(57)【要約】      （修正有）【課題】密閉安定性を向上した電気二重層キャパシタを提供する。【解決手段】分極性電極１と導電性ブチルゴム３および分極性電極とガスケット４の間にそれぞれ当接するように金属製部材２を配置することにより、導電性ブチルゴムと有機系の電解液が接触しないため、長期的に充放電を行った場合においても、導電性ブチルゴムの密閉機能の低下を抑制し、セルの長期的な密閉安定性を向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性を有するシート状で多孔質のセパレータと、前記セパレータを介して対向配置された一対の分極性電極と、前記分極性電極の外表面に配置された一対の導電性ブチルゴムと、有機系の電解液と、前記分極性電極の周囲を囲み、前記セパレータの外周部を挟持し、前記導電性ブチルゴムの外周部に当接する枠状のブチルゴムからなるガスケットとを有し、
前記分極性電極と前記導電性ブチルゴムの間に配置され、前記導電性ブチルゴムに当接して金属板を配置し、
前記金属板の表面の外周部の少なくとも一方は、前記ガスケットに当接し、前記ガスケットと前記金属板で電解液を封止していることを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項２】
前記金属板の前記ガスケットに当接している外周部は、前記電解液が侵入しない侵入防止部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項３】
前記侵入防止部は、前記電解液と化学反応せず、絶縁性を有する樹脂またはゴムを形成してなることを特徴とする請求項２に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項４】
前記侵入防止部は、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、スチレンブタジエンゴムから選択される樹脂またはゴムを形成してなることを特徴とする請求項２または３に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項５】
前記金属板は、表面が粗面化されていることを特徴とする請求項１〜４に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項６】
前記侵入防止部は、表面が平滑化されていることを特徴とする請求項５に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項７】
前記金属板の、前記分極性電極と前記導電性ブチルゴムに当接する表面の少なくとも一方には、導電層が形成されていることを特徴とする請求項１〜６に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項８】
絶縁性を有するシート状で多孔質のセパレータと、前記セパレータを介して対向配置された一対の分極性電極と、前記分極性電極の外表面に配置された一対の導電性ブチルゴムと、有機系の電解液と、前記分極性電極の周囲を囲み、前記セパレータの外周部を挟持し、前記導電性ブチルゴムの外周部に当接する枠状のブチルゴムからなるガスケットとを有し、
前記分極性電極と前記導電性ブチルゴムの間、および前記分極性電極と前記ガスケットの間に配置され、前記導電性ブチルゴムおよび前記ガスケットと当接する有底筒状の金属製部材を有することを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項９】
前記金属製部材は、表面が粗面化されていることを特徴とする請求項８に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項１０】
前記金属製部材の、前記分極性電極と前記導電性ブチルゴムに当接する表面の少なくとも一方には、導電層が形成されていることを特徴とする請求項８または９に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に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタは、分極性電極と、この分極性電極に接触する電解液との界面に生じる電気二重層を利用して蓄電するデバイスであり、主に、ＩＣメモリや小型アクチュエータ等のバックアップ用電源に使用されている。
【０００３】
特許文献１に記載の電気二重層キャパシタは、セパレータを介して配置した一対の分極性電極と、電解液と、これらを収納する枠状のガスケットと、分極性電極の外側の各面に接触し、ガスケット両端面に接着され、ガスケットを封止する一対の集電体とを備えている。ガスケットにはブチルゴム、集電体には導電性を付与したブチルゴムシートが使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１５８１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の電気二重層キャパシタにおいて、電解液には、希硫酸等の水溶液系電解液が用いられている。一方で、製品の耐電圧を向上するため、電気分解電圧の高い有機系電解液を用いる検討が進められている。
【０００６】
有機系電解液を用いた場合、電気二重層キャパシタの充放電時などの電圧が印加された状態で、有機系電解液と集電体である導電性ブチルゴムが接触していると、有機系電解液と導電性ブチルゴムに化学反応が起こり、導電性ブチルゴムの密閉機能が低下する場合があるという問題がある。この問題は、セルの長期的な密閉の安定性の観点においては好ましくない。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、その目的は、長期的な密閉安定性を向上させた電気二重層キャパシタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、絶縁性を有するシート状で多孔質のセパレータと、前記セパレータを介して対向配置された一対の分極性電極と、前記分極性電極の外表面に配置された一対の導電性ブチルゴムと、有機系の電解液と、前記分極性電極の周囲を囲み、前記セパレータの外周部を挟持し、前記導電性ブチルゴムの外周部に当接する枠状のブチルゴムからなるガスケットとを有し、前記分極性電極と前記導電性ブチルゴムの間に配置され、前記導電性ブチルゴムに当接して金属板を配置し、前記金属板の表面の外周部の少なくとも一方は、前記ガスケットに当接し、前記ガスケットと前記金属板で電解液を封止していることを特徴とする電気二重層キャパシタである。
【０００９】
前記金属板の前記ガスケットに当接している外周部は、前記電解液が侵入しない侵入防止部が設けられているのが望ましい。
【００１０】
前記侵入防止部は、前記電解液と化学反応せず、絶縁性を有する樹脂またはゴムを形成して得てもよい。
【００１１】
前記侵入防止部は、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、スチレンブタジエンゴムから選択される樹脂またはゴムを形成して得てもよい。
【００１２】
前記金属板は、表面が粗面化されているのが望ましく、その場合、前記侵入防止部は、表面が平滑化されていてもよい。
【００１３】
前記金属板の、前記分極性電極と前記導電性ブチルゴムに当接する表面の少なくとも一方には、導電層が形成されていてもよい。
【００１４】
また、本発明は、絶縁性を有するシート状で多孔質のセパレータと、前記セパレータを介して対向配置された一対の分極性電極と、前記分極性電極の外表面に配置された一対の導電性ブチルゴムと、有機系の電解液と、前記分極性電極の周囲を囲み、前記セパレータの外周部を挟持し、前記導電性ブチルゴムの外周部に当接する枠状のブチルゴムからなるガスケットとを有し、前記分極性電極と前記導電性ブチルゴムの間、および前記分極性電極と前記ガスケットの間に配置され、前記導電性ブチルゴムおよび前記ガスケットと当接する有底筒状の金属製部材を有することを特徴とする電気二重層キャパシタである。
【００１５】
前記金属製部材は、表面が粗面化されているのが望ましい。
【００１６】
前記金属製部材の、前記分極性電極と前記導電性ブチルゴムに当接する表面の少なくとも一方には、導電層が形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、分極性電極と導電性ブチルゴムにそれぞれ当接するように金属板を配置する、または分極性電極と導電性ブチルゴムおよび分極性電極とガスケットの間にそれぞれ当接するように金属製部材を配置することにより、導電性ブチルゴムと有機系の電解液が接触しないため、長期的に充放電を行った場合においても、導電性ブチルゴムの密閉機能の低下を抑制し、セルの長期的な密閉安定性の向上を実現した電気二重層キャパシタの提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第一の実施の形態に係る電気二重層キャパシタの単位セルの断面図。
【図２】第二の実施の形態に係る電気二重層キャパシタの単位セルを説明する図で、図２（ａ）は断面図、図２（ｂ）は金属板の斜視図。
【図３】第三の実施の形態に係る電気二重層キャパシタの単位セルを説明する図で、図３（ａ）は、断面図、図３（ｂ）は金属板の断面図。
【図４】第四の実施の形態に係る電気二重層キャパシタの単位セルを説明する図で、図４（ａ）は、断面図、図４（ｂ）は、金属板の斜視図、図４（ｃ）は、金属板の断面図。
【図５】第五の実施の形態に係る電気二重層キャパシタの単位セルを説明する図で、図５（ａ）は、断面図、図５（ｂ）は、金属板の斜視図、図５（ｃ）は、金属板の断面図。
【図６】第六の実施の形態に係る電気二重層キャパシタの単位セルを説明する図で、図６（ａ）は、断面図、図６（ｂ）は金属板の斜視図、図６（ｃ）は、金属板の断面図。
【図７】第七の実施の形態に係る電気二重層キャパシタの単位セルの断面図。
【図８】比較例の電気二重層キャパシタの単位セルを説明する断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
（第一の実施の形態）
図１は、第一の実施の形態に係る電気二重層キャパシタの単位セルの断面図である。第一の実施の形態の電気二重層キャパシタの単位セルは、図１に示すように、分極性電極１、集電体である導電性ブチルゴム３及び金属板２、ガスケット４、セパレータ５、電解液（図示せず）から構成される。
【００２１】
分極性電極１は、セパレータ５を介して対向して配置されており、一方が正極、他方が負極となる。これらの分極性電極１は、電解液を補液するとともに、セパレータ５で絶縁されている。セパレータ５は、例えばポリエチレンの不織布のような多孔質の絶縁シートであり、正負の分極性電極１が直接接触することを防ぎ、電解液に含まれるイオンの移動を可能としている。さらに、分極性電極１の外表面には金属板２が当接して配置されており、さらに金属板２の外表面には導電性ブチルゴム３が当接して配置されている。金属板２および導電性ブチルゴム３は、集電体として機能する。この構造により、正負の集電体を介して電圧を印加した際に、単位セル内部の分極性電極１の表面に電気二重層を形成でき、セルを充放電に用いることが可能となる。
【００２２】
セパレータ５の外周部は枠状のガスケット４に挟持され、導電性ブチルゴム３の外周部はガスケット４に当接している。ガスケット４は非導電性のブチルゴムからなり、導電性ブチルゴム３と加硫により接合し、電解液が含浸された分極性電極１が密閉される構成となっている。
【００２３】
本実施の形態では、導電性ブチルゴム３は、電解液が含浸された分極性電極１の外表面に金属板２を介して配置される構造であるため、導電性ブチルゴム３と分極性電極１とは接触しない構成となっている。また、金属板２の外周部はガスケット４に当接し、電解液が含浸された分極性電極１が密閉されている構成となっている。この構成によって、有機系の電解液を使用し、充放電等の電圧を加えた場合においても、導電性ブチルゴム３と電解液は化学反応を起こさないため、導電性ブチルゴム３の密閉機能の低下を抑制することが可能となる。
【００２４】
分極性電極１に用いる活性炭としては、平均粒子径が８μｍ程度、比表面積２０００ｍ２／ｇ程度のフェノール樹脂系活性炭等を用いることができる。この活性炭をＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のバインダにより固化、成形して分極性電極が形成される。
【００２５】
電解液としては、有機系の電解液を用いるが、例えば、溶媒としてＰＣ（ポリプロピレンカーボネート）を用い、それに電解質としてＴＥＡ−ＢＦ４塩（テトラエチルアンモニウムとテトラフルオロボーレートを溶解させたもの）を使用できる。ＰＣ以外の溶媒として、ＥＣ（エチレンカーボネート）、ＳＬ（スルホラン）、ＧＢＬ（ガンマブチルラクトン）等が挙げられる。これらの溶媒にもＴＥＡ−ＢＦ４塩が使用可能である。
【００２６】
金属板の材質としては、導電率が高く、有機系の電解液と化学反応を起こさない材質を選択すればよく、特にＡｌやＡｌ合金を使用するのが望ましい。
【００２７】
上記の単位セルを積層し、単位セルに外部端子を取り付け、さらに外装樹脂にて外装を施して電気二重層キャパシタが作製される。なお、単位セルは１つ以上あればよく、数量は限定されない。
【００２８】
（第二の実施の形態）
図２は、第二の実施の形態に係る電気二重層キャパシタの単位セルを説明する図で、図２（ａ）は断面図、図２（ｂ）は金属板の斜視図である。
【００２９】
第二の実施の形態では、金属板２のガスケット４と当接している外周部に、侵入防止部６を形成している。それ以外の構成は、第一の実施の形態と同様である。
【００３０】
金属板２の外周部に、侵入防止部６を形成することにより、電解液がガスケット４と金属板２の隙間を通じて流れ出し、導電性ブチルゴム３に接触することを防止できる。この構成により、更に密閉安定性の向上を図ることが可能となる。
【００３１】
第二の実施の形態においては、侵入防止部６として、金属板２の外周部に電解液と化学反応せず、絶縁性を有する樹脂またはゴムを形成した。具体的には、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、スチレンブタジエンゴムが好適に使用できる。
【００３２】
（第三の実施の形態）
図３は、第三の実施の形態に係る電気二重層キャパシタの単位セルを説明する図で、図３（ａ）は、断面図、図３（ｂ）は金属板の断面図である。
【００３３】
第三の実施の形態では、金属板７の表面を図３（ｂ）のように粗面化したものを使用する。金属板７の表面を粗面化することにより、分極性電極１および導電性ブチルゴム３との接触面積を大きくでき、抵抗を小さくすることが可能となる。金属板７を粗面化する以外の構成は、第一の実施の形態と同様である。
【００３４】
粗面化の方法は、特に限定されないが、例えば、エッチング加工、ブラスト加工、研磨加工、電解処理等を用いることが可能である。
【００３５】
（第四の実施の形態）
図４は、第四の実施の形態に係る電気二重層キャパシタの単位セルを説明する図で、図４（ａ）は、断面図、図４（ｂ）は、金属板の斜視図、図４（ｃ）は、金属板の断面図である。
【００３６】
第四の実施の形態では、粗面化した金属板８のガスケット４と当接する外周部に、侵入防止部８ｂとして、金属板８の表面を平滑化した構成としている。それ以外の構成は、第一の実施の形態と同様である。
【００３７】
第三の実施の形態の粗面化した金属板７では、表面の凹凸部分から電解液が侵入する可能性があるため、ガスケット４と当接する外周部のみ、表面の凹凸をレーザー等で削除し、平滑化することで、電解液の侵入を防止することが可能となる。この構成により、抵抗を小さくし、かつ更に密閉安定性の向上を図ることができる。なお、金属板７の外周部以外を粗面化し、粗面化していない外周部を侵入防止部としてもよい。
【００３８】
（第五の実施の形態）
図５は、第五の実施の形態に係る電気二重層キャパシタの単位セルを説明する図で、図５（ａ）は、断面図、図５（ｂ）は、金属板の斜視図、図５（ｃ）は、金属板の断面図である。
【００３９】
第五の実施の形態は、金属板２の表面に、導電層９を形成した構成としている。それ以外の構成は、第二の実施の形態と同様である。
【００４０】
導電層９は、金属板２においてガスケットと当接する外周部以外の表面に形成され、分極性電極１および導電性ブチルゴム３の一方または両方にそれぞれ接触するように形成される。この構成により、分極性電極１および導電性ブチルゴム３と金属板２の接触面積が増え、抵抗を小さくすることが可能となる。導電層９としては、接着剤を含んだグラファイト等が使用できる。
【００４１】
（第六の実施の形態）
図６は、第六の実施の形態に係る電気二重層キャパシタの単位セルを説明する図で、図６（ａ）は、断面図、図６（ｂ）は金属板の斜視図、図６（ｃ）は、金属板の断面図である。
【００４２】
第六の実施の形態は、粗面化した金属板８の表面に、導電層９を形成した構成としている。それ以外の構成は、第四の実施の形態と同様であり、金属板８のガスケット４と当接する外周部には、金属板８の表面を平滑化した侵入防止部８ｂが形成されている。
【００４３】
（第七の実施の形態）
図７は、第七の実施の形態に係る電気二重層キャパシタの単位セルの断面図である。
【００４４】
第七の実施の形態は、分極性電極１と導電性ブチルゴム３の間、および分極性電極１とガスケット４の間に当接するように、有底筒状の金属製部材１０が配置される構成となっている。第七の実施の形態では、第一の実施の形態における金属板を有底筒状の金属製部材１０と置き換えた構成であり、それ以外の構成は、第一の実施の形態と同様に実施できる。本実施の形態の有底筒状の形状により、電解液が含浸された分極性電極１を覆うように配置されるため、導電性ブチルゴム３と分極性電極１を隔離し、接触しない構造とすることができる。したがって、有機系の電解液を使用し、充放電等の電圧を加えた場合においても、導電性ブチルゴム３と電解液は化学反応を起こさないため、導電性ブチルゴム３の密閉機能の低下を抑制することが可能となる。
【００４５】
また、第一の実施の形態で使用した金属板はその外周部をガスケットに当接するように配置する構成であるため、位置決め工程が多少煩雑となる。一方、本実施の形態では、有底筒状の金属製部材１０を配置するのみで、導電性ブチルゴム３と分極性電極１が接触しない構成とすることができるため、製造が非常に容易となる。
【００４６】
有底筒状の金属製部材１０における底面に直交する筒状に形成された側面の外周の長さは、枠状のガスケット４の内周の長さよりも僅かに大きくするのが望ましい。この構成により、金属製部材１０の外周側面とガスケット４の内周面が強く密着した状態が得られ、電解液の浸透を抑制することが可能となる。
【００４７】
有底筒状の金属製部材１０の材質は、第一の実施の形態と同様に、導電率が高く、有機系の電解液と化学反応を起こさない材質を選択すればよく、特にＡｌやＡｌ合金を使用するのが望ましい。
【００４８】
さらに、本実施の形態において、金属製部材１０の表面を、第三の実施の形態のように粗面化することも可能である。また、金属製部材１０の表面に、第五の実施の形態のように導電層を設けることも可能である。
【００４９】
（実施例１）
直径８ｍｍの導電性ブチルゴムと、外径８ｍｍ、内径６．４ｍｍ、厚さ２．２ｍｍのブチルゴムからなる筒状のガスケットの間に、直径７ｍｍ、厚さ０．１ｍｍでＡｌ製の金属板を挿入し、導電性ブチルゴムとガスケットを貼り合わせた。さらに、ＰＣを溶媒とした有機電解液を含浸させた分極性電極をガスケットに挿入した。
【００５０】
分極性電極は、活性炭、導電助剤であるカーボンブラック、バインダーであるＰＴＦＥから構成され、外径は直径６．４ｍｍ、高さ２．２ｍｍの円柱とした。次に、導電性ブチルゴムを貼り合わせたガスケットを、直径７ｍｍのポリエチレン樹脂製で多孔質であるセパレータを介して上下に貼り合わせ、分極性電極を密封する構造とし、単位セルを作製した。この単位セルに外部端子を取り付け、外装を施して電気二重層キャパシタを作製した。
【００５１】
（実施例２）
実施例１と同じ金属板を用い、金属板のガスケットと当接する側の外周部に、幅０．２ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのエポキシ樹脂を塗布し侵入防止部を形成した。その他の構成は実施例１と同様にし、電気二重層キャパシタを作製した。
【００５２】
（実施例３）
表面をエッチング加工により粗面化した金属板を使用した。その他の構成は実施例１と同様にし、電気二重層キャパシタを作製した。
【００５３】
（実施例４）
実施例３と同じ金属板を用い、金属板のガスケットと当接する側の外周部に、レーザーにより幅０．３ｍｍを平滑化した侵入防止部を形成した。その他の構成は実施例１と同様にし、電気二重層キャパシタを作製した。
【００５４】
（実施例５）
実施例２と同じ金属板を用い、金属板のガスケットと当接する側の外周部以外の表面に、接着剤であるアクリル樹脂を入れたグラファイトを塗布し、導電層を形成した。その他の構成は実施例１と同様にし、電気二重層キャパシタを作製した。
【００５５】
（実施例６）
実施例４と同じ金属板を用い、金属板のガスケットと当接する側の外周部以外の表面に、接着剤であるアクリル樹脂を入れたグラファイトを塗布し、導電層を形成し、その他の構成は実施例１と同様にし、電気二重層キャパシタを作製した。
【００５６】
（実施例７）
直径８ｍｍの導電性ブチルゴムと、外径８ｍｍ、内径６．４ｍｍ、厚さ２．２ｍｍのブチルゴムからなる筒状のガスケットを貼り合わせた。ガスケットの開口部分に、外径６．５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍでＡｌ製である有底筒状の金属製部材を配置した。このとき金属製部材の底面が導電性ブチルゴムと当接し、側面がガスケットの内周面に当接するように配置した。さらに、有底筒状の金属製部材の開口部に、ＰＣを溶媒とした有機電解液を含浸させた分極性電極を挿入した。その他の構成は実施例１と同様にし、電気二重層キャパシタを作製した。
【００５７】
（比較例）
図８は、比較例の電気二重層キャパシタの単位セルを説明する断面図である。比較例として、金属板を使用せず、セパレータ１５を介して分極性電極１１を対向配置し、分極性電極１１の外表面に導電性ブチルゴム１３を配置し、電解液を含浸させた分極性電極１１と導電性ブチルゴム１３が接触する構造とした。セパレータ１５は、ガスケット１４に挟持され、ガスケット１４および導電性ブチルゴム１３で、分極性電極１１が密閉される構造とした。その他の構成は実施例１と同様にし、電気二重層キャパシタを作製した。
【００５８】
（特性評価）
上述した実施例１〜７、比較例において、単位セルを２つ積層し直列に接続した電気二重層キャパシタをそれぞれ２０個ずつ作製した。初期特性として、印加電圧０Ｖ、１ｋＨｚのＥＳＲ（等価直列抵抗）を測定し、さらに電圧負荷試験を行い密閉安定性を評価した。電圧負荷試験は、７０℃の環境下で定格である５．５Ｖの電圧を印加して行い、電解液の漏れの発生を確認した。初期特性（ＥＳＲ）および電圧負荷試験の試験結果を表１に示す。
【００５９】
【表１】
2015099906.tif 000003
【００６０】
表１に示すように、比較例では２００時間の電圧負荷試験で電解液の漏れが発生したが、本発明の実施例１〜７では、表１に示す試験時間までは電解液の漏れは発生しなかった。また、ＥＳＲの値も比較例よりも小さくすることが可能となった。
【符号の説明】
【００６１】
１、１１  分極性電極
２、７、８  金属板
３、１３  導電性ブチルゴム
４、１４  ガスケット
５、１５  セパレータ
６、８ｂ  侵入防止部
９  導電層
１０  金属製部材
【図１】
2015099906.tif 000004
【図２】
2015099906.tif 000005
【図３】
2015099906.tif 000006
【図４】
2015099906.tif 000007
【図５】
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【図６】
2015099906.tif 000009
【図７】
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【図８】
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