(57)【要約】【課題】チップ型電気二重層キャパシタセル内に存在する空隙を減らすことにより、セル内の空気を減らし、リフロー時の空気の膨張に由来するセル内圧の上昇を防ぎ、破裂または液漏れを根本的な方法で防ぐことのできるチップ型電気二重層キャパシタを提供する。【解決手段】チップ型電気二重層キャパシタセルの空隙を減らす手段を備えてなるチップ型電気二重層キャパシタである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気二重層キャパシタセルの空隙を減らす手段を備えてなるチップ型電気二重層キャパシタ。
【請求項２】
前記手段が、円筒捲回体の外装を捲回する絶縁シートである請求項１記載のチップ型電気二重層キャパシタ。
【請求項３】
前記円筒捲回体が、
電極と、セパレータと、絶縁シートとを捲回し、さらにタブリードが接続されてなる円筒捲回体である請求項２記載のチップ型電気二重層キャパシタ。
【請求項４】
前記絶縁シートが、絶縁紙または含フッ素重合体である請求項２または３記載のチップ型電気二重層キャパシタ。
【請求項５】
前記含フッ素重合体が、ポリテトラフルオロエチレンである請求項４記載のチップ型電気二重層キャパシタ。
【請求項６】
前記手段が、前記チップ型電気二重層キャパシタセルの内壁に設けられた含フッ素系重合体からなる支持体である請求項１記載のチップ型電気二重層キャパシタ。
【請求項７】
前記含フッ素系重合体が、ポリテトラフルオロエチレンである請求項５記載のチップ型電気二重層キャパシタ。
【請求項８】
チップ型電気二重層キャパシタの厚さが３ｍｍ以下である請求項１〜７のいずれか１項に記載のチップ型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、チップ型電気二重層キャパシタに関する。さらに詳しくは、リフロー試験を満足するキャパシタセル構造を有するチップ型電気二重層キャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタ（以下、単にＥＤＬＣという場合がある）は、電気二重層と呼ばれる固体と液体との界面に正負の電荷が蓄えられることを利用したエネルギー蓄積・供給デバイスであり、電気容量が大きく、充放電寿命が長く、環境負荷物質を使用していない、などの点からたとえばカーナビゲーションシステム、ＤＶＤレコーダーなどのメモリーバックアップに使用されている。また、近年の電子機器の小型化・高機能化に伴い、プリント回路基盤の高密度化が進んでいる。そのため、必然的に小型化されたチップ型ＥＤＬＣ（厚さ約５ｍｍ程度）の需要が高まっている。一般に、チップ型ＥＤＬＣとしては、筐体である扁平形状の金属製セル（電気二重層キャパシタセル）に、電極（集電体、導電層、活性炭層を含むものを電極と称する）と、セパレータと、絶縁紙とからなる電極を捲回し、電極引き出し用のタブリードを接続して電極体を調製したのち、前記電気二重層キャパシタセルに収納し、前記活性炭層に電解液を添加し、ゴムパッキンで封止した構成を有するものがある。かかるＥＤＬＣは、電気二重層キャパシタセルの内壁と電極体との間などに空隙を有する。
【０００３】
チップ型ＥＤＬＣは、リフローはんだによる表面実装タイプとする要請がある。また、近年環境負荷低減の観点から、融点の高い無鉛はんだを使用する例が増え、その結果、実装時のセル内部の温度が高くなる傾向がある。その結果、内部に存在する電解液が蒸発し、電解液が減少するとともに、セル内の蒸気圧上昇が起こる。さらに、前記セル内の空隙に存在する空気が膨張することにより、セル内圧が上昇することで、セル外装の耐圧を超過し、リフロー時に破裂または液漏れを生じるという問題がある。かかる問題は、リフロー時に内部が高温に曝される時間が長くなることから生じる。その機序としては、以下のとおり推認される。すなわち、セル内部に占める角型捲回体の割合が約５０％であり、その結果、残りの約５０％は空隙となる。ここで、一般的にセル内部の圧力が約２気圧を超えると破裂または液漏を生じる傾向があるところ、リフロー時に２６５℃に達するとすると、内部に存在する電解液の２６５℃における蒸気圧は約１．３気圧、空隙に存在する空気の圧力上昇は１．８気圧であり、セル内部の圧力は合計３．１気圧となり、結果、破裂または液漏れが生じることとなる。
【０００４】
かかる問題を解決するために、セルの構造を強固にして電気二重層キャパシタセルの耐圧を１．５倍以上上昇させるとともに、電解液の沸点を上昇させる（希硫酸水溶液にかかる圧力を上昇させる）ことにより破裂、液漏れを防止することを意図した製品がある。かかる製品は、セル外装としてポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を採用し、補強板としてステンレス鋼（ＳＵＳ）を使用している。すなわち、内圧上昇に耐えうるよう外装を補強したものである。
【０００５】
また、特許文献１には、ケースと、ケースに嵌入されるキャップ部とからなるコイン型のＥＤＬＣにおいて、高温で電圧を長時間印加した場合にキャップ部から液漏れが発生しないように、キャップの側面の一部に傾斜が設けられてなる電気二重層キャパシタが提案されている。かかる電気二重層キャパシタによれば、ケースに嵌入した状態では、キャップに応力が負荷されるので、パッキンとしての機能が経時変化により低下する度合いを、従来に比較して極めて小さくすることができるとの効果を奏する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１５１８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記従来製品における解決方法や特許文献１に記載の解決方法とは異なり、電気二重層キャパシタセル内に存在する空隙を実質的に無くすことにより、セル内の空気を実質的に無くすとともに、空隙を埋めるために必要とされる電解液の量を減らし、リフロー時の空気の膨張に由来するセル内圧の上昇を防ぎ、従来の一般的な耐圧強度を有する電気二重層キャパシタセルを使用した場合においても破裂または液漏れを防ぐことのできる電気二重層キャパシタを新たに提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち本発明のチップ型電気二重層キャパシタは、電気二重層キャパシタセルの空隙を減らす手段を備えてなる。
【０００９】
前記手段が、円筒捲回体の外装を捲回する絶縁シートであることが好ましい。
【００１０】
前記円筒捲回体が、電極と、セパレータと、絶縁シートとを捲回し、さらにタブリードが接続されてなる円筒捲回体であることが好ましい。
【００１１】
前記絶縁シートが、絶縁紙または含フッ素重合体であることが好ましい。
【００１２】
前記手段が、前記チップ型電気二重層キャパシタセルの内壁に設けられた含フッ素系重合体からなる支持体であることが好ましい。
【００１３】
前記含フッ素系重合体が、ポリテトラフルオロエチレンであることが好ましい。
【００１４】
前記チップ型電気二重層キャパシタの厚さが３ｍｍ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電気二重層キャパシタセル内に存在する空隙を実質的に無くすことにより、セル内の空気を実質的に無くすとともに、空隙を埋めるために必要とされる電解液の量を減らし、リフロー時の空気の膨張に由来するセル内圧の上昇を防ぎ、従来の一般的な耐圧強度を有する電気二重層キャパシタセルを使用した場合においても破裂または液漏れを防ぐことのできる電気二重層キャパシタを新たに提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態（実施の形態１）にかかるチップ型電気二重層キャパシタの一実施態様における電極体の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態（実施の形態１）にかかるチップ型電気二重層キャパシタの一実施態様における電極体を説明するための説明図である。
【図３】本発明の一実施形態（実施の形態２）にかかるチップ型電気二重層キャパシタの一実施態様における電極体の断面図である。
【図４】本発明の一実施形態（実施の形態２）にかかるチップ型電気二重層キャパシタの一実施態様における電極体を説明するための説明図である。
【図５】本発明の一実施形態（実施の形態３）にかかるチップ型電気二重層キャパシタの一実施態様におけるチップ型電気二重層キャパシタセルの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明のチップ型電気二重層キャパシタは、チップ型電気二重層キャパシタセルの空隙を減らす手段を備えてなる。前記手段としては、角型捲回体の外装を絶縁シートで捲回することができる。絶縁シートとしては、電気絶縁性を有するものであれば特に限定されず、木材クラフト系（セルロース系）の絶縁紙、非木材繊維系の絶縁紙を使用することができる。たとえばニッポン高度紙工業株式会社製の絶縁紙ＰＥ４−１５（厚さ１５μｍ、中心密度域０．７５〜０．８５ｇ／ｃｍ3）や、電気絶縁性を有する含フッ素重合体を用いることができる。電気絶縁性を有する含フッ素重合体としては特に限定されない。その中でも、ポリテトラフルオロエチレン（以下、単にＰＴＦＥという場合がある。また、変性ＰＴＦＥも含む）が、高い絶縁性および大きな比表面積、柔軟性に優れる点から好適に使用される。ＰＴＦＥは、シート状に成形し、角型捲回体の周囲を捲回する。
【００１８】
実施の形態１
図１に示されるように、本実施の形態のチップ型電気二重層キャパシタ１では、電気二重層キャパシタセル２の空隙を無くす手段として、円筒捲回体３の外装がＰＴＦＥからなる絶縁シート４で捲回されてなる。図２（ａ）に示されるように、前記円筒捲回体３は、捲回される前の状態において、集電体と導電層と活性炭層とからなる電極３ａおよび電極３ｂと、セパレータ３ｃと、絶縁紙３ｄとが積層された積層体５を構成し、電極３ａおよび電極３ｂにはタブリード３ｅが接続されてなる。該積層体５は、図２（ｂ）に示されるように、角型捲回体３を形成するよう捲回されてなる。電極３ａ、電極３ｂ、セパレータ３ｃおよび絶縁紙３ｄのそれぞれの厚さは特に限定されないが、たとえば約８０μｍ〜約１１０μｍ、約８０μｍ〜約１１０μｍ、約２５μｍ〜約４５μｍおよび約１０μｍ〜約４５μｍであり、本実施の形態では、約１００μｍ、約１００μｍ、約２５μｍおよび約１５μｍである。本実施の形態において、チップ型電気二重層キャパシタの厚さ（接地面に対する垂直高さを厚さという）は約３ｍｍ以下である。
【００１９】
図２（ｂ）に示されるように、角型捲回体３の端部に位置する絶縁紙３ｄには、ＰＴＦＥからなる絶縁シート４によりさらに捲回されてなり、図２（ｃ）に示されるように、該絶縁シート４は円筒捲回体３の外装を捲回されてなる。絶縁シート４の厚さは特に限定されないが、たとえば約９０μｍ〜約１５０μｍであり、本実施の形態では、約９０μｍである。外装が捲回された角型捲回体３の直径としては特に限定されず、収納する電気二重層キャパシタセル２の大きさに合わせて、収納された状態で空隙を無くすように捲回されればよい。
【００２０】
この角型捲回体３は、電気二重層キャパシタセル２に収納される際には扁平上に変形され、縦横の空隙が実質的に無くなるよう収納される。
【００２１】
本実施の形態によれば、電気二重層キャパシタセル２に角型捲回体３が収納した後に電解液が電極３ａおよび電極３ｂに添加され、かかる電解液により電極３ａおよび電極３ｂの活性炭層に存在する空気は排出され、かつ、角型捲回体３の外装に捲回されたＰＴＦＥからなる絶縁シート４に存在する空隙にも該電解液が移動する結果、ＰＴＦＥからなる絶縁シート４の空隙に存在する空気も排出されることとなる。その結果、ＰＴＦＥからなる絶縁シート４により外装が捲回されてなる円筒捲回体３を電気二重層キャパシタセル２に収納させた状態において、電気二重層キャパシタセル２内部の空隙は実質的に０％となる。この場合、リフロー時に２６５℃に達するとすると、電気二重層キャパシタセル内部の圧力は２６５℃における電解液のみの蒸気圧は約１．３気圧相当となる。かかる圧力では、破裂または液漏れを生じることはない。
【００２２】
実施の形態２
本実施の形態のチップ型電気二重層キャパシタ６は、図３および図４（ａ）に示されるように、実施の形態１における絶縁紙３ｄの代わりにＰＴＦＥからなる絶縁シート３ｆが用いられている他は、実施の形態１の電気二重層キャパシタ１と同じである。本実施の形態において、電極３ａ、電極３ｂ、セパレータ３ｃおよび絶縁シート３ｄのそれぞれの厚さは約１００μｍ、約１００μｍ、約２５μｍおよび約９０μｍであり、チップ型電気二重層キャパシタの厚さ（接地面に対する垂直高さを厚さという）は約３ｍｍである。
【００２３】
その結果、図４（ｂ）に示されるように、角型捲回体７が形成された状態において、余剰のＰＴＦＥからなる絶縁シート３ｆが存在することとなり、かかる余剰部分を用いてさらに角型捲回体７の外装を捲回することとなる。図４（ｃ）に示されるように、該ＰＴＦＥからなる絶縁シート３ｆは円筒捲回体７の外装に捲回されてなる。ＰＴＦＥからなる絶縁シート３ｆにより外装が捲回されてなる円筒捲回体７を電気二重層キャパシタセル２に空隙なく収納させた状態において、電気二重層キャパシタセル内部に電解液を含浸させる。結果、角型捲回体に存在する空隙はすべて電解液で浸されることで空隙が実質的に無くなる。結果、セル内部の空隙は実質的に０％となる。
【００２４】
この場合、リフロー時に２６５℃に達するとすると、電気二重層キャパシタセル内部の圧力は２６５℃における電解液の蒸気圧のみの約１．３気圧相当となる。かかる圧力では、破裂または液漏れが生じることはない。
【００２５】
実施の形態３
本発明の電気二重層キャパシタは、電気二重層キャパシタセルの空隙を減らす手段として、電気二重層キャパシタセルの内壁に含フッ素重合体からなる支持体が設けられてなる。該支持体としては、特に限定されず、前述の含フッ素重合体からなる繊維、シート等が使用できる。
【００２６】
本実施の形態のチップ型電気二重層キャパシタでは、図５に示されるように、電気二重層キャパシタセル８の内壁にＰＴＦＥからなる繊維状の支持体９が設けられてなる。これにより、電気二重層キャパシタセル８内の空隙を予め埋めておくことが可能となる。その結果、角型捲回体を収納した状態で、電解液を含浸させると捲回体内部の空隙が電解液で満たされ、電気二重層キャパシタセル８内部の空隙は実質的に０％となる。本実施の形態において、チップ型電気二重層キャパシタの厚さ（接地面に対する垂直高さを厚さという）は約３ｍｍである。
【００２７】
この場合、リフロー時に２６５℃に達するとすると、電気二重層キャパシタセル内部の圧力は２６５℃における電解液の蒸気圧のみの約１．３気圧相当となる。かかる圧力では、破裂または液漏れが生じることはない。
【００２８】
なお、本実施の形態３で用いる支持体９を、前記実施の形態１および２の電気二重層キャパシタセル２に設けてもよい。これにより、より確実に電気二重層キャパシタセル２内に存在する空隙を減らすことができる。
【符号の説明】
【００２９】
１、６  電気二重層キャパシタ
２、８  電気二重層キャパシタセル
３、７  角型捲回体
３ａ、３ｂ  電極
３ｃ  セパレータ
３ｄ  絶縁紙
３ｅ  タブリード
３ｆ、４  絶縁シート
５  積層体
９  支持体
【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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