JPH067540B2 - 電気二重層コンデンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、複数の基本セルを積層して構成される大型の
電気二重層コンデンサに関する。

（従来の技術） 乗用車など内燃機関を搭載した車両には、内燃機関を始
動するためのスタータモータ、内燃機関の回転力を用い
て発電する発電機、及び該発電機の発電電力を一時的に
蓄えておき始動時にスタータモータに電力供給し或は他
の電気機器に電力供給する鉛バッテリなどが搭載されて
いる。

一方、近年になって電気二重層型の大容量コンデンサが
開発され、一部でバッテリの用途に使用されるものが現
われており、該大容量のコンデンサを内燃機関の始動用
に用いる提案が車両用電源装置として特許願昭和６３年
第３２９８４６号に明示されている。

第７図は、一般にペースト電極を用いて形成される電気
二重層コンデンサを示している。これは、米国特許第
３，５３６，９６３号公報に示されるものであって、一
対の集電電極となる電子導電体の電流コレクタ１、活性
炭粒子よりなる炭素電極２、非導電性ガスケット３、お
よび電極２の間で電子が移動することを防止するための
隔離板４から単一の基本セルが構成されている。

上記炭素電極は、粉末または微粒子の形状にある活性炭
と電解質とを混合した濃厚スラリーとして製造される。
ここで電解質は、３つの機能を果す。つまりイオン伝導
の促進剤としての作用、イオン源としての作用、および
炭素粒子の結合剤としての作用である。

こうした電気二重層コンデンサを車両用の電源に使用す
るには、例えば１００〜１５０Ｆ（ファラッド）の容量
値の大きいものが要求される。しかし、セルの集積数を
多くすることにより必要な容量値を実現しようとすれ
ば、その重量や体積が大きくなり、車両に積載するには
適当でない。そこでエネルギー密度、つまり単位体積当
りの容量値、あるいは単位重量当りの容量値を高めるた
めに、基本セル自体を大型化することが必要になる。

しかし基本セルを大型化したとき、集電々極の面積が広
くなり、その結果、基本セルに対する積層加圧がその中
央部と周辺部とで異なると、差圧が発生する。したがっ
て、電源としての性能の安定化を実現するには、積層さ
れる各基本セルの集電々極同士が均一かつ十分な密着力
により接触している必要がある。

（発明が解決しようとする課題） 通常の電気二重層コンデンサの構造は、その内部抵抗を
小さくするために、かしめにより複数のセルを加圧する
ようにしている。例えば特開昭５６−２６２１号公報に
記載されている自立型コンデンサは、第８図に示すケー
スの構造を有している。つまり外装ケース５には、第１
電極端子６が第１電極板７から起立して設けられ、絶縁
板８を介して第２電極端子９が起立する第２電極板１０
が積層され、外装ケース５内に補強板１１により圧力が
加えられる所要数の基本セル１２が収容されると、２つ
の端子６、９側で上記電極板７上から圧力を加えて外装
ケース５の周縁部分を内側に曲げてかしめるようにして
いる。

このような従来の電気二重層コンデンサでは、そこに加
えられる圧力は電極の大きさだけでなく、炭素物質の粒
子の大きさ、あるいは使用される電解質の種類等にも依
るが、１０〜３０kg/cm^２の圧力が必要とされる。しか
し、圧力を大きくするには、ケースの板厚を増やすな
ど、その剛性を高める必要があり、全体の重量や材料コ
ストの点で限界があった。また、加圧手段や、かしめの
ための装置を用意しなくてはならず、適切な圧力を加え
る作業工程を複雑なものとするという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、
複数の電気二重層容量素子を積層するとき、その加圧を
均一にかつその調整も容易に行なえるようにした電気二
重層コンデンサを提供することを目的としている。

また、本発明の他の目的は、大型の容量素子を容易に製
造するための電子二重層容量素子の構造およびその製造
方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明によれは、複数の電気二重層容量素子を加圧圧縮
状態で積層する電気二重層コンデンサにおいて、前記各
容量素子の中央部に形成された透孔と、この透孔を介し
て前記容量素子の両端にそれぞれ配置された固定板を互
いに連結して締付けて積層されている容量素子を加圧す
る締着手段とを具備することを特徴とする電気二重層コ
ンデンサを提供できる。

（作用） 本発明の電気二重層コンデンサでは、複数の電気二重層
容量素子を積層する際に、各容量素子の中央部の透孔を
介して固定板を互いに連結して締付けることができ、そ
の加圧を均一にかつその圧力の調整も容易に行なえる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に従って詳細に説明す
る。

第１図は、本発明の電気二重層コンデンサを示す部分断
面図、第２図は、第１図の電気二重層コンデンサを構成
する電気二重層容量素子（基本素子）を示す外形斜視図
である。

電気二重層コンデンサ２０は、円形の平面をなす基本素
子３０が複数個積層されて構成されており、これら基本
素子３０は、いずれもその中央部分に透孔３１が形成さ
れている。

２１は、積層された基本素子の上下の面にあってコンデ
ンサの両極板を兼ねる圧縮板であり、２２は、積層され
た基本素子３０の外周を覆う円筒形の外装ケースであ
る。圧縮板２１は、高剛性の金属、例えばステンレス鋼
からなり、基本素子の固定板として基本素子３０と同一
の大きさの円形をなしている。そして、そこには上記透
孔３１に対応する孔が形成され、これら圧縮板２１を互
いに連結して基本素子３０を締付けるために、ボルト２
３がこの基本素子３０の透孔３１に挿通され、他端の圧
縮板２１がナット２４により圧着されている。２５は、
透孔３１にその両端部分から挿入される樹脂等からなる
一対のカラーであり、ボルト２３の外周面と基本素子３
０及び圧縮板２１との接触面を、電気的に絶縁する機能
を果している。

上記基本素子３０は、セパレータ３２により２層に分離
されたカーボンペーストの分極性電極３３が一対の集電
電極３４間に封入された構成をなし、この分極性電極３
３を封止する環状のガスケット３５，３６が上記透孔３
１側の内周部分と集電電極３４の外周部分に設けられて
いる。つまり分極性電極３３を封止するガスケット３５
により、所定の大きさの円形の透孔３１が形成されてい
る点で、第７図に示す従来の電気二重層容量素子と構成
が異なる。

上記構成の電気二重層コンデンサ２０は、ボルト２３を
圧縮板２１、所定数の基本素子３０、圧縮板２１の順に
挿通し、ナット２４を螺合して連結し、これらを締付け
ることにより積層されている基本素子３０を簡単に加圧
することができる。

第３図は、上記一対のカラー２５の接合面に設定された
クリアランス△を示している。

つまりこのカラー２５は、ボルト２３の中間部分でその
長さ方向上下に２分割され、積層された複数の基本素子
３０の最大圧縮歪量に対応するギャップとしてこのクリ
アランス△が設定される。したがって、組立工程でナ
ット２４の締付ける際に、基本素子３０を破壊しない程
度の歪量を設定しておくことにより、内部抵抗の調整が
容易に行なえる。

第４図は、本発明の電気二重層コンデンサの他の実施例
を示す断面図である。

この実施例では、上下の圧縮板４１の外に、樹脂製の外
装ケース４２の中央部分に隔壁４２ａを形成し、この隔
壁４２ａの両側から基本素子３０を加圧するようにして
いる。また、圧縮板４１と基本素子３０との間にリード
端子を引出すための導電板４３が設けられ、ボルト４４
で圧縮板４１を連結しナット４５により締付けて固定す
る。これらボルト４４、ナット４５は、組立の後に樹脂
モールド、あるいはタール等を吹き付けることにより絶
縁加工される。

なお、ここでは２つのリード端子は同極となり、図示し
ていないが、上記ボルト４４が外装ケース４２の中間部
分で基本素子３０と電気的に接続されることにより、反
対極の電極リードを構成する。そして用途に応じて外部
ケーブルによりコンデンサの各基本素子は、パラシリー
ズ接続される。

このように、外装ケースの中央部に固定された隔壁を設
けて、両側から加圧することにより、第１図のような片
側から圧縮する方式に比較して、基本素子３０の積層密
着力がより均一になる。また、大型の基本素子を積層す
るとき、集電々極の面積が広くなっても、中央部分の透
孔３１を大きく形成することにより、単位重量当りの容
量値を高めることができ、しかもボルト４４、ナット４
５の締付けに際して差圧が生じにくくなるから、集電々
極の間の接触抵抗も小さくできる。

第５図（ａ），（ｂ）は、第４図のコンデンサの圧縮板
を変形した例を示す部分断面および斜視図である。ここ
では、中央部が周辺部より厚く形成された圧縮板５１が
使用されている。このことにより、なお一層各基本素子
に対する圧力が均一に加えられることになる。

第６図（ａ）〜（ｅ）は、第２図の電気二重層容量素子
の製造工程を示す説明図である。

まず、集電々極３２をなす所定の大きさの円板を用意
し、その外周部分と中央部分にそれぞれガスケット３
６，３５を接着する（同図ａ）。ガスケットは、たとえ
ば硬質のゴムなどが好ましい。次に、これらガスケット
３５，３６の間の溝部分に分極性電極３３となるカーボ
ンペーストを充填する（同図ｂ）。こうして作成された
分極性電極３３をイオン透過性のセパレータ３２で封じ
込め（同図ｃ）、同様にして用意された分極性電極３３
とセパレータ３２を介して接合し、容量素子３０として
形成する（同図ｄ）。その後、接合された容量素子の集
電々極３４の中央部分に、所定の大きさでガスケット３
５を貫通する透孔３１を形成する（同図ｅ）。

以上、この発明をある程度詳細にその最も好ましい実施
態様について説明したが、その好ましい実施態様の説明
は、構成の詳細な部分についての変形、特許請求の範囲
に記載された本発明の精神に反しない限りでの種々な変
形、あるいはそれらを組み合わせたものに変更すること
ができることは明らかである。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、基本素子（セ
ル）が大型になっても、セルに高い圧力を加えて、その
内部抵抗を低減することができ、その中央部分を締付け
ることにより、セルの集電電極同士の密着の度合が均一
になり、ゴンデンサ全体として接触抵抗が低くできる電
気二重層コンデンサを提供できる。

また、必要な容量値に応じてセルを積層し、積層された
厚さに応じてボルト及びカラーの長さを変更するだけで
良く、製造が容易である。

さらに積層される複数のセルの内部抵抗にばらつきがあ
っても、ボルトの締付け時に内部抵抗を測定しながら適
正な締付け作業を行なうことにより、その内部抵抗の調
整が可能になる。

しかも締付け作業の際にその力が過大となっても、最大
歪量がカラーにより設定されていることにより、セルが
破壊されるおそれがない。

また基本素子（セル）が大型になっても、セルの中央部
分に空隙部を設け、コンデンサ全体の重量を削減するこ
とが容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す部分断面図、第２図
は、第１図の電気二重層コンデンサを構成する電気二重
層容量素子を示す外形斜視図、第３図は、ボルトの外周
面を覆う電気絶縁性のカラーの接続部分を示す図、第４
図は、本発明の他の実施例を示す部分断面図、第５図
（ａ），（ｂ）は、第４図のコンデンサの変形例を示す
部分断面および斜視図、第６図（ａ）〜（ｅ）は、第２
図の電気二重層容量素子の製造工程を示す説明図、第７
図は、従来のペースト電極を用いて形成される電気二重
層コンデンサの一例を示す部分断面図、第８図は、従来
のコンデンサケースの構造を示す断面図である。 ２０…電気二重層コンデンサ、２１…圧縮板、２３…ボ
ルト、２４…ナット、２５…カラー、３０…電気二重層
容量素子（基本素子）、３１…透孔。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の電気二重層容量素子を加圧圧縮状態
   で積層する電気二重層コンデンサにおいて、前記各容量
   素子の中央部に形成された透孔と、この透孔を介して前
   記容量素子の両端にそれぞれ配置された固定板を互いに
   連結して締付けて積層されている容量素子を加圧する締
   着手段とを具備することを特徴とする電気二重層コンデ
   ンサ。
2. 【請求項２】前記締着手段は、積層された前記容量素子
   の一方の集電々極となる固定板から他方の集電々極とな
   る固定板に達するボルトと、このボルトに螺合するナッ
   トから構成されていることを特徴とする請求項（１）に
   記載の電気二重層コンデンサ。
3. 【請求項３】前記ボルトの外周面は、電気絶縁性のカラ
   ーにより覆われていることを特徴とする請求項（２）に
   記載の電気二重層コンデンサ。
4. 【請求項４】前記ボルトの外周面を覆うカラーは、ボル
   トの長さ方向上下に２分割され、これらカラーの間に、
   積層された容量素子の最大圧縮歪量に対応するギャップ
   が設定されていることを特徴とする請求項（３）に記載
   の電気二重層コンデンサ。
5. 【請求項５】前記請求項（１）に記載の電気二重層コン
   デンサを構成する電気二重層容量素子であって、セパレ
   ータにより２層に分離されたカーボンペーストの分極性
   電極と、この分極性電極の両側に平行に配置される集電
   電極と、これら分極性電極および集電電極を貫通する透
   孔と、この透孔側の内周部分と集電電極の外周部分にお
   いて分極性電極を封止するガスケットとから構成されて
   いることを特徴とする電気二重層容量素子。
6. 【請求項６】前記請求項（１）に記載の電気二重層コン
   デンサを構成する電気二重層容量素子の製造方法であっ
   て、集電々極をなす板の外周部分と中央部分にそれぞれ
   ガスケットを接着する工程、これらガスケットの間の溝
   部分に分極性電極となるカーボンペーストを充填する工
   程、２つの分極性電極をセパレータを介して接合して容
   量素子として形成するする工程、接合された容量素子の
   集電々極の中央に前記ガスケットを貫通する透孔を形成
   する工程とからなることを特徴とする電気二重層容量素
   子の製造方法。