JPH0693414B2 - 分極性電極 - Google Patents
分極性電極Info
- Publication number
- JPH0693414B2 JPH0693414B2 JP61164043A JP16404386A JPH0693414B2 JP H0693414 B2 JPH0693414 B2 JP H0693414B2 JP 61164043 A JP61164043 A JP 61164043A JP 16404386 A JP16404386 A JP 16404386A JP H0693414 B2 JPH0693414 B2 JP H0693414B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fiber
- electrode
- activated carbon
- alkali
- glass fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
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、電池などのエネルギ貯
蔵装置に用いる分極性電極の組成，構成に関するもので
ある。
蔵装置に用いる分極性電極の組成，構成に関するもので
ある。
従来の技術 活性炭を分極性電極に用いる電気二重層キャパシタは種
々の構成のものが考案されている。その中で、特に容量
の体積効率が優れたものとして、本発明者らの考案した
コイン型キャパシタの構成を第２図に示す。このキャパ
シタは、活性炭繊維より成る分極性電極1,2、この分極
性電極上の導電性集電極としてのAl層3,4、セパレータ
５、ガスケットリング６、金属ケース7,8より成り、分
極性電極1,2およびセパレータ５は、電解液が含浸され
ている。ここで用いられる活性炭繊維より成る分極性電
極1,2は従来、大きく分類して２種類のものがあった。
すなわち、活性炭繊維で織られた織布と、チョップ状の
活性炭繊維と適当なバインダとより成る紙、不織布状の
ものとである。
々の構成のものが考案されている。その中で、特に容量
の体積効率が優れたものとして、本発明者らの考案した
コイン型キャパシタの構成を第２図に示す。このキャパ
シタは、活性炭繊維より成る分極性電極1,2、この分極
性電極上の導電性集電極としてのAl層3,4、セパレータ
５、ガスケットリング６、金属ケース7,8より成り、分
極性電極1,2およびセパレータ５は、電解液が含浸され
ている。ここで用いられる活性炭繊維より成る分極性電
極1,2は従来、大きく分類して２種類のものがあった。
すなわち、活性炭繊維で織られた織布と、チョップ状の
活性炭繊維と適当なバインダとより成る紙、不織布状の
ものとである。
前者のものは、予め織った布を炭化賦活して得た布状の
構成物であり、100％炭素から成るために、これを用い
たキャパシタの電気抵抗が低くなる。これに対し、後者
のものはチョップ状の活性炭繊維とパルプ繊維とを湿式
混合し、いわゆる抄紙法によって得た紙状の分極性電極
体である。この型のものは、活性炭繊維の単位容積当た
りの充填量を布よりも多くすることができるために、大
容量小型キャパシタを得ることが可能になり、製造コス
トが安価になる。
構成物であり、100％炭素から成るために、これを用い
たキャパシタの電気抵抗が低くなる。これに対し、後者
のものはチョップ状の活性炭繊維とパルプ繊維とを湿式
混合し、いわゆる抄紙法によって得た紙状の分極性電極
体である。この型のものは、活性炭繊維の単位容積当た
りの充填量を布よりも多くすることができるために、大
容量小型キャパシタを得ることが可能になり、製造コス
トが安価になる。
発明が解決しようとする問題点 上記で述べた第２の型のいわゆる抄紙型活性炭電極は、
前者の織布型のものに比べて、小型，大容量，安価とい
う特徴を有するが、活性炭以外の添加物を含むために、
電極の電気抵抗が大きく、高温における耐電圧も活性炭
100％から成る布型のものよりも劣る。第１図は布型電
極、紙型電極それぞれについて、20V,25V,30Vの負荷ラ
イフテストを行った時の容量値の変化を示すものである
か、布型のものに比べ、紙型のものは、その容量変化が
大きく、特に負荷電圧が大きくなるとこの傾向が顕著に
なる。ただし、ライフテストは75℃中で行ったものであ
る。
前者の織布型のものに比べて、小型，大容量，安価とい
う特徴を有するが、活性炭以外の添加物を含むために、
電極の電気抵抗が大きく、高温における耐電圧も活性炭
100％から成る布型のものよりも劣る。第１図は布型電
極、紙型電極それぞれについて、20V,25V,30Vの負荷ラ
イフテストを行った時の容量値の変化を示すものである
か、布型のものに比べ、紙型のものは、その容量変化が
大きく、特に負荷電圧が大きくなるとこの傾向が顕著に
なる。ただし、ライフテストは75℃中で行ったものであ
る。
第２の型の分極性電極のバインダ組成として、パルプ繊
維、アクリル繊維、通常のガラス繊維が代表例として上
げられる。パルプ繊維、アクリル繊維などをバインダと
して用いた分極性電極では、高温負荷中にこれらの有機
繊維が電解液により膨潤し、活性炭繊維同志、あるい
は、活性炭繊維と集電極との電気的接触が充分保たれな
くなり、直列抵抗が増大して容量減少に至る。一方ガラ
ス繊維をバインダに用いたものでは、ガラス繊維中に含
まれる、Na,K,などのアルカリ金属が電解液中に溶出
し、電解液中のClO-イオンと結合してNaClOが生成し、
電気抵抗が上昇したり、吸水性を増したりするため、キ
ャパシタ特性が劣化する。
維、アクリル繊維、通常のガラス繊維が代表例として上
げられる。パルプ繊維、アクリル繊維などをバインダと
して用いた分極性電極では、高温負荷中にこれらの有機
繊維が電解液により膨潤し、活性炭繊維同志、あるい
は、活性炭繊維と集電極との電気的接触が充分保たれな
くなり、直列抵抗が増大して容量減少に至る。一方ガラ
ス繊維をバインダに用いたものでは、ガラス繊維中に含
まれる、Na,K,などのアルカリ金属が電解液中に溶出
し、電解液中のClO-イオンと結合してNaClOが生成し、
電気抵抗が上昇したり、吸水性を増したりするため、キ
ャパシタ特性が劣化する。
問題点を解決するための手段 本発明は無アルカリガラス繊維と活性炭繊維とから基本
的に構成された分極性電極である。
的に構成された分極性電極である。
作用 本発明によれば、アルカリ元素を含まない無機繊維を活
性炭のバインダとして用いるため、電解液による電極の
膨潤や、アルカリイオンの溶出などが起こらなくなり、
高温，高電圧印加の使用に充分耐え得る小型大容量，低
コストなキャパシタが得られる。
性炭のバインダとして用いるため、電解液による電極の
膨潤や、アルカリイオンの溶出などが起こらなくなり、
高温，高電圧印加の使用に充分耐え得る小型大容量，低
コストなキャパシタが得られる。
実施例 本発明の具体的な実施例を述べる前に、本発明の技術内
容の主なポイントについて図面に従って説明する。
容の主なポイントについて図面に従って説明する。
第１表は、抄紙型分極性電極のバインダとして検討した
繊維状材料の組成、主な特徴，性能について示したもの
である。この表からわかるように、有機材料のパルプ，
アクリルなどの繊維は柔軟性を有し、バインダとしての
繊維同志のからみつき強度は大きく、活性炭繊維の結合
材としては非常に優れている反面、電解液に対する膨潤
が大きく、前述のように使用に際して徐々に電極の電気
抵抗が増大していく。さらに、繊維の表面に−COOH,−O
Hなどの酸性官能基が多く存在するため、電極に直流電
圧を印加して使用する時、この官能基が電解液と反応し
て酸化還元反応を起こし、キャパシタや電池の漏れ電流
大、内部抵抗大などの不都合が生じる。
繊維状材料の組成、主な特徴，性能について示したもの
である。この表からわかるように、有機材料のパルプ，
アクリルなどの繊維は柔軟性を有し、バインダとしての
繊維同志のからみつき強度は大きく、活性炭繊維の結合
材としては非常に優れている反面、電解液に対する膨潤
が大きく、前述のように使用に際して徐々に電極の電気
抵抗が増大していく。さらに、繊維の表面に−COOH,−O
Hなどの酸性官能基が多く存在するため、電極に直流電
圧を印加して使用する時、この官能基が電解液と反応し
て酸化還元反応を起こし、キャパシタや電池の漏れ電流
大、内部抵抗大などの不都合が生じる。
これに対し、ガラス繊維、セラミック繊維などをバイン
ダに用いた時は、無機繊維であるため電解液による膨
潤、およびこれに起因する電気抵抗大の事態は起こらな
い。また、有機繊維の時のように繊維表面に官能基を有
することもなく、この点で電極反応の活性点になること
もない。しかしながら、ムライトのようなセラミック繊
維は剛性が大でありバインダとしての役割に乏しく、活
性炭繊維の結合材として不充分であり、電極の強度が弱
くなる。SiO2ガラスもやや剛性大であり、高価である。
ソーダガラスは、Na,Kイオンを多く含有するため、これ
が電解液中に溶出し、電気抵抗大、漏れ電流大に至って
しまう。
ダに用いた時は、無機繊維であるため電解液による膨
潤、およびこれに起因する電気抵抗大の事態は起こらな
い。また、有機繊維の時のように繊維表面に官能基を有
することもなく、この点で電極反応の活性点になること
もない。しかしながら、ムライトのようなセラミック繊
維は剛性が大でありバインダとしての役割に乏しく、活
性炭繊維の結合材として不充分であり、電極の強度が弱
くなる。SiO2ガラスもやや剛性大であり、高価である。
ソーダガラスは、Na,Kイオンを多く含有するため、これ
が電解液中に溶出し、電気抵抗大、漏れ電流大に至って
しまう。
これらのバインダ材料に対し、本発明に用いるＥガラス
繊維は、アルカリイオン含量が３％以下であり、その繊
維径を最小O1μｍにまで加工可能であることから、無
機、有機繊維、すねての材料の中で最適のバインダ特性
を有する。
繊維は、アルカリイオン含量が３％以下であり、その繊
維径を最小O1μｍにまで加工可能であることから、無
機、有機繊維、すねての材料の中で最適のバインダ特性
を有する。
次に本発明の具体的な実施例について述べる。
〔実施例１〕 比表面積2000m2/gのノボラック系活性炭繊維のチョップ
状のもの（長さ2mm,直径10μｍ）とＥガラス繊維（長さ
3mm,直径05μｍ）とを重量比で90/10の割合で湿式混合
抄紙し、厚さ05mmのシート状電極（坪量200g/m2）を得
る。これの片面に、プラズマ溶射法により厚さ100μｍ
のアルミニウム集電層を形成し、直径6mmの円盤状に打
抜く。このようにして得た電極２枚とセパレータ、金属
ケース、ガスケットを第１図のようなキャパシタに組立
てる。電解液としてはテトラエチルアンモニウムパーク
ロレートをプロピレンカーボネートに溶解したものを用
いる。
状のもの（長さ2mm,直径10μｍ）とＥガラス繊維（長さ
3mm,直径05μｍ）とを重量比で90/10の割合で湿式混合
抄紙し、厚さ05mmのシート状電極（坪量200g/m2）を得
る。これの片面に、プラズマ溶射法により厚さ100μｍ
のアルミニウム集電層を形成し、直径6mmの円盤状に打
抜く。このようにして得た電極２枚とセパレータ、金属
ケース、ガスケットを第１図のようなキャパシタに組立
てる。電解液としてはテトラエチルアンモニウムパーク
ロレートをプロピレンカーボネートに溶解したものを用
いる。
〔実施例２〕 実施例１で用いた活性炭繊維とＥガラス繊維と、天然パ
ルプ（直径10μｍ）とを重量比で90/8/2の割合で湿式混
合し抄紙して厚さ05mmのシート状電極を得、引続き実施
例１と同じ方法でキャパシタを組立てる。
ルプ（直径10μｍ）とを重量比で90/8/2の割合で湿式混
合し抄紙して厚さ05mmのシート状電極を得、引続き実施
例１と同じ方法でキャパシタを組立てる。
〔実施例３〕 実施例１で得たシート状電極（Al溶射層を施す前のも
の）を正極に、Li金属をドープしたPb−Cd合金を負極に
し、セパレータ、金属ヘース、ガスケットリングとから
第１図と同様な形状のコイン型構成物を得る。電解液と
してはリチウムパークロレートをプロピレンカーボネー
トに溶解したものを用いた。
の）を正極に、Li金属をドープしたPb−Cd合金を負極に
し、セパレータ、金属ヘース、ガスケットリングとから
第１図と同様な形状のコイン型構成物を得る。電解液と
してはリチウムパークロレートをプロピレンカーボネー
トに溶解したものを用いた。
〔比較例１〕 実施例１のＥガラス繊維の代わりに天然パルプ繊維を用
いる。
いる。
〔比較例２〕 実施例１のＥガラス繊維の代わりにソーダガラス繊維
（直径10μm,長さ5mm）を用いる。
（直径10μm,長さ5mm）を用いる。
〔比較例３〕 実施例３のＥガラス繊維の代わりにムライト繊維を用い
る。
る。
以上の実施例で得られた電極、エネルギ貯蔵装置の特性
を第２表に示す。
を第２表に示す。
本実施例ではコイン型のものについて述べたが、特開昭
61−26209号公報で述べた捲回型大容量コンデンサの構
成のものに本発明分極性電極を用いることが可能であり
同様な効果が得られる。また本発明の効果はＥガラス繊
維に限らず、アルカリ含量の少ない無機繊維すべてにつ
いて共通して得られるものである。
61−26209号公報で述べた捲回型大容量コンデンサの構
成のものに本発明分極性電極を用いることが可能であり
同様な効果が得られる。また本発明の効果はＥガラス繊
維に限らず、アルカリ含量の少ない無機繊維すべてにつ
いて共通して得られるものである。
発明の効果 以上記載のごとく本発明の分極性電極は、化学的、電気
的に不活性で、なおかつバインダとして結合力の強い無
アルカリガラス繊維を用いているために、自己保持性が
強く高強度で、活性炭繊維の活性がそこなわれることの
無い高性能分極性電極を与えるものである。この分極性
電極を用いたエネルギ貯蔵装置は、高温下での長期使用
に充分耐え、高耐圧・低抵抗であり、従来の技術を大き
く前進させたものである。
的に不活性で、なおかつバインダとして結合力の強い無
アルカリガラス繊維を用いているために、自己保持性が
強く高強度で、活性炭繊維の活性がそこなわれることの
無い高性能分極性電極を与えるものである。この分極性
電極を用いたエネルギ貯蔵装置は、高温下での長期使用
に充分耐え、高耐圧・低抵抗であり、従来の技術を大き
く前進させたものである。
第１図は本発明の実施例および比較例の分極性電極を用
いたエネルギ貯蔵装置の高温負荷ライフ特性図、第２図
は同エネルギ貯蔵装置の断面構成図である。
いたエネルギ貯蔵装置の高温負荷ライフ特性図、第２図
は同エネルギ貯蔵装置の断面構成図である。
Claims (4)
- 【請求項１】無アルカリガラス繊維と、活性炭繊維とか
ら基本的に構成される分極性電極。 - 【請求項２】無アルカリガラス繊維が、SiO252〜56％，
Al2O312〜16％,CaO16〜25％,MgO0〜６％，B2O3８〜13
％，Na2O，K2O０〜３％の重量組成の、いわゆるＥガラ
ス繊維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。 - 【請求項３】無アルカリガラス繊維の直径が１μｍ以下
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の分
極性電極。 - 【請求項４】添加物として、炭素繊維、パルプ、金属繊
維、樹脂繊維のいずれかを添加した特許請求の範囲第１
項記載の分極性電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61164043A JPH0693414B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | 分極性電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61164043A JPH0693414B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | 分極性電極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6318612A JPS6318612A (ja) | 1988-01-26 |
| JPH0693414B2 true JPH0693414B2 (ja) | 1994-11-16 |
Family
ID=15785716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61164043A Expired - Lifetime JPH0693414B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | 分極性電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0693414B2 (ja) |
-
1986
- 1986-07-11 JP JP61164043A patent/JPH0693414B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6318612A (ja) | 1988-01-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |