(57)【要約】【課題】各種電子機器に使用される巻回形電気二重層コンデンサにおいて、大電流で急速に充放電を繰り返し行っても、特性劣化の少ない高信頼性・長寿命に優れた巻回形電気二重層コンデンサを提供することを目的とする。【解決手段】金属箔からなる集電体2、５の両面に分極性電極層３，６を形成した電極を陽極電極４と陰極電極７とし、この陽極電極４と陰極電極７には夫々リード線９を接続した後、陽極電極４、セパレータ８、陰極電極７、セパレータ８の順に重ね合わせて巻回したコンデンサ素子１と、このコンデンサ素子１を駆動用電解液と共に収納した金属ケース１１と、この金属ケース１１の開口部を封止した封口部材１０からなり、上記コンデンサ素子１の最外周は陰極電極７が表出し、かつ表出した陰極電極７の少なくとも一部に分極性電極層６を形成しない未形成部を設けた構成にしたものである。【選択図】図１
2009246149.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属箔からなる集電体の両面に分極性電極層を形成した電極を陽極電極と陰極電極とし、この陽極電極と陰極電極には夫々リード線を接続した後、陽極電極、セパレータ、陰極電極、セパレータの順に重ね合わせて巻回したコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を駆動用電解液と共に収納した有底筒状の金属ケースと、この金属ケースの開口部を封止した封口部材からなる巻回形電気二重層コンデンサにおいて、上記コンデンサ素子の最外周は陰極電極が表出し、かつ表出した陰極電極の少なくとも一部に分極性電極層を形成しない未形成部を設けた巻回形電気二重層コンデンサ。
【請求項２】
陰極電極の分極性電極層の未形成部の開始点が、陽極電極の終端部からである請求項１に記載の巻回形電気二重層コンデンサ。
【請求項３】
金属箔からなる集電体の両面に一端を除いて分極性電極層を形成した陽極電極と陰極電極を互いに逆方向に位置をずらして配置し、その間にセパレータを介在させて巻回することにより、陽極電極と陰極電極の分極性電極層未形成部が夫々対向する端面に突出して一対の電極取り出し部を形成するように構成されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を駆動用電解液と共に収容し、かつ、コンデンサ素子の一方の電極を直接または間接的に内底面に接合した有底筒状の金属ケースと、上記コンデンサ素子の他方の電極を直接または間接的に内側に接合した端子板からなる巻回形電気二重層コンデンサにおいて、上記コンデンサ素子の最外周は陰極電極が表出し、かつ表出した陰極電極の少なくとも一部に分極性電極層を形成しない未形成部を設けた巻回形電気二重層コンデンサ。
【請求項４】
陰極電極の分極性電極層の未形成部の開始点が、陽極電極の終端部からである請求項３に記載の巻回形電気二重層コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種電子機器に使用される巻回形電気二重層コンデンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッドカーや電気自動車の開発が急速に進められており、それに伴い車載用の電気ブレーキシステムやバッテリーの補助電源アシストなどについて、巻回形の電気二重層コンデンサが開発されている。
【０００３】
従来、この種の巻回形電気二重層コンデンサとして、例えば特許文献１に示すような巻回形電気二重層コンデンサが提案されている。
【０００４】
図５は従来の巻回形電気二重層コンデンサの構成を示した一部切り欠き斜視図である。図５において、１０１はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子１０１は、陰極電極１０２と陽極電極１０３にそれぞれセパレータ１０８を介在させた状態で巻回することにより構成されている。
【０００５】
また、上記陰極電極１０２と陽極電極１０３は、金属箔からなる集電体１０４，１０５の両面に分極性電極層１０６，１０７を夫々形成する（図示せず）ことにより構成されたものである。さらに、この陰極電極１０２と陽極電極１０３には夫々リード線１０９が接続されている。
【０００６】
このように構成されたコンデンサ素子１０１は、図示しない駆動用電解液を含浸させた後に有底円筒状の金属ケース１１０内に挿入され、夫々のリード線１０９が挿通する孔を有したゴム製の封口部材１１１を金属ケース１１０の開口部に配設した後、金属ケース１１０の開口部をカーリング加工することによって封止を行っている。
【０００７】
また、このように構成された従来の巻回形電気二重層コンデンサの特性劣化を抑制する目的で、コンデンサ素子１０１の陽極電極１０３より陰極電極１０２を１周分多く巻回する構成のものが提案されている。
【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２００７−１２７８１１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、上記従来の巻回形電気二重層コンデンサのコンデンサ素子１０１は、最外周にはセパレータ１０８が配置され、外周の陰極電極１０２に形成された分極性電極層１０６は陽極電極１０３の分極性電極層１０７と対向しないことになる。
【００１０】
このため許容範囲内の最大値の大電流で急速に充電を繰り返し行うと、最外周のセパレータ１０８に付着している駆動用電解液が陰極電極１０２の分極性電極層１０６と陽極電極１０３の分極性電極層１０７間で化学反応を起こしセパレータ１０８を劣化するという問題が生じていた。
【００１１】
また、外周に配置された陰極電極１０２の分極性電極層１０６は対向する陽極電極１０３の分極性電極層１０７がないため、大電流で充放電を繰り返すと陽極と陰極の電位バランスがくずれ、陽極電極に負担がかかり抵抗値が高くなり充電が遅れるといった現象が生じていた。
【００１２】
本発明は、このような従来の課題を解決し、大電流で急速に充放電を繰り返し行っても駆動用電解液による化学反応により起こるセパレータの劣化が起こることもなく、また陽極と陰極との電位バランスが崩れることがないので、特性劣化の少ない高性能・長寿命の巻回形電気二重層コンデンサ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】
【００１３】
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の両面に分極性電極層を形成した電極を陽極電極と陰極電極とし、この陽極電極と陰極電極には夫々リード線を接続した後、陽極電極、セパレータ、陰極電極、セパレータの順に重ね合わせて巻回したコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を駆動用電解液と共に収納した有底筒状の金属ケースと、この金属ケースの開口部を封止した封口部材からなる巻回形電気二重層コンデンサにおいて、上記コンデンサ素子の最外周は陰極電極が表出し、かつ表出した陰極電極の少なくとも一部に分極性電極層を形成しない未形成部を設けた構成にしたものである。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明による巻回形電気二重層コンデンサは、コンデンサ素子の最外周は陰極電極が表出し、かつ表出した陰極電極の少なくとも一部に分極性電極層を形成しない未形成部を設けた構成にすることにより、大電流で急速に充放電を繰り返し行っても、駆動用電解液による分解反応でセパレータの劣化が起こることもなく、また陽極と陰極の電位バランスが崩れることがないので、信頼性・長寿命に優れた巻回形電気二重層コンデンサを実現することができるという効果を有するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（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及び２に記載の発明について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施の形態１による巻回形電気二重層コンデンサの構成を示した一部切り欠き斜視図であり、図２は、同コンデンサ素子の構成を示した展開斜視図である。図１、図２において、１はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子１はアルミニウムなどの金属箔からなる集電体２の両面に分極性電極層３を形成した陽極電極４と、同じくアルミニウム箔などの金属箔からなる集電体５の両面に分極性電極層６を形成した陰極電極７にそれぞれリード線９を冷間圧接、超音波溶接等で接続し、この陽極電極４と陰極電極７の間に短絡防止用のセパレータ８を夫々に介在させると共に、陰極電極７を外側にして重ね合わせた状態で巻回することにより構成されているものである。
【００１７】
上記コンデンサ素子１は、陰極電極７を陽極電極４より１周分長く巻回し、陰極電極７は陽極電極４の終端部と対向する位置から少なくとも一部に陰極電極７の分極性電極層６を形成しない未形成部１２を設けて巻回するようにした構成にしているものである。
【００１８】
このように構成されたコンデンサ素子１は、夫々のリード線９をゴム製の封口部材１０に設けられた孔に挿通して封口部材１０を装着し、図示しない駆動用電解液を含浸させた後に有底円筒状の金属ケース１１内に挿入すると共に上記封口部材１０を金属ケース１１の開口部に配設し、この金属ケース１１の開口部に横絞り加工とカーリング加工を施すことによって上記封口部材１０を介して封止を行っているものである。
【００１９】
また、上記陽極電極４と陰極電極７に夫々形成された分極性電極層３，６は、活性炭粉末とカーボンブラックとバインダー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、バインダーとしては、ポリテトラフルオロエチレン、カルボキシルメチルセルロース（以下、ＣＭＣと呼ぶ）の水溶性バインダーを混合したものが用いられているものである。
【００２０】
また、上記駆動用電解液の溶媒としては、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種以上の混合物が用いられる。また、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され、一方、電解質アニオンとしては、ＢＦ4-、ＰＦ6-、ＣｌＯ4-、ＣＦ3ＳＯ3-またはＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2-が用いられる。
【００２１】
このように構成された本発明の実施の形態１による巻回形電気二重層コンデンサは、コンデンサ素子１の最外周は陰極電極７が表出し、陽極電極４の終端部と対向する位置から少なくとも一部に陰極電極７の分極性電極層６を形成しない未形成部１２を設けているので、大電流で急速に充放電を行っても、最外周にセパレータ８がないため陰極電極７の分極性電極層６と陽極電極４の分極性電極層３の間でセパレータ８が化学反応を起こし劣化することもない。また、陽極電極４の終端部と対向する陽極電極４の分極性電極層３がない陰極電極７の分極性電極層６が接触していないため、陽極と陰極の電位バランスが崩れることなく、特性劣化を抑制することができるという効果を有するものである。
【００２２】
以下、具体的な実施例について説明する。
【００２３】
（実施例１）
上記実施の形態１において、コンデンサ素子の最外周の陰極電極が表出し、陽極電極の終端から１０ｍｍ陰極電極に分極性電極層を形成しない未形成部を設けた巻回形電気二重層コンデンサ（φ１８×２０ｍｍ）を作製した。
【００２４】
なお、駆動用電解液の溶媒にはプロピレンカーボネートとジメチルカーボネートを７：３の割合にした混合溶媒を用い、電解質にはエチル−ジメチル−イミダゾリウムとＢＦ4-の混合物を１ｍｏｌ／ｌ溶解したものを用いた。
【００２５】
（実施例２）
上記実施例１において、コンデンサ素子の最外周は陰極電極が表出し、陽極電極の終端から１５ｍｍ陰極電極に分極性電極層を形成しない未形成部を設けた以外は、実施例１と同様にして巻回形電気二重層コンデンサを作製した。
【００２６】
（実施例３）
上記実施例１において、コンデンサ素子の最外周は陰極電極が表出し、陽極電極の終端から２０ｍｍ陰極電極に分極性電極層を形成しない未形成部を設けた以外は、実施例１と同様にして巻回形電気二重層コンデンサを作製した。
【００２７】
（実施例４）
上記実施例１において、コンデンサ素子の最外周は陰極電極が表出し、陽極電極の終端から３０ｍｍ陰極電極に分極性電極層を形成しない未形成部を設けた以外は、実施例１と同様にして巻回形電気二重層コンデンサを作製した。
【００２８】
（実施例５）
上記実施例１において、コンデンサ素子の最外周は陰極電極が表出し、陽極電極の終端から５０ｍｍ陰極電極に分極性電極層を形成しない未形成部を設けた以外は、実施例１と同様にして巻回形電気二重層コンデンサを作製した。
【００２９】
（比較例１）
上記実施例１において、最外周にセパレータを陰極電極と同じ長さに配置し、陰極電極に未形成部を設けない以外は、実施例１と同様にして巻回形電気二重層コンデンサを作製した。
【００３０】
このようにして得られた本発明の実施例１〜５及び比較例１の巻回形電気二重層コンデンサ（２．３Ｖ７０Ｆ）について、大電流充放電試験を行なった結果を（表１）に示す。
【００３１】
ここで、大電流充放電試験は、２５℃の環境下で、下限電圧１．２５Ｖ、上限電圧２．５Ｖ、１０Ａの充放電電流値、定電圧、休止無しで１００００サイクルの条件で試験を行い、100ｈ試験後の静電容量を比較した。なお、試験数は５個で行い、その平均値を記載した。
【００３２】
【表１】
2009246149.tif 000003
【００３３】
（表１）から明らかなように、本発明の実施例１〜５による巻回形電気二重層コンデンサは比較例１に比べ、連続充放電試験後の容量維持率が高く、耐久性に優れていることが分かる。しかし、コンデンサ素子の最外周の陰極電極の分極性電極層が、陽極電極の終端部から対向する陰極電極に分極性電極層を形成しない未形成部が３０ｍｍを超えると、静電容量変化率が悪くなる。
【００３４】
以上のことから、コンデンサ素子の最外周長の陰極電極が表出し、陽極電極の終端と対向する位置から少なくとも一部に陰極電極の分極性電極層を形成しない未形成部を設けることにより、大電流で急速に充放電を繰り返し行ってもセパレータが劣化することもなく、陽極と陰極の電位バランスが崩れることがないので、特性劣化の少ない長寿命の電気二重層コンデンサが得られる。
【００３５】
（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及び４に記載の発明について図面を参照しながら説明する。
【００３６】
図３は、本発明の実施の形態２による巻回形電気二重層コンデンサの構成を示した断面図であり、図４は、同コンデンサ素子の構成を示した展開斜視図である。
【００３７】
図３、図４において、２０はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子２０は、アルミニウムなどの金属箔からなる集電体２１の両面に幅方向の一端を除いて分極性電極層２２を形成した陽極電極２３と、同じくアルミニウム箔などの金属箔からなる集電体２４の両面に幅方向の一端を除いて分極性電極層２５を形成した陰極電極２６をお互いに逆方向に位置をずらして配置し、その間に短絡防止用のセパレータ２７を介在させて巻回することにより構成され、このコンデンサ素子２０の両端面に陽極引出し部２３ａと陰極引出し部２６ａを設け、夫々の電極を取り出すようにしたものである。
【００３８】
また、上記コンデンサ素子２０は、陰極電極２６を外側に配置して巻回しているため、コンデンサ素子２０の最外周は陰極電極２６が配置されており、陽極電極２３の終端から１周分を陰極電極２６で巻回し、最外周となる陰極電極２６に、陽極電極２３の終端部と対向する位置から少なくとも一部の分極性電極層２５を形成しない未形成部４０を両面に設けた構成にしているものである。
【００３９】
このように構成されたコンデンサ素子２０に、陽極引出し部２３ａと陰極引出し部２６ａに中心部に孔が開いている中間体２７ａ，２７ｂをレーザー溶接等により接続し、さらに陽極引出し部２３ａ側には中心部に孔が開いているアルミニウム製の端子板２８をレーザー溶接等により接続し、ゴム製のゴムリング２９を端子板２８に嵌め込んだ後、アルミニウム製の金属ケース３０に挿入し、金属ケース３０の外周に円環状の横溝絞り加工と端子板２８と金属ケース３０をカーリング加工を施し、金属ケース３０の陰極引出し部２６ａ側にもレーザー溶接等により接続した後、端子板２８の中心部の孔部分より図示しない駆動用電解液を注入した後、駆動用電解液注入口に調圧弁３１にて封止を行うことにより、本実施の形態２による巻回形電気二重層コンデンサを構成したものである。
【００４０】
また、上記陽極電極２３と陰極電極２６に夫々形成された分極性電極層２２，２５は、活性炭粉末とカーボンブラックとバインダー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、バインダーとしては、ポリテトラフルオロエチレン、カルボキシルメチルセルロース（以下、ＣＭＣと呼ぶ）の水溶性バインダーを混合したものが用いられているものである。
【００４１】
また、上記駆動用電解液の溶媒としては、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種以上の混合物が用いられる。また、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され、一方、電解質アニオンとしては、ＢＦ4-、ＰＦ6-、ＣｌＯ4-、ＣＦ3ＳＯ3-またはＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2-が用いられる。
【００４２】
このように構成された本発明の実施の形態２による巻回形電気二重層コンデンサは、コンデンサ素子２０の最外周は陰極電極２６が表出し、陽極電極２３の終端部と対向する位置から少なくとも一部に陰極電極２６の分極性電極層２５を形成しない未形成部４０を設けた構成にしているので、大電流で急速に充放電を行っても、最外周にセパレータ２７がないため陰極電極２６の分極性電極層２５と陽極電極２３の分極性電極層２２の間でセパレータが化学反応を起こし劣化することがない。また陽極電極２３の終端部と対向する陽極電極２３の分極性電極層２２がない陰極電極２６の分極性電極層２５とが接触しないため、陽極と陰極の電位バランスが崩れることなく、特性劣化を抑制することができるという効果を有するものである。
【００４３】
以下、具体的な実施例について説明する。
【００４４】
（実施例６）
上記実施の形態２において、コンデンサ素子の最外周の陰極電極が表出し、陽極電極の終端から少なくとも一部の陰極電極の分極性電極層を形成しない未形成部１０ｍｍを設けた巻回形電気二重層コンデンサ（φ３０×１４０ｍｍ）を作製した。
【００４５】
なお、駆動用電解液の溶媒にはプロピレンカーボネートとジメチルカーボネートを７：３の割合にした混合溶媒を用い、電解質にはエチル−ジメチル−イミダゾリウムとＢＦ4-の混合物を１ｍｏｌ／ｌ溶解したものを用いた。
【００４６】
（実施例７）
上記実施例６において、コンデンサ素子の最外周の陰極電極が表出し、陽極電極の終端から少なくとも一部の陰極電極の分極性電極層を形成しない未形成部２０ｍｍを設けた以外は、実施例６と同様にして巻回形電気二重層コンデンサを作製した。
【００４７】
（実施例８）
上記実施例６において、コンデンサ素子の最外周の陰極電極が表出し、陽極電極の終端から少なくとも一部の陰極電極の分極性電極層を形成しない未形成部５０ｍｍを設けた以外は、実施例６と同様にして巻回形電気二重層コンデンサを作製した。
【００４８】
（実施例９）
上記実施例６において、コンデンサ素子の最外周の陰極電極が表出し、陽極電極の終端から少なくとも一部の陰極電極の分極性電極層を形成しない未形成部９０ｍｍを設けた以外は、実施例６と同様にして巻回形電気二重層コンデンサを作製した。
【００４９】
（実施例１０）
上記実施例６において、コンデンサ素子の最外周の陰極電極が表出し、陽極電極の終端から少なくとも一部の陰極電極の分極性電極層を形成しない未形成部１００ｍｍを設けた以外は、実施例６と同様にして巻回形電気二重層コンデンサを作製した。
【００５０】
（比較例２）
上記実施例６において、最外周にセパレータを陰極電極と同じ長さに配置し、陰極電極に未形成部を設けない以外は、実施例６と同様にして巻回形電気二重層コンデンサを作製した。
【００５１】
このようにして得られた本発明の実施例６〜１０及び比較例２の巻回形電気二重層コンデンサ（２．５Ｖ３００Ｆ）について、大電流充放電試験を行なった結果を（表２）に示す。
【００５２】
ここで、大電流充放電試験は、２５℃の環境下で、下限電圧１．２５Ｖ、上限電圧２．５Ｖ、１００Ａの充放電電流値、定電圧、休止無しで１００００サイクルの条件で試験を行い、１００ｈ試験後の静電容量を比較した。なお、試験数は５個で行い、その平均値を記載した。
【００５３】
【表２】
2009246149.tif 000004
【００５４】
（表２）から明らかなように、本発明の実施例６〜１０による巻回形電気二重層コンデンサは比較例２に比べ、連続充放電試験後の容量維持率が高く、耐久性に優れていることが分かる。しかし、コンデンサ素子の最外周の陰極電極の分極性電極層が、陽極電極の終端部から対向する陰極電極に分極性電極層を形成しない未形成部が９０ｍｍを超えると、静電容量変化率が悪くなる。
【００５５】
以上のことから、コンデンサ素子の最外周の陰極電極が表出し、陽極電極の終端部と対向する位置から少なくとも一部に陰極電極の分極性電極層を形成しない未形成部を設けることにより、大電流で急速に充放電を繰り返し行ってもセパレータが劣化することもなく、陽極と陰極の電位バランスが崩れることがないので、特性劣化の少ない長寿命の電気二重層コンデンサが得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上のように、本発明の巻回形電気二重層コンデンサによれば、大電流で急速に充放電を繰り返し行っても、駆動用電解液による分解反応でセパレータの劣化が起こることがなく、また陽極と陰極の電位バランスが崩れることがないので、特性劣化の少ない高信頼性・長寿命に優れるという効果を有し、巻回形電気二重層コンデンサとして有効である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態１における巻回形電気二重層コンデンサの構成を示した一部切り欠き斜視図
【図２】同コンデンサ素子の展開斜視図
【図３】本発明の実施の形態２による巻回形電気二重層コンデンサの構成を示した断面図
【図４】同コンデンサ素子の展開斜視図
【図５】従来の巻回形電気二重層コンデンサの構成を示した一部切り欠き斜視図
【符号の説明】
【００５８】
１  コンデンサ素子
２，５  集電体
３，６  分極性電極層
４  陽極電極
７  陰極電極
８  セパレータ
９  リード線
１０  封口部材
１１  金属ケース
【図１】
2009246149.tif 000005
【図２】
2009246149.tif 000006
【図３】
2009246149.tif 000007
【図４】
2009246149.tif 000008
【図５】
2009246149.tif 000009