特許 7272859 巻回形コンデンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-01

(45)【発行日】2023-05-12

(54)【発明の名称】巻回形コンデンサ

(51)【国際特許分類】

   H01G 9/048 20060101AFI20230502BHJP

   H01G 11/78 20130101ALI20230502BHJP

   H01G 13/02 20060101ALI20230502BHJP

   H01G 11/26 20130101ALI20230502BHJP

【ＦＩ】

H01G9/048 C

H01G11/78

H01G13/02 301B

H01G11/26

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019092816

(22)【出願日】2019-05-16

(65)【公開番号】P2020188193

(43)【公開日】2020-11-19

【審査請求日】2021-11-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000004606

【氏名又は名称】ニチコン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001531

【氏名又は名称】弁理士法人タス・マイスター

(72)【発明者】

【氏名】川崎 友彦

【審査官】鈴木 駿平

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２７７３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０１０２４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｇ ２／００－１７／００

Ｈ０１Ｍ ４／００－５０／７７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コンデンサ素子と、当該コンデンサ素子が電解質を含浸した状態で収納される外装ケースとを備える巻回形コンデンサであって、
前記コンデンサ素子は、陽極となる電極箔と陰極となる電極箔とをシート状のセパレータを介して巻回してなる巻回体と、当該巻回体の外周に巻き回されて、前記陽極となる電極箔、前記陰極となる電極箔及び前記セパレータの巻回状態を維持させる素子止めテープを有し、
前記素子止めテープの一端部において、前記陽極となる電極箔及び前記陰極となる電極箔のうち、前記巻回体の径方向内側に配置される電極箔の巻き終わり終端面に素子止めテープの巻き始め始端面が前記巻回体の巻回方向において対向し、かつ前記巻回体の径方向外側に配置される電極箔の巻き終わり終端部に前記素子止めテープの巻き始め始端が前記セパレータを介して前記巻回体の径方向に対向するように配置され、他端部は前記素子止めテープの表面に固定されることを特徴とする巻回形コンデンサ。

【請求項2】

前記巻回体の巻回軸方向における前記素子止めテープの幅と、前記素子止めテープと前記巻回方向において対向する前記電極箔の幅とは等しいことを特徴とする請求項１記載の巻回形コンデンサ。

【請求項3】

前記素子止めテープの厚みと、前記素子止めテープと前記巻回方向において対向する前記電極箔の厚みとは等しいことを特徴とする請求項１又は２記載の巻回形コンデンサ。

【請求項4】

前記素子止めテープは、接着剤を塗布したシート部材からなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の巻回形コンデンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、巻回形コンデンサに関するものである。

【背景技術】

【0002】

巻回形電気二重層コンデンサの素子として、陽極箔と陰極箔との間にセパレータを介在させて巻回して、陽極箔を陰極箔で覆う構造のものが知られている（特許文献１）。
図８は、従来のコンデンサ素子１０１の構成部品を示す説明図である。図８に示すように、コンデンサ素子１０１は、陽極箔１０２と、陰極箔１０３と、セパレータ１０４ａ、１０４ｂと、陽極端子１０５と、陰極端子１０６と、素子止めテープ１０７と、を有している。

【0003】

コンデンサ素子１０１は、セパレータ１０４ａ、陰極箔１０３、セパレータ１０４ｂ、陽極箔１０２の順で重ねたものを、セパレータ１０４ａが内側になるように巻回し、所定の部位に陽極端子１０５及び陰極端子１０６を介在させて更に巻回して巻回体を形成する。そして、この巻回体の外周に素子止めテープ１０７を巻くことによって製造される。

【0004】

図９は、図８に示すコンデンサ素子１０１におけるセパレータ１０４ａ、陰極箔１０３、セパレータ１０４ｂ及び陽極箔１０２を巻き回した態様を示す図である。図９に示すコンデンサ素子１０１においては、セパレータ１０４ａは、陽極箔１０２、陰極箔１０３よりも若干長く、セパレータ１０４ｂは、セパレータ１０４ａよりもさらに長く形成されている。また、陽極箔１０２と陰極箔１０３は同じ幅であり、セパレータ１０４ａとセパレータ１０４ｂは同じ幅であり、セパレータ１０４ａの幅は、陽極箔１０２の幅より大きく形成されている。このため、陽極箔１０２と陰極箔１０３との間に必ずセパレータ１０４ａ或いはセパレータ１０４ｂが介在するようになり、陽極箔１０２と陰極箔１０３とは直接的に接触しない構造となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００７－１５７８１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、図９に示すコンデンサ素子１０１は、陽極箔１０２の最外周終端部、すなわち図９に示す矢印Ａに示す部位においてセパレータ１０４ａに段差が生じる構造となる。

【0007】

図１０は、図９の矢印Ａに示す部位を示す拡大図である。図１０に示すように、従来のコンデンサ素子１０１は、陽極箔１０２の有無によって生じたセパレータ１０４ａの段差の部位に陽極箔１０２のエッジが当接するようになる。このため、巻回形電気二重層コンデンサを充電すると電極箔が膨張することによって段差部位にせん断応力が働き、セパレータ１０４ａが破れるおそれがある。セパレータ１０４ａが破れると、陽極箔１０２と陰極箔１０３とが接触してショート状態となる場合があった。

【0008】

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、充電の際に電極箔が膨張することに起因する陽極箔と陰極箔との接触によるショート状態の発生を防止する巻回形コンデンサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記目的を達成するため、本発明は、以下に記載する構成を備える。

【0010】

（１） コンデンサ素子と、当該コンデンサ素子が電解質を含浸した状態で収納される外装ケースとを備える巻回形コンデンサであって、
前記コンデンサ素子は、陽極となる電極箔と陰極となる電極箔とをシート状のセパレータを介して巻回してなる巻回体と、当該巻回体の外周に巻き回されて、前記陽極となる電極箔、前記陰極となる電極箔及び前記セパレータの巻回状態を維持させる素子止めテープを有し、
前記素子止めテープの一端部において、前記陽極となる電極箔及び前記陰極となる電極箔のうち、前記巻回体の径方向内側に配置される前記電極箔の巻き終わり終端面に素子止めテープの巻き始め始端面が前記巻回体の巻回方向において対向するように配置され、他端部は前記素子止めテープの表面に固定されることを特徴とする巻回形コンデンサ。
（２） （１）において、前記巻回体の巻回軸方向における前記素子止めテープの幅と、前記素子止めテープと前記巻回方向において対向する前記電極箔の幅とは等しいことを特徴とする巻回形コンデンサ。
（３） （１）、（２）において、前記素子止めテープの厚みと、前記素子止めテープと前記巻回方向において対向する前記電極箔の厚みとは等しいことを特徴とする巻回形コンデンサ。
（４） （１）～（３）において、前記素子止めテープは、接着剤を塗布したシート部材からなることを特徴とする巻回形コンデンサ。

【0011】

（１）～（４）の構成を有する本発明は、素子止めテープが巻回体の径方向内側に配置される電極箔の終端部の段差を緩衝するため、電極箔が膨張した時のセパレータへの負荷を軽減し、セパレータの破れを抑制することが可能になる。これにより、充電の際に電極箔が膨張することに起因する陽極箔と陰極箔との接触によるショート状態の発生を防止する巻回形コンデンサを提供することができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、充電の際に電極が膨張することに起因する陽極箔と陰極箔との接触によるショート状態の発生を防止することを可能にした巻回形コンデンサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態における巻回形コンデンサ１の外観を示す正面図である。

【図2】本発明の一実施形態における巻回形コンデンサ１の構成部品を示す分解図である。

【図3】本発明の一実施形態に係るコンデンサ素子１０の構成部品を示す説明図である。

【図4】本発明の一実施形態に係るコンデンサ素子１０の組立方法を示す説明図である。

【図5】本発明の一実施形態に係るコンデンサ素子１０の組立方法を示す説明図である。

【図6】本発明の一実施形態に係るコンデンサ素子１０の巻回態様を示す図である。

【図7】図６の矢印Ｂに示す部位を拡大した図である。

【図8】従来のコンデンサ素子１０１の構成部品を示す説明図である。

【図9】従来のコンデンサ素子１０１の巻回態様を示す図である。

【図10】図９の矢印Ａに示す部位を拡大した図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0015】

［巻回形コンデンサの構成］
図１は、本発明の一実施形態における巻回形コンデンサ１の外観を示す正面図、図２は、本発明の一実施形態における巻回形コンデンサ１の構成部品を示す分解図である。
図２に示すように、本実施形態の巻回形コンデンサ１は、コンデンサ素子１０と、外装ケース２１と、封口体２２と、を備えている。

【0016】

コンデンサ素子１０（図２参照）は、静電容量により電荷を蓄えたり、放出したりする素子であり、外装ケース２１の内部に収容される。
外装ケース２１は、アルミニウム材からなる有底の円筒体であって、軸方向の一端側が開放されており、他端側が閉鎖されている。

【0017】

封口体２２は、外装ケース２１の開口を封止する絶縁性を有する円柱状の部材であり、例えば、ゴムや合成樹脂によって構成されている。

【0018】

そして、コンデンサ素子１０に電解質を含浸した後、コンデンサ素子１０を外装ケース２１内に挿入して、外装ケース２１の開口を封口体２２によって封止する。その後、外装ケース２１の開口部の側面に絞り加工を施して外装ケース２１の内部を封口体２２によって完全気密封止することにより、図１に示すように、巻回形コンデンサ１が構成される。

【0019】

［コンデンサ素子の構成］
次に、電気二重層コンデンサを例として、コンデンサ素子１０について説明する。
図３は、コンデンサ素子１０の構成部品を示す説明図である。
図３に示すように、コンデンサ素子１０は、陽極箔２と、陰極箔３と、２枚のセパレータ４と、陽極端子５と、陰極端子６と、素子止めテープ７と、を有している。

【0020】

陽極箔２及び陰極箔３は、アルミニウム等の金属箔からなる集電体の上に活性炭を含む分極性電極層が形成された長尺の帯状の電極箔である。陽極箔２及び陰極箔３は矩形であり、以下の説明の便宜上、矩形において、長尺方向に延びる幅を横幅と称し、長尺方向に対して垂直方向に延びる幅を縦幅と称することにする。陽極箔２及び陰極箔３の縦幅は同一であるが、横幅は陽極箔２よりも陰極箔３の方が若干大きく設定されている。

【0021】

セパレータ４は矩形の帯状であり、その両面には駆動用電解液及び／又は固体電解質が保持されている。本実施形態によれば２枚のセパレータ４が使用される。これら２枚のセパレータ４をそれぞれセパレータ４ａ、４ｂと称することにする。セパレータ４ａ、４ｂは縦幅が同一に設定されており、横幅はセパレータ４ａよりもセパレータ４ｂが大きく設定されている。またセパレータ４ａ、４ｂの縦幅は、陽極箔２及び陰極箔３の縦幅よりも若干大きく、セパレータ４ａ、４ｂの横幅は陰極箔３よりも大きく設定されている。

【0022】

陽極端子５は、陽極箔２に接触する導電性を有する金属部材である。陽極端子５は、円柱部５ａと、円柱部５ａの一方の端面から円柱部５ａと同軸に延びる円柱部５ａよりも細い円柱状の陽極リード棒５ｂと、円柱部５ａの他方の端面から円柱部５ａと同軸方向に延びる平板部（図示せず）とによって構成されている。
陰極端子６は、円柱部６ａと、陰極リード棒６ｂと、平板部（図示せず）とによって構成されている。陰極端子６は、陰極リード棒６ｂの長さが陽極リード棒５ｂよりも短いこと以外は陽極端子５と同形である。
素子止めテープ７は、矩形の帯状であり、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド等の長尺のフィルムを基材とするものであり、その一方の面の少なくとも長尺方向両端部は接着面となっており、他方の面は非接着面となっている。素子止めテープ７の縦幅は、陽極箔２及び陰極箔３の縦幅に等しく、横幅は、巻回体９（図４（ｂ）参照）の外周よりも大きく設定されている。

【0023】

［コンデンサ素子の組立方法］
次に、コンデンサ素子１０の組立方法について説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、セパレータ４ａ、陰極箔３、セパレータ４ｂ、陽極箔２の順に始端部を積み重ねて、積層部８を形成する。この際、セパレータ４ａ、陽極箔２、陰極箔３の始端部は略揃えられており、セパレータ４ｂの始端部は、陽極箔２の始端部から突出している。この積層部８をセパレータ４ｂの始端部から巻き始めて、セパレータ４ａが内側になるように巻き回す。更に、セパレータ４ａと陽極箔２との間における予め定められた部位に陽極端子５の平板部を配置し、セパレータ４ｂと陰極箔３との間における予め定められた部位に陰極端子６の平板部を配置して、積層部８を更に巻き回すことにより、図４（ｂ）に示すように、巻回体９が形成される。巻回体９の巻回軸方向は、セパレータ４ａ、陰極箔３、セパレータ４ｂ、陽極箔２の縦幅方向に平行である。この巻回体９の一方の端面から陽極リード棒５ｂ及び陰極リード棒６ｂが突出する。なお、陽極リード棒５ｂ及び陰極リード棒６ｂの位置は、図２に示すように、コンデンサ素子１０を外装ケース２１内に挿入して、外装ケース２１の開口を封口体２２によって封止した際に、封口体２２に形成された２つの貫通孔（図示せず）に挿入されるように設定されている。

【0024】

積層部８を巻き回して行くことによって、陽極箔２の巻き終わりとなる終端部が巻回体９の外周側面に到達する。この際、図４（ｂ）に示すように、陽極箔２の終端部を巻回体９に密着させた状態を維持しながら、巻回体９の巻回方向に沿って陽極箔２の終端面に素子止めテープ７の始端面が対向するように、素子止めテープ７の巻き始めとなる始端部をセパレータ４ａの所定部位に貼着する。このとき、陽極箔２の終端に素子止めテープ７の始端が近接するように貼着することが望ましい。また、素子止めテープ７は、厚さが陽極箔２と同一のものを用いることが望ましい。

【0025】

そして、図５（ａ）に示すように、陰極箔３及びセパレータ４ｂを最後まで巻き回した後、図５（ｂ）に示すように、素子止めテープ７を巻回体９の外周を周回させて、素子止めテープ７の終端部を内周側の素子止めテープ７の所定部位に貼着する。素子止めテープ７の貼着は、素子止めテープ７の始端部と終端部とに接着剤を塗布したり、両面粘着テープを貼り付けたりすることによって行う。特に、接着剤を用いることにより、接着剤が乾く前に素子止めテープ７の位置を微調整することが可能になり、陽極箔２の終端に対して素子止めテープ７の始端を確実に近接させることが可能になる。以上により、コンデンサ素子１０が製造される。

【0026】

ここで、陽極箔２の終端と素子止めテープ７の始端との距離は、陽極箔２の終端と素子止めテープ７の始端と隙間を介してセパレータ４ａとセパレータ４ｂとが接触しない程度、例えば、陽極箔２の厚さ程度であればよい。また、陽極箔２の終端に素子止めテープ７の始端が当接してもよい。但し、陽極箔２の終端部及び素子止めテープ７の始端部のいずれか一方が他方に乗り上げないように素子止めテープ７の始端部を配置する必要がある。

【0027】

図６は、図３に示すコンデンサ素子１０におけるセパレータ４ａ、陽極箔２、セパレータ４ｂ及び陰極箔３を巻き回した態様を示す図である。図７は、図６の矢印Ｂに示す部位を拡大した図である。図６、図７に示すように、コンデンサ素子１０においては、陽極箔２の終端に素子止めテープ７の始端が当接又は近接しており、しかも、陽極箔２と素子止めテープ７とが同一の厚さであるため、陽極箔２と素子止めテープ７の内周面および外周面が略面一となる。このため、電気二重層コンデンサ１を充電しているときに、陽極箔２が膨張したとしても、陽極箔２のエッジがセパレータ４ａに食い込みにくくなるため、セパレータ４ａの破れを抑制することが可能になる。

【0028】

このように構成した本実施形態によれば、陽極箔２の終端面と素子止めテープ７の始端面とが対向しており、かつ、陽極箔２と素子止めテープ７とが同一の厚さであるため、陽極箔２と素子止めテープ７の内周面および外周面が略面一となる。このため、図９の矢印Ａで示した従来のコンデンサ素子１０１において形成される「段差」が緩和され、セパレータ４ａに剪断応力がかかりにくくなる。このように、本実施形態によれば、陽極箔２が膨張した時のセパレータ４ａへの負荷を軽減し、セパレータ４ａの破れを抑制することが可能になる。これにより、充電の際に電極箔が膨張することに起因する陽極箔２と陰極箔３との接触によるショート状態の発生を防止することを可能にした電気二重層コンデンサ１を提供することができる。

【0029】

なお、上述した実施形態においては、素子止めテープ７の始端部と終端部に粘着性を持たせているが、素子止めテープ７の内側の面全体に粘着性を持たせてもよい。

【0030】

また、上述した実施形態においては、コンデンサ素子１０の外周部において、陽極箔２の終端部が内側に、陰極箔３の終端部が外側に配置されているため、陽極箔２の終端面に素子止めテープ７の始端面を対向させている。しかしながら、コンデンサ素子の外周部において、陽極箔の終端部が外側に、陰極箔の終端部が内側に配置されているコンデンサ素子の場合には、陰極箔の終端面に素子止めテープ７の始端面を対向させてもよい。

【0031】

なお、上述した実施形態においては、電気二重層コンデンサについて説明したが、アルミニウム電解コンデンサ、リチウムイオンキャパシタなどの巻回形コンデンサにおいてもショート状態の発生を防止することが可能となる。

【符号の説明】

【0032】

１ 巻回形コンデンサ
２ 陽極箔
３ 陰極箔
４、４ａ、４ｂ セパレータ
５ 陽極端子
５ｂ 陽極リード棒
６ 陰極端子
６ｂ 陰極リード棒
７ 素子止めテープ
１０ コンデンサ素子
２１ 外装ケース
２２ 封口体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】