(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液を含んだ正極分極性電極と、電解液を含んだ負極分極性電極と、上記分極性電極間に配置されるゲル状電解液とを有し、これらを集電極とパッキンとで挟まれるスペースに収容し、両端から締め付けることにより密閉する電気二重層キャパシタにおいて、上記スペースに膨張収縮吸収用の気体層が設けられる一方、前記電解液量が予め決まっており、前記膨張収縮吸収用の気体層が上記スペース内の気体層と液体層の総和に対して１４％以上１９％以下（２５℃時大気圧下）であることを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項２】
前記パッキンの材質を有機過酸化物加硫エチレンプロピレンゴムとすることを特徴とする請求項１記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項３】
前記パッキンに締付リブを設けたことを特徴とする請求項１記載の電気二重層キャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、活性炭電極を分極性電極とする電気二重層キャパシタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
単位キャパシタの耐電圧は、その構成要素である電解液（電解質、溶媒）の電気分解電圧で決まり、水溶液系電解液の場合約１．２Ｖ、有機系電解液の場合２．８〜３Ｖである。
溶媒分解電圧以上の電圧を印加するとキャパシタは破壊されるため、高電圧を要求される用途には、単位キャパシタを複数個、直列接続を行う。
【０００３】
構造的には、電極とセパレータを渦巻き状に巻き円筒形ケースに収納する捲回型と、電極セパレータが平板状の平板型がある。
平板型は電極、セパレータ、電極、セパレータと交互に積層するバイポーラ構造をとることができ、高電圧用途に適する。
【０００４】
平板型２セル積層キャパシタの断面図を図１に示す。
図１に示すように、集電極４，６とパッキン２に囲まれたセル内には液体層として電解液が含まれ、固体層として活性炭電極が含まれ、また、気体層８として窒素ガス、アルゴンガス又は乾燥空気が含まれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した電気二重層キャパシタにおいては、環境温度変化や充放電電流条件によりキャパシタ温度は−２０〜７０℃に変化し、セル内液体層は膨張収縮を繰り返す。
そのため、キャパシタの長期的使用により、セル内部充填物の膨張収縮繰り返して、封口部に緩みが生じ、電解液漏出が発生する問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１記載の電気二重層キャパシタは、電解液を含んだ正極分極性電極と、電解液を含んだ負極分極性電極と、上記分極性電極間に配置されるゲル状電解液とを有し、これらを集電極とパッキンとで挟まれるスペースに収容し、両端から締め付けることにより密閉する電気二重層キャパシタにおいて、上記スペースに膨張収縮吸収用の気体層が設けられる一方、前記電解液量が予め決まっており、前記膨張収縮吸収用の気体層が上記スペース内の気体層と液体層の総和に対して１４％以上１９％以下（２５℃時大気圧下）であることを特徴とする。
【０００７】
上記課題を解決する本発明の請求項２記載の電気二重層キャパシタは、請求項１記載の電気二重層キャパシタにおいて、前記パッキンの材質を有機過酸化物加硫エチレンプロピレンゴム（ＰＯ−ＥＰＤＭ）とすることを特徴とする。
【０００８】
上記課題を解決する本発明の請求項３記載の電気二重層キャパシタは、請求項１記載の電気二重層キャパシタにおいて、前記パッキンに締付リブを設けたことを特徴とする。
【０００９】
〔作用〕
気体、液体は圧力変化に対して体積が変化するが、固体は変化しないため、気体層と液体層の総和に対する気体層の割合（＝気体層体積／（液体層体積＋気体層体積））を指標とすることが理論的である。
圧力増加耐久性を上げるために、シール構造を強化すれば、結果としてキャパシタの重量増加につながる。
また、セル内に収納する電解液量は決まっているので、気体層の割合を増やすと、その分キャパシタ体積が増加し、体積エネルギー密度の低下につながる。
従って、上記気体層の割合は、６％〜２０％が最適と考えられる。
【００１０】
尚、以下に述べる実施例では、気体層の割合を２０％とし、比較例としてその割合を５％としたが、１４％とすれば良好な結果が得られることを確認した。
また、計算上では５％、６％、７％、８％で７０℃のとき圧力がそれぞれ４倍、３倍、２．５倍、２．２倍になるので、これより数％のところが急激に変化するポイントであることが判る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
［実施例１］
本発明の第１の実施例を図１に示す。
本実施例は、セル内電解液の膨張を同セル内の規定量の気体をバッファとして使用することにより抑え、漏液発生率を低減させたものである。
即ち、図１に示す電気二重層キャパシタにおいては、セパレータ５を間に挟んで端集電極４と中間集電極６を交互に２セル積層すると共にその外周部分にパッキン２を介装させる一方、これらをエンドプレート１で両側から挟んで締付けボルト３にて締め付けた構造となっている。
【００１２】
端集電極４，中間集電極６とパッキン２に囲まれたセル内には液体層として電解液が含まれ、固体層として活性炭電極が含まれ、また、気体層８として窒素ガス、アルゴンガス又は乾燥空気が含まれる。
中間集電極６としてアルミ箔を使用し、分極性電極７として外形１９５ｍｍ×１９５ｍｍの日本カイノール株式会社製、活性炭繊維布ＡＣＣ５６１−２５を使用し、両者を導電性接着剤で貼り合わせた。
分極性電極７には、４フッ化硼酸テトラエチルアンモニウムを１ｍｏｌ／ｄｍ3プロピレンカーボネートに溶解させた電解液を８ｃｍ3含浸させた。
【００１３】
上記電解液にゲル化剤としてポリアクリロニトリルを使用したゲル状電解液（縦２０５ｍｍ，横２０５ｍｍ，厚さ０．２ｍｍ）をセパレータ５とした。
パッキン２は厚さ０．８ｍｍ、内寸法２１２ｍｍ×２１２ｍｍのエラストマーを使用し、セル内部に５．６ｃｍ3のアルゴンガスを封入した。
ここで、アルゴンガスの規定量としては、気体層と液体層の総和に対して１９％とした。
規定量が、少なすぎると高温時の内圧が高まり漏液発生率が上昇し、多すぎるとセル容積が増加し体積エネエルギー密度の低いキャパシタとなるので、気体層と液体層の総和に対して６％以上２０％以下とするのが望ましい。
【００１４】
例えば、アルゴンガス雰囲気中（１ａｔｍ）で積層する場合は、構造上の内容積から内部固体層、液体層を除いた体積がガス封入量となる。
本実施例では、７セル積層し、キャパシタユニットを製作した。
比較例として、分極性電極７に含浸させる電解液量を１０ｃｍ3、封入ガス量１．６ｃｍ3（気体層と液体層の総和に対して５％）とした７セル積層キャパシタユニットを製作した。
【００１５】
上記２種類のユニットを２０個ずつ７０℃で２時間、２５℃で２時間、−２０℃で２時間、温度変化速度４５℃／ｈのヒートサイクルを１００サイクル実施し、漏液の有無を調べ、漏液発生率を求めた。
【００１６】
その結果、比較例では漏液発生率が８０％であったのに対し、実施例１では０％に低減した。
尚、積層型キャパシタのセル貫通穴１０を集電極６でなく、パッキン２に設けることにより工数低減を行うこともできる。
例えば、パッキン２に２ｍｍ×２ｍｍの矩形貫通穴１０を締付リブ内側の薄肉部の４隅の１箇所に設け、図２に示すように組み立て、図３に示すように締付け、実施例３の構造のキャパシタユニットを製作できる。
【００１７】
［実施例２］
本実施例は、圧縮永久歪みの小さいパッキン材を使用することで、パッキン材の高温時耐久性を向上させ、温度幅を広げた場合の漏液発生率低減を図ったものである。その他の構成は前述した実施例と同様である。
パッキン材質を有機過酸化物加硫エチレンプロピレンゴム（ＰＯ−ＥＰＤＭ）（圧縮永久歪み７％：圧縮率２５％−１００℃−７０時間）として、実施例１の構造のキャパシタユニットを製作した。
【００１８】
比較例として、硫黄化合物加硫エチレンプロピレンゴム（Ｓ−ＥＰＤＭ）（圧縮永久歪み４４％：圧縮率２５％−１００℃−７０時間）として、実施例１の構造のキャパシタユニットを製作した。
上記２種類のユニットを２０個ずつ９０℃で２時間、３５℃で２時間、−２０℃で２時間、温度変化速度５５℃／ｈのヒートサイクルを１００サイクル実施し、漏液の有無を調べ、漏液発生率を求めた。
その結果、比較例では漏液発仕率が２０％であったのに対し、実施例２では０％に低減した。
【００１９】
尚、積層型キャパシタのセル貫通穴１０を集電極６でなく、パッキン２に設けることにより工数低減を行うこともできる。
例えば、パッキン２に２ｍｍ×２ｍｍの矩形貫通穴１０を締付リブ内側の薄肉部の４隅の１箇所に設け、図２に示すように組み立て、図３に示すように締付け、実施例３の構造のキャパシタユニットを製作できる。
【００２０】
［実施例３］
本発明の第３の実施例を図２に示す。
本実施例は、パッキンに締付リブを設けることによなソール特性を向上させ、温度幅を広げた場合の漏液発生率低減を図ったものである。
即ち、図２に示す電気二重層キャパシタにおいては、セパレータ５を間に挟んで端集電極４と中間集電極６を交互に複数セル積層すると共にその外周部分にパッキン２を介装させる一方、これらをエンドプレート１で両側から挟んで締め付けボルト３にて締付けた構造となっている。
【００２１】
ここで、パッキン２は、厚さ０．８ｍｍの平板パッキンに、幅２．５ｍｍ高さ０．２ｍｍの締付リブ９を設けたものである。
但し、図２は、組み立て積層した状態の締付けリブ９を示し、図３は締付けボルト３にて締め付けた状態の締付けリブ９を示している。
【００２２】
比較例としてリブのない平板パッキンを使用した、実施例１の構造のキャパシタユニットを製作した。
上記２種類のユニットを２０個ずつ９０℃で２時間、３５℃で２時間、−２０℃で２時間、温度変化速度５５℃／ｈのヒートサイクルを１００サイクル実施し、漏液の有無を調べ、漏液発生率を求めた。
その結果、比較例では漏液発生率が２０％であったのに対し、実施例３では０％に低減した。
【００２３】
尚、積層型キャパシタのセル貫通穴１０を集電極６でなく、パッキン２に設けることにより工数低減を行うこともできる。
例えば、パッキン２に２ｍｍ×２ｍｍの矩形貫通穴１０を締付リブ内側の薄肉部の４隅の１箇所に設け、図２に示すように組み立て、図３に示すように締付け、実施例３の構造のキャパシタユニットを製作できる。
【００２４】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発明では、温度変化に伴う封口部の緩みを防止し、電解液の漏出を防止したので、耐漏液性が優れ、かつコンパクトな電気二重層キャパシタを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る電気二重層キャパシタの構造図である。
【図２】本発明の第３の実施例に係る電気二重層キャパシタの組み立て積層段階の構造図である。
【図３】本発明の第３の実施例に係る電気二重層キャパシタの締めつけ後の構造図である。
【符号の説明】
１  エンドプレート
２  パッキン
３  締付けボルト
４  端集電極
５  セパレータ
６  中間集電虚
７  電解液を含む分極電極
８  気体層
９  締付リブ
１０  セル貫通穴
【図１】
0004457469.tif 000002
【図２】
0004457469.tif 000003
【図３】
0004457469.tif 000004