊維は前記第１の電極層に交絡する、キャパシタ。
【請求項２】
前記樹脂層の厚みの前記第１の電極層の厚みに対する比は０．０３〜２．００の範囲にある、請求項１記載のキャパシタ。
【請求項３】
前記第１の集電体の前記第１面は前記第１の電極層から露出する部分を有し、
前記第２の集電体の前記第１面は前記第２の電極層から露出する部分を有する、請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項４】
前記第１の集電体の前記部分は前記第１の集電体の一端を含み、
前記第２の集電体の前記部分は前記第２の集電体の一端を含む、請求項３に記載のキャパシタ。
【請求項５】
前記第１の集電体の前記一端に接続された第１の端子と、
前記第２の集電体の前記一端に接続された第２の端子と、
をさらに備えた、請求項４に記載のキャパシタ。
【請求項６】
前記第１の集電体の前記部分には前記第１の集電体の前記第１面と前記第２面に繋がる貫通孔が形成されており、
前記第２の集電体の前記部分には前記第２の集電体の前記第１面と前記第２面に繋がる貫通孔が形成されている、請求項３に記載のキャパシタ。
【請求項７】
前記樹脂層は前記第１の集電体の前記部分に融着している、請求項３に記載のキャパシタ。
【請求項８】
前記樹脂層は前記樹脂の融点以上の温度で熱処理されている、請求項７に記載のキャパシタ。
【請求項９】
前記樹脂層は前記樹脂の融点以上の温度で熱処理されている、請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項１０】
前記第１の集電体には、前記第１の集電体の前記第１面と前記第１の集電体の前記第２面とに繋がる貫通孔が形成されており、
前記樹脂層は前記貫通孔を貫通するように延びている、請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項１１】
前記樹脂層の前記樹脂は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、アラミド、ポリイミド、ナイロン、変性ポリプロピレン、変性ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフロロエチレンのいずれか１つである、請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項１２】
前記樹脂層は耐酸性を有する、請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項１３】
前記樹脂層は耐アルカリ性を有する、請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項１４】
前記樹脂層は、
前記第１の電極層を介して前記第１の集電体の前記第１面に対向する耐酸性を有する第１の樹脂層と、
前記第２の電極層を介して前記第２の集電体の前記第１面に対向する耐アルカリ性を有する第２の樹脂層と、
を有する、請求項１に記載のキャパシタ。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１Ａ】
2008152788.tif 000014
【図１Ｂ】
2008152788.tif 000015
【図２】
2008152788.tif 000016
【図３Ａ】
2008152788.tif 000017
【図３Ｂ】
2008152788.tif 000018
【図４】
2008152788.tif 000019
【図５】
2008152788.tif 000020
【図６Ａ】
2008152788.tif 000021
【図６Ｂ】
2008152788.tif 000022
【図７】
2008152788.tif 000023
【図８】
2008152788.tif 000024
【国際調査報告】
2008152788.tif 000025
2008152788.tif 000026
2008152788.tif 000027