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Patent Searching and Data


Title:
BIPOLAR LAYERED TYPE ELECTRIC DOUBLE LAYER CAPACITOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/034828
Kind Code:
A1
Abstract:
[PROBLEMS] To provide a bipolar layered type electric double layer capacitor which can improve sealing between cells while suppressing the size of a capacitor unit. [MEANS FOR SOLVING PROBLEMS] A bipolar layered type electric double layer capacitor includes: a multi-layered body having a plurality of capacitor cells (4) layered via a polarization base (2); two collection electrode plates (6) arranged on the both surfaces of the multi-layered body; two end plates (7) which sandwich the multi-layered body and the collection electrode plates (6); a packing (5) which seals the capacitor cells (4); and a metal spacer (10) having a threaded inner surface and inserted into a thorough hole formed in the packing. A metal screw (9) is screwed at both ends of the metal spacer (10) so as to tighten the end plates (7).

Inventors:
HORIKOSHI RON
Application Number:
PCT/JP2008/065142
Publication Date:
March 19, 2009
Filing Date:
August 26, 2008
Export Citation:
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Assignee:
MEIDENSHA ELECTRIC MFG CO LTD (JP)
HORIKOSHI RON
International Classes:
H01G11/10; H01G11/00; H01G11/74; H01G11/78; H01G11/80; H01G11/84
Foreign References:
JP2003217986A2003-07-31
JP2004040938A2004-02-05
JPH1126953A1999-01-29
JPH04240708A1992-08-28
JP2003217986A2003-07-31
JP2006294985A2006-10-26
Other References:
See also references of EP 2200054A4
Attorney, Agent or Firm:
HASHIMOTO, Takeshi et al. (Ekisaikai Bldg.1-29, Akashi-ch, Chuo-ku Tokyo 44, JP)
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Claims:
 分極基材を介して複数のキャパシタセルを積層した多積層体と、
 前記多積層体の両面にそれぞれ設けられる二つの端部金属集電板と、
 前記多積層体及び前記端部金属集電板を挟む二つの積層保持用金属プレートと、
 前記キャパシタセルを密閉するパッキンと、
 内面にねじ溝が形成され、前記パッキンに形成された貫通孔に挿入されて、前記積層保持用金属プレートを締結する締結部材が両端部に螺着される円筒状部材と
 を備えるバイポーラ積層型電気二重層キャパシタにおいて、
 前記円筒状部材が金属からなる
 ことを特徴とするバイポーラ積層型電気二重層キャパシタ。
 相互に対向する前記積層保持用金属プレートと前記端部金属集電板との間に、少なくとも-20℃~70℃の耐熱温度を有する絶縁板を介設した
 ことを特徴とする請求項1記載のバイポーラ積層型電気二重層キャパシタ。
 前記円筒状部材の外表面を被覆する絶縁体を有する
 ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載のバイポーラ積層型電気二重層キャパシタ。
 前記円筒状部材を構成する金属が、ステンレスである
 ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載のバイポーラ積層型電気二重層キャパシタ。
 前記円筒状部材を構成する金属が、表面に耐食性のめっきを施した鉄である
 ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載のバイポーラ積層型電気二重層キャパシタ。
 前記円筒状部材を構成する金属が、チタンである
 ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載のバイポーラ積層型電気二重層キャパシタ。
 前記絶縁板が、ベークライト、フェノール、エポキシ系樹脂、ポリプロピレン、またはポリエチレンテレフタレートからなる
 ことを特徴とする請求項2乃至請求項5のいずれか1項に記載のバイポーラ積層型電気二重層キャパシタ。
 前記絶縁体が、樹脂からなるチューブ状材である
 ことを特徴とする請求項3乃至請求項7のいずれか1項に記載のバイポーラ積層型電気二重層キャパシタ。
 前記絶縁体が、熱収縮チューブである
 ことを特徴とする請求項3乃至請求項7のいずれか1項に記載のバイポーラ積層型電気二重層キャパシタ。
 前記絶縁体が、樹脂顔料からなる塗料を焼付け塗布してなる皮膜である
 ことを特徴とする請求項3乃至請求項7のいずれか1項に記載のバイポーラ積層型電気二重層キャパシタ。
Description:
バイポーラ積層型電気二重層キ パシタ

 本発明は、バイポーラ積層型電気二重層 ャパシタに関する。

 電気二重層キャパシタは、電解質中のア オン、カチオンを分極性電極の正極、負極 面に物理吸着させて電気を蓄えることを特 としている。

図2に、従来のバイポーラ積層型電気二重 キャパシタの一例を示す。図2に示すように バイポーラ積層型電気二重層キャパシタ(以 下、キャパシタという)は、平板状の活性炭 極100を分極基材102の両面に接着してなる分 性電極と、イオンが通過可能なセパレータ10 3とを、交互に挟みこんだ「積層型」として る。

セパレータ103とその両面に位置する活性炭 電極100,100とから構成される最小単位をセル10 4として説明すると、キャパシタは、分極基 102を介して複数のセル104を積層してなる多 層体を、積層保持用金属プレートとしての ンドプレート107,107で締め付けた構造となっ いる。分極基材102の外周部には、キャパシ ユニット内部の電解質が外部へ漏れ出すこ を防止するために、互いに隣接するセル104 の密閉を行うパッキン105が設けられる。こ により、分極基材102は、その外周部分をパ キン105によって挟まれた状態となっている なお、このパッキン105は、互いに隣接する ル104間の絶縁を行う役割も備えている。

 キャパシタの組み立てを行う際に、必要 耐電圧分(例えば、単位セル当たりの耐電圧 は2.5V程度)のセル104とともに上記パッキン105 積層し、最後に端部金属集電板としての集 極板106,106を介してエンドプレート107,107で め付けることにより、互いに隣接するセル10 4間の密閉状態を保っている。なお、集電極 106,106には集電端子108,108が接続されている。

 ここで、互いに隣接するセル104間を完全 密閉するには、エンドプレート107,107間に十 分な締め付け力を与える必要がある。そのた めエンドプレート107,107にねじ穴を設けると もに、パッキン105においてエンドプレート10 7,107のねじ穴に対向する位置に貫通孔を設け 該ねじ穴及び該貫通孔に、締結部材として 金属ねじ109を通して、エンドプレート107,107 を相互に締結している(例えば、特許文献1参 )。より詳しくは、パッキン105の貫通孔に、 円筒状部材として中空円筒状に形成された樹 脂製の部材であって内周面に両雌ねじ加工を 行った雌ねじ付き樹脂スペーサ(以下、樹脂 ペーサという)113を挿入し、この樹脂スペー 113の両端部に上記金属ねじ109を螺着するこ により、両側のエンドプレート107,107を締め 付けて、大きな加圧力を得ている。

 ところで、キャパシタの構造上、エンド レート107,107間には電位差が生じる可能性が ある。図2に示すようなキャパシタにおいて 、エンドプレート107と集電極板106とが接し いることから、一方のエンドプレート107と 方のエンドプレート107とを絶縁する必要が る。そのため上述したように、樹脂製のス ーサ113が使用されている。なお、樹脂スペ サ113に用いられる樹脂としては、強度、耐 性、及び耐久性の点から、例えば、ポリフ ニレンサルファイド(PPS)にフィラー状のガラ ス繊維を含有させたものが使用されている。

 また、積層された複数のキャパシタセル 直列に接続するために、それぞれのキャパ タセルの第一の端子と、そのキャパシタセ に隣接するキャパシタセルの第二の端子と 、長方形の板からなる端子接続部を用いて 続する構成において、第一の端子又は第二 端子と、端子接続部とを、ボルト及びナッ によって締結する際、端子、端子接続部、 び隣接する端子間に介装された絶縁ブロッ にそれぞれ貫通孔が形成され、この各貫通 に、絶縁材料からなる中空円筒状のスリー を介してボルトを挿入するようにしたもの ある(例えば、特許文献2参照)。

特開2003-217986号公報

特開2006-294985号公報

しかしながら、図2に示すようなキャパシ においてセル104間の密閉状態を長期間維持 るためには、エンドプレート107,107間の強い め付け力を得ること、及び、樹脂スペーサ1 13の変形を防止することが要求される。

PPS樹脂からなる樹脂スペーサ113を用いる場 合、金属ねじ109による締め付け力は該PPS樹脂 の強度に応じて設定されるため、締め付け力 を大きくするには、樹脂スペーサ113のねじ径 を大きく、すなわち樹脂スペーサ113の断面積 を拡大する必要があり、キャパシタユニット 全体の大型化に繋がる虞があった。

また、樹脂は温度が約60℃を超えると強度 下が起こり、80℃での強度は20℃における強 度と比較して3分の2程度となってしまう。キ パシタの使用温度範囲は概ね-20℃~70℃であ ので、樹脂スペーサ113や上記スリーブの温 が上昇するとその強度が低下し、変形が生 る等の虞があった。

このようなことから本発明は、キャパシタ ユニットの大型化を抑制しつつ、互いに隣接 するセル間の密閉性を向上させることが可能 な、バイポーラ積層型電気二重層キャパシタ を提供することを目的とする。

 上記の課題を解決するための第1の発明に 係るバイポーラ積層型電気二重層キャパシタ は、分極基材を介して複数のキャパシタセル を積層した多積層体と、前記多積層体の両面 にそれぞれ設けられる二つの端部金属集電板 と、前記多積層体及び前記端部金属集電板を 挟む二つの積層保持用金属プレートと、前記 キャパシタセルを密閉するパッキンと、内面 にねじ溝が形成され、前記パッキンに形成さ れた貫通孔に挿入され、両端部に前記積層保 持用金属プレートを締結する締結部材が螺着 される円筒状部材と、を備えるバイポーラ積 層型電気二重層キャパシタにおいて、前記円 筒状部材が金属からなることを特徴とする。

 第2の発明に係るバイポーラ積層型電気二 重層キャパシタは、第1の発明において、相 に対向する前記積層保持用金属プレートと 記端部金属集電板との間に、少なくとも-20 ~70℃の耐熱温度を有する絶縁板を介設した とを特徴とする。

 第3の発明に係るバイポーラ積層型電気二 重層キャパシタは、第1又は第2の発明におい 、前記円筒状部材の外表面を被覆する絶縁 を有することを特徴とする。

 第4の発明に係るバイポーラ積層型電気二 重層キャパシタは、第1又は第2の発明におい 、前記円筒状部材を構成する金属がステン スであることを特徴とする。

 第5の発明に係るバイポーラ積層型電気二 重層キャパシタは、第1又は第2の発明におい 、前記円筒状部材を構成する金属が、表面 耐食性のめっきを施した鉄であることを特 とする。

 第6の発明に係るバイポーラ積層型電気二 重層キャパシタは、第1又は第2の発明におい 、前記円筒状部材を構成する金属がチタン あることを特徴とする。

 第7の発明に係るバイポーラ積層型電気二 重層キャパシタは、第2乃至第5のいずれかの 明において、前記絶縁板が、ベークライト フェノール、エポキシ系樹脂、ポリプロピ ン、またはポリエチレンテレフタレートか なることを特徴とする。

 第8の発明に係るバイポーラ積層型電気二 重層キャパシタは、第3乃至第7のいずれかの 明において、前記絶縁体が、樹脂からなる ューブ状材であることを特徴とする。

 第9の発明に係るバイポーラ積層型電気二 重層キャパシタは、第3乃至第7のいずれかの 明において、前記絶縁体が、熱収縮チュー であることを特徴とする。

 第10の発明に係るバイポーラ積層型電気 重層キャパシタは、第3乃至第7のいずれかの 発明において、前記絶縁体が、樹脂顔料から なる塗料を焼付け塗布してなる皮膜であるこ とを特徴とする。

 本発明に係るバイポーラ積層型電気二重 キャパシタによれば、従来の円筒状部材に 較して、断面積を拡大することなく円筒状 材の強度を向上させることができるため、 ャパシタユニットの大型化を抑制しつつ、 いに隣接するセル間の密閉性を向上させる とが可能となる。

 また、積層保持用金属プレートと端部金 集電板との間に、少なくとも-20℃~70℃の耐 温度を有する絶縁板を介設すれば、二つの 層保持用金属プレート間において電位差が じた場合であっても、この電位差がキャパ タの使用温度範囲内においてキャパシタユ ット本体に影響を及ぼすことを防止するこ ができる。

 さらに、円筒状部材の表面を絶縁体で被 すれば、金属からなる円筒状部材と分極基 とが接触して短絡することを確実に防止す ことができる。

本発明に係るバイポーラ積層型電気二 層キャパシタを示す断面構造図である。 従来のバイポーラ積層型電気二重層キ パシタを示す断面構造図である。

 本発明の実施の形態を、以下に示す実施 において詳細に説明する。本実施の形態は 締結部材を挿入、又は、螺着する円筒状部 を備えるバイポーラ積層型電気二重層キャ シタに適用されるものである。

図1に基づいて本発明の第1の実施例を説明 る。図1は、本実施例に係るバイポーラ積層 型電気二重層キャパシタの断面構造図である 。

図1に示すように、本実施例に係るバイポ ラ積層型電気二重層キャパシタ(以下、キャ シタという)は、平板状の活性炭電極1を分 基材2の両面に接着してなる分極性電極と、 オンが通過可能なセパレータ3とを、交互に 挟みこんだ「積層型」である。

キャパシタは、セパレータ3と、その両面 位置する活性炭電極1,1とから構成される最 単位であるセル4を含む。キャパシタは、分 基材2を介して複数のセル4を積層してなる 積層体を、積層保持用金属プレートとして エンドプレート7,7で締め付けた構造を有す 。分極基材2の外周部には、キャパシタユニ ト内部の電解質が外部へ漏れ出すことを防 するために、互いに隣接するセル4間の密閉 を行うパッキン5が設けられる。これにより 分極基材2は、その外周部分をパッキン5によ って挟まれた状態となっている。なお、この パッキン5は、互いに隣接するセル4間の絶縁 行う役割も備えている。

 キャパシタの組み立てを行う際に、必要 耐電圧分(例えば、単位セル当たりの耐電圧 は2.5V程度)のセル4とともに上記パッキン5を 層し、最後に端部金属集電板としての集電 板6,6を介してエンドプレート7,7で締め付け ことにより、互いに隣接するセル4間の密閉 態を保っている。なお、集電極板6,6には集 端子8,8が接続されている。

 互いに隣接するセル4間を完全に密閉する ために、エンドプレート7,7にねじ穴を設ける とともに、パッキン5においてエンドプレー 7,7のねじ穴に対向する位置に貫通孔を設け 該ねじ穴及び該貫通孔に、締結部材として 金属ねじ9を通して、エンドプレート7,7を相 に締結している。

パッキン5に形成された貫通孔には、中空 筒状に形成された金属製の部材であって、 周面に両雌ねじ加工が施された円筒状部材 しての金属スペーサ10が挿通されている。金 属スペーサ10の両端部には、それぞれエンド レート7を貫通する締結部材としての金属ね じ9が螺着され、これにより該エンドプレー 7,7は相互に締結されている。

ここで、本実施例ではスペーサとして金属 を使用するため、金属ねじ9及び金属スペー 10を介して二つのエンドプレート7,7が導通す ることになる。よって、互いに対向する集電 極板6とエンドプレート7との間に絶縁板11を 設して、集電極板6とエンドプレート7との間 を絶縁するようにしている。絶縁板11には、 えば、厚さ0.05~2.0mm程度のものを用いる。尚 、集電端子8、8は、金属ねじ9及び金属スペー サ10に接触しない位置に取り付けられており 両端子8、8間の絶縁は保たれている。

 さらに、金属スペーサ10の外周面には、 縁体12が施されている。絶縁体12は、金属ス ーサ10の外周部が、分極を行うアルミ箔基 である分極基材2と接触して短絡することを 止するものであり、分極基材2と金属スペー サ10との短絡を防止するために必要に応じて 属スペーサ10よりやや長めに設定すると好 である。

 上述した本実施例に係るバイポーラ積層 電気二重層キャパシタによれば、エンドプ ート7,7を締結する金属ねじ9が両端部に螺着 されるスペーサとして、金属からなるスペー サ10を用いる構成としたことにより、PPS樹脂 のスペーサを用いた従来のキャパシタに比 して、その強度を2~3倍とすることができる 例えば、断面積が同一である場合、本実施 の金属スペーサ10では、従来の樹脂性スペ サ13に比較して、強度が2~3倍程度増加する。

 そのため、本実施例に係るバイポーラ積 型電気二重層キャパシタによれば、キャパ タユニットの大型化を抑制しつつ、セル間 密閉性を向上させることができる。さらに 金属の耐熱温度は数百℃以上であるため、 実施例に係るバイポーラ積層型電気二重層 ャパシタにおいては、通常のキャパシタ使 温度範囲において強度低下を生じる虞がな 、従来のキャパシタに比較してセル間の密 性をより長期間維持することが可能になる

 また、互いに対向する集電極板6とエンド プレート7との間に絶縁板11を設け、集電極板 6とエンドプレート7とを電気的に分離するよ にしたため、二つのエンドプレート7,7間に 位差が生じた場合であっても、活性炭電極1 、分極基材2、セパレータ3及び集電極板6から なるキャパシタユニット本体に影響が及ぶこ とを防止できる。

 さらに、金属スペーサ10の外周部を被覆 る絶縁体12を設けたため、分極基材2の端部 金属スペーサ10に直接接触する虞がなく、短 絡を防ぐことができる。

 本実施例は、図1に示し上述した実施例1 金属スペーサ10の材料としてステンレスを用 いる例である。特に、価格及び強度を考慮す ると、SUS303、SUS304の使用が好適である。その 他の構成は図1に示し上述したものと概ね同 であり、重複する説明は省略する。

 本実施例によれば、金属スペーサ10の材 としてステンレスを使用することにより、PP S樹脂と比較してステンレスの強度が約3倍で るので、従来のキャパシタに比較して断面 を拡大することなく強度を向上させること でき、キャパシタユニットの大型化を抑制 つつ、セル間の密閉性を向上させることが 能となる。さらに、本実施例では、ステン スは耐食性に優れることから、表面処理等 施す必要がないという利点がある。

 本実施例は、図1に示し上述した実施例1 金属スペーサ10の材料として鉄を用いる例で ある。本実施例において、金属スペーサ10の 面には、鉄の腐食を防止するために耐食性 めっきを施すようにする。その他の構成は 1に示し上述したものと概ね同様であり、重 複する説明は省略する。

 本実施例によれば、金属スペーサ10の材 として鉄を使用するため、上述した実施例2 おけるステンレス製のものに比較して略同 の強度が得られ、キャパシタユニットの大 化を抑制しつつ、セル間の密閉性を向上さ ることができるとともに、材料費を2分の1 度に抑制することができ、且つ、加工コス も低く抑えることができる。

 本実施例は、図1に示し上述した実施例1 金属スペーサ10の材料としてチタンを用いる 例である。その他の構成は図1に示し上述し ものと概ね同様であり、重複する説明は省 する。

 本実施例によれば、金属スペーサ10の材 としてチタンを使用するため、表面処理を す必要がなく、また従来のPPS樹脂に比較し 2倍程度の強度が得られ、キャパシタユニッ の大型化を抑制しつつ、セル間の密閉性を 上させることができる。さらに、実施例2に おけるステンレス製のもの、実施例3におけ 鉄製のものに比較して、質量を約2分の1に低 減することができる。

 本実施例は、上述した実施例1の絶縁板11 材料として、熱硬化性樹脂(例えば、ベーク ライト板、フェノール板、エポキシ系板等) 使用する例である。その他の構成は図1に示 上述したものと概ね同様であり、重複する 明は省略する。

本実施例によれば、実施例1の効果に加え 、絶縁板11の材料として熱硬化性樹脂を使用 することにより、耐熱温度300℃以上、且つ、 高絶縁性が得られる。

 本実施例は、上述した実施例1の絶縁板11 材料として、ポリオレフィン系樹脂(例えば 、ポリプロピレン等)を使用する例である。 の他の構成は図1に示し上述したものと概ね 様であり、重複する説明は省略する。

 本実施例によれば、実施例1の効果に加え て、絶縁板11の材料としてポリオレフィン系 脂を用いることにより、耐熱温度120℃程度 得られる。さらに、上述した実施例5に比較 して、絶縁板11の材料の価格を低減し、且つ 絶縁板11を薄く加工することが可能となる

 本実施例は、上述した実施例1の絶縁板11 材料として、ポリエチレンテレフタレート( PETフィルム)を使用する例である。その他の 成は図1に示し上述したものと概ね同様であ 、重複する説明は省略する。

 本実施例によれば、実施例1の効果に加え て、絶縁板11の材料としてポリエチレンテレ タレートを使用することにより、耐熱温度2 00℃程度が得られるとともに、低価格、且つ 絶縁性に優れた絶縁板11を得ることができ 上述した実施例5,6に比較して、絶縁板11の絶 縁性を維持しつつその厚さを薄くすることが できる。

 本実施例は、上述した実施例1の絶縁体12 して、四フッ化エチレン樹脂(PTFE)、ポリプ ピレン、シリコン等からなるチューブ状あ いはパイプ状の材料を使用する例である。 記チューブ状あるいはパイプ状の材料を必 な長さに切断して金属スペーサ10に被せる とで、金属スペーサ10の外周面を被覆する絶 縁体12を設ける。該絶縁体12の長さは、金属 ペーサ10の長さに比較してやや長め(短絡を 止できる程度)に設定する。その他の構成は 1に示し上述したものと概ね同様であり、重 複する説明は省略する。

 本実施例によれば、実施例1の効果に加え て、絶縁体12としてチューブ状の絶縁材料を 用することにより、絶縁体12の金属スペー 10への装着を容易に行うことが可能となる。

 本実施例は、上述した実施例1の絶縁体12 して、塩化ビニール、フッ素系、ポリオレ ィン系の熱収縮チューブを使用する例であ 。熱収縮チューブを金属スペーサ10に被せ 高温で収縮させて金属スペーサ10に密着させ ることにより、絶縁体12を設ける。その他の 成は図1に示し上述したものと概ね同様であ り、重複する説明は省略する。

 本実施例によれば、実施例1の効果に加え て、絶縁体12として熱収縮チューブを使用す ことにより、振動や衝撃に対して絶縁体12 金属スペーサから外れたり、ずれたりする とを抑制し、より確実に短絡を防止するこ ができる。

 本実施例は、図1に示し上述した実施例1 絶縁体12として、樹脂顔料からなる塗料を金 属スペーサ10に焼き付け塗布してなる絶縁皮 を使用する例である。その他の構成は図1に 示し上述したものと概ね同様であり、重複す る説明は省略する。

 本実施例によれば、実施例1の効果に加え て、絶縁体12として樹脂顔料からなる塗料を 付け塗布してなる皮膜を設けることにより 上述した実施例8,9の構成に比較して、絶縁 12の厚さをより薄くすることができるため 更なる軽量化が可能であると共に、コスト 抑制することができる。

 なお、本発明は上述した実施例に限定さ るものではなく、例えば複数の実施例を組 合わせる等、本発明の趣旨を逸脱しない範 で種々の変更が可能であることはいうまで ない。

 本発明は、締結部材を挿入、又は、螺着 る円筒状部材を備えるバイポーラ積層型電 二重層キャパシタに適用して好適なもので る。