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JP2000286165A - 電気二重層コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

電気二重層コンデンサおよびその製造方法

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Publication number
JP2000286165A
JP2000286165A JP11087825A JP8782599A JP2000286165A JP 2000286165 A JP2000286165 A JP 2000286165A JP 11087825 A JP11087825 A JP 11087825A JP 8782599 A JP8782599 A JP 8782599A JP 2000286165 A JP2000286165 A JP 2000286165A
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JP
Japan
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pair
electric double
separator
layer capacitor
double layer
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Application number
JP11087825A
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English (en)
Inventor
Koji Sakata
幸治 坂田
Kazuya Mimura
和矢 三村
Yutaka Nakazawa
豊 中澤
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/26—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温下で長期にわたって使用しても内部抵抗
の増加が少ない電気二重層コンデンサを提供する。 【解決手段】 セパレータ３を介して対向配置された一
対の分極性電極２を有する電気二重層コンデンサにおい
て、一対の分極性電極２の各々は、セパレータ３に相対
する面全体にわたって凹形状に形成された凹部を備え、
凹部は、高低差２μｍ〜５０μｍであり、一対の分極性
電極２の周囲に、セパレータ３に対して対称的に積層さ
れた一対の集電体１と、一対の分極性電極２と一対の集
電体１とで囲まれる部分に積層された一対のガスケット
４を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気二重層コンデ
ンサおよびその製造方法に関し、特に、分極性電極表面
の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電気自動車などのモーター駆動用
エネルギー源あるいは太陽電池と組み合せ、太陽電池で
発電したエネルギーを蓄電する畜電器として、長寿命
で、エネルギー密度が大きい畜電器が求められている。
このような要求を満足するデバイスとして電気二重層コ
ンデンサの開発が活発に行われている。その一例とし
て、電気二重層コンデンサに関する２つの従来の技術に
ついて記述する。
【０００３】まず、第１の従来例として、特許公報第２
７２２０２１号に開示されている電気二重層コンデンサ
は、円筒形の非導電性ゴムからなる封口材を多孔性セパ
レータで上下に仕切り、この円筒形内部の上下の空間に
活性炭ペースト電極が充填され、さらにその上下を集電
体で封止されている。ここに開示されている図面を参照
すると、活性炭ペースト電極の表面形状は平面であり、
また、この公報には分極性電極の表面形状に関する記述
は特に見あたらない。
【０００４】次に、第２の従来例として、特開平３−１
２４０１３号公報に開示されている電気二重層コンデン
サは、セパレータを介して固形分極性電極が対向配置さ
れており、セパレータと相対する分極性電極表面の中央
部に外周部が閉じ込められた凹部が設けられており、さ
らにその凹部に含浸材が充填されている。ここで、含浸
材とは、活性炭粉末あるいは活性炭繊維に電解液を混合
してペースト状にしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の電気二
重層コンデンサでは、電気二重層コンデンサを構成して
いる封口材あるいは集電体材料に使用している材料がゴ
ムあるいはプラスチックなどの高分子材料であるため、
高温下において電解液が微量ではあるが、封口材あるい
は集電体を透過して、電気二重層コンデンサ内部に保持
されている電解液量が経時的に減少し、やがて、イオン
電導性が低下する。従って、高温下に長期にわたって放
置されると、内部抵抗が増加するという問題があった。
【０００６】そこで、本発明の目的は、高温下に長期に
わたって放置されても内部抵抗が増大しない電気二重層
コンデンサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明の電気二重層コンデンサは、セパレータを介
して対向配置された一対の分極性電極を有する電気二重
層コンデンサにおいて、一対の分極性電極の各々は、セ
パレータに相対する面全体にわたって凹形状に形成され
た凹部を備えたことを特徴とする。
【０００８】また、凹部は、高低差２μｍ〜５０μｍで
あるのが好ましい。
【０００９】さらに、凹部の中に電解液が保持されるの
が好ましい。
【００１０】またさらに、凹部は、セパレータの両端部
の一部を残して形成されるのが好ましい。
【００１１】また、一対の分極性電極の周囲に、セパレ
ータとほぼ平行に、かつ、セパレータの長さよりも長く
積層された一対の集電体を備えるのが好ましい。
【００１２】さらに、一対の分極性電極，一対の集電体
で囲まれる部分に積層された一対のガスケットを備える
のが好ましい。
【００１３】また、本発明の電気二重層コンデンサは、
セパレータを介して対向配置された一対の分極性電極を
有する電気二重層コンデンサを製造する方法において、
一対の分極性電極の各々の一方の表面のみを凹形状に
切削加工する工程と、一対の分極性電極の凹形状の部分
を、セパレータに対向するように配置する工程と、セパ
レータに対して対象構造になるように、一対の分極性電
極の周囲に、一対の集電体，一対のガスケットを積層す
る工程と、ガスケットにあらかじめ設けられた貫通孔か
ら電解液を注入して凹形状の中に電解液を浸す工程と、
貫通孔を密閉する工程とを含むことを特徴とする。
【００１４】以上説明したように、本発明の電気二重層
コンデンサは、以下に掲げるような構成とした。
【００１５】まず、セパレータを介して対向配置された
一対の分極性電極を有する電気二重層コンデンサにおい
て、分極性電極のセパレータと相対する面が全体にわた
って凹形状であることを特徴とする。
【００１６】次に、分極性電極の凹形状が高低差２μｍ
以上５０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１７】本発明が特許公報第２７２２０３１号公報
で開示されている従来の電気二重層コンデンサと構成上
において異なる点は、セパレータと相対する面の分極性
電極表面が凹形状であり、この凹形状部に電解液が保持
されている点にある。
【００１８】このように、本発明は、分極性電極の表面
を凹形状にすることにより、活性炭に対し、相対的に多
量の電解液を保持することが可能になるので、経時的に
電解液が減少しても、その絶対量が従来に比べて多いの
で、内部抵抗の増加現象を遅延することができる。
【００１９】また、本発明が特開平３−１２４０１３号
公報で開示されている従来の電気二重層コンデンサと構
成上において異なる点は、従来の電気二重層コンデンサ
が分極性電極の中央部に部分的に凹部を形成し、その凹
部を分極性電極及びセパレータで閉じ込めた構造にして
いるのに対し、本発明は分極性電極の全面にわたって凹
形状である。
【００２０】さらに、従来の電気二重層コンデンサは、
凹形状部を閉じ込めることにより、凹形状部に充填した
活性炭ペーストあるいは活性炭繊維に含浸された電解液
が分極性電極の周囲に漏れ出ることを抑制させるという
目的が記述されている。これに対し、本発明は、前述し
たように活性炭に対し相対的に多量の電解液を保持させ
るという目的であり、この目的を達成させる手段として
分極性電極表面を凹形状にしたものである。当然なが
ら、本発明の要旨からすれば、凹形状の外周部を閉じ込
める構成にする必要はない。従って、目的と構成が異な
るものである。
【００２１】さらに、本発明では分極性電極表面の凹形
状が高低差２μｍ以上５０μｍ以下であるときに、特に
好ましい理由を以下に説明する。
【００２２】まず、２μｍ未満のとき、分極性電極表面
の凹形状部に保持量できる電解液量が少ないため、目的
とするところの高温下における内部抵抗増加の抑制に関
して、顕著な効果を得ることができない。
【００２３】また、５０μｍを超えると、セパレータが
一方の分極性電極表面だけに密着しやすくなり、分極性
電極とセパレータとの間に保持される電解液量がセパレ
ータを介して偏りが生じるため、内部抵抗が大きくなる
問題点がある。
【００２４】従って、本発明では分極性電極表面の凹形
状が高低差２μｍ以上５０μｍ以下であるときに、特
に、好ましい効果を得ることができる。
【００２５】尚、本発明の電気二重層コンデンサを製造
する方法は、公知の技術を組み合せることにより製作す
ることが可能なので、上記製造方法に何ら限定されるも
のではない。
【００２６】
【発明の実施の形態】次に、図面を参照して、本発明の
実施の形態について詳細に説明する。
【００２７】図１は、本発明の電気二重層コンデンサの
実施の形態の構成を示す断面図である。この電気二重層
コンデンサは、セパレータ３を介して一対の固形分極性
電極２と、一対の集電体１と、一対のガスケット４とを
備える。分極性電極２は、セパレータ３と相対する分極
性電極２の表面の全面にわたって凹形状であり、その凹
部には電解液が保持されている。本実施の形態では、前
述したように活性炭に対し相対的に多量の電解液を保持
させることを目的とし、この目的を達成させる手段とし
て分極性電極２の表面を凹形状にしたものである。当然
ながら、本発明の要旨からすれば、凹形状の外周部を閉
じ込める構成にする必要はない。
【００２８】
【実施例】次に、図面を参照して、本発明の実施例につ
いて詳細に説明する。
【００２９】まず、図１の本発明の電気二重層コンデン
サの構成を示す模式的断面図を参照して、本発明の第１
の実施例について説明する。この電気二重層コンデンサ
は、電解液として硫酸水溶液を含有し、ポリプロピレン
樹脂を基材とする厚さ３０μｍのセパレータ３を介して
一対の固形分極性電極２と導電性ブチルゴムからなる集
電体１および分極性電極２の外周部に配置された絶縁性
ＡＢＳ樹脂からなるガスケット４とで構成されている。
固形分極性電極２は、活性炭を焼結して形成したもので
あり、その大きさは、３ｃｍ×３ｃｍ、分極性電極２の
外周部の膜厚は、０．８ｍｍであり、中央部の膜厚は、
０．７６ｍｍである。この分極性電極２は、セパレータ
３と相対する分極性電極２表面の全面にわたって凹形状
であり、その凹部には電解液が保持されている。
【００３０】次に、図１を参照して、本発明の電気二重
層コンデンサの製造方法の実施例について説明する。本
発明の電気二重層コンデンサは、公知の技術の組み合わ
せによって製作することが可能である。以下、具体的に
説明する。
【００３１】まず、固形分極性電極２は、粉末活性炭を
焼結して、大きさ３ｃｍ×３ｃｍ，膜厚１ｍｍの板状の
分極性電極２を得た。次に、分極性電極２の一方の表面
だけを凹面状に切削加工して、分極性電極２の外周部の
膜厚０．８ｍｍ，中央部の膜厚０．７６ｍｍのものを得
た。続いて、セパレータ３を介して対称構造になるよう
に、一対の分極性電極２，一対の集電体１，一対のガス
ケット４を積層した。このとき、分極性電極２表面が凹
形状である方をセパレータ３と相対するように配置し
た。また、ガスケット４どうしの接合界面、およびガス
ケット４と集電体１との接合界面にエポキシ樹脂を塗布
して積層し、しかる後、エポキシ樹脂を加熱硬化（１２
０℃，１時間）させて、それぞれの界面を接着した。そ
の後、ガスケット４に予め設けておいた貫通孔から電解
液である硫酸水溶液を注入して、分極性電極２，セパレ
ータ３およびその界面に電解液を浸した。最後に、貫通
孔に貫通孔と同形のＡＢＳ樹脂を埋め込み、その上から
エポキシ接着剤を塗布し、加熱硬化（１２０℃，１時
間）させて密封した。
【００３２】このようにして、得られた電気二重層コン
デンサ１０個を８５℃の雰囲気下に１Ｖの電圧を印加し
て２０００時間放置したときの試験前後の内部抵抗を測
定した。
【００３３】また、上述の測定結果と比較するために、
比較例の電気二重層コンデンサは、本発明の第１の実施
例における分極性電極２の表面形状が平面であることを
除いて、全て同じ構成とした。この電気二重層コンデン
サの製造方法は、本発明の第１の実施例における分極性
電極の製作方法において、分極性電極２の一方の表面だ
けを凹面状に切削する加工を施さなかった点を除いては
すべて第１の実施例と同様である。このようにして得ら
れた比較例の電気二重層コンデンサ１０個を８５℃の雰
囲気下に１Ｖの電圧を印加して２０００時間放置したと
きの試験前後の内部抵抗を測定した。
【００３４】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。
【００３５】この第２の実施例では、上述した第１の実
施例における分極性電極２を、大きさ３ｃｍ×３ｃｍ、
分極性電極２の外周部の膜厚０．２ｍｍ、中央部の膜厚
０．１６ｍｍに代えた。この分極性電極２は、セパレー
タ３と相対する分極性電極２の表面の全面にわたって凹
形状であり、その凹部には電解液が保持されている。
【００３６】次に、本発明の電気二重層コンデンサの第
２の実施例の製造方法について説明する。本発明は、公
知の技術の組み合わせによって製作することが可能であ
る。以下、具体的に説明する。
【００３７】まず、分極性電極２は、粉末活性炭，バイ
ンダー（ＰＶＤＦ），溶媒（ＮＭＰ）を重量比８：２：
３０の比率で混合して活性炭ペーストを調整した。次
に、集電体１上にスクリーン印刷法により、所定形状
（３ｃｍ×３ｃｍ）の分極性電極を成膜し、成膜した分
極性電極の表面に、球面を押しあてて、その全面を凹形
状に形成した。その後、１２０℃，１時間乾燥させて溶
媒を除去して、膜厚０．２ｍｍ、中央部の膜厚９０．１
６ｍｍの分極性電極２を得た。続いて、分極性電極２と
セパレータ３に硫酸水溶液を注入した後、セパレータ３
を介して対称構造になるように、一対の分極性電極２，
一対の集電体１，一対のガスケット４を積層した。この
とき、分極性電極２の表面が凹形状である方をセパレー
タ３と相対するように配置した。また、ガスケット４ど
うしの接合界面及びガスケット４４集電体１との接合界
面にエポキシ樹脂を塗布して積層し、しかる後、エポキ
シ樹脂を加熱硬化（１２０℃，１時間）させて、それぞ
れの界面を接着した。
【００３８】このようにして得られた電気二重層コンデ
ンサ１０個を８５℃の雰囲気下に１Ｖの電圧を印加して
２０００時間放置したときの試験前後の内部抵抗を測定
した。
【００３９】図２は、上述した第１の実施例，第２の実
施例，比較例の電気二重層コンデンサ１０個を、８５℃
の雰囲気下に１Ｖの電圧を印加して２０００時間放置し
たときの試験前後の内部抵抗の測定結果を比較して示す
図である。この図に示すように、本発明の第１の実施
例，第２の実施例によると、高温雰囲気下で使用しても
内部抵抗の増大が比較例よりも少ないという結果になっ
た。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、分極
性電極の表面を凹形状にすることにより、活性炭に対
し、相対的に多量の電解液を保持することが可能になる
ので、経時的に電解液が減少しても、その絶対量が従来
に比べて多い。従って、高温雰囲気下で長期にわたって
使用しても内部抵抗の増加が従来より少ないという効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気二重層コンデンサの実施の形態の
構成を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の電気二重層コンデンサの実施例の試験
前後の内部抵抗を比較例と共に示す図である。
【符号の説明】
１ 集電体 ２ 分極性電極 ３ セパレータ ４ ガスケット

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】セパレータを介して対向配置された一対の
    分極性電極を有する電気二重層コンデンサにおいて、 前記一対の分極性電極の各々は、前記セパレータに相対
    する面全体にわたって凹形状に形成された凹部を備えた
    ことを特徴とする電気二重層コンデンサ。
  2. 【請求項２】前記凹部は、高低差２μｍ〜５０μｍであ
    ることを特徴とする、請求項１に記載の電気二重層コン
    デンサ。
  3. 【請求項３】前記凹部の中に電解液が保持されたことを
    特徴とする、請求項１または２に記載の電気二重層コン
    デンサ。
  4. 【請求項４】前記凹部は、前記セパレータの両端部の一
    部を残して形成されたことを特徴とする、請求項１〜３
    のいずれかに記載の電気二重層コンデンサ。
  5. 【請求項５】前記一対の分極性電極の周囲に、前記セパ
    レータとほぼ平行に、かつ、前記セパレータの長さより
    も長く積層された一対の集電体を備えたことを特徴とす
    る、請求項１〜４のいずれかに記載の電気二重層コンデ
    ンサ。
  6. 【請求項６】前記一対の分極性電極，前記一対の集電体
    で囲まれる部分に積層された一対のガスケットを備えた
    ことを特徴とする、請求項５に記載の電気二重層コンデ
    ンサ。
  7. 【請求項７】セパレータを介して対向配置された一対の
    分極性電極を有する電気二重層コンデンサを製造する方
    法において、 前記一対の分極性電極の各々の一方の表面のみを凹形状
    に切削加工する工程と、 前記一対の分極性電極の凹形状の部分を、前記セパレー
    タに対向するように配置する工程と、 前記セパレータに対して対象構造になるように、前記一
    対の分極性電極の周囲に、一対の集電体，一対のガスケ
    ットを積層する工程と、 前記ガスケットにあらかじめ設けられた貫通孔から電解
    液を注入して前記凹形状の中に前記電解液を浸す工程
    と、 前記貫通孔を密閉する工程と、 を含むことを特徴とする電気二重層コンデンサの製造方
    法。
JP11087825A 1999-03-30 1999-03-30 電気二重層コンデンサおよびその製造方法 Pending JP2000286165A (ja)

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US6341058B1 (en) 2002-01-22

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