JP2007019082A - 電気二重層キャパシタおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】巻回型の電気二重層キャパシタについて、これを能率よく廉価に製造できるようにする。つまり、容器の外部端子を含む電極構造が簡単かつ巻回体も能率よく形成しえる、電気二重層キャパシタおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】巻回体１０は、巻き取り用の芯棒２５が設けられる。芯棒２５は、１対の電極部２６ａ，２６ｂとこれらの間を絶縁する中間部２７とからなり、電極部２６ａ，２６ｂの各々に極性が対応する電極シート１３，１４の巻き取り始端部を接合する。
【選択図】図６

Description

この発明は、電気二重層キャパシタおよびその製造方法に関する。

近年、各種の蓄電装置として、急速充電が可能で充放電サイクル寿命の長い、電気二重層キャパシタの適用技術が注目される。

このような電気二重層キャパシタについては、帯状の正の電極シートと帯状の負の電極シートとこれらの間に挟まれる帯状のセパレータとから形成される巻回体と、巻回体を電解液と共に密封する容器と、を備えるものがある（特許文献１，特許文献２）。電極シートは、分極性電極（炭素質材料により形成される）と集電極（アルミニウム箔から形成される）とから構成される。容器の外部に１対の端子が配置され、これら外部端子に巻回体の極性が対応する電極シートが接続されるのである。
特開２００１−０５２９６９号 特開２００３−０８６４７２号

特許文献１の場合、容器の外部端子と巻回体の極性が対応する電極シートとの間を接続するため、各電極シートの側縁部（例えば、正の電極シートの上側縁部、負の電極シートの下側縁部）に集電極の露出する余白（アルミニウム箔の一部分）が設定され、巻回体を形成する過程において、電極タブが各電極シートの余白に溶接される。特許文献２の場合、巻回体の形成後に各電極シートの余白（アルミニウム箔の一部分）は、特殊な溶接用治具を用いて押し潰され、容器の外部端子の一部分を構成する円盤部に溶接される。いずれの場合においても、容器の外部端子（電気の出し入れ部）と巻回体の極性が対応する電極シートとの接続は、電極タブの位置ズレや余白が不均一に潰れる可能性もあり、簡単に行かない。特許文献２においては、複雑な溶接用治具も必要となってしまう。

この発明は、このような従来の技術を踏まえつつ、容器の外部端子を含む電極構造が簡単かつ巻回体も能率よく形成しえる、電気二重層キャパシタおよびその製造方法の提供を目的とする。

第１の発明は、帯状の正の電極シートと帯状の負の電極シートとこれらの間に挟まれる帯状のセパレータとから形成される巻回体と、巻回体を電解液と共に密封する容器と、を備える電気二重層キャパシタにおいて、巻回体は、巻き取り用の芯棒が設けられ、その芯棒は、１対の電極部とこれらの間を絶縁する中間部とからなり、電極部の各々に極性が対応する電極シートの巻き取り始端部を接合したことを特徴とする電気二重層キャパシタ。

第２の発明は、第１の発明に係る電気二重層キャパシタにおいて、容器は、筒体とその各開口端を塞ぐ蓋とからなり、蓋の中央に穴が形成される一方、巻回体の芯棒の各電極部は、蓋の穴を通して容器から突き出る１対の外部端子を形成することを特徴とする。

第３の発明は、第２の発明に係る電気二重層キャパシタにおいて、蓋の穴はネジ穴であり、芯棒の各電極部は、蓋のネジ穴に螺合するネジ部を備えることを特徴とする。

第４の発明は、第２の発明に係る電気二重層キャパシタにおいて、蓋の周縁部に筒体の開口端との嵌合溝を備えることを特徴とする。

第５の発明は、帯状の正の電極シートと帯状の負の電極シートとこれらの間に挟まれる帯状のセパレータとから形成される巻回体と、巻回体を電解液と共に密封する容器と、を備える電気二重層キャパシタの製造方法において、１対の電極部とこれらの間を絶縁する中間部とから形成される巻き取り用の芯棒を使用し、芯棒の一方の電極部に正の電極シートの巻き取り始端部を、同じく他方の電極部に負の電極シートの巻き取り始端部を接合し、正の電極シートと負の電極シートとの間にセパレータを挟みながら、巻き取り用の芯棒を回転させることにより、巻回体を形成する工程、を備えることを特徴とする。

第１の発明においては、巻き取り用の芯棒を備えるので、巻回体の形成が簡単かつ精度よく行える。芯棒は、電極部の各々に極性の対応する電極シートの巻き取り始端部が接合され、各電極部の一部が容器から突き出るように設定すると、容器の外部端子（電気の出し入れ部）も簡単かつ容易に形成しえるのである。その結果、巻回型の電気二重層キャパシタについて、これを能率よく廉価に製造できる、という効果が得られる。

第２の発明においては、巻回体を容器の筒体に収め、芯棒の各電極部を蓋の穴に貫通させつつ、これら蓋を筒体の両端（開口部）に組み付けることにより、各電極部の蓋から突き出る部分が容器の外部端子になる。つまり、容器の外部端子も巻回体の芯棒により簡単かつ容易に形成しえる。

第３の発明においては、巻回体を容器の筒体に収め、芯棒のネジ部を蓋のネジ穴に螺合させつつ、これら蓋を筒体の両端（開口部）に組み付けることにより、各電極部の蓋から突き出る部分が容器の外部端子になる。容器の外部端子についても、巻回体の芯棒により簡単かつ容易に形成しえるほか、蓋はネジにより巻回体の芯棒を介して筒体に簡単かつ精度よく組み付けられるのである。

第４の発明においては、蓋の嵌合溝により、良好な密封性を簡単かつ容易に確保しえる。

第５の発明においては、巻き取り用の芯棒を回転させることにより、巻回体の形成が簡単かつ精度よく行える。また、芯棒は、電極部の各々に極性の対応する電極シートの巻き取り始端部が接合され、各電極部の一部が容器から突き出るように設定すると、容器の外部端子も簡単かつ容易に形成しえる。電極部と電極シートの巻き取り始端部との接合（溶接）は、巻き取り過程または巻き取り後でなく、巻き始める前段階の処理のため、巻き取り部分の抑えも必要なく、簡単かつ容易に行える。また、従前（特許文献１，特許文献２）と異なり、外部端子と集電極との溶接が不要となるのである。これらの結果、巻回型の電気二重層キャパシタについて、これを能率よく廉価に製造できる、という効果が得られる。

図に基づいて、この発明の実施形態に係る電気二重層キャパシタを説明する。図１〜図５において、１０は巻回体（キャパシタ本体）であり、１１は巻回体１０を電解液と共に密封する容器であり、１２は１対の外部端子（キャパシタ電極：電気の出し入れ部）である。

巻回体１０は、帯状の正の電極シート１３と帯状の負の電極シート１４とこれらの間に挟まれる帯状のセパレータ１５とからこれらを巻いて形成される（図６、参照）。正の電極シート１３および負の電極シート１４は、集電極１６と分極性電極１７とから構成される。集電極１６は、帯状の金属箔（例えば、アルミニウム箔）からなり、巻き取り始端に片側へ寄せて電極タブ１６ａが一体に形成される（図４，図５、参照）。分極性電極１７は、炭素質材料を主原料とするものであり、集電極１６の両面（電極タブ１６ａを除く）に形成される。

帯状のセパレータ１５は、紙製や樹脂製の多孔質膜から形成される。帯の幅（短手方向の寸法）を１／２に折り重ね、その内側に正の電極シート１３または負の電極シート１４を挟み入れ、２つ折りの外側に負の電極シート１４または正の電極シート１３を重ね合わせつつ、これらを巻くことにより、正の電極シート１３と負の電極シート１４との間に挟み込まれるのである。２つ折りのセパレータ１５は、電極シート１３，１４の長さ（長手方向の寸法）より、巻回体の１巻き分だけ長く設定される。なお、２つ折りのセパレータ１５でなく、別体のものを２本用いることにより、電極シート１３，１４と４層に重ねつつ、これらを巻くようにしても良い。

容器１１は、筒体１８とその両端（開口端）を塞ぐ蓋１９ａ，１９ｂ（上蓋と下蓋）とからなり、これらに絶縁性や電解液に対する耐蝕性など必要な材質が与えられる。この場合、筒体１８は円筒状、蓋１９ａ，１９ｂは円盤状に形成される。蓋１９ａ，１９ｂの中央にボス部２０およびその中心を軸方向に貫通するネジ穴２１が設けられ、蓋１９ａ，１９ｂの周縁部に筒体１８の開口端を嵌合する環状溝２２が形成される（図２，図３、参照）。２３はガス抜きバルブ（図示せず）の取付部であり、片方の蓋１９ｂ（上蓋）に設定される。ガス抜きバルブは、充放電に伴う発生ガスを容器の外部へ除去するためのものである。

巻回体１０は、巻き取り用の芯棒２５が備えられる。芯棒２５は、１対の電極部２６ａ、２６ｂとこれらの間を絶縁する中間部２７とから形成され、各電極部２６ａ，２６ｂに極性が対応する電極タブ１５ａが接合（例えば、溶接）される。電極部２６ａ，２６ｂは、アルミニウム棒から形成され、蓋１９ａ，１９ｂのネジ穴２１に螺合するネジ部２８が設けられる。ネジ部２８は、図示の場合、電極部２６ａ，２６ｂの先端側に加工され、蓋１９ａ，１９ｂのボス部２０から突き出る部分により、容器１１の外部端子１２を形成するのである。

このような構成により、巻き取り用の芯棒２５を備えるので、巻回体１０の形成が簡単かつ精度よく行える。芯棒２５は、電極部２６ａ，２６ｂの各々に極性の対応する電極シート１３，１４の巻き取り始端部が接合され、蓋１９ａ，１９ｂから突き出る両端部により容器１１の外部端子１２も簡単かつ容易に形成しえる。つまり、巻回体１０を容器１１の筒体１８に収め、芯棒２５のネジ部２８を蓋１９ａ，１９ｂのネジ穴２１に螺合させつつ、これら蓋１９ａ，１９ｂを筒体１８の両端（開口部）に組み付けることにより、各電極部２６ａ，２６ｂの蓋１９ａ，１９ｂから突き出る部分が容器１１の外部端子１２になるのである。蓋１９ａ，１９ｂは、ネジにより巻回体１０の芯棒２５を介して筒体１８に簡単かつ精度よく組み付けられる。

蓋１９ａ，１９ｂは、ネジ穴２５でなく、単なる穴（芯棒２５の電極部２６ａ，２６ｂの挿通可能な貫通穴）を備えるものであっても良く、電極部２６ａ，２６ｂのネジ部に螺合するナットにより筒体１８の開口端に締め付けることも考えられる。

図６に基づいて、電気二重層キャパシタの製造過程を説明する。（ａ）工程〜（ｄ）工程は、高度に乾燥した不活性雰囲気の中で行われるのである。

（ａ）工程においては、芯棒２５の電極部２６ａ，２６ｂに電極シート１３，１４の電極タブ１６ａを接合（例えば、溶接）する。２つ折りのセパレータ１５の内側に巻き取り外側の電極シート１４（または１３）を挟み入れ、芯棒２５を回転させる。これにより、２つ折りのセパレータ１５に挟まれる巻き取り外側の電極シート１４（または１３）と、その巻き取り内側に重なる電極シート１３（または１４）と、が芯棒２５に巻き取られ、電極シート１３，１４間にセパレータ１５が介在する巻回体１０に形成される。２つ折りのセパレータ１５は、電極シート１３，１４の長さ（長手方向の寸法）より、巻回体１０の１巻き分だけ長く設定され、巻回体１０の最外径の巻き層を形成する。

（ｂ）工程においては、巻回体１０を容器１１の筒体１８に収め、芯棒２５の一端（ネジ部２８）に蓋１９ａ（下蓋）のネジ穴２１を螺合する。蓋１９ａは、矢印方向へ回すと、芯棒２５との螺合が進み、筒体１８の内部に位置決め（固定）の巻回体１０へ近づくに連れ、芯棒２５の先端をネジ穴２１から突き出しつつ、環状溝２２が筒体１８の開口端に嵌合することになる。

蓋１９ａを回すのでなく、巻回体１０の芯棒２５を回すことも考えられる。つまり、蓋１９ａは、環状溝２２を筒体１８の開口端に嵌合させることにより組み付けておき、筒体１８に巻回体１０を収めつつ、芯棒２５を回すことにより、蓋１９ａのネジ穴２１から芯棒２５の一端（ネジ部２８）を突き出る状態に螺合させるのである。

（ｃ）工程においては、蓋１９ａ（底）付き筒体１８の内部に電解液を注入し、巻回体１０（分極性電極１７およびセパレータ１５）に十分に含浸させる。

（ｄ）工程においては、蓋１９ｂ（上蓋）のネジ穴２１に芯棒２５の他端（ネジ部２８）を螺合する。蓋１９ｂは、矢印方向へ回すと、芯棒２５との螺合が進み、筒体１８の内部に蓋１９ｂを介して固定の巻回体１０へ近づくに連れ、芯棒２５の先端をネジ穴２１から突き出しつつ、環状溝２２が筒体１８の開口端に嵌合することになる。その後、蓋１９ｂの取付部２３にガス抜きバルブを組み付けるのである。

このような、（ａ）工程〜（ｄ）工程により、巻回型の電気二重層キャパシタについて、これを能率よく廉価に製造できる、という効果が得られる。

具体的には、巻き取り用の芯棒２５を回転させることにより、巻回体１０の形成が簡単かつ精度よく行える。芯棒２５は、電極部２６ａ，２６ｂの各々に極性の対応する電極シート１３，１４の巻き取り始端部が接合され、蓋１９ａ，１９ｂから突き出る両端部により容器１１の外部端子１２も簡単かつ容易に形成しえる。電極部２６ａ，２６ｂと電極シート１３，１４の巻き取り始端部との接合（例えば、溶接）は、巻き取り過程または巻き取り後でなく、巻き始める前段階の処理のため、巻き取り部分の抑えも必要なく、簡単かつ容易に行える。また、従前（特許文献１，特許文献２）と異なり、外部端子１２と集電極１６との溶接が不要となるのである。

電気二重層キャパシタの構成を説明する断面図である。 蓋の断面図である。 電気二重層キャパシタの構成を説明する分解斜視図である。 巻き取り用の芯棒に係る説明図である。 電極シートの局部断面図である。 電気二重層キャパシタの製造方法に係る工程説明図である。

符号の説明

１０ 巻回体（キャパシタ本体）
１１ 容器
１２ 外部端子
１３，１４ 電極シート
１５ セパレータ
１８ 筒体
１９ａ，１９ｂ 蓋
２１ ネジ穴
２２ 環状溝（嵌合溝）
２５ 巻き取り用の芯棒
２６ａ，２６ｂ 電極部
２７ 中間部
２８ ネジ部

Claims (5)

1. 帯状の正の電極シートと帯状の負の電極シートとこれらの間に挟まれる帯状のセパレータとから形成される巻回体と、巻回体を電解液と共に密封する容器と、を備える電気二重層キャパシタにおいて、巻回体は、巻き取り用の芯棒が設けられ、その芯棒は、１対の電極部とこれらの間を絶縁する中間部とからなり、電極部の各々に極性が対応する電極シートの巻き取り始端部を接合したことを特徴とする電気二重層キャパシタ。
2. 容器は、筒体とその各開口端を塞ぐ蓋とからなり、蓋の中央に穴が形成される一方、巻回体の芯棒の各電極部は、蓋の穴を通して容器から突き出る１対の外部端子を形成することを特徴とする請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
3. 蓋の穴はネジ穴であり、芯棒の各電極部は、蓋のネジ穴に螺合するネジ部を備えることを特徴とする請求項２に記載の電気二重層キャパシタ。
4. 蓋の周縁部に筒体の開口端との嵌合溝を備えることを特徴とする請求項２に記載の電気二重層キャパシタ。
5. 帯状の正の電極シートと帯状の負の電極シートとこれらの間に挟まれる帯状のセパレータとから形成される巻回体と、巻回体を電解液と共に密封する容器と、を備える電気二重層キャパシタの製造方法において、１対の電極部とこれらの間を絶縁する中間部とから形成される巻き取り用の芯棒を使用し、芯棒の一方の電極部に正の電極シートの巻き取り始端部を、同じく他方の電極部に負の電極シートの巻き取り始端部を接合し、正の電極シートと負の電極シートとの間にセパレータを挟みながら、巻き取り用の芯棒を回転させることにより、巻回体を形成する工程、を備えることを特徴とする電気二重層キャパシタの製造方法。

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