JPS6064422A - 電気二重層キヤパシタおよびその製造法 - Google Patents

電気二重層キヤパシタおよびその製造法

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JPS6064422A
JPS6064422A JP58172123A JP17212383A JPS6064422A JP S6064422 A JPS6064422 A JP S6064422A JP 58172123 A JP58172123 A JP 58172123A JP 17212383 A JP17212383 A JP 17212383A JP S6064422 A JPS6064422 A JP S6064422A
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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、活性炭を分極性電極に用いる電気二重層キャ
パシタおよびその製造方法に関する。
(従来例の構成とその問題点) 本発明の関連する電気二重層キャパシタは、その比表面
積の大きな活性炭を分極性電極として用いるものであシ
基本構成は第1図に示すものである。すなわち一対の分
極性電極1.2と導電電極3.4、セ・ぞレータ5とか
ら構成される。従来のこの種のキャパシタとしては次の
二種が存在する。
第1のものは、第2図に示す構造のものであシ、アルミ
ニウムのような金属ネット6の上に、活性炭とフッ素樹
脂粉末、アセチレンブラック、その他の有機バインダと
から成るペースト7を担持し、電解質を含浸したセ・ぐ
レータ8とともに捲回し、全体をアルミニウムケース9
に保持した構造のものである。10は電極リード、11
はゴムキャップである。また第2のものは第3図に示す
構造を有する本発明者らの考案したもので(特開昭55
−99714号)、活性炭繊維布12上の金属電極13
と、電解液を含浸したセー千レータ14とがら成シ、絶
縁性ガスケット15を介したケース16.17中に保持
した構造のものであり、平板型に構成されるものである
前者は比表面積の大きな活性炭粉末が、後者は比表面積
の大きな活性炭繊維布が、それぞれ分極性電極として機
能する。特に後者は無バインダーで強度を有する活性炭
繊維布がそれ自身で分極性電極として機能するため、単
位体積あたりの容量が前者のものよシも1.5〜3倍大
きくなシ、かつその構成上平板コイン型の形状が可能で
あυ、近萎のマイクロエレクトロニクス機器のバッファ
デ用素子として最適である。
このような電気二重層キャ/J’シタの特性としては、
容量、内部抵抗、漏れ電流、が主にあげられる。第4図
は、電気二重層ギヤ/4’シタの等価回路を示すもので
あり、1個の微少キャパシタに分けて考えた場合、導電
電極自身の抵抗および導電電極と分極性電極との接触抵
抗、に起因する抵抗二R,、分極性電極内部の抵抗、R
2、電気二重層容量:C1電解液の有する抵抗:R3の
ように考えられる。すなわち、R,はアルミニウム電極
自身および、アルミニウムと活性炭との接触に起因する
抵抗分であり、R2は各キャ・母シタ要素から、アルミ
ニウム極にまで容量を取出す時に影響する活性炭層自身
の抵抗になる。
前述の活性炭粉末を分極性電極として用いるキャi4シ
タでは、活性炭層中にアセチレンブラックが含有されて
おり、活性炭層自身の抵抗が低いだめ、R2は非常に小
さい。これに対して、活性炭繊維を分極性電極として用
いる型のものは、次のようにR2が大きくなりそのまま
では内部抵抗が大きくなってしまい、強放電には適さな
い。第5図は活性炭繊維の製造プロセスを示すものであ
シ、活性炭繊維は原反を炭化する工程へとさらに賦活す
る工程Bとから成る。ここで炭化された繊維は電気抵抗
が低いが、比表面積が小さく分極性電極として適さない
。さらに賦活された活性炭繊維は比表面積が1000〜
2500m2/gと非常に大きく分極性電極として適す
るが、それ自身の電気抵抗も大きくなシ、前述のR2が
大きくなる。第6図は、これらの模式図を示すものでa
の粉末活性炭を用いたものでは、個々の活性炭粒子20
の間に導電性のアセチレンシラ、り21が介在し、アル
ミニウム電極22と離れた部分23の容量も、活性炭層
24の導電性のために充分取出される。
これに対し、第6図(b)で示す活性炭繊維を用いた型
のものでは、活性炭繊維27自身の電気伝導1隻が低い
ため、アルミニウム電極25から離れた部分26の容量
取出しが困難になり、結局見掛けの容量が小さくなる。
これを克服するために、例えば活性炭繊維表面にカーボ
ン粒子を担持させる方法なども考えられるが(特願昭5
7−177938号)特性、製法、両面から限度があり
、さらに改善の余地がある。
第1表は、既述の従来例の代表的なキャパシタの内部抵
抗を示すものである。ただしいずれも1、8 V I 
Fの定格のもの。
第 1 表 (発明の目的) 本発明は、上記の活性炭繊維を分極性電極として用いる
電気二重層キヤ・ぐシタの内部抵抗をさらに低くするこ
とと目的とするものである。
織布のような構成体を分極性電極として用いる電気二重
層キャパシタで1わる。
本発明によれば、分極性電極体の厚さ方向、面積方向、
全域に導電性綿体が織込まれているため特に厚さ方向で
の容量の取出しが有効になシ、導電電極と分極性電極と
の電気的接触も良好になるため、前述のR1、R2が大
巾に従来のものよシ低減され、内部抵抗の低い、電気二
重層キャパシタが提供される。
(実施例の説明) 第7図は本発明の分極性電極のいくつかの例を模式的に
拡大して示したものである。いずれの場合も導電性綿体
30と活性炭繊維31とで構成されている。第7図(a
)は活性炭繊維を縦糸に、タンタル線を横糸に用いて平
織りに構成されたものである。第7図(b)は同じ平織
シであるが、縦、横糸ともにほとんどが活性炭繊維で織
られているが、一部タンタル線を用いているものであり
、このような構成でも本発明の目的は達成される。第7
図Cc)は直径2μmの一次繊維33と直径211mの
クンタル線34とを適凸な割合で撚シ合わせてつくった
直径500μmの二次撚線であり、これを縦・横糸に用
いて、平織りにするものである。第7図(d)はタンタ
ル線と活性炭繊維とをフェルト状に混合したものであシ
、このように、不織状態に構成してもよい。
第7図(、)はタンタル線と活性炭繊維とを三次元織シ
したものであり、三次元織りによって導電性綿体と繊維
との電気的接触がよシ確実になυ本発明の効果はさらに
大きくなる。
このような分極性電極の製造方法は、次の2つの種類に
分けられる。すなわち、予め、導電性綿体と未賦活繊維
とを混繊しておき、これを賦活する方法、賦活した繊維
布の中に導電性綿体を織込む方法である。用いる導電性
綿体としては、種々考えられるが、前者の場合、賦活温
度以上に融点を有する金属、例えば、タンタル、チタン
、ニクロムなどが適当であり、後者の場合は、アルミ、
炭素繊維などが適当である。
第8図は本発明の有効な機能を模式的に示すものである
。すなわち比較的抵抗の高い活性炭繊維35の間に低抵
抗の導電性綿体36が織シ込まれているため、活性炭繊
維層全体37の集電が良好に行なわれ導電層38への容
量取出しが優れる。
この結果、次の実施例に示すように、キヤ・ぞシタの内
部抵抗が低くなり、容積あたりの容量値も大きくなる。
次に本発明の具体的実施例をいくつか述べる。
(実施例−1) 直径4μmのカイノール繊維を撚9合わせて直径500
μmの二次繊維としたものを横糸にし、直径500μm
のクンタル線を縦糸にし、平織りに織る。できた布をプ
ロパン燃焼がス中850℃に保ち賦活する。布の片面に
プラズマ溶射法ニより厚さ100μmのアルミニウム1
−を形成シ、直径10III+I+の円状に打抜く。こ
の電極2枚と、ポリプロピレン製セノNレータ(厚さ1
00μm)1枚、電解波としてプロピレンカーゴネート
、テトラエチルアンモニウムノe−クロレートヲ用いて
第3 図に示す平板状キャパシタを構成する。
(実施例−2) 直径4μmのカイノール繊維と、直径10μmのチタン
線とを撚合わせて直径500μmの二次繊維をつくる。
この繊維を縦・4.:、+7糸に用いて、紋織シで織る
。できた布をプロ・やン燃焼ガス中850℃に保ち賦活
する。布の片面にプラズマ溶射法により厚さ100μm
のアルミニウム電極層を形成し、実施例−1と同じ方法
でキャパシタを組立てる。
(実施例−3) 実施例−2で用いた直径500μmの撚υ線と直径50
0μmのチタン線とを第7図(e)に示すように三次元
織りし、布を形成する。これを850℃7’口・eン燃
焼がス中で賦活し、布の片面にプラズマ溶射法により厚
さ100μmのチタン電極層を形成し、実施例−1と同
じ方法でキャノシタを組立てる。
(実施例−4) 直径500μmのカイノール紡績糸を用いた布を850
℃プロ/ぞン燃焼ガメ中で賦活する0この賦活布に直径
300μmのアルミニウム線を織込み、片面にアルミニ
ウムプラズマ溶射層を形成スる。直径10mmの円形に
打抜いた電極と、セパレータ、電解液とからキャパシタ
を構成する。
さらに本発明の別の実施例として、電解液に硫酸水溶液
を用いた場合を次に示す。
(実施例−5) 直径10μmのチタン線と直径4μmのカイノール繊維
とを混ぜ合わせて直径500μmの紡績糸とする。これ
を縦・横糸に用いて平織シによシ布を形成する。850
℃プロパン燃焼ガス中で賦活後、布の片面にチタン層を
プラズマ溶射により形成する。この布を3α×10ct
nのたんざく状に切り、第9図に示すように、この電極
2枚40゜41と、ポリプロピレンセ・ぞレータ42、
濃度0、1 mol/lの硫酸水溶液43をケース44
に入れ電気二重層キヤ・ぐシタを構成する。なお、45
・46はリード線である。
第2表は、以上の5つの実施例の本発明電気二重層キー
Vパシタの特性を示すものである。同表に比較のために
それぞれの実施例に対応する従来構成の電気二重層キャ
ijシタの特性を示す。
なお本実施例では述べなかったが、布の織り方は朱子織
シ、斜文織シなども効果がある。さらに導電性電極とし
て溶射層のかわりにカーi?ンペースト層を用いてもよ
い。
第 2 表 (発明の効果) 以上に記載のごとく、本発明によれば、分極性電極内の
内部抵抗が小さくなるために、電気二重層キャノeシタ
の内部抵抗が低くなるとともに、容量取出し効率が改善
され従来と同容積の素子でも大容量を取出すことが可能
になる。また電極自身の強度もよシ強くなシ製法上の取
扱いも容易になる。
よって本発明の工業的価値は非常に大なるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明電気二重層キヤ・ぞシタの基本構成図、 第2,3図は従来の電気二重層キャiRシタの構成例を
示す図、 第4図は、電気二重層キャパシタの等価回路を示す図、 第5図は、活性炭繊維の製造プロセスを示す図、第6図
は、従来の電気二重層キャパシタの分極性電極部の拡大
模式図、 第7図は、本発明電気二重層キヤ・ぐシタに用いる分極
性電極のいくつかの種々を示す図、第8図は、本発明の
機能効果を示す模式図、第9図は、本発明実施例の電気
二重層キヤ・ぐシタの構成例のひとつを示すものである
。 30 、3’6・・・導電性腺体、31.35・・・活
性炭繊維、33・・−次繊維、34・・・タンタル線、
37・・・活性炭繊維層全体、38・・・導電層、40
.41・・・N極、42・・ポリプロピレンセパレータ
、43・・・硫酸水溶液、44・・ケース、45 + 
46・・・IJ−ド線。 特許出願人 松下電器産業株式会社 代 理 人 星 野 恒 司 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図 (a) (b) 第8図 第9図

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)活性炭繊維と導電性腺体とから成る織物。 不織布のような構成体を分極性電極として用いる電気二
    重層キヤ・ぞシタ。
  2. (2) 上記構成体が、活性炭繊維と導電性腺体を適当
    に組合わせて、平織り、綾*シ、朱子織シ、斜文織シ、
    三次元織シ、のいずれかの方式で織られてできた布であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の電
    気二重層キャノソシタ。
  3. (3)上記導電性腺体が、活性炭の賦活温度よりも高い
    融点を有する物質であ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ノセシタ。
  4. (4)上記導電性腺体が、タンタル、チタン、ニクロム
    、のうちのいずれか、またはその合金であることを特徴
    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。
  5. (5)上記活性炭繊維が、フェノール系、レーヨン系、
    ピッチ系、PAN系のいずれかの繊維からつくられたも
    のであ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/−、Oシタ。
  6. (6) フェノール系、レーヨン系、ピッチ系、PAN
    系いずれかの繊維と、導電性腺体とを適当に組合わせて
    布を織シ、この布を炭化賦活し、さらに適当な形状に加
    工して分極性電極とすることを特徴とする電気二重層キ
    ヤ・センタの調造法。
  7. (7)上記炭化賦活した布の表面に、プラズマ溶射、炎
    溶射などの方法により金属層を形成して集電層とするこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第(6)項記載の電気二
    重層キヤ・ぐシタの製造法。
  8. (8)上記炭化賦活した布の表面に、導電性ぜインド塗
    布によシ導電性層を形成して集電層とすることを特徴と
    する特許請求の範囲第(6)項記載の電気二重層キャノ
    jシタの製造法。
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