JP2009289938A - Electric double-layer capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は各種電子機器、電気機器、携帯機器等に使用される電気二重層キャパシタに関するものである。 The present invention relates to an electric double layer capacitor used for various electronic devices, electric devices, portable devices and the like.
電気二重層キャパシタは、分極性電極と駆動用電解液との界面に形成される電気二重層に蓄積される電気エネルギーを利用するものであり、このような電気二重層キャパシタは、小型化が図れ、かつ、大容量の充電が可能なキャパシタとして、マイコン、メモリ、タイマーのバックアップ用、各種電源のアシスト用等に広く用いられているものである。 An electric double layer capacitor uses electric energy accumulated in an electric double layer formed at the interface between a polarizable electrode and a driving electrolyte, and such an electric double layer capacitor can be reduced in size. Moreover, as a capacitor capable of charging a large capacity, it is widely used for microcomputers, memories, timer backups, various power supply assists, and the like.
図5はこの種の従来の電気二重層キャパシタの構成を示した断面図であり、図5において、21は両面に分極性電極23が設けられた正極側の集電体、25はポリエチレンの多孔質膜からなる袋状のセパレータであり、このセパレータ25の中に上記集電体21が挿入され、セパレータ25の開口部は集電体21の上方露出部の表面に熱溶着されている。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of this type of conventional electric double layer capacitor. In FIG. 5, 21 is a current collector on the positive electrode side provided with
22は両面に分極性電極24が設けられた負極側の集電体、26はポリエチレンの多孔質膜からなる袋状のセパレータであり、このセパレータ26の中に上記集電体22が挿入され、セパレータ26の開口部は集電体22の上方露出部の表面に熱溶着されており、上記集電体21、22を、セパレータ25、26から露出している部分が夫々上下逆方向となるようにして交互に積層することにより、積層体を形成しているものである。
22 is a negative-side current collector provided with
27は上記積層体の上方に突出した集電体21の端部とスポット溶接により接続されたアルミニウム製の第1の導体、28は同じく積層体の下方に突出した集電体22の端部とスポット溶接により接続されたアルミニウム製の第2の導体である。
27 is a first conductor made of aluminum connected by spot welding to the end of the
29はポリプロピレン製の箱形の容器29aと蓋29bからなる角形の外装部材であり、上記容器29a内には上記積層体が駆動用電解液と共に収容されており、上記第1の導体27と第2の導体28が貫通する貫通孔を有する蓋29bによって封止されているものである。
このように構成された従来の電気二重層キャパシタは、複数のセルを並列接続することによって大容量のキャパシタを構成することができるため、各形で体積効率に優れ、かつ、各接続部における電気抵抗も小さいものが実現できるというものであった。 Since the conventional electric double layer capacitor configured in this way can form a large-capacity capacitor by connecting a plurality of cells in parallel, it is excellent in volumetric efficiency in each form and has an electric capacity in each connection portion. The one with a small resistance could be realized.
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。
しかしながら上記従来の電気二重層キャパシタでは、体積効率に優れ、電気抵抗も小さいという特徴を有するものの、構造が複雑なために組み立て作業が難しく、高い寸法精度を実現することが困難であり、結果的に高いコストのものになってしまい、低価格化が実現できないという課題があった。 However, although the conventional electric double layer capacitor has the characteristics of excellent volume efficiency and low electric resistance, it is difficult to assemble because of the complicated structure, and it is difficult to realize high dimensional accuracy. However, there is a problem that the cost cannot be reduced.
また、使用機器側からの要求により、更なる低抵抗化と低背化が求められているという課題もあった。 In addition, there is a problem that further reduction in resistance and height are required due to a request from the equipment used.
本発明はこのような従来の課題を解決し、簡単な構成により作業性と寸法精度の向上を図って低コスト化を実現すると共に、更なる低抵抗化と低背化を図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ものである。 The present invention solves such a conventional problem, and improves the workability and dimensional accuracy with a simple structure, thereby realizing cost reduction and further reduction in resistance and height. An object of the present invention is to provide an electric double layer capacitor.
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上に分極性電極層を形成した陽極電極と陰極電極をその間にセパレータを介在させた状態で複数層積層し、陽極電極と陰極電極が夫々対向する端面に露呈するように形成された素子と、この素子に含浸された駆動用電解液と、上記素子の対向する端面に夫々露呈した各電極上に夫々少なくとも一部が接合された陽極端子ならびに陰極端子と、この陽極端子ならびに陰極端子の少なくとも一部が表出した状態で上記素子を封止した内装フィルムと、この内装フィルムを被覆した絶縁性の外装樹脂からなる構成にしたものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention comprises stacking a plurality of layers of an anode electrode and a cathode electrode having a polarizable electrode layer formed on a current collector made of a metal foil with a separator interposed therebetween, An element formed such that the cathode electrode is exposed to the opposite end face, the driving electrolyte impregnated in the element, and at least a part of each of the electrodes exposed to the opposite end face of the element. The anode terminal and the cathode terminal, an interior film in which the element is sealed with at least a part of the anode terminal and the cathode terminal exposed, and an insulating exterior resin covering the interior film It is what.
以上のように本発明による電気二重層キャパシタは、陽極電極と陰極電極をセパレータを介して複数層積層した素子の対向する端面に露呈した各電極上に陽極端子と陰極端子を夫々接続した構成により、簡単な構成により作業性と寸法精度の向上を図って低コスト化を実現すると共に、低抵抗化と低背化を図ることができるようになるという効果が得られるものである。 As described above, the electric double layer capacitor according to the present invention has a configuration in which an anode terminal and a cathode terminal are connected to each electrode exposed on the opposing end faces of an element in which a plurality of layers of an anode electrode and a cathode electrode are laminated via a separator. The simple structure improves the workability and the dimensional accuracy, thereby realizing a reduction in cost, as well as an effect that a reduction in resistance and a reduction in height can be achieved.
(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1〜3、5に記載の発明について説明する。
(Embodiment 1)
In the following, the first and third aspects of the present invention will be described with reference to the first embodiment.
図1は本発明の実施の形態1による電気二重層キャパシタの構成を示した断面図、図2は同電気二重層キャパシタを構成する素子の構成を示した斜視図であり、図1と図2において、1は素子を示し、この素子1はアルミニウム箔からなる集電体上に分極性電極層を形成した陽極電極2Aと、同様に形成された陰極電極3Aとを、その間に多孔質フィルム(本実施の形態においては耐熱性に優れたPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)フィルムを用いた)からなるセパレータ4を介在させて積層することにより、陽極電極2Aと陰極電極3Aが夫々対向する端面に露呈するように形成されたものである。
1 is a cross-sectional view showing the configuration of an electric double layer capacitor according to
また、上記素子1の製造方法としては、まず長尺のセパレータ4を交互に折り返すことにより積層状(一般に、つづら折りとも呼ばれている)に折り曲げ、このセパレータ4の各層間に両面に分極性電極層2aを形成したシート状の陽極電極2Aと、同じく両面に分極性電極層3aを形成したシート状の陰極電極3Aを交互に配設すると共に、片面に分極性電極層2aを形成した陽極電極2Bと、同じく片面に分極性電極層3aを形成した陰極電極3Bを上記セパレータ4の最上段と最下段に上記分極性電極層2a、3aが夫々セパレータ4と当接するようにして配設することにより作製されるものであり、このように構成される素子1は簡単な構成によって作業性が向上するばかりでなく、折り曲げられたセパレータ4の各層間に陽極電極2Aと陰極電極3Aを交互に挿入するだけで高い寸法精度を確保することができるようになるものである。
In addition, as a method of manufacturing the
また、上記陽極電極2A、2Bと陰極電極3A、3Bに夫々形成された分極性電極層2a、3aは、活性炭粉末とカーボンブラックとバインダと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、バインダとしては、ポリテトラフルオロエチレン、カルボキシメチルセルロースの水溶性バインダを混合したものが用いられるものである。
The
なお、このように構成された素子1は、上下方向(積層方向)にプレス加工されることによって極めて薄い厚みに加工されるものであるが、本実施の形態においては、構成を分かり易くして説明するために、プレス加工なしの状態のままで図示している。
The
5と6は上記素子1の対向する端面に夫々露呈した陽極電極2A、2Bと陰極電極3A、3B上に形成された陽極集電電極と陰極集電電極であり、この陽極集電電極5ならびに陰極集電電極6は、コールドスプレーと呼ばれる高速粒子衝突を利用した重厚皮膜形成により形成された非弁作用金属層からなるものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、導電性銀ペースト等の導電性材料を塗布することにより形成しても良いものである。
なお、このような陽極集電電極5、陰極集電電極6を形成する際に、上記セパレータ4の材料として多孔質フィルムを用いることにより、この多孔質フィルムからなるセパレータ4の折り曲げ部分は目詰まりを起こしたような状態になり、電極を形成するための材料がセパレータ4を透過して素子1の内部にまで侵入してしまうことを阻止することができるようになるため、短絡を防止して精度の良い電極形成を行うことができるものである。
When the anode current collecting
更に、素子1の対向する端面に露呈した陽極電極2A、2Bと陰極電極3A、3Bを夫々一体に接続するように陽極集電電極5、陰極集電電極6を形成した構成により、抵抗を大きく低減することができると共に、低背化も実現できるものである。
Furthermore, the anode current collecting
また、上記コールドスプレーは、例えば、財団法人 機械システム振興協会が平成17年3月に発行した、システム技術開発調査研究16−R−17「高速粒子衝突を利用した革新部材創製に関する調査研究報告書−要旨−」の、3.調査研究成果の要約、第1章 高速粒子衝突技術、(3)高速粒子衝突を利用した重厚皮膜形成、直接造形技術の欄に紹介されている技術であり、金属粒子を超高速で加速して基材に衝突させることにより、金属粒子が衝突時の塑性変形のエネルギーで溶融し、これにより金属粒子を基材に付着させるようにするものであり、強固な付着強度が得られるものである。
In addition, the above cold spray is, for example, a system technology development research study 16-R-17 “Survey research report on innovative member creation using high-speed particle collision” issued by the Japan Mechanical Systems Promotion Association in March 2005. -Summary- "of 3. Summary of research results,
また、上記コールドスプレーは、陽極電極2A、2Bと陰極電極3A、3Bを構成する材料であるアルミニウムと腐食電位が近い材料である亜鉛や真鍮を用いるのが好ましいことから、本実施の形態においては亜鉛を用いた構成にしたものであり、亜鉛の粒子が陽極電極2A、2Bと陰極電極3A、3Bの一部に喰い込んだ状態になっているものである。
In the present embodiment, the cold spray is preferably made of zinc or brass, which is a material having a corrosion potential close to that of aluminum that constitutes the
また、上記コールドスプレーは、陽極電極2A、2Bと陰極電極3A、3Bが弁作用金属であるアルミニウムにより構成されているため、このアルミニウムと金属間結合するものでないとアルミニウムの表面に誘電体酸化皮膜層が形成されて絶縁化してしまうので、これを防止するためには非弁作用金属を用い、この非弁作用金属に置換することが必要なものであり、上記亜鉛に限定されるものではない。
In the cold spray, the
7と8は上記陽極集電電極5と陰極集電電極6に夫々接合された陽極端子と陰極端子であり、この陽極端子7と陰極端子8は夫々アルミニウム板等の導電性材料をL字形に折り曲げて形成されており、その一辺を陽極集電電極5、陰極集電電極6に夫々接合すると共に、残る一辺を素子1の最上段に位置する陽極電極2B、素子1の最下段に位置する陰極電極3Bに夫々接合するようにしているものである。
このようにL字形に形成された陽極端子7と陰極端子8を素子1に夫々接合することにより、プレス加工により圧縮された素子1が元に戻るように反力が作用した場合や、膨れ現象が発生した場合等に、素子1は陽極端子7と陰極端子8により挟持された状態になっているために膨れることはなく、安定した性能を発揮することができるものである。
By joining the
9は上記素子1に図示しない駆動用電解液を含浸し、上記陽極端子7と陰極端子8の一部となる接続部7a、8aが表出した状態で上記素子1を封止した絶縁性の内装フィルムであり、この状態で1つのセルとして機能するものであり、以下、これをセルと呼ぶ。また、上記内装フィルム9としては、耐熱性に優れたエポキシフィルム等が適しているものであるが、封止性と耐熱性を満足できるものであれば上記材料に限定されるものではない。
9 is an insulating material in which the
また、上記駆動用電解液としては、溶媒として、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種以上の混合物を使用することができる。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でき、電解質アニオンとしては、BF4 -、PF6 -、ClO4 -、CF3SO3 -またはN(CF3SO2)2 -を使用することができるものである。 In addition, as the driving electrolyte, as a solvent, propylene carbonate, γ-butyrolactone, ethylene carbonate, sulfolane, acetonitrile, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, or methyl ethyl carbonate is used, or a mixture of two or more. be able to. As the electrolyte cation, quaternary ammonium, quaternary phosphonium, imidazolium salt can be used, and as the electrolyte anion, BF 4 − , PF 6 − , ClO 4 − , CF 3 SO 3 − or N (CF 3 SO 2) 2 - in which can be used.
10は上記陽極端子7と陰極端子8を接合し、かつ、駆動用電解液が含浸された素子1を内装フィルム9で封止したセルを、上記陽極端子7と陰極端子8の一部となる接続部7a、8aが表出した状態で被覆した絶縁性の外装樹脂であり、この外装樹脂10としては、耐熱性に優れたエポキシ樹脂等が適しているものであるが、封止性と耐熱性を満足できるものであれば上記材料に限定されるものではない。
このように構成された本実施の形態による電気二重層キャパシタは、陽極電極2A、2Bと陰極電極3A、3Bをセパレータ4を介して積層した素子1の対向する端面に露呈した各電極上に陽極集電電極5と陰極集電電極6を夫々形成し、この陽極集電電極5と陰極集電電極6に陽極端子7と陰極端子8を夫々接合し、これを内装フィルム9で封止し、さらに外装樹脂10で被覆した構成により、簡単な構成により作業性と寸法精度の向上を図って低コスト化を実現すると共に、低抵抗化と低背化を図ることができるようになるという格別の効果を奏するものである。
The electric double layer capacitor according to the present embodiment configured as described above has an anode on each electrode exposed on the opposite end face of the
また、L字形に形成した陽極端子7と陰極端子8により素子1を挟持するようにした構成により、素子1の膨れを防止して安定した性能を発揮することができるようになるという格別の効果を奏するものである。
Further, the
また、駆動用電解液が含浸された素子1を内装フィルム9で封止し、更にこれを外装樹脂10で被覆した構成により、高い封止性能と高い耐熱性を発揮することができるようになるという格別の効果を奏するものである。
In addition, the
なお、本実施の形態においては、素子1の対向する端面に露呈した各電極上に陽極集電電極5と陰極集電電極6を夫々形成し、この陽極集電電極5と陰極集電電極6に陽極端子7と陰極端子8を夫々接合する例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、素子1の対向する端面に露呈した各電極に陽極端子7と陰極端子8を直接接合するようにしても構わないものであり、このような構成によっても同様の効果が得られるものである。
In the present embodiment, the anode
また、本実施の形態においては、陽極集電電極5と陰極集電電極6に夫々接合された陽極端子7と陰極端子8をL字形に形成した例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、素子1を挟持できる形状であればL字形以外でも構わないものであり、この場合でも同様の効果が得られるものである。
In the present embodiment, the
(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4に記載の発明について説明する。
(Embodiment 2)
The second aspect of the present invention will be described below with reference to the second embodiment.
本実施の形態は、上記実施の形態1で図1、図2を用いて説明した電気二重層キャパシタの素子の構成が一部異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態1と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて詳細に説明する。 In the present embodiment, the structure of the electric double layer capacitor described in the first embodiment with reference to FIGS. 1 and 2 is partially different, and the other structure is the same as in the first embodiment. Therefore, the same parts are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted, and only different parts will be described in detail below with reference to the drawings.
図3は本発明の実施の形態2による電気二重層キャパシタを構成する素子の構成を示した断面図であり、図3において、11は素子を示し、この素子11はアルミニウム箔からなる集電体の片面に分極性電極層12aを形成した長尺の陽極電極12と、同じくアルミニウム箔からなる集電体の片面に分極性電極層13aを形成した長尺の陰極電極13とを、その間に長尺のセパレータ14を介在させて重ね合わせ、これらを交互に折り返すことによって積層状に折り曲げ、陽極電極12と陰極電極13が夫々対向する端面に露呈するように構成されたものである。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of an element constituting the electric double layer capacitor according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 3,
このように構成された本実施の形態による素子11は、上記実施の形態1による素子1と同様に、簡単な構成によって作業性が向上するばかりでなく、高い寸法精度を確保することができるようになるという格別の効果を奏するものである。
The
なお、このように構成された素子11は、上下方向(積層方向)にプレス加工されることによって極めて薄い厚みに加工されるものであるが、本実施の形態においては、構成を分かり易くして説明するために、プレス加工なしの状態のままで図示している。
The
また、図示はしないが、上記素子11には駆動用電解液が含浸され、素子11の対向する端面に露呈した陽極電極12と陰極電極13上には陽極集電電極と陰極集電電極が夫々形成され、この陽極集電電極と陰極集電電極には陽極端子と陰極端子が夫々接合され、この陽極端子と陰極端子の一部が表出した状態で素子11を絶縁性の内装フィルム9で封止し、更にこれを絶縁性の外装樹脂10で被覆して電気二重層キャパシタを構成するのは上記実施の形態1と同様である。
Although not shown, the
(実施の形態3)
以下、実施の形態3を用いて、本発明の特に請求項6に記載の発明について説明する。
(Embodiment 3)
The third aspect of the present invention will be described below with reference to the third embodiment.
本実施の形態は、上記実施の形態1で図1、図2を用いて説明した電気二重層キャパシタの内装フィルムで封止された素子を1つのセルとし、このセルを複数個接続して外装樹脂で一体に被覆した点が異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態1と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて詳細に説明する。
In the present embodiment, an element sealed with the interior film of the electric double layer capacitor described in
図4(a)〜(d)は本発明の実施の形態3による電気二重層キャパシタの構成を示した製造工程図であり、図4において、15はセルを示し、このセル15は上記実施の形態1で図1を用いて説明したように、駆動用電解液を含浸した素子1を絶縁性の内装フィルム9で封止したものであり、この内装フィルム9から陽極端子7と陰極端子8の一端に夫々設けられた接続部7a、8aが表出しているものである。
4 (a) to 4 (d) are manufacturing process diagrams showing the structure of the electric double layer capacitor according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 4,
このように構成されたセル15を図4(b)に示すように2個重ね合わせ、上記陽極端子7と陰極端子8に夫々設けられた接続部7a、8aに陽極外部端子16と陰極外部端子17を夫々接続し、これを図4(c)に示すように、上記陽極外部端子16と陰極外部端子17の一部が外部に表出した状態で絶縁性の外装樹脂10で被覆した後、図4(d)に示すように、上記外装樹脂10から表出した陽極外部端子16と陰極外部端子17を外装樹脂10に沿って折り曲げることにより、本実施の形態による電気二重層キャパシタが構成されているものである。
As shown in FIG. 4B, two
このように構成された本実施の形態による電気二重層キャパシタは、上記実施の形態1、2による電気二重層キャパシタにより得られる効果に加え、複数個のセル15を接続して一体化することにより、小型大容量化を実現することができるようになるという格別の効果を奏するものである。
The electric double layer capacitor according to the present embodiment configured as described above is obtained by connecting and integrating a plurality of
本発明による電気二重層キャパシタは、簡単な構成により作業性と寸法精度の向上を図って低コスト化を実現すると共に、低抵抗化を図ることができるという効果を有し、各種電源のアシスト用分野等として有用である。 The electric double layer capacitor according to the present invention has the effect of improving the workability and dimensional accuracy with a simple structure to realize low cost and low resistance, and for assisting various power sources. Useful as a field.
1、11 素子
2A、2B、12 陽極電極
2a、3a、12a、13a 分極性電極層
3A、3B、13 陰極電極
4、14 セパレータ
5 陽極集電電極
6 陰極集電電極
7 陽極端子
8 陰極端子
7a、8a 接続部
9 内装フィルム
10 外装樹脂
15 セル
16 陽極外部端子
17 陰極外部端子
1, 11
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Cited By (2)
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JP2014103082A (en) * | 2012-11-22 | 2014-06-05 | Denso Corp | Power storage element and manufacturing method thereof |
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