JPH10312936A5 - - Google Patents

Description

さらに、平面形状を有する本発明のコンデンサーは、電気化学型コンデンサーまたは電解型コンデンサーのいずれをも構成することができる。電気化学コンデンサーのアノードおよび／またはカソード、または電解コンデンサーのカソードは、一般にチタンまたはタンタルなどの導電性金属の基板を有しており、この基板はその上に容量性材料を有している。この点に関して、この容量性材料はアノード処理したエッチング箔(anodized-etched foil)、酸化物を含有する焼結活物質または酸化物を含有しない焼結活物質、炭素質容量性材料または白金黒などの二重層容量性材料(double layer capacitive material)、レドックスまたはアンダーポテンシャル材料(redox or under potential material) などの擬似容量性材料および導電性高分子の形状になっている。通常使用されるコーティング技術としては、基板上への擬似容量性材料溶液の浸漬、スパッタリングおよび圧縮空気噴霧スプレーが挙げられる。このような従来技術によって作製される電極のキャパシタンス値は、本発明に従って超音波で発生させた活物質のエーロゾルからコーティングした電極よりも、比キャパシタンス(specific capacitance)がより低いものである。ゾル‐ゲル付着法は、基板をコーティングするもう１つの従来技術であるが、この方法も、超音波で発生させたエーロゾルでコーティングしたものよりも比キャパシタンスがより低いコンデンサー電極が得られるものである。

調製後に、好ましくは、活物質４２はこの調製した基板を切断し、型取りし、又は所望の形状に作製した後に、あるいはその前でもよいが、導電性基板に接続される。コンデンサー電極を提供するために、基板はアノード処理してエッチングした導電性材料から構成され、酸化物を接触させた焼結活物質または酸化物を接触させない焼結活物質を有し、二重層容量性材料に接触させることができ、この容量性材料としては、例えば、グラファイトまたは炭素または白金黒などの微細粉炭素質材料、レドックス擬似キャパシタンスまたはアンダーポテンシャル材料(a redox, pseudocapacitance or under potential material)、またはポリアニリン、ポリピノール、ポリチオフェンおよびポリアセチレンなどの導電性ポリマー、並びに上記物質の混合物が挙げられる。後述するように、容量性材料は好ましくは超音波で発生させた導電性材料のエーロゾルの形態で導電性基板上に接触される。容器１８が導電性基板としての役割を果たす場合、周知の関節スプレーヘッド(articulating spray head) が超音波で発生させた所望材料のエーロゾルを有する容器１８の内側表面をコーティングするために使用される。図１〜図３は側壁２０および２２の大部分が電極活物質４２を備えていることを示している。特殊なコンデンサー利用条件に応じて、活物質を導電性の側壁に接触させて他の構造とすることも本発明の範囲内に含まれる。

図１〜図３は本発明のセパレーター構造の一実施例を示すものであり、上記セパレーター材料の１つ、例えば、微孔性のポリオレフィンフィルムのシートからなる離れて配置されたシート４４および４６が高分子リング４８に接続されている。シート４４および４６は、アノード１２と、それぞれカソード電極１４としての役割を果たしているコーティングされた側壁２０および２２との間に配置されている。微孔性構造により、放電および充電のサイクルの間に、そこを通ってイオンが流通することが可能であり、一方、高分子リング４８はシート４４および４６の枠としてそれらの構造支持を行っている。また、高分子リングは取り除くことが可能であり、このときセパレーターシート４４および４６はその周囲を周知技術によって互いにシールしてアノード１２を包囲している。

フェルール５０の上端部を蓋体３０からわずかに突き出させるか、平らにさせてケース内に種々の絶縁体シール構造体を配置するコンデンサーを構成する他に、この絶縁体シール構造体を、蓋体上に載置できることは当業者に明らかである。例えば、図５に示す絶縁体シール構造体６６において、圧縮リング７０は開口部５６を包囲して蓋体３０に溶接してもよい。図６および図７に示す絶縁体シール構造体７８および８８の場合、それぞれフェルール５０の下端部を蓋体３０の上部表面に溶接して、開口部５６を包囲している。さらに、合成高分子材料は図に示す配置と正確に一致する必要は必ずしもないことが理解される。これらの材料は所望の順序で備えることが可能であり、それらは電解液と電圧破壊からガラス層を保護するのに必要なように独立して備えることができる。また、端子のフェルールに使用される各層は、アノード１２およびリード３４が接続されて所望の電圧に適合させる前後いずれかに充填することができる。

図１６は本発明のコンデンサー１７０の他の実施形態を示すものであり、このコンデンサーは電極活物質４２が選択的に接触された第１の基板を有しており、この基板は対向する底部１７４と蓋体壁部１７６との間に配置された側壁１７２を形成している。電極活物質４２と選択的に接触させた第２の基板が、対向する底面１８０と蓋体１８２との間に配置された第２の側壁１７８を形成している。第２の側壁１７８は側壁１７２の長さより若干短くなっていて、底面１８０と蓋体１８２とが底面１７４と蓋体壁部１７６とに重ね合わされて溶接物１８４および１８６によってそこに固定されている。この場合も、対向する末端側部（図示せず）がケースの封鎖を完成させる。

Claims (72)

1. ａ）ケースと、
   ｂ）第１の電極活物質としての容量性材料が第１の電極端子と電気的に接触した少なくとも１つの導電性基板上に設けられた第１の電極と、
   ｃ）前記ケース内に収められるとともに、第２の電極端子に接続された第２の電極と、
   ｄ）前記第１の電極と前記第２の電極との間の電気的短絡を防止するために前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられたセパレーターと、
   ｅ）前記両電極を活性化するとともに、電気的に関連付ける電解液とからなるコンデンサーであって、
   前記導電性基板自体が前記ケースの側壁の少なくとも一部分を提供しているか、または前記導電性基板がコンデンサーのケースを形成する前記側壁と電気的に接触しており、
   前記容量性材料は超音波で発生された前記第１の電極活物質のエーロゾルから形成されていることを特徴とするコンデンサー。
2. 前記超音波で発生させたエーロゾルは粒子の大部分が約１０ミクロン以下の直径を有するエーロゾル粒子から構成されていることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサー。
3. 前記第１の電極活物質は約１０ｍ^２／グラム〜約１５００ｍ^２／グラムの内部表面積を有することを特徴とする請求項１に記載のコンデンサー。
4. ａ）距離をあけて配置される側壁と前記側壁に連結された周壁とによって提供されるほぼ薄型の外観を有するケースと、
   ｂ）第１の容量性材料が第一の電極端子と電気的に接触した少なくとも１つの導電性基板上に設けられた第１の電極と、
   ｃ）前記ケース内で距離をあけて配置された前記側壁の間に設けられた第２の電極と、
   ｄ）前記第１の電極と前記第２の電極との間の電気的短絡を防止するために前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられたセパレーターと、
   ｅ）前記電極を活性化するとともに、電気的に関連付ける電解液とからなるコンデンサーであって、
   前記導電性基板自体が前記側壁の少なくとも１つを提供しているか、または前記導電性基板がコンデンサーのケースを形成する前記側壁の少なくとも１つと電気的に接触しており、
   前記第２の電極は第２の電極端子に接続されていることを特徴とするコンデンサー。
5. 前記第１の電極活物質はアノード処理したエッチング箔、酸化物を含有する焼結活物質または酸化物を含有しない焼結活物質、二重層の容量性材料、擬似容量性材料および導電性高分子材料から成る群から選択されることを特徴する請求項４に記載のコンデンサー。
6. 前記擬似容量性材料は第１の擬似容量性金属化合物またはその前駆物質を少なくとも含む超音波で発生させたエーロゾルを空気または酸素を含有する雰囲気下で酸化させて形成されることを特徴とする請求項５に記載のコンデンサー。
7. 前記擬似容量性材料の前記エーロゾルは第１の擬似容量性金属化合物またはその前駆物質を、前記導電性基板に接触させて、前記第１の擬似容量性金属化合物を固化するか、または前記前駆物質を固化した擬似容量性金属化合物に変換するのに十分な温度に加熱して形成されることを特徴とする請求項６に記載のコンデンサー。
8. 前記第１の擬似容量性材料は酸化物、窒化物、炭素窒化物、炭化物およびその混合物から成る群から選択されることを特徴とする請求項５に記載のコンデンサー。
9. 前記擬似容量性材料の前記第１の金属は、ルテニウム、モリブデン、タングステン、タンタル、コバルト、マンガン、ニッケル、イリジウム、鉄、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ロジウム、バナジウム、オスミウム、パラジウム、白金、ニオブおよび上記物質の混合物から成る群から選択されたことを特徴とする請求項５に記載のコンデンサー。
10. 前記擬似容量性材料は第２の金属を含有することを特徴とする請求項５に記載のコンデンサー。
11. 前記第２の金属は、タンタル、チタン、ニッケル、イリジウム、白金、パラジウム、金、銀、コバルト、モリブデン、ニオブ、ルテニウム、マンガン、タングステン、鉄、ジルコニウム、ハフニウム、ロジウム、バナジウム、オスミウムおよび上記物質の混合物から成る群から選択されることを特徴とする請求項１０に記載のコンデンサー。
12. 前記擬似容量性材料はルテニウムおよびタンタルから構成されることを特徴とする請求項５に記載のコンデンサー。
13. 前記第１の電極活物質は約数百オングストロームから約０．１ミリメートルの厚さを有することを特徴とする請求項５に記載のコンデンサー。
14. 前記導電性基板は、タンタル、チタン、ニッケル、モリブデン、ニオブ、コバルト、ステンレス鋼、タングステン、白金、パラジウム、金、銀、銅、クロム、バナジウム、アルミニウム、ジルコニウム、ハフニウム、亜鉛、鉄並びに上記物質の混合物および合金から成る群から選択されることを特徴とする請求項４に記載のコンデンサー。
15. 前記導電性基板は約０．００１〜２ミリメートルの厚さを有することを特徴とする請求項４に記載のコンデンサー。
16. 前記導電性基板は前記第１の電極活物質と接触させることを意図するその表面積を、その接触前に増加させていることを特徴とする請求項４に記載のコンデンサー。
17. 前記導電性基板は前記第１の電極活物質と接触させる前に、その表面の導電性が増加されていることを特徴とする請求項４に記載のコンデンサー。
18. 前記コンデンサーは電気化学コンデンサーであることを特徴とする請求項４に記載のコンデンサー。
19. 前記第１の電極はカソードであり、前記第２の電極は第２のアノード処理したエッチング箔、酸化物を含有する第２の焼結活物質または酸化物を含有しない第２の焼結活物質、第２の二重層容量性材料、第２の擬似容量性材料および第２の導電性高分子材料から成る群から選択された第２の電極活物質から成るアノードであることを特徴とする請求項１８に記載のコンデンサー。
20. 前記第２の擬似容量性材料は超音波で発生させた前記第２の擬似容量性材料のエーロゾルから形成されていることを特徴とする請求項１９に記載のコンデンサー。
21. 前記コンデンサーは電解コンデンサーであることを特徴とする請求項４に記載のコンデンサー。
22. 前記アノードはペレット状であることを特徴とする請求項２１に記載のコンデンサー。
23. 前記ペレットは焼結されていることを特徴とする請求項２２に記載のコンデンサー。
24. 前記焼結されたペレットはその上に酸化物層を備えていることを特徴とする請求項２３に記載のコンデンサー。
25. 前記アノードは、タンタル、アルミニウム、チタン、ニオブ、ジルコニウム、ハフニウム、タングステン、モリブデン、バナジウム、珪素、ゲルマニウム並びに上記物質の混合物および合金から成る群から選択されることを特徴とする請求項２１に記載のコンデンサー。
26. 前記アノードは前記セパレーターで包囲されていることを特徴とする請求項２１に記載のコンデンサー。
27. 前記ケースは前記第１の電極端子としての役割を果たすことを特徴とする請求項４に記載のコンデンサー。
28. 前記第２の電極端子はガラス金属シールによって前記ケースから絶縁された端子リードから構成されていることを特徴とする請求項２７に記載のコンデンサー。
29. 前記ガラス金属シールは、少なくとも１種類の合成高分子材料を備えたフェルール部材が前記第２の電極端子と前記フェルールの内側表面との間をシールするとともに、前記第２の電極端子と前記フェルールとの間にガラス層が配置されていることを特徴とする請求項２８に記載のコンデンサー。
30. 前記ガラス金属シールは、前記ケースに固定された包囲圧縮部材によってカップ状の高分子部材内にシールされたフェルール部材を有していることを特徴とする請求項２８に記載のコンデンサー。
31. 前記ガラス金属シールは絶縁材料によってフェルール部材の内側にシールされた金属スリーブを有し、前記端子リードは前記スリーブ内に受け入れられて、溶接物によってそこにシールされていることを特徴とする請求項２８に記載のコンデンサー。
32. 前記ケースの前記周壁は対向する末端壁、上壁および下壁から成り、距離をあけて配置された前記側壁に結合されていることを特徴とする請求項４に記載のコンデンサー。
33. 少なくとも２個のコンデンサーセルが前記ケース内に並列接続されて配置されていることを特徴とする請求項４に記載のコンデンサー。
34. ａ）ケースを用意する工程と、
    ｂ）第１の電極活物質としての容量性材料を超音波で発生させたエーロゾルの形態で導電性基板に接触させて成る第１の電極を用意する工程と、
    ｃ）前記ケース内に第２の電極を第２の電極端子と接触配置する工程と、
    ｄ）前記ケース内に電解液を充填する工程と、
    ｅ）前記ケースを密閉シールする工程とからなるコンデンサーの製造方法であって、
    前記導電性基板自体が前記ケースの側壁の少なくとも一部分を提供しているか、または前記導電性基板が前記コンデンサーの前記ケースを形成するその側壁と電気的に接触していることを特徴とするコンデンサーの製造方法。
35. 粒子の大部分が約１０ミクロン以下の直径を有するエーロゾル粒子から成る超音波で発生させたエーロゾルを用意する工程を含むことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
36. 約１０ｍ^２／グラム〜約１５００ｍ^２／グラムの内部表面積を有する前記第１の電極活物質を用意する工程を含むことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
37. ａ）距離をあけて配置される側壁と前記側壁に接続された周壁とから成るほぼ薄型の外観を有するケースを用意する工程と、
    ｂ）第一の電極端子と電気的に接触した少なくとも１つの導電性基板に第１の容量性材料を接触させてなる第１の電極を用意する工程と、
    ｃ）前記ケース内において距離をあけて配置された前記側壁の間に第２の電極を配置する工程と、
    ｄ）前記ケースに電解液を充填する工程と、
    ｅ）前記ケースを密閉シールする工程とからなるコンデンサーの製造方法であって、
    前記導電性基板自体が前記側壁の少なくとも１つを提供しているか、または前記第１の電極活物質と接触させた前記導電性基板がコンデンサーの前記ケースを形成する前記側壁の少なくとも１つと電気的に接触しており、
    前記第２の電極は第２の電極端子に接続していることを特徴とするコンデンサーの製造方法。
38. 前記第１の電極活物質は、アノード処理したエッチング箔、酸化物を含有する焼結活物質または酸化物を含有しない焼結活物質、二重層の容量性材料、擬似容量性材料および導電性高分子材料から成る群から選択されることを特徴する請求項３７に記載の方法。
39. 前記擬似容量性材料のエーロゾルから作製された前記第１の電極は、第１の擬似容量性金属化合物またはその前駆物質を、前記導電性基板に接触させて、前記第１の擬似容量性金属化合物を固化する温度または前記前駆物質を固化した前記擬似容量性金属化合物に変換する温度に加熱して形成されることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
40. 酸化物、窒化物、炭素窒化物、炭化物およびその混合物から成る群から前記第１の擬似容量性材料が選択されることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
41. 前記擬似容量性材料の前記第１の金属は、ルテニウム、モリブデン、タングステン、タンタル、コバルト、マンガン、ニッケル、イリジウム、鉄、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ロジウム、バナジウム、オスミウム、パラジウム、白金、ニオブおよび上記物質の混合物から成る群から選択されることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
42. 第２の金属からなる前記擬似容量性材料を用意する工程を含むことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
43. 前記第２の金属は、タンタル、チタン、ニッケル、イリジウム、白金、パラジウム、金、銀、コバルト、モリブデン、ニオブ、ルテニウム、マンガン、タングステン、鉄、ジルコニウム、ハフニウム、ロジウム、バナジウム、オスミウムおよび上記物質の混合物から成る群から選択されることを特徴とする請求項４２に記載の方法。
44. ルテニウムおよびタンタルからなる前記擬似容量性材料を用意する工程を含むことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
45. 前記擬似容量性材料は約数百オングストロームから約０．１ミリメートルの厚さを有することを特徴とする請求項３８に記載の方法。
46. 前記導電性基板は、タンタル、チタン、ニッケル、モリブデン、ニオブ、コバルト、ステンレス鋼、タングステン、白金、パラジウム、金、銀、銅、クロム、バナジウム、アルミニウム、ジルコニウム、ハフニウム、亜鉛、鉄並びに上記物質の混合物および合金からなる群から選択されることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
47. 前記導電性基板は約０．００１〜２ミリメートルの厚さを有することを特徴とする請求項３７に記載の方法。
48. 前記第１の電極活物質と接触させることを意図する前記導電性基板の表面積は、その接触前に増加されることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
49. 前記導電性基板の表面の導電性は、前記第１の電極活物質と接触させる前に増加されることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
50. 前記周壁は、前記側壁に接続された対向する末端壁、上壁および下壁から成ることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
51. 前記コンデンサーは電気化学コンデンサーであることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
52. 前記カソードとしての前記第１の電極を用意する工程と、アノード処理したエッチング箔、酸化物を含有する第２の焼結活物質または酸化物を含有しない第２の焼結活物質、第２の二重層容量性材料、第２の擬似容量性材料および第２の導電性高分子材料から成る群から選択される第２の電極活物質から成る前記アノードとしての前記第２の電極を用意する工程とを含むことを特徴とする請求項３７に記載の方法。
53. 前記第２の擬似容量性材料は、超音波で発生させた前記第２の擬似容量性材料のエーロゾルから形成されていることを特徴とする請求項５２に記載の方法。
54. 前記コンデンサーは電解コンデンサーであることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
55. 前記アノードはペレット状であることを特徴とする請求項５４に記載の方法。
56. 前記ペレットは焼結されていることを特徴とする請求項５５に記載の方法。
57. 前記焼結されたペレット上に酸化物層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項５６に記載の方法。
58. 前記アノードは、タンタル、アルミニウム、チタン、ニオブ、ジルコニウム、ハフニウム、タングステン、モリブデン、バナジウム、珪素、ゲルマニウム並びに上記物質の混合物および合金から成る群から選択されることを特徴とする請求項５４に記載の方法。
59. 前記第１の電極端子としての前記ケースを用意する工程を含むことを特徴とする請求項３７に記載の方法。
60. 前記第２の電極端子はガラス金属シールによって前記ケースから絶縁された端子リードから構成されることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
61. 少なくとも１種類の合成高分子材料を備えたフェルール部材が前記第２の電極端子と前記フェルールの内側端部との間をシールしており、前記第２の電極端子と前記フェルールとの間にガラス層が配置されていることを特徴とする請求項６０に記載の方法。
62. 前記ケースに固定された包囲圧縮部材によってカップ状の高分子部材内にシールされた前記フェルール部材を用意する工程を含むことを特徴とする請求項６０に記載の方法。
63. フェルール部材の内側で絶縁材料によってシールされた金属スリーブを用意し、前記端子リードを前記スリーブ内に受け入れて、溶接物によってそこにシールしたことを特徴とする請求項６０に記載の方法。
64. コンデンサーであって、
    ａ） ケーシング
    を含み、さらに、前記ケーシング内に、
    ｂ） 前記ケーシングから電気的に絶縁された第１の端子に接続された第１及び第２のアノードと、
    ｃ） カソード活物質としての容量性材料からなり、少なくとも、前記第１と第２のアノードの間に配置された第１の導電性基板上に設けられたカソードと、並びに
    ｄ） 前記ケーシーング内において、前記第１及び第２のアノード並びに前記カソードと接触する電解液、
    を含むことを特徴とするコンデンサー。
65. さらに、前記カソード活物質が、前記ケーシングを構成する側壁の少なくとも１つにも配されていることを特徴とする請求項６４に記載のコンデンサー。
66. さらに、前記カソード活物質が、前記ケーシングを構成する側壁の少なくとも１つと電気的に接触している第２の導電性基板上にも配されていることを特徴とする請求項６４に記載のコンデンサー。
67. 前記ケーシングが、前記カソードのための第２の端子としての役割を果たすことを特徴とする請求項６４に記載のコンデンサー。
68. 前記カソード活物質が、超音波で発生させたエーロゾルのかたちで前記第１の導電性基板上に設けられていることを特徴とする請求項６４に記載のコンデンサー。
69. 前記第１及び第２のアノードが、それら自身のセパレーター内に包囲されたもの、であることを特徴とする請求項６４に記載のコンデンサー。
70. 前記第１及び第２のアノードが弁金属からなることを特徴とする請求項６４に記載のコンデンサー。
71. 前記第１及び第２のアノードがタンタルからなることを特徴とする請求項６４に記載のコンデンサー。
72. 前記カソード活物質がルテニウムからなることを特徴とする請求項６４に記載のコンデンサー。