(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属箔からなる集電体の両面に分極性電極層を形成すると共に、この分極性電極層の一部に設けた集電体の露出部にリード線を接続した陽極電極と、この陽極電極と同様に形成された陰極電極とを、その間にセパレータを介在させて巻回することにより構成されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を駆動用電解液と共に収容した有底筒状の金属ケースと、この金属ケースの開口部を封止した開口部材からなる巻回形電気二重層コンデンサにおいて、上記コンデンサ素子を構成する陽極電極と陰極電極それぞれに接続されたリード線の接続部とセパレータを介して対向する陽極電極および陰極電極に集電体の露出部を設け、前記リード線が接続された電極の集電体の露出面積を（Ａ１）とし、これと対向する電極の集電体の露出面積を（Ｂ１）としたとき、（Ａ１）≦（Ｂ１）とした巻回形電気二重層コンデンサ。
【請求項２】
前記リード線が接続された電極の集電体の露出面積（Ａ１）に対して、これと対向する電極の集電体の露出面積（Ｂ１）を２倍以下とした請求項１に記載の巻回形電気二重層コンデンサ。
【請求項３】
コンデンサ素子を構成する陽極電極に形成された分極性電極層の巻き終わり部分から少なくとも１周分を陰極電極に形成された分極性電極層を巻回することにより、コンデンサ素子の最外周面に、陰極電極に形成された分極性電極層どうしがセパレータを介して対向する部分を設けた請求項１に記載の巻回形電気二重層コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種電子機器に使用される巻回形電気二重層コンデンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５（ａ）、（ｂ）はこの種の従来の巻回形電気二重層コンデンサの構成を示した分解斜視図と同コンデンサに使用されるコンデンサ素子の構成を示した展開斜視図であり、図５において、３１はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子３１は陽極電極３４と陰極電極３５をその間にセパレータ３６を介在させた状態で巻回することにより構成されているものである。
【０００３】
また、上記陽極電極３４と陰極電極３５は、金属箔からなる集電体（図示せず）の両面に分極性電極層（図示せず）を夫々形成することにより構成されたものであり、さらに、陽極電極３４と陰極電極３５には陽極リード線３２と陰極リード線３３が夫々接続されているものである。
【０００４】
そして、このように構成されたコンデンサ素子３１は、図示しない駆動用電解液を含浸させた後に有底円筒状の金属ケース３８内に挿入し、陽極リード線３２と陰極リード線３３が挿通する孔を有したゴム製の封口部材３７を金属ケース３８の開口部に配設した後、金属ケース３８の開口部の外周を内側に絞り加工して封止を行っているものである。
【０００５】
また、上記陽極電極３４と陰極電極３５に形成された分極性電極層は、活性炭粉末と導電性付与剤であるカーボンブラック、バインダーとしてポリテトラフルオロエチレン、カルボキシメチルセルロース（以下、ＣＭＣと略す）の水溶性バインダーを混合して混練機で充分に混練してペーストを作製し、このペーストをアルミニウム箔からなる集電体の表裏面に塗布、乾燥することにより形成したものであり、陽極電極３４ならびに陰極電極３５共に、略同じ寸法に形成されたものである。
【０００６】
また、陽極リード線３２と陰極リード線３３は、集電体であるアルミニウム箔との接続を良好にするために、接続部分は分極性電極層が部分的に除去されて、集電体であるアルミニウム箔を露出させているものである。
【０００７】
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１０−２７０２９３号公報
【特許文献２】特開平９−１７６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら上記従来の巻回形電気二重層コンデンサでは、陽極リード線３２と陰極リード線３３は集電体であるアルミニウム箔との接続を良好にするために、その接続部分は分極性電極層が部分的に除去されてアルミニウム箔が露出した部分に接続されている（リード線とセパレータを介して対向する他方の電極側には分極性電極層が存在する）構成であるため、このような構成のものを長時間使用すると、陰極電極３５に接続された陰極リード線３３の接続部とセパレータ３６を介して対向する陽極電極３４の間の電位差が、それ以外の陽極電極３４、陰極電極３５間どうしの電位差よりも大きいため、その間で駆動用電解液が化学反応を起こして電解質アニオンのＢＦ4-、ＰＦ6-等が陽極側に引き寄せられ、その周辺部が酸性となってセパレータ３６を劣化させてしまい、特性劣化が生じるという問題があった。
【０００９】
一方、上記陽極電極３４に接続された陽極リード線３２の接続部とセパレータ３６を介して対向する陰極電極３５の間でも陰極側にアルカリ成分が引き寄せられ、セパレータ３６が劣化するまではいかないものの、特性劣化が生じるという問題があった。
【００１０】
さらに、陽極電極３４の容量と陰極電極３５の容量を同じ容量に設計しているため、電気二重層コンデンサに電圧を印加した際、陽極電極３４と陰極電極３５は自然電位より同じ幅だけ分極されることになり、これにより、各電極の分極性電極層の表面で電気化学反応が起きてガス発生や抵抗増加、及び容量減少等の特性劣化が発生するという課題を有したものであった。
【００１１】
本発明はこのような従来の課題を解決し、分極性電極層の表面での電気化学反応を抑制して特性劣化の少ない高性能の巻回形電気二重層コンデンサを提供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】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明は、金属箔からなる集電体の両面に分極性電極層を形成すると共に、この分極性電極層の一部に設けた集電体の露出部にリード線を接続した陽極電極と、この陽極電極と同様に形成された陰極電極とを、その間にセパレータを介在させて巻回することにより構成されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を駆動用電解液と共に収容した有底筒状の金属ケースと、この金属ケースの開口部を封止した開口部材からなる巻回形電気二重層コンデンサにおいて、上記コンデンサ素子を構成する陽極電極と陰極電極それぞれに接続されたリード線の接続部とセパレータを介して対向する陽極電極および陰極電極に集電体の露出部を設け、前記リード線が接続された電極の集電体の露出面積を（Ａ１）とし、これと対向する電極の集電体の露出面積を（Ｂ１）としたとき、（Ａ１）≦（Ｂ１）とした構成にしたものである。
【００１３】
また、上記コンデンサ素子を構成する陽極電極に形成された分極性電極層の巻き終わり部分から少なくとも１周分を陰極電極に形成された分極性電極層を巻回することにより、コンデンサ素子の最外周面に、陰極電極に形成された分極性電極層どうしがセパレータを介して対向する部分を設けた構成にしたものである。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明による巻回形電気二重層コンデンサは、巻回されたコンデンサ素子を構成する陽極電極と陰極電極それぞれに接続されたリード線の接続部とセパレータを介して対向する陽極電極および陰極電極に集電体の露出部を設け、前記リード線が接続された電極の集電体の露出面積を（Ａ１）とし、これと対向する電極の集電体の露出面積を（Ｂ１）としたとき、（Ａ１）≦（Ｂ１）としたことにより、陰極電極に接続されたリード線の接続部と対向する陽極電極に設けられた分極性電極層が存在しない部分の間では、駆動用電解液の化学反応によって電解質アニオンであるＢＦ4-、ＰＦ6-等が陽極側に引き寄せられることがなくなり、セパレータの劣化を防ぐことができる。また、陽極電極に接続されたリード線の接続部と対向する陰極電極に設けられた分極性電極層が存在しない部分の間でも陰極側にアルカリ成分が引き寄せられることがなくなり、セパレータの劣化を防ぐことができる。
【００１５】
また、コンデンサ素子の陽極電極に形成された分極性電極層の巻き終わり部分から少なくとも１周分を陰極電極に形成された分極性電極層を巻回することにより、コンデンサ素子の最外周面に、陰極電極に形成された分極性電極層どうしがセパレータを介して対向する部分を設けた構成により、駆動用電解液や各電極を構成する集電体等の部材が電気化学反応を起こさない電気化学的に安定な領域に分極性電極層の電位を設定することが可能になるため、電気化学反応によって生じるガス発生、抵抗の増加や容量の減少も無くなり、特性劣化の少ない高信頼性の巻回形電気二重層コンデンサを実現することができるという効果が得られるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（実施の形態）
以下、実施の形態を用いて、本発明の特に全請求項に記載の発明について説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施の形態による巻回形電気二重層コンデンサに使用されるコンデンサ素子の構成を示した展開斜視図であり、図１において、１はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子１は陽極電極２と陰極電極３をその間にセパレータ４を介在させた状態で巻回することにより構成されているものである。
【００１８】
また、上記陽極電極２と陰極電極３は、後述する金属箔からなる集電体５の両面に分極性電極層６または７を夫々形成することにより構成されたものであり、さらに、陽極電極２と陰極電極３には陽極リード線８と陰極リード線９が夫々接続されているものであり、この陽極リード線８と陰極リード線９の接続は、図２（ａ）、（ｂ）にその詳細を示すように、陰極電極３に形成された分極性電極層７（陽極電極２に形成された分極性電極層６も同じ）の一部を除去して集電体５を露出させ、この露出させた部分に陰極リード線９を冷間圧接、超音波溶接等で接続するようにしたものである。
【００１９】
さらに、図３に示すように、陰極電極３の陰極リード線９の接続部と対向する陽極電極２には、分極性電極層６が存在しない部分があらかじめ設けられているものである。
【００２０】
そして、このように構成されたコンデンサ素子１は、陽極リード線８と陰極リード線９を図示しないゴム製の封口部材に設けられた孔に挿通して封口部材を装着し、図示しない駆動用電解液を含浸させた後に図示しない有底円筒状の金属ケース内に挿入すると共に上記封口部材を金属ケースの開口部に配設し、この金属ケースの開口部に横絞り加工とカーリング加工を施すことによって上記封口部材を介して封止を行っているものである。
【００２１】
また、上記陽極電極２と陰極電極３に夫々形成された分極性電極層６，７を構成する活性炭粉末としては、木粉系、ヤシガラ系、フェノール樹脂系、石油コークス系、石炭コークス系、ピッチ系の原料を賦活したものが用いられる。
【００２２】
また、駆動用電解液の溶媒としては、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、エチレンカーボネート、スルホラン、アセトニトリル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートまたはメチルエチルカーボネートのいずれか１種もしくは２種以上の混合物が用いられる。また、電解質カチオンとしては、第四級アンモニウム、第四級ホスホニウム、イミダゾリウム塩が使用され、一方、電解質アニオンとしては、ＢＦ4-、ＰＦ6-、ＣｌＯ4-、ＣＦ3ＳＯ3-またはＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2-が用いられる。
【００２３】
このように、巻回されたコンデンサ素子１の陰極電極３の集電体５に接続された陰極リード線９の接続部とセパレータ４を介して対向する陽極電極２に分極性電極層６が存在しない部分を設けることにより、駆動用電解液の化学反応による電解質アニオンであるＢＦ4-、ＰＦ6-等が陽極側に引き寄せられることがなくなってセパレータ４の劣化を防ぐことができるようになり、この結果、電気化学反応が起きることによるガス発生、抵抗増加や容量減少もなくなるため、特性劣化の少ない高信頼性の巻回形電気二重層コンデンサを得ることができるようになるものである。
【００２４】
なお、図４に示すように、陽極電極２に接続された陽極リード線８とセパレータ４を介して対向する陰極電極３にも、部分的に分極性電極層７が存在しない部分を設けることにより、陰極側にアルカリ成分が引き寄せられることがなくなって、セパレータ４の劣化を抑制することができるようになるものである。
【００２５】
以下、具体的な実施例について説明する。
【００２６】
（実施例１）
金属箔からなる集電体として、厚さ３０μｍの高純度アルミニウム箔（ＡＬ：９９．９９％以上）を使用し、塩酸系のエッチング液中で電解エッチングしてアルミニウム箔の表面を粗面化した。
【００２７】
次に、このアルミニウム箔の両面に分極性電極層を形成した。この分極性電極層の形成は、平均粒径５μｍのフェノール樹脂系活性炭粉末と、導電性付与剤として平均粒径０．０５μｍのカーボンブラック、ＣＭＣを溶解した水溶性バインダー溶液を１０：２：１の重量比に混合して混練機で充分に混練した後、メタノールと水の分散溶媒を少しずつ加え、更に混練して所定の粘度のペーストを作製した。続いて、このペーストをアルミニウム箔の表面に塗布して、１００℃の大気中で１時間乾燥して分極性電極層を形成した。
【００２８】
次に、この分極性電極層が形成されたアルミニウム箔を、陽極電極として４０×４７５ｍｍ、陰極電極として４０×５００ｍｍの寸法に切断することにより、陽極電極と陰極電極を夫々作製した。
【００２９】
次に、陽極電極ならびに陰極電極に陽極リード線と陰極リード線を夫々接続した。この各リード線の接続は、アルミニウム箔の表面に形成された分極性電極層の一部（３．５×２０ｍｍ）を取り除き、この取り除いた部分に各リード線を冷間圧接により接合した。そして、これらを巻回したときに陰極リード線の接続部とセパレータを介して対向する陽極電極にも分極性電極層の一部（３．５×２０ｍｍ）を取り除くことによって分極性電極層が存在しない部分を設けた（Ａｌ：７０ｍｍ2、Ｂ１：７０ｍｍ2）。
【００３０】
続いて、上記陽極電極と陰極電極の間に厚さ３５μｍのセパレータを介在させた状態でこれらを巻回してコンデンサ素子（巻き径：φ１８ｍｍ）を得た。
【００３１】
次に、このコンデンサ素子に駆動用電解液を含浸させた。この駆動用電解液は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。
【００３２】
続いて、このコンデンサ素子を有底円筒状のアルミニウム製の金属ケース内に挿入し、この金属ケースの開口部をゴム製の封口部材を用いて封止することにより、本実施の形態による巻回形電気二重層コンデンサを作製した（コンデンサ寸法：φ２０×４５ｍｍ）。
【００３３】
（実施例２）
上記実施例１において、陰極電極に接続された陰極リード線の接続部とセパレータを介して対向する陽極電極に設ける分極性電極層が存在しない部分の面積を４．０×２５ｍｍにした以外は実施例１と同様にして巻回形電気二重層コンデンサを作製した（Ａｌ：７０ｍｍ2、Ｂ１：１００ｍｍ2）。
【００３４】
（実施例３）
上記実施例１において、陰極電極に接続された陰極リード線の接続部とセパレータを介して対向する陽極電極に設ける分極性電極層が存在しない部分の面積を５．０×２８ｍｍにした以外は実施例１と同様にして巻回形電気二重層コンデンサを作製した（Ａｌ：７０ｍｍ2、Ｂ１：１４０ｍｍ2）。
【００３５】
（実施例４）
上記実施例１において、陰極電極に接続された陰極リード線の接続部とセパレータを介して対向する陽極電極に設ける分極性電極層が存在しない部分の面積を３．５×２０ｍｍにした以外は実施例１と同様にして巻回形電気二重層コンデンサを作製した（Ａｌ：７０ｍｍ2、Ｂ１：７０ｍｍ2）。
【００３６】
（実施例５）
上記実施例１において、陰極電極の寸法を３０×５３５ｍｍにした（陰極電極を陽極電極よりも６０ｍｍ長く設定しているため、陽極電極に形成された分極性電極層の巻き終わりから１周分（５３．３８ｍｍ）を陰極電極に形成された分極性電極層が巻回することになるため、最外周面は陰極電極に形成された分極性電極層どうしがセパレータを介して対向することになる）以外は実施例１と同様にして巻回形電気二重層コンデンサを作製した。
【００３７】
（比較例１）
上記実施例１において、陰極電極に接続された陰極リード線の接続部とセパレータを介して対向する陽極電極に分極性電極層が存在するようにした以外は実施例１と同様にして巻回形電気二重層コンデンサを作製した。
【００３８】
このようにして得られた本発明の実施例１〜５及び比較例１の巻回形電気二重層コンデンサについて、初期特性（容量、直流コンデンサ抵抗（以下、ＤＣＲと略す）と、８５℃で２．３Ｖ印加したときの特性劣化試験を行った結果を（表１）に示す。なお、試験数は２０個で行い、その平均値を記載した。また、上記ＤＣＲは充電した後に放電させ、その開始の０．５〜２．０ｓｅｃ間の傾きを算出したものである。
【００３９】
【表１】
0004839807.tif 000002
【００４０】
（表１）から明らかなように、本発明の実施例１〜４による巻回形電気二重層コンデンサは、巻回されたコンデンサ素子の陰極電極に接続された陰極リード線の接続部とセパレータを介して対向する陽極電極、ならびに、陽極電極に接続された陽極リード線の接続部とセパレータを介して対向する陰極電極に、分極性電極層が存在しない部分を夫々設けたことにより、比較例１に比べて容量変化が少なく、特性劣化試験によるΔＣ、ΔＤＣＲ、製品ふくれを大幅に改善することができることが分かるものである。
【００４１】
また、実施例５による巻回形電気二重層コンデンサは、コンデンサ素子の陽極電極に形成された分極性電極層の巻き終わり部分から１周分を陰極電極に形成された分極性電極層を巻回することにより、最外周面に、陰極電極に形成された分極性電極層どうしがセパレータを介して対向する部分を設けた構成により、駆動用電解液や分極性電極を構成する集電体等の部材が電気化学反応を起こさない電気化学的に安定な領域に分極性電極層の電位を設定することが可能になるため、電気化学反応によって生じるガス発生、抵抗の増加や容量の減少も無くなり、特性劣化をより少なくすることができるものである。
【００４２】
このように本発明による巻回形電気二重層コンデンサは、巻回されたコンデンサ素子の少なくとも一方の電極に接続されたリード線の接続部とセパレータを介して対向する他方の電極に分極性電極層が存在しない部分を設けることにより、陰極電極に接続された陰極リード線の接続部と対向する陽極電極に設けた分極性電極層が存在しない部分の間では、駆動用電解液の化学反応によって電解質アニオンであるＢＦ4-、ＰＦ6-等が陽極側に引き寄せられることがなくなり、セパレータの劣化を防ぐことができる。また、陽極電極に接続された陽極リード線の接続部と対向する陰極電極に設けた分極性電極層が存在しない部分の間でも陰極側にアルカリ成分が引き寄せられることがなくなり、セパレータの劣化を防ぐことができる。
【００４３】
また、コンデンサ素子の陽極電極に形成された分極性電極層の巻き終わり部分から少なくとも１周分を陰極電極に形成された分極性電極層を巻回することにより、最外周面に、陰極電極に形成された分極性電極層どうしがセパレータを介して対向する部分を設けた構成により、駆動用電解液や分極性電極を構成する集電体等の部材が電気化学反応を起こさない電気化学的に安定な領域に分極性電極の電位を設定することが可能になるため、電気化学反応によって生じるガス発生、抵抗の増加や容量の減少も無くなり、特性劣化の少ない高信頼性の巻回形電気二重層コンデンサを実現することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明による巻回形電気二重層コンデンサは、特性劣化が少なく信頼性に優れるという効果を有し、特に車載用の電子機器回路用等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施の形態による巻回形電気二重層コンデンサに使用されるコンデンサ素子の構成を示した展開斜視図
【図２】（ａ）同コンデンサ素子を構成する陰極電極に陰極リード線を接続した状態を示した要部平面図、（ｂ）同図（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図３】同コンデンサ素子を構成する陰極電極に陰極リード線を接続した部分を示した要部断面図
【図４】同コンデンサ素子を構成する陽極電極に陽極リード線を接続した部分を示した要部断面図
【図５】（ａ）従来の巻回形電気二重層コンデンサの構成を示した分解斜視図、（ｂ）同コンデンサに使用されるコンデンサ素子の構成を示した展開斜視図
【符号の説明】
【００４６】
１  コンデンサ素子
２  陽極電極
３  陰極電極
４  セパレータ
５  集電体
６，７  分極性電極層
８  陽極リード線
９  陰極リード線
【図１】
0004839807.tif 000003
【図２】
0004839807.tif 000004
【図３】
0004839807.tif 000005
【図４】
0004839807.tif 000006
【図５】
0004839807.tif 000007