(57)【要約】 【課題】  セパレータなどの位置ずれによるショート不良及びＬＣ（漏れ電流）不良を低減することを可能にし、体積効率を向上させた電気二重層コンデンサ及びその製造方法を提供すること。【解決手段】  帯状の集電体１に分極性電極４をパターン塗布したものを２枚用意し、一方を集電体１よりも幅の広いセパレータで覆い、第２の帯状体３１を作製する。それと、帯状の集電体１に電極をパターン塗布したものの他方とを直交させ、交互に折り畳み積層したセルにリード端子を設け、外装材で封止することで電気二重層コンデンサを得る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の集電体の表裏面に分極性電極を形成した第１の帯状体と、前記第１の帯状体を両面からセパレータで覆った構造を持つ第２の帯状体とを交互に折り畳み積層してなる電気二重層コンデンサであって、前記セパレータの幅は前記集電体の幅よりも広いことを特徴とする電気二重層コンデンサ。
【請求項２】
前記第１又は第２の帯状体の一方における集電体は正極用の集電体となり、他方における集電体は負極用の集電体となったことを特徴とする、請求項１に記載の電気二重層コンデンサ。
【請求項３】
前記セパレータには端子取り出し用の穴が設けられ、前記帯状体を折り畳んでなる折り返し部から端子が取り出されたことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の電気二重層コンデンサ。
【請求項４】
前記セパレータに設けられた端子取り出し用の穴の位置は、集電体の一方の側と他方の側とでは、前記セパレータの長手方向で、１／２ピッチだけずれたことを特徴とする、請求項３に記載の電気二重層コンデンサ。
【請求項５】
帯状の集電体の表裏面に分極性電極を形成した第１の帯状体と、前記第１の帯状体を両面からセパレータで覆った構造を持つ第２の帯状体とを交互に折り畳み積層してなる電気二重層コンデンサの製造方法であって、前記集電体の両面へ分極性電極をパターン塗布する工程を有することを特徴とする電気二重層コンデンサの製造方法。
【請求項６】
帯状の集電体の表裏面に分極性電極を形成した第１の帯状体と、前記第１の帯状体を両面からセパレータで覆った構造を持つ第２の帯状体とを交互に折り畳み積層してなる電気二重層コンデンサの製造方法であって、前記集電体へ分極性電極を全面塗布することを特徴とする電気二重層コンデンサの製造方法。
【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及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層コンデンサは、２種の異なる物質の境界面にできる電気二重層の電気蓄積作用を利用している。この種のコンデンサは、電池と電解コンデンサの中間の特性を有しており、自動車の駆動補助から電源の負荷低減、小型メモリのバックアップなどさまざまの用途が考えられており、注目されている。特に近年、小型、大容量、低ＥＳＲ（等価直列抵抗）化が要求されており、その対応として、基本セルを並列に積層した構造のコンデンサが製造されている。
【０００３】
従来の電気二重層コンデンサの一例は、図１１に断面図で示す基本セル６からなる。その構造は、非導電性及びイオン透過性を有する多孔性のセパレータ３を介して対向配置された一対の分極性電極４が中空のガスケット２に収容されている。枠状のガスケット２の上面及び下面には開口部が形成されている。ガスケットの上面及び下面のそれぞれに集電体１が接合されて、ガスケットの上面及び下面のそれぞれの開口部が集電体１によって封止されている。これにより、ガスケットの内部にセパレータ及び一対の分極性電極が封入されている。分極性電極のセパレータと反対側の面には集電体１が接している。また、ガスケットの内部には、セパレータ及び分極性電極と共に電解質溶液が封入されており、この電解質溶液がセパレータ及び分極性電極にしみ込んでいる。また、その基本セル６を並列に積層する方法としては導電性のリードを使用し、図１２に断面図で示すように個々の基本セル６を結ぶのが一般的である。ここで、５は端子板、７はリード端子、８はショート回避用マージンである。
【０００４】
また、特許文献１の様に集電体１を連続したリードとして使用し、正負極それぞれのリードを直角に違え分割したセパレータを正負極用集電体の間に置くように積層した構造の電気二重層コンデンサも開示されている。図１３に、その従来例を斜視図で示す。ここで、９は集電体接続部である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１５３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、導電性リードを使用して積層する電気二重層コンデンサでは、セルがガスケットを用いて封止する構造をとり、電極を取り出すために、リードを各セルの間に挟むため、体積効率の悪化が起こる。また、積層する際に、ずれが起き、容量低下や、接触抵抗の上昇が起こる可能性がある。また、連続したリード一体型電極を交互に積層する電気二重層コンデンサはセパレータが分割されていることから、セパレータの位置合わせが難しく、ショート不良が起こる可能性がある。また、図１３に示したように、集電体接続部９を加工してあるため、集電体１の強度が落ち、切れなどの不良が起こる可能性がある。また、集電体１を折り曲げる集電体接続部９で電極同士の接触が起こる可能性があり、集電体接続部９の部分は隙間を空け、接触しないように折り畳まなければならず、体積効率が悪くなる可能性がある。また、隙間を空けて折り畳まなければならないため、ずれが起こり、そのためショートなどの不良が起こる可能性がある。
【０００７】
本発明では、セパレータ又は集電体接続部の位置ずれによる、ショート不良、ＬＣ（漏れ電流）不良を低減することを可能にし、体積効率を向上させた電気二重層コンデンサ及びその製造方法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】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するために以下の特徴を有する。
【０００９】
すなわち、本発明の電気二重層コンデンサは、帯状の集電体の表裏面に分極性電極を形成した第１の帯状体と、前記第１の帯状体を両面からセパレータで覆った構造を持つ第２の帯状体とを交互に折り畳み積層してなる電気二重層コンデンサであって、前記セパレータの幅は前記集電体の幅よりも広いことを特徴とする。
【００１０】
前記第１又は第２の帯状体の一方における集電体は正極用の集電体となり、他方における集電体は負極用の集電体となることができる。
【００１１】
前記セパレータには端子取り出し用の穴が設けられ、前記帯状体を折り畳んでなる折り返し部から端子を取り出すことができる。
【００１２】
前記セパレータに設けられた端子取り出し用の穴の位置は、集電体の一方の側と他方の側とでは、前記セパレータの長手方向で、１／２ピッチだけずれるようにすることができる。
【００１３】
また、本発明の電気二重層コンデンサの製造方法は、帯状の集電体の表裏面に分極性電極を形成した第１の帯状体と、前記第１の帯状体を両面からセパレータで覆った構造を持つ第２の帯状体とを交互に折り畳み積層してなる電気二重層コンデンサの製造方法であって、前記集電体の両面へ分極性電極をパターン塗布する工程を有することを特徴とする。
【００１４】
そして、本発明の電気二重層コンデンサの製造方法は、 帯状の集電体の表裏面に分極性電極を形成した第１の帯状体と、前記第１の帯状体を両面からセパレータで覆った構造を持つ第２の帯状体とを交互に折り畳み積層してなる電気二重層コンデンサの製造方法であって、前記集電体へ分極性電極を全面塗布することを特徴とする電気二重層コンデンサの製造方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の電気二重層コンデンサは、両面に分極性電極をパターン塗布した集電体を電極塗布パターンに合わせて電極取り出し端子窓を設けたセパレータで挟み、それを交互に折り畳み積層し、端子取り出し窓で端子と接続することで、体積効率の向上、ＥＳＲの低減を可能にし、ショート不良、ＬＣ不良を減少させることを可能にしている。また、分極性電極幅を変更することなく折り畳み積層しているため、折り畳み部（折り返し部）での負荷を減らし、切れなどによる不良を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図２〜図４に、本発明の電気二重層コンデンサの各部材及びセル構造を示す。図２は、本発明の電気二重層コンデンサの作製に用いる、電極パターンを形成した集電体からなる第１の帯状体２１を示す模式的断面図であり、図３は、本発明における、電極パターンを形成した集電体をセパレータで覆った帯状体を示し、図３（ａ）は電極パターンを形成した集電体をセパレータで覆った帯状体（第２の帯状体３１）を幅方向から見た模式的断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の帯状体の長手方向に直交する切り口による断面図であり、図３（ｃ）は電極パターンを形成した集電体をコ字形のセパレータで覆った帯状体を示し、長手方向に直交する切り口による断面図で表され、図３（ｄ）は電極パターンを形成した集電体を扁平な筒状のセパレータで覆った構造を持つ帯状体を示し、長手方向に直交する切り口による断面図で表されている。また、図４は、本発明の電気二重層コンデンサのセルを示す正面図である。
【００１７】
まず、図２を参照して説明する。帯状の集電体１に活性炭で構成される分極性電極４（以下、単に電極と略記することがある）を塗布する。セルの最上面、及び最下面となる部分については電極を塗布せず、集電体１を露出させる。これを幅方向から見た模式図が図２であり、紙面の奥行き方向が帯状の集電体１の幅方向となっている。次に図３のように、集電体１よりも幅の広いセパレータ３で覆う。これを長手方向の端部から見た模式図を図３（ｂ）に示すが、図３（ｃ）、図３（ｄ）のように集電体１及び分極性電極４を包むようにしても良い。なお、図２及び図３において、集電体１、セパレータ３及び分極性電極４の厚みは、全体との比率において実際よりも厚く描かれている。
【００１８】
次に、電極を塗布した集電体１とそれをセパレータ３で覆ったものを１枚ずつ使用し２枚を直交させ、電極をパターン塗布した際に、集電体１が露出している部分を折り目として、交互に折り畳み積層する。このように作製したセルの斜視図を図１に示す。さらに、最上面、最下面の電極を塗布していない部分にリードを設ける。この正面図を図４に示す。これを外装材にて封止する構造の電気二重層コンデンサである。セパレータ３が集電体１よりも幅が広くなっているため、交互にリードを折り畳んだ際、リード同士が接触することが無くなる。なお図４の各部の模様は部材を区別するために用いた。
【００１９】
ここで電気二重層コンデンサに用いた材料について具体的に説明する。集電体１には厚み５０μｍの導電性ゴムを用いた。電解液に硫酸を用いたために導電性ゴムを用いたが、有機系電解液を用いればアルミ箔などの金属箔を用いることも可能である。
【００２０】
セパレータ３の材質は、非導電性で、かつ、イオン透過性の膜であれば材質を問わないので、ここでは鉛蓄電池などにも使用されているＰＰ（ポリプロピレン）系セパレータで、厚み２５μｍのものを用いた。
【００２１】
塗布する分極性電極４の材質は、粉末活性炭に炭素繊維などの導電性付与材及びバインダー材を混ぜて作製したシート状活性炭であれば良く、そのバインダー材の材料や、分極性電極の製造方法はどんなものであっても良いが、今回はＢＥＴ値（比表面積）が１５００ｍ２／ｇの活性炭粉末とバインダー（ＰＶＤＦ：ポリフッ化ビニリデン）を用い、電極厚みは５０μｍにロール成形したものを用いた。
【００２２】
リード端子（取り出し端子）７には０．１ｍｍのニオブ箔を用いた。これは電解液に硫酸を用いたためで、電解液を有機系電解液などに変更すればアルミ箔などを使用することも可能であり、組み合わせにより自由に変更できる。
【００２３】
電解液は今回、硫酸を用いたが、有機系の電解液例えばプロピレンカーボネート（ＰＣ）にテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレートを溶解させたものや硫酸以外の水系の電解液ＫＯＨなどでも構わない。これは用いる集電体１や、取り出し端子等の材料によって組み合わせを自由に変更できる。
【００２４】
これらを外装材であるラミネートフィルムによって真空封止したが、缶ケースなどでかしめる方法を用いても良い。
【００２５】
上記の方法により、形成された電気二重層コンデンサは電極塗布した集電体１をセパレータ３で覆うことでショート不良、ＬＣ不良を回避することを可能にし、体積効率を向上させることを可能にしている。
【実施例１】
【００２６】
以下に、実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。上記の材料を用いて、図２のように集電体１に電極を塗布した帯状体を２枚用意する。そのうち一方を図３（ａ）のようにセパレータ３で挟む。集電体１の幅は１７ｍｍ、セパレータ３の幅は１８ｍｍである。それと他方の帯状体を用いて図１ように交互に折り畳み積層する。それを図４のように上下面の集電体１露出部にリード端子７を融着させる。それを外装材で封止することで電気二重層コンデンサを得る。底面積を１８ｍｍ×１７ｍｍ（電極自体の床面積１７ｍｍ×１７ｍｍ）で電極塗布パターン幅は０．１ｍｍ間隔とし、３回折り畳み積層をした。これをｎ（サンプル数）＝１５０で作製したときの初期不良率は１．３３％であり、体積あたりの容量平均は５．４１２Ｆ／ｍＬ、ＥＳＲは３．６ｍΩであった。
【００２７】
本実施例１に関連して、図５を参照して、集電体１に設ける分極性電極４の他の配置パターンについて説明する。図５は、本発明の電気二重層コンデンサの作製に用いる帯状体を示し、図５（ａ）は第１例の模式的断面図、図５（ｂ）は第２例の模式的断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）の平面図である。
【００２８】
図５（ａ）では、図２と比較して、集電体の左端が分極性電極の端よりも長く引き出されている。これによって、リード端子と集電体の融着が容易になる。また、図５（ｂ）では一続きの分極性電極の長さを図５（ａ）の場合の長さの２倍として、表裏でパターンを半ピッチずらした例である。このように、集電体１の表裏で電極パターンを半ピッチずらすことで、分極性電極パターンの一続きを大きくとれ、しかも折り返しが良好な帯状体が得られる。
【実施例２】
【００２９】
始めに、実施例２で新たに参照する図６〜図９を説明する。図６は、本発明の電気二重層コンデンサのセパレータの形状を示し、図６（ａ）は電極取り出し窓を設けたセパレータの平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）と対になり、電極取り出し窓が半ピッチずれたセパレータを示す平面図、図６（ｃ）は集電体の２倍以上の幅を持ち、集電体の両面に電極取り出し窓を設けたセパレータを示す平面図、図６（ｄ）は電極取り出し窓を設けた扁平な筒状のセパレータ示す斜視図である。
【００３０】
図７は、実施例２又は３における、電極パターンが塗布された集電体を電極取り出し窓が設けられセパレータで挟んだ第３の帯状体７１を示し、図７（ａ）はその模式的断面図、図７（ｂ）はその平面図である。この図７に示した第３の帯状体７１は図３に示した第２の帯状体３１と比較して、そのセパレータ３には電極取り出し窓１０が形成された点が異なり、折り畳んだ後で、一方の側になる電極取り出し窓と他方の側になる電極取り出し窓とが、それぞれ集電体の一方の側と他方の側とに設けられた形状となっている。
【００３１】
図８は、実施例２又は３の電気二重層コンデンサのセルを示す斜視図である。
【００３２】
図９は、実施例２又は３の電気二重層コンデンサの正面図である。
【００３３】
実施例２では、図２のように集電体１に電極を塗布したものを２枚用意する。また図６（ａ）、図６（ｂ）に平面図で示すような電極取り出し窓１０の穴を開けたセパレータ３を用意する。このセパレータ３は表用（図６（ａ））と、裏用（図６（ｂ））とで半ピッチずらして電極取り出し窓１０をあけている。電極取り出し窓１０のサイズは１５ｍｍ×０．１ｍｍである。それらのセパレータ３を用いて、図２のパターン電極塗布集電体を図７（ａ）のように挟む。集電体１幅は１７ｍｍ、セパレータ３幅は１８ｍｍ（両サイド０．５ｍｍのマージン）である。なお、図６（ｃ）のような１枚のセパレータ３を２つ折りにして、パターン電極を塗布した集電体を挟んでも良い。
【００３４】
セパレータ３で挟んだ集電体１と他方の集電体１を用いて図８のように交互に折り畳み積層し、折り畳み部（折り返し部）にリード端子接続部である集電体１が露出している部分が来るようにする。それを図９のように集電体１がセパレータ３から露出している部分にリード端子を融着し端子を取り出す。それを外装材で封止することで本実施例２の電気二重層コンデンサを得る。底面積を１８ｍｍ×１７ｍｍ（電極自体の床面積１７ｍｍ×１７ｍｍ）で電極塗布パターン幅は０．１ｍｍ間隔とし、３回折り畳み積層をした。これをｎ＝１５０で作製したときの初期不良率は１．３３％であり、体積あたりの容量平均は５．４４１Ｆ／ｍＬ、ＥＳＲは２．８ｍΩであった。この構造においては各集電体１から端子が取り出せるため、ＥＳＲが低下している。
【実施例３】
【００３５】
図２のように集電体１に分極性電極を塗布したものを２枚用意する。図６（ｄ）のような扁平な筒状のセパレータ３に電極取り出し窓を設けたものを用意する。取り出し窓のサイズは、１５ｍｍ×０．１ｍｍである。集電体１をこのセパレータ３で包む。集電体１幅は１７．３ｍｍ、セパレータ３幅は１８ｍｍである。セパレータ３で包んだ集電体１と他方の集電体１を用いて図８のように交互に折り畳み積層し、折り畳み部にリード端子接続部である集電体１が露出している部分が来るようにする。それを図９のように集電体１がセパレータ３から露出している部分にリード端子７を融着し端子を取り出す。それを外装材で封止することで電気二重層コンデンサを得る。底面積を１８ｍｍ×１７ｍｍ（電極自体の床面積１７．３ｍｍ×１７ｍｍ）で３回折り畳み積層をした。これをｎ＝１５０で作製したときの初期不良率は０％であり、体積あたりの容量平均は５．５２３Ｆ／ｍＬ、ＥＳＲは２．８ｍΩであった。筒状のセパレータ３を用いていることで、不良率を少なくし、接触抵抗を低減させることを可能にしている。
【実施例４】
【００３６】
図１０は、実施例４で用いる帯状体を示し、図１０（ａ）は電極パターンが塗布された集電体を示す断面図であり、図１０（ｂ）は上下面からセパレータで図１（ａ）の帯状体を挟んだ場合を示す長手方向に垂直な切り口による断面図であり、図１０（ｃ）は図１（ａ）の帯状体をコ字形のセパレータで覆った場合を示す断面図であり、図１０（ｄ）は図１（ａ）の帯状体を扁平な筒状のセパレータで覆った場合を示す断面図である。
【００３７】
図１０のように集電体１の両面に電極を全面塗布したものを２枚用意する。そのうち一方を図３（ａ）のようにセパレータ３で挟む。これも実施例１同様に、上下面の端子取り出し部は集電体１を露出させておく。これを他方の集電体１を用いて図１のように交互に折り畳み積層する。集電体１幅は１７ｍｍ、セパレータ３幅は１８ｍｍである。これを図４のように上下面の集電体１露出部にリード端子７を融着させる。それを外装材で封止することで電気二重層コンデンサを得る。底面積を１８ｍｍ×１７ｍｍ（電極自体の床面積１７ｍｍ×１７ｍｍ）で電極を全面に塗布するために、パターンを組む必要がなく、工数が簡素化される。これをｎ＝１５０で作製したときの初期不良率は１．３３％であり、体積あたりの容量平均は５．４１０Ｆ／ｍＬ、ＥＳＲは３．６ｍΩであり、実施例１と同等であった。
【００３８】
（比較例）従来技術の説明に用いた図１３のように集電体１に電極パターンを組んで塗布し、集電体接続部９を図１３のように細く加工し、それを交互に折り畳み積層する。また、折り畳んでいる集電体１の間にパターン塗布した電極形状と同形のセパレータ３を置く。集電体接続部９では他方の電極とのショートを回避するために、１ｍｍの隙間を設けた。集電体１やセパレータ３など構成材料は実施例と同様のものを使用し、セル体積も実施例と同様になるようにした。また、本発明の実施例と体積を同じくするため、底面積を１８ｍｍ×１７ｍｍで電極塗布パターン幅は０．１ｍｍ間隔とし、３回折り畳み積層をした。床面積は１８ｍｍ×１７ｍｍであるが、集電体１同士のショートを回避するため、それぞれ１ｍｍずつのマージンをとり、電極自体の床面積は１６ｍｍ×１５ｍｍである。これをｎ＝１５０で作製したときの初期不良率は１３．２％であり、体積あたりの容量平均は４．２１３Ｆ／ｍＬ、ＥＳＲは３．７ｍΩであった。本構造では、前述したように、ショートを回避するためマージンをとることが必要であり、体積効率が悪く、体積あたりの容量が小さくなっている。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の電気二重層コンデンサのセルを示す斜視図。
【図２】本発明の電気二重層コンデンサの作製に用いる第１の帯状体を示す模式的断面図。
【図３】本発明の電気二重層コンデンサの作製に用いる第２の帯状体を示し、図３（ａ）は電極パターンを形成した集電体をセパレータで覆った帯状体を幅方向から見た模式的断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の帯状体の長手方向に直交する切り口による断面図、図３（ｃ）は電極パターンを形成した集電体をコ字形のセパレータで覆った帯状体を示す、長手方向に直交する切り口による断面図、図３（ｄ）は電極パターンを形成した集電体を扁平な筒状のセパレータで覆った構造を持つ帯状体を示す、長手方向に直交する切り口による断面図。
【図４】本発明の電気二重層コンデンサのセルを示す正面図。
【図５】本発明の電気二重層コンデンサの作製に用いる帯状体を示し、図５（ａ）は第１例の模式的断面図、図５（ｂ）は第２例の模式的断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）の平面図。
【図６】本発明の電気二重層コンデンサのセパレータの形状を示し、図６（ａ）は電極取り出しの窓を設けたセパレータの平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）と対になり、電極取り出し窓が半ピッチずれたセパレータを示す平面図、図６（ｃ）は集電体の２倍以上の幅を持ち、集電体の両面に電極取り出し窓を設けたセパレータを示す平面図、図６（ｄ）は電極取り出し窓を設けた扁平な筒状のセパレータ示す斜視図。
【図７】実施例２又は３の第３の帯状体を示し、図７（ａ）はその模式的断面図、図７（ｂ）はその平面図。
【図８】実施例２又は３の電気二重層コンデンサのセルを示す斜視図。
【図９】実施例２又は３の電気二重層コンデンサの正面図。
【図１０】実施例４で用いる帯状体を示し、図１０（ａ）は電極パターンが塗布された集電体を示す断面図、図１０（ｂ）は上下面からセパレータで図１（ａ）の帯状体を挟んだ場合を示す長手方向に垂直な切り口による断面図、図１０（ｃ）は図１（ａ）の帯状体をコ字形のセパレータで覆った場合を示す断面図、図１０（ｄ）は図１（ａ）の帯状体を扁平な筒状のセパレータで覆った場合を示す断面図。
【図１１】従来例の電気二重層コンデンサのセルを示す断面図。
【図１２】従来例の電気二重層コンデンサの構造を示す断面図。
【図１３】従来例及び比較例の電気二重層コンデンサを示す斜視図。
【符号の説明】
【００４０】
１    集電体
２    ガスケット
３    セパレータ
４    分極性電極（電極）
５    端子板
６    基本セル
７    リード端子
８    ショート回避用マージン
９    集電体接続部
１０    電極取り出し窓
２１    第１の帯状体
３１    第２の帯状体
７１    第３の帯状体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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