(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両面に活性層を有する中間電極とゲル状電解質との積層体を備えるゲル状電解質型積層電気二重層キャパシタにおいて、
前記積層体の積層方向両外側に配置される集電板と、これら集電板のさらに外側に配置される柔軟性シートと、これら柔軟性シートのさらに外側に配置されて互いにボルトで締め付けられ、前記柔軟性シートを介して前記集電板及び積層体を押さえつける締め付け板を具備し、
前記柔軟性シートが、前記締め付け板と前記集電板との間に隙間を形成するように前記集電板より小さく形成された
ことを特徴とするゲル状電解質型積層電気二重層キャパシタ。
【請求項２】
前記集電板の一端部が外側に延長され、リード端子になっていることを特徴とする請求項１に記載のゲル状電解質型積層電気二重層キャパシタ。
【請求項３】
前記柔軟性シートの厚さが１ｍｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のゲル状電解質型積層電気二重層キャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はゲル状電解質を用いた積層電気二重層キャパシタ、特にその膨張収縮を吸収する構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在パーソナルコンピュータやオフイスコンピュータ等の機器のバックアップ電源に用いられているキャパシタは、更なる大容量化、長寿命化が求められている。電気二重層キャパシタは分極性電極に、電解質中のアニオン、カチオンを正極、負極表面に物理吸着させて電気を蓄えることを原理としたものである。
【０００３】
現在の電気二重層キャパシタ（以降これを「キャパシタ」と呼ぶ）の単セル構造は、図２に示すように、平板状の活性炭電極１３と集電極１４を用意し、四フッ化ホウ素(BF4) 系ゲル状電解質８を挟んだ「積層型」のものである。活性炭電極１３には例えば活性炭素繊維が用いられ、集電極１４には例えばアルミニウム板が用いられる。
【０００４】
活性炭電極１３と集電極１４の外周部四辺には、内部のゲル状電解質８が漏れ出さないように、シールを行うための樹脂枠１５が接着剤によって取り付けられている。この樹脂枠１５は同時に、積層間での絶縁も兼ねている。
【０００５】
キャパシタの組立を行う際には、必要な耐電圧分のセルを積み重ね（単セル耐電圧２．５Ｖ程度）、最後に外周部分の樹脂枠１５を溶かし、更にホットメルトフィルム（図示省略）を用いて最外周部分四辺に樹脂板を熱融着させて密閉構造を保っている。
【０００６】
積層キャパシタは金属電極端面の集電極１４にリード線（図示省略）を取り付ければ直列接続となり、「単セル耐電圧」×「積層数」だけの耐電圧を持つことになる。この積層キャパシタは、一般的な巻き取り方式を用いた同一容量のキャパシタと比較して、ケーブル等を必要とせず、耐電圧を高く設計できるため、設置面積を小さくすることができる。
【０００７】
従来の積層キャパシタの概略構造を図３に示す。
【０００８】
図３に示す積層キャパシタ構造は、金属板５の両面に活性層６を導電性接着剤で接着して中間電極７とし、この中間電極７とゲル状電解質８を交互に重ね電解液を活性層６に含浸させ積層している。中間電極７間は、水分の侵入を防ぐよう密閉構造を保たせるために、ゴム等のパッキン９を挟み積層体の上下からエンドプレート１６とボルト１０、絶縁カラー１１によってシールされている。
【０００９】
上記エンドプレート１６は裏面に活性層６が接着されており、締め付け板と集電極板の機能を兼ねている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の積層キャパシタ構造は、各セル間が完全な密閉構造となっているために、温度が上昇すると、内部のゲル状電解質８及び電解液が膨張して内圧が上昇し、エンドプレート１６を変形させる。この圧力が一定値を越えると、パッキン９の締め付け力による摩擦力を越え、パッキン９が外れることがある。
【００１１】
また、内圧によりエンドプレート１６に永久ひずみが残るほどの変形を起こすと、温度が下がって内部セルが収縮したときにも変形が戻らず、セル間を押さえ付けることができなくなる。よって、接触抵抗が増大するため、内部抵抗が大きくなる原因となる。
【００１２】
本発明は上記従来技術の問題点を解消することができる積層型キャパシタを提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、両面に活性層を有する中間電極とゲル状電解質との積層体を備えるゲル状電解質型積層電気二重層キャパシタにおいて、前記積層体の積層方向両外側に配置される集電板と、これら集電板のさらに外側に配置される柔軟性シートと、これら柔軟性シートのさらに外側に配置されて互いにボルトで締め付けられ、前記柔軟性シートを介して前記集電板及び積層体を押さえつける締め付け板を具備し、前記柔軟性シートが、前記締め付け板と前記集電板との間に隙間を形成するように、前記集電板より小さく形成されたことを特徴とするゲル状電解質型積層電気二重層キャパシタである。
【００１４】
また、請求項２に係る発明は、前記集電板の一端部が外側に延長され、リード端子になっていることを特徴とするゲル状電解質型積層電気二重層キャパシタである。また、請求項３に係る発明は、前記柔軟性シートの厚さが１ｍｍであることを特徴とするゲル状電解質型積層電気二重層キャパシタである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態例を説明する。
【００１６】
図１に本発明の実施形態例に係る積層キャパシタを示す。図１に示す積層キャパシタは、従来の上下のエンドプレート（図３の符号１６参照）が兼ねていた締め付け板と集電極板の機能を分割し、積層体の上下それぞれに、締め付け板１と集電板２を独立に備える。本例では、締め付け板１の厚さは２ｍｍ、集電板２の厚さは締め付け板１より薄く１ｍｍとした。
【００１７】
各集電板２からリード端子２ａが取り出される。本例では、各集電板２の一端部を積層方向に対し直角方向に外側に延長してリード端子２ａとしている。集電板２は導電性を有するが、締め付け板１は導電性でも絶縁性でもよい。
【００１８】
締め付け板１と集電板２の間には、ゴムシート、シリコンゴムシート等、柔軟性の高いシート（以降これを「柔軟性シート」と呼ぶ）３を備える。本例では、柔軟性シート３は約１ｍｍ厚のものとし、締め付け板１、集電板２の略中央に配置してある。
【００１９】
柔軟性シート３の形状は集電板２よりも小さく、集電板２が柔軟性シート３の外周からはみ出るようにしてある。本例では、集電板２を矩形、柔軟性シート３を円形として、締め付け板１を集電板２より大きくしてある。
【００２０】
中間セル４の構造については、金属板５の両面に活性層６を導電性接着剤で接着して中間電極７とし、この中間電極７とゲル状電解質８を交互に必要数重ねて電解液を活性層６に含浸させ積層している。金属板５は薄く、例えばアルミニウム箔である。活性層６は例えば活性炭繊維である。ゲル状電解質８は例えば四フッ化ホウ素(BF4) 系のものである。
【００２１】
上述の締め付け板１と集電板２の間に柔軟性シート３を挟み、また、中間電極７間及び集電板２と外側の中間電極との間にゴム等のパッキン９を挟んだ状態で、上下の締め付け板１の外周四辺部分でボルト１０、絶縁カラー１１によって上下から押さえつけることにより、柔軟性シート３を介して集電板２と中間セル４を押さえつけシールしている。
【００２２】
即ち、２枚の集電板２は中間セル４の積層方向両外側に配置され、これら集電板２のさらに外側に２枚の柔軟性シート３が配置され、これら柔軟性シート３のさらに外側に２枚の締め付け板１が配置され、締め付け板１どうしがボルト１０で締め付けられている。各締め付け板１は外周４辺部分で集電板２側に撓み、集電板２及び柔軟性シート３に密着している。
【００２３】
このように、締め付け板１と集電板２を分離して間に柔軟性シート３を入れることにより、締め付け板１と集電板２の間には締め付けたときにも隙間１２ができる。従って、温度上昇でセル内部が膨張すると集電板２は締め付け板１との間の隙間１２で外側に変形を起こすことができ、内圧上昇を緩和することができる。
【００２４】
また、集電板２の変形は、柔軟性シート３を介して締め付け板１に力を伝えることになる。よって、締め付け板１に及ぼす力は緩和され、その変形は非常に小さくなる。従って、パッキン９が外れることがない。今回締め付け板１の表面に発生したひずみ値を測定したところ、図３に示した従来構造のものと比較して１／５以下に減少することを確認した。
【００２５】
更に、集電板２は常に柔軟性シート３で押さえ付けられている構造なので、低温下で中間セル４内部が収縮しても、それに追従して中間セル４との密着を保ち続けることができる。よって、低温下でも接触抵抗の増大による内部抵抗の悪化を防止することができる。
【００２６】
ここで、締め付け板１、集電板２及び柔軟性シート３の関係について考察する。
(i) 締め付け板１と集電板２については、締め付け板１の曲げ剛性を集電板２の剛性以上にすると良い。締め付け板１の曲げ剛性が集電板２の剛性より小さい場合は、低温時に内部セルが収縮したときに柔軟性シート３の反力が締め付け板１の方に作用しユニットを膨らます方向に変形を起こし集電板２を内部セルに密着させようとする力にならないが、締め付け板１の曲げ剛性が集電板２の剛性以上の場合は、締め付け板１が集電板２を中間セル４に密着させる。このような剛性差は、締め付け板１と集電板２の材質、厚み、あるいは、両方の組合せの選定により得られる。
(ii)上記の例では、締め付け板１と集電板２として同一材料の導電性板、例えばアルミニウム板を用い、厚みに２倍の差（締め付け板１は２ｍｍ厚、集電板２は１ｍｍ厚）を持たせて、剛性については２の３乗＝８倍の剛性差を持たせた。剛性差が大きくなれば密着効果も大きくなるが、重量の増加につながるので、厚さで２倍程度の剛性差が効果的である。なお、各締め付け板１が導電性部材であって、隣接の集電板２と密着しても、絶縁カラー１１を介して上下の締め付け板１がボルト１０で締め付けられるので、上下の集電板２間の絶縁は確保される。締め付け板１が絶縁部材であったり、ボルト１０が絶縁部材であれば、絶縁カラー１１を省略できる。
(iii) 集電板２と柔軟性シート３については、上述のように締め付け板１と集電板２が厚さで２倍程度の剛性差がある場合、集電板２の寸法が□２２０ｍｍに対して柔軟性シート３の寸法を大きくしてゆき内部抵抗を測定する試験を行ったところ、φ１４０ｍｍ程度（面積比で約０．３２）までは内部抵抗が次第に低下したが、柔軟性シート３をφ１４０ｍｍ以上と大きくしても、内部抵抗は小さくならなかった。従って、この大きさの関係までは内部抵抗低減に効果があるが、これ以上柔軟性シート３を大きくしても余計な材料費がかかることになる。このとき、厚さに関して、１ｍｍ厚と２ｍｍ厚の２種類の柔軟性シート３を用いて試験を行ったところ、内部抵抗に殆ど影響はなかった。但し、締め付け板１と集電板２の剛性差を上記より更に増せば、柔軟性シート３が厚いほど内部抵抗低減の大きな効果が得られる。
(iv)要するに、締め付け板１の曲げ剛性と集電板２の剛性の関係は、低温時に内部セルが収縮したときに柔軟性シート３の反力が作用しても締め付け板１がユニットを膨らます方向には変形を起さないような関係に設定し、集電板２と柔軟性シート３の寸法の関係は、内部抵抗低減の効果が効率的に得られるような関係に設定すると良い。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、下記の効果がある。
(1) 締め付け板と集電板とを分離して両者間に柔軟性シートを挟むことにより、集電板の変形にある程度の自由度ができ、高温時にキャパシタセル内部が膨張した場合、この集電板が外側に変形を起こして内圧が急激に上昇するのを防止することができる。
(2) 高温時にキャパシタセル内部の膨張で集電板が外側に変形したとき、その量は柔軟性シートを介して締め付け板に加わるため、締め付け板に及ぼす力が緩和され、永久ひずみが残ることを防止することができる。
(3) 内部のキャパシタセルが低温時に収縮を起こした場合、集電板と締め付け板の間に挟まれている柔軟性シートの反発力によって集電板と内部のセルキャパシタとの密着が保たれるので、接触抵抗の増大を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例に係る積層キャパシタの構造を示す図。
【図２】従来の積層型キャパシタの構造を示す図。
【図３】ゲル状電解質を用いた電気二重層キャパシタの単セル構造例を示す図。
【符号の説明】
１  締め付け板
２  集電板
２ａ  リード端子
３  柔軟性シート
４  中間セル
５  金属板
６  活性層
７  中間電極
８  ゲル状電解質
９  パッキン
１０  ボルト
１１  絶縁カラー
１２  隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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