JP2000235939A - 電気二重層キャパシタ - Google Patents

電気二重層キャパシタ

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JP2000235939A
JP2000235939A JP3526299A JP3526299A JP2000235939A JP 2000235939 A JP2000235939 A JP 2000235939A JP 3526299 A JP3526299 A JP 3526299A JP 3526299 A JP3526299 A JP 3526299A JP 2000235939 A JP2000235939 A JP 2000235939A
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activated carbon
double layer
electric double
layer capacitor
acidic functional
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JP3526299A
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English (en)
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Toshiyuki Edamoto
俊之 枝元
Sachiko Takabayashi
祥子 高林
Seiichi Asada
誠一 朝田
Jun Sato
佐藤  淳
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Maxell Ltd
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Hitachi Maxell Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors

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  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高容量で、しかも長期信頼性に優れた電気二
重層キャパシタを提供する。 【解決手段】 一対の分極性電極体と、セパレータと、
電解液とを有する電気二重層キャパシタにおいて、各分
極性電極体の構成要素として活性炭を使用する。そし
て、正極には酸性官能基量の少ない活性炭を使用し、負
極には酸性官能基量の多い活性炭を使用する。具体的に
は、負極に用いる活性炭の有する単位重量当たりの酸性
官能基の量を、活性炭1g当たり0.2〜0.6ミリ当量と
し、かつ、正極に用いる活性炭の有する単位重量当たり
の酸性官能基の量の2〜10倍に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、分極性電極の構成要素
として活性炭を使用した電気二重層キャパシタに関す
る。
【0002】
【従来の技術】電気二重層キャパシタは、分極性電極と
電解液との境界面に形成される電気二重層の蓄電作用を
利用したもので、近年、二次電池と比較して製品寿命が
長く交換が不要であること、瞬間的な充電が可能で、し
かも大電流の放電が可能であること等から、他の電源と
組み合わせたときのバックアップ用電源やロードレベリ
ング用電源として注目されている。
【0003】このような電気二重層キャパシタは、一般
に、一対の分極性電極(正極および負極)と、これらの
電極に含浸させる電解液と、電極どうしを分離させてそ
の短絡を防止すべく、電解質が含浸され且つイオン透過
性で電気絶縁性を有する多孔性のセパレータと、各電極
に結合される集電体等で構成される。このうち、分極性
電極の構成材料としては、通常、比表面積の大きな活性
炭が使用されるが、このような活性炭の表面には、カル
ボキシル基、フェノール性水酸基(酸性水酸基)、キノ
ン基、ラクトン基などの官能基が存在し、これらの表面
官能基が当該キャパシタの性能に大きな影響を及ぼすこ
とが知られている。特に、酸性官能基を多く有する活性
炭電極を使用すると、電気二重層容量に寄与するサイト
が増加し、キャパシタの容量が増大することが知られて
いる。
【0004】なお、上記のような活性炭電極の表面官能
基に着目したものとして、従来例えば特開昭60−26
3420号公報で提案されているような技術がある。こ
れは、使用耐電圧の高い電気二重層キャパシタ等を得る
ことを目的として、正極に酸性官能基を多く有する活性
炭電極を使用し、負極に中性官能基あるいは塩基性基を
多く有する活性炭電極を使用するものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】先に述べたように電気
二重層キャパシタは、バックアップ用電源やロードレベ
リング用電源を始めとして、各種分野への利用が期待さ
れているものであるが、このような要請に応えるために
は、現状のものよりもさらに高容量で、かつ、長期信頼
性に優れたものが必要となる。そこで、上記した酸性官
能基の存在量の多い活性炭電極を使用することが考えら
れる。
【0006】しかしながら、分極性電極の構成材料とし
て、酸性官能基の存在量の多い活性炭を使用した場合、
電気二重層キャパシタの容量を高めることはできるもの
の、貯蔵時に電解液が酸化分解してガス(例えば電解液
としてプロピレンカーボネートを用いた場合にはCOや
CO2 のガス)が発生するなどの問題が生じ、そのため
長期信頼性に劣るという欠点があった。
【0007】本発明は、このような問題に対処するもの
で、高容量で、しかも長期信頼性に優れた電気二重層キ
ャパシタを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、酸性官能
基を有する活性炭を電気二重層キャパシタの分極性電極
に使用した場合、酸性官能基が存在することによる効果
が正極と負極とでは異なる点に注目した。そして、高容
量化は主として負極の分極が低減されることにより得ら
れる効果であり、逆に電解液の酸化分解によるガス発生
は正極で起こる現象であることに着目し、正極には酸性
官能基の少ない活性炭を使用し、負極に酸性官能基の多
い活性炭を使用することで、高容量化と長期信頼性の向
上とを同時に達成できることを見いだした。
【0009】すなわち、本発明は、正極および負極を構
成する一対の分極性電極体と、これらの分極性電極体の
間に配置されたセパレータと、各分極性電極体およびセ
パレータに含浸された電解液とを有する電気二重層キャ
パシタにおいて、各分極性電極体の構成要素として活性
炭を使用し、負極に用いた活性炭が、正極に用いた活性
炭と比べて酸性官能基の量が多いことを特徴とする。
【0010】具体的には、負極に用いる活性炭の有する
単位重量当たり(活性炭1g当たり)の酸性官能基の量
を、正極に用いる活性炭の有する単位重量当たりの酸性
官能基の量の2〜10倍に設定する。ただし、このよう
に設定しても、負極に用いる活性炭の酸性官能基の絶対
量が少なすぎる場合には、負極の分極低減による高容量
化を十分に達成できないことが考えられ、また正極に用
いる活性炭の酸性官能基の絶対量が多すぎる場合には、
正極におけるガス発生により長期信頼性が低下すること
が考えられる。
【0011】そこで、上記の構成に加えて、負極に用い
られる活性炭の酸性官能基量を、活性炭1g当たり0.2
〜0.6ミリ当量とすることが好ましい。この値が、0.2
ミリ当量に満たないと、負極の分極低減による高容量化
を十分に達成できないおれそれがあり、逆に0.6ミリ当
量を超えると、負極の分極低減による高容量化という効
果が飽和するだけでなく、正極におけるガス発生による
長期信頼性の低下が著しくなる。
【0012】本発明の電気二重層キャパシタでは、活性
炭と導電助剤とバインダとを含む混合物を、導電性フィ
ルム上に膜状に形成してなる分極性電極体を使用する。
また、電解液としては、プロピレンカーボネートなどの
非水電解液を用いる。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明でいう酸性官能基として
は、例えば酸性水酸基(フェノール性水酸基)、カルボ
キシル基、ラクトン基などが挙げられる。これらの酸性
官能基の量は、例えば中和滴定で測定できる。
【0014】導電助剤としては、例えば、アセチレンブ
ラックなどのカーボンブラック、天然黒鉛、人工黒鉛、
ケッチェンブラック、炭素繊維、金属粉、金属繊維など
が使用される。
【0015】セパレータとしては、セルロース、ポリプ
ロピレン、ポリエチレンなどからなる薄膜が使用され
る。
【0016】バインダとしては、ポリフッ化ビニリデ
ン、ポリテトラフルオロエチレン、カルボキシメチルセ
ルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、ポリビニル
ピロリドン等の単独あるいは混合物が用いられる。
【0017】電解液としては、プロピレンカーボネー
ト、γ−ブチロラクトン、リン酸トリメチル等の溶媒
に、4級アンモニウム、4級ホスホニウム等を陽イオン
とし、テトラフルオロボレート、ヘキサフロロフォスフ
ェート等を陰イオンとして有する電解質を溶解したもの
を使用する。
【0018】導電性フィルムとしては、アルミニウム、
チタン、ステンレス鋼などの20μm以下の薄膜を使用
する。
【0019】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。た
だし、本発明は、以下の実施例に限定されるものではな
い。
【0020】表1に、この実施例で使用した活性炭Aお
よび活性炭Bの重量当たりの酸性官能基量を示す。これ
らの酸性官能基量の測定は、中和滴定により行った。
【0021】
【表1】
【0022】(実施例1)活性炭Bと、導電助剤として
のアセチレンブラックと、バインダとしてのポリフッ化
ビニリデンと、溶剤としてのNメチルピロリドンとを、
下記の割合で配合・混合して、電極層形成用の塗料を作
製した。 活性炭B 32重量部 アセチレンブラック 8重量部 ポリフッ化ビニリデン 30重量部 Nメチルピロリドン 100重量部
【0023】次いで、この塗料を厚さ20μmのアルニ
ミウム箔上に膜状に均一に塗布した。この場合の塗布量
は、5.5mg/cm2 とした。次に、この塗布物を、100
℃に加熱したプレート上で30分間乾燥して、溶剤であ
るNメチルピロリドンを除去した。さらに、この溶剤を
除去した塗布物をロールプレスで圧縮したのち所定寸法
に切断して、分極性電極体である負極(465mm×55
mm)を作製した。
【0024】また、上記の活性炭Bに代えて活性炭Aを
使用し、上記の場合と同様にして、分極性電極体である
正極を作製した。ただし、正極の寸法は420mm×55
mmとした。
【0025】次に、上記のようにして得られた正極およ
び負極を、これらの間に紙製セパレータを介在させた状
態で渦巻状に巻回した。そして、これを、負極缶(ここ
では、表面にニッケルメッキを施した鉄製の有底筒状
缶)に挿入・収容したうえで、有機電解液(ここでは、
プロピレンカーボネート)を注入したのち封口して、実
施例1の電気二重層キャパシタを得た。因みに、このキ
ャパシタの正負の電極と、これらに用いられている活性
炭の種類との組み合わせを簡略化して示すと、正極−活
性炭A、負極−活性炭Bである。
【0026】(比較例1)負極に活性炭Aを使用したこ
と以外は、実施例1と同様にして電気二重層キャパシタ
を作成した。このキャパシタでは、正極−活性炭A、負
極−活性炭Aである。
【0027】(比較例2)正極に活性炭Bを使用したこ
と以外は、実施例1と同様にして電気二重層キャパシタ
を作成した。このキャパシタでは、正極−活性炭B、負
極−活性炭Bである。
【0028】(試験および評価)以上の実施例1および
比較例1・2の各電気二重層キャパシタについて、それ
ぞれ、500mA、2.5Vの定電流定電圧充電を行い、
その充電3時間後の100mA放電における容量(放電
容量)を測定した。また、前記各電気二重層キャパシタ
について、それぞれ、70℃にて2.5Vの電圧を連続し
て印加し、その3日後のキャパシタ内の圧力(貯蔵後内
圧)を測定した。これらの結果を表2にまとめて示す。
【0029】
【表2】
【0030】表2に示した結果から、以下のことがわか
る。 正極および負極に酸性官能基量の多い活性炭Bを使
用した比較例2のキャパシタは、正極および負極に酸性
官能基量の少ない活性炭Aを使用した比較例1のキャパ
シタよりも高容量である。 正極に酸性官能基量の少ない活性炭Aを使用しても
負極に酸性官能基量の多い活性炭Bを使用した実施例1
のキャパシタは、比較例2のキャパシタとほぼ同等の容
量を示している。 比較例1のキャパシタに比べて比較例2のキャパシ
タ内の圧力は倍以上の値を示している。これに対して、
実施例1のキャパシタにおいては、圧力の上昇が比較例
1のキャパシタとほぼ同程度である。
【0031】以上の結果から、正極および負極に酸性官
能基量の多い活性炭Bを使用した比較例2によれば、正
極および負極に酸性官能基量の少ない活性炭Aを使用し
た比較例1に比べて、高容量のキャパシタが得られる
が、その反面、キャパシタ内の圧力が高くなるため、長
期信頼性に欠けることがわかる。逆に、比較例1によれ
ば、比較例2に比べてキャパシタ内の圧力が高くなら
ず、それだけ長期信頼性に優れているが、その反面、比
較例2の場合よりも容量が少なくなる。これらに対し
て、負極にのみ酸性官能基量の多い活性炭Bを使用した
本発明実施例1のキャパシタによれば、比較例1や比較
例2におけるような短所がなく、高容量化と長期信頼性
の向上とを同時に達成できることがわかる。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、一対の分極性電極体の
構成要素として活性炭を用いた電気二重層キャパシタに
おいて、正極には酸性官能基量の少ない活性炭を使用
し、負極には酸性官能基量の多い活性炭を使用したの
で、負極での分極低減と正極でのガス発生の抑制とを同
時に達成することができる。これにより、高容量で、し
かも長期信頼性に優れた電気二重層キャパシタが得られ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 朝田 誠一 大阪府茨木市丑寅1丁目1番88号 日立マ クセル株式会社内 (72)発明者 佐藤 淳 大阪府茨木市丑寅1丁目1番88号 日立マ クセル株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極および負極を構成する一対の分極性
    電極体と、これらの分極性電極体の間に配置されたセパ
    レータと、各分極性電極体およびセパレータに含浸され
    た電解液とを有する電気二重層キャパシタであって、各
    分極性電極体の構成要素として活性炭が使用されてお
    り、負極に用いられている活性炭は、正極に用いられて
    いる活性炭に比べて酸性官能基の量が多いことを特徴と
    する電気二重層キャパシタ。
  2. 【請求項2】 正極および負極を構成する一対の分極性
    電極体と、これらの分極性電極体の間に配置されたセパ
    レータと、各分極性電極体およびセパレータに含浸され
    た電解液とを有する電気二重層キャパシタであって、各
    分極性電極体の構成要素として活性炭が使用されてお
    り、負極に用いられている活性炭の有する単位重量当た
    りの酸性官能基の量が、正極に用いられている活性炭の
    有する単位重量当たりの酸性官能基の量の2〜10倍に
    設定されていることを特徴とする電気二重層キャパシ
    タ。
  3. 【請求項3】 負極に用いられている活性炭の酸性官能
    基量が、活性炭1g当たり0.2〜0.6ミリ当量である請
    求項2記載の電気二重層キャパシタ。
  4. 【請求項4】 各分極性電極体が、活性炭と導電助剤と
    バインダとを含む混合物で構成され、かつ、導電性フィ
    ルム上に膜状に形成されている請求項1ないし3のいず
    れかに記載の電気二重層キャパシタ。
  5. 【請求項5】 電解液は非水電解液である請求項1ない
    し4のいずれかに記載の電気二重層キャパシタ。
JP3526299A 1999-02-15 1999-02-15 電気二重層キャパシタ Withdrawn JP2000235939A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021057583A (ja) * 2019-09-30 2021-04-08 ルビコン株式会社 電気二重層キャパシタ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021057583A (ja) * 2019-09-30 2021-04-08 ルビコン株式会社 電気二重層キャパシタ
JP7510828B2 (ja) 2019-09-30 2024-07-04 ルビコン株式会社 電気二重層キャパシタ

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Effective date: 20060509