(57)【要約】【課題】  塗布型電極を使用して、薄く、かつ小型で、製作すべき形状の自由度が高く、簡単な工程で製造することができる電気二重層キャパシタを提供する。【解決手段】  活物質を含有する塗布液を集電体層の一方の面へ塗布することにより活物質層と集電体層とからなる電極を構成し、該電極２個を活物質層が向かい合うように、セパレータを挟んで対向させ、電極及びセパレータに電解液を含ませて一つのセルを構成し、該セルの最上層と最下層にセルよりも形状の大きい導電体を配置し、セルからはみ出している導電体の対向面の間に熱接着シール部材を挟み、全周にわたって接着し密封した電気二重層キャパシタ。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活物質を含有する塗布液を集電体層の一方の面へ塗布することにより活物質層と集電体層とからなる電極を構成し、該電極２個を活物質層が向かい合うように、セパレータを挟んで対向させ、電極及びセパレータに電解液を含ませて一つのセルを構成し、該セルの最上層と最下層にセルよりも形状の大きい導電体を配置し、該セルからはみ出している導電体の対向面の間に熱接着シール部材を挟み、全周にわたって導電体に接着し密封したことを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項２】
活物質を含有する塗布液を集電体層の一方の面へ塗布することにより活物質層と集電体層とからなる電極を構成し、該電極２個を活物質層が向かい合うように、セパレータを挟んで対向させ、電極及びセパレータに電解液を含ませて一つのセルを構成し、該セルよりも形状の大きい導電体を挟んで該セルを２個以上重ねて配置し、セルを重ねた積層体の最上層と最下層にセルよりも形状の大きい導電体を配置し、該積層体からはみ出している各導電体の対向面の間に熱接着シール部材を挟み、全周にわたって導電体に接着し密封したことを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項３】
活物質層と集電体層とからなる該電極が、セパレータを挟んでつづら状に折りたたんだ構造を有することを特徴とする請求項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】
本発明は電気二重層キャパシタに関し、主に携帯機器のメモリー電源のバックアップに用いられる小型でかつ薄型のキャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタは、イオンの吸脱着により充放電を行うので、二次電池と異なり化学反応を伴わないので電解液の劣化が少なく非常に長寿命である。
【０００３】
イオンの移動による物理的な吸脱着は、化学反応よりも早く、さらに二次電池に比べ内部抵抗が低いので、瞬間的な充電や大電流の放電を可能にしている。
【０００４】
現在、電気二重層キャパシタは、携帯機器電源のバックアップ、プリンター・リモコン・メモリーカード・ゲーム機などのメモリー・時計機能の電源バックアップ、瞬時電圧低下補償装置などに用いられ、また、ハイブリッド車用の補助電源やコジェネレーション等の用途においても期待が持たれている。
【０００５】
電気二重層キャパシタの構造は、アルミ箔の集電体上に活性炭のシートを密着させた電極どうしでセパレータを挟んで、一般的には角型構造の電気二重層キャパシタの場合は積層する構造となっており、円筒型構造の電気二重層キャパシタの場合は巻回する構造となっている。
【０００６】
電極の製造方法としてはアルミ箔と活性炭のシートとを導電性樹脂で貼り合わせるものや、活性炭とバインダと溶剤を混合して塗料を作成し、それをアルミ箔の集電体上に塗布して作製するものなどがある。
【０００７】
円筒型構造の電気二重層キャパシタの場合にはセルを薄くすることができず、また、丸い形状のため、電子機器などに組み込む場合には無駄なスペースも発生し、小型の電子機器に使用するのには向かない。
【０００８】
角形構造の電気二重層キャパシタの場合にはセパレータを挟んだ少なくとも１対以上の積層された電極を電解液とともに金属缶やアルミラミネートの外装体に収納してセルを作製する。
【０００９】
角型構造の電気二重層キャパシタを製造するに際し、金属缶を外装体として使用する場合、強度や信頼性ではすぐれるが、コストがかかる、という欠点がある。また、アルミラミネートの外装体を使用する場合にはコスト面ではすぐれているが、強度的に弱いという欠点がある。このアルミラミネートの外装体はアルミ箔の両面に樹脂フィルムを接着した３層構造になっており、外装体の袋の表側のフィルムにはナイロンまたはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が用いられ、内側のフィルムにはポリプロピレン（ＰＰ）またはポリエチレン（ＰＥ）が用いられる。
【００１０】
外装体に積層構造の電池を組み込んで封止したままの形態の場合では（例えば、特許文献１参照）、外装体（袋）の外周部のスペースが大きく、薄さの点ではすぐれているものの、大きさの点で問題がある。またこの欠点を解消するため、外装体の外周部を折り曲げる構造のものが提示されているが（例えば、特許文献２参照）、この方法の場合、折り曲げ時にアルミラミネートの外装体に応力がかかり、外装体にピンホールが発生する場合がある。もし、外装体に穴があくと大気中の水分が中に侵入し、電池やキャパシタとしての機能に重大な支障をきたす。
【００１１】
そこで、金属缶もアルミラミネート外装体の袋も使わずに薄くかつ小型化できる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３参照）。この構造の場合、集電体であるアルミ箔と活性炭のシートとを導電性樹脂で貼り合わせるタイプのものでは製造工程での問題はないと思われるが、塗布型電極を使用してこの構造のキャパシタを作製しようとした場合には、アルミ箔の集電体の周縁部に電極塗料を塗布しない部分を残す必要上、電極塗料を集電体上全面に塗布できないことから、マスキングをほどこしてから塗布するか、または印刷で塗膜形成をする等の方法に限られるという製造工程での問題点が指摘される。また、この構造の電気二重層キャパシタの場合、電極に電解液を含浸してからシールする必要上、シール面に電解液が付着しないような対策も必要となり、製造工程が全体として複雑になる。
【００１２】
また、電気二重層キャパシタにおける活物質層とセパレータと集電体との密着が弱いと内部抵抗が高くなり、キャパシタとしての機能に支障が生じることが知られている。この問題を解決する方法として、電気二重層キャパシタの製造の際に、ボルトやバネなど外部機構によりセルに圧力を加える方法が提示されている（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２０００−５８０１４
【特許文献２】特開２０００−１３８０４０
【特許文献３】特開２００２−３１３６７９
【特許文献４】特開２００２−２８９４８５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記の如く、電気二重層キャパシタの構造や製造方法に種々の改良が加えられているが、いずれも一長一短であり、特に集電体であるアルミ箔と活性炭のシートとを導電性樹脂で貼り合わせて作製する電気二重層キャパシタの場合、キャパシタの薄さおよび小型化には製造工程に起因してある程度の限度が存在する。加えて、作製できる形状にも一定の限界があり、複雑な形状を作製することは困難である。特に、近年の小型電子機器においては、部品としての電気二重層キャパシタを収納するスペースが極めて小さく、わずかな空間に収めることが要求され、しかもその空間は矩形のような単純な形状のみならず、異形形状のような複雑な形状であることが多く、電気二重層キャパシタの形状もそれに応じて複雑な形状のものが要求されることから、上記した従来の技術ではこれらの要求を満足するのが困難となっている。
【００１４】
本発明は、上記従来技術の欠点を解消すべくなされたもので、塗布型電極を使用して、薄く、かつ小型で、製作すべき形状の自由度が高く、しかも簡単な工程で製造することができる電気二重層キャパシタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明は、その一態様として、活物質を含有する塗布液を集電体層の一方の面へ塗布することにより活物質層と集電体層とからなる電極を構成し、該電極２個を活物質層が向かい合うように、セパレータを挟んで対向させ、電極及びセパレータに電解液を含ませて一つのセルを構成し、セルの最上層と最下層にセルよりも形状の大きい導電体を配置し、セルからはみ出している導電体の対向面の間に熱接着シール部材を挟み、全周にわたって導電体に接着し密封したことを特徴とする電気二重層キャパシタを提供する。
【００１６】
また、本発明は、もう一つの態様として、活物質を含有する塗布液を集電体層の一方の面へ塗布することにより活物質層と集電体層とからなる電極を構成し、該電極２個を活物質層が向かい合うように、セパレータを挟んで対向させ、電極及びセパレータに電解液を含ませて一つのセルを構成し、該セルよりも形状の大きい導電体を挟んで該セルを２個以上重ねて配置し、セルを重ねた積層体の最上層と最下層にセルよりも形状の大きい導電体を配置し、積層体からはみ出している各導電体の対向面の間に熱接着シール部材を挟み、全周にわたって導電体に接着し密封したことを特徴とする電気二重層キャパシタを提供する。
【００１７】
さらに、本発明は、別の態様として、上記電気二重層キャパシタにおいて、活物質層と集電体層とからなる電極がセパレータを挟んでつづら状に折りたたんだ構造を有することを特徴とする電気二重層キャパシタを提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の電気二重層キャパシタは、金属缶やアルミラミネートなどの外装袋を使わずに、塗布型電極を使用して、薄く、かつ、小型で、複雑な形状のキャパシタとすることができる。特に、本発明の電気二重層キャパシタは、プレスで打ち抜いて所望の電極形状を作製することから、矩形形状以外にも丸形や異形形状のようなものでも作製可能であり、製作形状の自由度が極めて高い。これにより、近年の小型電子機器に用いられる部品としての電気二重層キャパシタに必要とされる形状の要件を満足させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の電気二重層キャパシタの構成について、図面を参照して説明する。
【００２０】
図１に、本発明の電気二重層キャパシタの一態様を示す。この電気二重層キャパシタは、図１に示す如く、角型構造の電気二重層キャパシタであって、平板型のものである。この電気二重層キャパシタは、活物質を含有する塗布液を集電体層２の一方の面へ塗布することにより活物質層１と集電体層２とからなる電極を構成し、該電極２個を活物質層１が向かい合うように、セパレータ３を挟んで対向させ、電極及びセパレータ３に電解液を含ませて一つのセルを構成し、セルの最上層と最下層にセルよりも形状の大きい導電体４を配置し、セルからはみ出している導電体４の対向面の間に熱接着シール部材５を挟み、全周にわたって導電体４に接着し密封したものである。ここにおいて、本発明では、金属缶およびアルミラミネートなどの外装体を使用することなく電気二重層キャパシタを構成することができることから、薄く、かつ、小型化することが可能である。また、本発明においては、上記のとおり活物質を含有する塗布液を集電体層２の一方の面へ塗布することにより構成した、活物質層１と集電体層２とからなる塗布型電極を用いることから、電極を薄く作製でき、セルおよび完成品の薄型化に有利である。この塗布型電極は、後述するように、集電体に分極性電極の塗布液を全面塗布することにより作製することができるので、生産性が高い。また、塗布した後、プレスにて所望の形状に打ち抜くことができ、複雑な形状に対する要求に対応することができる。例えば、丸型、四角等の矩形、異形の形状とすることができる。このように、複雑な形状の電極を作製することができることにより、ひいては、電気二重層キャパシタの形状も、所望の複雑な形状とすることが可能である。
【００２１】
上記電極の活物質層１は、例えば、賦活処理を施した活性炭素材料とバインダーと導電助剤とからなる配合物を適当な溶媒中に加え混練することにより調製した塗布液を塗布して形成する。集電体層２は、好適には、アルミニウムにより構成する。セパレータ３としては、好適には、再生セルロース不織布が用いられる。導電体４としては、好ましくは、アルミニウムが用いられる。熱接着シール部材５としては、例えば変性ポリプロピレンが好適に用いられる。
【００２２】
上記のように、導電体の対向面の間に挟み込んだ熱接着シール部材は、その後に加えられる熱と圧力によってつぶれてセルを確実にシールする役目を果している。
【００２３】
また、図２に、本発明に係る電気二重層キャパシタの別の態様を示す。この電気二重層キャパシタは、セルを２個直列に重ねて配置した構成を有している。この電気二重層キャパシタは、図１に示す電気二重層キャパシタの場合と同様に活物質を含有する塗布液を集電体層２の一方の面へ塗布することにより活物質層１と集電体層２とからなる電極を構成し、該電極２個を活物質層１が向かい合うように、セパレータ３を挟んで対向させ、電極及びセパレータ３に電解液を含ませて一つのセルを構成し、セルよりも形状の大きい導電体層４を挟んでセルを２個重ねて配置し、セルを重ねた積層体の最上層と最下層にセルよりも形状の大きい導電体４を配置し、積層体からはみ出している各導電体４の対向面の間に熱接着シール部材５を挟み、全周にわたって導電体に接着し密封したものである。この電気二重層キャパシタの場合も、図１に示す電気二重層キャパシタの場合と同様に、塗布型電極を用いており、プレスで打ち抜いて所望の電極形状を作製することにより複雑な形状の電極、電気二重層キャパシタとすることができる。また、この電気二重層キャパシタの各要素の材料は、図１に示す電気二重層キャパシタの場合と同様であってもよい。さらに、この電気二重層キャパシタでは、導電体を真中に挟み各セルを完全に独立させてシールすることができ、シール性を向上させることができる。
【００２４】
また、図２にはセルを２個用いた構成の電気二重層キャパシタを示したが、３個以上のセルを重ねて配置して電気二重層キャパシタを構成する場合も、同様な操作を繰り返すことにより所望の電気二重層キャパシタを構成することができる。
【００２５】
また、図１及び図２に示す電気二重層キャパシタを構成する電極が、セパレータを挟んでつづら状に折りたたんだ構造を有するように構成することもできる。この場合は、セル厚みは若干大きくなるものの、同じ収納面積で電極面積を増やして容量をアップさせることができる。
【００２６】
次に、本発明の電気二重層キャパシタの製造方法について具体的実施例により説明する。電気二重層キャパシタの製造方法は、大別して、電極の作製およびキャパシタの作製とに分かれる。
（１）電極の作製
分極性電極となる電極は以下の手順により作製する。賦活処理を施した活性炭素材料（粒径：５〜１０μｍ）と、バインダー（フッ素ゴム}と、導電助剤（アセチレンブラック）とを、これらの質量比が活性炭素材料：バインダー：導電助剤＝８０：１０：１０となるように配合し、これを溶媒であるＭＩＢＫ（メチルイソブチルケトン）中に、（活性炭、バインダー、導電助剤）：（ＭＩＢＫ）が１００：２７０となるように投入し混練することにより、電極形成用の塗布液を調製する（粘度：３０００〜５０００ｃｐｓ）。
【００２７】
次に、この塗布液をアルミニウム箔からなる集電体層（厚さ：５０μｍ）の一方の面上に均一に塗布する。その後、乾燥処理により、塗膜からＭＩＢＫを除去し、更に塗膜の密度と接着性を高めるためカレンダーロールを用いて圧延し、集電体層の一方の面上に、活物質層としての電子伝導性の多孔体層（厚さ：３７μｍ）が形成された電極を作製する。
【００２８】
次に、この電極に対して１５０℃〜１７５℃の温度で真空乾燥を１２時間以上行うことにより、電子伝導性の多孔体層の表面および内部に吸着した水分を除去し、電気二重層キャパシタに使用する電極を作製する。この電極をプレスで打ち抜いて、所望の形状にする。
【００２９】
本発明の場合、電極およびセルの形状として、矩形形状以外にも丸形や異形形状のようなものでも作製可能であり、製作形状の自由度が極めて高い。近年の小型電子機器はスペースが小さく、二次電池やキャパシタなどの部品の収納する場合、わずかな空間に収納することが要求され、しかもその空間は矩形ではなく、異形形状が要求されることが多いが、本発明はこのような要求を満足する。
【００３０】
（２）キャパシタの作製
先ず、作製した電極を活物質層としての塗膜が向かい合うように互いに対向させ、その間に再生セルロース不織布からなるセパレータ（厚さ：０．０３ｍｍ、ニッポン高度紙工業製、商品名：「ＴＦ４０３０」）を配置し、熱圧着してセル（素体）を形成する。このセルをプレスして略平面形状とする。
【００３１】
次に、このセルを電解液（溶媒：プロピレンカーボネート、電解質：トリエチルメチルアンモニウム・テトラフルオロボレート、電解液１リットル当たり１．２〜１．８ｍｏｌ／リットル使用、富山薬品工業社製）中に浸漬して電極及びセパレータに電解液をしみこませ、セルを取り出してアルミニウム集電体部に付着した電解液を拭き取る。
【００３２】
このように処理したセルの上面と下面の両面にセルよりも形状の大きい、例えばアルミニウム（Ａｌ）からなる導電体を配置し、セルからはみ出している導電体の対向面の間に、例えば変性ポリプロピレン（ＰＰ）からなる、両端面開放の筒状の熱接着シール部材を挟み、全周にわたって導電体層へ熱接着させ封止して、本発明の電気二重層キャパシタを作製する。
【００３３】
以上は、セルを１個用いて、図１に示すような構成の電気二重層キャパシタを作製する場合について説明したが、次にセルを２個用いて図２に示すような構成の電気二重層キャパシタを作製する場合には、上記のようにして作製したセルを２個直列に重ねて配置し、さらにセルの積層体の上層と下層と、セルとセルとの間の中間層にセルの積層体よりも形状の大きい電導体（例えば、Ａｌ製）を配置し、積層体からはみ出している導電体層の対向面の間に、例えば、変性プロピレンからなる熱接着シール部材を挟み、全周にわたって導電体に熱接着し、封止する。
【００３４】
上記のような熱接着を減圧環境下で行う場合は上層および下層の導電体が大気圧によってセルを押しつける力が働き、導電体と電極とセパレータとの密着がよくなって内部抵抗を一層低減できる。
【００３５】
また、上層と下層の導電体層に凹凸を設け、凸部どうしを対向させ、密封すると、凸部にセルを押しつける力が働き、導電体と電極とセパレータとの密着がよくなって内部抵抗を一層低減できる。
【００３６】
以上述べたように、本発明では、金属缶などの缶やアルミラミネートなどの外装袋を使わずに、塗布型電極を使用して、薄く、かつ、小型で、複雑な形状の電気二重層キャパシタを作製することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係る塗布型電極を使用した電気二重層キャパシタは、電極およびセルの形状が矩形形状以外の丸型、異形形状のようなものでも作製可能であり、二次電池やキャパシタなどの部品を収容するスペースの狭小化が要求される近年の小型電子機器に極めて有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る電気二重層キャパシタの一態様を示す断面図である。
【図２】本発明に係る電気二重層キャパシタの別の態様を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  活物質層
２  集電体層
３  セパレータ
４  導電体
５  熱接着シール部材
【図１】
2007080844.tif 000003
【図２】
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