JPH0457315A - 分極性電極およびその製造法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子機器のメモリーバックアップ用電源等に
利用されている電気二重層キャパシタに使用されている
分極性電極に関し、さらに詳しくは、芳香族酸無水物を
原料とし、アルミニウム基板上に形成されたフィルム状
活性炭素体からなる分極性電極とその製造法に関する。

［従来の技術］ 炭素材料は、耐食性に優れているため広（利用されてお
り、電極の分野においても、例えば、空気電池で使用さ
れている活性炭素電極は、炭素の酸素吸着能を利用した
もので、一種の多孔質電極である。また、多孔質炭素電
極としては、炭素繊維およびそれを用いたフェルトや布
、ベーパーなどが開発されている。

ところで、現在、電気二重層キャパシタに使用されてい
る分極性電極としては、炭素材料学会発行「炭素」第１
３２号、第５７〜７１頁（１９８８年１月）あるいはシ
ーエムシー社発行「機能材料」２月号、第３３〜４１頁
（１９８９年２月）に示されているように、粉末活性炭
と活性炭素繊維を用いた２種類のものが知られている。

前者の粉末活性炭を用いた分極性電極は、活性炭の粉末
をカーボンブラックやバインダー樹脂と混合したものを
集電体金属上に加圧成型するか、あるいはペースト状と
して集電体金属上に塗布したものである。

一方、後者の活性炭素繊維を用いた分極性電極の場合、
フェノール樹脂織布を高温下（８００〜１０００℃）で
炭素化を行なうとともに、水蒸気などの賦活ガスを導入
することによって得られた活性炭素繊維の片側の表面上
に、プラズマ溶射等の方法によって集電体金属（例えば
、アルミニウム）を取り付け、分極性電極が構成されて
いる。

分極性電極は、一般に、大表面積、高密度、低抵抗、化
学的・電気化学的不活性などの諸特性が要求される。と
ころが、現在提案されている前記２種類の分極性電極と
その製造法には、以下のような問題がある。

粉末活性炭を利用した分極性電極においては、グラファ
イトやバインダー樹脂等を多く含んでいる。このため、
分極性電極として必要である化学的・電気化学的な安定
性に欠けるとともに、粉末活性炭の特徴である大きな比
表面積（単位重量当りの表面積）が十分に活用されてい
ない。そのため、この種の分極性電極を用いて、大容量
の電気二重層キャパシタを構成することは困難である。

また、活性炭素繊維を用いた分極性電極については、フ
ェノール樹脂等の樹脂織布の炭素化、賦活化、および集
電体のプラズマ溶射といった複雑な工程を経るとともに
、活性炭素繊維では、電気抵抗が太き（、このため電気
二重層キャパシタを構成した場合、キャパシタの内部抵
抗が太き（なり、容量の低下や耐久性の低下が起こる。

以上のように現在の分極性電極には多くの課題が存在し
ており、これらの課題を克服した新しい分極性電極が求
められている。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、大表面積、高密度、低抵抗、化学的・
電気化学的不活性などの諸特性に優れた分極性電極を提
供することにある。

また、本発明の目的は、炭素材料を用いて、導電性が良
好な多孔質の活性炭素体を得、これを分極性電極に利用
することにある。

本発明の他の目的は、分極性電極に使用できる集電体を
具備した活性炭素体を簡易な工程で製造する方法を提供
することにある。

本発明者は、電気二重層キャパシタ等に用いる優れた分
極性電極としては、導電性が高く、多孔質の活性炭素の
バルク（望ましくはフィルム状活性炭素）を用いること
が望ましいことに着目した。そして、このような活性炭
素体を簡易な工程で製造する方法について研究を行なっ
た。

その結果、本発明者は、従来の粉末活性炭や活性炭素繊
維ではな（、イオンブレーティング法の１つであるクラ
スターイオンビーム法（ＩｏｎｉｚｅｄＣｌｕｓｔｅｒ
　Ｂｅａｍ、　　Ｉ　ＣＢ法）によって、芳香族酸無水
物を原料とし、アルミニウム基板上に炭素体を堆積させ
ると、該基板上に多孔質のフィルム状活性炭素体が堆積
し、それが集電体を具備した分極性電極として優れた諸
特性を発揮するものであることを見出した。

しかも、このフィルム状活性炭素体は、ＩＣＢ法により
、複雑な工程を経ることなく容易に製造することができ
、また、大容量を構成するための分極性電極として使用
可能であることを見出した。

本発明は、これらの知見に基づいて完成するに至ったも
のである。

［課題を解決するための手段］ かくして、本発明によれば、原料として芳香族酸無水物
を用いて、集電体となるアルミニウム基板上にクラスタ
ーイオンビーム法によってフィルム状活性炭素体を形成
してなることを特徴とする分極性電極およびその製造法
が提供される。

以下、本発明について詳述する。

（芳香族酸無水物） 本発明で原料として使用する芳香族酸無水物としては、
例えば、３，４，９．１０−ペリレンテトラカルボン酸
二無水物、１，４，５．８−ナフタレンテトラカルボン
酸二無水物、１，２，４゜５−ベンゼンテトラカルボン
酸二無水物、３，４ペリレンジカルボン酸無水物などを
挙げることができる。

（クラスターイオンビーム法） ＩＣＢ法は、一般に、るつぼノズルから噴射した塊状原
子集団（クラスター）に電子シャワーを浴びせてイオン
化し、次いで加速化させて基板上に堆積させる方法であ
る。

薄膜形成用クラスターイオンビーム装置は、通常、クラ
スター発生部、イオン化部、加速部、および蒸着部に大
別される。

本発明における分極性電極となる活性炭素フィルムを製
造する装置の具体例を第１図に示し、以下、この第１図
に基づいて説明する。

本発明の分極性電極である活性炭素フィルムを得るには
、例えば、３，４，９．１０−ペリレンテトラカルボン
酸二無水物などの芳香族酸無水物を原料とする。

成長室１４を油回転ポンプ２および油拡散ポンプ３を用
いて、通常１０−’〜１０−’Ｔｏｒｒ、好ましくは１
０−６Ｔｏｒｒ程度の真空状態とした後、原料物質（例
えば、３．４，９．１０−ペリレンテトラカルボン酸二
無水物）１を、るつぼ加熱ヒーター５によって加熱気化
させ、原料物質１のクラスター分子を発生させる。

このクラスター分子をノズル６より引き出した後、電子
加速電極８およびイオン化フィラメント７によるイオン
化機構部によってクラスター分子をイオン化する。

このイオン化したクラスター分子をイオン加速電極９に
より加速し、クラスターイオンビーム１２を分極性電極
の集電体となるアルミニウム基板１２に到達させ、基板
１２上に堆積させることで、アルミニウム基板上に導電
性を有する活性炭素体が得られる。これが本発明のアル
ミニウム集電体を具備した活性炭素体による分極性電極
である。

芳香族酸無水物を原料として、クラスターイオンビーム
法により炭素体を合成した場合、ウィスカー状炭素、緻
密な炭素フィルムが基板上に合成される。ところが、適
当な条件下で炭素体を合成した場合、多孔質で、かつ、
導電性の良好な活性炭素フィルムを得ることができる。

これらの条件は、原料の芳香族酸無水物の種類によって
も異なるが、通常、原料圧力１０−’〜１０−’Ｔｏｒ
ｒ、イオン化電子電流は２０〜３０Ａ、クラスターイオ
ンの加速電圧は１〜６ｋＶ、蒸着中の基板温度は、室温
〜５００℃、好ましくは室温に調節する。

［作用］ クラスターイオンビーム法では、成長室内の真空度が１
０−＠Ｔｏｒｒと比較的高真空であるため、不純物の影
響が極めて少なく、イオン化および加速したクラスター
分子の基板上でのマイグレーション効果により、比較的
低温で結晶性の良好な物質の合成が可能である。

本発明によれば、多孔質で大表面積を有し、かつ、電気
伝導度が４ＯＳ／ｃｍ以上の導電性の良好なフィルム状
の活性炭素体を基板上に形成することができる。しかも
、活性炭素体からなるため、化学的・電気化学的に不活
性である。

このクラスターイオンビーム法によって製造したフィル
ム状活性炭素体を分極性電極として用いることで、従来
の分極性電極の問題点が解決される。また、原料物質か
ら直接アルミニウム集電体上にフィルム状活性炭素体が
形成されるため、従来の活性炭素繊維のように、高温下
に水蒸気を導入する賦活処理や、アルミニウム集電体の
プラズマ溶射による形成工程を省略することができる。

［実施例１ 以下に、実施例および比較例を挙げて本発明について具
体的に説明する。

［実施例１〕 原料物質として３，４，９．１０−ペリレンテトラカル
ボン酸二無水物を用い、原料圧力５×１０−’　Ｔｏｒ
ｒとして、原料物質のクラスターをイオン化した後、こ
のクラスターイオンを５ｋＶで加速し、室温のアルミニ
ウム基板上に炭素体を堆積した（膜厚３０μｍ）。

このアルミニウム基板上に形成された炭素体が分極性電
極とする集電体を具備した活性炭素体であり、フィルム
状で、多孔質のものである（気孔率８２％）。

このフィルム状活性炭素体をアルミニウム基板より剥離
し、電気伝導度を測定したところ４０Ｓ／ｃｍと比較的
良好な導電性を示した。

［実施例２］ 原料物質として１，４，５．８−ナフタレンテトラカル
ボン酸二無水物を用い、加速電圧を４ｋＶとした以外は
、実施例１と同じ条件としたところ、アルミニウム基板
上に２９Ｏ３／ｃｍの良好な導電性を有する活性炭素体
（気孔率６０％）が形成され、集電体を具備した分極性
電極が得られた。

［比較例１コ 原料物質として芳香族炭化水素であるベンゼンを用いた
以外は実施例１と全（同じ条件で炭素体の形成を試みた
ところ、茶色の炭素体が形成されたが、その電気伝導度
は１０−２Ｓ／ｃｍと低かった。

［発明の効果］ 芳香族酸無水物を原料とし、集電体であるアルミニウム
基板上に、クラスターイオンビーム法を用いて、低温で
形成された炭素体は、導電性が良好な活性炭素体である
。

したがって、本発明の集電体を具備した活性炭素体は、
分極性電極として使用すると優れた緒特性を発揮し、特
に、大容量の電気二重層キャパシタを構成するための分
極性電極として利用すると効果的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の分極性電極である活性炭素フィルム
の製造に使用する装置の１具体例である。 １：原料物質（芳香族酸無水物）、 ２：油回転ポンプ、 ３：油拡散ポンプ、４：るつぼ、 ５：るつぼ加熱ヒーター、６：ノズル、７；イオン化フ
ィラメント、８：電子加速電極、９：イオン加速電極、 ｌＯ，クラスターイオンビーム、１１：　シャッター１
２：集電体となるアルミニウム基板、１３・基板加熱ヒ
ーター、１４：成長室第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）原料として芳香族酸無水物を用いて、集電体とな
   るアルミニウム基板上にクラスターイオンビーム法によ
   ってフィルム状活性炭素体を形成してなることを特徴と
   する分極性電極。
2. （２）フィルム状活性炭素体の電気伝導度が４０Ｓ／ｃ
   ｍ以上である請求項１記載の分極性電極。
3. （３）原料として芳香族酸無水物を用い、クラスターイ
   オンビーム法によって、集電体となるアルミニウム基板
   上にフィルム状活性炭素体を形成することを特徴とする
   分極性電極の製造法。