JP2005509284A - 炭素粉末電極を有する電気化学的二重層キャパシタ（２） - Google Patents
炭素粉末電極を有する電気化学的二重層キャパシタ（２） Download PDFInfo
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Abstract
電極構造体、前記電極構造体及び前記電極構造体を含む二重層キャパシタを製造する方法であって、その方法は：複数の電極で、その各々が、電流コレクタ板、前記電流コレクタ板の各側に形成された主被覆で、伝導性炭素粉末及び結合剤を含む主被覆、及び各主被覆上に形成された副被覆で、活性炭粉末、溶媒、及び結合剤を含む副被覆を有する複数の電極を形成し；前記電極を積み重ねながら各電極の間に各セパレータを配置し、前記各セパレータが、隣接した電極の各副被覆に対して並置され、隣接する電極を電気的に分離し、それによって電極積層体を形成し；そして前記電極積層体を、円筒状電極構造体へ巻く；諸工程を有する。
Description
本発明は、一般に電気化学的二重層キャパシタに関し、特に、低抵抗炭素粉末電極と共に作られた高性能電気化学的二重層キャパシタに関する。
二重層キャパシタは、電気化学的二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）とも呼ばれ、単位重量及び単位体積当たり、慣用的キャパシタよりも多くのエネルギーを貯蔵することができるエネルギー貯蔵装置である。更に二重層キャパシタは、それらの内部抵抗が比較的低いため、再充電可能なバッテリーよりも大きな電力定格で充電し、次に貯蔵エネルギーを放出することができるのが典型的である。
二重層キャパシタは、多孔質セパレータにより電気的に接触しないように分離された二つの炭素電極からなる。多孔質セパレータと電極の両方は、電解質溶液中に浸漬され、イオン電流（イオン流）がセパレータを通って電極間を流れるようにすると同時に、そのセパレータが電気又は電子（イオンではない）の流れが二つの炭素電極を短絡しないようにしている。
典型的には、二つの炭素電極の各々の背後には電流収集板が結合されている。電流収集板の一つの目的は、二重層キャパシタの抵抗損失、即ち内部抵抗を減少させることにある。
二重層キャパシタは、電解質（又は電解質溶液）中に浸漬された二つの炭素電極の間に電気ポテンシャルが存在する時に形成される分極液体層中に静電エネルギーを貯蔵する。電気ポテンシャルをそれらの電極を通って印加すると、その印加した電気ポテンシャルによる帯電分離及び電極の全表面に亙る電解質分子の双極子配向及び配列により、電解質イオンが分極し、電極・電解質界面で正と負の電荷二重層が形成される（そこで「二重層」キャパシタの名前が付いている）。
炭素電極を有する二重層キャパシタの製造は、米国特許第２，８００，６１６号明細書〔ベッカー(Becer)〕、及び第３，６４８，１２６号〔ブース(Boos)その他〕に記載されている。
炭素電極を有する電気化学的二重層キャパシタを含めた多く炭素電極キャパシタの主な問題は、炭素電極キャパシタの性能が、炭素電極に関連した内部抵抗が高いために屡々限定されることである。この高い内部抵抗は、炭素電極内の炭素・炭素接点の接触抵抗が高いこと、更には電極・電流コレクタ接点の接触抵抗が高いことを含めた幾つかの因子による。この高い内部抵抗は、炭素電極キャパシタの充電及び放電中、炭素電極キャパシタ内の大きな抵抗損失となって現れる。これらの大きな抵抗損失は、更に悪影響を与え、即ち、キャパシタの特性ＲＣ（抵抗×キャパシタンス）時定数を増大し、それにより短時間で効果的に充電及び／又は放電する炭素電極キャパシタの能力を阻害する。
従って、炭素電極キャパシタ内の内部抵抗を低下し、従って炭素電極キャパシタの特性ＲＣ時定数を低下すると共に、他の改良を与える装置及び方法が当分野で求められている。
ファラーマンディ(Farahmandi)その他による米国特許第５，９０７，４７２号明細書（その完全な記載は参考のためここに入れてある）には、アルミニウム含浸炭素布電極を有する多重電極二重層キャパシタが記載されている。そこに記載されているアルミニウム含浸炭素布電極を使用することにより、非常に低い内部抵抗を有する電気化学的二重層キャパシタを与える結果になる。
ナンユンジア(Nanjundiah)その他による米国特許出願Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．０９／５６９，６７９は、本特許文書でその優先権が主張されており、その完全な記載は参考のためここに入れてあるが、それには、低抵抗炭素粉末電極を有する電気化学的二重層キャパシタが記載されている。
改良された電気化学的二重層キャパシタも依然として求められている。そのような改良された電気化学的二重層キャパシタは、非常に大きな電気出力で多量の有用なエネルギーを放出し、比較的短時間内で非常に大きなエネルギー密度の定格を有する必要がある。そのような改良された電気化学的二重層キャパシタは、比較的低い内部抵抗を有し、従って、比較的低い特性ＲＣ時定数も有し、然も、比較的大きな作動電圧を生ずることができるべきである。
更に、電気化学的二重層キャパシタの電極を製造する技術及び方法には、電気化学的二重層キャパシタの内部抵抗を低下し、従って特性ＲＣ時定数を低下し、作動電圧を最大にするような改良が要求されていることは明らかである。
キャパシタエネルギー密度は、作動電圧の二乗で増大するので、作動電圧が高いことはエネルギー密度を著しく高くすることに直接関係し、その結果一層大きな電力出力定格を与えることになる。従って、電気化学的二重層キャパシタに用いられる電極の内部抵抗を低下し、作動電圧を増大する改良された技術及び方法が要求されている。
（発明の概要）
本発明は、電気化学的二重層キャパシタで用いられる電極構造体を製造する方法を与えることにより、上述の要求及び他の要求に有利に対処するものである。
本発明は、電気化学的二重層キャパシタで用いられる電極構造体を製造する方法を与えることにより、上述の要求及び他の要求に有利に対処するものである。
一つの態様として、本発明は、二重層キャパシタで用いられる電極構造体を製造する方法として特徴付けることができ、その方法は：複数の電極で、その各々が、電流コレクタ板、前記電流コレクタ板の各側の一部分に形成された主(primary)被覆で、伝導性炭素粉末及び結合剤を含む主被覆、及び各主被覆上に形成された副(secondary)被覆で、活性炭粉末、溶媒、及び結合剤を含む副被覆、を具えた複数の電極を形成し；前記複数の電極を互いに積み重ねながら前記複数の電極の各々の間に各セパレータを配置し、前記各セパレータが、前記複数の電極の各々に隣接した各副被覆に対して並置されるようにし；然も、前記各セパレータが、前記複数の電極の隣接するものを互いに電気的に分離し、それによって前記複数の電極の積層体を、各セパレータが前記複数の電極の夫々の間に配置されるようにして形成し；そして前記電極積層体を、その電極積層体の一方の端部から巻き始めて円筒状構造体にする；工程を行う。
別の態様として、本発明は、二重層キャパシタで用いられる電極構造体を製造する方法として特徴付けることができ、その方法は：複数の電極で、その各々が、或る長さ、幅、及び厚さを有する電流コレクタ板の全長さに亙って伸び、その電流コレクタ板の幅の一部分に亙って伸びる領域を占める前記電流コレクタ板の各側の一部分上に形成された、伝導性炭素粉末及び結合剤を含む主被覆と、各主被覆上に形成された、活性炭粉末、溶媒、及び結合剤を含む副被覆とを具えた複数の電極を形成し；前記複数の電極を互いに積み重ねながら前記複数の電極の各々の間に各セパレータを配置し、前記各セパレータが、前記複数の電極の各々に隣接した各副被覆に対して並置されるようにし；然も、前記各セパレータが、前記複数の電極の隣接するものを互いに電気的に分離し、それによって前記複数の電極の積層体を、各セパレータが前記複数の電極の夫々の間に配置されるようにして形成し、前記電極積層体が積層長さ及び積層幅を有し；そして前記電極積層体を、その電極積層体の一方の端部から巻き始めてその積層体の長手方向に沿って円筒状構造体へ巻く；工程を行う。
更に別の態様として、本発明は、二重層キャパシタで用いられる電極構造体として特徴付けることができ、その電極構造体は：複数の電極で、その各々が、電流コレクタ箔、前記電流コレクタ箔の各側の一部分上に形成された、伝導性炭素粉末及び結合剤を含む主被覆と、各主被覆上に形成された、活性炭粉末、溶媒、及び結合剤を含む副被覆とを有する複数の電極を含む電極積層体を巻いたものを有する。前記巻いた電極積層体は、積層体中の複数の電極の各々の間に配置された各セパレータを含み、各セパレータが、複数の電極の隣接したものの各副被覆に対して並置されている。各セパレータは、複数の電極の隣接したものを互いに電気的に分離している。電極積層体は、その電極積層体の一方の端部から巻き始めて円筒構造へ巻き、巻いた電極積層体を形成している。
更に別の態様として、本発明は、第一端子及び第二端子を有するキャパシタ缶、及び前記キャパシタ缶内に入れた巻いた電極構造体を有する二重層キャパシタとして特徴付けることができる。巻いた電極構造体は、複数の電極で、その各々が電流コレクタ箔、及び前記電流コレクタ箔の各側の一部分上に形成された主被覆を有する複数の電極を有する。主被覆は、伝導性炭素粉末及び結合剤を含有する。各電極は、各主被覆上に形成された副被覆も有する。副被覆は活性炭粉末、溶媒、及び結合剤を含む。また、各セパレータは、積層体中の複数の電極の各々の間に配置され、各セパレータが複数の電極の隣接したものの各副被覆に対し並置されるようになっている。各セパレータは、複数の電極の隣接したものを互いに電気的に分離する。電極積層体は、その電極積層体の一方端から巻き始めて円筒状構造体へ巻き、巻いた電極構造体を形成する。また、キャパシタは、キャパシタ缶内に入れた電解質溶液も含有する。
本発明の特徴及び利点についての一層よい理解は、本発明についての次の詳細な記述及び図面を参照することにより得られるであろう。それら図面は、本発明の原理が用いられた例としての態様を示している。
本発明の上記及び他の態様、特徴、及び利点は、図面に関連して与えた次の一層特別な記述から一層明らかになるであろう。
幾つかの図面を通して、対応する参照番号は、対応する部品を示す。
好ましい態様についての詳細な記述
本発明を実施する現在考えられている最良の方式についての次の記述は、限定された意味でとるべきではなく、単に本発明の一般的原理を記述するために行われるものである。本発明の範囲は、特許請求の範囲を参照して決定されるべきである。
本発明を実施する現在考えられている最良の方式についての次の記述は、限定された意味でとるべきではなく、単に本発明の一般的原理を記述するために行われるものである。本発明の範囲は、特許請求の範囲を参照して決定されるべきである。
図１に関し、本発明の一つの態様に従う、箔コレクタ１０２、伝導性炭素の第一層１０４、及び活性炭の第二層１０６を含む炭素電極１００の断面図を示している。
電気化学的二重層キャパシタ内で活性化することができる単位体積当たりの炭素量が多い程、他のものが全て等しいとして、電気化学的二重層キャパシタのキャパシタンスは大きくなる。
しかし、この因子単独では、多孔質セパレータの両側に対し並置された活性炭の二枚の「厚板(chunk)」で、各「厚板」に対し一つずつの端子組立体によって一纏めにされたそれら厚板を用いて、電気化学的二重層キャパシタの炭素によって占められた体積の％を最大にし、電気化学的二重層キャパシタの多孔質セパレータ及び端子組立体によって占められた体積の％を最少にする設計が、電気化学的二重層キャパシタの理想的設計であることを示唆していることになるであろう。この「ブリック・サンドイッチ(bric sandwich)」を、次に電解質中に浸漬し、適当な容器中に入れて囲む。
しかし、電気化学的二重層キャパシタを一定の帯電まで充電又は放電した時に平均電子（又はホール）が炭素を通って移動しなければならない距離が大きくなる程、電気化学的二重層キャパシタの内部抵抗が大きくなり、従って、電気化学的二重層キャパシタのＲＣ時定数は大きくなることも判明している。
この事実だけでは、一つ以上の多孔質セパレータの両側に対して並置された無限に薄いシートとして活性炭の多数の「スペックス(specs)」が、多量の高度に伝導性のコレクタにより取り巻かれ、その結果電気化学的二重層キャパシタを充電又は放電した時に平均電子（又はホール）が炭素を通って移動しなければならない距離を最少にする設計が、電気化学的二重層キャパシタの理想的設計であることを示唆していることになるであろう。次にこの構成体を電解質中に浸漬し、適当な容器内に入れて囲む。
しかし、これらの両極端のいずれも実際には理想的ではない。電極の設計と、電極、多孔質セパレータ、及び電解質を入れる容器の設計との両方が、キャパシタンスを最大にすることと、同時に電気化学的二重層キャパシタの内部抵抗を最少にすることの両方のために、これら両極端の間のバランスを実現させるものである。
この目的を達成するため、用いる炭素の「効果性」及び「利用性」を、用いる炭素の表面積を最大にし、用いる炭素の固有抵抗を最少にし、同時に、用いる炭素の「効果性」及び「利用性」の両方を最適にする炭素の粒径及び気孔孔径（従って、充填密度）を維持することにより最大にすべきである。
本発明の態様の設計は、従来の方法に対する著しい改良を表している。なぜなら、一つにはそのような設計がその目的として上で言及した炭素最大化と内部抵抗最少化との間のバランスを有し、更に別の目的として、炭素の「効果性」及び「利用性」を最大にするからである。
簡単化して図１に描いたような電極を用いて設計を開始する。各電極は、薄い金属コレクタ１０２と、その上に互いに重ねて形成された炭素の二つの層１０４及び１０６からなる。金属コレクタ１０２は、炭素電極１００を出入りする非常に低い抵抗の電流路と、二つの層１０４、１０６のための機械的台座(platform)としての二つの働きをする。
第一層１０４、即ち薄い金属コレクタ１０２と直接機械的及び電気的に接触した層は、黒鉛炭素（即ち、層状構造を持つ炭素）のような「伝導性炭素」からなる。第一層１０４は第二層１０６のほぼ３倍の伝導性をもち、薄い金属コレクタ１０２と第二層１０６の両方によく接着しており、薄い金属コレクタ１０２と第二層１０６との間に低い界面抵抗を与えている。伝導性炭素の第一層１０４（第一層１０４に用いられた結合剤を含む）は、電気化学的二重層キャパシタで用いられるように選択した電解質溶液中で安定であるべきである。
第二層１０６は「活性炭」からなり、活性炭の「効果性」及び「利用性」の両方を最大にする傾向を持つ表面積、気孔孔径、及び粒径（充填密度）特性、及びファラッド(Farad)／ｃｃ及びファラッド／ｇを有する。活性炭の第二層１０６は、キャパシタンスを最大にすべきであり、電気化学的二重層キャパシタで用いられるように選択した電解質溶液中で（第二層に用いられた結合剤を含めて）安定であるべきであり、主要部の抵抗が低くあるべきである。
薄い金属コレクタ１０２、即ち電流コレクタ１０２は、例えば、アルミニウム箔電流コレクタでもよい。アルミニウム箔コレクタ（箔コレクタ１０２）に適した箔は、完全硬化合金まで完全にアニールしたＡｌ １１４５としてオハイオ州のオール・ホイルズ社(All-Foils Incorporated)から、１２．５〜５０μｍ、例えば、１ミルの厚さ及び２．８３〜２．８７μΩ／ｃｍの固有抵抗を有するものを入手することができる。
第一層１０４は、電流コレクタ１０２の表面上に形成し、例えば、マサチューセッツ州ベレリカのキャボット(Cabot)から入手できるブラック・パール(Balck Pearl)２０００のような炭素粉末からなっていてもよい。第一層１０４の望ましい性質は、低い固有抵抗、例えば、４Ω／ｃｍより低い固有抵抗；第一層１０４が電流コレクタ１０２（箔コレクタ１０２）と、第二層１０６の活性炭の両方に十分に対していること；伝導性炭素と電流コレクタ１０２（箔コレクタ１０２）との間及び伝導性炭素１０４と活性炭１０６との間の低い界面及び面積抵抗、例えば、５ｍΩｃｍ２より低い抵抗；である。
第二層１０６は第一層１０４の上に形成され、活性炭粉末からなっていてもよい。炭素電極に用いられる活性炭粉末は、大きな「効果性」及び「利用性」により大きなキャパシタンスを与えるために用いられる。大きなキャパシタンスは、一つには活性炭粉末の大きなＢＥＴ比表面積、日本のクラレ化学から入手できるＢＰ２０のような活性炭の場合、５００〜２５００ｍ２／ｇ、例えば、１９００ｍ２／ｇの程度の比表面積により可能である。活性炭粉末の比表面積は粒径分布に関連しており、それは３〜３０μｍの範囲に入り、ｄ５０＝８μｍである。広い範囲の粒径が効果的な充填密度を可能にし、小さな粒子が、大きな粒子によって生じた空洞内に充填される。そのような活性炭は、キネル(kynel)、レーヨン、ココナッツ殻等のような出発材料を用いて製造することができる。そのような活性炭の沃素吸収率は、例えば５００〜２５００ｍｇ／ｇ、例えば２０００ｍｇ／ｇである。重量％による水分含有量は、例えば０．２〜０．７％であり、灰分含有量は、例えば０．０５〜０．１２重量％であり、粒径は、例えば３〜３０ｎｍであり、粒径分布は、例えば６０〜５００ｎｍ、例えば６０〜３００ｎｍであり、キャパシタンスは、例えば２２〜３５ファラッド／ｇ、例えば２５ファラッド／ｇ、即ち、例えば１５〜２０ファラッド／ｃｃ、例えば１６ファラッド／ｃｃである。
設計最適化での重要なパラメーターは、「効果性」及び「利用性」に影響を与えるファラッド／ｃｃである。基礎材料レベルでは、これは気孔分布によって影響を受け、それは典型的には８〜５０Åの範囲にある。電極レベルでは、電極を構成する粉末の充填密度がファラッド／ｃｃを決定する。本発明の電気化学的二重層キャパシタ用の炭素電極は、２５％〜３５％の希望の電極気孔率（即ち、空洞対体積比）になるように製造され、それは充填密度及び乾燥条件の選択によって達成されるはずである。電極気孔率は、粒子対粒子接触を最大にし、抵抗を低下し、炭素表面の濡れを可能にする電解質浸透を促進するようにして最適にする。
得られる電極１００固有抵抗を更に低下するため、マサチューセッツ州ベレリカのキャボットから入手できるブラック・パール２０００のような、活性炭粉末よりも伝導性である伝導性炭素を少量（例えば、１〜５％）、第二層１０６を形成するために用いるスラリーへ添加してもよい。
電極１００を製造する方法は、例えば、スラリー、ペースト、又はゲル状（ここでは一般にスラリー状として言及する）にして粉末炭素を電流コレクタ１０２（例えば、電流コレクタ板１０２、又はアルミニウム箔のような箔１０２）の上に適用するか、又は電流コレクタの上に既にある他の層の上に適用することを含んでいる。粉末炭素のそのようなスラリー状のものは、重合体結合剤を含有する溶液に入れて製造してもよい。
例えば、結合剤は、ポリビニルピロリドン、ポリアミド等を含んでいてもよい。好ましい結合剤は、ペンシルバニア州アトフィナ・ケミカルズ(Atofina Chemicals)から入手できるキナール(Kynar)７６１又はキナール２８０１でもよい。結合剤は、選択した電解質に不溶性で、例えば、アセトニトリルに不溶性で、水、アセトン、メチルエチルケトン、Ｎ−メチルピロリドン等のような配合用溶媒には可溶性であるのがよい。結合剤は、１０９Ω／ｃｍより大きく、例えば２×１０１４Ω／ｃｍの体積抵抗率；１５０℃より高く、例えば３７５℃以上の熱分解性を持つべきであり、アルミニウムとの濡れ性が良好であるべきである。
例えば、電極１００は、伝導性炭素の第一層１０４（スラリー状で結合剤含有）を電流コレクタ１０２へ適用し、活性炭の第二層１０６（スラリー状で、少量の伝導性炭素及び結合剤含有）を前記第一層１０４へ適用することにより製造する。
次に図２に関し、伝導性炭素粉末スラリー又は活性炭粉末スラリーのような炭素粉末スラリー２０２を、電流コレクタ２０４（又は箔２０４）の表面へ適用し、その箔の表面上の伝導性炭素の第一層又は活性炭の第二層を形成するためのスラリー転写装置及び方法２００を例示する概略的工程図が示されている。
被覆工程前に、箔２０４の表面をコロナで処理するか、或は機械的又は化学的に変性し、アルミニウム表面の表面エネルギーを変化させて濡れ性及び接着性を向上することができる。
本発明の態様に従い、被覆過程は２工程で進行する。第一工程は、箔２０４の裸のアルミニウム表面に、適当な結合剤〔例えば、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、エチレンアクリル酸（ＥＡＡ）のような水性結合剤；又はペンシルバニア州フィラデルフィアのアトフィナ・ケミカルズから入手できるＰＶＤＦ−「キナール」（“Kynar”）７６１又は「キナール」（“Kynar”）２８０１のような溶媒系結合剤〕及び適当な溶媒（例えば、ＮＭＰ、ＭＥＫ、アセトン又はそれらの混合物）を含有するスラリー２０２として第一層（又は主被覆）を適用することを含んでいる。更に、界面抵抗を増大することなく、電極の一体性を改良するため主被覆内に接着促進剤を用いてもよい。主被覆中に含まれる高度に伝導性の炭素の（結合剤及び溶媒のような他の成分に対する）割合は、２５重量％〜９５重量％の範囲に入るのが好ましい。主被覆は、活性炭を含まないのが好ましい。
主被覆は、界面抵抗を減少し、副被覆のための種子被覆として働く。
主被覆を、例示したように、Ｓ字型(reverse comma)被覆装置及び方法のようなスラリー転写装置及び方法２００を用いて適用する。スロット被覆、グラビア、押出し、フレキソグラフ、又はロール被覆法のような他の方法を用いてもよい。
Ｓ字型被覆装置及び方法２００が例示されている。輸送ローラー２０６、転写ローラー２０８、及び炭素スラリーローラー２１０が示されている。一組のワイパー２１２も示されている。
実際には箔２０４を、輸送ローラーと転写ローラーとの間に通す。輸送ローラー２０６で、それに対し箔２０４が気密に保持される輸送ローラーと、転写ローラー２０８との間の間隔が、主被覆の厚さを決定する。主被覆を適用するのに用いられる上述のような炭素スラリー２０２を炭素スラリーローラー２１０上へ導入し、転写ローラー２０８へ運ぶ。次に炭素スラリー２０２を、炭素スラリーローラー２１０と転写ローラー２０８との間に通す。その結果、炭素スラリー２０２の一部分が転写ローラー２０８へ転写され、次に今度は箔２０４の一方の側へ転写される。
Ｓ字型被覆法及び装置はよく知られており、従って、それについてここで更に説明することはしない。
炭素スラリー２０２を箔２０４の一方の側に転写した後、一組のワイパー２１２が箔２０４の縁の所及び箔２０４の中心部の所にある主被覆の部分を除去し、それらの所を接触縁部を形成するのに用い、後で一層完全に説明するように、箔２０４の切断及び取扱い後に奇麗な縁が確実に形成されるようにする。
第二層（又は副被覆）を、Ｓ字型被覆装置２００に２回目として通す間、又は第二のＳ字型被覆装置を用いてインラインで、主被覆の上に適用する。どちらの場合でも、副層が、主層の充分な硬化が（溶媒の蒸発により）行われた後に適用され、明確な主層と副層とを維持する。
副被覆は、キネル、ココナッツ、又はレーヨン基礎材料から誘導された活性炭を含む。上で述べたように、この活性炭は「効果性」を増大するため大きな比表面積、典型的には１０００〜２５００ｍ２／ｇの程度の比表面積を有する。副被覆は、大きな比表面積の活性炭、適当な結合剤（例えば、ＰＶＤＦ−ペンシルバニア州フィラデルフィアのアトフィナ・ケミカルズから入手できる「キナール」２８０１）及び適当な溶媒（例えば、ＮＭＰ、ＭＥＫ、アセトン、又はそれらの混合物）を含むスラリーを用いて適用する。副被覆中に含まれる活性炭の、他の成分（結合剤及び溶媒を含む）に対する割合は、５重量％〜４０重量％の範囲に入り、例えば約３０重量％になる。副被覆は、第一層で用いる伝導性炭素のような伝導性炭素を少量含んでいてもよい。副被覆中に含まれる高度に伝導性の炭素の割合は、０．０１重量％〜５重量％の範囲に入り、例えば約０．３重量％である。このスラリーを、上に記載したようなＳ字型被覆法（又は他の方法）を用いて主炭素被覆の上に被覆する。
上に記載した方法は、界面及び面積抵抗を減少させる効果的な方法ではあるが、含まれる処理工程は、箔２０４の被覆が一方の側だけではなく、両方の側に望まれる場合には幾らか一層複雑になる。両面被覆箔を達成するためには、箔２０４の被覆を完了するのに、第一及び第二の側の各々について、第一及び第二層の各々のため１回づつ、計４回、箔２０４をＳ字型被覆装置及び方法２００に通す。
副被覆を適用するのに用いられるＳ字型被覆法及び装置２００は、箔２０４の縁の所及び中心部の所で副被覆の一部分を除去するために一組のワイパー２１２を用いることを含め、主被覆を適用するのに用いたのと同様である。従って、副被覆を適用するために用いるＳ字型被覆装置及び方法２００について更に別に説明することはここではしない。
図３に関し、箔３０２、炭素粉末スラリー３０４、及び一列になった一組のワイパー３０６の上面図が示されており、それらワイパーは、箔３０２が図２のスラリー転写装置２００を通過する間に三つの帯３０８、３１０、３１２（即ち、レーン３０８、３１０、３１２）として箔３０２から炭素粉末スラリー３０４を除去する。
三つのレーン３０８、３１０、３１２は、箔３０２の縁３１４、３１６の所及び箔３０２の中心部３１８の所に位置し、実質的に炭素粉末スラリー３０４が存在しない。これら三つのレーンの外側の二つ、３０８、３１２は、奇麗な縁を確実に与えるために用いられ、箔３０２の縁３１４、３１６の所で達成することができる（第一層及び第二層を適用する前、間、又は後で、箔３０２の取扱いから起きることがあるちぢれ又は湾曲を起こさない）。更に、これら三つのレーン３０８、３１０、３１２は、炭素電極（後で一層完全に説明する）の一方の縁の所に接触縁部（図示されていない）を形成するのに用い、それにより端子と炭素電極との間の低抵抗電気接続を行うことができる。
次に図４に関し、箔３０２の三つのレーン３０８、３１０、３１２（図３のワイパーにより炭素粉末スラリーが除去された所）が、伝導性炭素の第一層及び活性炭の第二層で被覆された領域４０２、４０４によって分離されている箔３０２の上面図が示されている。
四つの切断線４０６、４０８、４１０、４１２も示されており、第一層及び第二層を硬化した後、それら線に沿って箔３０２を切断する。
四つの切断線４０６、４０８、４１０、４１２に沿った箔３０２の切断は、正確なブレード(blade)切断装置（図示されていない）を用いて達成するのが好ましく、その装置は、スラリー転写装置２００（図２）とは別の装置になっていてもよく、或はスラリー転写装置２００（図２）とインラインに配置されていてもよい。切断線４０６、４０８、４１０、４１２に沿った箔３０２の切断は、電極のための奇麗な縁を確実に与え、夫々の電極の一方の端に沿った接触縁部を与える結果になり、箔３０２をその幅の半分に切断し、二つの電極を形成する。接触縁部は、電気化学的二重層キャパシタの各端子と夫々の電極との間の低抵抗電流路を与える。
第一切断４１０は、箔の中心で行われ、第二切断４０６は、箔３０２の縁の所のレーン３０８の一つの中心を通って行われる。第三の切断４１２は、第一及び第二層で被覆された第二領域４０４の一つの縁に沿って行われ、箔３０２の縁の所の他方のレーン３１２を除去するようにし、第四の切断４０８は、第一及び第二層で被覆された第一領域４０２の他方の側の縁に沿って行われ、箔３０２の一方の縁とは反対側の中心レーン３１０の残余を除去するようにする。
箔３０２を切断した結果として、二つの同様に別々の電極が形成され、夫々が接触縁部を有し、第一及び第二層で被覆された領域を有する。第一の電極は一つのレーン４０２の半分と、第一及び第二層により被覆された第一領域４０２から形成され、第二電極は中心レーン３１０の半分と、第一及び第二層により被覆された第二領域４０４から形成されている。
第一及び第二の電極を形成するように箔３０２を切断する上述の態様には、本発明者により数多くの変更が考慮されており、本発明の態様の範囲内に入る。
図５に関し、箔３０２の三つのレーンが、伝導性炭素５０２の第一層及び活性炭５０４の第二層で被覆された領域４０２、４０４により分離された図４の箔の側断面図が示されている。
図から分かるように、第一層５０２及び第二層５０４が箔３０２の上に被覆されており、第一層及び第二層から一組のワイパーにより三つのレーンが、層の除去により形成されている。
四つの切断線４０６、４０８、４１０、４１２も示しており、第一層５０２及び第二層５０４を硬化した後、それらの線に沿って箔３０２の切断を行う。四つの切断は、上に記載したように、四つの切断線４０６、４０８、４１０、４１２に沿って行う。
図６に関し、図１の箔電極１００のような二つ箔電極６０２、６０４に切断された図４の箔３０２の上面図が示されている。
図から分かるように、二つの箔電極６０２、６０４の各々は、伝導性炭素の第一層及び活性炭の第二層で被覆された領域４０２、４０４を有し、接触縁部６０２、６０４を有する。
次に図７に関し、多孔質セパレータ７０２によって互いに電気的に（イオン的にではない）分離された第一及び第二炭素電極６０２、６０４を形成するように、多孔質セパレータ７０２に対し並べて配置した活性炭の第二層５０４を夫々有する二つの箔電極６０２、６０４の側断面図が示されている。
多孔質セパレータ７０２の目的は、二つの間隔を開けた炭素電極６０２、６０４が決して互いに直接電気的に接触しないようにするためである（それに対しイオン流は、多孔質セパレータ７０２によって可能にされている）。
用語「間隔を開けた」とは、電極６０２、６０４の間の直接の電気的接触がないことを指すものとする。多孔質セパレータ７０２の第二目的は、二つの間隔を開けた電極６０２、６０４の間の空間内への電解質溶液の吸収を促進することにある。
この目的は、本発明にとって重要である。なぜなら、二つの間隔を開けた炭素電極６０２、６０４の間の接触は短絡を与える結果になり、電気化学的二重層キャパシタ７００に貯蔵された電荷を急速に消失させることになるからである。
従って、箔電極６０２、６０４の間の直接の電気的接触を防止する目的が達成される限り、広い範囲の材料及び／又は構造体を多孔質セパレータ７０２として用いることができ、例えばその目的には、二つの間隔を開けた炭素粉末電極６０２、６０４の間に物理的障壁を介在させることなく、二つの間隔を開けた炭素粉末電極６０２、６０４を機械的に隔離することが含まれる。
例えば、多孔質セパレータ７０２は、日本のニッポン・コドシ社(Nippon Kodoshi Corporation)から入手することができるＴＦ３０４５紙でもよい。別法として、多孔質セパレータ７０２は、ポリエチレン、ポリプロピレン、他の種類の紙、それらの組合せ又は薄板等から製造してもよい。多孔質セパレータ７０２の厚さは、例えば１〜５０μｍ、例えば３５μｍでもよく、密度は、例えば０．３〜０．５ｇ／ｃｍ３、例えば０．４１９ｇ／ｃｍ３でもよく、抗張力は、例えば１０ニュートン／１５ｍｍより大きく、例えば１２．７ニュートン／１５ｍｍでもよく、気孔率は、例えば４０〜８０％、例えば７２％でもよく、電解質吸収性は、例えば１０〜８０ｍｍ／１０分、例えば３９ｍｍ／１０分でもよく、熱安定性は−５５℃〜１５０℃でもよい。
好ましい態様に従い、例示した部品を適度の一定圧力で互い圧縮し、多孔質セパレータ７０２が電気的短絡、即ち、箔電極６０２、６０４の間の直接的電気接触を防止する。
実際には、二つの炭素電極６０２、６０４（二つの箔電極６０２、６０４）の間及び内部に得られる間隔及び空隙は、全て高度に伝導性の、好ましくは非水性電解質溶液、例えば、溶媒としてのアセトニトリル（ＣＨ３ＣＮ）と一緒にしたテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート（Ｅｔ４ＮＢＦ４）（ＴＥＡＢＦ４）塩で満たされている。
他の可能な塩には、トリエチルメチルアンモニウム及び他のアルキルアンモニウム塩が含まれる。
他の可能な溶媒には、炭酸プロピレン（ＰＣ）、炭酸エチルメチル（ＥＭＣ）、炭酸エチレン（ＥＣ）、炭酸ジメチル（ＤＭＣ）、蟻酸メチル、及びそれらの混合物が含まれる。
ここに記載した本発明は、別法として、上に記載したアセトニトリルから形成した溶液以外の電解質溶液、特に非水性（又は有機）電解質溶液を使用することも考慮に入れていることを強調しておきたい。
電解質溶液は、例えば１０〜１００ミリ・シーメンス（ｍＳ）、例えば６６ｍＳ伝導度、−５５〜２００℃、例えば−５５〜８７℃の液相範囲、及び２Ｖより大きな電圧範囲を有するのが好ましい。
電解質溶液のイオンは多孔質セパレータの気孔又は穴を自由に通過する。上で述べたように、セパレータは一つの電極を他の電極と物理的に接触しないように、従って、電気的に短絡しないように防止する。
操作上、炭素電極の接触縁部を通り、従って、炭素電極６０２、６０４を通って電位を印加すると、電解質中に浸漬した各電極の表面に分極液体層が形成される。静電エネルギーを貯蔵し、二重層キャパシタとしての機能を果たし、即ち、直列の二つのキャパシタとしての機能を果たすのは、この分極液体層である。
特に、炭素電極６０２、６０４を通って電圧を印加した時、例えば、一方の電極６０２を、他方の電極６０４に対し、正に帯電させると、印加した電場の下での電荷分離により、更に電極６０２、６０４の全表面に亙る電解質分子の双極子配向及び配列により、電解質イオンが分極して分極液体層が形成される。この分極は次の関係によりキャパシタ中にエネルギーを保存する：
Ｃ＝ｋｅＡ／ｄ （１）
及び
Ｅ＝ＣＶ２／２ （２）
式中、Ｃはキャパシタンスで、ｋｅは二重層の有効誘電定数であり、ｄは層間の分離距離であり、Ａは、電解質溶液中に浸漬された箔電極６０２、６０４の比表面積であり、Ｖは箔電極６０２、６０４を通って印加された電圧であり、Ｅは電気化学的二重層キャパシタ７０２に貯蔵されたエネルギーである。
Ｃ＝ｋｅＡ／ｄ （１）
及び
Ｅ＝ＣＶ２／２ （２）
式中、Ｃはキャパシタンスで、ｋｅは二重層の有効誘電定数であり、ｄは層間の分離距離であり、Ａは、電解質溶液中に浸漬された箔電極６０２、６０４の比表面積であり、Ｖは箔電極６０２、６０４を通って印加された電圧であり、Ｅは電気化学的二重層キャパシタ７０２に貯蔵されたエネルギーである。
本発明の態様として、分離距離ｄは、Åで測定される程小さいが、比表面積Ａ、即ち電極材料１ｇ当たりの表面積「Ａ」は非常に大きい。従って、式（１）から分かるように、ｄが非常に小さく、Ａが非常に大きい場合、キャパシタンスは非常に大きくなる。
電気化学的二重層キャパシタ７０２の表面積「Ａ」は、箔電極６０２、６０４から作られているため大きい。特に箔電極６０２、６０４の各々は、夫々副被覆５０４中に活性炭粉末を含有する。活性炭は極めて多孔質状の炭素である。活性炭粉末は滑らかな表面をもたず、無数の気孔で穴だらけになっている。活性炭粉末の気孔は典型的な大きさが約５〜４０Åである。
炭素電極６０２、６０４を電解質溶液中に浸漬する。各穴及び気孔は、電解質溶液に露出された粉末の表面積を増大する。その結果、電解質を気孔中へ浸透させ、炭素粉末の表面積の全て又は殆どその全てと接触させ、それにより帯電分子の二重層が上に形成される電極の表面積「Ａ」を劇的に増大する三次元的電極構造が得られる。
しかし、大きなキャパシタンスを達成することは、本発明の態様の一つの特徴に過ぎない。上で認めたように、本発明の態様の更に別の重要な特徴は、電気化学的二重層キャパシタが、比較的短い時間内でエネルギーを貯蔵及び放電することができることであり、即ち、電気化学的二重層キャパシタ７０２のＲＣ時定数が比較的小さく、例えば、１秒間未満の程度であり、例えば、０．５秒である。
電気化学的二重層キャパシタ７０２の内部抵抗は、幾つかの成分から成り立っている。特に内部抵抗成分には、接触抵抗ＲＣ、電極抵抗ＲＥＬ、電解質溶液抵抗ＲＥＳ、及びセパレータ抵抗ＲＳＥＰが含まれる。
接触抵抗ＲＣは、キャパシタ端子（図示されていない）から、炭素電極６０２、６０４の接触縁部までの電流路の全抵抗を表す。電極抵抗ＲＥＬは、電極６０２、６０４の内部の抵抗を表す。電解質溶液抵抗ＲＥＳは、電解質溶液に対して存在し、セパレータ抵抗ＲＳＥＰは、多孔質セパレータ７０２に対して存在する。
前記説明は、原理的には電極抵抗ＲＥＬを最少にするように指示された本発明の態様の教示に重点が置かれているが、上で述べた電解質溶液及び多孔質セパレータ７０２は、電解質溶液抵抗ＲＥＳ（下で更に説明するように、電解質溶液が許容できる電圧に対してバランスされている）及びセパレータ抵抗ＲＳＥＰを、夫々最少にするように選択される。例えば、図１２に関連して始まる下の説明は、接触抵抗ＲＣを最少にするための教示に向けられている。
電気化学的二重層キャパシタ７００内に貯蔵されたエネルギーは、ＲＣ、ＲＥＬ、ＲＥＳ、及びＲＳＥＲを通って流れる電流によりキャパシタを出入りする。従って、達成される実際的充填／放電時間のためには、キャパシタンスＣと組合わされてキャパシタ１００の時定数τＣを定めるＲＣ、ＲＥＬ、ＲＥＳ、及びＲＳＥＲの値が、出来るだけ低く維持されるのが好ましいことが分かる。
多孔質セパレータの抵抗ＲＳＥＰは、多孔質セパレータ７０２の気孔率及び厚さの関数である。
電解質溶液の抵抗ＲＥＳは、用いた特定の電解質溶液の伝導度の関数である。電解質溶液の種類を選択する場合、幾つかの妥協点が考慮される。電解質水溶液は、一般に非水性溶液よりも大きな伝導度を有する（例えば、１０倍）。しかし、水溶液はキャパシタ・セルの作動電圧を約１．０Ｖに限定する。セル中に貯蔵されたエネルギーは電圧の平方の関数なので、大きなエネルギー用のものは、２．０〜３．０Ｖの程度のセル電圧を可能する非水性電解質を用いて一層よく実現される。
好ましい電解質であるアセトニトリル（ＣＨ３ＣＮ）と適当な塩との混合物は、６０Ω−１ｃｍ−１の程度の伝導度を示す。
本発明の態様の結果、ＲＣ＋ＲＥＬがＲＳＥＰ＋ＲＥＳと比較して小さい値まで減少する。
図８に関し、図４の箔３０２の側断面図が示されており、この場合、箔３０２の第一及び第二側の８０２、８０４の両方が領域８０６、８０８、８１０、８１２を有し、夫々の領域が伝導性炭素の第一層８１４及び活性炭の第二層８１６を有し、更に箔３０２の三つのレーン３０８、３１０、３１２を有し、それらレーンは、伝導性炭素第一層８１４及び活性炭第二層８１６で被覆された領域８０６、８０８、８１０、８１２により分離されている。
図８の態様は、図５及び７の態様と同様であるが、箔の一方の側だけに第一層８１４及び第二層８１６（及び第一層８１４及び第二層８１６のない箔の三つのレーン３０８、３１０、３１２）を有する代わりに、第一層８１４及び第二層８１６が箔３０２の両側８０２、８０４の上に形成されており、箔電極中に存在する炭素の量を効果的に２倍にし、それにより電気化学的二重層キャパシタのキャパシタンスを増大している。
図８の箔３０２は、図２〜４に関連して上で述べた方法に従って製造されるが、但し箔３０２は、スラリー転写装置２００（図２）を更に２回通過し（又は最初の二つのスラリー転写装置２００とインラインになった二つの更に別のスラリー転写装置を通過し）、合計四つの炭素層が箔３０２の上に堆積され、各側８０２、８０４の上に二つの層８１４、８１６が堆積されている。第一層８１４及び第二層８１６が第一側８０２上に形成された後、箔３０２を反転させ、第一層８１４及び第二層８１６が、箔３０２の第二側８０４上に形成されるようにする。
別法として、第一層８１４が第一側８０２上に形成された後、箔３０２を反転させ、第二側８０４上に第一側８１４を形成し、然る後、箔３０２を再び反転し、第二層８１６を第一側８０２上に形成し、最後に箔３０２を再び反転して、第二側８０４上に第二層８１６を形成することができる。
各側８０２、８０４上に第一層８１４及び第二層８１６を有する箔３０２を、次に例えば図４〜６に関連して上で述べたように、描いた切断線４０６、４０８、４１０、４１２に沿って切断する。
炭素電極を製造することができる他の方法には、有孔箔コレクタ板又はスクリーン（図示されていない）を用いることが含まれる。ダイ(die)を用いた押出し法により有孔箔コレクタ板又はスクリーン上に炭素スラリーを被覆し、それにより被覆工程を２工程で完了することができ（一つは有孔箔コレクタ板又はスクリーンの両側上の第一層のために行われ、他方は有孔箔コレクタ板又はスクリーンの両側上の第二層のために行われ）、処理工程数を最少にし、それによりコストを低下する。
次に図９に関し、図８の場合のように四つの箔電極９０２、９０４、９０６、９０７の側断面図が示されており、それら箔電極は伝導性炭素第一層９２０及び活性炭第二層９２２を有する第一及び第二の側９０８，９１０，９１２，９１４，９１６，９１８，９１７，９１９を有し、箔電極の第一及び第二のもの９０２、９０４の活性炭第二層９２２が、第一多孔質セパレータ９２８の夫々の側９２４、９２６に対し併置されており；箔電極の第二及び第三のも９０４、９０６の別の活性炭第二層９２２が第二多孔質セパレータ９３４の夫々の側９３０、９３２に対し併置されており；箔電極の第一及び第四のもの９０２、９０７の更に別の活性炭第二層９２２が、第三多孔質セパレータ９３５の夫々の側９３１、９３３に対し併置されており、第一、第二、及び第三多孔質セパレータ９２８、９３４、９３５によって互いに電気的に（イオン的にではなく）分離された第一、第二、第三、及び第四炭素電極９０２、９０４、９０６、９０７を形成している。
四つの箔電極９０２、９０４、９０６、９０７、及び多孔質セパレータ９２８、９３４、９３５を電解質溶液中に浸漬し、例えば、図７に関連して記述した箔電極６０２、６０４、セパレータ７０２、及び電解質溶液と同様な機能を果たす。しかし、箔電極の第一及び第三のも９０２、９０６は、それらの接触縁部９３６、９３８（右側に描かれている）が電気的に接続されており、即ち、短絡されており（図示されていない）、そのような箔電極の第一及び第三のもの９０２、９０６は、電気化学的二重層キャパシタ９００の一つの電極として働き、箔電極の第二及び第四のもの９０４、９０７は、それらの接触縁部９４０、９４１（左側に描かれている）が電気的に接続され、即ち、短絡されており（図示されていない）、そような箔電極の第二及び第四のもの９０４、９０７は、電気化学的二重層キャパシタ９００の別の電極として働くようになっている。
図１０に関し、伝導性炭素第一層及び活性炭第二層を含む第一及び第二側を有し、第一及び第二多孔質セパレータ１００６、１００８により分離されている、図８に示したような、一対の炭素電極１００２、１００４を有する巻き層の部分的上面図が示されている。
第一箔電極１００２、第一セパレータ１００６、第二箔電極１００４、及び第二セパレータ１００８が示されている。図から分かるように、第一箔電極１００２及び第二箔電極１００４、例えば、正の箔電極１００２及び負の箔電極１００４は、第一セパレータ１００６及び第二セパレータ１００８からずれており、第一セパレータの両側、例えば、上側と下側の上に配置されている。（箔電極とセパレータとの間の幅及び相対的関係のこの差は図９に見ることができる）。第二セパレータ１００８は第二箔電極１００４の下に位置しており、従って、第一及び第二セパレータ１００６、１００８、及び第一及び第二箔電極１００２、１００４を一緒に巻くと、第一及び第二セパレータ１００６、１００８の両側は、第一箔電極１００２と第二箔電極１００４の隣接した側の間の絶縁を与える。
第一及び第二箔電極１００２、１００４は、図８に描いたように、それらの両側が第一及び第二層で被覆されている点で、両面になっているのが有利である。こようにして、各電極の炭素量は効果的に２倍になる。
第一箔電極１００２を第一セパレータ１００６に対して配置した場合、第一箔電極１００２の接触縁部１０１２の一部分１０１０が、第一及び第二セパレータ１００６、１００８の第一縁１０１４を越えて伸びている。第一箔電極１００２の接触縁部１０１２の一部分１０１０は、例えば０．１２５インチの幅を持っていてもよいが、第一箔電極１００２の接触縁部１０１２は、例えば０．２５０インチの幅を持っていてもよい。
同時に、第一及び第二多孔質セパレータ１００６、１００８の相対する縁１０１８の所にある第一及び第二多孔質セパレータ１００６、１００８の一部分１０１６は、第一箔電極１００２を越えて伸び、第一箔電極１００２が、第二箔電極１００４の接触縁部１０２０と短絡するのを防ぐようになっている。第一及び第二セパレータ１００６、１００８のその部分１０１６は、例えば０．１２５インチの幅を持っていてもよい。
第二箔電極１００４の接触縁部１０２０の一部分１０２２は、第一及び第二セパレータ１００６、１００８の相対する縁１０１８を越えて、例えば０．１２５インチ伸びており、第一及び第二多孔質セパレータ１００６、１００８の、第一及び第二多孔質セパレータ１００６、１００８の相対する縁１０１８の所の一部分１０２２は、第二箔電極１００４を、例えば、０．１２５インチ越えて伸び、第二箔電極１００４と第一箔電極１００２の接触縁部１０１２と短絡するのを防いでいる。第二箔電極１００４の接触縁部１０２０は、例えば０．２５０インチの幅を持っていてもよい。
第一及び第二セパレータ１００６、１００８の夫々第一及び第二（即ち、両側の）縁１０１４、１０１８を越えて伸びている第一箔電極１００２及び第二箔電極１００４の接触縁部１０１２、１０２０の部分１０１０、１０２２は、夫々第一箔電極１００２及び第二箔電極１００４のための接点として働く。
図１１は、図８のように、伝導性炭素の第一層及び活性炭の第二層を含む第一及び第二の側を有し、第一及び第二の多孔質セパレータ１１０６、１１０８によって分離された一対の炭素電極１１０２、１１０４を有し、図１０の巻き層を用いた「ゼリーロール」型態様に従い、「ゼリーロール」型電極組立体１１００の組立体端部断面図である。
第一箔電極１１０２、第二箔電極１１０４、第一セパレータ１１０６、及び第二セパレータ１１０８が示されている。図から分かるように、第一セパレータ１１０６、第一箔電極１１０２、第二セパレータ１１０８、及び第二箔電極１１０６を有する層は、「ゼリーロール」型に巻かれており、第一箔電極１１０２、第二箔電極１１０４の二つの被覆した表面の各々が、夫々第一及び第二セパレータ１１０６、１１０８によって分離され、それによって単位体積あたり表面積を最大にし、キャパシタンスを最大にするようになっている。
二つの箔電極１１０２、１１０４はずれており（上で更に述べたように、第一及び第二セパレータ１１０６、１１０８の第一及び第二縁を越えて夫々の接触縁部が伸びているようにされており）、第一セパレータ１１０６及び第二セパレータ１１０８によって互いに電気的に分離されたゼリーロール型に組立てられている。それらのセパレータは重合体フイルムか又は紙にすることができる。
第一セパレータ１１０６及び第二セパレータ１１０８は、第一箔電極１１０２と第二箔電極１１０４との間の「短絡」を防ぎ、即ち電流がそれらの間を流れないように、（更に上で記述したように）第一電極１１０２及び第二電極１１０４の端を越えて伸びているのが好ましい。
次に図１２に関し、第一炭素電極の接触縁部１２０８の間の低抵抗路を与えるように、「ゼリーロール」電極組立体１２００の一方の端部１０１６の所にあるアルミニウム・アークスプレーした領域１２０２、１２０４と、第二炭素電極の接触縁部の間の別の低抵抗路を与えるように、「ゼリーロール」型電極組立体１２００の反対側の縁部の所にある別のアークスプレー領域（図示されていない）を含む図１１の「ゼリーロール」型電極組立体１２００の斜視図が示されている。
「ゼリーロール」型電極組立体１２００、第二セパレータ、第一箔電極の接触縁部１２０８、第二箔電極の接触縁部、第一アルミニウム領域１２０２、及び第一箔電極の接触縁部１２０８上の第二アルミニウム領域１２０４が示されている。
「ゼリーロール」型電極組立体１２００は、第一箔電極、第二箔電極、第一セパレータ、及び第二セパレータを、上に記載したように巻く、即ち、ロール状にすることにより形成する。
「ゼリーロール」型電極組立体１２００が形成されたならば、第一電極の接触縁部１２０８及び第二電極の接触縁部を、夫々の接触縁部に対し僅かな圧力を加え、「ゼリーロール」型電極組立体１２００の中心部の方へ軸方向及び径方向の両方に「潰す(smear)」。この「潰し」の結果として、接触縁部が「ゼリーロール」型電極組立体１２００の中心部１２１０の方へ径方向へ曲がり、それは接触縁部１２０８の表面を露出し、接触縁部１２０８の所の巻きの間隙を閉じるのに役立つ。
接触縁部１２０８の「潰し」が完了したならば、「ゼリーロール」型電極組立体１２００の第一端部１２０６及び第二端部１２１２をマスクし、第一及び第二端部１２０６、１２１２の各々の二つの扇形部を露出し、第一及び第二端部１２０６、１２１２の残りの部分がマスクされたままにしておく。二つの扇形部は、「ゼリーロール」型電極組立体１２００の外側角から、「ゼリーロール」型電極組立体１２００の中心軸１２１０までの距離の約2/3径方向に伸びいる。各扇形部は、約４５°の開きがある。
「ゼリーロール」型電極組立体１２００の第一端部１２０６をマスクしたならば、第一端部１２０６に、アルミニウム又は電解質溶液と両立する別の電気伝導性物質をアークスプレーする。アークスプレーが完了したならば、第一端部１２０６からマスクを取り除く。「ゼリーロール」型電極組立体１２００の第一端部１２０６をアークスプレーする一つの目的は、第一箔電極の巻きの間（即ち、接触縁部の間）に低抵抗の電流路を与え、それにより全電極抵抗を低下することにある。
「ゼリーロール」型電極組立体１２００の第一端部の所に第一及び第二アルミニウム領域１２０２、１２０４を形成したのと同じやり方で、「ゼリーロール」型電極組立体の第二端部の所に第一及び第二アルミニウム領域（図示されていない）も形成し、巻きの間（即ち、第二電極の接触縁部の間）に低抵抗電流路を与え、それにより更に全電極抵抗を低下する。
低抵抗接点を形成するため、コレクタ円盤（図示されていない）及び端子ポスト（図示されていない）を、「ゼリーロール」型電極組立体１２００の端部の各々と一緒に、それらに対し間隔を開けて配列し、「ゼリーロール」型電極組立体１２００の各端部の所の箔電極の接触縁部と、「ゼリーロール」型電極組立体１２００の各端部の第一及び第二アルミニウム領域１２０２と１２０４と、電気的に接触するようにコレクタ円盤を配置する。
次に、「ゼリーロール」型電極組立体１２００の端部の、第一及び第二アルミニウム領域の所にコレクタ円盤をレーザー溶接により取付け、それにより「ゼリーロール」型電極組立体１２００の端部と、端子組立体との間に低抵抗接触を与える。その結果、第一箔電極と、第一端子組立体と、第二箔電極と、第二端子組立体との間に低抵抗接触が与えられる。
別法として、第一端子組立体及び第二端子組立体を、第一及び第二アルミニウム領域を形成する前に、「ゼリーロール」型電極組立体１２００の両端部と一緒に配列し、それらに対し配置し、この場合、第一及び第二アルミニウム領域のアークスプレーは、第一及び第二箔電極の接触縁部と電気的に接触させてコレクタ円盤を「溶接」するのに役立つ。
変更した一つの方法として、「ゼリーロール」型電極組立体１２００の両端部のアルミニウム被覆領域に対しコレクタ円盤を密封する場合、そのアルミニウム被覆領域のアルミニウムの量が、「ゼリーロール」型電極組立体１２００の両端部の残りの接触縁部より上にコレクタ円盤を持ち上げ、それによりコレクタ円盤と接触縁部との間に小さな間隙を形成するのに充分である場合、これは、コレクタ円盤の下に電解質溶液が流れるようにし、次にそれらコレクタ円盤の下に存在する「ゼリーロール」型電極組立体１２００の巻きの間を流れるようにすることができる。
しかし、コレクタ円盤は、「ゼリーロール」型電極組立体１２００の端部の被覆領域と非被覆領域との両方に対し乗せ、充分な電解質溶液が「ゼリーロール」型電極組立体１２００の端部とコレクタ円盤との間を流れるようにし、コレクタ円盤の間に存在する「ゼリーロール」型電極組立体１２００の巻きの間を電解質溶液が流れるようにするのが好ましい。
図１３に関し、図１１の巻き層を有する、図１２の「ゼリーロール」型電極組立体１２００の側断面図が示されている。
巻き、第一箔電極の接触縁部１３０２、第二箔電極の接触縁部１３０４、及び中空芯１３０６から構成された「ゼリーロール」型電極組立体１２００が示されている。
「ゼリーロール」型電極組立体の巻き層を形成するために、ここに記載したような、第一及び第二箔電極、及び第一及び第二セパレータを、ここに記載したように巻く。
図１４に関し、図１１の巻き層を有し、更に第一スタッド１４０２（又はプラグ１４０２）、及び第一コレクタ円盤１４０４を有する図１２の「ゼリーロール」型電極組立体１２００の側断面図が示されている。
巻き、第一箔電極の接触縁部１３０２、第二電極の接触縁部１３０４、中空芯１３０６、及び第一スタッド１４０２、及び第一コレクタ円盤１４０４が示されている。
第一スタッド１４０２を、中空芯１３０６の第一端部と配列し、中空芯１３０６の端部の開口中へ挿入し、ネジ山付きポスト１４０６が、スタッド１４０４から中空芯１３０６の外の方へ伸びている。
スタッド１４０２を中空芯１３０６の端部の開口中へ挿入した時、第一コレクタ円盤１４０４が、「ゼリーロール」型電極組立体１２００の第一端部の第一及び第二アルミニウム領域を含めた「ゼリーロール」型電極組立体１２００の第一端部に対し座り、「ゼリーロール」型電極組立体１２００の第一端部の第一及び第二アルミニウム領域を含めた「ゼリーロール」型電極組立体１２００の第一端部にレーザー溶接されている。
次に図１５に関し、図１１の巻き層、図１４の第一プラグ１４０２を有し、更に第一端子組立体１５０２の残余を有する、図１２の「ゼリーロール」型電極組立体１２００の側断面図が示されている。
巻き、第一箔電極の接触縁部１３０２、第二箔電極の接触縁部１３０４、中空芯１３０６、第一スタッド１４０２、第一コレクタ円盤１４０４、第一端子ポスト１５０４、及び蓋１５０６が示されている。
蓋１５０６は、第一端子ポスト１５０４に溶接されており、そのポストはソケットを有し、そのソケットは、例えば第一端子ポスト１５０４の基底部にネジ山を付けて形成されていてもよい。次に、コレクタ円盤の中心の穴を第一スタッド１４０２のネジ山付きポストの上に配置し、第一端子ポスト１５０４を、ソケットの第一スタッド１４０２上のネジ山付きポストに、第一端子ポスト１５０４を第一スタッド１４０２にネジ込むようにして結合し、それにより第一スタッド１４０２と第一端子ポスト１５０４との間にコレクタ円盤１４０４を介在させる。
第一端子ポスト１５０４（及び下に記載する第二端子ポスト）は、約０．６２５ｉｎの直径を持っていてもよい。
図１６に関し、図１１の巻き層、図１４の第一プラグ１４０２、図１５の第一端子組立体１５０２の残余を有し、更に第一プラグ１６０２（又はスタッド１６０２）、第二コレクタ円盤１６０４、及び第二端子ポスト１６０６を有する、図１２の「ゼリーロール」型電極組立体１２００の側断面図が示されている。
「ゼリーロール」型電極組立体の巻き、第一箔電極の接触縁部１３０２、第二電極の接触縁部１３０４、中空芯１３０６、第一スタッド１４０２、第一コレクタ円盤１４０４、第一端子ポスト１５０４、蓋１５０６、第二スタッド１６０２、第二コレクタ円盤１６０４、及び第二端子ポスト１６０６が示されている。
第二スタッド１６０２はネジ山付きポストを有し、それが第二コレクタ円盤１６０４の中心部の穴に通されており、そのポストには第二端子ポスト１６０６が、第二端子ポスト１６０６のネジ山付きソケットを第二スタッド１６０２へネジ込むことによるなどして結合されている。第二スタッド／コレクタ円盤／端子ポスト、１６０２／１６０４／１６０６を、中空芯１３０６の第二端部に配列する。
次に第二スタッド１５０２を中空芯１３０６の第二端部の開口中へ挿入し、第二コレクタ円盤１６０４を、「ゼリーロール」型電極組立体１２００の第二端部の第一及び第二アルミニウム領域を含む「ゼリーロール」型電極組立体１２００の第二端部に対し座らせる。第二コレクタ円盤１６０４は、「ゼリーロール」型電極組立体１２００の第二端部の第一及び第二アルミニウム領域を含めた「ゼリーロール」型電極組立体１２００の第二端部にレーザー溶接する。
図１７に関し、図１１の巻き層、図１４の第一プラグ１４０２、図１５の第一端子組立体１５０２の残余、及び図１６の第二プラグ１６０２、第二コレクタ円盤１５０４、及び第二端子ポスト１６０２を有し、更に第一絶縁ワッシャー１７０２、及び缶１７０４を有する、図１２の「ゼリーロール」型電極組立体１２００のばらばらにした側断面図が示されている。
「ゼリーロール」型電極組立体１２００、第一箔電極の接触縁部１３０２、第二箔電極の接触縁部１３０４、中空芯１３０６、第一スタッド１４０２、第一コレクタ円盤１４０４、第一端子ポスト１５０４、蓋１５０６、第二スタッド１６０２、第二コレクタ円盤１６０４、第二端子ポスト１６０２、第一絶縁ワッシャー１７０２、及び缶１７０４が示されている。
第一絶縁ワッシャー１７０２は、第二端子ポスト１６０６の上に配置されている。第一絶縁ワッシャー１７０２は、テフゼル(Tefzel)から作られていてもよい。次に缶１７０４を、「ゼリーロール」型電極組立体１２００の上に嵌込み、第二端子ポスト１６０６が最初に缶１７０４に入るようにする。缶１７０４は、例えばアルミニウムから作られ、０．４ｉｎの肉厚を持っていてもよい。缶１７０４の直径は、例えば２．５ｉｎで、缶の長さは、例えば６ｉｎでもよい。次に第二端子ポスト１６０６を缶１７０４端部の所で軸穴１７０６に通す。第一絶縁ワッシャー１７０２のフランジは、第二端子ポスト１６０６と、軸穴１７０６との間の電気的接触を防ぐ。
同時に蓋１５０６を缶１７０４の開口中へ引込み、蓋１５０６のリムが、丁度缶１７０４の開口の縁の内側に座るようにする。蓋１５０６のリムを、次に缶１７０４開口の縁に溶接する。
次に図１８に関し、図１６の第二端子ポスト１６０６、及び第一絶縁ワッシャー１７０２、図１７の缶１７０４、更に第二絶縁ワッシャー１８０２、平らなワッシャー１８０４、皿型ワッシャー１８０６、及び止めナット１８０８の部分的側断面図が示されている。
第二端子ポスト１６０６は、缶１７０４の端部の軸穴１７０６（図１７）を通過し、第二端子ポスト１６０６は第二絶縁ワッシャー１８０２を通過する。第二絶縁ワッシャー１８０２もテフゼルから作られていてもよい。第二端子ポスト１６０６は、次に平らなワッシャー１８０４、及び皿型ワッシャー１８０６を通過する。次に止めナット１８０８を皿型ワッシャー１８０６の上で締め、それにより皿型ワッシャー１８０６を平らなワッシャー１８０４に対し押付け、それが今度は第二絶縁ワッシャー１８０２に対して押付けられる。第二絶縁ワッシャー１８０２を、缶１７０４の軸穴１７０６（図１７）の外周に対し押付け、この圧縮力により第二端子ポスト１６０６が軸穴１７０６（図１７）の方へ引張られ、第一絶縁ワッシャー１７０２が、第二端子ポスト１６０６と、軸穴の内側周辺部との間で圧縮される。
図１９に関し、図１１の巻き層、図１４の第一プラグ１４０２、図１５の第一端子組立体１５０２の残余、第二プラグ１６０２、第二コレクタ円盤１６０４、及び図１６第二端子ポスト１６０６、第一絶縁ワッシャー１７０２、及び図１７の缶１７０４、第二絶縁ワッシャー１８０２、平らなワッシャー１８０４、皿型ワッシャー１８０６、及び図１８の止めナット１８０８を有する、図１２の「ゼリーロール」型電極組立体１２００の側断面図が示されている。
図から分かるように、第一絶縁ワッシャー１７０２及び第二絶縁ワッシャー１８０２は、第一絶縁ワッシャーのフランジを含めて、第二端子ポスト１６０６を缶１７０４から絶縁するのに役立つ。平らなワッシャー１８０４及び皿型ワッシャー１８０６は、第二端子ポスト１６０６を缶１７０６の穴に通して引いた時、止めナット１８０８により第二絶縁ワッシャー１８０２に対し押し付けられ、第二端子ポスト１６０６、第一絶縁ワッシャー１７０２、第二絶縁ワッシャー１８０２、及び缶１７０４の間の気密な密封を形成する。皿型ワッシャー１８０６は、この密封が、平らなワッシャー１８０４及び止めナット１８０８に対するスプリング力を与えることにより熱サイクル中維持されるのを確実にする。
図２０に関し、図１９の「ゼリーロール」型態様に従って作られた電気化学的二重層キャパシタ２０００の斜視図が示されている。
上で述べたように、皿型ワッシャー１８０６（図１８）に対し止めナット１８０８（図１８）を締め付けたならば、缶１７０４の穴１７０６（図１７）、第一絶縁ワッシャー１７０２（図１８）、第二絶縁ワッシャー１８０２（図１８）、及び第二端子ポスト１６０６の間に気密な密封が形成される。同様に、缶１７０４の蓋２００２に蓋１５０６を溶接し、第一端子ポスト１５０４に蓋１５０６を溶接すると、別の気密な密封が形成される。
しかし、蓋１５０４の穴１９０２は残っており、電解質溶液を充填するための入口として働く。
本発明の態様に従い、電解質溶液は溶媒及び塩から構成することができる。好ましい溶媒はアセトニトリル（ＣＨ３ＣＮ）であり、好ましい塩には、１．４Ｍのテトラフルオロ硼酸テトラエチルアンモニウムが含まれる。トリエチルアンモニウム、及び他のアルキルアンモニウム塩のような他の塩を用いてもよい。他の溶媒には、炭酸プロピレン、炭酸エチレン、炭酸エチルメチル、炭酸ジメチル、蟻酸メチル、及びそれらの組合せが含まれる。好ましい電解質は、１０〜１００ミリシーメンスの伝導度、例えば６６ｍＳ、−５５〜２００、例えば−５５〜８７℃の液相範囲、及び２Ｖより大きい電圧範囲を有する。
電解質溶液は、穴１９０２を通って缶１７０４へ入れる。電解質溶液を入れる前に缶１７０４の中の気体の除去を行い、電解質溶液が缶及び「ゼリーロール」型電極組立体１２００（図１３）の中に引き込まれる（再充填される）ようにすることができる。特に、電解質溶液は、伝導性炭素の第一層及び活性炭の第二層から構成された、第一箔電極及び第二箔電極の多孔質表面中に引き込まれる。電解質溶液の幾らかの沈降は、プラグ２００４及び套管２００６を蓋１５０６中に挿入する前に、更に電解質溶液の添加を必要とする結果になることがある。
次に套管２００６を穴１９０２中へ入れ、その穴１９０２の内側端部の所のフランジ（図示されていない）に対し座らせる。套管２００６は、中空円筒の形をしている。次に、円柱の形をしたプラグ２００４を套管２００６の中心へ通し、套管２００６を穴１９０２の内側に対し押し付け、それにより穴１９０２、套管２００６、及びプラグ２００４の間に気密な密封を形成する。
プラグ２００４及び套管２００６は、缶１７０４中の圧力が予定されたレベルに到達した時に外れるように選択し、それにより過剰圧力安全機構を与えることができるようにするのが有利である。
第一端子ポスト１５０４、蓋１５０６、缶１７０４、蓋１５０６中の穴１７０６、套管２００６、及びプラグ２００４が示されている。第二端子ポスト１６０６も示されている。
図２１に関し、改良されたコレクタ板、及び第一端子組立体２１０２の減少した数の部品、及び第二端子組立体２１０４を有する、図１２〜２０の「ゼリーロール」型態様を変更したものの側断面図が示されている。
上に記載した態様に従って作られた電気化学的二重層キャパシタは、約２，６５０〜２，７００ファラッドのキャパシタンス及び０．６ｍΩより小さなインピーダンスを有する。
「ゼリーロール」型電極組立体２１０８の「ゼリーロール」型巻き２１０６、第一箔電極の接触縁部２１１０、第二箔電極の接触縁部２１１２、中空芯２１１４、第一スタッド／コレクタ円盤２１１４、第一端子ポスト２１１６、蓋２１１８、第二スタッド／コレクタ円盤／端子ポスト２１２０、缶２１２２、第一絶縁ワッシャー２１２４、第二絶縁ワッシャー２１２６、平らなワッシャー２１２８、皿型ワッシャー２１３０、及び止めナット２１３２が示されている。
上に記載したように、第一及び第二箔電極、及び第一及び第二セパレータを有する「ゼリーロール」型巻き２１０６を形成するために、上に記載したようにして「ゼリーロール」型巻き２１０６を巻く。
第一スタッド／コレクタ円盤２１１４は、円盤状部分２１３４、スタッド部分２１３６、及びネジのような留め具２１３８を、単一の一体的部品として形成したものからなる。第一スタッド／コレクタ円盤２１１４は、中空芯２１１２の第一端部と一列になって並んでおり、第一スタッド／コレクタ円盤２１１４のスタッド部分２１３６は、中空芯２１１２の第一端部の開口中へ挿入されている。
第一スタッド／コレクタ円盤２１１４のスタッド部分２１３６を中空芯２１１２の第一端部の開口中に挿入した時、第一スタッド／コレクタ円盤２１１４の円盤状部分２１３４（即ち、コレクタ円盤部分２１３４）が、「ゼリーロール」型電極組立体２１１４の第一端部の第一接触縁部２１１０上の第一及び第二アルミニウム被覆領域（図１２に示したもと同様）を含む「ゼリーロール」型電極組立体２１０８の第一端部に対して座り、「ゼリーロール」型電極組立体２１０８の第一端部の第一接触縁部２１１０及び第一及び第二アルミニウム領域にレーザー溶接されている。
次に蓋２１１８を第一端子ポスト２１１６に溶接し、例えば、ネジ山付きソケットを第一スタッド／コレクタ円盤２１１４上の留め具２１３８に、第一端子ポスト２１１６を第一スタッド／コレクタ円盤２１１４の上にネジで止めるなどして結合する。
次に、第二スタッド／コレクタ円盤／端子ポスト２１２０を、中空芯２１１２の第二端部と一列に並べ、第二スタッド／コレクタ円盤／端子ポスト２０２０をそれらと一列に並べる。第二スタッド／コレクタ円盤／端子ポスト２１２０は、スタッド部分２１４０、円盤状部分２１４２（即ち、コレクタ円盤部分２１４２）、及び端子ポスト部分２１４４（即ち、第二端子ポスト２１４４）を有する。第二スタッド／コレクタ円盤／端子ポスト２０２０のスタッド部分２１４０を、中空芯２１１２の第二端部の開口中へ挿入し、第二スタッド／コレクタ円盤／端子ポスト２０２０のコレクタ円盤部分２１４２を、「ゼリーロール」型電極組立体２１０８の第二端部の第一及び第二アルミニウム領域（図１２に示したもと同様）及び第二接触縁部２１１２を含む「ゼリーロール」型電極組立体２１０８の第二端部に対して座らせる。第二スタッド／コレクタ円盤／端子ポスト２１２０のコレクタ円盤部分２１４２を、「ゼリーロール」型電極組立体２１０８の第二端部の第二接触縁部２１１２及び第一及び第二アルミニウム領域を含む「ゼリーロール」型電極組立体２１０８の第二端部にレーザー溶接する。
次に、缶２１２２を、「ゼリーロール」型電極組立体２１０８の上に被せ、第二スタッド／コレクタ円盤／端子ポスト２１２０を先ず缶２１２２中へ入れ、第一絶縁ワッシャー２１２４に通す。第一絶縁ワッシャー２１２４は、テフゼルから作ってもよい。次に第二スタッド／コレクタ円盤／端子ポスト２１２０を、缶２１２２の端部の軸穴に通し、第二絶縁ワッシャー２１２６に通す。第二絶縁性ワッシャー２１２６もテフゼルから作られていてもよい。
第二スタッド／コレクタ円盤／端子ポスト２１２０を、次に平らなワッシャー２１２８及び皿型ワッシャー２１３０に通す。次に止めナット２１３２を皿型ワッシャー２１３０の上で締め付け、それにより皿型ワッシャー２１３０を平らなワッシャー２１２８に対して押し付け、それが今度は第二絶縁ワッシャー２１２６に対して押し付けられる。第二絶縁ワッシャー２１２６を、缶２１２２の軸穴の外周に対して押し付け、第二スタッド／コレクタ円盤／端子ポスト２１２０がこの軸穴の方へこの押し付け力により引張られた時、第一絶縁ワッシャー２１２４が、第二スタッド／コレクタ円盤／端子ポスト２１２０と、缶２１２２の軸穴の内側周辺との間で圧縮される。第一絶縁ワッシャー２１２４のフランジは、第二スタッド／コレクタ円盤／端子ポスト２１２０と、軸穴のリムとの間の電気的接触を防ぐ。
同時に蓋２１１８が缶２１２２の開口中へ引張られ、蓋２１１８のリムが、缶２１２２の開口の縁の直ぐ内側に座るようになる。次に蓋２１１８のリムを、缶２１２２の開口の縁に溶接する。
止めナット２１３２を皿型ワッシャー２１３０に対して締め付けると、軸穴、第一絶縁ワッシャー２１２４、第二絶縁ワッシャー２１２６、及び第二スタッド／コレクタ円盤／端子ポスト２１２０の間に気密な密封が形成される。
同様に、缶２１２２縁へ蓋２１１８の溶接、及び第一端子ポスト２１１６に対する蓋２１１８の溶接により、別の気密な密封が形成される。
蓋２１１８の穴２１４６はそのまま残り、電解質溶液を充填するための入口として働き、その溶液は上に記載したように溶媒及び塩から構成されていてもよい。電解質溶液を缶中に入れたならば（即ち、上に記載したように、真空により缶中へ引き込んだならば）、次に穴２１４６中へ套管２１４８を入れ、穴２１４６の内側端部にあるフランジ２１５０に対して座らせる。套管２１４８は中空円筒の形をしており、プラグ２１５２を挿入するのに適合する。
次に円柱の形をしたプラグ２１５２を套管２１４８の中心部中へプレスし、それにより套管２１４８を穴２１４６の内側へ押し付け、穴２１４６、套管２１４８、及びプラグ２１５２の間に気密な密封を形成する。
プラグ２１５２及び套管２１４８は、電気化学的二重層キャパシタ内部の圧力が規定されたレベルに到達した時に外れるように選択し、それにより過剰圧力安全機構を形成する。
図２２は、図２１の変更による第二端子組立体２１０４の第二スタッド／コレクタ円盤／端子ポスト２１２０の上面図である。
コレクタ円盤部分２１４２、及び端子ポスト部分２１４４が示されている。スタッド部分２１４０（図２１）も示している。端子ポスト部分２１４４は、止めナット２１３２（図２１）を嵌め込むためのネジ山付き部分を有し、それにより、上に記載したように、組立中、端子ポスト部分２１４４上に止めナット２１３２（図２１）を締め付けることができるようになっている。
スタッド部分２１４０（図２１）、コレクタ円盤部分２１４２、及び端子ポスト部分２１４４を単一のユニットとして形成することにより、本発明の態様の電気化学的二重層キャパシタを製造するのに必要な組立工程及び部品数が少なくなり、それによりコスト及び複雑性が少なくなり、有利である。
図２３は、図２１の変更による第二端子組立体２１０４のスタッド／コレクタ円盤／端子ポスト２１２０の側面図である。
スタッド部分２１４０、コレクタ円盤部分２１４２、及び端子ポスト部分２１４４が示されている。端子ポスト部分２１４４は、止めナット２１３２（図２１）を嵌め込むためのネジ山付き部分を有し、それにより、上に記載した組立中、端子ポスト部分２１４４上に止めナット２１３２（図２１）を締め付けることができるようになっている。
図２４は、図２１の変更による第二端子のスタッド／コレクタ円盤２４００の側面図である。
スタッド部分２４０２、コレクタ円盤部分２４０４、及びネジ山付き部分２４０６が示されている。ネジ山付き部分２４０６は、上で述べたように、組立中、第二端子ポスト（図示されていない）中のネジ山付き穴中へ挿入される。
図２５は、図２１の変更による第一端子のスタッド／コレクタ円盤２４００の上面図である。
コレクタ円盤部分２４０４、及びネジ山付き部分２４０６が、ノッチ付き円筒状部分２５０２と共に示されている。ネジ山付き部分を、ノッチ付き円筒状部分２５０２のノッチの平らな表面と嵌合する道具を用いるなどして、第二端子ポスト（図示されていない）と組合せる時、ノッチ付き円筒状部分２５０２を用いてネジ山付き部分２４０６へ回転力を適用する。ノッチ付き円筒状部分２５０２のノッチは、「ゼリーロール」の第二端部の所で第二電極と接触するコレクタ円盤の表面積に影響を与えない。
図２６に関し、図１２〜２０の「ゼリーロール」型態様の、修正した第二電極組立体中の缶にポケット２６０２を用いた別の変更したものの側断面図が示されている。
図１３の「ゼリーロール」型電極組立体１２００、第一コレクタ円盤１４０４、第一端子ポスト１５０４、蓋２６０６、第一絶縁ワッシャー１７０２、第二絶縁ワッシャー１８０２、平らなワッシャー１８０４、皿型ワッシャー１８０６、止めナット１８０８、蓋１５０６の穴１９０２、第二コレクタ円盤１６０４、第二端子ポスト１５０４、缶１７０４、及び缶１７０４のポケット２６０２が示されている。
「ゼリーロール」型電極組立体１２００は、上に記載した本発明の方法に従って製造され、第一及び第二コレクタ円盤１４０４、１６０４、及び第一及び第二端子ポスト１５０４、１６０６を、上に記載したように、レーザー溶接又はアークスプレーによるなどして「ゼリーロール」型電極組立体１２００に固定する。次に、夫々の第一及び第二コレクタ円盤１４０４、１６０４、及び第一及び第二端子ポスト１５０４、１６０６を有する「ゼリーロール」型電極組立体１２００を、缶１７０４中へ滑り込ませる（第二端子ポスト１６０６を、最初に缶１７０４中へ入れる）。「ゼリーロール」型電極組立体１２００を缶１７０４中に滑り込ませた時、第二端子ポスト１６０６が缶１７０４のポケット２６０２の内部に座り、ポケット２６０２が第二端子ポスト１６０６に対しクリンプし、第二端子ポスト１６０６をポケット２６０２の内部に電気的及び機械的に結合する。ポケットの外部は、電気化学的二重層キャパシタ１２００の第一端子として働く。
次に、第一絶縁ワッシャー１７０２を第一端子ポスト１５０４の上に通し、次に蓋１５０６を第一端子ポスト１５０６を通って缶１７０４中へ挿入する。蓋１５０６のリムは、上に記載したように、缶１７０４の縁に溶接し、気密な密封を形成する。第二絶縁ワッシャー１８０２、平らなワッシャー１８０４、及び皿型ワッシャー１８０６を第一端子ポスト１５０４の上に通し、止めナット１８０８を皿型ワッシャー１８０６の上に締め付け、更に別の気密な密封を形成する。
次に電解質溶液を、上に記載したように蓋の穴１９０２を通って缶中へ導入し、套管（図示されていない）、及びプラグ（図示されていない）を用いて蓋の穴１９０２所の気密な密封を形成する。
図２７に関し、クリンプ蓋２７０２を缶１７０４に固定するためにクリンプシールを用い、修正した第一電極組立体中の蓋２７０２にポケット２７０４を用いた、図１２〜２０の「ゼリーロール」型態様の、別の変更したものの側断面図が示されている。
図１３の「ゼリーロール」型電極組立体１２００、第一コレクタ円盤１４０４、第一端子ポスト１５０４、クリンプ蓋２７０２、第二コレクタ円盤１６０４、第二端子ポスト１６０６、缶１７０４、及び缶１７０４のポケット２６０２、及びクリンプ蓋２７０２のポケット２７０４が示されている。
上に記載した本発明の方法に従って製造された「ゼリーロール」型電極組立体１２００、及び第一及び第二コレクタ円盤１４０４、１６０４、及び第一及び第二端子ポスト１５０４、１６０６を、上に記載したように、レーザー溶接又はアークスプレーによるなどして「ゼリーロール」型電極組立体１２００に固定する。次に、夫々の第一及び第二コレクタ円盤１４０４、１６０４、及び第一及び第二端子ポスト１５０４、１６０６を有する「ゼリーロール」型電極組立体１２００を、缶１７０４中へ滑り込ませる（第二端子ポスト１６０６を、最初に缶１７０４中へ入れる）。「ゼリーロール」型電極組立体１２００が缶１７０４中に滑り込ませた時、第二端子ポスト１６０６が缶１７０４のポケット２６０２の内側に座り、缶１７０４のポケット２６０２が第二端子ポスト１６０６に対しクリンプし、第二端子ポスト１６０６をポケット２６０２の内部へ電気的及び機械的に結合する。ポケットの外部は、電気化学的二重層キャパシタの第二端子として働く。
次に、上に記載したように、電解質溶液を缶中へ導入する。
次に、缶１７０４の縁の上にシール２７０６を置き、クリンプ蓋２７０２を缶１７０４の開口中へ入れ、クリンプ蓋２７０２のリムをシール２７０６に嵌め込む。クリンプ蓋２７０２を缶１７０４の開口中へ入れた時、第一端子ポスト１５０４が、クリンプ蓋２７０２のポケット２７０４の内部に座る。
缶１７０４の縁をクリンプ蓋２７０４のリムの上にクリンプさせ、シール２７０６をそれらの間に介在させ、クリンプ蓋２７０４と缶１７０４との間に気密な密封を形成する。
次にクリンプ蓋２７０２のポケット２７０４の内部を第一端子ポスト１５０４に対しクリンプさせ、第一端子ポスト１５０４をクリンプ蓋２７０２のポケット２７０４へ電気的及び機械的に結合する。クリンプ蓋２７０２のポケット２７０４の外部は、電気化学的二重層キャパシタの第一端子として働く。
図２８に関し、小型(low profile)「二重缶(can-within-a-can)」組立体及び修正した第一及び第二電極組立体を用いた、図１２〜２０の「ゼリーロール」型態様の別の変更したものの側断面図が示されている。
図１３の「ゼリーロール」型電極組立体１２００、第一コレクタ円盤１４０４、第一端子ポスト１５０４、第二コレクタ円盤１６０４、第二端子ポスト１６０６、内側缶２８０２、外側缶２８０４、内側缶２８０２のポケット２８０６、及び外側缶２８０４のポケット２８０８が示されている。
「ゼリーロール」型電極組立体１２００は、上に記載した本発明の方法に従って製造され、第一及び第二コレクタ円盤１４０４、１６０４、及び第一及び第二端子ポスト１５０４、１６０６を、上に記載したように、レーザー溶接又はアークスプレーによるなどして「ゼリーロール」型電極組立体１２００に固定する。
次にシール２８１０を、外側缶２８０４の内部基底端部の周辺の所に配置する。
次に、夫々の第一及び第二コレクタ円盤１４０４、１６０４、及び第一及び第二端子ポスト１５０４、１６０６を有する「ゼリーロール」型電極組立体１２００を、外側缶２８０４中へ滑り込ませる（第二端子ポスト１６０６を、最初に外側缶２８０４中へ入れる）。「ゼリーロール」型電極組立体１２００を外側缶２８０４中に滑り込ませた時、第二端子ポスト１６０６が外側缶２８０４のポケット２８０８の内部に入り、ポケット２８０８が第二端子ポスト１６０６に対しクリンプし、第二端子ポスト１６０６を外側缶２８０４のポケット２８０８へ電気的及び機械的に結合する。ポケットの外部は、電気化学的二重層キャパシタの第二端子として働く。
次に内側缶２８０２を外側缶２８０４中へ滑り込ませ、内側缶２８０２の蓋が外側缶２８０４の内部基底端部周辺のシール２８１０と嵌合する。内側缶２８０２を外側缶２８０４中へ滑り込ませた時、内側缶２８０２のポケット２８０６の内部が第一端子ポスト１４０４と嵌合する。
次に外側缶２８０４の蓋を内側缶２８０２の外部基底端部の周辺に対してクリンプさせ、外側缶２８０４の内部基底端部の周辺の所で、内部缶２８０２の縁と、シール２８１０により気密な密封を形成する。
次に内側缶２８０２のポケット２８０６を第一端子ポスト１４０４に対してクリンプさせ、内側缶２８０２のポケット２８０６に第一端子ポスト１４０４を電気的及び機械的に結合する。内側缶２８０２のポケット２８０６の外部は、電気化学的二重層キャパシタの第一端子として働く。
次に電解質溶液を内側及び外側缶２８０２、２８０４中へ、外側缶２８０４の端部の穴２８１２を通って導入し、套管（図示されていない）及びプラグ（図示されていない）を用いて、上に記載したように、外側缶１８０４の穴１８１２の所に気密な密封を形成する。
図２９に関し、蓋２９０４と第一端子組立体との間にセラミックシール２９０２を用いた、図１２〜２０の「ゼリーロール」型態様の、別の変更したものの側断面図が示されている。
図１３の「ゼリーロール」型電極組立体１２００、第一コレクタ円盤１４０４、第一端子ポスト１６０４、蓋２９０４、セラミックシール２９０２、第二コレクタ円盤１６０４、第二端子ポスト１６０６、缶１７０４、及び缶１７０４のポケット２６０２が示されている。
「ゼリーロール」型電極組立体１２００は、上に記載した本発明の方法に従って製造される。
次に、拡散結合などにより、セラミックシール２９０２を第一端子ポスト１５０４へ結合し、蓋２９０４をセラミックシール２９０２に結合し、セラミックシール２９０２と第一端子ポスト１４０４との間、及びセラミックシール２９０２と蓋２９０４との間に、気密な絶縁性シールを形成する。
次に第一及び第二コレクタ円盤１４０４、１６０４、及び第一及び第二端子ポスト１５０４、１６０６を、上に記載したように、レーザー溶接又はアークスプレーによるなどして「ゼリーロール」型電極組立体１２００に固定する。
次に、夫々の第一及び第二コレクタ円盤１４０４、１６０４、及び第一及び第二端子ポスト１５０４、１６０６を有する「ゼリーロール」型電極組立体１２００を、缶１７０４中へ滑り込ませる（第二端子ポスト１５０４を、最初に缶１７０４中へ入れる）。「ゼリーロール」型電極組立体１２００を缶１７０４中に滑り込ませた時、第二端子ポスト１６０４が缶１７０４のポケット２６０２の内側に座り、そのポケットを第二端子ポスト１５０４に対してクリンプさせ、第二端子ポスト１６０４をポケット２６０２に電気的及び機械的に結合する。ポケットの外部は、電気化学的二重層キャパシタの第二端子として働く。
蓋２９０４のリムを、上に記載したように缶１７０４の縁に溶接し、気密な密封を形成する。
次に電解質溶液を、上に記載したように、蓋２９０４の穴（図示されていない）を通って缶１７０４中へ導入し、套管（図示されていない）、及びプラグ（図示されていない）を用いて缶１７０４の穴（図示されていない）の所に気密な密封を形成する。
ここに開示した本発明を、その特別な態様及び用途により記述してきたが、それに対し、特許請求の範囲に記載した本発明の範囲から離れることなく、多くの修正及び変更を当業者は行うことができるであろう。
１００、９０２、９０４、９０６、９０７、１００２、１００４、１１０２、１１０４ 電極
１０２、２０４、３０２ 箔コレクタ
１０４、５０２、８１４、９２０ 伝導性炭素第一層
１０６、５０４、８１６、９２２ 活性炭第二層
２００ スラリー転写装置及び方法
２０２、３０４ 炭素スラリー
２０６ 輸送ローラー
２０８ 転写ローラー
２１２、３０６ ワイパー
３０８、３１０、３２１ レーン
４０６、４０８、４１０ 切断線
６０２、６０４ 箔電極
６０６、６０８、９４０、９４１、１０１２、１０１４、１０２０、１２０６、１２０８、２１１０、２１１２、１３０２、１３０４、２１１０ 接触端部
７０２、９２８、９３５、１００６、１００８、１１０６、１１０８ セパレータ
１２００、２１０８、２１１４ 「ゼリーロール」型電極組立体
１３０６、２１１２ 中空芯
１４０２ 第一スタッド
１４０４ 第一ポスト
１５０２ 第一端子組立体
１４０４、１６０４ 第一端子ポスト
１５０６、２１１８、２００２、２９０４ 蓋
１５０２ 第二スタッド
１５０４ 第二コレクタ円盤
１６０２ 第二端子ポスト
１７０２、２１２４、１７０２ 第一絶縁ワッシャー
１７０４、２１２２、２６０４ 缶
１８０２、２１２６、１８０２ 第二絶縁ワッシャー
１８０４、２１２８、１８０４ 平らなワッシャー
１８０６、２１３０、１８０６ 皿型ワッシャー
１８０８、２１３２、１８０８ 止めナット
１７０６、１９０２、２１４６ 穴
２００６、２１４８ 套管
２００４、２１５２ ブラグ
２１０４ 第二端子組立体
２１０６ 「ゼリーロール」型巻き
２１１４ 第一スタッド／コレクタ円盤
２０２０ 第一スタッド／コレクタ円盤／端子ポスト
２１３６、２４０２ スタッド部分
２１４２、２４０４ コレクタ円盤部分
２１４４ 端子ポスト部分
２５０２ ノッチ付き円筒状部分
２６０２、２７０４、２８０６、２８０８ ポケット
２７０２ クリンプ蓋
２７０６ シール
２８０２ 内側缶
２８０４ 外側缶
２９０２ セラミックシール
１０２、２０４、３０２ 箔コレクタ
１０４、５０２、８１４、９２０ 伝導性炭素第一層
１０６、５０４、８１６、９２２ 活性炭第二層
２００ スラリー転写装置及び方法
２０２、３０４ 炭素スラリー
２０６ 輸送ローラー
２０８ 転写ローラー
２１２、３０６ ワイパー
３０８、３１０、３２１ レーン
４０６、４０８、４１０ 切断線
６０２、６０４ 箔電極
６０６、６０８、９４０、９４１、１０１２、１０１４、１０２０、１２０６、１２０８、２１１０、２１１２、１３０２、１３０４、２１１０ 接触端部
７０２、９２８、９３５、１００６、１００８、１１０６、１１０８ セパレータ
１２００、２１０８、２１１４ 「ゼリーロール」型電極組立体
１３０６、２１１２ 中空芯
１４０２ 第一スタッド
１４０４ 第一ポスト
１５０２ 第一端子組立体
１４０４、１６０４ 第一端子ポスト
１５０６、２１１８、２００２、２９０４ 蓋
１５０２ 第二スタッド
１５０４ 第二コレクタ円盤
１６０２ 第二端子ポスト
１７０２、２１２４、１７０２ 第一絶縁ワッシャー
１７０４、２１２２、２６０４ 缶
１８０２、２１２６、１８０２ 第二絶縁ワッシャー
１８０４、２１２８、１８０４ 平らなワッシャー
１８０６、２１３０、１８０６ 皿型ワッシャー
１８０８、２１３２、１８０８ 止めナット
１７０６、１９０２、２１４６ 穴
２００６、２１４８ 套管
２００４、２１５２ ブラグ
２１０４ 第二端子組立体
２１０６ 「ゼリーロール」型巻き
２１１４ 第一スタッド／コレクタ円盤
２０２０ 第一スタッド／コレクタ円盤／端子ポスト
２１３６、２４０２ スタッド部分
２１４２、２４０４ コレクタ円盤部分
２１４４ 端子ポスト部分
２５０２ ノッチ付き円筒状部分
２６０２、２７０４、２８０６、２８０８ ポケット
２７０２ クリンプ蓋
２７０６ シール
２８０２ 内側缶
２８０４ 外側缶
２９０２ セラミックシール
Claims (20)
- 二重層キャパシタで用いられる電極構造体を製造する方法において、
複数の電極で、その各々が、
電流コレクタ板、
前記電流コレクタ板の各側の一部分上に形成した主被覆で、伝導性炭素粉末及び結合剤を含む主被覆；及び
各主被覆上に形成された副被覆で、活性炭粉末、溶媒、及び結合剤を含む副被覆；
を具えた複数の電極を形成し；
前記複数の電極を互いに積み重ねながら前記複数の電極の各々の間に各セパレータを配置し、前記各セパレータを、前記複数の電極の隣接したものの各副被覆に対して並置させ；然も、前記各セパレータが、前記複数の電極の隣接するものを互いに電気的に分離し、それによって前記複数の電極の積層体を、各セパレータが前記複数の電極の夫々の間に配置されるようにして形成し；そして
前記電極積層体を、その電極積層体の一方の端部から巻き始めて円筒状構造体に巻く；
諸工程を包含する、電極構造体製造方法。 - 更に、各電流コレクタ板の、各主被覆が上に形成されていない部分の各々の第一組を一緒に電気的に結合し、第一端子を形成することを行う、請求項１に記載の方法。
- 更に、各電流コレクタ板の、各主被覆が上に形成されていない部分の各々の第二組を一緒に電気的に結合し、第二端子を形成することを行う、請求項２に記載の方法。
- 更に、巻いた電極積層体をキャパシタ缶中に入れ、
第一端子をキャパシタ缶の第一キャパシタ端子へ結合し、
第二端子をキャパシタ缶の第二キャパシタ端子へ結合し、
巻いた電極積層体を規定された電解質溶液中に入れて飽和し、そして
前記巻いた電極積層体及び前記規定された電解質溶液を前記キャパシタ缶内に密封する、
ことを行う、請求項３に記載の方法。 - 電極積層体を巻いた時、各電流コレクタ板の、各主被覆が上に形成されていない部分が、巻いた電極積層体の各端から伸びているように積層工程中の配置を行う、請求項１に記載の方法。
- 電極積層体中の各隣接する電流コレクタの、各主被覆が上に形成されていない部分が伸びていることにより、電極積層体を巻いた時、各電流コレクタ板の、各主被覆が上に形成されていない部分が、巻いた電極積層体の両端から伸びているように積層工程中の配置を行う、請求項５に記載の方法。
- 更に、電流コレクタ板の、電極積層体の各端から伸びている部分を一緒に潰して、互いに電気的に接触させることを行う、請求項６に記載の方法。
- 更に、電極積層体の各端部の所の一緒に潰した電流コレクタ板の部分に伝導性被覆を適用し、各伝導性被覆を各キャパシタ端子への結合に適合させることを行う、請求項７に記載の方法。
- 二重層キャパシタで用いられる電極構造体を製造する方法において、
複数の電極で、その各々が、
或る長さ、幅、及び厚さを有する電流コレクタ板；
前記電流コレクタ板の各側の一部分上に形成された主被覆で、前記部分が、前記電流コレクタ板の全長さに亙って伸び、前記電流コレクタ板の幅の一部分に亙って伸びる領域を占め、然も伝導性炭素粉末及び結合剤を含む主被覆；及び
各主被覆上に形成された副被覆で、活性炭粉末、溶媒、及び結合剤を含む副被覆；
を具えた複数の電極を形成し；
前記複数の電極を互いに積み重ねながら前記複数の電極の各々の間に各セパレータを配置し、前記各セパレータを、前記複数の電極の隣接したものの各副被覆に対して並置し；然も、前記各セパレータが、前記複数の電極の隣接するものを互いに電気的に分離し、それによって前記複数の電極の積層体を、各セパレータが前記複数の電極の夫々の間に配置されるようにして形成し、然も前記電極積層体は積層体長さ及び積層体幅を有し；そして
前記電極積層体を、その電極積層体の一方の端部から巻き始めてその積層体の前記長さに沿って円筒状構造体へ巻く、
諸工程を包含する、電極構造体製造方法。 - 更に、各電流コレクタ板の、各主被覆が上に形成されていない部分の各々の第一組を一緒に電気的に結合し、第一端子を形成することを行う、請求項９に記載の方法。
- 更に、複数の電極の各々の、各主被覆が上に形成されていない部分の各々の第二組を一緒に電気的に結合し、第二端子を形成することを行う、請求項１０に記載の方法。
- 電極積層体を巻いた時、各電流コレクタ板の、各主被覆が上に形成されていない部分が、巻いた電極積層体の各端から伸びているように積層工程中の配置を行う、請求項９に記載の方法。
- 二重層キャパシタで用いられる電極構造体において、
巻いた電極積層体で、
複数の電極であって、その各々が、
電流コレクタ箔、
前記電流コレクタ箔の各側の一部分上に形成された、伝導性炭素粉末及び結合剤を含む主被覆、及び
各主被覆上に形成された、活性炭粉末、溶媒、及び結合剤を含む副被覆、
を有する複数の電極；
積層体状にした前記複数の電極の各々の間に配置された各セパレータで、前記複数の電極の隣接したものの各副被覆に対して並置されており、前記複数の電極の隣接したものを互いに電気的に絶縁している各セパレータ；
を有する、巻いた電極積層体：
を具え、然も、前記電極積層体が、その積層体の一方の端部から巻き始めて円筒構造へ巻かれ、巻いた電極積層体を形成している、電極構造体。 - 各電流コレクタ箔の、各主被覆が上に形成されていない部分の各々の第一組を一緒に電気的に結合し、第一端子が形成されている、請求項１３に記載の構造体。
- 各電流コレクタ箔の、各主被覆が上に形成されていない部分の各々の第二組を一緒に電気的に結合し、第二端子が形成されている、請求項１４に記載の構造体。
- 各電流コレクタ箔の、各主被覆が上に形成されていない部分が、巻いた電極積層体の各端から伸びている、請求項１３に記載の構造体。
- 巻いた電極積層体中の各隣接する電流コレクタ箔の、各主被覆が上に形成されていない部分が伸びていることにより、各電流コレクタ箔の、各主被覆が上に形成されていない部分が、巻いた電極積層体の両端から伸びている、請求項１６に記載の構造体。
- 巻いた電極積層体の各端から伸びている電流コレクタ箔の部分が、一緒に潰されて互いに電気的に接触されている、請求項１７に記載の構造体。
- 更に、巻いた電極積層体の各端の所の一緒に潰した電流コレクタ箔の部分に適用された伝導性被覆を有し、各伝導性被覆が各キャパシタ端子への結合に適合させてある、請求項１８に記載の構造体。
- 第一端子及び第二端子を有するキャパシタ缶：
前記キャパシタ缶内に入れた巻いた電極構造体で、
複数の電極であって、その各々が
電流コレクタ箔、
前記電流コレクタ箔の各側の一部分上に形成された、伝導性炭素粉末及び結合剤を含有する主被覆、及び
各主被覆上に形成された、活性炭粉末、溶媒、及び結合剤を含む副被覆、
を有する複数の電極；
積層体状にした前記複数の電極の各々の間に配置された各セパレータで、前記複数の電極の隣接したものの各副被覆に対して並置されており、前記複数の電極の隣接したものを互いに電気的に絶縁している各セパレータ；
を有し、然も、前記電極積層体の一方の端部から巻き始めて円筒構造へ巻き、巻いた電極構造体を形成させた、巻いた電極構造体：及び
前記キャパシタ缶内に入れられた電解質溶液：
を具えた二重層キャパシタ。
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