JPH011220A - 分極性電極およびその製造方法 - Google Patents
分極性電極およびその製造方法Info
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- JPH011220A JPH011220A JP62-156841A JP15684187A JPH011220A JP H011220 A JPH011220 A JP H011220A JP 15684187 A JP15684187 A JP 15684187A JP H011220 A JPH011220 A JP H011220A
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- carbon
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- polarizable electrode
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、電気二重層キャパシタ、二次電池などのエネ
ルギ貯蔵装置や、エレクトロクロミック表示素子の対向
電極などに用いられる、分極性電極およびその製造方法
に関するものである。
ルギ貯蔵装置や、エレクトロクロミック表示素子の対向
電極などに用いられる、分極性電極およびその製造方法
に関するものである。
従来の技術
従来、例えば電気二重層キャパシタを例にあげると、こ
れに用いられている分極性電極は第４図に示されるもの
がある。すなわち、活性炭繊維から成る布１ｏｏなどの
表面にアルミニウム金属をプラズマ溶射法によシ成膜し
た層１ｏ１を有するものである。この分極性電極一対と
セパレータ１０２、ケース１０３，１０４、ガスケット
リング１０５によりコイン型電気二重層キャパシタが開
発されている。活性炭繊維１００およびセパレータ１０
２にはテトラエチルアンモニウムバークロレートのよう
な電解質をプロピレンカーボネートのような溶媒に溶解
した電解液が含浸されている。ここで金属層： シ１
’、嘘７（３性炭繊維から成る布１０ｏとケース１０３
、１０４との電気的な接触を充分に保つだめのもので
あり、両者の接触抵抗を低くすることによって活性炭繊
維表面に蓄積される電気二重層容量を効率的に引出し、
かつキャパシタの低内部抵抗を達成する。
れに用いられている分極性電極は第４図に示されるもの
がある。すなわち、活性炭繊維から成る布１ｏｏなどの
表面にアルミニウム金属をプラズマ溶射法によシ成膜し
た層１ｏ１を有するものである。この分極性電極一対と
セパレータ１０２、ケース１０３，１０４、ガスケット
リング１０５によりコイン型電気二重層キャパシタが開
発されている。活性炭繊維１００およびセパレータ１０
２にはテトラエチルアンモニウムバークロレートのよう
な電解質をプロピレンカーボネートのような溶媒に溶解
した電解液が含浸されている。ここで金属層： シ１
’、嘘７（３性炭繊維から成る布１０ｏとケース１０３
、１０４との電気的な接触を充分に保つだめのもので
あり、両者の接触抵抗を低くすることによって活性炭繊
維表面に蓄積される電気二重層容量を効率的に引出し、
かつキャパシタの低内部抵抗を達成する。
発明が解決しようとする問題点
第６図は上に述べた従来の構成の分極性電極を有するキ
ャパシタを、直列２．８ｖ印加、８６°Ｃの条件で保持
した時の容量と抵抗の経時変化を示すものである。この
図かられかるように、初期の大容量、低抵抗値は、ライ
フテストの時間とともに変化し、１０００ ｈ ｒ経過
後では容量値は一１５％。
ャパシタを、直列２．８ｖ印加、８６°Ｃの条件で保持
した時の容量と抵抗の経時変化を示すものである。この
図かられかるように、初期の大容量、低抵抗値は、ライ
フテストの時間とともに変化し、１０００ ｈ ｒ経過
後では容量値は一１５％。
抵抗値は＋３００％にまで変化している。このような特
性変化の原因としては、第３図に示すように活性炭繊維
層１１ｏと金属層１１１との界面に空隙１１２が生じた
り、金属面に酸化層１１３が生成したりすることが考え
られる。このような空隙や酸化層は、高温、電圧印加の
条件下で加速され、この時発生する電解液の微量分解ガ
スがこの空隙や、金属層１１１とケース１１４との間に
局在してさらに上記特性の劣化が促進されることもある
。
性変化の原因としては、第３図に示すように活性炭繊維
層１１ｏと金属層１１１との界面に空隙１１２が生じた
り、金属面に酸化層１１３が生成したりすることが考え
られる。このような空隙や酸化層は、高温、電圧印加の
条件下で加速され、この時発生する電解液の微量分解ガ
スがこの空隙や、金属層１１１とケース１１４との間に
局在してさらに上記特性の劣化が促進されることもある
。
本発明は、このような金属集電層と活性炭繊維層との接
触を強固にし、高温負荷テストにおいてもその接触抵抗
を変化を極力小さくし、容量、抵抗の初期高性能値を長
期にわたって保たんとするものであり、このための分極
性電極構成およびその製造法を提供するものである。
触を強固にし、高温負荷テストにおいてもその接触抵抗
を変化を極力小さくし、容量、抵抗の初期高性能値を長
期にわたって保たんとするものであり、このための分極
性電極構成およびその製造法を提供するものである。
問題点を解決するだめの手段
本発明は、炭素または活性炭と、この表面の金属と炭素
原子との混合層と、この混合層の上の金属層とから構成
される分極性電極である。
原子との混合層と、この混合層の上の金属層とから構成
される分極性電極である。
さらに炭素の表面を窒素、アルゴンのいずれかの不活性
ガスのイオンビーム照射を行いながら、Ｔａ、Ｔｉ、Ａ
ｆｉ、ｆ（ｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｉ のいずれかの金属を
蒸着またはスパッタリングで成膜析出することによって
前記炭素表面に前記金属と炭素との混合層、さらにこの
混合層の上にひきつづき前記金属層を成膜することを特
徴とする分極性電極の製造方法に関するものである。
ガスのイオンビーム照射を行いながら、Ｔａ、Ｔｉ、Ａ
ｆｉ、ｆ（ｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｉ のいずれかの金属を
蒸着またはスパッタリングで成膜析出することによって
前記炭素表面に前記金属と炭素との混合層、さらにこの
混合層の上にひきつづき前記金属層を成膜することを特
徴とする分極性電極の製造方法に関するものである。
作 用
本発明によれば、金属集電層と活性炭繊維層との間に金
属が活性炭の表面に注入されて生成した両者の混合層が
存在するために、相互の物理的、電気的接触力が強固に
なり、高温負荷使用においても両層間の接着はほとんど
初期状態と変わることなく保たれ、この結果、これを用
いた電気二重層キャパシタ、電池、エレクトロクロミッ
ク表示素子の高性能が長期にわたって維持される。
属が活性炭の表面に注入されて生成した両者の混合層が
存在するために、相互の物理的、電気的接触力が強固に
なり、高温負荷使用においても両層間の接着はほとんど
初期状態と変わることなく保たれ、この結果、これを用
いた電気二重層キャパシタ、電池、エレクトロクロミッ
ク表示素子の高性能が長期にわたって維持される。
実施例
本発明の具体的な実施例を述べる前に、本発明の基本的
な考え方および炭素、金属混合層の形成法について詳し
く述べる。
な考え方および炭素、金属混合層の形成法について詳し
く述べる。
活性炭繊維表面の電気二重層容量を効率的に集電するた
めに前述のように従来はＡ℃のプラズマ溶射、蒸着など
の方法によって集電色層が形成されていた。この界面の
様子を拡大して模式的に表すと第６図のようになり、炭
素層１２０の表面にＡＩ金属層１２１が物理的に接触し
て形成されているのみであり、炭素原子１２２とＡｎ原
子１２３が共存している層は存在せず両者の結合力は、
単なるフマンデアヴマールスカのみである。プラズマ溶
射法を用いると溶融した八２が炭素繊維の中にくいこみ
、いわゆる”アンカー効果”によって他の形成法よりは
密着力は強固になるが、接触部をミクロにみると第６図
と同じである。これに対し本発明の分極性電極の界面は
第１図に示す模式的構成を有する。すなわち、炭素層１
とこの層と連続的に存在する炭素、金属混合層２とさら
にこの層の上の金属層３とから構成されるもので、混合
層２は図からもわかるように例えばアルミニウム原子４
と炭素原子６とが混合したものである。
めに前述のように従来はＡ℃のプラズマ溶射、蒸着など
の方法によって集電色層が形成されていた。この界面の
様子を拡大して模式的に表すと第６図のようになり、炭
素層１２０の表面にＡＩ金属層１２１が物理的に接触し
て形成されているのみであり、炭素原子１２２とＡｎ原
子１２３が共存している層は存在せず両者の結合力は、
単なるフマンデアヴマールスカのみである。プラズマ溶
射法を用いると溶融した八２が炭素繊維の中にくいこみ
、いわゆる”アンカー効果”によって他の形成法よりは
密着力は強固になるが、接触部をミクロにみると第６図
と同じである。これに対し本発明の分極性電極の界面は
第１図に示す模式的構成を有する。すなわち、炭素層１
とこの層と連続的に存在する炭素、金属混合層２とさら
にこの層の上の金属層３とから構成されるもので、混合
層２は図からもわかるように例えばアルミニウム原子４
と炭素原子６とが混合したものである。
この混合層２は形成時の条件によって炭素層１と金属層
３との間で炭素原子と金属原子の深さ方向の組成比を任
意に制御でき最適な強度が保たれる。
３との間で炭素原子と金属原子の深さ方向の組成比を任
意に制御でき最適な強度が保たれる。
この混合の程度は、物理的に両元素が混合している場合
と、いわゆる金属の炭化化合物として存在する場合の両
方が考えられ、これも製造時の条件に依存する。
と、いわゆる金属の炭化化合物として存在する場合の両
方が考えられ、これも製造時の条件に依存する。
次に本発明の分極性電極の製造方法について述べる。第
２図は、本発明の分極性電極を形成するための装置の一
例を示すものである。ペルジャー１ｏの中を予め１０−
７Ｔｏｒｒの高真空に保ち、ガス導入孔１１からアルゴ
ンガスを導入する。イオン化部１２によってイオン化さ
れたＡｒのイオンビームを、基台１３に保持された活性
炭繊維布１４に照射しながら、加熱ボート１５に入れら
れたアルミニウム粉末１６を加熱蒸発させイオンビーム
照射と同時に炭素繊維布１４上に成膜させる。この時炭
素はイオンビームでたたかれているために蒸発して飛来
したアルミニウム原子は構成炭素原子の奥深く入り込み
（約１ｏｏｏ人）炭素−へ２混合層ができ、さらにイオ
ンビームが入れなくなるまでこの混合層が生成し引続き
Ａ２蒸着層が形成される。この結果、第１図に示したよ
うな断面構成の分極性電極が形成される。１７はロータ
ＩＪ −ポンプ、１８は拡散ポンプ、１９はイオン発生
のための電源と制御部、２ｏは蒸着のための電源と制御
部である。この目的のためには例えば日新電機（株）製
のＩＶＤ装置を用いることができる。
２図は、本発明の分極性電極を形成するための装置の一
例を示すものである。ペルジャー１ｏの中を予め１０−
７Ｔｏｒｒの高真空に保ち、ガス導入孔１１からアルゴ
ンガスを導入する。イオン化部１２によってイオン化さ
れたＡｒのイオンビームを、基台１３に保持された活性
炭繊維布１４に照射しながら、加熱ボート１５に入れら
れたアルミニウム粉末１６を加熱蒸発させイオンビーム
照射と同時に炭素繊維布１４上に成膜させる。この時炭
素はイオンビームでたたかれているために蒸発して飛来
したアルミニウム原子は構成炭素原子の奥深く入り込み
（約１ｏｏｏ人）炭素−へ２混合層ができ、さらにイオ
ンビームが入れなくなるまでこの混合層が生成し引続き
Ａ２蒸着層が形成される。この結果、第１図に示したよ
うな断面構成の分極性電極が形成される。１７はロータ
ＩＪ −ポンプ、１８は拡散ポンプ、１９はイオン発生
のための電源と制御部、２ｏは蒸着のための電源と制御
部である。この目的のためには例えば日新電機（株）製
のＩＶＤ装置を用いることができる。
このような装置の他にも炭素に直接へ２などのイオンを
イオンビーム注入する方法も可能である。
イオンビーム注入する方法も可能である。
次に本発明の具体的な実施例について述べる。
実施例１
目付１６０ ｙ／ ｎ？のフェノール系活性炭繊維より
成る布の表面に前述のｒＶＤ装置を用いてＡｌ１の混合
層および単独層を形成する、混合層の厚さは１０００人
単独層の厚さは９ｏｏｏ人である。
成る布の表面に前述のｒＶＤ装置を用いてＡｌ１の混合
層および単独層を形成する、混合層の厚さは１０００人
単独層の厚さは９ｏｏｏ人である。
実施例２
実施例１で得られたものの表面にさらにプラズマ溶射法
によってへ２層を１００μｍ形成する。
によってへ２層を１００μｍ形成する。
実施例３
実施例１と同じ活性炭繊維布の表面に厚さ１ｏｏｏへの
深さ・にＡ４をイオンビーム注入する。
深さ・にＡ４をイオンビーム注入する。
この上にさらに１００μｍのプラズマ溶射Ａ２層を形成
する。
する。
それぞれの実施例で得られた分極性電標は直径５ｒｍに
打ちぬかれ、第４図に示す構成のキャパシタに組まれる
。
打ちぬかれ、第４図に示す構成のキャパシタに組まれる
。
比較例１
目付１５０ ｙ／ ｍ”のフェノール系活性炭繊維より
成る布を直径５１に打ちあきキャパシタを組立てる。
成る布を直径５１に打ちあきキャパシタを組立てる。
比較例２
目付１５０ ｙ／ｍのフェノール系活性炭繊維より伐る
布の表面に厚さ１００μｍのＡ２層をプラズマ溶射法で
形成し、これを５ｍｍ直径に打ちぬきキャパシタを組立
てる。
布の表面に厚さ１００μｍのＡ２層をプラズマ溶射法で
形成し、これを５ｍｍ直径に打ちぬきキャパシタを組立
てる。
以上の実験により得られたキャパシタの初期およびライ
フ特性を第１表に揚げる。
フ特性を第１表に揚げる。
発明の効果
以上記載のごとく本発明によれば、炭素と金属層との界
面に両者の相互拡散層が存在するために両者の接着力が
単なる物理的接着以上のものとなり、界面での両者のは
くり、金属層の酸化などが起こりにくくなり、これを用
いた電気二重層キャパシタの特性は大巾に改善される。
面に両者の相互拡散層が存在するために両者の接着力が
単なる物理的接着以上のものとなり、界面での両者のは
くり、金属層の酸化などが起こりにくくなり、これを用
いた電気二重層キャパシタの特性は大巾に改善される。
本実施例では、炭素材料として活性炭繊維についてのみ
述べたが、炭素繊維や、板状、ペレット状、膜状、シー
ト状、多孔体などの形状をした炭素、活性炭に対しても
同様の効果が得られることは云うまでもない。金属もＡ
２以外の弁作用金属（Ｔａ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ）
やＳＬなどを用いてもよい。さらに、キャパシタ以外の
分極性電極用途、たとえばＬｉ二次電池、エレクトロク
ロミック表示素子の対極などについても本発明は有効で
ある。
述べたが、炭素繊維や、板状、ペレット状、膜状、シー
ト状、多孔体などの形状をした炭素、活性炭に対しても
同様の効果が得られることは云うまでもない。金属もＡ
２以外の弁作用金属（Ｔａ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ）
やＳＬなどを用いてもよい。さらに、キャパシタ以外の
分極性電極用途、たとえばＬｉ二次電池、エレクトロク
ロミック表示素子の対極などについても本発明は有効で
ある。
第１図は本発明の分極性電極の断面模式図、第２図は本
発明に用いる金属混合層および金属層の製造のだめの装
置の一例を示す図、第３図は従来の分極性電極の劣化の
様子を示す図、第４図は電気二重層キャパシタの断面構
成図、第５図は従来の電気二重層キャパシタのライフ特
性図、第６図は従来の分極性電極の断面模式図である。 １・・・・・炭素層、２・・・・・・金属炭素混合層、
３・・・−・・金属層、４・・・−・・金属原子、６・
・・・・・炭素原子。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名の
寸 艷Ｏ
Ｌ５ 派 法 派痣塀枢
ゲ誓４ 派
発明に用いる金属混合層および金属層の製造のだめの装
置の一例を示す図、第３図は従来の分極性電極の劣化の
様子を示す図、第４図は電気二重層キャパシタの断面構
成図、第５図は従来の電気二重層キャパシタのライフ特
性図、第６図は従来の分極性電極の断面模式図である。 １・・・・・炭素層、２・・・・・・金属炭素混合層、
３・・・−・・金属層、４・・・−・・金属原子、６・
・・・・・炭素原子。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名の
寸 艷Ｏ
Ｌ５ 派 法 派痣塀枢
ゲ誓４ 派
Claims (5)
- （１）炭素または活性炭と、この表面の金属と炭素原子
との混合層と、この混合層の上の金属層とから構成され
る分極性電極。 - （２）炭素または活性炭が、板、シート、繊維、多孔質
成型体のいずれかの形状を有することを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の分極性電極。 - （３）金属がＴａ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｓ
ｉのうちのいずれかひとつ以上から成るものであること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の分極性電極。 - （４）混合層が、炭素と金属の化合物層または炭素と金
属元素の物理的な混合層のいずれかであることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の分極性電極。 - （５）炭素の表面を窒素、アルゴンのいずれかの不活性
ガスのイオンビーム照射をしながら、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｌ
、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｓｉのいずれかの金属を蒸着またはスパ
ッタリングで成膜析出することにより前記炭素表面に前
記金属と炭素との混合層、さらにこの混合層の上にひき
つづき前記金属層を成膜することを特徴とする分極性電
極の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62156841A JPH0821525B2 (ja) | 1987-06-24 | 1987-06-24 | 分極性電極およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62156841A JPH0821525B2 (ja) | 1987-06-24 | 1987-06-24 | 分極性電極およびその製造方法 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH011220A true JPH011220A (ja) | 1989-01-05 |
| JPS641220A JPS641220A (en) | 1989-01-05 |
| JPH0821525B2 JPH0821525B2 (ja) | 1996-03-04 |
Family
ID=15636542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62156841A Expired - Fee Related JPH0821525B2 (ja) | 1987-06-24 | 1987-06-24 | 分極性電極およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0821525B2 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2113421A1 (en) * | 1992-05-15 | 1993-11-25 | Kazuya Kuriyama | Secondary battery and its manufacturing method |
| US5862035A (en) | 1994-10-07 | 1999-01-19 | Maxwell Energy Products, Inc. | Multi-electrode double layer capacitor having single electrolyte seal and aluminum-impregnated carbon cloth electrodes |
| US5621607A (en) * | 1994-10-07 | 1997-04-15 | Maxwell Laboratories, Inc. | High performance double layer capacitors including aluminum carbon composite electrodes |
| US6233135B1 (en) | 1994-10-07 | 2001-05-15 | Maxwell Energy Products, Inc. | Multi-electrode double layer capacitor having single electrolyte seal and aluminum-impregnated carbon cloth electrodes |
| US6332900B1 (en) * | 1999-02-08 | 2001-12-25 | Wilson Greatbatch Ltd. | Physical vapor deposited electrode component and method of manufacture |
| US6449139B1 (en) | 1999-08-18 | 2002-09-10 | Maxwell Electronic Components Group, Inc. | Multi-electrode double layer capacitor having hermetic electrolyte seal |
| US6631074B2 (en) | 2000-05-12 | 2003-10-07 | Maxwell Technologies, Inc. | Electrochemical double layer capacitor having carbon powder electrodes |
| US6813139B2 (en) | 2001-11-02 | 2004-11-02 | Maxwell Technologies, Inc. | Electrochemical double layer capacitor having carbon powder electrodes |
| JP5351990B2 (ja) * | 2006-01-31 | 2013-11-27 | Ｊｆｅケミカル株式会社 | リチウムイオン二次電池用負極材料、リチウムイオン二次電池用負極およびリチウムイオン二次電池 |
| JP4986222B2 (ja) * | 2006-01-31 | 2012-07-25 | Ｊｆｅケミカル株式会社 | リチウムイオン二次電池用負極材料の製造方法 |
| EE05629B1 (et) * | 2010-09-06 | 2013-02-15 | O� Skeleton Technologies | Meetod suure eriv?imsuse ja energiatihendusega superkondensaatori elektrokeemilise süsteemi valmistamiseks, sellele vastav superkondensaator ja meetod selle valmistamiseks |
| JP5058381B1 (ja) * | 2012-02-09 | 2012-10-24 | 日本蓄電器工業株式会社 | 集電体及び電極、これを用いた蓄電素子 |
| TWI611443B (zh) * | 2011-02-21 | 2018-01-11 | 日本蓄電器工業股份有限公司 | 電極用集電體、非水電解質蓄電池用正極電極、非水電解質蓄電池用負極電極、非水電解質蓄電池、非水電解質電雙層電容器用電極、非水電解質電雙層電容器、非水電解質混合式電容器用正極電極、非水電解質混合式電容器用負極電極及非水電解質混合式電容器 |
| JP2013165250A (ja) * | 2012-06-07 | 2013-08-22 | Japan Capacitor Industrial Co Ltd | 集電体及び電極、これを用いた蓄電素子 |
-
1987
- 1987-06-24 JP JP62156841A patent/JPH0821525B2/ja not_active Expired - Fee Related
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