(57)【要約】本発明は、対向する２つの電極層（２、３）を備えた電気二重層コンデンサに関する。この電極層（２、３）は電気的に絶縁された分離層（１）を介して相互に分離されている。少なくとも１つの電極層（２、３）はコーティングプロセスにより分離層（１）上に堆積される。本発明のコンデンサは電極層（２、３）とともにコーティングされる分離層（１）により良好に容積を利用できるという利点を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に絶縁された分離層（１）を介して相互に分離された対向する２つの電極層（２、３）を有する電気二重層コンデンサにおいて、
少なくとも１つの電極層（２、３）はコーティングプロセスにより分離層（１）上に堆積される
ことを特徴とする電気二重層コンデンサ。
【請求項２】
少なくとも１つの電極層（２、３）は分離層（１）上に堆積された粒子または繊維を含む、請求項１記載のコンデンサ。
【請求項３】
少なくとも１つの電極層（２、３）は適切な接着剤と混合された粉末から製造されている、請求項１または２記載のコンデンサ。
【請求項４】
分離層（１）は静電力により電極層（２、３）でコーティングされている、請求項１または２記載のコンデンサ。
【請求項５】
少なくとも１つの電極層（２、３）のうち分離層（１）の反対側に導電性のコンタクト層（４）がコーティングされている、請求項１から４までのいずれか１項記載のコンデンサ。
【請求項６】
コンタクト層（４）は蒸着法または噴霧法により製造されている、請求項５記載のコンデンサ。
【請求項７】
少なくとも１つの電極層（２、３）は炭素または他の電気化学的な二重層コンデンサに適した材料を含む、請求項１から６までのいずれか１項記載のコンデンサ。
【請求項８】
少なくとも１つの電極層（２、３）が導電性のポリマーまたは金属酸化物を含む、請求項７記載のコンデンサ。
【請求項９】
少なくとも１つの電極層（２、３）は多孔性である、請求項１から８までのいずれか１項記載のコンデンサ。
【請求項１０】
少なくとも１つの電極層（２、３）は高い電流耐性を有するフィード層によってカバーされている、請求項１から９までのいずれか１項記載のコンデンサ。
【請求項１１】
分離層（１）はイオンを含む流体に浸漬された多孔性の層である、請求項１から１０までのいずれか１項記載のコンデンサ。
【請求項１２】
電極層（２、３）間に２つの分離層（１、６）が設けられ、ここで各電極層（２、３）はコーティングプロセスにより分離層（１、６）上に堆積される、請求項１から１１までのいずれか１項記載のコンデンサ。
【請求項１３】
電極層（２、３）の厚さは５００μｍより小さい、請求項１から１２までのいずれか１項記載のコンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は電気的に絶縁された分離層を介して相互に分離された対向する２つの電極層を有する電気二重層コンデンサに関する。
【０００２】
冒頭に言及した形式のコンデンサにおいて、分離層および電極層が別個の素子となっており、これらが相互に積層され、巻き付けられているものが知られている。この場合、分離層は短絡を阻止する機能を有する。高い電気エネルギに対するコンデンサを製造するために、電極の表面積を拡大することにより電極が最適化される。これは例えば炭素から成る電極層では表面の活性化により行われる。炭素から成る電極層は例えば布状でコンデンサ内に収容されている。
【０００３】
この周知のコンデンサは容積利用率が低いという欠点を有している。容積利用率とはここではコンデンサの容積に対して利用できる容量の大きさであると解されたい。電極層および分離層が個別の素子となっているので、これらを所定の最小安定性を有する材料から成形しなければならない。そうでないと個々の素子を相互に積層できないので、他の方法で処理しなければならなくなる。最小安定性は例えば布状炭素の相応の最小層厚さによって達成される。個々の層の厚さが大きくなると容積利用率は低下する。
【０００４】
積層体を１つのロールとなるように巻き付ける場合、この巻き付け過程中に個々の層に反りが起こり、これによってコンデンサ巻回体に中空が生じて、容積利用率がさらに悪化するおそれがある。
【０００５】
したがって本発明の課題は、冒頭に言及した形式のコンデンサの容積利用率を改善することである。
【０００６】
本発明は２つの電極層を有する電気二重層コンデンサに関する。電極層は電気的に絶縁された分離層を介して相互に分離されている。ここで、対向する少なくとも１つの電極層がコーティングプロセスにより分離層上に堆積される。
【０００７】
本発明のコンデンサは少なくとも１つの電極層と分離層とが１つのものとしてまとめられるという利点を有する。ここでは電極層は集積素子として存在している。コーティングプロセスにより分離層上に堆積された電極層はコンデンサと別個の素子ではないので、著しく小さな層厚さで構成することができる。特に電極層そのものに大きな機械的安定性が要求されなくなる。本発明により、例えば、厚さ５００μｍよりも小さい厚さ、有利には１００μｍより小さい厚さの電極層を得ることができる。
【０００８】
さらに本発明のコンデンサは、電極層が分離層上の個別素子として構成されるのでなく、コーティングプロセスにより堆積されるという利点を有する。これにより電極層から分離層までは小さな距離しかなく、電極層間の容量が増大する。
【０００９】
層厚さが小さく、電極層と分離層とが直接に接触していることにより、本発明のコンデンサは良好な容積利用率を有する。
【００１０】
本発明の有利な１つの実施形態では、少なくとも１つの電極層は分離層上に堆積された粒子または繊維を含む。粒子または繊維により、高容量のコンデンサに必要な電極層の大きな面積を実現することができる。特に電極層に繊維を使用すれば、分離層の反対側からのコンタクトから良好に給電を行うことができる。なぜなら繊維が適切な長さであれば電極層の全厚さにわたって１つの部材が通っていることになり、粒界効果が回避されるからである。
【００１１】
さらに有利には、少なくとも１つの電極層は適切な接着剤と混合された粉末から製造されている。接着剤は電極層内部の粒子と結合する。この接着剤としてはアルミニウム電極のコーティングに使用される材料、例えば二フッ化ポリビニルが挙げられる。他に炭素粉末をポリマーマトリクスへ沈着させることもできる。
【００１２】
粉末と混合された接着剤は例えばスキージまたはプレスプロセス（押圧）により分離層へ被着される。
【００１３】
別の有利な実施形態では、分離層を静電力により電極層でコーティングすることもできる。電極層を静電力によって堆積すると、接着剤またはバインダを省略できるという利点が挙げられる。これによりコンデンサの長時間の安定性が得られ、接着剤の経年劣化やそこから生じる接着能力を考慮しなくて済む。
【００１４】
電極層のコンタクトのために、本発明の別の有利な実施例では、少なくとも１つの電極層の分離層の反対側に導電性のコンタクト層がコーティングされている。このような導電層は例えば銀または金などの貴金属から成るか、またはアルミニウムから成る。全体では導電性の材料として、電気化学二重層コンデンサに使用されるイオン含有の溶剤に対して電極で生じるポテンシャルが耐性を有し、保護層を形成するような材料が適している。コンタクト層は電極層のコンタクト接続を改善する利点を有する。ここでのコンタクト層は有利には例えば１μｍ〜２０μｍの厚さである。
【００１５】
別の有利な実施形態では、コンタクト層は蒸着法または噴霧法により製造されている。コンタクト層の噴霧は特に当業技術者のあいだでは“スクープ法”の名称で周知となっている。静電力によって電極層が被着される場合にはコンタクト層の堆積は蒸着によって行うと有利である。なぜならこれによって電極層と分離層との接着が充分に生じ、さらなる接着剤を使用しなくて済むようになるからである。またコンタクト層は電極層の成分の結合も促進する。
【００１６】
電気化学的な二重層コンデンサを実現するために、有利には、少なくとも１つの電極層は炭素または他の電気化学的な二重層コンデンサに適した材料を含む。この種の材料としては、例えば、導電性のポリマーや、ルテニウム酸化物またはニッケル酸化物などの金属酸化物が考えられる。電気化学的な二重層コンデンサの電極層に適した全ての材料は“擬似容量”または“二重層容量”として知られる電荷蓄積機構を有することが当業技術者に知られている。
【００１７】
電極層が多孔性であることにより、電極層の表面積ひいては二重層コンデンサの容量が増大される。これにより容積利用率も上昇する。電極層が炭素から成る場合、表面積の増大は炭素の活性化によって行われる。ここでは化学的な方法などによって炭素内に孔が形成される。
【００１８】
大電流用の本発明のコンデンサを構成するために、有利には、少なくとも１つの電極層は高い電流耐性を有するフィード層（Ｚｕｌｅｉｔｕｎｇｓｓｃｈｉｃｈｔ）によってカバーされている。この種のフィード層は例えば厚さ１０μｍ〜１００μｍのアルミニウムシートである。
【００１９】
本発明の電気化学的な二重層コンデンサを実現するためには、分離層がイオンを含む流体に浸漬された多孔性の層であると有利である。これにより電気化学的な二重層コンデンサの典型的な構造が実現される。多孔性の層として例えば紙または多孔性のプラスティックシートが考えられる。イオンを含む流体は例えばアセトニトリルである。
【００２０】
本発明の別の実施形態では、電極層間に２つの分離層が設けられる。ここで各電極層はコーティングプロセスにより各分離層上に堆積される。電極層を２つの異なる分離層上に堆積することにより、分離層内の孔に起因して電極層間で短絡が発生するおそれが低減される。さらに一方側だけがコーティングされた分離層は、裏面のコーティングを省略できるので、製造が容易である。また一方側だけがコーティングされた分離層は例えば層を巻き回して巻回体を形成する際にも処理が容易である。
【００２１】
コンタクト層の厚さは、フィード層を省略できる程度に選定されていてもよい。
【００２２】
以下に本発明を図示の実施例に則して詳細に説明する。図１には本発明の電気二重層コンデンサの第１の実施例の概略的な断面図が示されている。図２には本発明の電気二重層コンデンサの第２の実施例の概略的な断面図が示されている。図３には本発明の電気二重層コンデンサの巻回体の概略的な断面図が示されている。図４には本発明の電気二重層コンデンサの巻回体の概略的な側面図が示されている。
【００２３】
図１には分離層１を介して相互に分離された２つの電極層２、３を備えたコンデンサが示されている。分離層１は例えば２０μｍ〜１００μｍの厚さの多孔性のプラスティックシートである。特に３０μｍの層厚さが適している。電極層２、３はコーティングプロセスにより分離層１上に堆積されている。分離層１の縁にはフリーエッジ８が設けられており、これは電極層２、３によって覆われていない。このフリーエッジ８は電極層２、３間の分離に用いられ、その際に電極層２、３間の沿面放電を延長することにより短絡の危険が回避される。
【００２４】
電極層２、３の表面にはコンタクト層４が蒸着により堆積されている。各コンタクト層４上にはさらにフィード層５が設けられている。ここでフィード層５とコンタクト層４とのあいだの距離は図１では縮尺通りには示されていない。図１のコンデンサでは上下にできる限り密なパッケージングが目指されている。図１に示されているように、フィード層５は上方または下方に積層体を超えて突出し、外側から、例えばスクープ層（Ｓｃｈｏｏｐｓｃｈｉｃｈｔ）を介して容易にコンタクト接続されるように構成されている。
【００２５】
図２には第２の実施例のコンデンサが示されており、ここでの参照番号は図１の参照番号に相応している。図２のコンデンサの構造は図１のコンデンサとほぼ同様である。ただし図２のコンデンサは、電極層２、３間に第１の分離層１のほか第２の分離層６も設けられている点が図１のコンデンサと異なっている。第１の分離層１および第２の分離層６のそれぞれの上にはコーティングプロセスにより１つずつ電極層が堆積されている。コーティングプロセスには例えばバインダと混合された粉末のスキージなどが含まれる。
【００２６】
電極層２、３間に第２の分離層６が設けられているため、分離層１、６の両側で、図１では必要であったフリーエッジ８のうち一方を省略することができる。電極層２、３間に配置された二重層は図２では図１の相応の単層の厚さの２倍である。これにより２つの電極層２、３間の沿面放電が延長される。分離層１、６の各側からそれぞれ１つずつフリーエッジ８を取り除くことにより、コンデンサの容積がさらに良好に利用される。
【００２７】
図３には複数の層９の積層体について、図４に示されている巻回し過程で製造された巻回体１１が断面図で示されている。４つの層９が上下に積層されている。各層９は図１に示されている装置の積層体を２つ重ねることによって得られる構造に相当する。
【００２８】
図４には層９を巻芯を用いて巻き付け、円筒対称の装置に必要な巻回体１１とする様子が示されている。
【００２９】
本発明は図示の実施例には限定されず、請求項１に掲げた一般的な形式で規定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の電気二重層コンデンサの第１の実施例の断面図である。
【図２】
本発明の電気二重層コンデンサの第２の実施例の断面図である。
【図３】
巻回体の断面図である。
【図４】
巻回体の側面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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