(57)【要約】 【課題】  表面に分極性電極層を形成した、正極及び負極の集電体を、セパレータを介して積層し、角形のケースに封入した電気二重層キャパシタを小型化すること。【解決手段】  正極電流取出部３ａ、負極電流取出部３ｂを、それぞれ正極集電体１ａ、負極集電体１ｂと一体化して、集電体の積層方向と垂直な方向に対向させて配置し、積層一体化した後、絶縁体５を介して集電体の積層体に沿わせるように折り曲げて、キャパシタ素子７を形成する。このような構造とすることで、電流取出部が突出した部分がなくなるので、キャパシタ素子を封入するケース内の、静電容量に寄与しない不要スペースが極めて少なくなり、角形の電気二重層キャパシタを小型化することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に正極分極性電極層が形成され、正極電流取出部を有する少なくとも１枚の正極集電体と、表面に負極分極性電極層が形成され、負極電流取出部を有する少なくとも１枚の負極集電体とを、セパレータを介して積層したキャパシタ素子と、前記キャパシタ素子に含浸された電解液と、前記キャパシタ素子封入用のケースを有する電気二重層キャパシタにおいて、前記正極電流取出部と負極電流取出部とは、それぞれ前記キャパシタ素子の積層方向に垂直な方向の、対向する側に配置されて積層一体化され、絶縁体を介在させた状態で、前記キャパシタ素子の表面に沿って折り曲げられてなることを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項２】
前記正極電流取出部と前記負極電流取出部は、それぞれ外部接続端子が取り付けられてな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。
【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わり、特に、ケース内の容積を有効に利用することで、小型化を図った電気二重層キャパシタに関わるものである。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタは、電荷を有する固体と、それに接触する電解液の界面に形成される、厚さ数ｎｍ程度の電気二重層を、誘電体として利用したものである。電気二重層の容量は、１ｃｍ2あたり数十μＦであるが、表面積が数千ｍ2にも及ぶ活性炭を電極として用いることにより、数百〜数千Ｆの極めて大きな容量を得ることが可能である。
【０００３】
そして、電気二重層キャパシタは、下記のような特徴を有し、実用に供されるとともに、さらなる性能向上のための検討がなされている。
（１）充放電サイクルに伴う容量の劣化が少ない。
（２）一般的な電池に比較して、起動後に瞬時に大きな出力を取り出せる。
【０００４】
現用の電気二重層キャパシタで、小型のものは、表面に活性炭を主とする分極性電極層を形成した一対の集電体の間に、ポリプロピレン不織布などからなるセパレータを挟んで素子とし、この素子に電解液を含浸させ、金属容器に収容し、キャップとガスケットにより金属容器に密封したコイン型の構造をとっている。
【０００５】
また、比較的大容量のものとして、シート状の分極性電極、集電体、セパレータを積層して渦巻状に巻き回してキャパシタ素子とし、この素子に電解液を含浸させ、金属容器に収容し、容器の開口部をキャップで密閉して構成した、巻回型の電気二重層キャパシタが製造されている。
【０００６】
この他に、小型化、薄型化を目的に、シート状の分極性電極、集電体、セパレータを複数枚積層して、扁平な直方体のケースに封入した、角型の電気二重層キャパシタも製造されている。そして、これらの電気二重層キャパシタは、主にＩＣメモリのバックアップやアクチュエータのバックアップに使用されている。
【０００７】
図７は、前記３種類の中の、角型の電気二重層キャパシタを示した図で、図７（ａ）は、内部を透視した斜視図、図７（ｂ）は、断面図である。図７において、２２ａは正極集電体、２２ｂは負極集電体、２３ａは正極電流取出部、２３ｂは負極電流取出部、２４ａは正極外部接続端子、２４ｂは負極外部接続端子、２５はキャパシタ素子、２６は外装ケースである。
【０００８】
図７に示した角型の電気二重層キャパシタは、導電性材料からなる正極集電体２２ａ、負極集電体２２ｂの表面に、それぞれ分極性電極層（図示せず）を形成し、正極電流取出部２３ａ、負極電流取出部２３ｂを、それぞれ取り付けた後、セパレータ（図示せず）を介して、交互に所要枚数積層し、複数の電流取出部を、極ごとに一体化して、それぞれ正極外部接続端子２４ａ、負極外部接続端子２４ｂを取り付けている。
【０００９】
このような構造の電気二重層キャパシタでは、電流取出部を集電体から突出した形で取り付ける必要がある。図７に示した場合では、図における上の方に、電流取出部を突出させて設けてあるため、外装ケース２６の内部に、破線で示した静電容量に寄与しない不要スペース２７が生じてしまう。また、電気抵抗を低く抑えるには、電流取出部の面積を大きくするのが効果的であるが、このような構造のままで面積を大きくすると、正負の電流取出部の接触によるショートを招く虞がある。
【００１０】
このような角型の電気二重層キャパシタにおける、電流取出部の構造については、下記の特許文献１、特許文献２に開示されている。しかしながら、前記不要スペース形成への対処方法については、何ら言及されていないものである。
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−７４６７２号公報
【特許文献２】特開２０００−２００７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明の課題は、表面に分極性電極を形成した正負の集電体を、セパレータを介して積層したキャパシタ素子を、角型のケースに封入した電気二重層キャパシタであって、所要の導電性を確保し得る電流取出部を有し、かつ、ケース内の不要なスペースが極めて少ない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】
【００１３】
本発明は、前記の問題解決のため、電流取出部と、外部接続端子への電流取出部の取り付け構造を再検討した結果なされたものである。
【００１４】
即ち、本発明は、表面に正極分極性電極層が形成され、正極電流取出部を有する少なくとも１枚の正極集電体と、表面に負極分極性電極層が形成され、負極電流取出部を有する少なくとも１枚の負極集電体とを、セパレータを介して積層したキャパシタ素子と、前記キャパシタ素子に含浸された電解液と、前記キャパシタ素子封入用のケースを有する電気二重層キャパシタにおいて、前記正極電流取出部と負極電流取出部とは、それぞれ前記キャパシタ素子の積層方向に垂直な方向の、対向する側に配置されて積層一体化され、絶縁体を介在させた状態で、前記キャパシタ素子の表面に沿って折り曲げられてなることを特徴とする電気二重層キャパシタである。
【００１５】
また、本発明は、前記正極電流取出部と前記負極電流取出部が、それぞれ外部接続端子が取り付けられてなることを特徴とする、前記の電気二重層キャパシタである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電気二重層キャパシタにおいては、集電体表面の一部に、分極性電極層を形成しないで、その部分を電流取出部とした構成を用いることができるので、別途に電流取出部を集電体に接合することによる、接合部分に起因する抵抗増加がなく、ショートの可能性が極めて少ない状態で、電流取出部自体の面積を大きくすることも容易である。
【００１７】
また、同極の電流取出部は、積層して一体化し、キャパシタ素子に沿った状態になるように折り曲げた後に、外部接続端子を取り付けるので、図７に示したような不要スペースが生じない。このため、本発明は、電気二重層キャパシタの小型化や薄型化に寄与するところが大きいものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明を実施するための最良の形態に係る、電気二重層キャパシタのキャパシタ素子を示す図で、図１（ａ）は、斜視図、図１（ｂ）は、断面を模式的に示した図である。図１において、１ａは正極集電体、１ｂは負極集電体、３ａは正極電流取出部、３ｂは負極電流取出部、４ａは正極外部接続端子、４ｂは負極外部接続端子、５は絶縁体、７はキャパシタ素子である。
【００１９】
また、図２は、電流取出部を有する正負の集電体の積層状態を示す図である。図２において、２ａは正極分極性電極層を形成する部分、２ｂは負極分極性電極層を形成する部分、６は位置決め穴である。
【００２０】
本発明においては、図２に示したような形状の導電性のシートからなる集電体を準備し、図２における破線で囲んだ部分に分極性電極層を形成し、セパレータ（図示せず）を介して積層する。その際、正負の電流取出部は、図２に示したように、対向する側に配置する。
【００２１】
次に、正負それぞれの電流取出部を密着させて積層一体化し、図における前方に折り曲げ、絶縁体５を介在させた状態で、集電体を積層した部分に密着させ、キャパシタ素子７を得る。その後、正極外部接続端子４ａと、負極外部接続端子４ｂを取り付ける。
【００２２】
図３は、外部接続端子を取り付けたキャパシタ素子７を、角型の外装ケース８に封入した状態を、内部を透視して示した斜視図である。図３に示したように、本発明によるキャパシタ素子７は、図における上側に、電流取出部が突出した部分がないので、外装ケース８の内部に、図７に示したような不要スペースを設ける必要がない。
【００２３】
次に、具体的な実施例を挙げ、本発明についてさらに詳しく説明する。
【実施例１】
【００２４】
まず、第１の実施例について説明する。この場合、集電体の形状は、図２と同様にしたので、図１、図２、図３を用いて説明する。集電体として、厚さが１８μｍのアルミニウム箔を用いた。ここでは、分極性電極層を形成する部分を、縦が８０ｍｍ、横が５０ｍｍの大きさとし、電流取出部を、縦が３６ｍｍ、横が１６ｍｍの大きさとした。
【００２５】
次に、比表面積が３０００ｍ2／ｇの活性炭粉末と、カーボンブラックと、フェノール樹脂とを、重量比で７０／５／２５となるように秤量し、活性炭粉末重量の２倍の２−メトシキメタノールを添加して混合し、分極性電極層形成用の混和物を得た。この混和物を正極集電体１ａ、及び負極集電体１ｂの表面にドクターブレードを用いて、乾燥後の厚さが５０μｍとなるように塗布した。
【００２６】
このようにして、正極集電体１ａ、負極集電体１ｂを、それぞれ２５枚調製し、乾燥させた後、厚さが１５μｍの多孔質ポリプロピレンフィルムをセパレータとして、正負交互に積層した。次に、正極電流取出部３ａ、負極電流取出部３ｂを、それぞれ密着させて積層一体化し、図１における前方に折り曲げ、厚さが２０μｍのポリプロピレンのシートを絶縁体として介在させた状態で、集電体の積層体に沿わせるように密着させた。その後、正極外部接続端子４ａ、負極外部接続端子４ｂを取り付け、外装ケース８に封入した。
【００２７】
次に、電解液として、リチウムフルオロボレートを０．５モル／Ｌの濃度でピロピレンカーボネートに溶解した溶液を調製した。この電解液を、外装ケース８内に注入して外装ケース８を封口し、角型の電気二重層キャパシタを得た。
【００２８】
このようにして得られた電気二重層キャパシタは、図３に示したように、キャパシタ素子７と外装ケース８の内壁との間に、不要スペースが殆ど生じないので、従来の角型の電気二重層キャパシタに比較して小型となる。なお、この場合、積層一体化した電流取出部の厚さは、０．５ｍｍを超えることはなく、これによって生じるスペースは僅かであり、押し潰し加工を施すことで、積層一体化した電流取出部をさらに薄くすることも可能である。
【実施例２】
【００２９】
図４は、本発明の第２の実施例に用いるキャパシタ素子を示す図であり、図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）は断面の模式図である。本実施例は、集電体表面に分極性電極層を形成して積層するところまでは、第１の実施例と同様である。
【００３０】
本実施例では、電流取出部を積層一体化した後、正極電流取出部３ａを、図における前方に、負極電流取出部３ｂを、図における後方に折り曲げ、絶縁体５を介在させた状態で、それぞれ集電体に沿わせるように密着させて、キャパシタ素子９とした。その後は、第１の実施例と同様に、外部接続端子を取り付けて、外装ケースへの封入、電解液の注入、封口を行って、電気二重層キャパシタとした。
【実施例３】
【００３１】
図５は、本発明の第３の実施例に用いる、集電体とキャパシタ素子の形状を示す図で、図５（ａ）は、集電体の形状と積層状態を示す図、図５（ｂ）は、キャパシタ素子の斜視図である。本実施例は、集電体として、縦が６４ｍｍ、横が７０ｍｍで、厚さが１８μｍのアルミニウム箔を集電体として用い、第１の実施例のような切欠部を設けず、位置決め穴１４を、４箇所設けた例である。
【００３２】
本実施例においても、正極集電体１０ａ、負極集電体１０ｂの表面に、第１の実施例と同様にドクターブレードを用いて、正極分極性電極層、負極分極性電極層を形成し、正極電流取出部１２ａ、負極電流取出部１２ｂをそれぞれ積層一体化して、図における前方に折り曲げ、キャパシタ素子１５とした。その後、正極外部接続端子１３ａ、負極外部接続端子１３ｂを取り付けて、第１の実施例と同様に、外装ケースへの封入、電解液の注入、封口を行い、電気二重層キャパシタとした。
【実施例４】
【００３３】
図６は、本発明の第４の実施例に用いる、集電体とキャパシタ素子の形状を示す図で、図６（ａ）は、集電体の形状と積層状態を示す図、図６（ｂ）は、キャパシタ素子の斜視図である。本実施例は、集電体として、位置決め穴の数以外は、第３の実施例に用いたのと同じアルミニウム箔を用いている。
【００３４】
そして、本実施例においては、キャパシタ素子２１の、正極電流取出部１８ａと負極電流取出部１８ｂとほぼ垂直な方向に、正極外部接続端子１９ａと負極外部接続端子１９ｂを引き出した。その後は、第１の実施例と同様にして、外装ケースへの封入、電解液の注入、封口を行って、電気二重層キャパシタとした。
【００３５】
以上に説明したように、本発明の角型の電気二重層キャパシタは、外装ケース内の静電容量に寄与しない、不要なスペースが極めて少ないので、従来の電気二重層キャパシタに比較して小型化が可能である。また、本発明の電気二重層キャパシタでは、電流取出部を集電体と一体化し、大面積とすることも可能なので、低抵抗化にも寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明を実施するための最良の形態に係る電気二重層キャパシタのキャパシタ素子を示す図。図１（ａ）は斜視図。図１（ｂ）は断面図。
【図２】電流取出部を有する正負の集電体の積層状態を示す図。
【図３】外部接続端子を取り付けたキャパシタ素子を、角型の外装ケースに封入した状態を、内部を透視して示した斜視図。
【図４】本発明の第２の実施例に用いるキャパシタ素子の図。図４（ａ）は斜視図。図４（ｂ）は断面の模式図。
【図５】本発明の第３の実施例に用いる、集電体とキャパシタ素子の形状を示す図。図５（ａ）は、集電体の形状と積層状態を示す図。図５（ｂ）は、キャパシタ素子の斜視図。
【図６】本発明の第４の実施例に用いる、集電体とキャパシタ素子の形状を示す図。図６（ａ）は、集電体の形状と積層状態を示す図。図６（ｂ）は、キャパシタ素子の斜視図。
【図７】従来の角型の電気二重層キャパシタを示す図。図７（ａ）は内部を透視した斜視図。図７（ｂ）は断面図。
【符号の説明】
【００３７】
１ａ，１０ａ，１６ａ，２２ａ    正極集電体
１ｂ，１０ｂ，１６ｂ，２２ｂ    負極集電体
２ａ，１１ａ，１７ａ    正極分極性電極層を形成する部分
２ｂ，１１ｂ，１７ｂ    負極分極性電極層を形成する部分
３ａ，１２ａ，１８ａ，２３ａ    正極電流取出部
３ｂ，１２ｂ，１８ｂ，２３ｂ    負極電流取出部
４ａ，１３ａ，１９ａ，２４ａ    正極外部接続端子
４ｂ，１３ｂ，１９ｂ，２４ｂ    負極外部接続端子
５    絶縁体
６，１４，２０    位置決め穴
７，９，１５，２１，２５    キャパシタ素子
８，２６    外装ケース
２７    不要スペース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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