(57)【要約】  電気二重層コンデンサにおいて、分極性電極層の抵抗低減とケース内のガス発生抑制による信頼性向上を図る。そのために、金属箔からなる集電体の両面に分極性電極層を形成してリード線を取り付けた電極を正負一対とし、その間にセパレータを介在させて分極性電極層が対向するように巻回したコンデンサ素子を、駆動用電解液とともにケースに収納してなる電気二重層コンデンサとする。そして、リード線は電極上の分極性電極層を除去した分極性電極層除去部に取り付けられ、リード線の集電体と接続される部分の投影面積を１とした際に、分極性電極層除去部の面積が１以上２．０以下である電気二重層コンデンサとする。
2007139008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属箔からなる集電体の両面に分極性電極層を形成してリード線を取り付けた電極を正負一対とし、その間にセパレータを介在させて前記分極性電極層が対向するように巻回したコンデンサ素子を駆動用電解液とともにケースに収納してなる電気二重層コンデンサにおいて、
前記リード線は前記電極上の前記分極性電極層を除去した分極性電極層除去部に取り付けられ、前記リード線の前記集電体と接続される部分の投影面積を１とした際に、前記分極性電極層除去部の面積が１以上２．０以下であることを特徴とする電気二重層コンデンサ。
【請求項２】
前記分極性電極層除去部の長さは前記集電体の幅よりも短いことを特徴とした請求項１に記載の電気二重層コンデンサ。
【請求項３】
前記セパレータはセルロースからなる請求項１に記載の電気二重層コンデンサ。
【請求項４】
前記リード線が前記集電体と接続される部分に少なくとも２箇所以上のかしめ接合と、複数の圧接接合を有するものである、請求項１に記載の電気二重層コンデンサ。
【請求項５】
金属箔からなる集電体の両面に分極性電極層を形成すると共にリード線を接続して陽極電極を作製するステップと、同様に陰極電極を作製するステップと、前記陽極電極と陰極電極をその間にセパレータを介在させた状態で巻回することによりコンデンサ素子を作製するステップと、前記コンデンサ素子を駆動用電解液と共にケース内に収容するステップと、前記ケースの開口部を封口部材で封止するステップとを有した電気二重層コンデンサの製造方法において、前記陽極電極ならびに陰極電極を作製するステップとして、集電体の両面に分極性電極層を形成した後、この分極性電極層の一部を除去し、この分極性電極層の一部を除去した部分にリード線を接続するようにした、電気二重層コンデンサの製造方法。
【請求項６】
前記陽極電極ならびに陰極電極を作製するステップにおける分極性電極層の一部を除去する方法が、当該除去部分の形状に対応した加熱型の金属板を分極性電極層に押し当てて加熱することによって分極性電極層中のバインダ成分を飛散させた後、この加熱された部分の分極性電極層を回転型のブラシを用いて機械的に掻き取るようにしたものである、請求項５に記載の電気二重層コンデンサの製造方法。
【請求項７】
陽極電極ならびに陰極電極を作製するステップにおける分極性電極層の一部を除去する方法が、当該除去部分に接続されるリード線の接続部分の面積の１〜２倍の面積の分極性電極層を除去するようにしたものである、請求項５に記載の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、各種電子機器に利用される電気二重層コンデンサおよびその製造方法に関し、特に低抵抗、低温特性および長期信頼性に優れた電気二重層コンデンサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０は、この種の従来の電気二重層コンデンサの構成を示した一部切り欠き斜視図である。図１０において、コンデンサ素子１２１は、陽極電極１２２と陰極電極１２３をその間にセパレータ１２４を介在させた状態で巻回することにより構成されている。【０００３】
また、陽極電極１２２と陰極電極１２３は、金属箔からなる集電体１２５の両面に分極性電極層１２６（裏面側は図示せず）を夫々形成することにより構成されたものである。さらに、この陽極電極１２２と陰極電極１２３には夫々陽極リード線１２７と陰極リード線１２８が接続されている。【０００４】
このように構成されたコンデンサ素子１２１は、図示しない駆動用電解液を含浸させた後に有底円筒状のケース１２９内に挿入され、陽極リード線１２７と陰極リード線１２８が挿通する孔を有したゴム製の封口部材１３０をケース１２９の開口部に配設した後、ケース１２９の開口部の外周を内側に絞り加工すると共に、ケース１２９の開口端をカーリング加工することによって封止を行っている。【０００５】
この集電体１２５は電極としての効率向上のために、集電体１２５の両面に分極性電極１２６を層状に形成している。この電極から電気的に引き出すために陽極リード線１２７と陰極リード線１２８を取り付ける際に、分極性電極層１２６の上から取り付けると接触抵抗が高くなるため、従来は陽極リード線１２７と陰極リード線１２８の取り付け位置の分極性電極層１２６を削り取るなどして、集電体１２５を露出させていた。すなわち、陽極リード線１２７と陰極リード線１２８は、集電体１２５である金属箔との接続を良好にして抵抗成分を低減させるために、接続部分の分極性電極層１２６を部分的に除去し、集電体１２５を露出させてから接続しているものである。【０００６】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１、特許文献２が知られている。【０００７】
しかしながら、上記従来の電気二重層コンデンサの構成において、特に負極の分極性電極層１２６においては、陰極リード線１２８を取り付ける際の集電体１２５露出部分がセパレータ１２４を介して、正極の分極性電極層１２６と対向すると、電解液中のアニオンが強酸性を発揮し、セパレータを分解、腐食してしまうということがあった。【０００８】
また、上記従来の電気二重層コンデンサのでは、陽極電極１２２（陰極電極１２３も同様）に陽極リード線１２７を接続する際に、集電体１２５である金属箔との接続を良好にして抵抗成分を低減させる目的で接続部分の分極性電極層１２６を部分的に除去している。この分極性電極層１２６の除去方法は、回転型のブラシ等を用いて無理矢理掻き取っているものであり、かつ、加工精度や組み立て上の問題等から接続されるリード線の接続部分の面積よりも相当大きな面積で除去されている。そのため、各電極にリード線を接続した状態では、リード線の周縁には分極性電極層１２６が存在せずに集電体１２５が露出している部分が存在する状態であった。【０００９】
しかしながら、従来の電気二重層コンデンサに要求される保証範囲（６０℃、２．３Ｖ以下）を超える範囲の保証（７０℃、２．７Ｖ）の要求に対応しようとすれば、このような集電体１２５の露出部分が発生していることにより、次のような問題があった。【００１０】
すなわち、高い電圧を印加して長時間使用すると、陰極電極１２３の集電体１２５の露出部分と、セパレータ１２４を介して対向する陽極電極１２２の分極性電極層１２６との間で、駆動用電解液が反応を起こして電解質アニオンのＢＦ４−、ＰＦ６−等が陽極側に引き寄せられ、その周辺部が酸性となってセパレータ１２４を劣化させてしまう。その結果、特性劣化のみならず、ガス発生や内圧の上昇が生じるという問題があった。【００１１】
従って、このような課題は、各電極に夫々のリード線を接続した後に、このリード線ならびに集電体１２５の露出部分に分極性電極層１２６を形成するようにすれば一挙に解決することが可能であるが、このような工程を加えることはコスト的にも大きな負担を強いられることになるものであった。
【特許文献１】特開平８−８３７３８号公報
【特許文献２】特開平１０−２７０２９３号公報
【発明の開示】
【００１２】
本発明はこのような従来の課題を解決し、長期信頼性に優れた電気二重層コンデンサとするため、電気二重層コンデンサ内でのガス発生を抑制するものである。
【００１３】
そのために、本発明は、金属箔からなる集電体の両面に分極性電極層を形成してリード線を取り付けた電極において、電極上の分極性電極層を除去した分極性電極層除去部にリード線を取り付ける際に、リード線の集電体と接続される部分の投影面積を１とし、分極性電極層除去部の面積を１以上２．０以下となる電気二重層コンデンサとする。
【００１４】
本発明の電気二重層コンデンサは、集電体の両面に分極性電極層が形成されており、しかもリード線の取り付け位置周辺において集電体露出部分となる分極性電極層除去部を必要最小限なものにすることによって、製造コストを抑えつつ、接触抵抗の少ない、ガス発生の抑制された電極を備えた、長期信頼性に優れた電気二重層コンデンサおよびその製造方法を提供することができるものである。
【００１５】
また本発明は、集電体の両面に分極性電極層を形成した後、この分極性電極層の一部を除去し、この分極性電極層の一部を除去した部分にリード線を接続することにより陽極電極ならびに陰極電極を作製する方法とする。そして、上記分極性電極層の一部を除去する方法として、当該除去部分の形状に対応した加熱型の金属板を、分極性電極層に押し当てて加熱することによって分極性電極層中のバインダ成分を飛散させた後、この加熱された部分の分極性電極層を回転型のブラシを用いて機械的に掻き取るようにしたものである。さらに、上記分極性電極層の一部を除去する面積として、当該除去部分に接続されるリード線の接続部分の面積の、１〜２倍の面積の分極性電極層を除去するようにしたものである。
【００１６】
本発明による電気二重層コンデンサの製造方法は、各電極にリード線を接続する際に、分極性電極層中のバインダ成分を飛散させてからブラシによって分極性電極層を掻き取るようにした方法により、分極性電極層を極めて容易に除去することができるようになる。そればかりでなく、分極性電極層の必要部分のみを精度良く除去することが可能になるため、必要最低限の面積の分極性電極層のみを除去してリード線を接続することによって、集電体の不要な露出部分を極めて少なくすることができるようになる。そのため、高い電圧を印加して長時間使用した場合でも、陰極電極の集電体の露出部分に発生した電解質アニオンであるＢＦ４−、ＰＦ６−等が集中して酸性になることが極めて少なくなる。そのためにセパレータの劣化が抑制され、これにより、電気化学反応によって生じるガス発生、抵抗増加や容量減少も抑制され、特性劣化の少ない高信頼性の電気二重層コンデンサを安定して製造することができるようになるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における電気二重層コンデンサの一部切り欠き斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施の形態１による電気二重層コンデンサの電極の表面を示す平面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施の形態１による電気二重層コンデンサの電極の裏面を示す平面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施の形態１による電気二重層コンデンサの分極性電極層除去部の拡大平面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の実施の形態１による電気二重層コンデンサのリード線の拡大平面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１による電気二重層コンデンサの正負極を模式的に表した断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１による電気二重層コンデンサのケース高さ方向の膨れ量を比較したグラフである。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２におけるリード線と集電体との接触を示す部分平面部である。
【図７Ａ】図７Ａは、同コンデンサ素子に使用される陽極電極の構成を示した要部平面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、同Ａ−Ａ断面図である。
【図８】図８は、同陽極（陰極）電極を作製する製造方法を示した製造工程図である。
【図９】図９は、従来の電気二重層コンデンサの構成を示した一部切り欠き斜視図である。
【符号の説明】
【００１８】
１    コンデンサ素子
２    リード線
２ａ    投影部
３    集電体
４    分極性電極層
５    セパレータ
６    分極性電極層除去部
７    封口部材
８    ケース
９    陽極電極
１０    陰極電極
１１    アニオン
１２    カチオン
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図１から図５を用いて説明する。【００２０】
図１は本実施の形態１における電気二重層コンデンサの構成を示した一部切り欠き斜視図である。【００２１】
図１において、コンデンサ素子１は、リード線２を接続したアルミニウムなどの金属箔からなる２つの集電体３の両面に分極性電極層４を形成して陽極電極９、陰極電極１０とし、これに短絡防止用のセパレータ５を介在させて巻回することにより構成されている。【００２２】
なお、リード線２、セパレータ５も、それぞれ正負極に対応するよう一対用意されている。【００２３】
このコンデンサ素子１を駆動用電解液（図示せず）に含浸させ、図１に示すごとく、コンデンサ素子１の上端部にリード線２が挿通する孔を設けたゴム製の封口部材７を嵌め込み、アルミニウムからなる有底円筒状のケース８に収納して、ケース８の開口部を絞り加工することにより、封口部材７を圧縮してケース８を封止するように構成されている。【００２４】
また、上記分極性電極層４は、活性炭粉末とカーボンブラックとバインダとを混練したものにより構成され、上記活性炭粉末としては、木粉系、ヤシガラ系、フェノール樹脂系、石油コークス系、石炭コークス系、ピッチ系の原料を賦活したものが用いられる。また、バインダとしては、ポリテトラフルオロエチレン、カルボキシメチルセルロース（以下、ＣＭＣと呼ぶ）の水溶性バインダを混合したものが用いられる。【００２５】
また、上記駆動用電解液の溶媒としては、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、エチレンカーボネート、スルホラン、アセトニトリル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートまたはメチルエチルカーボネートのいずれか１種もしくは２種以上の混合物が用いられる。また、電解質カチオンとしては、第四級アンモニウム、第四級ホスホニウム、イミダゾリウム塩が使用され、一方、電解質アニオンとしては、ＢＦ４−、ＰＦ６−、ＣｌＯ４−、ＣＦ３ＳＯ３−またはＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２−が用いられる。【００２６】
図２Ａおよび図２Ｂは、同電気二重層コンデンサに使用される電極の表裏面を示した平面図である。図２Ａにおいて上下方向に反転させたものが図２Ｂとなる。【００２７】
図２Ａおよび図２Ｂにおいて、電極１４は、集電体３の両面に分極性電極層４が形成されているが、リード線２の取り付け位置にあたる部分を一部削り取るなどして集電体３が露出した分極性電極層除去部６を設け、この分極性電極層除去部６にリード線２がかしめ接合などで取り付けられている。これは、分極性電極層４が形成された電極１４の上からリード線２を直接取り付けると、リード線２から電極１４へ電流が流れる際に分極性電極層４とリード線２との間で接触抵抗が高くなってしまい、コンデンサの充放電時などで損失が大きくなってしまうため、リード線２の取り付け位置にあたる部分の分極性電極層４を除去するものである。【００２８】
図３Ａはこの分極性電極層除去部６を拡大した平面図であり、図３Ｂはリード線２の拡大平面図である。このリード線２が電極１４に取り付けられる際に、電極１４と重なる部分となる投影部２ａをハッチングを付して示す。投影部２ａの面積を１とした際に、分極性電極層除去部６の面積は１以上２．０以下となるようにする。【００２９】
上記のように、電極１４に分極性電極層除去部６を設け、リード線２の投影部２ａの面積を１とした際に、分極性電極層除去部６の面積を１以上２．０以下とすることが本発明における技術的特徴の一つであり、このようにすることで、リード線２と集電体３の抵抗を抑えるとともに、リード線２の取り付け部周辺からのガス発生を抑制できるものである。【００３０】
従来であれば、例えば２．３Ｖ以下、６０℃といった条件で使用していた。しかしながら、本発明の実施の形態によれば、さらに高電圧、高温である２．７Ｖ、７０℃といった条件においてより顕著に表れる現象である、リード線２の取り付け部周辺におけるセパレータの分解、腐食を原因とした、ガス発生での内圧上昇を抑制することが可能になるものである。【００３１】
このリード線２の取り付け部周辺でのガス発生について、図４を用いて説明する。図４は、実施の形態１による電気二重層コンデンサの正負極において、セパレータ５を介して分極性電極層４が対向している状態を表した模式図である。【００３２】
図４において、集電体３の両面に分極性電極層４が形成された陽極電極９は、セパレータ５を介して同一構成の陰極電極１０と対向している。負極１０にはリード線２の取り付け部周辺の分極性電極層除去部６が形成されている。【００３３】
この電気二重層コンデンサが充電されると、ケース８内もしくはセパレータ５に含浸されている電解液中のアニオン１１が正極９側に集中し、同じく電解液中のカチオン１２が負極１０側に集中する。このとき、セパレータ５を介して対向しているアニオン１１およびカチオン１２は電気的に安定しているが、分極性電極層除去部６と対向しているアニオン１１は水分と反応するなどして、アニオン１１に由来する強酸を発生させてしまうものであった。【００３４】
このアニオン１１に由来する強酸は、やがてセパレータ５を分解したり腐食したりし、ガス発生を引き起こす原因の一つとなりうるものでもあった。【００３５】
特にセパレータ５がセルロースなどからなる場合には、ガス発生抑制の効果はより顕著になる。【００３６】
従来であれば、図２Ａにおいて、分極性電極層除去部６は集電体３の上下方向である全幅に渡って形成されるものであった。これは、集電体３に分極性電極層４を設けて陰極電極１０とし、次にリード線２を取り付けるために、分極性電極層４を除去するという工程においては生産性向上を目的として分極性電極層４の幅以上に除去部を設定していたためであった。【００３７】
したがって、必要以上に分極性電極層除去部６が形成されるため、先に述べたセパレータ５を介して分極性電極層４と対向していない分極性電極層除去部６の面積が大きくなってしまい、ガス発生を引き起こしてしまうものであった。しかしながら、本発明の実施の形態によれば、この部分の長さを陰極電極１０の幅よりも短い適正な大きさにすることによって、リード線２と集電体３の抵抗を抑えるとともに、この部分からのガス発生を抑制することができるようになるものである。【００３８】
なお、この分極性電極層除去部６の形成においては、分極性電極層４に加熱した金属などを当てるなどして部分的に加熱した後に、ローラーブラシなどでこすり取ることによって形成することが可能である。このように形成すると、分極性電極層除去部６の先端は図３Ａにあるように、やや丸みを帯びた形状を示すものである。【００３９】
なお、分極性電極層除去部６を設け、リード線２の陰極電極１０と接続される部分である投影部２ａの投影面積を１とした際に、分極性電極層除去部６の面積を１以上２．０以下とするのは、少なくとも陰極電極１０側だけでよい。しかしながら、陽極電極９側も同様にすることで、ガス発生が抑制され、しかも製造コストの抑制もできるようになるものである。【００４０】
図５は、リード線２の陰極電極１０と接続される部分である投影部２ａの投影面積を１とした際に、分極性電極層除去部６の面積比と電気二重層コンデンサ内でのガス発生の目安となるケース８の高さ方向の膨れ量であるΔＬ（ｍｍ）との関係を示したグラフである。【００４１】
図５における試験方法としては、リード線２の陰極電極１０と接続される部分である投影部２ａの投影面積を１とした際に、分極性電極層除去部６の面積比をそれぞれ変化させた電気二重層コンデンサに対し、８５℃雰囲気下でＤＣ２．７Ｖ印加した状態で２５０時間保持したものを取り出して放電した後、高さを測定し、初期の状態の高さと比較してΔＬ（ｍｍ）を算出した。初期の高さは３０ｍｍであり、ΔＬがおおよそ１．５ｍｍを超えるとケース８の安全弁が作動し開弁状態となり、使用できなくなるものである。これらの試験はｎ（サンプル数）＝３０で実施し、その平均値をグラフ化した。【００４２】
図５において、投影面積比が２．０を超えるとΔＬが大きく増加している。これは、投影面積比が２．０を超えた電気二重層コンデンサ正極において、セパレータを介して分極性電極層４と対向していない正極の面積が大きくなってしまい、ガス発生を引き起こしてしまうためである。したがって、この投影面積比を２．０以下とすることでガス発生の抑制をすることができるものである。【００４３】
なお、このとき、図３Ｂにおけるリード線２の投影部２ａの幅を１とした際に、図３Ａにおける分極性電極層除去部６の幅は１．８以下とすると、同様にガス発生抑制の効果を奏するものである。【００４４】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図６を用いて説明する。【００４５】
図６は、本発明の実施の形態２において、リード線２２と集電体２０との接触を、上記実施の形態１とは異なる方法で実施したときの部分平面図である。【００４６】
図６において、電極を構成するアルミニウムなどの金属箔からなる集電体２７の両面に形成された分極性電極層２１にリード線２２を接続するために、リード線２２の平面部２３の取り付け位置の分極性電極層２１を削り取り、分極性電極層除去部２６を設ける。その後、分極性電極層除去部２６とリード線２２の平面部２３に、かしめ接合２４を４箇所（電極２０の端側に２箇所、内側に２箇所）行う。さらに、両端のかしめ接合２４間を結ぶ直線上に冷間圧接接合２５を３箇所行うことにより、集電体２７とリード線２２とを接合したものである。【００４７】
このような構成にすることにより、リード線２２の平面部２３の両端にそれぞれ２箇所ずつ設けたかしめ接合２４によって高い強度接合が得られ、かつ、このかしめ接合２４の両端間を結ぶ直線上に３箇所設けた冷間圧接接合２５によって、低抵抗値で安定した接続が得られるようになる。そして、従来のかしめ接合では困難であった小型品への対応も可能になるものである。【００４８】
なお、実施の形態２のかしめ接合及び冷間圧接接合を行う数および場所は、上記に限定されるものではなく、かしめ接合と冷間圧接接合でリード線の平面部２３に集電体２７が接合されていれば同様の効果が得られるが、少なくとも２箇所以上のかしめ接合と複数の圧接接合で接合されていることが望ましい。【００４９】
（実施の形態３）
以下、実施の形態３を用いて、本発明について説明するが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。また、電気二重層コンデンサの構成は、実施の形態１で図１を用いて説明したものと同様であるために、ここでの説明は省略する。【００５０】
図７Ａは同コンデンサ素子３１に使用される陽極電極３２の構成を示した要部平面図、図７Ｂは同Ａ−Ａ断面図である。【００５１】
図７Ａ、７Ｂにおいて、陰極電極３２に形成された分極性電極層３６（陽極電極に形成された分極性電極層も同じ）の一部を除去して集電体３５を露出させ、この集電体３５が露出した部分に陽極リード線３７をかしめ接合および／または冷間圧接、超音波溶接等の手段によって接続するようにしたものである。この分極性電極層３６の除去は、当該除去部分に接続される陽極リード線３７の接続部分の面積の１〜２倍の面積を除去するようにしたものである（詳細は後述する）。【００５２】
そして、このように構成されたコンデンサ素子は、リード線２を図示しないゴム製の封口部材７に設けられた孔に挿通して封口部材７を装着する。そして、このコンデンサ素子１に図示しない駆動用電解液を含浸させた後に図示しない有底円筒状のケース８内に挿入すると共に、上記封口部材７をケース８の開口部に配設し、このケース８の開口部に横絞り加工とカーリング加工を施すことによって上記封口部材７を介して封止を行っているものである。【００５３】
このように構成された本実施の形態３による電気二重層コンデンサは、必要最低限の面積の分極性電極層４を除去して陰極側のリード線を接続することによって、不要な分極性電極層除去部の露出部分を極めて少なくすることができるようになる。そのため、電圧を印加して長時間使用した場合でも、陰極電極１０における分極性電極層除去部の露出部分により、電解質アニオンであるＢＦ４−、ＰＦ６−等が陽極側に集中して酸性になることが極めて少なくなる。そのためにセパレータ５の劣化が抑制され、これにより、電気化学反応によって生じるガス発生、抵抗増加や容量減少も抑制され、特性劣化の少ない高信頼性の電気二重層コンデンサを安定して製造することができるようになるものである。【００５４】
図９は、上記陽極電極９ならびに陰極電極１０を作製する製造方法を示した製造工程図であり、この図９を参照しながら、以下に具体的な実施例について説明する。【００５５】
（実施例１）
金属箔からなる集電体として、厚さ３０μｍの高純度金属箔（Ａｌ：９９．９９％以上）を使用し、塩酸系のエッチング液中で電解エッチングして金属箔の表面を粗面化した。【００５６】
次に、この金属箔の一方の表面に分極性電極層を形成した後、金属箔を裏返すことによって他方の表面にも同様に分極性電極層を形成し、これにより、金属箔の両面に分極性電極層を形成した陽極電極（陰極電極も同じ）を得た。【００５７】
この分極性電極層の形成は、平均粒径５μｍのフェノール樹脂系活性炭粉末と、導電性付与剤として平均粒径０．０５μｍのカーボンブラック、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）を溶解した水溶性バインダ溶液を、１０：２：１の重量比に混合して混練機で十分に混練した後、メタノールと水の分散溶媒を少しずつ加え、更に混練して所定の粘度のペーストを作製した。続いて、このペーストを集電体の表面に塗布して、１００℃の大気中で１時間乾燥して分極性電極層を形成した。【００５８】
続いて、この両面に形成された分極性電極層の高密度化ならびに平坦化による容量アップを図る目的で分極性電極層をプレス加工し、その後、所望の幅寸法にスリットした。【００５９】
次に、このようにして作製された陽極電極（または陰極電極）に陽極リード線（または陰極リード線）を接続した。この各リード線の接続は、まず、リード線の接続部分と略同形状に形成されてヒータにより２８０℃に加熱された金属板を、集電体の表面に形成された分極性電極層に１秒間押し当てることによって分極性電極層中のバインダ成分を飛散させた。なお、バインダ成分を飛散させるだけであれば、ＣＭＣの熱分解温度である２６０℃で良いが、量産を考慮して１秒間で飛散させるために２８０℃の温度設定とした。その後、この加熱した部分の分極性電極層を回転型のブラシを用いて機械的に掻き取り、そして、この分極性電極層を除去した部分にリード線を配設し、かしめ接合および／または冷間圧接によりリード線を接続した。【００６０】
また、上記分極性電極層の除去は、リード線を接続する側の一方の面のみで良いが、両面共に除去することにより、接続の信頼性と抵抗成分の低減をより一層向上させることができるため、両面除去はより好ましいものであるということができる。【００６１】
なお、上記分極性電極層の除去は、当該除去部分に接続されるリード線の接続部分の面積の１〜２倍の面積を除去するようにしたものである。この除去面積が２倍を越える場合には、集電体の露出部分が多すぎるために、電圧を印加して長時間使用すると、陰極電極の集電体の露出部分とセパレータを介して対向する陽極電極の分極性電極層との間で、駆動用電解液が反応を起こして電解質アニオンのＢＦ４−、ＰＦ６−等が陽極側に引き寄せられ、その周辺部が酸性となってセパレータを劣化させてしまう。さらに、特性劣化のみならず、ガス発生や内圧の上昇が生じるために好ましくない。また逆に、１倍未満の場合には分極性電極層の一部がリード線と接触して接触不良を起こしたり、抵抗が上昇するために好ましくないものである。【００６２】
次に、このようにして作製された陽極電極と陰極電極の間に、厚さ３５μｍのセパレータを介在させた状態でこれらを巻回することによってコンデンサ素子を得た。【００６３】
続いて、このコンデンサ素子に駆動用電解液を含浸させた。この駆動用電解液はプロピレンカーボネートに４エチルアンモニウム４フッ化ホウ素を溶解したものを用いた。【００６４】
続いて、このコンデンサ素子を有底円筒状のアルミニウム製のケース内に挿入し、このケースの開口部をゴム製の封口部材を用いて封止することにより、本実施の形態による電気二重層コンデンサを作製した（コンデンサ寸法：φ２０×４５ｍｍ）。【００６５】
（実施例２）
上記実施例１において、分極性電極層の一部を除去する際に、加熱された金属板により分極性電極層中のバインダ成分を飛散させる作業を行わなかった。それ以外は実施例１と同様にして電気二重層コンデンサを作製した。【００６６】
（比較例１）
上記実施例１において、分極性電極層の一部を除去する除去面積を、リード線の接続部分の面積の２．５倍とし、さらに、加熱された金属板により分極性電極層中のバインダ成分を飛散させる作業を行わなかった。それ以外は実施例１と同様にして電気二重層コンデンサを作製した。【００６７】
このようにして得られた本発明の実施例１、２及び比較例１の電気二重層コンデンサについて、初期特性（容量、直流コンデンサ抵抗（以下、ＤＣＲと略す））と、８５℃で２．７Ｖ印加したときの特性劣化試験を行った結果を表１に示す。なお、試験数は２０個で行い、その平均値を記載した。また、上記ＤＣＲは充電した後に放電させ、その開始の０．５〜２．０ｓｅｃ間の傾きを算出したものである。【００６８】
【表１】
2007139008.tif 000003
【００６９】
表１から明らかなように、本発明による電気二重層コンデンサは、比較例１に比べて容量変化が少なく、特性劣化試験によるΔＣ、ΔＤＣＲ、製品膨れを大幅に改善することができるものであり、特に実施例１においては、その効果が大きいことが分かる。【００７０】
このように、本発明による電気二重層コンデンサの製造方法は、集電体の両面に形成した分極性電極層の一部を除去してリード線を接続する際に、分極性電極層を除去する部分に加熱した金属板を押し当てることによって分極性電極層中のバインダ成分を飛散させた後に機械的に掻き取るようにする。さらに、分極性電極層の一部を除去する面積として、当該除去部分に接続されるリード線の接続部分の面積の１〜２倍の面積を除去するようにした。この方法により、極めて容易に、かつ精度良く分極性電極層を除去することができるようになる。そのため、必要最低限の面積の分極性電極層のみを除去してリード線を接続することによって、不要な集電体の露出部分を極めて少なくしてセパレータの劣化を抑制できる。これにより、電気化学反応によって生じるガス発生、抵抗増加や容量減少も抑制し、特性劣化の少ない高信頼性の電気二重層コンデンサを安定して製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
以上のように、本発明にかかる電気二重層コンデンサによれば、ガスの発生を抑制することができ、コンデンサの抵抗低減とともに信頼性向上を図ることができる。この結果、大電流や低温下における高信頼性などが要求される自動車のシステムなどに有用である。【００７２】
また、本発明による電気二重層コンデンサの製造方法は、分極性電極層の特性劣化が少なく信頼性に優れ、特に車載用の電気二重層コンデンサ等を製造する際に有用である。
【図１】
2007139008.tif 000004
【図２Ａ】
2007139008.tif 000005
【図２Ｂ】
2007139008.tif 000006
【図３Ａ】
2007139008.tif 000007
【図３Ｂ】
2007139008.tif 000008
【図４】
2007139008.tif 000009
【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年8月19日(2008.8.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属箔からなる集電体の両面に分極性電極層を形成してリード線を取り付けた電極を正負一対とし、その間にセパレータを介在させて前記分極性電極層が対向するように巻回したコンデンサ素子を駆動用電解液とともにケースに収納してなる電気二重層コンデンサにおいて、
前記リード線は前記電極上の前記分極性電極層を除去した分極性電極層除去部に取り付けられ、前記リード線の前記集電体と接続される部分の投影面積を１とした際に、前記分極性電極層除去部の面積が１以上２．０以下であることを特徴とする電気二重層コンデンサ。
【請求項２】
前記分極性電極層除去部の長さは前記集電体の幅よりも短いことを特徴とした請求項１に記載の電気二重層コンデンサ。
【請求項３】
前記セパレータはセルロースからなる請求項１に記載の電気二重層コンデンサ。
【請求項４】
前記リード線が前記集電体と接続される部分に少なくとも２箇所以上のかしめ接合と、複数の圧接接合を有するものである、請求項１に記載の電気二重層コンデンサ。
【請求項５】
金属箔からなる集電体の両面に分極性電極層を形成すると共にリード線を接続して陽極電極を作製するステップと、同様に陰極電極を作製するステップと、前記陽極電極と陰極電極をその間にセパレータを介在させた状態で巻回することによりコンデンサ素子を作製するステップと、前記コンデンサ素子を駆動用電解液と共にケース内に収容するステップと、前記ケースの開口部を封口部材で封止するステップとを有した電気二重層コンデンサの製造方法において、前記陽極電極ならびに陰極電極を作製するステップとして、集電体の両面に分極性電極層を形成した後、この分極性電極層の一部を除去し、この分極性電極層の一部を除去した部分にリード線を接続するようにした、電気二重層コンデンサの製造方法。
【請求項６】
前記陽極電極ならびに陰極電極を作製するステップにおける分極性電極層の一部を除去する方法が、当該除去部分の形状に対応した加熱型の金属板を分極性電極層に押し当てて加熱することによって分極性電極層中のバインダ成分を飛散させた後、この加熱された部分の分極性電極層を回転型のブラシを用いて機械的に掻き取るようにしたものである、請求項５に記載の電気二重層コンデンサの製造方法。
【請求項７】
陽極電極ならびに陰極電極を作製するステップにおける分極性電極層の一部を除去する方法が、当該除去部分に接続されるリード線の接続部分の面積の１〜２倍の面積の分極性電極層を除去するようにしたものである、請求項５に記載の電気二重層コンデンサの製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種電子機器に利用される電気二重層コンデンサおよびその製造方法に関し、特に低抵抗、低温特性および長期信頼性に優れた電気二重層コンデンサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０は、この種の従来の電気二重層コンデンサの構成を示した一部切り欠き斜視図である。図１０において、コンデンサ素子１２１は、陽極電極１２２と陰極電極１２３をその間にセパレータ１２４を介在させた状態で巻回することにより構成されている。
【０００３】
また、陽極電極１２２と陰極電極１２３は、金属箔からなる集電体１２５の両面に分極性電極層１２６（裏面側は図示せず）を夫々形成することにより構成されたものである。さらに、この陽極電極１２２と陰極電極１２３には夫々陽極リード線１２７と陰極リード線１２８が接続されている。
【０００４】
このように構成されたコンデンサ素子１２１は、図示しない駆動用電解液を含浸させた後に有底円筒状のケース１２９内に挿入され、陽極リード線１２７と陰極リード線１２８が挿通する孔を有したゴム製の封口部材１３０をケース１２９の開口部に配設した後、ケース１２９の開口部の外周を内側に絞り加工すると共に、ケース１２９の開口端をカーリング加工することによって封止を行っている。
【０００５】
この集電体１２５は電極としての効率向上のために、集電体１２５の両面に分極性電極１２６を層状に形成している。この電極から電気的に引き出すために陽極リード線１２７と陰極リード線１２８を取り付ける際に、分極性電極層１２６の上から取り付けると接触抵抗が高くなるため、従来は陽極リード線１２７と陰極リード線１２８の取り付け位置の分極性電極層１２６を削り取るなどして、集電体１２５を露出させていた。すなわち、陽極リード線１２７と陰極リード線１２８は、集電体１２５である金属箔との接続を良好にして抵抗成分を低減させるために、接続部分の分極性電極層１２６を部分的に除去し、集電体１２５を露出させてから接続しているものである。
【０００６】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１、特許文献２が知られている。
【０００７】
しかしながら、上記従来の電気二重層コンデンサの構成において、特に負極の分極性電極層１２６においては、陰極リード線１２８を取り付ける際の集電体１２５露出部分がセパレータ１２４を介して、正極の分極性電極層１２６と対向すると、電解液中のアニオンが強酸性を発揮し、セパレータを分解、腐食してしまうということがあった。
【０００８】
また、上記従来の電気二重層コンデンサのでは、陽極電極１２２（陰極電極１２３も同様）に陽極リード線１２７を接続する際に、集電体１２５である金属箔との接続を良好にして抵抗成分を低減させる目的で接続部分の分極性電極層１２６を部分的に除去している。この分極性電極層１２６の除去方法は、回転型のブラシ等を用いて無理矢理掻き取っているものであり、かつ、加工精度や組み立て上の問題等から接続されるリード線の接続部分の面積よりも相当大きな面積で除去されている。そのため、各電極にリード線を接続した状態では、リード線の周縁には分極性電極層１２６が存在せずに集電体１２５が露出している部分が存在する状態であった。
【０００９】
しかしながら、従来の電気二重層コンデンサに要求される保証範囲（６０℃、２．３Ｖ以下）を超える範囲の保証（７０℃、２．７Ｖ）の要求に対応しようとすれば、このような集電体１２５の露出部分が発生していることにより、次のような問題があった。
【００１０】
すなわち、高い電圧を印加して長時間使用すると、陰極電極１２３の集電体１２５の露出部分と、セパレータ１２４を介して対向する陽極電極１２２の分極性電極層１２６との間で、駆動用電解液が反応を起こして電解質アニオンのＢＦ４−、ＰＦ６−等が陽極側に引き寄せられ、その周辺部が酸性となってセパレータ１２４を劣化させてしまう。その結果、特性劣化のみならず、ガス発生や内圧の上昇が生じるという問題があった。
【００１１】
従って、このような課題は、各電極に夫々のリード線を接続した後に、このリード線ならびに集電体１２５の露出部分に分極性電極層１２６を形成するようにすれば一挙に解決することが可能であるが、このような工程を加えることはコスト的にも大きな負担を強いられることになるものであった。
【特許文献１】特開平８−８３７３８号公報
【特許文献２】特開平１０−２７０２９３号公報
【発明の開示】
【００１２】
本発明はこのような従来の課題を解決し、長期信頼性に優れた電気二重層コンデンサとするため、電気二重層コンデンサ内でのガス発生を抑制するものである。
【００１３】
そのために、本発明は、金属箔からなる集電体の両面に分極性電極層を形成してリード線を取り付けた電極において、電極上の分極性電極層を除去した分極性電極層除去部にリード線を取り付ける際に、リード線の集電体と接続される部分の投影面積を１とし、分極性電極層除去部の面積を１以上２．０以下となる電気二重層コンデンサとする。
【００１４】
本発明の電気二重層コンデンサは、集電体の両面に分極性電極層が形成されており、しかもリード線の取り付け位置周辺において集電体露出部分となる分極性電極層除去部を必要最小限なものにすることによって、製造コストを抑えつつ、接触抵抗の少ない、ガス発生の抑制された電極を備えた、長期信頼性に優れた電気二重層コンデンサおよびその製造方法を提供することができるものである。
【００１５】
また本発明は、集電体の両面に分極性電極層を形成した後、この分極性電極層の一部を除去し、この分極性電極層の一部を除去した部分にリード線を接続することにより陽極電極ならびに陰極電極を作製する方法とする。そして、上記分極性電極層の一部を除去する方法として、当該除去部分の形状に対応した加熱型の金属板を、分極性電極層に押し当てて加熱することによって分極性電極層中のバインダ成分を飛散させた後、この加熱された部分の分極性電極層を回転型のブラシを用いて機械的に掻き取るようにしたものである。さらに、上記分極性電極層の一部を除去する面積として、当該除去部分に接続されるリード線の接続部分の面積の、１〜２倍の面積の分極性電極層を除去するようにしたものである。
【００１６】
本発明による電気二重層コンデンサの製造方法は、各電極にリード線を接続する際に、分極性電極層中のバインダ成分を飛散させてからブラシによって分極性電極層を掻き取るようにした方法により、分極性電極層を極めて容易に除去することができるようになる。そればかりでなく、分極性電極層の必要部分のみを精度良く除去することが可能になるため、必要最低限の面積の分極性電極層のみを除去してリード線を接続することによって、集電体の不要な露出部分を極めて少なくすることができるようになる。そのため、高い電圧を印加して長時間使用した場合でも、陰極電極の集電体の露出部分に発生した電解質アニオンであるＢＦ４−、ＰＦ６−等が集中して酸性になることが極めて少なくなる。そのためにセパレータの劣化が抑制され、これにより、電気化学反応によって生じるガス発生、抵抗増加や容量減少も抑制され、特性劣化の少ない高信頼性の電気二重層コンデンサを安定して製造することができるようになるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図１から図５を用いて説明する。
【００１８】
図１は本実施の形態１における電気二重層コンデンサの構成を示した一部切り欠き斜視図である。
【００１９】
図１において、コンデンサ素子１は、リード線２を接続したアルミニウムなどの金属箔からなる２つの集電体３の両面に分極性電極層４を形成して陽極電極９、陰極電極１０とし、これに短絡防止用のセパレータ５を介在させて巻回することにより構成されている。
【００２０】
なお、リード線２、セパレータ５も、それぞれ正負極に対応するよう一対用意されている。
【００２１】
このコンデンサ素子１を駆動用電解液（図示せず）に含浸させ、図１に示すごとく、コンデンサ素子１の上端部にリード線２が挿通する孔を設けたゴム製の封口部材７を嵌め込み、アルミニウムからなる有底円筒状のケース８に収納して、ケース８の開口部を絞り加工することにより、封口部材７を圧縮してケース８を封止するように構成されている。
【００２２】
また、上記分極性電極層４は、活性炭粉末とカーボンブラックとバインダとを混練したものにより構成され、上記活性炭粉末としては、木粉系、ヤシガラ系、フェノール樹脂系、石油コークス系、石炭コークス系、ピッチ系の原料を賦活したものが用いられる。また、バインダとしては、ポリテトラフルオロエチレン、カルボキシメチルセルロース（以下、ＣＭＣと呼ぶ）の水溶性バインダを混合したものが用いられる。
【００２３】
また、上記駆動用電解液の溶媒としては、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、エチレンカーボネート、スルホラン、アセトニトリル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートまたはメチルエチルカーボネートのいずれか１種もしくは２種以上の混合物が用いられる。また、電解質カチオンとしては、第四級アンモニウム、第四級ホスホニウム、イミダゾリウム塩が使用され、一方、電解質アニオンとしては、ＢＦ４−、ＰＦ６−、ＣｌＯ４−、ＣＦ３ＳＯ３−またはＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２−が用いられる。
【００２４】
図２Ａおよび図２Ｂは、同電気二重層コンデンサに使用される電極の表裏面を示した平面図である。図２Ａにおいて上下方向に反転させたものが図２Ｂとなる。
【００２５】
図２Ａおよび図２Ｂにおいて、電極１４は、集電体３の両面に分極性電極層４が形成されているが、リード線２の取り付け位置にあたる部分を一部削り取るなどして集電体３が露出した分極性電極層除去部６を設け、この分極性電極層除去部６にリード線２がかしめ接合などで取り付けられている。これは、分極性電極層４が形成された電極１４の上からリード線２を直接取り付けると、リード線２から電極１４へ電流が流れる際に分極性電極層４とリード線２との間で接触抵抗が高くなってしまい、コンデンサの充放電時などで損失が大きくなってしまうため、リード線２の取り付け位置にあたる部分の分極性電極層４を除去するものである。
【００２６】
図３Ａはこの分極性電極層除去部６を拡大した平面図であり、図３Ｂはリード線２の拡大平面図である。このリード線２が電極１４に取り付けられる際に、電極１４と重なる部分となる投影部２ａをハッチングを付して示す。投影部２ａの面積を１とした際に、分極性電極層除去部６の面積は１以上２．０以下となるようにする。
【００２７】
上記のように、電極１４に分極性電極層除去部６を設け、リード線２の投影部２ａの面積を１とした際に、分極性電極層除去部６の面積を１以上２．０以下とすることが本発明における技術的特徴の一つであり、このようにすることで、リード線２と集電体３の抵抗を抑えるとともに、リード線２の取り付け部周辺からのガス発生を抑制できるものである。
【００２８】
従来であれば、例えば２．３Ｖ以下、６０℃といった条件で使用していた。しかしながら、本発明の実施の形態によれば、さらに高電圧、高温である２．７Ｖ、７０℃といった条件においてより顕著に表れる現象である、リード線２の取り付け部周辺におけるセパレータの分解、腐食を原因とした、ガス発生での内圧上昇を抑制することが可能になるものである。
【００２９】
このリード線２の取り付け部周辺でのガス発生について、図４を用いて説明する。図４は、実施の形態１による電気二重層コンデンサの正負極において、セパレータ５を介して分極性電極層４が対向している状態を表した模式図である。
【００３０】
図４において、集電体３の両面に分極性電極層４が形成された陽極電極９は、セパレータ５を介して同一構成の陰極電極１０と対向している。負極１０にはリード線２の取り付け部周辺の分極性電極層除去部６が形成されている。
【００３１】
この電気二重層コンデンサが充電されると、ケース８内もしくはセパレータ５に含浸されている電解液中のアニオン１１が正極９側に集中し、同じく電解液中のカチオン１２が負極１０側に集中する。このとき、セパレータ５を介して対向しているアニオン１１およびカチオン１２は電気的に安定しているが、分極性電極層除去部６と対向しているアニオン１１は水分と反応するなどして、アニオン１１に由来する強酸を発生させてしまうものであった。
【００３２】
このアニオン１１に由来する強酸は、やがてセパレータ５を分解したり腐食したりし、ガス発生を引き起こす原因の一つとなりうるものでもあった。
【００３３】
特にセパレータ５がセルロースなどからなる場合には、ガス発生抑制の効果はより顕著になる。
【００３４】
従来であれば、図２Ａにおいて、分極性電極層除去部６は集電体３の上下方向である全幅に渡って形成されるものであった。これは、集電体３に分極性電極層４を設けて陰極電極１０とし、次にリード線２を取り付けるために、分極性電極層４を除去するという工程においては生産性向上を目的として分極性電極層４の幅以上に除去部を設定していたためであった。
【００３５】
したがって、必要以上に分極性電極層除去部６が形成されるため、先に述べたセパレータ５を介して分極性電極層４と対向していない分極性電極層除去部６の面積が大きくなってしまい、ガス発生を引き起こしてしまうものであった。しかしながら、本発明の実施の形態によれば、この部分の長さを陰極電極１０の幅よりも短い適正な大きさにすることによって、リード線２と集電体３の抵抗を抑えるとともに、この部分からのガス発生を抑制することができるようになるものである。
【００３６】
なお、この分極性電極層除去部６の形成においては、分極性電極層４に加熱した金属などを当てるなどして部分的に加熱した後に、ローラーブラシなどでこすり取ることによって形成することが可能である。このように形成すると、分極性電極層除去部６の先端は図３Ａにあるように、やや丸みを帯びた形状を示すものである。
【００３７】
なお、分極性電極層除去部６を設け、リード線２の陰極電極１０と接続される部分である投影部２ａの投影面積を１とした際に、分極性電極層除去部６の面積を１以上２．０以下とするのは、少なくとも陰極電極１０側だけでよい。しかしながら、陽極電極９側も同様にすることで、ガス発生が抑制され、しかも製造コストの抑制もできるようになるものである。
【００３８】
図５は、リード線２の陰極電極１０と接続される部分である投影部２ａの投影面積を１とした際に、分極性電極層除去部６の面積比と電気二重層コンデンサ内でのガス発生の目安となるケース８の高さ方向の膨れ量であるΔＬ（ｍｍ）との関係を示したグラフである。
【００３９】
図５における試験方法としては、リード線２の陰極電極１０と接続される部分である投影部２ａの投影面積を１とした際に、分極性電極層除去部６の面積比をそれぞれ変化させた電気二重層コンデンサに対し、８５℃雰囲気下でＤＣ２．７Ｖ印加した状態で２５０時間保持したものを取り出して放電した後、高さを測定し、初期の状態の高さと比較してΔＬ（ｍｍ）を算出した。初期の高さは３０ｍｍであり、ΔＬがおおよそ１．５ｍｍを超えるとケース８の安全弁が作動し開弁状態となり、使用できなくなるものである。これらの試験はｎ（サンプル数）＝３０で実施し、その平均値をグラフ化した。
【００４０】
図５において、投影面積比が２．０を超えるとΔＬが大きく増加している。これは、投影面積比が２．０を超えた電気二重層コンデンサ正極において、セパレータを介して分極性電極層４と対向していない正極の面積が大きくなってしまい、ガス発生を引き起こしてしまうためである。したがって、この投影面積比を２．０以下とすることでガス発生の抑制をすることができるものである。
【００４１】
なお、このとき、図３Ｂにおけるリード線２の投影部２ａの幅を１とした際に、図３Ａにおける分極性電極層除去部６の幅は１．８以下とすると、同様にガス発生抑制の効果を奏するものである。
【００４２】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図６を用いて説明する。
【００４３】
図６は、本発明の実施の形態２において、リード線２２と集電体２０との接触を、上記実施の形態１とは異なる方法で実施したときの部分平面図である。
【００４４】
図６において、電極を構成するアルミニウムなどの金属箔からなる集電体２７の両面に形成された分極性電極層２１にリード線２２を接続するために、リード線２２の平面部２３の取り付け位置の分極性電極層２１を削り取り、分極性電極層除去部２６を設ける。その後、分極性電極層除去部２６とリード線２２の平面部２３に、かしめ接合２４を４箇所（電極２０の端側に２箇所、内側に２箇所）行う。さらに、両端のかしめ接合２４間を結ぶ直線上に冷間圧接接合２５を３箇所行うことにより、集電体２７とリード線２２とを接合したものである。
【００４５】
このような構成にすることにより、リード線２２の平面部２３の両端にそれぞれ２箇所ずつ設けたかしめ接合２４によって高い強度接合が得られ、かつ、このかしめ接合２４の両端間を結ぶ直線上に３箇所設けた冷間圧接接合２５によって、低抵抗値で安定した接続が得られるようになる。そして、従来のかしめ接合では困難であった小型品への対応も可能になるものである。
【００４６】
なお、実施の形態２のかしめ接合及び冷間圧接接合を行う数および場所は、上記に限定されるものではなく、かしめ接合と冷間圧接接合でリード線の平面部２３に集電体２７が接合されていれば同様の効果が得られるが、少なくとも２箇所以上のかしめ接合と複数の圧接接合で接合されていることが望ましい。
【００４７】
（実施の形態３）
以下、実施の形態３を用いて、本発明について説明するが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。また、電気二重層コンデンサの構成は、実施の形態１で図１を用いて説明したものと同様であるために、ここでの説明は省略する。
【００４８】
図７Ａは同コンデンサ素子３１に使用される陽極電極３２の構成を示した要部平面図、図７Ｂは同Ａ−Ａ断面図である。
【００４９】
図７Ａ、７Ｂにおいて、陰極電極３２に形成された分極性電極層３６（陽極電極に形成された分極性電極層も同じ）の一部を除去して集電体３５を露出させ、この集電体３５が露出した部分に陽極リード線３７をかしめ接合および／または冷間圧接、超音波溶接等の手段によって接続するようにしたものである。この分極性電極層３６の除去は、当該除去部分に接続される陽極リード線３７の接続部分の面積の１〜２倍の面積を除去するようにしたものである（詳細は後述する）。
【００５０】
そして、このように構成されたコンデンサ素子は、リード線２を図示しないゴム製の封口部材７に設けられた孔に挿通して封口部材７を装着する。そして、このコンデンサ素子１に図示しない駆動用電解液を含浸させた後に図示しない有底円筒状のケース８内に挿入すると共に、上記封口部材７をケース８の開口部に配設し、このケース８の開口部に横絞り加工とカーリング加工を施すことによって上記封口部材７を介して封止を行っているものである。
【００５１】
このように構成された本実施の形態３による電気二重層コンデンサは、必要最低限の面積の分極性電極層４を除去して陰極側のリード線を接続することによって、不要な分極性電極層除去部の露出部分を極めて少なくすることができるようになる。そのため、電圧を印加して長時間使用した場合でも、陰極電極１０における分極性電極層除去部の露出部分により、電解質アニオンであるＢＦ４−、ＰＦ６−等が陽極側に集中して酸性になることが極めて少なくなる。そのためにセパレータ５の劣化が抑制され、これにより、電気化学反応によって生じるガス発生、抵抗増加や容量減少も抑制され、特性劣化の少ない高信頼性の電気二重層コンデンサを安定して製造することができるようになるものである。
【００５２】
図９は、上記陽極電極９ならびに陰極電極１０を作製する製造方法を示した製造工程図であり、この図９を参照しながら、以下に具体的な実施例について説明する。
【００５３】
（実施例１）
金属箔からなる集電体として、厚さ３０μｍの高純度金属箔（Ａｌ：９９．９９％以上）を使用し、塩酸系のエッチング液中で電解エッチングして金属箔の表面を粗面化した。
【００５４】
次に、この金属箔の一方の表面に分極性電極層を形成した後、金属箔を裏返すことによって他方の表面にも同様に分極性電極層を形成し、これにより、金属箔の両面に分極性電極層を形成した陽極電極（陰極電極も同じ）を得た。
【００５５】
この分極性電極層の形成は、平均粒径５μｍのフェノール樹脂系活性炭粉末と、導電性付与剤として平均粒径０．０５μｍのカーボンブラック、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）を溶解した水溶性バインダ溶液を、１０：２：１の重量比に混合して混練機で十分に混練した後、メタノールと水の分散溶媒を少しずつ加え、更に混練して所定の粘度のペーストを作製した。続いて、このペーストを集電体の表面に塗布して、１００℃の大気中で１時間乾燥して分極性電極層を形成した。
【００５６】
続いて、この両面に形成された分極性電極層の高密度化ならびに平坦化による容量アップを図る目的で分極性電極層をプレス加工し、その後、所望の幅寸法にスリットした。
【００５７】
次に、このようにして作製された陽極電極（または陰極電極）に陽極リード線（または陰極リード線）を接続した。この各リード線の接続は、まず、リード線の接続部分と略同形状に形成されてヒータにより２８０℃に加熱された金属板を、集電体の表面に形成された分極性電極層に１秒間押し当てることによって分極性電極層中のバインダ成分を飛散させた。なお、バインダ成分を飛散させるだけであれば、ＣＭＣの熱分解温度である２６０℃で良いが、量産を考慮して１秒間で飛散させるために２８０℃の温度設定とした。その後、この加熱した部分の分極性電極層を回転型のブラシを用いて機械的に掻き取り、そして、この分極性電極層を除去した部分にリード線を配設し、かしめ接合および／または冷間圧接によりリード線を接続した。
【００５８】
また、上記分極性電極層の除去は、リード線を接続する側の一方の面のみで良いが、両面共に除去することにより、接続の信頼性と抵抗成分の低減をより一層向上させることができるため、両面除去はより好ましいものであるということができる。
【００５９】
なお、上記分極性電極層の除去は、当該除去部分に接続されるリード線の接続部分の面積の１〜２倍の面積を除去するようにしたものである。この除去面積が２倍を越える場合には、集電体の露出部分が多すぎるために、電圧を印加して長時間使用すると、陰極電極の集電体の露出部分とセパレータを介して対向する陽極電極の分極性電極層との間で、駆動用電解液が反応を起こして電解質アニオンのＢＦ４−、ＰＦ６−等が陽極側に引き寄せられ、その周辺部が酸性となってセパレータを劣化させてしまう。さらに、特性劣化のみならず、ガス発生や内圧の上昇が生じるために好ましくない。また逆に、１倍未満の場合には分極性電極層の一部がリード線と接触して接触不良を起こしたり、抵抗が上昇するために好ましくないものである。
【００６０】
次に、このようにして作製された陽極電極と陰極電極の間に、厚さ３５μｍのセパレータを介在させた状態でこれらを巻回することによってコンデンサ素子を得た。
【００６１】
続いて、このコンデンサ素子に駆動用電解液を含浸させた。この駆動用電解液はプロピレンカーボネートに４エチルアンモニウム４フッ化ホウ素を溶解したものを用いた。
【００６２】
続いて、このコンデンサ素子を有底円筒状のアルミニウム製のケース内に挿入し、このケースの開口部をゴム製の封口部材を用いて封止することにより、本実施の形態による電気二重層コンデンサを作製した（コンデンサ寸法：φ２０×４５ｍｍ）。
【００６３】
（実施例２）
上記実施例１において、分極性電極層の一部を除去する際に、加熱された金属板により分極性電極層中のバインダ成分を飛散させる作業を行わなかった。それ以外は実施例１と同様にして電気二重層コンデンサを作製した。
【００６４】
（比較例１）
上記実施例１において、分極性電極層の一部を除去する除去面積を、リード線の接続部分の面積の２．５倍とし、さらに、加熱された金属板により分極性電極層中のバインダ成分を飛散させる作業を行わなかった。それ以外は実施例１と同様にして電気二重層コンデンサを作製した。
【００６５】
このようにして得られた本発明の実施例１、２及び比較例１の電気二重層コンデンサについて、初期特性（容量、直流コンデンサ抵抗（以下、ＤＣＲと略す））と、８５℃で２．７Ｖ印加したときの特性劣化試験を行った結果を表１に示す。なお、試験数は２０個で行い、その平均値を記載した。また、上記ＤＣＲは充電した後に放電させ、その開始の０．５〜２．０ｓｅｃ間の傾きを算出したものである。
【００６６】
【表１】
2007139008.tif 000016
【００６７】
表１から明らかなように、本発明による電気二重層コンデンサは、比較例１に比べて容量変化が少なく、特性劣化試験によるΔＣ、ΔＤＣＲ、製品膨れを大幅に改善することができるものであり、特に実施例１においては、その効果が大きいことが分かる。
【００６８】
このように、本発明による電気二重層コンデンサの製造方法は、集電体の両面に形成した分極性電極層の一部を除去してリード線を接続する際に、分極性電極層を除去する部分に加熱した金属板を押し当てることによって分極性電極層中のバインダ成分を飛散させた後に機械的に掻き取るようにする。さらに、分極性電極層の一部を除去する面積として、当該除去部分に接続されるリード線の接続部分の面積の１〜２倍の面積を除去するようにした。この方法により、極めて容易に、かつ精度良く分極性電極層を除去することができるようになる。そのため、必要最低限の面積の分極性電極層のみを除去してリード線を接続することによって、不要な集電体の露出部分を極めて少なくしてセパレータの劣化を抑制できる。これにより、電気化学反応によって生じるガス発生、抵抗増加や容量減少も抑制し、特性劣化の少ない高信頼性の電気二重層コンデンサを安定して製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上のように、本発明にかかる電気二重層コンデンサによれば、ガスの発生を抑制することができ、コンデンサの抵抗低減とともに信頼性向上を図ることができる。この結果、大電流や低温下における高信頼性などが要求される自動車のシステムなどに有用である。
【００７０】
また、本発明による電気二重層コンデンサの製造方法は、分極性電極層の特性劣化が少なく信頼性に優れ、特に車載用の電気二重層コンデンサ等を製造する際に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施の形態１における電気二重層コンデンサの一部切り欠き斜視図
【図２Ａ】本発明の実施の形態１による電気二重層コンデンサの電極の表面を示す平面図
【図２Ｂ】本発明の実施の形態１による電気二重層コンデンサの電極の裏面を示す平面図
【図３Ａ】本発明の実施の形態１による電気二重層コンデンサの分極性電極層除去部の拡大平面図
【図３Ｂ】本発明の実施の形態１による電気二重層コンデンサのリード線の拡大平面図
【図４】本発明の実施の形態１による電気二重層コンデンサの正負極を模式的に表した断面図
【図５】本発明の実施の形態１による電気二重層コンデンサのケース高さ方向の膨れ量を比較したグラフ
【図６】本発明の実施の形態２におけるリード線と集電体との接触を示す部分平面部
【図７Ａ】同コンデンサ素子に使用される陽極電極の構成を示した要部平面図
【図７Ｂ】同Ａ−Ａ断面図
【図８】同陽極（陰極）電極を作製する製造方法を示した製造工程図
【図９】従来の電気二重層コンデンサの構成を示した一部切り欠き斜視図
【符号の説明】
【００７２】
１    コンデンサ素子
２    リード線
２ａ    投影部
３    集電体
４    分極性電極層
５    セパレータ
６    分極性電極層除去部
７    封口部材
８    ケース
９    陽極電極
１０    陰極電極
１１    アニオン
１２    カチオン
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2007139008.tif 000017
【図２Ａ】
2007139008.tif 000018
【図２Ｂ】
2007139008.tif 000019
【図３Ａ】
2007139008.tif 000020
【図３Ｂ】
2007139008.tif 000021
【図４】
2007139008.tif 000022
【図５】
2007139008.tif 000023
【図６】
2007139008.tif 000024
【図７Ａ】
2007139008.tif 000025
【図７Ｂ】
2007139008.tif 000026
【図８】
2007139008.tif 000027
【図９】
2007139008.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成21年7月24日(2009.7.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属箔からなる集電体の両面に分極性電極層を形成してリード線を取り付けた電極を正負一対とし、その間にセパレータを介在させて前記分極性電極層が対向するように巻回したコンデンサ素子を駆動用電解液とともにケースに収納してなる電気二重層コンデンサにおいて、
前記リード線は前記電極上の前記分極性電極層を前記集電体の幅よりも短く除去した分極性電極層除去部に取り付けられ、前記リード線の前記集電体と接続される部分の投影面積を１とした際に、前記分極性電極層除去部の面積が１以上２．０以下であることを特徴とする電気二重層コンデンサ。
【請求項２】
前記セパレータはセルロースからなる請求項１に記載の電気二重層コンデンサ。
【請求項３】
前記リード線が前記集電体と接続される部分に少なくとも２箇所以上のかしめ接合と、複数の圧接接合を有するものである、請求項１に記載の電気二重層コンデンサ。
【請求項４】
金属箔からなる集電体の両面に分極性電極層を形成すると共にリード線を接続して陽極電極を作製するステップと、同様に陰極電極を作製するステップと、前記陽極電極と陰極電極をその間にセパレータを介在させた状態で巻回することによりコンデンサ素子を作製するステップと、前記コンデンサ素子を駆動用電解液と共にケース内に収容するステップと、前記ケースの開口部を封口部材で封止するステップとを有した電気二重層コンデンサの製造方法において、前記陽極電極ならびに陰極電極を作製するステップとして、集電体の両面に分極性電極層を形成した後、この分極性電極層を前記集電体の幅よりも短く、かつ接続する前記リード線の面積の１〜２倍の面積の分極性電極層を除去した部分にリード線を接続するようにした電気二重層コンデンサの製造方法。
【請求項５】
前記陽極電極ならびに陰極電極を作製するステップにおける分極性電極層の一部を除去する方法が、当該除去部分の形状に対応した加熱型の金属板を分極性電極層に押し当てて加熱することによって分極性電極層中のバインダ成分を飛散させた後、この加熱された部分の分極性電極層を回転型のブラシを用いて機械的に掻き取るようにしたものである、請求項４に記載の電気二重層コンデンサの製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
そのために、本発明は、金属箔からなる集電体の両面に分極性電極層を形成してリード線を取り付けた電極において、電極上の分極性電極層を前記集電体の幅よりも短く除去した分極性電極層除去部にリード線を取り付ける際に、リード線の集電体と接続される部分の投影面積を１とし、分極性電極層除去部の面積を１以上２．０以下となる電気二重層コンデンサとする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また本発明は、集電体の両面に分極性電極層を形成した後、この分極性電極層の一部を除去し、この分極性電極層を前記集電体の幅よりも短く、かつ接続する前記リード線の面積の１〜２倍の面積の分極性電極層を除去した部分にリード線を接続することにより陽極電極ならびに陰極電極を作製する方法とする。そして、上記分極性電極層の一部を除去する方法として、当該除去部分の形状に対応した加熱型の金属板を、分極性電極層に押し当てて加熱することによって分極性電極層中のバインダ成分を飛散させた後、この加熱された部分の分極性電極層を回転型のブラシを用いて機械的に掻き取るようにしたものである。さらに、上記分極性電極層の一部を除去する面積として、当該除去部分に接続されるリード線の接続部分の面積の、１〜２倍の面積の分極性電極層を除去するようにしたものである。
【国際調査報告】
2007139008.tif 000029
2007139008.tif 000030
2007139008.tif 000031
2007139008.tif 000032