JPH02240908A - electric double layer capacitor - Google Patents

electric double layer capacitor

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JPH02240908A
JPH02240908A JP1062405A JP6240589A JPH02240908A JP H02240908 A JPH02240908 A JP H02240908A JP 1062405 A JP1062405 A JP 1062405A JP 6240589 A JP6240589 A JP 6240589A JP H02240908 A JPH02240908 A JP H02240908A
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Takayoshi Muranaka
村中 孝義
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors

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

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、分極性電極と電解質(液)との界面で形成さ
れる電気二重層を利用した静電容量の大きい特性を有し
、主に、揮発性半導体メモリー(例えば、RムM・・・
・・・ランダムアクセスメモリー)の停電時のバックア
ップ用として使用される電気二重層キャパシタに関する
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention has a characteristic of high capacitance using an electric double layer formed at the interface between a polarizable electrode and an electrolyte (liquid), and mainly has the following characteristics: Volatile semiconductor memory (e.g. RM...
This relates to electric double layer capacitors used as backup for power outages (random access memory).

従来の技術 従来のこの種の電気二重層キャパシタは、添付図面に示
すように、円盤型(コイン型、ボタン型)と称される構
造で、黒鉛、活性炭、カーボンブラックおよび若干のバ
インダー等からなる材料を成型したシ、アルミニウムや
ステンレスのネットに担持させた電極またはカーボン繊
維、特に活性炭繊維布からなる一対の炭素電極1.1′
の間に電解液2を含浸させたセパレータ3を介在させ、
そしてこれらを集電体と外装材を兼ねた金属ケース4と
、金属蓋6および絶縁と封口材を兼ねたパツキン6によ
って密閉した構造となっている。さらに、活性炭繊維布
からなる電極の場合には、集電性を上げるために、金属
ケースおよび金属蓋と接触する面上にプラズマ溶射など
によってアルミニウム層を形成している。
BACKGROUND ART Conventional electric double layer capacitors of this type have a structure called a disk shape (coin shape, button shape), as shown in the attached drawing, and are made of graphite, activated carbon, carbon black, some binder, etc. A pair of carbon electrodes 1.1' made of molded material, electrodes supported on an aluminum or stainless steel net, or carbon fibers, especially activated carbon fiber cloth.
A separator 3 impregnated with electrolyte 2 is interposed between the two,
These are sealed by a metal case 4 that serves as a current collector and an exterior material, a metal lid 6, and a packing 6 that serves as an insulator and a sealing material. Furthermore, in the case of an electrode made of activated carbon fiber cloth, an aluminum layer is formed by plasma spraying or the like on the surface that contacts the metal case and metal lid in order to improve current collection.

発明が解決しようとする課題 上記した構成の電気二重層キャパシタの場合、通常、フ
ェノール繊維布を炭化・賦活した活性炭繊維布からなる
電極が使用されている。その理由は、原料が化学製品で
不純物の混入が少ないこと、高い比表面積の活性炭が得
られること、電極としての形状がすでにそのほとんどが
備わっていることなどである。しかしながら、これは他
の汎用の活性炭に比べて高価であること、現在の炭化・
賦活技術では厚み・目付(g/ll2)のバラツキが比
較的大きいことなどが問題としてあげられる。特に、現
出する静電容量は使用電極の重量(径・厚み)で決定さ
れるので、定格容量の品揃えのためには、数種の厚み(
目付)の異なる電極の準備、数種の径・厚みの異なる部
品の準備、そしてそれに対処できる多品種製造装置また
は数台の単能機が必要である。また、低静電容量製品に
おいては、使用電極の厚み(目付)・径が製造上必要な
値以下となってしまい、搬送・位置決めなどが困難にな
るという欠点があった。さらに、特性上では活性炭繊維
布からなる電極、その間のセパレータおよび電解液から
なる内部素子は、集電体を兼ねた金属蓋、金属ケースに
よって適度に圧縮されていなければなら々い。その理由
は圧縮が弱ければ内部抵抗が大きくなって不安定とな)
、逆に圧縮が強ければ電極の一部がセパレータを貫通し
やすくなり、その結果、漏れ電流が大となる。従って、
各部材の厚みを一定にすること、または部材の総厚みに
合わせて適正な圧縮力となるように金属蓋と金属ケース
との間隔を調整する必要があった。
Problems to be Solved by the Invention In the case of the electric double layer capacitor having the above-mentioned structure, electrodes made of activated carbon fiber cloth obtained by carbonizing and activating phenol fiber cloth are usually used. The reasons for this include the fact that the raw material is a chemical product and contains little impurities, that activated carbon can be obtained with a high specific surface area, and that most of the shapes for electrodes are already available. However, this is more expensive than other general-purpose activated carbons, and current carbonization and
Problems with the activation technology include relatively large variations in thickness and area weight (g/ll2). In particular, since the developed capacitance is determined by the weight (diameter and thickness) of the electrode used, several thicknesses (
It is necessary to prepare electrodes with different fabric weights), prepare several types of parts with different diameters and thicknesses, and have multi-product manufacturing equipment or several single-function machines that can handle this. Furthermore, low capacitance products have the disadvantage that the thickness (fabric weight) and diameter of the electrodes used are less than the values required for manufacturing, making transportation, positioning, etc. difficult. Furthermore, in terms of characteristics, the electrodes made of activated carbon fiber cloth, the separator therebetween, and the internal elements made of electrolyte must be appropriately compressed by a metal lid and a metal case that also serve as current collectors. The reason is that if the compression is weak, the internal resistance will increase and become unstable.)
Conversely, if the compression is strong, part of the electrode will easily penetrate the separator, resulting in a large leakage current. Therefore,
It was necessary to make the thickness of each member constant, or to adjust the distance between the metal lid and the metal case so that an appropriate compressive force could be achieved depending on the total thickness of the members.

しかしながら、これらはいずれもコスト高、生産性低下
を招くものであった。
However, all of these methods lead to high costs and decreased productivity.

上記問題点の解決策として、使用する活性炭が繊維状で
あることに着目し、活性炭繊維布を粉砕したり、チッッ
プ状の活性炭繊維を使用し、これをバルブ、炭素繊維に
加え、そして若干のバインダーおよび分散剤を用いて抄
紙とした分極性電極がすでに提案されている。この電極
では、静電容量を決定する活性炭と増量・導電材である
炭素繊維、紙としての性質を維持□するバルブ・バイン
ダーの比率を変えることによって、同一の電極径・厚み
のもので数種の静電容量値の製品の生産が可能である。
As a solution to the above problem, we focused on the fact that the activated carbon used is in the form of fibers, and by pulverizing activated carbon fiber cloth or using activated carbon fiber in the form of chips, we added this to the valve, carbon fiber, and Polarizable electrodes made into paper using binders and dispersants have already been proposed. By changing the ratio of activated carbon, which determines the capacitance, carbon fiber, which is a conductive material, and a bulb binder, which maintains the properties of paper, several types of electrodes with the same electrode diameter and thickness can be made. It is possible to produce products with a capacitance value of .

本発明は上記従来の問題点を解消するもので、電極とし
ての耐電圧を改善することができ、かつ経時特性が安定
し、寿命の延長が可能な電気二重層キャパシタを提供す
ることを目的とするものである。
The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and aims to provide an electric double layer capacitor that can improve the withstand voltage as an electrode, has stable aging characteristics, and has an extended lifespan. It is something to do.

課題を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明の電気二重層キャパシ
タは、炭素繊維、活性炭、熱融着性の合成樹脂繊維を用
いた不織布を分極性電極として使用したものである。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the electric double layer capacitor of the present invention uses a nonwoven fabric made of carbon fiber, activated carbon, and heat-fusible synthetic resin fiber as a polarizable electrode. .

作用 上記構成によれば、従来の抄紙製造技術に代えて不織布
製造技術で電極を製造するようにしているため、従来必
要であった水9分散剤、バインダーが不要となり、また
バルブのように水分が構成物質となっているものがない
ため、よシ低水分の電極が得られ、その結果、電極とし
ての耐電圧が改善されるとともに、経時特性は安定し、
かつ寿命の延長が可能となるものである。
Effects According to the above configuration, the electrodes are manufactured using non-woven fabric manufacturing technology instead of conventional paper manufacturing technology, which eliminates the need for water dispersants and binders, which were previously required, and also eliminates the need for water dispersants and binders, which are required in the past. Since there are no constituent substances, it is possible to obtain an electrode with very low moisture content.As a result, the withstand voltage as an electrode is improved, and its characteristics over time are stable.
Moreover, it is possible to extend the service life.

実施例 以下、本発明の詳細な説明する。まず、分極性電極とし
て、径φCSW、目付140 g/Im”の活性炭不織
布(構成材料比率は後述)を使用した。
EXAMPLES The present invention will be described in detail below. First, as a polarizable electrode, an activated carbon nonwoven fabric (the ratio of constituent materials will be described later) with a diameter φCSW and a basis weight of 140 g/Im was used.

そしてこの活性炭不織布の片面には、0.05fl程度
のアルミニウム層がプラズマ溶射によって形成されてい
る。その全体の厚みは0.6Mである。また外径φ11
6の金属ケース、これに対応する金属蓋、封口体を準備
した。電位的にマイナスとなる金属蓋は5U8304を
使用し、プラスとなる金属ケースは内面をアルミニウム
で構成し、かつ外面は5UI9304で構成して両者は
クラツド化されて一体となっている。セパレータはポリ
プロピレン繊維からなる不織布で構成し、この不織布は
厚みが0,35jil、目付50 g/lll2f)多
孔シートである。封口体はポリプロピレン樹脂成型品で
ある。電解液はプロピレンカーペネートにテトラエチル
アンモニウムテトラフルオロボレートを1モル加えたも
のであり、これを30μl使用している。
On one side of this activated carbon nonwoven fabric, an aluminum layer of about 0.05 fl is formed by plasma spraying. Its total thickness is 0.6M. Also, outer diameter φ11
A metal case No. 6, a corresponding metal lid, and a sealing body were prepared. 5U8304 is used for the metal lid that has a negative potential, and the inner surface of the metal case that has a positive potential is made of aluminum, and the outer surface is made of 5UI9304, and both are clad and integrated. The separator is made of a nonwoven fabric made of polypropylene fibers, and this nonwoven fabric is a porous sheet with a thickness of 0.35jil and a basis weight of 50 g/ll2f). The sealing body is a polypropylene resin molded product. The electrolytic solution was propylene carpenate to which 1 mol of tetraethylammonium tetrafluoroborate was added, and 30 μl of this was used.

次に、封口した単セルは3vの耐電圧を持っているが、
半導体メモリーの駆動電圧に対処するために2枚積層し
、6.6v使用品としている。本発明の電極と従来電極
との比較は、それぞれの電極を使用した製品の(1)初
期特性(静電容量、内部抵抗、漏れ電流および低温特性
)(2)信頼性テストとして実施している高温負荷テス
ト(70’C,5,5V印加の3000時間後の電気的
特性)によっている。
Next, the sealed single cell has a withstand voltage of 3V,
In order to cope with the driving voltage of semiconductor memory, two sheets are laminated and the product uses 6.6V. Comparisons between the electrodes of the present invention and conventional electrodes were conducted as (1) initial characteristics (capacitance, internal resistance, leakage current, and low-temperature characteristics) and (2) reliability tests of products using each electrode. This is based on a high temperature load test (70'C, electrical characteristics after 3000 hours of 5.5V application).

第1表は、従来からの電極および本発明の組成・配合の
各種電極を使用して、前記構成部材によって試作した電
気二重層キャパシタの初期値(測定温度:20℃)、低
温特性(−26℃)および高温負荷テスト(70℃、s
、sV印加)3000時間後の特性比較を示している。
Table 1 shows the initial values (measuring temperature: 20°C) and low-temperature characteristics (-26 ℃) and high temperature load test (70℃, s
, sV application) shows a comparison of characteristics after 3000 hours.

使用した材料は、(&)繊維状活性炭(ムCF)は、フ
ェノール樹脂繊維を出発原料としたもので、比表面積1
90011”7g、繊維径;11μm、繊維長さ;3.
0m11である。この場合、ピッチ系の活性炭繊維も同
時に検討したが、前記特性を有していれば、特に差が出
なかった。(b)微粉末活性炭(ムCP)は、ヤシから
を出発原料とした比表面積1800112/K、平均粒
径300メツシユである。この場合、おがくずを出発原
料とした活性炭も検討したが、前記特性を有していれば
、特に差が出なかった。しかし、現在のところ必要な比
表面積のものを得るのは、収率が低く経済的でないもの
である。(0)炭素繊維(air)は、導電性の高い黒
鉛化繊維を使用した。糸径;13μ重、糸長さ;aos
ag、体積固有抵抗;1、exlo(Ω・cN)、炭素
含有率;MIN、95%(wt%)である。繊維は直線
状であるが、カール繊維のものも大差がなかった。この
場合も出発原料としてフェノール樹脂繊維のものもある
が、これも前記特性を有していれば、特に差が出なかっ
た。(d)ポリエチレン樹脂繊維(pm)、ポリエステ
ル樹脂繊維(pp)、ポリエステル樹脂繊維(PIT・
・・・・・ポリエチレンテレフタレート、またはPBτ
・・・・・・ポリブチレンテレフタレート)は繊維径;
3μm、繊維長さ;6flのものである。
The materials used are (&) Fibrous activated carbon (MUCF), which uses phenolic resin fibers as a starting material, and has a specific surface area of 1
90011"7g, fiber diameter: 11μm, fiber length: 3.
It is 0m11. In this case, pitch-based activated carbon fibers were also examined, but no particular difference was found as long as they had the above characteristics. (b) Finely powdered activated carbon (MUCP) is made from coconut and has a specific surface area of 1800112/K and an average particle size of 300 mesh. In this case, activated carbon using sawdust as a starting material was also considered, but no particular difference was found as long as it had the above characteristics. However, it is currently not economical to obtain the required specific surface area due to low yields. (0) As the carbon fiber (air), highly conductive graphitized fiber was used. Thread diameter: 13μ weight, thread length: aos
ag, volume resistivity; 1, exlo (Ω·cN), carbon content; MIN, 95% (wt%). Although the fibers were straight, there was no significant difference in the curled fibers. In this case as well, phenolic resin fibers were used as the starting material, but as long as they also had the above-mentioned characteristics, there was no particular difference. (d) Polyethylene resin fiber (pm), polyester resin fiber (pp), polyester resin fiber (PIT/
...Polyethylene terephthalate, or PBτ
...Polybutylene terephthalate) has a fiber diameter;
3 μm, fiber length: 6 fl.

(O)バルブ(P)は通常のアルミ電解コンデンサのセ
パレータ材料として使用されるクラフト紙と同じバルブ
である。この場合、他の天然繊維としてマニラ麻繊維、
レーヨンのような再生繊維、ポリエチレン・ポリプロピ
レン・ポリエステルなどの合成繊維も使用可能である。
(O) The bulb (P) is the same bulb as kraft paper used as a separator material for ordinary aluminum electrolytic capacitors. In this case, Manila hemp fiber as other natural fibers,
Regenerated fibers such as rayon and synthetic fibers such as polyethylene, polypropylene, and polyester can also be used.

分散剤もまた通常の抄紙に使用される消泡剤・分散剤で
あり、その添加量は1チ以下である。
The dispersant is also an antifoaming agent/dispersant used in ordinary paper making, and the amount added is 1 tre or less.

(以下余白) 発明の効果 以上のように本発明によれば、従来の抄紙製造技術に代
えて不織布製造技術で電極を製造するようにしているた
め、従来の抄紙製造技術では必要であった水1分散剤、
バインダーが不要となり、またバルブのように水分が構
成物質となっているものがないため、より低水分の電極
が得られ、その結果、本発明の不織布電極を使用した製
品は、初期特性、低温特性および信頼性(高温負荷テス
ト)においても、より安定した特性を維持することがで
きるものである。
(The following is a blank space) Effects of the Invention As described above, according to the present invention, electrodes are manufactured using nonwoven fabric manufacturing technology instead of conventional paper manufacturing technology, so water consumption, which is necessary with conventional paper manufacturing technology, is reduced. 1 dispersant,
Since there is no need for a binder and there is no water component like in bulbs, an electrode with lower moisture content can be obtained.As a result, products using the nonwoven fabric electrode of the present invention have excellent initial characteristics It is also possible to maintain more stable characteristics in terms of characteristics and reliability (high temperature load test).

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

図は従来の電気二重層キャパシタを示す断面図である。 1.1′・・・・・・電極、2・・・・・・電解液、3
・・・・・・セパレータ、4・・・・・・金属ケース、
6・・・・・・金属蓋、6・・・・・・パツキン。 代理人の氏名 弁理士 粟 野 重 孝 ほか1名1.
1”−一一電   極 2−一一電解沢 3−−−e>マレタ ロ −一一ノで・ワキン
The figure is a sectional view showing a conventional electric double layer capacitor. 1.1'...electrode, 2...electrolyte, 3
...Separator, 4...Metal case,
6...Metal lid, 6...Putskin. Name of agent: Patent attorney Shigetaka Awano and one other person 1.
1”-11 Electrode 2-11 Electrolyte 3--e> Maretaro -11 No. Wakin

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)炭素繊維、活性炭、熱融着性の合成樹脂繊維を用
いた不織布を分極性電極として使用したことを特徴とす
る電気二重層キャパシタ。
(1) An electric double layer capacitor characterized in that a nonwoven fabric made of carbon fiber, activated carbon, or heat-fusible synthetic resin fiber is used as a polarizable electrode.
(2)炭素繊維がフェノールまたはピッチ系の炭素繊維
である特許請求の範囲第1項記載の電気二重層キャパシ
タ。
(2) The electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the carbon fiber is a phenol or pitch-based carbon fiber.
(3)活性炭がフェノールまたはピッチ系の繊維状活性
炭である特許請求の範囲第1項記載の電気二重層キャパ
シタ。
(3) The electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the activated carbon is phenol or pitch-based fibrous activated carbon.
(4)活性炭がヤシがらまたはおがくずを出発原料とす
る微粉末活性炭である特許請求の範囲第1項記載の電気
二重層キャパシタ。
(4) The electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the activated carbon is finely powdered activated carbon using coconut husk or sawdust as a starting material.
(5)熱融着性の合成樹脂繊維がポリエチレン,ポリプ
ロピレン,ポリエステルのいずれかである特許請求の範
囲第1項記載の電気二重層キャパシタ。
(5) The electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the heat-fusible synthetic resin fiber is polyethylene, polypropylene, or polyester.
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