(57)【要約】【課題】各種電源のアシスト用等に使用される電気二重層キャパシタに関し、低抵抗化を図ることを目的とする。【解決手段】金属箔からなる集電体上に分極性電極層２ａ、３ａを形成した陽極電極２Ａ、２Ｂと陰極電極３Ａ、３Ｂをその間にセパレータ４を介在させて積層し、陽極電極２Ａ、２Ｂと陰極電極３Ａ、３Ｂが夫々対向する端面に露呈するように形成された素子１と、この素子１の対向する端面に露呈した各電極上に夫々形成された陽極集電電極５ならびに陰極集電電極６と、上記素子１に含浸された駆動用電解液とを少なくとも有した構成により、簡単な構成により作業性と寸法精度の向上を図って低コスト化を実現すると共に、低抵抗化と低背化が図れる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属箔からなる集電体上に分極性電極層を形成した陽極電極と陰極電極をその間にセパレータを介在させた状態で複数層積層し、陽極電極と陰極電極が夫々対向する端面に露呈するように形成された素子と、この素子の対向する端面に夫々露呈した各電極上に夫々形成された陽極集電電極ならびに陰極集電電極と、上記素子に含浸された駆動用電解液とを少なくとも有した電気二重層キャパシタ。
【請求項２】
陽極電極と陰極電極が夫々対向する端面に露呈するように形成された素子として、交互に折り返すことにより積層状に折り曲げられたセパレータと、両面に分極性電極層を形成して上記積層状に折り曲げられたセパレータの各層間に交互に配設されたシート状の陽極電極ならびに陰極電極からなる素子を用いた請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項３】
陽極電極と陰極電極が夫々対向する端面に露呈するように形成された素子として、片面に分極性電極層を形成した陽極電極と陰極電極をその間にセパレータを介在させて重ね合わせ、これらを交互に折り返すことにより積層状に折り曲げられた素子を用いた請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項４】
素子を構成するセパレータとして、多孔質フィルムからなるセパレータを用いた請求項１に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】
本発明は各種電子機器、電気機器、携帯機器等に使用される電気二重層キャパシタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタは、分極性電極と駆動用電解液との界面に形成される電気二重層に蓄積される電気エネルギーを利用するものであり、このような電気二重層キャパシタは、小型化が図れ、かつ、大容量の充電が可能なキャパシタとして、マイコン、メモリ、タイマーのバックアップ用、各種電源のアシスト用等に広く用いられているものである。
【０００３】
図４はこの種の従来の電気二重層キャパシタの構成を示した断面図であり、図４において、２１は両面に分極性電極２３が設けられた正極側の集電体、２５はポリエチレンの多孔質膜からなる袋状のセパレータであり、このセパレータ２５の中に上記集電体２１が挿入され、セパレータ２５の開口部は集電体２１の上方露出部の表面に熱溶着されている。
【０００４】
２２は両面に分極性電極２４が設けられた負極側の集電体、２６はポリエチレンの多孔質膜からなる袋状のセパレータであり、このセパレータ２６の中に上記集電体２２が挿入され、セパレータ２６の開口部は集電体２２の上方露出部の表面に熱溶着されており、上記集電体２１、２２を、セパレータ２５、２６から露出している部分が夫々上下逆方向となるようにして交互に積層することにより、積層体を形成しているものである。
【０００５】
２７は上記積層体の上方に突出した集電体２１の端部とスポット溶接により接続されたアルミニウム製の第１の導体、２８は同じく積層体の下方に突出した集電体２２の端部とスポット溶接により接続されたアルミニウム製の第２の導体である。
【０００６】
２９はポリプロピレン製の箱形の容器２９ａと蓋２９ｂからなる角形の外装部材であり、上記容器２９ａ内には上記積層体が駆動用電解液と共に収容されており、上記第１の導体２７と第２の導体２８が貫通する貫通孔を有する蓋２９ｂによって封止されているものである。
【０００７】
このように構成された従来の電気二重層キャパシタは、複数のセルを並列接続することによって大容量のキャパシタを構成することができるため、角形で体積効率に優れ、かつ、各接続部における電気抵抗も小さいものが実現できるというものであった。
【０００８】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開平７−９４３７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら上記従来の電気二重層キャパシタでは、体積効率に優れ、電気抵抗も小さいという特徴を有するものの、構造が複雑なために組み立て作業が難しく、高い寸法精度を実現することが困難であり、結果的に高いコストのものになってしまい、低価格化が実現できないという課題があった。
【００１０】
また、使用機器側からの要求により、更なる低抵抗化と低背化が求められているという課題もあった。
【００１１】
本発明はこのような従来の課題を解決し、簡単な構成により作業性と寸法精度の向上を図って低コスト化を実現すると共に、更なる低抵抗化と低背化を図ることが可能な電気二重層キャパシタを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明は、金属箔からなる集電体上に分極性電極層を形成した陽極電極と陰極電極をその間にセパレータを介在させた状態で複数層積層し、陽極電極と陰極電極が夫々対向する端面に露呈するように形成された素子と、この素子の対向する端面に夫々露呈した各電極上に夫々形成された陽極集電電極ならびに陰極集電電極と、上記素子に含浸された駆動用電解液とを少なくとも有した構成にしたものである。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように本発明による電気二重層キャパシタは、陽極電極と陰極電極をセパレータを介して複数層積層した素子の対向する端面に露呈した各電極上に陽極集電電極と陰極集電電極を夫々形成した構成により、簡単な構成により作業性と寸法精度の向上を図って低コスト化を実現すると共に、低抵抗化と低背化を図ることができるようになるという効果が得られるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１、２、４に記載の発明について説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施の形態１による電気二重層キャパシタの構成を示した断面図、図２は同電気二重層キャパシタを構成する素子の構成を示した斜視図であり、図１と図２において、１は素子を示し、この素子１はアルミニウム箔からなる集電体上に分極性電極層を形成した陽極電極２Ａと、同様に形成された陰極電極３Ａとを、その間に多孔質フィルム（本実施の形態においては耐熱性に優れたＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）フィルムを用いた）からなるセパレータ４を介在させて積層することにより、陽極電極２Ａと陰極電極３Ａが夫々対向する端面に露呈するように形成されたものである。
【００１６】
また、上記素子１の製造方法としては、まず長尺のセパレータ４を交互に折り返すことにより積層状（一般に、つづら折りとも呼ばれている）に折り曲げ、このセパレータ４の各層間に両面に分極性電極層２ａを形成したシート状の陽極電極２Ａと、同じく両面に分極性電極層３ａを形成したシート状の陰極電極３Ａを交互に配設すると共に、片面に分極性電極層２ａを形成した陽極電極２Ｂと、同じく片面に分極性電極層３ａを形成した陰極電極３Ｂを上記セパレータ４の最上段と最下段に上記分極性電極層２ａ、３ａが夫々セパレータ４と当接するようにして配設することにより作製されるものであり、このように構成される素子１は簡単な構成によって作業性が向上するばかりでなく、折り曲げられたセパレータ４の各層間に陽極電極２Ａと陰極電極３Ａを交互に挿入するだけで高い寸法精度を確保することができるようになるものである。
【００１７】
また、上記陽極電極２Ａ、２Ｂと陰極電極３Ａ、３Ｂに夫々形成された分極性電極層２ａ、３ａは、活性炭粉末とカーボンブラックとバインダとを混練したものにより構成され、上記活性炭粉末としては、木粉系、ヤシガラ系、フェノール樹脂系、石油コークス系、石炭コークス系、ピッチ系の原料を賦活したものが用いられる。また、バインダとしては、ポリテトラフルオロエチレン、カルボキシメチルセルロースの水溶性バインダを混合したものが用いられるものである。
【００１８】
なお、このように構成された素子１は、上下方向（積層方向）にプレス加工されることによって極めて薄い厚みに加工されるものであるが、本実施の形態においては、構成を分かり易くして説明するために、プレス加工なしの状態のままで図示している。
【００１９】
５と６は上記素子１の対向する端面に夫々露呈した陽極電極２Ａ、２Ｂと陰極電極３Ａ、３Ｂ上に形成された陽極集電電極と陰極集電電極であり、この陽極集電電極５ならびに陰極集電電極６は、コールドスプレーと呼ばれる高速粒子衝突を利用した重厚皮膜成形により形成された非弁作用金属層からなるものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、導電性銀ペースト等の導電性材料を塗布することにより形成しても良いものである。
【００２０】
なお、このような陽極集電電極５、陰極集電電極６を形成する際に、上記セパレータ４の材料として多孔質フィルムを用いることにより、この多孔質フィルムからなるセパレータ４の折り曲げ部分は目詰まりを起こしたような状態になり、電極を形成するための材料がセパレータ４を透過して素子１の内部にまで侵入してしまうことを阻止することができるようになるため、短絡を防止して精度の良い電極形成を行うことができるものである。
【００２１】
更に、素子１の対向する端面に露呈した陽極電極２Ａ、２Ｂと陰極電極３Ａ、３Ｂを夫々一体に接続するように陽極集電電極５、陰極集電電極６を形成した構成により、抵抗を大きく低減することができると共に、低背化も実現できるものである。
【００２２】
また、上記コールドスプレーは、例えば、財団法人  機械システム振興協会が平成１７年３月に発行した、システム技術開発調査研究１６−Ｒ−１７「高速粒子衝突を利用した革新部材創製に関する調査研究報告書−要旨−」の、３．調査研究成果の要約、第１章  高速粒子衝突技術、（３）高速粒子衝突を利用した重厚皮膜成形、直接造形技術の欄に紹介されている技術であり、金属粒子を超音速で加速して基材に衝突させることにより、金属粒子が衝突時の塑性変形のエネルギーで溶融し、これにより金属粒子を基材に付着させるようにするものであり、強固な付着強度が得られるものである。
【００２３】
また、上記コールドスプレーは、陽極電極２Ａ、２Ｂと陰極電極３Ａ、３Ｂを構成する材料であるアルミニウムと腐食電位が近い材料である亜鉛や真鍮を用いるのが好ましいことから、本実施の形態においては亜鉛を用いた構成にしたものであり、亜鉛の粒子が陽極電極２Ａ、２Ｂと陰極電極３Ａ、３Ｂの一部に喰い込んだ状態になっているものである。
【００２４】
また、上記コールドスプレーは、陽極電極２Ａ、２Ｂと陰極電極３Ａ、３Ｂが弁作用金属であるアルミニウムにより構成されているため、このアルミニウムと金属間結合するものでないとアルミニウムの表面に誘電体酸化皮膜層が形成されて絶縁化してしまうので、これを防止するためには非弁作用金属を用い、この非弁作用金属に置換することが必要なものであり、上記亜鉛に限定されるものではない。
【００２５】
７と８は上記陽極集電電極５と陰極集電電極６に夫々接合された陽極端子と陰極端子であり、この陽極端子７と陰極端子８は夫々アルミニウム板等の導電性材料によって形成されているものである。
【００２６】
９は上記素子１に図示しない駆動用電解液を含浸し、上記陽極端子７と陰極端子８の一部となる接続部７ａ、８ａが表出した状態で上記素子１を被覆した絶縁性の封止部材であり、この封止部材９としては、耐熱性に優れたエポキシフィルムやエポキシ樹脂等が使用できるものであり、封止性と耐熱性を満足できるものであれば上記材料に限定されるものではない。
【００２７】
また、上記駆動用電解液としては、溶媒として、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、エチレンカーボネート、スルホラン、アセトニトリル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートまたはメチルエチルカーボネートのいずれか１種もしくは２種以上の混合物を使用することができる。電解質カチオンとしては、第四級アンモニウム、第四級ホスホニウム、イミダゾリウム塩が使用でき、電解質アニオンとしては、ＢＦ4-、ＰＦ6-、ＣｌＯ4-、ＣＦ3ＳＯ3-またはＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2-を使用することができるものである。
【００２８】
このように構成された本実施の形態による電気二重層キャパシタは、陽極電極２Ａ、２Ｂと陰極電極３Ａ、３Ｂをセパレータ４を介して積層した素子１の対向する端面に露呈した各電極上に陽極集電電極５と陰極集電電極６を夫々形成し、これを封止部材９で被覆した構成により、簡単な構成により作業性と寸法精度の向上を図って低コスト化を実現すると共に、低抵抗化と低背化を図ることができるようになるという格別の効果を奏するものである。
【００２９】
なお、本実施の形態においては、上記素子１の対向する端面に露呈した各電極上に形成した陽極集電電極５と陰極集電電極６に陽極端子７と陰極端子８を夫々接合し、この陽極端子７と陰極端子８の一部となる接続部７ａ、８ａを封止部材９から引き出すようにした例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、陽極端子７と陰極端子８を用いずに、陽極集電電極５と陰極集電電極６の一部を封止部材９から引き出すようにしても構わないものであり、このような構成にしても同様の効果が得られるものである。
【００３０】
（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項３に記載の発明について説明する。
【００３１】
本実施の形態は、上記実施の形態１で図１、図２を用いて説明した電気二重層キャパシタの素子の構成が一部異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて詳細に説明する。
【００３２】
図３は本発明の実施の形態２による電気二重層キャパシタを構成する素子の構成を示した断面図であり、図３において、１０は素子を示し、この素子１０はアルミニウム箔からなる集電体の片面に分極性電極層１１ａを形成した長尺の陽極電極１１と、同じくアルミニウム箔からなる集電体の片面に分極性電極層１２ａを形成した長尺の陰極電極１２とを、その間に長尺のセパレータ１３を介在させて重ね合わせ、これらを交互に折り返すことによって積層状に折り曲げ、陽極電極１１と陰極電極１２が夫々対向する端面に露呈するように構成されたものである。
【００３３】
このように構成された本実施の形態による素子１０は、上記実施の形態１による素子１と同様に、簡単な構成によって作業性が向上するばかりでなく、高い寸法精度を確保することができるようになるという格別の効果を奏するものである。
【００３４】
なお、このように構成された素子１０は、上下方向（積層方向）にプレス加工されることによって極めて薄い厚みに加工されるものであるが、本実施の形態においては、構成を分かり易くして説明するために、プレス加工なしの状態のままで図示している。
【００３５】
また、図示はしないが、上記素子１０には駆動用電解液が含浸され、素子１０の対向する端面に露呈した陽極電極１１と陰極電極１２上には陽極集電電極と陰極集電電極が夫々形成され、この陽極集電電極と陰極集電電極には陽極端子と陰極端子が夫々接合され、この陽極端子と陰極端子の一部が表出した状態で素子１０を絶縁性の封止部材で被覆して電気二重層キャパシタを構成するのは上記実施の形態１と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明による電気二重層キャパシタは、簡単な構成により作業性と寸法精度の向上を図って低コスト化を実現すると共に、低抵抗化を図ることができるという効果を有し、各種電源のアシスト用分野等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態１による電気二重層キャパシタの構成を示した断面図
【図２】同電気二重層キャパシタを構成する素子の構成を示した斜視図
【図３】本発明の実施の形態２による電気二重層キャパシタを構成する素子の構成を示した断面図
【図４】従来の電気二重層キャパシタの構成を示した断面図
【符号の説明】
【００３８】
１、１０  素子
２Ａ、２Ｂ、１１  陽極電極
２ａ、３ａ、１１ａ、１２ａ  分極性電極層
３Ａ、３Ｂ、１２  陰極電極
４、１３  セパレータ
５  陽極集電電極
６  陰極集電電極
７  陽極端子
８  陰極端子
７ａ、８ａ  接続部
９  封止部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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