(57)【要約】 【課題】  部品数の大幅な増加に繋がらない、簡略な巻回型キャパシタ素子の固定方法と、それを用いることによって、外力に対する信頼性を向上した電気二重層キャパシタ及びその製造方法を提供すること。【解決手段】  巻回型キャパシタ素子１１を、リング状に変形させた形状記憶合金からなる固定部材１６に挿通して金属ケース１５に装入した後、固定部材１６に形状回復処理を施すことで、固定部材１６が巻回型キャパシタ素子１１の外周と、金属ケース１５の内周と接触させた状態とする。このような構造とすることで、巻回型キャパシタ素子１１を金属ケース１５で固定したのと同等の効果が得られ、電気二重層キャパシタの信頼性を向上することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の導電体からなる集電体の表面に分極性電極層が形成された正負一対の電極体と、前記正負一対の電極体の間に介在するセパレータとを渦巻状に巻き回したキャパシタ素子を、電解液とともに金属ケースに封入した構造を有する電気二重層キャパシタにおいて、前記キャパシタ素子と前記金属ケースとの間に、少なくとも一部が前記キャパシタ素子の外周と前記金属ケースの内周に接した状態の、形状記憶合金からなる固定部材が配置さ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２】
帯状の導電体からなる集電体の表面に分極性電極層を形成して正負一対の電極体を得る工程と、間にセパレータを介在させた状態で、前記正負一対の電極体を渦巻状に巻き回してキャパシタ素子を得る工程と、前記キャパシタ素子の外周に、形状記憶処理を施した形状記憶合金からなるリング状の固定部材を配置した状態で、金属ケースに挿入する工程と、前記固定部材の形状回復により、前記固定部材の少なくとも一部が前記キャパシタ素子の外周を押圧するとともに、前記固定部材の少なくとも一部が前記金属ケースの内周に接することで、前記キャパシタ素子を前記金属ケース内に固定する工程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】
本発明は、金属ケースに巻回型のキャパシタ素子を封入した構造の電気二重層キャパシタに関し、特に耐震性の向上を図った電気二重層キャパシタ及びその製造方法に関するものである。
【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、帯状の導電体からなる集電体の表面に分極性電極層を形成した正負一対の電極体と、電極体の間に介在するセパレータを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３は、従来の巻回型キャパシタ素子の構成を模式的に示す斜視図である。図３において、３１は正極側集電体、３２は正極側分極性電極層、３３は負極側集電体、３４は負極側分極性電極層、３５はセパレータ、３６は正極側タブ端子、３７は負極側タブ端子である。
【０００８】
図３における正極側集電体３１、負極側集電体３３は、アルミニウム箔からなり、表面にエッチングを施して用いる。また、正極側分極性電極層３２と負極側分極性電極層３４は、活性炭粉末と導電性補助剤及びバインダを混練した混和物を塗布して形成される。
【０００９】
そして、分極性電極層を形成していない面に、正極側タブ端子３６と負極側タブ端子３７をかしめにより接続し、正極側分極性電極層３２と負極側分極性電極層３４を、セパレータ３５を介して対向配置し、さらに負極側集電体３３の露出面にセパレータ３５を配置して巻き回し、巻回型キャパシタ素子とする。
【００１０】
このようにして得られた巻回型キャパシタ素子は、そのまま放置すると、巻き回した状態が緩んでしまうので、何らかの拘束手段を講じる必要がある。例えば特許文献１には、巻回型キャパシタ素子の外周に粘着テープを貼り付けて、緩みを抑制する技術が開示されている。
【００１１】
図４は、巻回型キャパシタ素子の外周に粘着テープを巻き回した後、金属ケースに封入し、封口などの後処理を施した、従来の電気二重層キャパシタの断面図である。図４において、４１は巻回型キャパシタ素子、４２は粘着テープ、４３は正極側タブ端子、４４は負極側タブ端子、４５は金属ケース、４６はゴムキャップである。
【００１２】
図４に示したように、巻回型キャパシタ素子４１を金属ケース４５に装入した後、電解液を注入し、正極側タブ端子４３と負極側タブ端子４４を貫通させて、ゴムキャップ４６を取り付け、金属ケース４５の開口部にカーリング加工を施して封止するというのが、巻回型キャパシタ素子を有する電気二重層キャパシタの、一般的な製造方法である。
【００１３】
また、この場合は、巻回型キャパシタ素子４１に接続されたタブ端子が、ゴムキャップによって固定されるので、巻回型キャパシタ素子４１も間接的にではあるが、金属ケース４５の中で位置が固定されることになり、これによって、振動など外部から加わる力で、巻回型キャパシタ素子４１が損傷を受けるのを防止している。
【００１４】
また、特許文献２には、金属ケース内における、巻回型キャパシタ素子の位置の固定を確実に行うために、金属ケース側と巻回型キャパシタ素子側のいずれにも、固定用の部材を設ける技術が開示されている。
【００１５】
【特許文献１】特開２００１−１１０６７９号公報
【特許文献２】特開２０００−２６０６６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、特許文献１に開示されているように、タブ端子の固定によって巻回型キャパシタ素子を間接的に固定する方法では、巻回型キャパシタ素子の金属ケースにおける底部側の端部には、何ら拘束手段が施されていないので、振動や衝撃を繰り返し受けているうちに、巻回型キャパシタ素子自体の損傷や、タブ端子の変形や亀裂が発生し、キャパシタ特性の劣化が起こる可能性がある。
【００１７】
また、特許文献２に開示されている技術では、巻回型キャパシタ素子の固定は確実に行われるものの、部品数が増加し、それに伴って組立の工数も増加することになり、結果的に製造コストを押し上げることになる。
【００１８】
従って、本発明の課題は、巻回型キャパシタ素子を金属ケースに封入する構造の電気二重層キャパシタにおいて、部品数の大幅な増加に繋がらない、簡略な巻回型キャパシタ素子の固定方法と、それを用いることによって、外力に対する信頼性を向上した電気二重層キャパシタ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、前記課題の解決のため、巻回型キャパシタ素子の巻きの緩み防止と、金属ケース内における位置固定を同時に行える構造を検討した結果なされたものである。
【００２０】
即ち、本発明は、帯状の導電体からなる集電体の表面に分極性電極層が形成された正負一対の電極体と、前記正負一対の電極体の間に介在するセパレータとを渦巻状に巻き回したキャパシタ素子を、電解液とともに金属ケースに封入した構造を有する電気二重層キャパシタにおいて、前記キャパシタ素子と前記金属ケースとの間に、少なくとも一部が前記キャパシタ素子の外周と前記金属ケースの内周に接した状態の、形状記憶合金からなる固定部材が配置されていることを特徴とする電気二重層キャパシタである。
【００２１】
また、本発明は、帯状の導電体からなる集電体の表面に分極性電極層を形成して正負一対の電極体を得る工程と、間にセパレータを介在させた状態で、前記正負一対の電極体を渦巻状に巻き回してキャパシタ素子を得る工程と、前記キャパシタ素子の外周に、形状記憶処理を施した形状記憶合金からなるリング状の固定部材を配置した状態で、金属ケースに挿入する工程と、前記固定部材の形状回復により、前記固定部材の少なくとも一部が前記キャパシタ素子の外周を押圧するとともに、前記固定部材の少なくとも一部が前記金属ケースの内周に接することで、前記キャパシタ素子を前記金属ケース内に固定する工程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である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に用いる固定部材は、形状記憶合金で構成されるので、巻き回した直後の巻回型キャパシタ素子を装入し、形状回復処理を行うことで、巻回型キャパシタ素子の外周を拘束し、しかも固定部材の少なくとも一部が、金属ケースの内周に接触した状態となる。このために巻回型キャパシタ素子を金属ケースで固定したのと同等の効果が得られ、電気二重層キャパシタの信頼性を向上することができる。
【００２３】
また、基本的に必要な部品は固定部材のみであり、固定に要する操作も固定部材の形状回復のみなので、製造コストを押し上げることが極めて少ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明に用いられる固定部材は、基本的に形状記憶合金で構成された環状であれば良く、線材で構成されるリング状であっても、円筒状であっても使用できる。また、形状記憶合金として多数の材質が実用化されているが、形状回復が起こる温度が過度に高いものでは、巻回型キャパシタ素子を熱によって損なう可能性があるので、この点を考慮して選択する必要がある。
【００２５】
具体的には、変態温度が室温近傍から１００℃前後まで調整可能な、チタン−ニッケル系の合金などが好適に使用できる。なお、巻回型キャパシタ素子には従来の材料や製法によるものがそのまま使用できる。
【００２６】
このような固定構造のため、振動によるリード端子の曲がりや折れを防止することができ、電気二重層キャパシタの耐震性を向上させることができる。
【００２７】
次に具体的な例を挙げ、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態に係る電気二重層キャパシタの一部破砕斜視図である。図１において、１１は巻回型キャパシタ素子、１２は正極側タブ端子、１３は負極側タブ端子、１４はゴムキャップ、１５は金属ケース、１６は固定部材である。
【００２８】
前記のように、巻回型キャパシタ素子１１には従来の構成のものが使用可能である。ここでは集電体として厚さが５０μｍのアルミニウム箔を用い、分極性電極層には活性炭粉末に、導電性補助剤としてケッチェンブラックと、バインダとしてポリテトラフルオロエチレンを加えて混練した混和物を用いた。また、セパレータにはポリプロピレンの不織布を用いた。
【００２９】
このような構成の正負の電極体に、正負のタブ端子を取り付けた後、セパレータを介在させて巻き回し、巻回型キャパシタ素子１１を得た。そして、固定部材１６にはチタン−ニッケル系の合金を用い、巻回型キャパシタ素子１１を内部に挿通し、金属ケース１５に装入した後、形状回復処理を行った。
【００３０】
図２は、巻回型キャパシタ素子を固定部材に挿通した状態を示す図で、図２（ａ）は挿通直後の状態、図２（ｂ）は固定部材の形状回復処理を行った後の状態である。図２において、２１は正極側電極体、２２は負極側電極体、２３は正極側タブ端子、２４は負極側タブ端子、２５は金属ケース、２６ａは巻回型キャパシタ素子を挿通した直後の固定部材、２６ｂは形状回復処理を行った後の固定部材である。
【００３１】
この後、電解液を注入し、ゴムキャップを取り付けて封口加工を行い、電気二重層キャパシタを得た。なお、電解液としては、プロピレンカーボネート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、１モル／リットルの濃度で溶解した溶液を用いた。
【００３２】
図２（ｂ）に示したように、固定部材２６ｂは、形状回復処理により、金属ケース２５の内周と巻回型キャパシタ素子の外周の、いずれにも接する状態で配置されていることから、外力による巻回型キャパシタ素子の移動が極めて起こり難いので、振動などによる損傷が極めて少なくなる。このため、本発明の電気二重層キャパシタの信頼性は、従来よりも向上したものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態に係る電気二重層キャパシタの一部破砕斜視図。
【図２】巻回型キャパシタ素子を固定部材に挿通した状態を示す図。図２（ａ）は挿通直後の状態。図２（ｂ）は固定部材の形状回復処理を行った後の状態。
【図３】従来の巻回型キャパシタ素子の構成を模式的に示す斜視図。
【図４】従来の電気二重層キャパシタの断面図。
【符号の説明】
【００３４】
１１，４１    巻回型キャパシタ素子
１２，２３，３６，４３    正極側タブ端子
１３，２４，３７，４４    負極側タブ端子
１４，４６    ゴムキャップ
１５，２５，４５    金属ケース
１６，２６ａ，２６ｂ    固定部材
２１    正極側電極体
２２    負極側電極体
３１    正極側集電体
３２    正極側分極性電極層
３３    負極側集電体
３４    負極側分極性電極層
３５    セパレータ
４２    粘着テープ
【図１】
2005327760.tif 000003
【図２】
2005327760.tif 000004
【図３】
2005327760.tif 000005
【図４】
2005327760.tif 000006