JP2001210556A - 電気二重層キャパシタ - Google Patents

電気二重層キャパシタ

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JP2001210556A
JP2001210556A JP2000019759A JP2000019759A JP2001210556A JP 2001210556 A JP2001210556 A JP 2001210556A JP 2000019759 A JP2000019759 A JP 2000019759A JP 2000019759 A JP2000019759 A JP 2000019759A JP 2001210556 A JP2001210556 A JP 2001210556A
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JP
Japan
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separator
electric double
layer capacitor
fiber
electrode
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Application number
JP2000019759A
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English (en)
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Masahito Tanaka
雅人 田中
Toshiaki Taniguchi
敏昭 谷口
Shigekazu Nakano
繁一 中野
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New Oji Paper Co Ltd
Original Assignee
Oji Paper Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors

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  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来のセパレータと比べ、電解液保持性が高
く、しかも厚さを薄くすることの出来るセパレータを組
み込んだ電気二重層キャパシタを提供すること。 【解決手段】一対の分極性電極と電解液を保持したセパ
レータとを有する電気二重層キャパシタにおいて、一対
の分極性電極とセパレータが分極性電極及び/又はセパ
レータ中に含まれる熱融着性成分により貼り合わされて
いることを特徴とする電気二重層キャパシタ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は一対の分極性電極と
電解液を保持したセパレータとを有する電気二重層キャ
パシタに関するものであり、一対の分極性電極とセパレ
ータを貼り合わせた構成を持つ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】電気二重層キャパシタとは、電極(分極
性電極;以下本明細書においては「分極性電極」を単に
「電極」という。)と電解液(電解質溶液)界面に生じ
る電気二重層を利用した大きな静電容量を持つコンデン
サのことで、誘電体を用いた一般のコンデンサとはその
原理が異なる。電気二重層キャパシタの充放電は電解質
イオンの電極表面への物理吸脱着現象であるため、化学
反応を利用する二次電池に比べ、エネルギー密度は小さ
いが充放電による劣化は極めて小さいという特徴があ
る。電気二重層キャパシタは電気二重層という界面現象
を利用するため、イオンの吸着できる面積が大きいほ
ど、大きな静電容量を得ることができ、電極に表面積が
大きい活性炭が用いられている。
【0003】電気二重層キャパシタは前述のように電極
に関しては静電容量を大きくするための材料が検討され
ており、セパレータに関しては電解液を多く保持するこ
とでドライアウトを防止すること及びできるだけ薄くす
ることで内部抵抗を低下させることが検討されているが
満足のいくものが得られていない。本発明者等はセパレ
ータの空隙率を高めることで電解液を多く保持させ、更
に厚さを薄くすることで、内部抵抗が低減することを見
出したが、セパレータをそのような設計にすると強度が
低下し、短絡し易くなるためにそれぞれ限界があり、更
なる改良の必要があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は従来の
セパレータと比べ、電解液保持性が高く、しかも厚さを
薄くすることの出来るセパレータを組み込んだ電気二重
層キャパシタを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の発明は、
一対の分極性電極と電解液を保持したセパレータとを有
する電気二重層キャパシタにおいて、一対の分極性電極
とセパレータが分極性電極及び/又はセパレータ中に含
まれる熱融着性成分により貼り合わされている電気二重
層キャパシタに関するものである。本発明の第2の発明
は、上記第1の発明において熱融着性成分が熱融着性樹
脂又は熱融着性繊維としてセパレータに含まれている電
気二重層キャパシタに関するものである。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の電気二重層キャパシタに
ついて説明する。まず電気二重層キャパシタとは、一般
的に図1に示すように電解液を保持したセパレータを挟
んで1対の電極(分極性電極)を配置し、外部端子を兼
ね備えた集電体電極とともにガスケットにて密閉した構
成となっている。
【0007】本発明は電気二重層キャパシタの電極とセ
パレータを貼り合わせるという新規な構造体であること
を特徴とする。電極とセパレータを貼り合わせ、一体化
することで、セパレータが薄くても取扱い、作業性で問
題となることはない。具体的には低密度化して空隙率を
高めることで電解液保持性を高め、かつ厚さを薄くして
内部抵抗を低くするような設計としても、電極とセパレ
ータを貼り合わせることで取扱い性が向上するというメ
リットがある。
【0008】本発明は一対の電極とセパレータを貼り合
わせることで、一体化(ラミネート構造とする)された構
造とすることが重要であるが、必ずしも全面が接着され
ている必要はなく、振動等が加わった時、電極の間でセ
パレータのよれ(しわ)が発生しない程度の部分的な接
着、パターン状の接着でも良い。上記電極とセパレータ
の貼り合わせ方法は、セパレータを挟んだ電極を積層
し、電極とセパレータのいずれかあるいは両方に含まれ
る、熱融着性成分によって接着する。接着方法としては
電気、蒸気などによる加熱プレス機ではり合わせる方法
でも良いが、高周波加熱、誘電加熱などの方式で、加熱
しながら外側から圧力をかけるなどの方法が好ましい。
【0009】熱融着性成分は電極とセパレータのどちら
側に存在しても良いが、熱融着性成分を電極に混入させ
ると内部抵抗が大きくなり、好ましくない。またセパレ
ータは低密度であるから圧縮変形し、更に電極側から熱
を与えた場合熱融着性成分が電極との界面に集まり易
く、貼り合わせがし易いという長所がある。セパレータ
に熱融着性成分を含ませても内部抵抗の上昇は見られる
が、電極に含ませた場合と比較すると極めて小さい。し
たがってセパレータ側に含ませることが好ましい。
【0010】熱融着性成分としては、ポリエチレン、ポ
リプロピレン、ABS樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビ
ニリデン、ナイロン、酢酸セルロース、セルロイドなど
の樹脂及び繊維が挙げられる。特に低コストでしかも低
融点で取扱いが容易であるポリエチレン、ポリプロピレ
ンなどのポリオレフィン系の樹脂及び繊維が好ましい。
熱融着性成分の使用量は、セパレータ重量の2%以上、
好ましくは5%以上である。セパレータ重量の2%に満
たない場合は、貼り合わせた時の強度が弱く、本発明の
目的を達することができない。また熱融着性成分の使用
量の上限は、親水化処理したポリオレフィン系の樹脂及
び繊維を使用するような場合は設ける必要がないが、親
水化処理をしていないポリオレフィン系の樹脂及び繊維
の場合には、セパレータ重量の50%以下、好ましくは
30%以下である。熱融着性成分の使用量がセパレータ
重量の50%を超えると、親水性がほとんど無いため電
解液保持性が低下し、本発明の目的を達することができ
ない。
【0011】セパレータ素材は繊維成分と熱融着性成分
を主たる構成成分とする。繊維成分としては、耐電解液
性のある材料として、ポリエステル繊維、ポリアラミド
繊維、ポリアミド繊維、セルロース系繊維、レーヨン繊
維、ガラス繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリウレ
タン繊維、ポリアクリル系繊維、ポリウレタン繊維、ポ
リエチレン繊維、ポリプロピレン繊維などが挙げられる
が、特に限定するものではない。これらの繊維成分は単
独で、又は2種以上を混合して使用することができる。
繊維の形態は、短繊維に限られず、パルプ状でもよい。
またシートの形態としてはマイクロポーラス(微多孔性)
フィルム、不織布、紙などが考えられる。中でも孔径コ
ントロール、強度の面から不織布が好ましく、不織布の
構成材料としては電解液が水系の場合、耐酸性があるポ
リエチレン繊維やポリプロピレン繊維に代表されるポリ
オレフィン系繊維、ポリアクリルニトリル系繊維が好ま
しく用いられる。
【0012】セパレータの内部抵抗を下げるには目を詰
めてしまわない程度の孔径を保持させることが大切であ
り、また孔径を大きくしすぎると短絡し易くなる。以上
からセパレータの最適な平均孔径は1〜80μm、好ま
しくは10〜60μmである。この範囲であるとヒート
シールしても目を詰め過ぎて内部抵抗を大きくすること
がなく、また短絡もおこりにくい。
【0013】セパレータの素材として不織布を使用する
場合、シート化の方法は熱融着性成分の混合が容易にで
きるカード不織布、単繊維又はフィブリル化繊維からな
る湿式不織布などが好ましい。
【0014】電極(分極性電極)は活性炭、バインダ
ー、導電剤などからなる。水系の電解液を使った場合の
電極について補足説明する。活性炭の結晶系は、グラフ
ァイト、ソフトカーボン、ハードカーボンいずれでも良
いが、レーヨン系、アクリル系、ピッチ系及びフェノー
ル樹脂系などの活性炭繊維、オガ炭素、ピッチ炭素など
の粉末活性炭などを主に固めたものが好ましく用いられ
る。
【0015】電解液としては硫酸、水酸化カリウムなど
の水系電解液あるいは第4級オニウム塩をプロピレンカ
ーボネートなどの溶剤に溶解した有機電解液などがあ
る。
【0016】集電体電極は電解液が水系の場合は導電性
樹脂、有機系の場合はアルミニウムなどからなり、ガス
ケットとしてはセルの構造により異なるが、ポリエチレ
ンやポリプロピレンなどの樹脂あるいはゴムなどからな
るものが一般的である。
【0017】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明は勿論これらに限定されるものでは
ない。なお以下の実施例において、%は特に断らない限
り重量%である。
【0018】実施例1 水1000gをステンレスバットに、繊度1.2d、カ
ット長6mmのアクリル繊維チョップ(商品名:SKS東
洋紡(株)製)を(固形)濃度が1.0%となるように
プロペラミキサーで分散し、アクリル繊維分散液を得
た。(分散液A)。次に水1000gをステンレスバッ
トに、ポリエチレン合成パルプ(商品名:SWP E620 三
井化学(株)製)を濃度が1.0%となるように分散
し、高速プロペラミキサーを使ってパルプ分散液を得
た。(分散液B)。
【0019】分散液A:分散液B=4:1の重量比率で
総量2000g分取し、さらに水で10倍に希釈し、粘
剤としてポリエチレンオキサイド(商品名:PEO−P
F3 、住友精化(株)製)を少量添加し、湿式不織布シ
−トを手漉きした。得られた湿式不織布シートをドラム
ドライヤで乾燥し、目付20g/m2、厚さ100μmの
電気二重層キャパシタ用セパレータを得た。
【0020】次に下記に示すように電極を作製し、電気
二重層キャパシタのユニットセルを作製する。 (電極作製)フェノール樹脂を原料とする粉末状活性炭
(比表面積 2000m2/g)とアセチレンブラックと
結着剤のメチルセルロースとからなる電極合剤を調整
し、アルミのエッチング箔からなる集電体上に塗布し、
活性炭電極を作製する。 (ユニットセルの作製方法)70×50mmに打ち抜いた
セパレータサンプルを68×48mmの電極2枚で挟
み、温度コントロールが可能な加熱プレスを使って接合
させる。温度は135℃(熱溶融物質の溶融温度)と
し、圧力を10kg/cm2加えてユニットセルを得
た。次に40%H2SO4水溶液に全体を浸し、セパレー
タに電解液を含ませた。
【0021】実施例2 水1000gをステンレスバットに、繊度0.5d、カ
ット長6mmのアクリル繊維チョップ(商品名:SKS東
洋紡(株)製)を(固形)濃度が1.0%となるように
プロペラミキサーで分散し、アクリル繊維分散液を得
た。この分散液を1600g分取し、樹脂分55%の塩
化ビニリデン樹脂エマルジョン(商品名:テ゛ィオファン192
D:BASFテ゛ィスハ゜ーシ゛ョン(株)製)7gとポリアクリル酸水
溶液(商品名:アコパールR200:三井サイテック(株)製)
を少量添加し、さらに水で10倍に希釈し、湿式不織布
シ−トを手漉きした。得られた湿式不織布シートをドラ
ムドライヤで乾燥し、目付20g/m2、厚さ100μm
の電気二重層キャパシター用セパレータを得た。次に上
記電極を使って、実施例1と同様にしてユニットセルを
作製した。
【0022】実施例3 水1000gをステンレスバットに重量平均繊維長0.
45mm、繊維径分布0.5μm〜7.0μm、カナデ
ィアンフリーネス400mlのポリオレフィンパルプ
(商品名ティアラKY−430M;ダイセル(株)製)
を濃度1.0%でパルパにて分散し分散液を得た。(分散液
C)次に水1000gをステンレスバットに計量し、繊
度0.7d、カット長5mmのポリプロピレンチョップ
(商品名:PZ、ダイワボウ(株)製)5g及び繊度
0.9d、カット長5mmのポリプロピレン/ポリエチ
レン芯鞘繊維(商品名NBFスター220;ダイワボウ
(株)製)を5g計量し、濃度1.0%で分散し、ポリオ
レフィン系繊維分散液を得た(分散液D)。分散液C:
分散液D=1:4(重量比)の割合で、総量2000g
分取し、さらに水で10倍に希釈する。さらに粘剤とし
てポリエチレンオキサイド(商品名:PEO−PF,住
友精化(株)社製)を少量添加し、湿式不織布シートを
手漉きした。得られた湿式不織布シートをドラムドライ
ヤで乾燥し、目付20g/m2、厚さ100μmの電気
二重層キャパシタ用セパレータ基材を得た。得られた電
気二重層キャパシタ用セパレータ基材を100℃に保持
された98%濃硫酸中に3分間浸漬、その後ロールで絞
り、次に硫酸の希釈熱による熱収縮や変形を起こさせな
いように、段階的に希釈した硫酸中に浸漬、ロール絞り
を行なった。最後に水中に浸漬、ロール絞りの作業を5
回繰り返し、十分洗浄する。その後熱風乾燥後、スーパ
ーカレンダーにて加圧処理し、厚さ60μmに調節した
電気二重層キャパシタ用セパレータを得た。その後、上
記電極を使って実施例1と同様にしてユニットセルを作
製した。
【0023】比較例1 電極にセパレータを挟み、加熱はしないで、プレスする
以外は実施例1と同様にしてユニットセルを作製した。
【0024】このようにして得られた4種類の電気二重
層キャパシタユニットセルについて以下の試験方法にて
評価した。結果を表1に示す。 1.セパレータ部分の抵抗値 固定したセルに対し10mVrmsの交流電圧を印加し、1
kHzにおけるインヒ゜ータ゛ンスの実数部からESRを測定し
た。セパレータ部分の抵抗値を下記式にて計算する 上記ESR値(Ω・cm)×厚さ(cm)÷面積(c
2)÷空隙率(%) 2.保液率の測定 10cm×10cmのセパレータ用サンプルを採取し小
数点以下4桁まで秤量する。(W1) 次に、40%硫酸中に浸漬し、2分後サンプルを引き上
げ、2分間液体を切り、重量を測定する。(W2) 保液率(%)=(W2−W1)/W1×100
【0025】
【表1】
【0026】
【発明の効果】上記の如く構成された本発明の電気二重
層キャパシタは、電解液保持性が高く、内部抵抗の少な
い良好なキャパシタである。
【図面の簡単な説明】
【図1】は一般的な電気二重層キャパシタの構成図であ
る。
【符号の説明】
1:分極性電極、2:電解液保持セパレータ、3:ガス
ケット、4:集電体電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一対の分極性電極と電解液を保持したセパ
    レータとを有する電気二重層キャパシタにおいて、一対
    の分極性電極とセパレータが分極性電極及び/又はセパ
    レータ中に含まれる熱融着性成分により貼り合わされて
    いることを特徴とする電気二重層キャパシタ。
  2. 【請求項2】熱融着性成分が熱融着性樹脂又は熱融着性
    繊維としてセパレータに含まれている請求項1記載の電
    気二重層キャパシタ。
JP2000019759A 2000-01-28 2000-01-28 電気二重層キャパシタ Pending JP2001210556A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015191871A (ja) * 2014-03-28 2015-11-02 特種東海製紙株式会社 膜電極複合体及びその製造方法、並びに、電気化学素子

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015191871A (ja) * 2014-03-28 2015-11-02 特種東海製紙株式会社 膜電極複合体及びその製造方法、並びに、電気化学素子

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