(57)【要約】【課題】  凹状の外装容器内に、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で封口されてなる電気二重層キャパシタにおいて、外装容器の開口部が封口板によって適切に封口されるようにして、電気二重層キャパシタから電解液が漏れ出したり、水分が電気二重層キャパシタ内に侵入したりするのを防止し、サイクル寿命に優れた電気二重層キャパシタが得られるようにする。【解決手段】  凹状の外装容器20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30により封口されてなる電気二重層キャパシタにおいて、上記の外装容器の開口部側において上記の電極体を覆うようにして凹状の被覆体20を設けた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹状の外装容器内に、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、上記の外装容器の開口部側において上記の電極体を覆うようにして、凹状の被覆体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、上記の電極に炭素材料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、上記の電極体における外装容器の開口部側の面及び側壁面が上記の凹状の被覆体によって覆われていることを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項４】
凹状の被覆体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を収容させると共にこの電極体に電解液を供給する工程と、被覆体の開口部が凹状の外装容器内の底面側に向くようにして上記の被覆体を外装容器内に収容させる工程と、外装容器の開口部を封口板で封口させる工程とを有することを特徴とする電気二重層キャパシタの製造方法。
【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、凹状の外装容器内に、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、外装容器の開口部が封口板により適切に封口されるようにし、電気二重層キャパシタから電解液が漏れ出したり、水分が電気二重層キャパシタ内に侵入したりするのを防止して、電気二重層キャパシタのサイクル寿命を向上させ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、平面形状が円形であるため、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、セラミックや樹脂を用いたケースに端子を設け、このケース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、このケース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、上記の電気二重層キャパシタにおいては、ケースの開口部の周辺に封口板を接着剤で接着させて、ケースの開口部を封口させるようにしていた。
【０００９】
しかし、このようにケースの開口部の周辺に封口板を接着剤で接着させただけでは、その接着強度が弱いため、リフローハンダ付けを行う場合や、充放電を繰り返して行った場合等において、熱により電解液が蒸発したり、電解液が分解する等により、ケース内でガスが発生してケース内の内圧が上昇すると、これにより封口部分に隙間が生じて、ケース内から電解液が漏れ出したり、ケース内に水分が侵入したりして、電気二重層キャパシタのサイクル寿命が低下する等の問題があった。
【００１０】
このため、上記のようなケースの開口部を封口板で封口させるにあたり、熱融着や超音波溶着等によって、ケースの開口部の周辺に封口板を取り付けることも行われている。
【００１１】
しかし、上記のように熱融着や超音波溶着等によってケースの開口部の周辺に封口板を取り付ける場合、ケース内の電解液が熱融着時における熱によって蒸発したり、超音波溶着時における振動により飛散したりして、ケースの開口部の周辺に電解液が付着し、これによって封口板がケースの開口部の周辺にうまく取り付けられなくなり、上記の場合と同様に、リフローハンダ付けを行う場合や、充放電を繰り返して行った場合等においてケース内の内圧が上昇すると、これにより封口部分に隙間が生じ、ケース内から電解液が漏れ出したり、ケース内に水分が侵入したりして、電気二重層キャパシタのサイクル寿命が低下する等の問題があった。
【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】
【００１２】
この発明は、凹状の外装容器内に、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、外装容器の開口部が封口板によって適切に封口されるようにして、電気二重層キャパシタから電解液が漏れ出したり、水分が電気二重層キャパシタ内に侵入したりするのを防止し、サイクル寿命に優れた電気二重層キャパシタが得られるように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】
【００１３】
この発明においては、上記のような課題を解決するため、凹状の外装容器内に、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、上記の外装容器の開口部側において上記の電極体を覆うようにして、凹状の被覆体を設けたのである。
【００１４】
そして、この電気二重層キャパシタのように、凹状の外装容器の開口部側において電極体を覆うようにして、凹状の被覆体を設けると、外装容器の開口部の周辺に封口板を熱融着や超音波溶着等により取り付けて、外装容器の開口部を封口させる場合に、熱融着時における熱によって電解液が蒸発したり、超音波溶着時における振動により電解液が飛散したりして、電解液が外装容器の開口部の周辺に付着するのが抑制されるようになり、外装容器の開口部が封口板によって適切に封口されるようになる。
【００１５】
ここで、この電気二重層キャパシタにおいて、上記の電極の材料としては、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、フラーレン等の炭素材料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。
【００１６】
また、この電気二重層キャパシタにおいて、上記の凹状の被覆体によって上記の電極体における外装容器の開口部側の面及び側壁面を覆うようにすると、上記のように、熱融着時における熱によって電解液が蒸発したり、超音波溶着時における振動により電解液が飛散したりして、電解液が外装容器の開口部の周辺に付着するのがより一層抑制され、外装容器の開口部が封口板によってより適切に封口されるようになる。
【００１７】
また、この発明においては、上記のような電気二重層キャパシタを製造するにあたり、凹状の被覆体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を収容させると共にこの電極体に電解液を供給する工程と、被覆体の開口部が凹状の外装容器内の底面側に向くようにして上記の被覆体を外装容器内に収容させる工程と、外装容器の開口部を封口板で封口させる工程とを行うようにすることが好ましい。
【００１８】
このようにして電気二重層キャパシタを製造すると、電解液が適切に電極体に供給されるようになると共に、電気二重層キャパシタの製造時に電解液がこぼれるのも抑制される。
【発明の効果】
【００１９】
この発明における電気二重層キャパシタのように、凹状の外装容器の開口部側において電極体を覆うようにして、凹状の被覆体を設けると、上記のように外装容器の開口部の周辺に封口板を熱融着や超音波溶着等により取り付ける場合に、電解液が外装容器の開口部の周辺に付着するのが抑制されて、外装容器の開口部が封口板によって適切に封口されるようになる。
【００２０】
この結果、この発明における電気二重層キャパシタにおいては、リフローハンダ付けを行う場合や充放電を繰り返して行った場合等において、熱により電解液が蒸発したり、電解液が分解する等により、電気二重層キャパシタ内でガスが発生して内圧が上昇しても、これにより封口部に隙間が生じるのが防止され、電気二重層キャパシタ内から電解液が漏れ出したり、水分が侵入するのが抑制されるようになり、従来の電気二重層キャパシタに比べて、サイクル寿命が向上する。
【実施例】
【００２１】
以下、この発明に係る電気二重層キャパシタ及びその製造方法を、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、外装容器の開口部が封口板によって適切に封口されて、サイクル寿命が向上することを、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及びその製造方法は、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。
【００２２】
（実施例１）
実施例１の電気二重層キャパシタにおいては、電極を下記のようにして作製すると共に電解液を下記のようにして調製し、図１に示すような電気二重層キャパシタを作製した。
【００２３】
ここで、電極を作製するにあたっては、電極材料として比表面積が２０００ｍ2／ｇの活性炭粉末を用い、この活性炭粉末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重量部の割合で加えて、これらを混練し、これを加圧成形して、厚みが１．０ｍｍ、一辺の長さが３．５ｍｍの正方形状になった一対の電極１ａ，１ｂを作製した。
【００２４】
また、電解液を調製するにあたっては、非水系溶媒のプロピレンカーボネートに溶質のテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート（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。
【００２５】
また、セパレータ１ｃとしては、ガラス繊維製のものを用いるようにした。
【００２６】
また、凹状の外装容器１０としては、一辺の長さが５ｍｍの正方形状で、高さが２．５ｍｍであり、開口部の一辺の長さが４．５ｍｍの正方形状で、収容部の深さが２．２５ｍｍになったアルミナ製の絶縁性容器であって、その収容部の底部に金めっきを施したタングステンからなる集電体１１を設け、この集電体１１と接触するようにして側壁を貫通してその底面に伸びた一方の接続端子１２ｂを設けると共に、上記の開口部の周辺から底面に伸びた他方の接続端子１２ａを設けたものを用いるようにした。
【００２７】
また、被覆体２０としては、開口部の一辺の長さが４ｍｍの正方形状で、収容部の深さが１．８ｍｍになった厚みが０．２ｍｍのアルミニウム製の導電性容器を用い、また封口板３０としては、厚さが０．２５ｍｍのアルミニウム製の導電性板を用いるようにした。
【００２８】
そして、実施例１の電気二重層キャパシタを作製するにあたっては、上記の一対の電極１ａ，１ｂ間に上記のセパレータ１ｃを挟み込んだ電極体１を、上記の被覆体２０の収容部内に収容させ、一対の電極１ａを被覆体２０に接触させると共に、この被覆体２０の収容部内に上記の電解液を十分に注液させた。
【００２９】
次いで、この被覆体２０の開口部が上記の外装容器１０における収容部の底面側に向くようにして、電極体１が収容された被覆体２０を外装容器１０の収容部内に収容させ、他方の電極１ｂを外装容器１０の収容部の底部に設けられた集電体１１に接触させるようにした。
【００３０】
その後、上記の外装容器１０の開口部を閉塞させるようにして、上記の封口板３０を外装容器１０の開口部側に配し、この封口板３０を外装容器１０の開口部の周辺部に熱融着させて、外装容器１０の開口部を封口させると共に、この封口板３０を上記の被覆体２０に密接させるようにした。
【００３１】
（実施例２）
実施例２の電気二重層キャパシタにおいては、図２に示すように、被覆体２０として、開口部の一辺の長さが４ｍｍの正方形状で、収容部の深さが１．０ｍｍになった厚みが０．２ｍｍのアルミニウム製の導電性容器を用いるようにし、それ以外は、上記の実施例１と同じものを使用するようにした。
【００３２】
そして、この実施例２においては、電気二重層キャパシタを作製するにあたり、上記の被覆体２０の収容部内に一方の電極１ａを収容させる一方、上記の外装容器１０の収容部内に他方の電極１ｂとセパレータ１ｃとを収容させ、外装容器１０の収容部の底部に設けられた集電体１１に他方の電極１ｂを接触させると共に、この外装容器１０の収容部内に上記の電解液を十分に注液させた。
【００３３】
次いで、電極１ａが収容された被覆体２０をその開口部が外装容器１０における収容部の底面側に向くようにして、この被覆体２０を外装容器１０の収容部内に収容させて、電極１ａと電極１ｂとの間にセパレータ１ｃを挟みこみ、この状態で、上記の実施例１の場合と同様に、封口板３０を外装容器１０の開口部の周辺部に熱融着させて、外装容器１０の開口部を封口させると共に、この封口板３０を上記の被覆体２０に密接させるようにした。
【００３４】
（比較例１）
比較例１の電気二重層キャパシタにおいては、図３に示すように、被覆体２０を用いずに、上記の封口板３０と上記の電極１ａとの間に、一辺の長さが４ｍｍの正方形状で、厚みが０．２ｍｍになったアルミニウム製の集電板１３を設けるようにし、それ以外は、上記の実施例１と同じものを使用するようにした。
【００３５】
ここで、この比較例１の電気二重層キャパシタを作製するにあたっては、上記の一対の電極１ａ，１ｂ間に上記のセパレータ１ｃを挟み込んだ電極体１を外装容器１０の収容部内に収容させて、この収容部の底部に設けられた集電体１１に他方の電極１ｂを接触させると共に、この外装容器１０の収容部内に上記の電解液を十分に注液させた。
【００３６】
そして、一方の電極１ａと接触するようにして上記の集電板１３を外装容器１０の収容部内に収容させ、この状態で、上記の実施例１の場合と同様に、封口板３０を外装容器１０の開口部の周辺部に熱融着させて、外装容器１０の開口部を封口させると共に、この封口板３０を上記の集電板１３に密接させるようにした。
【００３７】
次に、上記のようにして作製した実施例１，２及び比較例１の各電気二重層キャパシタを、１７０℃で５分間、２６０℃で１分間加熱させる熱処理を３回行った。
【００３８】
その後、上記の各電気二重層キャパシタを、６０℃の雰囲気中において、３．３Ｖの一定電圧で１時間充電させた後、２ｍＡの一定電流で１．０Ｖまで放電させて１サイクル目の放電容量を求め、このような充放電サイクルを最高２００サイクルまで行い、放電容量が１サイクル目の放電容量の５０％以下になるまでのサイクル数を求め、これをサイクル寿命として下記の表１に示した。なお、実施例１の電気二重層キャパシタにおいては、２００サイクル時点においても放電容量が１サイクル目の放電容量の５０％以下に低下しなかった。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
この結果、一対の電極１ａ，１ｂ間に上記のセパレータ１ｃを挟み込んだ電極体１を外装容器１０の収容部内に収容させると共に、外装容器１０の開口部側において上記の電極体１を覆うようにして被覆体２０を設けた実施例１，２の電気二重層キャパシタは、被覆体２０を設けていない比較例１の電気二重層キャパシタに比べてサイクル寿命が大幅に向上していた。特に、収容部の深さが深い被覆体２０を用いた実施例１の電気二重層キャパシタにおいては、封口板３０を熱融着させて外装容器１０の開口部を封口させる場合などに、電解液が外装容器１０の開口部の周辺部に付着するのが一層抑制され、サイクル寿命がさらに大幅に向上した。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明の実施例１において作製した電気二重層キャパシタの概略断面図である。
【図２】この発明の実施例２において作製した電気二重層キャパシタの概略断面図である。
【図３】比較例１において作製した電気二重層キャパシタの概略断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  電極体
１ａ，１ｂ  電極
１ｃ  セパレータ
１０  外装容器
１１  集電体
１２ａ，１２ｂ  接続端子
１３  集電体
２０  被覆体
３０  封口板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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