JPS6037113A - 電気二重層キャパシタの製造法 - Google Patents

電気二重層キャパシタの製造法

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JPS6037113A
JPS6037113A JP58144408A JP14440883A JPS6037113A JP S6037113 A JPS6037113 A JP S6037113A JP 58144408 A JP58144408 A JP 58144408A JP 14440883 A JP14440883 A JP 14440883A JP S6037113 A JPS6037113 A JP S6037113A
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double layer
electric double
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棚橋 一郎
敦 西野
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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】 (産業上の利用分野) 本発明は、活性炭繊維を分極性電極とし、電解液に有機
電解液を用いる電気二重層キャパシタの製造法に関する
ものである。
(従来例の構成とその問題点) 第1図は従来の電気二重層キャパシタの基本構成を示す
もので、活性炭層Iと、この活性炭層lの集電電極2と
を単位分極性電極とし、この単位分極性電極を一対とし
てその間に電解液を含浸したセパレータ3を設けたもの
である。この種の電気二重層キャパシタの構成例として
は次の2種がある。
その1番目は、第2図に示すように集電体4としてアル
ミニウム板を加工したエクスパンドメタルまたはパンチ
ングメタルを用い、この集電体40表面に分極性電極5
として活性炭粉末を生成分とし、弗素樹などをバインダ
ーとしたペーストを成型プレスまだは圧延ローラにかけ
担持きせ、セパレータ3を介して一対の集電体4と分極
性電極5を捲回し電解液を注入したものである。
2番目のものは、第3図に示すように活性炭繊維から構
成される布、紙、フェルトなどを分極性電極5とし、集
電体としてアルミニウムのような溶射金属層6を有する
もので、2つの分極性電極に電解液を含浸し、その間に
セパレーク層3が存在する型のものである。
特に後者の型のものは活性炭布片面にアルミニ円状に打
ちぬきセパレータと積層することが可能であり、前者の
ものよりも製造工程が大幅に改善されると共に、ケース
7、ガスケット8を用いることによって、平板、コイン
型の小型大容量キャパシタが実現した。
現在電気二重層キャパシタに用いられる電解液には、 (1) 硫酸などの水溶液系の電解液、(2) プロピ
レンカーボネート(PC)、γ−ブチルラクトン(γ−
BL)等の溶媒に、Et4 NC1104、Bo3 N
ClO4等の電解質を溶かした有機電解液 があげられる。
次に上記電解液(1)及び(2)の長所と短所を述べる
(1)に示す水溶液系のものは、比導電率が10〜JO
−2と(2)に示す有機電解液に比べ1〜2桁高く、内
部インピーダンスの小さいものが出来る。しかし、水の
理論分解電圧が1.’23 Vであるため耐圧の大きな
コンデンサは実現出来ない。また、硫酸等の電解液は、
鉄、ニッケルなどを腐食させるため、ケースとしてこれ
らの材料は使用出来ず、さらに1漏液により回路中の他
部品を傷めるため厳重な封口が必要であシ、小型化に適
さない。
(2)の有機電解液は、水溶液系でないため水と直接反
応するような標準電極電位が卑な電極を用いることがで
きる。また、電解液が安定に存在できる電位範囲が広い
ことがあげられる。例えばLiCdO4を溶解したアセ
トニトリル中での白金電極に対して適用できる安定な電
位範囲は+2.7〜−3.2v(’VB、 scg )
 、 KPF6を溶解させたプロピレンカーボネート溶
液の場合には+3.2 V 〜−3,6V (vs、 
8CE)と言われてお、り、(1)に比べ耐圧が向上す
る。しかしながら、電解液の電気伝導度が水溶液系に比
べ低いため、小型化するとどうしても内部インピーダン
スが太きくなる。また有機電解質中の水の含有量はでき
るかぎり小さくすることが大切であり、水の含有量が多
くなるとコンデンサの耐電圧を低下させ、ひいてはガス
発生を起こす要因の一つと考えられる。このように有機
電解液を用いる電気二重層キャパシタ中の含有水分は、
溶媒、溶質に含まれるものはもとより、分極性電極やセ
ック、レータ中のものもできるだけ少なくする必要があ
る。
従来分極性電極である活性炭繊維の乾燥は、減圧乾燥や
熱風乾燥法で行なわれているが、さらに短時間で効率の
良い乾燥法が要求されている。
(′発明の目的) 本発明は、上記のような有機電解液を用いた場合の含有
水分による耐電圧の低下を改善しようとするものであり
、コンデンサを構成する分極性電極である活性炭繊維あ
るいは七/くレータの効果的な乾燥を行ない、耐電圧を
理論値に近づけた大容量の高性能電気二重層キャノくン
タの製造法を提供することを目的とする。
(発明の構成) 本発明は導電性電極を有する活性炭繊維、活性炭ベース
ドを乾燥する工程と、乾燥した導電性電極を有する活性
炭繊維と活性炭ペーストに、出来得るだけ脱水した有機
電解液を含有させた後、セパソー夕を介して積層し金属
ケースに入れ封口する工程より成り、耐電圧の高い、高
信頼性の電気二重層キヤパシタを得ることが出来るよう
にしたものである。
(実施例の説明) 第4図は本発明の製造法による円筒型電気二重層キャパ
シタの一実施例の製造工程図を示す。
まず分極性電極となる活性炭ペーストを製造するだめ、
活性炭粉末に黒鉛、カーボンブラック、4弗化エチレン
、ポリビニルピロリドンにアルコールを用い、混練りし
てペースト状にしだ後、アルミニウム製のエクスパンド
メタル上に圧延担持し、このものを赤外線を用いて乾燥
後、低湿雰囲気下で有機電解液を含浸し、同雰囲気下で
セパレータを介して捲きこみアルミケースに入れ旧ロケ
ーゾングする。
第5図は本発明の製造方法によるコイン型電気二重層キ
ヤパンクの一実施例の製造工程図を示す。
まず分極性電極である活性炭繊維にプラズマ溶射法等に
よりアルミニウム、銅などの導電性電極を形成し本発明
の方法で乾燥後、低湿雰囲気下で有機電解液を含浸、セ
パレータを介してステンレスケースに入れ、かしめ封口
を行なう。このような工程で特に重要なことは、電解液
、分極性電極、セパレータ中の水分であり、微量な水分
が耐電圧を低下させたり、ガスの発生を起こす一因とな
るので、これらの乾燥をいかに効率よく行なうかという
ことになる。
第6図は以下に示す各種乾燥法により活性炭繊維を乾燥
した時の乾燥時間に対する活性炭繊維の1g当りの重量
減少状況をグラム数で示したものであり、図中、曲線a
、b、c及びdは以下の方法によることを示す。
a:赤外線照射によるもの。
b:熱風循環雰囲気下での赤外線照射によるもの。
C:熱風循環によるもの。
d:減圧乾燥によるもの。
図から明らかなように、bの熱風循環雰囲気下で赤外線
を照射する方法が最も効果的である。この乾燥法は、活
性炭繊維のような比表面積の大きい物質の乾燥に適して
いると考えられる。即ち、076μm〜1000μmの
波長領域の赤外線のエネルギーを吸収した水は分子運動
を起こし、被乾燥物質の表面のみならず内部からも乾燥
が進行する。
即ち、途中の媒体を加熱することなしに瞬間的に物質の
内部捷で均一に加熱でれるので、物質表面を必要以」二
に加熱する必要がない。さらに熱処理時間の大幅短縮、
消費電力の節約、処理温度の精度が高くなること、燃焼
ガスや有害ガスの発生がないことなどの利点を有してい
る。このような特徴をもつ赤外線と、熱風循環による空
気の対流により著るしく乾燥効率が増大する。
実施例1 活性炭粉末(比表面積約10’00m27g )と、黒
鉛、カーボンブランク、4弗化エチレン、ポリビニルピ
ロリドンを加えてできたペーストを、長さ50Il11
1幅3omのアルミニウム製エクスパンドメタル上に圧
延担持式せる。この構成物一対の間にポリプロピレン層
上パレータを介して全体を捲回し、ブロヒレンカーボネ
ートに過塩素酸テトラシアノエチルアンモニウムを溶解
したものを電解液として用いた。
第7図は本発明の方法により作成した電気二重層キャパ
シタと、従来の減圧乾燥法で電極、セパレータを乾燥し
作成したキヤパシタを、2■、30分間印加充電後、1
5mAで定電流放電烙ぜた時の放電曲線を示した。図中
aは本発明によるもの。bは従来品、Cは90%RH雰
囲気下に電極を1時間放置後組み立てたものである。第
7図より明らかに本発明の製造法によるキヤパシタが良
好な放電パターンを示すことがわかると共に、Cのよう
に含有水分の多いものは極めて特性の悪いことがわかる
実施例2 第8図は熱風循環装置付き赤外線照射炉9の構′成を示
す模式図を示し、IOは赤外線ヒータ、Ifはファン、
12は内壁にコーティングしであるジルコニア等の遠、
赤外線照射炉料を示す。
この赤外線照射炉9を用い、導電性電極を有する活性炭
繊維の乾燥を行った。使用した分極性電極は、直径JO
IImの円板状の活性炭繊維に導電性電極としてアルミ
ニウムをプラズマ溶射したものであり、マニラ麻繊維の
セパレータを介して積層し、電解液にはプロピレンカー
ボネート、電解質には過塩素酸テトラシアノエチルアン
モニウム(C2H5)4NC4o4を用いた。
第9図は本発明の方法により作成した電気二重層キャパ
シタと、従来の減圧乾燥法で電極、セパレータを乾燥し
作成したものを2V、30分間印加、充電後15mAで
定電流放電させた時の放電曲線を示した。図中、aが本
発明によるもの、bは従来品、Cは90%RH雰囲気下
に電極を1時間放置後組み立てだものである。図より明
らかに、本発明の製造法によるキャパシタが良い放電パ
ターンを示すことがわかる。また、Cの条件で製造した
ものは、極めて特性が悪く、このキャパシタは、含有水
分量のキャパシタ特性に及ぼす影響力が大であることが
わかる。
実施例3 直径5四φの活性炭繊維に、導電性電極としてカーボン
粒子を導電粒子としたペイントを塗布し、下で乾燥した
分極性電極iセパレータを用い、プロピレンカーボネー
ト、γ−ブチルラクトン、過塩素酸リチウムを電解液と
した二重層キャパシタと、従来のキャパシタと90%雰
囲気下に電極を放置した後組み立てたキャパシタに、そ
れぞれ3vの電圧を30分間印加した後の容量値を印加
前のそれと比較して耐圧特性を調べた結果を表1に示す
表1 表より明らかなように、本発明の製造方法によるキャパ
シタは、含有水分が極めて少なく、良好す耐圧特性を有
する。含有水が多く存在すると、理論的には1.23V
で水が分解しガスを発生するため極めて耐圧特性が悪く
なる。
実施例4 実施例2で示した本発明の製造方法による二重層キャパ
シタと従来のキャパシタの信頼性試験を行なった。試験
は、 ■ 2vで印加、10mAで定電流放電するという充放
電特性を100サイクルくり返す。
■ 80℃±2℃で2.2 Vの電圧を500時間印加
した高温負荷試験。
■ −30℃に500時間放置する低温放置試験1行な
った。
■、■、■試験とも供与サンプルは50個であり、試験
前後における容量、漏れ電流の平均値を表2に示す。表
2より、いずれの信頼性試験においても、本発明の製造
方法による二重層キャパシタの方が従来のものより良好
な結果を得た。
表2 (発明の効果) 以上説明したように、本発明の電気二重層キャパシタの
製造方法に従がえば、電極の含有水分を著るしく小さく
することができ、その結果、キャパシタの耐圧特性を改
善するとともに高信頼性のキャパシタを得ることができ
るという利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の電気二重層キャパシタの基本構成図、第
2図及び第3図はそれぞれ電極捲回型及びコイン型の従
来の電気二重層キャパシタの構成図、第4図は本発明に
よる円筒型電気二重層キャ□パシタの一実施例の製造工
程図、第5図は本発明によるコイン型電気二重層キャパ
シタの一実施例の製造工程図、第6図は活性炭繊維の乾
燥法の違いによる乾燥効率を示す図、第7図は本発明と
従来例との放電特性を示す図、第8図は熱風循環装置付
き赤外線照射炉の構成を示す模式図、第9図は本発明の
方法と従来の方法とによるキャパシタの放電特性を示す
図である。 ■ ・・・・・・・・・活性炭層、 2・・・・・・・
・・集電電極、3・・・・・・・・セパレータ、 4・
・・・・・・・・集電体、5・・・・・・・・・分極性
電極、 6・・・・・・・・・溶射金属層、7 ・・・
・・・・・・ケース、 8 ・・・・・・・・・ガスケ
ット、9・・・・・・・・・赤外線照射炉、10・・・
・・・・・・赤外線ヒ−1’、11・・・・・・・・・
ファン、12・・・・・・・・・遠赤外線放射劇料。 特許出願人 松下電器産業株式会社 第6図 第7図 ゑ電時閉(カ 第8図 1゜ 第9図 、&電時間(わ゛ジ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1) アルミニウム等のエクスパンドメタル上に、活
    性炭粉末に黒鉛、カーボンブラック、4弗化エチレン、
    ポリビニルピロリドンを主成分としたペーストを圧延担
    持して分極性電極とし、これを赤外線を用いて乾燥した
    導電性電極を有する活性炭ペーストに低湿雰囲気下で有
    機電解液を含浸し、その有機電解液を含浸した分極性電
    極2枚を同雰囲気下でセパレータを介して捲き込み、こ
    れを封口ケーシングすることを特徴とする電気二重層キ
    ャパシタの製造法。 (2)赤外線を用いて乾燥した導電性電極を有する活性
    炭繊維に低湿雰囲気下で有機電解液を含浸し、同雰囲気
    下でセパレータを介して積層し、ケースに入れ封口する
    ことを特徴とする電気二重層キャパシタの製造法。 (3〕 赤外線を用いて乾燥される被乾燥物の温度が1
    00℃以上になることを特徴とする特許請求の範囲第(
    1)項及び第(2)項記載の電気二重層キャパシタの製
    造法。 (4)赤外線を用いて行う乾燥を熱風循環雰囲気下で行
    うことを特徴とする特許請求の範囲第(1)項及び第(
    2)項記載の電気二重層キャパシタの製造法。 (5) 導伝性電極を有する活性炭繊維またはペースト
    に有機電解液を含浸し、セパレータを介して積層しケー
    スに入れ封口する工程を露点−20℃以下の空気を流し
    た低湿雰囲気下で行うことを特徴とする特許請求の範囲
    第(1)項及び第(2)項記載の電気二重層キャパシタ
    の製造法。
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