(57)【要約】【課題】  塗布型電極を使用して、薄く、かつ小型であり製作形状の自由度が高く、内部抵抗の低い電気二重層キャパシタの提供。【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、該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大きい略平面状の導電体を配置し、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、減圧環境下で全周にわたって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。【選択図】  図１
2007080845.tif 000002
【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、該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略平面状の導電体を配置し、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、減圧環境下で全周にわたって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、該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、該セルを２以上重ねて配置し、該セルを重ねた積層体の最上層と最下層およびセルどうしの間に略平面状の導電体を配置し、該積層体からはみ出している導電体の各対向面の間に熱接着シール部材を挟み、減圧環境下で全周にわたって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、該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大きい形状で凹凸を設けた導電体を凸部どうしが対向するよう配置し、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、減圧環境下または大気圧下で全周にわたって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４】
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、該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、該セルを２以上重ねて配置し、該セルを重ねた積層体の最上層と最下層はセルよりも大きい形状で凹凸を設けた導電体を凸部どうしが対向するよう配置し、セルどうしの中間にはセルよりも大きい形状で略平面状の導電体を配置し、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、減圧環境下または大気圧下で全周にわたって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５】
活物質層と集電体層とからなる前記電極が、セパレータを介してつづら状に折りたたんだ構造であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか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の製造方法およびその構造に関する。
【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製し、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】
角型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した場合にはコスト面ではすぐれているが、強度的に弱く、また熱シール部の密封性が低い（特にリード線引き出し部）という問題点がある。これらの問題点を解決する方法がいくつか提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【００１０】
このアルミラミネートはアルミ箔の両面に樹脂フィルムを接着した３層構造になっている。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。
【００１１】
外装体に積層体を組み込んで封止したままの形状では（例えば、特許文献３参照）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、袋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４参照）、この構造の場合、折り曲げ時にアルミラミネートの袋に応力がかかり、袋にピンホールが発生する場合がある。袋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支障をきたす。
【００１２】
そこで金属缶もアルミラミネートの袋も使わずに薄くかつ小型化できるキャパシタが紹介されている（例えば、特許文献５参照）。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、アルミ箔の集電体に電極塗料を全面塗布できないので、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ので、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。
【００１３】
さらに、電気二重層キャパシタにおける活物質層、セパレータ、集電体の密着が弱いと内部抵抗が高くなることが知られている。また、容器内部にガスが発生し、容器が膨らんでくると、電極どうしの密着性が悪くなり、内部抵抗が増大するという問題がある。この問題を解決する方法として電解液の分解により生じるガスを移動させ静電容量の低下を大幅に抑制するための減圧方法（例えば、特許文献６参照）、またボルトやスプリングなどの外部装置によって加圧力を発生させてセルに圧力を加えてセルや電極を押し付ける方法が提示されている（例えば、特許文献７、特許文献８参照）。
【００１４】
これらの方法の場合、加圧するための機構が大きくなり、電気二重層キャパシタを小型化しようとする場合には適さない。
【００１５】
【特許文献１】特開２００３−１５７８１０
【特許文献２】特開２００１−１４８２３４
【特許文献３】特開２０００−５８０１４
【特許文献４】特開２０００−１３８０４０
【特許文献５】特開２００２−３１３６７９
【特許文献６】特開平９−１６２０８２
【特許文献７】特開２００２−２８９４８５
【特許文献８】特開２００１−２８４１７６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
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界が存在する。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きわめて困難である。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、さらに内部抵抗が低減されることも要求され、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。
【００１７】
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、ボルトやスプリング等の外部機構を使用せず、省スペース化の要求に応える電気二重層キャパシタを提供することを目的とし、特に、本発明は、塗布型電極を使用して、薄く、かつ小型であり製作形状の自由度が高く、内部抵抗の低い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】
【００１８】
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、該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略平面状の導電体を配置し、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、減圧環境下で全周にわたって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。
【００１９】
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、該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、該セルを２以上重ねて配置し、該セルを重ねた積層体の最上層と最下層およびセルどうしの間に略平面状の導電体を配置し、該積層体からはみ出している導電体の各対向面の間に熱接着シール部材を挟み、減圧環境下で全周にわたって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。
【００２０】
さらに、本発明は別の態様として、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、該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大きい形状で凹凸を設けた導電体を凸部どうしが対向するよう配置し、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、減圧環境下または大気圧下で全周にわたって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。
【００２１】
また、本発明はもう一つの別の態様として、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、該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、該セルを２以上重ねて配置し、該セルを重ねた積層体の最上層と最下層にはセルよりも大きい形状で凹凸を設けた導電体を凸部どうしが対向するよう配置し、セルどうしの中間にはセルよりも大きい形状で略平面状の導電体を配置し、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、減圧環境下または大気圧下で全周にわたって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。
【００２２】
さらに、本発明は、さらなる別の態様として、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、セパレータを介してつづら状に折りたたんだ構造であ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】
【００２３】
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等の外装袋を使用せずに、塗布型電極を使用して、薄くかつ小型で、内部抵抗の低い自由な形状のキャパシタを作製できた。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並びに大容量化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】
【００２４】
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。
図１に、本発明の電気二重層キャパシタの一態様を示す。
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とからなる電極を作製し、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に電解液を含ませて一つのセルを構成し、該セルを２個重ねて配置し、該セルを重ねた積層体の最上層と最下層およびセルどうしの間に略平面状の導電体４を配置し、該積層体からはみ出している導電体４の各対向面の間に熱接着シール部材５を挟み、減圧環境下で全周にわたって接着し密封したものである。
【００２５】
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、薄く、かつ、小型な電気二重層キャパシタを提供でき、さらに、塗布型電極を使用し、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、例えば、丸型、四角等の矩形、異形の形状とすることができ、特に本発明では、熱圧着を減圧環境下で行うことにより、電気二重層キャパシタの内部抵抗が大幅に低減される。
【００２６】
本発明の電気二重層キャパシタを作製する際の減圧条件に関しては、−４０．０ｋｐａより低い減圧条件であれば本発明の目的とする電気二重層キャパシタの内部抵抗上昇の低減効果を十分発揮することができ、特に限定されるものではない。
【００２７】
また、図１において、導電体４の点線で示したものは、本発明の電気二重層キャパシタの別の態様を示す。すなわち、この態様では、導電体４として、ドーム状のディンプルを設けたものを使用して、その凸部を対向させて設置し、上記一態様と同様な方法で電気二重層キャパシタを作製する。この態様では、熱圧着を減圧環境下で行うことは必ずしも必要とされないが減圧環境下で熱圧着を行うのがより好ましい。
【００２８】
ドーム状のディンプルを設けた導電体を使用すると、凸部を対向させて構成していることから、弾性力で電極を押しつける力が付与され、内部抵抗を低減させることができる。さらにこのドーム状のディンプルを設けた導電体の使用に加え、減圧環境下で熱圧着を行うと、さらなる内部抵抗の大幅な低減効果が得られる。
【００２９】
図１では、セルを２個積層した構成の電気二重層キャパシタを示したが、セルが１個、すなわち電極を２個使用した構成の電気二重層キャパシタ、またセルを３個以上積層した構成の電気二重層キャパシタも同様な方法で作製でき、さらに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。
【００３０】
以下に、具体的実施例により、本発明の好ましい態様を説明する。
以下の方法により、本発明に係る電極およびキャパシタを作製した。
【００３１】
（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した。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（粘度：３０００〜５０００ｃｐｓ）を調製した。
【００３２】
次に、この塗布液をアルミニウム箔からなる集電体（厚さ：５０μｍ）の一方の  面上に均一に塗布した。その後、乾燥処理により、塗膜からＭＩＢＫを除去し、更にカレンダーロールを用いて圧延し、（塗膜の密度を高めるのと接着性を高めるのが目的）前記集電体の一方の面上に電子伝導性の多孔体層（厚さ：３７μｍ）が形成された電極を作製した。
【００３３】
次に、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した。この電極をプレスで打ち抜いて、所望の形状にした。
【００３４】
本発明の場合、電極およびセル形状は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る。
【００３５】
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等の部品を収納する場合、わずかな空間に納めることが要求され、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も多い。
【００３６】
（２）キャパシタの作製
先ず、作製した電極の塗膜側を互いに対向させ、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）を形成した。このセルをプレスして略平面形状とした。
【００３７】
（実施例１）
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）中に浸漬して塗膜やセパレータに電解液をしみこませ、取り出してアルミ集電体部に付着した電解液を拭き取り、セルを２個直列に重ねて配置し、さらにその上層と下層と中間層に積層体よりも大きい導電体（Ａｌ）を配置し、積層体からはみ出している導電体の対向面どうしに両端面開放の筒状の熱接着シール部材（変性ＰＰ）を挟み、減圧環境下（−９２．０〜−９３．０ｋｐａ）で全周にわたって導電体に熱接着し、封止して本発明の電気二重層キャパシタを作製した。
このときの上層と下層の導電体には凹凸を設け、凸部がセル側に当接するように対向させ、凸部の押圧力で電極を押す力が発生するようにした。
【００３８】
（実施例２）
このセルを電解液中に浸漬して塗膜やセパレータに電解液をしみこませ、取り出してアルミ集電体部に付着した電解液を拭き取り、セルを２個直列に重ねて配置し、さらにその上層と下層と中間層に積層体よりも大きい導電体（Ａｌ）を配置し、積層体からはみ出している導電体の対向面どうしに両端面開放の筒状の熱接着シール部材（変性ＰＰ）を挟み、減圧環境下（−９２．０〜−９３．０ｋｐａ）で全周にわたって導電体に熱接着し、封止して本発明の電気二重層キャパシタを作製した。
このときの上層と下層の導電体には凹凸を設けず、略平面状のものを用いた。
【００３９】
（実施例３）
このセルを電解液中に浸漬して塗膜やセパレータに電解液をしみこませ、取り出してアルミ集電体部に付着した。
電解液を拭き取り、セルを２個直列に重ねて配置し、さらにその上層と下層と中間層に積層体よりも大きい導電体（Ａｌ）を配置し、積層体からはみ出している導電体の対向面どうしに両端面開放の筒状の熱接着シール部材（変性ＰＰ）を挟み、１気圧の環境下で全周にわたって導電体に熱接着し、封止して本発明の電気二重層キャパシタを作製した。
このときの上層と下層の導電体には凹凸を設け、凸部がセル側に当接するように対向させ、凸部の押圧力で電極を押す力が発生するようにした。
【００４０】
（比較例１）
このセルを電解液中に浸漬して塗膜やセパレータに電解液をしみこませ、取り出してアルミ集電体部に付着した
電解液を拭き取り、セルを２個直列に重ねて配置し、さらにその上層と下層と中間層に積層体よりも大きい導電体（Ａｌ）を配置し、積層体からはみ出している導電体の対向面どうしに両端面開放の筒状の熱接着シール部材（変性ＰＰ）を挟み、１気圧の環境下で全周にわたって導電体に熱接着し、封止して本発明の電気二重層キャパシタを作製した。
このときの上層と下層の導電体には凹凸を設けず、略平面状のものを用いた。
以上の実施例及び比較例で作製した電気二重層キャパシタにおける内部抵抗上昇の低減効果を、抵抗値上昇率で比較した。結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
2007080845.tif 000003
抵抗値上昇率は、（（シール後抵抗値−シール前抵抗値）／シール前抵抗値）×１００により決定した。
減圧環境下で熱接着した場合（実施例１及び２）は上層・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、電極、セパレータの密着がよくなって内部抵抗を低減できる。
【００４２】
また、上層・下層の導電体に凹凸を設け、凸部どうしを対向させ、密封すること（実施例１及び３）により、凸部にセルを押しつける力が働き、導電体、電極、セパレータの密着がよくなって内部抵抗上昇を低減できる。
一方、上層・下層の導電体に凹凸を設けず、さらに熱圧着を減圧環境下で行わなかった場合は（比較例１）、内部抵抗上昇の低減効果が認められなかった。
本実施例は２直列のセルで実施したが、単一セルや３直列のセルでも同様の効果が期待できることは当業者にとって自明である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の塗布型電極を使用した電気二重層キャパシタは、電極およびセル形状が矩形形状以外の丸形、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等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有用なものであり、さらに導電体に凹凸を設け、かつ減圧環境下での熱圧着効果により、内部抵抗が極めて低減されたキャパシタを提供でき、まさに小型電子機器の使用に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る電気二重層キャパシタの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
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】
2007080845.tif 000004