JPH05101979A - 積層型電気二重層コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２個のコンデンサ素子を直列に積層した状態
で１個の外装ケース内に収納した積層型電気二重層コン
デンサにおいて、薄型化を図るとともに、漏液を生じに
くくする。 【構成】 金属からなる第１および第２のケース半体４
０，４１の各周縁部３８，３９を溶接により互いに接合
封止する。第１および第２のコンデンサ素子２８，２９
の間には、ケース半体４０，４１に対して電気的に絶縁
された状態で中間電極板４５を配置する。第１のケース
半体４０の内側には、絶縁層４２を介して端子電極板４
３を密着配置する。第１のケース半体４０に、端子電極
板４３の一部を露出させる開口４４を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、積層された複数のコ
ンデンサ素子を備える積層型電気二重層コンデンサに関
するもので、特に、このような積層型電気二重層におけ
るコンデンサ素子の収納構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体技術の発展により、産業用
機器だけでなく、民生用機器にも、ＣＰＵが搭載される
例が多い。これらの機器では、プログラムやデータのメ
モリ用として、ＲＡＭを使用するが、ＲＡＭには、メモ
リ保持のために、常に、約２Ｖ以上の電圧をかけておく
必要がある。

【０００３】このようなメモリ保護用の電圧を供給する
バックアップ電源としては、電池と電気二重層コンデン
サとの２種類があるが、メインテナンス性、使いやす
さ、設計の自由度などの点から後者が優れているため、
最近では、電気二重層コンデンサがバックアップ電源の
主流となっている。

【０００４】一方、ＣＰＵやＲＡＭなどの半導体素子
は、その動作電圧が低電圧化傾向にあり、これによっ
て、ポータブル機器への搭載が飛躍的に進んでおり、こ
れに伴って、電気二重層コンデンサに対しても、小型化
および薄型化が強く求められている。

【０００５】電気二重層コンデンサは、電解液を使用す
ることが必須であるが、電解液としては、通常、非水溶
媒系の有機電解液または水系電解液が用いられる。両者
の間には、分解電圧の違いがあり、通常は、有機電解液
の方が、ユニットセル当り高い電圧を得やすいため、製
品の小型化および薄型化を図る上では、有機電解液が適
している。

【０００６】有機電解液を使用した電気二重層コンデン
サのユニットセルの一般的な構造が図３に示されてい
る。図３を参照して、電気二重層コンデンサのユニット
セル１において、活性炭などの炭素系素材からなる分極
性電極２および３が、セパレータ４を介して対向配置さ
れ、素子５を形成する。このような素子５は、電解液を
含浸させた後、第１および第２のケース半体６および７
により挾持された状態で、これらケース半体６および７
によって与えられた外装ケース内に収納される。第１お
よび第２のケース半体６および７は、それぞれ、外部端
子手段を兼ねており、絶縁性ガスケット８により互いに
電気的に絶縁されている。このような有機電解液を使用
した電気二重層コンデンサのユニットセル１では、耐電
圧が約１．８Ｖ〜２．８Ｖ程度となる。

【０００７】そこで、定格電圧に合わせるために、必要
数のユニットセル１を直列接続した状態で使用すること
が行なわれる。通常、このような必要数のユニットセル
１を直列接続するため、ユニットセル１が対応の数だけ
積層され一体化される。現状では、５Ｖの半導体素子が
主流となっているため、２個のユニットセル１を積層し
て、定格電圧５．５Ｖに設定したものが主に使用されて
いる。

【０００８】また、上記の構造とは異なり、１つの金属
製外装ケース内に、２個のコンデンサ素子が直列接続さ
れた状態で収容された、一体型２セル積層電気二重層コ
ンデンサが特開昭６３−１８７６１３号公報において提
案されている。

【０００９】図４には、上記公報において提案された電
気二重層コンデンサの一例が示されている。図４を参照
して、電気二重層コンデンサ９は、電解液を含浸させた
コンデンサ素子１０および１１を備える。コンデンサ素
子１０は、セパレータ１２を介して対向配置された分極
性電極１３および１４を含み、他方、コンデンサ素子１
１は、セパレータ１５を介して対向配置された分極製電
極１６および１７を含む。コンデンサ素子１０は、外部
端子手段および外装ケースを兼ねる第１電極板１８と、
コンデンサ１０および１１の間に配置される第２電極板
１９とによって挾持され、他方、コンデンサ素子１１
は、上述の第２電極板１９と、外部端子手段および外装
ケースを兼ねる第３電極板２０とによって挾持される。
また、第１、第２および第３電極板１８，１９，２０の
各周縁部２１，２２，２３は、絶縁性ガスケット２４お
よび２５により、電気的に絶縁されるとともに、一体的
に接合される。

【００１０】図４に示した構造によれば、図３に示した
ユニットセル１を組立てる場合と大差のない工程数によ
って、５．５Ｖ対応の一体型２セル積層電気二重層コン
デンサ９を製造することができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】近年、電子機器の小型
化および薄型化に伴い、そこに搭載されるバックアップ
電源の小型化および薄型化（低背化）の要望も高まって
いることは前述したとおりであるが、特に厚さについて
は、一般の半導体素子の外装高さ以下のものが強く要望
されている。

【００１２】図３に示すような構造では、絶縁性ガスケ
ット８の厚みが電気二重層コンデンサのユニットセル１
の全厚みにかかわっているため、絶縁性ガスケット８の
厚みを薄くすることがユニットセル１の薄型化に効果的
であるが、封止性や強度の点から、絶縁性ガスケット８
の厚みを極度に薄くすることができない。そのため、ユ
ニットセル１の薄型化には制約がある。また、現在主流
となっている定格電圧５．５Ｖに対応するためには、２
個以上のユニットセル１を積層する必要があるため、こ
の点においても、薄型化には限界がある。

【００１３】また、図４に示した構造では、予め２個の
コンデンサ素子１０および１１が積層一体化されている
が、封止部には、図３の場合と同様に、絶縁性ガスケッ
ト２４および２５を使用しているだけでなく、図３の構
造よりも封止部の構造が複雑になるため、薄型化が困難
である。

【００１４】さらに、図３および図４に示すような構造
では、絶縁性ガスケット８ならびに２４，２５として、
樹脂を用いているが、このような樹脂製ガスケットを上
下のケース周縁部の間で加圧状態で挾持することによっ
て封止を実現しているため、樹脂の応力緩和などが原因
で、電解液が漏れやすいという本質的な問題もあった。

【００１５】それゆえに、この発明の目的は、２セル積
層一体型構造であって、厚みを薄くでき、かつ漏液が起
こりにくい積層型電気二重層コンデンサを提供しようと
することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明は、電解液が含
浸された、セパレータおよび前記セパレータを介して対
向する１対の分極性電極をそれぞれ備える、第１および
第２のコンデンサ素子が積層されて外装ケース内に収納
された、積層型電気二重層コンデンサに向けられるもの
であって、上述した技術的課題を解決するため、次のよ
うな構成を備えることを特徴としている。

【００１７】すなわち、この発明に係る積層型電気二重
層コンデンサは、互いに合わされたとき前記外装ケース
となる、金属からなる第１および第２のケース半体と、
前記第１および第２のコンデンサ素子の間に配置され、
かつ前記第１および第２のケース半体に対して電気的に
絶縁された、中間電極板と、前記第１のケース半体の内
側に絶縁層を介して密着配置された、端子電極板とを備
える。前記第１および第２のケース半体の各周縁部は、
溶接により互いに接合封止される。また、前記第１のケ
ース半体には、前記端子電極板の一部を露出させる開口
が形成される。

【００１８】上述した第１および第２のケース半体、中
間電極板、ならびに端子電極板は、好ましくは、ステン
レス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金などの耐食性
に優れた金属から構成される。また、絶縁層は、好まし
くは、熱接着性フィルムによって与えられる。

【００１９】なお、この発明においてセパレータおよび
分極性電極に含浸される電解液は、有機電解液に限ら
ず、たとえば水酸化カリウム水溶液などの水系電解液で
あってもよい。

【００２０】

【作用】この発明において、外装ケースを与える第１お
よび第２のケース半体相互の封止構造は、各々の周縁部
が互いに溶接されることによって達成される。

【００２１】また、上述したように第１および第２のケ
ース半体が溶接されるため、第１および第２のケース半
体は、互いに同電位となる。したがって、これら第１お
よび第２のケース半体の双方が一方の外部端子手段を与
える。そのため、他方の外部端子手段は、第１のケース
半体に形成された開口に露出する端子電極板によって与
えられる。

【００２２】上述した開口は、第１のケース半体と端子
電極板との間に配置される絶縁層によって封止される。

【００２３】

【発明の効果】このように、この発明によれば、絶縁性
ガスケットを使用せずに、外装ケースが封止される。し
たがって、積層型電気二重層コンデンサの総厚みが、第
１および第２のケース半体の形状およびそこに用いる金
属材料の厚みによって決まるため、積層型電気二重層コ
ンデンサの大幅な薄型化（低背化）が可能になる。

【００２４】また、第１のケース半体の開口を封止する
絶縁層は、比較的広い面積にわたって第１のケース半体
と端子電極板とに密着するため、樹脂製のガスケットを
使用した場合のように、応力緩和に起因する電解液の漏
れを生じにくくすることができる。

【００２５】

【実施例】図１には、この発明の第１の実施例による積
層型電気二重層コンデンサ２６が中央断面図で示されて
いる。

【００２６】積層型電気二重層コンデンサ２６は、外装
ケース２７を備え、外装ケース２７内には、第１および
第２のコンデンサ素子２８および２９が直列に積層され
た状態で収納されている。第１のコンデンサ素子２８
は、たとえば非水溶媒系電解液が含浸された、セパレー
タ３０ならびにセパレータ３０を介して対向する１対の
分極性電極３１および３２を備える。他方、第２のコン
デンサ素子２９は、同様に、セパレータ３３ならびに１
対の分極性電極３４および３５を備える。

【００２７】外装ケース２７は、それぞれ、主平面部３
６および３７ならびに周縁部３８および３９を有する第
１および第２のケース半体４０および４１を備える。第
１のケース半体４０の内面には、樹脂等からなる絶縁層
４２が形成され、この絶縁層４２を介して、第１のケー
ス半体４０の内側には、端子電極板４３が密着配置され
る。第１のケース半体４０の主平面部３６には、また、
端子電極板４３の一部を露出させる開口４４が形成され
る。また、第１および第２のコンデンサ素子２８および
２９の間には、中間電極板４５が配置される。

【００２８】第１および第２のケース半体４０および４
１は、それぞれ金属からなり、各々の周縁部３８および
３９は、溶接により互いに接合封止される。この実施例
では、プロジェクション溶接が行なえるように、第１の
ケース半体４０の周縁部３８には、連続的に周方向に延
びる突起４６が形成されている。また、中間電極板４５
の周縁部両面には、たとえば絶縁性樹脂からなる接合層
４７および４８が形成され、中間電極板４５は、第１お
よび第２のケース半体４０および４１の周縁部３８およ
び３９に対して、接合層４７および４８を介して固定さ
れる。これによって、外装ケース２７内には、第１のケ
ース半体４０と中間電極板４５とによって規定される第
１の密閉空間、および第２のケース半体４１と中間電極
板４５とによって規定される第２の密閉空間が形成され
る。また、中間電極板４５は、接合層４７および４８に
よって、第１および第２のケース半体４０および４１に
対して電気的に絶縁された状態が維持される。

【００２９】上述した第１および第２のケース半体４０
および４１、端子電極板４３ならびに中間電極板４５
は、耐食性に優れかつ厚みを薄くできる点から、ステン
レス鋼、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの金
属によって構成される。また、絶縁層４２ならびに接合
層４７および４８には、厚みが薄くかつピンホールのな
い層が容易に得られる点で、熱接着性フィルムが有利に
用いられる。

【００３０】このような構造の積層型電気二重層コンデ
ンサ２６において、第１のコンデンサ素子２８の上下面
は、それぞれ、端子電極板４３の下面および中間電極板
４５の上面に電気的に接触している。また、第２のコン
デンサ素子２８の上下面は、それぞれ、中間電極板４５
の下面および第２のケース半体４１の上面に電気的に接
触している。そして、端子電極板４３が一方の外部端子
手段とされ、第２のケース半体４１を含む外装ケース２
７が他方の外部端子手段とされる。

【００３１】以下に、図１に示した積層型電気二重層コ
ンデンサ２６の組立工程の一例について説明する。

【００３２】予め開口４４が形成された第１のケース半
体４０の内面に、絶縁層４２となる熱接着性フィルムお
よび端子電極板４３を重ね、加圧しながら加熱すること
により、これらを互いに密着固定する。この際、開口４
４から端子電極板４３の一部を露出させるために、熱接
着性フィルムには、開口４４に対応する部分に予め開口
を設けておく。

【００３３】他方、第１および第２のコンデンサ素子２
８および２９が、それぞれ、セパレータ３０および３３
の両面に活性炭シートからなる分極性電極３１，３２お
よび３４，３５を接着剤または粘着剤で貼り合わせ一体
化した後、電解液を含浸させることにより用意される。

【００３４】また、中間電極板４５の周縁部両面には、
接合層４７および４８となる熱接着性フィルムを、短時
間のホットプレスをかけることにより仮接着しておく。

【００３５】次に第２のケース半体４１上に、順次、第
２のコンデンサ素子２９、接合層４７および４８を仮接
着した中間電極板４５、第１のコンデンサ素子２８、な
らびに、絶縁層４２を介して端子電極板４３を貼り付け
た第１のケース半体４０を重ねる。この状態で、第１お
よび第２のケース半体４０および４１の周縁部３８およ
び３９を、互いに加圧しながら加熱する。これによっ
て、接合層４７および４８を介して、中間電極板４５が
第１および第２のケース半体４０および４１に固定され
る。

【００３６】さらに、第１および第２のケース半体４０
および４１の周縁部３８および３９に対して溶接が適用
され、これによって、周縁部３８および３９が互いに接
合封止される。この実施例では、突起４６によってプロ
ジェクション溶接が行なわれる。

【００３７】図２には、この発明の第２の実施例による
積層型電気二重層コンデンサ２６ａが中央断面図で示さ
れている。なお、図２において、図１に示した要素に相
当する要素には、同様の参照符号を付し、重複する説明
を省略するとともに、異なる構成についてのみ以下に説
明する。

【００３８】前述した第１の実施例では、中間電極板４
５が、接合層４７および４８を介して、第１および第２
のケース半体４０および４１に固定された状態で、第１
および第２のケース半体４０および４１に対する電気的
な絶縁が図られていた。これに対して、図２に示した第
２の実施例では、中間電極板４５が、第１および第２の
コンデンサ素子２８および２９の各々に対して、接着剤
または粘着剤（図示せず）によって固定され、これによ
って、第１および第２のケース半体４０および４１と離
隔された状態が維持され、これらケース半体４０および
４１との間での電気的な絶縁が図られている。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例による積層型電気二重
層コンデンサ２６を示す中央断面図である。

【図２】この発明の第２の実施例による積層型電気二重
層コンデンサ２６ａを示す中央断面図である。

【図３】従来の最も基本的な構造を有する電気二重層コ
ンデンサのユニットセル１を示す中央断面図である。

【図４】従来の２セル一体型とされた電気二重層コンデ
ンサ９を示す中央断面図である。

【符号の説明】

２６，２６ａ 積層型電気二重層コンデンサ ２７ 外装ケース ２８ 第１のコンデンサ素子 ２９ 第２のコンデンサ素子 ３０，３３ セパレータ ３１，３２，３４，３５ 分極性電極 ３８，３９ 周縁部 ４０ 第１のケース半体 ４１ 第２のケース半体 ４２ 絶縁層 ４３ 端子電極板 ４４ 開口 ４５ 中間電極板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日口 真人 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電解液が含浸された、セパレータおよび
   前記セパレータを介して対向する１対の分極性電極をそ
   れぞれ備える、第１および第２のコンデンサ素子が積層
   されて外装ケース内に収納された、積層型電気二重層コ
   ンデンサにおいて、 互いに合わされたとき前記外装ケースとなる、金属から
   なる第１および第２のケース半体と、 前記第１および第２のコンデンサ素子の間に配置され、
   かつ前記第１および第２のケース半体に対して電気的に
   絶縁された、中間電極板と、 前記第１のケース半体の内側に絶縁層を介して密着配置
   された、端子電極板とを備え、 前記第１および第２のケース半体の各周縁部が、溶接に
   より互いに接合封止されるとともに、 前記第１のケース半体には、前記端子電極板の一部を露
   出させる開口が形成された、 ことを特徴とする、積層型電気二重層コンデンサ。