(57)【要約】【課題】  少なくとも一対の電極間にセパレータが設けられた電極体と電解液とを外装容器内に収容させ、外装容器の開口部を封口板により封口させた電気二重層キャパシタにおいて、高温時に電極が外装容器や封口板に強く押し付けられて放電電流が増加したり、低温時に電極と外装容器や封口板との密着性が低下して内部抵抗が増大したりするのを抑制する。【解決手段】  少なくとも一対の電極1a,1b間にセパレータ1cが設けられた電極体1と電解液とが外装容器10内に収容され、この外装容器の開口部16が封口板20により封口されてなる電気二重層キャパシタにおいて、封口板として、線膨張率が異なる２種以上の板材21,22を張り合わせたものを用い、線膨張率の高い板材21を外装容器の開口部と反対側にして、この封口板を外装容器に封口板を取り付けた。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一対の電極間にセパレータが設けられた電極体と電解液とが外装容器内に収容され、この外装容器の開口部が封口板により封口されてなる電気二重層キャパシタにおいて、上記の封口板として、線膨張率が異なる２種以上の板材を張り合わせたものを用い、線膨張率の高い板材を外装容器の開口部と反対側にして、この封口板を外装容器に取り付けたことを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項２】
請求項１に記載した電気二重層キャパシタにおいて、上記の封口板に用いる線膨張率が異なる２種以上の板材として、それぞれ樹脂板を用いたことを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項３】
請求項１に記載した電気二重層キャパシタにおいて、上記の封口板に用いる線膨張率が異なる２種以上の板材として、樹脂板と金属板とを用いたことを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載した電気二重層キャパシタにおいて、上記の外装容器がセラミック材料で構成されていることを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気二重層キャパシタに係り、特に、少なくとも一対の電極間にセパレータが設けられた電極体と電解液とを外装容器内に収容させ、この外装容器の開口部を封口板によって封口させた電気二重層キャパシタにおいて、高温時に放電電流が増加するのを抑制すると共に、低温時に内部抵抗が増加するのを防止するようにした点に特徴を有するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電気エネルギーを蓄積するデバイスとして、化学電池以外に、活性炭等の比表面積の大きな電極材料を用いた電極と、電解液とを使用し、上記の電極を対向するように設け、電解液によってヘルムホルツ層と呼ばれる誘電体層を形成するようにした電気二重層キャパシタが知られている。
【０００３】
ここで、このような電気二重層キャパシタは、電解質イオンの移動によってのみ反応が生じるため、酸化還元反応を伴う化学電池に比べて、急速で充放電できるという利点があり、近年、携帯電話や家庭用電気製品のバックアップ用電源や補助電源として用いられるようになった。
【０００４】
そして、このような電気二重層キャパシタとしては、一般に、円形状になった一対の金属製の缶体からなるキャパシタ缶内に、一対の電極間にセパレータが設けられた電極体と電解液とを収容させ、この一対の缶体の周囲において絶縁パッキンを介して缶体相互を結合させたコイン型の電気二重層キャパシタが利用されている。
【０００５】
ここで、上記のように電気二重層キャパシタを携帯電話や家庭用電気製品のバックアップ用電源や補助電源として用いる場合、プリント基板上に電気二重層キャパシタをハンダ付けして実装させるようになっている。
【０００６】
しかし、上記のようなコイン型の電気二重層キャパシタの場合、これをプリント基板上にハンダ付けするためには、各缶体に端子を溶接などによって取り付けておく必要があり、コストなどが高くつき、また上記のようにコイン型の場合、無駄になる面積が大きくなるという問題があった。
【０００７】
このため、近年においては、セラミック等を用いた外装容器に端子を設け、この外装容器内に一対の電極間にセパレータが設けられた電極体と電解液とを収容させ、この外装容器の開口部に封口板を取り付けて、開口部を封口するようにした電気二重層キャパシタが提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。
【０００８】
ここで、このような電気二重層キャパシタにおいては、高温時に上記の電極が膨張し、電極が外装容器や封口板に強く押し付けられて、放電電流が増加する一方、低温時に上記の電極が収縮し、電極と外装容器や封口板との密着性が低下して、内部抵抗が増大するという問題があった。
【特許文献１】特開平１１−５４３８７号公報
【特許文献２】特開２００１−２１６９５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明は、少なくとも一対の電極間にセパレータが設けられた電極体と電解液とを外装容器内に収容させ、この外装容器の開口部を封口板により封口させるようにした電気二重層キャパシタにおける上記のような問題を解決することを課題とするものであり、上記のように高温時において、電極が外装容器や封口板に強く押し付けられて放電電流が増加したり、低温時において、電極と外装容器や封口板との密着性が低下して内部抵抗が増大したりするのを抑制することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明においては、上記のような課題を解決するため、少なくとも一対の電極間にセパレータが設けられた電極体と電解液とが外装容器内に収容され、この外装容器の開口部が封口板により封口されてなる電気二重層キャパシタにおいて、上記の封口板として、線膨張率が異なる２種以上の板材を張り合わせたものを用い、線膨張率の高い板材を外装容器の開口部と反対側にして、この封口板を外装容器に取り付けるようにしたのである。
【００１１】
そして、上記のように封口板として線膨張率が異なる２種以上の板材を張り合わせたものを用い、線膨張率の高い板材を外装容器の開口部と反対側にして、封口板を外装容器に取り付けると、高温時においては、この線膨張率の高い板材が外装容器の開口部側に位置する線膨張率の低い板材より大きく伸びて、この封口板が外装容器の開口部に対して凸になるように変形し、これによって電極が外装容器や封口板に強く押し付けられるのが抑制され、高温時に放電電流が増加するのが抑制される。一方、低温時においては、上記の線膨張率の高い板材が外装容器の開口部側に位置する線膨張率の低い板材より大きく収縮して、この封口板が外装容器の開口部に対して凹になるように変形し、これによって電極と外装容器や封口板との密着性が低下するのが抑制され、低温時に内部抵抗が増大するのが防止される。
【００１２】
ここで、上記の封口板に用いる線膨張率が異なる２種以上の板材には、各種の線膨張率が異なる板材を用いることができるが、このような板材としては、線膨張率が異なる樹脂板を用いるようにしたり、線膨張率が異なる樹脂板と金属板とを用いるようにすることが好ましい。
【００１３】
これは、線膨張率が異なる樹脂板相互を張り合わせたものや、線膨張率が異なる樹脂板と金属板とを張り合わせたものにおいては、線膨張率が異なる金属板相互を張り合わせたものに比べて、板材における線膨張率の差を大きくすることができ、高温時や低温時における上記のような変形を大きくすることができ、高温時における放電電流の増加や、低温時における内部抵抗の増大をより一層防止できるようになる。また、線膨張率が異なる樹脂板相互を張り合わせたものや、線膨張率が異なる樹脂板と金属板とを張り合わせたものは、線膨張率が異なる金属板相互を張り合わせたものに比べて、板材相互の接着力が弱く、封口板が大きく変形した場合において、封口板が外装容器から外れる前に板材相互が分離され、封口板が外装容器から外れるのが防止される。
【００１４】
ここで、上記の樹脂板を構成する樹脂としては、例えば、ポリイミドアミド，ポリエーテルエーテルケトン，ポリイミド，ポリフェニレンサルファイト等を用いることができ、特に、耐熱性や電気二重層キャパシタに用いる電解液に対する耐食性に優れると共に、線膨張率の調整が容易に行える液晶ポリマーを用いることが好ましい。
【００１５】
また、上記の金属板としても、様々な金属で構成されたものを用いることができ、例えば、電気二重層キャパシタに用いる電解液に対する耐食性に優れたアルミニウムや、アルミナ等のセラミック材料で構成された外装容器との線膨張率の差が少なくて外装容器から外れにくいフェルニコ等を用いることが好ましい。なお、上記のフェルニコは電解液に対する耐食性が十分ではないため、フェルニコからなる板材を用いる場合、この板材の面にアルミニウム等の保護層を設けることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
この発明における電気二重層キャパシタにおいては、上記のように封口板として線膨張率が異なる２種以上の板材を張り合わせたものを用い、線膨張率の高い板材を外装容器の開口部と反対側にして、この封口板を外装容器に取り付けるようにしたため、高温時に放電電流が増加するのが抑制されると共に、低温時に内部抵抗が増大するのも防止されるようになる。
【００１７】
また、この発明における電気二重層キャパシタにおいて、上記の封口板に用いる線膨張率が異なる２種以上の板材として、線膨張率が異なる樹脂板を用いるようにしたり、線膨張率が異なる樹脂板と金属板とを用いるようにすると、高温時における放電電流の増加や、低温時における内部抵抗の増大をより一層防止できるようになると共に、封口板が外装容器から外れるのも防止されるようになる。
【実施例】
【００１８】
以下、この発明に係る電気二重層キャパシタについて、実施例を挙げて具体的に説明すると共に、この実施例における電気二重層キャパシタにおいては、高温時に内部抵抗が増大して放電電流が抑制される一方、室温時に内部抵抗が低下することを比較例を挙げて明らかにする。なお、この発明に係る電気二重層キャパシタは、下記の実施例に示したものに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施することができるものである。
【００１９】
（実施例１）
実施例1においては、電極を作製するにあたり、比表面積が２０００ｍ2／ｇの活性炭粉末１００重量部に、アセチレンブラックを５重量部、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を５重量部に割合で加えたものを混練し、これを成形して、一辺の長さが３．５ｍｍの正方形状で厚みが０．５ｍｍになった電極を作製した。
【００２０】
また、電解液を調製するにあたっては、溶媒にプロピレンカーボネートを使用し、これに溶質の（Ｃ2Ｈ5）4ＮＢＦ4を１ｍｏｌ／ｌの濃度になるように溶解させて電解液を調製した。
【００２１】
また、外装容器としては、線膨張率が７×１０-6のアルミナで構成され、一辺の長さが５ｍｍの正方形状で、高さが１．３ｍｍの枠体からなり、その上面に一辺の長さが３．６ｍｍの正方形状で、深さが１．１ｍｍになった収容部が形成された容器であって、図１に示すように、この外装容器１０における上記の収容部１１の底部にタングステンに金メッキを施した集電体１２が設けられると共に、この集電体１２と接触するようにしてその側壁１３を貫通してその底面１４に伸びた一方の接続端子１５ａと、上記の収容部１１における上面の開口部１６の縁部から底面１４に伸びた他方の接続端子１５ｂとが設けられたものを用いるようにした。
【００２２】
また、封口板としては、図２に示すように、線膨張率が異なる２種類の板材２１，２２が張り合わされてなる封口板２０を用いるようにした。ここで、この実施例においては、線膨張率が大きい板材２１として、線膨張率が８×１０-5で厚みが０．２ｍｍになった液晶ポリマーからなる樹脂板を用い、線膨張率が小さい板材２２として、線膨張率が２×１０-5で厚みが０．２５ｍｍになったアルミニウムからなる金属板を用いるようにした。
【００２３】
そして、電気二重層キャパシタを作製するにあたっては、図３に示すように、上記のようにして作製した２枚の電極１ａ，１ｂの間にガラス繊維製のセパレータ１ｃを介在させて対向させた電極体１を上記の外装容器１０の収容部１１内に収容させて、一方の電極１ａを収容部１１の底部に設けた集電体１２に接触させ、その後、この外装容器１０の収容部１１内に上記の電解液を注液させて、上記の電極１ａ，１ｂに電解液を十分に含浸させるようにした。次いで、上記の封口板２０における線膨張率が大きい板材２１が外装容器１０とは反対側になるようにして、この封口板２０における線膨張率が小さい板材２２を外装容器１０の開口部１６の縁部に熱融着させ、この封口板２０により外装容器１０の開口部１６を封口させて電気二重層キャパシタを作製した。
【００２４】
（実施例２）
実施例２においては、上記の封口板２０における線膨張率が大きい板材２１として、実施例１と同じ線膨張率が８×１０-5で厚みが０．２ｍｍになった液晶ポリマーからなる樹脂板を用いる一方、線膨張率が小さい板材２２として、線膨張率が５×１０-6で厚みが０．２５ｍｍになったフェルニコからなる金属板を用いるようにし、それ以外は、上記実施例１の場合と同様にして電気二重層キャパシタを作製した。
【００２５】
（実施例３）
実施例３においては、上記の封口板２０における線膨張率が大きい板材２１として、線膨張率が８×１０-5で厚みが０．２５ｍｍになった液晶ポリマーからなる樹脂板を用いる一方、線膨張率が小さい板材２２として、線膨張率が１×１０-5で厚みが０．２５ｍｍになった液晶ポリマーからなる樹脂板を用いると共に、図４に示すように、この線膨張率が小さい板材２２の面に、厚さが０．０５ｍｍのアルミニウムからなる集電体２３を形成し、それ以外は、上記実施例１の場合と同様にして電気二重層キャパシタを作製した。
【００２６】
（比較例１）
比較例１においては、上記の封口板として、線膨張率が２×１０-5で厚みが０．２５ｍｍになったアルミニウムからなる金属板だけを用いるようにし、それ以外は、上記実施例１の場合と同様にして電気二重層キャパシタを作製した。
【００２７】
次に、上記のようにして作製した実施例１〜３及び比較例１の各電気二重層キャパシタに対して、周波数が１ｋＨｚの交流電流（０．１ｍＡ）を印加させて、各電気二重層キャパシタの室温及び１５０℃における内部抵抗（Ω）を測定し、その結果を下記の表１に示した。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
この結果、線膨張率が異なる２種の板材２１，２２を張り合わせた封口板２０を用い、線膨張率の高い板材２１を外装容器１０の開口部と反対側にして外装容器１０に取り付けた実施例１〜３の各電気二重層キャパシタにおいては、１枚の板材からなる封口板を用いた比較例１の電気二重層キャパシタに比べて、室温時における内部抵抗が低下する一方、１５０℃の高温時における内部抵抗は大幅に増大しており、高温時における放電電流が抑制されるようになっていた。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の実施例１〜３の電気二重層キャパシタにおいて用いた外装容器の断面説明図である。
【図２】この発明の実施例１，２の電気二重層キャパシタにおいて用いた封口板の断面説明図である。
【図３】この発明の実施例１，２の電気二重層キャパシタを示した概略断面図である。
【図４】この発明の実施例３の電気二重層キャパシタを示した概略断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  電極体
１ａ，１ｂ  電極
１ｃ  セパレータ
１０  外装容器
１１  収容部
１２  集電体
１３  側壁
１４  底面
１５ａ，１５ｂ  接続端子
１６  開口部
２０  封口板
２１  線膨張率が大きい板材
２２  線膨張率が小さい板材
２３  集電体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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