(57)【要約】【課題】キャパシタ本体の積層体と電極端子との電気的接続が確実かつ安定に行われるとともに、電気特性の変動も十分に抑制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】電気二重層キャパシタ１０は、正極体と陰極体とをセパレータを介して積層させた積層体２１の正極体側に正極用電極端子２２を、陰極体側に陰極用電極端子２２を、それぞれ設けたキャパシタ本体１１と、各電極端子２２をそれぞれ積層体２１側に向けて押圧付勢するばね部材１２と、キャパシタ本体１１及びばね部材１２を一体に被覆し封止するモールド樹脂部１３とを具備することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極体と陰極体とをセパレータを介して積層させた積層体の前記正極体側に正極用電極端子を、前記陰極体側に陰極用電極端子を、それぞれ設けたキャパシタ本体と、前記各電極端子をそれぞれ前記積層体側に向けて押圧付勢するばね部材と、前記キャパシタ本体及び前記ばね部材を一体に被覆し封止するモールド樹脂部とを具備することを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項２】
前記ばね部材の前記電極端子に対する接触圧力が０．０１〜４．０ＭＰａであることを特徴とする請求項１記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項３】
前記ばね部材は、クリップ状板ばねであることを特徴とする請求項１または２記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項４】
前記モールド樹脂部は、７０℃における曲げ弾性率が１ＧＰa以下の樹脂からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項５】
前記モールド樹脂部は、ガラス転移点が２０〜６０℃であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項６】
前記モールド樹脂部は、熱硬化性樹脂からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項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する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタは、活性炭等の分極性電極と電解液もしくは電界質ゲルとの界面に形成される電気二重層に電気エネルギーを蓄電させるもので、充放電に際して化学反応を伴わないため、大電流を瞬時に充放電でき、充放電効率も高いという特徴を有している。
【０００３】
この電気二重層キャパシタの構造として、分極性電極に集電極を張り合わせた正極体および陰極体をセパレータを介して積層するとともに、この積層体の両面に陽極用及び陰極用の電極端子を導電性接着剤により接着したキャパシタ本体を、箱状のケース内に仮固定し、ケース内部を絶縁性樹脂で封止したものが知られている。
【０００４】
この場合、温度変化や通電によりキャパシタ本体を構成する積層体や電極端子等の形状が変化すると、積層体と電極端子との接続信頼性が低下したり、電気特性が変動するおそれがある。このため、ケース内に楔状の部品を挿入する等して、積層体と電極端子とを積層方向に締め付け、形状の変化を抑制している（例えば、特許文献１参照。）
【０００５】
しかしながら、楔状の部品は押圧力の伝播が弱く、形状の変化を十分に抑制することができない。このため、上記電気二重層キャパシタでは、積層体と電極端子との接続を十分に安定化させることができず、また、電気特性の変動を十分に抑制することができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１１０４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記従来技術の課題を解決するためになされたもので、キャパシタ本体の積層体と電極端子との電気的接続が確実かつ安定に行われるとともに、電気特性の変動も十分に抑制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】
【０００８】
本発明の一態様に係る電気二重層キャパシタは、正極体と陰極体とをセパレータを介して積層させた積層体の前記正極体側に正極用電極端子を、前記陰極体側に陰極用電極端子を、それぞれ設けたキャパシタ本体と、前記各電極端子をそれぞれ前記積層体側に向けて押圧付勢するばね部材と、前記キャパシタ本体及び前記ばね部材を一体に被覆し封止するモールド樹脂部とを具備することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様に係る電気二重層キャパシタによれば、積層体と電極端子との安定した電気的接続が得られるとともに、電気特性の変動も十分に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態の電気二重層キャパシタを示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の電気二重層キャパシタの製造方法を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。なお、説明は図面に基づいて行うが、それらの図面は単に図解のために提供されるものであって、本発明はそれらの図面により何ら限定されるものではない。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態の電気二重層キャパシタを示す断面図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態の電気二重層キャパシタ１０は、正極用及び陰極用の２つの電極端子を備えるキャパシタ本体１１と、ばね部材１２と、これらのキャパシタ本体１１とばね部材１２とを一体に被覆し封止するモールド樹脂部１３とを備えている。
【００１４】
キャパシタ本体１１は、正極体と陰極体とをセパレータを介して積層した積層体２１を有し、この積層体２２の両面には、正極用及び陰極用の２つの電極端子２２，２２が配置されている。正極体及び陰極体は、例えばアルミ箔からなる集電極に活性炭を主材料とする分極性電極を積層した構造を有し、各分極性電極には電解液が含浸されている。２つの電極端子２２，２２は、例えばアルミ板からなり、正極体及び陰極体の各集電極にそれぞれ接するように配置されている。
【００１５】
なお、分極性電極に含浸される電解液には、硫酸、水酸カリウム等の水系電解液、トリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレイド、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレイド等の電解質を非プロトン性有機溶媒、例えばプロピレンカーボネート等に溶解した非水系電解液が使用される。このような電解液に代えて、電解質に高分子ポリマー及び有機可塑剤を加えてゲル化した電解質ゲルも使用可能である。また、セパレータには、紙、ガラス繊維不織布、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の絶縁樹脂からなるフィルム等が使用される。
【００１６】
ばね部材１２は、２つの電極端子２２，２２を積層体２１に向けて押圧付勢するもので、これにより各電極端子２２が、積層体２１を構成する正極体と陰極体にそれぞれ電気的かつ機械的に接続されている。本実施形態では、ばね部材１２として金属製のクリップ状の板ばねが、積層体２１を電極端子２２，２２上から挟みこむように取り付けられている。ばね部材１２は、２つの電極端子２２，２２を積層体２１に向けて押圧付勢することができるものであれば、特にこのような形状のものに限定されるものではなく、材質についても、金属に限らず、プラスチック等からなるものであってもよい。具体的には、金属材料として、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、ニッケル、クロム、真鍮等が挙げられる。また、プラスチック材料としては、ポリプロピレン、塩化ビニル樹脂、ポリエチレンテレフタレート等が挙げられる。また、ばね部材１２は１ヶ所に限らず、複数ヶ所に取り付けるようにしてもよい。
【００１７】
なお、ばね部材１２の電極端子２２との接触圧力は０．０１〜４．０ＭＰａであることが好ましく、０．１〜１．０ＭＰａであることがより好ましい。接触圧力が０．１ＭＰａ未満では、積層体２１と電極端子２２間の電気的接続性の向上、あるいは、電気特性、例えば等価直列抵抗（ＥＳＲ）等の経時的な変動抑制を十分に達成できないおそれがある。また、接触圧力が４．０ＭＰａを超えると、積層体２１が破壊して電解液が漏れ出るおそれがある。
【００１８】
モールド樹脂部１３は、例えば、図２に示すような、上型３１及び下型３２からなる２つ割構造の成形型３３内に、ばね部材１２を装着したキャパシタ本体１１をセットした後、樹脂材料を成形型３３内に注入し、硬化させることにより形成される。成形型３３は、ステンレス鋼等の耐熱性及び耐食性を有する金属からなるものが好ましい。
【００１９】
モールド樹脂部１３は、７０℃における曲げ弾性率が１ＧＰａ以下であることが好ましい。曲げ弾性率を１ＧＰａ以下とすることにより、キャパシタ本体１１内の内圧を緩和することができる。
【００２０】
また、モールド樹脂部１３を形成する樹脂は、ガラス転移点が２０〜６０℃であることが好ましい。ガラス転移点が２０℃未満であるとキャパシタ本体１１内に含浸させた電解液が外部に浸出して、キャパシタ性能が低下するおそれがある。また、ガラス転移点が６０℃を超えるとばね部材１２のキャパシタ本体１１に対する押圧力が十分に伝達されず、積層体２１と電極端子２２間の電気的接続の安定化や電気特性の変動抑制を十分に達成できないおそれがある。
【００２１】
モールド樹脂部１３を形成する樹脂材料は、絶縁性を有し成形材料として使用できるものであれば特に制限されることなく使用されるが、一般には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂が使用される。これらの中でもエポキシ樹脂が好ましい。
【００２２】
本発明においては、モールド樹脂部１３を形成する樹脂材料として、特に、（ａ）１分子中に少なくとも２個のエポキシ基を有するエポキシ樹脂、及び（ｂ）硬化剤を含み、任意成分として、（ｃ）充填剤、及び（ｄ）硬化促進剤を含むエポキシ樹脂組成物が好ましく使用される。
【００２３】
（ａ）成分の１分子中に少なくとも２個のエポキシ基を有するエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は信頼性を確保するため、クロルイオンやナトリウムイオンの含有量が少ないことが好ましい。また、これらのエポキシ樹脂は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。さらに、上記エポキシ樹脂の他に、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、含複素環エポキシ樹脂、水添型ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂、芳香族、脂肪族もしくは脂環式カルボン酸とエピクロルヒドリンとの反応によって得られるエポキシ樹脂、スピロ環含有エポキシ樹脂等も使用可能である。これらは上記エポキシ樹脂との併用が好ましい。
【００２４】
（ｂ）成分の硬化剤は、（ａ）成分のエポキシ樹脂と反応して硬化させることができるものであれば、特に制限されることなく一般に知られているものを広く使用することができる。具体的には、例えば、脂肪族アミン、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物、ノボラックフェノール樹脂、クレゾールノボラックフェノール樹脂、無水フタル酸誘導体、ジシアンアミド、イミダゾール等が挙げられる。これらの硬化剤は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。
【００２５】
（ｃ）成分の充填剤としては、例えば、シリカ、アルミナ、窒化珪素、窒化硼素、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、タルク等の粉末、これらを球形化したビーズ等が挙げられる。これらの充填剤は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。一般には、シリカ粉末が使用され、特に、球状シリカ粉末が好ましく使用される。
【００２６】
なお、このエポキシ樹脂組成物には、本発明の効果を阻害しない範囲で、カップリング剤（例えば、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン等）、離型剤（例えば、合成ワックス、天然ワックス、直鎖脂肪族の金属塩、酸アミド、エステル類等）、着色剤（例えば、カーボンブラック、コバルトブルー等）、低応力付与剤（例えば、シリコーンオイル、シリコーンゴム等）、消泡剤等がさらに配合されていてもよい。
【００２７】
このようなエポキシ樹脂組成物を成形型３３内に注入し、例えば７０〜１００℃で１０分間加熱し硬化させることによりモールド樹脂部１３を形成することができる。なお、樹脂は、成形型３３を離型させた後、さらに後硬化させることが好ましい。
【００２８】
本実施形態の電気二重層キャパシタ１０においては、ばね部材１２によって、積層体２１の両面に配置された電極端子２２が積層体２１に向けて押圧されているとともに、これらがモールド樹脂部１３によって一体に被覆されている。このため、電極端子２２を積層体２２に接着剤で接着せず、配置させただけであるにもかかわらず、長期間に亘って安定した電気的接続が得られる。また、温度変化や通電による積層体２２を構成する集電極等の部材の変形が抑制されるため、等価直列抵抗（ＥＳＲ）等の電気特性の経時的変動も抑制される。したがって、良好なキャパシタ性能を長期間維持することができる。
【００２９】
なお、上記実施形態では、電極端子２２と積層体２２とが接着剤で接着されていない、つまり非接着とされているが、接着剤により接着することも可能であり、接続信頼性をさらに高めることができる。接着剤には導電性接着剤が使用される。
【００３０】
また、上記実施形態では、積層体２１は分極性電極に電解液または電解質ゲルを含浸させた構造とされているが、電解液または電解質を分極性電極に積層させた構造であってもよい。また、集電極にさらに外部電極が積層され、この外部電極が電極端子２２と接続される構造であってもよい。このように構成される電気二重層キャパシタにおいても、上記実施形態と同様、積層体２１と電極端子２２の安定した電気的接続が得られるとともに、温度変化や通電による電気特性の変動も抑制される。したがって、良好なキャパシタ性能を長期間維持することができる。
【実施例】
【００３１】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。なお、以下の記載において特に明示しない限り、「部」は「質量部」を示すものとする。また、実施例におけるクリップ状板ばねの接触圧力は以下に示す方法で測定したものである。
［接触圧力］
ロードセルに接続された測定ジグを用いて、クリップ状板ばねの開口部がキャパシタ本体（積層体及び電極端子）の厚みに開いたときの荷重を測定し、電極端子の単位面積当たりの値を算出した。
【００３２】
（実施例１）
エポキシ樹脂としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製  商品名 エピコート８２８）１００部、硬化剤として脂肪族ポリアミン（ＡＤＥＫＡ（株）製  商品名 ＥＨ４３５７Ｓ；硬化剤（１）と表記）６０部、硬化促進剤としてノニルフェノール２０部、及び消泡剤（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン製  商品名 ＴＳＡ７２０）０．１部を均一に撹拌混合してエポキシ樹脂組成物を調製した。また、図１に示すように、キャパシタ本体１１と電極端子２２とをクリップ状の板ばね（炭素鋼（Ｓ６０Ｃ）製、接触圧力１４７Ｐａ）で固定して、ステンレス鋼製の成形型３３内にセットした。こ2の後、上記組成物を成形型３３内に注入し、７０℃で６０分間加熱し硬化させ、金型開放後、さらに、７０℃で１８０分間加熱し後硬化させて電気二重層キャパシタを製造した。
【００３３】
（実施例２）
クリップ状板ばねを、炭素鋼（Ｓ６０Ｃ）製で、接触圧力２９４Ｐａが得られるものに変更した以外は、実施例１と同様にして電気二重層キャパシタを製造した。
【００３４】
（実施例３）
クリップ状板ばねを、炭素鋼（Ｓ６０Ｃ）製で、接触圧力２０Ｐａが得られるものに変更した以外は、実施例１と同様にして電気二重層キャパシタを製造した。
【００３５】
（実施例４）
エポキシ樹脂として鎖状エポキシ樹脂（ＡＤＥＫＡ（株）製  商品名 ＥＰ４０００）１００部、硬化剤として脂肪族ポリアミン（ＡＤＥＫＡ（株）製  商品名 ＥＨ４３５７Ｓ）４０部、及び消泡剤（商品名 ＴＳＡ７２０）０．１部を均一に撹拌混合してエポキシ樹脂組成物を調製した。また、図１に示すように、キャパシタ本体１１と電極端子２２とをクリップ状の板ばね（炭素鋼（Ｓ６０Ｃ）製、接触圧力１４７Ｐａ）で固定して、ステンレス鋼製の成形型３３内にセットした。この後、上記組成物を成形型３３内に注入し、７０℃で６０分間加熱し硬化させ、金型開放後、さらに、７０℃で１８０分間加熱し後硬化させて電気二重層キャパシタを製造した。
【００３６】
（実施例５）
エポキシ樹脂としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（商品名 エピコート８２８）１００部、硬化剤として脂肪族ポリアミン（大都産業（株）製  商品名 ＨＤ−５０００；硬化剤（２）と表記）４０部、及び消泡剤（商品名 ＴＳＡ７２０）０．１部を均一に撹拌混合してエポキシ樹脂組成物を調製した。また、図１に示すように、キャパシタ本体１１と電極端子２２とをクリップ状の板ばね（炭素鋼（Ｓ６０Ｃ）製、接触圧力１４７Ｐａ）で固定して、ステンレス鋼製の成形型３３内にセットした。この後、上記組成物を成形型３３内に注入し、７０℃で６０分間加熱し硬化させ、金型開放後、さらに、７０℃で１８０分間加熱し後硬化させて電気二重層キャパシタを製造した。
【００３７】
（実施例６）
エポキシ樹脂としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（商品名 エピコート８２８）１００部、硬化剤として脂肪族ポリアミン（大都産業（株）製  商品名 ＨＤ−５０００）２０部、充填剤として球状溶融シリカ粉末（電気化学工業（株）製  商品名 ＦＢ９５９；平均粒径１８μｍ）３００部、シランカップリング剤として３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（日本ユニカー（株）製  商品名 Ａ−１８７）１部、及び消泡剤（商品名 ＴＳＡ７２０）０．１部を均一に撹拌混合してエポキシ樹脂組成物を調製した。また、図１に示すように、キャパシタ本体１１と電極端子２２とをクリップ状の板ばね（炭素鋼（Ｓ６０Ｃ）製、接触圧力１４７Ｐａ）で固定して、ステンレス鋼製の成形型３３内にセットした。この後、上記組成物を成形型３３内に注入し、７０℃で６０分間加熱し硬化させ、金型開放後、さらに、７０℃で１８０分間加熱し後硬化させて電気二重層キャパシタを製造した。
【００３８】
（実施例７）
エポキシ樹脂として鎖状エポキシ樹脂（商品名 ＥＰ４０００）１００部、硬化剤として脂肪族ポリアミン（ハンツマン・ジャパン（株）製  商品名 Ｄ−４００；硬化剤（３）と表記）３５部、及び消泡剤（商品名 ＴＳＡ７２０）０．１部を均一に撹拌混合してエポキシ樹脂組成物を調製した。また、図１に示すように、キャパシタ本体１１と電極端子２２とをクリップ状の板ばね（炭素鋼（Ｓ６０Ｃ）製、接触圧力１４７Ｐａ）で固定して、ステンレス鋼製の成形型３３内にセットした。この後、上記組成物を成形型３３内に注入し、７０℃で１８０分間加熱し硬化させ、金型開放後、さらに、７０℃で３６０分間加熱し後硬化させて電気二重層キャパシタを製造した。
【００３９】
（実施例８）
エポキシ樹脂として多官能エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製  商品名 ｊＥＲ６３０）１００部、硬化剤として脂肪族ポリアミン（大都産業（株）製  商品名 ＨＤ−１１０ＴＰ；硬化剤（４）と表記）２０部、及び消泡剤（商品名 ＴＳＡ７２０）０．１部を均一に撹拌混合してエポキシ樹脂組成物を調製した。また、図１に示すように、キャパシタ本体１１と電極端子２２とをクリップ状の板ばね（炭素鋼（Ｓ６０Ｃ）製、接触圧力１４７Ｐａ）で固定して、ステンレス鋼製の成形型３３内にセットした。この後、上記組成物を成形型３３内に注入し、７０℃で６０分間加熱し硬化させ、金型開放後、さらに、７０℃で１８０分間加熱し後硬化させて電気二重層キャパシタを製造した。
【００４０】
（実施例９）
クリップ状板ばねを、炭素鋼（Ｓ６０Ｃ）製で、接触圧力４９０Ｐａが得られるものに変更した以外は、実施例１と同様にして電気二重層キャパシタを製造した。
【００４１】
（実施例１０）
クリップ状板ばねを、炭素鋼（Ｓ６０Ｃ）製で、接触圧力９．８Ｐａが得られるものに変更した以外は、実施例１と同様にして電気二重層キャパシタを製造した。
【００４２】
（比較例）
キャパシタ本体１１と電極端子２２とを位置決めピンを介して成形型３３内にセットした以外は、実施例１と同様にして電気二重層キャパシタを製造した。
【００４３】
上記各実施例および比較例で得られた電気二重層キャパシタ、さらに、市販の電気二重層キャパシタ（参考例）について、ＬＣＲメータ（ヒューレット・パッカード製  ＨＰ４２８４Ａ）を用いて、１ｋＨｚ、４．５Ｖにおける、初期（２５℃）及び７０℃で１０００時間経過後の等価直列抵抗（ＥＳＲ）を測定した。結果を、成形材料として用いた樹脂組成物の組成及び物性（曲げ弾性率、ガラス転移点）とともに表１に示す。樹脂組成物の物性の測定方法は次の通りである。
【００４４】
［曲げ弾性率］
樹脂組成物を７０℃、５時間の条件で硬化させて作製した試料について、セイコーインスツルメント製の固体熱弾性測定装置（ＤＭＳ熱分析装置）を用いて測定した。
［ガラス転移点］
樹脂組成物を７０℃、５時間の条件で硬化させて作製した試料について、セイコーインスツルメント製の熱機械的分析装置により熱膨張曲線を測定し、変位点の中点から求めた。
【００４５】
【表１】
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【００４６】
表１から明らかなように、実施例で形成された電気二重層キャパシタは、電気特性の変動が抑制されており、クリップ状板ばねの接触圧力が０．０１〜４．０ＭＰａであって、７０℃における曲げ弾性率が１ＧＰａ以下で、ガラス転移点が２０〜６０℃の樹脂を用いた実施例1〜６では、特に良好な結果が得られた。
【符号の説明】
【００４７】
１０…電気二重層キャパシタ、１１…キャパシタ本体、１２…ばね部材、１３…モールド樹脂部、２１…積層体、２２…電極端子、３３…成形型。
【図１】
2012015189.tif 000004
【図２】
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