(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚の概略矩形状のセパレータ間に、集電体の少なくとも一方の表面に分極性電極を積層した概略矩形状の積層体を収納するとともに、前記集電体辺部の少なくとも一部に端子形成用導電体を設け、該導電体を前記２枚のセパレータの端部を挟持するように前記端子形成用導電層を折り畳んで端子を形成してなる電気二重層コンデンサ用セルを複数具備することを特徴とする積層型電気二重層コンデンサ。
【請求項２】
前記２枚のセパレータが袋状体であることを特徴とする請求項１記載の積層型電気二重層コンデンサ。
【請求項３】
前記端子形成用導電体の折り畳み部同士を一部溶着したことを特徴とする請求項１または２記載の積層型電気二重層コンデンサ。
【請求項４】
前記電気二重層コンデンサ用セルにおける集電体と分極性電極との積層体を収納した部分の厚みが、前記セルの前記端子を形成した部の厚みと同じであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の積層型電気二重層コンデンサ。
【請求項５】
正極と負極をなす前記端子が形成された複数の正極および負極をなす前記電気二重層コンデンサ用セルを、前記正極と負極をなす端子間が接触しないように交互に積層するとともに、前記正極をなす端子同士および前記負極をなす端子同士をそれぞれ電気的に接続してなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の積層型電気二重層コンデンサ。
【請求項６】
複数の前記正極および負極をなす電気二重層コンデンサ用セルの前記端子およびセパレータを貫通する貫通孔を形成し、該貫通孔内に正極および負極をなす２つの導電性棒状体をそれぞれ貫通させて、前記電気二重層コンデンサ用セルを積層、固定してなることを特徴とする請求項５記載の積層型電気二重層コンデンサ。
【請求項７】
前記正極および負極をなす端子が、前記セル積層体の同じ側面部に設けられることを特徴とする請求項５または６記載の積層型電気二重層コンデンサ。
【請求項８】
前記負極をなす電気二重層コンデンサ用セル１枚を介在させて配設された前記正極をなす電気二重層コンデンサ用セルの端子同士を、前記負極をなす電気二重層コンデンサ用セルの前記２枚のセパレータ辺部に、該２枚のセパレータ辺部間を挟持するように形成された導体を介して電気的に接続してなることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか記載の積層型電気二重層コンデンサ。
【請求項９】
前記正極をなす端子と負極をなす端子とが、前記セル積層体の対向する側面に設けられることを特徴とする請求項５または６記載の積層型電気二重層コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分極性電極と集電体とセパレータとを積層して形成する電気二重層コンデンサに関する。
【０００２】
【従来技術】
最近、大電流の充放電が可能な電気二重層コンデンサが注目されている。電気二重層コンデンサは、電極と電解液との界面においてイオンの分極によりできる電気二重層を利用したコンデンサであり、従来のコンデンサに比較して大容量の静電容量を充電できるとともに、急速充放電が可能であり、その応用が期待されている。
【０００３】
かかる電気二重層コンデンサにおいては、概略矩形板状の集電体の両面に分極性電極を積層した積層体を正極または負極をなす一単位の電極対として、これを交互に積層するとともに、該電極対間をセパレータにて絶縁し、該積層体をガスケット等のハウジング内に収納するか、またはアルミラミネート等のフィルムによって封止した構成からなる積層型電気二重層コンデンサが知られている。
【０００４】
この積層型電気二重層コンデンサは、けん回型に電気二重層コンデンサに対して、角形状の電気二重層コンデンサを作製でき、電気二重層コンデンサ同士または他の部材との実装性が高く、かつ内部抵抗が低めることができることが知られている。
【０００５】
また、上記積層型電気二重層コンデンサは、それぞれ前記集電体辺部の一部に突出する端子を設けるとともに、正極をなす該端子同士、負極をなす該端子同士をそれぞれ電気的に接続し、さらにこれを取り出し電極に接続して電気二重層コンデンサの封止部材外部に突出させて外部回路と電気的に接続する方法が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかるセパレータ−分極性電極−集電体−分極性電極−セパレータを一単位とする電気二重層コンデンサ用セル（以下、単にセルと略す。）を複数層積層した積層型電気二重層コンデンサにおいては、製造時または使用時にセル内およびセル間が位置ずれを生じやすく、特にセル内の位置ずれによって各部材間の接触状態および接触面積が変化し、例えば、分極性電極間の位置ずれによって静電容量が低下したり、分極性電極と集電体との位置ずれによって電気二重層コンデンサの内部抵抗値が増大したり、場合によっては分極性電極とセパレータとが位置ずれして分極性電極同士が接触しショートしてしまう恐れがあった。
【０００７】
そこで、例えば、分極性電極と集電体との積層体を袋状体のセパレータ内に前記集電体に設けた端子部がセパレータから突出するように収納することにより、分極性電極同士が接触してショートすることを防止する方法が知られている。
【０００８】
しかしながら、かかる方法によっても集電体と分極性電極との積層体の位置ずれを防止することはできず、また、セパレータも固定されてはいないために場合によっては位置ずれして分極性電極間が接触し、ショートする恐れがあり、さらに端子部の厚みが薄く、かつ前記セパレータから突出して形成されるために、端子部の強度および保形性が低く、端子部または端子部と集電体との界面にクラック等が生じて内部抵抗値が増大し、場合によっては断線する恐れがあった。さらにまた、前記セルの集電体部と端子部との厚み差が大きく、積層時の位置ずれの一因となっていた。
【０００９】
また、特開平１０−７４６７２号公報では、集電体の一辺部に厚みの厚い端子形成用の金属板を設け、該板の不要部分を切除することによって集電体の厚みよりも厚い端子を作製し、該端子の厚みを前記集電体と分極性電極との積層体の厚みに近似させることによって、端子の強度および保形性を高めることができるとともに、セル積層時の位置ずれを低減できることが記載されている。
【００１０】
しかしながら、かかる方法においても、集電体、分極性電極、セパレータが接着されてはいないために各層間の位置ずれを防止することができず、また、前記端子はセパレータから突出した形状となるために、端子は機械的な衝撃を受けやすく、また、上述した端子形成用の金属板を加工する際、金属板に破損や変形が発生したり、集電体と端子との界面にクラックが生じる恐れがあり、内部抵抗値の低減効果は充分とはいえなかった。
【００１１】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、その目的は、電気二重層コンデンサ用セル内の集電体、セパレータ、分極性電極の位置ずれを防止でき、静電容量を高め、内部抵抗値を低減できるとともに、複数の前記セルを容易に積層できる生産性の高い積層型電気二重層コンデンサを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、前記課題に対し、特に電気二重層コンデンサ用セルの構造について検討した結果、２枚のセパレータ間に集電体と分極性電極とを収納し、かつ前記集電体の辺部に端子形成用導電体を設け、前記セパレータの辺部を挟持するように複数回前記端子形成用導電体を折り畳んで端子とすることによって、前記セル内の集電体−分極性電極−セパレータ間の位置ずれを低減し、また、端子がセパレータによって補強され、かつ厚い端子を形成できることから、端子の強度、保形性を高めることができる結果、高静電容量化と低内部抵抗値化とを同時に達成できるとともに、セル積層時のセルの部分的な厚み差による位置ずれを防止でき、生産性が向上することを知見した。
【００１３】
すなわち、本発明の電気二重層コンデンサは、２枚の概略矩形状のセパレータ間に、集電体の少なくとも一方の表面に分極性電極を積層した概略矩形状の積層体を収納するとともに、前記集電体辺部の少なくとも一部に、端子形成用導電体を設け、該導電体を前記２枚のセパレータの端部を挟持するように前記端子を形成してなる電気二重層コンデンサ用セルを複数具備することを特徴とするものである。
【００１４】
ここで、前記２枚のセパレータが袋状体であること、前記端子形成用導電体の折り畳み部同士を一部溶着したこと、前記電気二重層コンデンサ用セルにおける集電体と分極性電極との積層体を収納した部分の厚みが、前記セルの前記端子を形成した部分の厚みと同じであることが望ましい。
【００１５】
また、正極と負極をなす前記端子が形成された複数の正極および負極をなす前記電気二重層コンデンサ用セルを、前記正極と負極をなす端子間が接触しないように交互に積層するとともに、前記正極をなす端子同士および前記負極をなす端子同士をそれぞれ電気的に接続してなることが望ましい。
【００１６】
さらに、複数の前記正極および負極をなす電気二重層コンデンサ用セルの前記端子およびセパレータを貫通する貫通孔を形成し、該貫通孔内に正極および負極をなす２つの導電性棒状体をそれぞれ貫通させて、前記電気二重層コンデンサ用セルを積層、固定してなることがのぞましい。
【００１７】
また、前記正極および負極をなす端子が、前記セル積層体の同じ側面部に設けられてもよく、この場合には前記負極をなす電気二重層コンデンサ用セル１枚を介在させて配設された前記正極をなす電気二重層コンデンサ用セルの端子同士を、前記負極をなす電気二重層コンデンサ用セルの前記２枚のセパレータ辺部に、該２枚のセパレータ辺部間を挟持するように形成された導体を介して電気的に接続してなることが望ましい。
【００１８】
さらに、前記正極をなす端子と負極をなす端子とが、前記セル積層体の対向する側面に設けられてもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の電気二重層コンデンサを製造する方法の一例について、その一部である電気二重層コンデンサ用セル（以下、単にセルと略す。）の製造工程を示す図１の概略平面図および図２の概略断面図を基に説明する。
まず、概略矩形形状の端子形成用導電体（以下、単に導電体と略す。）１を一辺に設けた集電体２を準備し、その集電体２の両面に分極性電極３、３を積層する（工程（ａ）参照）。
【００２０】
分極性電極３は、望ましくは概略矩形形状で、例えば０．１〜３ｍｍ、特に０．１５〜１ｍｍ厚みの板状体からなり、活性炭を含有し、高い比表面積を有するものからなる。また、分極性電極３には後述する電解液が充填される。
【００２１】
一方、導電体１および集電体２は、１０〜５０μｍ厚みのアルミニウム、タンタル、チタン、、銀白金、金等の金属箔からなることが望ましく、中でも価格、抵抗値、加工性、耐久性の点でアルミニウムを主成分とする金属箔からなることが望ましい。
【００２２】
導電体１は、集電体２の一辺部に一体的に形成され、具体的には、例えば上記金属箔を導電体１と集電体２とを合わせた形状にカットして一体物として形成されるか、または導電体１と集電体２とを別体として形成した後これらの端部間を接合することによっても形成できる。
【００２３】
また、集電体２の導電体１を形成する位置は、図３に示すように、（Ａ）集電体２の１つの辺部全体に形成したもの、（Ｂ）集電体２の辺部の一部、特に該辺の長さに対して半分以下の幅に突出して形成したもの、（Ｃ）（Ａ）または（Ｂ）の構成に加えて、導電体１を集電体２の導電体１を形成した辺の頂部より外側にはみ出したはみ出し部１ａを形成したものが挙げられる。
【００２４】
なお、（Ａ）の構成によれば、容易に製造できるとともに後述する端子６の強度、保形性を高めることができ、（Ｂ）の構成において、後述する正極をなすセル１４ａと負極をなすセル１４ｂとを交互に積層する時に、隣接するセルの端子間が接触しないように形成することができる結果、正極をなす端子と負極をなす端子とを積層体の同じ側面に形成できる。また、（Ｃ）の構成によれば、前記はみ出し部を集電体表面側に折り返すことによって端子の厚みをさらに厚くでき、端子の強度を高めることができるとともに、セルの端子形成部の厚みをセルの集電体部の厚みに近似させてセルを安定して積層することができる。
【００２５】
次に、上記集電体２と分極性電極３、３との積層体を、導電体１の一部、具体的には、後述する導電体１の折り畳み部が突出するように２枚のセパレータ５、５内に収納する（工程（ｂ）参照）。この時、セパレータ５内に収納される導電体１の幅は、端子６の幅となるよう、すなわち端子６の高さ分だけ集電体２および分極性電極３の積層体の辺がセパレータ５の辺よりも内側になるように配設されることが望ましい。
【００２６】
セパレータ５として、具体的には、電解紙、ポリエチレン不織布、ポリプロピレン不織布、ポリエステル不織布、テフロン不織布、クラフト紙、マニラ麻シート、ガラス繊維シートなどが使用可能であるが、セパレータ５の厚みは０．０１〜０．１ｍｍ、特に０．０２〜０．０７ｍｍであることが望ましい。
【００２７】
ここで、セパレータ５、５は、少なくとも導電体１が突出する辺間が開口し、特に、２枚のセパレータ５、５の一辺間が接触固定されたものであることが分極性電極３の位置ずれを防止する上で望ましく、具体的には、１枚のセパレータ５形成用の層状体を中央部で折り畳んで２枚としたもの、２枚のセパレータ５、５の少なくとも一辺間を接着したもの、２枚のセパレータを袋状体としたもの等が挙げられる。
【００２８】
また、上記セパレータ５については、特に導電体１が突出する辺と対向する辺間が接触固定されたものであることが望ましい。なお、図１によれば、セパレータ５、５は、導電体１が突出した辺部間が開口しており、また、前記導電体１のはみ出し部１ａが開口して、それ以外のセパレータ５、５間が接触固定された袋体状となっており、かかる構成によれば、集電体２−分極性電極３−セパレータ５間の位置ずれをさらに防止できる。
【００２９】
次に、導電体１のセパレータ５から突出する部分を一方のセパレータ５を挟持するように折り畳んだ（工程（ｃ）参照）後、該折り畳み部を反対方向に折り畳んで他方のセパレータ５の辺部を挟持し、セパレータ５、５の辺部同士を挟持して重ね合わせ、固定するとともに、導電体１を２回以上折り曲げた少なくとも４層の導電体１からなる端子６を形成する（工程（ｄ）参照）。なお、上記折り畳み回数は３回以上であってもよく、端子６の厚みを制御できる。
【００３０】
この時、端子６の厚みを均一化するためには、導電体１の集電体２と接触する辺と対向する辺を集電体２および分極性電極３の積層体の導電体１を形成した辺と合わせるように折り畳むことが望ましく、また、導電体１の最後に折り畳む折り目が集電体２の導電体１形成辺部側に位置するセパレータ５の辺部に一致するように調整することが、セル１４の容積を小さくして後述する積層型電気二重層コンデンサ２０の小型化を図る点で望ましい。
【００３１】
ここで、上記折り畳み回数は３回以上であってもよく、また、所望により、導電体１の集電体２を形成した辺の頂部より外側にはみ出したはみ出し部１ａを折り畳んだ部分等の導電体１突出部７をセパレータ５表面に位置する導電体１の折り畳み部８表面に、これらの間を折り目として折り畳んでもよい。なお、図１によれば、上記３回目の折り畳みは１回目および２回目の折り畳み方向と直交する方向に折り畳まれる。
【００３２】
これによって、端子６の厚みを厚くでき、端子６の強度を高めて分極性電極３の位置ずれをさらに防止することができるとともに、セル１４の端子６形成部の厚みをセル１４における集電体２および分極性電極３の積層体部の厚みに、望ましくは同じとなるように近似させることによって、セルを安定して積層することができるとともに、セル１４の端子６に部分的な応力集中が発生することがなく、端子６、および端子６と集電体２との界面での内部抵抗の増大を防止することができる（工程（ｅ）参照）。
【００３３】
また、上記導電体１のはみ出し部７または３回以上折り畳む際の最後の折り畳みを行う前にセパレータ５辺部から突出する部分等の導電体１突出部７を超音波溶接やレーザー溶接等の公知の溶接方法を用いて溶接することによって一体化することにより、導電体１突出部７および端子６の強度および剛性を高めることができる。
【００３４】
さらに、所望により、端子６がセパレータ５辺部の一部、特に該辺の半分以下の幅、すなわち同じ側の辺部に端子を積層したセル１４の積層体において隣接するセル１４の端子６間が接触しないように形成されるものについては、前記セパレータ５の端子６を形成した辺部における端子６と接触しない領域、特にセパレータ５辺部の中心から線対称となる部分に、２枚のセパレータ５、５を挟持する導体１０を形成する。
【００３５】
導体１０は、アルミニウム、タンタル、チタン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、銀、白金、金の群から選ばれる少なくとも１種を含有する金属箔または金属板からなるクリップであることが望ましく、これによって集電体２と分極性電極３の位置ずれをさらに小さくできるとともに、同じ側面に正極および負極をなす端子６を形成したセル１４積層体において、セル１枚を介在させて隣接するセル１４、１４の端子６、６間を導体１０とそれぞれ接触させることによって、該端子６、６間を電気的に接続することができる。なお、セル１４の導体１０形成部の厚みは端子６形成部の厚みと同じであることが望ましい。
【００３６】
さらに、所望により、端子６とセパレータ５とを貫通する貫通孔１２、さらに導体１０とセパレータ５とを貫通する貫通孔１２を形成して電気二重層コンデンサ用セル（以下、単にセルと略す）１４を作製することができる（図１（ｆ）参照）。
【００３７】
そして、上記セル１４を隣接するセル１４間の端子６、６間が接触しないようにして複数層積層するとともに、一枚おきのセル１４の端子６、６間を電気的に接続した２組の端子群をそれぞれ正極用の端子群および負極用の端子群とし、これら端子群の一部にそれぞれリード１５をそれぞれ接続する。
【００３８】
さらに、上記セル１４の積層体をアルミラミネート等の封止材１６内にリード１５が外部に突出するように収納した後、セル１４の分極性電極３とセパレータ５内に電解液を注入し、リード１５を挟み込んだ状態でセル１４の積層体を封着することによって本発明の積層型電気二重層コンデンサ２０を作製することができる。
【００３９】
なお、電解液としては、硫酸や硝酸等の水溶液や、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、エチレンカーボネート、スルホラン、３−メチルスルホラン等の有機溶媒と４級アンモニウム塩、４級スルホニウム塩、４級ホスホニウム塩等の電解質を組み合わせた有機溶液が使用可能である。
【００４０】
また、上述したように端子６および導体１０に貫通孔１２、１２を形成したセル１４については、セル１４の貫通孔１２、１２をそれぞれ導電性棒状体１８に貫通させて積層した後、導電性棒状体１８の両端部を変形させるか、またはネジ止めしてセル１４をかしめることによってセル１４の積層体の位置ずれをさらに防止することができる。
【００４１】
さらに、集電体２の辺部全体に端子６を形成したセル１４を積層する際には、正極セル１４ａの端子６と負極セル１４ｂの端子６とが対向するように積層すればよく、また、上述した導電体突出部７を突出させた状態で積層するとともに、該導電体突出部７を隣接するセル１４の外周部を経由して次のセル１４の端子６と接触するように折り曲げることにより、端子６、６間を電気的に接続できる。
【００４２】
また、図１、２のセル１４は集電体２の両面に分極性電極３、３が積層されたものであったが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、セル１４の積層体の積層端部に位置するセルについては、集電体２の片面に分極性電極３が形成されたものであってもよい。
【００４３】
（電気二重層コンデンサの構成）
図４に、上述した方法によって得られる本発明の積層型電気二重層コンデンサの一例についての概略断面図を示す。
図４によれば、積層型電気二重層コンデンサ２０は、セル１４が複数枚積層された構成からなり、セル１４の積層体は封止材１６内に収納、封止されている。なお、セル１４は正極をなすセル（以下、単に正極セルと略す。）１４ａと負極をなすセル（以下、単に負極セルと略す。）１４ｂとが交互に積層されている。
【００４４】
また、セル１４は、概略矩形形状の分極性電極３、３が両面に積層された概略矩形形状の集電体２を２枚のセパレータ５内に収納しており、また、セパレータ５の一辺には、集電体２辺部と接続された導電体１を複数回以上折り畳んで少なくとも４層以上多層化された導電体１を具備するとともに、セパレータ５の辺２枚が介在する端子６が形成されている。
【００４５】
ここで、図４によれば、セパレータ５の端子６が形成された辺と対向する辺部においては、２枚のセパレータ５、５同士が接着または折り返しによって接触固定されており、望ましくは、セパレータ５、５の端子６が形成された辺部以外の辺部間が接触固定されている。
【００４６】
また、図４によれば、正極セル１４ａの端子６はセパレータ５の辺部のうちの一部のみに形成されており、隣接する負極セル１４ｂの端子（図示せず）とは接触しないように形成されている。さらに、図４によれば、負極セル１４ｂを１枚を介装して対峙する端子６、６間は、負極セル１４ｂのセパレータ５、５を挟持するように設けられた導体１０によって電気的に接続されている。
【００４７】
また、正極セル１４ａの端子６または導体１０の一部と接続するリード１５が、図４によれば、セル１４積層体のほぼ中央部にセル１４と平行して配設され、リード１５が封止材１６の外部に突出している。また、図示しないが、負極セル１４ｂについても同様にリード１５が形成されている。そして、封止材１６外部に突出した２つのリード１５を取り出し電極として外部回路の端子（図示せず）と接続することによって電気二重層コンデンサ２０を外部回路（図示せず）と接続することができる。
【００４８】
さらに、図４によれば、端子６および導体１０それぞれを貫通する貫通孔１２が形成され、貫通孔１２内にはリベットまたはボルト等の金属等からなる導電性棒状体１８が配設されている。これによって、セル１４積層時の位置決めが容易にでき、セル１４、１４間の位置ずれを防止することができるとともに、複数の端子６および導体１０間を確実に接続することができ、内部抵抗値を低減することができる。
【００４９】
なお、図示しないが、上述の導体１０、リード１５、貫通孔１２、導電性棒状体１８は負極セル側にも形成され、正極セルと同様に電気的に接続される。
【００５０】
また、図４のセル１４の積層体における積層端部に位置するセル１４については、セル１４積層体内部のセルと同じ構成からなるが、本発明はこれに限られるものではなく、前記端部のセル１４については、集電体２の片面に分極性電極３が形成され、前記端部のセル１４は前記積層端部側が集電体が直接セパレータに接触したものであってもよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上、詳述したとおり、本発明の積層型電気二重層コンデンサによれば、２枚のセパレータ間に集電体と分極性電極とを収納し、かつ前記集電体の辺部に、一部が前記セパレータの開口部より突出する端子形成用導電体を設け、前記セパレータの辺部を挟持するように複数回前記端子形成用導電体を折り畳んで端子を形成するとともに、前記端子によって２枚のセパレータの辺部同士を挟持して重ね合わせ、固定ができることから、前記セル内の集電体−分極性電極−セパレータ間の位置ずれを低減し、また、端子をセパレータの辺部に設け、かつ厚い端子を形成できることから、端子の強度、保形性を高めることができる高静電容量化と低内部抵抗値化とを同時に達成できるとともに、セル積層時のセルの部分的な厚み差による位置ずれを防止でき、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気二重層コンデンサを製造する方法の一例について、その一部工程を説明するための概略平面図である。
【図２】図１についての概略断面図である。
【図３】本発明の電気二重層コンデンサを製造する方法の一例について、導電体と集電体との形成例を説明するための模式図である。
【図４】本発明の電気二重層コンデンサの一例についての概略断面図である。
【符号の説明】
１      端子形成用導電体
１ａ    はみ出し部
２      集電体
３      分極性電極
５      セパレータ
６      端子
７      導電体突出部
８      折り曲げ部
１０    導体
１２    貫通孔
１４    電気二重層コンデンサ用セル
１５    リード
１６    封止材
１８    導電性棒状体
２０    積層型電気二重層コンデンサ
【図１】
0004382949.tif 000002
【図２】
0004382949.tif 000003
【図３】
0004382949.tif 000004
【図４】
0004382949.tif 000005