(57)【要約】【課題】  外装容器内に、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いて、電極材料間の密着性や、電極とセパレータとの密着性や、電極と集電体との密着性等が低下するのを抑制し、電気二重層キャパシタの内部抵抗が大きくなるのを防止する。【解決手段】  外装容器１０内に、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と電解液とが収容され、この外装容器の開口部が封口板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、上記の電極体を電極の積層方向と直交する外方から内方に押圧する押圧部材２を設けた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外装容器内に、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が収容され、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、上記の電極体を電極の積層方向と直交する外方から内方に押圧する押圧部材を設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、上記の電極として、炭素材料が結着剤によって結着された電極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又は請求項２に記載した電気二重層キャパシタにおいて、上記の押圧部材が熱により収縮変形又は膨張変形する材料で構成され、この押圧部材が電極体の周囲に設けられてな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、外装容器内に、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が収容され、この外装容器の開口部が封口板によって封口されてなる電気二重層キャパシタにおいて、封口板により電極体を上から押圧するようにして外装容器の開口部に取り付けた場合等に、電気二重層キャパシタの内部抵抗が上昇するのを抑制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１参照。）。
【０００８】
ここで、上記のような電気二重層キャパシタにおいては、外装容器の開口部に封口板を取り付ける場合、それぞれの電極を外装容器に設けた集電体や封口板に設けた集電体と密着させて接触抵抗を低減させるように、封口板により電極体を上から押圧するようにして外装容器の開口部に取り付けるようにしている。
【０００９】
しかし、上記のような電気二重層キャパシタにおいては、その電極として、一般に活性炭粉末等の炭素材料を結着剤により結着させて成形したものが用いられており、上記のように封口板により電極体を上から押圧するようにして外装容器の開口部に取り付けた場合等に、上記の電極が塑性変形してしまい、電極材料間の密着性や、電極とセパレータとの密着性や、電極と集電体との密着性が低下して、電気二重層キャパシタの内部抵抗が大きく上昇するという問題があった。
【特許文献１】特開平１１−５４３８７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この発明は、外装容器内に、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、上記のように封口板により電極体を上から押圧するようにして外装容器の開口部に取り付けた場合等において、電極が塑性変形して、電極材料間の密着性や、電極とセパレータとの密着性や、電極と集電体との密着性等が低下するのを抑制し、電気二重層キャパシタの内部抵抗が大きくなるのを防止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】
【００１１】
この発明においては、上記のような課題を解決するため、外装容器内に、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が収容され、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、上記の電極体を電極の積層方向と直交する外方から内方に押圧する押圧部材を設けたのである。
【００１２】
そして、この電気二重層キャパシタのように、電極体を電極の積層方向と直交する外方から内方に押圧する押圧部材を設けると、上記のように封口板により電極体を上から押圧するようにして外装容器の開口部に取り付けた場合等において、電極が塑性変形しても、このように塑性変形した電極が上記の押圧部材により内方に押圧されて復帰するようになる。このため、炭素材料が結着剤によって結着された電極を用いた場合においても、電極材料となる炭素材料間の密着性が低下するのも抑制されるようになる。
【００１３】
ここで、この電気二重層キャパシタにおいて、上記の電極に用いる炭素材料としては、例えば、活性炭粉末、活性炭繊維、黒鉛、炭素繊維、コークス、アセチレンブラック，ケッチェンブラック等のカーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、フラーレン等を用いることができ、特に、電極と電解液との接触面積を広くして、高容量の電気二重層キャパシタが得られるようにするためには、活性炭粉末、活性炭繊維、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、フラーレン等を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
この発明における電気二重層キャパシタのように、電極体を電極の積層方向と直交する外方から内方に押圧する押圧部材を設けると、上記のように封口板により電極体を上から押圧するようにして外装容器の開口部に取り付けた場合等に電極が塑性変形しても、このように塑性変形した電極が上記の押圧部材により内方に押圧されて復帰し、電極材料間の密着性や、電極とセパレータとの密着性や、電極と集電体との密着性等が戻り、電気二重層キャパシタの内部抵抗が上昇するのが防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の実施形態に係る電気二重層キャパシタを添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、この発明に係る電気二重層キャパシタは、下記の実施形態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。
【００１６】
（実施形態１）
実施形態１の電気二重層キャパシタにおいては、図１（Ａ）に示すように、外装容器１０の収容部１１内に、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を収容させ、この電極体１に電解液を供給すると共に、電極１ａ，１ｂの積層方向と直交する外方から内方に押圧する押圧部材２として、熱により収縮変形する材料で構成された押圧部材２ａを上記の電極体１の周囲を囲むようにして収容させている。
【００１７】
ここで、この実施形態においては、上記の電極１ａ，１ｂとして、例えば、活性炭粉末等の炭素材料からなる電極材料とポリテトラフルオロエチレン等の結着剤とを混練し、これを所定の大きさになるように加圧成形したものを用いるようにしている。
【００１８】
また、上記の押圧部材２ａを構成する熱により収縮変形する材料としては、例えば、熱収縮性樹脂、形状記憶樹脂、形状記憶合金等を用いることができる。なお、この押圧部材２を形状記憶合金で構成する場合には、上記の電極１ａ，１ｂと接触する部分に絶縁処理を施す必要がある。
【００１９】
また、この実施形態においては、上記の外装容器１０として、セラミックス等の剛性を有する絶縁性材料で構成され、上記の収容部１１の底部に集電体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の縁部１６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、この収容部１１の底部に設けられた集電体１２と、上記の電極体１における下側の電極１ａとが接触するようにしている。なお、外装容器１０を構成する材料は、特に上記のようなセラミックス等の剛性を有する絶縁性材料に限定されない。
【００２０】
そして、上記のように外装容器１０の収容部１１内に、電極体１の周囲を囲むようにして押圧部材２ａを収容させた状態で、図１（Ｂ）に示すように、アルミニウム等の導電性材料で構成された封口板２０を、外装容器１０の収容部１１上面の開口を閉塞させるように配し、この封口板２０を上記の電極体１における上側の電極１ｂに押し付け、この状態で、この封口板２０を外装容器１０の開口部の縁部１６に取り付けて、外装容器１０の開口部を封口させるようにしている。
【００２１】
ここで、上記のように封口板２０を上記の電極体１における上側の電極１ｂに押し付けると、この押し付け力により電極体１における電極１ａ，１ｂが塑性変形して、電極１ａ，１ｂにおける電極材料間の密着性や、電極１ａ，１ｂとセパレータ１ｃとの密着性や、上記の電極１ａ，１ｂが接触する集電体１２や封口板２０との密着性が低下して、電気二重層キャパシタの内部抵抗が大きくなる。
【００２２】
そして、この実施形態における電気二重層キャパシタにおいては、上記のように外装容器１０の開口部を封口板２０により封口させた後、この電気二重層キャパシタを加熱させるようにする。
【００２３】
ここで、このように電気二重層キャパシタを加熱させると、上記の熱により収縮変形する材料で構成された押圧部材２ａが収縮し、この押圧部材２ａによって囲まれた上記の電極体１に対して電極１ａ，１ｂの積層方向と直交する外方から内方に押圧する力が作用して、上記のように塑性変形した電極１ａ，１ｂが復帰するようになり、電極１ａ，１ｂにおける電極材料間の密着性や、電極１ａ，１ｂとセパレータ１ｃとの密着性や、上記の電極１ａ，１ｂが接触する集電体１２や封口板２０との密着性が高まり、電気二重層キャパシタにおける内部抵抗の上昇が抑制されるようになる。
【００２４】
（実施形態２）
実施形態２の電気二重層キャパシタにおいては、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、電極体１を電極１ａ，１ｂの積層方向と直交する外方から内方に押圧させる押圧部材２だけを、上記の実施形態１の電気二重層キャパシタと異ならせ、それ以外は、実施形態１の電気二重層キャパシタと同様に構成した。
【００２５】
ここで、この実施形態２の電気二重層キャパシタにおいては、電極体１を電極１ａ，１ｂの積層方向と直交する外方から内方に押圧させる押圧部材２として、熱膨張率の大きな材料で構成された押圧部材２ｂを用い、この押圧部材２ｂを電極体１と外装容器１０の収容部１１の内壁面との間に挟み込むように設けている。
【００２６】
なお、収容部１１内における電極体１及び押圧部材２の配置は、図３（Ａ）に示すように、角柱状の電極体１の電極１ａ，１ｂの積層方向と平行な４面のうち３面が収容部１１の内壁面と接し、残る１面が角柱状の押圧部材２と接するようにした。
【００２７】
そして、この実施形態２の電気二重層キャパシタにおいて、図２（Ｂ）に示すように、封口板２０を電極体１における上側の電極１ｂに押し付け、この状態で、封口板２０を外装容器１０の開口部の縁部１６に取り付けて、外装容器１０の開口部を封口させた後、この電気二重層キャパシタを加熱させると、電極体１の周囲を囲むようにして、この電極体１と外装容器１０の収容部１１の内壁面との間に挟み込まれた押圧部材２ｂが膨張変形するようになる。
【００２８】
そして、この押圧部材２ｂの膨張変形により、上記の電極体１に対して電極１ａ，１ｂの積層方向と直交する外方から内方に押圧する力が作用し、上記の実施形態１の電気二重層キャパシタの場合と同様に、塑性変形した電極１ａ，１ｂが復帰するようになり、電極１ａ，１ｂにおける電極材料間の密着性や、電極１ａ，１ｂとセパレータ１ｃとの密着性や、上記の電極１ａ，１ｂが接触する集電体１２や封口板２０との密着性が高まり、電気二重層キャパシタにおける内部抵抗の上昇が抑制されるようになる。
【００２９】
図３（Ａ）の構成よりも、例えば、図３（Ｂ）又は図３（Ｃ）の構成の方が塑性変形した電極１ａ，１ｂの形状復帰効果は高い。しかし、図３（Ｂ）又は図３（Ｃ）の構成は、電極体１の頂角部（電極体１の側面が互いに交わってできる角に位置する各辺の部分）が変形する可能性があるため好適ではない。
【００３０】
また、上記の実施形態２では、電極体１と押圧部材２ｂをともに角柱状としたが、図４に示すように、電極体１を円柱状とし、一対の押圧部材２ｂを電極体１の外周面に接するようにして、電極体１の両側に配置させることもできる。
【００３１】
なお、電極体１を電極１ａ，１ｂの積層方向と直交する外方から内方に押圧するのに用いる押圧部材２は、上記の実施形態１，２に示したものに限定されず、熱を加えなくても、電極体１が電極１ａ，１ｂの積層方向と直交する外方から内方に押圧されるようにすることも可能であり、例えば、押圧部材２としてバネ等の付勢手段（図示せず）を用い、これによって電極体１を電極１ａ，１ｂの積層方向と直交する外方から内方に押圧させるようにすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の実施形態１に係る電気二重層キャパシタを組み立てる工程を示した概略断面図である。
【図２】この発明の実施形態２に係る電気二重層キャパシタを組み立てる工程を示した概略断面図である。
【図３】この発明の実施形態２に係る電気二重層キャパシタにおいて、外装容器の収容部内に電極体と押圧部材とを配置させる状態及びその変更例を示した概略断面図である。
【図４】この発明の実施形態２に係る電気二重層キャパシタにおいて、電極体を円柱状に形成すると共に、一対の押圧部材を電極体の外周面に接するようにして、電極体の両側に配置させた変更例の概略断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  電極体
１ａ，１ｂ  電極
１ｃ  セパレータ
２，２ａ，２ｂ  押圧部材
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  縁部
２０  封口板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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