專利名稱：電氣雙層電容器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電氣雙層電容器及其制造方法，更詳細地，是涉及一種在構(gòu)成電氣雙層電容器的單位元件(cell)的過程中，將以粉末活性炭為主要材料的電極物質(zhì)漿液(slurry)化、將其被覆在與金屬外殼相同材質(zhì)的金屬支持體上制成可極性化電極體，將可極性化電極體與金屬外殼結(jié)合的電氣雙層電容器及其制造方法。
背景技術(shù)：
最近，隨著電子儀器、家電制品及工業(yè)設(shè)備的發(fā)展，電子元件越來越高級化、小型化和輕量化，因此電子元件的多樣化要求元件多功能化。作為其中的一例，將2次電池與電容的功能組合的構(gòu)件、應(yīng)用在相互不同的界面上形成的電氣雙層產(chǎn)生的靜電荷現(xiàn)象的電氣雙層電容器的使用正在日漸增加。
這樣的電氣雙層電容器，由于是用包裝下列構(gòu)成要素的陽極和陰極的金屬外殼構(gòu)成的單位元件構(gòu)成的，這些構(gòu)成要素為浸漬了液態(tài)或者固體的電解液的陽極和陰極的兩電極(可極性化電極)，只能傳導(dǎo)上述兩電極間的離子、用于絕緣和防止短路的多孔性材質(zhì)的隔離物，用于防止電解液滲漏、絕緣和防止短路的填料等，所以通過將2～3個這樣的單位元件直列層疊、將陽極和陰極的兩端子組合的構(gòu)件收容在金屬制的外裝殼體中組裝完成。
在電氣雙層電容器的單位元件中，通過將可極性化電極粘貼在金屬外殼的內(nèi)部，從電容的外部傳達給金屬外殼的電氣能量被傳達給可極性化電極內(nèi)部的電解液。由此，這些兩構(gòu)成要素之間的導(dǎo)電性必須優(yōu)良，可極性化電極必須是能夠內(nèi)藏到金屬外殼內(nèi)的形狀。
并且，由于粘貼可極性化電極的粘貼部位起集電極的作用，因此金屬外殼與可極性化電極必須完全結(jié)合。如果金屬外殼與可極性化電極的結(jié)合不完全，則電氣雙層電容器的靜電容量、內(nèi)部阻抗及漏電電流等電氣性能低下。并且，金屬外殼的中心必須與可極性化電極的中心一致，如果金屬外殼的中心與可極性化電極的中心不一致，則電氣雙層電容器的電氣性能就下降了。
以前，在構(gòu)成這樣的電氣雙層電容器的單位元件中，結(jié)合在金屬外殼上的可極性化電極是將粉末活性炭電極物質(zhì)漿液化涂敷在金屬外殼上形成的。但是，由于糊狀的可極性化電極難以操作并且活性炭粒子相互之間的接觸阻抗大，因此將粉末狀的活性炭制成固體的薄板或者制成纖維狀的活性炭薄板再變成固體板狀，用粘接劑或者焊接方法固定、結(jié)合在金屬外殼上。
例如，如圖4a及圖4b所示，將粉末狀活性炭制成固體的薄板，將它裁切成一定大小和形狀制成可極化電極5，通過涂敷電極糊、導(dǎo)電性聚合物等液狀導(dǎo)電性粘接劑4將可極化電極5加壓粘貼固定在由圓盤狀底面部1和從該底面部延長的圓筒形側(cè)壁2構(gòu)成的金屬外殼3的內(nèi)部，即底面部1上(以前的第1技術(shù))。
但是，這樣的可極化電極5由于制成固體板狀，為了將它粘貼在金屬外殼內(nèi)，應(yīng)用使用粘接劑4的粘貼方法。由于必須用人工均勻地涂敷粘接劑4，因此這樣的方法存在降低生產(chǎn)率，添加干燥工藝使工藝變得復(fù)雜的缺點。特別是，由于外部的沖擊或者高溫干燥后的急劇冷卻，產(chǎn)生粘接的可極化電極5容易從金屬外殼3上分離等作業(yè)上的問題。并且，當可極化電極5的外徑比金屬外殼3的圓筒形側(cè)壁2的內(nèi)徑小時，存在由于粘接劑4的表面張力可極化電極5流向一邊的現(xiàn)象，即偏心現(xiàn)象的可能性高、金屬外殼3的中心與可極化電極5的中心不一致的場合，存在電氣性能低下的問題。
或者，如圖5所示，可以知道，作為以前技術(shù)的其他結(jié)構(gòu)，在纖維狀活性炭薄板6的表面等離子噴鍍鋁、鎳或者鈦等金屬6a后，裁切成一定的大小和形狀制成由纖維狀活性炭構(gòu)成的固體板狀的可極化電極5′，用(+)極焊接端子7和(-)極焊接端子8將可極化電極5′焊接安裝在金屬外殼3上(以前的第2技術(shù))。
但是，纖維狀活性炭薄板的可極化電極如果考慮材料本身價格高，并且由于應(yīng)用噴鍍金屬物安裝的方法，所以添加噴鍍金屬物工藝使工藝復(fù)雜，噴鍍金屬物的相關(guān)設(shè)備價格高這些問題，難以方便地應(yīng)用到現(xiàn)場作業(yè)。另一方面，這樣的噴鍍金屬物的粘貼方法，特別是可極化電極的材料僅限于纖維狀，由于制造過程中材料的損失大，因此起制品價格上升的重要因素的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決相關(guān)問題，其目的是提供一種在形成構(gòu)成單位元件的可極化電極的過程中，將糊狀的電極物質(zhì)被覆并固定在金屬支持體上，通過用加熱輥擠壓，使電極物質(zhì)粒子相互間的接觸良好，靜電容量、內(nèi)部阻抗以及漏電電流等電氣特性優(yōu)良的電氣雙層電容器及其制造方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種為了解決以前的使用粘接劑或者等離子噴鍍金屬物的粘貼方法中的問題，通過將電極物質(zhì)與材質(zhì)與金屬外殼相同的金屬支持體結(jié)合，將該金屬支持體同心地焊接結(jié)合在金屬外殼上，使電極物質(zhì)與金屬外殼能夠通過金屬支持體結(jié)合及電氣傳導(dǎo)，不使用粘接劑或者等離子噴鍍金屬的方法、具有優(yōu)良的電氣特性、構(gòu)成單位元件的構(gòu)成要素之間堅固結(jié)合的電氣雙層電容器及其制造方法。
本發(fā)明的電氣雙層電容器在任意一面設(shè)置凹部、材質(zhì)與金屬外殼相同的金屬支持體上被覆粉末活性炭漿液制成可極化電極體，通過焊接將可極性化電極體與金屬外殼同心地結(jié)合。
并且，本發(fā)明的電氣雙層電容器的制造方法包括將以粉末活性炭為主要材料的電極物質(zhì)漿液化的階段、在由與金屬外殼相同的材質(zhì)形成的金屬支持體的任意一面上用局部腐蝕(ピッティング)法或者蝕刻法形成凹部的階段、在上述金屬支持體的設(shè)置了凹部的一面被覆并干燥粉末活性炭漿液的階段、用加熱輥擠壓被被覆的面制造可極性化電極體的階段、將金屬外殼的中心與可極性化電極體的中心重合焊接結(jié)合的階段。
附圖的簡要說明

圖1表示本發(fā)明的電氣雙層電容器的單位元件的透視2表示本發(fā)明的電氣雙層電容器的單位元件的剖視3表示本發(fā)明的電氣雙層電容器的可極性化電極體與金屬外殼的結(jié)合的剖視4a及圖4b表示以前技術(shù)的電氣雙層電容器的單位元件的制造過程的透視5表示以前技術(shù)的其他的電氣雙層電容器的單位元件的制造過程的剖視圖本發(fā)明的實施形態(tài)下面根據(jù)附圖詳細說明本發(fā)明的電氣雙層電容器及其制造方法。
如圖1及圖2所示，本發(fā)明的電氣雙層電容器由包含上部金屬外殼20和下部金屬外殼20′的單位元件50構(gòu)成，上部金屬外殼20由圓板狀底面部21和從該底面部延長的圓筒狀側(cè)壁22組成，內(nèi)藏可極性化電極體10，與(+)極電流端子連接；下部金屬外殼20′由底面部21′及側(cè)壁22′組成，具有比上述金屬外殼20大的內(nèi)徑，內(nèi)藏可極性化電極體10，與(-)極電流端子連接。并且，這些上部金屬外殼20與下部金屬外殼20′用只能傳導(dǎo)離子的多孔性材料的隔離物30和用于絕緣和防止短路的填料40絕緣。
如果參照圖3，可極性化電極體10由在任意一面設(shè)置了多個凹部12a的金屬支持體12和固著在上述金屬支持體12的設(shè)置了凹部12a的一面上的粉末活性炭電極物質(zhì)14構(gòu)成。這樣的可極性化電極體10，將其中心與金屬外殼20、20′的中心相重合，用(+)極焊接端子7和(-)極焊接端子8將金屬支持體12的設(shè)置了凹部12a的一面的反面焊接結(jié)合在金屬外殼20、20′的內(nèi)部，即底面部21、21′上。
本發(fā)明具有這樣的特征在使粉末活性炭電極物質(zhì)14與金屬外殼20、20′結(jié)合的過程中，通過起集電極作用的金屬支持體12將它們結(jié)合，通過粉末活性炭電極物質(zhì)14利用被覆和擠壓工藝將淤泥狀的電極物質(zhì)以粒子相互間的接觸緊密的狀態(tài)固著結(jié)合在金屬支持體12上，這樣的金屬支持體12同心地焊接結(jié)合在金屬外殼20、20′上，使構(gòu)成電氣雙層電容器的單位元件50的構(gòu)成要素之間堅固地結(jié)合以使物理和電氣性能穩(wěn)定。
如果采用本發(fā)明，具有這樣的特征金屬支持體12用一般的電解電容的靜電容量測定標準顯示出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，與金屬外殼20、20′的焊接變難；如果厚度超過150微米，不僅可極性化電極體10本身的厚度變厚，而且金屬外殼20、20′與粉末活性炭電極物質(zhì)14的間隔變大、兩構(gòu)成要素之間的導(dǎo)電性低下。
上述金屬支持體12的凹部12a用局部腐蝕法或者蝕刻法形成。這樣的凹部12a使粉末活性炭電極物質(zhì)14與金屬支持體12的接觸面積增大、兩構(gòu)成要素之間的導(dǎo)電性提高、使它們之間更加堅固地結(jié)合。
并且，上述金屬支持體12由與結(jié)合的金屬外殼20、20′相同的材料構(gòu)成。這樣使可極性化電極體10與金屬外殼20、20′能夠以相同材質(zhì)的金屬-金屬接觸構(gòu)成電氣傳導(dǎo)，具有良好的電氣特性。
通過用涂膠輥或者刮刀式涂膠機在金屬支持體12的設(shè)置了凹部12a的一面被覆上厚度為20～200微米厚的粉末活性炭漿液后，用40℃～200℃的溫度干燥，粉末活性炭電極物質(zhì)14被固定。
即，在被覆的面上用100℃～250℃的加熱輥進行擠壓。如此，通過用加熱輥進行擠壓過程，粉末活性炭電極物質(zhì)14充分插入、結(jié)合在凹部12a內(nèi)，完全固著在金屬支持體12上成為一體。并且，通過使粉末活性粒子相互間充分緊貼、粒子間的接觸變得緊密，單位體積的粉末活性炭粒子的密度增加，接觸阻抗減少。這樣具有減少最后的電氣雙層電容器的單位元件50的內(nèi)部阻抗的效果。
這樣經(jīng)過擠壓過程的可極性化電極體10被裁成一定的形狀，內(nèi)藏到形狀與之相對應(yīng)的金屬外殼20、20′內(nèi)，用(+)極焊接端子7和(-)極焊接端子8同心地焊接到金屬外殼內(nèi)。這樣，內(nèi)藏有可極性化電極體10的上部金屬外殼20與下部金屬外殼20′用隔離物30及填料40絕緣、加壓結(jié)合。由此形成一個單位元件50。
并且，如果采用本發(fā)明，金屬外殼20、20′最好是在SUS合金的表面被覆上0.01～0.1毫米厚的鋁、鎳、鉭或者鈦等金屬后使用。雖然金屬外殼一般使用SUS304或者SUS316等SUS合金，但如果這樣被覆鋁、鎳、鉭或者鈦等金屬后使用，不僅能夠防止焊接時腐蝕，而且能夠防止自然產(chǎn)生的金屬電位差。這樣的被覆金屬能夠根據(jù)制品的種類選擇使用。舉一例來說，在起上述集電極作用的金屬支持體12使用鋁箔材質(zhì)時，金屬外殼20、20′將鋁融化被覆在SUS合金的表面后使用。
表1為圖4a、圖4b(以前的第1技術(shù))及圖5(以前的第2技術(shù))所示的以前的結(jié)構(gòu)的電氣雙層電容器的單位元件與本發(fā)明的電氣雙層電容器的單位元件50的靜電容量、漏電電流及內(nèi)部阻抗的比較。

發(fā)明效果如上所述，本發(fā)明在構(gòu)成電氣雙層電容器的單位元件的過程中，通過排除使用粘接劑或者金屬等離子噴鍍工藝，不存在偏心現(xiàn)象和工藝復(fù)雜的程度，提供一種不與金屬外殼分離、并且物理上和電氣上完全結(jié)合的電氣雙層電容器。
并且，通過使可極性化電極體10與金屬外殼20、20′利用金屬支持體12通過相同材質(zhì)的金屬-金屬接觸構(gòu)成電氣傳導(dǎo)，具有優(yōu)良的電氣特性。并且，通過用加熱輥擠壓被覆、固定在金屬支持體上的粉末活性炭電極物質(zhì)使電極物質(zhì)的電極密度增加，起到減少接觸阻抗并且減少單位元件的內(nèi)部阻抗的效果。
如表1所示，可知靜電容量、內(nèi)部阻抗及漏電電流比以前結(jié)構(gòu)的電氣雙層電容器的單位元件的優(yōu)良。
權(quán)利要求
1.一種電氣雙層電容器，包括由圓板狀底面部(21、21′)和從該底面部延長的圓筒狀側(cè)壁(22)組成的金屬外殼(20、20′)；由包含粉末活性炭、電解液、粘接劑及導(dǎo)電性添加劑的糊狀電極物質(zhì)(14)形成的可極性化電極體(10)；只能傳導(dǎo)離子的多孔性材質(zhì)的隔離物(30)；和用于絕緣、防止短路的填料(40)，其特征在于將由金屬支持體(12)和粉末活性炭電極物質(zhì)(14)構(gòu)成的上述可極性化電極體(10)的中心與上述金屬外殼(20、20′)的中心重合焊接接合形成，金屬支持體(12)由與金屬外殼(20、20′)相同的材質(zhì)形成、用局部腐蝕法或者蝕刻法在任意一面設(shè)置了多個凹部(12a)；粉末活性炭電極物質(zhì)(14)由將粉末活性炭、電解液、粘接劑及導(dǎo)電性添加劑混合的漿液被覆并固著在上述金屬支持體(12)的設(shè)置了凹部(12a)的一面，用100℃～250℃的加熱輥擠壓形成。
2.如權(quán)利要求1所述的電氣雙層電容器，其特征在于金屬外殼(20、20′)為在SUS合金的表面被覆了0.01～0.1毫米厚的鋁、鎳、鉭或者鈦金屬的構(gòu)件。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的電氣雙層電容器，其特征在于金屬支持體(12)具有10～150微米的厚度。
4.一種電氣雙層電容器的制造方法，電氣雙層電容器包括由圓板狀底面部(21、21′)和從該底面部延長的圓筒狀側(cè)壁(22)組成的金屬外殼(20、20′)；由包含粉末活性炭、電解液、粘接劑(バィンダ-)及導(dǎo)電性添加劑的糊狀電極物質(zhì)(14)形成的可極性化電極體(10)；只能傳導(dǎo)離子的多孔性材質(zhì)的隔離物(30)；和用于絕緣、防止短路的填料(40)，其特征在于包括以下階段在粉末活性炭中混合電解液、粘接劑及導(dǎo)電性添加劑、制造粉末活性炭漿液的階段；用局部腐蝕法或者蝕刻法在由與金屬外殼(20、20′)相同的材質(zhì)形成的金屬支持體(12)的任意一面上形成多個凹部(12a)的階段；在上述金屬支持體(12)的設(shè)置了凹部(12a)的面上被覆粉末活性炭漿液并使其干燥的階段；用100℃～250℃的加熱輥擠壓該被被覆的面，制造可極性化電極體(10)的階段；將上述可極性化電極體(10)裁切成與金屬外殼(20、20′)相對應(yīng)的大小、將該可極性化電極體(10)的中心與金屬外殼(20、20′)的中心重合焊接的階段。
全文摘要
提供一種可極性化電極與金屬外殼完全結(jié)合，靜電容量、內(nèi)部阻抗及漏電電流等電氣特性優(yōu)良的電氣雙層電容器及其制造方法。將由金屬支持體(12)和粉末活性炭電極物質(zhì)(14)構(gòu)成的可極性化電極體(10)的中心與上述金屬外殼(20、20′)的中心重合焊接結(jié)合形成，金屬支持體(12)由與金屬外殼(20、20′)相同的材質(zhì)構(gòu)成、用局部腐蝕法或者蝕刻法在任意一面設(shè)置了凹部(12a)；粉末活性炭電極物質(zhì)(14)由將粉末活性炭、電解液、粘接劑及導(dǎo)電性添加劑混合的漿液被覆并固著在上述金屬支持體(12)的設(shè)置了凹部(12a)的一面，用100℃～250℃的加熱輥擠壓形成。
文檔編號H01G9/10GK1428802SQ0215702
公開日2003年7月9日 申請日期2002年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月18日
發(fā)明者權(quán)景泰, 李容旭, 姜安洙, 金慶珉 申請人:卡瑪技術(shù)株式會社, 李容旭