JP2000223373A - 分極性電極及びその製造方法並びに分極性電極を用いた電気二重層コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

分極性電極及びその製造方法並びに分極性電極を用いた電気二重層コンデンサ及びその製造方法

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JP2000223373A
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Takayuki Saito
貴之 齋藤
Yukari Kibi
ゆかり 吉備
Ryuichi Kasahara
竜一 笠原
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気二重層コンデンサにおいて、分極性電極
と集電体との接触抵抗を低減する。 【解決手段】 未架橋の高分子材料と導電性付与材から
なる集電体１Ｂと、粉末状又は繊維状活性炭１Ｃを未架
橋の高分子材料で結合しかつ集電体の少なくとも片側に
配置した分極性電極１Ａとを、電子線照射により架橋し
て一体化する。 【効果】 分極性電極と集電体とを架橋により一体化し
たことにより、分極性電極と集電体間の接触抵抗を小さ
くでき、また、外部より加える圧力も小さくできる。さ
らに、架橋に電子線照射を用いることでプロセスに要す
る時間を大幅に低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は分極性電極及びその
製造方法並びに分極性電極を用いた電気二重層コンデン
サ及びその製造方法に関し、特に電解液として水溶液を
用いる電気二重層コンデンサに用いる分極性電極及びそ
の製造方法等に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気二重層コンデンサは、電荷の蓄積に
分極性電極と電解液の界面に生じる電気二重層を利用し
たコンデンサである。電気二重層の厚さは数ナノメート
ルと非常に小さく、分極性電極に活性炭のような表面積
の大きな材料を用いることで大容量を実現できる。構成
材料に重金属等の有害物質を使用していないことから環
境負荷が少なく、また二次電池のように化学反応を伴わ
ないことから充放電のサイクル寿命に優れている。この
ため、二次電池の代替デバイスとしてマイコンやメモリ
等のバックアップ電源として広く用いられている。
【０００３】また、近年、特公平７−９１４４９号公報
に示されている活性炭／ポリアセン複合材料が発明され
たことや、特開昭５７−６０８２８号公報に示されてい
るようにバインダを用いてアルミ箔上に活性炭層を形成
できるようになったことで大容量・低抵抗化が可能にな
り、エンジンとモータとを併用するハイブリッド自動車
や電気自動車等のエネルギー回生、太陽光発電や風力発
電等の発電変動の緩和、瞬時停電等のバックアップ電
源、モータ起動時のラッシュ電流供給、燃料電池におけ
る負荷変動の緩和等パワーを必要とするさまざまな用途
が顕在化してきた。これらのパワー用途は数百ワットか
ら数十キロワットの電力を数秒間で充放電しなければな
らないため、低抵抗の電気二重層コンデンサが望まれて
いる。
【０００４】電気二重層コンデンサは電解液の種類によ
って、硫酸や水酸化カリウムのような水溶液系と、有機
溶媒と４級アンモニウム塩等の電解質を使用する有機系
に分類され、電気特性、構成材料、構造等が大きく異な
る。水溶液系では耐電圧が有機系の３Ｖに比べ１Ｖと低
いが、電解液の比抵抗が小さいためコンデンサの内部抵
抗を低くできる。また、水溶液系では安価な金属を使用
できないが、有機系ではアルミニウム等の金属を使用で
きる。このため、有機系ではアルミ箔を集電体として分
極性電極を捲く捲回型やステンレス製のコインセル構造
等であるが、水溶液系ではゴムやプラスチック材料を基
本に構成した積層構造である。
【０００５】図７は水溶液系電解液を使用した従来の電
気二重層コンデンサの基本セルの断面図である。分極性
電極２には、表面積が大きく導電性があり、かつ電気化
学的に安定な材料が用いられる。一般的には、比表面積
が５００ｍ2 ／ｇから２５００ｍ2 ／ｇの活性炭粉末
又は活性炭繊維、又は活性炭粉末や活性炭繊維をフッ素
系等のバインダ材で結合したものや特公平７−７０４４
８号公報に示されているように炭素で結合した固形状活
性炭、又は活性炭粉末や活性炭繊維をポリアセンで結合
した活性炭／ポリアセン複合材料である。
【０００６】集電体３は分極性電極２と外部とを電気的
に接続し、電解液の漏れを防ぐためのもので、カーボン
等を添加して導電性を付与したブチルゴムやエラストマ
が使用される。厚さは５００μｍ以下で、比抵抗は１０
Ω・ｃｍ以下のものを使用することが多い。セパレータ
４は一対の分極性電極２が接触により短絡するのを防ぐ
とともに電解質イオンを通すためのもので、不織布や多
孔質フィルムが使用される。材質にポリプロピレンやポ
リエチレン等のプラスチックを使用する場合には親水性
を持たせるために、界面活性剤やシリカを添加する。
【０００７】ガスケット５は一対の集電体２間の接触に
よる短絡と電解液の漏れを防ぎ、形状を維持するための
構造材であり、プラスチックやブチルゴム、エラストマ
ー等が用いられる。ガスケット５にプラスチックを使用
する場合には、集電体２とエポキシ接着剤等で接着す
る。また、ゴムやエラストマーの場合には、特開昭６０
−２１６５２７号公報に示されているように１００〜１
３０℃で加硫させることにより集電体２と結合させる。
水溶液系電気二重層コンデンサでは耐電圧が水の電気分
解によって制限されるため、通常は１Ｖ前後である。こ
のため、使用する電圧に応じて基本セル６を直列に接続
し耐電圧を上げる。このとき、基本セル６を単純に積み
重ねる構造と、特開平６−５４６７号公報に示されてい
るように基本セル間の集電体を共通にしたバイポーラ構
造を有するものがある。
【０００８】分極性電極２が活性炭粉末又は活性炭繊
維、又は活性炭粉末や活性炭繊維をフッ素系等のバイン
ダ材で結合した固形状の場合、粉末や繊維どうしの接触
抵抗や分極性電極２と集電体３との接触抵抗を低減する
ために、１０ｋｇ／ｃｍ2 以上の圧力を印加し、保持
しなければならない。電気二重層コンデンサの内部抵抗
は一対の分極性電極２の対向面積が大きいほど低くなる
が、内部抵抗の低いコンデンサは圧力を保持するための
外装が大きくなり、実用上、使用が困難である。一方、
分極性電極２が、活性炭粉末や活性炭繊維を炭素で結合
した活性炭／炭素複合材料、又は活性炭粉末や活性炭繊
維を炭素で結合した活性炭／ポリアセン複合材料の場
合、分極性電極の比抵抗は数十ｍΩ・ｃｍにまで低下
し、大容量、低抵抗の電気二重層コンデンサを作ること
が可能になった。
【０００９】しかし、活性炭／炭素複合材料や活性炭／
ポリアセン複合材料は剛性が高いため、変形しない。そ
の結果、分極性電極２の平面度が低ければ集電体３との
接触面積が小さくなり、接触抵抗は粉末や繊維状活性炭
に比べて大きくなるという問題があった。このため、従
来、分極性電極２と集電体３との電気的な接続は、外装
ケース等により数ｋｇ／ｃｍ2 程度で加圧・保持した
り、有機バインダ等によって接着することにより保たれ
ていた。
【００１０】例えば、特開平７−１６１５８９号公報や
特開平９−２７０３７０号公報、特開平８−９７１０２
号公報では、導電性接着剤を用いて分極性電極２と集電
体３を接着している。また、特開平３−２８３５２１号
公報、特開平３−２４１８０９号公報に示されているよ
うに集電体３を加熱や溶剤で軟化させたり、特開平３−
０８０５１８号公報に示されているように分極性電極２
の凹凸を緩和する目的で粉末活性炭等を分極性電極２と
集電体３との間に入れたりすることで、分極性電極２と
集電体３との接触面積の向上を図っていた。
【００１１】ところで、高分子材料の架橋や加硫には熱
によるものが一般的であり、上述したように電気二重層
コンデンサの組立にも使われている。しかし、材料を１
００℃以上に加熱する必要があるため、電解液の入った
コンデンサ等では加熱することによる電解液の漏れを防
ぐ必要がある。また、架橋速度が遅いため、時間がかか
ることや、エネルギー消費が大きい等の問題がある。一
方、電子線加速器を用いた高分子材料の架橋、加硫も広
く行われている。
【００１２】特に、近年、電子線照射装置の性能や効率
の向上により、電線等の被覆材やチューブ等の耐熱性向
上、ゴムやタイヤの製造等に使用されている。一般に、
高分子材料に放射線を照射すると架橋と崩壊が起こる。
この場合、材料によって架橋の進む架橋型と崩壊の進む
崩壊型とに分類される。主鎖がビニル型は架橋型であ
り、主鎖がビニリデン型は崩壊型である。
【００１３】具体的には架橋型としてはポリエチレン
（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、クロロプレンゴム
（ＣＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、アクリルゴム（Ａ
ＣＭ）、アクリロニトリル・ブタジエンゴム（ＮＢ
Ｒ）、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＲ）、イソプレ
ンゴム（ＩＲ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢ
Ｒ）、天然ゴム（ＮＲ）、シリコーンゴム、エチレン・
プロピレン共重合体（ＥＰＭ）、エチレン・プロピレン
・ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）、ポリアミド、ポリエス
テル、ポリスチレン、塩素化ポリエチレン（ＣＰＥ）、
及びこれらの複合材料等が知られている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】分極性電極が活性炭粉
末又は活性炭繊維、又は活性炭粉末や活性炭繊維をフッ
素系等のバインダ材で結合した固形状の場合、粉末や繊
維どうしの接触抵抗や分極性電極と集電体との接触抵抗
を低減するために、１０ｋｇ／ｃｍ2 以上の圧力を印
加し、保持しなければならなかった。また、活性炭／炭
素電極、活性炭／ポリアセン電極は剛性が高く変形しな
いため、集電体と接触する面の平面度が高くないと接触
面積が減少し、その結果、接触抵抗が大きくなるという
問題があった。このため、従来、分極性電極２と集電体
３との電気的な接続は、外装ケース等により数ｋｇ／ｃ
ｍ2 程度で加圧・保持したり、有機バインダ等によっ
て接着しなければならなかった。
【００１５】本発明は上述した従来技術の欠点を解決す
るためになされたものであり、その目的は分極性電極と
集電体との接触抵抗を低減することのできる電気二重層
コンデンサを提供することである。また、本発明の他の
目的は外装ケース等による加圧力を小さくすることので
きる電気二重層コンデンサを提供することである。さら
にまた、本発明の他の目的は分極性電極と集電体とを結
合させるプロセスにおけるコストを低減することのでき
る電気二重層コンデンサの製造方法を提供することであ
る。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明による分極性電極
は、未架橋の高分子材料と活性炭とが電子線照射により
架橋されてなることを特徴とする。また、本発明による
他の分極性電極は、未架橋の高分子材料と活性炭とから
なる電極部材と、未架橋の高分子材料と導電性付与材と
からなる集電体部材とを含み、前記電極部材と前記集電
体部材とが電子線照射により架橋して一体化してなるこ
とを特徴とする。そして、前記活性炭は、粉末状又は繊
維状であることを特徴する。なお、前記電子線照射にお
いては、加速電圧が１００ｋＶ以上でかつ放射線量が１
Ｍｒａｄ以上であることを特徴とする。前記電極部材
は、カーボンブラックを更に含んでも良い。
【００１７】一方、本発明による分極性電極の製造方法
は、未架橋の高分子材料と活性炭とからなる電極部材
と、未架橋の高分子材料と導電性付与材とからなる集電
体部材とを含む分極性電極の製造方法であって、前記電
極部材と前記集電体部材との主面同士を接触させるステ
ップと、この接触した前記集電体部材と前記電極部材と
に電子線を照射して前記主面同士を架橋して一体化する
ステップとを含むことを特徴とする。前記電極部材は、
カーボンブラックを更に含んでも良い。
【００１８】また、本発明による電気二重層コンデンサ
は、未架橋の高分子材料と活性炭とからなる電極部材
と、未架橋の高分子材料と導電性付与材とからなる集電
体部材と、未架橋の高分子材料からなるガスケットと
を、電子線照射により架橋して一体化したことを特徴と
する。前記電極部材は、カーボンブラックを更に含んで
も良い。
【００１９】さらにまた、本発明による電気二重層コン
デンサの製造方法は、未架橋の高分子材料と活性炭とか
らなる電極部材と、未架橋の高分子材料と導電性付与材
とからなる集電体部材と、未架橋の高分子材料からなる
ガスケットとを接触させる第１のステップと、この接触
した前記集電体部材及び前記電極部材並びにガスケット
に電子線を照射してこれらを架橋して一体化する第２の
ステップとを含むことを特徴とする。そして、本発明に
よる他の電気二重層コンデンサの製造方法は、前記第１
のステップにおいて前記集電体部材を挟み該集電体部材
の両主面夫々に前記電極部材を接触させ、この接触状態
に対して前記第２のステップにおいて電子線を照射する
ことにより、直列された複数の電気二重層コンデンサを
製造するようにしたことを特徴とする。前記電極部材
は、カーボンブラックを更に含んでも良い。
【００２０】要するに本発明では、未架橋の高分子材料
と導電性付与材からなる集電体と、粉末状又は繊維状活
性炭を未架橋の高分子材料で結合しかつ集電体の少なく
とも片側に配置した分極性電極とを、電子線照射により
架橋して一体化しているのである。
【００２１】また、その電気二重層コンデンサは、未架
橋の高分子材料と導電性付与材からなる集電体と、粉末
状又は繊維状活性炭を未架橋の高分子材料で結合しかつ
集電体の少なくとも片側に配置した分極性電極と、未架
橋の高分子材料からなるガスケットとを、電子線照射に
より架橋して一体化する方法で製造するのである。
【００２２】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の一形態につ
いて図面を参照して説明する。なお、以下の説明におい
て参照する各図においては、他の図と同等部分には同一
符号が付されている。
【００２３】図１は本発明による電気二重層コンデンサ
に用いる分極性電極の実施の一形態を示す図である。同
図を参照すると、電気二重層コンデンサは、未架橋の高
分子材料と導電性付与材からなる集電体と、粉末状又は
繊維状活性炭を未架橋の高分子材料で結合し、かつ、集
電体の少なくとも片側に配置した分極性電極とが、電子
線照射により架橋することで一体化された構成である。
このとき、分極性電極の結合に用いる未架橋の高分子材
料と集電体に用いる未架橋の高分子材料とは同一のもの
でなくてもよい。また、未架橋の高分子材料と導電性付
与材からなる集電体と、粉末状又は繊維状活性炭を未架
橋の高分子材料で結合し、かつ前記集電体の少なくとも
片側に配置した分極性電極と、未架橋の高分子材料から
なるガスケットとを、電子線照射により架橋して一体化
する。これらの電子線照射は、加速電圧が１００ｋＶ以
上で、かつ放射線量が１Ｍｒａｄ以上であることを特徴
とする。
【００２４】また、未架橋の高分子材料には、ポリエチ
レン、ポリプロピレン、クロロプレンゴム、ブタジエン
ゴム、アクリルゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴ
ム、エチレン・プロピレンゴム、イソプレンゴム、スチ
レン・ブタジエンゴム、天然ゴム、シリコーンゴム、エ
チレン・プロピレン共重合体、エチレン・プロピレン・
ジエン共重合体、ポリアミド、ポリエステル、ポリスチ
レン、塩素化ポリエチレン、及びこれらの複合材料を用
いることを特徴とする。
【００２５】次に、より具体的な実施例について説明す
る。
【００２６】まず、実施例１について説明する。図１に
示されている電気二重層コンデンサに用いる分極性電極
１は以下のように製造する。すなわち、活性炭粉末１Ｃ
と未架橋のＰＰ−ＥＰＤＭよりなるオレフィン系熱可塑
性エラストマとを重量比で６０：４０に混合し、厚さ１
００μｍのシート状に成形し、これを６８×４８ｍｍの
長方形に打ち抜き、分極性電極１Ａを得た。使用した活
性炭粉末はフェノール樹脂を原料とし、水蒸気賦活によ
り製造したもので、比表面積は１５００ｍ2／ｇ、平均
粒径は１０μｍである。次に、未架橋のオレフィン系熱
可塑性エラストマーにカーボンブラックを配合して導電
性を付与し、厚さ３０μｍにシート化した後、７６×５
６ｍｍの長方形に打ち抜き、集電体１Ｂを得た。集電体
１Ｂの比抵抗は面方向を４端子法で測定した結果、０．
１Ω・ｃｍであった。分極性電極１Ａを集電体１Ｂの各
辺から４ｍｍの位置に配置して、２００ｋｇの圧力を加
えて仮固定した。電子線の加速電圧を１０００ｋＶ、放
射線量５Ｍｒａｄ照射し、分極性電極１Ａ及び集電体１
Ｂとを架橋により結合し、図１に示されている分極性電
極１が得られる。
【００２７】つまり、図１に示されている分極性電極１
は、図２に示されているフローチャートに従って製造さ
れる。すなわち、まず未架橋の高分子材料と活性炭とか
らなる電極部材と、未架橋の高分子材料と導電性付与材
とからなる集電体部材とを、接触させる（ステップＳ１
１）。この接触させた状態で電子線を照射して架橋して
一体化する（ステップＳ１２）。
【００２８】図３には、電気二重層コンデンサの断面図
が示されている。分極性電極／集電体複合材料１の分極
性電極１Ａを上面にして、分極性電極１Ａ上に３０ｗｔ
％の硫酸を０．３ｃｃ滴下し、周囲を減圧にすること
で、分極性電極１Ａ内に硫酸を含浸した。セパレータ４
には界面活性剤により親水処理したポリプロピレン繊維
からなる厚さ５０μｍの不織布を使用し、３０ｗｔ％の
硫酸を０．２ｃｃ滴下して、染み込ませた。ガスケット
５は外寸７６×５６ｍｍ、内寸７０×５０ｍｍ、厚み２
００μｍの額縁状で、ＡＢＳ樹脂製である。これらを図
３のように配置し、エポキシ接着剤で接着して基本セル
６を得た。基本セル６の両側よりアルミに銅下地を施し
てハンダメッキした端子板８をあて、絶縁ブッシュ９を
介してボルトナットで固定することにより、動作電圧
１．０Ｖの本実施例の電気二重層コンデンサを得た。本
実施例の効果を確認するために、ボルトナットで固定す
るときの、端子板８の両側から加える圧力を０．５、
１．０、２．０、３．０、５．０ｋｇ／ｃｍ2 と変え
て試作した。
【００２９】次に実施例２について説明する。本例で
は、電子線の加速電圧を５０、１００、５００、１００
０、２０００、５０００ｋＶと変えて放射線量５Ｍｒａ
ｄ照射する。これにより、分極性電極１Ａと集電体１Ｂ
とを架橋により結合し、図１に示されている分極性電極
１が得られる。また、電子線の加速電圧を１０００ｋ
Ｖ、照射線量を１、１０、５０Ｍｒａｄと変えて照射
し、分極性電極１Ａ及び集電体１Ｂとを架橋により結合
し、分極性電極１を得た。
【００３０】そして、実施例１の場合と同様にして動作
電圧１．０Ｖの本例の電気二重層コンデンサを得た。電
子線照射の条件以外は実施例１の場合と同様である。加
速電圧は装置を変えて実験した。また、照射線量は１回
の処理を１０Ｍｒａｄとして繰返し行うことで目的の線
量を得た。
【００３１】つまり、図３に示されている電気二重層コ
ンデンサは、図４に示されているフローチャートに従っ
て製造される。すなわち、まず未架橋の高分子材料と活
性炭とからなる電極部材と、未架橋の高分子材料と導電
性付与材とからなる集電体部材と、未架橋の高分子材料
からなるガスケットとを、接触させる（ステップＳ２
１）。この接触させた状態で電子線を照射して架橋して
一体化する（ステップＳ２２）。
【００３２】次に、実施例３について説明する。上述し
た実施例１の場合と同様にして架橋前の分極性電極１と
集電体１Ｂとの両側に分極性電極１Ａを配置した分極性
電極１を製造した。そして、実施例１の場合と同様にし
て、図５のように架橋前の分極性電極１、セパレータ
４、ガスケット５を配置した。このとき、ガスケット５
にのみ、未架橋のオレフィン系熱可塑性エラストマを使
用した。
【００３３】これに１０００ｋＶの電子線を１０Ｍｒａ
ｄ照射して、分極性電極１Ａと集電体１Ｂ及びガスケッ
ト５とを同時に架橋して結合させ、バイポーラ構造を有
する基本セル６の積層体７を得た。この積層体７の両側
よりアルミに銅下地を施してハンダメッキした端子板８
をあて、端子板８の両側から圧力を０．５ｋｇ／ｃｍ 2
印加し、この状態で絶縁ブッシュ９を介してボルトナ
ットにより固定することで、動作電圧３．０Ｖの本例の
電気二重層コンデンサを得た。
【００３４】この場合、未架橋の高分子材料と活性炭と
からなる電極部材と、未架橋の高分子材料と導電性付与
材とからなる集電体部材とを用意し、図６に示されてい
る状態に固定する。すなわち、基本セルを直列した状態
に固定する。この固定された状態で電子線ＥＢの照射を
行い、高分子材料と活性炭、高分子材料と導電性付与材
を夫々架橋させ、さらには電極部材と集電体部材とを架
橋させる。こうすることにより、電子線を１秒程度１回
照射するだけで電気二重層コンデンサを製造できる。よ
って、熱架橋を行う場合に比べ、電気二重層コンデンサ
の製造プロセスに要する時間を大幅に低減することがで
きるのである。
【００３５】なお、上述した実施例１〜実施例３におい
て、未架橋の高分子材料及び活性炭の他に、更にカーボ
ンブラックを添加して電極部材を構成しても良い。配合
（重量）比は、活性炭１００に対してカーボンブラック
は最大３０程度である。カーボンブラックは活性炭より
も粒子が細かいので、これを添加することによって電極
の接触抵抗をより低くすることができる。
【００３６】ここで、以上の実施例１〜実施例３に対す
る比較例１について説明する。比表面積が１５００ｍ2
／ｇで、平均粒径１０μｍの板状の活性炭に対し、重
量比が７：３になるよう重量平均分子量が１０，０００
以上である粉末状フェノール系樹脂（鐘紡製、商品名ベ
ルパールＳ８９０）を加え、乾式混合した。この混合粉
を１８０℃で熱プレスし、９００℃の非酸化性雰囲気に
おいて焼成することで活性炭／ポリアセン複合材料を得
た。これを６８×４８ｍｍに切断し、厚さ０．１ｍｍの
分極性電極２を得た。
【００３７】分極性電極２を３０ｗｔ％硫酸中に浸漬
し、減圧にすることで、分極性電極２内に硫酸を含浸し
た。セパレータ４には界面活性剤により親水処理したポ
リプロピレン繊維からなる厚さ５０μｍの不織布を使用
し、３０ｗｔ％の硫酸を０．２ｃｃ滴下して、染み込ま
せた。ガスケット５は外寸７６×５６ｍｍ、内寸７０×
５０ｍｍ、厚み２００μｍの額縁状で、ＡＢＳ樹脂製で
ある。これらを実施例１と同様に配置し、エポキシ接着
剤で接着して基本セル６を得た。接着条件は７０℃、１
時間である。基本セル６の両側よりアルミに銅下地を施
してハンダメッキした端子板８をあて、端子板８の両側
から圧力を５ｋｇ／ｃｍ2 印加し、この状態で絶縁ブ
ッシュ９を介してボルトナットにより固定することで、
動作電圧１．０Ｖの電気二重層コンデンサを得た。
【００３８】また、比較例２について説明する。本例
は、熱架橋によって分極性電極と集電体３とを結合する
ものである。本例では、まず、活性炭粉末と未架橋のブ
チルゴムとを重量比で６０：４０に混合し、さらに架橋
材を加え、厚さ１００μｍのシート状に成形し、これを
６８×４８ｍｍの長方形に打ち抜き、分極性電極２を得
た。使用した活性炭粉末は実施例１と同様である。な
お、ブチルゴム以外の未架橋の高分子材料を用いても良
い。ただし、未架橋の高分子材料に対する活性炭の重量
比は、５０％〜９５％であることが望ましい。
【００３９】次に、未架橋のブチルゴムにカーボンブラ
ックを配合して導電性を付与し、厚さ３０μｍにシート
化した後、７６×５６ｍｍの長方形に打ち抜き、集電体
３を得た。カーボンブラック以外の導電性付与材を用い
ても良い。ただし、未架橋の高分子材料に対する導電性
付与材の重量比は、４０％〜７０％であることが望まし
い。集電体３の比抵抗は面方向を４端子法で測定した結
果、０．３Ω・ｃｍであった。分極性電極２を集電体３
の各辺から４ｍｍの位置に配置して、２００ｋｇの圧力
を加えて仮固定した。これを１２０℃で３時間、恒温槽
内に放置して分極性電極２と集電体３とを熱加硫により
結合した。これを実施例１と同様にして、動作電圧１．
０Ｖの電気二重層コンデンサを製造した。ボルトナット
で固定するときに、端子板８の両側から加えた圧力は
０．５ｋｇ／ｃｍ2 である。
【００４０】上述した各実施例及び比較例の電気二重層
コンデンサについて１ｋＨｚでの等価直列抵抗（以下、
ＥＳＲと略す）と静電容量とを測定した。ＥＳＲは１ｋ
Ｈｚ、１０ｍＶの交流をコンデンサに印加し、電流の大
きさと電圧に対する位相差を測定することで求める。こ
のとき直流バイアスは印加しない。静電容量の測定方法
は定電流放電法による。具体的には、実施例３以外はコ
ンデンサに１．０Ｖを印加し３０分充電する。実施例３
には３．０Ｖを３０分印加する。その後、ただちに定電
流Ｉで放電し、充電電圧の６０％から５０％、すなわち
実施例３以外は０．６Ｖから０．５Ｖ、実施例３では
１．８Ｖから１．５Ｖに変化した時間Δｔを測定する。
このとき静電容量は次式で求めることができる。 Ｃ＝Ｉ×Δｔ／ΔＶ ここで、表１は測定結果である。
【００４１】
【表１】 表１を参照すると、比較例１は他の実施例の分極性電極
に比べ活性炭の充填量が多いため、その分、静電容量が
大きい。実施例１の結果より、圧力が０．５ｋｇ／ｃｍ
2 でも比較例に比べて十分低いことがわかる。また、
圧力が高くなるほど、わずかにＥＳＲが低下している。
これは集電体２と端子板８との接触抵抗が下がったため
で、圧力によるＥＳＲの影響はほとんどないことがわか
る。
【００４２】実施例２では加速電圧が５０ｋＶのとき、
分極性電極１Ａと集電体１Ｂが剥離した。このことか
ら、加速電圧５０ｋＶでは不充分であることがわかる。
線量については１Ｍｒａｄ以上で十分である。
【００４３】実施例３では圧力が０．５ｋｇ／ｃｍ2
にもかかわらず実施例１の３倍より小さくなっている。
これはバイポーラ構造により低減できたものと思われ
る。熱による架橋と電子線による架橋とでは電気特性
上、大きな差はみられない。しかし、熱による加硫では
数時間必要であるのに対し、電子線照射では数分で完了
している。よって、電子線照射はコストを下げる上で有
効な工法であることがわかる。
【００４４】以上のように本発明の分極性電極は、未架
橋の高分子材料と活性炭とが電子線照射により架橋され
た構成であるため、耐熱性が高くすることができ、ハン
ダリフロー工程にも耐え得る。さらに、未架橋の高分子
材料に電子線を照射することで親水性を付与することが
できるという表面改質効果も得られる。
【００４５】また、分極性電極と集電体とを架橋により
一体化したことにより、分極性電極と集電体との間の接
触抵抗を小さくでき、また、外部より加える圧力も非常
に小さくすることができるという効果が得られる。
【００４６】さらに、熱架橋ではなく、架橋に電子線照
射を用いることで、分極性電極や電気二重層コンデンサ
の製造プロセスに要する時間を大幅に低減できる。な
お、未架橋の高分子材料は電子線照射により架橋の進む
高分子材料であり、かつ、電解液に対して安定な材料で
あれば良い。
【００４７】そして、採用する電解液に応じて適切な高
分子材料を選択したり、材料や厚さ、大きさ等により加
速電圧や照射線量の最適化を行うことで、さまざまな設
計の電気二重層コンデンサに対応できる。
【００４８】請求項の記載に関連して本発明は更に次の
態様をとりうる。
【００４９】（１）前記未架橋の高分子材料に対する前
記活性炭の重量比が５０％〜９５％であることを特徴と
する請求項１〜６のいずれかに記載の分極性電極。
【００５０】（２）前記未架橋の高分子材料に対する前
記導電性付与材の重量比が４０％〜７０％であることを
特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の分極性電
極。
【００５１】（３）前記未架橋の高分子材料に対する前
記活性炭の重量比が５０％〜９５％であることを特徴と
する請求項７記載の分極性電極の製造方法。
【００５２】（４）前記未架橋の高分子材料に対する前
記導電性付与材の重量比が４０％〜７０％であることを
特徴とする請求項７記載の分極性電極の製造方法。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、集電体と
分極性電極との接触抵抗を小さくでき、製造コストもか
からないことから、工業的価値の非常に高い電気二重層
コンデンサを実現することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態による電気二重層コンデ
ンサに用いる分極性電極を示す断面図である。
【図２】図１の分極性電極の製造方法を示すフローチャ
ートである。
【図３】本発明による電気二重層コンデンサの耐圧１Ｖ
の場合の構成を示す断面図である。
【図４】図３の電気二重層コンデンサの製造方法を示す
フローチャートである。
【図５】本発明による電気二重層コンデンサの耐圧３Ｖ
の場合の構成を示す断面図である。
【図６】本発明による電気二重層コンデンサの製造方法
における電子線照射プロセスを示す図である。
【図７】従来の電気二重層コンデンサの説明図である。
【符号の説明】
１ 分極性電極 １Ａ 分極性電極 １Ｂ 集電体 １Ｃ 活性炭粉末 ２ 分極性電極 ３ 集電体 ４ セパレータ ５ ガスケット ６ 基本セル ７ 積層体 ８ 端子板 ９ 絶縁ブッシュ
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 4/60 Ｈ０１Ｇ 9/00 ３０１Ｂ ３０１Ｆ (72)発明者 笠原 竜一 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 Ｆターム(参考） 5H003 AA01 AA08 BA00 BA05 BB02 BB03 BB11 BB14 BB32 BB38 BC01 BC02 BC05 BD00 5H014 AA02 AA04 BB00 BB04 BB05 BB06 BB08 CC01 EE01 EE07 EE08 HH00 HH04 5H017 AS05 BB00 BB06 BB11 BB16 BB19 CC01 DD03 DD05 DD06 EE00 EE07 HH00 HH10

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 未架橋の高分子材料と活性炭とが電子線
    照射により架橋されてなることを特徴とする分極性電
    極。
  2. 【請求項２】 未架橋の高分子材料と活性炭とからなる
    電極部材と、未架橋の高分子材料と導電性付与材とから
    なる集電体部材とを含み、前記電極部材と前記集電体部
    材とが電子線照射により架橋して一体化してなることを
    特徴とする分極性電極。
  3. 【請求項３】 前記活性炭は、粉末状であることを特徴
    する請求項１又は２記載の分極性電極。
  4. 【請求項４】 前記活性炭は、繊維状であることを特徴
    する請求項１又は２記載の分極性電極。
  5. 【請求項５】 前記電子線照射においては、加速電圧が
    １００ｋＶ以上でかつ放射線量が１Ｍｒａｄ以上である
    ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の分極
    性電極。
  6. 【請求項６】 前記未架橋の高分子材料は、ポリエチレ
    ン、ポリプロピレン、クロロプレンゴム、ブタジエンゴ
    ム、アクリルゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴ
    ム、エチレン・プロピレンゴム、イソプレンゴム、スチ
    レン・ブタジエンゴム、天然ゴム、シリコーンゴム、エ
    チレン・プロピレン共重合体、エチレン・プロピレン・
    ジエン共重合体、ポリアミド、ポリエステル、ポリスチ
    レン、塩素化ポリエチレン又はこれらの複合材料である
    ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の分極
    性電極。
  7. 【請求項７】 前記電極部材は、カーボンブラックを更
    に含むことを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載
    の分極性電極。
  8. 【請求項８】 未架橋の高分子材料と活性炭とからなる
    電極部材と、未架橋の高分子材料と導電性付与材とから
    なる集電体部材とを含む分極性電極の製造方法であっ
    て、前記電極部材と前記集電体部材との主面同士を接触
    させるステップと、この接触した前記集電体部材と前記
    電極部材とに電子線を照射して前記主面同士を架橋して
    一体化するステップとを含むことを特徴とする分極性電
    極の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記電極部材は、カーボンブラックを更
    に含むことを特徴とする請求項８記載の分極性電極の製
    造方法。
  10. 【請求項１０】 未架橋の高分子材料と活性炭とからな
    る電極部材と、未架橋の高分子材料と導電性付与材とか
    らなる集電体部材と、未架橋の高分子材料からなるガス
    ケットとを、電子線照射により架橋して一体化したこと
    を特徴とする電気二重層コンデンサ。
  11. 【請求項１１】 前記活性炭は、粉末状であることを特
    徴する請求項８記載の電気二重層コンデンサ。
  12. 【請求項１２】 前記活性炭は、繊維状であることを特
    徴する請求項８記載の電気二重層コンデンサ。
  13. 【請求項１３】 前記電子線照射においては、加速電圧
    が１００ｋＶ以上でかつ放射線量が１Ｍｒａｄ以上であ
    ることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の
    電気二重層コンデンサ。
  14. 【請求項１４】 前記未架橋の高分子材料は、ポリエチ
    レン、ポリプロピレン、クロロプレンゴム、ブタジエン
    ゴム、アクリルゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴ
    ム、エチレン・プロピレンゴム、イソプレンゴム、スチ
    レン・ブタジエンゴム、天然ゴム、シリコーンゴム、エ
    チレン・プロピレン共重合体、エチレン・プロピレン・
    ジエン共重合体、ポリアミド、ポリエステル、ポリスチ
    レン、塩素化ポリエチレン又はこれらの複合材料である
    ことを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の電
    気二重層コンデンサ。
  15. 【請求項１５】 前記電極部材は、カーボンブラックを
    更に含むことを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか
    に記載の電気二重層コンデンサ。
  16. 【請求項１６】 未架橋の高分子材料と活性炭とからな
    る電極部材と、未架橋の高分子材料と導電性付与材とか
    らなる集電体部材と、未架橋の高分子材料からなるガス
    ケットとを接触させる第１のステップと、この接触した
    前記集電体部材及び前記電極部材並びにガスケットに電
    子線を照射してこれらを架橋して一体化する第２のステ
    ップとを含むことを特徴とする電気二重層コンデンサの
    製造方法。
  17. 【請求項１７】 前記第１のステップにおいて前記集電
    体部材を挟み該集電体部材の両主面夫々に前記電極部材
    を接触させ、この接触状態に対して前記第２のステップ
    において電子線を照射することにより、直列された複数
    の電気二重層コンデンサを製造するようにしたことを特
    徴とする請求項１６記載の電気二重層コンデンサの製造
    方法。
  18. 【請求項１８】 前記電子線照射においては、加速電圧
    が１００ｋＶ以上でかつ放射線量が１Ｍｒａｄ以上であ
    ることを特徴とする請求項１６又は１７記載の電気二重
    層コンデンサの製造方法。
  19. 【請求項１９】 前記電極部材は、カーボンブラックを
    更に含むことを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか
    に記載の電気二重層コンデンサの製造方法。
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