JPS60201614A - 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】 〔技術分野〕 この発明は充電可能な電源用として有用な電気二重層キ
ャパシタに関する。

〔背景技術〕

電気二重層キャパシタは、対向する二つの集電板間にセ
パレータで隔離された一対の電極を配設しその周縁部外
方に絶縁リングを設けてなるユニットを２個積層してブ
ロックとし、このブロックを正極缶と負極缶との間に封
入した簡単な構成からなっており、上記ブロックのユニ
ット数は３個以上の場合もあり、逆にこのブロックとす
る代わりに１個のユニットだけを用いる場合もある。

この種のキャパシタは、これを負極借倒を負極に正極缶
側を正極に充電すると各ユニットの負極借倒の電極が負
に帯電し正極缶側の電極が正に帯電するとともにこの帯
電が１ケ月ないしそれ以上持続して電源としての性能を
発揮し、放電完了後は再び充電することにより上記同様
の性能を発揮する。このことから、近年長時間にわたっ
て使用可能な構成的に簡単な電源として時計やその他各
種の用途に広く応用されつつある。

ところで、上記キャパシタのユニットの製造は、一般に
絶縁リングを負極借倒の上リングと正極缶例の下リング
とで構成して両リングに集電板を接着接合してなるいわ
ゆるグロメットを形成し、両グロメットの凹所に電極を
内填したのち両者間にセパレータを介在させて接着接合
させるという方法を採用している。また、上記電極の内
填にあたつては、電極構成材である粉末活性炭と電解液
とからなる混合物をグロメットの凹所における集電板の
内壁に塗布する方法か、あるいは特公昭５５−４１０１
５号公報にみられるように予め上記混合物を上記凹所に
対応する所定の形状、大きさの金型を用いて加圧成形し
ておき、これを上記凹所に装入するという方法などがと
られていた。

しかるに、これらの方法でつくられるユニットを用いて
なる従来のキャパシタは、これを前述の如く充電したの
ち放電させたとき、電圧が短時間のうちに降下する傾向
がみられ、このため充分に満足できる放電持続時間が得
られないという問題があった。。

〔発明の目的〕

この発明は、上記問題点を解消すること、つまり放電持
続時間の長い放電特性にすぐれる電気二重層キャパシタ
を提供することにある。

〔発明の概要〕 この発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討し
た結果、電極構成材の一種としての活性炭に改良を加え
ることにより、前記問題点を解消できることを知り、こ
の発明をなすに至った。すなわち、この発明の要旨は、
電極構成材として電解酸化ないし電解還元された活性炭
を用いることにある。

以下、この発明を図面を参考にして説明する。

第１図は、この発明に係る電気二重層キャパシタの一例
を示したもので、１はユニット２を２個積層してなるブ
ロック、３および４は上記ブロック１を装填したステン
レス製などの正極缶および負極缶であり、上記正極缶３
の開口部をポリプロピレン製などのガスケット５を介し
て負極缶４側に屈曲し封口することにより、上記ブロッ
ク１を両缶３．４内に封入した構造となっている。

上記ユニット２は、第２図に示すように、ポリプロピレ
ンの如き合成樹脂に少量のゴム質ポリマーとともにカー
ボンの如き導電物質を添加してフィルム成形された二つ
の集電板２１．２１と、この集電板２１．２１間の中央
部に配設された微孔性ポリプロピレンフィルムの如きセ
パレータ２２と、上記集電板２１．２１間に配設されか
つ上記セパレータ２２によって互いに隔離された有機系
ないし硫酸その他の無機系の電解液および活性炭を含む
一対の電極２３．２３と、この電極２３゜２３の周縁部
外方に設けられたポリプロピレンやエチレン−プロピレ
ンゴムなどの合成樹脂製の上下リング２４Ａ、２４Ｂか
らなる絶縁リング２４とで、構成されている。

上記構成のユニット２は、たとえば上記集電板２１．２
１に対してそれぞれ上記の上リング２４Ａおよび下リン
グ２４Ｂを超音波融着させるかあるいは適宜の接着剤を
用いて接着接合した二つのグロメット２５．２５をつく
り、両グロメット２５．２５をそれぞれの凹所に上記電
極２３．２３を内填したのち両者間にセパレータ２２を
介在させて上記同様の手段で融着ないし接着接合させる
ことにより、製造される。

これら製造法において上記電極２３．２３を構成する活
性炭としては、予め電解酸化ないし電解還元されたもの
を使用する。このものはたとえば第３図の如くしてつく
ることができる。

すなわち、浴槽６内に硫酸水溶液７を入れ、これに活性
炭繊維クロス８．８を浸漬して雨間に定電圧電源９によ
り水の分解電圧以下、通常１．０〜１．２ｖ程度の定電
圧を印加する。これにより■側の活性炭繊維クロス８は
電解酸化され、ｅ側の活性炭繊維クロス８は電解還元さ
れる。

このようにして電解酸化および電解還元された両クロス
８．８をそれぞれ所定形状に打抜き成形し、これらを前
記グロメット２５．２５の凹所に内填するとともにこれ
に電解液を注入して電極２３．２３を構成させる。この
ような電極構成とされたユニット２は、電解酸化された
クロス８を有する電極２３が正極缶３側に、また電解還
元されたクロス８を有する電極２３が負極缶４側に、そ
れぞれ位置するように、正負両掻缶３．４内に封入され
る。

上記構成の電気二重層キャパシタにおいては、電極構成
材として用いた活性炭が電解酸化および電解還元されて
その表面が改質されていることによって、充電性にすぐ
れまた充電後の電気二重層の安定性にすぐれるという効
果を有している。

なお、上記効果は、前記電極構成とされたユニット２を
その電解酸化されたクロス８を有する電極２３が負極缶
４側に、電解還元されたクロス８を有する電極２３が正
極缶３側に、それぞれ位置するように、つまり前記とは
逆に正負両極缶３．４内に封入した場合でも、認められ
る。また、前記方法にて電解酸化されたクロス８かある
いは電解還元されたクロス８の一方だけを電極２３．２
３の両構成材として単独で用いるか、さらに一方の電極
２３にのみ上記いずれかのクロス８を使用し他方の電極
２３に従来の未処理活性炭を用いたときでも、少なくと
も従来のキャパシタに比して上記効果は認められる。

しかし、この発明において特に推奨できる態様は、前述
したユニット２における正極缶３側の電極２３の構犠材
として電解酸化されたクロス８を、負極缶４側の電極２
３の構成材として電解還元されたクロス８を、それぞれ
用いる場合であり、この場合がこの発明の前記効果がも
つとも顕著である。

このような効果を得るための前記電解酸化ないし電解還
元において、処理するべき活性炭は前記活性炭繊維クロ
ス８の如き定形性を有する繊維状活性炭に限定されず、
たとえば従来の活性炭粉末あるいは繊維状活性炭を粉末
化したものを水とポリアクリル酸ソーダの如き水溶性バ
インダと混練してシート状に加圧成形したものであって
もよい。

繊維状活性炭は比表面積が大きいため静電容量の向上に
好結果を与える。

電解酸化および電解還元に用いる電解液は前記硫酸のば
か有機系のものであってもよい。電解液の温度としては
、高い程処理時間が短くてすむため好ましい。一般に電
解液の沸点温度まで特に６０〜１００℃程度とするのが
よい。処理時間は通常１０分〜１０時間の範囲でよい。

なお、第３図では、活性炭の電解酸化と電解還元とを同
時に行っているが、■側もしくはｅ側にのみ活性炭を配
置して対極側にＰｔなどの不活性金属を使用し、電解酸
化あるいは電解還元だけを行うようにしてもよい。もち
ろん、この方法によって別々に電解酸化した活性炭、と
電解還元した活性炭とを電極２３．２３の構成材として
組合せ使用できることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

上記説明にて明らかなように、この発明においては、ユ
ニット２の構成要素である電極２３の形成にあたり、電
極構成材として電解酸化ないし電解還元された活性炭を
用いるようにしているから、得られるキャパシタは、こ
れを充電後放電させたときに従来のような電圧の急激な
降下現象がみられず、放電持続時間の長い放電特性にす
ぐれたものとなる。

〔実施例〕

つぎに、この発明の実施例を記載してより具体的に説明
する。

目付量（密度）１１０ｇ／イで厚み０．３５鶴、比表面
積が２，０００ｍ／ｇの活性炭繊維クロスを、第３図の
要領により、電解酸化および電解還元した。電解条件と
しては、電解液として硫酸水溶液を使用し、その温度を
８０℃、電解電圧を１．２　Ｖ、電解時間を４０分とし
た。

このようにして電解酸化および電解還元した二つの活性
炭繊維クロスをそれぞれ直径７．５龍に打抜成形した。

つぎに、直径１０．Ｏｔｍ、厚みＱ、　ｌ　＊璽のポリ
プロピレンと少１１にのゴム質ポリマーとカーボンとか
らなる二つの集電板に、それぞれ外径１０．０ｍｍ、内
径７．８ｍｍ、厚み０．３鶴のポリプロピレン製の上下
リングを超音波融着させた一対のグロメットを用意し、
両グロメットの凹所に上記の打抜成形品を装入しこれに
電解液として３０重量％の硫酸水溶液をそれぞれ６μ！
注入して電極を構成した。しかるのち、両グロメットを
雨間にセパレータとして直径８．５ｍｍ、厚み０．０２
５１１１１のポリプロピレン徽孔性フィルムを介在させ
て超音波融着させることにより、ユニットを製造した。

このユニットを２個（一方のユニットの電解酸化された
活性炭繊維クロスを有する電極と他方のユニットの電解
還元された活性炭繊維クロスを有する電極とが対向する
ように）積層してブロックとし、これを一方のユニット
の電解酸化された活性炭繊維クロスを有する電極が上側
となるように内径１０．６鶴のステンレス製の負極缶に
装填した。

ついで負極缶の開口部にポリプロピレン製ガスケットを
介して内径１１．１　ｆｉのステンレス製の正極缶を嵌
合するとともに、正極缶の開口部を内方に屈曲して封口
することにより、第１図に示される如き総高が２．０鶴
のこの発明に係る電気二重層キャパシタを作製した。

このキャパシタを１．８■の定電圧で３０分間充電した
のち、直ちに１ＭΩ放電を行って作動電圧が１．ＯＶに
なるまでの放電持続時間を測定した。

また、上記充電後熱負荷の状態で２０℃で２日間放置し
たのちの開路電圧を調べた。これらの結果は、下記の表
に示される通りであった。なお、表中の比較測高とは、
比表面積が１，５００ｒｒｒ／ｇの未処理の粉末活性炭
４０重量部と３０重量％の硫酸水溶液６０重量部との混
合物を所定形状の金型を用いて直径７．５ｍ、厚み０．
３５　ｍｍに加圧成形して電極を形成し、この電極を用
いて前記実施例と同様にして作製した従来のキャパシタ
の上記同様の試験結果である。

以上のように、この発明によれば、放電持続時間が長く
、また上記試験結果からも明らかなように、開路電圧の
大きな電気二重層キャパシタを提供できるものであるこ
とがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の電気二重層キャパシタの一例を示す
半部断面図、第２図は上記キャパシタのユニットの構成
を示す断面図、第３図は上記ユニットの電極の形成に用
いる活性炭の電解酸化および電解還元の方法を示す概略
図である。 ２・・・ユニット、３・・・正極缶、４・・・負極缶、
８・・・活性炭（繊維クロス）、２１　．２１・・・集
電板、２２・・・セパレータ、２３．２３・・・電極、
２４・・・絶縁リング 特許出願人　日立マクセル株式会社 第１０ 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）対向する二つの集電板間にセパレータで隔離され
   た一対の電極を配設しその周縁部外方に絶縁リングを設
   けてなるユニットを正負両極缶内に少なくとも１個封入
   した電気二重層キャパシタにおいて、上記電極の構成材
   として、電解酸化ないし電解還元された活性炭を用いた
   ことを特徴とする電気二重層キャパシタ。