JPS594114A - 電気二重層キヤパシタ - 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】 本発明は、電気二重層キャパシタに関するもので、更に
詳細に説明すれば、分極性電極として炭素繊維を用い、
集電体として分極性電極上に直接溶射形成された導電物
質を用いた電気二重層キャパシタに関するものである。

そして本発明の特徴を活かして、小型のコイン形状の大
容量キャパシタが簡易な製造方法で実現化するものであ
る。

従来、電気二重層キャパシタとしては、第１図に示すよ
うにアルシミニウム相料を加］ニジたエクスパンドメタ
ル、パンチングメタルを集電体１とし、この集電体１の
表面に、分極性電極２として、活性炭粉末を主成分とし
、弗素樹脂などでバインダーとしたべ一ヌト４を成型プ
レス、または圧延ローラ５にかけ担持させ、セパレータ
３を介して一列の集電体１と分極性電極２とを捲回し、
電解液を注入したものが一般的であった。

しかしなから、このような集電体と分極性′ｄヱ（ｊの
構辿をイＪする電気二重層キャパシタでは、金属集電体
１と分１１戸”ｌ　’ｔｉｔ捧、すなわち活性炭電極２
との接触力が弱く、集電体メタルネットから分極性？Ｉ
３：　＋；ａが脱落、は〈削していったり、捲回に」＝
る応力のため、使用中に両者の接触力が弱くなっていっ
たりする結果、電気二重層キャパシタの内部抵抗が徐々
に増大し、容量が徐々に減少していく傾向がみられた。

丑だ、活性炭粉末とバインダー←よりなる分極１イｊユ
電棒を、集電体メタルに圧延ロールする時、その塗布効
率は悪く、かつ分極外電（ｊの不均一塗布、圧延による
容量ばらつきも改善すべき点としてあげられてきた。

このような構造上の欠点を解決するだめに、例えば、集
電体メタル表面をプラスチインクなどの操作により粗面
化して分極性電極上との接触強度を高めたり、活性炭粉
末にメチルセルロースのような結着剤を加え、活性炭同
志の結合力を強くしたり、種々の試みがなされているが
、いずれも若干６ベ の特性向上はみられるものの、未だ不満足な点が多かっ
た。

本発明は、これらの欠点を解決するだめに、分極性電極
として従来の活性炭ペーストの代わりに炭素繊維を、集
電体として前記炭素繊維上に溶射法により形成した導電
体層を有する電気二重層キャパシタである。さらに具体
的には、この様に機械的強度の高い集電体−分極性電極
の構成を活かしたコイン型平板電気二重層ギヤパンクに
関するものである。

まず本発明で用いる炭素繊維について説明する。

分極性電１ヶとして要求される性質は、■単位重量当た
りの表面積が大きく、■電気抵抗が小さく、■機械的強
度が高く、■耐薬品性が高いことである。以後述べる活
性炭繊維は、従来の活性炭粉末が有している■、■、■
の性質に加えて■の電極としての機械的強度も合わせ持
っている非常に有効な材料である。この要求を満たす活
性炭繊維としては、フェノ−ＪＶ系（硬化ノボラック繊
維）、レーヨン系、アクＩＪ　）し系、ピンチ系の四種
類がある。これらの原料繊維を用いて、炭素繊維化ある
いは、活性炭繊維化する方法は第２図に示すとうりであ
る。

すなわち、原料繊維を直接炭化、賦活する方法と、一旦
炭素繊維化したあとに賦活する方法とがある。一般的に
は、一度炭素繊Ｍ１：化した後に、水蒸気と窒素とから
なる混合ガス雰囲気下で７００〜８００°Ｃの温度で賦
活化を行なう。炭素繊維の表面積と電気抵抗、柔軟性と
は、反比例の関係にあるので、炭素繊維から活性炭繊維
に賦活するに従って表面積の増大がともない、炭化収率
は低下し、電気抵抗、柔軟性は悪くなる。電気二重層キ
ャパシタの分極性電極として用いるだめには、原料繊維
の種類によって異なるが、炭化収率は１０〜８０％程度
が好ましく、炭化収率１０チ以下では表面積は犬になる
が、原料繊維によっては柔軟性がなくなり、集電加工時
の機械的強度に耐えられなく々る。また、逆に炭化収率
８０チ以」二では、電気抵抗・柔軟性、炭素繊維強度は
優れているが、表面積が小となり、単位体積当たりの電
気容量が７　　、 小さくなるので好しくない。

表１に種々の炭素繊細の特徴を示す。

以　　　下　　　余　　　白 この表１より明らかなように、アクリル系、ピンチ系は
、一般に稍々柔軟性にかけ、丑だ表面積が稍々小幸い。

寸だ、レーヨン系は表面積が人であるが、繊細がもろく
、まだフエｚｌ／ｌ・状の炭素繊維は普及しているが、
抄紙化が困難で、ペーパー状は可能であり、１ｎｉＪ薬
品性、耐水性に問題がある一方、フェノール系炭素繊細
は硬化ノボラック繊細゛を原料とするもので、このフェ
ノール系炭素繊維は硬化ノボラック繊維が不溶融性で且
つ熱収縮が小さいだめに原料繊維を予め不副１化する必
要がなく、織物や不織布がそのまま活性炭化ができ、壕
だ強くて柔軟性に優れているので、電気二重層キャパシ
タの分極性電極として、特に優れている。

寸た、フェノ−／Ｉ／糸炭素炭素繊維料にした抄紙化に
は数々の特長を有し、特にフェノール系炭素繊維を原料
にバインダーとして特殊カイノー）ｖ（１］本カイノー
ル株式会社製フェノール系繊維の商品名）を用いて抄紙
化したものは、柔軟性、電気抵抗、耐水性、耐薬品性２
巻回加工強度、加工精度。

電気容量、コスト等の数々の面で極めて優れた特１０　
　・＼−゛ 艮を有することが認められ′に、。

次に不発１す］で用いる集電電極について述べる。

本発明で用いる集電電極は、プラズマ溶射、アーク溶射
法により分極性電極−にに直接形成された導電体層であ
る。この導電体利ネ」としては、電解液に対して電気化
学的に安定なＡｌ、　　Ｎｉ＋　　Ｃｕ。

Ｚｎ　　などである。溶身」による付着量は０．０５ｍ
１ｉ’　／　ｃｔｆｒ〜５００　ｍｇ／　ｃａが適当で
ある。この範囲以下だと、電気抵抗が高く、電極として
の機能を果たさなくなる。またこの範囲」：り多いと、
電極厚さが厚く々りすぎ、炭素繊維棒からの剥削、脱落
が起こ９易くなったり、ひび割れが生じたりして逆に機
械的強度が弱くなる。上記の適量の集電溶射層を有する
分極性炭素繊維電極は、このような機械的強度と、活性
炭特有の性質を兼ね備えているとともに、従来のペース
ト法による時に比べ、製造時の取扱いが非常に優れ、こ
の結果、次に述べるようなコイン型平板電気二重層キャ
パシタが容易に提供される、。

以下に具体的実施例として、第３図、第４図を１１　　
ぺ− 用いコイン型″ｌｌ板７１ｊ：気三重層キャパシタを例
にあけて説明する。

図に示すように、フェノール系活性炭繊維（厚さＱ、３
１．ＩＩ、表面積２　ｏｏｏｎ？／　ｑｒ）　ｉたは、
アクＩＪ　／し系活性炭繊維（厚さ０．３動ｌ、表面積
８００ｍ”／ｑｒ）１０の表面に厚さ５μｍのＡｌ　）
ｇｊ　１１をプフスマ溶射法により形成する。この二層
構ｉ告物１２を、直径２蘭１の円板状に打抜型で打抜き
、二層構造物１３を得る。セパレータにプロピレンカー
ボネー１−３０　ｗｔ％、γ−ブチロラクトン７０　ｗ
ｔ条の混合電解質を含浸しだもの１４を二層構造物１３
ではさみ、さらにこれを２つのアルミニウムケース１６
．１６ではさみ、ガスケット１７で」１［１する。

表２に本発明による電気二重層キャパシタの諸特性を示
す。同じく表２に比較のために、炭素繊糾分極性電（ケ
」−に溶射電体を有さないもの、従来のバンチンクメタ
ル集電極上に活性炭ペーストを塗布した構造のものにつ
いて、同一形状の試作品の特性を示す。

（表２） 以上の実施例の結果に示すとおり、本発明の電気二重層
キャパシタは、中位体積あたりの容量が従来の活性炭粉
末ベーストを用いるものの２〜３倍であり、内部抵抗も
低い。−１：た７０°Ｃ１０００ｈｒ　の高２品負荷寿
命デストにおいても、活性炭ペースト方式のものが、集
電極からのベースｌ−ノｔ、（Ｉ離などによる大きな容
量変化が見られるのに７１し、本発明キャパシタは初期
値が艮時間安定に保たれる。

さらに、活性炭繊維表面に金属溶射層を有さないものを
分極ｔ’ｌ：電極として用いた平板型キャパシタは、活
性炭ペースト方式と比較すると、容量が大きく、内部抵
抗も小さい。しかしながら、活性炭繊維表向方向のｐ（
杭が本発明キャパシタよシ大きいことにより、集電が完
全には達成されないので本発明キャパシタよりも初期特
性は劣る。また長期信頼性の点からも、活性炭ベースト
よりは機械的強度が強いものの、溶射層による補強がな
されていないことから、活性炭繊維の端部の脱落。

切断などが起こる可能性があり、高温負荷ツを命テヌ）
・において若干の容量低下がみられる。

このように特性的に本発明電気二重層キャパシタは優れ
、さらには製造する観点からも、分極性電極が打抜きの
ような簡易な操作で可能になり、製造時の活性炭の脱落
もないことから、容量ばらつきも非常に小さくなる。

以」−のように本発明によると、高性能、高容量。

小型大容量平板キャパシタが簡易な製造法で得ら１４べ れ、しかも特性ばらつきを最小限におさえてつくること
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は従来の電気二重層キャパシタの構成を示
す図、第１図（ｂ）、　（Ｃ）は同じ〈従来の電気二重
層キャパシタの製造法を示す図、第２図は活性炭繊維の
製造法を示す図、第３図は本発明による電気二重層キャ
パシタの製造法の一例を示す図、第４図は同じく本発明
による電気三重層キャパシタの構成を示す図である。 １ｏ・・・・・・活性炭繊卸゛、１１・・・・・Ａ１層
、　１２゜１３・・・・・・二層構造物、１６．１５・
・・・・ケース。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 第４図 （５ｆｆ　１０　／４ ＼　　ｌ／／

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）主に炭素繊維や活性炭繊維で構成された分極性電
   極と、その１４而に形成された金属電極と、前記分極性
   電＋ｉ＜の他面側に設けられた電解質とを有することを
   特徴とする電気二重層キャパシタ。 （２）分極性電極の片面に形成された金属電極が外装ケ
   ースの半区分を兼ねた第１電極に接し、かつ分極性電極
   の他の片面に、電解質が含浸されたセパレータを介し、
   外装ケースの他の半区分を兼ねた第２電極が対向してい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電気二
   重層キャパシタ。 （３）２つの分極性電（ケがそれぞれの金属電極が形成
   された而を外側にして対向するとともに、２つの分極性
   電極間には電解質が含浸されたセパレータが介在し、か
   つ２つの分極性電極にそれぞれ形成された金属電極のう
   ちの一方の電極は外装ケースの半区分を兼ねた第１電極
   に接し、他方の電極は外装ケースの他の半区分を兼ねた
   第２電極に接していることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の電気二重層ギャパシタ。 （４）第１電極と第２電極がガスケツ！・を介し互いに
   接合していることを特徴とする特許請求の範囲第２項せ
   たけ第３項記載の電気二重層キャパシタ。 （６）金属型（享がプラズマまたはアーク溶射により形
   成された溶射金属からなることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項または第２項まだは第３項記載の電電二重層
   キャパシタ。 （６）溶射金属がＡｌ、　　Ｎｉ、　　ＣｕおよびＺｎ
   からなるグループのなかから選択された少なくとも１種
   からなることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の
   電気二重層キャパシタ。 （ア）分極ｔＩＡ電極表面の単位面積当りの溶射金属の
   重量が０．０６〜５００　ｍ’ｉ　／　ｃａの範囲にあ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第を項記載の電気二
   重層キャパシタ。 （８）炭素繊維がフェノール系活性炭繊維化・らなるこ
   とを特徴とする特πＩ′請求の範囲第１項記載の′市気
   二重ｊヴｊキャパシタ。