コンデンサ
外装容器の一方向側のみに端子を設けた場合でも素子体から端子への抵抗を低減させ、かつ、インダクタンスを低減させることができ、さらに素子体の製造時間を短縮させることのできるコンデンサを提供する。
素子体１０１は、電極体１０３Ａ、１０３Ｂの端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂが、セパレータ５Ａ、５Ｂの長手方向に沿って互いに反対側にセパレータ５Ａ、５Ｂより突出するように巻回されて形成されている。この素子体１０１の渦巻き様の両端面からは、電極体１０３Ａ、１０３Ｂの端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂが別々に露出されており、この端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂには、集電板１４１Ａ、１４１Ｂが接合されている。そして、集電板１４１Ａと端子３３Ａ間、集電板１４１Ｂと端子３３Ｂ間は、それぞれ短タブ部１５１Ａ、長タブ部１５１Ｂにより接続されている。
素子体１０１は、電極体１０３Ａ、１０３Ｂの端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂが、セパレータ５Ａ、５Ｂの長手方向に沿って互いに反対側にセパレータ５Ａ、５Ｂより突出するように巻回されて形成されている。この素子体１０１の渦巻き様の両端面からは、電極体１０３Ａ、１０３Ｂの端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂが別々に露出されており、この端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂには、集電板１４１Ａ、１４１Ｂが接合されている。そして、集電板１４１Ａと端子３３Ａ間、集電板１４１Ｂと端子３３Ｂ間は、それぞれ短タブ部１５１Ａ、長タブ部１５１Ｂにより接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンデンサに係わり、特に、外装容器の一方向側のみに端子を設けた場合でも素子体から端子への抵抗を低減させ、かつ、インダクタンスを低減させることができ、さらに素子体の製造時間を短縮させることのできるコンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタや電解コンデンサは、内部の素子体からの集電を行い、この素子体と外部接続用の端子間の電気的な接続を行うための集電構造を有している。
従来の集電構造を有する電気二重層キャパシタの縦断面図を図７に示す。また、従来の素子体の構成図を図８に、図８中のＡ矢視線図（セパレータを省略したもの）を図９に示す。なお、このような集電構造を有するコンデンサとして、特許文献１が知られている。
【０００３】
図７〜図９において、電気二重層キャパシタの単体セル５０では、図示しない電解液により含浸された柱状の素子体１が、底部２１ａを有する円筒状の外装容器２１に収容されており、この外装容器２１の開口部２１ｂが封口板３１により封口されている。
【０００４】
このとき、素子体１は、電解液との界面に電気二重層を形成するための一対の長尺帯状の電極体３Ａ、３Ｂと、この電極体３Ａ、３Ｂ相互間に配置されたセパレータ５Ａ、５Ｂとが積層されて構成されており、これらの電極体３Ａ、３Ｂ及びセパレータ５Ａ、５Ｂを巻回することで素子体１が形成されている。なお、電極体３Ａ、３Ｂは、一方が正極を構成し、他方が負極を構成している。
【０００５】
また、電極体３Ａ、３Ｂは、それぞれ長尺帯状の金属製の集電箔７Ａ、７Ｂと、この集電箔７Ａ、７Ｂの表面に形成された電極層９Ａ、９Ｂとを有している。この電極層９Ａ、９Ｂには、集電箔７Ａ、７Ｂに電気二重層を形成し蓄電機能を果たすため、例えば活性炭等の高比表面積材料が用いられる。なお、図９では、電極層９Ａ、９Ｂは、それぞれ集電箔７Ａ、７Ｂの片面のみに形成されているが、両面に形成される場合もある。
【０００６】
さらに、電極体３Ａ、３Ｂで電極層９Ａ、９Ｂが形成された側の面の一部には、素子体１の巻回の軸方向全長に沿って電極層９Ａ、９Ｂが形成されていないタブ接合部１１Ａ、１１Ｂが形成されている。このタブ接合部１１Ａ、１１Ｂでは、帯状のタブ１３Ａ、１３Ｂと集電箔７Ａ、７Ｂとが、それぞれタブ１３Ａ、１３Ｂの一端である突端部１５Ａ、１５Ｂを電極体３Ａ、３Ｂの外に突出させた状態で、圧接あるいは振動溶接により接合されている。
なお、集電箔７Ａ、７Ｂにタブ接合部１１Ａ、１１Ｂを設けるのは、電極層９Ａ、９Ｂが形成された部分にタブ１３Ａ、１３Ｂを接合すると、この電極層９Ａ、９Ｂには活性炭等を用いているため、接合強度が十分に得られないおそれがあるからである。
【０００７】
このとき、柱状の素子体１が形成された状態で、対極の電極体３Ａ、３Ｂに接続されたそれぞれの突端部１５Ａ、１５Ｂ間が十分に隔離されるように、タブ１３Ａ、１３Ｂと集電箔７Ａ、７Ｂとの接合位置が決められている。
その結果、素子体１が形成された状態では、素子体１の渦巻き様の端面の一方（外装容器２１の開口部２１ｂ側）からタブ１３Ａ、１３Ｂの突端部１５Ａ、１５Ｂがそれぞれ離隔されつつ突出されるようになっており、それぞれが封口板３１を貫通する貫通穴３１ａ、３１ｂに取り付けられた端子３３Ａ、３３Ｂと接続されるようになっている。
【０００８】
かかる構成において、正極及び負極を構成する電極体３Ａ、３Ｂからの集電は、それぞれタブ１３Ａ、１３Ｂにより行われる。そのため、外装容器２１の内部に密閉収納された素子体１から外部への電気エネルギーの入出力を行うことができる。
【０００９】
ところで、単体セル５０が、電気二重層キャパシタや大型の電解コンデンサの大出力用途に用いられる場合には、自身の発熱を抑えるために、単体セル５０の抵抗を低減させる必要がある。
このために、素子体１から端子３３Ａ、３３Ｂへの抵抗を低減させることが重要であり、これに際して、図８、図９に示すように片極に１個だけタブ１３Ａ、１３Ｂを接合するのではなく、この個数を増加させることが考えられる。
【００１０】
しかしながら、この場合、タブ１３Ａ、１３Ｂの個数を増やすと、素子体１の開口部２１ｂ側の端面から突出される突端部１５Ａ、１５Ｂの数も増加するため、電極体３Ａに接合された突端部１５Ａは、電極体３Ｂに接続された対極の突端部１５Ｂに対しては十分に隔離されるように、かつ他の同極の突端部１５Ａに対しては互いに略同位置に、配置する必要があった。そのため、電極体３Ａ、３Ｂやセパレータ５Ａ、５Ｂを巻回する際に、電極体３Ａ、３Ｂの厚さの均一性を高度に高める必要があるほか、そのタブ１３Ａ、１３Ｂの接合位置を決めることが難しく、かつタブ１３Ａ、１３Ｂを接合する時に素子体１の巻き取りを一時停止する必要があるので、素子体１の製造時間が長期化するおそれがあった。
【００１１】
このように、タブ１３Ａ、１３Ｂを多数個接合するのは技術的に困難であり、片極には事実上２〜３個のタブ１３Ａ、１３Ｂしか接合することができなかった。従って、タブ１３Ａ、１３Ｂの個数を十分に増加させることができず、単体セル５０の抵抗が高くなるおそれがあった。
【００１２】
一方で、素子体の両端面から、正極及び負極を構成する電極体の集電箔の一部を別々に露出させ、この露出部分を介して電極体からの集電を行う集電構造も知られている。この集電構造は特許文献２に開示されている。
【００１３】
しかしながら、この特許文献２の集電構造は、端子３３Ａ、３３Ｂに対応するバスバーを、それぞれモジュールケースの両端面に配置することを前提としている。
【００１４】
そのため、特許文献２の集電構造を有する単体セルでは、特許文献１のように外装容器２１の開口部２１ｂ側の一方向側のみに端子３３Ａ、３３Ｂが配置されておらず、単体セル同士を配線する場合や、単体セルと外部の回路とを配線する場合に、この配線が複雑になるおそれがあり、かつ省スペース化が困難になるおそれがあった。
【特許文献１】特開昭５１−６４９号公報（第１図）
【特許文献２】特開２００２−３５３０７８号公報（第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、外装容器の一方向側のみに端子を設けた場合でも素子体から端子への抵抗を低減させ、かつ、インダクタンスを低減させることができ、さらに素子体の製造時間を短縮させることのできる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】
【００１６】
このため本発明は、電解液と、長尺状の集電箔を備えてなり、かつ該集電箔の長手方向の１辺の全長に沿った端部帯状部を有し、互いに対向配置された電極体である正極及び負極と、該正極及び該負極を隔てるイオン透過性のセパレータとを有し、前記正極及び前記負極それぞれの前記端部帯状部の少なくとも一部分が互いに反対側に前記セパレータより突出するようにして、前記正極、前記負極及び前記セパレータが巻回された柱状の素子体と、該素子体及び前記電解液を収容し、一方に開口部を有する外装容器と、前記素子体の両端部にそれぞれ配置され、前記正極の端部帯状部と電気的に接続される正極集電板、及び前記負極の端部帯状部と電気的に接続される負極集電板と、前記外装容器の前記開口部を封口する封口板と、該封口板を貫通する貫通穴に取り付けられ、外部との間の電気エネルギーの入出力を行う正極端子及び負極端子と、前記正極集電板と前記正極端子との間、及び前記負極集電板と前記負極端子との間をそれぞれ電気的に接続する正極タブ部及び負極タブ部とを備えて構成した。
【００１７】
正極及び負極は、それぞれの集電箔の端部帯状部が互いに素子体の反対の端部に配置されるように構成されている。また、正極集電板と正極端子との間、及び負極集電板と負極端子との間にはそれぞれ、正極タブ部及び負極タブ部が設けられ、かつ正極端子及び負極端子はいずれも、外装容器を封口する封口板を貫通する貫通穴に取り付けられるので、外装容器の一方向側のみで素子体から外部への電気エネルギーの入出力を行うことができる。そのため、素子体を収容する外装容器（単体セル）同士を接続する場合や、単体セルと外部の回路とを配線する場合に、この配線を簡易に接続することができ、かつ省スペース化を容易に行うことができる。
【００１８】
さらに、本発明の素子体では、従来の素子体で必要であったタブの接合位置を考慮する必要が無い。そのため、素子体の巻き取りを一時停止することも無いので、素子体の製造時間を短縮させることができる。さらに、本発明の素子体では、従来のタブの接合の代わりに、素子体の巻き取り工程後に正極集電板や負極集電板の接続を行うだけで良いため、その製造が簡単である。従って、コンデンサの製造コストを下げることができる。
【００１９】
また、本発明では、前記正極集電板及び前記負極集電板が、前記素子体の巻回断面と平行な方向に配置されることが好ましい。
【００２０】
かかる構成により、電極体の端部帯状部の全長にわたって集電板が接触されるので、電極体と集電板との間の抵抗を下げることができ、かつインダクタンスも下げることもでき、コンデンサ全体の抵抗を低くすることができる。特に、１秒以下の短時間に大電流の充電、放電を行う場合には、抵抗成分として、インダクタンスの影響が大きくなるため、本発明の構造の採用は、１秒以下の短時間に大電流の充電、放電を行う際のコンデンサ全体の抵抗の低減に大きく寄与する。
【００２１】
さらに、本発明は、前記正極タブ部及び前記負極タブ部のうち、前記封口板と反対側に設けられた集電板に接続されたタブ部が、前記素子体の最外周部分と前記外装容器との間を通るように配設されることが好ましい。
【００２２】
素子体の両端部のそれぞれに設けられた正極集電板及び負極集電板のうち、貫通穴に取り付けられた正極端子及び負極端子と近接していない側、すなわち、封口板と反対側に設けられた集電板に接続されたタブ部は、素子体の最外周部分と外装容器との間を通って正極端子又は負極端子と接続される。そのため、この正極タブ部又は負極タブ部の長さは、比較的長くなる。
【００２３】
しかしながら、正極タブ部又は負極タブ部は、素子体の最外周部分と外装容器との間に配設されるため、外装容器に収容可能な範囲であれば制約無くその断面積の設計を行うことができる。従って、これらの抵抗値が全体の抵抗値に対して無視できるように設計されるので、集電板と端子との間の抵抗を下げることができ、コンデンサ全体の抵抗を低くすることができる。
【００２４】
さらに、本発明は、前記正極及び前記負極の端部帯状部は、前記正極集電板及び前記負極集電板のそれぞれの中心部と、該中心部から放射状に溶接されることが好ましく、また前記正極集電板及び前記負極集電板が点対称の形状を有し、前記正極及び前記負極のそれぞれの端部帯状部が、前記正極集電板及び前記負極集電板の中心部に対し対称に溶接されていることが好ましく、さらに前記正極集電板及び前記負極集電板のそれぞれの中心部と、前記正極タブ部及び前記負極タブ部のそれぞれの一端が溶接されていることが好ましい。
【００２５】
放射状に溶接することにより、端部帯状部と集電板とを全面的に接触させることができ、接触抵抗を低減させることができる。また、対称に溶接することで、効果的に接触抵抗を低減させることができる。さらに、正極集電板及び負極集電板のそれぞれの中心部から電気エネルギーを効率よく入出力できる。従って、電極体から均等に電気エネルギーの入出力を行うことができる。
【００２６】
さらに、本発明は、前記正極集電板と正極タブ部、及び前記負極集電板と負極タブ部は、それぞれ互いに一体化された部材とされてもよい。
【００２７】
このことにより、部材の点数を減らせると共に必要な加工工数も減らすことができる。
【００２８】
さらに、本発明のコンデンサにおいて、前記正極又は負極が、前記集電箔の少なくとも一方の表面に、前記端部帯状部を残して高比表面積材料からなる電極層が形成されたものである電気二重層キャパシタであることが好ましい。
【００２９】
集電箔の少なくとも一方の表面に、高比表面積材料からなる電極層を形成することで、効率のよい蓄電機能を有する電気二重層キャパシタを形成できる。
【００３０】
さらに、本発明のコンデンサにおいて、前記集電箔がアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、前記正極は、前記集電箔に緻密な酸化皮膜が形成されたものであるアルミ電解コンデンサであることが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したように本発明によれば、容器の一方向側のみに正極端子及び負極端子を設けた場合でも素子体から正極端子及び負極端子への接続抵抗を低減させ、かつ、インダクタンスを低減させることができ、さらに素子体の製造時間を短縮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の集電構造を有する電気二重層キャパシタの縦断面図。
【図２】本発明の素子体の構成図。
【図３】図２中のＢ矢視線図。
【図４】素子体と集電板との接合部分の拡大図。
【図５】本発明の集電板の構成図。
【図６】本発明の集電板の別構成図。
【図７】従来の集電構造を有する電気二重層キャパシタの縦断面図。
【図８】従来の素子体の構成図。
【図９】図８中のＡ矢視線図。
【符号の説明】
【００３３】
１、１０１ 素子体
３Ａ、３Ｂ、１０３Ａ、１０３Ｂ 電極体
５Ａ、５Ｂ セパレータ
７Ａ、７Ｂ、１０７Ａ、１０７Ｂ 集電箔
９Ａ、９Ｂ 電極層
２１ 外装容器
３１ 封口板
３３Ａ、３３Ｂ 端子
５０、１００ 単体セル
１０８Ａ、１０８Ｂ 端部帯状部
１４１Ａ、１４１Ｂ 集電板
１４５Ａ、１４５Ｂ 中心部
１４６Ａ、１４６Ｂ 溶接点
１４８Ａ、１４８Ｂ 線溶接部
１５１Ａ、１５１Ｂ 短タブ部、長タブ部
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施形態について説明する。
本発明の実施形態である集電構造を有する電気二重層キャパシタの縦断面図を図１に示す。また、本発明の素子体の構成図を図２に、図２中のＢ矢視線図を図３に示す。なお、図７〜図９と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。
図１〜図３において、本発明の電気二重層キャパシタの単体セル１００は、従来の単体セル５０と同様に、図示しない電解液により含浸された柱状の素子体１０１が、外装容器２１及び封口板３１により密閉収容されている。
【００３５】
このとき、本発明の素子体１０１の正極及び負極を構成する電極体１０３Ａ、１０３Ｂは、長尺帯状の集電箔１０７Ａ、１０７Ｂと、この集電箔１０７Ａ、１０７Ｂの両面にその長手方向の１辺の全長に沿った端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂを残して形成された電極層９Ａ、９Ｂとを有している。
【００３６】
なお、電極層９Ａ、９Ｂには、従来の電極体３Ａ、３Ｂと同様に、集電箔１０７Ａ、１０７Ｂに電気二重層を形成し蓄電機能を果たすため、高比表面積材料が用いられる。電極層９Ａ、９Ｂは、それぞれ集電箔１０７Ａ、１０７Ｂの両面に形成されている。しかしながら、電極層９Ａ、９Ｂは、それぞれ集電箔１０７Ａ、１０７Ｂの片面のみに形成されてもよい。さらに、図３では、電極体１０３Ａ、１０３Ｂにおいて、その端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂと逆側の１辺にも帯部１０８Ｃ、１０８Ｄが僅かに残されているが、この帯部１０８Ｃ、１０８Ｄは、電極体１０３Ａ、１０３Ｂを製造する上で、集電箔１０７Ａ、１０７Ｂと電極層９Ａ、９Ｂとの間に必要な余裕を示したものに過ぎず、素子体１０１のエネルギー密度の観点からは、設けない方が好ましい。
【００３７】
そして、この電極体１０３Ａ、１０３Ｂは、それぞれの端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂが、セパレータ５Ａ、５Ｂの長手方向に沿って互いに反対側にセパレータ５Ａ、５Ｂより突出するように巻回されており、これにより柱状の素子体１０１が形成されるようになっている。なお、この素子体１０１の最外周部分には、電極体１０３Ａあるいは電極体１０３Ｂを覆うべく、図示しない絶縁部材が配置されるようになっている。この絶縁部材は、セパレータ５であると好ましい。電極体１０３Ａ、１０３Ｂよりも長尺状のセパレータ５を用いて巻回すれば、セパレータ５により最外周部分が覆われた素子体１０１が容易に得られるため好ましい。また、本発明の素子体１０１には、従来の素子体１のように、その電極体１０３Ａ、１０３Ｂにタブ接合部１１Ａ、１１Ｂが形成されておらず、また、タブ１３Ａ、１３Ｂも接合されていない。
【００３８】
そして、このように形成された素子体１０１の渦巻き様の両端面からは、それぞれ電極体１０３Ａ、１０３Ｂの端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂが別々に露出されている。また、この端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂには、集電板１４１Ａ、１４１Ｂが接合されるようになっている。この素子体と集電板との接合部分の拡大図を図４に、集電板の構成図を図５に示す。
【００３９】
図４、図５において、集電板１４１Ａ、１４１Ｂは点対称の形状を有し、素子体１０１の巻回断面と略同面積を有する円板状の板部１４３Ａ、１４３Ｂを有し、巻回断面と平行な方向に配置されている。そして、この板部１４３Ａ、１４３Ｂの一方の面には、電極体１０３Ａ、１０３Ｂの端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂが接合されている。このとき、端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂと板部１４３Ａ、１４３Ｂとの接合には、機械的押し付け、導電性接着剤等による導電接着があるが、機械的、電気的に信頼性の高い溶接接合が好ましい。また、この溶接法には、超音波溶接、ＹＡＧ等のレーザー溶接、電子ビーム溶接法が好適に用いられる。
【００４０】
そして、この溶接では、板部１４３Ａ、１４３Ｂの中心部１４５Ａ、１４５Ｂから各溶接点１４６Ａ、１４６Ｂまでの距離が均等になるように、中心部から外周に向かって放射状に溶接されることが望ましい。例えば、図５に示すように、板部１４３Ａ、１４３Ｂの中央部に１か所（中心部１４５Ａ、１４５Ｂ）、この板部１４３Ａ、１４３Ｂの最外周付近に等分に６か所（溶接点１４６Ａ、１４６Ｂ）の合計７か所の溶接点が設けられ、中心部１４５Ａ、１４５Ｂから溶接点１４６Ａ、１４６Ｂへと放射線状に線溶接される（線溶接部分を図５中線溶接部１４８Ａ、１４８Ｂで示す）。この線溶接の本数が４本以上であると、電極体１０３Ａ、１０３Ｂと集電板１４１Ａ、１４１Ｂとを全面的に接触でき、接触抵抗を低減できるため好ましい。また、線溶接を点対称中心（中心部１４５Ａ、１４５Ｂ）に対して対称になるような角度で行うと、効果的に接触抵抗を低減でき好ましい。
【００４１】
一方、板部１４３Ａ、１４３Ｂにおいて、端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂが接合されていない他方の面には、板部１４３Ａ、１４３Ｂの中央部から突出した小突起１４７Ａ、１４７Ｂが設けられている。また、この板部１４３Ａ、１４３Ｂには、素子体１０１の端面からの電解液の含浸を阻害しないように、図示しない穿孔や切欠部が形成されることが望ましい。
【００４２】
さらに、素子体１０１が外装容器２１に収容されたときに開口部２１ｂ側に配置される端部帯状部１０８Ａに接合される集電板１４１Ａには、その小突起１４７Ａを覆うように一端が接続された帯状の短タブ部１５１Ａが設けられている。この短タブ部１５１Ａの長手方向の長さＬＡは、素子体１０１が外装容器２１に収容されたときに、端子３３Ａへの接続のための余裕を有するように、小突起１４７Ａと端子３３Ａとの間の距離よりも所定長長く形成されている。
【００４３】
一方、素子体１０１が外装容器２１に収容されたときに底部２１ａ側に配置される端部帯状部１０８Ｂに接合される集電板１４１Ｂには、その小突起１４７Ｂの側部に一端が接続された帯状の長タブ部１５１Ｂが設けられている。この長タブ部１５１Ｂの長手方向の長さＬＢは、短タブ部１５１Ａの長さＬＡよりも長く、かつ素子体１０１が外装容器２１に収容されたときに、端子３３Ｂへの接続のための余裕を有するように、素子体１０１の最外周部分と外装容器２１との間を通って端子３３Ｂに至るまでの距離よりも所定長長く形成されている。
【００４４】
そして、このような短タブ部１５１Ａ及び長タブ部１５１Ｂは、それぞれの抵抗値が素子体１０１の有する固有の抵抗値に対して十分小さくなるように、かつ完成された単体セル１００に要求される抵抗値を満たすように、その断面積が設計されている。
【００４５】
加えて、図１において、このような集電板１４１Ａ、１４１Ｂ及び短タブ部１５１Ａ、長タブ部１５１Ｂを備えた素子体１０１は、外装容器２１及び封口板３１により密閉収容され、その短タブ部１５１Ａの他端が貫通穴３１ａに取り付けられた端子３３Ａと接続され、長タブ部１５１Ｂの他端が貫通穴３１ｂに取り付けられた端子３３Ｂと接続されている。
【００４６】
このとき、短タブ部１５１Ａは、短タブ部１５１Ａの長さＬＡと、小突起１４７Ａと端子３３Ａとの間の距離の違いに伴い、弓なりの状態となっている。
また、長タブ部１５１Ｂには、集電板１４１Ｂの小突起１４７Ｂから素子体１０１の最外周部分と外装容器２１との間を通って端子３３Ｂに接続されるように、小突起１４７Ｂから順に２か所の折曲部１５３、１５４が形成されている。そして、長タブ部１５１Ｂは、その長手方向が小突起１４７Ｂから折曲部１５３までは板部１４３Ｂの径方向に沿って、折曲部１５３から折曲部１５４までは素子体１０１の巻回の軸方向に沿って配設され、さらに折曲部１５４から端子３３Ｂまでは弓なりの状態となっている。
【００４７】
なお、長タブ部１５１Ｂは、折曲部１５３から折曲部１５４までの範囲で素子体１０１の最外周部分と外装容器２１との間に配設されているが、素子体１０１の最外周部分には図示しない絶縁部材が配置されているため、素子体１０１内の電極体１０３Ａ、１０３Ｂ等との短絡が起こらないようになっている。また、長タブ部１５１Ｂの折曲部１５４付近において、対極の電極体１０３Ａに接続された集電板１４１Ａと接近しているが、この部分には図示しない絶縁部材が介設されており、両者の絶縁が行われるようになっている。なお、素子体１０１の最外周部分がセパレータ５により構成される場合、新たな絶縁部材を設ける必要はない。
【００４８】
かかる構成において、正極及び負極を構成する電極体１０３Ａ、１０３Ｂからの集電は、それぞれ端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂ、集電板１４１Ａ、１４１Ｂ及び短タブ部１５１Ａ、長タブ部１５１Ｂにより行われる。
このとき、素子体１０１の両端面には、電極体１０３Ａ、１０３Ｂのそれぞれの端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂが、外装容器２１の底部２１ａ側、開口部２１ｂ側に向けて別々に露出されているので、この端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂに対して集電板１４１Ａ、１４１Ｂが接合される。
【００４９】
また、底部２１ａ側の端部帯状部１０８Ｂに接合される集電板１４１Ｂと端子３３Ｂとの間には長タブ部１５１Ｂが設けられているので、外装容器２１の開口部２１ｂ側の一方向側のみに、すなわち封口板３１のみに、端子３３Ａ、３３Ｂが配置される。
【００５０】
さらに、この長タブ部１５１Ｂは比較的長いが、この断面積は、素子体１０１の有する固有の抵抗値に対して十分小さくなるように、かつ完成された単体セル１００に要求される抵抗値を満たすように設計される。特に、長タブ部１５１Ｂは、素子体１０１の最外周部分と外装容器２１との間を通って端子３３Ｂに接続されるため、外装容器２１に収容可能な範囲であれば制約無くその断面積の設計が行われる。そのため、長タブ部１５１Ｂの抵抗値は、単体セル１００全体の抵抗値に対して無視できる。このことは、短タブ部１５１Ａについても同様である。
【００５１】
以上により、電極体１０３Ａ、１０３Ｂの端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂに対して集電板１４１Ａ、１４１Ｂが接触されるので、電極体１０３Ａ、１０３Ｂと集電板１４１Ａ、１４１Ｂとの間の抵抗を下げることができる。また、この溶接では、板部１４３Ａ、１４３Ｂの中心部から外周に向かって放射状に溶接されるので、電極体１０３Ａ、１０３Ｂから均等に電気エネルギーの入出力を行うことができる。
【００５２】
さらに、底部２１ａ側の集電板１４１Ｂには長タブ部１５１Ｂが設けられるので、外装容器２１の開口部２１ｂ側の一方向側のみで、素子体１０１から外部への電気エネルギーの入出力を行うことができる。そのため、単体セル１００同士を配線する場合や、単体セル１００と外部の回路とを配線する場合に、この配線を簡易に接続することができ、かつ容易に省スペース化できる。
【００５３】
さらに、短タブ部１５１Ａ及び長タブ部１５１Ｂの断面積は、これらの抵抗値が単体セル１００全体の抵抗値に対して無視できるように設計されるので、集電板１４１Ａ、１４１Ｂと端子３３Ａ、３３Ｂとの間の抵抗を下げることができる。
このことにより、外装容器２１の開口部２１ｂ側の一方向側のみに端子３３Ａ、３３Ｂを設けることができ、かつ素子体１０１から端子３３Ａ、３３Ｂへの抵抗を低減させることができる。
【００５４】
また、本発明の素子体１０１では、従来の素子体１で必要であったタブ１３Ａ、１３Ｂの接合位置を考慮する必要が無い。そのため、素子体１０１の巻き取りを一時停止することも無いので、素子体１０１の製造時間を短縮させることができる。
【００５５】
さらに、本発明の素子体１０１では、従来のタブ１３Ａ、１３Ｂの接合の代わりに、素子体１０１の工程後に分離して集電板１４１Ａ、１４１Ｂの接合を行うだけで良いため、その製造が簡単である。従って、単体セル１００の製造コストを下げることができる。
【００５６】
なお、本発明では、短タブ部１５１Ａ及び長タブ部１５１Ｂは、それぞれ集電板１４１Ａ、１４１Ｂの小突起１４７Ａ、１４７Ｂに接続されるとして説明してきたが、これに限られない。すなわち、集電板の板部１４３Ａ、１４３Ｂと端子３３Ａ、３３Ｂ（図１参照）間が電気的に接続されていれば、短タブ部１５１Ａ及び長タブ部１５１Ｂは、それぞれ集電板の板部１４３Ａ、１４３Ｂと別部材とせずに、図６に示すように互いに一体化されていても良い。
【実施例】
【００５７】
以上のような本発明の集電構造を有する電気二重層キャパシタの最適例について説明する。
正極及び負極を構成する電極体１０３Ａ、１０３Ｂに用いられる集電箔１０７Ａ、１０７Ｂの材質は、正極側の電気化学耐食性に優れるものであれば特に限定されないが、加工性、軽量化の点でアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼の箔材が好適である。
【００５８】
また、電極層９Ａ、９Ｂに用いられる高比表面積材料は、比表面積１００〜３０００ｍ２／ｇの炭素質材料を主体として形成され、フェノール等の樹脂系、やしがら系、コークス系又はピッチ系の活性炭、及びカーボンナノチューブ、カーボンエアロゲル、ポリアセン等が好ましく使用でき、導電助剤としてはカーボンブラック、炭素短繊維、金属ファイバが好適である。さらに、正極と負極に用いられる電極層９Ａ、９Ｂは同じ材料で構成されても良いし、異なる材料で構成されても良い。
【００５９】
また、セパレータ５Ａ、５Ｂの材質は、イオン透過性を有する部材であれば良く、電気絶縁性と電解液に対する化学的安定性、電解液の吸液量が多く保液性に優れる多孔質材料からなることが好ましい。具体的には、ガラス繊維、シリカファイバ、アルミナファイバ、アスベスト、及びこれらのウィスカ等の無機材料や、マニラ麻紙、セルロース紙、クラフト紙、レーヨン繊維とサイザル麻の混沙紙等の紙材料、ポリオレフィン、ポリエステル等の合成ポリマー繊維等の有機材料からなることが好ましい。また、それらを抄造したシート、延伸操作によって微孔を設けたマイクロポーラスフィルム等が好ましい。
【００６０】
さらに、集電板１４１Ａ、１４１Ｂの材質は、集電箔１０７Ａ、１０７Ｂと同じ材質が望ましく、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼が最適である。また、短タブ部１５１Ａ及び長タブ部１５１Ｂの材質も、集電箔１０７Ａ、１０７Ｂと同じ材質が望ましく、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼が最適である。なお、設計時の加工性及び単体セル１００の低抵抗化を考慮すると、集電板１４１Ａ、１４１Ｂ、短タブ部１５１Ａ、長タブ部１５１Ｂの厚さは０．８ｍｍ以下であると好ましい。また、短タブ部１５１Ａ、長タブ部１５１Ｂの長さは設計上可能な範囲で短くすることが好ましい。
【００６１】
さらに、端子３３Ａ、３３Ｂの材質は、抵抗を低くするためと、短タブ部１５１Ａ及び長タブ部１５１Ｂとの接合のために、電極体１０３Ａ、１０３Ｂと同じ材質が望ましく、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼が最適であるが、銅を使用することも可能である。
ここで、素子体がアルミ電解コンデンサの場合、集電箔１０７Ａ、１０７Ｂの材質はともにアルミニウム又はアルミニウム合金であり、集電箔１０７Ａは陰極用エッチング箔、集電箔１０７Ｂは陽極用エッチング箔であり、電極層９Ａ、９Ｂを設ける必要はない。このとき、正極（陽極）は、集電箔１０７Ｂに緻密な酸化皮膜が形成されたものである。さらに、負極（陰極）は、集電箔１０７Ａを拡面処理後、安定化処理されて薄膜が形成されたものであると好ましい。
【００６２】
そして、このような単体セル１００を用いた発明者の実験によれば、特許文献１に示される従来構造の単体セル５０と比較して、その素子体１０１から端子３３Ａ、３３Ｂへの抵抗を５分の１以下に抑えることができた。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、容器の一方向側のみに正極端子及び負極端子を設けた場合でも素子体から正極端子及び負極端子への接続抵抗を低減させ、かつ、インダクタンスを低減させることができ、さらに素子体の製造時間を短縮させることができるので、コンデンサ、電気二重層キャパシタ及びアルミ電解コンデンサに適用できる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンデンサに係わり、特に、外装容器の一方向側のみに端子を設けた場合でも素子体から端子への抵抗を低減させ、かつ、インダクタンスを低減させることができ、さらに素子体の製造時間を短縮させることのできるコンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタや電解コンデンサは、内部の素子体からの集電を行い、この素子体と外部接続用の端子間の電気的な接続を行うための集電構造を有している。
従来の集電構造を有する電気二重層キャパシタの縦断面図を図７に示す。また、従来の素子体の構成図を図８に、図８中のＡ矢視線図（セパレータを省略したもの）を図９に示す。なお、このような集電構造を有するコンデンサとして、特許文献１が知られている。
【０００３】
図７〜図９において、電気二重層キャパシタの単体セル５０では、図示しない電解液により含浸された柱状の素子体１が、底部２１ａを有する円筒状の外装容器２１に収容されており、この外装容器２１の開口部２１ｂが封口板３１により封口されている。
【０００４】
このとき、素子体１は、電解液との界面に電気二重層を形成するための一対の長尺帯状の電極体３Ａ、３Ｂと、この電極体３Ａ、３Ｂ相互間に配置されたセパレータ５Ａ、５Ｂとが積層されて構成されており、これらの電極体３Ａ、３Ｂ及びセパレータ５Ａ、５Ｂを巻回することで素子体１が形成されている。なお、電極体３Ａ、３Ｂは、一方が正極を構成し、他方が負極を構成している。
【０００５】
また、電極体３Ａ、３Ｂは、それぞれ長尺帯状の金属製の集電箔７Ａ、７Ｂと、この集電箔７Ａ、７Ｂの表面に形成された電極層９Ａ、９Ｂとを有している。この電極層９Ａ、９Ｂには、集電箔７Ａ、７Ｂに電気二重層を形成し蓄電機能を果たすため、例えば活性炭等の高比表面積材料が用いられる。なお、図９では、電極層９Ａ、９Ｂは、それぞれ集電箔７Ａ、７Ｂの片面のみに形成されているが、両面に形成される場合もある。
【０００６】
さらに、電極体３Ａ、３Ｂで電極層９Ａ、９Ｂが形成された側の面の一部には、素子体１の巻回の軸方向全長に沿って電極層９Ａ、９Ｂが形成されていないタブ接合部１１Ａ、１１Ｂが形成されている。このタブ接合部１１Ａ、１１Ｂでは、帯状のタブ１３Ａ、１３Ｂと集電箔７Ａ、７Ｂとが、それぞれタブ１３Ａ、１３Ｂの一端である突端部１５Ａ、１５Ｂを電極体３Ａ、３Ｂの外に突出させた状態で、圧接あるいは振動溶接により接合されている。
なお、集電箔７Ａ、７Ｂにタブ接合部１１Ａ、１１Ｂを設けるのは、電極層９Ａ、９Ｂが形成された部分にタブ１３Ａ、１３Ｂを接合すると、この電極層９Ａ、９Ｂには活性炭等を用いているため、接合強度が十分に得られないおそれがあるからである。
【０００７】
このとき、柱状の素子体１が形成された状態で、対極の電極体３Ａ、３Ｂに接続されたそれぞれの突端部１５Ａ、１５Ｂ間が十分に隔離されるように、タブ１３Ａ、１３Ｂと集電箔７Ａ、７Ｂとの接合位置が決められている。
その結果、素子体１が形成された状態では、素子体１の渦巻き様の端面の一方（外装容器２１の開口部２１ｂ側）からタブ１３Ａ、１３Ｂの突端部１５Ａ、１５Ｂがそれぞれ離隔されつつ突出されるようになっており、それぞれが封口板３１を貫通する貫通穴３１ａ、３１ｂに取り付けられた端子３３Ａ、３３Ｂと接続されるようになっている。
【０００８】
かかる構成において、正極及び負極を構成する電極体３Ａ、３Ｂからの集電は、それぞれタブ１３Ａ、１３Ｂにより行われる。そのため、外装容器２１の内部に密閉収納された素子体１から外部への電気エネルギーの入出力を行うことができる。
【０００９】
ところで、単体セル５０が、電気二重層キャパシタや大型の電解コンデンサの大出力用途に用いられる場合には、自身の発熱を抑えるために、単体セル５０の抵抗を低減させる必要がある。
このために、素子体１から端子３３Ａ、３３Ｂへの抵抗を低減させることが重要であり、これに際して、図８、図９に示すように片極に１個だけタブ１３Ａ、１３Ｂを接合するのではなく、この個数を増加させることが考えられる。
【００１０】
しかしながら、この場合、タブ１３Ａ、１３Ｂの個数を増やすと、素子体１の開口部２１ｂ側の端面から突出される突端部１５Ａ、１５Ｂの数も増加するため、電極体３Ａに接合された突端部１５Ａは、電極体３Ｂに接続された対極の突端部１５Ｂに対しては十分に隔離されるように、かつ他の同極の突端部１５Ａに対しては互いに略同位置に、配置する必要があった。そのため、電極体３Ａ、３Ｂやセパレータ５Ａ、５Ｂを巻回する際に、電極体３Ａ、３Ｂの厚さの均一性を高度に高める必要があるほか、そのタブ１３Ａ、１３Ｂの接合位置を決めることが難しく、かつタブ１３Ａ、１３Ｂを接合する時に素子体１の巻き取りを一時停止する必要があるので、素子体１の製造時間が長期化するおそれがあった。
【００１１】
このように、タブ１３Ａ、１３Ｂを多数個接合するのは技術的に困難であり、片極には事実上２〜３個のタブ１３Ａ、１３Ｂしか接合することができなかった。従って、タブ１３Ａ、１３Ｂの個数を十分に増加させることができず、単体セル５０の抵抗が高くなるおそれがあった。
【００１２】
一方で、素子体の両端面から、正極及び負極を構成する電極体の集電箔の一部を別々に露出させ、この露出部分を介して電極体からの集電を行う集電構造も知られている。この集電構造は特許文献２に開示されている。
【００１３】
しかしながら、この特許文献２の集電構造は、端子３３Ａ、３３Ｂに対応するバスバーを、それぞれモジュールケースの両端面に配置することを前提としている。
【００１４】
そのため、特許文献２の集電構造を有する単体セルでは、特許文献１のように外装容器２１の開口部２１ｂ側の一方向側のみに端子３３Ａ、３３Ｂが配置されておらず、単体セル同士を配線する場合や、単体セルと外部の回路とを配線する場合に、この配線が複雑になるおそれがあり、かつ省スペース化が困難になるおそれがあった。
【特許文献１】特開昭５１−６４９号公報（第１図）
【特許文献２】特開２００２−３５３０７８号公報（第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、外装容器の一方向側のみに端子を設けた場合でも素子体から端子への抵抗を低減させ、かつ、インダクタンスを低減させることができ、さらに素子体の製造時間を短縮させることのできる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】
【００１６】
このため本発明は、電解液と、長尺状の集電箔を備えてなり、かつ該集電箔の長手方向の１辺の全長に沿った端部帯状部を有し、互いに対向配置された電極体である正極及び負極と、該正極及び該負極を隔てるイオン透過性のセパレータとを有し、前記正極及び前記負極それぞれの前記端部帯状部の少なくとも一部分が互いに反対側に前記セパレータより突出するようにして、前記正極、前記負極及び前記セパレータが巻回された柱状の素子体と、該素子体及び前記電解液を収容し、一方に開口部を有する外装容器と、前記素子体の両端部にそれぞれ配置され、前記正極の端部帯状部と電気的に接続される正極集電板、及び前記負極の端部帯状部と電気的に接続される負極集電板と、前記外装容器の前記開口部を封口する封口板と、該封口板を貫通する貫通穴に取り付けられ、外部との間の電気エネルギーの入出力を行う正極端子及び負極端子と、前記正極集電板と前記正極端子との間、及び前記負極集電板と前記負極端子との間をそれぞれ電気的に接続する正極タブ部及び負極タブ部とを備えて構成した。
【００１７】
正極及び負極は、それぞれの集電箔の端部帯状部が互いに素子体の反対の端部に配置されるように構成されている。また、正極集電板と正極端子との間、及び負極集電板と負極端子との間にはそれぞれ、正極タブ部及び負極タブ部が設けられ、かつ正極端子及び負極端子はいずれも、外装容器を封口する封口板を貫通する貫通穴に取り付けられるので、外装容器の一方向側のみで素子体から外部への電気エネルギーの入出力を行うことができる。そのため、素子体を収容する外装容器（単体セル）同士を接続する場合や、単体セルと外部の回路とを配線する場合に、この配線を簡易に接続することができ、かつ省スペース化を容易に行うことができる。
【００１８】
さらに、本発明の素子体では、従来の素子体で必要であったタブの接合位置を考慮する必要が無い。そのため、素子体の巻き取りを一時停止することも無いので、素子体の製造時間を短縮させることができる。さらに、本発明の素子体では、従来のタブの接合の代わりに、素子体の巻き取り工程後に正極集電板や負極集電板の接続を行うだけで良いため、その製造が簡単である。従って、コンデンサの製造コストを下げることができる。
【００１９】
また、本発明では、前記正極集電板及び前記負極集電板が、前記素子体の巻回断面と平行な方向に配置されることが好ましい。
【００２０】
かかる構成により、電極体の端部帯状部の全長にわたって集電板が接触されるので、電極体と集電板との間の抵抗を下げることができ、かつインダクタンスも下げることもでき、コンデンサ全体の抵抗を低くすることができる。特に、１秒以下の短時間に大電流の充電、放電を行う場合には、抵抗成分として、インダクタンスの影響が大きくなるため、本発明の構造の採用は、１秒以下の短時間に大電流の充電、放電を行う際のコンデンサ全体の抵抗の低減に大きく寄与する。
【００２１】
さらに、本発明は、前記正極タブ部及び前記負極タブ部のうち、前記封口板と反対側に設けられた集電板に接続されたタブ部が、前記素子体の最外周部分と前記外装容器との間を通るように配設されることが好ましい。
【００２２】
素子体の両端部のそれぞれに設けられた正極集電板及び負極集電板のうち、貫通穴に取り付けられた正極端子及び負極端子と近接していない側、すなわち、封口板と反対側に設けられた集電板に接続されたタブ部は、素子体の最外周部分と外装容器との間を通って正極端子又は負極端子と接続される。そのため、この正極タブ部又は負極タブ部の長さは、比較的長くなる。
【００２３】
しかしながら、正極タブ部又は負極タブ部は、素子体の最外周部分と外装容器との間に配設されるため、外装容器に収容可能な範囲であれば制約無くその断面積の設計を行うことができる。従って、これらの抵抗値が全体の抵抗値に対して無視できるように設計されるので、集電板と端子との間の抵抗を下げることができ、コンデンサ全体の抵抗を低くすることができる。
【００２４】
さらに、本発明は、前記正極及び前記負極の端部帯状部は、前記正極集電板及び前記負極集電板のそれぞれの中心部と、該中心部から放射状に溶接されることが好ましく、また前記正極集電板及び前記負極集電板が点対称の形状を有し、前記正極及び前記負極のそれぞれの端部帯状部が、前記正極集電板及び前記負極集電板の中心部に対し対称に溶接されていることが好ましく、さらに前記正極集電板及び前記負極集電板のそれぞれの中心部と、前記正極タブ部及び前記負極タブ部のそれぞれの一端が溶接されていることが好ましい。
【００２５】
放射状に溶接することにより、端部帯状部と集電板とを全面的に接触させることができ、接触抵抗を低減させることができる。また、対称に溶接することで、効果的に接触抵抗を低減させることができる。さらに、正極集電板及び負極集電板のそれぞれの中心部から電気エネルギーを効率よく入出力できる。従って、電極体から均等に電気エネルギーの入出力を行うことができる。
【００２６】
さらに、本発明は、前記正極集電板と正極タブ部、及び前記負極集電板と負極タブ部は、それぞれ互いに一体化された部材とされてもよい。
【００２７】
このことにより、部材の点数を減らせると共に必要な加工工数も減らすことができる。
【００２８】
さらに、本発明のコンデンサにおいて、前記正極又は負極が、前記集電箔の少なくとも一方の表面に、前記端部帯状部を残して高比表面積材料からなる電極層が形成されたものである電気二重層キャパシタであることが好ましい。
【００２９】
集電箔の少なくとも一方の表面に、高比表面積材料からなる電極層を形成することで、効率のよい蓄電機能を有する電気二重層キャパシタを形成できる。
【００３０】
さらに、本発明のコンデンサにおいて、前記集電箔がアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、前記正極は、前記集電箔に緻密な酸化皮膜が形成されたものであるアルミ電解コンデンサであることが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したように本発明によれば、容器の一方向側のみに正極端子及び負極端子を設けた場合でも素子体から正極端子及び負極端子への接続抵抗を低減させ、かつ、インダクタンスを低減させることができ、さらに素子体の製造時間を短縮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の集電構造を有する電気二重層キャパシタの縦断面図。
【図２】本発明の素子体の構成図。
【図３】図２中のＢ矢視線図。
【図４】素子体と集電板との接合部分の拡大図。
【図５】本発明の集電板の構成図。
【図６】本発明の集電板の別構成図。
【図７】従来の集電構造を有する電気二重層キャパシタの縦断面図。
【図８】従来の素子体の構成図。
【図９】図８中のＡ矢視線図。
【符号の説明】
【００３３】
１、１０１ 素子体
３Ａ、３Ｂ、１０３Ａ、１０３Ｂ 電極体
５Ａ、５Ｂ セパレータ
７Ａ、７Ｂ、１０７Ａ、１０７Ｂ 集電箔
９Ａ、９Ｂ 電極層
２１ 外装容器
３１ 封口板
３３Ａ、３３Ｂ 端子
５０、１００ 単体セル
１０８Ａ、１０８Ｂ 端部帯状部
１４１Ａ、１４１Ｂ 集電板
１４５Ａ、１４５Ｂ 中心部
１４６Ａ、１４６Ｂ 溶接点
１４８Ａ、１４８Ｂ 線溶接部
１５１Ａ、１５１Ｂ 短タブ部、長タブ部
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施形態について説明する。
本発明の実施形態である集電構造を有する電気二重層キャパシタの縦断面図を図１に示す。また、本発明の素子体の構成図を図２に、図２中のＢ矢視線図を図３に示す。なお、図７〜図９と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。
図１〜図３において、本発明の電気二重層キャパシタの単体セル１００は、従来の単体セル５０と同様に、図示しない電解液により含浸された柱状の素子体１０１が、外装容器２１及び封口板３１により密閉収容されている。
【００３５】
このとき、本発明の素子体１０１の正極及び負極を構成する電極体１０３Ａ、１０３Ｂは、長尺帯状の集電箔１０７Ａ、１０７Ｂと、この集電箔１０７Ａ、１０７Ｂの両面にその長手方向の１辺の全長に沿った端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂを残して形成された電極層９Ａ、９Ｂとを有している。
【００３６】
なお、電極層９Ａ、９Ｂには、従来の電極体３Ａ、３Ｂと同様に、集電箔１０７Ａ、１０７Ｂに電気二重層を形成し蓄電機能を果たすため、高比表面積材料が用いられる。電極層９Ａ、９Ｂは、それぞれ集電箔１０７Ａ、１０７Ｂの両面に形成されている。しかしながら、電極層９Ａ、９Ｂは、それぞれ集電箔１０７Ａ、１０７Ｂの片面のみに形成されてもよい。さらに、図３では、電極体１０３Ａ、１０３Ｂにおいて、その端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂと逆側の１辺にも帯部１０８Ｃ、１０８Ｄが僅かに残されているが、この帯部１０８Ｃ、１０８Ｄは、電極体１０３Ａ、１０３Ｂを製造する上で、集電箔１０７Ａ、１０７Ｂと電極層９Ａ、９Ｂとの間に必要な余裕を示したものに過ぎず、素子体１０１のエネルギー密度の観点からは、設けない方が好ましい。
【００３７】
そして、この電極体１０３Ａ、１０３Ｂは、それぞれの端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂが、セパレータ５Ａ、５Ｂの長手方向に沿って互いに反対側にセパレータ５Ａ、５Ｂより突出するように巻回されており、これにより柱状の素子体１０１が形成されるようになっている。なお、この素子体１０１の最外周部分には、電極体１０３Ａあるいは電極体１０３Ｂを覆うべく、図示しない絶縁部材が配置されるようになっている。この絶縁部材は、セパレータ５であると好ましい。電極体１０３Ａ、１０３Ｂよりも長尺状のセパレータ５を用いて巻回すれば、セパレータ５により最外周部分が覆われた素子体１０１が容易に得られるため好ましい。また、本発明の素子体１０１には、従来の素子体１のように、その電極体１０３Ａ、１０３Ｂにタブ接合部１１Ａ、１１Ｂが形成されておらず、また、タブ１３Ａ、１３Ｂも接合されていない。
【００３８】
そして、このように形成された素子体１０１の渦巻き様の両端面からは、それぞれ電極体１０３Ａ、１０３Ｂの端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂが別々に露出されている。また、この端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂには、集電板１４１Ａ、１４１Ｂが接合されるようになっている。この素子体と集電板との接合部分の拡大図を図４に、集電板の構成図を図５に示す。
【００３９】
図４、図５において、集電板１４１Ａ、１４１Ｂは点対称の形状を有し、素子体１０１の巻回断面と略同面積を有する円板状の板部１４３Ａ、１４３Ｂを有し、巻回断面と平行な方向に配置されている。そして、この板部１４３Ａ、１４３Ｂの一方の面には、電極体１０３Ａ、１０３Ｂの端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂが接合されている。このとき、端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂと板部１４３Ａ、１４３Ｂとの接合には、機械的押し付け、導電性接着剤等による導電接着があるが、機械的、電気的に信頼性の高い溶接接合が好ましい。また、この溶接法には、超音波溶接、ＹＡＧ等のレーザー溶接、電子ビーム溶接法が好適に用いられる。
【００４０】
そして、この溶接では、板部１４３Ａ、１４３Ｂの中心部１４５Ａ、１４５Ｂから各溶接点１４６Ａ、１４６Ｂまでの距離が均等になるように、中心部から外周に向かって放射状に溶接されることが望ましい。例えば、図５に示すように、板部１４３Ａ、１４３Ｂの中央部に１か所（中心部１４５Ａ、１４５Ｂ）、この板部１４３Ａ、１４３Ｂの最外周付近に等分に６か所（溶接点１４６Ａ、１４６Ｂ）の合計７か所の溶接点が設けられ、中心部１４５Ａ、１４５Ｂから溶接点１４６Ａ、１４６Ｂへと放射線状に線溶接される（線溶接部分を図５中線溶接部１４８Ａ、１４８Ｂで示す）。この線溶接の本数が４本以上であると、電極体１０３Ａ、１０３Ｂと集電板１４１Ａ、１４１Ｂとを全面的に接触でき、接触抵抗を低減できるため好ましい。また、線溶接を点対称中心（中心部１４５Ａ、１４５Ｂ）に対して対称になるような角度で行うと、効果的に接触抵抗を低減でき好ましい。
【００４１】
一方、板部１４３Ａ、１４３Ｂにおいて、端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂが接合されていない他方の面には、板部１４３Ａ、１４３Ｂの中央部から突出した小突起１４７Ａ、１４７Ｂが設けられている。また、この板部１４３Ａ、１４３Ｂには、素子体１０１の端面からの電解液の含浸を阻害しないように、図示しない穿孔や切欠部が形成されることが望ましい。
【００４２】
さらに、素子体１０１が外装容器２１に収容されたときに開口部２１ｂ側に配置される端部帯状部１０８Ａに接合される集電板１４１Ａには、その小突起１４７Ａを覆うように一端が接続された帯状の短タブ部１５１Ａが設けられている。この短タブ部１５１Ａの長手方向の長さＬＡは、素子体１０１が外装容器２１に収容されたときに、端子３３Ａへの接続のための余裕を有するように、小突起１４７Ａと端子３３Ａとの間の距離よりも所定長長く形成されている。
【００４３】
一方、素子体１０１が外装容器２１に収容されたときに底部２１ａ側に配置される端部帯状部１０８Ｂに接合される集電板１４１Ｂには、その小突起１４７Ｂの側部に一端が接続された帯状の長タブ部１５１Ｂが設けられている。この長タブ部１５１Ｂの長手方向の長さＬＢは、短タブ部１５１Ａの長さＬＡよりも長く、かつ素子体１０１が外装容器２１に収容されたときに、端子３３Ｂへの接続のための余裕を有するように、素子体１０１の最外周部分と外装容器２１との間を通って端子３３Ｂに至るまでの距離よりも所定長長く形成されている。
【００４４】
そして、このような短タブ部１５１Ａ及び長タブ部１５１Ｂは、それぞれの抵抗値が素子体１０１の有する固有の抵抗値に対して十分小さくなるように、かつ完成された単体セル１００に要求される抵抗値を満たすように、その断面積が設計されている。
【００４５】
加えて、図１において、このような集電板１４１Ａ、１４１Ｂ及び短タブ部１５１Ａ、長タブ部１５１Ｂを備えた素子体１０１は、外装容器２１及び封口板３１により密閉収容され、その短タブ部１５１Ａの他端が貫通穴３１ａに取り付けられた端子３３Ａと接続され、長タブ部１５１Ｂの他端が貫通穴３１ｂに取り付けられた端子３３Ｂと接続されている。
【００４６】
このとき、短タブ部１５１Ａは、短タブ部１５１Ａの長さＬＡと、小突起１４７Ａと端子３３Ａとの間の距離の違いに伴い、弓なりの状態となっている。
また、長タブ部１５１Ｂには、集電板１４１Ｂの小突起１４７Ｂから素子体１０１の最外周部分と外装容器２１との間を通って端子３３Ｂに接続されるように、小突起１４７Ｂから順に２か所の折曲部１５３、１５４が形成されている。そして、長タブ部１５１Ｂは、その長手方向が小突起１４７Ｂから折曲部１５３までは板部１４３Ｂの径方向に沿って、折曲部１５３から折曲部１５４までは素子体１０１の巻回の軸方向に沿って配設され、さらに折曲部１５４から端子３３Ｂまでは弓なりの状態となっている。
【００４７】
なお、長タブ部１５１Ｂは、折曲部１５３から折曲部１５４までの範囲で素子体１０１の最外周部分と外装容器２１との間に配設されているが、素子体１０１の最外周部分には図示しない絶縁部材が配置されているため、素子体１０１内の電極体１０３Ａ、１０３Ｂ等との短絡が起こらないようになっている。また、長タブ部１５１Ｂの折曲部１５４付近において、対極の電極体１０３Ａに接続された集電板１４１Ａと接近しているが、この部分には図示しない絶縁部材が介設されており、両者の絶縁が行われるようになっている。なお、素子体１０１の最外周部分がセパレータ５により構成される場合、新たな絶縁部材を設ける必要はない。
【００４８】
かかる構成において、正極及び負極を構成する電極体１０３Ａ、１０３Ｂからの集電は、それぞれ端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂ、集電板１４１Ａ、１４１Ｂ及び短タブ部１５１Ａ、長タブ部１５１Ｂにより行われる。
このとき、素子体１０１の両端面には、電極体１０３Ａ、１０３Ｂのそれぞれの端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂが、外装容器２１の底部２１ａ側、開口部２１ｂ側に向けて別々に露出されているので、この端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂに対して集電板１４１Ａ、１４１Ｂが接合される。
【００４９】
また、底部２１ａ側の端部帯状部１０８Ｂに接合される集電板１４１Ｂと端子３３Ｂとの間には長タブ部１５１Ｂが設けられているので、外装容器２１の開口部２１ｂ側の一方向側のみに、すなわち封口板３１のみに、端子３３Ａ、３３Ｂが配置される。
【００５０】
さらに、この長タブ部１５１Ｂは比較的長いが、この断面積は、素子体１０１の有する固有の抵抗値に対して十分小さくなるように、かつ完成された単体セル１００に要求される抵抗値を満たすように設計される。特に、長タブ部１５１Ｂは、素子体１０１の最外周部分と外装容器２１との間を通って端子３３Ｂに接続されるため、外装容器２１に収容可能な範囲であれば制約無くその断面積の設計が行われる。そのため、長タブ部１５１Ｂの抵抗値は、単体セル１００全体の抵抗値に対して無視できる。このことは、短タブ部１５１Ａについても同様である。
【００５１】
以上により、電極体１０３Ａ、１０３Ｂの端部帯状部１０８Ａ、１０８Ｂに対して集電板１４１Ａ、１４１Ｂが接触されるので、電極体１０３Ａ、１０３Ｂと集電板１４１Ａ、１４１Ｂとの間の抵抗を下げることができる。また、この溶接では、板部１４３Ａ、１４３Ｂの中心部から外周に向かって放射状に溶接されるので、電極体１０３Ａ、１０３Ｂから均等に電気エネルギーの入出力を行うことができる。
【００５２】
さらに、底部２１ａ側の集電板１４１Ｂには長タブ部１５１Ｂが設けられるので、外装容器２１の開口部２１ｂ側の一方向側のみで、素子体１０１から外部への電気エネルギーの入出力を行うことができる。そのため、単体セル１００同士を配線する場合や、単体セル１００と外部の回路とを配線する場合に、この配線を簡易に接続することができ、かつ容易に省スペース化できる。
【００５３】
さらに、短タブ部１５１Ａ及び長タブ部１５１Ｂの断面積は、これらの抵抗値が単体セル１００全体の抵抗値に対して無視できるように設計されるので、集電板１４１Ａ、１４１Ｂと端子３３Ａ、３３Ｂとの間の抵抗を下げることができる。
このことにより、外装容器２１の開口部２１ｂ側の一方向側のみに端子３３Ａ、３３Ｂを設けることができ、かつ素子体１０１から端子３３Ａ、３３Ｂへの抵抗を低減させることができる。
【００５４】
また、本発明の素子体１０１では、従来の素子体１で必要であったタブ１３Ａ、１３Ｂの接合位置を考慮する必要が無い。そのため、素子体１０１の巻き取りを一時停止することも無いので、素子体１０１の製造時間を短縮させることができる。
【００５５】
さらに、本発明の素子体１０１では、従来のタブ１３Ａ、１３Ｂの接合の代わりに、素子体１０１の工程後に分離して集電板１４１Ａ、１４１Ｂの接合を行うだけで良いため、その製造が簡単である。従って、単体セル１００の製造コストを下げることができる。
【００５６】
なお、本発明では、短タブ部１５１Ａ及び長タブ部１５１Ｂは、それぞれ集電板１４１Ａ、１４１Ｂの小突起１４７Ａ、１４７Ｂに接続されるとして説明してきたが、これに限られない。すなわち、集電板の板部１４３Ａ、１４３Ｂと端子３３Ａ、３３Ｂ（図１参照）間が電気的に接続されていれば、短タブ部１５１Ａ及び長タブ部１５１Ｂは、それぞれ集電板の板部１４３Ａ、１４３Ｂと別部材とせずに、図６に示すように互いに一体化されていても良い。
【実施例】
【００５７】
以上のような本発明の集電構造を有する電気二重層キャパシタの最適例について説明する。
正極及び負極を構成する電極体１０３Ａ、１０３Ｂに用いられる集電箔１０７Ａ、１０７Ｂの材質は、正極側の電気化学耐食性に優れるものであれば特に限定されないが、加工性、軽量化の点でアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼の箔材が好適である。
【００５８】
また、電極層９Ａ、９Ｂに用いられる高比表面積材料は、比表面積１００〜３０００ｍ２／ｇの炭素質材料を主体として形成され、フェノール等の樹脂系、やしがら系、コークス系又はピッチ系の活性炭、及びカーボンナノチューブ、カーボンエアロゲル、ポリアセン等が好ましく使用でき、導電助剤としてはカーボンブラック、炭素短繊維、金属ファイバが好適である。さらに、正極と負極に用いられる電極層９Ａ、９Ｂは同じ材料で構成されても良いし、異なる材料で構成されても良い。
【００５９】
また、セパレータ５Ａ、５Ｂの材質は、イオン透過性を有する部材であれば良く、電気絶縁性と電解液に対する化学的安定性、電解液の吸液量が多く保液性に優れる多孔質材料からなることが好ましい。具体的には、ガラス繊維、シリカファイバ、アルミナファイバ、アスベスト、及びこれらのウィスカ等の無機材料や、マニラ麻紙、セルロース紙、クラフト紙、レーヨン繊維とサイザル麻の混沙紙等の紙材料、ポリオレフィン、ポリエステル等の合成ポリマー繊維等の有機材料からなることが好ましい。また、それらを抄造したシート、延伸操作によって微孔を設けたマイクロポーラスフィルム等が好ましい。
【００６０】
さらに、集電板１４１Ａ、１４１Ｂの材質は、集電箔１０７Ａ、１０７Ｂと同じ材質が望ましく、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼が最適である。また、短タブ部１５１Ａ及び長タブ部１５１Ｂの材質も、集電箔１０７Ａ、１０７Ｂと同じ材質が望ましく、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼が最適である。なお、設計時の加工性及び単体セル１００の低抵抗化を考慮すると、集電板１４１Ａ、１４１Ｂ、短タブ部１５１Ａ、長タブ部１５１Ｂの厚さは０．８ｍｍ以下であると好ましい。また、短タブ部１５１Ａ、長タブ部１５１Ｂの長さは設計上可能な範囲で短くすることが好ましい。
【００６１】
さらに、端子３３Ａ、３３Ｂの材質は、抵抗を低くするためと、短タブ部１５１Ａ及び長タブ部１５１Ｂとの接合のために、電極体１０３Ａ、１０３Ｂと同じ材質が望ましく、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼が最適であるが、銅を使用することも可能である。
ここで、素子体がアルミ電解コンデンサの場合、集電箔１０７Ａ、１０７Ｂの材質はともにアルミニウム又はアルミニウム合金であり、集電箔１０７Ａは陰極用エッチング箔、集電箔１０７Ｂは陽極用エッチング箔であり、電極層９Ａ、９Ｂを設ける必要はない。このとき、正極（陽極）は、集電箔１０７Ｂに緻密な酸化皮膜が形成されたものである。さらに、負極（陰極）は、集電箔１０７Ａを拡面処理後、安定化処理されて薄膜が形成されたものであると好ましい。
【００６２】
そして、このような単体セル１００を用いた発明者の実験によれば、特許文献１に示される従来構造の単体セル５０と比較して、その素子体１０１から端子３３Ａ、３３Ｂへの抵抗を５分の１以下に抑えることができた。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、容器の一方向側のみに正極端子及び負極端子を設けた場合でも素子体から正極端子及び負極端子への接続抵抗を低減させ、かつ、インダクタンスを低減させることができ、さらに素子体の製造時間を短縮させることができるので、コンデンサ、電気二重層キャパシタ及びアルミ電解コンデンサに適用できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液と、
長尺状の集電箔を備えてなり、かつ該集電箔の長手方向の１辺の全長に沿った端部帯状部を有し、互いに対向配置された電極体である正極及び負極と、該正極及び該負極を隔てるイオン透過性のセパレータとを有し、前記正極及び前記負極それぞれの前記端部帯状部の少なくとも一部分が互いに反対側に前記セパレータより突出するようにして、前記正極、前記負極及び前記セパレータが巻回された柱状の素子体と、
該素子体及び前記電解液を収容し、一方に開口部を有する外装容器と、
前記素子体の両端部にそれぞれ配置され、前記正極の端部帯状部と電気的に接続される正極集電板、及び前記負極の端部帯状部と電気的に接続される負極集電板と、
前記外装容器の前記開口部を封口する封口板と、
該封口板を貫通する貫通穴に取り付けられ、外部との間の電気エネルギーの入出力を行う正極端子及び負極端子と、
前記正極集電板と前記正極端子との間、及び前記負極集電板と前記負極端子との間をそれぞれ電気的に接続する正極タブ部及び負極タブ部とを備えたことを特徴とするコンデンサ。
【請求項２】
前記正極集電板及び前記負極集電板が、前記素子体の巻回断面と平行な方向に配置される請求項１記載のコンデンサ。
【請求項３】
前記正極タブ部及び前記負極タブ部のうち、前記封口板と反対側に設けられた集電板に接続されたタブ部が、前記素子体の最外周部分と前記外装容器との間を通るように配設される請求項１又は請求項２記載のコンデンサ。
【請求項４】
前記正極及び前記負極の端部帯状部は、前記正極集電板及び前記負極集電板のそれぞれの中心部と、該中心部から放射状に溶接された請求項１、２又は３記載のコンデンサ。
【請求項５】
前記正極集電板及び前記負極集電板のそれぞれの中心部と、前記正極タブ部及び前記負極タブ部のそれぞれの一端が溶接されている請求項１〜４のいずれかに記載のコンデンサ。
【請求項６】
前記正極集電板及び前記負極集電板が点対称の形状を有し、前記正極及び前記負極のそれぞれの端部帯状部が、前記正極集電板及び前記負極集電板の中心部に対し対称に溶接されている請求項５に記載のコンデンサ。
【請求項７】
前記正極集電板と正極タブ部、及び前記負極集電板と負極タブ部は、それぞれ互いに一体化された部材である請求項１〜４のいずれかに記載のコンデンサ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のコンデンサにおいて、前記正極又は負極は、前記集電箔の少なくとも一方の表面に、前記端部帯状部を残して高比表面積材料からなる電極層が形成されたものである電気二重層キャパシタ。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のコンデンサにおいて、前記集電箔がアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、前記正極は、前記集電箔に緻密な酸化皮膜が形成されたものであるアルミ電解コンデンサ。
【請求項１】
電解液と、
長尺状の集電箔を備えてなり、かつ該集電箔の長手方向の１辺の全長に沿った端部帯状部を有し、互いに対向配置された電極体である正極及び負極と、該正極及び該負極を隔てるイオン透過性のセパレータとを有し、前記正極及び前記負極それぞれの前記端部帯状部の少なくとも一部分が互いに反対側に前記セパレータより突出するようにして、前記正極、前記負極及び前記セパレータが巻回された柱状の素子体と、
該素子体及び前記電解液を収容し、一方に開口部を有する外装容器と、
前記素子体の両端部にそれぞれ配置され、前記正極の端部帯状部と電気的に接続される正極集電板、及び前記負極の端部帯状部と電気的に接続される負極集電板と、
前記外装容器の前記開口部を封口する封口板と、
該封口板を貫通する貫通穴に取り付けられ、外部との間の電気エネルギーの入出力を行う正極端子及び負極端子と、
前記正極集電板と前記正極端子との間、及び前記負極集電板と前記負極端子との間をそれぞれ電気的に接続する正極タブ部及び負極タブ部とを備えたことを特徴とするコンデンサ。
【請求項２】
前記正極集電板及び前記負極集電板が、前記素子体の巻回断面と平行な方向に配置される請求項１記載のコンデンサ。
【請求項３】
前記正極タブ部及び前記負極タブ部のうち、前記封口板と反対側に設けられた集電板に接続されたタブ部が、前記素子体の最外周部分と前記外装容器との間を通るように配設される請求項１又は請求項２記載のコンデンサ。
【請求項４】
前記正極及び前記負極の端部帯状部は、前記正極集電板及び前記負極集電板のそれぞれの中心部と、該中心部から放射状に溶接された請求項１、２又は３記載のコンデンサ。
【請求項５】
前記正極集電板及び前記負極集電板のそれぞれの中心部と、前記正極タブ部及び前記負極タブ部のそれぞれの一端が溶接されている請求項１〜４のいずれかに記載のコンデンサ。
【請求項６】
前記正極集電板及び前記負極集電板が点対称の形状を有し、前記正極及び前記負極のそれぞれの端部帯状部が、前記正極集電板及び前記負極集電板の中心部に対し対称に溶接されている請求項５に記載のコンデンサ。
【請求項７】
前記正極集電板と正極タブ部、及び前記負極集電板と負極タブ部は、それぞれ互いに一体化された部材である請求項１〜４のいずれかに記載のコンデンサ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のコンデンサにおいて、前記正極又は負極は、前記集電箔の少なくとも一方の表面に、前記端部帯状部を残して高比表面積材料からなる電極層が形成されたものである電気二重層キャパシタ。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のコンデンサにおいて、前記集電箔がアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、前記正極は、前記集電箔に緻密な酸化皮膜が形成されたものであるアルミ電解コンデンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０５２９６７
【国際公開日】平成１７年６月９日（２００５．６．９）
【発行日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１５７８９（Ｐ２００５−５１５７８９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１７４８８
【国際出願日】平成１６年１１月２５日（２００４．１１．２５）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【国際公開日】平成１７年６月９日（２００５．６．９）
【発行日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１７４８８
【国際出願日】平成１６年１１月２５日（２００４．１１．２５）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
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