(57)【要約】【課題】内部抵抗が増加しにくい電気二重層キャパシタを提供する。【解決手段】この電気二重層キャパシタでは、凹状の収容部１ａと蓋１ｂとからなる容器１の内部に、正極２ａおよび負極２ｂの間にセパレータ２ｃを挟み込んだ電気二重層キャパシタ素子２が配置されている。収容部１ａの内部底面の第１導電層３は、絶縁層４で覆われ、絶縁層４には、第１導電層３まで貫通する開口部４ａおよび４ｂが形成されている。絶縁層４上と開口部４ａおよび４ｂの内部には、第２導電層５が形成されており、導電性接着剤６を介して正極２ａと接続されている。第１導電層３は、収容部１ａの側壁を貫通し、接続端子７に接続している。負極２ｂは、導電性接着剤８を介して第３導電層９と接続されており、集電体９は、収容部１ａと蓋１ｂとの間に延伸して接続端子１０と接続している。容器１の内部には電解液が注液され、収容部１ｂと蓋１ａとは、溶接により封口されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓋と絶縁性材料からなる収容部とを有する容器と、
前記容器内にセパレータを介して対向するように配置された第１電極および第２電極を有する電気二重層キャパシタ素子と、
前記収容部内に充填された電解液とを備え、
前記収容部は、
前記収容部の内面上に形成された第１導電層と、
前記第１導電層を覆うように形成された絶縁層と、
前記絶縁層の表面から前記第１導電層に至る第１開口部および第２開口部と、
前記第１開口部内および前記第２開口部内の前記第１導電層上に形成された第２導電層とを含み、
前記第１電極と前記第２導電層とは電気的に接続されている、電気二重層キャパシタ。
【請求項２】
前記第１開口部および前記第２開口部の開口幅の最小値は、５０μｍより大きい、請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項３】
前記第１導電層と前記第２導電層とのそれぞれの線膨張係数の差（Δβ）と、前記第１開口部および前記第２開口部の開口幅の最大値（Ｌ２）との積（Δβ×Ｌ２）が０．００３９μｍ／℃以下である、請求項１または２に記載の電気二重層キャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気二重層キャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話などのプリント基板に表面実装可能なようにされた電気二重層キャパシタが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３は、従来の電気二重層キャパシタの構造を説明するための断面図である。図３を参照して、従来の電気二重層キャパシタの構造について説明する。
【０００４】
従来の電気二重層キャパシタでは、図３に示すように、蓋１０１ａとアルミナなどのセラミックスで形成された凹状の収容部１０１ｂとからなる密閉された容器１０１の内部に、正極１０２ａおよび負極１０２ｂの間にセパレータ１０２ｃを挟み込んだ電気二重層キャパシタ素子１０２が配置されている。
【０００５】
収容部１０１ｂの内部底面には、タングステンからなる第１導電層１０３が形成されており、さらに、第１導電層１０３を覆うように、アルミナなどのセラミックスからなる絶縁層１０４が形成されている。絶縁層１０４には、絶縁層１０４の表面から第１導電層１０３に至る開口部１０４ａが形成されており、開口部１０４ａ内の第１導電層１０３上にはアルミニウムなどの弁作用金属やカーボンからなる第２導電層１０５が形成されている。絶縁層１０４および第２導電層１０５上には、導電性接着剤１０６が形成されており、導電性接着剤１０６を介して正極１０２ａと第２導電層１０５とが接続されている。また、第１導電層１０３は、収容部１０１ｂの側壁を貫通するとともに、収容部１０１ｂの側面から下面に至る接続端子１０７に接続されている。
【０００６】
負極１０２ｂ上には、導電性接着剤１０８が形成されており、導電性接着剤１０８を介して、負極１０２ｂと蓋１０１ａの下面に形成されている金やニッケルなどからなる第３導電層１０９とが接続されている。また、第３導電層１０９は、蓋１０１ａと収容部１０１ｂとの間に延伸するとともに、収容部１０１ｂの側面から下面に至る接続端子１１０に接続されている。
【０００７】
また、容器１０１の内部には、正極１０２ａおよび負極１０２ｂが十分に浸るように、電解液（図示せず）が注液されている。これにより、従来の電気二重層キャパシタが構成されている。
【０００８】
従来の電気二重層キャパシタでは、タングステンからなる第１導電層１０３は、アノード腐食をおこしやすいので、これを抑制するために、第１導電層１０３は、セラミックからなる絶縁層１０４で被覆されている。また、第１導電層１０３と正極１０２ａとを接続する第２導電層１０５が絶縁層１０４の開口部１０４ａに充填されることにより、第１導電層１０３が電解液に対して露出しないようにされている。さらに、従来の電気二重層キャパシタでは、第２導電層１０５は、アノード腐食を起こしにくいアルミニウムなどの弁作用金属やカーボンで構成されている。これらの結果、従来の電気二重層キャパシタでは、３Ｖ程度の高い電圧が正極に印加された場合においても、第２導電層１０５および第１導電層１０３が溶解しにくくなる。
【特許文献１】特開２００５−２１００６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の電気二重層キャパシタにおいても、リフローハンダ付けのプロセスなどで過熱された場合には、第１導電層１０３と第２導電層１０５との間で剥離が生じやすいという不具合があった。この場合には、上記従来の電気二重層キャパシタの内部抵抗が増加しやすいという問題点があった。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、
この発明の１つの目的は、内部抵抗が増加しにくい電気二重層キャパシタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による電気二重層キャパシタは、蓋と絶縁性材料からなる収容部とを有する容器と、容器内にセパレータを介して対向するように配置された第１電極および第２電極を有する電気二重層キャパシタ素子と、収容部内に充填された電解液とを備え、収容部は、収容部の内面上に形成された第１導電層と、第１導電層を覆うように形成された絶縁層と、絶縁層の表面から第１導電層に至る第１開口部および第２開口部と、第１開口部内および第２開口部内の第１導電層上に形成された第２導電層とを含み、第１電極と第２導電層とは電気的に接続されている。
【００１２】
この一の局面による電気二重層キャパシタでは、第１導電層と第１電極とは、絶縁層に形成された第１開口部内および第２開口部内の第１導電層を介して、複数の経路で電気的に接続される。これにより、例えば、一方の開口部において、第１導電層と第２導電層との剥離などによる断線や接触不良が生じた場合であっても、他方の開口部での接続が維持されている場合には、電気的な接続を維持することができるので、第１導電層と第１電極との間の電気的な接続経路で不良が生じにくい。その結果、内部抵抗の増加を抑制することができる電気二重層キャパシタを得ることができる。
【００１３】
なお、上記一の局面による電気二重層キャパシタにおいて、好ましくは、第１開口部および第２開口部以外にも、第１導電層と第２導電層とが接続される開口部を複数有している。このように構成すれば、第１導電層と第１電極との間の断線や接触不良の発生をさらに抑制することができる。
【００１４】
上記一の局面による電気二重層キャパシタにおいて、好ましくは、第１開口部および第２開口部の開口幅の最小値は、５０μｍより大きい。このように構成すれば、第１金属層と第２金属層との接触面積を十分取ることができる。また、製造時の接触不良も生じにくいので、製造時の歩留まり低下も抑制することができる。
【００１５】
また、上記一の局面による電気二重層キャパシタにおいて、好ましくは、第１導電層と第２導電層とのそれぞれの線膨張係数の差（Δβ）と、第１開口部および第２開口部の開口幅の最大値（Ｌ２）との積（Δβ×Ｌ２）が０．００３９μｍ／℃以下である。なお、本発明において、線膨張係数としては、約０℃から約１００℃の間の平均値を用いる。このように構成すれば、各開口部内において、リフロー工程などの加熱による第１導電層および第２導電層の熱膨張により生じるひずみを小さくすることができる。これにより、各開口部内での第１導電層と第２導電層との剥離を抑制することができる。なお、第２導電層が多数の金属材料からなる積層構造を有している場合には、各開口部内の第１導電層とこれに隣接する層との間で上記関係を満足することが好ましく、さらに好ましくは、各隣接層間において上記関係を満足することが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１７】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１による電気二重層キャパシタの構造を説明するための断面図である。図２は、本発明の実施例１による電気二重層キャパシタの凹状の収容部の上面図である。図１および図２を参照して、以下に、本発明の実施例１による電気二重層キャパシタの構造について説明する。
【００１８】
本発明の実施例１による電気二重層キャパシタでは、図１に示すように、コバール（コバルト：約１７ｗｔ％、ニッケル：約２９ｗｔ％、鉄：残り）からなる蓋１ａとアルミナからなる凹状の収容部１ｂとを有する容器１の内部に、正極２ａおよび負極２ｂの間にガラス繊維からなるセパレータ２ｃを挟み込んだ電気二重層キャパシタ素子２が配置されている。なお、正極２ａおよび負極２ｂは、それぞれ、本発明の「第１電極」および「第２電極」の一例である。
【００１９】
容器１は、一辺が約５ｍｍで、高さが約１．５ｍｍの直方体形状を有しており、収容部１ｂには、一辺が約３．５ｍｍで、深さが約１ｍｍの凹部が形成されている。収容部１ｂは、約０．５ｍｍの厚さを有するセラミックグリーシートを複数積層した成形体を焼成することにより形成されている。
【００２０】
正極２ａおよび負極２ｂは、それぞれ、約３．３ｍｍ角×約０．５ｍｍのサイズを有し、約１０ｗｔ％のアセチレンブラックおよび約１０ｗｔ％のポリテトラフルオロエチレンが混合した活性炭粉末からなる。活性炭粉末の比表面積は約２０００ｍ２／ｇである。
【００２１】
また、図２を参照して、収容部１ｂの内部底面には、約８００μｍの幅を有するタングステンからなる第１金属層３が形成されており、さらに、第１金属層３を覆うように、約１０μｍの厚さを有するアルミナからなる絶縁層４が形成されている。第１導電層３は、収容部１ｂを形成する際に、タングステンペーストを塗布した上述のセラミックグリーンシートと同時に焼成されることにより形成される。絶縁層４には、第１導電層３まで貫通する約５００μｍの正方形状の第１開口部４ａおよび第２開口部４ｂが収容部１ｂの内部底面中心に対して対称に形成されており、それぞれの最小開口幅（Ｌ１）は約５００μｍ、最大開口幅（Ｌ２）は約７０７μｍとなる。なお、絶縁層４および第１開口部４ａ、第２開口部４ｂは、収容部１ｂの内部底面の引出電極３を覆うとともに、上述の第１開口部４ａおよび第２開口部４ｂを形成するようにアルミナペーストを塗布し、これを焼成することにより形成される。
【００２２】
また、絶縁層４上と第１開口部４ａ内および第２開口部４ｂ内の第１導電層３上とには、３層構造を有する第２導電層５が形成されている。第２導電層５は、第１開口部４ａおよび第２開口部４ｂの内部を充填するように形成される約１０μｍの厚さを有するニッケルからなる第１層５ａ、および、第１層５ａ上に形成された約０．５μｍの厚さを有する金からなる第２層５ｂと、絶縁層４上および第２層５ｂ上に形成される約１μｍの厚さを有する金からなる第３層５ｃとから構成される。なお、第１層５ａおよび第２層５ｂは、それぞれメッキにより、第３層５ｃは、スパッタ法により形成される。
【００２３】
第２導電層５上には、炭素粉末と有機バインダーとからなる導電性接着剤６が塗布形成されており、導電性接着剤６を介して正極２ａと第２導電層５とが接続されている。なお、正極２ａの全面と接触するように、第３層５ｃおよび導電性接着剤６は、正極２ａより広い面積を有している。
【００２４】
また、第１導電層３は、収容部１ｂの側壁を貫通するとともに、収容部１ｂの側面から下面にわたって形成されている接続端子７に接続されている。接続端子７は、収容部１ｂ上に約１５μｍの厚さを有するタングステン層、約１０μｍの厚さを有するニッケル層、約０．５μｍの厚さを有する金層がこの順に積層された構造を有している。
【００２５】
負極２ｂ上には、炭素粉末と有機バインダーとからなる導電性接着剤８が塗布形成されており、導電性接着剤８を介して、負極２ｂと蓋１ａの下面に形成されている第３導電層９とが接続されている。第３導電層９は、約１０μｍの厚さを有するニッケル層および約０．５μｍの厚さを有する金層がこの順に積層された構造を有している。また、第３導電層９は、蓋１ａと収容部１ｂとの間に延伸するとともに、収容部１ｂの側面から下面にわたって形成されている接続端子１０に接続されている。接続端子１０は、収容部１ｂ上に約１５μｍの厚さを有するタングステン層、約１０μｍの厚さを有するニッケル層、約０．５μｍの厚さを有する金層がこの順に積層された構造を有している。
【００２６】
また、容器１の内部には、正極２ａおよび負極２ｂが十分に浸るように、溶媒であるプロピレンカーボネートに約１ｍｏｌ／リットルの濃度の（Ｃ２Ｈ５）４ＮＢＦ４を溶解させた電解液（図示せず）が注液されている。また、蓋１ａと収容部１ｂとは、収容部１ｂの開口端の縁部に形成されたシールリング（図示せず）を介してシーム溶接により封口されている。これにより、本発明の実施例１による電気二重層キャパシタが構成されている。
【００２７】
実施例１では、第１導電層３と正極２ａとは、絶縁層４に形成された第１開口部４ａ内および第２開口部４ｂ内の第１導電層３を介して、複数の経路で電気的に接続される。これにより、例えば、一方の開口部において、第１導電層３と第２導電層５との剥離などによる断線や接触不良が生じた場合であっても、他方の開口部での接続が維持されている場合には、電気的な接続を維持することができる。従って、第１導電層３と正極２ａとの間の電気的な接続経路で不良が生じにくいので、内部抵抗の増加を抑制することができる電気二重層キャパシタを得ることができる。
【００２８】
また、実施例１では、第１開口部４ａおよび第２開口部４ｂの開口幅の最小値（Ｌ１）は、５０μｍより大きくされているので、第１導電層３と第２導電層５との接触面積を十分取ることができる。また、製造時の接触不良も生じにくいので、製造時の歩留まり低下も抑制することができる。
【００２９】
なお、実施例１では、第１導電層３はタングステンから構成され、第２導電層５はニッケルと金との積層構造を有しているので、各隣接する層間の線膨張係数の差は、第１導電層３のタングステンと第１層５ａのニッケルとの間が最大（Δβ＝約９．２×１０−６／℃）となる。そして、実施例１では、上記Δβと第１開口部４ａおよび第２開口部４ｂの開口幅の最大値（Ｌ２）との積（Δβ×Ｌ２）は、０．００７μｍ／℃であった。
【００３０】
（参考例１）
参考例１として、上記実施例１において、収容部１ａの内部底面の絶縁層４に開口部が１つだけ形成されている以外は実施例１と同様の構造を有する電気二重層キャパシタを形成した。
【００３１】
実施例１および参考例１の電気二重層キャパシタをそれぞれ２０セルずつ作製し、約２６０℃、約１０分間の保存試験を行った。その後、各セルに対して、オームテスターにより、約１ｋＨｚの周波数における内部抵抗を測定し、１０００Ω以上の値を示す劣化セルの割合を求めた。結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
表１に示すように、参考例１に比べて、実施例１の電気二重層キャパシタは、劣化セルの割合が小さいことがわかる。これより、電気二重層キャパシタの内部抵抗の増加を抑制するためには、絶縁層４に開口部を複数設けることが有効であるといえる。
【００３４】
（参考例２〜６）
参考例として、上記参考例１の開口部の形状をそれぞれ以下のように変更する以外は参考例１と同様の形状を有する電気二重層キャパシタをそれぞれ２０セルずつ作製した。
【００３５】
参考例２の電気二重層キャパシタでは、絶縁層に形成した１つの開口部の形状を約５０μｍの正方形状とする以外は、参考例１と同様の構成とした。このとき、開口部の最小開口幅（Ｌ１）は、約５０μｍ、最大開口幅（Ｌ２）は、約７０．７μｍである。また、第１導電層３と第２導電層５との線膨張係数の関係は、実施例１と同様であるので、線膨張係数の差（Δβ＝約９．２×１０−６／℃）とＬ２との積（Δβ×Ｌ２）は、約０．０００７μｍ／℃であった。
【００３６】
参考例３の電気二重層キャパシタでは、絶縁層に形成した１つの開口部の形状を約７５μｍの正方形状とする以外は、参考例１と同様の構成とした。このとき、開口部の最小開口幅（Ｌ１）は、約７５μｍ、最大開口幅（Ｌ２）は、約１０６μｍである。また、Δβ×Ｌ２は、約０．００１０μｍ／℃である。
【００３７】
参考例４の電気二重層キャパシタでは、絶縁層に形成した１つの開口部の形状を約１５０μｍの正方形状とする以外は、参考例１と同様の構成とした。このとき、開口部の最小開口幅（Ｌ１）は、約１５０μｍ、最大開口幅（Ｌ２）は、約２１２μｍである。また、Δβ×Ｌ２は、約０．００２０μｍ／℃である。
【００３８】
参考例５の電気二重層キャパシタでは、絶縁層に形成した１つの開口部の形状を約２００μｍの正方形状とする以外は、参考例１と同様の構成とした。このとき、開口部の最小開口幅（Ｌ１）は、約２００μｍ、最大開口幅（Ｌ２）は、約２８３μｍである。また、Δβ×Ｌ２は、約０．００２６μｍ／℃である。
【００３９】
参考例６の電気二重層キャパシタでは、絶縁層に形成した１つの開口部の形状を約３００μｍの正方形状とする以外は、参考例１と同様の構成とした。このとき、開口部の最小開口幅（Ｌ１）は、約３００μｍ、最大開口幅（Ｌ２）は、約４２４μｍである。また、Δβ×Ｌ２は、約０．００３９μｍ／℃である。
【００４０】
（実施例２）
実施例２として、上記参考例１の２つの開口部４ａおよび４ｂの形状をともに約１５０μｍの正方形状とする以外は、実施例１と同様の構成の電気二重層キャパシタをそれぞれ２０セルずつ作製した。このとき、開口部の最小開口幅（Ｌ１）は、約１５０μｍ、最大開口幅（Ｌ２）は、約２１２μｍである。また、Δβ×Ｌ２は、約０．００２０μｍ／℃である。
【００４１】
次に、参考例２〜６および実施例２でそれぞれ２０セルずつ作製した電気二重層キャパシタに対して、約２６０℃、約１０分間の保存試験を行った。その後、各セルに対して、オームテスターにより、約１ｋＨｚの周波数における内部抵抗を測定し、１０００Ω以上の値を示す劣化セルの割合を求めた。結果を表２に示す。
【００４２】
【表２】
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【００４３】
表２に示すように、開口部の数が２つある実施例１および２は他の参考例に比べて、劣化セルの割合が小さいことがわかる。
【００４４】
また、参考例２では、開口部の最小幅（Ｌ１）が約５０μｍと小さく、第１導電層と第２導電層との接触が十分に行うことができないことがわかった。これより、開口部の最小開口幅（Ｌ１）は、５０μｍより大きくするのが好ましいといえる。
【００４５】
さらに、この参考例２を除く各参考例を比較すると、Δβ×Ｌ２の値については、約０．００３９μｍ／℃の場合の参考例６において、劣化セルの割合が約５０％となり、Δβ×Ｌ２の値がさらに大きくなるほど劣化セルの割りが大きくなる傾向が見られる。これより、Δβ×Ｌ２の値については、約０．００３９μｍ／℃以下であるのが好ましいといえる。
【００４６】
なお、今回開示された実施例は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４７】
たとえば、上記実施例では、いずれも、開口部の数は２つであったが、本発明はこれに限らず、より多くの開口部を設けてもよい。
【００４８】
また、上記実施例では、開口部の形状は、いずれも、正方形であったが、本発明はこれに限らず、長方形などの他の多角形や円形、楕円形などであってもよい。
【００４９】
また、上記実施例では、２つの開口部は同じ形状であったが、本発明はこれに限らず、互いに違う形状であってもよい。
【００５０】
また、上記実施例では、第２導電層５は、第１層５ａ、第２層５ｂおよび第３層５ｃの積層構造で構成されていたが、本発明はこれに限らず、単一層であってもよく、さらに多くの層からなる積層構造であってもよい。
【００５１】
また、上記実施例では、第１層５ａはニッケルから構成されていたが、本発明はこれに限らず、スズなどの線膨張係数がより大きい材料で形成してもよく、
コバルトなどの線膨張係数がより小さい材料で形成してもよい。
【００５２】
また、上記実施例では、絶縁層４は、アルミナペーストの焼成により形成されていたが、本発明はこれに限らず、収容部１ｂの形成と同時に形成してもよい。すなわち、予め、第１開口部４ａおよび第２開口部４ｂを形成したセラミックグリーシートを収容部１ｂの内部底面に配置したものを成形し、焼成することにより形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施例１による電気二重層キャパシタの構造を説明するための断面図である。
【図２】本発明の実施例１による電気二重層キャパシタの凹状の収容部の上面図である。
【図３】従来の電気二重層キャパシタの構造を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１          容器
２          電気二重層キャパシタ素子
３          第１導電層
４          絶縁層
４ａ        第１開口部
４ｂ        第２開口部
５          第２導電層
６、８      導電性接着剤
７、１０    接続端子
９          第３導電層
【図１】
2007273699.tif 000005
【図２】
2007273699.tif 000006
【図３】
2007273699.tif 000007