JP2001155973A - 電気二重層キャパシタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 組み立て製造が簡単で、且つ不良単位セルの
検出及び修理も簡単に行うことができる電気二重層キャ
パシタを提供する。 【解決手段】 複数の単一セルを積層した電気二重層キ
ャパシタにおける各層のゲル形電解質２４の外周部で各
セル間に介在させることにより電解液のシールと各層の
スペーサとしての機能を兼備するパッキン２５を設ける
とともに、上下両端部で相対向する端板電極２１間に複
数の単一セルを挾持する構造とし、この端板電極２１を
締付けボルト２６で締めつけることにより各単一セルを
一体化して端板電極を集電端子及びエンドプレートとし
て機能させるようにした。

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キャパシタに
関し、特にゲル電解質形の電気二重層キャパシタに適用
して有用なものである。 【０００２】 【従来の技術】電気二重層キャパシタは、分極性電極に
電解質中のアニオン，カチオンをそれぞれ正極，負極表
面に物理吸着させて電気を蓄えるという原理で動作する
ものである。この電気二重層キャパシタは、ＡＩ電解コ
ンデンサに代表される電極間に誘電体を有する場合に比
べ、体積あたりの容量が３００〜１０００倍高い。そこ
で、近年、電気二重層キャパシタは、様々な機器のバッ
クアップ電源として広く用いられるようになってきた。
特に、オフィスコンピュータやパーソナルコンピュータ
等の小形コンピュータの急速な普及とともに、それらに
対応した無停電電源装置への需要が高まっている。 【０００３】図６は従来技術に係る電気二重層キャパシ
タ単位セルを示す模式図である。同図に示すように、こ
の電気二重層キャパシタは、表面に活性炭素繊維２を貼
着したアルミ板である電極１を相対向させ、これらの間
に四フッ化ホウ素（ＢＦ₄ ）系ゲル状電解質３を挾持し
たものである。通常は、かかる単位セルを複数個積層し
て用いる。ここで、活性炭電極１及び集電極２の外周部
には内部の電解質が漏れ出さないようにシールを行うた
めの樹脂枠４が接着剤を用いて固着してある。この樹脂
枠４は、同時に単位セルを積層した際の各単位セル間の
絶縁材としての機能も兼備している。 【０００４】図７は複数（図では５個）の単位セルを積
層した従来技術に係る電気二重層キャパシタを示す縦断
面図である。同図に示すように、上下両端部で相対向す
る端板電極１１間には複数（図では４個）の中間電極１
２が設けてあり、端板電極１１と中間電極１２との間及
び上下で隣接する中間電極１２間には活性炭素繊維１３
を介して複数（図では５個）のゲル形電解質１４が挾持
されている。樹脂枠１５は各単位セルに対応して設けて
ある外周部の枠体である。この樹脂枠１５は単位セルの
各層のスペーサを兼ねる。樹脂板である外周封止板１６
は樹脂枠１５の外周端面にホットメルトフィルム１７に
より固着してあり、これにより密閉構造を保っている。
かかる積層形の電気二重層キャパシタの組み立てを行う
際には、必要な耐電圧分の単位セルを積層し（単位セル
の耐電圧は２．５Ｖ程度）、次に樹脂枠１５の外周部分
を溶かし、最後にホットメルトフィルム１７を用いて最
外周部の四辺に外周封止板１６を熱融着させる。 【０００５】上述の如き電気二重層キャパシタは、集電
極である端板電極１１にリード線を取り付ければ各セル
が直列接続となり、（単セル耐電圧）×（積層数）だけ
の耐電圧を持つことになる。この結果、積層形の電気二
重層キャパシタは、一般的な巻取方式を用いた同一容量
のキャパシタと比較してケーブル等を必要とせず、耐電
圧を高く設計することができるので、設置面積を小さく
することができる。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】上述の如き従来技術に
係る電気二重層キャパシタにおいては、製造工程中で樹
脂枠１５の外周部分を溶かし、ホットメルトフィルム１
７を用いて最外周部の四辺に外周封止板１６を熱融着さ
せ、当該電気二重層キャパシタの封着を図っているの
で、作業工数が多くなり自動化しずらく、組み立てコス
トに悪影響を及ぼしている。また、溶着では完全に封止
することは難しく、内圧が上昇すると溶着不良箇所のピ
ンホール等から若干の漏れが生じることがある。これを
防ぐためにも外周封止を行っているが、当該電気二重層
キャパシタに熱が加わるとホットメルトフィルム１７が
軟化し、これも漏れの原因となることがある。さらに、
樹脂枠１５を溶かして一度溶着してしまうと、当該電気
二重層キャパシタ内の１つの単位セルだけに不良箇所が
発生した場合でも、後からの修正がきかなくなり、全体
の歩留りを低下させる原因となる。 【０００７】本発明は、上記従来技術に鑑み、組み立て
製造が簡単で、且つ不良単位セルの検出及び修理も簡単
に行うことができる電気二重層キャパシタを提供するこ
とを目的とする。 【０００８】上記目的を達成する本発明の構成は、次の
点を特徴とする。 【０００９】１） 電極間にゲル形電解質を挾持して形
成する単一セルを複数個積層してなる電気二重層キャパ
シタにおいて、各層のゲル形電解質の外周部で各セル間
に介在させることにより電解液のシールと各層のスペー
サとしての機能を兼備するパッキンを設けるとともに、
上下両端部で相対向する端板電極間に複数の単一セルを
挾持する構造とし、この端板電極を締付けボルトで締め
つけることにより各単一セルを一体化して端板電極を集
電端子及びエンドプレートとして機能させるようにした
こと。 【００１０】２） 電極間にゲル形電解質を挾持して形
成する単一セルを複数個積層してなる電気二重層キャパ
シタにおいて、各層のゲル形電解質の外周部で各セル間
に介在させることにより電解液のシールと各層のスペー
サとしての機能を兼備するパッキンを設けるとともに、
上下両端部で相対向する端板電極とともに全体を２分割
された外装ケース内に収納し、この外装ケースを締付け
固定することにより端板電極間に複数の単一セルを締付
け挾持して密閉するようにしたこと。 【００１１】３） 上記１）又は２）に記載する電気二
重層キャパシタにおいて、パッキンは、各層を構成する
単一セルのシールのための弾性部と、この弾性部の変形
を防止すべくその外周面に沿って設けた樹脂枠とからな
ること。 【００１２】４） 上記１）又は２）に記載する電気二
重層キャパシタにおいて、パッキンは、その中央部の上
下方向で相対向する位置に同形の凸部及び凹部を有して
おり、セルの積層時に中間電極の端部を凸部と凹部との
間で変形させて挟み込むように構成したこと。 【００１３】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づき詳細に説明する。 【００１４】図１は本発明の第１の実施の形態に係る電
気二重層キャパシタを示す縦断面図である。本形態は５
個の単位セルを積層したものである。図１に示すよう
に、上下両端部で相対向する端板電極２１間には４個の
中間電極２２が設けてあり、端板電極２１と中間電極２
２との間及び上下で隣接する中間電極２２間には活性炭
素繊維２３を介して複数（図では５個）のゲル形電解質
２４が挾持されている。ここで端板電極２１と各中間電
極２２又は各中間電極２２間には、活性炭繊維２３及び
ゲル形電解質２４の外周部にセル間のシールとスペーサ
とを兼ねる幅５ｍｍ程度の枠状のバイトン製パッキン２
５（材質は使用条件で耐薬品性、耐熱性、低温脆性等に
関する問題がなければ特別４制限はない。）を介在させ
てある。 【００１５】また、本形態における端板電極２１は集電
極の機能とともにエンドプレートとしての機能も有す
る。すなわち、図の上下に配設された２枚の端板電極２
１は、ゲル形電解質２４及びパッキン２５を加圧して挾
持するよう、その端部を貫通する締付けボルト２６で締
付けてある。このとき、金属製の締付けボルト２６で端
板電極２１間が短絡されることがないよう締付けボルト
２６は絶縁カラー２７を介して端板電極２１を貫通して
いる。 【００１６】図２は上記実施の形態に係る電気二重層キ
ャパシタの製造工程を示すフローチャートである。同図
に示すように、まず、端板電極２１及びＵを中間電極２
２を形成するためのアルミ電極を切り出す（Ｓ１参
照）。次に、活性炭繊維２３を前記アルミ電極に接着す
る（Ｓ２参照）。かくして活性炭電極を形成する。次
に、各要素（ゲル電解質２４、活性炭電極、パッキン２
５）を積層する（Ｓ３参照）。最後に、締付けボルト２
６で全体を締めつける（Ｓ４参照）。 【００１７】図３は本発明の第２の実施の形態に係る電
気二重層キャパシタを一部切欠いて示す正面図である。
同図に示すように、電気二重層キャパシタの本体部分の
構造は図１に示す電気二重層キャパシタと同様である。
すなわち、端板電極２１、中間電極２２、活性炭素繊維
２３、ゲル形電解質２４及びパッキン２５を有してお
り、これらを要素として図１に示す電気二重層キャパシ
タと同様に組み立てられている。本形態では、このよう
に組み立てた全体を２分割された外装ケース２８内に収
納してなり、この外装ケース２８をその中央部でボルト
２９、ナット３０により締結して密閉容器としている。
ここで、各セルを積層する際、外装ケース２８には予め
端板電極２１を組み込んでおき、集電端子３１の取出部
はエポキシ接着剤等で封止しておく。また、外装ケース
２８の接合部にはパッキン３２が介在させてあり、外装
ケース２８をボルト２９、ナット３０で締め付けると内
部のセル間シール及び外部の外装ケース２８間のシール
が同時に行われる。この外装ケース２８の材質は、強
度、絶縁性、電解質に対する耐薬品性があれば、他に特
別な限定はない。 【００１８】図４は上記第１及び第２の実施の形態に係
る電気二重層キャパシタのパッキンとして好適なパッキ
ン３３である第１の実施例を示す平面図（ａ）及びその
Ａ部の拡大図（ｂ）である。両図に示すように、このパ
ッキン３３は、内側にシールのためのゴムで形成した弾
性部３３ａと、この弾性部３３ａの変形を防止すべくそ
の外周面に沿って設けた樹脂枠３３ｂとからなる。この
樹脂枠３３ｂの材質は電解質に侵されるものでなければ
特別な限定はない。また、弾性部３３ａと樹脂枠３３ｂ
とは射出成形で製造する際、熱で溶着されるが、接合部
には機械強度は不要である。 【００１９】本実施例のようにゴムで形成した弾性部３
３ａに樹脂枠３３ｂを固着することでセルの積層時の位
置合わせが容易になる。 【００２０】図５は上記第１及び第２の実施の形態に係
る電気二重層キャパシタのパッキンとして好適なパッキ
ン３５である第２の実施例を示す縦断面図（ａ）及びそ
の拡大図（ｂ）である。両図に示すように、このパッキ
ン３５は、シールとスペーサとの機能を兼備するものと
して構成されている。すなわち、このパッキン３５は、
ある程度の柔軟性と、耐薬品性を兼備する材料、例えば
低密度ポリエチレンで好適に形成することができ、その
中央部には上下方向で相対向する位置に同形の凸部３５
ａ及び凹部３５ｂを有している。かくしてセルの積層時
には中間電極２２とパッキン３５とを交互に積層し、中
間電極２２の端部のアルミ泊部分を凸部３５ａと凹部３
５ｂとの間で変形させて各層のパッキン３５を密着させ
る。かかる状態でエンドプレートを兼ねる端板電極２１
を締付けボルト２６で締め上げることにより一体化す
る。 【００２１】本実施例のようにパッキン３５をシールと
スペーサとの機能を兼備するように構成すれば、セルを
積層して一体化した後、当該電気二重層キャパシタ内に
内圧が発生しても凹部３５ｂに嵌入された凸部３５が外
側に変形することにより自己シールされ電解液が外部に
漏れることはない。 【００２２】 【発明の効果】以上実施の形態とともに詳細に説明した
通り、〔請求項１〕に記載する発明では、各層のゲル形
電解質の外周部で各セル間に介在させることにより電解
液のシールと各層のスペーサとしての機能を兼備するパ
ッキンを設けるとともに、上下両端部で相対向する端板
電極間に複数の単一セルを挾持する構造とし、この端板
電極を締付けボルトで締めつけることにより各単一セル
を一体化して端板電極を集電端子及びエンドプレートと
して機能させるようにしたので、次の効果を得る。 従来技術の如き、枠材と中間電極の接着工程、積層
後の封止工程がなくなるので、製造コストを低減するこ
とができる。 積層体間から各セル毎の電圧測定が可能になり、不
良箇所のチエックを容易に行うことができる。 電気二重層キャパシタ内部の電解質を破壊しない程
度に加圧することで接触抵抗を低減できるので、パッキ
ン厚と締付けボルトの締付け力で電解質に対する加圧力
を調整することで電気二重層キャパシタの内部抵抗を低
減し得る。 エンドプレート自体が集電極となっているので、ケ
ーブルの接続を容易に行うことができる。 【００２３】〔請求項２〕に記載する発明は、複数積層
した単一セルを上下両端部で相対向する端板電極ととも
に２分割された外装ケース内に収納し、この外装ケース
を締付け固定することにより端板電極間に複数の単一セ
ルを締付け挾持して密閉するようにしたので、次の効果
を得る。 セル間のパッキンと外装ケースで二重にシールされ
ているので、信頼性が飛躍的に向上する。 集電端子は、必要最小限、外部に出ているだけであ
るため、絶縁対策、感電防止対策を容易にたてることが
できる。 【００２４】〔請求項３〕に記載する発明は、各層を構
成する単一セルのシールのための弾性部と、この弾性部
の変形を防止すべくその外周面に沿って設けた樹脂枠と
からなるパッキンを形成したので、次の効果を得る。 積層作業を行う際、パッキンがゴム等の軟性弾性部
材だけからなる場合には、柔軟性が高く、的確な位置決
めを行うことが困難であるが、本発明によれば樹脂枠に
より一定の剛性が確保され、パッキンの位置合わせを容
易に行うことができ、セルの積層作業を効率的に行うこ
とができる。 電気二重層キャパシタに内圧が発生した場合、外側
の樹脂枠で補強されたパッキンの弾性部のズレを防止し
得る。 【００２５】〔請求項４〕に記載する発明は、中央部の
上下方向で相対向する位置に同形の凸部及び凹部を有し
ており、セルの積層時に中間電極の端部を凸部と凹部と
の間で変形させて挟み込むように構成したので、中間電
極の自己シールを行うことができる。すなわち、当該電
気二重層キャパシタの内圧が上昇しても自己シールによ
り完全な封止を行うことができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電気二重層キ
ャパシタを示す縦断面図である。 【図２】図１に示す実施の形態に係る電気二重層キャパ
シタの製造工程を示すフローチャートである。 【図３】本発明の第２の実施の形態に係る電気二重層キ
ャパシタを一部切欠いて示す正面図である。 【図４】第１及び第２の実施の形態に係る電気二重層キ
ャパシタのパッキンとして好適なパッキンである第１の
実施例を示す平面図（ａ）及びそのＡ部の拡大図（ｂ）
である。 【図５】第１及び第２の実施の形態に係る電気二重層キ
ャパシタのパッキンとして好適なパッキンである第２の
実施例を示す縦断面図（ａ）及びその拡大図（ｂ）であ
る。 【図６】従来技術に係る電気二重層キャパシタ単位セル
を示す模式図である。 【図７】複数の単位セルを積層した従来技術に係る電気
二重層キャパシタを示す縦断面図である。 【符号の説明】 ２１ 端板電極 ２２ 中間電極 ２３ 活性炭繊維 ２４ ゲル形電解質 ２５ パッキン ２６ 締付けボルト ２８ 外装ケース ３３ パッキン ３３ａ 弾性部材 ３３ｂ 樹脂枠 ３５ パッキン ３５ａ 凸部 ３５ｂ 凹部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 電極間にゲル形電解質を挾持して形成す
   る単一セルを複数個積層してなる電気二重層キャパシタ
   において、 各層のゲル形電解質の外周部で各セル間に介在させるこ
   とにより電解液のシールと各層のスペーサとしての機能
   を兼備するパッキンを設けるとともに、上下両端部で相
   対向する端板電極間に複数の単一セルを挾持する構造と
   し、この端板電極を締付けボルトで締めつけることによ
   り各単一セルを一体化して端板電極を集電端子及びエン
   ドプレートとして機能させるようにしたことを特徴とす
   る電気二重層キャパシタ。 【請求項２】 電極間にゲル形電解質を挾持して形成す
   る単一セルを複数個積層してなる電気二重層キャパシタ
   において、 各層のゲル形電解質の外周部で各セル間に介在させるこ
   とにより電解液のシールと各層のスペーサとしての機能
   を兼備するパッキンを設けるとともに、上下両端部で相
   対向する端板電極とともに全体を２分割された外装ケー
   ス内に収納し、この外装ケースを締付け固定することに
   より端板電極間に複数の単一セルを締付け挾持して密閉
   するようにしたことを特徴とする電気二重層キャパシ
   タ。 【請求項３】 〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載す
   る電気二重層キャパシタにおいて、 パッキンは、各層を構成する単一セルのシールのための
   弾性部と、この弾性部の変形を防止すべくその外周面に
   沿って設けた樹脂枠とからなることを特徴とする電気二
   重層キャパシタ。 【請求項４】 〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載す
   る電気二重層キャパシタにおいて、 パッキンは、その中央部の上下方向で相対向する位置に
   同形の凸部及び凹部を有しており、セルの積層時に中間
   電極の端部を凸部と凹部との間で変形させて挟み込むよ
   うに構成したことを特徴とする電気二重層キャパシタ。