(57)【要約】【課題】  液漏れ不良を低減し、かつ、高温使用時の耐久性に優れた電気二重層コンデンサを提供する。【解決手段】  電解液を含浸したセパレータ１２を介して対向する一対の電極１１と、前記電極１１に接する前記セパレータ１２と反対の面で接する集電体１３と、前記電極１１の周囲に配置したガスケット１４ａ，１４ｂ，１４ｃからなるセル１５を有する電気二重層コンデンサにおいて、前記セパレータ１２の電極端面より突出した部分のセパレータ外周部が圧縮されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液を含浸したセパレータを介して対向する一対の電極と、前記セパレータとは反対側の面で前記電極に接する集電体と、前記電極の周囲に配置したガスケットからなるセルを有する電気二重層コンデンサにおいて、前記セパレータの電極端より突出した外周部が圧縮されたことを特徴とする電気二重層コンデンサ。
【請求項２】
前記セパレータの外周部は中央部より８％以上５０％以下に圧縮されていることを特徴とする請求項１に記載の電気二重層コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気二重層コンデンサに関し、特に耐久性の向上した積層型の電気二重層コンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機等の携帯用電子機器においては、低電流化、低電圧化が図られているが、その機能によっては、瞬間的に非常に大きな電流が必要な場合があり、このとき電池等の電源で大電流による電圧変動（ＩＲドロップ）が生じることによって、電子回路が正常に作動しなくなったり、電池の寿命を短くさせてしまうことがある。
【０００３】
例えば、通信カード等では動作電圧の下限値を下回ると、通信状態が確保できなくなり通信エラーとなってしまう。このため、瞬間的に大電流を必要とするときのみ、急速な充電及び大電流の放電が可能な電気二重層コンデンサから電力を供給して全体の電力を平準化することが行われている。
【０００４】
図３は、従来技術である電気二重層コンデンサのセルの分解斜視図であり、図４は、従来技術の電気二重層コンデンサの分解斜視図であり、図５は、従来技術の電気二重層コンデンサのセルの断面図である。
【０００５】
図３および図５に示すように、電気二重層コンデンサのセル５は、セパレータ２の両面に１対の平板形状の電極１が配置され、電極１のセパレータ２に対し反対側に集電体３が配置され、電極１とセパレータ２の周囲で集電体３に介装される枠状のガスケット４を有し、内部に電解液が含有された状態で封止されている。電極１には、電解液に対して安定で導電性があり、かつ大きな表面積を有する必要があるため、粉末活性炭や活性炭繊維、及びこれらの活性炭をポリテトラフルオロエチレンなどのバインダにより成形したもの（例えば特許文献１）、または活性炭をポリアセン及び炭素に結合させた固形状活性炭（例えば特許文献２、特許文献３）が用いられる。電解液は水溶液系と有機溶媒系に大別され、水溶液系としては主に硫酸や水酸化カリウムなどが、有機溶媒系としては主にプロピレンカーボネートに電解質として主に四級アンモニウム塩を溶解させたものが用いられる。セパレータ２には、ガラス繊維やポリプロピレン繊維等の不織布及びポリオレフィン系多孔質フィルムなど、電子絶縁性でかつイオン透過性の高い多孔膜が用いられている。集電体３には、水溶液系電解質を用いた場合はカーボン粉末等により導電性を付与したゴムあるいはエラストマが、有機溶媒系電解液を用いた場合は金属製のフィルムが用いられる。ガスケット４は、セルの形状を維持し、電解液の漏れを防ぐと共に、上下の集電体３の接触による短絡を防ぐ役割がある。図４に示すように、電気二重層コンデンサ８はセル５の上下に端子取り出しのため端子板６が設けられ、さらに通常は、端子板６の外側からラミネートフィルムからなる外装材７で封止している。
【０００６】
セルの耐圧は電解液によって決まり、水溶液系の場合０．６〜１．０Ｖ、有機溶媒系の場合構成する電解質によって違うが２．０〜３．０Ｖ程度である。電気二重層コンデンサでは、所定の耐圧にするために、必要な耐電圧に応じてセルを直列に積層している。
【０００７】
従来技術の電気二重層コンデンサにおいては、セル作製時においてセル内部の電解液漏れ不良が発生することがある。この電解液漏れはガスケットと集電体、セパレータの封止が不十分であるためにおこる。上記の液漏れは、高温使用時における耐久性の低下につながる。ガスケットと集電体、セパレータの封止を改善する方法としては、ガスケット材料を熱可塑性樹脂へ変更する提案（例えば特許文献４）、また、ガスケット上にセパレータを融着する提案（例えば特許文献５）がある。
【０００８】
【特許文献１】特開平６−１９６３６４号公報
【特許文献２】特許第２７７８４２５号公報
【特許文献３】特公平７−７０４４８号公報
【特許文献４】特開２００３−１３３１８５号公報
【特許文献５】特開平１０−１７２８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した特許文献４、特許文献５の技術においても、電解液がセパレータの外周部に浸透することによる融着不良が発生するという問題があった。
【００１０】
本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、技術課題は、セルの液漏れ不良を低減し、また、高温使用時の電解液の蒸発を削減することにより耐久性を向上した電気二重層コンデンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前記課題を解決するため、セパレータの外周部分を圧縮させることにより、ガスケットとセパレータの接着性が向上することを見出したものである。
【００１２】
本発明の電気二重層コンデンサは、電解液を含浸したセパレータを介して対向する一対の電極と、前記セパレータとは反対側の面で前記電極に接する集電体と、前記電極の周囲に配置したガスケットからなるセルを有する電気二重層コンデンサにおいて、前記セパレータの電極端より突出した外周部が圧縮されたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の電気二重層コンデンサは、前記セパレータの外周部は中央部より８％以上５０％以下に圧縮されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の電気二重層コンデンサは、セパレータの外周部分を圧縮させることにより、電解液がセパレータの外周部に浸透しなくなり、ガスケットとセパレータの接着性を向上させ、このためセルの液漏れ不良を低減することができ、さらに、高温使用時の電解液の蒸発も削減され耐久性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の電気二重層コンデンサのセルの断面図であり、図２は、本発明の電気二重層コンデンサの断面図である。図１に示すように、本発明の電気二重層コンデンサのセルは、電極１１、セパレータ１２、集電体１３及びガスケット１４で単位となるセル１５を形成する。電極１１は、椰子殻系に代表される活性炭と、導電性を確保する為のカーボン、及びバインダから成る。セパレータ１２は多孔質を有するフィルムであり、例えばポリテトラフルオロエチレン系フィルムやポリオレフィン系フィルムを用いる。セパレータ１２の外寸は電極１１の外寸以上であり、かつ集電体１３の外寸以下である。集電体１３は、金属箔もしくは、導電性を有するゴムまたはエラストマが用いられる。ガスケット１４はセル内の絶縁を確保するための物であり、ポリエチレンやポリプロピレン、エチレン−メタクリル酸共重合体などに代表される熱可塑性樹脂、あるいは熱可塑性樹脂と接着可能なゴムまたはエラストマを用いる。ここでガスケットは、電極１１、セパレータ１２及び集電体１３の外周部にそれぞれ配置する。
【００１７】
次に、図２に示すように、本発明の電気二重層コンデンサは、電極１１、セパレータ１２、集電体１３、及びガスケット１４からなる単位となるセル１５を、所定の電圧に応じて複数重ね、更にセル内部の電荷を取り出す為の端子板１６を配置したものを外装材１７で封止して構成されている。ここで上記端子板１６は、厚さ０．０５〜１ｍｍの金属板であり、外装材１７は金属箔とポリオレフィン系フィルムを貼り合わせたラミネートフィルムや、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ネオプレンなどからなる熱収縮性を有するチューブ等を用いる。
【００１８】
次に、セルの構造について、寸法の例を用いて説明する。電極１１は活性炭／カーボン複合材料であり、寸法１２×２４×０．０５ｍｍの長方形に加工されている。セパレータ１２はポリテトラフルオロエチレン系繊維からなり、寸法１４×２６×０．０２５ｍｍの長方形に加工されている。集電体１３は導電性オレフィン共重合体からなり、寸法は１６×２８×０．０５ｍｍの長方形に加工されている。
【００１９】
電極外周部のガスケット１４ａはエチレン−メタクリル酸共重合体樹脂からなり、外寸は１８×３０ｍｍ、内寸は１２×２４ｍｍ、厚さは０．０５ｍｍのものを１セル当り２枚使用しており、それぞれフレーム状に加工されている。セパレータ外周部のガスケット１４ｂは外寸１８×３０ｍｍ、内寸は１４×２６ｍｍ、厚さは０．０２５ｍｍであり、フレーム状に加工されている。集電体外周部のガスケット１４ｃは外寸１８×３０ｍｍ、内寸は１６×２８ｍｍ、厚さは０．０５０ｍｍのものを１セル当り２枚使用しており、それぞれフレーム状に加工されている。なお、それぞれのガスケット１４ａ，１４ｂ，１４ｃに使用される樹脂は構造により大幅に物性が異なるものを使用できるが、ここでは軟化点が６２℃、融点が８８℃の樹脂を用いた。
【００２０】
次に、セルの作製手順について説明する。集電体１３と電極外周部とセパレータ外周部のガスケット１４ａ，１４ｃを加熱圧着により貼り合わせたものを２枚作製し、ガスケットの内側にあたる集電体上に電極１１を形成する。電極１１の形成された集電体１３を２枚作製し、そのうちの１枚にガスケット１４ｂを熱圧着により貼り合わせ、電解液を電極１１上に添加する。セパレータ１２は、電極１１と接する部分の外側を、圧縮処理を行う。この外周部を圧縮処理されたセパレータ１２を電解液が添加された電極上に配置した後、２枚の電極が形成された集電体を集電体が外側になるように貼り合わせ、熱圧着によりガスケットを溶融させて接着させ、単位セルとした。
【００２１】
作製した単位となるセル５の寸法は１８×３０×０．２２５ｍｍの直方体であった。端子板１６は銀からなる導電層を施した厚さ０．１ｍｍの銅板からなり、寸法はセルと接触する１７×２９ｍｍの長方形部に幅３ｍｍのリードタブ部が成形加工されている。外装材１７は、ここでは厚さ０．１１ｍｍのラミネートフィルムを用いた。セルを積層し、積層セルの両側から、端子板１６を重ねあわせた状態で、さらにその外側から外装フィルム１７を配置し、外装フィルム同士の重なった部分を熱融着することで、端子板と積層セルの外装フィルム封止体を形成し、電気二重層コンデンサを作製する。
【実施例１】
【００２２】
次に、幾つかの実施例及び比較例を示して発明を具体的に説明する。
【００２３】
集電体１３、ガスケット１４ａ，１４ｃを加熱圧着により貼り合わせたものを２枚作製した。平均粒径１５μｍの椰子殻活性炭、平均粒径１５μｍの非球状カーボン、繊維径１０〜２０μｍの繊維状カーボン及びバインダの組成比７５：１０：１０：５の割合で形成されるスラリーを作製し、これをガスケットの内側にあたる集電体上に塗布、乾燥させ、電極１１を形成した。このようにして電極１１の塗布された集電体１３を２枚作製した後、そのうちの１枚にガスケット１４ｂを熱圧着により貼り合わせた。次に、４０ｗｔ％硫酸水溶液を電極１１上に添加した。セパレータ１２の中で、電極１１と接する１２×２４ｍｍ以外の部分を、２５℃、５ｋｇ／ｃｍ2、１秒間、加圧前処理を行った。このセパレータ１２を硫酸添加済みシートの１枚に配置した後、２枚のシートを集電体が外側になるように貼り合わせ、熱圧着によりガスケットを溶融させて接着させた。この方法で作製した単位となるセル１５を６枚重ね合わせて積層セルとした。なお、単位セルは１０００個作製し、その液漏れ不良率の調査に用いた。用意した積層セルの両側から、銀からなる導電層を施した厚さ０．１ｍｍの銅製端子板１６を重ねあわせた状態で、さらにその外側から外装フィルム１７を配置し、減圧下で外装フィルム同士の重なった部分を熱融着することで、端子板と積層セルの外装フィルム封止体を形成させた。なおここで外装フィルム１７として厚さ０．１１ｍｍのラミネートフィルムを用いた。以上の方法で電気二重層コンデンサを１０個作製した。
【実施例２】
【００２４】
実施例１において、セパレータ１２の加圧前処理を、８５℃、５ｋｇ／ｃｍ2、１秒間とした。その他は実施例１と同様にして電気二重層コンデンサをそれぞれ１０個作製した。
【００２５】
上記の方法により作製した電気二重層コンデンサについて、サンプル作製直後及び７０℃、５．４Ｖ（１セルあたり０．９Ｖ）、１０００時間の負荷を行い室温まで冷却した後に、ＥＳＲ、静電容量それぞれについて測定した。また、単位セル内のセパレータの分極性電極の外寸より外側の部分の厚さをマイクロゲージにより測定したところ、表１に示す結果が得られた。なお、数値は全て作製したサンプル１０個の平均値である。ここでＥＳＲと静電容量は、１ｋＨｚ、１０ｍＶｒｍｓの交流電圧を印加して、電流と位相差を測定することで求めた。また、従来技術により作製した図３〜図５に示す電気二重層コンデンサ１０個についても、比較例として、ＥＳＲ、静電容量および単位セル内のセパレータの分極性電極の外寸より外側の部分の厚さを測定した。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
この結果、表１に示すように、素子の電解液漏れ不良率を比較すると、実施例１、２はいずれも比較例より低いことがわかる。また実施例１、２では、セパレータの分極性電極の外寸より外側の部分の厚さが薄く、圧縮されていることを示している。比較例ではガスケット樹脂が溶融する際に、電解液がセパレータ端部に浸透することに起因する液漏れが生じるが、実施例１、２ではセパレータの分極性電極の外寸より外側の部分が加圧により圧縮されているため、セパレータの分極性電極の外寸より外側の部分には電解液が浸透せず、そのため液漏れが減少している。
【００２８】
実施例１、２と比較例のＥＳＲ及び静電容量を比べると、サンプル作製直後のＥＳＲ及び静電容量は同等である。しかし、電圧負荷後のＥＳＲ及び静電容量に関しては、実施例１、２の方が良好な値を示している。ここで、比較例は電圧負荷後には液漏れは見られなかったものの、セルを分解調査したところ、電解液が蒸発していることが判明した。これは、液漏れには至らないものの、セパレータの端部に浸透した電解液がガスケットの融着界から蒸発したものと考えられる。なお、実施例１、２でも同様にセルを分解調査したが電解液の蒸発は見られなかった。
【００２９】
なお実施例１と２では実施例２の方がより良好な結果を示していたことから、セパレータの分極性電極の外寸以上、集電体の外寸以下の部分を圧縮率［（元の厚さ−セル組み立て後厚さ）／元の厚さ］は、１５％以上とする方がより大きい効果が得られるといえる。また、５０％を超えるとセパレータの形状の維持が困難となり破断等の原因となり好ましくない。
【００３０】
以上、この発明の実施例を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、上述した実施例ではセパレータ外周部のガスケットを用いたが、これを省略し、電極外周部のガスケットの厚さを調整することができる。また、実施例では、電解質溶液として、硫酸を用いる場合について述べたが、有機電極液を用いるようにしても良い。また、活性炭としては、例えば、フェノール樹脂系活性炭に限らず、椰子殻活性炭や、石油コークス系活性炭等を用いるようにしても良い。また、賦活方法としては、水蒸気賦活処理法によっても良いし、溶融ＫＯＨ賦活処理法によっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の電気二重層コンデンサのセルの断面図。
【図２】本発明の電気二重層コンデンサの断面図。
【図３】従来技術の電気二重層コンデンサのセルの分解斜視図。
【図４】従来技術の電気二重層コンデンサの分解斜視図。
【図５】従来技術の電気二重層コンデンサのセルの断面図。
【符号の説明】
【００３２】
１，１１    電極
２，１２    セパレータ
３，１３    集電体
４，１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ    ガスケット
５，１５    セル
６，１６    端子板
７，１７    外装材
８，１８    電気二重層コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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