JP2000124080A - 電気二重層キャパシタ−の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の、作製した電気二重層キャパシターの両
電極間に速やかに一定時間電圧を印加する方法では、容
量保持比率を向上することができるが、放電容量比率が
減少してしまうという問題があった。 【解決手段】電解液を注液した完成直後の電気二重層キ
ャパシターを、４０℃以上の温度で４０時間以上保持
し、室温に戻した後、正極と負極間に一定時間電圧を印
加することによって、容量保持比率を向上させ、同時に
放電容量比率を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気二重層キャパ
シターの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種電子機器にはマイコンやＩＣ
メモリが広く利用されるようになった。これらの電子機
器においては、停電や電源電圧の一時的な低下により、
誤作動を起こしたりメモリの記録が失われる危険性が常
につきまとう。そこで電源にトラブルが生じた場合に作
動する、いわゆるバックアップ電源を使用することが考
えられた。かってはバックアツプ電源には、ニツケルカ
ドミウム電池やアルミ電解コンデンサーが使用されてき
たが、最近の半導体技術の進歩の結果、バックアップ電
源の放電容量は少なくてすむようになってきた。そこ
で、数ファラッドという容量をもち、しかもサイクル特
性や急速充電に優れた電気二重層キャパシターが、バッ
クアップ電源に用いられるようになった。

【０００３】電気二重層キャパシターは、２つの固体電
極と電解液とから構成され、２つの固体電極間に直流電
圧を印加すると、プラス側に分極した電極には陰イオン
が、またマイナス側に分極した電極には陽イオンが静電
的に引き寄せられ、電極と電解液の界面には電気二重層
といわれる空間電荷層が形成される、という原理を利用
したものである。固体電極には、通常活性炭のような高
比表面積をもつ材料を使用している。電気二重層キャパ
シターでは、充放電においては、電解液中のイオンの電
極表面への吸脱着のみが生じるため、充放電サイクルの
繰り返しによる性能劣化は非常に少ない。

【０００４】このような電気二重層キャパシターは、お
よそ次のような手順で製造されている。 まず、外装容
器に２つの固体電極とセパレータなどから構成される極
板群を挿入し、次に電解液を注入する。電気二重層キャ
パシターでは、電解液が極板群を構成する正極・負極・
セパレータ間の空所や、それらの内部に存在する細孔を
満たして、内部抵抗を小さくする必要がある。いっぽ
う、電気二重層キャパシターの容量を大きくするために
は、少しでも多くの電極材料を充填する必要があり、極
板群を可能な限り圧迫して外装容器に挿入してる。

【０００５】電気二重層キャパシターの固体電極は普通
シート状で、２つのシート状固体電極をセパレータを介
して巻回し、渦巻き状に積層した極板群を構成し、この
極板群を円筒状の外装容器の内部に加圧された状態で収
納している。

【０００６】電気二重層キャパシターは、極板群を外装
容器に挿入し、電解液を注入し、蓋部を取り付けた後、
出荷される。電気二重層キャパシターを使用する場合、
放電容量比率に加えて容量保持比率が重要である。ここ
で容量保持比率を、充電直後の放電容量に対する充電後
室温で１２時間保存した後の放電容量の比率（単位：
％）と定義する。また、放電容量比率を、１サイクル目
の放電容量に対する当該サイクル数の放電容量（単位：
％）と定義する。キャパシターを組み立てた後、キャパ
シターに一切の通電を行わないで出荷し、一定期間保存
した後使用する場合、１０００サイクル目の容量保持比
率は約８０％まで減少してしまう。

【０００７】そこで、極板群を外装容器に挿入し、電解
液を注入し、蓋部を取りつけた電気二重層キャパシター
の両電極間に、速やかに一定時間電圧を印加することに
よって、容量保持率の減少を防止することが考えられ
た。すなわち、作製した電気二重層キャパシターの両電
極間に、速やかに一定時間電圧を印加する方法によっ
て、１０００サイクル目の容量保持比率を約９０％まで
向上することができるようになった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしこの方法による
と、容量保持率を向上させることが可能であるが、１０
００サイクル目の放電容量比率が約８５％まで減少して
しまうという問題があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明において
は、正極、負極およびセパレータを巻回した極板群と外
装容器と蓋部とを備え、電解液を注液直後の状態で、４
０℃以上の温度で４０時間以上保持した後室温に戻し、
正極と負極間に電圧を印加することによって、上記問題
点を解決するものである。ただし、電気二重層キャパシ
ターは、組立時には正極と負極にはまったく同一の電極
を使用しているため、電解液を注液直後の状態では正極
と負極間の電圧はほぼゼロとなっている。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、巻回した
形状の極板群を備えた電気二重層キャパシターを例とし
て、図１を参照して説明する。

【００１１】図１は電気二重層キャパシターの断面を示
したもので、正極板１と負極板２をセパレータ３を介し
て巻回することで、渦巻き状に積層された極板群４が構
成され、この極板群４が円筒状容器である外装容器５の
内部に加圧された状態で収納されており、６は巻芯であ
る。なお、外装容器５は負極端子を兼ねたものである。

【００１２】次に、極板群４が収容された外装容器５の
開口部から電解液を注入した後、外装容器５の開口部７
をパッキング８を介して蓋９で閉じることによって、電
気二重層キャパシターが完成する。なお、正極板１から
は正極リード線１０が引き出され、正極端子を兼ねる蓋
９に電気的に接続されており、また、負極板２は負極端
子を兼ねる外装容器５に電気的に接続されている。

【００１３】本発明においては、完成した直後の正極と
負極間の電圧を示さない電気二重層キャパシターを、た
だちに４０℃以上の恒温槽に４０時間以上保存し、その
後自然放置で室温まで冷却し、正極と負極間に一定の電
圧を一定時間印加した後、出荷するものである。このよ
うな条件の前処理を行うことにより、１０００サイクル
目の特性が、容量保持比率は９５％以上で、しかも放電
容量比率は９７％以上である電気二重層キャパシターが
得られるものである。

【００１４】

【実施例】本発明の好適な実施例を、巻回した形状の極
板群を備えた電気二重層キャパシターについて説明す
る。

【００１５】［実施例１］作製した電気二重層キャパシ
ター断面を図１に示す。図において、１は正極板、２は
負極板で、共に同じ極板からなっており、フェノール樹
脂を窒素雰囲気中で焼成して得られたカーボン組成物に
結着剤としてのポリフッ化ビニリデンと導電剤としての
アセチレンブラックを添加してペースト状に混練し、こ
れをアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗付し、乾
燥及び圧延して、幅５６ｍｍに切断して帯状としたもの
である。３はセパレータで、幅５９ｍｍのセルロース抄
紙紙からなる。正極板１と負極板２とをセパレータ３を
介して巻回して、渦巻き状に積層された極板群４を構成
する。この極板群４を円筒状容器であるニッケルメッキ
した鉄製の外装容器５の内部に加圧された状態で収納す
る。なお、外装容器５は負極端子を兼ねる。

【００１６】次に、極板群４が収容された外装容器５の
開口部から、プロピレンカーボネート（ＰＣ）に１ｍｏ
ｌ／ｌの四フッ化ホウ酸アンモニウム（ＮＨ₄ＢＦ₄）を
添加した電解液を６ｍｌ注入する。

【００１７】最後に、外装容器５の開口部７をパッキン
グ８を介して蓋９で閉じることによって、電気二重層キ
ャパシターが完成する完成した電気二重層キャパシター
を直ちに恒温槽中に入れて一定時間保存した。ここで、
保存温度範囲を３０℃〜７０℃、保存時間を３０ｈｒ〜
５０ｈｒとして、保存温度と保存時間をいろいろ組み合
わせて保存し、恒温槽から取り出して３時間空冷して室
温に戻し、正極と負極間に ２．５Ｖの電圧を１２時間
印加した。その後充放電サイクルを繰り返し、１０００
サイクル目の容量保持比率と放電容量比率を求めた。そ
の結果を表１に示した。

【００１８】

【表１】 その結果、保存温度が４０℃以上で保存時間が４０時間
以上の場合に、１０００サイクル目の容量保持比率が９
５％以上で、放電容量比率が９７％以上になることが示
された。

【００１９】また、表１のテスト番号１２（保存温度４
０℃、保存時間５０時間）の場合の、充放電サイクル数
と放電容量比率の関係を図２に、また充放電サイクル数
と容量保持比率の関係を図３に示す。放電容量比率はサ
イクル数の初期には１００％であるが、１０００サイク
ル目には９８％となった。また、容量保持比率はサイク
ル数の初期には約８０％であるが、１０００サイクル目
ではほぼ１００％に近い値となった。

【００２０】なお、保存温度は４０℃以上でよいが、電
解液の沸点以下にすることが好ましいし、使用材料の融
点以下にする必要があることはいうまでもない。また、
保存時間は４０時間以上でよいが、あまり長時間保存し
ても特性に対する効果は変わらないし、長時間保存する
ことによって生産性が低下するという問題が生じるた
め、保存時間は６０〜１００時間が好ましい。

【００２１】また、室温に戻した後印加する電圧は、２
Ｖ〜３Ｖの範囲なら効果は同じであるが、２．０Ｖ〜
２．７Ｖの範囲が好ましいし、電圧を印加する時間も、
１〜２４時間の範囲なら効果は同じであるが、１〜１２
時間の範囲が好ましい。

【００２２】なお、電気二重層キャパシターのとして
は、通常は上述の巻回した形状の極板群を使用している
が、本発明はこれに限定されるものではなく、その他に
も例えば平板状の極板を多数積層した極板群を使用した
電気二重層キャパシターにも応用可能である。

【００２３】また、電極に使用する活物質としては、実
施例で述べた活物質に限定されるものではなく、大きな
表面積をもつあらゆる種類の炭素材料を使用することが
できる。さらに、活物質に大きな表面積をもつ炭素材料
を使用した電気二重層キャパシターにおいては、通常は
有機電解液が使用されているが、必ずしも有機電解液に
限定されるものではなく、電極の集電体などに適当な材
料を選択すれば、例えば２〜３ｍｏｌ／ｌの濃度の硫酸
などの、水溶液電解液を使用することも可能である。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、正極、負極およびセパレータ
を巻回した極板群と外装容器と蓋部とを備えた円筒型電
気二重層キャパシターの製造方法に関するもので、作製
した電気二重層キャパシターの両電極間に、速やかに一
定時間電圧を印加することによって、１０００サイクル
目の容量保持比率を約９０％まで向上することができる
が、この方法によると１０００サイクル目の放電容量比
率が約８５％まで減少してしまうという問題を解決する
もので、電解液を注液直後の正極と負極間の電圧を示さ
ない完成直後の電気二重層キャパシターを、４０℃以上
の温度で４０時間以上保持し、室温に戻した後、正極と
負極間に一定時間電圧を印加することによって、１００
０サイクル目の放電容量比率を９５％以上まで向上さ
せ、同時に容量保持比率を９９％まで向上させるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる電気二重層キャパシターの断面構
造を示した図。

【図２】本発明になる電気二重層キャパシターの、充放
電サイクル数と放電容量比率の関係の一例を示した図。

【図３】本発明になる電気二重層キャパシターの、充放
電サイクル数と容量保持比率の関係の一例を示した図。

【符号の説明】

１ 正極板 ２ 負極板 ３ セパレータ ４ 極板群 ５ 外装容器 ８ パッキング ９ 蓋

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水谷 実 京都市南区吉祥院西ノ庄猪之馬場町１番地 日本電池株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電解液を注液直後の状態で、４０℃以上の
   温度で４０時間以上保持した後室温に戻し、正極と負極
   間に電圧を印加することを特徴とする、電気二重層キャ
   パシターの製造方法。