(57)【要約】 【課題】  電気二重層コンデンサ素子の基本セルの圧縮変形度合いを緩和し、かつ、熱膨張による電気二重層コンデンサ素子への応力集中を防止することにより、高耐熱、高信頼性の電気二重層コンデンサを提供する。【解決手段】  正極リード端子３３と電気二重層コンデンサ素子２との間、および外装金属ケース３１と電気二重層コンデンサ素子２との間にメッシュ状導電体３５を配置し、電気二重層コンデンサ素子２の外周部と絶縁ケース３２の内側側面および絶縁ケース３２の外側側面と外装金属ケース３１の内側側面が密着するように電気二重層コンデンサを構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状部と前記板状部から前記板状部の平面上に突出した突出部とからなる正極のリード端子と負極のリード端子の板状部の間に、有底筒状の絶縁ケースの底部が絶縁体として挟まれ、正極および負極の前記リード端子の前記突出部はいずれも前記絶縁ケースの外部へ突出し、両端に集電体を有する柱状の電気二重層コンデンサ素子を前記絶縁ケース内側に有る前記リード端子の前記板状部と前記電気二重層コンデンサ素子の一端の集電体が接続するように収納した前記絶縁ケースが、有底筒状の外装金属ケースに、前記外装金属ケースの底の内側と前記電気二重層コンデンサ素子の別の一端の集電体とが接続するように収納された電気二重層コンデンサであって、
前記絶縁ケース内側に有する前記リード端子の前記板状部と前記電気二重層コンデンサ素子の一端の集電体との間、および前記外装金属ケースの底と前記電気二重層コンデンサ素子の別の一端の集電体との間にメッシュ状導電体を配置し、前記電気二重層コンデンサ素子の外周部と前記絶縁ケースの内側側面が、また前記絶縁ケースの外側側面と前記外装金属ケースの内側側面が密着して構成されることを特徴とする電気二重層コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気二重層コンデンサに関し、特に、絶縁ケースにコンデンサ素子を収容して金属ケースで外装した電気二重層コンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は、電気二重層コンデンサ素子の説明図で、図３（ａ）は電気二重層コンデンサ素子の基本セルの断面図、図３（ｂ）は電気二重層コンデンサ素子の断面図である。基本セル１は、集電体１１、ガスケット１２、セパレータ１４、分極性電極１３により構成される。一般に、電気二重層コンデンサの素子の基本単位である基本セル１には、電極として活性炭が用いられている。分極性電極１３は、電極間のショートを防止するために、電解液中のイオンを透過するセパレータ１４を介して配置される。また、この両電極の背面に導電性の集電体１１が配置され、電解液の封止および導電性材料の絶縁のために、ゴム等の封止用弾性体（ガスケット１２）を電極の両側面に配置している。
【０００３】
電気二重層コンデンサの耐電圧は、電解液の電気分解電圧によって制限（水溶液系の場合１．０Ｖ程度、有機系の場合２．５Ｖ程度）されているため、通常、求められる耐電圧に応じて、例えば図３（ｂ）に示すように、基本セル１が必要な枚数だけ複数枚積層され、直列接続されることにより、電気二重層コンデンサ素子２が構成される。また、電気二重層コンデンサは、基本セル１の間の電気的な接続の安定を保つために、積層された基本セル１からなる電気二重層コンデンサ素子２が積層方向に一定の圧力を加えられた状態で外装ケースに封止されている。
【０００４】
図４は、従来例の電気二重層コンデンサの断面図で、図５は、従来例の電気二重層コンデンサの構成図である。図４の電気二重層コンデンサは、図５で示す最終的な構成と同じである。図５に示すように、電気二重層コンデンサは、電気二重層コンデンサ素子２、正極リード端子３３、負極リード端子３４、正極リード端子３３と負極リード端子３４を絶縁しかつ電気二重層コンデンサ素子２を収納するための底を有する円筒型の絶縁ケース３２、底を有する円筒型の外装金属ケース３１から構成される。正極リード端子３３および負極リード端子３４は、板状部（図示せず）と板状部から板状部の平面上に突出した突出部（図示せず）とからなる。
【０００５】
図５に示すように、正極リード端子３３と負極リード端子３４の互いが絶縁されるように取り付けられた絶縁ケース３２に電気二重層コンデンサ素子２を収納し、外装金属ケース３１にて電気二重層コンデンサ素子２が収納された絶縁ケース３２を、電気二重層コンデンサ素子２が内蔵されるように覆い被せる。電気二重層コンデンサ素子２は、電気二重層コンデンサ素子２の積層方向の一方の電極面が正極リード端子３３と電気的に接合し、電気二重層コンデンサ素子２の積層方向の他方の電極面が外装金属ケース３１の内側の底面と電気的に接合する。絶縁ケース３２の側面部は、電気二重層コンデンサ素子２の積層方向と平行な面と外装金属ケース３１の内側の側面との接触やショートの防止のためにも役立っている。
【０００６】
その後、電気二重層コンデンサ素子２の基本セル１と正極リード端子３３および外装金属ケース３１の接合部が一定圧力となるように、電気二重層コンデンサ素子２の積層方向に圧力がかけられる。一定圧力を保ちながら、図５のように、外装金属ケース３１の開口端部が内側に曲げられるように、かつ負極リード端子３４と電気的に接合されるようにカシメ封口される（例えば、特許文献１の図９参照）。組み立てられた電気二重層コンデンサは、周囲が絶縁スリーブ（図示せず）によって絶縁被膜される。
【０００７】
ここで、電気二重層コンデンサ素子２には弾力のある導電性ゴムや封止用弾性体が使用されており、電気二重層コンデンサ素子２は一定の外部圧力が加えられて外装されるため、圧縮変形される。そのため、絶縁ケース３２は、電気二重層コンデンサ素子２の変形による応力が絶縁ケース３２に加わって、クラックや割れが生じないように、電気二重層コンデンサ素子２と絶縁ケース３２の間に隙間ができるように設計されている。
【０００８】
また、電気二重層コンデンサ素子２の集電体１１には導電性ゴムを用いるため、導電性ゴムのタック性（粘着性）により、外装金属ケース３１と外装金属ケース３１に接合している電気二重層コンデンサ素子２の集電体１１とが、また正極リード端子３３と正極リード端子３３に接合している電気二重層コンデンサ素子２の集電体１１とが密着している。このため、電気二重層コンデンサ素子２に一定の圧力を加えて外装する際の電気二重層コンデンサ素子２の圧縮変形形状は、外装金属ケース３１や正極リード端子３３は変形し難いので、密着している上下の集電体１１も変形せずに、電気二重層コンデンサ素子２の積層方向の中央部が大きく外周方向へ膨らむ状態となる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２３１５９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のように、電気二重層コンデンサ素子２が一定の外部圧力が加えられて外装される際の圧縮変形において、電気二重層コンデンサ素子２の積層方向両端の基本セル１の変形度合いが小さく、中央部の基本セル１の変形度合いが大きいといったように、各々の基本セル１の圧縮変形度合いが異なることで、積層した各々の基本セル１の電位バランスが崩れてしまうので、電気二重層コンデンサの劣化の増進や寿命の短命化の要因となる。
【００１１】
また、電気二重層コンデンサ素子２と絶縁ケース３２の間に隙間があることで、電気二重層コンデンサを基板に実装する際の半田リフロー条件のような高温環境下では、高熱により上昇した電気二重層コンデンサ素子２の内部圧力が、電気二重層コンデンサ素子２の外径方向の隙間に集中し、封止用のガスケット１２が、集中した内部圧力の上昇に耐えられずに破裂し、基本セル１の内部の電解液が漏れるという問題がある。
【００１２】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、電気二重層コンデンサ素子の基本セルの圧縮変形度合いを緩和し、かつ、熱膨張による電気二重層コンデンサ素子への応力集中を防止することにより、高耐熱、高信頼性の電気二重層コンデンサ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】
【００１３】
本発明は、板状部と前記板状部から前記板状部の平面上に突出した突出部とからなる正極のリード端子と負極のリード端子の板状部の間に、有底筒状の絶縁ケースの底部が絶縁体として挟まれ、正極および負極の前記リード端子の前記突出部はいずれも前記絶縁ケースの外部へ突出し、両端に集電体を有する柱状の電気二重層コンデンサ素子を前記絶縁ケース内側に有る前記リード端子の前記板状部と前記電気二重層コンデンサ素子の一端の集電体が接続するように収納した前記絶縁ケースが、有底筒状の外装金属ケースに、前記外装金属ケースの底の内側と前記電気二重層コンデンサ素子の別の一端の集電体とが接続するように収納された電気二重層コンデンサであって、前記絶縁ケース内側に有する前記リード端子の前記板状部と前記電気二重層コンデンサ素子の一端の集電体との間、および前記外装金属ケースの底と前記電気二重層コンデンサ素子の別の一端の集電体との間にメッシュ状導電体を配置し、前記電気二重層コンデンサ素子の外周部と前記絶縁ケースの内側側面が、また前記絶縁ケースの外側側面と前記外装金属ケースの内側側面が密着して構成されることを特徴とする電気二重層コンデンサである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、正極または負極のリード端子と電気二重層コンデンサ素子との間、および外装金属ケースと電気二重層コンデンサ素子との間にメッシュ状導電体を配置することにより、電気二重層コンデンサ素子の各々の基本セルの変形度合いのバラツキが抑制され、積層された基本セルの電位バランスが均等に保たれ、電気二重層コンデンサの耐久性、信頼性を向上できる。
【００１５】
また、電気二重層コンデンサ素子の外周部と絶縁ケースの内側側面を、また絶縁ケースの外側側面と外装金属ケースの内側側面を密着させて、外装金属ケースにより隙間なく外装することにより、リフロー半田付け時の高温環境下で、電気二重層コンデンサ素子の内圧が上昇した時、電気二重層コンデンサ素子の外径方向への変形が抑制され、電気二重層コンデンサ素子の破裂を防止でき、電気二重層コンデンサの耐熱性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの断面図である。図２は、本発明の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの説明図であり、図２（ａ）は、本発明の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの構成図で、図２（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る電気二重層コンデンサのカシメ工程図である。
【００１８】
まず、電気二重層コンデンサ素子は、従来技術と同様、電解液を含んだ炭素材料よりなる分極性電極１３と集電体１１の対がセパレータ１４を介して対向して配置され、ガスケット１２で封止された構造の基本セル１を複数積層して構成される。
【００１９】
次に、電気二重層コンデンサの他の部品について、一例として直径約１０ｍｍの円筒型電気二重層コンデンサの場合を示すと、外装金属ケース３１には厚み０．１５〜０．５ｍｍ、内径がφ＝７〜１２ｍｍの有底円筒型の金属ケースを使用し、絶縁ケース３２には外径が外装金属ケースと同径で、厚み０．１５〜０．５ｍｍのポリアセタール、ＰＰＳ、ＬＣＰなどのエンジニアリングプラスティック等の絶縁樹脂を使用する。正極リード端子３３と負極リード端子３４にはそれぞれ厚み０．１５〜０．５ｍｍの導電性金属を使用し、図２（ｂ）のように、正極リード端子３３と負極リード端子３４は絶縁ケース３２によって絶縁されるように一体化される。メッシュ状導電体３５には線径がφ＝０．０５〜０．２ｍｍの銅線等の導電性金属や導電性繊維布、または導電性スポンジ等の線を網目状に編んで、編み上がったものを絶縁ケースの内径と同径の大きさに打ち抜く。
【００２０】
外装金属ケース３１に、メッシュ状導電体３５の１枚目をメッシュ状導電体３５の平面部が外装金属ケース３１の内側底面に合わさるように挿入し、その上に電気二重層コンデンサ素子２を電気二重層コンデンサ素子２の集電体面が先の挿入されたメッシュ状導電体３５の他方の平面部と合わさるように挿入し、さらにその上に別の２枚目のメッシュ状導電体３５をメッシュ状導電体３５の平面部が挿入された電気二重層コンデンサ素子２の他方の集電体面と合わさるように挿入する。
【００２１】
正極リード端子３３と負極リード端子３４が一体化された絶縁ケース３２を、先のメッシュ状導電体３５の２枚と電気二重層コンデンサ素子２とが挿入された金属外装ケース３１に、図２（ｂ）の左側の図のように、メッシュ状導電体３５の２枚と電気二重層コンデンサ素子２が内蔵されるように嵌め込む。最後に、図２（ｂ）の右側の図のように、一定の外部圧力を加えながら外装金属ケース３１の開口部を内側に折り曲げるようにカシメ封口し、外装金属ケース３１と負極リード端子３４を電気的に接合する。
【００２２】
メッシュ状導電体３５は、正極または負極のリード端子と電気二重層コンデンサ素子２との間および外装金属ケース３１と電気二重層コンデンサ素子２との間の滑りを良くし、電気二重層コンデンサ素子２の各基本セル１の変形度合いを均一にするためのもので、導電性が必要であり、かつ金属側との滑りが良いものを選択する。一定圧力を加えて電気二重層コンデンサ素子２を外装金属ケース３１にて外装する際、電気二重層コンデンサ素子２の両端の集電体１１は伸びるようにして変形するが、細線で編んだようなメッシュ状導電体３５の場合はその変形に追従して変形することができる。特に、延性に富んだ銅は顕著である。
【実施例】
【００２３】
本実施例に係る電気二重層コンデンサについて説明する。まず、電気二重層コンデンサ素子について、電解液には希硫酸を使用し、分極性電極１３には粉末活性炭を使用し、セパレータ１４にはＰＴＦＥ製微多孔膜を使用し、ガスケット１２にはブチルゴムを使用し、集電体１１には導電性ゴムを使用して、電気二重層コンデンサ素子の外径をφ＝８．１ｍｍとした。
【００２４】
次に、電気二重層コンデンサの他の部品について、メッシュ状導電体にはφ＝０．１ｍｍの銅線を網目の開き目が２５０μｍの網目状に編んだものを使用し、外装金属ケースには厚み０．２ｍｍ、内径がφ＝９．５ｍｍのＳＵＳ４３０を使用し、絶縁ケースには外径がφ＝９．５ｍｍ、内径がφ＝９．１ｍｍのポリアミド樹脂を使用し、リード端子には厚み０．２ｍｍのＳＵＳ４３０にＳｎメッキしたものを使用した。
【００２５】
メッシュ状導電体は、電気二重層コンデンサ素子の外径と同径のφ＝８．１ｍｍの大きさに打ち抜いた。このメッシュ状導電体の１枚目をメッシュ状導電体の平面部が外装金属ケースの内側底面に合わさるように挿入し、その上に電気二重層コンデンサ素子を電気二重層コンデンサ素子の集電体面が挿入されたメッシュ状導電体の他方の平面部と合わさるように挿入し、さらにその上に別の２枚目のメッシュ状導電体をメッシュ状導電体の平面部が挿入された電気二重層コンデンサ素子の他方の集電体面と合わさるように挿入した。
【００２６】
正極リード端子と負極リード端子を有底円筒型の絶縁ケースに装着し、この絶縁ケースを、先のメッシュ状導電体２枚と電気二重層コンデンサ素子とが挿入された金属外装ケースに、メッシュ状導電体２枚と電気二重層コンデンサ素子が内蔵されるように嵌め込んだ。最後に、一定の外部圧力を加えながら外装金属ケースの開口部を内側に折り曲げるようにカシメ封口し、外装金属ケースと負極リード端子を電気的に接合した。
【００２７】
（比較例）
一方、比較例に係る電気二重層コンデンサについて説明する。比較例の電気二重層コンデンサについて、電気二重層コンデンサ素子、外装金属ケース、絶縁ケース、リード端子は本発明の実施例と同じ材質のものを用いた。外装金属ケースの内径はφ＝１０．４ｍｍ、絶縁ケースの外形はφ＝１０．０ｍｍ、内径は９．６ｍｍとし、電気二重層コンデンサ素子、外装金属ケース、絶縁ケース、リード端子を、メッシュ状導電体を挿入しないこと以外は実施例と同様に組み立てた。
【００２８】
以上のようにして得た電気二重層コンデンサの耐熱性について、リフロー温度での電気二重層コンデンサの液漏れ等の不具合の発生数を調査した。その結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
表１に示したように、リフロー温度を上昇させた場合、比較例の電気二重層コンデンサの不具合数は２４０℃から増加していったのに対し、実施例の電気二重層コンデンサは２４０℃〜２６０℃の温度でも不具合が発生せず、電解液の液漏れや電気二重層コンデンサ素子が破裂するような現象は起こらず、電気二重層コンデンサの耐熱性を向上することができた。
【００３１】
また、実施例と比較例の電気二重層コンデンサについて、高温負荷試験（85℃−5.5V，n=10個）を実施し、電気二重層コンデンサの等価直列抵抗（ＥＳＲ）と、静電容量変化率（△Ｃ／Ｃ）とによる信頼性評価を行った。図６に、等価直列抵抗（ＥＳＲ）の測定結果、図７に、静電容量変化率（△Ｃ／Ｃ）の測定結果を示す。
【００３２】
高温負荷試験(85℃-5.5V)の結果、比較例と比べて実施例は、等価直列抵抗の上昇が抑制され、また、静電容量の変化率が、比較例に対して実施例は３分の１程度に減少し、信頼性を大きく向上することが確認できた。
【００３３】
以上、述べたように、本発明によれば、正極または負極のリード端子と電気二重層コンデンサ素子との間、および外装金属ケースと電気二重層コンデンサ素子との間にメッシュ状導電体を配置することにより、電気二重層コンデンサ素子の各々の基本セルの変形度合いのバラツキが抑制され、積層された基本セルの電位バランスが均等に保たれ、電気二重層コンデンサの耐久性、信頼性を向上できる。
【００３４】
以上、図面を参照しながら、本発明に係る電気二重層キャパシタの好適な実施の形態について説明したが、本発明は、係る例にのみ限定されるものではない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの断面図。
【図２】本発明の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの説明図。図２（ａ）は、本発明の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの構成図。図２（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る電気二重層コンデンサのカシメ工程図。
【図３】電気二重層コンデンサ素子の説明図。図３（ａ）は、電気二重層コンデンサ素子の基本セルの断面図。図３（ｂ）は、電気二重層コンデンサ素子の断面図。
【図４】従来例の電気二重層コンデンサの断面図。
【図５】従来例の電気二重層コンデンサの構成図。
【図６】等価直列抵抗（ＥＳＲ）の測定結果。
【図７】静電容量変化率（△Ｃ／Ｃ）の測定結果。
【符号の説明】
【００３６】
１    基本セル
２    電気二重層コンデンサ素子
１１    集電体
１２    ガスケット
１３    分極性電極
１４    セパレータ
３１    外装金属ケース
３２    絶縁ケース
３３    正極リード端子
３４    負極リード端子
３５    メッシュ状導電体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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