(57)【要約】【課題】凹状容器の封口板に変形が発生したとしても、分極性電極間の密着性や分極性電極と集電体との密着性に影響を与えず、省スペース化と内部抵抗の安定化とを同時に実現したキャパシタを提供する。【解決手段】凹状容器１の開口部を横にした状態、凹状容器１の対向する側面の一方を下にして、正の分極性電極３ａ、セパレータ４、負の分極性電極３ｂが凹状容器１の側面に沿って収納積層されている。凹状容器１の内壁において、上側側面には負極集電体５が、下側側面には正極集電体２が形成されている。正極集電体２は、凹状容器１の底面を貫通して形成されており、正極接続端子８と接続される。凹状容器１は、金属枠体６と封口板７とを溶接することで封口される。また、封口板７の一部は負極接続端子７ａを構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹状容器と封口蓋とで構成される収納容器を用い、前記凹状容器の対向する側面の間に正負１対の分極性電極、セパレータが前記側面に沿って収納積層されているキャパシタ。
【請求項２】
前記凹状容器の少なくとも側面内壁に集電体が形成され、該集電体と前記分極性電極が電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載のキャパシタ。
【請求項３】
前記集電体は、前記凹状容器の底面内壁まで延伸されていることを特徴とする請求項２記載のキャパシタ。
【請求項４】
前記封口蓋は、前記正負１対の分極性電極と電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のキャパシタ。
【請求項５】
前記封口蓋の面積は、凹状容器の対向する側面内壁の一方の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のキャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、収納容器が封口蓋と凹状容器とで構成されるキャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタ等のキャパシタはバックアップ電源、補助電源として携帯電話や家庭用電気製品に用いられる。これまでのキャパシタは、各種電子機器のプリント基板にハンダ付けされ、実装されている。このキャパシタの形状は、コイン型あるいはボタン型という呼称が用いられるように円柱状であり、これをプリント基板にハンダ付けするには別途端子の取り付けが必要であった。また、丸い形状であるためにキャパシタの容器より実装面積が大きくなっていた。
【０００３】
そこで、特許文献１では、正負一対の分極性電極、電解質等を収納する凹状容器を凹状容器と封口板で構成し、凹状容器内部の集電体を、凹状容器の外側底面部や外側側面部に位置する接続端子と電気的に接続し、接続端子が凹状容器と一体化された構造としたものが開示されている。
【０００４】
この従来構造の一例を図４に示す。凹状容器２１の内側底面全体には金属層からなる正極集電体２２が形成され、正極集電体２２は凹状容器２１の壁面を貫通し、凹状容器２１の外側側面から正極接続端子２８に電気的に接続されている。凹状容器２１左側面外壁から底面にかけて負極接続端子２９が形成され、金属枠体２６と封口板２７を介して封口板２７の裏面に形成された負極集電体２５と電気的に接続している。
【０００５】
図４のキャパシタを製造する場合には、凹状容器２１の内側底面にあらかじめ形成された正極集電体２２の上面に正の分極性電極２３ａ、セパレータ２４、負の分極性電極２３ｂを順次積層配置して挿入し、金属枠体２６を凹状容器２１上面の縁部に載せ、その上にさらに封口板２７を載せ、溶接することで凹状容器２１が密閉される。
【特許文献１】特開２００１−２１６９５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の構造では、接続端子取り付け工程を省略することができ、実装面積を低減することができるものの、キャパシタを各種電子機器のプリント基板にハンダ付けする際の温度変化により封口板が変形し、この変形が封口板の下に配置されている積層体に偏った圧力を与え、積層体にも同様の変形が発生する。このように封口板の変形が積層体に伝わり、電荷を蓄積する正負一対の分極性電極間の密着性や分極性電極と集電体との密着性が低下するために、キャパシタの内部抵抗が増大するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、凹状容器の封口板に変形が発生したとしても、分極性電極間の密着性や分極性電極と集電体との密着性に影響を与えず、省スペース化と内部抵抗の安定化とを同時に実現したキャパシタを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、凹状容器と封口蓋とで構成される収納容器を用い、前記凹状容器の対向する側面の間に正負１対の分極性電極、セパレータが前記側面に沿って収納積層されているキャパシタである。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、前記凹状容器の少なくとも側面内壁に集電体が形成され、該集電体と前記分極性電極が電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載のキャパシタである。
【００１０】
また、請求項３記載の発明は、前記集電体が、前記凹状容器の底面内壁まで延伸されていることを特徴とする請求項２記載のキャパシタである。
【００１１】
また、請求項４記載の発明は、前記封口蓋が、前記正負１対の分極性電極と電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のキャパシタである。
【００１２】
また、請求項５記載の発明は、前記封口蓋の面積が、凹状容器の対向する側面内壁の一方の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のキャパシタである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、凹状容器の対向する側面の間に、正負一対の分極性電極、セパレータ、集電体が凹状容器の側面に沿って収納積層されており、凹状容器の側面内壁に集電体を形成して、この集電体に分極性電極を電気的に接続させるようにしているので、封口蓋が変形しても、分極性電極や集電体の密着性に影響を与えない。また、セルと封口蓋との間に空間が確保でき、さらに封口蓋の変形が伝わるのを防止することができるので、内部抵抗の増大を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明による第１のキャパシタの構造を示す。
【００１５】
凹状容器１の開口部を横にした状態、すなわち、凹状容器１の対向する側面Ａ、Ｂの一方を下にして（図１では側面Ｂを下にした）、対向する側面Ａ、Ｂの間に、正極集電体２、正の分極性電極３ａ、セパレータ４、負の分極性電極３ｂ、負極集電体５が側面Ａ、Ｂに沿って収納され、積層されている。正極集電体２、正の分極性電極３ａ、セパレータ４、負の分極性電極３ｂ、負極集電体５は、角形で平板状の形状を有しており、これらで１つのセルを構成する。凹状容器１の側面Ａ、Ｂは、ほぼ平行に形成されており、この側面に正極集電体２、分極性電極３ａ、セパレータ４、分極性電極３ｂ、負極集電体５の各主面が対向するように設置されており、各主面もほぼ平行に配置される。
【００１６】
凹状容器１の側面Ａの内壁には負極集電体５が、側面Ｂの内壁には正極集電体２が、Ａｕめっき、スパッタなどにより一体に形成されている。正極集電体２は、凹状容器１の底面を貫通して形成されており、貫通した出口のところで正極接続端子８と接続されている。また、密着性を高めて内部抵抗を低減するために、正極集電体２と分極性電極３ａとの間、負極集電体５と分極性電極３ｂとの間に導電性接着剤を用いて接合するようにしても良い。
【００１７】
正極接続端子８は、Ｗメタライズ層、Ｎｉめっき層、Ａｕめっき層等からなる。また、分極性電極３ａ、３ｂは、活性炭電極で構成されており、セパレータ４はガラス繊維等で構成される。
【００１８】
凹状容器１はアルミナやジルコニア等のセラミック等で形成され、金属製の封口板７を凹状容器１の開口部に被せて溶接することにより密閉された容器となるように構成されている。なお、凹状容器１の封口蓋としての封口板７は、板状の形状でなくても良く、凹状容器１の開口部を封止できるものであれば、他の形状でも良い。以上のように構成しているので、図１に示すように、セルと封口板７との間には空間が確保されており、密着していない構造となる。
【００１９】
図４の従来構造のように、凹状容器の底面と封口板との間に、正負一対の分極性電極、セパレータ、集電体が積層されたセルを収納し、封口板と凹状容器との圧縮力によって、セルの各部を密着させるのではなく、本発明では、図１に示すように、凹状容器の対向する側面の間に、正負一対の分極性電極、セパレータ、集電体を凹状容器の側面に対向するように積層し、封口板とは密着させないようにしているので、封口板の変形はセルには伝わらない。
【００２０】
図１の構造を有する第１のキャパシタについて、以下のように作製を行った。分極性電極３ａ、３ｂは、比表面積が２０００ｍ２／ｇの活性炭粉末にアセチレンブラック５ｗｔ％、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）５ｗｔ％を加え混練して作製し、３．８ｍｍ角で厚み２．０ｍｍの電極とした。電解液は、溶媒にプロピレンカーボネートを用い、溶質である（Ｃ２Ｈ５）４ＮＢＦ４（テトラエチル アンモニウム テトラフルオロボロン）を１ｍｏｌ／ｌの濃度になるように溶解させて調製した。
【００２１】
次に、第１のキャパシタの製造方法（組み立て方法）であるが、以下のように行った。まず、凹状容器１には、例えば、各壁面の外寸が一辺約５ｍｍの正方形状であるアルミナ製のものを用いた。上記のようにして作製した２枚の分極性電極３ａ、３ｂの間にセルロース製のセパレータ４を介在させて対向させ、この分極性電極３ａ、３ｂを上記のようにめっきにより形成された正極集電体２、負極集電体５があらかじめ設けられた凹状容器１内に横方向の開口部から収納した。
【００２２】
この凹状容器１内に分極性電極３ａ、３ｂが十分浸るよう分極性電極体積と同量の上述した電解液を注液した後に、凹状容器１の開口端にあらかじめろう付けしておいた金属製の金属枠体６と封口板７とを溶接することで封口し、図１に示すキャパシタを完成させた。ここで、負極集電体５は金属枠体６及び封口板７と電気的に接続されており、封口板７の一部は基板にはんだ付けされる負極接続端子７ａを構成する。また、正極集電体２は基板にはんだ付けされる正極接続端子８と電気的に接続されている。
【００２３】
次に、本発明による第２のキャパシタを図２に示す。図１とは特に形状が異なる部分に異なる符号を付けて表している。第１のキャパシタでは封口板７が金属枠体６を介して負極集電体５と電気的に接続されていたが、第２のキャパシタでは、封口板１１と負極集電体５は電気的に接続されておらず、負極集電体５は凹状容器１の底面を貫通して形成されており、貫通した出口のところで負極接続端子１０と電気的に接続されている。なお、負極接続端子１０は、Wメタライズ層、Ｎｉめっき層、Ａｕめっき層等からなる。
【００２４】
したがって、図１のように、封口板７の一部を負極接続端子７ａとして用いる必要がなく、図２の封口板１１は形状が異なり、図１の封口板７よりも小さい面積で構成することができる。また、正極接続端子９の形成位置も図１とは異なり、正極集電体２が凹状容器１の下側側面を貫通して形成されており、貫通出口の部分で正極接続端子９に電気的に接続している。
【００２５】
この第２のキャパシタにおいて、分極性電極の作製及び電解液の調製については第１のキャパシタと同様に行った。第１のキャパシタと同様に作製した２枚の分極性電極３ａ、３ｂの間にセルロース製のセパレータ４を介在させて対向させ、この分極性電極群をめっきにより形成された正極集電体２、負極集電体５があらかじめ設けられた凹状容器１内に収容した。凹状容器１には、各壁面の外寸が一辺約５ｍｍの正方形状であるアルミナ製のものを用いた。
【００２６】
この凹状容器１内に電極が十分に浸るよう分極性電極体積と同量の上記電解液を注液した後に、凹状容器１の開口端に予めろう付けしておいた金属製の金属枠体６と封口板１１とを溶接することで封口し、第２のキャパシタを形成した。ここで、負極集電体５及び正極集電体２は封口板１１及び金属枠体６と電気的に接続されておらず、負極集電体５は基板にはんだ付けされる負極接続端子１０と電気的に接続されている。上述したように、正極接続端子９は凹状容器１の側面壁を貫いて形成された正極集電体２と電気的に接続されている。
【００２７】
次に本発明の第３のキャパシタを図３に示す。第２のキャパシタにおける正極集電体２の一部を凹状容器１の開口部に相対する内壁面、すなわち凹状容器１の内壁底面にまで延伸して正極集電体２ａの面積を拡大したものであり、この構造以外は、第２のキャパシタと同様に構成した。
【００２８】
第４のキャパシタは、第１のキャパシタにおける分極性電極３ａ及び３ｂの大きさを３．８ｍｍ角で厚み０．５ｍｍとし、凹状容器１の内壁底面の外寸を長さ５．０ｍｍ幅１．５ｍｍ、凹状容器１の内壁側面の長さ、すなわち上記内壁底面と主直な方向の辺の長さを５．０ｍｍとした以外は、第１のキャパシタと同様に構成した。
【００２９】
本発明の上記第１〜第４のキャパシタと比較するために、図４に示す従来構造のキャパシタを用いた。従来構造のキャパシタにおいて、分極性電極の作製及び電解液の調製は上記第１のキャパシタと同様に行った。
【００３０】
図１の第１のキャパシタと同様に作製した２枚の分極性電極２３ａ、２３ｂの間にセルロース製のセパレータ２４を介在させて対向させ、この分極性電極２３ａ、２３ｂをめっきにより形成された正極集電体２２が、予め設けられた凹状の凹状容器２１内に収納した。凹状容器２１には、各壁面の外寸が一辺約５ｍｍの正方形状であるアルミナ製のものを用いた。
【００３１】
この凹状容器２１内に分極性電極が十分に浸るよう分極性電極体積と同量の上記電解液を注液した後に、凹状容器２１の開口端に予めろう付けしておいた金属製の金属枠体２６と封口板２７とを溶接することで封口し、図４のキャパシタを形成した。ここで、封口板２７の内側にめっきにより設けられた負極集電体２５は金属製の金属枠体２６及び基板にはんだ付けされる負極接続端子２９と電気的に接続されており、正極集電体２２は基板にはんだ付けされる正極接続端子２８と電気的に接続されている。
【００３２】
以上説明した作製方法により作製した第１〜第４のキャパシタ及び比較例としての従来構造のキャパシタを組み立て直後に、リフローはんだ付け（最高温度２６０℃）を行い、サイクル充放電を実施した後のそれぞれの内部抵抗を比較した。その結果を表１に示す。なお、サイクル充放電は、以下の条件で行った。充電は、定電圧充電３．３Ｖ（最大電流を０．５ｍＡに制限）で１時間行い、放電は定電流放電０．２ｍＡ（終止電圧２．０Ｖ）で行った。なお、繰り返し回数は２００回とした。
【００３３】
【表１】
2007208222.tif 000003
【００３４】
表１からもわかるように、第１のキャパシタでは従来構造と比べてリフローはんだ付け後の内部抵抗が減少している。これは、第１のキャパシタの構造では、リフローはんだ付けの際の温度変化で封口板が湾曲しても電荷を蓄積する一対の分極性電極間の密着性や、この分極性電極と集電体との密着性が低下することが無いためと考えられる。
【００３５】
次に、第２のキャパシタでは、サイクル充放電後の内部抵抗が第１のキャパシタよりも低減されている。封止のための封口板や金属枠体が電荷を蓄積する一対の分極性電極と接続されておらず、電気的に絶縁されているので、封口板の内部抵抗への影響がなくなっているためであると考えられる。
【００３６】
また、第３のキャパシタでは、第１のキャパシタよりも内部抵抗が低減されている。第１のキャパシタよりも集電体の面積が大きかったためと考えられる。次に、第４のキャパシタではリフローはんだ付けやサイクル充放電による内部抵抗の増大量が第１のキャパシタよりも少なかった。これは、封口面を凹状容器の最も小さい面とすることで封口板の内部抵抗への影響が低減されたためと考えられる。
【００３７】
以上説明したように、従来構造のように、凹状容器の底面から分極性電極やセパレータ等を積層して封口板の裏面に集電体を設けたり、封口板自体を集電体として用いるのではなく、本発明では、凹状容器の側面を下面として、凹状容器の対向する側面の間に分極性電極やセパレータ等を凹状容器の側面に対向するように積層し、凹状容器の側面に集電体を形成するようにしているので、封口板が変形したとしても、その変形が分極性電極や集電体の密着面に影響を与えることを防止できる。また、積層体と封口板との間にはスペースを確保できるので、封口板の変形が積層体に伝わるのをさらに防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１のキャパシタの構造例を示す図である。
【図２】本発明の第２のキャパシタの構造例を示す図である。
【図３】本発明の第３のキャパシタの構造例を示す図である。
【図４】従来のキャパシタの構造例を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１      凹状容器
２      正極集電体
３ａ    分極性電極
３ｂ    分極性電極
４      セパレータ
５      負極集電体
７      封口板
７ａ    負極接続端子
８      正極接続端子
９      正極接続端子
１０    負極接続端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
2007208222.tif 000006
【図４】
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