电气双层电容器及其制造方法 【技术领域】
本发明涉及一种电气双层电容器及其制造方法，更详细地，是涉及一种在构成电气双层电容器的单位元件(cell)的过程中，将以粉末活性炭为主要材料的电极物质浆液(slurry)化、将其被覆在与金属外壳相同材质的金属支持体上制成可极性化电极体，将可极性化电极体与金属外壳结合的电气双层电容器及其制造方法。
背景技术
最近，随着电子仪器、家电制品及工业设备的发展，电子元件越来越高级化、小型化和轻量化，因此电子元件的多样化要求元件多功能化。作为其中的一例，将2次电池与电容的功能组合的构件、应用在相互不同的界面上形成的电气双层产生的静电荷现象的电气双层电容器的使用正在日渐增加。
这样的电气双层电容器，由于是用包装下列构成要素的阳极和阴极的金属外壳构成的单位元件构成的，这些构成要素为：浸渍了液态或者固体的电解液的阳极和阴极的两电极(可极性化电极)，只能传导上述两电极间地离子、用于绝缘和防止短路的多孔性材质的隔离物，用于防止电解液渗漏、绝缘和防止短路的填料等，所以通过将2～3个这样的单位元件直列层叠、将阳极和阴极的两端子组合的构件收容在金属制的外装壳体中组装完成。
在电气双层电容器的单位元件中，通过将可极性化电极粘贴在金属外壳的内部，从电容的外部传达给金属外壳的电气能量被传达给可极性化电极内部的电解液。由此，这些两构成要素之间的导电性必须优良，可极性化电极必须是能够内藏到金属外壳内的形状。
并且，由于粘贴可极性化电极的粘贴部位起集电极的作用，因此金属外壳与可极性化电极必须完全结合。如果金属外壳与可极性化电极的结合不完全，则电气双层电容器的静电容量、内部阻抗及漏电电流等电气性能低下。并且，金属外壳的中心必须与可极性化电极的中心一致，如果金属外壳的中心与可极性化电极的中心不一致，则电气双层电容器的电气性能就下降了。
以前，在构成这样的电气双层电容器的单位元件中，结合在金属外壳上的可极性化电极是将粉末活性炭电极物质浆液化涂敷在金属外壳上形成的。但是，由于糊状的可极性化电极难以操作并且活性炭粒子相互之间的接触阻抗大，因此将粉末状的活性炭制成固体的薄板或者制成纤维状的活性炭薄板再变成固体板状，用粘接剂或者焊接方法固定、结合在金属外壳上。
例如，如图4a及图4b所示，将粉末状活性炭制成固体的薄板，将它裁切成一定大小和形状制成可极化电极5，通过涂敷电极糊、导电性聚合物等液状导电性粘接剂4将可极化电极5加压粘贴固定在由圆盘状底面部1和从该底面部延长的圆筒形侧壁2构成的金属外壳3的内部，即底面部1上(以前的第1技术)。
但是，这样的可极化电极5由于制成固体板状，为了将它粘贴在金属外壳内，应用使用粘接剂4的粘贴方法。由于必须用人工均匀地涂敷粘接剂4，因此这样的方法存在降低生产率，添加干燥工艺使工艺变得复杂的缺点。特别是，由于外部的冲击或者高温干燥后的急剧冷却，产生粘接的可极化电极5容易从金属外壳3上分离等作业上的问题。并且，当可极化电极5的外径比金属外壳3的圆筒形侧壁2的内径小时，存在由于粘接剂4的表面张力可极化电极5流向一边的现象，即偏心现象的可能性高、金属外壳3的中心与可极化电极5的中心不一致的场合，存在电气性能低下的问题。
或者，如图5所示，可以知道，作为以前技术的其他结构，在纤维状活性炭薄板6的表面等离子喷镀铝、镍或者钛等金属6a后，裁切成一定的大小和形状制成由纤维状活性炭构成的固体板状的可极化电极5′，用(+)极焊接端子7和(-)极焊接端子8将可极化电极5′焊接安装在金属外壳3上(以前的第2技术)。
但是，纤维状活性炭薄板的可极化电极如果考虑：材料本身价格高，并且由于应用喷镀金属物安装的方法，所以添加喷镀金属物工艺使工艺复杂，喷镀金属物的相关设备价格高这些问题，难以方便地应用到现场作业。另一方面，这样的喷镀金属物的粘贴方法，特别是可极化电极的材料仅限于纤维状，由于制造过程中材料的损失大，因此起制品价格上升的重要因素的作用。
【发明内容】
本发明就是为了解决相关问题，其目的是提供一种在形成构成单位元件的可极化电极的过程中，将糊状的电极物质被覆并固定在金属支持体上，通过用加热辊挤压，使电极物质粒子相互间的接触良好，静电容量、内部阻抗以及漏电电流等电气特性优良的电气双层电容器及其制造方法。
本发明的另一个目的是提供一种为了解决以前的使用粘接剂或者等离子喷镀金属物的粘贴方法中的问题，通过将电极物质与材质与金属外壳相同的金属支持体结合，将该金属支持体同心地焊接结合在金属外壳上，使电极物质与金属外壳能够通过金属支持体结合及电气传导，不使用粘接剂或者等离子喷镀金属的方法、具有优良的电气特性、构成单位元件的构成要素之间坚固结合的电气双层电容器及其制造方法。
本发明的电气双层电容器在任意一面设置凹部、材质与金属外壳相同的金属支持体上被覆粉末活性炭浆液制成可极化电极体，通过焊接将可极性化电极体与金属外壳同心地结合。
并且，本发明的电气双层电容器的制造方法包括：将以粉末活性炭为主要材料的电极物质浆液化的阶段、在由与金属外壳相同的材质形成的金属支持体的任意一面上用局部腐蚀(ピッティング)法或者蚀刻法形成凹部的阶段、在上述金属支持体的设置了凹部的一面被覆并干燥粉末活性炭浆液的阶段、用加热辊挤压被被覆的面制造可极性化电极体的阶段、将金属外壳的中心与可极性化电极体的中心重合焊接结合的阶段。
附图的简要说明
图1表示本发明的电气双层电容器的单位元件的透视图
图2表示本发明的电气双层电容器的单位元件的剖视图
图3表示本发明的电气双层电容器的可极性化电极体与金属外壳的结合的剖视图
图4a及图4b表示以前技术的电气双层电容器的单位元件的制造过程的透视图
图5表示以前技术的其他的电气双层电容器的单位元件的制造过程的剖视图
本发明的实施形态
下面根据附图详细说明本发明的电气双层电容器及其制造方法。
如图1及图2所示，本发明的电气双层电容器由包含上部金属外壳20和下部金属外壳20′的单位元件50构成，上部金属外壳20由圆板状底面部21和从该底面部延长的圆筒状侧壁22组成，内藏可极性化电极体10，与(+)极电流端子连接；下部金属外壳20′由底面部21′及侧壁22′组成，具有比上述金属外壳20大的内径，内藏可极性化电极体10，与(-)极电流端子连接。并且，这些上部金属外壳20与下部金属外壳20′用只能传导离子的多孔性材料的隔离物30和用于绝缘和防止短路的填料40绝缘。
如果参照图3，可极性化电极体10由在任意一面设置了多个凹部12a的金属支持体12和固着在上述金属支持体12的设置了凹部12a的一面上的粉末活性炭电极物质14构成。这样的可极性化电极体10，将其中心与金属外壳20、20′的中心相重合，用(+)极焊接端子7和(-)极焊接端子8将金属支持体12的设置了凹部12a的一面的反面焊接结合在金属外壳20、20′的内部，即底面部21、21′上。
本发明具有这样的特征：在使粉末活性炭电极物质14与金属外壳20、20′结合的过程中，通过起集电极作用的金属支持体12将它们结合，通过粉末活性炭电极物质14利用被覆和挤压工艺将淤泥状的电极物质以粒子相互间的接触紧密的状态固着结合在金属支持体12上，这样的金属支持体12同心地焊接结合在金属外壳20、20′上，使构成电气双层电容器的单位元件50的构成要素之间坚固地结合以使物理和电气性能稳定。
如果采用本发明，具有这样的特征：金属支持体12用一般的电解电容的静电容量测定标准显示出600～6000微法的容量，具有10～150微米的厚度。如果厚度不到10微米，与金属外壳20、20′的焊接变难；如果厚度超过150微米，不仅可极性化电极体10本身的厚度变厚，而且金属外壳20、20′与粉末活性炭电极物质14的间隔变大、两构成要素之间的导电性低下。
上述金属支持体12的凹部12a用局部腐蚀法或者蚀刻法形成。这样的凹部12a使粉末活性炭电极物质14与金属支持体12的接触面积增大、两构成要素之间的导电性提高、使它们之间更加坚固地结合。
并且，上述金属支持体12由与结合的金属外壳20、20′相同的材料构成。这样使可极性化电极体10与金属外壳20、20′能够以相同材质的金属-金属接触构成电气传导，具有良好的电气特性。
通过用涂胶辊或者刮刀式涂胶机在金属支持体12的设置了凹部12a的一面被覆上厚度为20～200微米厚的粉末活性炭浆液后，用40℃～200℃的温度干燥，粉末活性炭电极物质14被固定。
即，在被覆的面上用100℃～250℃的加热辊进行挤压。如此，通过用加热辊进行挤压过程，粉末活性炭电极物质14充分插入、结合在凹部12a内，完全固着在金属支持体12上成为一体。并且，通过使粉末活性粒子相互间充分紧贴、粒子间的接触变得紧密，单位体积的粉末活性炭粒子的密度增加，接触阻抗减少。这样具有减少最后的电气双层电容器的单位元件50的内部阻抗的效果。
这样经过挤压过程的可极性化电极体10被裁成一定的形状，内藏到形状与之相对应的金属外壳20、20′内，用(+)极焊接端子7和(-)极焊接端子8同心地焊接到金属外壳内。这样，内藏有可极性化电极体10的上部金属外壳20与下部金属外壳20′用隔离物30及填料40绝缘、加压结合。由此形成一个单位元件50。
并且，如果采用本发明，金属外壳20、20′最好是在SUS合金的表面被覆上0.01～0.1毫米厚的铝、镍、钽或者钛等金属后使用。虽然金属外壳一般使用SUS304或者SUS316等SUS合金，但如果这样被覆铝、镍、钽或者钛等金属后使用，不仅能够防止焊接时腐蚀，而且能够防止自然产生的金属电位差。这样的被覆金属能够根据制品的种类选择使用。举一例来说，在起上述集电极作用的金属支持体12使用铝箔材质时，金属外壳20、20′将铝融化被覆在SUS合金的表面后使用。
表1为图4a、图4b(以前的第1技术)及图5(以前的第2技术)所示的以前的结构的电气双层电容器的单位元件与本发明的电气双层电容器的单位元件50的静电容量、漏电电流及内部阻抗的比较。静电容量(法)漏电电流(微安)内部阻抗(欧)以前的第1技术 0.041 100 100以前的第2技术 0.044 110 97 本发明 0.054 95 88
发明效果
如上所述，本发明在构成电气双层电容器的单位元件的过程中，通过排除使用粘接剂或者金属等离子喷镀工艺，不存在偏心现象和工艺复杂的程度，提供一种不与金属外壳分离、并且物理上和电气上完全结合的电气双层电容器。
并且，通过使可极性化电极体10与金属外壳20、20′利用金属支持体12通过相同材质的金属-金属接触构成电气传导，具有优良的电气特性。并且，通过用加热辊挤压被覆、固定在金属支持体上的粉末活性炭电极物质使电极物质的电极密度增加，起到减少接触阻抗并且减少单位元件的内部阻抗的效果。
如表1所示，可知静电容量、内部阻抗及漏电电流比以前结构的电气双层电容器的单位元件的优良。