説明

電気二重層コンデンサ

【課題】静電容量の大きくかつ生産効率に優れた電気二重層コンデンサを提供する。
【解決手段】引出しリードを固着した金属箔と、その金属箔の両面に分極性電極材料を塗布してなる第1分極性電極層と、一方の第1分極性電極層上にのみ分極性電極シートを積層してなる第2分極性電極層とからなる分極性電極を、第2分極性電極層同士が対向するよう配置し、かつ分極性電極間に絶縁性のセパレータを介在させて積層したコンデンサ素子に電解液を含浸し、このコンデンサ素子を有底筒状の金属ケース内に収納し、封口体にて封口して電気二重層コンデンサとした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は分極性電極を用いた電気二重層コンデンサに関する。
【背景技術】
【0002】
電気二重層コンデンサは、例えばアルミニウムである金属箔の表面に分極性電極層(例えばカ−ボン層)を設けた分極性電極間にセパレ−タを介在させて巻回し、または積層したコンデンサ素子に電解液を含浸し、このコンデンサ素子を有底筒状の金属ケ−ス内に収納し、開口部を絶縁性の封口体にて封口し、両分極性電極に接続された引出しリ−ドをそれぞれ封口体の貫通孔から外に引き出した構造を有する。
【0003】
上記の構造を有する電気二重層コンデンサの分極性電極は、電気化学的にエッチング処理してなる金属箔に分極性電極材料、例えば活性炭粉末およびカ−ボンブラックを含有するカ−ボン系塗料を塗布して分極性電極層を形成して分極性電極としたものや、表面をエッチング処理した金属箔に分極性電極シート、例えば活性炭粉末およびカ−ボンブラックをバインダとともに混練し、圧延した分極性電極シートを導電性の接着剤で貼り付けて分極性電極としたものなどがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
金属箔に分極性電極材料を塗布してなる分極性電極は、分極性電極材料を塗布する厚さが厚いと分極性電極層(カ−ボン層)が脱落するおそれがあるため、塗布できる厚さに限界があった。そのため分極性電極層は厚さが薄く、単位面積当たりの静電容量を大きくとれなかった。一方、金属箔に分極性電極シートを貼り付けた分極性電極は単位面積当たりの静電容量を大きくとれる反面、電気二重層コンデンサの電気的特性の維持などのために金属箔と分極性電極シートとを導電性接着剤を用いて貼り付ける必要があるので手間がかかり、製造上効率的でなかった。
【0005】
本発明は、静電容量が大きくかつ生産効率に優れた分極性電極を用いた電気二重層コンデンサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係る電気二重層コンデンサは、引出しリードを固着した金属箔と、その金属箔の両面に分極性電極材料を塗布してなる第1分極性電極層と、一方の第1分極性電極層上にのみ分極性電極シートを積層してなる第2分極性電極層とからなる分極性電極を、第2分極性電極層同士が対向するよう配置し、かつ分極性電極間に絶縁性のセパレータを介在させて積層したコンデンサ素子に電解液を含浸し、このコンデンサ素子を有底筒状の金属ケース内に収納し、封口体にて封口したことを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
本発明では、第1分極性電極層と第2分極性電極層とがともに活性炭粉末などからなっているために、第1分極性電極層と第2分極性電極層との間に導電性接着剤を用いることなく電気二重層コンデンサの電気的特性などを維持できるので、静電容量の大きな電気二重層コンデンサが効率よく製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
本発明に係る分極性電極を用いた電気二重層コンデンサの一実施例を図1および図2に示して説明する。
本発明の電気二重層コンデンサ1の陰極側の金属箔2および陽極側の金属箔3には機械的、化学的または電気化学的、好ましくは電気化学的に表面をエッチング処理したステンレス、銅、ニッケル、タンタル、ニオブ、アルミニウムまたはこれらの合金などから選択した金属、好ましくはアルミニウムを用いるのがよい。
【0009】
陰極側の金属箔2と陽極側の金属箔3とは、ともにエッチング後の厚さが5μm〜150μmであることが好ましく、厚さが5μm未満では強度不足で破損しやすくて好ましくない。逆に、金属箔2、3の厚さが150μmを超えると電気二重層コンデンサの体積効率が悪くなるとともに巻回させるのに適切な弾性ではなくなるので好ましくない。
【0010】
陰極側の金属箔2の片面および陽極側の金属箔3の片面にそれぞれ分極性電極材料を塗布し、ロールコータなどで圧延し、乾燥させて第1分極性電極層4、5を形成する。
第1分極性電極層4、5を形成するための分極性電極材料は活性炭粉末、カーボンブラック、黒鉛、金属粉、半導体材料または炭素を主体とする高分子物質、導電性無機物もしくは導電性有機物(ポリアセン、ポリアセチレン、ポリアニリン)などから単独または複数選択したもの、好ましくはカーボンブラックと活性炭粉末とからなったものにポリフッ化ビニリデン(PVDF)やポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などのバインダを混練させ、N−メチルピロリドン(NMP)やアルコールなどの溶剤を混合させたものを用いるのが好ましい。
【0011】
第1分極性電極層4、5は、乾燥時の厚さが20μm〜100μmであることが好ましく、厚さが20μm未満では単位面積当たりの静電容量が小さくなり、逆に100μmを超えると金属箔2、3から第1分極性電極層4、5が脱落しやすいので好ましくない。
【0012】
次に、第1分極性電極層4、5上に分極性電極シートを積層して第2分極性電極層6、7とし、本発明の分極性電極とする。
分極性電極シートは例えばカーボンブラック、活性炭およびPTFEなどのフッ素系のバインダを混練させて厚さ100μm〜1000μmに形成したものを用いるのが好ましく、厚さが100μm未満では強度不足であり、1000μmを超えると抵抗が増大するので好ましくない。なお、フッ素系のバインダに代えてゴム系のバインダを用いてもよい。
【0013】
上記構造を有する分極性電極には、金属箔2、3に引出しリード8、9をカシメ法などによって固着し、分極性電極を第2分極性電極層6、7同士が対向するよう配置し、かつ分極性電極間に絶縁性のセパレータ10、11を介在させて巻回し、または積層したコンデンサ素子12にプロピレンカーボネイトにテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレイトを溶解してなる非水電解液を始めとする電解液を含浸し、このコンデンサ素子12を有底筒状の金属ケース13内に収納し、ゴムなどの封口体14にて封口し、封口体14の貫通孔から引出しリード8、9を引出して本発明の電気二重層コンデンサ1とする。
【0014】
図2に示した分極性電極は、金属箔2、3の片面に第1分極性電極層4、5を形成し、その上に第2分極性電極層6、7を形成した構造を有するが、本発明に係る分極性電極は図3に示すように金属箔2、3の両面に第1分極性電極層4a、4b、5aおよび5bを形成し、それらの上に第2分極性電極層6a、6b、7aおよび7bを形成するようにしてもよい。
【0015】
さらには、図4に示すように金属箔2、3の両面に第1分極性電極層4a、4b、5aおよび5bを形成し、それらの一方の第1分極性電極層4a、5a上にのみ第2分極性電極層6a、7aを形成するようにしてもよい。
【実施例】
【0016】
<実施例1>
表面を電気化学的にエッチング処理した厚さ50μmのアルミニウム箔の片面に活性炭粉末80wt%、カーボンブラック10wt%およびPVDF10wt%を混練し、同量のNMPに分散溶解させた分極性電極材料を塗布し、ロールコータで圧延し、温度200℃で乾燥して厚さ100μmの第1分極性電極層を形成した。次に、アルミニウム箔の露出面に引出しリードをカシメ法によって固着した。その後、活性炭粉末80wt%、カーボンブラック10wt%およびPTFE10wt%を混練して厚さ500μmとした分極性電極シートを第1分極性電極層上に積層して第2分極性電極層を形成し、分極性電極とした。
【0017】
上記分極性電極を2枚用意して一方を陰極側分極性電極とし、他方を陽極側分極性電極として第2分極性電極層同士を対向させて配置し、分極性電極間に厚さ50μmのマニラ紙をセパレータとして介在させて巻回し、コンデンサ素子とした。次に、コンデンサ素子を温度100℃で15時間乾燥させ、このコンデンサ素子にプロピレンカーボネイトにテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレイトを溶解させた非水系電解液を含浸した後に、有底筒状のアルミニウムケースに収納し、ゴム封口体で封口し、ゴム封口体の貫通孔から引出しリードをそれぞれ引出して電気二重層コンデンサとした。この電気二重層コンデンサは、直径が8mm、高さが21mmで、定格電圧は2.5V、静電容量は1Fであり、これを10個作製した。
【0018】
<実施例2>
分極性電極シートの電極材料の活性炭粉末を70wt%、カーボンブラックを20wt%、PTFEを10wt%とした以外は実施例1と同様にして電気二重層コンデンサを10個作製した。
【0019】
<比較例1>
エッチング処理した厚さ50μmのアルミニウム箔の片面に、実施例1の分極性電極シートと同じ組成の厚さ500μmの分極性電極シートを黒鉛が含まれた導電性の接着剤(ドータイト)を用いて貼り付けて分極性電極とした。それを2枚用意して実施例1と同様の電気二重層コンデンサを10個作製した。
【0020】
<比較例2>
エッチング処理した厚さ50μmのアルミニウム箔の片面に、実施例1と同じ分極性電極材料を塗布し、ロールコータで圧延し、温度200℃で乾燥して厚さ100μmの分極性電極層を形成して分極性電極とした。これを2枚用意して分極性電極層同士を対向させて配置し、分極性電極間にセパレータを介在させて巻回してコンデンサ素子とした以外は、実施例1と同様の電気二重層コンデンサを10個作製した。
【0021】
実施例1、実施例2、比較例1および比較例2の各10個の電気二重層コンデンサの静電容量および内部抵抗を測定した。その平均値を表1に示す。
【0022】
【表1】

【0023】
実施例1および実施例2の電気二重層コンデンサは、分極性電極材料を塗布して形成した分極性電極層のみを有する比較例2の電気二重層コンデンサより、静電容量がはるかに大であることがわかる。また分極性電極シートを導電性の接着剤で貼り付けてなる比較例1の電気二重層コンデンサと比べても分極性電極シートを導電性接着剤にて貼り付けることが不要であり、しかも静電容量が改善されている。また、実施例1および実施例2の電気二重層コンデンサの内部抵抗は、比較例1および比較例2よりも低く優れている。
【0024】
上述した実施例では長尺状の分極性電極とセパレータを巻回した巻回型の電気二重層コンデンサについて詳述したが、本発明は短冊状の分極性電極とセパレータを多層に積層した積層型の電気二重層コンデンサに適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本発明の電気二重層コンデンサを一部破断し分解して示す図。
【図2】本発明の分極性電極の構造を模式的に示す断面図。
【図3】本発明の分極性電極の構造の他の例を模式的に示す断面図。
【図4】本発明の分極性電極の構造のさらなる他の例を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
【0026】
1 電気二重層コンデンサ
2、3 金属箔
4、4a、4b、5、5a、5b 第1分極性電極層
6、6a、6b、7、7a、7b 第2分極性電極層
8、9 引出しリード
10、11 セパレータ
12 コンデンサ素子
13 金属ケース
14 封口体

【特許請求の範囲】
【請求項1】
引出しリードを固着した金属箔と、その金属箔の両面に分極性電極材料を塗布してなる第1分極性電極層と、一方の第1分極性電極層上にのみ分極性電極シートを積層してなる第2分極性電極層とからなる分極性電極を、第2分極性電極層同士が対向するよう配置し、かつ分極性電極間に絶縁性のセパレータを介在させて積層したコンデンサ素子に電解液を含浸し、このコンデンサ素子を有底筒状の金属ケース内に収納し、封口体にて封口したことを特徴とする電気二重層コンデンサ。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2006−279078(P2006−279078A)
【公開日】平成18年10月12日(2006.10.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−188442(P2006−188442)
【出願日】平成18年7月7日(2006.7.7)
【分割の表示】特願2003−139611(P2003−139611)の分割
【原出願日】平成9年3月10日(1997.3.10)
【出願人】(000103220)エルナー株式会社 (48)