JP2003133180A - 電気二重層コンデンサ - Google Patents

電気二重層コンデンサ

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JP2003133180A JP2001325540A JP2001325540A JP2003133180A JP 2003133180 A JP2003133180 A JP 2003133180A JP 2001325540 A JP2001325540 A JP 2001325540A JP 2001325540 A JP2001325540 A JP 2001325540A JP 2003133180 A JP2003133180 A JP 2003133180A
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Shinji Naruse
新二 成瀬
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉛フリーハンダによるリフローハンダ付けに
対しても、セパレータが融解せず、一対の分極性電極ど
うしがショートすることのない電気特性の優れた電気二
重層コンデンサを提供すること。 【解決手段】 一対の分極性電極と、この一対の分極性
電極の間に存在するセパレータと、この一対の分極性電
極とセパレータに含浸した電解液と、前記一対の分極性
電極、セパレータ、及び電解液を収納する金属ケース
と、この金属ケースを密封する封口体とからなる電気二
重層コンデンサにおいて、前記セパレータがアラミドを
主成分とするシートから構成されることを特徴とする電
気二重層コンデンサ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は各種電子機器に利用
される電気二重層コンデンサに関し、特に、リフローハ
ンダ付け法により回路基板に対してハンダ付けされるコ
イン型(もしくはボタン型)電気二重層コンデンサに関
する。
【0002】
【従来の技術及び課題】従来のこの種の電気二重層コン
デンサは、一般に図1に示すような断面構造を有してお
り、一対の分極性電極1と、この一対の分極性電極の間
に存在するセパレータ2と、この一対の分極性電極1と
セパレータ2に含浸した電解液と、前記一対の分極性電
極、セパレータ及び電解液を収納する金属ケース3と、
該一対の分極性電極と金属ケースの間の集電層4と、こ
の金属ケース3を密封する封口体5で構成されている。
【0003】前記セパレータ2の材料としては、特開昭
63−190322号公報に示されるように、通常、ポ
リエチレンもしくはポリプロピレン繊維からなる微孔性
の不織布が用いられている。しかしながら、ポリエチレ
ンおよびポリプロピレンは耐熱性に劣るため、それらの
不織布をセパレータとして用いたコンデンサは回路基板
に対してリフローハンダ付け法でハンダ付けすることが
困難である。すなわち、リフローハンダ付け法による
と、コンデンサは200℃以上の高温に数10秒間晒さ
れることになるが、ポリエチレンもしくはポリプロピレ
ン繊維からなる微孔性の不織布よりなるセパレータはか
かる高温では熱変形したり、極端な場合には融解するこ
とがあり、セパレータとしての機能を果たさず、一対の
分極性電極がショートしてしまうことがある。
【0004】これを防止するための一つの方法として、
セパレータとして、ポリエチレンもしくはポリプロピレ
ンよりも耐熱性が良好なポリフェニレンサルファイド繊
維よりなる不織布を用いることが考えられるが、しかし
ながら、ポリフェニレンサルファイドでも耐熱性が十分
であるとはいえず、240℃程度のピーク温度で一対の
分極性電極がショートする可能性がある。
【0005】特に最近、ハンダの無鉛化に伴ない鉛フリ
ーのハンダが使用されつつあり、鉛フリーのハンダは一
般的に鉛系ハンダよりも融点が20℃程度高いため、コ
イン型電気二重層コンデンサ用のセパレータ材料に対し
てはますます高耐熱化が要求されることになる。
【0006】本発明の目的は、鉛フリーのハンダによる
リフローハンダ付けに対しても十分な耐熱性を有するセ
パレータを具有する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】本発明者らは、上記の目
的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、十分な耐熱性が
要求され電気二重層コンデンサのセパレータ材料とし
て、アラミドを主成分とするシートが極めて適している
ことを見い出し、本発明を完成するに至った。
【0008】かくして、本発明によれば、一対の分極性
電極と、この一対の分極性電極の間に存在するセパレー
タと、この一対の分極性電極とセパレータに含浸した電
解液と、前記一対の分極性電極、セパレータ及び電解液
を収納する金属ケースと、この金属ケースを密封する封
口体とからなる電気二重層コンデンサにおいて、前記セ
パレータがアラミドを主成分とするシートから構成され
ることを特徴とする電気二重層コンデンサが提供され
る。
【0009】本発明の好適態様によれば、アラミドを主
成分とするシートがアラミドファイブリッド及び/また
はアラミド短繊維から構成される紙であることを特徴と
する本発明に従う電気二重層コンデンサが提供される。
【0010】以下、本発明の電気二重層コンデンサにつ
いてさらに詳細に説明する。 (アラミド)本発明に従い電気二重層コンデンサのセパ
レータ材料として用いられるアラミドには、アミド結合
の60%以上が芳香環に直接結合した線状高分子化合物
が包含され、そのようなアラミドとしては、例えば、ポ
リメタフェニレンイソフタルアミド、およびその共重合
体、ポリパラフェニレンテレフタルアミドおよびその共
重合体、ポリ(パラフェニレン)−コポリ(3,4ジフ
ェニルエーテル)テレフタールアミドなどが挙げられ
る。この中で、特にポリメタフェニレンイソフタルアミ
ドが、良好な成型加工性、熱融着性を備えている点で好
ましく用いられる。ポリメタフェニレンイソフタルアミ
ドは、通常、イソフタル酸塩化物およびメタフェニレン
ジアミンを用いた界面重合法、溶液重合法等により工業
的に製造されており、市販品として入手可能であるが、
それに限定されるものではない。 (アラミドを主成分とするシート)上記の如きアラミド
を主成分とするシートとしては、アラミドファイブリッ
ド及び/またはアラミド短繊維からなるアラミド紙が好
適であり、その他に、例えばアラミド繊維よりなる不織
布、アラミド樹脂より成る多孔性フィルム等が挙げられ
るが、これらのみに限定されるものではない。 (アラミドファイブリッド)アラミドファイブリッド
は、抄紙性を有するフィルム状のアラミド粒子であり、
アラミドパルプとも呼ばれる(特公昭35−11851
号公報、特公昭37−5752号公報等参照)。アラミ
ドファイブリッドは、通常の木材パルプと同じように、
離解、叩解処理を施し抄紙原料として用いることができ
る。この場合、アラミド紙の特性を良好に維持するため
アラミドファイブリッドの濾水度(フリーネス)を調節
することが好ましく、通常、カナダ標準フリーネスで1
0ml以上500ml未満の範囲内が適している。アラ
ミドファイブリッドの濾水度は叩解処理の条件を変える
ことにより調節することができる。 (アラミド短繊維)アラミド短繊維は、アラミドを原料
とする繊維を切断したものであり、そのような繊維とし
ては、例えば、帝人(株)の「コーネックス(登録商
標)」、「テクノーラ(登録商標)」、デュポン社の
「ノーメックス(登録商標)」、「ケブラー(登録商
標)」、帝人トワロン社の「トワロン(登録商標)」等
が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0011】アラミド短繊維は、好ましくは、0.5d
tex以上25dtex未満の範囲内の繊度を有するこ
とができる。ここで、繊度とは1000mあたりの繊維
重量(g)と定義される。繊度が0.5dtex未満の
繊維は、湿式法での製造(後述)において凝集を招きやす
く、また、25dtex以上の繊維は、繊維直径が大き
くなり過ぎるため、例えば、真円形状で密度を1.4g/
cm3とすると直径45ミクロン以上である場合、アス
ペクト比の低下、力学的補強効果の低減、アラミド紙の
均一性不良などの不都合が生じうる。ここで、アラミド
紙の均一性不良とは、空隙サイズの分布が広がり前述し
たイオン種移動性に不均一性を生じることを意味する。
【0012】アラミド短繊維は、一般に、1mm以上5
0mm未満の範囲内の長さを有することができる。短繊
維の長さが1mmよりも小さいと、アラミド紙の力学特
性が低下し、他方、50mm以上のものは、後述する湿
式法でのアラミド紙の製造の際に「からみ」や「結束」
などが発生しやすく欠陥の原因となりやすい。 (アラミド紙)アラミド紙は、上記のアラミドファイブ
リッド及び/またはアラミド繊維から主として構成され
るシート状物であり、一般に、5μm以上1000μm
以下の厚さを有するものが好適である。5μmよりも厚
みが小さいアラミド紙は、機械特性が低下しセパレータ
としての形態保持や製造工程での搬送等取り扱いに問題
を生じる可能性があり、他方、1000μmを上回る厚
さのアラミド紙は、電気二重層コンデンサのインピーダ
ンスの増大を招きやすく、しかも小型高性能の電気二重
層コンデンサを製造し難くなる。
【0013】アラミド紙は、5g/m2以上1000g/
2以下の坪量を有することが好ましい。坪量がこの範
囲より小さい場合には、機械強度が不足するため電解液
含浸処理などの部品製造工程での各種取り扱いで破断を
引き起こしやすく、他方、1000g/m2を上回る坪量
のアラミド紙は、厚みの増大や電解液の含浸・浸透の低
下が生じるため実用的ではない。
【0014】アラミド紙の密度は、一定範囲の坪量と厚
みより算出することができるが、通常、0.1g/cm3
以上1.2g/cm3以下の範囲内にあることが望まし
い。 (他の成分)本発明において、アラミドファイブリッド
および/またはアラミド繊維からなるアラミド紙に対し
て、紙の特性を損なわない範囲内で、必要に応じて第三
成分を加えてもよい。添加しうる第三成分としては、例
えば、ポリフェニレンスルフィド繊維、ポリエーテルエ
ーテルケトン繊維、ポリエステル繊維、アリレート繊
維、液晶ポリエステル繊維、ポリエチレンナフタレート
繊維などの有機繊維、ガラス繊維、ロックウール、アス
ベスト、ボロン繊維、アルミナ繊維などの無機繊維が挙
げられるが、これらに限定されるものではない。 (アラミド紙の製法)本発明において用いられるアラミ
ド紙は、それ自体既知の湿式抄造法により製造すること
ができる。また、製造されるシートは、必要に応じて、
熱圧加工して表面平滑性、機械的特性などの紙特性を向
上させることもできる。
【0015】湿式抄造法では、アラミドファイブリッド
及び/またはアラミド短繊維を含有する単一成分または
混合物の水性スラリーを、抄紙機に送液し分散した後、
脱水、搾水および乾燥操作することによって、シートと
して巻き取る方法が一般的である。抄紙機としては、例
えば、長網抄紙機、円網抄紙機、傾斜型抄紙機およびこ
れらを組み合わせたコンビネーション抄紙機などが利用
することができる。コンビネーション抄紙機での製造の
場合、アラミドファイブリッドとアラミド短繊維の配合
比率が異なるスラリーをシート成形し合一することによ
り複数の紙層からなる複合体シートを得ることができ
る。抄造の際に必要に応じて分散性向上剤、消包剤、紙
力増強剤などの添加剤を使用することができる。また、
アラミドファイブリッド及びアラミド短繊維以外の他の
繊維状成分(例えば、ポリフェニレンスルフィド繊維、
ポリエーテルエーテルケトン繊維、セルロース系繊維、
PVA系繊維、ポリエステル繊維、アリレート繊維、液
晶ポリエステル繊維、ポリエチレンナフタレート繊維な
どの有機繊維;ガラス繊維、ロックウール、アスベス
ト、ボロン繊維などの無機繊維ガラス繊維)を添加する
こともできる。しかし、これら他の繊維状成分を添加す
る場合、その配合量は全繊維成分の合計重量を基準にし
て50%以下とすることが望ましい。アラミドファイブ
リッドは、バインダーとして優れた特性を有しているた
め、アラミド短繊維および他の添加成分を効率的に補足
でき、本発明のアラミド薄葉材の製造において原料歩留
まりが良好となる。
【0016】以上に述べた如くして得られるアラミド紙
は、例えば、一対の平板間または金属製ロール間にて高
温高圧で熱圧することにより、密度、機械強度を向上さ
せることができる。熱圧の条件は、例えば金属製ロール
使用の場合、温度100〜350℃、線圧50〜400
kg/cmの範囲内を例示することができるが、これら
に限定されるものではない。熱圧の際に複数の紙を積層
することもでき、また、上記の熱圧加工を任意の順で複
数回行うこともできる。さらに、加熱操作を加えずに常
温で単にプレスだけを行うこともできる。
【0017】かくして製造されるアラミド紙は、(1)
耐熱性、難燃性などの優れた特性を備えていること、
(2)熱溶融し難いアラミドを含み、通常の熱圧では薄
葉材の空隙性が適度に維持されるため、電極間のイオン
種移動性を損なわないこと、(3)空隙構造に由来する
電解液の保持機能に優れること、(4)アラミドの比重
が1.4程度と小さく軽量であること、などの種々の優
れた特性を有しており、電気二重層コンデンサのセパレ
ータ材として極めて適している。
【0018】上記の如きアラミド紙を用いての電気二重
層コンデンサの作製は、従来の電気二重層コンデンサの
製造の際に使用されているセパレータ材の代りにアラミ
ド紙を用いる以外は同様にして行うことができる。
【0019】
【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに具体的に
説明する。なお、これらの実施例は、本発明の特定の態
様を単に例示するためのものであり、本発明の内容を何
ら限定するものではない。 参考例:アラミド紙の製造 ポリメタフェニレンイソフタルアミドのアラミドファイ
ブリッドとアラミド短繊維をおのおの水中で分散しスラ
リーを作成した。このスラリーを、アラミドファイブリ
ッドとアラミド短繊維を所定の比率になるよう混合した
後、フォードリニヤー型抄紙機へ送液し、脱水、搾水、
乾燥して巻き取り、アラミド紙を得た。 実施例 上記参考例で得られたアラミド紙をセパレータ材として
用い、図2に示す断面構造を有する電気二重層コンデン
サを通常の方法で作製した。
【0020】図2において、11は活性炭粉末からなる
直径5mm、厚さ1.2mmの円柱状をなす一対の分極
性電極で、この一対の分極性電極11の間にはアラミド
紙から成るセパレータ12が挟持されている。また、一
対の分極性電極11とセパレータ12には、1molの
テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレートを1
Lのプロピレンカーボネートに溶解した電解液が含浸さ
れている。一対の分極性電極11は金属ケース13aに
収納されており、そして、この金属ケース13aの開口
部は封口体15を介して金属蓋13bにより密封されて
いる。そして一方の分極性電極11と金属蓋13bとの
間および他方の分極性電極11と皿状の金属ケース13
aとの間にはそれぞれ集電層14が設けられている。
【0021】上記の如き構成からなる定格0.5Fの電
気二重層コンデンサを作製し、下記の温度条件でリフロ
ーハンダ付けを行ない、漏れ電流を測定する。 リフローハンダ付け条件:予備加熱170℃×2分、本
加熱200℃以上(最高温度270℃)×30秒。
【0022】その結果を下記の表1に示す。漏れ電流の
測定結果は、コンデンサ100個の平均値である。
【0023】なお、比較例として、アラミド紙に代わ
り、電気二重層コンデンサのセパレータに従来から広く
使用され、商業的に入手可能なポリエチレン繊維からな
る微孔性の不織布を用いる以外、上記と同じ構成の電気
二重層コンデンサを作製し、同様にして漏れ電流を測定
した。その結果も併せて表1に示す。
【0024】
【表1】
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電気二重層コンデンサのセパレータ材としてアラミド紙
を用いることにより、回路基板に対してリフローハンダ
付けして使用しても漏れ電流が増加することのない電気
二重層コンデンサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は従来の電気二重層コンデンサの断面図で
ある。
【図2】図2は本発明の電気二重層コンデンサの一実施
例の断面図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の分極性電極と、この一対の分極性
    電極の間に存在するセパレータと、この一対の分極性電
    極とセパレータに含浸した電解液と、前記一対の分極性
    電極、セパレータ及び電解液を収納する金属ケースと、
    この金属ケースを密封する封口体とからなる電気二重層
    コンデンサにおいて、前記セパレータがアラミドを主成
    分とするシートから構成されることを特徴とする電気二
    重層コンデンサ。
  2. 【請求項2】 アラミドを主成分とするシートがアラミ
    ドファイブリッド及び/またはアラミド短繊維から構成
    される紙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。
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