JPH03201518A - 電気二重層コンデンサの電極の製造方法 - Google Patents

電気二重層コンデンサの電極の製造方法

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 （ａ業上の利用分野） 本発明は、活性炭微粒子により構成した多孔質焼結体を
分極性電極として用いた電気二重層コンデンサに関する
。
（従来の技術） 乗用車など内燃機関を搭載した車両には、内燃機関を始
動するためのスタータモータ、内燃機関の回転力を用い
て発電する発電機、及び該発電機の発電電力を一時的に
蓄えておき始動時にスタータモータに電力供給し或は他
の電気機器に電力供給する鉛バッテリなどが搭載されて
いる。
一方、近年になって電気二重層型の大容量コンデンサが
開発され、一部でバッテリの用途に使用されるものが現
われており、該大容量のコンデンサを内燃機関の始動用
に用いる提案が車両用電源装置として特許願昭和６３年
第３２９，８４６号に明示されている。
第３図は、一般にスラリー状のペースト電極を用いて形
成される電気二重層コンデンサを示している。これは、
米国特許第３，５３６，９６３号公報に示されるもので
あって、一対の集電電極となる電子導電体の電流コレク
タ１０１．活性炭粒子よりなる炭素電極１０２、非導電
性ガスケット１０３、電極１０２の間で電子が移動する
ことを防止するための隔離板１０４から単一の基本セル
が構成されている。
上記炭素電極は、粉末または微粉末の形状にある活性炭
と電解質とを混合した濃厚スラリーとして製造される。
ここで電解質は、３つの機能を果す。つまりイオン伝導
の促進剤としての作用、イオン源としての作用、および
炭素粒子の結合剤としての作用である。
（発明が解決しようとする課題） こうした電気二重層コンデンサを車両用の電源に使用す
るには、例えば１００Ｆ（ファラッド）〜１５０Ｆ（フ
ァラッド）程度の大静電容量値を有するものが要求され
る。しかし、セルの集積数を多くすることにより必要な
容量値を実現しようとすれば、その重量や体積が大きく
なり、車両に積載するには適当でない。そこでエネルギ
ー密度、つまり単位体積当りの容量値、あるいは単位重
量当りの容量値を高めるための新規な電気二重層コンデ
ンサが要求される。
また、こうした電気二重層コンデンサを車両用の電源に
使用する際には、その内部抵抗も問題となる。電気二重
層コンデンサの内部抵抗は、分極性の電極を形成してい
る活性炭の接触抵抗、集電々極と分極性電極との接触抵
抗などにより、大きく影響されるから、内部抵抗を低減
するためには、基本セルにその上下方向から圧力を加え
て、ペースト状となった活性炭粒子同志の接触を良好に
する必要がある。そして従来の電気二重層コンデンサで
は、そこに加えられる圧力は、電極の大きさだけでなく
炭素物質の粒子の大きさあるいは使用される電解質の種
類等にも依るが、１００ｋｇ／ｃｍ２程度の圧力が必要
とされる。
そこで、本発明は、活性炭と電界質の界面で形成される
電気二重層コンデンサにおいて、多孔質焼結体の焼結に
際して、分極性電極の内部抵抗が低減される電気二重層
コンデンサを得ようとするものである。
（課題を解決するための手段） 上述の如き本発明の目的を遠戚するために、本発明は、
活性炭と電解質の界面で形成される電気二重層を利用す
る電気二重層コンデンサにおいて、互いに粒径が異なる
活性炭が混在する微粒子相互間を焼結結合せしめた活性
炭のみからなる多孔質焼結体を分極性電極として用いた
電気二重層コンデンサを提供する。
（作用） 本発明によれば、互いに粒径が異なる活性炭を混合して
粉体を得、それを所定の焼結条件の下でＰＡＳ法により
電気二重層コンデンサに使用する分極性電極としており
、焼結に際して通電による粒子間発熱が短時間に活性炭
微粒子を焼結するため、粒径の小さい活性炭が全体に加
熱されて、その体積抵抗が大幅に低減される。
（実施例） 次に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
第１図は本発明に係る電気二重層コンデンサの分極性電
極に用いる活性炭の組織状態を示す図、第２図は活性炭
のみで焼結した分極性電極を製造するプラズマアクティ
ブシンタリング（ＰＡＳ）法による焼結装置の概略構成
図である。
第２図において、１０は互いに粒径が異なる活性炭が混
在する活性炭粉末を収容する焼結型で、中央には活性炭
粉末を充填する穴が形成され、その内周壁はセラミック
スなどの絶縁層１１、外周は高強度材のタングステン鋼
などで形成されている。
１２は上部ビン、１３は下部ビンで、焼結型１０の中央
部の穴にそれぞれ挿入されるもので、これらの両ビン１
２および１３の間には活性炭粉末１６が封入されて焼結
体に加工されるものである。
１４．１５はそれぞれ電極であり、上部ビン１２の上方
、下部ビン１３の下方に配置され、図示していない油圧
装置じよって矢印方向に圧力Ｐが加えられ、ビン１２．
１３を介して活性炭粉末１６を上下の両方向から加圧す
るように構成されている。
電極１４．１５にはスイッチＳＷＩ、ＳＷ２およびコン
デンサＣの直列回路が並列に接続され、また、スイッチ
ＳＷ２とコンデンサＣとの直列接続部分には可変電源１
７と可変抵抗器Ｒとが接続されて電源が供給される。１
８は制御回路で常開スイッチのＳＷＩと常閉スイッチの
ＳＷ２とを開閉制御するものである。
つぎに第１図に示す図に基づいて、互いに粒径が異なる
活性炭の溶融状態を説明する。
ここでは、平均粒径２０μｍの粉末と、平均粒径５μｍ
の粉末とをそれぞれ１０：１の割合で混合されている。
この混合された粉末を上述の焼結装置により焼結体に形
成する。
同一の焼結条件の下で、粒径の異なる同一の素材からな
る粉体を焼結すると、次に示す表のように、粒径の小さ
い粉体の方が高密度に形成される。
つまり、粒径の大きな素材の場合には、溶融している領
域が少なく、粒径の小さな素材ではその大部分が溶融す
る。これは、ＰＡＳ法による通電時間は、粒径が小さい
程全体の加熱が速く、かつ粒子間の発熱によって焼結が
促進されて短時間で終了し、これによって、後者のもの
は、比表面積は加圧により低下するが、体積抵抗が小さ
くなるのである。なお、この表における焼結条件として
は、パルス電流値７５０Ａ、パルス印加時間９０ｓｅｃ
　、シンタリング温度ａｏｏ”ｃ、圧力３００Ｋｇ／ｃ
ｎ＋　２としている。
したがって、粒径の異なる同一の活性炭を混合して、同
様に焼結すると、第１図に示すように、粒径の大きい粉
体りはそのまま残り、小さい粒径の粉体Ｓは、殆ど溶融
するのである。そして、この結果得られる分極性電極の
特性は、焼結後の密度が０　、　６４ｇ／ｃｍ３．体積
抵抗（比抵抗値）０゜６Ωｃｎ＋、比表面積１３０　ｏ
ｍ２７ｇとなった。
第３図は本発明にしたがって焼結した電極体を用いた電
気二重層コンデンサの７例の断面図である。同図におい
て、２０は平均粒径２０μｍの粉末と、平均粒径５μｍ
の粉末とをそれぞれ１０：１の割合に混合した活性炭粉
末に蒸留水を加えて焼結型に充填し、焼結させた電極体
に希硫酸を含浸させた分極性電極、３０は非導電性ゴム
を用いたガスケット、４０は分極性電８ｉ２０．２０を
上下に分離するセパレータであり、導電性ゴムを用いた
集電板５０．５０によって分極性電極２０゜２０の電荷
を集電するように構成されている。
なお、蒸留水を加えられ撹拌されたペースト状の活性炭
を焼結型に充填することによって、活性炭粉末の計量に
際し、活性炭粉末がペースト状態のため、微粉末の状態
に比して扱い易くて計量の精度が向上する。
以上、本発明を上述の実施例を用いて説明したが、本発
明の主旨の範囲内で種々の変形や応用が可能であり、こ
れらを本発明の範囲から排除するものではない。
（発明の効果） 本発明によれば、互いに粒径が異なる活性炭が混在する
微粒子相互間を焼結結合せしめた活性炭のみからなる多
孔質焼結体を分極性電極として用いたため、電極の体積
抵抗を低減でき、とくに小粒径の粉体の混合率を１０％
程度以下にすれば、比表面積の低下も容易に阻止できる
。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る電気二重層コンデンサの分極性電
極に用いる活性炭の組織状態を示す図、第２図は、焼結
装置の概略構成図、第３図はスラリー状のペースト電極
を用いて形成される従来形の電気二重層コンデンサの断
面図である。 １０・・・焼結型、１６・・・活性炭粉末、１７・・・
電源、１８・・・制御回路。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）活性炭と電解質の界面で形成される電気二重層を
    利用する電気二重層コンデンサにおいて、互いに粒径が
    異なる活性炭が混在する微粒子相互間を焼結結合せしめ
    た活性炭のみからなる多孔質焼結体を分極性電極として
    用いたことを特徴とする電気二重層コンデンサ。
  2. （２）前記粒径の小さい微粒子の混合率が１０％以下で
    あることを特徴とする請求項（１）に記載の電気二重層
    コンデンサ。
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