図1Aは本発明の実施の形態による電気二� �層キャパシタ1001のキャパシタ素子1002の断面 図である。図1Bは電気二重層キャパシタ1001の 断面図である。図2はキャパシタ素子1002の拡� ��断面図である。図1Aと図2に示すように、キ� ��パシタ素子1002は正極1と負極2とを備える。� ��電体3はアルミニウム箔等の金属箔からなり 、面3Aと、面3Aの反対側の面3Bとを有する。正 極1と負極2は、集電体3と、集電体3の一端3Dを 除く面3A上に設けられた炭素系材料である活� ��炭粉末4Aを主に含有する分極性電極層4と、� ��電体3の一端3Dを除く面3B上に設けられた活� �炭粉末14Aを主に含有する分極性電極層14と、 分極性電極層4の面4D上に結合する不織布状の 樹脂層5よりなる。すなわち、樹脂層5は互い� ��不規則に結合する繊維状を有する。分極性� ��極層4は、集電体3の面3A上に位置する面4Eと� ��面4Eの反対側の面4Dとを有する。分極性電極 層14は、集電体3の面3B上に位置する面14Dと、� ��14Dの反対側の面14Eとを有する。

 集電体3の一端3Dが交互に互いに反対の方� ��1002A、1002Bに向くように、正極1と負極2を重� ��合わせてキャパシタ単位1003を作成する。複 数のキャパシタ単位1003を積層し、正極1の集� ��体の一端3Dを集電板6Aに接続し、負極2の集� �体3の一端3Dを集電板6Bに接続することにより キャパシタ素子1002を作製する。図1Bに示すよ うに、電気二重層キャパシタ1001は、キャパ� �タ素子1002と、駆動用電解液51と、キャパシ� �素子1002と駆動用電解液51とを収容する金属� �のケース52とを備える。

 以下に、電気二重層キャパシタ1001の製造 方法について説明する。

 厚さが約22μmの高純度(99.99%以上)のアルミ ニウム箔を塩酸系のエッチング液中で電解エ ッチングして面を粗面化し、集電体3を作製� �る。

 平均粒径5μmのフェノール樹脂系の活性炭 粉末4A、14Aを準備する。平均粒径0.05μmのアセ チレンブラックよりなる導電性付与剤4B、14B� ��準備する。カルボキシメチルセルロース(CMC )とポリテトラフロロエチレン(PTFE)よりなる� �インダ4C、14Cを準備する。メタノールと水と を混合した分散溶媒を準備する。10重量部の� ��性炭粉末4A(14A)と2重量部の導電性付与剤4B(14 B)と1重量部のバインダ4C(14C)とを混合して混� �機で混練しながら分散溶媒を少しずつ加え� �所定の粘度を有するペーストを作製する。� �のペーストを集電体3の一端3Dを含む面3A、3B� ��部分3E、3Fを露出するように面3A、3Bに塗布� �る。ペーストを塗布した集電体3を85℃の温� �の大気中で5分間乾燥することにより、集電� ��3の面3A、3B上に分極性電極層4、14をそれぞ� �形成する。

 続いて、分極性電極層4の面4Dに樹脂層5を 以下の方法で結合させる。樹脂は熱可塑性樹 脂を用いてもよい。溶融したポリブチレンテ レフタレート(PBT)等の熱可塑性樹脂を多孔の� ��金を有するダイから高温、高速の空気流で� ��き出す。吹き出した樹脂は極細い繊維状に� ��り分極性電極層4の面4D上に集積し樹脂層5を 形成する。集積した繊維状の樹脂は不織布形 状を有し、すなわち、互いに不規則に結合す る繊維形状を有する。樹脂層5の集積した極� �い繊維状の樹脂が分極性電極層4の面4Dの凹� �内に絡み合うようにして結合する。樹脂層5� ��約10μmの厚みを有する。樹脂層5を形成した� ��に、分極性電極層4、14と樹脂層5が形成され た集電体3を所定の寸法に切断して正極1なら� ��に負極2を作製する。

 次に、正極1の集電体3の一端3Dと負極2の� �電体3の一端3Dとが交互に互いに反対の方向10 02A、1002Bを向くように、正極1と負極2を重ね� �わせて複数のキャパシタ単位1003を作製する� ��このとき、正極1の樹脂層5が負極2の分極性� ��極層14の面14E上に位置する。次に、正極1の� ��脂層5が負極2の分極性電極層14の面14E上に位 置するように、複数のキャパシタ単位1003を� �層する。その後、正極1の集電体3の一端3Dを� ��電板6Aにレーザ溶接で接続し、負極2の集電� ��3の一端3Dを集電板6Bにレーザ溶接で接続し� �、キャパシタ素子1002を作製する。

 その後、集電板6A、6Bに端子53A、53Bをそれ ぞれ接合する。その後、キャパシタ素子1002� �駆動用電解液51をアルミニウム等の金属より なるケース52内に開口部52Aから収容し、キャ� ��シタ素子1002に駆動用電解液51を含浸させる� ��駆動用電解液51として、例えばプロピレン� �ーボネートに4エチルアンモニウム4フッ化ホ ウ素を溶解したものを用いた。

 次に、ケース52の開口部52Aに封口ゴム54を はめ込む。端子53A、53Bは、封口ゴム54に設け� ��れた貫通孔54A、54Bを通してケース52の外部� �露出させる。その後、ケース52の開口部52Aの 近傍の外周をケース52の内側に円環状に絞り� ��かつ金属ケース52の開口端をカーリング加� �することにより開口部52Aを封止し、電気二� �層キャパシタ1001が得られる。

 実施の形態による電気二重層キャパシタ1 001では、正極1や負極2の特に集電体3がキャパ シタ単位1003の機械的強度を確保し、集電板6A 、6Bがキャパシタ素子1002の機械的強度を確保 できるので、樹脂層5のセパレータとしての� �械的強度は不要になり、絶縁性のみを保証� �ればよい。

 電気二重層キャパシタ1001では、樹脂層5� �分極性電極層4と水素結合によって強固に固� ��されている。したがって、樹脂層5の材料と して用いられる樹脂は分極性電極層4との水� �結合が可能であるものを用いる。樹脂層5の� ��料の樹脂としては、水素結合を行うために� ��ロゲン元素を化学式上含む樹脂が好ましく� ��ポリブチレンテレフタレート(PBT)の他に、� �リエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエ チレンテレフタレート(PET)、ポリフェニレン� ��ルファイド(PPS)、アラミド、ポリイミド、� �イロン、変性PP、変性PE、ポリフッ化ビニリ� ��ン(PVDF)、ポリテトラフロロエチレン(PTFE)等� ��樹脂が使用可能である。これらの樹脂は、� ��極性電極層4と水素結合で大きな結合強度で 結合できる。さらに耐熱性の観点から、樹脂 層5の材料の樹脂としてPBT、PET、PPS、アラミ� �、ポリイミド、ナイロン、PVDF、PTFEがさらに 好ましい。

 分極性電極層から独立した部材であるセ� ��レータを備えた従来の電気二重層キャパシ� ��の最低厚みは25μmである。セパレータの代� �りに樹脂層5を供えた実施の形態による電気� ��重層キャパシタ1001の最低厚みは10μm以下に� ��ることができ、薄く小型で大容量の電気二� ��層キャパシタ1001が得られる。

 上記の方法で様々な厚みT1を有する分極� �電極層4、14と様々な厚みT2を有する樹脂層5� �備えた電気二重層キャパシタ1001の実施例1~9� ��比較例1、2の試料を作製した。これらの試� �のキャパシタ素子1002は、直径18mm、長さ50mm� �円筒巻回型セルである。これらの試料にお� �る樹脂層5および分極性電極層4の接着度合い を評価し、容量、抵抗を測定した結果を図3A� ��図3Bに示す。容量は、試料を1分間で満充電� ��かつ完全に放電させるような値の定電流を� ��して定電圧を印加し、充電後に定電流で放� ��させたときの容量と抵抗を算出した。

 樹脂層5および分極性電極層4間の接着度� �いは、JIS-K6854-1の「接着剤・剥離接着強さ試 験方法―第1部:90度剥離」の規定に準拠して� �価した。図3Aと図3Bにおいて、樹脂層5の破壊 や分極性電極層4と樹脂層5の間の剥離が見出� ��れた試料に「NG」と記し、剥離が見出され� �試料に「OK」と記している。

 実施例1~9の試料の樹脂層5の厚みT2の分極� ��電極層4、14の厚みT2に対する比R1は0.03~2.00の 範囲にある。これらの試料では、分極性電極 層4、14と樹脂層5との間に剥離が無く、容量� �抵抗ともに良好な値を示している。特に実� �例1、2、4、5、8の試料は、従来の電気二重層 キャパシタのセパレータの厚み20μmより小さ� ��厚み10μmの樹脂層5を備える。

 なお、セルロースを主原料とする従来の� ��気二重層キャパシタのセパレータの量産可� ��な厚みは25μmである。繊維状の樹脂層5を分� ��性電極層4と一体化して支持する実施の形態 による二重層キャパシタ1001では、樹脂層5の� ��みを20μm以下にすることができる。

 比R1が2.50と大きな値である比較例1の試料 では、17N/mの力により樹脂層5内で剥離が起こ った。比R1がこのような大きい値の場合には� ��樹脂層5自体の強度が小さい。このような樹 脂層5はキャパシタ素子を作製するためにキ� �パシタ単位を巻回する際に樹脂層5が剥離し� ��すく、正極1と負極2を短絡させる場合があ� �。樹脂層5を形成する繊維状の樹脂は分極性� ��極層4に物理的に交絡することにより分極性 電極層4と樹脂層5の間の接着力が得られてい� ��。樹脂層5の厚みT2の分極性電極層4の厚みT1� ��対する比R1が大きくなるにつれて、樹脂層5� ��繊維状の樹脂のうち分極性電極層4と交絡で きない樹脂が現れ、これにより、樹脂層5自� �が分割されると考えられる。

 比R1が0.013と小さな値の比較例2の試料で� �、容量が著しく小さく、抵抗が大きい。こ� �試料の樹脂層5は多くの駆動用電解液を保持� ��ることができないので、容量が小さくなり� ��抵抗が大きくなったと考えられる。

 実施の形態による電気二重層キャパシタ1 001では、樹脂層5の繊維状樹脂と分極性電極� �4、14が物理的に互いに交絡することによる� �理的な結合力が得られる。さらに、分極性� �極層4、14の面4D、14Eで主に水酸基やカルボキ シル基と樹脂層5の繊維状樹脂の面の主に水� �基やカルボキシル基が水素結合で結合する� �とで化学的な結合力が得られる。樹脂層5と� ��極性電極層4、14はこの物理的結合力と化学� ��結合力とにより強固に接着する。

 図4は、実施の形態による他の電気二重層 キャパシタ1004の斜視図である。図4において� ��図1Aと図1Bに示す電気二重層キャパシタ1001� �同じ部分には同じ参照符号を付し、その説� �を省略する。電気二重層キャパシタ1004は、� ��極1と負極2を積層して巻回して得られる巻� �タイプのキャパシタ素子1005を備える。正極1 と負極2には端子63A、63Bがそれぞれ接続され� �。端子63A、63Bが接続されたキャパシタ素子10 05は駆動用電解液61と共に金属製のケース62に 収容されている。ケース62の開口部2は封口ゴ ム64で封止されている。封口ゴム64には貫通� �64A、64Bが形成されている。端子63A、63Bは貫� �孔64A、64Bを通ってケース62の外部に露出する 。電気二重層キャパシタ1004では正極1と負極2 の樹脂層5と分極性電極層4、14が物理的結合� �と化学的結合力とにより強固に接着するの� �、巻回タイプのキャパシタ素子1005を容易に� ��製することができる。巻回タイプのキャパ� ��タ素子1005は積層タイプのキャパシタ素子100 2に比べて高い生産性で安価に作製すること� �でき、大電流で急速に充放電する時に発生� �る熱を効率的に逃がすことできる。したが� �て巻回タイプのキャパシタ素子1005を備えた� ��気二重層キャパシタ1004はハイブリッド車や パワーシャベルやクレーンなどの産業用機器 等、大電流が流れる機器に用いることができ る。

 また、実施の形態による電気二重層キャ� ��シタ1001は低い抵抗と大きな容量を同時に有 する。

 電気二重層キャパシタ1001の樹脂層5は経� �的な劣化の原因となるバインダを全く含ま� �い。図3Bに示す実施例7の試料は厚みT2が25μm� ��樹脂層5を備える。すなわち、実施の形態の 電気二重層キャパシタ1001の樹脂層5の厚みT2� �20μm以上にすることができる。実施例7の試� �は、セパレータを備えた従来のキャパシタ� �比較して、初期の容量と初期の抵抗は同程� �であり、容量の経時的な低下や抵抗の経時� �な増大が大幅に抑制される。従来のキャパ� �タのセパレータは形状保持のためにバイン� �を含んでいる。このバインダは充放電時に� �解し、分極性電極近傍に付着して滞留する� �これにより、キャパシタの容量の減少と抵� �の増大が引き起こされると考えられる。

 実施の形態による電気二重層キャパシタ1 001の樹脂層5はバインダを全く含まないので� �バインダに起因する容量の経時的な減少や� �抗の経時的な増大を抑制する。

 図5は実施の形態による他のキャパシタ素 子1005の拡大断面図である。図5において図2に 示すキャパシタ素子1002と同じ部分には同じ� �照番号を付し、その説明を省略する。図2に� ��すキャパシタ素子1002の正極1ならびに負極2� ��おいて、樹脂層5は分極性電極層4の面4Dに結 合する。図5に示すキャパシタ素子1005の正極1 や負極2は、分極性電極層14の面14Eに結合する 樹脂層15をさらに備える。樹脂層15は樹脂層5� ��同様の構造を有し、分極性電極層14の面14E� �結合する。樹脂層5、15は図1A、図1Bに示すキ� ��パシタ素子1002において互いに重なり合って いる。樹脂層5は、分極性電極層4を介して集� ��体3の面3Aに対向する。樹脂層15は、分極性� �極層14を介して集電体3の面3Bに対向する。

 図5に示すキャパシタ素子1005において、� �脂層5、15は強い耐酸性を有する樹脂により� �成されていてもよい。強い耐酸性により正� �1の劣化を抑制することができる。強い耐酸� ��を有する樹脂としては、PE、PP、PVDF、PET、PB T、PPS、アラミド、変性PP、変性PE等を用いる� ��とができ、好ましくは、PP、変性PPを用い、 更に好ましくは、PET、PBT、PPS、アラミドを用 いてもよく、これにより耐熱性を高めること ができる。

 なお、変性PP、変性PEは、通常のPP、PEよ� �も耐酸性や耐アルカリ性、更には耐熱性を� �めたものであればよく、酸変性PP、酸変性PE� ��用いる。酸変性は具体的には、カルボン酸� ��性、マレイン酸変性が挙げられ、好ましく� ��カルボン酸変性である。

 また、図5に示すキャパシタ素子1005にお� �て、樹脂層5、15は強い耐アルカリ性を有す� �樹脂により構成されていてもよい。強い耐� �ルカリ性により負極2の劣化を抑制すること� ��できる。強い耐アルカリ性を有する樹脂と� ��て、セルロース系樹脂、PP、PBT、PPS、ポリ� �ミド、アラミドを用いることができ、より� �ましくはセルロース系樹脂、PP、PBT、PPS等を 用いる。

 また、図5に示すキャパシタ素子1005にお� �て、樹脂層5は強い耐酸性を有する樹脂で構� ��し、樹脂層15は強い耐アルカリ性を有する� �脂で構成してもよい。キャパシタ単位1003や� ��ャパシタ素子1002では樹脂層5と樹脂層15は接 触している。これにより、強い耐酸性ならび に強い耐アルカリ性の両方を有し、図5に示� �電極を正極1と負極2のいずれにも用いること ができる。同様に、樹脂層15は強い耐酸性を� ��する樹脂で構成し、樹脂層5は強い耐アルカ リ性を有する樹脂で構成してもよい。

 また、樹脂層5、15を強い耐酸性を有する� ��脂と強い耐アルカリ性を有する樹脂を混合� ��た材料で形成してもよい。

 また、樹脂層5を構成する樹脂の融点以上 の温度で正極1ならびに負極2を加熱してもよ� ��。これにより、樹脂層5の一部が溶融して分 極性電極層4の面4Dから分極性電極層4の内部� �入り込むので、樹脂層5と分極性電極層4の結 合強度をより高めることができる。樹脂層5� �溶融した部分は、集電体3の分極性電極層4か ら露出している部分3Eと接触して融着されて� ��よく、これにより、樹脂層5を集電体3と高� �強度で固定することができ、分極性電極層4� ��さらに強固に固定することができる。

 電気二重増キャパシタ1001では、正極1に� �合された集電板6Aならびに負極2に接合され� �集電板6Bに端子53A、53Bが接合されている。端 子53A、53Bは、正極1と負極2の集電体3の一端3D� ��それぞれ直接接合してもよい。

 図6Aは実施の形態によるさらに他のキャ� �シタ素子1006の拡大断面図である。図6Aにお� �て、図5に示すキャパシタ素子1005と同じ部分 には同じ参照番号を付し、その説明を省略す る。キャパシタ素子1006では、分極性電極層4� ��14が設けられておらずに分極性電極層4、14� �ら露出する集電体3の部分3Eに、面3A、3Bに繋� ��る貫通孔8Aが形成されている。分極性電極� �4の面4Dに結合する樹脂層5は、貫通孔8Aを通� �て延び、分極性電極層14に結合してかつ樹脂 層15に連結する部分9を有する。これによって 、樹脂層5と分極性電極層4との接触する面積� ��増大させることができ、樹脂層5、15を分極� ��電極層4、14にさらに強固に固定することが� ��能となる。

 図6Bは実施の形態によるさらに他のキャ� �シタ素子1007の拡大断面図である。図6Bにお� �て、図2に示すキャパシタ素子1002と同じ部分 には同じ参照番号を付し、その説明を省略す る。キャパシタ素子1007では、分極性電極層4� ��14に間において面3A、3Bに繋がる貫通孔8Bが� �電体3に形成されている。分極性電極層4上に 樹脂層5を形成するために樹脂を分極性電極� �4の面4Dに吹き付ける時に、集電体3の面3Bか� �貫通孔8Bを通して空気を吸引する。これによ り、樹脂層5を形成する樹脂が分極性電極層4� ��入り、貫通孔8Bを通って分極性電極層14に至 る。これにより、樹脂層5と同じ材料による� �細い繊維状の樹脂繊維9Bが形成され、樹脂繊 維9Bは分極性電極層4内に設けられ、貫通孔8B� ��通して分極性電極層14内に至る。樹脂繊維9B により、樹脂層5を分極性電極層4の面4Dによ� �強く結合させることができ、正極1と負極2の 短絡をより確実に防止することができる。

 図7は図1に示すキャパシタ素子1002の方向1 002Cから見た平面図である。正極1の集電体3の 部分3Eには2つの貫通孔12Aが形成されている。 負極2の集電体3の部分3Eには2つの貫通孔13Aが� ��成されている。2つの貫通孔12Aの間隔と2つ� �貫通孔13Aの間隔とは異なる。

 それぞれ正極1と負極2とを積層して形成� �れる複数のキャパシタ単位1003を積層してキ� ��パシタ素子1002を形成する。貫通孔12A、13Aを 位置あわせすることにより、正極1と負極2の� ��電体3を高精度に集電板6A、6Bにレーザ溶接� �接続することができる。

 なお、図6Aに示すキャパシタ素子1006では� ��集電体3に形成されている貫通孔8Aを貫通孔1 2A、13Aとして位置決めに用いてもよい。また� ��図6Bに示すキャパシタ素子1007では、集電体3 に形成されている貫通孔8Aを貫通孔12A、13Aと� ��て位置決めに用いてもよい。

 なお、貫通孔12A、13Aは楕円形であるが、� ��形であってもよい。貫通孔12A、13Aが楕円形� ��場合は、正極1や負極2の回転を防止するこ� �ができる。また、2つの貫通孔12Aの間隔と2つ の貫通孔13Aと間隔は同じでも異なっていても よい、これらの間隔が異なることにより、正 極1や負極2の回転を防止することができる。

 図8は実施の形態によるさらに他のキャパ シタ素子2001の断面図である。図8において、� ��1Aに示すキャパシタ素子1002と異なる部分に� ��同じ参照符号を付して、その説明を省略す� ��。キャパシタ素子2001は、互いに接続された 複数のキャパシタサ素子1002(1004、1005、1006、1 007)を有する。キャパシタ素子2002において、� ��数のキャパシタ素子1002(1004、1005、1006、1007) は直列に接続されているが、並列等の他の方 法で接続されていてもよい。

 実施の形態における電気二重層キャパシ� ��1001は、集電体と、集電体の面に設けられた 炭素系材料と炭素系材料内に収蔵されたリチ ウムイオンとを有するキャパシタにも適用で きる。この場合、炭素系材料内へリチウムイ オンを吸蔵させる工程(プレドープ工程)を要� ��る。その工程で負極の分極性電極層の面に� ��接リチウム源を配置する場合は、負極の分� ��性電極層の面へは樹脂層を設けることはで� ��ないが、正極の分極性電極層の面に樹脂層� ��設けることができ、同様の効果を有する。

 炭素系材料内に吸蔵、脱離するイオンと� ��てリチウムイオンの他に、ナトリウムイオ� ��、カリウムイオンなどのアルカリ金属、ア� ��カリ土類金属やフラーレンなどに吸蔵脱離� ��能なランタンイオンなどの希土類を用いた� ��ャパシタにおいても同様の効果を有する。

 また、炭素材料内にカチオンでなくアニ� ��ンが吸蔵脱離する場合は、吸蔵脱離が生じ� ��側の極と反対の極の電極層上に樹脂層を設� ��ることにより、プレドープ工程を短時間で� ��了させつつ、セル抵抗低減とセル容量増大� ��いう同様の効果を有する。