(57)【要約】【課題】  生産工程数を削減することができ、簡単な構造で高性能を得られる電気二重層キャパシタを提供する。【解決手段】  活性炭、導電材および電解液を含むスラリ状の分極性電極活物質１２，１４と、分極性電極活物質中に配設される集電体１５と、分極性電極活物質１４と集電体１５が収容される袋状セパレータ１３と、袋状セパレータ１３が収容される外装ケース１１と、袋状セパレータ１３と外装ケース１１との間に配設される分極性活物質１２と、外装ケース１１の開口部に配設されるシール材を介して外装ケース１１を封口する封口部材１６とを有する。【選択図】    図１        
2005347611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性炭、導電材および電解液を含むスラリ状の分極性電極活物質と、
前記分極性電極活物質中に配設される集電体と、
前記分極性電極活物質と前記集電体が収容される袋状セパレータと、
前記袋状セパレータが収容される外装ケースと、
前記袋状セパレータと前記外装ケースとの間に配設される前記分極性活物質と、
前記外装ケースの開口部に配設されるシール材を介して前記外装ケースを封口する封口部材と
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２】
前記集電体は直方体の辺を形成するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項３】
前記集電体がアルミニウム材からなるパンチングプレートであることを特徴とする請求項１記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項４】
前記導電材がカーボンナノチューブもしくは気相成長炭素繊維を含むことを特徴とする請求項１記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項５】
前記電解液がホウフッ化ジメチルエチルアンモニウムもしくはホウフッ化エチルメチルイミダゾリウムを含むことを特徴とする請求項１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し、特に、電気自動車や各種電気機器に使用される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では、帯状正極と帯状負極とを第１のセパレータを挟んで重ね合わせ、また、帯状正、負極の一方に電解液の含浸された第２のセパレータを重ね合わせたものを渦巻状に巻回した電極巻回体を、有底筒状のケースに収容することにより構成していた（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、上記の特許文献１のような電気二重層キャパシタの帯状電極を形成する工程では、活性炭と導電材とバインダを混練し、混練物を圧延し、乾燥することにより電極シートを形成し、集電体であるアルミ箔に接着することにより形成するため、作業数が多くなってしまっていた。また、電極を巻回する工程、セパレータに電解液を含浸させる工程など、工程数が増大していた。また、帯状電極では、アルミ箔の集電体に電極シートを接着するため、バインダを必要とし、部品点数が増大してしまうという問題があった。また、内部抵抗が高くなってしまうおそれがあった。
【特許文献１】特開２００２−１３４３７０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、従来の電気二重層キャパシタの帯状電極を形成する工程での作業数が多くなってしまうという問題点を解消し、また、電極を巻回する工程、セパレータに電解液を含浸させる工程など、工程数が増大するという問題点を解消し、さらに、部品点数が増大してしまうという問題と、また、内部抵抗が高くなってしまうおそれという問題を解消することにある。
【０００５】
本発明の目的は、上記の課題を鑑み、生産工程数を削減することができ、簡単な構造で高性能を得られる電気二重層キャパシタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る電気二重層キャパシタは、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【０００７】
第１の電気二重層キャパシタ（請求項１に対応）は、活性炭、導電材および電解液を含むスラリ状の分極性電極活物質と、分極性電極活物質中に配設される集電体と、分極性電極活物質と集電体が収容される袋状セパレータと、袋状セパレータが収容される外装ケースと、袋状セパレータと外装ケースとの間に配設される分極性活物質と、外装ケースの開口部に配設されるシール材を介して外装ケースを封口する封口部材とを有することで特徴づけられる。
【０００８】
第２の電気二重層キャパシタ（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくは、集電体は直方体の辺を形成するように構成されていることで特徴づけられる。
【０００９】
第３の電気二重層キャパシタ（請求項３に対応）は、上記の構成において、好ましくは、集電体がアルミニウム材からなるパンチングプレートであることで特徴づけられる。
【００１０】
第４の電気二重層キャパシタ（請求項４に対応）は、上記の構成において、好ましくは、導電材がカーボンナノチューブもしくは気相成長炭素繊維を含むことで特徴づけられる。
【００１１】
第５の電気二重層キャパシタ（請求項５に対応）は、上記の構成において、好ましくは、電解液がホウフッ化ジメチルエチルアンモニウムもしくはホウフッ化エチルメチルイミダゾリウムを含むことで特徴づけられる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、固形の電極を用いないため、作業数の削減もでき、容易に電極を形成することができる。また、電極を巻回する工程やセパレータに電解液を含浸させる工程が不要であるため、工程数の削減ができる。また、スラリ状の電極を用いるため、アルミ箔の集電体を必要とせず、接着の必要もないため、バインダが不要であり、低抵抗化が可能となり、簡単な構造で高性能の電気二重層キャパシタが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電気二重層キャパシタの構造の断面図である。電気二重層キャパシタ１０は、外装ケース１１に負極活物質１２とセパレータ１３と正極活物質１４と集電板１５と封口部材１６とからなる。
【００１５】
正極活物質１４は、活性炭、導電材および電解液を含むスラリ状の分極性電極活物質である。集電体１５は、分極性電極活物質である正極活物質１４中に配設されている。セパレータ１３は、袋状であり正極活物質１４と集電体１５を収容する。負極活物質１２は、正極活物質１４と同様の活性炭、導電材および電解液を含むスラリ状の分極性電極活物質であり、袋状セパレータ１３が収容される外装ケース１１と、袋状セパレータ１３と外装ケース１１との間に配設されている。封口部材１６は、外装ケース１１の開口部に配設されるシール材を介して外装ケース１１を封口する。
【００１６】
正極活物質１４と負極活物質１２の電極スラリは、活性炭と導電材を電解液に混練することにより構成される。従来の電気二重層キャパシタの構造では、アルミ箔等に電極材料が塗布されているため、導電性が良いが、本発明の構造では、アルミ箔を用いていないため、導電性に劣ることがある。そのため、導電材の配合比率を増加させることが考えられるが、導電性を増加させることにより、活性炭の配合比率を少なくすることになり、電気二重層キャパシタの性能が落ちてしまう。そこで、導電材に集電効果の高いカーボンナノチューブを用いることにより、導電材の配合比率を増加させることなく高い導電性を得ることができる。カーボンナノチューブは、多層カーボンナノチューブ、単層カーボンナノチューブを用いることができる。または、ＶＧＣＦ（気相成長炭素繊維；カーボンナノチューブの表面にグラファイトを積層させたもの）を用いることができる。
【００１７】
正極活物質１４と負極活物質１２の電解液はイオン性液体を用いる。一般的に用いられている電解液は、水や有機溶媒のような溶媒に固体の塩を溶かして使用しているが、塩濃度を高くすることができない。従来技術で用いられているＴＥＭＡ・ＢＦ４（ホウフッ化トリエチルメチルアンモニウム）を溶媒であるＰＣ（ポリカーボネート）に溶解した電解液では１．８ｍｏｌまでしか溶けない。しかし、イオン性液体は常温で溶融している塩であるため、溶媒に溶かす必要がなく、高濃度で使用することができる。本実施例では、ＤＥＭＥ・ＢＦ４（ホウフッ化ジエチルメチルアンモニウム）、ＥＭＩ・ＢＦ４（エチルメチルイミダゾリウム）などを５ｍｏｌ程度の高濃度で用いる。（また、有機溶剤であるイオン性液体を電解液に用いているため、活性炭および導電材を均一に分散させることができ、分極性電極をスラリ状にしても沈殿することがない。）
【００１８】
このように、正極活物質１４と負極活物質１２で電極をスラリ状にし、アルミ箔が不要であるため、バインダが不要となる。そのため、低抵抗化がはかられ、活性炭の配合比もあげることができるので、電気二重層キャパシタの性能を向上させることができる。
【００１９】
次に、セパレータ１３について説明する。従来の電気二重層キャパシタに用いられるセパレータは、繊維状のセパレータを使用していた。電解液保液性を持たせる必要があるため、空隙率が高く、保液率の高いセパレータが必要であった。そのため、厚いセパレータとなっていた。しかし、本発明の電気二重層キャパシタでは、電解液は電極スラリに含まれているため、セパレータに保液性を持たせる必要がないのでセパレータを薄くすることができ、内部抵抗を低くすることができる。ただし、一般的に用いられる繊維状セパレータは薄くすると自己放電が大きくなるため、ポリイミド系多孔質膜のような細孔を持つものを用いるほうがよい。
【００２０】
このように、本発明の第１実施形態に係る電気二重層キャパシタは、スラリ状の電極と袋状のセパレータを用いているので、電気二重層キャパシタの形状が限定されない。以上より、上記の負極スラリと正極スラリを袋状のセパレータを介して配することにより高性能電気二重層キャパシタを得ることができる。
【００２１】
図２は、本発明の第２の実施形態に係る電気二重層キャパシタの構造の断面図である。電気二重層キャパシタ２０は、外装ケース２１に負極活物質２２と複数のセパレータ２３と正極活物質２４と集電板２５と電極端子２６と封口部材２７とからなる。
【００２２】
正極活物質２４は、活性炭、導電材および電解液を含むスラリ状の分極性電極活物質である。集電体２５は、分極性電極活物質である正極活物質２４中に配設されている。セパレータ２３は、袋状であり正極活物質２４と集電体２５を収容する。負極活物質２２は、正極活物質２４と同様の活性炭、導電材および電解液を含むスラリ状の分極性電極活物質であり、袋状セパレータ２３が収容される外装ケース２１と、袋状セパレータ２３と外装ケース２１との間に配設されている。封口部材２７は、外装ケース２１の開口部に配設されるシール材を介して外装ケース２１を封口する。
【００２３】
正極活物質２４と負極活物質２２とセパレータ２３は第１の実施形態と同様の材料を用いるため説明は省略する。
【００２４】
本発明の第２実施形態に係る電気二重層キャパシタでは、スラリ状の電極と袋状のセパレータを用いているので、上記の負極スラリと正極スラリを袋状のセパレータを介して配することにより高性能電気二重層キャパシタを得ることができる。
【００２５】
なお、この実施形態では、負極側仕切りがなく、並列の構成となっているが、各セパレータ間に仕切りをもうけることにより直列にすることができる。
【００２６】
図３は、本発明の第３の実施形態に係る電気二重層キャパシタの構造の断面図である。電気二重層キャパシタ３０は、外装ケース３１に負極活物質３２とセパレータ３３と正極活物質３４と集電板３５と封口部材３６とガスケット３７と防爆弁３８からなる。
【００２７】
正極活物質３４は、活性炭、導電材および電解液を含むスラリ状の分極性電極活物質である。集電体３５は、分極性電極活物質である正極活物質３４中に配設されている。セパレータ３３は、袋状であり正極活物質３４と集電体３５を収容する。負極活物質３２は、正極活物質３４と同様の活性炭、導電材および電解液を含むスラリ状の分極性電極活物質であり、袋状セパレータ３３が収容される外装ケース３１と、袋状セパレータ３３と外装ケース３１との間に配設されている。封口部材３６は、外装ケース３１の開口部に配設されるシール材を介して外装ケース３１を封口する。
【００２８】
正極活物質３４と負極活物質３２とセパレータ３３は第１の実施形態と同様の材料を用いるため説明は省略する。
【００２９】
この電気二重層キャパシタ３０は、次のように作製される。アルミニウムの集電板３５の上にポリイミド系多孔質膜のような細孔をもった袋状セパレータ３３をかぶせ、電解液に活性炭および導電材を混練した正極スラリ３４を注入する。アルミニウムの集電板３５は直方体の辺部分を形成するような形状をなし、袋状セパレータ３３を支持するようになっている。それらを外装ケース３１に挿入し、外装ケース３１とセパレータ３３の間に正極スラリと同様に電解液に活性炭および導電材を混練した負極スラリ３２を注入する。注入後、外装ケースの開口部をシール部材を介して封口板、防爆弁で封口する。このとき、集電板が負極スラリに接するとショートを引き起こすので、封口板と集電板の間にセパレータを確実に挟み込むようにする。また、本発明の電気二重層キャパシタでは、正極と負極の電圧分担から正極を負極よりも薄くする必要がある。
【００３０】
袋状のセパレータを介して直接スラリ状の負極および正極を注入するので、電極を作製する工程が削減される。また、電極を支持するアルミ箔等の支持体を必要としない。また、電解液に活性炭および導電材を混練しているので、セパレータに電解液保液性を必要としないため、セパレータを薄膜化できる。
【００３１】
図４は、本発明の第４の実施形態に係る電気二重層キャパシタの構造の断面図である。電気二重層キャパシタ４０は、外装ケース４１に負極活物質４２と複数のセパレータ４３と正極活物質４４と集電板４５と封口部材４６とガスケット４７と防爆弁４８からなり、集電極４５は、パンチングプレートのように孔を有するアルミニウム板を袋状セパレータの中央付近に配置したものである。このとき、セパレータから集電板までの距離ができるだけ均一になるように配置する。
【００３２】
正極活物質４４は、活性炭、導電材および電解液を含むスラリ状の分極性電極活物質である。集電体４５は、分極性電極活物質である正極活物質４４中に配設されている。セパレータ４３は、袋状であり正極活物質４４と集電体４５を収容する。負極活物質４２は、正極活物質４４と同様の活性炭、導電材および電解液を含むスラリ状の分極性電極活物質であり、袋状セパレータ４３が収容される外装ケース４１と、袋状セパレータ４３と外装ケース４１との間に配設されている。封口部材４６は、外装ケース４１の開口部に配設されるシール材を介して外装ケース４１を封口する。
【００３３】
正極活物質４４と負極活物質４２とセパレータ４３は第１の実施形態と同様の材料を用いるため説明は省略する。
【００３４】
アルミニウムの集電板４５の上にポリイミド系多孔質膜のような細孔をもった袋状セパレータ４３をかぶせ、電解液に活性炭および導電材を混練した正極スラリを注入する。アルミニウムの集電板４５はパンチングプレートのように孔を有するアルミニウム板であり、袋状セパレータ４３の中央付近に配置される。このとき、セパレータ４３から集電板４５までの距離ができるだけ均一になるように配置する。それらを外装ケース４１に挿入し、外装ケース４１とセパレータ４３の間に正極スラリと同様に電解液に活性炭および導電材を混練した負極スラリを注入する。注入後、外装ケースの開口部をシール部材を介して封口板４６、防爆弁４８で封口する。このとき、集電板４５が負極スラリに接するとショートを引き起こすので、封口板４６と集電板４５の間にセパレータ４３を確実に挟み込むようにする。また、本発明の電気二重層キャパシタでは、正極と負極の電圧分担から正極を負極よりも薄くする必要がある。
【００３５】
袋状のセパレータを介して直接スラリ状の負極および正極を注入するので、電極を作製する工程が削減される。また、電極を支持するアルミ箔等の支持体を必要としない。また、電解液に活性炭および導電材を混練しているので、セパレータに電解液保液性を必要としないため、セパレータを薄膜化できる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、高性能の電気二重層キャパシタとして利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電気二重層キャパシタの断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る電気二重層キャパシタの斜視図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る電気二重層キャパシタの断面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る電気二重層キャパシタの断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０      電気二重層キャパシタ
１１      外装ケース
１２      負極活物質
１３      セパレータ
１４      正極活物質
１５      集電体
１６      封口部材
２０      電気二重層キャパシタ
２１      外装ケース
２２      負極活物質
２３      セパレータ
２４      正極活物質
２５      集電板
２６      電極端子
２７      封口部材
【図１】
2005347611.tif 000003
【図２】
2005347611.tif 000004
【図３】
2005347611.tif 000005
【図４】
2005347611.tif 000006