(57)【要約】【課題】  複数個の電気二重層キャパシタセルを収納ケース内に配置してなる電気二重層キャパシタモジュールにおいて、充放電の繰返しによる静電容量、内部抵抗等の性能低下を大幅に改善できる電気二重層キャパシタモジュールを提供する。【解決手段】  複数個の電気二重層キャパシタセルを、所定の間隔で固定されて設けられた仕切りを有する収納ケースに、各々の仕切りの間隙に１個ずつとなるように配置してなる電気二重層キャパシタモジュールとする。【選択図】  図１
2009289766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体及び分極性電極からなる電極シートと、セパレータが交互に積層され、電解液が含浸された構成を有する複数個の電気二重層キャパシタセルが、所定の間隔で固定されて設けられた仕切りを有する収納ケースに、各々の仕切りの間隙に１個ずつとなるように配置されてなることを特徴とする電気二重層キャパシタモジュール。
【請求項２】
分極性電極が、充電により膨張する活性炭を含む構成である請求項１に記載の電気二重層キャパシタモジュール。
【請求項３】
仕切りが金属からなるものである請求項１に記載の電気二重層キャパシタモジュール。
【請求項４】
仕切りが放熱手段を有するものである請求項１に記載の電気二重層キャパシタモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活性炭等の分極性電極と電解液の界面である電気二重層に電気を蓄積する電気二重層キャパシタセルを、収納ケース内に複数個配置してなる電気二重層キャパシタモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、活性炭等の分極性電極と電解液の界面である電気二重層に電気を蓄積する電気二重層キャパシタが蓄電媒体として実用化され始めている。電気二重層キャパシタの一般的な構成としては、金属箔等の集電体及び活性炭等の分極性電極からなる電極シートと、セパレータが交互に積層され、電解液が含浸された構成を有する電気二重層キャパシタが形成され、さらに電気二重層キャパシタが容器に密封されて電気二重層キャパシタセルとされる。
【０００３】
また、電気二重層キャパシタセルの製造は、電極シートとセパレータの積層体を、角型の電気二重層キャパシタにおいてはサンドウィッチ状に、円筒型の電気二重層キャパシタにおいてはロール状に形成し、集電体（正極体及び負極体）のリード部を各々の端子に接続し、積層体を容器に収納した後、容器の開口部から電解液を注入して積層体に電解液を含浸し、電極端子の先端を外部に露出した状態で容器を密封する方法が多く実施されている。
【０００４】
角型の電気二重層キャパシタにおいては、通常は収納ケース内に積層体面が向い合うように電気二重層キャパシタセルが複数個配置され、電気二重層キャパシタモジュールとして使用される。電気二重層キャパシタは、外部からの加圧がない場合、充電の際には積層体（分極性電極に含まれる活性炭）が膨張し、放電の際には積層体（分極性電極に含まれる活性炭）が収縮して、この繰返しにより静電容量、内部抵抗等の性能低下を招くことが知られており、例えば積層体面に向かって加圧する機能が付与されている電気二重層キャパシタモジュールが開発されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２８９４８５号公報
【特許文献２】特開２００３−１２４０７５号公報
【特許文献３】特開２００３−１３３１９０号公報
【特許文献４】特開２００３−２７２９６７号公報
【特許文献５】特開２００４−２９６９５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、積層体面に向かって加圧する機能が付与された電気二重層キャパシタモジュールであっても、充放電の繰返しによる静電容量、内部抵抗等の性能低下は大幅に改善することができなかった。
従って、本発明が解決しようとする課題は、複数個の電気二重層キャパシタセルを収納ケース内に配置してなる電気二重層キャパシタモジュールにおいて、充放電の繰返しによる性能低下を大幅に改善できる電気二重層キャパシタモジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、前記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、直列に配置された複数個の電気二重層キャパシタセルの両端部から加圧する方法は、各々の電気二重層キャパシタセルに対して同等に加圧し難しく、例えば中央部と端部の電気二重層キャパシタセルでは、使用しているうちに静電容量、内部抵抗等の性能に大幅な違いが生じること、及び、電気二重層キャパシタセルを積層体面に向かって加圧するよりも、仕切りを設けて一定のセル（積層体）幅を維持させた方が、充放電の繰返しによる性能低下を安定して大幅に抑制できること、さらに前記仕切り（好ましくは熱伝導性がよい仕切りあるいは放熱手段を有する仕切り）により、急速な充放電の際に生じる電気二重層キャパシタセルの熱を容易に逃がすことが可能となり、熱による性能低下を抑制できること等を見出し、本発明の電気二重層キャパシタモジュールに到達した。
【０００８】
すなわち本発明は、集電体及び分極性電極からなる電極シートと、セパレータが交互に積層され、電解液が含浸された構成を有する複数個の電気二重層キャパシタセルが、所定の間隔で固定されて設けられた仕切りを有する収納ケースに、各々の仕切りの間隙に１個ずつとなるように配置されてなることを特徴とする電気二重層キャパシタモジュールである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電気二重層キャパシタモジュールは、複数個の電気二重層キャパシタセルを、仕切りにより１個ずつ一定のセル（積層体）幅となるように固定しているので、従来から使用されているような電気二重層キャパシタモジュールにおける電気二重層キャパシタセルにかかる加圧のバラツキが小さく、充放電の繰返しによる静電容量、内部抵抗等の性能低下を大幅に改善することが可能である。さらに、充放電の際に生じる電気二重層キャパシタセルの熱を仕切りにより容易に逃がすことができるので、電気二重層キャパシタセルの温度上昇による性能低下を抑制することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、集電体及び分極性電極からなる電極シートと、セパレータが交互に積層され、電解液が含浸された構成を有する複数個の電気二重層キャパシタセルを、収納ケース内に複数個配置してなる電気二重層キャパシタモジュールに適用される。特に、集電体の構成成分として充電により膨張（膨張率１０％以上）する活性炭を含む電気二重層キャパシタセル、あるいは急速な充放電を行なう電気二重層キャパシタセルを収納する場合に優れた効果を発揮する。
【００１１】
以下、本発明の電気二重層キャパシタモジュールを、図１〜図５に基づいて詳細に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。尚、図１は本発明の電気二重層キャパシタモジュールの一例を示す構成図、図２は本発明の電気二重層キャパシタモジュールに使用する収納ケースの一例を示す斜視図、図３は図２の収納ケースに使用する各構成部品の例を示す斜視図、図４は本発明における仕切りの一例を示す斜視図、図５は本発明における電気二重層キャパシタセルの積層体の一例を示す斜視図である。
【００１２】
本発明の電気二重層キャパシタモジュール（電気二重層キャパシタの組セル）は、図１に示すように、複数個の電気二重層キャパシタセル１が、所定の間隔で固定されて設けられた仕切り２を有する収納ケース３に、各々の仕切りの間隙に１個ずつとなるように配置されてなる電気二重層キャパシタモジュールである。
本発明において使用される収納ケース３としては、例えば図３に示すような仕切り２、ボルト４、スペーサー５等の各構成部品を用いて、図２に示すように組み立てたものが使用できる。尚、端部は、適宜厚みのあるスペーサーを用いることができる。
【００１３】
これらの各構成部品の材質については、電気二重層キャパシタセルを比較的に高い圧力で押さえられる強度があれば特に制限されることはなく、ステンレス等の金属材料、セラミック、プラスチック等を用いることができるが、スペーサーについては、充放電の際に生じる電気二重層キャパシタセルの熱を容易に逃がすことができる点で金属材料を用いることが好ましい。さらに、熱を効率よく逃がすために、仕切りが放熱手段（例えば図４に示すような空洞部６）を有するものを使用することができる。尚、このような放熱手段を設ける場合は、積層体と向い合う面に空隙あるいは凹凸を設けないようにされる。また、その他の放熱手段としては、仕切りとスペーサーの材質を金属材料とするとともに、端部のスペーサーを冷却するための手段（水冷、空冷等）を該スペーサーの外側に設けることもできる。放熱手段は、特にスペーサーが金属以外の場合に有効である。尚、仕切り２の大きさは、縦、横とも、積層体の１．０５〜３倍程度である。また、仕切り２の厚みは、使用される材料の機械的強度によって適宜設定され、特に制限されることはない。
【００１４】
仕切り同士の間隙は、所定の厚みのスペーサーによって設定される。尚、電気二重層キャパシタセルの収納ケース内への配置は、仕切りとスペーサーを固定する前に行なってもよく、仕切りとスペーサーを固定した後に行なってもよい。また、図２に示す収納ケースは、電気二重層キャパシタセルが３個配置できる構成であるが、本発明においてはこれに限定されることなく、例えば２〜１００個程度の電気二重層キャパシタセルを配置できる収納ケースとしてもよい。
【００１５】
本発明の電気二重層キャパシタモジュールに使用される電気二重層キャパシタセルとしては、集電体及び分極性電極からなる電極シートと、セパレータが交互に積層され、電解液が含浸された構成を有し、このような構成が偏平状の容器に収納されてなるものであれば特に制限されることはなく、例えば以下のように製造される。
【００１６】
積層体は、通常は、活性炭、カーボンブラック等を含む混合物からなる分極性電極にアルミ箔を貼り合わせた正極体と、同様に分極性電極にアルミ箔を貼り合わせた負極体を、紙、パルプ、またはプラスチック等からなるセパレータを介して交互に積層させたものであり、図５に示すように、正極体のリード部８及び負極体のリード部９が、各々電極端子に接続できるように、一辺が５０〜２００ｍｍの程度の正方形または長方形の積層体となるように、合計１０〜１００枚程積層させたものである。このような積層体７は、通常は正極体のリード部８と正極端子１０の接着、負極体のリード部９と負極端子１１の接着が行なわれる。
【００１７】
また、前記のような積層体を収納するための容器の構成材料は、通常はアルミ箔等の金属箔の表面を、熱溶融性のプラスチックフィルムで被覆したものである。積層体を収納する際は、予め正方形または長方形の金属箔の表面に熱溶融性のプラスチックフィルムが被覆されたシートを、２枚重ね合わせ、積層体を収納するための開口部を除いた周辺部を加熱加圧接着して袋状にされる。これらの積層体及び容器は、水分等を極低濃度まで除去するために、乾燥または減圧乾燥され、その後、電極端子が容器の開口部側となるように積層体が容器に収納される。
【００１８】
次に、容器の開口部から電解液が注入され、続いて容器内が減圧され、積層体の減圧処理が行なわれる。この減圧処理により、活性炭等の分極性電極に吸着されているガスが除去されるとともに、積層体に電解液を効率よく含浸することができる。また、必要に応じて、電解液の注入から容器の密封までの間に、分極性電極に含まれる水分や官能基を電気分解し除去するために、電極端子に通電して電解精製を行なうこともできる。積層体の減圧処理後、例えば加熱された２本のヒートシールバーを、容器の開口部を挟んだ状態で押圧することにより容器の密封が行なわれ、電気二重層キャパシタセルが得られる。
【００１９】
尚、電気二重層キャパシタを、図２のような収納ケースに配置する時期としては、電極端子が容器の開口部側となるように積層体を容器に収納した後から、容器の密封が行なわれ電気二重層キャパシタセルが完成するまでに行なってもよいし、電気二重層キャパシタセルが完成した後、行なってもよい。
また、本発明においては、電解液の注入から容器の密封まで、乾燥されたガス雰囲気下で行なわれる。
【００２０】
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。
【実施例１】
【００２１】
（収納ケースの製作）
縦１２０ｍｍ、横１６０ｍｍ、厚さ２ｍｍ（両端部は１０ｍｍ）のステンレス製の仕切り２、厚さ１６ｍｍのステンレス製のスペーサー５、及びボルト４を用いて、図２に示すような収納ケースを製作した。
【００２２】
（電気二重層キャパシタセルの製作）
活性炭、カーボンブラック、ＰＴＦＥ等の混合物からなる分極性電極にアルミ箔を貼り合わせた正極体、負極体と、アラミド繊維とＰＥＴ繊維からなるセパレータを、正極体のリード部及び負極体のリード部が、各々電極端子に接続できるように、合計３６枚積層させて、一辺が１００ｍｍの正方形の積層体（厚さ１６ｍｍ）を得た。次に、正極体のリード部及び負極体のリード部を、各々電極端子に溶接により接着して図４に示すような積層体を製作した後、真空加熱乾燥機を用いてこれを２００℃で１８時間減圧乾燥した。
また、表面をポリプロピレンが含まれるフィルムで被覆したアルミ箔を基材とする一辺が１５０ｍｍの正方形の偏平状の容器を、真空乾燥機を用いて５０℃で１５時間減圧乾燥した。尚、この偏平状の容器は、一辺に開口部を有するものであった。
【００２３】
積層体及び偏平状の容器を、窒素雰囲気下で室温まで冷却した後、積層体を開口部から容器に挿入した。次に、プロピレンカーボネート溶媒に４級アンモニウム塩等を溶解させた電解液１６０ｍｌを容器に注入した。電解液の注入を終了した後、容器内を３０分間真空ポンプにより減圧にして、積層体の減圧処理を行なった。積層体を挿入した偏平状の容器の収納ケースへの配置は、この減圧処理中に行なった。また、この間、電極端子に通電して電解精製を行なった。その後、容器の開口部を外側から加熱加圧して容器を密封し電気二重層キャパシタセルを得た。このような電気二重層キャパシタセルは合計３個製作した。
【００２４】
（電気二重層キャパシタセルの性能調査）
前記のように製作し、図２のような収納ケースに配置した電気二重層キャパシタセル３個について、室温下（２５℃）で０Ｖ−２．７Ｖの充放電（充電開始１時間後、３０分かけて０Ｖまで放電）を１０回繰返した後、静電容量、内部抵抗（ＥＳＲ、正規化ＥＳＲ）、及び充放電効率を測定した。その結果（製造直後の結果）を表１に示す。
次に、この電気二重層キャパシタについて、７０℃の環境下、２．７Ｖの充電を行ない、５００時間この状態を維持した（加速劣化）。その後、室温下（２５℃）で０Ｖ−２．７Ｖの充放電（充電開始１時間後、３０分かけて０Ｖまで放電）を１０回繰返し、次に静電容量、内部抵抗（ＥＳＲ、正規化ＥＳＲ）、及び充放電効率を測定した。その結果（加速劣化後の結果）を表２に示す。
【００２５】
［比較例１］
実施例１と同様にして製作した３個の電気二重層キャパシタセルを、仕切りを用いることなく、積層体面が向い合うように直接重ね合わせ、両端部にステンレス製の板（厚さ１０ｍｍ）を配置し、さらに、その外側からバネにより０．２ＭＰａの加圧を行なえる構成の電気二重層キャパシタモジュールを製作した。
次に、実施例１と同様にして、製造直後及び加速劣化後の静電容量、内部抵抗（ＥＳＲ、正規化ＥＳＲ）、充放電効率を測定した。その結果を表３及び表４に示す。
【００２６】
【表１】
2009289766.tif 000003
【００２７】
【表２】
2009289766.tif 000004
【００２８】
【表３】
2009289766.tif 000005
【００２９】
【表４】
2009289766.tif 000006
【実施例２】
【００３０】
（収納ケース及び電気二重層キャパシタセルの製作）
実施例１の収納ケースの製作において、電気二重層キャパシタセルを１０個設置できるような構成にしたほかは、実施例１と同様な仕切り、ボルト、及びスペーサー用いて収納ケースを製作した。また、実施例１と同様にして電気二重層キャパシタセルを合計１０個製作した。
【００３１】
（電気二重層キャパシタセルの放熱調査）
前記のように製作し、収納ケースに配置した電気二重層キャパシタセル１０個について、積層体面の中央部に相当する位置に熱電対を設置し、室温下（２５℃）で０Ｖ−２．７Ｖの急速な充放電（充電開始３０秒後、３０秒かけて０Ｖまで放電）を１００回繰返した後の温度を測定した。その結果、平均温度は３２℃であった。また、電気二重層キャパシタセルの温度が２５℃まで低下した後、両端部のスペーサーに風を当てて空冷しながら前記と同様な温度測定を行なった。その結果、平均温度は２８℃であった。
【００３２】
［比較例２］
実施例２と同様にして製作した１０個の電気二重層キャパシタセルを、仕切りを用いることなく、積層体面が向い合うように直接重ね合わせ、両端部にステンレス製の板（厚さ１０ｍｍ）を配置し、さらに、その外側からバネにより０．２ＭＰａの加圧を行なえる構成の電気二重層キャパシタモジュールを製作した。
次に、実施例２と同様にして、電気二重層キャパシタセルの放熱調査を行なった。その結果、平均温度は４３℃であった。
【００３３】
以上のように、本発明の実施例の電気二重層キャパシタモジュールは、複数個の電気二重層キャパシタセルを、１個ずつ一定の幅となるように固定しているので、比較例の電気二重層キャパシタモジュールと較べて、電気二重層キャパシタセルにかかる加圧のバラツキが小さく、充放電の繰返しによる静電容量、内部抵抗、充放電効率の性能低下を大幅に改善できることがわかった。また、急速な充放電を行なう場合、電気二重層キャパシタセルの熱を容易に逃がすことができるので、熱による電気二重層キャパシタセルの性能低下を改善できることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の電気二重層キャパシタモジュールの一例を示す構成図
【図２】本発明の電気二重層キャパシタモジュールに使用する収納ケースの一例を示す斜視図
【図３】図２の収納ケースに使用する各構成部品の例を示す斜視図
【図４】本発明における仕切りの一例を示す斜視図
【図５】本発明における電気二重層キャパシタセルの積層体の一例を示す斜視図
【符号の説明】
【００３５】
１  電気二重層キャパシタセル
２  仕切り
３  収納ケース
４  ボルト
５  スペーサー
６  空洞部
７  積層体
８  正極体のリード部
９  負極体のリード部
１０  正極端子
１１  負極端子
【図１】
2009289766.tif 000007
【図２】
2009289766.tif 000008
【図３】
2009289766.tif 000009
【図４】
2009289766.tif 000010
【図５】
2009289766.tif 000011