JP2000294461A

JP2000294461A - 電気二重層キャパシタ

Info

Publication number: JP2000294461A
Application number: JP10115199A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Satake; 久史佐竹; Shizukuni Yada; 静邦矢田; Haruo Kikuta; 治夫菊田
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1999-04-08
Filing date: 1999-04-08
Publication date: 2000-10-20

Abstract

(57)【要約】【課題】体積当たりのエネルギー密度が高く、且つ高
出力及び高信頼性を有する電気二重層キャパシタを提供
する。【解決手段】体積が５０ｃｍ³以上の電気二重層キャ
パシタの電極層１に所定の活性炭を用いるとともに、電
極層１の厚さを５０μｍ以上にし、体積エネルギー密度
を５Ｗｈ／ｌ以上且つ最大出力密度を２ｋＷ／ｌ以上に
する。

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
シタに関し、特に、電極層を含む電極を備える電気二重
層キャパシタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、省資源を目指したエネルギーの有
効利用及び地球環境問題の観点から、深夜電力貯蔵及び
太陽光発電の電力貯蔵を目的とした家庭用分散型蓄電シ
ステム、電気自動車のための蓄電システム等が注目を集
めている。この蓄電システムに使用される蓄電デバイス
として、高エネルギー密度を特徴とする、例えばリチウ
ム二次電池、ニッケル水素電池等の電池、並びに高出力
及び高信頼性を特徴とするキャパシタの開発が活発に行
われている。特に、キャパシタに関しては、活性炭を電
極に用いた電気二重層キャパシタが、材料コストが低
く、製造が容易であることから注目を集めている。

【０００３】上記の活性炭を電極に用いた電気二重層キ
ャパシタは、高出力及び１０万サイクルを越える高信頼
性を期待できるが、電極の体積当たりの容量が小さく、
充分な蓄電デバイスとして機能させる場合、電気二重層
キャパシタの体積が足枷となり、実用に至らないケース
が多い。特に、ハイブリッド自動車用、あるいは、自動
車のスターター用には、２ｋＷ／ｌを越える出力密度が
要求さているが、現状、高出力密度と高エネルギー密度
を兼ね備えたキャパシタは開発されていない。図５は既
存の電気二重層キャパシタの体積エネルギー密度（Ｗｈ
／ｌ）及び最大出力密度（ｋＷ／ｌ）の関係を示す図で
ある。例えば、図５のＡ点は、１９９８年電気化学秋季
大会講演予稿集１Ｅ２０のｐ７７に記載された電気二重
層キャパシタの値であり、このように、最大出力密度２
ｋＷ／ｌを越える高出力キャパシタにおいて体積エネル
ギー密度５Ｗｈ／ｌを越えるような高エネルギー密度を
有するキャパシタは開発されていない。この理由とし
て、高出力キャパシタを得る方法としては、電極厚みを
薄くし、電極対向面積を大きくする方法がとられ、この
結果、電極活物質の充填率が低下することが考えられ
る。

【０００４】このような問題を解決するために、電極の
体積当たりの容量を向上させる試みとして、以下のよう
な種々の検討がなされている。

【０００５】特開平１０−４１１９９号公報には、平均
粒径が３０μｍ以下で比表面積が１５００ｍ²／ｇ〜３
０００ｍ²／ｇ（好ましくは１８００ｍ²／ｇ〜２５００
ｍ²／ｇ）の炭素材料を使用すると、電気二重層キャパ
シタの容量が大きく、かつ、内部抵抗が低くなることが
記載されているが、電極の体積当たりの容量については
具体的に記載されていない。

【０００６】特開平９−２７５０４１号公報には、活性
炭、比表面積が１０００ｍ²／ｇ以上のカーボンブラッ
ク、及びバインダからなる電極を用いた高容量、高出
力、及び高エネルギー密度の電気二重層キャパシタが開
示されている。該実施例においては、比表面積が２２０
０ｍ²／ｇで平均粒径が５μｍの活性炭、比表面積が１
５００ｍ²／ｇのカーボンブラック、及びポリテトラフ
ルオロエチレンからなる電極を用いて、２．８４Ｆの容
量を有する電気二重層キャパシタが得られているが、電
極の体積当たりの容量は、約１９．３Ｆ／ｃｍ³（概算
値）であり、充分な電極の体積当たりの容量が得られて
いない。

【０００７】特開平１０−７００４９号公報には、比表
面積が１５００ｍ²／ｇ〜３０００ｍ²／ｇで充填密度が
０．２ｇ／ｃｍ³〜１．５ｇ／ｃｍ³の活性炭を電極に用
いた高容量の電気二重層キャパシタが開示され、０．６
０Ｆの容量を有する電気二重層キャパシタが得られてい
るが、電極の体積当たりの容量は、約１８．８Ｆ／ｃｍ
³（概算値）であり、充分な電極の体積当たりの容量が
得られていない。

【０００８】特開平９−６３９０７号公報には、比表面
積が１０００ｍ²／ｇ〜１５００ｍ²／ｇで平均粒径が６
μｍ〜１０μｍの椰子殻活性炭を電極に用いると共に、
非水系電解液を用いた高容量の電気二重層キャパシタが
開示されているが、電極の体積当たりの容量は、１５．
０Ｆ／ｃｍ³であり、充分な電極の体積当たりの容量が
得られていない。

【０００９】特開平９−３２０９０６号公報には、黒鉛
構造部分と乱層構造部分とを有する活性炭を電極に用い
た電気二重層キャパシタが開示されている。該実施例に
おいては、該活性炭を粉砕後に３００メッシュ（約５０
μｍ）の篩で分級した粉末を用いた電気二重層キャパシ
タにおいて、２０Ｆ／ｃｍ³を越える容量が得られてい
る。しかしながら、重量当たりの容量が最大で３７．８
Ｆ／ｇであり、電極密度が０．７９３ｇ／ｃｍ³と高す
ぎるため、充分な保液が得られず、キャパシタの特質で
ある高出力及び高信頼性に関して不満足な点を残してい
る。

【００１０】特開平８−１４８３８８号公報にも、電極
密度が０．９ｇ／ｃｍ³で電極の体積当たりの容量が２
６．７Ｆ／ｃｍ³の電気二重層キャパシタが得られてい
るが、上記と同様の理由で好ましくない。

【００１１】また、以下のように、粒度を制御して電極
密度を向上させようとする試みも検討されている。

【００１２】特開平４−２６３０４号公報には、比表面
積が２０００ｍ²／ｇで平均粒径が２μｍの活性炭を電
極に用いると共に、非水系電解液を電解液に用いた電気
二重層キャパシタが開示されているが、電極の体積当た
りの容量については具体的に記載されていない。

【００１３】特開平１−１０２９１４号公報には、比表
面積が１１００ｍ²／ｇ〜１５００ｍ²／ｇで平均粒径が
１．５μｍ〜４μｍの活性炭を電極に用いると共に、硫
酸を電解液に用いた電気二重層キャパシタが開示されて
いるが、電解液に硫酸を用いているため、基本セルの耐
圧が低く、例えば、５．５Ｖ時で１．８Ｆ／ｃｍ³（概
算値）、２．７５Ｖ時で７．４Ｆ／ｃｍ³（概算値）で
あり、充分な電極の体積当たりの容量も得られていな
い。

【００１４】特開昭６３−２４４８３９号公報には、比
表面積が２０００ｍ²／ｇで粒子径が１μｍの活性炭、
比表面積が１５００ｍ²／ｇで粒子径が１６μｍのカー
ボンブラック、及びポリテトラフルオロエチレンからな
る電極を用いた容量１．９Ｆの電気二重層キャパシタが
開示されているが、電極の体積当たりの容量は、約１４
Ｆ／ｃｍ³（概算値）であり、充分な電極の体積当たり
の容量は得られていない。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、電気二
重層キャパシタの電極の体積当たりの容量を向上させる
ために数々の研究がなされているが、保液量を確保でき
る高出力及び高信頼性の電気二重層キャパシタで非水系
電解液を用いるものでは、上記の特開平９−６３９０７
号公報にも記載されているように、電極の体積当たりの
容量が、２０Ｆ／ｃｍ³を越えるものは少なく、高出力
及び高エネルギー密度を兼ね備えた電気二重層キャパシ
タは得られていない。

【００１６】本発明の目的は、体積当たりのエネルギー
密度が高く、且つ高出力及び高信頼性を有する電気二重
層キャパシタを提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するため鋭意研究を行った結果、電極層に所定の活
性炭を用いるとともに電極層の厚さを最適化することに
より、電気二重層キャパシタのエネルギー密度及び出力
密度を同時に向上させうることを見いだした。

【００１８】すなわち、本発明は、上記目的を達成する
ため、電極層が形成された電極を備えた電気二重層キャ
パシタであって、前記キャパシタは、その体積が５０ｃ
ｍ³以上であり、その体積エネルギー密度が５Ｗｈ／ｌ
以上且つ最大出力密度が２ｋＷ／ｌ以上であり、前記電
極層は、活性炭を含み、前記電極層の厚さは、５０μｍ
以上であることを特徴とする電気二重層キャパシタを提
供するものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態の電
気二重層キャパシタについて図面を参照しながら説明す
る。図１は本発明の一実施の形態の円筒型電気二重層キ
ャパシタの構成を示す概略図であり、図２は図１に示す
電極巻回ユニットの斜視図であり、図３の（ａ）は図２
に示す電極巻回ユニットを構成する電極の平面図であ
り、図３の（ｂ）は該電極巻回ユニットを展開した状態
を示す側面図である。

【００２０】図１に示すように、円筒型電気二重層キャ
パシタは、電極巻回ユニット２０、絶縁ガスケット２
１、キャップ２２、破裂板２３、外装缶２４を備える。
図３の（ａ）に示すように、集電体２の両面に電極層１
が形成されるとともに片面に電流を外部に取り出すため
のタブ３が電気的に接続されて電極が作成され、図３の
（ｂ）に示すように、一対の電極がセパレータ４を介し
て積層され、図２に示すように、該積層体が巻回されて
電極巻回ユニット２０が作成される。作成された電極巻
回ユニット２０は、セパレータ４及び電極層１に電解液
が含浸された後、外装缶２４に収納され、各電極のタブ
３の一方が溶接等により安全弁として機能する破裂板２
３（又はキャップと一体にされた破裂板）に接続されて
キャップ２２に電気的に接続され、他方のタブ３が溶接
等により外装缶２４の底部に電気的に接続される。な
お、電極巻回ユニット２０は、外装缶２４に収納し、タ
ブ３を溶接した後、電解液を注液して含浸させてもよ
い。また、電気二重層キャパシタの形状は、円筒型に特
に限定されるものではなく、フィルム型、コイン型、箱
形等種々の形状が作製可能である。

【００２１】本発明の電気二重層キャパシタの特徴であ
る高容量及び高出力の特性を実現するためには、電極層
１（両面電極の場合は片側の電極層）の厚みは、５０μ
ｍ以上、好ましくは７０μｍ以上必要であり、特に１０
Ｗｈ／ｌ程度の高エネルギー密度を得るためには１００
μｍ以上必要である。高出力を得るためには、できるだ
け電極層の厚さを薄くして、電極対向面積を増加するの
が定法であることは既に述べたが、本発明では、下記の
活性炭を電極層１に用いるとともに、電極層１の厚みを
上記のような最適な厚さにすることにより、比較的容易
に、電気二重層キャパシタの高出力化を達成することが
できる。

【００２２】電極層１は、例えば、図３に示すように集
電体２上に形成され、活性炭をバインダーで成形したも
のであり、必要に応じて導電材及び補助バインダー等を
添加してもよい。電極層１の成形法としては、ロール成
形、プレス成形、上記混合物を溶媒に分散させたスラリ
ーを金属箔状に塗布する塗布法等の、電池用電極又は電
気二重層キャパシタ電極に対して提案されている種々の
方法を用いることができる。なお、導電材を電極層１中
に含ませる場合、導電材としては、アセチレンブラッ
ク、カーボンブラック、黒鉛等の炭素質、金属粉等を用
いることができる。

【００２３】電極層１に含まれる活性炭のＢＥＴ法によ
る比表面積は、１３００ｍ²／ｇ以上２２００ｍ²／ｇ以
下であり、好ましくは１４００ｍ²／ｇ以上２０００ｍ²
／ｇ以下である。比表面積が１３００ｍ²／ｇ未満の場
合、充填密度は向上するが、重量当たりの容量が低下し
たり、又は保液量が低下して、充分な出力特性が得られ
ないので好ましくない。一方、比表面積が２２００ｍ²
／ｇを越える場合、充填密度が低下して充分な容量が得
られないので好ましくない。

【００２４】また、活性炭の充填性は、粒子の形状、粒
度分布、表面状態等に依存する。この充填性を評価する
方法として、タップ密度又は粉体充填密度等が上げられ
る。本発明者は、このうち粉体充填密度が電極密度と高
い相関があることを見いだした。すなわち、電極層１に
含まれる活性炭の粉体充填密度は、０．４５ｇ／ｃｍ ³
以上０．７０ｇ／ｃｍ³以下であり、好ましくは０．４
５ｇ／ｃｍ³以上０．６５ｇ／ｃｍ³以下である。粉体充
填密度が０．４５ｇ／ｃｍ³未満の場合、電極密度が低
下し、充分な容量が得られないので好ましくない。一
方、粉体充填密度が０．７０ｇ／ｃｍ³を越える場合、
粉体充填密度は向上するが、重量当たりの容量が低下し
たり、又は保液量が低下して、充分な出力特性が得られ
ないので好ましくない。

【００２５】また、電極層１に含まれる活性炭の平均粒
子径は、１μｍ以上７μｍ以下であり、好ましくは１μ
ｍ以上５μｍ以下である。平均粒子径が１μｍ未満の場
合、粉体の二次凝集などが激しくなり、電極成形時に問
題が生じるので好ましくない。一方、平均粒子径が７μ
ｍを越える場合、電極密度が低下して充分な容量が得ら
れないので好ましくない。さらに、上記の平均粒子径の
条件に加え、活性炭の体積基準の累積分布の９０％粒子
径が６μｍ以上２２μｍ以下であり、かつ、体積基準の
累積分布の１０％粒子径が０．１μｍ以上２μｍ以下で
あることがより好ましく、活性炭の体積基準の累積分布
の９０％粒子径が６μｍ以上２０μｍ以下であり、か
つ、体積基準の累積分布の１０％粒子径が０．１μｍ以
上２μｍ以下であることがさらに好ましい。この場合、
活性炭の粒子径が比較的幅広い分布を有し、また、０．
１μｍ未満の微粉及び２２μｍを越える大粒子が少ない
活性炭により、より高い体積当たりの容量を実現するこ
とができる。

【００２６】また、電極層１に含まれる活性炭の半径１
５Å以下の細孔容積は、０．８ｍｌ／ｇ以上であり、好
ましくは１．０ｍｌ／ｇ以上であり、また、１．６ｍｌ
／ｇ以下であることが好ましい。細孔容積が０．８ｍｌ
／ｇ未満の場合、充分な容量が得られないので好ましく
なく、細孔容積が１．６ｍｌ／ｇを越える場合、電極密
度が低下して体積当たりの容量が低下して好ましくな
い。

【００２７】上記条件を満たしていれば、電極層１に含
まれる活性炭の製造方法は、特に限定されず、一般的な
製造法として、例えば、真田雄三ら著「新版活性炭
基礎と応用」に記載されている方法を用いることができ
る。従って、本実施の形態の電気二重層キャパシタは、
活性炭が上記の条件を満たすように加工する以外は、一
般的な電気二重層キャパシタの製造方法を用いることが
できるので、容易に製造することができる。また、一般
に、活性炭は、１０μｍ以上の粉体又は繊維等の形態に
製造されるため、ボールミル、ジェットミル等の粉砕装
置及び分級装置を用いて上記条件を満たす活性炭を得る
ことが簡便で好ましいが、原料、賦活法、一次的に合成
される活性炭の形状等を調整することにより上記の条件
を満たす活性炭を得てもよい。

【００２８】電極層１に用いられるバインダーとして
は、公知のものが使用可能であるが、例えば、ポリテト
ラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素
樹脂、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリ
ドン、ポリビニルアルコール、ＳＢＲゴム、アクリル酸
樹脂等が挙げられ、これらのうちの一種又は複数種を用
いることができる。バインダーの添加量は、特に限定さ
れず、活性炭の粒度、粒度分布、粒子形状、目的とする
電極密度等により適宜決定されるが、活性炭に対し３重
量％〜２０重量％が一般的である。

【００２９】電極層１は、図３に示すように、集電体２
の両面に形成されているが、この例に特に限定されず、
集電体２の片面に形成してもよい。集電体としては、ア
ルミニウム箔、ステンレス箔、金網、エキスパンドメタ
ル、パンチングメタル等が挙げられるが、材質について
は、本発明の電気二重層キャパシタの充電電圧を考慮
し、集電体上での電解液の分解、あるいは、集電体の溶
出がないよう適宜決定される。特に、アルミニウムは
正、負両極に用いることができ、かつ、高電気伝導度で
あり、軽量であることから好ましい。また、集電体１の
表面には、あらかじめ、厚さ０．５〜２０μｍ程度の導
電層を設けることもできる。集電層としては、黒鉛等の
抵抗の小さい炭素系の導電性接着剤が好まく、この場
合、電極層１と集電体２の接触抵抗を低減できる。

【００３０】集電体の厚みは、特に限定されないが、通
常１０μｍから５０μｍであり、目標とする電気二重層
キャパシタの特性を考慮して決定されるが、集電体が厚
くなりすぎる場合、図３に示すように、電極層１が形成
されていない部分に複数のタブ３を溶接により形成する
ことが、集電体を薄くすることが可能であり、望まし
い。

【００３１】タブ３の材質は、集電体と同様、アルミニ
ウム、ステンレス、ニッケル等が用いることができ、材
質決定には集電体と同じ注意が必要である。タブ３は、
必要に応じて１枚の電極あたり、複数本設けることがで
きる。これは、特に、図２に示すような巻回構造の大型
円筒型キャパシタにおいて、電極長が長く、集電体抵抗
が比較的大きくなる場合、有効であり、集電体の厚み、
長さ及び幅等を考慮して、タブ３の本数を決定すること
ができる。

【００３２】上記の電極の具体的製造法の一例として、
結着剤樹脂としてポリフッ化ビニリデンを使用し、集電
体としてアルミニウム箔を使用する場合の製造方法を以
下に説明する。いうまでもなく、本発明の電極の製造方
法は、この製造方法に限定されるものではない。

【００３３】まず、ポリフッ化ビニリデンをＮ−メチル
ピロリドンに溶解した結着剤樹脂溶液に対し、活性炭を
均一に分散させて、スラリーを調製する。この際、必要
に応じて、カーボンブラックなどの導電材、ポリビニル
ピロリドンなどの成形助剤などを添加することも可能で
ある。次いで、得られたスラリーをコーターを用いて、
アルミニウム箔上に塗布し、乾燥し、電極層をアルミニ
ウム箔上に形成させる。両面電極を得るためには、片面
塗布後、再度、裏面に塗布、乾燥する、あるいは、両面
同時に塗布、乾燥を行う。次に、得られた電極を、必要
に応じてプレスして、厚さ５０μｍ〜５００μｍ程度の
電極を得ることができる。

【００３４】セパレータ４としては、ポリエチレン、ポ
リプロピレン等のポリオレフィン製の微孔膜又は不織
布、一般に電解コンデンサー紙と呼ばれるパルプを主原
料とする多孔質膜等の公知のものを用いることができ
る。なお、上記のように、一般に電極間は電解液を含浸
させた多孔質のセパレータで隔離されている場合が多い
が、このセパレータの代わりに固体電解質、ゲル状電解
質を用いてもよい。

【００３５】電極層１及びセパレータ４に用いられる電
解液としては、特に限定されないが、非水系電解液を用
いることが好ましく、単セル当たりの電圧が高い有機電
解液を用いることがより好ましい。有機電解液は非プロ
トン性の有機溶媒に電解質を０．５ｍｏｌ／ｌ〜３．０
ｍｏｌ／ｌに溶解したものが好ましく、有機溶媒として
は、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、
ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラ
ン、アセトニトリル等の公知のものが使用でき、これら
のうちの一種又は複数種を混合して使用してもよい。ま
た、電解質としては、テトラエチルアンモニウムテトラ
フルオロボレート、トリエチルメチルアンモニウムテト
ラフルオロボレート、テトラエチルアンモニウムヘキサ
フルオロフォスフェート等の公知のものが使用でき、こ
れらのうちの一種又は複数種を混合して使用してもよ
い。

【００３６】上記のように構成された電気二重層キャパ
シタの充電電圧は、上記有機電解液を用いた場合、１．
８Ｖ以上３．３Ｖ以下に設定することが好ましい。充電
電圧は、電気二重層キャパシタに用いる活性炭種、電解
液、使用温度、目的とする寿命により適宜決定される
が、１．８Ｖ未満の場合、利用可能な容量が減少するの
で好ましくなく、３．３Ｖを越える場合、電解液の分解
が激しくなるので好ましくない。

【００３７】かくして得られた本発明の電気二重層キャ
パシタは、体積が５０ｃｍ³以上であり、体積エネルギ
ー密度５Ｗｈ／ｌ以上、最大出力密度２ｋＷ／ｌ以上、
好ましくは、体積が５０ｃｍ³以上であり、体積エネル
ギー密度７Ｗｈ／ｌ以上、最大出力密度３ｋＷ／ｌ以上
であり、特に、高出力、高エネルギー密度及び大容量が
必要とされる分野に好適である。

【００３８】

【実施例】以下、本発明の実施例を示し、本発明をさら
に具体的に説明する。（実施例１）活性炭として、関西熱化学株式会社製活性
炭ＭＳＣ−２０をボールミルで３０時間粉砕して得た活
性炭粉末を用いた。該活性炭の比表面積、粉体充填密
度、粒度分布、細孔容積を下記方法で測定した。Ａ：比表面積、細孔容積ユアサアイオニクス社製比表面積測定装置ＮＯＶＡ１２
００を用いて、サンプル量１０ｍｇにて、ＢＥＴ法によ
り比表面積を測定した。また、同時に得られる吸着等温
曲線データから、ｔ−プロット解析により各平均細孔径
における細孔容積を求め、半径１５Åまでの細孔容積を
累計した半径１５Å以下の細孔容積を求めた。Ｂ：粉体充填密度図４に示すように、下方に下蓋１２を固定した内径５ｍ
ｍのガラス管１１内に活性炭１００ｍｇを入れ、上蓋１
３により７０ｋｇ／ｃｍ²の圧力で粉体を圧縮した状態
で、活性炭の縦方向の長さＬ（ｃｍ）を求めた。求めた
長さＬを用いて、粉体充填密度ρを下記式から求めた。

【００３９】 ρ＝０．１／（０．２５×０．２５×３．１４×Ｌ）Ｃ：粒度分布島津製作所製レーザー回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬ
Ｄ）を用いて測定した。活性炭粉末は、市販の中性洗剤
を少量添加した水中で超音波分散した後、測定し、平均
粒子径、体積基準の累積分布の１０％粒子径及び９０％
粒子径を得た。

【００４０】上記方法に従って、各項目を測定したとこ
ろ、該活性炭の比表面積は１５８０ｍ²／ｇ、粉体充填
密度は０．６１ｇ／ｃｍ³、粒度分布は１０％粒子径が
０．７μｍ、平均粒子径が３．０μｍ、９０％粒子径
９．０μｍ、細孔容積は１．０８ｍｌ／ｇであった。

【００４１】該活性炭を活物質として用い、導電材とし
てカーボンブラックを用い、結着剤としてポリフッ化ビ
ニリデン（商品名：ＫＦ＃１１００：呉羽化学工業
（株）製）をＮ−メチルピロリドンに溶解した溶液を用
い、活性炭分散溶液を作製した。なお、このときの配合
比は活性炭：カーボンブラック：ポリフッ化ビニデンリ
＝１００：５：１０（重量部）とした。

【００４２】次に、厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両
面に黒鉛を主成分とする厚さ３μｍの導電層を形成し
た。この導電層を形成したアルミニウム箔にコーターを
用いて上記活性炭分散溶液を塗布した後、乾燥すること
により、アルミニウム箔の両面に電極層を形成した。次
に、ロールプレスを用いてプレスし、厚さ３３０μｍの
両面塗工電極を作製した。

【００４３】次に、得られた電極の電極塗布部を１ｃｍ
幅で７箇所はがし、図３に示すようにアルミニウム製タ
ブ３（幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ）をスポット溶接し
た。上記のようにして得られた２枚の電極を乾燥後、ド
ライルーム中で、セパレータ４を介して、図２に示すよ
うに巻回し、電極巻回ユニットを作成した。なお、セパ
レータ４としては厚さ０．０５ｍｍの電解コンデンサー
紙を用いた。

【００４４】次に、図１に示すように、両極のタブ３を
束ねて、破裂板２３と外装缶２４の底部とに溶接した
後、電解液を注液した。電解液としては水分量２０ｐｐ
ｍ以下の１Ｍ−Ｅｔ₄ＮＢＦ₄−プロピレンカーボネート
溶液（富山薬品製）を用いた。この電気二重層キャパシ
タの寸法は直径４０ｍｍ高さ６５ｍｍ（８１．６ｃ
ｍ³）である。

【００４５】得られた電気二重層キャパシタの最大電流
を５Ａに規制し、２．５Ｖで３０分間充電した後、１Ａ
の電流で、キャパシタ電圧が０Ｖになるまで放電した。
このサイクルを繰り返し、５サイクル目の２．０Ｖ〜
１．５Ｖ間の放電カーブの傾きから求めた容量は９８０
Ｆであり、該容量と二つの電極に含まれる活性炭の全重
量とから求めた活性炭の重量当たりの容量は、４１Ｆ／
ｇであり、該容量と二つの電極の全体積とから求めた電
極の体積当たりの容量は、２５Ｆ／ｃｍ³であった。ま
た、充電初期のＩＲドロップから計算した内部抵抗は
４．９ｍΩであった。

【００４６】また、体積エネルギー密度は（１／２）・
（ＣＶ²）／３６００から計算した場合１０．４Ｗｈ／
ｌであった。また、最大出力は、ＩＲドロップが充電電
圧の２０％（本実施例では０．５Ｖ）となる電流値Ｉｍ
ａｘに充電電圧（本実施例では２．５Ｖ）の積算より求
めたところ、２６０Ｗであり、最大出力密度は３．２ｋ
Ｗ／ｌであった。（実施例２）活性炭として、関西熱化学株式会社製活性
炭ＭＳＣ−２５をボールミルで６０時間粉砕して得た活
性炭粉末を用いた。実施例１と同様の方法で各項目を測
定したところ、該活性炭の比表面積は１８７３ｍ²／
ｇ、粉体充填密度は０．４９ｇ／ｃｍ³、粒度分布は１
０％粒子径が０．８μｍ、平均粒子径が２．４μｍ、９
０％粒子径７．０μｍ、細孔容積は１．２０ｍｌ／ｇで
あった。次に、該活性炭を用いて、実施例１と同様の方
法で電気二重層キャパシタを組立て、容量を測定したと
ころ、８７０Ｆであり、内部抵抗は４．１ｍΩであっ
た。このときの活性炭の重量当たりの容量は、４３Ｆ／
ｇであり、電極の体積当たりの容量は、２４Ｆ／ｃｍ³
であった。また、体積エネルギー密度は９．３Ｗｈ／ｌ
であり、最大出力密度は３．７ｋＷ／ｌであった。（実施例３）活性炭として、関西熱化学株式会社製活性
炭ＭＳＣ−２５をボールミルで１６時間粉砕して得た活
性炭粉末を用いた。実施例１と同様の方法で各項目を測
定したところ、該活性炭の比表面積は１９３２ｍ²／
ｇ、粉体充填密度は０．５０ｇ／ｃｍ³、粒度分布は１
０％粒子径が０．９μｍ、平均粒子径が４．３μｍ、９
０％粒子径１１．０μｍ、細孔容積は１．２１ｍｌ／ｇ
であった。次に、該活性炭を用いて、実施例１と同様の
方法で電気二重層キャパシタを組立て、容量を測定した
ところ、９５０Ｆであり、内部抵抗は４．８ｍΩであっ
た。このときの活性炭の重量当たりの容量は、４４Ｆ／
ｇであり、電極の体積当たりの容量は、２２Ｆ／ｃｍ³
であった。また、体積エネルギー密度は１０．１Ｗｈ／
ｌであり、最大出力密度は３．２ｋＷ／ｌであった。（実施例４）活性炭として、関西熱化学株式会社製活性
炭ＭＳＣ−２５をボールミルで３０時間粉砕して得た活
性炭粉末を用いた。実施例１と同様の方法で各項目を測
定したところ、該活性炭の比表面積は１８５０ｍ²／
ｇ、粉体充填密度は０．４９ｇ／ｃｍ³、粒度分布は１
０％粒子径が０．１μｍ、平均粒子径が４．０μｍ、９
０％粒子径２２．０μｍ、細孔容積は１．１８ｍｌ／ｇ
であった。次に、該活性炭を用いて、実施例１と同様の
方法で電気二重層キャパシタを組立て、容量を測定した
ところ、８００Ｆであり、内部抵抗は４．３ｍΩであっ
た。このときの活性炭の重量当たりの容量は、４０Ｆ／
ｇであり、電極の体積当たりの容量は、２０Ｆ／ｃｍ³
であった。また、体積エネルギー密度は８．５Ｗｈ／ｌ
であり、最大出力密度は３．６ｋＷ／ｌであった。

【００４７】

【発明の効果】以上から、明らかな通り、本発明によれ
ば、電極層に所定の活性炭を用いるとともに電極層の厚
さを最適化することにより、体積当たりのエネルギー密
度が高く、且つ高出力及び高信頼性を有する電気二重層
キャパシタを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の円筒型電気二重層キャ
パシタの構成を示す概略図である。

【図２】図１に示す電極巻回ユニットの斜視図である。

【図３】図２に示す電極巻回ユニットを構成する電極の
平面図及び該電極巻回ユニットを展開した状態を示す側
面図である。

【図４】本発明における粉体充填密度の測定法を説明す
るための概略図である。

【図５】従来の電気二重層キャパシタの体積エネルギー
密度及び最大出力密度の関係を示す図である。

【符号の説明】

１電極層２集電体３タグ４セパレータ２０電極巻回ユニット２１絶縁ガスケット２２キャップ２３破裂板２４外装缶

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極層が形成された電極を備えた電気二
重層キャパシタであって、前記キャパシタは、その体積が５０ｃｍ³以上であり、
その体積エネルギー密度が５Ｗｈ／ｌ以上且つ最大出力
密度が２ｋＷ／ｌ以上であり、前記電極層は、活性炭を含み、前記電極層の厚さは、５
０μｍ以上であることを特徴とする電気二重層キャパシ
タ。
【請求項２】前記活性炭は、ＢＥＴ法による比表面積
が１３００ｍ²／ｇ以上２２００ｍ²／ｇ以下であり、粉
体充填密度が０．４５ｇ／ｃｍ³以上０．７０ｇ／ｃｍ³
以下であり、平均粒子径が１μｍ以上７μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１記載の電気二重層キャパシ
タ。
【請求項３】前記活性炭は、体積基準の累積分布の９
０％粒子径が６μｍ以上２２μｍ以下であり、体積基準
の累積分布の１０％粒子径が０．１μｍ以上２μｍ以下
であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気二
重層キャパシタ。
【請求項４】前記活性炭の半径１５Å以下の細孔容積
は、０．８ｍｌ／ｇ以上である請求項１から３までのい
ずれかに記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項５】電解液として非水系電解液を用いること
を特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の電
気二重層キャパシタ。
【請求項６】前記活性炭の単位重量当たりの容量が４
０Ｆ／ｇ以上であり、前記電極の単位体積当たりの容量
が２０Ｆ／ｃｍ³以上であることを特徴とする請求項５
記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項７】充電電圧が１．８Ｖ以上３．３Ｖ以下で
あることを特徴とする請求項４又は５に記載の電気二重
層キャパシタ。