JPH1154378A

JPH1154378A - 電気二重層キャパシタ

Info

Publication number: JPH1154378A
Application number: JP9204071A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Naka; 貴弘中; Tatsuya Suzuki; 達也鈴木
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1997-07-30
Filing date: 1997-07-30
Publication date: 1999-02-26

Abstract

(57)【要約】【課題】非水系電解液を用いるキャパシタ素子を密閉容
器内に収納してなり、耐電圧を高度に維持できる電気二
重層キャパシタを提供する。【解決手段】非水系電解液を用いるキャパシタ素子１を
密閉容器２ａ，２ｂ内に収納してなる。非水系電解液に
混入する水分を吸着する吸着剤を備える。前記吸着剤は
前記非水系電解液と非反応性である。前記吸着剤４は、
前記非水系電解液に混合されていてもよく、前記密閉容
器２ａ，２ｂ内に配設されていてもよい。前記吸着剤４
は、アルミナに対するシリカの重量比が５０以下のアル
ミノシリケートを、前記非水系電解液に対して１〜１０
重量％の範囲の量で用いる。前記密閉容器２ａ，２ｂは
合成樹脂製であって、器壁に該合成樹脂より水透過性の
低い材料からなる水分遮断層５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気二重層キャパ
シタに関し、さらに詳細には非水系電解液を用いる電気
二重層キャパシタ素子を密閉容器内に収納してなる電気
二重層キャパシタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】固体面が電解質溶液に接触すると、該固
体面に対して正または負イオンの選択的吸着が起こり、
固体面が正または負に荷電する一方、溶液側では反対電
荷の対イオンが多くなり、固体面と電解質溶液との界面
に正負の電荷が対向して配列された電気二重層が形成さ
れる。前記電気二重層は、前記固体面を固体電極とする
ことによりキャパシタとして利用できることが知られて
おり、このようなキャパシタは電気二重層キャパシタと
呼ばれている。

【０００３】前記電気二重層キャパシタでは、前記固体
電極に電界を印加したときの静電容量は前記固体電極の
表面積に比例するので、一般に、活性炭のような比表面
積の大きな物質を固体電極とし、これに電解液を含浸し
てセパレータで分離し、セパレータの両側の固体電極に
それぞれ集電部材を取着した構成となっている。

【０００４】前記電気二重層キャパシタは、ファラッド
級の大容量を有し、充放電サイクル特性に優れることか
ら、電気機器のバックアップ電源等の用途に使用されて
おり、さらに車載バッテリーとして使用することが検討
されている。

【０００５】前記電気機器のバックアップ電源に使用す
る電気二重層キャパシタは、一般にあまり大きな容量を
必要としないことから、前記電解液を含浸した固体電極
をセパレータで分離したキャパシタ素子をアルミニウム
等の軽金属製のボタン型容器に収容した構成となってい
る。前記容器によれば、容器自体を電気二重層キャパシ
タの集電部材及び外部回路に対する接続端子として使用
することができ、また前記電解液に非水系電解液を使用
する場合には外部からの水分の侵入を防止することがで
きるので有利である。

【０００６】一方、前記電気二重層キャパシタを車載バ
ッテリーとして使用するときには、前記キャパシタ素子
を大容量にすることが必要になるが、このような大容量
のキャパシタ素子を金属製容器に収容しようとすると容
器自体が大型になり重量が増大するとの問題がある。ま
た、前記金属製容器の場合には、電気二重層キャパシタ
の容量の増加に伴って容器が大型化すると、収納スペー
スに合わせた成形が困難になる、漏電の可能性が大きく
なる、組み立てが難しくなる等の問題もある。

【０００７】そこで、前記問題を解決するために、前記
キャパシタ素子を収容する容器を合成樹脂で構成するこ
とが検討されており、このような容器は例えば、特開昭
５８−１０１４１６号公報、特開昭６２−１７４９１０
号公報、特開平７−９４３７４号公報等に記載されてい
る。前記各公報記載の合成樹脂製容器によれば、軽量で
成形容易であり、合成樹脂自体が絶縁性を備えるので漏
電の可能性が小さく、しかも超音波融着、高周波融着等
により容易に融着できるので、組み立てが容易である。

【０００８】しかしながら、前記各公報記載の合成樹脂
製容器は水分を透過する性質があるため、前記電解液に
非水系電解液を用いた電気二重層キャパシタを該容器に
収容して長期にわたって使用すると、外部から合成樹脂
を介して容器内に浸透した水分により該電気二重層キャ
パシタの耐電圧が低下するとの不都合がある。

【０００９】前記不都合を解消するために、特開昭６１
−１３５４９号公報記載の鉛蓄電池の容器の様に、合成
樹脂製容器をアルミニウム金属板で被覆することが考え
られるが、十分な効果が得られるとは言えない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる不都
合を解消して、非水系電解液を用いる電気二重層キャパ
シタ素子を密閉容器内に収納してなり、耐電圧を高度に
維持することができる電気二重層キャパシタを提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明の電気二重層キャパシタは、非水系電解液
を用いる電気二重層キャパシタ素子を密閉容器内に収納
してなる電気二重層キャパシタにおいて、該非水系電解
液に混入する水分を吸着する該非水系電解液と非反応性
の吸着剤を備えることを特徴とする。

【００１２】本発明の電気二重層キャパシタによれば、
密閉容器内に侵入し、あるいは該密閉容器内で発生する
水分が前記吸着剤により吸着されるので、前記非水系電
解液に対する水分の混入を防止することができ、該電気
二重層キャパシタの耐電圧を高度に維持することができ
る。また、前記吸着剤は前記非水系電解液に対して反応
性が無いので、該非水系電解液自体の変質、劣化を避け
ることができる。

【００１３】前記吸着剤は、直接、前記非水系電解液に
混合されていてもよく、前記密閉容器内に配設されてい
てもよい。

【００１４】前記吸着剤は、前記非水系電解液に対して
非反応性であることからアルミノシリケート（ゼオライ
ト）が好ましい。本発明では、アルミナに対するシリカ
の重量比が５０以下のアルミノシリケートを、前記非水
系電解液に対して１〜１０重量％の範囲の量で用いるこ
とを特徴とする。

【００１５】前記アルミノシリケートは、その組成にお
いてアルミナに対するシリカの重量比が５０以下である
ことにより優れた水分の吸着能が得られ、前記範囲の量
で前記非水系電解液に混入する水分を所定量以下にする
ことができる。

【００１６】また、本発明は、前記密閉容器が合成樹脂
製であって、該密閉容器の器壁に該合成樹脂より水透過
性の低い材料からなる水分遮断層を設けたことを特徴と
する。

【００１７】前記密閉容器は、合成樹脂製とすることに
より、軽量かつ成形容易であり、漏電の可能性を低減す
ることができると共に、超音波融着、高周波融着等によ
り容易に組み立てることができる。このような合成樹脂
製容器では、外部からの水分の浸透が懸念されるが、前
記の様に密閉容器の器壁に該合成樹脂より水透過性の低
い材料からなる水分遮断層を設けることにより、前記水
分の浸透を防止することができる。従って、前記電気二
重層キャパシタの耐電圧を確実に高度に維持することが
できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、添付の図面を参照しながら
本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図
１は本実施形態の電気二重層キャパシタの構成を示す説
明的断面図であり、図２は非水系電解液を用いる電気二
重層キャパシタの電圧維持率と、前記電解液の含有する
水分量との関係を示す線図であり、図３は前記非水系電
解液の含有する水分量とアルミノシリケートのシリカ／
アルミナ比との関係を示す線図である。また、図４は本
発明の一実施例の電気二重層キャパシタにおける前記非
水系電解液の含有する水分量と耐電圧との経時変化を示
す線図であり、図５及び図６は本発明の比較例の電気二
重層キャパシタにおける前記非水系電解液の含有する水
分量と耐電圧との経時変化を示す線図である。

【００１９】本実施形態の電気二重層キャパシタは、図
１（ａ）示のように、キャパシタ素子１を収容する合成
樹脂製の素子ケース本体２ａと、素子ケース本体２ａの
上部開口部を閉蓋する蓋体２ｂとからなり、素子ケース
本体２ａの底部に透水性セパレータ３で被覆された水分
吸着剤４が配設されている。また、素子ケース本体２ａ
及び蓋体２ｂは、その外面を水分遮断層５で被覆されて
いる。

【００２０】前記キャパシタ素子１は、活性炭粉末に導
電フィラー及び結着剤を混合したものをシート状にし
て、集電体の両側に圧着した電極をセパレータを介して
積層し、各電極の集電体を互い違いに２組にまとめて外
部回路に接続できる様にしたものであり、前記電極には
非水系電解液が浸漬されている。また、前記蓋体２ｂ
は、前記２組の集電体がそれぞれ接続される端子（図示
せず）を備えている。

【００２１】前記構成の電気二重層キャパシタは、素子
ケース本体２ａの底部に前記水分吸着剤４を配設し、そ
の上にキャパシタ素子１を載置して前記電解液を注入し
たのち、素子ケース本体２ａを蓋体２ｂで閉蓋されるこ
とにより、密封される。素子ケース本体２ａと蓋体２ｂ
とは、超音波融着または高周波融着等の方法により相互
に融着される。

【００２２】前記素子ケース本体２ａ及び蓋体２ｂを形
成する樹脂としては、ポリプロピレン等の汎用の樹脂を
用いることができる。素子ケース本体２ａ及び蓋体２ｂ
の外面を被覆する水分遮断層５としては、素子ケース本
体２ａ及び蓋体２ｂを形成する樹脂よりも透水性の低い
ものであれば、どのようなものでも用いることができ、
例えば、アルミ箔等の金属箔、ポリテトラフルオロエチ
レン（ＰＴＦＥ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰ
Ｓ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルエーテルケト
ン（ＰＥＥＫ）等の透水性の低い樹脂のフィルムを挙げ
ることができる。

【００２３】また、前記素子ケース本体２ａ及び蓋体２
ｂの外面を水分遮断層５で被覆する方法としては、前記
アルミ箔等の水分遮断層５の材料を予め素子ケース本体
２ａまたは蓋体２ｂの外形に形成して金型内に配置し、
該金型内で素子ケース本体２ａまたは蓋体２ｂをブロー
成形する方法等を挙げることができる。尚、前記アルミ
箔等の水分遮断層５の材料は、素子ケース本体２ａまた
は蓋体２ｂとの密着性を向上させるために、シラン化処
理、エッチング処理等の表面処理が施されていることが
望ましい。

【００２４】前記非水系電解液としては、例えば、アセ
トニトリル、炭酸プロピレン（プロピレンカーボネー
ト、ＰＣ）、ガンマブチロラクトン（ＧＢＬ）、ガンマ
バレロラクトン（ＧＶＬ）等の溶媒に、テトラエチルア
ンモニウム塩、トリエチルメチルアンモニウム（ＴＥＭ
Ａ）塩等のテトラアルキルアンモニウム塩を溶解したも
の等が用いられる。前記電解質溶液の濃度は、例えば溶
媒としてＰＣを用い、ＴＥＭＡ塩を溶解する場合、ＴＥ
ＭＡ塩の濃度が高いほど導電率の向上が見込まれるが、
安定した溶解性を得るためには１モル／リットル程度と
することが好ましい。尚、前記電解質溶液は１モル／リ
ットル以下の濃度としても差し支えなく、該電解質溶液
の濃度は何ら本発明の電気二重層キャパシタの特徴を限
定するものではない。

【００２５】前記水分吸着剤４は、前記電解液に対して
非反応性のものが用いられ、例えばアルミノシリケート
（ゼオライト）、シリカゲル等を挙げることができる。
前記アルミノシリケートは、その組成、結晶構造等によ
り、Ａ型、Ｙ型、Ｘ型、ＺＳＭ−５型等に分類される
が、本実施形態ではそのいずれをも用いることができ
る。また、前記アルミノシリケートは、その組成におい
てアルミニウムの含有量が高い程、水分の吸着能に優れ
ていることが知られており、本実施形態ではシリカ／ア
ルミナ比（アルミナ１に対するシリカの重量比）が５０
以下のアルミノシリケートを使用することが好ましい。
次に、その理由について説明する。

【００２６】まず、前記構成のキャパシタ素子１におい
て、ＴＥＭＡ塩の１モル／リットル−ＰＣ溶液を電解液
とし、２．３Ｖに充電し、７２時間放置したときの電圧
維持率と、前記電解液の含有する水分量との関係を図２
に示す。図２から、前記ＴＥＭＡ塩のＰＣ溶液等の非水
系電解液は、含有する水分量が２０ｐｐｍを超えると、
電圧維持率が急峻に低下することが明らかである。この
ことから、前記水分吸着剤４は前記非水系電解液が含有
する水分量を２０ｐｐｍ未満にする能力を備えているこ
とが望まれる。

【００２７】次に８０ｐｐｍの水分を含有する前記ＴＥ
ＭＡ塩のＰＣ溶液に、シリカ／アルミナ比を変えた各種
アルミノシリケートを、前記ＴＥＭＡ塩のＰＣ溶液に対
して１０重量％添加し、７２時間放置したときに、前記
ＴＥＭＡ塩のＰＣ溶液に残存している水分量を図３に示
す。図３から、前記ＴＥＭＡ塩のＰＣ溶液が含有する水
分量を２０ｐｐｍ未満にするには、シリカ／アルミナ比
５０以下のアルミノシリケートが望ましいことが明らか
である。

【００２８】尚、本実施形態ではシリカ／アルミナ比が
５０を超えるアルミノシリケートを用いることもできる
が、この場合には水分の吸着能が十分でなく、前記非水
系電解液が含有する水分量を２０ｐｐｍ未満にするため
に大量のアルミノシリケートを要するので、前記素子ケ
ース本体２ａ内でキャパシタ素子１のために使用される
べき容積が減少する。

【００２９】本実施形態では、前記アルミノシリケート
を前記非水系電解液に対して１〜１０重量％の範囲で使
用する。アルミノシリケートの量が前記非水系電解液に
対して１重量％未満では前記非水系電解液に混入する水
分を所定量以下にする効果が十分に得られず、１０重量
％を超えるとアルミノシリケートの容積が増大して前記
密閉容器内でキャパシタ素子のために使用されるべき容
積が減少する。

【００３０】尚、本実施形態では、図１（ａ）示のよう
に素子ケース本体２ａの底部にセパレータ３で被覆され
た水分吸着剤４を配設するようにしているが、水分吸着
剤４の配設方法はこれに限られるものではなく、図１
（ｂ）示のようにセパレータ３を介して素子ケース本体
２ａの底部にペレット状に成形された水分吸着剤４を配
置してもよく、図１（ｃ）示のように素子ケース本体２
ａの側壁に沿って板状に成形された水分吸着剤４を配置
してもよい。また、水分吸着剤４を非水系電解液に混合
してもよい。

【００３１】次に、本発明の実施例及び比較例について
説明する。

【００３２】

【実施例１】まず、予め厚さ５０μｍのアルミ箔を５０
ｍｍ×２０ｍｍ×１３０ｍｍの箱型に成形して、金型内
に配置し、該金型を用いてポリプロピレン樹脂をブロー
成形することにより、図１（ａ）示の素子ケース本体２
ａを成形した。素子ケース本体２ａは、厚さ２ｍｍであ
り、外面に前記アルミ箔からなる水分遮断層５が設けら
れている。

【００３３】次に、水分吸着剤４としてアルミノシリケ
ート５ｇを、セパレータ３で被覆して、素子ケース本体
２ａの底部に配設し、その上にキャパシタ素子１を載置
した。本実施例では、前記セパレータ３として、ＰＴＦ
Ｅ製微多孔膜、例えばゴアテックス（ゴアテックス社
製、商標）を用いた。

【００３４】また、キャパシタ素子１は、比表面積２５
００ｍ²／ｇの活性炭粉末８３重量％、導電フィラーと
してのアセチレンブラック１２重量％、結着剤としての
テトラフルオロエチレン粉末５重量％を混合したものを
シート状にして、４８ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ５０ｍｍ
のアルミニウム製集電体の両側に圧着したものを電極と
し、該電極３８枚をセパレータとして厚さ２５μｍのゴ
アテックスを介して積層し、各電極の集電体を互い違い
に２組にまとめたものである。

【００３５】次に、水分吸着剤４及びキャパシタ素子１
が収納された素子ケース本体２ａを真空乾燥したのち、
電解液を注入した。本実施例では、前記電解液としてテ
トラエチルアンモニウムテトラフルオロボレートの１モ
ル／リットルの炭酸プロピレン溶液１０９ミリリットル
を使用した。

【００３６】そして、別途製造したポリプロピレン樹脂
製の蓋体２ｂで素子ケース本体２ａを閉蓋し、電気二重
層キャパシタを製造した。尚、蓋体２ｂの外面には、素
子ケース本体２ａと同様に、前記アルミ箔からなる水分
遮断層５が設けられている。

【００３７】次に、前記電気二重層キャパシタを湿度９
０％、４０℃の雰囲気中に放置し、耐電圧及び前記電解
液中の含水量の経時変化を測定した。結果を図４に示
す。

【００３８】図４から、本実施例の電気二重層キャパシ
タによれば、極く初期に含水量の増加が認められるが、
５００時間経過後まで含水量は約１０ｐｐｍに抑制さ
れ、耐電圧は初期の値をそのまま維持していることが明
らかである。尚、前記極く初期の含水量の増加は、キャ
パシタ素子１の電極を構成する活性炭から滲出する水分
によるものと思われる。

【００３９】

【比較例１】図１（ａ）示の素子ケース本体２ａの大き
さを５０ｍｍ×２０ｍｍ×１２５ｍｍとすると共に水分
吸着剤４を配設しなかった以外は、実施例１と全く同一
にして電気二重層キャパシタを製造した。次に、前記電
気二重層キャパシタを湿度９０％、４０℃の雰囲気中に
放置し、耐電圧及び前記電解液中の含水量の経時変化を
測定した。結果を図５に示す。

【００４０】図５から、本比較例の電気二重層キャパシ
タによれば、極く初期に増加した含水量がその後も漸増
し続け、耐電圧が次第に低下する傾向を示すことが明ら
かである。前記含水量の漸増は、前記活性炭から滲出す
る水分がキャパシタ素子内部で除去されることなく、増
え続けるためと考えられる。

【００４１】

【比較例２】図１（ａ）示の素子ケース本体２ａの大き
さを５０ｍｍ×２０ｍｍ×１２５ｍｍとすると共に水分
吸着剤４を配設せず、素子ケース本体２ａ及び蓋体２ｂ
の外面に水分遮断層５を設けなかった以外は、実施例１
と全く同一にして電気二重層キャパシタを製造した。次
に、前記電気二重層キャパシタを湿度９０％、４０℃の
雰囲気中に放置し、耐電圧及び前記電解液中の含水量の
経時変化を測定した。結果を図６に示す。

【００４２】図６から、本比較例の電気二重層キャパシ
タによれば、時間の経過とともに含水量が２０ｐｐｍを
超えて増加し続け、これに伴って耐電圧が大幅に低下す
ることが明らかである。前記含水量の増加は、前記活性
炭から滲出する水分に加えて、電気二重層キャパシタの
外部の水分が水分遮断層５を設けていない素子ケース本
体２ａ及び蓋体２ｂを介してが電気二重層キャパシタの
内部に浸透するためと考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の電気二重層キャパシタの構成を示
す説明的断面図。

【図２】非水系電解液を用いる電気二重層キャパシタの
電圧維持率と、前記電解液の含有する水分量との関係を
示す線図。

【図３】非水系電解液の含有する水分量とアルミノシリ
ケートのシリカ／アルミナ比との関係を示す線図。

【図４】本発明の一実施例の電気二重層キャパシタにお
ける前記非水系電解液の含有する水分量と耐電圧との経
時変化を示す線図。

【図５】本発明の一比較例の電気二重層キャパシタにお
ける前記非水系電解液の含有する水分量と耐電圧との経
時変化を示す線図。

【図６】本発明の他の比較例の電気二重層キャパシタに
おける前記非水系電解液の含有する水分量と耐電圧との
経時変化を示す線図。

【符号の説明】

１…電気二重層キャパシタ素子、２ａ，２ｂ…密閉容
器、４…吸着剤、５…水分遮断層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非水系電解液を用いる電気二重層キャパシ
タ素子を密閉容器内に収納してなる電気二重層キャパシ
タにおいて、該非水系電解液に混入する水分を吸着する
該非水系電解液と非反応性の吸着剤を備えることを特徴
とする電気二重層キャパシタ。
【請求項２】前記吸着剤は、前記非水系電解液に混合さ
れていることを特徴とする請求項１記載の電気二重層キ
ャパシタ。
【請求項３】前記吸着剤は、前記密閉容器内に配設され
ていることを特徴とする請求項１記載の電気二重層キャ
パシタ。
【請求項４】前記吸着剤は、アルミナに対するシリカの
重量比が５０以下のアルミノシリケートを、前記非水系
電解液に対して１〜１０重量％の範囲の量で用いること
を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記
載の電気二重層キャパシタ。
【請求項５】前記密閉容器は合成樹脂製であって、該密
閉容器の器壁に該合成樹脂より水透過性の低い材料から
なる水分遮断層を設けたことを特徴とする請求項１乃至
請求項４のいずれか１項に記載の電気二重層キャパシ
タ。