JPH1079329A - 積層型電気二重層キャパシタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の折り畳み式の電気二重層における接触
抵抗を低減し、かつ、緩和電位を削減して容量の大きな
折り畳み式の積層型電気二重層キャパシタを提供する。 【解決手段】 正極用集電体４４、負極用集電体４６に
活物質層を固着させることにより、正極用電極４８及び
負極用電極５０がそれぞれ構成される。これら正極用電
極４８と負極用電極５０とは、山折り線Ａ及び谷折り線
Ｂを合わせて交互にセパレータ４０を介在させて複数枚
積み重ねられる。この積み重ねられた最外層の電極には
内部層との対向面のみに活物質層が設けられる。ここで
積層された各電極及び各セパレータは、山折り線Ａ及び
谷折り線Ｂに沿って折り畳まれて、電解質溶液に含浸さ
れて、積層型電気二重層キャパシタが構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集電体の表面に活
物質層を固着させた電極を積層した積層型電気二重層キ
ャパシタに関する。

【０００２】

【従来の技術】積層型電気二重層キャパシタは、電気二
重層の充電容量及び放電容量を増やすために、通常、複
数の電極層を積層することで構成されており、具体的に
は、板状の集電体の両表面に活物質層を固着させた正極
用電極及び負極用電極をセパレータを介在させて交互に
積層し、これを電解質に含浸することで構成されてい
る。

【０００３】近年では積層型電気二重層キャパシタの小
型化及び製造の簡便化を図るために、特開平４−２４０
７０８には、折り畳むことで電極を積層する電気二重層
が開示されている。詳細には、図４に示すように、長尺
のセパレータ用シート１２の両面には、折り目１３を境
界に集電体１４と活物質層１６とが交互に固着され、こ
のセパレータ用シート１２を折り目１３に沿って山折り
谷折りすることにより畳み込まれ、この結果、互いに隣
合う集電体１４と活物質層１６とが密着対向して電極が
形成される。

【０００４】上記の通り構成された電気二重層におい
て、集電体１４を介して外部電圧をかけると、集電体１
４に密着対向する活物質層１６に電荷が蓄積されて充電
され、また、放電時には、活物質層１６に蓄電された電
荷が集電体１４を介して取り出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た折り畳み式の電気二重層では、折り畳むことにより集
電体と活物質層とが密着対向するが、実際には、これら
集電体と活物質層との間には、僅かながら空隙が生じ、
この空隙が接触抵抗の原因となり、容量の低下を引き起
こす。

【０００６】また、上記従来の折り畳み式の電気二重層
キャパシタにおいて、集電体には一方の面にのみ活物質
層が密着するために、単位体積当たりに占める集電体の
割合が大きくなり、単位体積当たりの容量が低下するこ
とになる。

【０００７】また、上記問題以外に、電気二重層の容量
の低下を引き起こす原因には、緩和電圧が知られてお
り、これは図５に示すように、充電完了後蓄電時に経時
的に電位が低下する現象である。この現象の原因は、図
３（Ａ）に示すようなことが起きていることが予想され
る。すなわち、両面に活物質層５２を備えた外層電極５
３の場合には、蓄電時に、裏面側５３ａに電荷が移動
し、ここで、移動した電荷が放電時に取り出せなくなる
と考えられる。

【０００８】そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、従来の折り畳み式の電気
二重層における接触抵抗を低減し、かつ、緩和電圧を削
減して容量の大きな折り畳み式の積層型電気二重層キャ
パシタを提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、集電体の両面に活物質層が固着され、各
々セパレータを挟んで積層された少なくとも１枚以上の
内層長尺電極と、集電体の内側面に活物資層が固着さ
れ、前記積層された内層長尺電極へ外層セパレータを挟
んで積層された外層電極と、から成り、各電極を交互に
正極及び負極とした積層型電気二重層キャパシタであっ
て、順次長尺方向に山折り谷折りして折り畳まれたこと
を特徴とする。

【００１０】上記構成によれば、内装長尺電極と外層長
尺電極とを積層し、これを山折り谷折りして積層数を増
すため、従来の一枚一枚積層する積層型電気二重層にお
ける製造作業を簡便化することができる。また、上記構
成において、集電体には既に活物質層が固着されている
ため、従来の折り畳み式電気二重層のように、折り畳み
により集電体と活物質層を密着対向させた場合の接触抵
抗を防止することもできる。

【００１１】さらに、上記構成において、外層長尺電極
には、内側面にのみ活物質層が設けられているため、充
電時に蓄電した電位の低下が防止され、充放電効率を向
上させることができる。

【００１２】上記構成において、各電極の山折り位置及
び谷折り位置に活物質層のない領域が設けられているこ
とが望ましい。

【００１３】このように、山折り位置及び谷折り位置に
活物質層のない領域を設けることにより、山折り谷折り
した場合に活物質層が剥離することがなくなり、この剥
離による短絡を防止することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の積層型電気二重
層キャパシタの好適な実施の形態を図面を用いて説明す
る。

【００１５】図１には、積層型電気二重層キャパシタの
製造に当たり、集電体３６と活物質層３８からなる内層
長尺電極３４及び外層長尺電極３２を、セパレータ４０
を介在させて積層した状態を示す。

【００１６】図１に示すとおり、内層長尺電極３４に
は、集電体３６の両面に活物質層３８が固着されてい
る。一方、この内層長尺電極３４をセパレータを挟んで
両側に設けられた外層長尺電極３２には、集電体３６の
一方の面に活物質層３８が固着されている。ここで、外
層長尺電極３２も内層長尺電極３４と同様に集電体３６
の両面に活物質層３８を設けることも可能であるが、後
に詳述するように、緩和電圧を低減させるためには、外
層長尺電極３２には内層との対向面のみに活物質層３８
を設けることが好ましい。

【００１７】前記集電体３６は、アルミニウム等の導電
材からなる長尺な薄膜から構成されている。この集電体
３６は、図２に示すように、長尺な集電体において生じ
得る内部抵抗を解消するために、上端に複数の端子部４
２が突出形成され、長尺な集電体３６における電位をほ
ぼ一様にすることができる。

【００１８】この端子部４２は、例えば、図２において
破線で示す山折り線Ａまたは一点鎖線で示す谷折り線Ｂ
上に設けることができる。本実施の形態においては、図
２に示すように正極用集電体４４の端子部４２は各山折
り線Ａ上に設けられ、負極用集電体４６の端子部４２は
各谷折り線Ｂ上に設けられている。このように端子部４
２を山折り線Ａまたは谷折り線Ｂ上に設けることによ
り、折り畳んだ際に、各端子部４２がそれぞれほぼ同一
位置に配置されて積層されることになるため、後に外部
電圧をかけるためのリード線等を接続する際に容易とな
る。

【００１９】また、前記活物質層３８は、例えば、活性
炭にカーボンブラック等の導電材を主原料として、これ
らに、活性炭と導電材とを結着させるためのポリテトラ
フルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の結着剤を添加して構
成されている。

【００２０】この活物質層３８を前記集電体３６上に形
成させる場合には、上記した活性炭、導電材及びＰＴＦ
Ｅを水または有機溶媒中で撹拌混合することによりペー
スト状とし、このペースト状の活物質を集電体３６の表
面に塗布し、焼成後、プレスすることで活物質層３８が
形成される。

【００２１】この活物質層３８は、集電体３６の表面全
体に形成させてもよいが、好ましくは、前記山折り線Ａ
及び谷折り線Ｂ上に活物質層のない領域を設ける。この
山折り線Ａ及び谷折り線Ｂに活物質層が設けられた場
合、後述するように電極を積層後に各折り線に沿って折
り畳む際、折り線上の活物質層３８に応力がかかり、活
物質層３８が部分的に剥離し、この剥離により短絡が生
じるおそれがある。そのため、上記山折り線Ａ及び谷折
り線Ｂ上には、活物質層のない領域を設けることが望ま
しい。

【００２２】なお、前記活物質層３８は、正極用及び負
極用の電極として同様の材料から構成することも、ま
た、目的に応じて、正極用の活物質と負極用の活物質と
を異なる材料から構成することもできる。このような活
物質層３８を正極用集電体４４、負極用集電体４６に固
着させることにより、正極用電極４８及び負極用電極５
０がそれぞれ構成される。

【００２３】上記の通り構成された電極を積層する場合
には、正極用電極４８と負極用電極５０とが、山折り線
Ａ及び谷折り線Ｂを合わせて交互にセパレータ４０を介
在させて積み重ねられる。

【００２４】この積み重ねる全電極層数は、少なくとも
１層の内層長尺電極３４と２層の外層長尺電極３２の少
なくとも３層とすることが好ましい。仮に、ここで総電
極層数を２、すなわち、外層長尺電極３２のみとした場
合には、従来と同様に、集電体３６の一方の面のみに活
物質層３８が形成されることになるため、単位体積当た
りの集電体３６の割合が高くなり、容量の向上を図るこ
とができない。そのため、総電極層数を少なくとも３以
上とし、さらに好適には、この内層長尺電極３４の数を
増して、単位体積当たりの集電体３６の割合を低下させ
ることが望ましい。このように集電体３６の割合を低下
させることにより、単位体積当たりの容量の増加を図る
ことができる。

【００２５】また、上記したように本実施の形態では、
内層長尺電極３４には、集電体３６の両面に活物質層３
８が設けられているが、外層長尺電極３２の場合には、
以下に示すように原因不明の緩和電圧（充電後の蓄電時
に電位が低下する現象）を低減させるためには、集電体
３６の内層との対向面のみに活物質層３８を設けること
が望ましい。この効果を支持する実験結果を図３及び表
１を用いて説明する。

【００２６】図３は、実験に供した２つの異なる積層型
電気二重層キャパシタの外層電極を示す。すなわち、
（Ａ）のキャパシタは、外層電極５３の集電体５１の両
面に活物質層５２が備えられており、一方、（Ｂ）のキ
ャパシタは、外層電極５４の集電体５１の片面（内層と
の対向面）のみに活物質層５２が備えられている。

【００２７】表１には、図３（Ａ）または（Ｂ）の積層
型電気二重層キャパシタにおいて、充電完了後１分間経
過時の緩和電圧量及び充放電効率を比較した結果を示
す。

【００２８】表１に示すように、外層電極５３の両面に
活物質層５２を備えたキャパシタ（Ａ）では、充電完了
後１分間経過時の緩和電圧量が０．１３Ｖであるのに対
し、外層電極５４の片面のみ活物質層５２を備えたキャ
パシタ（Ｂ）の場合には、０．０６Ｖであった。このよ
うに、外層電極５４の片面のみ活物質層５２を備えたキ
ャパシタ（Ｂ）において緩和電圧の低減が観察された。
また、充放電効率に関しては、キャパシタ（Ａ）の場合
には９９．０％であるのに対し、キャパシタ（Ｂ）は９
９．５％であり、外層電極５４の片面のみ活物質層５２
を備えたキャパシタ（Ｂ）が充放電効率が高いことが示
された。このことは、上記の緩和電圧の低減により充放
電効率が向上されたものと考えられる。

【００２９】これは、図３（Ａ）に示すように、両面に
活物質層５２を備えた外層電極５３の場合には、蓄電時
に裏面側５３ａに電荷が移動し、ここで、移動した電荷
が放電時に取り出せなくなるいう現象が起きているもの
と考えられる。

【００３０】以上の結果から、緩和電圧を低減し、充放
電効率を向上させるためには、外層電極は、内部層との
対向面にのみ活物質層を備えることが好ましい。

【００３１】

【表１】 図２には、図１においてセパレータ４０を介在させて積
層された外層長尺電極３２及び内層長尺電極３４とを折
り畳む方法が示されている。

【００３２】折り畳む場合には、図２において破線で示
された山折り線Ａ及び一点鎖線で示された谷折り線Ｂに
沿って、山折り谷折りして折り畳む。この折り畳みによ
り、一方側の折返し端には、正極の各端子部４２が上向
きに突出し、他方側の折返し端には、負極の各端子部４
２が上向きに突出することになる。

【００３３】上記の通り折り畳まれた電極３２、３４
は、所定の電解液に含浸されて、積層型電気二重層キャ
パシタが形成される。

【００３４】以上の通り構成された積層型電気二重層キ
ャパシタを充電する場合には、前記端子部４２から外部
電圧を加えることにより、集電体３６を介して正極用電
極４８上の活物質層３８には負の電荷が蓄積し、負極用
電極５０上の活物質層３８には、正の電荷が蓄積され
る。一方、放電時には、充電により活物質層に蓄積され
た電荷が集電体より外部に供給される。

【００３５】上記のとおり、本実施の形態の積層型電気
二重層キャパシタは、少なくとも１層の内層長尺電極３
４と２層の外層長尺電極３２を積層した後、折り畳むこ
とにより多数の積層数を得ることができる。そのため、
従来の板状の電極を複数積層した電気二重層のように、
一枚一枚電極を積層する必要がなくなり製造が容易にな
る。

【００３６】さらには、本積層型電気二重層キャパシタ
は、従来の折り畳み式の電気二重層と異なり、活物質層
と集電体とが固着しているため、空隙等の接触抵抗の原
因が解消され、より効率的な充電及び放電を実行でき
る。

【００３７】また、本実施の形態において、内層長尺電
極３４には、集電体３６の両面に活物質層３８が設けら
れているため、従来の折り畳み式の積層型電気二重層キ
ャパシタに比して体積あたりの集電体の割合を減らすこ
とができる。この結果、同容量の電荷量をより小さな体
積で得ることが可能となる。

【００３８】例えば、集電体３６を厚さ２０μｍのアル
ミニウム箔とし、このアルミニウム箔上に５０μｍの活
物質層を形成させた場合、本実施の形態と従来の折り畳
み式の積層型電気二重層キャパシタとの全体の厚みを比
較する。

【００３９】より具体的には、本実施の形態において集
電体枚数を６とし、折り畳みによる集電体１枚当たりの
積層数を２０とした場合、全体の厚みは１５．５ｃｍで
あるが、一方の従来のキャパシタでは、上記と同様の活
物質層の積層数とした場合、１７．５ｃｍとなる。従っ
て、本実施の形態では、上記の条件下で、１３％薄くす
なわち小型化することができる。

【００４０】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、積層された電極及びセパレータが折り畳まれている
ことから、連続的に電極を積み重ねることができるた
め、製造が容易である。また、この折り畳みにより小型
化を図ることもできる。さらには、本発明における集電
体と活物質層とは固着しているため、従来の折り畳み式
の電気二重層における接触抵抗を防止することもでき
る。

【００４１】また、本発明によれば、最外層の電極には
内部層との対向面にのみ活物質層が設けられているた
め、従来の積層型電気二重層における緩和電圧を減少さ
せて、充放電効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施の形態の積層型電気二重層キャパシタ
における製造工程のうち積層段階を示す図である。

【図２】 本実施の形態の積層型電気二重層キャパシタ
における製造工程のうち折り畳み段階を示す図である。

【図３】 緩和電圧の原因及びその減少を図るための原
理を示す図である。

【図４】 従来の折り畳み式の積層型電気二重層キャパ
シタを示す図である。

【図５】 内部抵抗及び緩和電圧による電位の低下を示
す図である。

【符号の説明】

３２ 外層長尺電極、３４ 内層長尺電極、３６ 集電
体、３８ 活物質層、４０ セパレータ、４２ 端子
部、４４ 正極用集電体、４６ 負極用集電体、４８
正極用電極、５０ 負極用電極。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 集電体の両面に活物質層が固着され、各
   々セパレータを挟んで積層された複数枚の内層長尺電極
   と、 集電体の内側面に活物資層が固着され、前記積層された
   内層長尺電極へ外層セパレータを挟んで積層された外層
   電極と、から成り、 各電極を交互に正極及び負極とした積層型電気二重層キ
   ャパシタであって、 順次長尺方向に山折り谷折りして折り畳んだ積層型電気
   二重層キャパシタ。
2. 【請求項２】 各電極の山折り位置及び谷折り位置に活
   物質層のない領域が設けられていることを特徴とする請
   求項１に記載の積層型電気二重層キャパシタ。