JP4189561B2

JP4189561B2 - 電気二重層コンデンサの製造方法

Info

Publication number: JP4189561B2
Application number: JP30261299A
Authority: JP
Inventors: 洋一山岸
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1999-10-25
Filing date: 1999-10-25
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2019-10-25
Also published as: JP2001126967A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生産性を向上させて製造コストを削減するとともに、従来より小さくして実装面で有利である電気二重層コンデンサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
分極性電極と電解質との界面に生じる電気二重層を電荷蓄積手段として用いる電気二重層コンデンサは、静電容量が大きいという特性から、ＤＲＡＭなど半導体素子のバックアップ用電源として利用されている。
【０００３】
従来の電気二重層コンデンサとしては、小型のものは例えば図８に示すコイン型があり、大型のものは図９に示す円筒型がある。
図８に示したコイン型の電気二重層コンデンサは、板状の絶縁体であるセパレーター１０１の両面に活性炭からなる分極性電極１０２と集電極１０３をこの順に積層させた積層体１０４を、コイン状の金属ケース１０５に収納した構造である。
図９に示した円筒型の電気二重層コンデンサは、複数の積層体１０４を丸めてロール状にして、円筒ケース１０６に収納した構造である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の電気二重層コンデンサは、構造が複雑であり、また、製造工程を各々の電気二重層コンデンサ毎に行う必要があったこともあって、生産性が十分よいとはいえなかった。
また、複数個の電気二重層コンデンサを直列或いは並列に接続するには別個に配線基板を用いる必要があり、さらに各電気二重層コンデンサ毎に充放電制御回路を設置する必要があったため、部品数が多くなってコストがかかっており、また、大きさすなわち実装面でも不利になっていた。
また、従来の構造の電気二重層コンデンサを複数個、直列或いは並列に設置すると、その構造上、大きくなっており実装面で不利になっていた。
【０００５】
上記問題点を解決するため、本発明は、生産性を向上させて製造コストを削減するとともに、従来より小さくして実装面で有利である電気二重層コンデンサの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、請求項１記載の発明は、電気二重層コンデンサの製造方法において、複数の集電極（２１）及び各集電極と蓄電部の充放電を制御する充放電制御回路とをそれぞれ接続する複数の配線（２４）が設けられたキャリアテープ（１０）の当該複数の集電極上にそれぞれ活性炭シート又は分極性電極（２２）を積層し、前記充放電制御回路を前記キャリアテープ上に実装することによって前記複数の配線に接続し、前記配線同士が互いに接触しないように前記配線を覆うようにセパレーター（２３）となる絶縁体を載置してから前記配線及び前記キャリアテープを折り曲げて、前記複数の活性炭シート又は分極性電極を前記絶縁体を介して互いに重ねて電気二重層コンデンサの蓄電部（２）を製造することを特徴とする。
【０００７】
この請求項１記載の発明によれば、積層された集電極と活性炭シート又は分極性電極との複数の積層体がキャリアテープを折り曲げることにより積層体がセパレーターを挟んで互いに重なるように配置することが可能であるので、セパレーターの各面の積層体に別個の工程で製造して積層する必要はなく、従来より電気二重層コンデンサの製造に必要な工程は少なくてすむ。従って、電気二重層コンデンサの生産性は向上する。
そして、キャリアテープを配線基板として用いるため、この上に集電極と一括して配線を形成することができるので、別個の配線基板や別途配線形成工程を適用する必要はなくなり、電気二重層コンデンサの大きさが小さくなって実装面で有利になる。また、電気二重層コンデンサの製造コストを削減できると共に、部品数が少なくなることからその生産性も向上する。
また、集電極を設ける際に、配線も同時に設けると上記した効果はさらに顕著になる。
【０００８】
ここで、キャリアテープは、製造ラインでの移送前に予めその表面にすでにパターニングされた集電極を形成していてもよく、その表面に予め金属膜を形成しておき製造ラインに移送後金属膜をパターニングして集電極や配線等を形成してもよい。集電極をキャリアテープ上に予め設ける方法としては、例えばＴＡＢ（Tape Automate Bonding）に用いられるように銅箔、アルミ箔を貼り付けたり印刷したりする方法がある。
また、活性炭シートを集電極上に積層させる方法としては、例えば分極性電極の材料となる活性炭をバインダー及び溶媒に拡散させて印刷したり塗布し、その後賦活して分極性電極とすればよく、分極性電極を集電極上に積層させる方法としては、予め賦活された分極性電極を集電極パターンに合わせて貼り付ける方法がある。上記バインダー及び溶媒の好適な組合せとしては、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンモノマ）及びシクロヘキサンや、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）及びＮ−メチルピロリドンや、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の水性分散体及びエチレンアルコール等がある。
【０００９】
この請求項１記載の発明は、請求項２に記載するように、
キャリアテープはスプロケットホール（１２）を有するテープ状であり、複数の蓄電部を構成するための積層体を、キャリアテープを移動してキャリアテープ上に連続して作製してもよい。
この請求項２記載の発明によれば、容易にキャリアテープを移動しながらベルトコンベア式に製造ラインで積層体を連続して作製することができるため、蓄電部を連続的に製造できる。すなわち、電気二重層コンデンサの生産性はさらに向上する。
【００１０】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の電気二重層コンデンサの製造方法において、
前記折り曲げたキャリアテープの重なり部の周囲を互いに接着させて、前記キャリアテープを蓄電部を覆うパッケージとして用いることを特徴とする。
【００１１】
この請求項３記載の発明によれば、キャリアテープを蓄電部のパッケージとして用いるため、別個にケースを用意して蓄電部を収納する必要はないため、電気二重層コンデンサの生産性はさらに向上するとともに、またその製造コストを削減できる。また、電気二重層コンデンサの大きさも小さくなり、実装面で有利となる。
【００１４】
また、請求項１記載の電気二重層コンデンサの製造方法において、蓄電部の充放電を制御する充放電制御回路（例えば充放電制御ＩＣ３）をキャリアテープ上に実装しているので、キャリアテープが回路基板も兼ねる構成となるため、別個の回路基板を用いる必要はなくなり、電気二重層コンデンサの大きさが小さくなって実装面で有利になる。また、電気二重層コンデンサの製造コストを削減できると共に、部品数が少なくなることからその生産性も向上する。
【００１５】
また、これら請求項１〜３のいずれかに記載の方法は、前記折り曲げたキャリアテープの重なり部の周囲を一部を除き互いに接着させて、当該一部から前記活性炭シート又は分極性電極に電解液を注入する構成としてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して、本発明の一実施例としての電気二重層コンデンサの製造方法について詳細に説明する。
図１〜図５は本製造方法を段階的に説明する図である。図１（ａ）はキャリアテープ１０を上から見た平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）中の線Ａ−Ａに沿った拡大断面図である。また、図６（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ本方法によって製造された電気二重層コンデンサ１の正面図、側面図であり、図６（Ｃ）は電気二重層コンデンサ１の蓄電部２の断面図であり、図７は電気二重層コンデンサ１の充放電制御ＩＣ３（充放電制御回路）の構成を説明するブロック図である。
【００１７】
電気二重層コンデンサ１は、４つの蓄電部２を接続したコンデンサであり、表面は絶縁性であるラミネートフィルムをテープ状にしたキャリアテープ１０に以下の処理を施して製造される。このキャリアテープ１０は、図１（ａ）にベースが例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）などの２枚の高分子フィルム１４、１５とこれら高分子フィルム１４、１５間に積層された防湿用のアルミ箔や銅箔などのメタル箔１６とからなり、これら高分子フィルム１４、１５の一方の表面にアルミ箔や銅箔などのメタル箔１７が積層された４層構造になっている。配線２４に相当するメタル箔１７上には、必要に応じて末端を除き後述する折り曲げ工程で互いに短絡しないように絶縁膜１９が形成されている。ただし後述するセパレーター２３が十分配線２４…上を覆っていれば絶縁膜１９は必ずしも必要としない。
【００１８】
この際、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、キャリアテープ１０は長さ方向に、電気二重層コンデンサ１となる単位フィルム１１に区切られており、その左右にはスプロケットホール１２が形成され、キャリアテープ１０を動かして連続的に電気二重層コンデンサ１を製造することが可能となっている。キャリアテープ１０は、スプロケットホール１２を図示しない回動自在の歯車の歯に噛み合わせて歯車の回動により製造ラインの所定方向に移動する。
また、単位フィルム１１は一角部に接続部１１ａを備えている。この接続部１１ａは充放電制御回路３（詳細は後述）や、当該電気二重層コンデンサ１を外部に接続するための２つの接続端子２５を設けるための部分である。
【００１９】
まず、図２に示すように、単位フィルム１１内に４対の集電極２１，２１を形成する。ここで、対である集電極２１，２１は互いに図中上下に位置している。また、集電極２１の形成と同時に、各集電極２１と充放電制御ＩＣ３（詳細は後述）とを接続する配線２４…と、接続端子２５…とを形成しておく。
これら集電極２１…、配線２４…、接続端子２５…を形成する方法としては、単位フィルム１１の最表面のメタル箔１７が所定形状にパターニングされていない場合、このメタル箔１７をレジストを用いて所定のパターンを残してエッチング除去する方法などがある。また、すでにパターニングされた集電極２１…を設けたキャリアテープ１０を用いる場合は、このキャリアテープ１０を移動して後述する活性炭シート又は分極性電極２２から製造開始しても良い。
【００２０】
次に、図３に示すように、歯車により移動されたキャリアテープ１０の各集電極２１上にカーボンブラックなどの導電材と、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのバインダーと、活性炭と、の混合物を塗布し、これを乾燥後、図示しない加圧装置まで積層されたキャリアテープ１０を歯車で移動させて加圧装置がキャリアテープ１０の上下方向に加圧して活性炭シート２２を集電極２１上に積層する。この際、活性炭シート２２は集電極２１よりやや小さくする。なお、乾燥後に加圧するのは、活性炭シート２２の密度を上げ、単位体積当たりの蓄電容量を大きくするためである。
また、必要に応じて印刷しやすいように塗布前の混合物に溶媒を混合してもよい。なお、活性炭シート２２の代わりにすでに電気賦活処理済みの分極性電極２２を集電極２１上に貼り付けても良い。この分極性電極２２は既に内部を電解液で満たしてある状態でも良いことはいうまでもない。
【００２１】
次に、キャリアテープ１０を歯車で移動させて図示しない接続装置により充放電制御ＩＣ３を単位フィルム１１上の所定の位置に載置して（図３参照）、配線２４…と接続端子２５…にボンディング接続した後、さらにキャリアテープ１０を歯車で移動させて図示しない打ち抜き装置でキャリアテープ１０から当該単位フィルム１１を打ち抜く。
ここで、充放電制御ＩＣ３は、図７に示すように、蓄電部２…に直接接続している直並列変換回路３１と、直並列変換回路３１に互いに並列に接続される充電回路３２，ダウンコンバータ３３と、により構成されている。
【００２２】
次に、図３の上側の４つの分極性電極２２及び末端を除いた配線２４…を覆うようにＰＴＦＥなどの多孔質の絶縁性の膜であるセパレーター２３を載置し、図４に示すように、単位フィルム１１をセパレーター２３（図６参照）を挟むように中央から折り曲げて、対となっている集電極２１，２１および分極性電極２２，２２をセパレーター２３を介して積層させて、４つの蓄電部２を形成する。セパレーター２３は、１枚であっても図３の縦方向の点線を境に４つに分割されていてもよいし、さらに配線２４…が絶縁膜１９に覆われていれば、必ずしも配線２４…を覆うように形成しなくてもよい。
次に、単位フィルム１１の周縁の重なり部を、一部を残して封止する。そして、未封止部から例えばＰＣ（プロピレンカーボネイト）溶媒に電解質Ｅt4ＮＢＦ4（テトラエチルアンモニウム・テトラフルオロボーレイト）を溶解した電解液を内部に注入して活性炭シート又は分極性電極２２に含ませて通電試験を行った後、この未封止部を封止する。この時点で未賦活の活性炭シート２２である場合、それぞれ対になっている集電極２１、２１間に所定の電圧を印加して介在する活性炭シート２２を賦活して分極性電極２２とする。
【００２３】
さらに、図４の点線部で山折り谷折りを繰り返し、図５に示すように、単位フィルム１１を折り畳んですべての蓄電部２を重ねて小さくして、電気二重層コンデンサ１の製造を終了する。予め図４の点線部に折れやすいく且つ畳んだときに注入された電解液が漏れない程度にくぼみ目を入れておいても良い。
【００２４】
上述した工程で製造される電気二重層コンデンサ１は、図６の各図に示すように、４つの蓄電部２を直列或いは並列に備えており、蓄電部２の上部に充放電制御ＩＣ３，接続端子２５を露出した状態で備えている。また、蓄電部２は図６（Ｃ）に示すように、セパレーター２３の両面に電解液を含んだ分極性電極２２，集電極２１を備えており、周知の電気二重層コンデンサの蓄電部と同じ構成である。
また、単位フィルム１１を蓄電部２のパッケージとして用いた構成となっている。
【００２５】
従って、本発明の一実施例である電気二重層コンデンサの製造方法によれば、セパレーター２３の両面にある集電極２１と分極性電極２２との積層体をそれぞれ別個の工程で積層する必要はなく、キャリアテープ１０上に同時に積層するため、従来より電気二重層コンデンサの製造工程は少なくてすみ、その生産性は向上する。
また、複数の蓄電部２を同時に製造できるため、電気二重層コンデンサの製造工程はさらに少なくて済み、その生産性はさらに向上する。
【００２６】
また、キャリアテープ１０上に電気二重層コンデンサ１となる単位フィルム１１を連続して設けたため、キャリアテープ１０を動かして連続的に電気二重層コンデンサ１を製造することができる。従って、電気二重層コンデンサ１の生産性はさらに向上する。
【００２７】
また、単位フィルム１１を、蓄電部２のパッケージ、配線基板、回路基板を兼ねた構成としたため、これらを別個に設けた場合と比べて電気二重層コンデンサ１の大きさは小さくなって実装面で有利となり、また、その製造コストも格段に低くなる。
【００２８】
さらに、単位フィルム１１内に複数の蓄電部２を設け、これらを製造段階で接続しているため、電気二重層コンデンサの電圧や容量を容易に上げられ、小型高密度のコンデンサを容易に製造できる。
また、製造段階でこれら複数の蓄電部２がワンパッケージ内に収納されているため、その取り扱いも容易になる。
【００２９】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形可能である。
例えば、単位フィルム１１を中央で折り曲げる前に、電解液の一部又は全部を分極性電極２２上に直接滴下してもよい。
また、分極性電極２２を直接集電極２１上に貼り付けて２層を一括してキャリアテープ１０上に形成してもよい。
また上記実施形態では４つの蓄電部２を折り畳んで１つのユニットを構成しているが、これに限らず１ユニットを２つ以上の蓄電部２で構成すれば同様の効果を生じることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上より、本発明によれば、従来より電気二重層コンデンサの製造に必要な工程は少なくてすみ、電気二重層コンデンサの生産性は向上する。
また、キャリアテープをテープ状にすると、蓄電部を連続的に製造できるため、電気二重層コンデンサの生産性はさらに向上する。
また、キャリアテープを蓄電部を覆うパッケージとして用いたり、キャリアテープ上に蓄電部と外部とを接続する配線や充放電制御回路を実装したり、すると、パッケージや配線基板、回路基板を別個に容易する必要はなくなり、電気二重層コンデンサの大きさが小さくなって実装面で有利になる。また、電気二重層コンデンサの製造コストを削減できると共に、部品数が少なくなることからその生産性も向上する。
さらに、複数個の蓄電部を製造段階で直列或いは並列に接続できるため、簡単に蓄電部同士を直列或いは並列に接続することができる。従って、電気二重層コンデンサの電圧や容量を容易に上げられ、小型高密度のコンデンサを容易に製造できる。
また、製造段階でこれら複数の蓄電部がワンパッケージ内に収納（一枚のキャリアテープ上に製造）されているため、その取り扱いも容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施例である電気二重層コンデンサの製造方法を段階的に説明する図である。
【図２】本方法を段階的に説明する図である。
【図３】本方法を段階的に説明する図である。
【図４】本方法を段階的に説明する図である。
【図５】本方法を段階的に説明する図である。
【図６】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ本方法によって製造された電気二重層コンデンサの正面図、側面図であり、（Ｃ）は電気二重層コンデンサ１の蓄電部２の断面図断面図である。
【図７】本方法による電気二重層コンデンサの充放電制御ＩＣ（充放電制御回路）の構成を説明するブロック図である。
【図８】従来の電気二重層コンデンサの構成を説明する図である。
【図９】従来の電気二重層コンデンサの構成を説明する図である。
【符号の説明】
１電気二重層コンデンサ
２蓄電部
３充放電制御ＩＣ（充放電制御回路）
１０キャリアテープ
１１単位フィルム
１２スプロケットホール
２１集電極
２２分極性電極（活性炭シート）
２３セパレーター
２４配線

Claims

複数の集電極及び各集電極と蓄電部の充放電を制御する充放電制御回路とをそれぞれ接続する複数の配線が設けられたキャリアテープの当該複数の集電極上にそれぞれ活性炭シート又は分極性電極を積層し、
前記充放電制御回路を前記キャリアテープ上に実装することによって前記複数の配線に接続し、
前記配線同士が互いに接触しないように前記配線を覆うようにセパレーターとなる絶縁体を載置してから前記配線及び前記キャリアテープを折り曲げて、前記複数の活性炭シート又は分極性電極を前記絶縁体を介して互いに重ねて電気二重層コンデンサの蓄電部を製造することを特徴とする電気二重層コンデンサの製造方法。
請求項１記載の電気二重層コンデンサの製造方法において、
前記キャリアテープはスプロケットホールを有するテープ状であり、複数の蓄電部を構成するための積層体を、前記キャリアテープを移動して前記キャリアテープ上に連続して作製することを特徴とする電気二重層コンデンサの製造方法。
請求項１または２記載の電気二重層コンデンサの製造方法において、
前記折り曲げたキャリアテープの重なり部の周囲を互いに接着させて、前記キャリアテープを蓄電部を覆うパッケージとして用いることを特徴とする電気二重層コンデンサの製造方法。
請求項１〜３のいずれかに記載の電気二重層コンデンサの製造方法において、
前記折り曲げたキャリアテープの重なり部の周囲を一部を除き互いに接着させて、当該一部から前記活性炭シート又は分極性電極に電解液を注入することを特徴とする電気二重層コンデンサの製造方法。