(57)【要約】【課題】本発明は、セパレータの酸による加水分解の抑制による信頼性向上とセパレータの薄膜化を図る。【解決手段】金属箔からなる集電体３上に分極性電極を層状に形成した分極性電極層４を形成した電極を正極６ａおよび負極６ｂの一対とし、その間にセパレータ５を介在させて分極性電極層４が対向するように巻回したキャパシタ素子１を構成し、このキャパシタ素子１をフッ素を含んだアニオンが電解質である駆動用電解液とともにケース８に収納してなる電気二重層キャパシタにおいて、セパレータ５は正極６ａに面したポリオレフィンフィルムまたはポリフッ化ビニリデンフィルムからなる正極対向層５ａと負極６ｂに面した負極対向層５ｂとで構成され、負極対向層５ｂは正極対向層５ａ上で抄かれたセルロースである電気二重層キャパシタ。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属箔からなる集電体上に分極性電極を層状に形成した分極性電極層を形成した電極を正極および負極の一対とし、その間にセパレータを介在させて前記分極性電極層が対向するように巻回したキャパシタ素子を構成し、このキャパシタ素子をフッ素を含んだアニオンが電解質である駆動用電解液とともにケースに収納してなる電気二重層キャパシタにおいて、前記セパレータは前記正極に面したポリオレフィンフィルムまたはポリフッ化ビニリデンフィルムからなる正極対向層と前記負極に面した負極対向層とで構成され、前記負極対向層は前記正極対向層上で抄かれたセルロースである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、各種電子機器に利用される電気二重層キャパシタに関し、特に長期信頼性に優れた電気二重層キャパシタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電気二重層キャパシタはアルミニウム箔などの集電体に活性炭を主成分とする分極性電極を層状に形成した分極性電極層を設けた電極体を２枚１組とし、前記分極性電極層同士をセパレータを介して対向させることによりキャパシタ素子を構成し、このキャパシタ素子に駆動用電解液を含浸させることにより構成されているものである。
【０００３】
この構成においてセパレータは駆動用電解液を含浸させて保持させるとともに正極と負極の短絡を防止するために用いられている。
【０００４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１、特許文献２が知られている。
【特許文献１】特開平１０−２５６０８８号公報
【特許文献２】特開２０００−１０６３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の構成においては、特に正極近傍において、電解液中のアニオンが水と反応することによって強酸性物質を生成し、その結果、セパレータを分解してしまうということがあった。
【０００６】
そもそもセパレータに含まれているセルロースは水やアルコール、エーテルなどの溶媒に不溶な白色繊維状物質であり、このセルロースによってセパレータの強度が維持されているものであるが、酸によっては加水分解を受けてしまうため、特に強酸においてはセパレータの強度が著しく低下してしまうものであった。
【０００７】
このようにセパレータが分解されてしまうと電極間においてショートが発生する可能性が高くなるものであった。
【０００８】
従来はこのような課題を解決するために、キャパシタ素子のセパレータにおいて正極に面したセルロース上に、負極と面した部分として樹脂などのセルロースと異なる材料からなる抑止層を接着や塗布によって設けることを考えた。しかし、この方法によるとセルロース自体の厚みも厚い上に、さらに接着や塗布によって抑止層を設けるために電極間距離が大きくなり、抵抗が大きくなってしまうために改善が必要であった。
【０００９】
そこで本発明は、電解液中の電解質劣化によって生成する強酸性物質によるセパレータの分解を抑制するとともにセパレータの厚みを薄くすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するために本発明は、キャパシタ素子のセパレータにおいてポリオレフィンフィルムからなる正極に面した正極対向層と、負極に面した負極対向層と、で構成し、この負極対向層は正極対向層上で抄かれたセルロースである電気二重層キャパシタとした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電気二重層キャパシタは、特にキャパシタ素子で負極に面したセパレータの負極対向層にポリオレフィンからなる正極対向層上に抄かれたセルロースを設けているので、正極近傍で電解液中の電解質劣化に由来して生成する強酸によってセパレータが加水分解されるのを抑制することができるとともに、セパレータ全体の厚みを薄くすることができるので抵抗を小さくして、長期信頼性に優れた電気二重層キャパシタを提供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】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
【００１３】
（実施の形態）
図１は本実施の形態における電気二重層キャパシタの構成を示した一部切り欠き斜視図である。
【００１４】
図１において、１はキャパシタ素子を示し、このキャパシタ素子１はリード線２を接続したアルミニウム箔からなる集電体３に活性炭などからなる分極性電極（図示せず）を層状に形成し、分極性電極層４とし、これを一対の電極とし、その間に短絡防止用のセパレータ５を介在させて巻回することにより構成されているものである。
【００１５】
なお、リード線２、集電体３、分極性電極層４はそれぞれ正負極に対応するよう一対用意されている。
【００１６】
このキャパシタ素子１に駆動用電解液（図示せず）を含浸させ、図１に示すごとく、キャパシタ素子１の上端部にリード線２が挿通する孔を設けたゴム製の封口部材７を嵌め込み、アルミニウムからなる有底円筒状のケース８に収納して、ケース８の開口部を絞り加工することにより、封口部材７を圧縮してケース８を封止するように構成されている。
【００１７】
駆動用電解液はフッ素を含んだアニオンが電解質となっている。
【００１８】
図２は集電体３と分極性電極層４とセパレータ５の断面図であり、図２において集電体３の両面に分極性電極層４を設けた一対の電極が正極６ａ、負極６ｂとなる際に、セパレータ５の正極６ａに対向しているものが正極対向層５ａであり、負極６ｂに対向しているものが負極対向層５ｂである。
【００１９】
ここで、正極対向層５ａはポリプロピレンなどのポリオレフィンフィルムであって、この正極対向層５ａ上にセルロースを抄（す）くことによって負極対向層５ｂが形成されている。
【００２０】
このように、正極６ａに対向している正極対向層５ａ上に、セルロースを抄くことによる負極対向層５ｂを形成することが本発明における技術的特徴であり、これによって、正極６ａ近傍において電解液中のアニオンが水と反応し、フッ素に由来する強酸性を発揮しても、正極対向層５ａが抑止効果となって、セパレータ５が加水分解することを防ぐことができ、信頼性向上を図ることができるようになるとともにセパレータ５の厚みを薄くすることを可能とするものである。
【００２１】
セパレータ５の厚みを薄くすることによって、電極間距離を小さくすることで、抵抗を小さくすることになり、キャパシタ内の容量を発揮しない部材の占有率を下げて、容量密度の向上という効果を奏することにもなる。
【００２２】
ここで、ポリオレフィンフィルム上にセルロースを抄く、いわゆる抄紙方法について説明をする。
【００２３】
そもそも紙は水に溶かした紙料を簀（す）などの運搬基材の上に薄く敷きのばすなどして、運搬基材の上に紙の層を作るものである。本発明においては、この運搬基材としてポリオレフィンフィルムを用いて、紙料であるセルロースをポリオレフィンフィルム上で抄き、結果として、正極対向層５ａと負極対向層５ｂを構成するものである。
【００２４】
このように、抄くことによってセルロースの繊維状物はポリオレフィンフィルムに複雑に絡みつき、接着剤などを用いずとも、ポリオレフィンフィルムとセルロースが一体とすることができる。その結果、接着剤などで接合する場合に比べ、両層間の物理界面の影響も抑制される。
【００２５】
ここで、正極対向層５ａのポリオレフィンフィルムは運搬基材としての機能を有する厚みを維持するものであればよい。
【００２６】
また、負極対向層５ｂのセルロースは空隙率が高く、電解液の含浸性も高いので、内部抵抗の低いキャパシタとすることができるために有効な材料である。
【００２７】
なお、本発明の実施の形態においてリード線２を用いたもので説明したが、リード線２を用いずに端面集電によって電極を引き出す形式のものであってもよい。
【００２８】
また、本発明の実施の形態において正極対向層５ａはポリオレフィンフィルムとしたが、ポリフッ化ビニリデンフィルムであっても同様に薄膜化、低抵抗化、信頼性向上の効果を奏する。
【００２９】
さらに、本発明の実施の形態において正極６ａ、負極６ｂは活性炭などからなる電気二重層キャパシタとしたが、負極６ｂにカーボンやその化合物を用いたものであっても同様に信頼性向上の効果を奏するものである。
【００３０】
（実施例１）
本発明の実施において、図１のような巻回型の電気二重層キャパシタを試作した。
【００３１】
電極には分極性電極層４として電極活物質である活性炭８８ｗｔ％, バインダー６ｗｔ％, 導電性補助剤６ｗｔ％を含む組成のものとし、集電体３としてアルミニウムエッチング箔に塗布したもので構成した。
【００３２】
正極対向層５ａを厚み２０μｍのポリエチレンフィルムとし、この正極対向層５ａ上に負極対向層５ｂとしてセルロースを抄いて５μｍにしたものを用いて、セパレータ５とした。
【００３３】
駆動用電解液にはプロピレンカーボネートにジメチルカーボネートを添加したものを溶媒とし、電解質にはエチルジメチルイミダゾリウム塩を１ｍｏｌ／ｌ溶解したものを用いた。
【００３４】
その際、電解液の含水量が１００ｐｐｍ以下であることを確認してから用いた。
【００３５】
巻き取り済み巻回型のキャパシタ素子１が入ったアルミニウム製のケース８に駆動用電解液を真空中で含浸させたのち、大気圧に戻し封口部材７である封口ゴムを挿入し、かしめるなどして封止し、巻回型の電気二重層キャパシタを作製した。
【００３６】
この巻回型電気二重層キャパシタを６０℃の恒温槽に入れ、２．５Ｖの電圧を２５００時間印加した後室温で内部抵抗変化率を測定した。
【００３７】
（実施例２）
実施例１と同様にして、正極対向層５ａを厚み１５μｍのポリフッ化ビニリデンフィルムとし、この正極対向層５ａ上に負極対向層５ｂとしてセルロースを抄いて５μｍにしたものを用いて、セパレータ５とした。これ以外は実施例１と同一構成とした。
【００３８】
（実施例３）
実施例１と同様にして、正極対向層５ａを厚み１５μｍのポリプロピレンフィルムとし、この正極対向層５ａ上に負極対向層５ｂとしてセルロースを抄いて５μｍにしたものを用いて、セパレータ５とした。これ以外は実施例１と同一構成とした。
【００３９】
（比較例１）
比較例１として、実施例１と比較するために、セパレータを正極対向層および負極対向層の区別のない、１層のポリエチレンテレフタラートフィルム２０μｍとした以外は実施例１と同一構成とした。
【００４０】
（比較例２）
比較例２として、実施例２と比較するために、セパレータを正極対向層および負極対向層の区別のない、１層のポリフッ化ビニリデンフィルム１５μｍとした以外は実施例２と同一構成とした。
【００４１】
（比較例３）
比較例３として、実施例３と比較するために、セパレータを正極対向層および負極対向層の区別のない、１層のポリプロピレンフィルム１５μｍとした以外は実施例３と同一構成とした。
【００４２】
（従来例）
従来例として、セパレータをセルロースフィルム３５μｍとした。
【００４３】
これらを６５℃２．５ＶＤＣ印加した状態の負荷で２５００時間保持し、放電させた後に抵抗を測定し、初期の状態のものと比較した。
【００４４】
この結果をまとめたものが（表１）である。
【００４５】
【表１】
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【００４６】
（表１）によると初期状態の抵抗値から実施例１と比較例１、実施例２と比較例２、実施例３と比較例３を比べると、正極対向層に同一の材料を使用した状態で、負極対向層にセルロースフィルムを用いても、抵抗値の増加がないことがわかる。これは、負極対向層のセルロースフィルムは電解液のイオン移動を阻害するものではないことを表している。
【００４７】
また、負荷試験後の抵抗増加率からわかるように、本発明の実施例のものは正極対向層にセルロースフィルムがないので、従来例と比べても抵抗が増加していない。
【００４８】
これは、電解液中のプロトンがセルロース中のグルコシド結合を切断することに起因する抵抗増加が抑制されていることを表している。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、本発明にかかる電気二重層キャパシタによれば、キャパシタの抵抗低減とともに信頼性向上を図ることができる。
【００５０】
この結果、大電流や低温下における高信頼性などが要求される自動車のシステムなどに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態による電気二重層キャパシタの一部切り欠き斜視図
【図２】本発明の実施の形態によるセパレータの要部拡大断面図
【符号の説明】
【００５２】
１  キャパシタ素子
２  リード線
３  集電体
４  分極性電極層
５  セパレータ
５ａ  正極対向層
５ｂ  負極対向層
６ａ  正極
６ｂ  負極
７  封口部材
８  ケース
【図１】
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【図２】
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