JPH09293649A

JPH09293649A - 電気二重層キャパシタ

Info

Publication number: JPH09293649A
Application number: JP8109005A
Authority: JP
Inventors: Manabu Kazuhara; 学数原; Takeshi Morimoto; 剛森本; Kazuya Hiratsuka; 和也平塚
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1996-04-30
Publication date: 1997-11-11

Abstract

(57)【要約】【課題】急速充放電ができ、充放電サイクル耐久性に
優れ、高エネルギー密度の電気二重層キャパシタを提供
する。【解決手段】アルカリ水溶液からなる電解液を注入
し、活性炭粉末、導電剤粉末及びバインダーからなる分
極性電極材料を、多孔質ニッケル、ステンレス鋼繊維、
ニッケル繊維のいずれかからなる三次元構造を有する集
電体中に充填させた分極性電極を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、急速な充放電が可
能で、充放電のサイクル寿命に優れ、かつエネルギー密
度の高い水系電気二重層キャパシタ（以下、ＥＤＬＣと
いう。）に関する。

【０００２】

【従来の技術】水系ＥＤＬＣ用の電解液としては、希硫
酸、無機中性塩の水溶液、アルカリ水溶液が知られてい
る。これらの中で、希硫酸は、電気伝導度およびイオン
濃度を最も高めることができ、したがって、内部抵抗を
低くすることができるものの、腐食性が大きいため、集
電体等として金属材料を用いることができず、導電性ゴ
ム等を用いざるを得なかった。一方、アルカリ水溶液の
場合、集電体の材料としては、ニッケル、ステンレス鋼
等の限られた金属材料を使用することができるものの、
依然として、低い内部抵抗をもつＥＤＬＣを得ることが
困難であった。

【０００３】アルカリ水溶液を電解液とするＥＤＬＣの
集電体としては、特開平５−７４６５９号公報に、活性
炭粉末とフェノール樹脂粉末と金属ニッケル粉末とを混
合してプレス成形し、９００℃で焼成することによっ
て、活性炭、カーボン及びニッケルの複合体からなる板
状の分極性電極体を形成し、これにカーボンの集電体を
組み合わせて分極性電極とすることが開示されている。
しかし、この分極性電極を用いた場合、ニッケル粒子同
士が必ずしも相互に接触しないため、ＥＤＬＣの内部抵
抗を充分に低減させることができない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】分極性電極に活性炭を
用い、かつ水系電解液を用いた従来のＥＤＬＣでは、単
位セル当りの耐電圧が、約１．０Ｖと低い。より多くの
エネルギーを急速に取り出せるようにＥＤＬＣの内部抵
抗を低くし、セルの耐電圧を向上させ、静電容量を大き
くすることが望まれる。

【０００５】従来、大比表面積の活性炭を用いることに
よって、ＥＤＬＣの高容量化を図ってきた。しかし、活
性炭の比表面積は、約３０００ｍ²／ｇが限度であり、
大比表面積の活性炭を用いたＥＤＬＣの単位体積当りの
静電容量もほぼ限界に達している。

【０００６】一方、１０Ａ以上の大電流で充放電するこ
とのできるＥＤＬＣは、電気自動車、回生制動エネルギ
貯蔵等の用途に有望とされている。その実用化のため、
エネルギ密度が充分に高く、かつ急速充放電ができ、さ
らに充放電サイクル耐久性と高電圧印加耐久性の優れた
ＥＤＬＣの実現が望まれている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のＥＤＬＣは、一
対の分極性電極と、該一対の分極性電極の間に配置され
たセパレータと、該一対の分極性電極と該セパレータに
含浸されたアルカリ水溶液からなる電解液とを有し、か
つ、該一対の分極性電極が、活性炭粉末と導電剤粉末と
バインダーからなる分極性電極材料を、多孔質ニッケ
ル、ステンレス鋼繊維、ニッケル繊維のいずれかからな
る三次元構造を有する集電体中に充填させてなることを
特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明のＥＤＬＣにおいて、活性
炭を主体とする一対の分極性電極には、電解液中の溶質
を構成するアニオンとカチオンによって活性炭の表面に
電気二重層が形成されて電荷が蓄積され、それぞれ正極
および負極となる。

【０００９】これら正極と負極の特性を能力一杯発揮さ
せるため、本発明のＥＤＬＣで用いる電解液として、好
ましくは濃度が１０〜４０重量％のアルカリ水溶液が使
用される。例えば、水酸化ナトリウム水溶液を用いる
と、比較的高い温度でのＥＤＬＣの充放電特性が良好と
なる。電気伝導度が良好な１５〜３５重量％の水酸化ナ
トリウム水溶液を使用すると、ＥＤＬＣの内部抵抗を低
くできるので好ましい。水酸化カリウム水溶液を電解液
に用いると、−２０℃の低温でのＥＤＬＣの充放電特性
が良好となる。２０〜３０重量％の水酸化カリウム水溶
液は、水酸化アルカリ水溶液の中で、電気伝導度を最も
高くすることができ、ＥＤＬＣの内部抵抗を小さくでき
るので好ましい。

【００１０】また、アルカリ水溶液として、好ましくは
２０〜４０重量％の炭酸カリウム水溶液を使用した場合
は、セルを開放系にしたときも空気中の炭酸ガスの影響
を受けず、また、電気抵抗も低いので好ましい。水酸化
リチウム水溶液も電解液に使用することができるが、濃
度を高めることが困難であり、従って電気伝導度も低い
ので、水酸化カリウム水溶液や水酸化ナトリウム水溶液
や炭酸カリウム水溶液等を主体とする水溶液の電解液の
方が好ましい。また、アルカリ水溶液の電解液にセルロ
ース誘導体、親水性高分子、界面活性剤等を添加する
と、負極の耐久性が向上する場合がある。

【００１１】アルカリ水溶液の電解液に、ゲル化剤を添
加することによって電気伝導度の低下を抑止でき、ＥＤ
ＬＣの電解液の外部への漏出を防ぐことができる。ま
た、バイポーラ型積層キャパシタの電解液にゲル化した
アルカリ水溶液を用いると、積層セル間の電解液のシー
ル不良による内部短絡を防止することができるので、Ｅ
ＤＬＣの積層セルの高電圧化に好都合である。ゲル化剤
としては、シリカ水和物、アルミナ水和物等の無機水和
物、ポリ（メタ）アクリル酸アルカリ塩、カルボキシメ
チルセルロース、ポリビニルアルコールの部分加水分解
物等の、アルカリ水溶液の電解液中で一部可溶の膨潤性
高分子を挙げることができる。

【００１２】本発明のＥＤＬＣの活性炭粉末を主体とす
る分極性電極は、活性炭粉末と、電子伝導性を付与する
カーボンブラック等の導電剤と、バインダーと、集電体
の多孔質金属または金属繊維とで構成される。この分極
性電極は、以下の方法によって形成できる。例えば、多
孔質金属を集電体に用いる場合は、活性炭粉末、カーボ
ンブラック（導電剤）及びバインダー（有機結合剤）
を、溶媒を添加して混練し、シート状に成形、あるいは
粒状物とし、このシート状物または粒状物をシート状の
多孔質金属中に好ましくは押圧して圧入することによっ
て、シート状物または粒状物を多孔質金属の孔の内部に
好ましくは圧密充填する。金属繊維を集電体に用いる場
合は、活性炭粉末、カーボンブラック（導電剤）及びバ
インダーを、溶媒と混合してスラリーとし、シート状の
金属繊維のウェブ、織布または不織布に塗布または含浸
し、乾燥後、好ましくは押圧して圧密化し、一体化した
分極性電極を得る。

【００１３】集電体の多孔質金属または繊維状金属は、
電気化学的、化学的に耐食性のあるものを選択する。多
孔質金属の材料としては、ニッケルやアルミニウムを挙
げることができる。繊維状金属の材料としては、ステン
レス鋼、ニッケル、チタン等を挙げることができる。

【００１４】集電体の多孔質金属の中でも、気孔率が８
５％以上のニッケル多孔体を好ましい集電体の一つとし
て挙げることができる。特に、厚さが０．３〜５ｍｍの
シート状の多孔質ニッケルは、活性炭粉末、導電剤粉末
及びバインダーをその気孔中に収容して良好な導電性を
確保することができるとともに、プレス等で圧縮して分
極性電極の空隙率を調整し、必要にして充分な電解液の
保持量に調整することができる。

【００１５】例えば、海綿状の三次元構造を有するシー
ト状多孔質ニッケルの集電体は、活性炭粉末と導電剤粉
末とバインダーに溶媒を加えて混練したスラリーまたは
シート状成形物をその気孔中に注入または圧入して、集
電体と一体化した分極性電極とすることが容易であり、
特に好適である。多孔質ニッケルの孔の数は、集電体と
しての良好な導電性を確保するため、長さ１ｃｍの直線
が横切る平均孔数が５〜５０個とするのが好ましい。

【００１６】この多孔質金属のシート中に、活性炭粉末
と導電剤粉末とバインダーに若干の溶媒を加えて混練
し、ロール等で成形したシート状物をプレスで圧入する
ことによって、多孔質金属内部に分極性電極材料を充填
し、同時に分極性電極の空隙率を調整する。この空隙率
の調整によって電極の空隙率を必要かつ充分な量に制御
することが、ＥＤＬＣの性能を最適化するために重要で
ある。分極性電極の空隙率は、好ましくは１０〜８０
％、より好ましくは１５〜６０％である。空隙率が１０
％未満であると、電解液が電極の内部に侵入しにくくな
って、内部の分極性電極が有効に働かない。また、空隙
率が８０％を超えると、分極性電極の容積の割りに嵩が
大きくなって、単位体積当りの静電容量が小さくなる。
分極性電極の厚さは、好ましくは０．１〜３ｍｍ、特に
好ましくは０．２〜２．０ｍｍである。

【００１７】集電体とする繊維状金属の材料の好ましい
ものとして、ステンレス鋼及びニッケルを挙げることが
できる。ステンレス鋼繊維またはニッケル繊維は、好ま
しくは直径１〜５０μｍ、特に好ましくは１〜１５μｍ
で、長さ１ｍｍ以上のものとする。直径が１μｍ未満で
あると、繊維自体を安価に製造することが難しく、５０
μｍを超えると、分極性電極層から均等に集電すること
が難しいので、ＥＤＬＣの内部抵抗を低減する効果が小
さくなる。ステンレス鋼の材質としては、ステンレス３
１６Ｌ、ステンレス３０４等を例示することができ、特
にステンレス３１６Ｌが、耐食性の高い点で好ましい。
ステンレス鋼繊維は、例えば、「ナスロン」の商品名で
日本精線社から、あるいは米国チャコール・クロス社か
ら入手することができる。ニッケル繊維も、例えば日本
精線社から入手することができる。

【００１８】集電体の金属繊維は、マット状またはウェ
ブ状で使用され、必要に応じて別の金属の集電板と電気
的に接合する。マット状またはウエブ状の金属繊維は、
例えば、１０００℃以上の不活性ガスまたは還元性ガス
雰囲気中で加熱することによって焼結でき、これによっ
て繊維の相互の交点を結合させ、金属繊維の集電体の強
度を向上させると同時にＥＤＬＣの内部抵抗を低減させ
られるので、特に好ましい。金属繊維マットまたはウエ
ブ自体の電気抵抗が高い場合は、金属の集電板を併用す
るのが好ましい。金属の集電板は、金属繊維と電気的に
接合できる限りにおいて種々の形状を取り得る。例え
ば、箔状、エキスパンドメタル状、パンチング箔状等で
ある。金属繊維と金属集電板は、電気溶接、コールドウ
エルド、または超音波溶接によって接合できる。あるい
は金属繊維を金属の集電板上に置いて、還元雰囲気下で
金属の融点近くまで加熱し、金属繊維を焼結によって金
属の集電板に接合したり、あるいは導電性接着剤を用い
て金属繊維マットを金属の集電板に接合できる。さら
に、金属繊維と金属の集電板を接合した後、活性炭粉末
を主体とする分極性電極材料を担持させても良く、ある
いは、分極性電極材料と金属繊維の複合体からなるシー
ト状分極性電極を形成した後、該複合体を金属の集電板
に接合しても良い。

【００１９】また、金属繊維マットまたはウエブに、活
性炭粉末、導電剤粉末及びバインダーに溶媒を加えたス
ラリーを注入し、好ましくは乾燥後に圧縮することによ
って圧密化し、分極性電極の空隙率を調整できる。この
圧密化による分極性電極の空隙率の制御が、ＥＤＬＣの
性能を最適化するために重要である。空隙率は、好まし
くは１０〜８０％、特に好ましくは１５〜６０％であ
る。分極性電極の好ましい空隙率と厚さは、多孔質金属
を用いた場合と同じである。

【００２０】金属繊維マットまたはウエブ、または金属
繊維のウェブまたはマットと金属の集電板からなる集電
体に、活性炭粉末を主体とする分極性電極材料を担持さ
せる方法として、活性炭粉末、導電剤粉末及びバインダ
ーからなるシート状物を予め成形し、必要に応じてアル
コール等の溶媒を添加しつつ、このシート状物を集電体
中にロールプレス等で圧入して、集電体と一体の分極性
電極とすることもできる。

【００２１】これらの分極性電極を製造する際にスラリ
ーに加えるバインダーとしては、ポリテトラフルオロエ
チレン、ポリフッ化ビニリデン、フルオロオレフィン／
ビニルエーテル共重合体架橋ポリマー、カルボキシメチ
ルセルロ−ス、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアル
コール、ポリアクリル酸及びポリイミドから選ばれるい
ずれかを用いるのが好ましい。該架橋ポリマーの架橋剤
には、アミン類、ポリアミン類、ポリイソシアネート
類、ビスフェノール類、パーオキシド類等を使用するこ
とができる。

【００２２】スラリーの溶媒は、これらのバインダーを
溶解するものが好ましく、Ｎ−メチルピロリドン、水、
ジメチルホルムアミド、トルエン、キシレン、メチルエ
チルケトン、酢酸エチル、酢酸メチル、フタル酸ジメチ
ル、エタノール、メタノール、ブタノール、水等から適
宜選択される。

【００２３】本発明のＥＤＬＣに用いられる活性炭粉末
としては、やしがら系活性炭、フェノール樹脂系活性
炭、石油コークス系活性炭等の粉末を挙げることができ
る。大容量を得られる点で、フェノール樹脂系活性炭、
石油コークス系活性炭の使用が好ましい。また、活性炭
の賦活処理法としては、水蒸気賦活処理法、溶融ＫＯＨ
賦活処理等がある。より大容量を得られる点で、溶融Ｋ
ＯＨ賦活処理法による活性炭の使用が好ましい。また、
分極性電極中のカーボンブラック等の導電剤の配合量
は、良好な導電性を得るために、活性炭粉末との合量中
５〜４０重量％とするのが好ましい。活性炭粉末の配合
量が減ると静電容量が減るため、導電剤の配合量は１０
〜３０重量％とするのが特に好ましい。

【００２４】分極性電極に使用する導電剤には、導電性
のカーボンブラック、天然黒鉛、人造黒鉛、金属ファイ
バー、酸化チタン、酸化ルテニウム等を使用することが
できる。これらの内、少量でも効果の大きいカーボンブ
ラックの一種であるケッチェンブラックまたはアセチレ
ンブラックの使用が好ましい。また、活性炭粉末には、
平均粒径が２０μｍ以下で比表面積が１０００〜２５０
０ｍ²／ｇのものを使用すると、ＥＤＬＣの静電容量を
大きくすることができ、かつ内部抵抗を低くすることが
できるので好ましい。

【００２５】一対の分極性電極の間に介在させるセパレ
ータには、多孔質ポリプロピレン、紙等のシートを好ま
しく使用でき、その厚さは３０〜２００μｍ程度とする
のが好ましい。

【００２６】ＥＤＬＣは、正極と負極の単極容量が等し
い時に、ＥＤＬＣの静電容量が最大になる。しかし、本
発明のＥＤＬＣにおいては、負極の単極容量を正極の単
極容量より大きくした方が、過電圧の印加による水素ガ
スの発生を抑制でき、また、正極で酸素ガスが発生した
場合に負極側に酸素ガスが移行して、負極上で電気化学
的に還元されるため、過電圧の印加に対する安全性が向
上するので、好ましい。

【００２７】本発明のＥＤＬＣにおいて、正極の分極性
電極１００重量％に対し、１〜４０重量％の粒径が３０
μｍ以下の粉末状の水酸化ニッケルおよび／または水酸
化コバルトを添加すると、ＥＤＬＣの静電容量または耐
電圧を向上させられる場合がある。

【００２８】負極の分極性電極１００重量％に対し、水
素吸蔵合金の粒径が３０μｍ以下の粉末を１〜４０重量
％添加すると、過電圧の印加による水素ガスの発生を抑
止でき、吸蔵水素を放出することができるので、ＥＤＬ
Ｃの積層セルの耐電圧や静電容量を向上させられる場合
がある。水素吸蔵合金としては、ＬａＮｉ₅、ＭｍＮｉ
₅（Ｍｍ：ミッシュメタル）、ＴｉＮ、Ｔｉ₂Ｎｉ、Ｚ
ｒＶ_0.4Ｎｉ_1.6等が好ましく例示される。

【００２９】一般に、パワー用途のＥＤＬＣは、駆動モ
ータの動作電圧の関係により、６〜２５０Ｖの電圧で使
用されるので、ＥＤＬＣを直列に接続するか若しくはＥ
ＤＬＣの単位セルを積層して高電圧化を図る必要があ
る。本発明のＥＤＬＣの単位セルは、耐電圧が約１Ｖで
あるので、体積効率の良いバイポーラ構造を有する積層
セルが選択される。電解液にアルカリ水溶液を用いる
と、バイポーラ板にニッケル箔、ステンレス金属箔また
はニッケルとステンレスの積層箔を使用することができ
る。これらのバイポーラ板は、硫酸系のバイポーラ板で
ある導電性ゴムやグラシーカーボン板よりも、厚さが薄
く、導電性が高く、強度が大きく、安価であり、積層セ
ルのハウジングに安価な樹脂を使用することができる。
したがって、アルカリ水溶液系ＥＤＬＣの積層セルは、
硫酸系ＥＤＬＣの積層セルよりも有利である。

【００３０】本発明のバイポーラ型の積層ＥＤＬＣは、
（Ａ）ニッケル箔、ステンレス鋼箔、ニッケルとステン
レス鋼の積層箔のいずれかの金属箔と、（Ｂ）該金属箔
（Ａ）の両面に電気的に接合配置され、かつ、活性炭粉
末と導電剤粉末とバインダーとからなる分極性電極材料
を多孔質ニッケル、ステンレス鋼繊維、ニッケル繊維の
いずれかからなる三次元構造を有する集電体中に充填さ
せてなる分極性電極と、（Ｃ）該分極性電極（Ｂ）の間
に介在するセパレータと、（Ｄ）該分極性電極（Ｂ）及
び該セパレータ（Ｃ）からなる素子に含浸されたアルカ
リ溶液からなる電解液と、（Ｅ）該電解液（Ｄ）及び該
素子を収納する容器と、（Ｆ）該容器中に該電解液を密
封する絶縁性室枠ガスケットとを有する。

【００３１】上記バイポーラ型積層ＥＤＬＣに用いられ
る金属箔の厚さは、ニッケル箔の場合で１０〜５０μ
ｍ、ステンレス鋼箔の場合で１０〜５０μｍ、ニッケル
とステンレス鋼の積層箔の場合で２０〜１００μｍとす
るのが好ましい。上記金属箔と上記分極性電極を電気的
に接合する方法としては、電気溶接、コールドウェル
ド、超音波、還元雰囲気下での金属材料の融点付近での
焼成、導電性接着剤の使用等を挙げることができる。

【００３２】本発明のバイポーラ型積層ＥＤＬＣの具体
例を図１に示す。図１において、正極リード１が正極３
の集電体の金属箔６に、負極リード２が負極４の集電体
の金属箔７に、夫々接続される。正極３の集電体の金属
箔６と負極４の集電体の金属箔７の間には、正極３の分
極性電極、セパレータ８、負極４の分極性電極、金属の
バイポーラ箔５、正極３の分極性電極・・・負極４の分
極電極の順に、積層される。正極３の分極性電極、セパ
レータ８、負極４の分極性電極には、水酸化アルカリ水
溶液１０が含浸される。水酸化アルカリ水溶液を密閉す
るために、絶縁性室枠ガスケット９が配置され、これを
介して両端の押圧板１１によって、正極３の集電体の金
属箔６と負極４の集電体の金属箔７を通じて全体が押圧
される。

【００３３】

【実施例】以下、本発明を実施例によって具体的に説明
するが、本発明はこれらによって限定されない。

【００３４】実施例１フェノール樹脂系のＫＯＨ賦活処理活性炭粉末（比表面
積２１００ｍ²／ｇ、平均粒径５μｍ）８０重量％、ケ
ッチェンブラックＥＣ（カーボンブラックの一種、三菱
化学社製）１０重量％、ポリテトラフルオロエチレン粉
末１０重量％からなる混合物にエタノールを添加して混
練し、成形後、乾燥して得た厚さ約０.５ｍｍの分極性
電極シートを縦３５ｍｍ、横４０ｍｍに切り取った。一
方、縦６０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚さ２. ０ｍｍ、気孔率
９６％、長さ１ｃｍの直線が横切る平均気孔数１２の多
孔質ニッケル箔の縦方向の片端２５ｍｍの部分を、プレ
スして圧縮し、リード端子部とした。多孔質ニッケル箔
の３５ｍｍの未プレス部に電極シートを重ね、エタノー
ルを滴下しつつロールプレスすることによって、活性炭
粉末、カーボンブラック及びポリテトラフルオロエチレ
ンからなる分極性電極材料を多孔質ニッケルの内部に圧
入充填し、乾燥して、空隙率が３０％で、厚さが０．５
２ｍｍの分極性電極を得た。

【００３５】ロールプレスによって、上記分極性電極材
料が充填された多孔質ニッケル箔を一方向に延伸し、分
極性電極部分の寸法を縦４０ｍｍ、横４０ｍｍとした。
この分極性電極２枚を対向させ、厚さ１６０μｍのポリ
プロピレンのセパレータを介して有効電極面積１６ｃｍ
²、厚さ約１．２ｍｍのＥＤＬＣの素子とし、この素子
をポリプロピレン製容器に入れ、この素子に濃度が２５
重量％の高純度水酸化カリウム水溶液を減圧下で含浸し
た。このＥＤＬＣに最大電流密度１０ｍＡ／ｃｍ²で１
０分間、１．０Ｖまで充電し、１．０Ｖから０．１Ｖま
で１０ｍＡ／ｃｍ²で定電流放電して、放電時の勾配よ
り、ＥＤＬＣの静電容量を求め、充電直後の電圧上昇か
らＥＤＬＣの内部抵抗を求めた。このＥＤＬＣの静電容
量は４２．１Ｆ、内部抵抗は０．１６Ωであった。

【００３６】実施例２実施例１において、多孔質ニッケル箔の両面にそれぞれ
１枚の厚さが約０．５ｍｍの分極性電極材料のシートを
重ね、実施例１と同様にロールプレスすることによって
分極性電極材料を多孔質ニッケルの内部に圧入充填し、
乾燥して、空隙率が３５％で、厚さが０．８７ｍｍの分
極性電極を得た。ロールプレスによって、シート電極が
充填された多孔質ニッケル箔を一方向に延伸し、寸法が
縦４０ｍｍ、横４０ｍｍのシート状分極性電極とした。
この分極性電極２枚を対向させ、厚さ１６０μｍのポリ
プロピレンのセパレータを介して、有効電極面積１６ｃ
ｍ ²、厚さ１．９ｍｍのＥＤＬＣの素子とした。次い
で、実施例１と同様にして静電容量と内部抵抗を求め
た。このＥＤＬＣの静電容量は１０５．６Ｆ、内部抵抗
は０．２５Ωであった。

【００３７】実施例３フェノール樹脂系のＫＯＨ賦活処理活性炭粉末（比表面
積１８００ｍ²／ｇ、平均粒径５μｍ）７６重量％、ケ
ッチェンブラックＥＣ１４重量％、ポリフッ化ビニリデ
ン１０重量％からなる混合物にＮ−メチルピロリドンを
添加して混合し、スラリーを調製した。直径約８μｍの
ステンレス３１６Ｌの繊維からなる、目付量５００ｇ／
ｍ²のウエブシートを焼結し、厚さ１ｍｍ、縦４ｃｍ、
横６ｃｍの２枚のシート状ステンレス鋼繊維焼結体を得
た。この焼結体の長手方向の片端を幅２ｃｍにわたりプ
レスして圧縮し、リード端子部とした。残る４ｃｍ角の
部分に活性炭スラリーを含浸担持させ、１８０℃で乾燥
後、ロールプレスして空隙率が５０％、厚さ０．５４ｍ
ｍの２枚のシート状分極性電極を得た。

【００３８】この分極性電極２枚を対向させ、１６０μ
ｍの多孔質ポリプロピレンのセパレータを介して、有効
電極面積１６ｃｍ²、厚さ１．２４ｍｍのＥＤＬＣの素
子とした。次いで、実施例１と同様にして静電容量と内
部抵抗を求めた。このＥＤＬＣの静電容量は４８．５
Ｆ、内部抵抗は０．１４Ωであった。

【００３９】実施例４実施例３においてステンレス繊維焼結体の代わりに平均
繊維径２８μｍ、厚さ１ｍｍ、縦４ｃｍ、横６ｃｍ、目
付量４００ｇ／ｃｍ²のニッケル繊維マットを用い、他
は実施例３と同様にして、ＥＤＬＣの素子を得た。この
分極性電極の空隙率は４０％、厚さは０．５５ｍｍであ
った。次いで、実施例１と同様にして静電容量と内部抵
抗を求めた。このＥＤＬＣの静電容量は４７．８Ｆ、内
部抵抗は０．１３Ωであった。

【００４０】実施例５電解液として２０重量％の水酸化ナトリウム水溶液を用
い、他は実施例３と同様にして、ＥＤＬＣの素子を得
た。次いで、実施例１と同様にしてＥＤＬＣの静電容量
と内部抵抗を求めた。このＥＤＬＣの静電容量は４０．
４Ｆ、内部抵抗は０．１９Ωであった。

【００４１】実施例６縦６ｃｍ、横６ｃｍ、厚さ２０μｍのステンレス３１６
Ｌ箔の両面に、実施例１で作製したものと同じ２枚の分
極性電極シートの分極性電極材料を圧入していない側の
面を重ねて電気溶接し、ステンレス３１６Ｌ箔の両面に
分極性電極層が保持された分極性電極を得た。この分極
性電極を６枚作製した。一方、ステンレス３１６Ｌ箔の
片面のみに分極性電極が保持された分極性電極を２枚作
製した。これらの分極性電極と、５ｃｍ角のポリプロピ
レンのセパレータ７枚の夫々に、濃度２５％水酸化カリ
ウム水溶液を減圧下で含浸させた。次に、図１に示され
るように、エチレン−プロピレン−ジエン３元共重合体
ゴムからなる両端に配置する室枠ガスケットを介して、
片面に分極性電極を保持した集電体の間に、セパレー
タ、両面に分極性電極層を保持した分極性電極、セパレ
ータの順に７セルのバイポーラ型積層ＥＤＬＣを組み立
てた。両端のステンレス３１６Ｌの集電体間に、最大電
流密度１０ｍＡ／ｃｍ²で１０分間、６Ｖまで充電し、
６Ｖから０．６Ｖまで１０ｍＡ／ｃｍ²で定電流放電し
て、放電時の勾配より、積層ＥＤＬＣの静電容量を求
め、充電直後の電圧上昇より内部抵抗を求めた。このバ
イポーラ型積層ＥＤＬＣの静電容量は６．０Ｆ、内部抵
抗は１．０Ωであった。

【００４２】実施例７実施例６において、ステンレス３１６Ｌ箔の代わりに厚
さ２０μｍのニッケル箔を用い、３０重量％の炭酸カリ
ウムを含む水溶液を電解液に用い、他は実施例６と同様
にして、７セルのバイポーラ型積層ＥＤＬＣを組み立て
た。次いで、実施例６と同様にして積層ＥＤＬＣの静電
容量と内部抵抗を求めた。このＥＤＬＣの静電容量は
６．０Ｆ、内部抵抗は１．４Ωであった。

【００４３】実施例８実施例６において、ステンレス３１６Ｌ箔の代わりに、
厚さ２０μｍのニッケル箔と厚さ３０μｍのステンレス
３０４箔からなる厚さ５０μｍの積層箔を用い、電解液
として２５重量％の水酸化カリウムと１．５重量％の水
酸化リチウムを含む水溶液を用い、他は実施例６と同様
にして、７セルのバイポーラ型積層ＥＤＬＣを組み立て
た。積層箔は、ニッケル箔側を正極側とし、ステンレス
３０４側を負極側とした。次いで、実施例６と同様にし
て積層ＥＤＬＣの静電容量と内部抵抗を求めた。このＥ
ＤＬＣの静電容量は６．３Ｆ、内部抵抗は１．０Ωであ
った。

【００４４】比較例１実施例１において、多孔質ニッケル箔の代わりに、厚さ
５０μｍの無孔性のニッケル箔を集電体に用い、４ｃｍ
×４ｃｍで厚さ０．５ｍｍの分極性電極シートを黒鉛系
導電性接着剤でニッケル箔に接合し、２００℃で３０分
間乾燥した。この分極性電極体２枚を対向させ、１６０
μｍの多孔質ポリプロピレンセパレータを介して、有効
電極面積１６ｃｍ²、厚さ１．２６ｍｍのＥＤＬＣの素
子とした。キャパシタに２５重量％の高純度水酸化カリ
ウム水溶液を真空含浸した。次いで、実施例１と同様に
して静電容量と内部抵抗を求めた。このＥＤＬＣの静電
容量は４６．２Ｆ、内部抵抗は０．３８Ωであった。

【００４５】比較例２実施例３において、ステンレス３１６Ｌ繊維焼結体の代
わりに厚さ５０μｍの無孔性のステンレス３１６Ｌ箔を
集電体に用い、実施例３で調製した活性炭スラリーをス
テンレス箔に塗布し、他は実施例３と同様にして、有効
電極面積１６ｃｍ²のＥＤＬＣの素子を組み立てた。こ
の塗布電極の厚さは０．０８ｍｍ、空隙率は２９％であ
った。塗布厚は厚くするとステンレス３１６Ｌ箔より剥
離した。次いで、実施例１と同様にして静電容量と内部
抵抗を求めた。このＥＤＬＣの静電容量は１３．４Ｆ、
内部抵抗は０．１６Ωであった。

【００４６】実施例１、２を比較例１と比べることによ
り、また実施例３、４を比較例２と比べることにより、
静電容量及び内部抵抗において、本発明のＥＤＬＣが顕
著に優れていることが分かる。

【００４７】

【発明の効果】本発明のＥＤＬＣは、静電容量が大きく
内部抵抗が低いので、急速充放電が可能である。本発明
のＥＤＬＣは、コイン型のような小サイズのものにも適
用できるが、静電容量が１００〜１００００Ｆ、または
充放電電流が５〜１０００Ａの、超大容量、大電流向け
のＥＤＬＣにも好適である。本発明のＥＤＬＣを使用す
れば、メモリーバックアップ用ＥＤＬＣの性能を顕著に
向上させることができ、さらには今後有望な電気自動車
の動力性能を顕著に向上させられ、電気自動車の回生制
動エネルギを有効に利用してエネルギー効率を顕著に高
めることができるので、その産業上の利用価値は多大で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＥＤＬＣの一例を示す断面図である。

【符号の説明】

１正極リード２負極リード３正極４負極５バイポーラ箔６正極の集電体金属箔７負極の集電体金属箔８セパレータ９絶縁性室枠ガスケット１０水酸化アルカリ水溶液１１押圧板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の分極性電極と、該一対の分極性電
極の間に配置されたセパレータと、該一対の分極性電極
と該セパレータに含浸されたアルカリ水溶液からなる電
解液とを有し、かつ、該一対の分極性電極が、活性炭粉
末と導電剤粉末とバインダーからなる分極性電極材料
を、多孔質ニッケル、ステンレス鋼繊維、ニッケル繊維
のいずれかからなる三次元構造を有する集電体中に充填
させてなる電気二重層キャパシタ。
【請求項２】上記分極性電極が、１０〜８０％の空隙
率と０．１〜３ｍｍの厚さを有するシート状物である請
求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項３】上記活性炭粉末が、１０００〜２５００
ｍ²／ｇの比表面積を有する請求項１または請求項２に
記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項４】上記電解液が、２０〜３０重量％の水酸
化カリウム水溶液、１５〜３５重量％の水酸化ナトリウ
ム水溶液、または２０〜４０重量％の炭酸カリウム水溶
液である請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電気二
重層キャパシタ。
【請求項５】上記分極性電極が、活性炭粉末とカーボ
ンブラックとポリテトラフルオロエチレン粉末の混練物
を、８５％以上の空隙率と０．３〜５ｍｍの厚さを有
し、かつ長さ１ｃｍの直線が横切る平均孔数が５〜５０
である多孔質ニッケルシート中に圧入して充填されたシ
ート状物である請求項１〜請求項４のいずれかに記載の
電気二重層キャパシタ。
【請求項６】上記分極性電極が、活性炭粉末とカーボ
ンブラックと有機バインダーと溶媒とからなるスラリー
を内部に充填したマット状またはウェブ状のステンレス
鋼繊維またはニッケル繊維からなる集電体を、乾燥後に
加圧圧縮されたシート状物である請求項１〜請求項４の
いずれかに記載の電気二重層キャパシタ。