JP3986356B2 - Electric double layer capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気二重層キャパシタに関する。
【0002】
【従来の技術】
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が長い、電気二重層キャパシタの適用技術が注目される。
【0003】
図6は、電気二重層キャパシタの構成を例示する模式図であり、正極体1aと負極体1bとセパレータ2は交互に積層して構成される。この積層体3(キャパシタ本体)は電解液に浸され、容器(図示せず)に収容して密封される。
【0004】
正極体1aおよび負極体1bは、活性炭電極4a,4b(分極性電極)と集電極5a,5b(アルミ電極)とからなり、電荷は活性炭電極4a,4bにたまり、電気の出し入れは集電極5a,5bを介して行われる。正極体1aと負極体1bが同数のため、積層体3において、片端が正極体1aの場合、反対側の片端は負極体1bとなるのである。
【0005】
なお、特開2001-52974号においては、帯状の正極体と帯状の負極体とこれらの間を隔てるセパレータとからロール巻に構成されるキャパシタ本体と、キャパシタ本体を電解液と共に密封する容器と、を備えるものが開示される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
このような電気二重層キャパシタについて、諸種の研究開発を積み重ねる中から、積層体と容器との間において、正極の表面に接して炭素・水素・酸素などから構成される物質(たとえば、セルロースなど紙)があると、その物質に脱水が起こり炭化する、という知見が得られた。
【0007】
図6の場合、右端の正極体1aと容器との間に介在する紙製のセパレータ(積層体3の最外層)が炭化してしまうのである。炭化物は細かく崩れやすく、これが電解液を浮遊すると、リーク電流が発生しやすくなり、自己放電特性を悪化させる可能性も考えられる。
【0008】
この発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、容器とキャパシタ本体との間に物質の炭化を生じることのない、高品質の電気二重層キャパシタを実現しようとするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、集電極と活性炭電極とからなる帯状の正極体と集電極と活性炭電極とからなる帯状の負極体とこれらの間を隔てる多孔質膜からなるセパレータとからロール巻に構成されるキャパシタ本体と、キャパシタ本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、帯状の負極体を正極体より内側に配置してロール形状の巻回体を形成し、帯状の負極体は帯状の正極体よりもロール巻の終端側が1巻き分以上に長く設定したことを特徴とする。
【0010】
第2の発明は、帯状の正極体と帯状の負極体との間を隔てるセパレータを帯状の負極体と一緒に1巻き分を長く設定したことを特徴とする。
【0012】
【発明の効果】
第1の発明においては、帯状の正極体と帯状の負極体とこれらの間を隔てるセパレータとから、これらを重ね合わせる帯状体(キャパシタ本体の素材に相当する)が形成され、これを丸めることにより、キャパシタ本体はロール形状の巻回体に構成されるのである。
【0013】
ロール巻の断面は、正極体と負極体がセパレータを挟みながら、径方向へ交互に重なる具合になり、ロール巻の終端側において、少なくとも1巻き分を長く設定の負極体は、それまでの最外層となるセパレータに巻き付けられ、キャパシタ本体の最外層を形成する。したがって、正極体がキャパシタ本体の最外層にならないので、最外層の表面に接して炭素・水素・酸素などから構成される物質(たとえば、セルロースなど紙)があっても、その物質に脱水が起こり炭化するようなことはない。
【0014】
負極体と正極体との間を隔てるセパレータについては、負極体と一緒に長く設定することも考えられる。その場合においても、巻回体の最外層となるセパレータに接するのは、1巻き分以上を長く設定の負極体となり、正極体が最外層のセパレータに接しないので、セパレータが紙製であっても、これに脱水が起こり炭化するようなことはない。
【0015】
この結果、容器とキャパシタ本体との間において、紙など物質の炭化現象が避けられ、自己放電特性も良好な高品質の電気二重層キャパシタを廉価に提供できる。
【0018】
【発明の実施の形態】
図1〜図3に基づいて、第1の実施形態に係る電気二重層キャパシタの一例を説明すると、帯状の正極体11aと帯状の負極体11bとこれらの間を隔てるセパレータ12a,12bとからロール巻に構成されるキャパシタ本体13と、キャパシタ本体13を電解液と共に密封する容器20と、を備える。
【0019】
容器20は、軽量な金属(たとえば、アルミニウム)から底付き円筒形に成形される。20aは容器20の開口部を密封する金属(たとえば、アルミニウム)の蓋であり、容器20の内面および蓋20aの内面は絶縁層で被覆される。21a,21bは1対の端子であり、蓋20aを貫通する導電部22と、蓋20aと導電部22との間に介在する絶縁部23と、から構成される。
【0020】
図3において、正極体11aおよび負極体11bは、集電極15a,15bと活性炭電極16a,16b(分極性電極)とから組成される。これらの集電極15a,15bは、帯状の金属箔(たとえば、アルミニウム箔)からなり、その両面に活性炭電極16a,16bが形成される。負極体11bの帯状平面にセパレータ12b(紙製などの多孔質膜)を介して帯状の正極体11aが重ねられ、正極体11aの帯状平面にセパレータ12aが重ねられ、4層に重なる帯状体17(キャパシタ本体13の素材)が形成される。
【0021】
この帯状体17は、図2のように負極体11bを内側に丸められ、ロール形状の巻回体13(キャパシタ本体)に形成される。巻回体13の最外層を負極化すべく、帯状の負極体11bは、帯状の正極体11aよりも、ロール巻の終端側が1巻き分を長く設定されるのである。
【0022】
巻回体17の断面は、正極体11aと負極体11bがセパレータ12a,12bを挟みながら、径方向へ交互に重なる具合になり、ロール巻の終端側において、1巻き分を長く設定の負極体11bは、それまでの最外層(セパレータ12a)に巻き付けられ、巻回体13の最外層を形成する。
【0023】
キャパシタ本体13は、電解液に浸され、容器20に収容される。正極体11aおよび負極体11bの集電極16a,16bにそれぞれ極性の対応する端子21a,21bが接続され、容器20に蓋20aを付けて密封される。
【0024】
このような構成により、巻回体13の最外層が負極体11bとなり、最外層の極性が正極とならないので、最外層の表面に接して炭素・水素・酸素などから構成される物質(紙など)があっても、その物質に脱水が起こり炭化するようなことはない。
【0025】
負極体11bの電極面を保護するため、正極体11aと負極体11bとの間を隔てるセパレータ12bについても、負極体11bと一緒に1巻き分を長く設定することが考えられる。その場合、巻回体13の最外層はセパレータ12bになるが、このセパレータ12bに接するのは、1巻き分を長く設定の負極体11bとなり、正極体11aが最外層のセパレータ12bに接しないので、セパレータ12bが紙製であっても、これに脱水が起こり炭化するようなことはない。
【0026】
この結果、容器20とキャパシタ本体13との間において、紙など物質の炭化現象が避けられ、自己放電特性も良好な高品質の電気二重層キャパシタを廉価に提供できる。
【0027】
図1,図3,図4に基づいて、参考例に係る電気二重層キャパシタを説明すると、キャパシタ本体13aの外周をくるむ円筒形の負極体18が備えられる。キャパシタ本体13aは、4層の帯状体17Aから、負極体11bを内側に丸められ、ロール型の巻回体に形成される。4層の帯状体17Aにおいて、正極体11aと負極体11b(およびセパレータ12a,12b)の長さは同一に設定される。
【0028】
キャパシタ本体13aは、円筒形の負極体18に納められ、全体が電解液に浸され、容器に収容される。円筒形の負極体18は、単なる導電性物質の筒(たとえば、アルミニウム)でも良いし、集電極(たとえば、アルミニウム箔)の両面に活性炭電極を備えるものも良く、筒の任意箇所あるいは集電極が負極の端子21bに接続される。キャパシタ本体13aは、正極体11aおよび負極体11bの集電極16a,16bにそれぞれ極性の対応する端子21a,21bが接続され、容器20に蓋20aを付けて密封される。
【0029】
このような構成により、円筒形の負極体18により、容器20との間に炭素・水素・酸素などから構成される物質があっても、その物質は円筒形の負極体18に接するのであり、正極の表面に接しないため、炭化現象の発生が避けられ、電気二重層キャパシタの自己放電特性を良好に維持できる。
【0030】
円筒形の負極体18に集電極を用いるものについては、材料費を節約するため、集電極の両面でなく、円筒の内面にのみ、活性炭電極を形成(円筒の外面は、活性炭電極を省略)してもよい。
【0031】
図1,図5に基づいて、参考例を説明すると、キャパシタ本体13bは、4層の帯状体17Bから、正極体11aを内側に丸められ、ロール形状の巻回体に形成される。
【0032】
4層の帯状体17Bにおいては、正極体11aの帯状平面にセパレータ12a(紙製などの多孔質膜)を介して帯状の負極体11bが重ねられ、負極体11bの帯状平面にセパレータ12bが重ねられ、正極体11aと負極体11b(およびセパレータ12a,12b)が同一の長さに設定されるのである。
【0033】
キャパシタ本体13は、電解液に浸され、容器20に収容される。正極体11aおよび負極体11bの集電極16a,16bにそれぞれ極性の対応する端子21a,21bが接続され、容器20に蓋20aを付けて密封される。
【0034】
このような構成により、巻回体13bの最外層はセパレータ12bとなり、このセパレータ12bに接するのは負極体11bであり、正極体11aが最外層のセパレータ12bに接しないので、セパレータ12bが紙製であっても、これに脱水が起こり炭化するようなことはない。
【0035】
この結果、容器20とキャパシタ本体13bの間において、紙など物質の炭化現象が避けられ、自己放電特性も良好な高品質の電気二重層キャパシタを廉価に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る電気二重層キャパシタの外観図である。
【図2】同じくキャパシタ本体の構成を説明する斜視図である。
【図3】同じくキャパシタ本体の素材を説明する断面図である。
【図4】参考例を説明する斜視図である。
【図5】参考例を説明する斜視図である
【図6】従来の技術に係る電気二重層の構成を説明する模式図である。
【符号の説明】
11a 正極体
11b 負極体
12a,12b セパレータ
13,13a,13b キャパシタ本体
15a,15b 活性炭電極(分極性電極)
16a,16b 集電極
17,17A,17B 帯状体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric double layer capacitor.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, attention has been focused on electric double layer capacitor application technologies that can be rapidly charged and have a long charge / discharge cycle life as various power storage devices.
[0003]
FIG. 6 is a schematic view illustrating the configuration of the electric double layer capacitor, in which the
[0004]
The
[0005]
In JP-A-2001-52974, a capacitor body configured in a roll form from a strip-shaped positive electrode body and a strip-shaped negative electrode body and a separator separating them, a container for sealing the capacitor body together with an electrolyte, What comprises is disclosed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
With regard to such an electric double layer capacitor, various kinds of research and development are accumulated, and a substance composed of carbon, hydrogen, oxygen, etc. in contact with the surface of the positive electrode between the laminate and the container (for example, paper such as cellulose) ), The substance was dehydrated and carbonized.
[0007]
In the case of FIG. 6, the paper separator (outermost layer of the laminate 3) interposed between the
[0008]
The present invention has been made based on such knowledge, and aims to realize a high-quality electric double layer capacitor that does not cause carbonization of a substance between the container and the capacitor body.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
1st invention is comprised by the roll winding from the strip | belt-shaped positive electrode body which consists of a collector electrode and an activated carbon electrode, the strip | belt-shaped negative electrode body which consists of a collector electrode, and an activated carbon electrode, and the separator which consists of a porous membrane which separates these. And a container for sealing the capacitor body together with the electrolyte, in which the strip-shaped negative electrode body is disposed inside the positive electrode body to form a roll-shaped wound body, and the strip-shaped negative electrode The body is characterized in that the end side of the roll winding is set longer than one winding than the belt-like positive electrode body.
[0010]
The second invention is characterized in that a separator for separating the strip-shaped positive electrode body and the strip-shaped negative electrode body is set long for one turn together with the strip-shaped negative electrode body .
[0012]
【The invention's effect】
In the first invention, a strip-shaped body (corresponding to the material of the capacitor body) is formed by overlapping the strip-shaped positive electrode body, the strip-shaped negative electrode body, and the separator separating them. The capacitor body is configured as a roll-shaped wound body.
[0013]
The cross section of the roll winding becomes a positive electrode and a negative polar body separator degree overlapping alternately squeezing all husk, radially, at the end side of the roll winding, the negative electrode body of at least one turn of a long setting, until then It is wound around a separator that is the outermost layer to form the outermost layer of the capacitor body. Therefore, since the positive electrode body does not become the outermost layer of the capacitor body, even if there is a substance composed of carbon, hydrogen, oxygen, etc. (for example, paper such as cellulose) in contact with the surface of the outermost layer, the substance is dehydrated. There is no such thing as carbonization.
[0014]
About the separator which separates between a negative electrode body and a positive electrode body, setting with long with a negative electrode body is also considered. Even in that case, the separator that is the outermost layer of the wound body is a negative electrode body that is set longer than one turn, and the positive electrode body does not contact the separator of the outermost layer. However, this does not cause dehydration and carbonization.
[0015]
As a result, it is possible to inexpensively provide a high-quality electric double layer capacitor that avoids carbonization of a material such as paper and has good self-discharge characteristics between the container and the capacitor body.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An example of the electric double layer capacitor according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3. A roll is formed from a strip-shaped
[0019]
The
[0020]
In FIG. 3, the
[0021]
As shown in FIG. 2, the belt-
[0022]
The cross section of the
[0023]
The
[0024]
With such a configuration, the outermost layer of the
[0025]
In order to protect the electrode surface of the
[0026]
As a result, it is possible to inexpensively provide a high-quality electric double layer capacitor that can avoid carbonization of a substance such as paper and has good self-discharge characteristics between the
[0027]
The electric double layer capacitor according to the reference example will be described with reference to FIGS. 1, 3, and 4. A cylindrical
[0028]
The capacitor
[0029]
With such a configuration, even if there is a substance composed of carbon, hydrogen, oxygen, etc. between the cylindrical
[0030]
In order to save material costs, the activated carbon electrode is formed not only on both sides of the collector electrode but on the inner surface of the cylinder for the cylindrical negative electrode body 18 (the activated carbon electrode is omitted on the outer surface of the cylinder). May be.
[0031]
A reference example will be described with reference to FIGS. 1 and 5. The
[0032]
In the four-layer belt-
[0033]
The
[0034]
With such a configuration, the outermost layer of the
[0035]
As a result, it is possible to inexpensively provide a high-quality electric double layer capacitor that can avoid carbonization of a substance such as paper and has good self-discharge characteristics between the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external view of an electric double layer capacitor according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view illustrating the configuration of the capacitor body.
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the material of the capacitor main body.
FIG. 4 is a perspective view illustrating a reference example .
FIG. 5 is a perspective view illustrating a reference example . FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration of an electric double layer according to a conventional technique.
[Explanation of symbols]
11a
16a,
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