JP2006279078A

JP2006279078A - 電気二重層コンデンサ

Info

Publication number: JP2006279078A
Application number: JP2006188442A
Authority: JP
Inventors: Yoshikatsu Kimura; 好克木村
Original assignee: Elna Co Ltd
Current assignee: Elna Co Ltd
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】静電容量の大きくかつ生産効率に優れた電気二重層コンデンサを提供する。
【解決手段】引出しリードを固着した金属箔と、その金属箔の両面に分極性電極材料を塗布してなる第１分極性電極層と、一方の第１分極性電極層上にのみ分極性電極シートを積層してなる第２分極性電極層とからなる分極性電極を、第２分極性電極層同士が対向するよう配置し、かつ分極性電極間に絶縁性のセパレータを介在させて積層したコンデンサ素子に電解液を含浸し、このコンデンサ素子を有底筒状の金属ケース内に収納し、封口体にて封口して電気二重層コンデンサとした。
【選択図】図１

Description

本発明は分極性電極を用いた電気二重層コンデンサに関する。

電気二重層コンデンサは、例えばアルミニウムである金属箔の表面に分極性電極層（例えばカ−ボン層）を設けた分極性電極間にセパレ−タを介在させて巻回し、または積層したコンデンサ素子に電解液を含浸し、このコンデンサ素子を有底筒状の金属ケ−ス内に収納し、開口部を絶縁性の封口体にて封口し、両分極性電極に接続された引出しリ−ドをそれぞれ封口体の貫通孔から外に引き出した構造を有する。

上記の構造を有する電気二重層コンデンサの分極性電極は、電気化学的にエッチング処理してなる金属箔に分極性電極材料、例えば活性炭粉末およびカ−ボンブラックを含有するカ−ボン系塗料を塗布して分極性電極層を形成して分極性電極としたものや、表面をエッチング処理した金属箔に分極性電極シート、例えば活性炭粉末およびカ−ボンブラックをバインダとともに混練し、圧延した分極性電極シートを導電性の接着剤で貼り付けて分極性電極としたものなどがある。

金属箔に分極性電極材料を塗布してなる分極性電極は、分極性電極材料を塗布する厚さが厚いと分極性電極層（カ−ボン層）が脱落するおそれがあるため、塗布できる厚さに限界があった。そのため分極性電極層は厚さが薄く、単位面積当たりの静電容量を大きくとれなかった。一方、金属箔に分極性電極シートを貼り付けた分極性電極は単位面積当たりの静電容量を大きくとれる反面、電気二重層コンデンサの電気的特性の維持などのために金属箔と分極性電極シートとを導電性接着剤を用いて貼り付ける必要があるので手間がかかり、製造上効率的でなかった。

本発明は、静電容量が大きくかつ生産効率に優れた分極性電極を用いた電気二重層コンデンサを提供することを目的としている。

本発明に係る電気二重層コンデンサは、引出しリードを固着した金属箔と、その金属箔の両面に分極性電極材料を塗布してなる第１分極性電極層と、一方の第１分極性電極層上にのみ分極性電極シートを積層してなる第２分極性電極層とからなる分極性電極を、第２分極性電極層同士が対向するよう配置し、かつ分極性電極間に絶縁性のセパレータを介在させて積層したコンデンサ素子に電解液を含浸し、このコンデンサ素子を有底筒状の金属ケース内に収納し、封口体にて封口したことを特徴とする。

本発明では、第１分極性電極層と第２分極性電極層とがともに活性炭粉末などからなっているために、第１分極性電極層と第２分極性電極層との間に導電性接着剤を用いることなく電気二重層コンデンサの電気的特性などを維持できるので、静電容量の大きな電気二重層コンデンサが効率よく製造できる。

本発明に係る分極性電極を用いた電気二重層コンデンサの一実施例を図１および図２に示して説明する。
本発明の電気二重層コンデンサ１の陰極側の金属箔２および陽極側の金属箔３には機械的、化学的または電気化学的、好ましくは電気化学的に表面をエッチング処理したステンレス、銅、ニッケル、タンタル、ニオブ、アルミニウムまたはこれらの合金などから選択した金属、好ましくはアルミニウムを用いるのがよい。

陰極側の金属箔２と陽極側の金属箔３とは、ともにエッチング後の厚さが５μｍ〜１５０μｍであることが好ましく、厚さが５μｍ未満では強度不足で破損しやすくて好ましくない。逆に、金属箔２、３の厚さが１５０μｍを超えると電気二重層コンデンサの体積効率が悪くなるとともに巻回させるのに適切な弾性ではなくなるので好ましくない。

陰極側の金属箔２の片面および陽極側の金属箔３の片面にそれぞれ分極性電極材料を塗布し、ロールコータなどで圧延し、乾燥させて第１分極性電極層４、５を形成する。
第１分極性電極層４、５を形成するための分極性電極材料は活性炭粉末、カーボンブラック、黒鉛、金属粉、半導体材料または炭素を主体とする高分子物質、導電性無機物もしくは導電性有機物（ポリアセン、ポリアセチレン、ポリアニリン）などから単独または複数選択したもの、好ましくはカーボンブラックと活性炭粉末とからなったものにポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのバインダを混練させ、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）やアルコールなどの溶剤を混合させたものを用いるのが好ましい。

第１分極性電極層４、５は、乾燥時の厚さが２０μｍ〜１００μｍであることが好ましく、厚さが２０μｍ未満では単位面積当たりの静電容量が小さくなり、逆に１００μｍを超えると金属箔２、３から第１分極性電極層４、５が脱落しやすいので好ましくない。

次に、第１分極性電極層４、５上に分極性電極シートを積層して第２分極性電極層６、７とし、本発明の分極性電極とする。
分極性電極シートは例えばカーボンブラック、活性炭およびＰＴＦＥなどのフッ素系のバインダを混練させて厚さ１００μｍ〜１０００μｍに形成したものを用いるのが好ましく、厚さが１００μｍ未満では強度不足であり、１０００μｍを超えると抵抗が増大するので好ましくない。なお、フッ素系のバインダに代えてゴム系のバインダを用いてもよい。

上記構造を有する分極性電極には、金属箔２、３に引出しリード８、９をカシメ法などによって固着し、分極性電極を第２分極性電極層６、７同士が対向するよう配置し、かつ分極性電極間に絶縁性のセパレータ１０、１１を介在させて巻回し、または積層したコンデンサ素子１２にプロピレンカーボネイトにテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレイトを溶解してなる非水電解液を始めとする電解液を含浸し、このコンデンサ素子１２を有底筒状の金属ケース１３内に収納し、ゴムなどの封口体１４にて封口し、封口体１４の貫通孔から引出しリード８、９を引出して本発明の電気二重層コンデンサ１とする。

図２に示した分極性電極は、金属箔２、３の片面に第１分極性電極層４、５を形成し、その上に第２分極性電極層６、７を形成した構造を有するが、本発明に係る分極性電極は図３に示すように金属箔２、３の両面に第１分極性電極層４ａ、４ｂ、５ａおよび５ｂを形成し、それらの上に第２分極性電極層６ａ、６ｂ、７ａおよび７ｂを形成するようにしてもよい。

さらには、図４に示すように金属箔２、３の両面に第１分極性電極層４ａ、４ｂ、５ａおよび５ｂを形成し、それらの一方の第１分極性電極層４ａ、５ａ上にのみ第２分極性電極層６ａ、７ａを形成するようにしてもよい。

＜実施例１＞
表面を電気化学的にエッチング処理した厚さ５０μｍのアルミニウム箔の片面に活性炭粉末８０ｗｔ％、カーボンブラック１０ｗｔ％およびＰＶＤＦ１０ｗｔ％を混練し、同量のＮＭＰに分散溶解させた分極性電極材料を塗布し、ロールコータで圧延し、温度２００℃で乾燥して厚さ１００μｍの第１分極性電極層を形成した。次に、アルミニウム箔の露出面に引出しリードをカシメ法によって固着した。その後、活性炭粉末８０ｗｔ％、カーボンブラック１０ｗｔ％およびＰＴＦＥ１０ｗｔ％を混練して厚さ５００μｍとした分極性電極シートを第１分極性電極層上に積層して第２分極性電極層を形成し、分極性電極とした。

上記分極性電極を２枚用意して一方を陰極側分極性電極とし、他方を陽極側分極性電極として第２分極性電極層同士を対向させて配置し、分極性電極間に厚さ５０μｍのマニラ紙をセパレータとして介在させて巻回し、コンデンサ素子とした。次に、コンデンサ素子を温度１００℃で１５時間乾燥させ、このコンデンサ素子にプロピレンカーボネイトにテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレイトを溶解させた非水系電解液を含浸した後に、有底筒状のアルミニウムケースに収納し、ゴム封口体で封口し、ゴム封口体の貫通孔から引出しリードをそれぞれ引出して電気二重層コンデンサとした。この電気二重層コンデンサは、直径が８ｍｍ、高さが２１ｍｍで、定格電圧は２．５Ｖ、静電容量は１Ｆであり、これを１０個作製した。

＜実施例２＞
分極性電極シートの電極材料の活性炭粉末を７０ｗｔ％、カーボンブラックを２０ｗｔ％、ＰＴＦＥを１０ｗｔ％とした以外は実施例１と同様にして電気二重層コンデンサを１０個作製した。

＜比較例１＞
エッチング処理した厚さ５０μｍのアルミニウム箔の片面に、実施例１の分極性電極シートと同じ組成の厚さ５００μｍの分極性電極シートを黒鉛が含まれた導電性の接着剤（ドータイト）を用いて貼り付けて分極性電極とした。それを２枚用意して実施例１と同様の電気二重層コンデンサを１０個作製した。

＜比較例２＞
エッチング処理した厚さ５０μｍのアルミニウム箔の片面に、実施例１と同じ分極性電極材料を塗布し、ロールコータで圧延し、温度２００℃で乾燥して厚さ１００μｍの分極性電極層を形成して分極性電極とした。これを２枚用意して分極性電極層同士を対向させて配置し、分極性電極間にセパレータを介在させて巻回してコンデンサ素子とした以外は、実施例１と同様の電気二重層コンデンサを１０個作製した。

実施例１、実施例２、比較例１および比較例２の各１０個の電気二重層コンデンサの静電容量および内部抵抗を測定した。その平均値を表１に示す。

実施例１および実施例２の電気二重層コンデンサは、分極性電極材料を塗布して形成した分極性電極層のみを有する比較例２の電気二重層コンデンサより、静電容量がはるかに大であることがわかる。また分極性電極シートを導電性の接着剤で貼り付けてなる比較例１の電気二重層コンデンサと比べても分極性電極シートを導電性接着剤にて貼り付けることが不要であり、しかも静電容量が改善されている。また、実施例１および実施例２の電気二重層コンデンサの内部抵抗は、比較例１および比較例２よりも低く優れている。

上述した実施例では長尺状の分極性電極とセパレータを巻回した巻回型の電気二重層コンデンサについて詳述したが、本発明は短冊状の分極性電極とセパレータを多層に積層した積層型の電気二重層コンデンサに適用することもできる。

本発明の電気二重層コンデンサを一部破断し分解して示す図。本発明の分極性電極の構造を模式的に示す断面図。本発明の分極性電極の構造の他の例を模式的に示す断面図。本発明の分極性電極の構造のさらなる他の例を模式的に示す断面図。

符号の説明

１電気二重層コンデンサ
２、３金属箔
４、４ａ、４ｂ、５、５ａ、５ｂ第１分極性電極層
６、６ａ、６ｂ、７、７ａ、７ｂ第２分極性電極層
８、９引出しリード
１０、１１セパレータ
１２コンデンサ素子
１３金属ケース
１４封口体

Claims

引出しリードを固着した金属箔と、その金属箔の両面に分極性電極材料を塗布してなる第１分極性電極層と、一方の第１分極性電極層上にのみ分極性電極シートを積層してなる第２分極性電極層とからなる分極性電極を、第２分極性電極層同士が対向するよう配置し、かつ分極性電極間に絶縁性のセパレータを介在させて積層したコンデンサ素子に電解液を含浸し、このコンデンサ素子を有底筒状の金属ケース内に収納し、封口体にて封口したことを特徴とする電気二重層コンデンサ。