JP2002093663A - 電気二重層コンデンサ - Google Patents
電気二重層コンデンサInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 大きな電流密度での放電時であっても、セパ
レータ中の電解液濃度の上昇を抑制することができるた
め、サイクル劣化を抑制することができる電気二重層コ
ンデンサを提供する。 【解決手段】 セパレータ４４に含浸されている電解液
量ａと、セパレータ４４と流通可能で分極性電極４２以
外の領域に存在する電解液量ｂとの合計が、セパレータ
４４に含浸されている電解液量ａと、セパレータ４４と
流通可能で分極性電極４２以外の領域に存在する電解液
量ｂと、分極性電極４２に含浸されている電解液量ｃと
の合計に対して、７％以上になるように設定する。
レータ中の電解液濃度の上昇を抑制することができるた
め、サイクル劣化を抑制することができる電気二重層コ
ンデンサを提供する。 【解決手段】 セパレータ４４に含浸されている電解液
量ａと、セパレータ４４と流通可能で分極性電極４２以
外の領域に存在する電解液量ｂとの合計が、セパレータ
４４に含浸されている電解液量ａと、セパレータ４４と
流通可能で分極性電極４２以外の領域に存在する電解液
量ｂと、分極性電極４２に含浸されている電解液量ｃと
の合計に対して、７％以上になるように設定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、電気二重層コン
デンサに関する。
デンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】 電気二重層コンデンサ（又は、「キャ
パシタ」という。）は、ファラッド級の大容量を有し、
充放電サイクル特性にも優れることから、電子機器のバ
ックアップ電源や自動車を始めとした各種輸送機のバッ
テリーとして用いられている他、エネルギーの有効利用
の観点からは、夜間電力の貯蔵といった用途での使用も
検討されている。
パシタ」という。）は、ファラッド級の大容量を有し、
充放電サイクル特性にも優れることから、電子機器のバ
ックアップ電源や自動車を始めとした各種輸送機のバッ
テリーとして用いられている他、エネルギーの有効利用
の観点からは、夜間電力の貯蔵といった用途での使用も
検討されている。
【０００３】 電気二重層コンデンサは、充電時にセパ
レータや分極性電極に含浸されている電解液に溶解して
いる電解質の負イオン及び正イオンを、分極性電極を構
成する材料の表面に吸着させ、放電時に負イオン及び正
イオンを脱着、放出させる。
レータや分極性電極に含浸されている電解液に溶解して
いる電解質の負イオン及び正イオンを、分極性電極を構
成する材料の表面に吸着させ、放電時に負イオン及び正
イオンを脱着、放出させる。
【０００４】 このとき、セパレータに保持される電解
液（溶媒＋電解質）の量が少ないと、放電中に正極、負
極のそれぞれから脱離した電解質の負イオン及び正イオ
ンがセパレータに集中するため、セパレータ中の電解質
濃度が上昇し、電解液の溶解度を超えた場合、セパレー
タ内で電解質の析出が起こる。充放電サイクルの経過に
伴い、このような電解質の析出が起こると、実質的に電
解液中に溶解している電解質濃度が低くなり、電気二重
層コンデンサの静電容量が小さくなり、内部抵抗が大き
くなってしまうため、サイクル劣化が大きくなるという
問題点があった。特に、高出力用途の電気二重層コンデ
ンサの場合、静電容量当たりの電流密度が大きくなり、
セパレータ部分の電解質濃度の上昇が急激となるため、
電解質の析出が顕著であった。このため、上記電気二重
層コンデンサは、サイクル劣化を抑制するため、余剰の
電解液が必要であるため、大型になってしまうという問
題点があった。
液（溶媒＋電解質）の量が少ないと、放電中に正極、負
極のそれぞれから脱離した電解質の負イオン及び正イオ
ンがセパレータに集中するため、セパレータ中の電解質
濃度が上昇し、電解液の溶解度を超えた場合、セパレー
タ内で電解質の析出が起こる。充放電サイクルの経過に
伴い、このような電解質の析出が起こると、実質的に電
解液中に溶解している電解質濃度が低くなり、電気二重
層コンデンサの静電容量が小さくなり、内部抵抗が大き
くなってしまうため、サイクル劣化が大きくなるという
問題点があった。特に、高出力用途の電気二重層コンデ
ンサの場合、静電容量当たりの電流密度が大きくなり、
セパレータ部分の電解質濃度の上昇が急激となるため、
電解質の析出が顕著であった。このため、上記電気二重
層コンデンサは、サイクル劣化を抑制するため、余剰の
電解液が必要であるため、大型になってしまうという問
題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】 本発明は、このよう
な従来技術の有する課題を鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、大きな電流密度での放電時で
あっても、セパレータ中の電解液濃度の上昇を抑制する
ことができるため、サイクル劣化を抑制することができ
る電気二重層コンデンサを提供するものである。
な従来技術の有する課題を鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、大きな電流密度での放電時で
あっても、セパレータ中の電解液濃度の上昇を抑制する
ことができるため、サイクル劣化を抑制することができ
る電気二重層コンデンサを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】 即ち、本発明によれ
ば、電解液と、前記電解液に浸漬された正電極及び負電
極とからなり、前記正電極及び前記負電極が、その間に
セパレータを介して配置されてなる電気二重層コンデン
サであって、前記セパレータに含浸されている電解液量
と、前記セパレータと流通可能で分極性電極以外の領域
に存在する電解液量との合計が、前記セパレータに含浸
されている電解液量と、前記セパレータと流通可能で分
極性電極以外の領域に存在する電解液量と、分極性電極
に含浸されている電解液量との合計に対して、７％以上
になるように設定することを特徴とする電気二重層コン
デンサが提供される。
ば、電解液と、前記電解液に浸漬された正電極及び負電
極とからなり、前記正電極及び前記負電極が、その間に
セパレータを介して配置されてなる電気二重層コンデン
サであって、前記セパレータに含浸されている電解液量
と、前記セパレータと流通可能で分極性電極以外の領域
に存在する電解液量との合計が、前記セパレータに含浸
されている電解液量と、前記セパレータと流通可能で分
極性電極以外の領域に存在する電解液量と、分極性電極
に含浸されている電解液量との合計に対して、７％以上
になるように設定することを特徴とする電気二重層コン
デンサが提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】 本発明の電気二重層コンデンサ
の主な特徴は、セパレータに含浸されている電解液量
と、セパレータと流通可能で分極性電極以外の領域に存
在する電解液量との合計が、セパレータに含浸されてい
る電解液量と、セパレータと流通可能で分極性電極以外
の領域に存在する電解液量と、分極性電極に含浸されて
いる電解液量との合計に対して、７％以上になるように
設定することにある。これにより、大きな電流密度での
放電時であっても、セパレータ中の電解液濃度の上昇を
抑制することができるため、電気二重層コンデンサのサ
イクル劣化を抑制することができる。以上のことから、
本発明の電気二重層コンデンサは、余剰の電解液が不要
であるため、より小型で、コンパクトにすることができ
る。
の主な特徴は、セパレータに含浸されている電解液量
と、セパレータと流通可能で分極性電極以外の領域に存
在する電解液量との合計が、セパレータに含浸されてい
る電解液量と、セパレータと流通可能で分極性電極以外
の領域に存在する電解液量と、分極性電極に含浸されて
いる電解液量との合計に対して、７％以上になるように
設定することにある。これにより、大きな電流密度での
放電時であっても、セパレータ中の電解液濃度の上昇を
抑制することができるため、電気二重層コンデンサのサ
イクル劣化を抑制することができる。以上のことから、
本発明の電気二重層コンデンサは、余剰の電解液が不要
であるため、より小型で、コンパクトにすることができ
る。
【０００８】 以下、図面に基づき本発明を更に詳細に
説明する。図１は、本発明の電気二重層コンデンサの一
例を示す概要図である。図１に示すように、本発明の電
気二重層コンデンサは、電解液４８と、電解液４８に浸
漬された正電極１８及び負電極１９とからなり、正電極
１８及び負電極１９が、その間にセパレータ４４を介し
て配置されてなるものである。
説明する。図１は、本発明の電気二重層コンデンサの一
例を示す概要図である。図１に示すように、本発明の電
気二重層コンデンサは、電解液４８と、電解液４８に浸
漬された正電極１８及び負電極１９とからなり、正電極
１８及び負電極１９が、その間にセパレータ４４を介し
て配置されてなるものである。
【０００９】 ここで、本発明では、セパレータ４４に
含浸されている電解液量ａと、セパレータ４４と流通可
能で分極性電極４２以外の領域に存在する電解液量ｂと
の合計が、セパレータ４４に含浸されている電解液量ａ
と、セパレータ４４と流通可能で分極性電極４２以外の
領域に存在する電解液量ｂと、分極性電極４２に含浸さ
れている電解液量ｃとの合計に対して、７％以上、より
好ましくは、１０％以上３０％以下になるように設定す
ることが重要である。これは、この比率を１０％より大
きくすれば、サイクル劣化をさらに抑制できるが、３０
％より大きくすると、電解液量が多くなりすぎて、キャ
パシタの重量エネルギー密度が低下するからである。
含浸されている電解液量ａと、セパレータ４４と流通可
能で分極性電極４２以外の領域に存在する電解液量ｂと
の合計が、セパレータ４４に含浸されている電解液量ａ
と、セパレータ４４と流通可能で分極性電極４２以外の
領域に存在する電解液量ｂと、分極性電極４２に含浸さ
れている電解液量ｃとの合計に対して、７％以上、より
好ましくは、１０％以上３０％以下になるように設定す
ることが重要である。これは、この比率を１０％より大
きくすれば、サイクル劣化をさらに抑制できるが、３０
％より大きくすると、電解液量が多くなりすぎて、キャ
パシタの重量エネルギー密度が低下するからである。
【００１０】 本発明で用いる分極性電極は、キャパシ
タ用として工業化されている活性炭を炭素材料とし、カ
ーボンブラック等の導電材や有機バインダを添加し、混
合・混練し、シート状に成形したものである。集電体
は、表面をエッチング処理したアルミ箔を好適に用いる
ことができる。電極端子は、電気伝導性と電解液に対す
る安定性から高純度アルミニウムが好適に用いることが
できる。セパレータは、コンデンサ用の紙セパレータ
や、ポリエチレン、ポリプロピレン、テフロン（登録商
標）製の多孔性樹脂フィルムを用いることができる。
タ用として工業化されている活性炭を炭素材料とし、カ
ーボンブラック等の導電材や有機バインダを添加し、混
合・混練し、シート状に成形したものである。集電体
は、表面をエッチング処理したアルミ箔を好適に用いる
ことができる。電極端子は、電気伝導性と電解液に対す
る安定性から高純度アルミニウムが好適に用いることが
できる。セパレータは、コンデンサ用の紙セパレータ
や、ポリエチレン、ポリプロピレン、テフロン（登録商
標）製の多孔性樹脂フィルムを用いることができる。
【００１１】 電解液は、有機系または水系のどちらで
も適用できるが、キャパシタとして耐電圧が高くエネル
ギー密度を大きくできる有機系電解液が好ましい。有機
系電解液の溶媒としては、プロピレンカーボネート、γ
−ブチルラクトン、エチレンカーボネート、ジメチルカ
ーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカー
ボネート、スルホランがあり、これらを単独で、あるい
は、複数種混合したり、この他の溶媒や界面活性剤等の
添加剤を加えた溶媒が好適に用いられる。電解質として
は、４級アンモニウム塩、例えば、テトラエチルアンモ
ニウム、テトラブチルアンモニウム、トリエチルメチル
アンモニウムの４フッ化ホウ素塩または６フッ化リン酸
塩、あるいは、４級ホスホニウムの４フッ化ホウ素塩ま
たは６フッ化リン酸塩などを用いることができるが、電
解質の溶解度の点からトリエチルメチルアンモニウムの
４フッ化ホウ素塩が好ましい。
も適用できるが、キャパシタとして耐電圧が高くエネル
ギー密度を大きくできる有機系電解液が好ましい。有機
系電解液の溶媒としては、プロピレンカーボネート、γ
−ブチルラクトン、エチレンカーボネート、ジメチルカ
ーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカー
ボネート、スルホランがあり、これらを単独で、あるい
は、複数種混合したり、この他の溶媒や界面活性剤等の
添加剤を加えた溶媒が好適に用いられる。電解質として
は、４級アンモニウム塩、例えば、テトラエチルアンモ
ニウム、テトラブチルアンモニウム、トリエチルメチル
アンモニウムの４フッ化ホウ素塩または６フッ化リン酸
塩、あるいは、４級ホスホニウムの４フッ化ホウ素塩ま
たは６フッ化リン酸塩などを用いることができるが、電
解質の溶解度の点からトリエチルメチルアンモニウムの
４フッ化ホウ素塩が好ましい。
【００１２】
【実施例】 以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。 （実施例）活性炭、アセチレンブラック（導電剤）及び
ポリテトラフルオロエチレン（バインダ）を１０：１：
１の割合で混合、混練して厚さ０．５ｍｍのシート状と
した。これから打ち抜いた直径１９ｍｍのディスクを分
極性電極とした。上記分極性電極を、アルミニウムから
なる集電体に添着して正極及び負極とを作製し、更にこ
れらを組み合わせて電極対を作製した。
に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。 （実施例）活性炭、アセチレンブラック（導電剤）及び
ポリテトラフルオロエチレン（バインダ）を１０：１：
１の割合で混合、混練して厚さ０．５ｍｍのシート状と
した。これから打ち抜いた直径１９ｍｍのディスクを分
極性電極とした。上記分極性電極を、アルミニウムから
なる集電体に添着して正極及び負極とを作製し、更にこ
れらを組み合わせて電極対を作製した。
【００１３】 更に、図１に示すように、正極１８と負
極１９との間に、紙セパレータ４４を介在させた後、濃
度１ｍｏｌ／ｌのＥｔ4ＮＢＦ4が溶解されたプロピレン
カーボネート（ＰＣ）からなる電解液４８にケース４６
内で浸漬させることにより、電解液分配比が３〜１８％
である電気二重層コンデンサをそれぞれ作製した。電解
液分配比は紙セパレータの厚みを変化させることにより
行った。
極１９との間に、紙セパレータ４４を介在させた後、濃
度１ｍｏｌ／ｌのＥｔ4ＮＢＦ4が溶解されたプロピレン
カーボネート（ＰＣ）からなる電解液４８にケース４６
内で浸漬させることにより、電解液分配比が３〜１８％
である電気二重層コンデンサをそれぞれ作製した。電解
液分配比は紙セパレータの厚みを変化させることにより
行った。
【００１４】 尚、電解液分配比は、以下のように算出
した。 電解液分配比［％］＝１００（ａ＋ｂ）／（ａ＋ｂ＋
ｃ） ａ：セパレータに含浸されている電解液量 ｂ：セパレータと流通可能で分極性電極以外の領域に存
在する電解液量 ｃ：分極性電極に含浸されている電解液量
した。 電解液分配比［％］＝１００（ａ＋ｂ）／（ａ＋ｂ＋
ｃ） ａ：セパレータに含浸されている電解液量 ｂ：セパレータと流通可能で分極性電極以外の領域に存
在する電解液量 ｃ：分極性電極に含浸されている電解液量
【００１５】 このとき、それぞれ得られた電気二重層
コンデンサは、１０００００サイクルの充放電試験（条
件：室温、０Ｖ〜２．５Ｖの範囲で、コンデンサの容量
ファラッド当り５０ｍＡの電流密度）を行うことによ
り、サイクル試験後の静電容量維持率［％］を算出し
た。
コンデンサは、１０００００サイクルの充放電試験（条
件：室温、０Ｖ〜２．５Ｖの範囲で、コンデンサの容量
ファラッド当り５０ｍＡの電流密度）を行うことによ
り、サイクル試験後の静電容量維持率［％］を算出し
た。
【００１６】 尚、サイクル試験後の静電容量維持率
［％］は、初期静電容量を１００％とした時における１
０００００サイクル経過後の静電容量の割合を示すもの
である。
［％］は、初期静電容量を１００％とした時における１
０００００サイクル経過後の静電容量の割合を示すもの
である。
【００１７】 以上の結果から、電気二重層コンデンサ
の電解液分配比（セパレータ）とサイクル試験後の静電
容量維持率との関係を図２に示す。
の電解液分配比（セパレータ）とサイクル試験後の静電
容量維持率との関係を図２に示す。
【００１８】（考察）図２に示すように、実施例では、
電解液分配比［％］が７％以上（より好ましくは、１０
％以上３０％以下）になるように設定することにより、
サイクル試験後の静電容量維持率の劣化を抑制すること
ができた。
電解液分配比［％］が７％以上（より好ましくは、１０
％以上３０％以下）になるように設定することにより、
サイクル試験後の静電容量維持率の劣化を抑制すること
ができた。
【００１９】
【発明の効果】 以上の通り、本発明によれば、大きな
電流密度での放電時であっても、セパレータ中の電解液
濃度の上昇を抑制することができるため、サイクル劣化
を抑制することができる。これにより、本発明の電気二
重層コンデンサは、余剰の電解液が不要であるため、よ
り小型で、コンパクトにすることができる。
電流密度での放電時であっても、セパレータ中の電解液
濃度の上昇を抑制することができるため、サイクル劣化
を抑制することができる。これにより、本発明の電気二
重層コンデンサは、余剰の電解液が不要であるため、よ
り小型で、コンパクトにすることができる。
【図１】 本発明の電気二重層コンデンサの一例を示す
概要図である。
概要図である。
【図２】 実施例にかかる電気二重層コンデンサの電解
液分配比（セパレータ）とサイクル試験後の静電容量維
持率との関係を示すグラフである。
液分配比（セパレータ）とサイクル試験後の静電容量維
持率との関係を示すグラフである。
１８…正極（正電極）、１９…負極（負電極）、４０…
集電極、４２…分極性電極、４４…セパレータ、４６…
ケース、４８…電解液。
集電極、４２…分極性電極、４４…セパレータ、４６…
ケース、４８…電解液。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 勝川 裕幸 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 (72)発明者 井元 清明 愛知県名古屋市瑞穂区直来町２丁目14番
Claims (1)
- 【請求項１】 電解液と、前記電解液に浸漬された正電
極及び負電極とからなり、前記正電極及び前記負電極
が、その間にセパレータを介して配置されてなる電気二
重層コンデンサであって、 前記セパレータに含浸されている電解液量と、前記セパ
レータと流通可能で分極性電極以外の領域に存在する電
解液量との合計が、前記セパレータに含浸されている電
解液量と、前記セパレータと流通可能で分極性電極以外
の領域に存在する電解液量と、分極性電極に含浸されて
いる電解液量との合計に対して、７％以上になるように
設定することを特徴とする電気二重層コンデンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000284615A JP2002093663A (ja) | 2000-09-20 | 2000-09-20 | 電気二重層コンデンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000284615A JP2002093663A (ja) | 2000-09-20 | 2000-09-20 | 電気二重層コンデンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002093663A true JP2002093663A (ja) | 2002-03-29 |
Family
ID=18768798
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000284615A Pending JP2002093663A (ja) | 2000-09-20 | 2000-09-20 | 電気二重層コンデンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002093663A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006024611A (ja) * | 2004-07-06 | 2006-01-26 | Nisshinbo Ind Inc | 電気二重層キャパシタ |
| US7268995B2 (en) | 2005-09-26 | 2007-09-11 | Nisshinbo Industries, Inc. | Electric double layer capacitor |
| JP2013527628A (ja) * | 2010-06-02 | 2013-06-27 | フロリダ・ステイト・ユニバーシティ・リサーチ・ファウンデイション・インコーポレイテッド | 高エネルギー密度電気化学キャパシタ |
-
2000
- 2000-09-20 JP JP2000284615A patent/JP2002093663A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006024611A (ja) * | 2004-07-06 | 2006-01-26 | Nisshinbo Ind Inc | 電気二重層キャパシタ |
| US7268995B2 (en) | 2005-09-26 | 2007-09-11 | Nisshinbo Industries, Inc. | Electric double layer capacitor |
| JP2013527628A (ja) * | 2010-06-02 | 2013-06-27 | フロリダ・ステイト・ユニバーシティ・リサーチ・ファウンデイション・インコーポレイテッド | 高エネルギー密度電気化学キャパシタ |
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