JP2998401B2 - 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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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】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、特に電気二重層コンデンサの
分極性電極とその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の電気二重層コンデンサの基本素子
(以下基本セルと称す)の断面図を図3に示す。基本セ
ルは、粉末活性炭を分極性電極8として電解液を含浸さ
せた後、一対の分極性電極8を電子絶縁性でイオン透過
性の多孔性セパレータ4を介して対向させ、集電体2a
およびガスケット5にて分極性電極8と電解液を保持す
るような構造になっている。この基本セルは耐電圧が電
解液の電気分解電圧に規制されるため、電気二重層コン
デンサは要求される耐電圧に応じて基本セルを直列に接
続している。電気二重層コンデンサの等価直列抵抗は数
百mΩ以上と高いために、おもにメモリやICなどの瞬
断対策用バックアップ電源に限定して使用されている。
【0003】しかしながら、モータ駆動時のエネルギ供
給用補助電源などの用途には等価直列抵抗は小さくなけ
ればならず、一方バックアップ用途でもさらに背高の低
いものが要求されている。
【0004】この要求を満たす可能性のあるものとし
て、特願平2−266498および特願平2−2664
99に示されるような活性炭/ポリアセン系材料および
それを用いた電気二重層コンデンサがある。特願平2−
266499で示される電気二重層コンデンサは、基板
材料に導電性基板または導電性シートを使用し、この基
板上に活性炭/ポリアセン系複合材料からなる厚膜電極
を形成して、これを分極性電極として用いたものであ
る。しかし、基板材料に導電性基板または導電性シート
を用いているため、耐電圧を上げる目的で基本セルを直
列に接続する場合に基本セルを積層するような構造にな
り背高を低くできない。また、直列接続された基本セル
を一度に作ることができないという欠点を有している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の電気二重層コン
デンサでは、基板材料に導電性基板または導電性シート
を使用しており、同一基板上に電気的に絶縁された複数
個の電気二重層コンデンサの分極性電極を作ることがで
きない。そのため、基板を共有して複数個配置された電
気二重層コンデンサを同一平面内に得ることができない
という欠点を有している。また、従来の電気二重層コン
デンサを電気的に直列接続したとき基本セルを積層する
構造になるため、薄くできないなどの欠点を有してい
る。
【0006】本発明の目的は、基板材料に導電層の形成
された絶縁性セラミックス基板を用いることにより、等
価直列抵抗が低く、薄くて、製造プロセスの簡易な量産
性に優れた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】本発明は、電気絶縁性の
セラミックス基板上に形成された導電層の上に活性炭/
ポリアセン系分極電極を形成したこと、およびこの分極
性電極を用い、これを一対,セパレータを介して分極性
電極が相対向するよう配置した電気二重層コンデンサで
あることを特徴とする。また、上述した電気二重層コン
デンサにおいて、セラミックス基板を共通化することに
より平面上に少なくとも2つ以上の電気二重層コンデン
サを配置すること,およびこれらの電気二重層コンデン
サが電気的に直列接続になるように導電層を共通にする
という特徴を有する。
【0008】本発明における導電層の形成は、スクリー
ン印刷法でもスパッタ法でもよい。また、電解液が水溶
性の場合、導電層はAu,Ptなどの金属やカーボン,
TiNなどの導電体であり耐腐食性のある材料ならよ
い。電解液が有機溶媒系の場合では電解質に耐腐食性が
あるような金属材料および導電性を示す材料なら適用可
能である。
【0009】
【実施例】次に実施例により本発明について説明する。
図1は本発明の一実施例の断面図である。
【0010】図1の絶縁性基板3(電気絶縁性セラミッ
ク基板)として、体積固有抵抗が1014Ωcm以上であ
り大きさが50×50mm2 ,厚さ0.32mmのアル
ミナ基板を用いた。このアルミナ基板3上に325メッ
シュのステンレス製スクリーンを用いて40×30mm
2 に金ペーストを印刷し、800℃で30分間,空気中
で熱処理することにより導電層2を形成した。このとき
の昇温速度は1時間あたり100℃であった。次にフェ
ノール系樹脂(鐘紡(株)商品名べルパール)を2―メ
トキシエタノールに溶解し、この溶液に活性炭をフェノ
ール樹脂に対して重量比が7/3になるようにいれ、ホ
モジナイザーで混合してぺースト状にした。この活性炭
とフェノール系樹脂からなるぺーストを325メッシュ
のステンレス製スクリーンを用いて、導電層2上に大き
さ30×30mm2 に印刷した。これを150℃で30
分間保持することによりぺーストを熱硬化させたのち、
電気炉で700℃・2時間,窒素雰囲気で熱処理して導
電層2上に活性炭/ポリアセン系電極を形成して、本発
明の分極性電極1を得た。本発明の分極性電極1の厚さ
は30μmであり、これは走査型電子顕微鏡で断面を観
察することにより求めた。一対の分極性電極1を30w
t%の硫酸中に浸漬し、1時間,硫酸と分極性電極1の
入った容器全体を真空にひくことにより、本発明の分極
電極1ヘの電解液の含浸を行った。電解液を含浸した
一対の本発明の分極性電極1以外の部分に付着している
硫酸をよく拭き取り、端子電極6a,6bを導電層2に
圧着した後、圧着部分にバッテリーシール用のエポキシ
接着剤でコートした。これらを、電気絶縁性のプチルゴ
ムをガスケット5とし電解液を含浸した厚さ25μmの
ポリプロピレン製多孔性セパレータ44を介して本発明
の分極性電極1が相対向するよう配置した後、上下より
10kg/cm2 の圧力を加えた状態で断面がコの字型
の金具7により固定し、本発明の電気二重層コンデンサ
を得た。
【0011】次に、第2の実施例としては、導電層2を
スパッタ法によりカーボン膜で形成したほかは、実施例
1と同様にして電気二重層コンデンサを試作した。
【0012】次に、第3の実施例としては、実施例1に
おける導電層2をAuのかわりにTiNで形成し、その
ほかは実施例1と同様にして電気二重層コンデンサを試
作した。
【0013】TiNの導電層2は、実施例1で用いたア
ルミナ基板に、まず室温でDCスパッタ法により50n
mのTiの膜をつけ、次に反応性スパッタ法によりTi
Nの膜を形成した。このときのTi膜はアルミナ基板3
からTiN膜の剥離を防ぐためのものである。反応性ス
パッタ法における混合ガスは流量比で、窒素50%,ア
ルゴン50%であった。
【0014】図2は本発明の第4の実施例の断面図であ
る。図2の電気絶縁性基板として、実施例1と同じアル
ミナ基板を用いた。電気絶縁性基板3a上に30×30
mm2電気絶縁性基板3b上に3O×20mm2のパタ
ーンを10mmの間隔をあけて2つ、325メッシュの
ステンレス製スクリーンを用いて金ぺーストを印刷し8
0O℃で30分間,空気中で熱処理することにより導電
層2を形成した。このときの昇温速度は1時間あたり1
00℃であった。次に実施例1と同じ活性炭とフェノー
ル型樹脂からなるぺーストを325メッシュのステンレ
ス製スクリーンを用いて、導電層2上に大きさ30×1
0mm2に2つ印刷した。ガスケット5の形状以外はす
べて実施例1と同様に行うことにより本発明の電気二重
層コンデンサを得た、本実施例では一対のアルミナ基板
の間に2個の素子が形成され直列に接続されている。
た、2個の素子はガスケットにより隔離されている。
【0015】本実施例では同一基板に一度に2個の素子
を形成した構造並に製造方法につき説明したが基板上に
形成する導電層を変更することに2個以上の素子を直列
に接続した電気二重層コンデンサを容易に得ることがで
きる。
【0016】次に本発明の実施例と比較するための従来
例を次のとおり作製した。すなわち、基板3に厚さ0.
5mmのカーボンを用いたことと、金具7と基板3との
接触部分をビニルテープで電気的に絶縁したこと以外
は、実施例1と同様にして電気二重層コンデンサを得
た。
【0017】本発明の電気二重層コンデンサに対し、電
気特性の中の静電容量,等価直列抵抗(ESR)につい
て測定を行った。結果を表1に示す。
【0018】静電容量の測定は、コンデンサに定格電圧
(耐圧の90%)を1時間印加したのち1mAの定電流
放電を行い、コンデンサの端子電圧が定格電圧の60%
から50%へ変化するまでの時間を測定することにより
求めた。また、等価直列抵抗は1kHzの周波数におけ
るインピーダンスを交流4端子法により測定して求め
た。
【0019】本発明の電気二重層コンデンサは比較例に
くらべ、電気特性は同等以上であるといえる。実施例4
の電気二重層コンデンサは基本セルを2つ導電層2を共
通にすることにより電気的に直列接続したものである
が、ESRは実施例1の基本セルを2つたしあわせたも
のよりも低い。本発明の電気二重層コンデンサの厚さ耐
圧に依らず1.8mm(電極端子は除く)であり、耐圧
が高くなることにより基本セルの数が増えても基板平面
上に基本セルを並べることができるため基本セル厚の一
定な背高の低い電気二重層コンデンサを得ることができ
た。実施例4において複数個の電気二重層コンデンサを
製造することが確認できたことから、実施例4の電気二
重層コンデンサを並列に配列しSOPタイプの電気二重
層コンデンサを製造することは可能である。
【0020】
【表1】
【0021】本発明の電気二重層コンデンサの分極性電
極および製造方法を用いることにより、同一基板に一度
に電極と集電体を形成でき、電気的に直列接続された基
本セルを同時に、また簡易に製造することが可能であ
る。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように本発明な分極性電極
を用いることにより電気二重層コンデンサの背高を低く
できる。また、本発明の分極性電極およびその製造方法
を用いることで、複数個の電気二重層コンデンサを電気
的に直列接続しても、ESRが小さく背高の低い電気二
重層コンデンサを、一つの電気二重層コンデンサを製造
するのと同じ工数で製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の耐圧が1Vである電気二重
層コンデンサの断面図である。
【図2】本発明の他の実施例の耐圧が2Vである電気二
重層コンデンサの断面図である。
【図3】従来の電気二重層コンデンサの基本セルの断面
図である。
【符号の説明】
1 本発明の分極性電極 2 導電層 2a 集電体 3,3a,3b 電気絶縁性基板 4 多孔性セパレータ 5 ガスケット 6a,6b 端子電極 7 金具 8 従来の分極性電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−53527(JP,A) 特開 昭63−226019(JP,A) 特開 昭60−27112(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01G 9/155 H01G 9/016 H01G 9/058

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の分極性電極と電解液とを有する電
    気二重層コンデンサにおいて、電気絶縁性セラミック基
    板と、該基板の片面上に形成された導電層と、該電層
    上に合成された活性炭/ポリアセン系分極性電極とを有
    することを特徴とする電気二重層コンデンサ。
  2. 【請求項2】 同一の電気絶縁性セラミック基板に複数
    個の前記分極性電極が形成され2枚の基板間に複数
    個の電気二重層コンデンサ素子が形成されていることを
    特徴とする請求項1記載の電気二重層コンデンサ。
  3. 【請求項3】 2枚の前記基板間に形成された前記複数
    個の電気二重層コンデンサ素子が前記基板に形成された
    前記導電層により直列に接続され、かつ、前記電気二重
    層コンデンサ素子はガスケットにより隔離されているこ
    とを特徴とする請求項1および請求項2記載の電気二重
    層コンデンサ。
  4. 【請求項4】 電気絶縁性セラミックス基板の片面に導
    電層を形成する工程と、前記導電層上に活性炭とフェノ
    ール系樹脂からなるぺーストを印刷し、熱処理して活性
    炭/ポリアセン系分極性電極を形成する工程と、前記
    極性電極に電解液を含浸させる工程と、前記セラミック
    ス基板の片面に形成された前記分極性電極の一対をセパ
    レータを介して前記一対の分極性電極が対向するよう配
    置する工程と、端子電極を前記導電層に取り付けた後、
    全体をガスケットにより封止する工程を含むことを特
    徴とする電気二重層コンデンサの製造方法。
  5. 【請求項5】 第1の電気絶縁性セラミックス基板の片
    面に導電層を形成する工程と、該導電層上に2つに分割
    された活性炭/ポリアセン系分極性電極を形成する工程
    と、前記第1の電気絶縁性セラミックス基板に形成され
    た前記分極性電極に対応する位置の第2の電気絶縁性セ
    ラミックス基板の片面に2つに分割された導電層および
    活性炭/ポリアセン系分極性電極を形成する工程と、
    第1,第2の電気絶縁性セラミックス基板に形成され
    前記分極性電極に電解液を含浸する工程と、前記第
    1,第2の電気絶縁性セラミックス基板に形成された
    分極性電極がセパレータを介して相対向するよう配置
    する工程と、前記第2の電気絶縁性セラミックス基板上
    に形成された2つに分割された前記導電層の各々に端子
    電極を取り付けた後、全体をガスケットにより封止する
    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。
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