(57)【要約】【課題】分極電極の両端にセパレータを配置し、更に集電板及びエンドプレートを介して一体的に締め付けて構成される電気二重層キャパシタはセパレータに対して余裕を持って配置しているため、静電容量が犠牲となっていた。【解決手段】アルミ箔の同一面にシート電極を一対対向配置とし、この対向面に間隔δを設けて分極電極を構成する。また、この分極電極とセパレータを積層した積層体側面に集電板を配置し、この集電板とエンドプレート間に多孔性シートとパッキンとを介在させたことを特徴としたものである。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミ箔にシート上の活性炭電極を配置して構成した分極電極を有する電気二重層キャパシタにおいて、
前記シート電極はロール巻き状態より所定寸法幅で切断し、切断されたロール巻き状態よりさらに切り出してシート電極とし、このシート電極のロール巻き取り方向と同軸方向をｙ軸、所定寸法幅方向をｘ軸としたとき、シート電極サイズを電解液含浸前のｙ軸方向サイズに対してα、ｘ軸方向サイズに対してβ分大きく設定し、且つα、βはα＜βの関係としたことを特徴とした電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項２】
前記アルミ箔の同一表面に積層されるシート電極は対向配置した１対の分割電極とし、この対向面側はｙ軸方向とし、電解液含浸前のｘ軸方向に間隔δを設けたことを特徴とした請求項１記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項３】
前記エンドプレートと集電板間に、多孔性シートとパッキンとを介在させたことを特徴とした請求項２記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項４】
アルミ箔とシート電極を有する分極電極の両端にセパレータを配置し、更に集電板及びエンドプレートを介して一体的に締め付けて構成される電気二重層キャパシタにおいて、
前記分極電極とセパレータを積層した積層体側面に集電板を配置し、この集電板とエンドプレート間に多孔性シートとパッキンとを介在させたことを特徴とした電気二重層キャパシタ。
【請求項５】
前記シート電極は、アルミ箔同一面に一対対向配置とし、この対向面に間隔δを設けたことを特徴とした請求項４記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項６】
前記多孔性シートは、ポリオレフィン系の多孔性シートであることを特徴とした請求項４又は５記載の電気二重層キャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気二重層キャパシタ係り、特にキャパシタに占める電極面積割合を大にするようにした電気二重層キャパシタとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタ(以下単にキャパシタという)には、一対の電極の間に電解質が満たされている。充電時には電解質中の陽イオンが負極性電極に、陰イオンが陽極性電極に移動して電極／電解質界面に形成する電気二重層に蓄積することを原理としている。
このキヤパシタは、鉛蓄電池やニッケル水素電池、リチウム電池などの二次電池と比較して高出力時において安定した特性を有し、繰り返して使用しても劣化が極めて少ない等の利点を有することから各分野に使用されている。
キヤパシタを構成する材料としては、有機系電解液、分極性電極、及びセパレータと封止構造材料よりなって、単セル当たりの電圧が２．３Ｖ〜２．７Ｖとなる範囲で使用される。このいくつかのセルを多数積層して直列接続化したユニットとしている。
【０００３】
図３は積層キャパシタユニットの基本構成図で、セパレータ４と分極電極５及びゴムパッキン３を積み重ね、その積層体の両端にそれぞれ集電板２を介してエンドプレート１を配置してバイポーラ形の積層キャパシタユニットを構成している。なお、分極電極は、集電極となるアルミ箔上にシート状に形成された活性炭電極（以下シート電極という）を配置して構成したもので、その分極電極をセパレータ４で挟みアルミ箔間にゴムパッキン３が配設される。
キャパシタは高エネルギー密度化のため、活性炭、バインダ、及び導電性助剤からなるシート電極を用いることがある。このシート電極を用いたキャパシタは、電極、セパレータ、セル間のパッキン等の構造物を積層した後に電解液を注入する方式で製作される。その際、シート電極は密度が高いため、電極の面積が大きい場合にはシート電極を複数個に分割し、電解液が浸透しやすくなるような工夫がとられている。
また、シート電極は電解液を含浸すると膨潤し、セパレータからはみ出す虞れを有しているため、キャパシタとして組み立てるときにはセパレータからはみ出さないよう電極面積を小さくしている。
【０００４】
なお、電気二重層キャパシタとしては特許文献１等が公知となっている。この特許文献のものは、気密性を有する導電層と分極電極部とが一体となっている電極をセパレータを介して対向して配置し、これに電解液を含浸して外周部にシーリング層を配置することで導電層を介して漏れてくる電解液を防止したものである。
【特許文献１】特開平５−３２６３２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来においては、キャパシタに占める電極の面積割合が不明であったことにより、セパレータに対して余裕をもって電極を小さくしている。そのため、静電容量と内部抵抗が犠牲となっていた。また、シート電極は高密度であるため静電容量は高くなるが、その反面内部抵抗も大きくなり、出力できる電力量が減少する問題を有している。
また、電極面積が大きくなることからシート電極を複数個に分割し、電解液が浸透しやすく構成すると、分割に伴ってシート電極面積が減少し、この減少により静電容量が減り、内部抵抗が大きくなる。さらには、シート電極が膨潤すると、セパレータからはみ出して短絡を起こす虞があり、この電極同士の短絡を防ぐためにシート電極の膨潤を見越して電極面積を小さくすると静電容量が減って内部抵抗が大きくなるという相反した性質を有している。
逆に、分割したシート電極間の距離を短くしすぎると電解液を含浸させたときにシート電極が膨潤することによって電極同士が重なり合い、その結果静電容量が減少して内部抵抗が大きくなる問題点を有している。
【０００６】
本発明が目的とするところは、電極の実効面積を増やすことを可能としたキャパシタとその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１は、アルミ箔にシート状の活性炭電極を配置して構成した分極電極を有する電気二重層キャパシタにおいて、
前記シート電極はロール巻き状態より所定寸法幅で切断し、切断されたロール巻き状態よりさらに切り出してシート電極とし、このシート電極のロール巻き取り方向と同軸方向をｙ軸、所定寸法幅方向をｘ軸としたとき、シート電極サイズを電解液含浸前のｙ軸方向サイズに対してα、ｘ軸方向サイズに対してβ分大きく設定し、且つα、βはα＜βの関係としたことを特徴としたものである。
本発明の第２は、前記アルミ箔の同一表面に積層されるシート電極は対向配置した１対の分割電極とし、この対向面側はｙ軸方向とし、電解液含浸前のｘ軸方向に間隔δを設けたことを特徴としたものである。
本発明の第３は、前記エンドプレートと集電板間に、多孔性シートとパッキンとを介在させたことを特徴としたものである。
本発明の第４は、アルミ箔とシート電極を有する分極電極の両端にセパレータを配置し、更に集電板及びエンドプレートを介して一体的に締め付けて構成される電気二重層キャパシタにおいて、
前記分極電極とセパレータを積層した積層体側面に集電板を配置し、この集電板とエンドプレート間に多孔性シートとパッキンとを介在させたことを特徴としたものである。
本発明の第５は、前記シート電極は、アルミ箔同一面に一対対向配置とし、この対向面に間隔δを設けたことを特徴としたものである。
本発明の第６は、前記多孔性シートは、ポリオレフィン系の多孔性シートであることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００８】
以上のとおり、本発明によれば、キャパシタ内部のシート電極の電解液含浸後の伸び率が明確となったことにより、キャパシタユニット内の電極面積割合の設定が正確となり、内部抵抗を増やすことなく電極の実効面積を増大させることが可能となって静電容量の増加を図ることができる。また、電極の電解液による膨潤によってセパレータからのはみ出し現象が防止され、設計通りの最大電極面積を維持することができるものである。  
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明を、図３で示すような積層形キャパシタユニットに適用した場合の実施例について説明する。使用した電解液は、トリエチルメチルアンモニウムテトラフロロボレート（ＴＥＭＡＢＦ４）のプロピレンカーボネート（ＰＣ）溶液とした。活性炭、バインダ、及び導電性助剤からなるシート電極は、図４（ａ）で示すように圧延によって形成され、張力をかけて巻き取られてシートロール状とされ、その後に所定幅のスリットが形成される。これを図４（ｂ）のようにカットし、さらに同図（ｃ）のように長方形状に切断してシート電極単体５ｂを形成して、このシート電極単体を過熱真空乾燥し、アルミ箔５ａの表裏に配置した後に図３のようなユニット構成にした。その後、電解液を含浸させ、シート電極単体５ｂの縦と横の伸び量を測定したところ、図４で示すロール巻取り方向よりもロールをスリットしたときの幅方向が大きく膨潤していることが判明した。図５はその状況を示したものである。（ａ）図は電解液含浸前、（ｂ）図は電解液含浸後で、図４におけるロール巻き取り方向と同軸方向のシート電極の軸をｙ軸、スリット形成方向（すなわち、ロール幅方向）をｘ軸としたときの電解液含浸前後の伸び量を比較すると、ｙ軸方向は２％程度の膨潤であったのに対してｘ軸方向は５％程度となっており、ｙ軸方向よりもｘ軸方向が大きく膨潤していることが判明した。本発明は、この結果を踏まえてなされたもので、セパレータに対して伸び量の大なシート電極のｘ軸方向の寸法を特に考慮して配置したものである。
【実施例１】
【００１０】
図３におけるセパレータ４の大きさを、シート電極の伸び量から算出して決める。すなわち、電解液を含浸させたシート電極の伸び量から計算して求めた電極サイズよりも、シート電極の巻き取り方向と同軸方向をαとし、シート電極のスリット幅と同軸の方向をβとしたとき、α＜βとなるような大きさにする。この場合は、設計された静電容量からセパレータサイズを設定したもので、これとは逆にセパレータ４の大きさに合わせてシート電極５ｂのサイズを上記と同様の方法で設定してもよいことは勿論である。
【００１１】
この実施例によれば、積層バイポーラ形キャパシタの内部に電解液を含浸したときの実電極の変動が判明したことによって、使用状態時のユニット内に占める電極の面積割合を正確に決めることが可能となり、電極が電解液で膨潤してもセパレータからはみ出さない最大電極面積とすることができた。これにより、内部抵抗を大きくすることなく静電容量を高めることが可能となる。
【実施例２】
【００１２】
図１は、シート電極を分割配置する場合の実施例を示したものである。同図（ａ）は電解液含浸前の積層時の状態を示したもので、アルミ箔５ａ上に２枚のシート電極５ｂが配置されて分極電極５が構成される。その際におけるシート電極５ｂの配置位置は、セパレータ４の外周から所定位置寸法γ、例えばγ＝1ｍｍ程度ずつ内側にその側面が位置するようシート電極５ｂを積層配置し、且つこの２枚のシート電極５ｂ間の隙間は、電極の幅方向伸び量の５％を考慮したδ（例えばδ＝2ｍｍ程度）幅とする。すなわち、２枚のシート電極は、それぞれの伸び方向を中央方向にして間隔δが形成される。
図１（ｂ）は電解液含浸後の使用状態時を示したもので、電極間の幅δがδ‘と大幅に縮小はされているが、シート電極間の重なり現象等は発生していない。
したがって、この実施例によれば、シート電極を分割した場合においても、重なりやはみ出しが発生しないので、電極面積を減少させることなく所定の静電容量のもが得られ、しかも、電極が電解液によって膨潤しても、電極中央部のシート電極間ガス抜き用の僅かな隙間が形成される。
【実施例３】
【００１３】
図２は他の実施例を示したものである。１０は積層体で、この積層体はゴムパッキン３、セパレータ４、及び分極電極５を所定枚数積層してなるもので、端子１１を有している。７はエンドプレート１と集電板２間に挿入されるパッキン、８は多孔性シートで、キャパシタを構成するシート電極、アルミ箔、セパレータを複合した弾性率よりも小さい弾性率を有する例えばポリオレフィン系のものが使用される。
本実施例においては、積層バイポーラ形キャパシタの組み立て時において、エンドプレート１の締め付け時にエンドプレートに撓みを発生させ、しかも、締め付け量の６５％〜７０％程度となったときにその撓み量を増やすようにする。そのために、キャパシタユニット中央部の厚さが数ミリ（例えば２〜３ｍｍ程度）厚くなるようエンドプレートの弾性限界を超えない程度に締め付ける。
エンドプレート１に撓みを発生させるような締め付けを実行すると、エンドプレートの撓みによってキャパシタユニット中央部の加圧力が減少してしまう。これを防止するために介在させたものが多孔性シート８であり、シート電極、アルミ箔、セパレータを複合した弾性率よりも小さい弾性率を有するものが選定される。
また、この多孔性シート８を介在させると、更なる撓み現象がエンドプレート１に発生するが、この不都合はキャパシタの集電板２とエンドプレート１との間にパッキン７を配置することで防止している。したがって、多孔性シート８の厚さはパッキンの厚さと同等か若しくは数百μｍ厚くなるよう設定される。
【００１４】
この実施例によれば、キャパシタユニットの締め付け部分の厚さを、キャバシタユニット中央部より小さくすることでシート電極への加圧力をユニット外周部に集中させ、シート電極がユニット中央方向へ伸びるようにしたものである。これによって、図１のようにキャパシタユニット内での電極の実効面積を増やすことが可能となり、その結果、内部抵抗を５％程度低減できることが確認できた。また、多孔性シートを用いることによりユニット中央部分にかかる加圧力の低減を防ぐことができ、構成するセル間の特性バランスを揃えることが可能となる。更には、エンドプレートと集電板間にパッキンを介在させたことにより、加圧力を負担するエンドプレートへの曲げ応力を軽減することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例を示す分極電極の構成図。
【図２】本発明の実施例を示すキャパシタユニット構成図。
【図３】キャパシタユニットの基本構成図。
【図４】シート電極の切り出し説明図で、（ａ）はロール状態図、（ｂ）はシートカット状態図、（ｃ）シート電極状態図。
【図５】シート電極の伸び量説明図。
【符号の説明】
【００１６】
１…エンドプレート
２…集電板  
３…ゴムパッキン  
４…セパレータ  
５…分極電極  
７…パッキン  
８…多孔性シート  
１０…積層体  
１１…端子  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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