JP2000208368A - 電気二重層コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

電気二重層コンデンサおよびその製造方法

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JP2000208368A
JP2000208368A JP11007644A JP764499A JP2000208368A JP 2000208368 A JP2000208368 A JP 2000208368A JP 11007644 A JP11007644 A JP 11007644A JP 764499 A JP764499 A JP 764499A JP 2000208368 A JP2000208368 A JP 2000208368A
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electric double
layer capacitor
current collector
double layer
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JP11007644A
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Ayumi Kawachi
あゆみ 河内
Shizuo Furuyama
静夫 古山
Takumi Yamaguchi
巧 山口
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 各種電気機器や電気自動車の回生電力、電力
貯蔵用として広く用いられている巻回形や積層形の電気
二重層コンデンサにおいて、充放電での信頼性向上と、
容量値の増加、更に製造コストの削減を目的とする。 【解決手段】 集電体3のバインダに、ゴム成分を含有
させ、バインダ系のヤング率と集電体の割れとの相関を
検討し集電体3の可撓性及び接着性を改善し、厚膜化が
可能となり、高容量の電気二重層コンデンサが得られる
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は各種電子機器や電気
自動車などの回生用および電力貯蔵用として用いられる
電気二重層コンデンサおよびその製造方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来の電気二重層コンデンサとしては、
特開平3−280518号公報に記載されているように
導電性箔の両面に活性炭と水溶性のバインダからなる集
電体層を設け、これをセパレータを介して巻回または積
層してコンデンサ素子とし、これに電解液を含浸させて
ケースに封入して構成したものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この構成による電気二
重層コンデンサは、大容量化のために集電体の塗膜の厚
膜化が図られているが、この厚膜化を図る上で形成塗膜
の割れが大きな課題となっていた。
【0004】このようなことから、バインダとして特公
昭59−42448号公報に示されるようにカルボキシ
メチルセルロースやカルボキシメチルデンプン等の多糖
類を用いるもの、特開平4−88616号公報に示され
るように活性炭の結着剤としてカルボキシメチルセルロ
ースや水溶性キチンなどの水溶性の多糖類およびその誘
導体を用いるもの、また特開昭63−181307号公
報に示されるようにカルボキシル基またはそのアルカリ
金属塩を有するアルギン酸ナトリウムなどの多糖類を用
いるものが提案されている。
【0005】こうした材料をバインダとして活性炭を接
着させ集電体として用いているが、上記材料は骨格構造
がセルロース分子であるためミセル状の構造をもち、結
晶化しやすいものとなっていた。そのため、植物の骨に
相当するように硬くて脆い傾向があり、これをバインダ
とした集電体は巻回するときに割れたり剥がれたりしや
すいものとなっていた。
【0006】一方、特開昭62−179711号公報や
特開昭62−16506号公報に示されるものは、活性
炭を人造4フッ化エチレンに分散させて混合溶液を作成
し、さらに脱水処理して得られた凝集物を乾燥し、次い
で凝集物を粉砕しさらにこれを造粒し、この造粒粉末を
加圧成形するものであるが、この構成のものではボタン
形やコイン形の電気二重層コンデンサにしか対応でき
ず、現在産業用や電気自動車に要求されている4,00
0F以上の大容量の巻回形あるいは積層形の電気二重層
コンデンサには応用することができないものであった。
【0007】本発明は以上のような従来の欠点を除去
し、巻回あるいは積層しても集電体に割れや剥離のほと
んどない電気二重層コンデンサを提供することを目的と
するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の電気二重層コンデンサは、ヤング率が1×1
5Pa〜1×107Paであるバインダと活性炭および
導電性付与剤からなる集電体を表面に設けた導電性箔を
セパレータを介して巻回または積層して形成したコンデ
ンサ素子と、このコンデンサ素子と電解液とを収納する
ケースと、このケースの開口部を封口する封口体とで構
成したものである。
【0009】この構成とすることにより、集電体の柔軟
性が改善でき厚膜化が可能で高容量のものを得ることが
できる。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、ヤング率が1×105Pa〜1×107Paであるバ
インダと活性炭および導電性付与剤からなる集電体を表
面に設けた導電性箔をセパレータを介して巻回または積
層して形成したコンデンサ素子と、このコンデンサ素子
と電解液とを収納するケースと、このケースの開口部を
封口する封口体から構成され、集電体の柔軟性が改善で
きて厚膜化が可能となり高容量化が図れることになる。
【0011】請求項2に記載の発明は、バインダの成分
として成膜後に水に不溶となるセルロース誘導体を用い
たものであり、集電体としての信頼性の向上が図れるこ
とになる。
【0012】請求項3に記載の発明は、バインダの成分
としてSBR,NBR系ゴムを用いたものであり、これ
により集電体に柔軟性を持たせることができることにな
る。
【0013】請求項4に記載の発明は、バインダとして
ゴムを50〜70%含有したものであり、バインダのヤ
ング率を最適なものにすることができる。
【0014】請求項5に記載の発明は、バインダの溶剤
として水を用いたものであり、人体に対して安全で環境
的にも優れたものとできる。
【0015】請求項6に記載の発明は、集電体の厚みを
150〜250μmとしたものであり、大容量化を図る
ことができる。
【0016】請求項7に記載の発明は、集電体をカレン
ダ加工したものであり、塗膜厚を薄くして巻回したとき
や積層したときの厚みを抑えて小形化を図ることができ
る。
【0017】請求項8に記載の発明は、活性炭および導
電性付与剤とセルロース誘導体とを一次分散させた後、
ゴムを二次分散させて集電体用塗料を作成し、この集電
体塗料を導電性箔の両面に塗布し乾燥後セパレータを介
して巻回または積層してコンデンサ素子を得、このコン
デンサ素子と電解液をケースに収納し、このケースの開
口部に封口体を取付ける方法であり、安定した混合状態
の集電体が得られ特性の安定したものが得られることに
なる。
【0018】以下、本発明の実施の形態について図面を
用いて説明する。図1は本発明のリード線タイプの電気
二重層コンデンサの部分切断斜視図であり、図2は端子
タイプの電気二重層コンデンサの部分切断斜視図であ
る。
【0019】図1、図2において1はコンデンサ素子で
あり、このコンデンサ素子1はアルミニウム、タンタ
ル、チタンなどの導電性箔2の両面にヤング率が1×1
5Pa〜1×107Paであるバインダと活性炭および
導電性付与剤からなる集電体3を形成したものをセパレ
ータ4を介して巻回して構成されている。このコンデン
サ素子1の導電性箔2からはリード線5,6が引出され
ている。
【0020】上記コンデンサ素子1はプロピレンカーボ
ネートを主体とした非水系電解液あるいは硫酸を主体と
した水溶性電解液などの電解液とともにアルミニウムな
どのケース7に収納され、このケース7の開口部にはゴ
ムあるいは絶縁板などからなる封口体8が組込まれ、ケ
ース7の絞り加工やカーリング加工により封止されてい
る。なお、絶縁板からなる封口体8は端子9を一体に貫
通するように成形し、この端子9にリード線5,6を接
続している。また、ゴムの封口体8の場合はリード線
5,6を貫通させてリード線タイプとしている。
【0021】次に本発明のポイントである集電体3の具
体的な実施の形態について説明する。
【0022】(実施の形態1)純水130gにセルロー
ス誘導体1.68gを溶解させ、この中に活性炭粉末4
5gと導電性付与剤としてのアセチレンブラック6gを
添加し、均一に分散させる(一次分散)。さらに、この
分散液にSBR系ゴムエマルション(固形分50%)
6.72gを投入して二次分散したものを集電体用塗料
とする。次にこの集電体用塗料を表面を粗化したアルミ
ニウムからなる導電性箔の両面に、塗布機を用いて塗布
し、面厚180μmの塗膜を形成して集電体とした。こ
の集電体は巻回してもクラックや剥離が発生しなかっ
た。このバインダ系のヤング率は約1×106Paであ
る。
【0023】比較のため、SBR系ゴムのみ除き同様に
集電体用塗料を作成し、アルミニウムからなる導電性箔
に片面180μmの塗膜を形成しようとしたが、乾燥時
に塗膜に割れが発生した。これは、セルロース誘導体の
みをバインダー樹脂として使用した場合は樹脂のヤング
率が約5×107Paと高いため、塗膜が脆くなり、厚
膜にした時に割れが発生したものと考えられる。
【0024】このようにSBR系ゴムをバインダ成分と
して用いることにより、塗膜に可撓性を付与することが
可能となるため、はじめて厚膜化が可能となり厚膜形成
塗膜による集電体が得られる。
【0025】(実施の形態2)純水130gにセルロー
ス誘導体1.26gを溶解させ、この中に活性炭粉末4
5gと導電性付与剤としてのアセチレンブラック6gを
添加し、均一に分散させる(一次分散)。さらに、この
分散液にSBR系ゴムエマルション(固形分50%)
7.56を添加して二次分散したものを集電体用塗料と
する。次にこの集電体用塗料を表面を粗化したアルミニ
ウムの導電性箔の両面に塗布機を用いて塗布し、片面2
00μmの塗膜を形成して集電体とした。この集電体は
巻回してもクラックや剥離が発生しなかった。なお、こ
のバインダ系のヤング率は約5×105Paである。
【0026】比較として、セルロース誘導体の量を2.
52g、SBR系ゴムの量を(固形分50%)2.52
gとして同様に集電体用塗料を作成し、アルミニウムの
導電性箔に片面200μmの塗膜を形成しようとした
が、乾燥時、塗膜に割れが発生した。このバインダ系の
ヤング率は約7×106Paであり、実施の形態よりも
高いため割れが発生したものである。
【0027】このようにバインダ中のSBR系ゴムの比
率を増す事で、塗膜としては可撓性を調整することがで
きるため、塗膜を厚膜化することが可能となる。
【0028】(実施の形態3)純水130gにセルロー
ス誘導体1.68gを溶解させ、この中に活性炭粉末4
5gと導電性付与剤としてのアセチレンブラック6gを
投入し、均一に分散させる(一次分散)。さらに、この
分散液にSBR系ゴムエマルション(固形分50%)
6.72gを投入して二次分散すると流動性のある集電
体用塗料が得られる。この時の粘度は約50ポイズであ
った。
【0029】比較として、純水130gにセルロース誘
導体1.68gを溶解させ、この中にSBR系ゴムエマ
ルション(固形分50%)7.72gを添加して一次分
散させる。この分散液に活性炭粉末45gと導電性付与
剤としてのアセチレンブラック6gを投入し二次分散さ
せると、流動性のない固まりとなり、均一な分散液が得
られず粘度測定は不能であった。カーボンの表面に存在
する官能基とバインダの親水性/疎水性による吸着相互
作用が阻害され、そのため均一分散ができなかったと考
えられる。
【0030】このように分散を2分割することで、親水
性材料と疎水性材料でも均一な分散溶液を調製すること
が可能となる。
【0031】本発明の実施の形態としてSBR系ゴムを
使用したが、NBR系ゴムを用いた系でも同様の結果が
得られた。
【0032】ゴム成分の添加量は76%以上であれば均
一な塗膜が得られず、49%以下の場合は150〜25
0μmの面厚の塗膜では割れが発生した。
【0033】また、本発明においては、巻回形のものに
ついて説明したが、短冊状のものを多数積層する積層型
の電気二重層コンデンサにおいても有効となる。
【0034】本実施の形態により得られた電気二重層コ
ンデンサは集電体塗膜厚に比例して容量が増加している
ことが確認できた。
【0035】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、電気二重
層コンデンサの主要材料である集電体のバインダにエマ
ルション系のSBRもしくはNBR系ゴムを併用するこ
とで、集電体塗膜に可撓性が付与され、塗膜を厚膜化す
ることができ、巻回工程や積層工程での塗膜の割れや剥
がれを起こさず、容量やエネルギー密度が大幅に向上し
た電気二重層コンデンサを生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態におけるリード線タイプ
の電気二重層コンデンサの部分切断斜視図
【図2】同端子タイプの電気二重層コンデンサの部分切
断斜視図
【符号の説明】
1 コンデンサ素子 2 導電性箔 3 集電体 4 セパレータ 5,6 リード線 7 ケース 8 封口体 9 端子

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ヤング率が1×105Pa〜1×107
    aであるバインダと活性炭および導電性付与剤からなる
    集電体を表面に設けた導電性箔をセパレータを介して巻
    回または積層して形成したコンデンサ素子と、このコン
    デンサ素子と電解液とを収納するケースと、このケース
    の開口部を封口する封口体からなる電気二重層コンデン
    サ。
  2. 【請求項2】 バインダの成分として成膜後に水に不溶
    となるセルロース誘導体を用いた請求項1に記載の電気
    二重層コンデンサ。
  3. 【請求項3】 バインダの成分としてSBR,NBR系
    ゴムを用いた請求項1に記載の電気二重層コンデンサ。
  4. 【請求項4】 バインダとしてゴムを50〜70%含有
    した請求項3に記載の電気二重層コンデンサ。
  5. 【請求項5】 バインダの溶剤として水を用いた請求項
    1に記載の電気二重層コンデンサ。
  6. 【請求項6】 集電体の厚みを150〜250μmとし
    た請求項1に記載の電気二重層コンデンサ。
  7. 【請求項7】 集電体がカレンダ加工されたものである
    請求項1に記載の電気二重層コンデンサ。
  8. 【請求項8】 活性炭および導電性付与剤とセルロース
    誘導体とを一次分散させた後、ゴムを二次分散させて集
    電体用塗料を作成し、この集電体用塗料を導電性箔の両
    面に塗布し乾燥後セパレータを介して巻回または積層し
    てコンデンサ素子とし、このコンデンサ素子と電解液と
    をケースに収納し封口する電気二重層コンデンサの製造
    方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008029502A1 (fr) 2006-08-29 2008-03-13 Unitika Ltd. Liant pour fabrication d'électrode, boue pour fabrication d'électrode utilisant le liant, électrode utilisant la boue, batterie secondaire utilisant l'électrode et condensateur utilisant l'électrode
US7897281B2 (en) 2003-03-18 2011-03-01 Zeon Corporation Binder composition for electric double layer capacitor electrode
US7914704B2 (en) 2003-08-04 2011-03-29 Zeon Corporation Binder for electric double layer capacitor electrode

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WO2008029502A1 (fr) 2006-08-29 2008-03-13 Unitika Ltd. Liant pour fabrication d'électrode, boue pour fabrication d'électrode utilisant le liant, électrode utilisant la boue, batterie secondaire utilisant l'électrode et condensateur utilisant l'électrode

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