(57)【要約】【課題】  シール蓋の腐食に伴う電解液の漏洩防止効果をより向上できる電気二重層コンデンサを提供する。【解決手段】  電気二重層コンデンサ１００中の電解液中で水の電気分解により生成された水酸化物イオンは四級アンモニウムカチオンと四級アンモニウム水酸化物の強アルカリ性のアルカリ性液を生成する。このアルカリ性液は陰極３０を伝わり、第１ＰＰプレート５０へと至る。第１ＰＰプレート５０はアルカリ性液を物理的にブロックし、アルカリ性液が侵入することを防ぐ。第１ＰＰプレート５０で防ぎきれず、この第１ＰＰプレート５０を透過した一部のアルカリ性液はホウ酸層６０へと至る。ホウ酸層６０でこの一部のアルカリ性液は中和され、中性化される。このような多重のガードによってアルカリ性液の封口ゴム８０への接触を防止し、ひいては封口ゴム８０と陰極３０の間の隙間の生成を防止し、電解液の漏洩を防止できることになる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液に含浸されたコンデンサ素子がケースに内蔵され、前記電解液が外部に漏洩することを防止するシール蓋で密封され、前記コンデンサ素子と接続された陰極と陽極が前記シール蓋を貫通して外部に引き出されている電気二重層コンデンサであって、
前記電解液と前記シール蓋との間を遮蔽する遮蔽板を少なくとも陰極の周辺に備え、
前記遮蔽板と前記シール蓋との間に、前記電解液中で生成したアルカリ性液を中和する中和層を含む電気二重層コンデンサ。
【請求項２】
請求項１に記載の電気二重層コンデンサであって、
さらに、
前記中和層と前記シール蓋との間に、前記中和層を通過したアルカリ性液と前記シール蓋とを遮蔽する補助遮蔽板を有する電気二重層コンデンサ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電気二重層コンデンサであって、
さらに、
前記シール蓋の下に、前記中和層を通過した前記アルカリ性液が前記シール蓋に接触することを防止する接触防止空間を有する電気二重層コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気二重層コンデンサ、特に電解液の漏洩を防止する電気二重層コンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層コンデンサは、陰極および陽極のリード端子を接続した両極電極箔をセパレータを介して巻回して、電解液を含浸してなるコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子をアルミニウムや硬質樹脂等からなる有底筒状の外装ケース内にシール蓋で密封して構成されている。
【０００３】
このシール蓋がアルカリ性液と反応して腐食し、陰極側のリード端子とシール蓋の間に隙間が生じてしまう問題が生じている。これは電気二重層コンデンサ使用中に陰極側のリード端子付近で形成される強アルカリ性の四級アンモニウム水酸化物などの強アルカリ性物質によるものである。この水酸化物は電気二重層コンデンサのコンデンサ素子中の電解液に含まれる四級アンモニウムカチオンと、電解液中の不純物として含まれている水が電気二重層コンデンサ使用中に陰極で電解して生じる水酸化物イオンとが結合し、陰極側の付近で強アルカリ形成したものである。この陰極付近で強アルカリ形成により生成された水酸化物が陰極側のリード端子を通じて、シール蓋に至り、陰極側のリード端子付近のシール蓋を腐食させる。このシール蓋の腐食により、陰極側のリード端子とシール蓋の間に隙間が生じ、電解液の漏洩という問題が生じる。
【０００４】
このような電解液漏洩に関して以下の文献が知られている。下記特許文献１には、ゴムシール蓋とコンデンサ素子の間であって、少なくとも陰極側の端子の周辺箇所にアタクチックポリプロピレンが塗布される構成が開示されている。アタクチックポリプロピレンを塗布することにより、電解液がゴムシール蓋の透孔とこれを貫通している端子との間から電解液が外部に漏洩しないということが報告されている。
【０００５】
なお、下記特許文献２には、電解液を中和する性質を持つホウ酸またはホウ酸化合物を含む中和剤のシートを電解コンデンサの外装ケース内部に収納し、難燃化された電解コンデンサが開示されている。この中和剤のシートがシール蓋内表面に収納されることが開示されている。このホウ酸またはホウ酸化合物を含む中和剤シートは、ガラス繊維布、セラミックスペーパ等の不燃、難燃性の素材からなる多孔質シートを利用してシート状に形成してなることが開示されている。
【０００６】
また、下記特許文献３には、ガスケットの外側に電解液を中和するための中和層が設けられた電気二重層コンデンサが開示されている。電解液として強塩基物質を用いてある場合には、例えばホウ酸などの粉末状の酸性物質を中和層を形成する電解液の中和剤として用い、このホウ酸には分散可能な水溶性高分子物質を媒質として選択することが開示されている。
【０００７】
さらには、下記特許文献４には、シール蓋直下に円錐状の空間となる挿入ガイド部を設け、シール蓋に電極を挿入する際に便宜である電気二重層コンデンサが開示されている。下記特許文献５には、２つのゴム層の間にポリプロピレン（ＰＰ）層を有するシール蓋を備える電解コンデンサが開示されている。
【０００８】
【特許文献１】実用新案登録第３００２４３１号公報
【特許文献２】特開昭６３−３１２６２２号公報
【特許文献３】実開平４−１２１７２４公報
【特許文献４】特開平１１−１６２７９６号公報
【特許文献５】特開平８−３０６５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記特許文献１のポリプロピレンを塗布してＰＰ塗布層を形成し、物理的に電解液中で生成したアルカリ性液がシール蓋と接触することを防止する構成では、電解液中で生成し、陰極リード端子を通じた強アルカリ性の電解液を十分に保護できず、シール蓋に強アルカリの電解液が接触してしまう場合がある。このような接触をできるだけ防止し、シール蓋の陰極周辺におけるアルカリ腐食によって生じた隙間による電気二重層コンデンサの電解液の漏洩を防止する必要がある。
【００１０】
本発明は、上記課題等に鑑みてなされたものであり、シール蓋の腐食に伴う電解液の漏洩防止効果をより向上できる電気二重層コンデンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の電気二重層コンデンサは、電解液に含浸されたコンデンサ素子がケースに内蔵され、前記電解液が外部に漏洩することを防止するシール蓋で密封され、前記コンデンサ素子と接続された陰極と陽極が前記シール蓋を貫通して外部に引き出されている電気二重層コンデンサであって、
前記電解液と前記シール蓋との間を遮蔽する遮蔽板を少なくとも陰極の周辺に備え、
前記遮蔽板と前記シール蓋との間に、前記電解液中で生成したアルカリ性液を中和する中和層を含む電気二重層コンデンサ。
【００１２】
電解液中の陰極端子周辺で生成したアルカリ性液がシール蓋に接触する前に中和層によって、中和され、中性化される。中性液はシール蓋に接触してもシール蓋を腐食させることがない。よって、シール蓋の腐食による隙間の生成を防止し、ひいては電解液の漏洩を防止できる。また、遮蔽板は中和層と電解液との接触を防止しているので、中和層は負極で発生するアルカリ性液以外の電解液成分とは反応せず、アルカリ性液のみと反応する構成となっている。
【００１３】
上記電気二重層コンデンサにおいて、さらに、前記中和層と前記シール蓋との間に、前記中和層を通過したアルカリ性液と前記シール蓋とを遮蔽する補助遮蔽板を有すると好適である。
【００１４】
補助遮蔽板を設けることで、中和層での中和過程が不十分であったとしても、アルカリ性のまま中和層を通過したアルカリ性液とシール蓋との接触を防ぐことができる。
【００１５】
上記電気二重層コンデンサにおいて、さらに、前記シール蓋の下に、前記中和層を通過した前記アルカリ性液が前記シール蓋に接触することを防止する接触防止空間を有すると好適である。
【００１６】
シール蓋との接触前に空間が設けられたことにより、より確実にアルカリ性液がシール蓋と接触することを防止できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、シール蓋の腐食に伴う電解液の漏洩防止効果をより向上できる電気二重層コンデンサを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
「電気二重層コンデンサの全体構成」
図１（ａ）には本発明に係る電気二重層コンデンサ１００が示される。図１（ｂ）は電気二重層コンデンサ１００の陰極３０周辺における封口ゴム８０と第２ＰＰプレート７０の境界部分の拡大図である。このコンデンサ１００には、四級アンモニウム塩を含む電解液が含浸されたコンデンサ素子１０が電気二重層コンデンサのケース２０内に詰められている。シール蓋としての封口ゴム８０はコンデンサ素子１０をケース２０内に密封し、コンデンサ素子１０に含浸させられた四級アンモニウム塩を含む電解液がケース外部に漏洩することを防止している。陰極３０および陽極４０はコンデンサ素子１０から封口ゴム８０中を貫通して外部に引き出された構造となっている。コンデンサ素子１０と封口ゴム８０の間には三層の漏洩防止構造を有している。すなわち、コンデンサ素子１０側から封口ゴム８０側に向かって、（ｉ）ホウ酸層６０がコンデンサ素子１０と接触することを防止する第１ＰＰプレート層５０、（ｉｉ）電解液中で生成したアルカリ性液を中和するホウ酸層６０、（ｉｉｉ）この中和層を通過したアルカリ性液と封口ゴム８０の接触を物理的に防止する第２ＰＰプレート層７０の３層の漏洩防止構造となっている。さらに電気二重層コンデンサ１００は、封口ゴム８０に陰極３０の周辺に形成された切り欠き部９０を有している。
【００２０】
「ホウ酸層（中和層）」
ホウ酸層６０はホウ酸を含浸させ、乾燥させたペーパまたは綿などで構成する。ホウ酸層６０は、電解反応により生じたアルカリ性液が中和できる層であればよく、ホウ酸に変えて電解反応により生じ、コンデンサ素子１０から陰極３０を伝わってきたアルカリ性液を中和できる物質による構成とすることが可能である。
【００２１】
「第１ＰＰプレート」
第１ＰＰプレート５０は電気二重層コンデンサのコンデンサ素子中の電解液と反応せずホウ酸層６０をコンデンサ素子（電解液）から遮蔽し、ホウ酸層６０が直接電解液と反応することを防止する。陰極３０の周囲を強固に覆い、陰極３０を伝わって上昇するアルカリ性液をガードする役割も副次的効果として有している。第１ＰＰプレートはホウ酸層６０とも反応しないため好適である。第１ＰＰプレート５０は、電解液および中和層と反応しない材質であれば他の材質に変更可能である。
【００２２】
「第２ＰＰプレート（補助遮蔽板）」
第２ＰＰプレート７０は、ホウ酸層６０と反応せず、陰極３０の周囲を強固に覆うものである。第２ＰＰプレート７０は、ホウ酸層６０を通過し、中和しきれなかったアルカリ性液を物理的にブロックして、中和層６０以下に止め、封口ゴム８０に至らせない作用を有する。第２ＰＰプレート７０は中和層および封口ゴム８０と反応しない材質であれば変更可能である。
【００２３】
「切り欠き部（接触防止空間）」
切り欠き部は少なくとも陰極周辺に設けられ、封口ゴム８０と第２ＰＰプレート７０との間に設けられた空間である。この空間は第２ＰＰプレート７０を通過したアルカリ性液が封口ゴム８０と接触することを防止し、ひいては封口ゴム８０の腐食を防止する防止空間である。この防止空間によって腐食を防止できる理由の１つとして以下が考えられる。この防止空間があることによって、封口ゴム８０にアルカリ性液が接触するまでに時間がかかる。時間がかかるとアルカリ性液は乾燥し、固化し、液性を失う。すると封口ゴム８０との反応性が小さくなり、封口ゴム８０の腐食を防止できる。よって、封口ゴム８０と陰極３０の間の隙間の生成を防止し、ひいては電解液の漏洩を防止できる。接触防止空間は空間であればよく、切り欠き部のような形状に限られるものではない。封口ゴム８０と第２ＰＰプレート７０のあるいは第２ＰＰプレート７０とホウ酸層６０の間、ホウ酸層６０と第１ＰＰプレートの間のいずれであってもよく、または、それらの組み合わせであってもよい。
【００２４】
「腐食防止の態様」
電気二重層コンデンサ１００の封口ゴム８０の腐食が防止される過程について説明する。電気二重層コンデンサ１００を充電することにより、電解液中に含まれていた水が電気分解し、水酸化物イオンが生成する。この水は、電解液を蒸留してもなお、電解液中に残留している不純物としての水などである。電気分解により生成された水酸化物イオンは陰極３０の近傍に至り、電解液中の四級アンモニウムカチオンと四級アンモニウム水酸化物の強アルカリ性のアルカリ性液を生成する。このアルカリ性液は陰極３０を伝わり、第１ＰＰプレート５０へと至る。第１ＰＰプレート５０はアルカリ性液を物理的にブロックし、アルカリ性液が侵入することを防ぐ。第１ＰＰプレート５０で防ぎきれず、この第１ＰＰプレート５０を透過した一部のアルカリ性液はホウ酸層６０へと至る。ホウ酸層６０でこの一部のアルカリ性液は中和され、中性化される。ホウ酸層６０で中性化されなかった一部のアルカリ性液は第２ＰＰプレート７０で物理的にガードされる。この第２ＰＰプレート７０による物理的ガードを超えたアルカリ性液も切り欠き部９０の空間によって、ゴム封口ゴム８０への接触が防止される。アルカリ性液が伝わる陰極周辺を第１ＰＰプレート５０／ホウ酸層６０／第２ＰＰプレート７０／切り欠き部９０の多重のガードによってアルカリ性液の封口ゴム８０への接触を防止し、ひいては封口ゴム８０と陰極３０の間の隙間の生成を防止し、電解液の漏洩を防止できることになる。
【実施例】
【００２５】
高温高湿試験（６０℃９０％ＲＨ）の環境下でセルに１．８Ｖの電圧を印加させて耐久性試験（コンデンサ数：Ｎ＝１０）を実施し、本発明の電気二重層コンデンサ（実施例）と従来品（比較例）とを比較した。
【００２６】
「実施例」
図１に示される電気二重層コンデンサ１００である。すなわち、封口ゴム８０と電解液が含浸されたコンデンサ素子１０の間であって、アルカリ性液が伝わる陰極周辺を第１ＰＰプレート５０／ホウ酸層６０／第２ＰＰプレート７０／切り欠き部９０の多重のガードによってアルカリ性液の封口ゴム８０への接触を防止した構成となっている。
【００２７】
「比較例」
従来の電気二重層コンデンサを用いたものである。すなわち、実施例と異なり、封口ゴムと電解液が含浸されたコンデンサ素子の間に何らガードを設けず、封口ゴムとコンデンサ素子が接触した構成である。
【００２８】
「結果および評価」
耐久性試験の結果は表１に示した。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
１．漏液累積個数
実施例の電気二重層コンデンサは、試験開始から１００００時間以上経過しても漏液が発生したものは認められなかった。比較例では５０００時間で４個（１０個中）、１００００時間で全数（１０個）の漏液が認められた。本発明の電気二重層コンデンサは漏液が全く認められなかった。これに対し、比較例では５０００時間で４個（１０個中）、１００００時間で全数（１０個）の漏液が認められ、本発明の電気二重層コンデンサの漏液防止構造が有効であることがわかる。
【００３１】
２．静電容量
平均静電容量（１０個中）は、比較例の方が実施例よりも大きな減衰量の経時変化を示した。比較例では不純物によりコンデンサ素子中の活性炭表面が阻害される等して静電容量の減衰量が拡大したものと考えられる。すなわち、生成したアルカリ性液により封口ゴムが腐食し、陰極との間に隙間が生じたことによって、その隙間から外気中の水分等の不純物が侵入し、コンデンサ素子中の活性炭表面が阻害される等して静電容量の減衰量が拡大したものと考えられる。
【００３２】
３．内部抵抗
平均内部抵抗（１０個中）は、比較例の方が実施例よりも大きな増加量の経時変化を示した。比較例では不純物によりコンデンサ素子の内部抵抗が上昇したものと考えられる。すなわち、生成したアルカリ性液により封口ゴムが腐食し、陰極との間に隙間が生じたことによって、その隙間から外気中の水分等の不純物が侵入し、この不純物とコンデンサ素子中の電解液等が反応して副次生成物が生成し、内部抵抗が上昇したものと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、電気二重層コンデンサが必要となる産業分野全般に利用できる。例えば、電気・電子部品、自動車（例：ハイブリッド自動車の電荷蓄積手段）等幅広い適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施形態に係る電気二重層コンデンサである。
【符号の説明】
【００３５】
１０  コンデンサ素子、２０  ケース、３０  陰極、４０  陽極、５０  第１ＰＰプレート、６０  ホウ酸層、７０  第２ＰＰプレート、８０  封口ゴム、９０  切り欠き部、１００  電気二重層コンデンサ。
【図１】
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