特開 2022-185642 電気二重層キャパシタおよびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022185642

(43)【公開日】2022-12-15

(54)【発明の名称】電気二重層キャパシタおよびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01G 11/80 20130101AFI20221208BHJP

【ＦＩ】

H01G11/80

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021093384

(22)【出願日】2021-06-03

(71)【出願人】

【識別番号】000190091

【氏名又は名称】ルビコン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001726

【氏名又は名称】弁理士法人綿貫国際特許・商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】石原 悠太

(72)【発明者】

【氏名】野澤 隆

(72)【発明者】

【氏名】海老名 貴人

(72)【発明者】

【氏名】安江 健太

【テーマコード（参考）】

5E078

【Ｆターム（参考）】

5E078AA06

5E078AA15

5E078AB02

5E078EA06

5E078HA05

(57)【要約】

【課題】有底筒状のケースに複数のキャパシタ素子を収納することで汎用性を高めつつ、短絡や漏れ電流増加を防止して信頼性を高めた構成の電気二重層キャパシタを提供する。
【解決手段】電気二重層キャパシタ１は、キャパシタ素子２ａ、キャパシタ素子２ｂ、封口体３およびケース４を備え、封口体３は、キャパシタ素子２ａとキャパシタ素子２ｂとを互いに隔てる隔壁部３ａが設けられている構成である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

端子が配されて電解液が導入されたキャパシタ素子と、前記端子が挿通された基部を有する封口体と、前記キャパシタ素子が複数配された状態の前記封口体を取付ける有底筒状のケースを備え、前記封口体は、各前記キャパシタ素子を互いに隔てる隔壁部が設けられていること
を特徴とする電気二重層キャパシタ。

【請求項2】

前記隔壁部は、前記ケースの内周面に接しているとともに、前記ケースの内底面に接していること
を特徴とする請求項１記載の電気二重層キャパシタ。

【請求項3】

前記隔壁部は、前記基部から延設した板状部の先端が接着剤によって前記ケースに接着されていること
を特徴とする請求項１または２記載の電気二重層キャパシタ。

【請求項4】

前記キャパシタ素子の数は２以上４以下であり、前記封口体は前記基部の厚み方向の中心線に対して回転対称形状であること
を特徴とする請求項１～３のいずれか一項記載の電気二重層キャパシタ。

【請求項5】

各前記キャパシタ素子は、前記端子として外部接続端子と相互接続端子とを有し、各前記相互接続端子が互いに接続されている構成であること
を特徴とする請求項１～３のいずれか一項記載の電気二重層キャパシタ。

【請求項6】

端子が配されて電解液が導入されたキャパシタ素子と、前記端子が挿通された基部を有する封口体と、前記キャパシタ素子が複数配された状態の前記封口体を取付ける有底筒状のケースを備えた電気二重層キャパシタの製造方法であり、前記端子を前記基部に挿通し各前記キャパシタ素子を前記封口体に設けた隔壁部を挟んで互いに隔てた状態にした後、各前記キャパシタ素子が配された状態の前記封口体を前記ケースに取付けること
を特徴とする電気二重層キャパシタの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気二重層キャパシタおよびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、仕切りが形成された直方体形状のハウジングに、キャパシタ素子を個別に仕切って収納するとともに前記ハウジング内で直列接続させた状態で蓋体を組み付けた構成の電気二重層キャパシタが提案されている（特許文献１：特開昭５９－１４１２１７号公報）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭５９－１４１２１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１記載のように直方体形状のハウジングは、全体サイズが必要以上に大きくなってしまい、汎用性に乏しい。他方、複数のキャパシタ素子を有底筒状のケースに収納しようとすると、各キャパシタ素子が互いに接触し、また、各キャパシタ素子に導入した電解液が互いに接触することになり、短絡や漏れ電流増加などが生じるという問題がある。そのため、複数のキャパシタ素子を有底筒状のケースに収納した構成は実用化できなかった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、有底筒状のケースに複数のキャパシタ素子を収納することで汎用性を高めつつ、短絡や漏れ電流増加を防止して信頼性を高めた構成の電気二重層キャパシタを提供することを目的とする。

【0006】

一実施形態として、以下に開示する解決手段により、前記課題を解決する。

【0007】

本発明に係る電気二重層キャパシタは、端子が配されて電解液が導入されたキャパシタ素子と、前記端子が挿通された基部を有する封口体と、前記キャパシタ素子が複数配された状態の前記封口体を取付ける有底筒状のケースを備え、前記封口体は、各前記キャパシタ素子を互いに隔てる隔壁部が設けられていることを特徴とする。

【0008】

この構成によれば、封口体に設けられた隔壁部によって各キャパシタ素子を互いに隔てることができるとともに、各キャパシタ素子に導入した電解液が互いに接触することが防止できる。よって、汎用性を高めつつ、短絡や漏れ電流増加を防止して信頼性を高めた構成にできる。

【0009】

前記隔壁部は、前記ケースの内周面に接しているとともに、前記ケースの内底面に接していることが好ましい。この構成によれば、第１のキャパシタ素子から染み出た第１の電解液と、第２のキャパシタ素子から染み出た第２の電解液とが絶縁できる。よって、短絡や漏れ電流増加の防止がより確実な構造になる。

【0010】

前記隔壁部は、前記基部から延設した板状部の先端が接着剤によって前記ケースに接着されていることが好ましい。この構成によれば、接着剤によって封口体がケースにより確実に固定できる。尚且つ、接着剤を介して封口体とケースとが接着されていることで短絡や漏れ電流増加の防止がより確実な構造になるとともに、封口体をケースに支持固定させることができるので、合理的な構造になる。

【0011】

一例として、前記キャパシタ素子の数は２以上４以下であり、前記封口体は前記基部の厚み方向の中心線に対して回転対称形状である。この構成により、生産性が向上し、より合理的な構成にできる。

【0012】

一例として、各前記キャパシタ素子は、前記端子として外部接続端子と相互接続端子とを有し、各前記相互接続端子が互いに接続されている構成である。一例として、各前記相互接続端子が前記基部に沿って互いに接続されている構成、または、各前記相互接続端子が前記隔壁部を横断して互いに接続されている構成、若しくは、各前記相互接続端子が前記隔壁部を貫通して互いに接続されている構成である。この構成により、第１のキャパシタ素子と第２のキャパシタ素子とを直列接続した状態で外部の基板等に電気接続できるので、ユーザにおける生産性が向上できる。

【0013】

本発明に係る電気二重層キャパシタの製造方法は、端子が配されて電解液が導入されたキャパシタ素子と、前記端子が挿通された基部を有する封口体と、前記キャパシタ素子が複数配された状態の前記封口体を取付ける有底筒状のケースを備えた電気二重層キャパシタの製造方法であり、前記端子を前記基部に挿通し各前記キャパシタ素子を前記封口体に設けた隔壁部を挟んで互いに隔てた状態にした後、各前記キャパシタ素子が配された状態の前記封口体を前記ケースに取付けることを特徴とする。

【0014】

この構成によれば、封口体に設けられた隔壁部によって各キャパシタ素子を互いに隔てた状態で封口体をケースに取付けて固定するので、汎用性を高めつつ、短絡や漏れ電流増加を防止して信頼性を高めた構成にできる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、有底筒状のケースに複数のキャパシタ素子を収納することで汎用性を高めつつ、短絡や漏れ電流増加を防止して信頼性を高めた構成の電気二重層キャパシタが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は本発明の実施形態に係る電気二重層キャパシタの概略構造を示す部分断面図である。

【図2】図２Ａはリード端子と正極箔並びにリード端子と負極箔との位置関係を示す概略の図であり、図２Ｂは正極箔、第１セパレータ、負極箔、第２セパレータの順に重ねて巻回している状態の概略の図である。

【図3】図３Ａは本実施形態の電気二重層キャパシタにおける第１例の概略の構造展開図であり、図３Ｂは図３Ａに示す電気二重層キャパシタの組立後の概略構造を示す部分断面図である。

【図4】図４Ａは本実施形態の電気二重層キャパシタにおける第２例に係る封口体の概略の平面図であり、図４Ｂは図４Ａに示す封口体の正面図であり、図４Ｃは図４Ａに示す封口体の底面図であり、図４Ｄは、図４Ａに示す封口体にキャパシタ素子を取付けた状態を示す正面図である。

【図5】図５Ａは本実施形態の電気二重層キャパシタにおける第３例に係る封口体の概略の平面図であり、図５Ｂは図５Ａに示す封口体の正面図であり、図５Ｃは図５Ａに示す封口体の底面図であり、図５Ｄは、図５Ａに示す封口体にキャパシタ素子を取付けた状態を示す正面図である。

【図6】図６Ａは本実施形態の電気二重層キャパシタにおける第４例に係る封口体の概略の平面図であり、図６Ｂは図６Ａに示す封口体の正面図であり、図６Ｃは図６Ａに示す封口体の底面図であり、図６Ｄは、図６Ａに示す封口体にキャパシタ素子を取付けた状態を示す正面図である。

【図7】図７Ａは本実施形態の電気二重層キャパシタにおける第５例に係る封口体の概略の平面図であり、図７Ｂは図７Ａに示す封口体の正面図であり、図７Ｃは図７Ａに示す封口体の底面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。図１は、本実施形態の電気二重層キャパシタ１の概略構造を示す部分断面図である。図２Ａと図２Ｂに示すように、電気二重層キャパシタ１は、集電体上に活性炭粉末を含んだペーストを塗布した電極箔のうちの正極箔８ａに端子５ａが配され、集電体上に活性炭粉末を含んだペーストを塗布した電極箔のうちの負極箔８ｃに端子５ｂが配され、正極箔８ａと負極箔８ｃの間にセパレータ８ｄまたはセパレータ８ｆを挟み、両電極箔を隔離して巻回した状態で、減圧等によって電解液２ｅを含浸したキャパシタ素子２ａと、同様の構造で端子６ａと端子６ｂが配されたキャパシタ素子２ｂと、封口体３とが収納された有底形状のケース４を備える。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

【0018】

図１の例では、ケース４の底部４ａは内部に接着剤７が配されており、封口体３の隔壁部３ａは接着剤７によってケース４に接着固定されている。また、封口体３の基部３ｂはケース４の開口部４ｂに嵌合されて支持固定されている。ケース４の開口部４ｂは封口体３によって封口されている。ケース４は有底筒状であり、アルミニウム等の金属からなる。封口体３は円柱形状の基部３ｂに板状の隔壁部３ａが延設された一体構造であり、絶縁性ゴム組成物または絶縁性樹脂組成物からなる。端子５ａ（端子６ａ）は、正極箔８ａに接合された状態で一例として外部の基板等に電気接続される。端子５ｂ（端子６ｂ）は、負極箔８ｃに接合された状態で一例として外部の基板等に電気接続される。端子５ａにおける引出し線部は、ＣＰ線やＣｕ線等からなり、丸棒部およびタブはアルミニウム等の導電性金属からなる。端子５ｂ，端子６ａ、端子６ｂについても同様の構造である。一例として、セパレータ８ｄ（８ｆ）は、セルロース繊維、または、耐熱性に優れたナイロンやポリプロピレン（ＰＰ）等の合成樹脂で形成されたものが適用される。

【0019】

封口体３の基部３ｂは、ケース４の内側形状に合わせた形状となっており、水分の浸入や電解液２ｅの漏液を防止する。そして、端子５ａの丸棒部と端子５ｂの丸棒部と端子６ａの丸棒部と端子６ｂの丸棒部とが各々挿通される貫通穴３ｃが基部３ｂに形成されている。一例として、封口体３はブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどの絶縁性ゴム組成物からなる。または、一例として、封口体３はエポキシ樹脂、フェニル樹脂、オレフィン樹脂、アクリル樹脂などの絶縁性樹脂組成物からなる。接着剤７は、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、紫外線硬化樹脂、嫌気性硬化樹脂、またはこれらを組み合わせた樹脂硬化物である。接着剤７は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェニル樹脂、オレフィン樹脂、その他既知の耐熱性樹脂が適用できる。

【0020】

一例として、封口体３における基部３ｂの厚みは、貫通穴３ｃの形成方向と同じ方向の厚みであって当該厚みは１[ｍｍ]以上８[ｍｍ]以下であり、好ましくは２[ｍｍ]以上７[ｍｍ]以下である。これにより、ケース４との嵌合強度を高めつつ、ケース４の内部有効空間を確保して小型サイズにすることが容易にできる。封口体３における隔壁部３ａは、一例として、基部３ｂの径方向に対して直交方向に延設している。一例として、封口体３における隔壁部３ａの厚みは、貫通穴３ｃの形成方向に対して直交または交差する方向の板状部の厚みであって当該厚みは０．１[ｍｍ]以上３[ｍｍ]以下であり、好ましくは０．５[ｍｍ]以上２[ｍｍ]以下である。これにより、ケース４との接着強度を高めつつ、ケース４の内部有効空間を確保して小型サイズにすることが容易にできる。

【0021】

（第１例）
図３Ａは本実施形態の電気二重層キャパシタ１における第１例の概略の構造展開図であり、図３Ｂは図３Ａに示す電気二重層キャパシタの組立後の概略構造を示す部分断面図である。続いて、第１例について、以下に説明する。

【0022】

一例として、キャパシタ素子２ａ（２ｂ）は、活性炭粉末とバインダーとを混合してペーストとし、このペーストをアルミニウム箔上に塗工し乾燥して電極箔とし、この電極箔のうち正極箔８ａに端子５ａ（６ａ）のタブを接合し、この電極箔のうち負極箔８ｃに端子５ｂ（６ｂ）のタブを接合し、正極箔８ａと負極箔８ｃの間にセパレータ８ｄまたはセパレータ８ｆを挟み、両電極箔を隔離し巻回してキャパシタ素子２ａ（２ｂ）を作製し、電解液２ｅを含浸する。電解液２ｅは、一例として、プロピレンカーボネートとトリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレートとが混合された混合液である。

【0023】

そして、電解液２ｅが導入されたキャパシタ素子２ａ（２ｂ）の端子５ａ（６ａ）と端子５ｂ（６ｂ）とを封口体３の基部３ｂにおける貫通穴３ｃにそれぞれ挿通し、キャパシタ素子２ａとキャパシタ素子２ｂとを封口体３に設けた隔壁部３ａを挟んで互いに隔てた状態にした後、底部に未硬化状態若しくは半硬化状態の接着剤７が配されたケース４に取付けて、基部３ｂをケース４の開口部に嵌合するとともに、隔壁部３ａにおける板状部の先端３ａ１に接着剤７をくっつけて、接着剤７を加熱などによって硬化する。そして、外装スリーブをケース４に取り付けて、後加工を適宜施す。

【0024】

この構成によれば、封口体３に設けられた隔壁部３ａによってキャパシタ素子２ａとキャパシタ素子２ｂとを互いに隔てた状態で封口体３をケースに取付けて固定するので、汎用性を高めつつ、短絡や漏れ電流増加を防止して信頼性を高めた構成にできる。ここで、外部接続端子は端子５ａ、端子５ｂ、端子６ａ並びに端子６ｂになる。

【0025】

なお、ケース４は、開口側の側面に横絞り部を形成しておいて封口体３の基部３ｂの挿入量を規制する位置決めにしてもよい。または、ケース４は、開口側の内径を大きくした段差を設けておいて封口体３の基部３ｂの挿入量を規制する位置決めにしてもよい。または、封口体３の基部３ｂの外周側面とケース４の開口側の内周側面とを接着剤７と同様の材質の接着剤によって接着してもよい。

【0026】

（第２例）
図４Ａは本実施形態の電気二重層キャパシタ１における第２例に係る封口体３の概略の平面図であり、図４Ｂは封口体３の正面図であり、図４Ｃは封口体３の底面図であり、図４Ｄは、封口体３にキャパシタ素子２ａおよびキャパシタ素子２ｂを取付けた状態を示す正面図である。続いて、第１例と共通する基本構造は適宜説明を省略しつつ、第２例について、以下に説明する。

【0027】

第２例の封口体３は、第１例と同じ構造である。電解液２ｅが導入されたキャパシタ素子２ａ（２ｂ）の端子５ａ（６ａ）と端子５ｂ（６ｂ）とを封口体３の基部３ｂにおける貫通穴３ｃにそれぞれ挿通し、キャパシタ素子２ａとキャパシタ素子２ｂとを封口体３に設けた隔壁部３ａを挟んで互いに隔てた状態にして、相互接続端子である端子５ｂと端子６ａとを接合した後、底部に未硬化状態若しくは半硬化状態の接着剤７が配されたケース４に取付けて、基部３ｂをケース４の開口部に嵌合するとともに、隔壁部３ａにおける板状部の先端３ａ１に接着剤７をくっつけて、接着剤７を加熱などによって硬化する。

【0028】

この構成によれば、第１のキャパシタ素子であるキャパシタ素子２ａと第２のキャパシタ素子であるキャパシタ素子２ｂとを直列接続した状態で外部の基板等に電気接続できるので、ユーザにおける生産性が向上できる。ここで、外部接続端子は端子５ａと端子６ｂになる。

【0029】

（第３例）
図５Ａは本実施形態の電気二重層キャパシタ１における第３例に係る封口体３の概略の平面図であり、図５Ｂは封口体３の正面図であり、図５Ｃは封口体３の底面図であり、図５Ｄは、封口体３にキャパシタ素子２ａおよびキャパシタ素子２ｂを取付けた状態を示す正面図である。続いて、第１例と共通する基本構造は適宜説明を省略しつつ、第３例について、以下に説明する。

【0030】

第３例の封口体３は、横溝付きの貫通穴１３ｃを有する点が第１例と異なる。電解液２ｅが導入されたキャパシタ素子２ａ（２ｂ）の端子５ａ（６ａ）と端子５ｂ（６ｂ）とを封口体３の基部３ｂにおける貫通穴３ｃと横溝付きの貫通穴１３ｃにそれぞれ挿通し、キャパシタ素子２ａとキャパシタ素子２ｂとを封口体３に設けた隔壁部３ａを挟んで互いに隔てた状態にして、相互接続端子である端子５ｂと端子６ａとを貫通穴１３ｃの横溝部にて接合した後、底部に未硬化状態若しくは半硬化状態の接着剤７が配されたケース４に取付けて、基部３ｂをケース４の開口部に嵌合するとともに、隔壁部３ａにおける板状部の先端３ａ１に接着剤７をくっつけて、接着剤７を加熱などによって硬化する。

【0031】

この構成によれば、第１のキャパシタ素子であるキャパシタ素子２ａと第２のキャパシタ素子であるキャパシタ素子２ｂとを直列接続した状態で外部の基板等に電気接続できて、相互接続端子が貫通穴１３ｃの横溝部にて接合されているので、ユーザにおける生産性がさらに向上できる。ここで、外部接続端子は端子５ａと端子６ｂになる。

【0032】

（第４例）
図６Ａは本実施形態の電気二重層キャパシタ１における第４例に係る封口体３の概略の平面図であり、図６Ｂは封口体３の正面図であり、図６Ｃは封口体３の底面図であり、図６Ｄは、封口体３にキャパシタ素子１２ａおよびキャパシタ素子１２ｂを取付けた状態を示す正面図である。続いて、第１例と共通する基本構造は適宜説明を省略しつつ、第４例について、以下に説明する。

【0033】

第４例の封口体３は、貫通穴３ｃが二箇所であって先端側に横溝２３ｃ付きの隔壁部３ａを有する点が第１例と異なる。電解液２ｅが導入されたキャパシタ素子１２ａ（１２ｂ）の端子５ａ（６ｂ）を封口体３の基部３ｂにおける貫通穴３ｃに挿通し、キャパシタ素子１２ａとキャパシタ素子１２ｂとを封口体３に設けた隔壁部３ａを挟んで互いに隔てた状態にして、相互接続端子である端子１５ｂと端子１６ａとを隔壁部３ａの先端側の横溝２３ｃにて接合した後、底部に未硬化状態若しくは半硬化状態の接着剤７が配されたケース４に取付けて、基部３ｂをケース４の開口部に嵌合するとともに、隔壁部３ａにおける板状部の先端３ａ１に接着剤７をくっつけて、接着剤７を加熱などによって硬化する。

【0034】

この構成によれば、第１のキャパシタ素子であるキャパシタ素子１２ａと第２のキャパシタ素子であるキャパシタ素子１２ｂとを直列接続した状態で外部の基板等に電気接続できて、相互接続端子が内部の横溝部にて接合されているので、ユーザにおける生産性がより一層向上できる。ここで、外部接続端子は端子５ａと端子６ｂになる。

【0035】

（第５例）
図７Ａは本実施形態の電気二重層キャパシタ１における第５例に係る封口体３の概略の平面図であり、図７Ｂは封口体３の正面図であり、図７Ｃは封口体３の底面図である。続いて、第１例と共通する基本構造は適宜説明を省略しつつ、第５例について、以下に説明する。

【0036】

第５例の封口体３は、貫通穴３ｃが八箇所であって板状で十字形状または板状でＸ形状の隔壁部３ａを有する点が第１例と異なる。電解液２ｅが導入されたキャパシタ素子は全部で４つあって、各端子を封口体３の基部３ｂにおける貫通穴３ｃにそれぞれ挿通し、各キャパシタ素子を封口体３に設けた隔壁部３ａを挟んで互いに隔てた状態にした後、底部に未硬化状態若しくは半硬化状態の接着剤７が配されたケース４に取付けて、基部３ｂをケース４の開口部に嵌合するとともに、隔壁部３ａにおける板状部の先端３ａ１に接着剤７をくっつけて、接着剤７を加熱などによって硬化する。

【0037】

この構成によれば、全部で４つのキャパシタ素子を外部の基板等に電気接続できるので、さらに大容量の電気二重層キャパシタ１や、さらに高耐圧の電気二重層キャパシタ１にできる。

【0038】

上述の例では、キャパシタ素子を直列接続する例を説明したがこの例に限定されない。キャパシタ素子は並列接続する場合がある。また、上述の例では、ケースは有底筒状であって円筒状の例を説明したがこの例に限定されない。ケースは有底筒状であって立方体形状や多角形の立体形状にすることもできる。端子は外部接続する端部を折り曲げるなど面実装に対応した形状にすることもできる。

【0039】

本発明は、上述の実施例に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更が可能である。

【符号の説明】

【0040】

１ 電気二重層キャパシタ
２ａ、２ｂ キャパシタ素子
２ｅ 電解液
３ 封口体、３ａ 隔壁部、 ３ｂ 基部、３ｃ 貫通穴
４ ケース、４ａ 底部、４ｂ 開口部
５ａ、５ｂ 端子
６ａ、６ｂ 端子
７ 接着剤
８ａ 正極箔、８ｃ 負極箔
８ｄ、８ｆ セパレータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】