(57)【要約】【課題】電解液の含浸処理時間をより短くすることが可能な電気二重層キャパシタを提供する【解決手段】電極１１を切断する切断路１９の形状を複数の屈折点を有する形状とし、前記切断路１９の長さを該切断路１９の前記電極１１端部に位置する２箇所の切断開始点間を直線で結んだ距離よりも長くすることにより、電極１１と電解液との接触面積が大きくなるため、セパレータ１２から電解液を浸透させることが困難な場合であっても、電極１１に電解液を完全に浸透させる時間を短縮することができる。【選択図】図２
2009105111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を切断する切断路の形状を複数の屈折点を有する形状とし、前記切断路の長さを該切断路の前記電極端部に位置する２箇所の切断開始点間を直線で結んだ距離よりも長くする
ことを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項２】
請求項１に記載の電気二重層キャパシタにおいて、
前記切断路は、前記電極平面の中央部近傍を通る
ことを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電気二重層キャパシタにおいて、
前記切断路は、前記電極平面に前記屈折点が均等に配置される形状とする
ことを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかひとつに記載の電気二重層キャパシタにおいて、
前記電極とセパレータとの間にセルロース紙を挟み込む
ことを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかひとつに記載の電気二重層キャパシタにおいて、
前記セルロース紙は、前記電極と前記セパレータとの間の電解液が浸透しにくい部分を通るように挟み込まれる
ことを特徴とする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、分極性電極に電解質中のアニオン及びカチオンを正極及び負極表面に物理吸着させて電気を貯えることを原理としている。この原理を利用したバイポーラ型電気二重層キャパシタは、平板状の活性炭電極及び集電極にイオンが通過可能なセパレータを挟んだ積層構造となっている。
【０００３】
活性炭電極及び集電極の外周部には、内部の電解質が流れ出さないように、シールを行うためのパッキンが挟まれている。このパッキンは、同時に積層間における絶縁も兼ねている。電気二重層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パッキンと交互に積み重ね（単セル耐電圧２．５Ｖ程度）最後にエンドプレートで締め付けることにより密閉構造を保っている。
【０００４】
積層型の電気二重層キャパシタは、金属電極端面の集電極にリード線を取り付ければ電気二重層キャパシタ内部で直列接続となり、（単セル耐電圧）×（積層数）だけの耐電圧を持つこととなる。このような積層型の電気二重層キャパシタは、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、コンパクトに耐電圧が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。
【０００５】
従来の電気二重層キャパシタでは、活性炭電極、セパレータ、集電極及びパッキン等を交互に積み重ね、各セル間でシールを取った後にユニット内にガス抜き穴を通して電解液を導入し、２分割又は４分割した活性炭電極及びセパレータに電解質を含浸させている。また、電解液導入の際には、キャパシタユニットの一箇所に電解液導入口を設け、この電解液導入口から各セルを仕切る分極素材の穴を介してセルに電解液が行き渡るようにしている。このような電気二重層キャパシタの一例が下記特許文献１に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３３８４３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の電気二重層キャパシタのセパレータには、ポリエチレン樹脂に無機シリカを含有させた多孔質樹脂膜が採用されている。この多孔質樹脂膜は、厚さが６０〜９０ミクロンで、計算上の空隙率は８８パーセントと一般的なセルロース系セパレータ材の空隙率４０〜７０パーセントと比較して極めて大きく、密度が小さい。
【０００８】
このため、同じ厚さのセルロースセパレータを電気二重層キャパシタに使用した場合と比較して２０〜４０パーセントの内部抵抗低減効果が期待できる。また、膜の細孔径分布の中心値は、０．０２マイクロメートルで、これも一般的なセルロース系セパレータの１〜５マイクロメートルと比較してかなり小さく、セパレータとしての信頼性も高い。
【０００９】
しかしながら、この多孔質樹脂膜によるセパレータは、細孔径分布が小さいが故に電解液の浸透性が悪いという問題点がある。セパレータへの電解液浸透性が悪いと、キャパシタユニットへ電解液を注入する場合、キャパシタユニットの構成材である電極（例えば、ＰＴＦＥ等のバインダーで固めたシート状の活性炭粉末）への電解液含浸性が極めて悪くなる。これは、セパレータを通じて電極表面へ電解液が到達し、電極へ面方向から浸透させる効果が失われるためである。
【００１０】
そこで、上記特許文献１に開示される従来の電気二重層キャパシタにおいては、電極に切込み又は電極を２分割又は４分割して、電極切断部から電解液を含浸させる方法が開示されている。しかし、このような直線状の電極の切断部からの含浸では、電極全体に電解液を含浸させるには未だ十分ではない。したがって、電極に電解液を完全に含浸させる処理時間が大幅に長くなってしまう。
【００１１】
以上のことから、本発明は、電解液の含浸処理時間をより短くす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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するための第１の発明（請求項１に対応）に係る電気二重層キャパシタは、電極を切断する切断路の形状を複数の屈折点を有する形状とし、前記切断路の長さを該切断路の前記電極端部に位置する２箇所の切断開始点間を直線で結んだ距離よりも長くすることにより、電極と電解液との接触面積が大きくなるため、セパレータから電解液を浸透させることが困難な場合であっても、電極に電解液を完全に浸透させる時間を短縮することができる。
【００１３】
上記の課題を解決するための第２の発明（請求項２に対応）に係る電気二重層キャパシタは、第１の発明に係る電気二重層キャパシタにおいて、前記切断路は、前記電極平面の中央部近傍を通ることにより、電極と電解液との接触面積が大きくなるため、セパレータから電解液を浸透させることが困難な場合であっても、電極に電解液を完全に浸透させる時間をより短縮することができる。
【００１４】
上記の課題を解決するための第３の発明（請求項３に対応）に係る電気二重層キャパシタは、第１の発明又は第２の発明に係る電気二重層キャパシタにおいて、前記切断路は、前記電極平面に前記屈折点が均等に配置される形状とすることにより、電極と電解液との接触面積が大きくなるため、セパレータから電解液を浸透させることが困難な場合であっても、電極に電解液を完全に浸透させる時間をより短縮することができる。
【００１５】
上記の課題を解決するための第４の発明（請求項４に対応）に係る電気二重層キャパシタは、第１の発明から第３の発明のいずれかひとつに係る電気二重層キャパシタにおいて、前記電極とセパレータとの間にセルロース紙を挟み込むことにより、セパレータから電解液を浸透させることができるため、電解液の含浸工程の時間を長くすることなく高性能な電気二重層キャパシタを実現することができる。さらに、電極に電解液を完全に含浸させることができるため、電気二重層キャパシタの内部抵抗を低減することができる。
【００１６】
上記の課題を解決するための第４の発明（請求項４に対応）に係る電気二重層キャパシタは、第１の発明から第３の発明のいずれかひとつに係る電気二重層キャパシタにおいて、前記セルロース紙は、前記電極と前記セパレータとの間の電解液が浸透しにくい部分を通るように挟み込まれることにより、電極とセパレータとの間にセルロース紙を挟み込むことによる電気二重層キャパシタの内部抵抗の上昇を最小限に抑えた上で、電解液の含浸工程の時間を長くすることなく、高性能な電気二重層キャパシタを実現することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電気二重層キャパシタの電極切断路の形状を変更して切断面長を長くすることにより、電極と電解液との接触面積が大きくなるため、セパレータに多孔質樹脂膜等を用いてセパレータから電解液を浸透させることが困難な場合であっても、電解液を完全に浸透させる時間を短縮することができる。
【００１８】
また、近年電気二重層キャパシタの高容量化のために、活性炭電極の密度が大きい電気二重層キャパシタが用いられることが多くなっている。このため、活性炭電極への電解液の含浸時間は密度の増大とともに長時間化する傾向にあり、また、電極内部に気泡溜りの空気抜け問題も生じ（上記特許文献１参照）、さらに、高電圧用途として積総数を増やすことにより、含浸時間も増加させる必要があるが、本願発明により、これらの影響を従来に比べ少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明に係る電気二重層キャパシタの種々の実施形態について、図１から図５を用いて説明する。ここで、図１は第１の実施形態に係る電気二重層キャパシタの構造を示した断面図、図２は第１の実施形態に係る電気二重層キャパシタの活性炭電極の形状を示した平面図、図３は第２の実施形態に係る電気二重層キャパシタの活性炭電極の形状を示した平面図、図４は第３の実施形態に係る電気二重層キャパシタに配置したセルロース紙を示した平面図、図５は第４の実施形態に係る電気二重層キャパシタに配置した短冊状のセルロース紙を示した平面図である。
【００２０】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る電気二重層キャパシタについて説明する。図１は、本実施形態に係る電気二重層キャパシタの構造を示した断面図である。図１に示すように、本実施形態に係る電気二重層キャパシタ１は、活性炭電極１１、セパレータ１２、集電極板１３及びパッキン１４等を交互に積み重ね、各セル１５間でシールを取っている。電解液導入の際には、電気二重層キャパシタ１の一箇所に電解液導入口１６を設け、この電解液導入口１６から各セル１５を仕切る分極素材１７の穴１７ａを介して各セル１５に電解液が行き渡るようにしている。電気二重層キャパシタ１は、電解液の漏洩等を防止するために外側をラミネートフィルム１８により覆われている。
【００２１】
図２は、本実施形態に係る電気二重層キャパシタの活性炭電極の形状を示した平面図である。図２に示すように、本実施形態に係る電気二重層キャパシタ１０の活性炭電極１１には、対角線上に階段状の切断路１９が形成されている。言い換えれば、活性炭電極１１は、一辺が階段状の形状となっている三角形状の活性炭電極片２０を、間隔を空けて２つ設置することにより形成される。
【００２２】
なお、本実施形態では、対角線上に階段状の切断路１９を形成したが、従来の電気二重層キャパシタにおける直線形状の切断路よりも切断路の長さが長くなるのであれば、切断路１９を対角線上以外の部分を通るように形成してもよい。
【００２３】
また、活性炭電極１１の中央部は切断路１９が通っていない場合、活性炭電極１１の四辺側からのみの含浸となるため、中央部が含浸するのに時間がかかってしまう。したがって、切断路１９は活性炭電極１１の中央部近傍を通るようにすることが望ましい。本実施形態に係る切断路１９の形状により、活性炭電極１１端面の電解液との接触面積を増やすことができ、活性炭電極１１全体を均一に含浸することができる。
【００２４】
以上のように、従来の電気二重層キャパシタ１０では、活性炭電極へ電解液を浸透させるために、活性炭電極を単純に四角形に２分割又は４分割した形状としていたのに対し、本実施形態に係る電気二重層キャパシタ１０では、活性炭電極１１を対角線上に階段状の切断路１９で分割する形状として、活性炭電極１１端面の面積を増やして、より広い活性炭電極１１端面から電解液を浸透させることができる。
【００２５】
なお、上記特許文献１に開示される従来の電気二重層キャパシタの電極における電極端断面は約７００ｍｍの断面長となるのに対し、本実施形態の電気二重層キャパシタ１０の活性炭電極１１における電極端断面は約９４０ｍｍの端面長となる。このため、本実施形態の電気二重層キャパシタ１０における活性炭電極１１によれば、上記特許文献１に開示される従来の電気二重層キャパシタの電極よりも、電極端面の電解液との接触面積を約３２パーセント以上増大させることができる。
【００２６】
〔第２の実施形態〕
以下、本発明の第２の実施形態に係る電気二重層キャパシタについて説明する。なお、本実施形態に係る電気二重層キャパシタの構造は、活性炭電極片２０（図２参照）の形状を除き、第１の実施形態において説明した構造と同様なためここでの詳細な説明は省略する。
【００２７】
図３は、本実施形態に係る電気二重層キャパシタの活性炭電極の形状を示した平面図である。図３に示すように、電気二重層キャパシタ１０の活性炭電極片２１の形状を櫛状とし、２つの櫛状の活性炭電極片２１を間隔をあけて設置することにより活性炭電極１１を形成する。言い換えれば、活性炭電極１１には、櫛状の活性炭電極片２１に分割する切断路２２が形成される。
【００２８】
以上のように、従来の電気二重層キャパシタでは、活性炭電極へ電解液を浸透させるために、活性炭電極を単純に四角形に２分割又は４分割した形状としていたのに対し、本実施形態に係る電気二重層キャパシタ１０では、活性炭電極１１を櫛状に分割する形状として、活性炭電極１１端面の面積を増やして、より広い活性炭電極１１端面から電解液を浸透させることができる。
【００２９】
なお、上記特許文献１に開示される従来の電気二重層キャパシタの電極における電極端断面は約７００ｍｍの断面長となるのに対し、本実施形態の電気二重層キャパシタ１０の活性炭電極１１における電極端断面は約１３４０ｍｍの端面長となる。このため、本実施形態の電気二重層キャパシタ１０における活性炭電極１１によれば、上記特許文献１に開示される従来の電気二重層キャパシタの電極よりも、電極端面の電解液との接触面積を約８９パーセント以上増大させることができる。
【００３０】
〔第３の実施形態〕
以下、本発明の第３の実施形態に係る電気二重層キャパシタについて説明する。なお、本実施形態に係る電気二重層キャパシタ１０の構造は、第１又は第２の実施形態において説明した構造とほぼ同様なためここでの詳細な説明は省略する。
【００３１】
図４は、本実施形態に係る電気二重層キャパシタに配置したセルロース紙を示した平面図である。図４に示すように、本実施形態では、活性炭電極片２０とセパレータ１２との間に、保液性が高く、密度が極めて低く、薄いセルロース紙２３を挟み込む。これにより、セルロース紙２３を介して電解液を活性炭電極片２０上面へ導くことができる。
【００３２】
本実施形態では、なるべく電気二重層キャパシタ１０の内部抵抗に悪影響を及ぼさないようにするため、密度が０．１ｇ／ｃｍ3以下で厚さが１５ミクロン程度のセルロース紙２３を使用した。なお、このセルロース紙２３には、セパレータ１２に要求される電子遮蔽性能は必要なく、電解液の浸透性を主な要件とし、さらに、保液性がありなるべく密度が小さく薄いものを選択することが望ましい。
【００３３】
以上のように、本実施形態によれば、多孔質樹脂膜を用いたセパレータと極めて密度の小さいセルロース紙を組み合わせることで、セパレータから電解液を浸透させることができるため、電解液の含浸工程の時間を長くすることなく高性能な電気二重層キャパシタを実現することができる。さらに、電極に電解液を完全に含浸させることができるため、電気二重層キャパシタの内部抵抗を低減することができる。
【００３４】
〔第４の実施形態〕
以下、本発明の第４の実施形態に係る電気二重層キャパシタについて説明する。なお、本実施形態に係る電気二重層キャパシタ１０の構造は、第１又は第２の実施形態において説明した構造とほぼ同様なためここでの詳細な説明は省略する。
【００３５】
図５は、本実施形態に係る電気二重層キャパシタに配置した短冊状のセルロース紙を示した平面図である。図５に示すように、本実施形態では、第３の実施形態に係る活性炭電極片２０とセパレータ１２との間に挟み込んだセルロース紙２３を短冊状のセルロース紙２４として、電解液が最も浸透しにくい活性炭電極片２０の中心部（図５中、矢印Ａで示す）のみを跨ぐように設置する。本実施形態では、活性炭電極片２０の中心部を跨ぐように幅約２０ｍｍで切断した短冊状のセルロース紙２４を挟んだ。これにより、電気二重層キャパシタ１０の内部抵抗の上昇をほぼ無視できるレベルにまで抑えることができる。
【００３６】
以上のように、本実施形態によれば、多孔質樹脂膜を用いたセパレータ１２と短冊状のセルロース紙２４とを組み合わせ、この短冊状のセルロース紙２４を電解液が最も浸透しにくい活性炭電極片２０の中心部のみを通るように配置することで、活性炭電極片２０とセパレータ１２との間にセルロース紙２３を挟み込むことによる電気二重層キャパシタ１０の内部抵抗の上昇を最小限に抑えた上で、電解液の含浸工程の時間を長くすることなく、高性能な電気二重層キャパシタ１０を実現することができる。
【００３７】
また、近年電気二重層キャパシタの高容量化のために、活性炭電極の密度が大きい電気二重層キャパシタが用いられることが多くなっている。このため、活性炭電極への電解液の含浸時間は密度の増大とともに長時間化する傾向にあり、また、電極内部に気泡溜りの空気抜け問題も生じ（上記特許文献１参照）、さらに、高電圧用途として積総数を増やすことにより、含浸時間も増加させる必要があるが、本実施形態により、これらの影響を従来に比べ少なくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、例えば電気二重層キャパシタに適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電気二重層キャパシタの構造を示した断面図
【図２】本発明の第１の実施形態に係る電気二重層キャパシタの活性炭電極の形状を示した平面図
【図３】本発明の第２の実施形態に係る電気二重層キャパシタの活性炭電極の形状を示した平面図
【図４】本発明の第３の実施形態に係る電気二重層キャパシタに配置したセルロース紙を示した平面図
【図５】本発明の第４の実施形態に係る電気二重層キャパシタに配置した短冊状のセルロース紙を示した平面図
【符号の説明】
【００４０】
１０  電気二重層キャパシタ
１１  活性炭電極
１２  セパレータ
１３  集電極板
１４  パッキン
１５  セル
１６  電解液導入口
１７  分極素材
１７ａ  穴
１８  ラミネートフィルム
１９，２２  切断路
２０，２１  活性炭電極片
２３  セルロース紙
２４  短冊状のセルロース紙
【図１】
2009105111.tif 000003
【図２】
2009105111.tif 000004
【図３】
2009105111.tif 000005
【図４】
2009105111.tif 000006
【図５】
2009105111.tif 000007