JPS63261815A - 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 この発明は、活性炭を分極性電極として用いる電気二重
層コンデンサに関するものである。

従来の技術 従来、この種の電解液を利用した電気二重層コンデンサ
の電極体は、活性炭粒子をプレス成型したり適当なバイ
ンダーと練合したものを集電体金属上に塗布して作られ
ていた。また、活性炭繊維を用いる場合には活性炭繊維
上にアルミニウムの溶射層を作り、ケース材料として強
度のあるステンレススチールからなる電極ケースとアル
ミニウムの溶射層をスポット溶接し電甑体を作る方法が
知られていた。

発明が解決しようとする問題点 このような集電体の電気二重層コンデンサにおいては、
有機電解液を用いる場合、電解液の溶媒としてプロビレ
／カーボネート、γ−ブチロラクトン、Ｎ、Ｎ−ジメチ
ルホルムアミド、アセトニトリルが使用されるが、これ
らの電解液中においてステンレススチールはアノード分
極した場合に完全な不動態を作らず溶解していた。この
溶解による電流が流れ始める電位は陰極側の溶媒の分解
電位との間で決る２、３〜２．４ｖで、これらの有機溶
媒を用いた電解液中での活性炭の酸化あるいは電解質の
分解電位よシも低いため、ステンレススチールを集電体
とした場合には陽極電位がステンレススチールの溶解電
位で制限され、分極電極と電解液で決定される電気化学
的に安定な電位領域である３ｖを有効に使用することが
できなかった。

例えば、漏れ電流が増加し始める電圧より過剰の７圧を
加えると、陰極活性炭電極中に多量の鉄。

ニッケル等が検出されステンレススチールの溶解と鉄イ
オンの陽極側から陰極側への移行が起ることが確認され
ている。

以上記載したようにステンレススチールは、活性炭分極
性電極と電解液で決定される電気化学的に安定領域であ
る３ｖを有効に使うＫは集電体としては有効ではなく３
Ｖ使用を可能とする高い耐電圧の電気二重層コンデンサ
を得るだめには使用する溶媒の中でアノード分倶を行っ
た場合、分極性電極である活性炭と同程度か、あるいは
それ以上の電位で反応性電流が流れるような材料で且つ
ケース材料として充分な強度のある材料を集電体として
使用する必要があった。しかしこの候補としてチタンの
ようにこれらの′電解液中でも不動態を形成する金属を
集電体として用いた場合、例えば第５図に示すようにス
テンレススチールを集電体とする場合よりも耐電圧は高
くなり、プロピレンカーボネート・テトラエチルアンモ
ニウムバークロレート系の電解液では０．８ｖ程度反応
電流か流れる領域は拡大する。しかし、この場合内部抵
抗の増加が大きくなり、電気二重層コンデンサを使用す
る場合の電圧低下が大きくなるため、実用に供し得ない
問題があった。

この問題点を解決する技術的な手段として、上記電気二
重層コンデンサが使用される際、少なくとも陽極となる
側のステンレスケースが溶射アルミニウムなどによって
形成される導電性電極および電解液に接する面にアルミ
ニウムを被覆する方法が基本的には有効である。この技
術手段による基本的作用は次のようになる。すなわち、
ステンレススチールは電解液と接触してアノード分極し
た場合溶解反応を起すが、電解液との接触面をアルミニ
ウムにすると、アルミニウム上に印加電圧に応じた酸化
皮膜が形成され、−変電圧が印加された領域では反応電
流が流れないため溶解反応を阻止でき、３ｖ印加しても
電気化学的に安定な電気二重層コンデンサを得ることが
できる。また３ｖ程度の低電圧では酸化アルミニウム膜
厚が薄く抵抗が低いため、チタンを用いた場合のような
製品の内部抵抗の上昇は見られない。

この場合、集電体金属は、ケース材料も兼ねているので
、ケース材料としての充分な強度が必要であるが、アル
ミニウムのみでケース材料を構成しようとすると強度的
に十分でなく、しかし製品寸法からくるケース材厚の制
約があるからむやみに厚くすることもできない。従って
これらの制約条件下では、ステンレススチールなど外部
端子として電気的接触性に問題のないもので且つケース
材料としての強度を備えたものとアルミニウムの複合化
が妥当である。

ケース材料にステンレススチールを用いる場合は、ステ
ンレス表面にアルミニウム層を形成させる方法としては
第６図に示すような構造で、溶融メッキ、導電性接着剤
による接着、アーク溶射あるいはプラズマ溶射、アルミ
ニウム箔のスポット溶接などが可能であるが、実験の結
果、これらのアルミニウム層形成法は本件の狙いからは
不適当であることが分った。なお、１０はステンレス板
、１１はアルミニウム層である。

この理由は、第６図の矢印で示しだ様にステンレス板１
ｏとアルミニウム層１１の接合界面へ電解液の侵入が起
るためでステンレスの溶解反応を抑制できないことによ
る。また溶融メッキではアルミニウム層に鉄を不純物と
して多量に含むため、鉄を中心に溶解反応が起り、アル
ミニウム層表面にピンホールを生成し、さらに、均一な
層ができず、アルミニウム層を形成した効果がない。従
ってアルミニウム集電体の特性を十分活かすためにはス
テンレスとアルミニウムの接合を電解液が接合界面へ侵
入し得ないような状態で、またアルミニウムの純度を高
く保って実現する必要があった。

本発明はこのような問題点を解決するもので、ステンレ
スケースを用いた場合において、特性を安定に保つこと
を目的とするものである。

問題点を解決するだめの手段 そして上記問題点を解決するための本発明の技術的な手
段は、上記電気二重層コンデンサが使用される際少なく
とも陽極となる側のステンレスケースのアルミニウム導
電性電極および電解液に接する面に、アルミニウムを真
空蒸着、スパッタリングあるいはイオンプレーティング
した後、合金層が形成されない程度に熱処理することに
より結合させる方法によりアルミニウム皮膜を形成する
方法である。これを以降ステンレスとアルミニウムのク
ラツド材と呼ぶ。

作用 上記方法による接合ではアルミニウムから鉄への原子拡
散が起り密着性が極めて高いので、接着界面へ電解液の
侵入が起らず、またアルミニウム層に鉄などアルミニウ
ムより酸化電位が卑な不純物を含まないため、高い電圧
まで電気二重層を安定に形成できるのである。

実施例 第１図に本発明による電気二重層キャパシタの基本構成
を示しており、１はステンレス製の上ケース、２はクラ
ッド接合したアルミニウム層、３は溶射により形成した
アルミニウム層、４は分極性電極、５はセパレータ、６
はステンレス製の下ケースである。

次に、具体的な実施例に基づいて説明する。

実施例１ 第２図に示すようにフェノール系活性炭繊維製の布く厚
さＱ、５ＭＭ、比表面積２０００ｎ”／Ｆ　）からなる
分極性電極４乙の表面に厚さ２５０μｍのアルミニウム
層３をプラズマ溶射法により形成する。この２層構造物
を直径２ｃ′Ｉｎの円板状に打抜き型で抜き取り電極体
を得る。この電極体にプロピレンカーボネートにテトラ
エチルアンモニウムテトラフルオロボーレート１ｏｗｔ
％を加えた電解液を含浸した後、間にセパレータ６を介
在させて重ね合わせ、さらにこれをステンレスＱ、２５
ｊｆｆ。

真空蒸着によシ形成したアルミニウム０．０５１ｆｆｌ
（純度９９．９９％以上）よりなるクラッド材製の上ケ
ース１をアルミニウム層２を内側にして陽極側に用い、
陰極側のステンレスの下ケース６との間に挾み、そして
その上、下ケース１．６の開口端にガスケット７を配置
すると共に、かしめにより封口を行なう。第１表にこの
発明による電気二重層コンデンサの諸特性を示す。同じ
く第１表には比較のだめにステンレスケースだけで封口
する構造のものについて試作したものの特性を示す。

実施例２ 第３図に示すようにやしから活性炭粒子をポリフロンか
らなるバインダーと混練し成型したもの（厚す’ｏ、５
ｓｒａｒ、　比表面積８００　？７１２／　、！ｉ’　
）からなる分極性電極４ｂの表面に、厚さ２５０μｍの
アルミニウム層３をプラズマ溶射法により形成する。

この２層構造物を直径２ｔ７１ｔの円板状に打抜き型で
抜き取り電極体を得る。この電極体にプロピレンカーボ
ネートにテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボー
レート１０ｗｔ％を加えた電解液を含浸した後、間にセ
パレータ５を介在させて重ね合わせ、さらにこれをステ
ンレス０．２５ｍＭ、イオンプレーティングにより形成
したアルミニウム０．０５Ｍ（純度９９．９９％以上）
よりなるクラツド材の上ケース１をアルミニウム層２を
内側にして陽極側に用い、陰極側のステンレスの下ケー
ス６との間に挾み、そして上、下ケース１．６の開口端
にガスケット７を配置すると共にかしめにより封口を行
なう。

第１表にこの発明による電気二重層コンデンサの諸特性
を示す。

実施例３ 第４図に示すようにアクリル系活性炭繊維の布（厚さ０
．６朋、比表面積８００　ｍ”／　ｇ　’）からなる分
極性電極４Ｃの表面に、厚さ２５０μｍのアルミニウム
層３をプラズマ溶射法により形成する。

この２層構造物を直径２７７＋１の円板状に打抜き型で
抜き取り陽極電極体を得る。この電極体に陰極電極体と
して直径２Ｃ１ｎの非分極性電極８を、それぞれの電極
体の間にセパレータ５を介在させ重ね合わせ一組の電極
体とする。この−組の電極体にプロピレンカーボネート
にリチウムフルオロボーレ−）１０ｗｔ％を加えた電解
液を含浸した後、これをステンレス０．２６１１Ｍ、ス
パッタリングにより形成したアルミニウム０．０６ｆｆ
ｆｆ（純９９９．９９％以上）よりなるクラッド材製の
上ケース１をアルミニウム層２を内側にして陽極側に用
い、陰極側のステンレスの下ケースらとの間に挾み、そ
してその上、下ケース１．６の開口端にガスケット７を
配置すると共にかしめにより封口する。

第２表に、この発明による電気二重層コンデンサの緒特
性を示す。同じく第２表には比較のためにステンレスケ
ースだけで封口する構造のものについて試作したものの
特性を示す。

（以下余白） 発明の効果 以上のようにこの発明は、クラツド材を用いてアルミニ
ウム以外に電解液が接触しないようにすることによって
、アルミニウムがその印加電圧に応じて電気化学的に安
定なさらに、ピンホールのない陽極酸化皮膜を形成し且
つその皮膜抵抗が実用上全く問題にならない性質を十分
利用でき、このことによって３ｖ以上の耐電圧を有する
高耐電圧電気二重層コンデンサを容易に得ることができ
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電気二重層コンデンサの一実施例の基
本構成を示す断面図、第２図〜第４図は本発明の具体的
実施例を示す半断面正面図、第６図はチタン、アルミニ
ウム、ステンレスを集を体としだ時の電気二重層コンデ
ンサの電流−電位特性を示す特性図、第６図はケース材
にアルミニウム層を形成した構造を示す断面図である。 １・・・・・・上ケース、２．３・・・・・・アルミニ
ウム層、４・・・・・分極性電極、５・・・・・・セパ
レータ、６・・・・・・下ケース。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名１−
上ケース ？、３・−アルミニウム層 ４゛°−分極・匪を極 ？Ａ１図 第４図 第５図 第６図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素繊維や活性炭繊維や活性炭粉末などよりなる
   分極性電極の片面にアルミニウムで導電性電極を形成し
   、かつ前記分極性電極の他方の面側に電解液を介して対
   向電極を配置して素子とし、この素子を２つで対をなす
   一対のステンレスケース内に収納し、そのステンレスケ
   ースそれぞれに分極性電極上の導電性電極および対向電
   極を電気的に接続させることにより構成され、かつ陽極
   となる側のステンレスケースのアルミニウム導電性電極
   および電解液に接する側の面に、アルミニウムを真空蒸
   着、スパッタリングあるいはイオンプレーティングした
   後、合金層が形成されない程度に熱処理することにより
   結合させたことを特徴とする電気二重層コンデンサ。
2. （２）対向電極として、片面に導電電極を形成した炭素
   繊維や活性炭繊維や活性炭粉末よりなる分極性電極を用
   いた特許請求の範囲第１項記載の電気二重層コンデンサ
   。
3. （３）対向電極として非分極性電極を用い、対向電極を
   陰極として使用する特許請求の範囲第１項に記載の電気
   二重層コンデンサ。