JPH0213455B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は、小型薄型で大容量の電気二重層キヤ
パシタに関する。 従来例の構成とその問題点 第１図に従来の湿式電気二重層キヤパシタの一
構成例を示す。分極性電極体１として活性炭繊維
布を用い、この分極性電極体１に集電体２として
アルミニウム、チタン、ニツケル、ステンレス等
の金属層、または導電性樹脂層を形成して分極性
電極を構成し、この分極性電極をセパレータ３を
介在させて相対向させて電解液を注入した後、ケ
ース４と封口板５およびガスケツト６を用いて封
口ケーシングした構成を有する。ここで、分極性
電極体１に用いる活性炭繊維は、フエノール系
（硬化ノボラツク繊維）、レーヨン系、アクリル
系、ピツチ系の繊維布を炭化賦活することにより
得られる。活性炭繊維の電気抵抗、強度、賦活収
率等を考慮すると、上記の繊維の中でフエノール
系のものが一番分極性電極体に適している。 金属の導電性層は、プラズマ溶射法、アーク溶
射法あるいはガス溶射法により形成される。ま
た、導電性樹脂などの導電性層はスクリーン印刷
法やスプレス法、デイツプ法のいずれかにより容
易に形成できる。以上の形状を有する分極性電極
は所望の径に打ちぬき可能であり、第１図に示し
たコイン型平板小型の大容量キヤパシタを実現で
きる。また、このような分極性電極体は、バイン
ダーを使用する必要がなく、内部抵抗を低減でき
る。特に溶射法により導電層を形成すると、溶射
金属層と活性炭繊維層との密着強度が良く、接触
抵抗が小さくなり、良好なキヤパシタ特性を得る
ことができる。 しかしながら、今日電子機器特に半導体メモリ
の特性向上には著るしいものがあり、従来より小
容量のキヤパシタでその充放電特性（急速充電）
が優れているものが強く要求されている。また、
機器の軽薄短小化に伴い、二重層キヤパシタもさ
らに小型、薄型化が要求されている。従来の活性
炭繊維布を使用しているかぎりキヤパシタの厚み
を封口ケーシング後、１mm以下にすることが極め
て困難である。 さらに第２図に示すように活性炭繊維布７は結
合媒体を使用していないが、空間部分８が非常に
大きく体積効率を改善することができない。また
製造工程においても分極性電極体のうちぬき工程
で、繊維が飛びちり、粉じん公害をもたらす。ま
た二重層に蓄積される電荷は、衆知の通りその形
成面積に比例する。しかし、活性炭繊維は、賦活
を進めれば進めるほどその比表面積、細孔容積は
増大するが、一方繊維強度は著しく減少し、実使
用に耐えられなくなる。 また電解液には、水系のものと、非水系のもの
がある。特に非水系電解液を用いると、耐電圧の
高い（2V以上）のキヤパシタが得られるが、構
成材料や電解液中の微量な水分が信頼性に大きな
影響をあたえることが知られている。 発明の目的 本発明は、従来の電気二重層キヤパシタの充放
電特性を改善し、さらに薄型、小型高エネルギー
密度化するとともに信頼性を高めることを目的と
する。 発明の構成 この目的を達成するために本発明は、分極性電
極体に、撥水性を有する結合媒体を用いた抄紙法
により作られた厚みが600μｍ以下で密度が0.1
ｇ／cm³以上ある紙状の活性炭繊維を用い、この分
極性電極体の少なくとも片面に導電性層を形成し
て分極性電極とし、この分極性電極をセパレータ
を介して相対向させると共に、電解液を注入して
構成したものであり、強度を維持したままで充放
電特性を改善するとともに、単位体積当りのエネ
ルギー密度、信頼性を向上したものである。 実施例の説明 実施例 １ 以下に示す構成材料、工程を経て、第３図に示
すコイン型キヤパシタを作成した。 分極性電極体は、トウ状のフエノール系ノボラ
ツク樹脂繊維（φ15μｍ）を触媒、水蒸気を使用
して炭化賦活し、比表面積がBET法で測定し
2200m²／ｇ、細孔容積が1.2c.c.／ｇ、細孔径が20
〜40Aに50％以上存在する活性炭繊維を得、これ
をミキサーで湿式に粉砕、細かく（１〜３mm長）
にしたものに、第１表に示した結合媒体を用い抄
紙し、カレンダーローラやプレスを用い、同表に
掲げた目付、密度の紙状活性炭繊維分極性電極体
を形成する。この分極性電極体の少なくとも片面
に、30〜100μｍのアルミニウム導電性層をプラ
ズマ溶射法により形成する。このように導電性層
を有した分極性電極を、導電性層がケース４や封
口板５に接触するように配置しスポツト溶接し、
１モルの（C₂H₅）₄NBF₄−プロピレンカーボネー
ト溶液を注入した後、ガスケツト６を介して、
正、負極を絶縁して封口ケーシングする。本実施
例における分極性電極は直径が14mmの円板状のも
のである。第１表にそれぞれの条件で作製した分
極性電極を使用したキヤパシタの諸特性を示し
た。 この第１表より結合媒体にパルプを用いるより
も、撥水性を有するポリエチレン、ポリプロピレ
ン、アクリル、ナイロン、キユブラ、ポリエステ
ル樹脂を用いたものの方が信頼性の高いキヤパシ
タが得られることがわかる。これは、非水系電解
液を用いた場合、キヤパシタの構成材料中の微量
水分が長期信頼性に大きな影響をあたえているた
めであると考えられる。 また、結合媒体の量が少なく活性炭繊維の多い
方が、言うまでもなくエネルギー密度が大きくな
つている。電極の厚みも薄ければ薄い程、低イン
ピーダンス化できることがわかる。なお、第１表
中に示した信頼性容量変化率（％）とは、キヤパ
シタを70℃雰囲気において、常時2.0Vを印加し
た場合の1000時間後の容量を初期値と比較した場
合の変化率を示す。本実施例の場合では容量の減
少率が10％以下と信頼性の高いものであることが
わかる。

【表】 実施例 ２ 実施例１のNo.７と同様な組成を有する分極性電
極を用い、第２表に示す厚みを有する分極性電極
で第１図と同様なコイン型キヤパシタを作製した
厚みが厚くなる程分極性電極に蓄積された電荷の
集電が悪くなり、600μｍ程度以下のものが、初
期IRドロツプも小さく、良好なキヤパシタ特性
を示した。

【表】 実施例 ３ 分極性電極体の強度を上げるため、結合媒体に
パルプ（こう解の進んでいるもの）をポリエステ
ル、アクリル樹脂結合媒体に混入し分極性電極体
を作製した。第１表のNo.３〜11に結合剤の５〜
30wt％をパルプに置き換えると、信頼性はわず
かに置き換えないものに比べ低下するが、電極の
強度は著しく増大し、キヤパシタを作製するのに
有利となる。 実施例 ４ 実施例１のNo.７の組成、密度を有する分極性電
極を用い、第３図、第４図に示すキヤパシタを作
成した。第４図は第３図をａ−a′で切断した時の
断面を示す。９は厚み260μｍの分極性電極体、
１０は厚み30μｍのアルミニウム導電性層、１１
は厚み50μｍのアルミニウム集電板、１２は厚み
50μｍのポリプロピレン製セパレータ、１３はポ
リエチレンテレフタレートにアイオノマー系接着
剤が塗布してある熱溶着性の80μｍ厚のフイルム
シート、１４はリードである。電解液には１モル
の（C₂H₅）₄NClO₄−プロピレンカーボネート溶
液を使用した。本実施例のキヤパシタは、非常に
薄く、集電能も良好で、かつ電極の強度も強く、
100×200mm²の大きさにしても十分作業性良く組み
立てが可能である。第３表に本実施例のキヤパシ
タの諸特性を示す。

【表】 実施例 ５ 実施例１のNo.７の組成を有する分極性電極に
100μｍのアルミニウム層を溶射形成し、アルミ
ニウムの30μｍ厚のエツチング箔を集電体とし、
第５図に示す円筒形のキヤパシタを作製した。こ
のような構造をとると、キヤパシタの電極面積、
すなわち集電面積を大きくすることが可能なた
め、大電流放電ができる。しかしながら本実施例
の場合も分極性電極の厚みが1000μｍにもなると
集電能が低下し、作業性も悪くなつてくる。でき
れば、600μｍ以下の分極性電極体を使用するの
が良い。 第５図において、１５はケース、１６は封口パ
ツキング、１７はガスケツトである。電解液には
１モルのKPF₆、プロピレンカーボネート溶液を
使用した。 本実施例における分極性電極体の厚みは300μ
ｍ大きさは30×200mm²である。第４表にキヤパシ
タの諸特性を示す。 この第４表より、本実施例のキヤパシタが小型
大容量であり、しかも優れた信頼性を有すること
がわかる。

【表】 発明の効果 以上のように、本発明によれば、充放電特性、
信頼性に優れた、また作業工程の簡単な薄型、小
型大容量の電気二重層キヤパシタが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電気二重層キヤパシタの一構成例を示
す断面図、第２図は活性炭繊維の模式図、第３図
は本発明の電気二重層キヤパシタの一実施例の平
面図、第４図は第３図のａ−a′線で切断した断面
図、第５図は本発明の他の実施例を半分断面で示
す正面図である。 １，９……分極性電極体、２……集電体、３…
…セパレータ、１０……導電性層、１１……集電
体、１２……ポリプロピレン製セパレータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 分極性電極体に、撥水性を有する結合媒体を
   用いた抄紙法により作られた厚みが600μｍ以下
   で密度が0.1ｇ／cm³以上ある紙状の活性炭繊維を
   用い、この分極性電極体の少なくとも片面に導電
   性層を形成して分極性電極とし、この分極性電極
   をセパレータを介して相対向させると共に電解液
   を注入して構成した電気二重層キヤパシタ。 ２ 結合媒体が、ポリエチレン、ポリプロピレ
   ン、アクリル、キユブラ、ナイロン、ポリエステ
   ル樹脂の中のいずれか一つまたは可能な組み合わ
   せからなるものであることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の電気二重層キヤパシタ。 ３ 結合媒体がパルプを有するものであることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載の電気二重
   層キヤパシタ。 ４ 結合媒体が分極性電極体の重量比で50％以下
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の電気二重層キヤパシタ。 ５ 分極性電極体を構成する活性炭繊維がフエノ
   ール系樹脂繊維を炭化賦活して得られた比表面積
   がBET法で1500m²／ｇ、細孔容積が0.5c.c.／ｇ以
   上あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の電気二重層キヤパシタ。 ６ 電解液として有機電解液を用いることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の電気二重層キ
   ヤパシタ。