JPS63151009A - 電気二重層コンデンサ - 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】 産業上の利用分野 本発明は、電気二重層コンデンサに係り、詳しべは分極
性電極の性能を改善したものに関する。

従来の技術 電気二重層コンデンサは、従来のコンデンサに比較して
単位体積当たり数千倍にも及ぶ静電容量を持っているた
め、コンデンサと電池の両方の機能を有することかでき
、例えば後者よりの応用例としてバンクアップ用電源に
用いられている。

電気二重層コンデンサは、例えば第１図に示すように、
非電子伝導性かつイオン透過性の多孔質セパレータ１を
介して活性炭と電解質溶液からなる１対の分極性電極２
．２°を設け、これらのそれぞれの分極性電極に電子伝
導性かつイオン不透過性の導電性集電電極３．３゛を設
けて基本セルを構成し、この基本セルをゴム４．４”で
封止した構造を有するものである。これにより導電性集
電電極３．３゛に電圧を印加したとき、多孔質セパレー
タ１を通して電解質溶液のイオンをプラス、マイナスの
電荷に分離し、導電性集電電極３．３゛との間にそれぞ
れ電気二重層を形成させることを可能にし、その動作の
信頼性を維持するとともに、取扱の便宜をはかったもの
である。

ところで、分極性電極２．２″には、電解質溶液として
例えば酸、アルカリの水溶液が用いられ、電極材料とし
てこの電解質溶液に化学的に安定であり、比表面積が大
きく、充填密度を高くすることができこれらに正比例し
たコンデンサの静電容量を得ることができる活性炭が用
いられている。

この活性炭は天然材料や人工高分子材料から作られるが
、前者の例としてはヤシガラ活性炭が挙げられる。ヤシ
ガラ活性炭はその産出量が多く、価格が安いことでは優
れているが、その比表面積は１５００ｇ／　ｒｄに過ぎ
ない。一方、人工高分子材料から作られる活性炭には、
フェノール、レーヨン、ポリアクリルニトリル等の樹脂
を炭化賦活した活性炭が挙げられ、その具体例としては
例えばフェノール樹脂のファイバ（繊維）状、クロス（
布）状に加工したものを高温の酸化性ガス（例えば水蒸
気、空気、二酸化炭素等）との気相反応で炭化賦活して
ｔＨＡＨしたものが用いられる。これらの活性炭はその
比表面積が１５００〜２０００ｍ／ｇと天然材料のもの
よりは高く好ましい。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、このような人工高分子材料から作成され
る活性炭は、その形状が原料の形状をとどめたファイバ
状、クロス状であって、その充填密度を大きくできない
という欠点があり、比表面積が大きい割には静電容量が
小さいという問題点があった。

本発明の目的は、比表面積は従来の人工高分子材料から
作られる活性炭とほぼ同じであるが、充填率を高（する
ことができる活性炭を用い、これにより大きな静電容量
が得られるような電気二重層コンデンサを提供すること
にある。

問題点を解決するための手段 本発明は、上記問題点を解決するために、非電子伝導性
かつイオン透過性の多孔質セパレータと、この多孔質セ
パレータの少なくとも一方の側に設けられる球状活性炭
と電解質を主成分とする分極性電極と、これらの多孔質
セパレータと分極性電極とからなる構成体の両側に設け
られる電子伝導性の導電性集電電極とを有する基本セル
を封止した構造を有することを特徴とする電気二重層コ
ンデンサを提供するものである。

次に本発明の詳細な説明する。

本発明における電気二重層コンデンサの分極性電極は球
状活性炭と電解質を主要成分とする。

球状活性炭としては、例えばレゾール型フェノール樹脂
の如き熱硬化性樹脂の球状の粒子粉末を形成し、これを
炭化したあと、賦活して製造したものが例示される。こ
の場合樹脂の球状粒子の粒度分布は０．１〜１００μｍ
の範囲内のものが好ましい。上記レゾール型フェノール
樹脂の縮重合度も各種のものが使用できるが、これらに
限らず他の樹脂で変性した変性フェノール樹脂やその他
の熱硬化性樹脂の球状粒子粉末も使用できる。

この熱硬化性樹脂の球状粒子を炭化し、賦活するには各
種の方法があり、そのいずれも使用可能であるが、例え
ば賦活方法としては大別してガス賦活方法、薬品賦活方
法の二通り挙げられる。前者は各種の高温の酸化性ガス
（例えば水蒸気、二酸化炭素、空気など）との気相反応
で賦活する方法であり、後者は脱水性の塩類や酸く塩化
カルシウム、塩化マグネシウム、塩化亜鉛、リン酸、硫
酸など）と７５０℃以下の温度で反応させる方法である
。これらの方法による一例として水蒸気と塩化亜鉛によ
る賦活炭の細孔分布では、後者が数１０人、前者が１０
Å以下に細孔半径の中心があることが例示される。これ
らのガス賦活方法、薬品賦活方法は併用されることもで
きる。

なお、本発明においては球状活性炭に従来の活性炭を併
用することもできる。

本発明に用いられる電解質は、例えば電解質溶液として
用いられ、この電解質溶液には水溶液系と非水溶液系の
いずれも用いられる。水溶液系には酸、アルカリ、ある
いはそれらの塩を溶解したものが挙げられ、電気伝導度
が０．５工Σ−イト程度以下、分解電圧２．２Ｖ以下の
ものが好ましく、飽和濃度で使用することが好ましいが
これらにかぎるものではない。

非水溶液系にはプロピレンカーボネート、γ−プチルラ
クトン、アセトニトリル等の高誘電率の有機溶媒に例え
ばＬ　＋　Ｃｌ　０４、ＬＩＢＦ４　、Ｌ＋ＡｓＦ６、
ＬｉＰＦ６　、ＬｔＡ　Ｉ　Ｃ１い、　ＣＦ、５Ｏ３Ｌ
ｉ、　ＣＦ、Ｃ００Ｌｔ等のリチウム塩やその他金属ア
ルカリ塩やアンモニウム塩等の無機酸塩を溶解したもの
が挙げられる。

また、本発明に用いられる多孔質セパレータは、その材
質としてはセロハン、ポリプロピレンやポリエチレン等
の高分子材料が挙げられ、形状としては多数の微小な貫
通孔を有する微孔フィルム、ある程度の厚みをもち複雑
な微細孔をもつスポンジ状フィルム、不織布あるいはこ
れらを組合わせたものが例示される。さらにこれらにか
ぎらず、電解液との共存性のよいこと、活性炭が通過し
ないこと、イオン透過性（あるいは気孔率）が大きいこ
と、機械的強度が十分であることの諸性質を満足する材
料も使用することができ、コンデンサ特性の点からは、
漏れ電流の小さいことが必要なものには比較的気孔率の
小さいもの、直列等価抵抗の小さいことが必要なものに
は比較的気孔率の大きいものが好ましい。

また、本発明に用いられる導電性集電電極としては、電
解質溶液に安定な金属箔、導電性ゴム、不浸透処理した
可撓性グラファイト等が例示される。

本発明の電気二重層コンデンサを製造するには、電解質
溶液が水溶液系の場合には、例えば球状活性炭、希硫酸
、少量の糊分を攪拌混合してペーストにしたものを底部
が導電性のゴムと周側部が非導電性ゴムよりなる凹部に
刷り込んだあと、減圧・脱ガスし、多孔質セパレータを
介して向合わせ、加硫して繋ぎ目のないようにゴムで一
体化してセルを完成する。続いて必要な枚数のセルをカ
ンケースの中に導電性接着剤で固定して入れ、カンをか
しめたあとエージングし、リード線を取り付けられるよ
うにするとできあがる。

また、電解質溶液が非水溶液系の場合には、例えば活性
炭を平面状に敷き詰め、これにプラズマ溶射法で片面に
アルミニウム層を形成して導体層とする。ついで所望の
大きさ、形状に打ち抜き、電解液を注入したあと多孔質
セパレータ、ケース、封口板、ガスケントリングを用い
て封口かしめをして単体セルを得る。必要に応じて２．
３個を直列に宙ね、金属ケースに収納し、陽、陰極のリ
ード端子を設けて外装スリーブを被覆して完成する。

本発明における電気二重層コンデンサには、多孔質セパ
レータの画側に分極性電極を有し、それぞれの分極性電
極に集電電極を有する構造のもののみならず、多孔質セ
パレータの片側に分極性電極を有し、この分極性電極と
多孔質セパレータのそれぞれに集電電極を設けたものも
含まれる。

作用 分極性電極の電極材料に球状活性炭を用いたので、一定
体積溝たりの充填数、すなわち充填密度を向上すること
ができ、比表面積の大きい活性炭の特質をより一層良く
発揮させることにより静電容量を顕著に大きくすること
ができる。

実施例 次に本発明の詳細な説明する。

実施例１ 球状のレゾール型フェノール樹脂粉末（粒径分布１０〜
１００　ｐｍンを炭化賦活して得た球状の活性炭粉末の
比表面積はＢＥＴ法により測定したところ、２０００　
ｒｄ　／ｇであった。

この球状の活性炭粉末１ｇと濃度３０％の硫酸２．５ｃ
ｃとを混練して分極性電極ペーストを調製する。

ついで、外径８Ｒ１内径６ｎ、厚さ０．５　ｎのポリ王
チレンゴム製ガスケットと、外径７Ｗｗｌ、厚さ３０μ
ｍのポリプロピレン製のフィルム状の多孔質セパレータ
を用意し、ガスケットの厚み方向中央部に多孔質セパレ
ータを挟持し、ガスケット内部を厚み方向に２分する。

上記多孔質セパレータで２分されたガスケントのそれぞ
れの凹部に上記分極性電極ペーストを充填し、ポリプロ
ピレンとシリコンゴムにカーボンブランクを分散させシ
ートにした導電性シートをこの充填したペースト及びガ
スケント端面に重ね１２０℃、５時間加硫して固着する
。

このようにして得られた電気二重層コンデンサの静電容
量を下記の手順に従って測定する。

第２図に示すように、測定試料の電気二重層コンデンサ
５を供試料端子６．７に接続する。スイッチｓｈを８端
子側に接続させ、３０秒間充電させて端子６．７の電圧
が１８Ｖになった後スイッチＳＷを９端子側に切り換え
、第３図に示すように１ｍＡで定電流放電し、電圧計１
０で１．Ｏｖになった時刻Ｔ、と。

０．５ｖになった時刻Ｔ、とを測定する。これらの測定
値から次式により静電容量Ｃを求め、その結果を表に示
す、なお、第２図中１）は電源、１２は電流針、１３は
可変抵抗器である。

０．５ ここで、Ｃ：静電容量（ファラッドＦ）Ｔ１・Ｔ２：　
　時刻（秒） ｉ：電流（アンペア篩ｐ） 実施例２ 実施例１において、レゾール型フェノール樹脂の球状粉
末にその粒径分布が０．１−１０μｍである粉末を用い
た以外は実施例１と同様にして球状活性炭を得、これを
用いて実施例１と同様にして電気二重層コンデンサを作
成し、その静電容量を実、　　施例１と同様にして測定
した結果を表に示す、なお、レゾール型フェノール樹脂
の球状粉末のＢＥＴ法による比表面積は２０００ｍ／ｇ
であった。

実施例３ 実施例１において、レゾール型フェノ−゛ルＩＩＭＡＭ
の球状粉末にその粒径分布が０．１〜１０μｍであり、
ＢＥＴ法による比表面積が１５０Ｏｎｆ　／ｇである粉
末を用いた以外は実施例１と同様にして球状活性炭を得
、これを用いて実施例１と同様にして電気二重層コンデ
ンサを作成し、その静電容量を実施例１と同様にして測
定した結果を表に示す。

比較例１ 実施例１において、球状活性炭粉末の代わりに、無定形
で粒径分布が１〜１０μｍ　％　ＢＵＴ法による比表面
積１２００ｍ／ｇであるヤシガラ活性炭を用いた以外は
同様にして電気二重層コンデンサを作成し、その静電容
量を実施例Ｉと同様に測定した結果を表に示す。

比較例２ 実施例工において、球状活性炭粉末の代わりに、繊維の
径が１０μｍのフェノールフェルトを活性炭化したフェ
ノール活性炭繊維布（日本カイノール裂）を用いた以外
は同様にして電気二重層コンデンサを作成し、その静電
容量を実施例１と同様に測定した結果を表に示す。なお
、ＢＥＴ法による比表面積は　２０００　ｒｄ　／　ｇ
であった。

（この頁以下余白） 発明の効果 本発明によれば、分極性電極の電極材料に球状の活性炭
を用いたので、従来より使用されている無定形のヤシガ
ラ活性炭、高分子材料の繊維状活性炭、あるいはクロス
状活性炭に比べてその充填密度を向上でき、活性炭の比
表面積が大きいという特質をより一層良く活かして大き
な静電容量の電気二重層コンデンサを提供することがで
きる。

これにより電気部品の小形化をはかることができ、コン
パクト化されている電気製品の部品としてその使用価値
を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電気二重層コンデンサの基本セルを示す断面図
、第２図はその静電容量測定装置の回路図、第３図はそ
の動作説明図である。 図中、■は多孔質セパレータ、２．２”は分極性電極、
３．３′は集電電極である。 昭和６１年１２月１６日

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）非電子伝導性かつイオン透過性の多孔質セパレー
   タと、この多孔質セパレータの少なくとも一方の側に設
   けられる球状活性炭と電解質を主成分とする分極性電極
   と、これらの多孔質セパレータと分極性電極とからなる
   構成体の両側に設けられる電子伝導性の導電性集電電極
   とを有する基本セルを封止した構造を有することを特徴
   とする電気二重層コンデンサ。
2. （２）前記球状活性炭が熱硬化性樹脂の炭化賦活により
   作成された活性炭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コンデンサ。
3. （３）熱硬化性樹脂がレゾール型フェノール樹脂である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の電気二重
   層コンデンサ。
4. （４）前記球状の活性炭の粒径が０．１〜１００μｍで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
   又は第３項記載の電気二重層コンデンサ。