JP2003272961A - 電気二重層キャパシタ - Google Patents
電気二重層キャパシタInfo
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- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電気二重層キャパシタの静電容量を増加する
こと。 【解決手段】 分極性電極用の炭素質導電性粉末とし
て、異なる平均粒径のものを混合して用いる。その平均
粒径の差が、一方が他方の２〜２００倍になるように設
定し、混合の比率を、平均粒径が大きい方を５０〜９５
重量％とする。これによって、分極性電極における炭素
質導電性粉末の充填率が増加することで、その表面積が
増加し、静電容量が増加する。炭素質導電性粉末として
は、活性炭、アセチレンブラック、ケッチェンブラック
などが使用できる。
こと。 【解決手段】 分極性電極用の炭素質導電性粉末とし
て、異なる平均粒径のものを混合して用いる。その平均
粒径の差が、一方が他方の２〜２００倍になるように設
定し、混合の比率を、平均粒径が大きい方を５０〜９５
重量％とする。これによって、分極性電極における炭素
質導電性粉末の充填率が増加することで、その表面積が
増加し、静電容量が増加する。炭素質導電性粉末として
は、活性炭、アセチレンブラック、ケッチェンブラック
などが使用できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気二重層キャパ
シタに用いられる分極性電極、及びそれを用いた電気二
重層キャパシタに関するものである。
シタに用いられる分極性電極、及びそれを用いた電気二
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は、電荷を有する
固体とそれに接触する電解液の界面に形成される、厚さ
数ｎｍ程度の電気二重層を、誘電体として利用したもの
である。電気二重層の容量は、１ｃｍ２あたり数十μＦ
であるが、表面積が数千ｍ２にも及ぶ活性炭を電極とし
て用いることにより、数百〜数千Ｆの極めて大きな容量
を得ることが可能である。
固体とそれに接触する電解液の界面に形成される、厚さ
数ｎｍ程度の電気二重層を、誘電体として利用したもの
である。電気二重層の容量は、１ｃｍ２あたり数十μＦ
であるが、表面積が数千ｍ２にも及ぶ活性炭を電極とし
て用いることにより、数百〜数千Ｆの極めて大きな容量
を得ることが可能である。
【０００３】そして、電気二重層キャパシタには、下記
のように電池とコンデンサの中間のような特徴を有し、
実用に供されるとともに、さらなる性能向上のための検
討がなされている。 （１）充放電サイクルに伴う容量の劣化が少ない。 （２）一般的な電池に比較して、起動後に瞬時に大きな
出力を取り出せる。
のように電池とコンデンサの中間のような特徴を有し、
実用に供されるとともに、さらなる性能向上のための検
討がなされている。 （１）充放電サイクルに伴う容量の劣化が少ない。 （２）一般的な電池に比較して、起動後に瞬時に大きな
出力を取り出せる。
【０００４】現用の電気二重層キャパシタで、小型のも
のは、集電体上に活性炭を主とする分極性電極層を形成
した一対の分極性電極の間に、ポリプロピレン不織布な
どからなるセパレータを挟んで素子とし、この素子に電
解液を含浸させ、金属ケースに収容し、キャップとガス
ケットにより金属ケースに密封したコイン型の構造をと
っている。
のは、集電体上に活性炭を主とする分極性電極層を形成
した一対の分極性電極の間に、ポリプロピレン不織布な
どからなるセパレータを挟んで素子とし、この素子に電
解液を含浸させ、金属ケースに収容し、キャップとガス
ケットにより金属ケースに密封したコイン型の構造をと
っている。
【０００５】この他に比較的大容量のものとして、シー
ト状の分極性電極、集電体、セパレータを積層して渦巻
状に巻き回して素子とし、この素子に電解液を含浸さ
せ、金属ケースに収容し、ケースの開口部をキャップで
密閉して構成した、巻き回し型の電気二重層キャパシタ
が製造されている。これらの電気二重層キャパシタは、
主にＩＣメモリのバックアップやアクチュエータのバッ
クアップに使用されている。
ト状の分極性電極、集電体、セパレータを積層して渦巻
状に巻き回して素子とし、この素子に電解液を含浸さ
せ、金属ケースに収容し、ケースの開口部をキャップで
密閉して構成した、巻き回し型の電気二重層キャパシタ
が製造されている。これらの電気二重層キャパシタは、
主にＩＣメモリのバックアップやアクチュエータのバッ
クアップに使用されている。
【０００６】これらの電気二重層キャパシタを構成する
分極性電極は、従来、大表面積を有する活性炭を主とす
るものであり、巻回型のキャパシタでは、活性炭粉末な
どをポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記
す）をバインダーとして混練し、シート状に形成したも
のが、またコイン型では上記シート状活性炭もしくは活
性炭繊維布が用いられている。
分極性電極は、従来、大表面積を有する活性炭を主とす
るものであり、巻回型のキャパシタでは、活性炭粉末な
どをポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記
す）をバインダーとして混練し、シート状に形成したも
のが、またコイン型では上記シート状活性炭もしくは活
性炭繊維布が用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このような電気二重層
キャパシタにおいては、前記のように、その静電容量
が、分極性電極とそれに接触する電解液の界面の面積に
支配され、現用製品の製造方法では、静電容量の増加に
限界がある。一方で、電子機器の小型化への要求は止ま
ることを知らず、電気二重層キャパシタについても、小
型化、つまり静電容量の増加が期待されている。従っ
て、本発明の技術的な課題は、前記電気二重層キャパシ
タの静電容量を増加することにある。
キャパシタにおいては、前記のように、その静電容量
が、分極性電極とそれに接触する電解液の界面の面積に
支配され、現用製品の製造方法では、静電容量の増加に
限界がある。一方で、電子機器の小型化への要求は止ま
ることを知らず、電気二重層キャパシタについても、小
型化、つまり静電容量の増加が期待されている。従っ
て、本発明の技術的な課題は、前記電気二重層キャパシ
タの静電容量を増加することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】分極性電極と電解液との
界面を広くするには、分極性電極を構成する導電性粉末
の表面積を大きくする他に、導電性粉末の占積率を増加
するのが有効である。そして、一定空間における粒状の
固体の占積率を向上するには、粒子間の空隙にさらに粒
径の小さい粒子が収まるような、粒度分布を設定するの
が有効である。
界面を広くするには、分極性電極を構成する導電性粉末
の表面積を大きくする他に、導電性粉末の占積率を増加
するのが有効である。そして、一定空間における粒状の
固体の占積率を向上するには、粒子間の空隙にさらに粒
径の小さい粒子が収まるような、粒度分布を設定するの
が有効である。
【０００９】即ち、本発明は、電解液に分極性電極が浸
されてなる電気二重層キャパシタにおいて、前記分極性
電極は、平均粒径が異なる炭素質導電性粉末を混合して
なることを特徴とする電気二重層キャパシタである。
されてなる電気二重層キャパシタにおいて、前記分極性
電極は、平均粒径が異なる炭素質導電性粉末を混合して
なることを特徴とする電気二重層キャパシタである。
【００１０】また、本発明は、前記の電気二重層キャパ
シタにおいて、前記平均粒径が異なる炭素質導電性粉末
は、一方の平均粒径が他方の平均粒径の２〜２００倍で
あることを特徴とする電気二重層キャパシタである。
シタにおいて、前記平均粒径が異なる炭素質導電性粉末
は、一方の平均粒径が他方の平均粒径の２〜２００倍で
あることを特徴とする電気二重層キャパシタである。
【００１１】また、本発明は、前記の電気二重層キャパ
シタにおいて、前記平均粒径が異なる炭素質導電性粉末
の混合比は、平均粒径が大きい方が、５０〜９５重量％
であることを特徴とする電気二重層キャパシタである。
シタにおいて、前記平均粒径が異なる炭素質導電性粉末
の混合比は、平均粒径が大きい方が、５０〜９５重量％
であることを特徴とする電気二重層キャパシタである。
【００１２】また、本発明は、前記の電気二重層キャパ
シタにおいて、前記平均粒径が異なる炭素質導電性粉末
の少なくとも一方は、活性炭であることを特徴とする電
気二重層キャパシタである。
シタにおいて、前記平均粒径が異なる炭素質導電性粉末
の少なくとも一方は、活性炭であることを特徴とする電
気二重層キャパシタである。
【００１３】
【作用】本発明によれば、分極性電極を構成する炭素質
導電性粉末として、平均粒径の異なるものを混合するこ
とによって、同体積の分極性電極内に、炭素質導電性粉
末が、従来よりも多量に充填できるようになる。この結
果、炭素質導電性粉末と電解液の界面の面積が増加し、
静電容量が向上する。
導電性粉末として、平均粒径の異なるものを混合するこ
とによって、同体積の分極性電極内に、炭素質導電性粉
末が、従来よりも多量に充填できるようになる。この結
果、炭素質導電性粉末と電解液の界面の面積が増加し、
静電容量が向上する。
【００１４】また、本発明に用いられる炭素質導電性粉
末としては、従来、多用されている活性炭の他に、アセ
チレンブラック、ケッチェンブラック、黒鉛などが挙げ
られるが、これらに限定されるものではない。また、こ
れらの炭素質導電粉末にアルカリ処理などを施すこと
で、表面活性を増加することも可能である。
末としては、従来、多用されている活性炭の他に、アセ
チレンブラック、ケッチェンブラック、黒鉛などが挙げ
られるが、これらに限定されるものではない。また、こ
れらの炭素質導電粉末にアルカリ処理などを施すこと
で、表面活性を増加することも可能である。
【００１５】ここで用いられる炭素質導電性粉末の平均
粒径の差を２倍以上、かつ２００倍以下に限定したの
は、平均粒径が異なる炭素質導電性粉末を混合しないで
用いた場合と顕著な差が認められず、２００倍以上では
平均粒径の小さい方が、平均粒径の大きい方に付着し、
混合の効果を発現しないからである。
粒径の差を２倍以上、かつ２００倍以下に限定したの
は、平均粒径が異なる炭素質導電性粉末を混合しないで
用いた場合と顕著な差が認められず、２００倍以上では
平均粒径の小さい方が、平均粒径の大きい方に付着し、
混合の効果を発現しないからである。
【００１６】また、炭素質導電性粉末の粒度分布は、平
均粒径の０.２倍〜２.０倍となる大きさの粒子が、全体
の８０重量％以上を占めるものを使用する。例えば、平
均粒径１０μｍの粉末であれば、２μｍ〜２０μｍとな
る大きさの粒子が、粉末全体の８０重量％以上を占める
ようにする。このような粒度分布の粉末を混合すること
で、粉末の充填率を向上することができる。
均粒径の０.２倍〜２.０倍となる大きさの粒子が、全体
の８０重量％以上を占めるものを使用する。例えば、平
均粒径１０μｍの粉末であれば、２μｍ〜２０μｍとな
る大きさの粒子が、粉末全体の８０重量％以上を占める
ようにする。このような粒度分布の粉末を混合すること
で、粉末の充填率を向上することができる。
【００１７】さらに、本発明に使用する炭素質導電性粉
末において、粒径が大きい方の混合比を５０重量％以
上、かつ９５重量％以下に限定したのは、この混合比の
範囲外においては、分極性電極中の炭素質導電性粉末の
充填性が低下するからである。
末において、粒径が大きい方の混合比を５０重量％以
上、かつ９５重量％以下に限定したのは、この混合比の
範囲外においては、分極性電極中の炭素質導電性粉末の
充填性が低下するからである。
【００１８】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態つい
て、具体的な例を挙げて説明する。
て、具体的な例を挙げて説明する。
【００１９】ここでは、一般的なコイン型、巻回型の電
気二重層キャパシタについて、本発明を適用した例につ
いて、説明する。図１は、コイン型の電気二重層キャパ
シタの中心軸を含む断面図である。図１において、１０
は、ステンレススチールからなるケースであり、その内
側に１２で示した導電性接着剤を塗布した後、１４で示
した分極性電極を底部に固着している。
気二重層キャパシタについて、本発明を適用した例につ
いて、説明する。図１は、コイン型の電気二重層キャパ
シタの中心軸を含む断面図である。図１において、１０
は、ステンレススチールからなるケースであり、その内
側に１２で示した導電性接着剤を塗布した後、１４で示
した分極性電極を底部に固着している。
【００２０】また、１１は、やはりステンレススチール
からなるキャップで、上記と同様の方法で分極性電極１
４を底部に固着している。ここでは、ケース１０及びキ
ャップ１１には、ステンレススチールを用いたが、アル
ミニウムもしくはその他の金属でもよい。
からなるキャップで、上記と同様の方法で分極性電極１
４を底部に固着している。ここでは、ケース１０及びキ
ャップ１１には、ステンレススチールを用いたが、アル
ミニウムもしくはその他の金属でもよい。
【００２１】分極性電極１４に使用する炭素質導電性粉
末には、平均粒径が１０〜２０μｍの活性炭と、平均粒
径が０.０３〜２０μｍのアセチレンブラックを、活性
炭が４０〜９８重量％となるように混合して調製した。
図３は、これら活性炭粉末とアセチレンブラックの粒度
分布の測定結果である。
末には、平均粒径が１０〜２０μｍの活性炭と、平均粒
径が０.０３〜２０μｍのアセチレンブラックを、活性
炭が４０〜９８重量％となるように混合して調製した。
図３は、これら活性炭粉末とアセチレンブラックの粒度
分布の測定結果である。
【００２２】次に、前記活性炭粉末などの材料を混練
し、厚み１００μｍに成形することによって、分極性電
極１４を作製した。この分極性電極１４に、テトラエチ
ルアンモニウムテトラフルオロボレートを１ｍｏｌ／Ｌ
の濃度でプロピレンカーボネートに溶解した溶液を、電
解液として含浸し、かつ、この分極性電極１４間にセパ
レータ１３を介して重ね合わせ、そして、ケース１０及
びキャップ１１の周縁部を、ガスケット１５を介してか
しめ、封口して一体化した。
し、厚み１００μｍに成形することによって、分極性電
極１４を作製した。この分極性電極１４に、テトラエチ
ルアンモニウムテトラフルオロボレートを１ｍｏｌ／Ｌ
の濃度でプロピレンカーボネートに溶解した溶液を、電
解液として含浸し、かつ、この分極性電極１４間にセパ
レータ１３を介して重ね合わせ、そして、ケース１０及
びキャップ１１の周縁部を、ガスケット１５を介してか
しめ、封口して一体化した。
【００２３】次に、得られた電気二重層キャパシタの静
電容量を測定した。表１は、前記の活性炭とアセチレン
ブラックの混合比率と、静電容量の測定結果をまとめて
示したものである。
電容量を測定した。表１は、前記の活性炭とアセチレン
ブラックの混合比率と、静電容量の測定結果をまとめて
示したものである。
【００２４】
【表１】
【００２５】表１から、活性炭粉末の平均粒径が、アセ
チレンブラックの平均粒径の２倍以上、２００倍以下
で、活性炭の混合比率が５０重量％以上、９５重量％以
下の電気二重層キャパシタ、即ち、２，３，４，５，
６，９，１０，１１，１２，１３，１６，１７，１８の
番号の電気二重層キャパシタは、静電容量がいずれも３
Ｆ以上であり、他よりも高くなっていることが明らかで
ある。
チレンブラックの平均粒径の２倍以上、２００倍以下
で、活性炭の混合比率が５０重量％以上、９５重量％以
下の電気二重層キャパシタ、即ち、２，３，４，５，
６，９，１０，１１，１２，１３，１６，１７，１８の
番号の電気二重層キャパシタは、静電容量がいずれも３
Ｆ以上であり、他よりも高くなっていることが明らかで
ある。
【００２６】次に、巻回型の電気二重層キャパシタに本
発明を適用した例を示す。図２は、巻回型電気二重層キ
ャパシタの構成を示す一部切り欠き斜視図である。ここ
では、厚み３０μｍのアルミ箔からなる導電性集電体２
２の上に、コイン型電気二重層キャパシタの場合と同様
に、活性炭粉末及びアセチレンブラックなどを混練して
得られたスラリーを、厚み１００μｍになるように塗布
して、分極性電極２１を形成した。
発明を適用した例を示す。図２は、巻回型電気二重層キ
ャパシタの構成を示す一部切り欠き斜視図である。ここ
では、厚み３０μｍのアルミ箔からなる導電性集電体２
２の上に、コイン型電気二重層キャパシタの場合と同様
に、活性炭粉末及びアセチレンブラックなどを混練して
得られたスラリーを、厚み１００μｍになるように塗布
して、分極性電極２１を形成した。
【００２７】これに、アルミ電極リード２０を針かしめ
により、導電性集電体に機械接続させたものを、セパレ
ータ２３とともに巻回し、電解液を含浸後、アルミ外装
ケース２５に、ゴムキャップ２４を用いて封入した。電
解液としては、１ｍｏｌ／Ｌの濃度に調製した、テトラ
エチルアンモニウムテトラフルオロボレートのプロピレ
ンカーボネート溶液を用いた。このようにして、本発明
を適用した巻回型電気二重層キャパシタを得た。
により、導電性集電体に機械接続させたものを、セパレ
ータ２３とともに巻回し、電解液を含浸後、アルミ外装
ケース２５に、ゴムキャップ２４を用いて封入した。電
解液としては、１ｍｏｌ／Ｌの濃度に調製した、テトラ
エチルアンモニウムテトラフルオロボレートのプロピレ
ンカーボネート溶液を用いた。このようにして、本発明
を適用した巻回型電気二重層キャパシタを得た。
【００２８】これらの電気二重層キャパシタについて
も、静電容量を測定した。表２は、前記の活性炭とアセ
チレンブラックの混合比率と、静電容量の測定結果をま
とめて示したものである。
も、静電容量を測定した。表２は、前記の活性炭とアセ
チレンブラックの混合比率と、静電容量の測定結果をま
とめて示したものである。
【００２９】
【表２】
【００３０】表２から、活性炭粉末の平均粒径が、アセ
チレンブラックの平均粒径の２倍以上、２００倍以下
で、活性炭の混合比率が５０重量％以上、９５重量％以
下の電気二重層キャパシタ、即ち、２１，２２，２３，
２４，２５，２８，２９，３０，３１，３２，３５，３
６，３７の番号の電気二重層キャパシタは、静電容量が
いずれも１０Ｆ以上であり、他よりも高くなっているこ
とが明らかである。
チレンブラックの平均粒径の２倍以上、２００倍以下
で、活性炭の混合比率が５０重量％以上、９５重量％以
下の電気二重層キャパシタ、即ち、２１，２２，２３，
２４，２５，２８，２９，３０，３１，３２，３５，３
６，３７の番号の電気二重層キャパシタは、静電容量が
いずれも１０Ｆ以上であり、他よりも高くなっているこ
とが明らかである。
【００３１】
【発明の効果】以上、述べたように、本発明によれば、
分極性電極中の炭素質導電性粉末が、より多く充填され
るようになるため、静電容量が向上した電気二重層キャ
パシタを提供することができる。また、実施の形態で
は、コイン型と巻回型の電気二重層キャパシタに適用し
た例を説明したが、他の形状に適用し得ることは勿論で
ある。
分極性電極中の炭素質導電性粉末が、より多く充填され
るようになるため、静電容量が向上した電気二重層キャ
パシタを提供することができる。また、実施の形態で
は、コイン型と巻回型の電気二重層キャパシタに適用し
た例を説明したが、他の形状に適用し得ることは勿論で
ある。
【図１】コイン型の電気二重層キャパシタの中心軸を含
む断面図。
む断面図。
【図２】巻回型電気二重層キャパシタの構成を示す一部
切り欠き斜視図。
切り欠き斜視図。
【図３】活性炭粉末とアセチレンブラックの粒度分布の
測定結果を示す図。
測定結果を示す図。
１０ ケース
１１ キャップ
１２ 導電性接着剤
１３ セパレータ
１４，２１ 分極性電極
１５ ガスケット
２０ アルミ電極リード
２２ 導電性集電体
２３ セパレータ
２４ ゴムキャップ
２５ アルミ外装ケース
Claims (4)
- 【請求項１】 電解液に分極性電極が浸されてなる電気
二重層キャパシタにおいて、前記分極性電極は、平均粒
径が異なる炭素質導電性粉末を混合してなることを特徴
とする電気二重層キャパシタ。 - 【請求項２】 請求項１に記載の電気二重層キャパシタ
において、前記平均粒径が異なる炭素質導電性粉末は、
一方の平均粒径が他方の平均粒径の２〜２００倍である
ことを特徴とする電気二重層キャパシタ。 - 【請求項３】 請求項１もしくは請求項２のいずれかに
記載の電気二重層キャパシタにおいて、前記平均粒径が
異なる炭素質導電性粉末の混合比は、平均粒径が大きい
方が、５０〜９５重量％であることを特徴とする電気二
重層キャパシタ。 - 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
載の電気二重層キャパシタにおいて、前記平均粒径が異
なる炭素質導電性粉末の少なくとも一方は、活性炭であ
ることを特徴とする電気二重層キャパシタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002073432A JP2003272961A (ja) | 2002-03-18 | 2002-03-18 | 電気二重層キャパシタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002073432A JP2003272961A (ja) | 2002-03-18 | 2002-03-18 | 電気二重層キャパシタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003272961A true JP2003272961A (ja) | 2003-09-26 |
Family
ID=29203099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002073432A Pending JP2003272961A (ja) | 2002-03-18 | 2002-03-18 | 電気二重層キャパシタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003272961A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008029865A1 (en) * | 2006-09-01 | 2008-03-13 | Japan Gore-Tex Inc. | Electric double layer capacitor |
| JP2011228402A (ja) * | 2010-04-16 | 2011-11-10 | Kobelco Kaken:Kk | 蓄電デバイス |
-
2002
- 2002-03-18 JP JP2002073432A patent/JP2003272961A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008029865A1 (en) * | 2006-09-01 | 2008-03-13 | Japan Gore-Tex Inc. | Electric double layer capacitor |
| JP2008060457A (ja) * | 2006-09-01 | 2008-03-13 | Japan Gore Tex Inc | 電気二重層キャパシタ |
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