(57)【要約】 【課題】  集電体と端子板の密着性を良好にすることにより低ＥＳＲを実現し、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】  セパレータを介して対向配置された一対の電極と、一対の電極の外側に配置された一対の集電体と、集電体とともに、セパレータと前記電極を周囲で封止する枠状のガスケットを有した単位となるセル５を複数個積層し、上下端面の集電体と、端子取り出しのための端子板７とが低反発弾性ゴム系バインダが含有された導電性接着剤６を介して接続される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを介して対向配置された一対の電極と、前記一対の電極の外側に配置された一対の集電体と、前記集電体とともに、前記セパレータと前記電極を周囲で封止する枠状のガスケットを有した単位セルを複数個積層し、上下端面の前記集電体と、端子取り出しのための端子板とが低反発弾性ゴム系バインダが含有された導電性接着剤を介して接続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】
前記導電性接着剤の低反発弾性ゴム系バインダの含有量が３〜１８重量％であることを特徴とする請求項１記載の電気二重層コンデンサ。
【請求項３】
前記低反発弾性ゴムがフッ素ゴム、アクリルゴム、ブチルゴムから選ばれる少なくとも１種であ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、特に電極に多孔質体を用い、セパレータに多孔質絶縁体を用い、電極及びセパレータを巻回せず平面状に積層し、電解液を用いた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電圧変動（ＩＲドロップ等）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。さらに、電子機器の小型化及び薄型化に伴って、電気二重層コンデンサも小型化及び薄型化が要求されてきている。
【０００４】
しかしながら、小型化及び薄型化するほど、逆に、ＥＳＲ（等価直列抵抗）が増大し、本来の機能としての大電流を供給することが困難となってきている。なお、このＥＳＲは、素子としてのコンデンサを構成する、例えば、電極、端子及びリード線等の固有抵抗、および接触抵抗からなる。
【０００５】
図３は、従来技術である電気二重層コンデンサのセルを説明するための分解斜視図であり、図４は、従来技術を説明するための図であり、電気二重層コンデンサの概略構成図及び組立方法を示す分解斜視図である。図５は、従来技術である電気二重層コンデンサを説明するための断面図である。
【０００６】
図３ないし図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９はセル５の上下に端子取り出しのため端子板７が設けられ、さらに通常は、端子板７の外側からラミネートフィルムからなる外装フィルム８で封止している。
【０００７】
セルの耐電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、必要な耐電圧に応じてセルを直列に積層している。
【０００８】
電気二重層コンデンサに要求される特性としては、大電流時においても使用できるために低ＥＳＲであること、また、高温使用時における耐久性の向上が挙げられる。従来技術の電気二重層コンデンサにおいては集電体と端子板の接触抵抗が大きいために、ＥＳＲが大きくなってしまうことがある。また、集電体と端子板の接触抵抗が大きい場合には、高温使用時における耐久性の低下につながる。集電体と端子板の接触抵抗を改善する方法としては、集電体と端子板の間に導電性接着剤として銀ペーストを塗布する記載（例えば特許文献４）がある。
【０００９】
【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２００１−２５０７４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した特許文献４の技術においても、集電体と端子板の接触抵抗の低減、高温耐久性に対しては充分ではなかった。
【００１１】
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、集電体と端子板の接触抵抗を改善し、ＥＳＲを低減し、また高温使用時の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】
【００１２】
本発明は、前記課題を解決するため、集電体と端子板の間に塗布される導電性接着剤に、低反発弾性ゴム系バインダを含有させることにより、集電体と端子板との密着性を向上することを見出したものである。
【００１３】
本発明の電気二重層コンデンサは、セパレータを介して対向配置された一対の電極と、前記一対の電極の外側に配置された一対の集電体と、前記集電体とともに、前記セパレータと前記電極を周囲で封止する枠状のガスケットを有した単位となるセルを複数個積層し、上下端面の前記集電体と、端子取り出しのための端子板とが低反発弾性ゴム系バインダが含有された導電性接着剤を介して接続されたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の電気二重層コンデンサは、前記導電性接着剤の低反発弾性ゴム系バインダの含有量が３〜１８重量％であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の電気二重層コンデンサは、集電体と端子板の間に塗布される導電性接着剤に、低反発弾性ゴム系バインダを含有させることにより、集電体と端子板との密着性を向上することができ、このためＥＳＲを低減することができ、さらに、高温使用時の集電体と端子板間の密着性も維持できるので、温度変化によるＥＳＲの増加が少なく、高温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】
【００１６】
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。図１は本発明の電気二重層コンデンサの断面図であり、図２は、本発明の電気二重層コンデンサの単位となるセルを示す断面図である。
【００１７】
図１に示すように、本発明の電気二重層コンデンサは、電極、セパレータ、集電体、及びガスケットからなる単位となるセル５を、所定の電圧に応じて複数個重ね、セル内部の電荷を取り出す為に導電性接着剤６を介して上下端面の集電体上に端子板７を配置したものを外装フィルム８で封止して構成されている。ここで導電性接着剤６は銀や銅、カーボンなどの導電性物質と、低反発弾性のゴム系バインダ、例えばフッ素ゴムやアクリルゴム、ブチルゴム等、から成る。また、端子板７は、厚さ０．０５〜１ｍｍの金属板であり、外装フィルム８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成る熱収縮性を有するチューブ等を用いる。
【００１８】
本発明の電気二重層コンデンサに使用される単位となるセル５は、図２に示すように電極１、セパレータ２、集電体３及びガスケット４で形成されている。電極１は、椰子柄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２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２の外寸は電極１の外寸以上であり、かつ集電体３の外寸以下である。集電体３は、金属箔、もしくは導電性を有するゴムまたは樹脂が用いられる。ガスケット４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樹脂を用いる。ここで、ガスケットは、電極１、セパレータ２及び集電体３の外周部にそれぞれ配置する。
【００１９】
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１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２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３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。
【００２０】
電極外周部のガスケット４ａ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１２×２４、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４ｂは外寸１８×３０ｍｍ、内寸は１４×２６、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４ｃ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４ａ，４ｂ，４ｃ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６１℃、融点が８８℃の樹脂を用いた。
【００２１】
作製した単位となるセル５の寸法は１８×３０×０．２２５ｍｍの直方体である。単位となるセル５を６枚積層し上下端面の集電体３に端子板７を低反発弾性ゴム系バインダを含有する銀を主成分とした導電性接着剤６を介して接続した。端子板７は、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。さらにその外側から外装フィルム８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、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。外装フィルム８は、ここでは厚さ０．１１ｍｍのラミネートフィルムを用いた。
【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】
図２に示すように、集電体３、ガスケット４ａ，４ｃ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粉末椰子殻活性炭、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１を形成した。このようにして電極１の塗布された集電体３を２枚作製した後、そのうちの１枚にガスケット４ｂを熱圧着により貼り合わせた。次に、４０重量％硫酸水溶液を電極１上に添加した。セパレータ２の中で、電極１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２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。
【００２４】
この方法で作製した単位となるセル５を図１に示すように６枚重ね合わせて積層セルとして用意した。用意した積層セルの両側から、０．０１ｍｍの厚さでフッ素ゴム系バインダを３重量％含有した銀ペーストからなる導電性接着剤６を施した厚さ０．１ｍｍの銅製端子板７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８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７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８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９を１０個作製した。
【実施例２】
【００２５】
実施例１において、導電性接着剤６のフッ素ゴム系バインダ含有率を１０重量％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１０個作製した。
【実施例３】
【００２６】
実施例１において、導電性接着剤６のフッ素ゴム系バインダ含有率を１８重量％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１０個作製した。
【００２７】
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)、１，０００時間の負荷を行い室温まで冷却した後に、ＥＳＲを測定したところ、表１に示す結果が得られた。なお、数値は作製したサンプル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、参考例１として、実施例１と同種のフッ素ゴム系バインダを２０重量％含有した銀ペーストからなる導電性接着剤を使用した電気二重層コンデンサ、比較例１として、高反発弾性ゴム系バインダであるウレタン系バインダを１０重量％含有した銀ペーストからなる導電性接着剤を使用した電気二重層コンデンサ、さらに、比較例２として、樹脂系バインダであるポリアミド系バインダを１０重量％含有した銀ペーストからなる導電性接着剤を使用した電気二重層コンデンサを１０個作製し、サンプル作製直後及び７０℃、５．４Ｖ、１，０００時間の負荷を行い室温まで冷却した後に、ＥＳＲを測定した。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
この結果、表１に示すように、初期のＥＳＲを比較すると、実施例１，２，３はいずれも比較例より約１０％以上低いことがわかる。ここで、実施例１，２，３と同種の低反発弾性ゴム系バインダを使用している参考例１の初期のＥＳＲが実施例１，２，３と比べて高いのは、バインダの添加量が多すぎると、銀ペースト表面および内部の銀比率が下がり、集電体と端子板間の接触抵抗を下げる効果が小さくなることを示しており、ＥＳＲを下げるにはバインダ添加率は１８重量％以下が効果的であることがわかる。また、高反発弾性ゴム系バインダを使用した比較例１の初期のＥＳＲが実施例２と比べて高いのは、銀ペースト表面に存在するバインダの高い反発弾性力により、集電体と銀ペーストの銀成分との接触が阻害されているものと考える。
【００３０】
次に、７０℃、５．４Ｖ、１，０００時間後のＥＳＲを比較すると、実施例１，２，３はサンプル作製直後のＥＳＲに対して１０％以下の変化率であったが、参考例、比較例１は１０％以上の変化率であり、比較例２においては４００％以上の変化率であった。これは、ゴム系バインダを使用した実施例１，２，３および、参考例、比較例１は、電圧印加や高温放置による集電体やガスケット、端子板、ラミネート等のが多少変形しても、バインダの弾性により銀ペーストも追従して変形するのでＥＳＲの低下は起こりにくいが、弾性を有さない樹脂系バインダを使用した比較例２では、電圧印加や高温放置により集電体やガスケット、端子板、ラミネート等が変形した際に、銀ペースト自体は変形に追従できず、長期試験中に集電体と端子板の密着性が弱まり、剥離が生じることにより、ＥＳＲが低下した。
【００３１】
なお、実施例１，２，３のうちでは初期のＥＳＲおよび高温試験後のＥＳＲとも実施例２が最も良好な結果を示していたことから、バインダの含有率は、１０重量％前後とすることでより大きい効果が得られるといえる。
【００３２】
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、いうまでもなく、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。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の電気二重層コンデンサの断面図。
【図２】本発明の電気二重層コンデンサの単位となるセルの断面図。
【図３】従来技術の電気二重層コンデンサのセルを説明するための分解斜視図。
【図４】従来技術の電気二重層コンデンサの概略構成示す分解斜視図。
【図５】従来技術の電気二重層コンデンサの構成を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
【００３４】
１    電極
２    セパレータ
３    集電体
４，４ａ，４ｂ，４ｃ    ガスケット
５    セル
６    導電性接着剤
７    端子板
８    外装フィルム
９    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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