JPH1050556A

JPH1050556A - 電気二重層コンデンサ

Info

Publication number: JPH1050556A
Application number: JP8206095A
Authority: JP
Inventors: Michio Okamura; 廸夫岡村; Masaaki Yamagishi; 政章山岸; Yoshio Imajima; 義夫今島
Original assignee: OKAMURA KENKYUSHO KK; POWER SYST KK; Jeol Ltd; Okamura Laboratory Inc
Current assignee: OKAMURA KENKYUSHO KK; POWER SYST KK; Jeol Ltd; Okamura Laboratory Inc
Priority date: 1996-08-05
Filing date: 1996-08-05
Publication date: 1998-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】大容量の電気二重層コンデンサの集電極とコ
ンデンサ端子との間において充分に低い内部抵抗を実現
する。【解決手段】電気二重層を生じる正負の分極性電極と
該分極性電極から電荷を引き出す金属の箔あるいは網か
らなる集電極とセパレータからなり集電極を外部端子部
に接続する電気二重層コンデンサ５で、集電極６の束を
該集電極と同一材料の金属板４で両側から挟んで溶接３
を行い金属板４により集電極６の束とコンデンサ外部端
子部あるいは内部のサブ端子部を接続する。溶接は、集
電極の束を挟んだ金属板を両側から圧接して行い、集電
極の束は、先端を切断して端面を揃えてから溶接を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する利用分野】本発明は、電気二重層を生じ
る正負の分極性電極と該分極性電極から電荷を引き出す
金属の箔あるいは網からなる集電極とセパレータからな
り前記集電極を外部端子部に接続する電気二重層コンデ
ンサに関し、特に、一般の電池に匹敵する高いエネルギ
ー密度と、電池以上の高い出力密度を兼ね備えた新しい
電気二重層コンデンサの端子構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電気二重層コンデンサは、同程度
の耐電圧のアルミ電解コンデンサと比較すると、静電容
量密度では数桁大きな容量が得られる。しかし、蓄積で
きるエネルギー量から見ると、電気二重層コンデンサ
は、二次電池の代表である鉛電池に比較して、１９９３
年の時点で貯蔵可能な重量当たり電力量がおおよそ１／
２０程度であった。また、電気二重層コンデンサは、物
理的な蓄電原理により、本質的に短時間にエネルギーを
効率良く充放電できる性質を備えており、二次電池に比
べて非常に有利な点である。

【０００３】この電気二重層コンデンサが二次電池に比
べて有利な点に着目して、例えば電気自動車等のように
急速な充放電が必要な用途においては、コンデンサをバ
ッテリーと並列に接続して使用するいわゆるバッテリー
・アシスト技術や、そこに使う電力用と称した内部抵抗
の低い電気二重層コンデンサの研究が各方面で行われて
いる。

【０００４】これらの研究とは別に、本願の発明者等の
研究（例えば岡村廸夫：電力用蓄電装置の基礎的研究、
電気学会、論文誌 Vol.115B No.5、p504-510、1995) に
よって従来より遙にエネルギー密度の高い電気二重層コ
ンデンサが製造できるようになり、さらにこの電気二重
層コンデンサと電子回路とを組み合わせることによって
鉛電池を越える性能の電力貯蔵装置が製作できるように
なった。

【０００５】図７は従来の電気二重層コンデンサの構造
の一例を示す図、図８は電気二重層コンデンサの基本的
な構成の一例を模式的に示す図である。図７Ａに示す構
造の電気二重層コンデンサ１１は、その製法から巻回型
（英語ではロールパン型）等と呼ばれ、正負のコンデン
サ電極１２からの引出し線１３もアルミ電解コンデンサ
に見られるように端子１４までリードで接続する構造の
ものが小規模に生産されている。図７Ｂに示す構造の電
気二重層コンデンサ２１は、サンドウイッチのように積
み重ねた形であることから積層型と呼ばれることがあ
る。この電気二重層コンデンサ２１の電極２２から端子
２４への引出し線２３は、図７Ａと同じ方法でもよい
が、図では後述するように引出し用電極の端部の形状を
工夫してそのまま端子部まで導いた例を示している。

【０００６】電気二重層コンデンサの基本的な構成は、
例えば図８に示すように分極性電極３１と集電極３２と
セパレータ３３からなる。分極性電極３１は、活性炭を
用いたものであり、この活性炭を用いた分極性電極３１
の微細で大きな表面に電気二重層が生じる。集電極３２
は、正極および負極の外部端子３５と分極性電極３１と
を接続する薄いアルミ箔あるいは網からなるものであ
る。セパレータ３３は、電解液の中のイオンだけを通過
させて正負の分極性電極３１が接触しないように分離す
るものである。

【０００７】電気二重層コンデンサは、このような電極
セット全体に電解液を含浸させてコンデンサとするもの
であり、電解液には、水性のものと非水性すなわち有機
電解液を用いる方法とがあるが、本願においては、エネ
ルギ密度において水性電解液より２〜３倍有利な有機電
解液を用いたものを対象とする。

【０００８】電気二重層コンデンサにおいて、集電極か
ら外部端子まで電荷を取り出す方法にはいろいろと考案
されているが、図７Ｂに示した構造の電気二重層コンデ
ンサ２１は、図８に示したアルミ性の集電極３２の形状
を工夫し、電極の端部を延長してそのまま外部端子３５
まで導いて接続する例を示している。集電極がアルミの
場合の接続方法は、超音波溶接のほか、圧接（圧着）に
よる固相接合、バーリングと組み合せたカシメなど、従
来からあるアルミ電解コンデンサの引き出しタブの高信
頼接続技術が利用できる。バーリングとは、図９に示す
ように端子４１と薄板４２との接続面積確保のために行
われる突き出し加工である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】高エネルギー密度を持
った電気二重層コンデンサを得るには、ケース内にでき
るだけ多くの電極を充填する必要があることから、巻回
型より充填率の高い積層型が望ましい。図１０はコンデ
ンサ外部端子に接続するために引き出された集電極の接
続処理の概念を示す図であり、大型コンデンサでは、積
層数は数１０〜数１００組となり集電極（負極集電極５
１、正極集電極５２）の枚数もほぼ同数となる。その結
果、これだけの枚数のアルミ箔からなる総ての集電極５
１、５２を外部端子５３に確実に接続することが不可欠
になる。

【００１０】しかし、従来のアルミ電解コンデンサの電
極用タブ（引き出し用リード）は通常１〜１０枚であ
り、数１０μｍ〜数１００μｍの薄いアルミ箔を数１０
枚〜数１００枚束ねて全ての集電極を端子部に接続する
ようなものはなかった。そのため、このような多数枚の
アルミ箔を束ねて全ての集電極を確実に端子部に接続す
る信頼性の高い接続技術が望まれ、この部分が高エネル
ギ密度を持った電気二重層コンデンサを製作する上で課
題となっている。

【００１１】一方、電気自動車用二次電池の代わりに、
電子回路と電気二重層コンデンサとを組み合わせた電力
貯蔵システムの研究（例えば岡村廸夫、山岸政章：新し
い物理電池ＥＣＳを応用したハイブリッド式電気自動車
の基礎的な研究、信学技報 Vol.96, No.32, p25-32, 19
96) から、コンデンサの引き出し線の抵抗成分をコンデ
ンサ自体の内部抵抗に比べて同等以下、好ましくは１／
５以下に抑えることができれば、実用となる特性を備え
たハイブリッド自動車が実現できることが判った。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するものであって、大容量の電気二重層コンデンサ
の集電極とコンデンサ端子との間において充分に低い内
部抵抗を実現するものである。

【００１３】そのために本発明は、電気二重層を生じる
正負の分極性電極と該分極性電極から電荷を引き出す金
属の箔あるいは網からなる集電極とセパレータからなり
前記集電極を外部端子部に接続する電気二重層コンデン
サにおいて、前記集電極の束を該集電極と同一材料の金
属板で両側から挟んで溶接を行い前記金属板により前記
集電極の束とコンデンサ外部端子部あるいは内部のサブ
端子部を接続することを特徴とするものである。

【００１４】また、前記溶接は、前記集電極の束を挟ん
だ前記金属板を両側から圧接して行い、前記集電極の束
は、先端を切断して端面を揃えてから溶接を行うことを
特徴とするものである。

【００１５】

【実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面を参照
しつつ説明する。図１は本発明に係る電気二重層コンデ
ンサの実施の形態を示す図であり、１は銅板治具、２は
挟み込む力、３は溶接部、４はアルミ厚板、５はコンデ
ンサ本体、６はアルミ箔リード、７は溶接部を示す。

【００１６】図１において、コンデンサ本体５は、集電
極、分極性電極、セパレータからなり、アルミ箔リード
６は、アルミ箔状の集電極のリードであり、アルミ厚板
４は、アルミ箔リード６の束をコンデンサ端子（あるい
は端子につながるサブ端子）として挟むものである。銅
板治具１は、アルミ箔リード６とアルミ厚板４とを挟み
込み拘束する段付の治具であり、挟み込む力２は少なく
ともアルミ箔リード６とアルミ厚板４との間に間隙が生
じない程度とする。そして、アルミ箔リード６の束とア
ルミ厚板４を銅板治具１から少し出した状態として、こ
の出た部分を溶接部３とし、図１Ｂに示す接合断面図の
ように溶接部７を形成する。このとき、アルミ箔リード
６の束は、先端を切断して端面を揃えてから溶接を行う
ようにするとよい。溶接としては、ＴＩＧ溶接（Tungst
en Inert Gas溶接：アルゴンやヘリウムなど不活性ガス
雰囲気中でタングステン電極を用いるアーク溶接）やレ
ーザー溶接、さらにはプラズマ溶接、電子ビーム溶接そ
の他上方から熱源を与える溶接が採用される。

【００１７】このようにアルミ箔リード６の束とそれを
挟むアルミ厚板４の先端を溶接面にし、その溶接面を段
付の銅板治具１から少し出して挟み込むので、アルミ箔
リード６の束をその先端部でアルミ厚板４と共に溶接す
る場合、アルミ箔リード６の束とアルミ厚板４の銅板治
具１で挟まれた部分は、熱伝導により治具側へ熱が逃
げ、溶融温度に達することはない。従って、アルミ箔リ
ード６として熱容量の小さな箔を使用しても、溶接途中
で溶融損傷を受けるのを防ぐことができ、アルミ箔リー
ド６とアルミ厚板４とを完全に接続することが可能とな
る。また、アルミ厚板４の板厚は、加圧時に耐え得る機
械的強度を持ち、溶接時の溶融プールが吹き飛ばされな
いよう保持できる厚さ以上あれば良い。具体的に、溶接
の必要条件からアルミ厚板４の板厚は０．５〜１ｍｍあ
れば溶融部の制御が可能となる。

【００１８】数１０〜数１００枚のアルミ箔製の集電極
を束ねて、電気的接続を長期間にわたり安定に保つ信頼
性高い接続方法としては、出力の大きな超音波溶接機器
を用いる方法がある。しかし、この方法によれば、接続
ポイントの大きさやコンデンサ端子まで引き出されたア
ルミ箔のリード部分の抵抗値は、これまでの研究（前出
の研究論文）によれば無視できない値である。

【００１９】この条件を満足させるには、分極性電極か
らの電荷を取り出す集電極のリード部分の抵抗値を如何
に小さくするかが重要なポイントであることが判った。
これには次の３つの要素リード自体の電気抵抗を小さくするリード接続部の接続抵抗を低減する接続部分をコンパクトにまとめるがあり、要するに、集電極とコンデンサ端子との間の電
気抵抗を小さくすることである。上記本発明によれば、
アルミ箔リード６の束をその先端部でアルミ厚板４と共
に溶接するので、大容量の電気二重層コンデンサにおい
て、上記のようにその内部抵抗が充分に低くできない原
因となっている「集電極とコンデンサ端子間の電気抵
抗」を最小にして、しかもコンパクトに接続する方法を
提供とすることができる。

【００２０】図２はアルミ厚板４をそのまま最短距離で
コンデンサ端子にした本発明の他の実施の形態を示す図
であり、アルミ厚板４において溶接部７の外側に延ばし
て立ち上がるようにしたコンデンサ端子４′を設けてい
る。また、図３はアルミ箔リード６の長さをできるだけ
短くするために幾つかに分割した本発明の他の実施の形
態を示す図であり、アルミ箔リード６を分割し、それぞ
れのアルミ箔リード６の束をアルミ厚板４で挟んで溶接
すると共に、アルミ厚板４を隣接する溶接部で連結する
ようにしている。

【００２１】図４はアルミ厚板４で挟まれたアルミ箔リ
ード６の束を圧接（圧着）するようにした本発明の他の
実施の形態を示す図であり、アルミ厚板４で挟まれたア
ルミ箔リード６の束を凸部を持つ加圧治具８で圧接（圧
着）することにより接合面の電気抵抗を更に少なくなる
ように工夫したものである。この場合、接合面が増すこ
とにより機械的な強度の向上にも貢献する効果がある。

【００２２】図５はアルミ厚板４で挟まれたアルミ箔リ
ード６の束全体を加圧治具８で圧接（圧着）する本発明
の他の実施の形態を示す図であり、次に銅板治具１で挟
み込みＴＩＧ溶接やレーザー溶接をする方法で、溶接の
安定性と接合抵抗値を最小にする工夫をした発明であ
る。

【００２３】前に述べた図１の方法では銅板治具１から
飛び出した部分の箔は密着していない。この状態で加熱
されると、アルミ箔は熱容量が小さいため外側の厚板が
溶融するまでに溶け出して、アークで吹き飛ばされ易い
欠点があるが、図５に示すように予め接合部を圧接８す
る工程を取り入れることにより接合部は一体となり、溶
接熱源による溶け込み形態は一枚の板と同様になるとい
う効果がある。

【００２４】図６は本発明を巻回型コンデンサに応用し
た場合の実施の形態を示す図である。巻回型コンデンサ
の場合は積層型のように集電極の位置を揃えて取り出す
ことがなかなか困難であるが、フィルムコンデンサの一
部にその例が見られる「箔はみ出し型」の構造を取るこ
とにより、同一極性の集電極を揃えることができ、そこ
に本発明を応用して箔はみ出し部を同一材料の金属板で
挟みさらには圧接して溶接することにより図示のような
低抵抗の端子構造９が実現できる。

【００２５】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上
記実施の形態では、集電極６としてアルミ箔を例に説明
したが、ステンレスなどの溶接可能な金属であってもよ
いし、同様にアルミ厚板４はステンレスの板でもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、集電極の束を該集電極と同一材料の金属板で
両側から挟んで溶接を行い金属板により集電極の束とコ
ンデンサ外部端子部あるいは内部のサブ端子部を接続す
るので、「集電極とコンデンサ端子間の電気抵抗」を最
小にして、しかもコンパクトに接続することができる。
したがって、大容量の電気二重層コンデンサにおいて、
その内部抵抗が充分に低くできなかった原因を除去する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電気二重層コンデンサ端子の実
施の形態を示す図である。

【図２】アルミ厚板をそのまま最短距離でコンデンサ
端子にした本発明の他の実施の形態を示す図である。

【図３】アルミ箔リードを分割した本発明の他の実施
の形態を示す図である。

【図４】アルミ厚板で挟まれたアルミ箔リードの束を
圧接（圧着）するようにした本発明の他の実施の形態を
示す図である。

【図５】アルミ厚板で挟まれたアルミ箔リードの束全
体を加圧治具で圧接（圧着）する本発明の他の実施の形
態を示す図である。

【図６】本発明を巻回型コンデンサに応用した場合の
実施の形態を示す図である。

【図７】従来の電気二重層コンデンサの構造の一例を
示す図である。

【図８】電気二重層コンデンサの基本的な構成の一例
を模式的に示す図である。

【図９】バーリングを説明するための図である。

【図１０】コンデンサ外部端子に接続するために引き
出された集電極の接続処理の概念を示す図である。

【符号の説明】

１…銅板治具、２…挟み込む力、３…溶接部、４…アル
ミ厚板、５…コンデンサ本体、６…アルミ箔リード、７
…溶接部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山岸政章神奈川県横浜市金沢区福浦１丁目１番地１号株式会社パワーシステム内 (72)発明者今島義夫神奈川県厚木市戸室５丁目31番３号東芝プラント建設株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気二重層を生じる正負の分極性電極と
該分極性電極から電荷を引き出す金属の箔あるいは網か
らなる集電極とセパレータからなり前記集電極を外部端
子部に接続する電気二重層コンデンサにおいて、前記集
電極の束を該集電極と同一材料の金属板で両側から挟ん
で溶接を行い前記金属板により前記集電極の束とコンデ
ンサ外部端子部あるいは内部のサブ端子部を接続するこ
とを特徴とする電気二重層コンデンサ。
【請求項２】前記溶接は、前記集電極の束を挟んだ前
記金属板を両側から圧接して行う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。
【請求項３】前記集電極の束は、先端を切断して端面
を揃えてから溶接を行う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。