JP2015130479A - 電気二重層キャパシタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気二重層キャパシタは、分極性電極がシート状の繊維物質を炭化処理及び賦活処理することによって手作業で製造されているため、製造される電気二重層キャパシタの静電容量の大きさが安定しないという課題があった。
【解決手段】電気二重層キャパシタの製造方法であって、シート状の繊維物質を、炭化処理した後に賦活処理してシート状活性炭８ａを製造する活性炭製造工程と、該シート状の繊維物質を１枚又は複数枚重ねて用いることにより分極性電極８を形成するにあたり、製造される電気二重層キャパシタが予め定めた所定の静電容量となるように各分極性電極８に用いるシート状活性炭８ａの枚数を調整する調整工程と、一対の集電極６、上記調整工程によって枚数が調整されたシート状活性炭８ａによって構成された一対の分極性電極８、セパレータ７及び電解液１２をパッケージ化して電気二重層キャパシタを組立てる組立工程とをとる。
【選択図】図３

Description

本発明は、分極性電極に活性炭を用いた電気二重層キャパシタの製造方法に関する。

電解液が導体に接すると、電解液と導体の界面にプラス電荷の層とマイナス電荷の層とからなる電気二重層が形成される。この現象を利用して電気エネルギーを蓄えるものが電気二重層キャパシタである。

この電気二重層キャパシタは、急速充電が可能であるとともに、従前の二次電池と比較して充放電を繰返しても劣化することが殆どないという優れた特性を有する一方で、リチウム電池等の二次電池と比較して蓄えられるエネルギー容量が小さいという欠点を有している。

これに対し、近年、表面積の大きい活性炭を分極性電極として利用し、電極と電解液との接触面積を大きくすることにより、静電容量の大容量化を図った特許文献１に示す電気二重層キャパシタ及びその製造方法が公知となっている。

特開２００２−２９９１８５号公報

しかし、上記文献の電気二重層キャパシタは、分極性電極がシート状の繊維物質を炭化処理及び賦活処理することによって手作業で製造されているため、製造される電気二重層キャパシタの静電容量の大きさが安定しないという課題があった。

本発明は、一対の集電極と、該一対の集電極間に配置された分極性電極と、一対の分極性電極同士を絶縁させるセパレータと、分極性電極が浸漬されるように前記一対の集電極間に介在された電解液とを含む電気二重層キャパシタの製造方法において、所望の静電容量に調整可能な電気二重層キャパシタの製造方法を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために本発明は、第１に、一対の集電極６と、該一対の集電極６間に配置された分極性電極８と、一対の分極性電極８同士を絶縁させるセパレータ７と、分極性電極８が浸漬されるように前記一対の集電極６間に介在された電解液１２とを含む電気二重層キャパシタの製造方法であって、シート状の繊維物質を、炭化処理した後に賦活処理してシート状活性炭８ａを製造する活性炭製造工程と、該シート状の繊維物質を１枚又は複数枚重ねて用いて分極性電極８を形成することにより製造される電気二重層キャパシタが予め定めた所定の静電容量となるように調整する調整工程と、一対の集電極６、上記調整工程によって静電容量が調整されたシート状活性炭８ａによって構成された一対の分極性電極８、セパレータ７及び電解液１２をパッケージ化して電気二重層キャパシタを組立てる組立工程とを有することを特徴としている。

第２に、前記調整工程では、分極性電極８に用いるシート状活性炭８ａの枚数を調整することにより、製造される電気二重層キャパシタの上記静電容量を調整することを特徴としている。

第３に、前記調整工程では、分極性電極８に用いる複数のシート状活性炭８ａから、予め定めた複数枚のシート状活性炭８ａをランダムに選択することにより、製造される電気二重層キャパシタの上記静電容量を調整することを特徴としている。

第４に、前記組立工程では、組立状態で、シート状活性炭８ａ同士、或いはシート状活性炭８ａと集電極６とを密着させる側に押圧力を作用させるようにして、パッケージング及び組立を行うことを特徴としている。

第５に、上記押圧力を、２０ｋＰａ以上に設定したことを特徴としている。

第６に、前記調整工程では、各分極性電極８のシート状活性炭の積層厚さを積層枚数によって１５ｍｍ以下の範囲に調整することを特徴としている。

第７に、前記組立工程によって組立てた電気二重層キャパシタである組立キャパシタの静電容量が上記予め定めた所定の静電容量と一致又は略一致しているか否かを確認する確認工程を備え、該確認工程の結果、前記組立キャパシタの静電容量が上記予め定めた所定の静電容量と一致又は略一致していない場合には、再度、調整工程を実行することを特徴としている。

第８に、前記確認工程では、上記予め定めた所定の静電容量を有するキャパシタである基準キャパシタを、上記組立てた電気二重層キャパシタと直列に電気的に接続した状態で電圧を印加し、基準キャパシタにかかる電圧と、組立キャパシタにかかる電圧とが一致するか否かによって、組立キャパシタが上記予め定めた所定の静電容量と一致又は略一致しているか否かを確認することを特徴としている。

上記構成によれば、シート状の繊維物質から得られるシート状活性炭を１枚又は複数枚重ねて形成される分極性電極は、シート状活性炭の積層枚数を調整することによって、電気二重層キャパシタの静電容量を所定の値に設定できる。

また、分極性電極８に用いる複数のシート状活性炭８ａから、予め定めた複数枚のシート状活性炭８ａをランダムに選択することにより、製造される電気二重層キャパシタの上記静電容量を調整する物によれば、製造された複数の電気二重層キャパシタの静電容量のバラつきを抑制できる。

また、前記組立工程では、組立状態で、シート状活性炭同士、或いはシート状活性炭と集電極とを密着させる側に押圧力を作用させるようにして、パッケージング及び組立を行い、上記押圧力を、２０ｋＰａ以上に設定したものによれば、活性炭同士が密着することで、内部抵抗が効率的に低減されて安定した電気二重層キャパシタを製造できる。

また、前記調整工程では、各分極性電極８のシート状活性炭の積層厚さを積層枚数によって１５ｍｍ以下の範囲に調整するものによれば、シート状活性炭の積層枚数と充電完了にまでかかる時間との関係が効率的な範囲に収まるように構成される。

なお、前記組立工程によって組立てた電気二重層キャパシタである組立キャパシタの静電容量が上記予め定めた所定の静電容量と一致又は略一致しているか否かを確認する確認工程を備え、該確認工程の結果、前記組立キャパシタの静電容量が上記予め定めた所定の静電容量と一致又は略一致していない場合には、再度、調整工程を実行するものによれば、静電容量をより安定して設定した値に近づけることができる。

また、前記確認工程では、上記予め定めた所定の静電容量を有するキャパシタである基準キャパシタを、上記組立てた電気二重層キャパシタと直列に電気的に接続した状態で電圧を印加し、基準キャパシタにかかる電圧と、組立キャパシタにかかる電圧とが一致するか否かによって、組立キャパシタが上記予め定めた所定の静電容量と一致又は略一致しているか否かを確認するものによれば、静電容量の調整作業を容易に行うことができる。

本発明により製造された電気二重層キャパシタをユニット化することにより形成されたキャパシタユニットの正面図である。 （Ａ）は、電極部の構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は、電気二重層キャパシタの構成を示すモデル図である。 製造方法を示したフロー図である。 測定工程における測定用回路図を示した模式図である。 （Ａ）は、漏れ電流を考慮しない場合の等価回路であり、（Ｂ）は、漏れ電流を考慮した場合の等価回路である。 調整工程により作成された製造キャパシタの分担電圧を示した図である。 （Ａ）は、面積により比較した分極性電極のモデル図であり、（Ｂ）は、積層枚数により比較した分極性電極のモデル図である。 分極性電極の面積と、静電容量及び内部抵抗の関係を示した図である。 活性炭の積層枚数と、静電容量及び内部抵抗の関係を示した図である。 キャパシタユニットに任意の圧力をかける装置を示した図である。 （Ａ）は、荷重と内部抵抗との関係を、活性炭の積層枚数で比較したグラフであり、（Ｂ）は、荷重と内部抵抗との関係を、分極性電極の面積で比較したグラフである。 （Ａ）は、荷重と静電容量との関係を、活性炭の積層枚数で比較したグラフであり、（Ｂ）は、荷重と静電容量との関係を、分極性電極の面積で比較したグラフである。 シート状活性炭をシャッフルする分極性電極の製造方法を示した図である。 （Ａ）は、電気二重層キャパシタの充放電特性を測定する回路図であり、（Ｂ）は、直列接続された電気二重層キャパシタの分担電圧を測定する回路図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、シート状活性炭をシャッフルした電気二重層キャパシタと、シャッフルなしの電気二重層キャパシタの充放電特性を示した図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、シート状活性炭をシャッフルした電気二重層キャパシタと、シャッフルなし電気二重層キャパシタについて、複数の電気二重層キャパシタを直列接続した際の分担電圧を示した図である。

本願発明者らは、鋭意検討の結果、シート状の繊維物質から得られるシート状活性炭８ａを１又は複数枚重ねて形成される分極性電極８を用いた電気二重層キャパシタは、シート状活性炭８ａの面積及び積層枚数を調整することによって、電気二重層キャパシタの静電容量を調整できることを見出し、これを発明した。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明により製造された電気二重層キャパシタをユニット化することにより形成されたキャパシタユニットの正面図である。キャパシタユニット１は、厚板状に形成された複数の電気二重層キャパシタ２と、該複数の電気二重層キャパシタ２を厚み方向に重ねた状態で、該重ね合わせ方向両端側から挟持する一対の挟持プレート３，３と、該挟持プレート３，３同士を連結する複数の連結ボルト４とを備えている。

連結ボルト４は、挟持プレート３間において、電気二重層キャパシタ２を避けるようにして挟持プレート３の周端側に複数配置されている。各連結ボルト４は、一方の挟持プレート３から他方の挟持プレート３に挿通されており、該他方の挟持プレート３から突出した連結ボルト４の先端部に連結ナットをネジ係合されて締付けることにより、挟持プレート３間の電気二重層キャパシタ２が互いに押圧・密着された状態で、締付固定される。

この複数の電気二重層キャパシタ２は、後述するように隣接するもの同士が互いに直列接続されるとともに、両端側の電気二重層キャパシタ２を介して、電気の充放電が行われる。以下、電気二重層キャパシタ２の構成について説明する。

図２（Ａ）は、電極部の構成を示す斜視図であり、図２（Ｂ）は、電気二重層キャパシタの構成を示すモデル図である。電気二重層キャパシタ２は、平行な状態で対向する板状の一対の集電極６，６と、この２つの集電極６，６間のスペースを仕切る方形シート状のセパレータ７と、各集電極６とセパレータ７との間に充填状態で介挿された分極性電極８と、一対の集電極間６，６に介在するように各分極性電極８に含浸された電解液１２と、各種部材を収容する収容体９と、各集電極６，６に取付けられたプレート状の接続端子１１とから構成されている。

上記集電極６は、上下方向が長手方向となる方形板状に成形され、少なくとも分極性電極８と接する側の面（内面）を、導体によって構成する必要があるが、本例では全体が導体で構成されている。導体として用いる金属は、例えば、ニッケル、コバルト、鉄、銀、金又は白金であり、これらの組合せであってもよいが、本例では、この中でも、コスト面を考慮して、鉄を集電極６用の導体として用いている。なお、樹脂シートの表面に、導体層をコーティングすることにより集電極６を構成してもよく、具体的には、樹脂シートの表面に金属膜をメッキする。

上記電解液１２は、水系の電解液を用いる場合には、濃度が１０〜４０重量％の水酸化カリウム水溶液か、或いは濃度が１０〜３０重量％の水酸化ナトリウム水溶液か、炭酸カリウム水溶液等を用いる。ちなみに、強アルカリとなる電解液は、塩酸等によって容易に中和処理できるため、使用後も安全に廃棄することができ、環境負荷も少ない。なお、電解液として、有機系の電解液を用いても良い。

上記分極性電極８は、後述する活性炭製造工程によって製造されるシート状活性炭８ａを複数重ね合せることにより構成される。

上記セパレータ７は、一方の分極性電極８及び集電極６と、他方の分極性電極８及び集電極６との接触（特に集電極９，９間の接触）を防止する耐アルカリ性の絶縁シートであり、集電極６，６間のイオンの流通及び分極性電極８，８間のイオンの流通を妨げないように構成されている。具体的には、液体が含浸させた際に収縮し難い耐アルカリ性のろ紙や、耐水処理を施したセルロース繊維やポリビニルアルコール繊維からなるセパレータ７を用いる。

上記接続端子１１は、一対の集電極６，６の外面側に各別に設けられた方形板状部材であり、自身の長手方向が集電極６方向に向けられた状態で、該集電極６に設置されている。具体的には、接続端子１１が、導体（さらに具体的には金属）で構成され、図示する例では、集電極６と同一の金属である鉄によって構成されている。

各接続端子１１の下半部は、集電極６の外面上部に密着している一方で、接続端子１１の上半部は、集電極６の上端よりも上方に延出されている。この接続端子１１を介して、図示する電気二重層キャパシタ１の充填及び放電を行う。これ加えて、一方の接続端子１１は、集電極６の幅方向一方寄りに配置されるとともに、他方の接続端子１１は、集電極６の幅方向他方寄りに配置されている。

上記収容体９は、フレキシブルに変形可能な耐アルカリ性（具体的には、ポリエチレン製）の収容袋である。この収容袋９は、扁平な筒状に成形され、収容袋９には、セパレータ７の全部と、一対の集電極６，６の全部と、電解液１２を含浸させた一対の分極性電極８，８の全部と、一対の接続端子１１，１１の一部とが、厚み方向を収容袋９と一致させた状態で、差込み収容され、開放された収容袋９の上端部または下端部が、対向面同士で熱圧着されて密閉される。

上述のように構成される電気二重層キャパシタは、特に、電解液として水系の電解液を用いた場合には、電気分解を避けるために電気二重層キャパシタにかかる電圧が１．２３Ｖ以下となるように設定されている。より高い電圧が必要な場合には、図１のように、複数の電気二重層キャパシタを直列接続してキャパシタユニット１にすることで高電圧の蓄電池として用いることができる。なお、電解液１２に非水系の電解液（有機系電解液）を使用した場合には、１個当たりの電気二重層キャパシタで２．５〜３Ｖ程度の電圧をかけることができるが、それ以上の電圧が必要な場合には、同様に複数の電気二重層キャパシタを直列接続してキャパシタユニットを構成する。

このとき、上記構成の電気二重層キャパシタでは、繊維物質を炭化処理し、炭化処理された繊維状の炭をガス賦活等することによって、手作りでシート状活性炭８ａを製造しているため、該シート状活性炭８ａを積層した分極性電極８を用いた電気二重層キャパシタは静電容量にばらつきが生じやすく、各電気二重層キャパシタに設定する電圧が高すぎると、直列接続することによって一部の電気二重層キャパシタの分担電圧が想定よりも高くなって、電気分解を起こす場合があり得た。

そのため、直列接続された電気二重層キャパシタは、分担電圧を電解液が電気分解する分解電圧をよりも低く設定し、且つ、直列接続された電気二重層キャパシタが蓄える電力量を最大にするためには、各キャパシタにかかる分担電圧を等しくする必要がある。

これに対して、前記電気二重層キャパシタは、シート状活性炭８ａを積層させて構成される分極性電極８の表面積等によって静電容量が増減することを見出したため、シート状の活性炭を複数枚重ね合わせて形成される上記分極性電極は、活性炭の面積と積層枚数を調整することにより、静電容量を所望の値に調整できる。静電容量を均一にする電気二重層キャパシタの製造方法の詳細については、後述する。

ちなみに、分極性電極を構成する活性炭の積層枚数を増やすことにより、静電容量が増える一方で、充電に必要な時間も長くなる。具体的には、１５ｃｍ×１３ｃｍのシート状活性炭の場合、積層枚数を３０枚以内に収めることによって、充電時間をおよそ３０分以内に抑えることができる。

なお、該分極性電極は、シート状の活性炭が互いに密着するように所定以上の圧力（具体的には２０ｋＰａ以上）で押圧することにより、電気二重層キャパシタ内に発生する内部抵抗を抑制し、静電容量がより安定したキャパシタを製造することができる。

次に、図３及び図４に基づいて電気二重層キャパシタからなるキャパシタユニットの製造工程について説明する。図３は、製造方法を示したフロー図であり、図４は、調整工程における測定用回路図を示した模式図である。図３に示すように、電気二重層キャパシタの製造方法は、活性炭製造工程、調整工程、組立工程、確認工程とを有している。

前記活性炭製造工程は、シート状の繊維物質を炭化処理することにより製造される繊維状の炭を、ガス賦活又はアルカリ賦活することによってシート状活性炭８ａを製造する。

繊維物質としては、例えば、セルロール繊維や、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系繊維や、石炭タール若しくは石油ピッチからつくるピッチ系炭素繊維や、レーヨンやフェノール等からなる炭素繊維を用いることができる。そして、このなかでも、特に、織布若しくは不織布の木綿、或いは綿状の木綿を、セルロース繊維として、用いることがコスト的に好ましい。

このように、繊維物質を炭化及び賦活して得られる繊維状のシート状活性炭８ａは、含浸性に優れているため、多量の電解液を含有させることが可能である。ちなみに、この繊維状活性炭はそのまま積層させて分極性電極８に用いることもでき、或いは、所定サイズに切断して、分極性電極８に用いることもできる。この場合、シート状に加工した際の厚さか面積によって静電容量が調整できる。

前記調整工程では、図４に示されるようにガスバリアで覆われて所定の静電容量に設定された基準キャパシタＣ１を用意するとともに、静電容量を調整する対象となる製造キャパシタＣ２とを直列接続する。このとき、製造キャパシタＣ２は、基準キャパシタＣ１と同数（Ｎ枚）の活性炭を、上記のように所定以上の圧力で押圧した状態で積層させた分極性電極８を用いた。具体的に測定系の回路には、基準キャパシタＣ１の電圧を測定する電圧計Ｖ１と、製造キャパシタの電圧を測定する電圧計Ｖ２と、可変定電圧電源と、スイッチＳＷとを備えている。

次に、図４の回路に使用する電圧の２倍の電圧を印加する。基準キャパシタＣ１及び製造キャパシタＣ２の分担電圧は、スイッチＳＷをＯＮ状態に切換えた後、十分時間が経過した後に各電圧計Ｖ１，Ｖ２の指示値を測定する。

前記調整工程では、測定された分担電圧に基づいて、製造キャパシタＣ２の分極性電極８を構成するシート状の活性炭の積層枚数を調整する。具体的には、Ｖ１＞Ｖ２の場合には、Ｎ×（Ｖ１−Ｖ２）／Ｖ１×Ｋ枚の活性炭を製造キャパシタＣ２から減らし、Ｖ１＜Ｖ２の場合には、Ｎ×（Ｖ２−Ｖ１）／Ｖ２×Ｋ枚の活性炭を製造キャパシタＣ２に追加し、Ｖ１＝Ｖ２の場合には、活性炭の枚数を変化させないようにする。上記において、Ｋはキャパシタ製造時に経験的に決定される補正係数である。

前記組立工程は、上記の調整工程によって作成された分極性電極８を、一対の集電極６とセパレータ７との間に配置して収容体９内にパッケージ化することにより、所望の静電容量を有する電気二重層キャパシタ２を組立製造する。このとき、分極性電極８には、調整工程時と同様に２０ｋＰａ以上の圧力で互いが密着するように構成されている。

前記確認工程では、再び製造キャパシタＣ２を図４のように直列接続して、使用する電圧の２倍の電圧を印加して、分担電圧が確認する。この際、いまだ分担電圧に大きな差異がでる場合には調整工程に戻り、所定内の分担電圧内に収まっていれば、所定の静電容量に調整された電気二重層キャパシタ２となる。

また、製造された静電容量の一定な複数の電気二重層キャパシタを図１のキャパシタユニット１を形成することにより、高電圧が出力可能であって且つ電気分解する心配のない高品質のキャパシタユニット１を効率的に製造することができる。

次に、図５に基づいて、上述の調整工程で用いる等価回路について説明する。図５（Ａ）は、漏れ電流を考慮しない場合の等価回路であり、図５（Ｂ）は、漏れ電流を考慮した場合の等価回路である。

図５（Ａ）のように、直列に接続した電気二重層キャパシタに、漏れ電流がないという前提で電圧Ｖを印加して充電を行ったとすると、各キャパシタへの充電が完了した時点では電流が流れないため、コンデンサの静電容量のみによって分担電圧Ｖ１，Ｖ２が決定される。すなわち、印加電圧Ｖは、以下のように充電完了時に両電気二重層キャパシタの分担電圧の和となるため以下の関係が成り立つ。

つまり、上記の式から分担電圧の差が以下のようにあらわされる。

以上より、ｋ＝１となるように静電容量を可変させると両キャパシタの静電容量が等しくなる。ここで、電気二重層の静電容量Ｃは、積層数Ｌに比例しているので、比例定数とすると、静電容量Ｃは積層枚数にほぼ比例して変化する。したがって、分担電圧は活性炭の積層数Ｌを変えることで調整することができる。

図５（Ｂ）に示すように、各電気二重層キャパシタの漏れ電流が大きい場合には、Ｒ１，Ｒ２の漏れ抵抗による電流が常に流れることになる。したがって、直列接続した電気二重層キャパシタの順番も定めて直列に並べ、分担電圧を測定した後、本発明の方法で活性体の積層枚数を調整することが適切である。

次に、図４乃至図６に基づき、上述の所定の静電容量に調整した電気二重層キャパシタの製造方法の実験について説明する。まず、１２ｃｍ×１５ｃｍのシート状の活性炭を２５層積層させたものを集電極とセパレータの間に配置して構成した電気二重層キャパシタを２つ（基準キャパシタ及び製造キャパシタ）用いて、静電容量を調整する実験を行った。Ｃ１を基準キャパシタ、Ｃ２を製造キャパシタとし、電解液には水系の電解液を使用した。

前記調整工程では、充電電圧は２Ｖで行い、充電電流が０．５Ａまで減少した時点での基準キャパシタと製造キャパシタの分担電圧Ｖ１，Ｖ２をそれぞれ測定した。測定された分担電圧の差の絶対値（ΔＶ）に応じて、製造キャパシタの分極性電極を構成するシート状の活性炭の枚数を増減させて静電容量の調整を行った（調整工程）。その後、調整後の製造キャパシタを再び測定回路に直列接続して、分担電圧の変化を測定した（確認工程）。上記工程によって、５つの製造キャパシタの静電容量の調整を行った。

実験結果を図６に示す。実験結果より、基準キャパシタと同数の活性炭を用いた分極性電極を用いたにもかかわらず、計測された分担電圧の差（ΔＶ）は、５回の平均値でおよそ０．１０６Ｖとなった。これに対して、調整工程を介して積層枚数を調整することにより、確認工程で測定された分担電圧の差（ΔＶ）の平均値は、およそ０．０３４Ｖに減少した。

上記結果により、測定工程によって計測された分担電圧の差に基づいて、活性炭の積層枚数を調整することによって、製造キャパシタＣ２の静電容量を所望の値（基準キャパシタの静電容量）に近づけることができる。

次に、図７乃至図９に基づき、上述の活性炭の面積及び積層枚数と、静電容量との関係調べる実験について説明する。図７（Ａ）は、面積により比較した分極性電極のモデル図であり、図７（Ｂ）は、積層枚数により比較した分極性電極のモデル図である。図７（Ａ）に示されるように、シート状の活性炭の積層枚数を３枚とし、シート状活性炭の積層厚さを１．５ｍｍに統一して面積が１，４，９，１６，２５ｃｍ^２となる分極性電極を５つ作成し、分極性電極の面積と静電容量（及び内部抵抗）との関係を調べた。また、同様に図７（Ｂ）に示されるように、活性炭の面積を２５ｃｍ^２に統一し、活性炭の積層枚数を１０，２０，３０，４０枚とした分極性電極を作成し、分極性電極を構成する活性炭の積層枚数と静電容量（及び内部抵抗）との関係を調べた。

実験結果を図８及び図９に示す。図８は、分極性電極の面積と、静電容量及び内部抵抗の関係を示した図である。上記結果により、活性炭の面積が増加すると、静電容量もほぼ比例するようにして増加した。その一方で、内部抵抗は面積の増加にともなって緩やかに減少した。さらに面積を大きくしてもこの傾向は成立すると考えられる。

図９は、活性炭の積層枚数と、静電容量及び内部抵抗の関係を示した図である。上記家結果により、活性炭の積層枚数を増やすことによっても、静電容量はほぼ比例するようにして増加した。その一方で、内部抵抗は積層枚数の増加にともなって減少した。

次に、図１０乃至図１２に基づき、荷重による内部抵抗と静電容量の変化について調べる実験について説明する。図１０は、キャパシタユニットに任意の圧力をかける装置を示した図である。具体的には、一対のつまみ部を回転操作することにより上下動させることのできる押圧部と、上下動する押圧部の移動距離を測定するメジャーとを備え、載置面に載置されたキャパシタユニットをつまみ部の操作で上下動する押圧部によって押圧することによって任意の荷重を与えることができる。

実験結果を図１１及び図１２に示す。図１１（Ａ）は、荷重と内部抵抗との関係を、活性炭の積層枚数で比較したグラフであり、図１１（Ｂ）は、荷重と内部抵抗との関係を、分極性電極の面積で比較したグラフである。上記結果より、活性炭の総数及び面積を変化させても荷重に対する内部抵抗の値に大きな違いはでなかった。また、活性炭の積層枚数や面積によらず、約５ｋｇ／２５ｃｍ^２（２０ｋＰａ）以上の圧力を加えることによって、電気二重層キャパシタの内部抵抗の値が安定するものが多かった。

図１２（Ａ）は、荷重と静電容量との関係を、活性炭の積層枚数で比較したグラフであり、図１２（Ｂ）は、荷重と静電容量との関係を、分極性電極の面積で比較したグラフである。上記結果より、活性炭の面積を変化させても荷重に対する静電容量の特性に変化は見られなかった。また、積層枚数を変化させた場合の荷重に対する静電容量は、約２０ｋＰａ以上の圧力を与えることにより、安定するものが多かった。

次に、図１３乃至図１６に基づき、製造される電気二重層キャパシタの静電容量を安定させる他の製造方法について上述と異なる点について説明する。

本願発明者らは、上述の所定の静電容量を得ることのできる電気二重層キャパシタの製造方法の他に、活性炭製造工程によって大量に作成されたシート状活性炭からランダムに選択することによってシャッフルして重ねられた分極性電極を作成し、これを用いた電気二重層キャパシタ（シート状活性炭をシャッフルした電気二重層キャパシタ）を複数製造することによって、複数の電気二重層キャパシタ間の静電容量のバラつきを抑え、静電容量の大きさを安定させることができる製造方法を見出した。

次に、図１３及び図１４に基づいて、上述の静電容量のバラつきを抑制した電気二重層キャパシタの製造方法の実験について説明する。図１３は、シート状活性炭をシャッフルする分極性電極の製造方法を示した図であり、図１４（Ａ）は、電気二重層キャパシタの充放電特性を測定する回路図であり、図１４（Ｂ）は、直列接続された電気二重層キャパシタの分担電圧を測定する回路図である。

前記活性炭製造工程では、シート状の繊維物質である木綿を炭化処理することにより製造される繊維状の炭を、ガス賦活又はアルカリ賦活することによって、４８０枚のシート状の木綿活性炭８ａを同条件で作成した。作成した４８０枚の木綿活性炭を半分に分け、分けた一方側の木綿活性炭の束の上から５枚づつ順番に分配することで、活性炭が２０枚重ねられた分極性電極となる束を１２グループ作成し（シャッフル有）、他方側の木綿活性炭の束の上から２０枚づつ分けることで分極性電極となる束を１２グループ作成した（シャッフルなし）。

これにより、複数のシート状活性炭から、予め定めた複数枚（図示する例では２０枚）のシート状活性炭をシャッフルして作成した本願発明の電気二重層キャパシタと、シート状活性炭をシャッフルしないで製造した電気二重層キャパシタとが６個づつ製造される。

製造された電気二重層キャパシタについて、図１４（Ａ）に示した測定回路を用いてそれぞれ充放電特性を測定し、電気二重層キャパシタ毎の個体差を比較実験するとともに、図１４（Ｂ）に示した測定回路を用いて製造された上記電気二重層キャパシタを直列接続した際の分担電圧を測定し、シート状活性炭をシャッフルしたものとしていないものとで比較した。

実験結果を図１５及び図１６に示す。図１５（Ａ）及び（Ｂ）は、シート状活性炭をシャッフルした電気二重層キャパシタと、シャッフルなしの電気二重層キャパシタの充放電特性を示した図である。上記結果により、シート状活性炭をシャッフルした電気二重層キャパシタを製造することにより、複数個作成した電気二重層キャパシタの静電容量のバラつきが抑制されていることが確認できる。

図１６（Ａ）及び（Ｂ）は、シート状活性炭をシャッフルした電気二重層キャパシタと、シャッフルなし電気二重層キャパシタについて、複数の電気二重層キャパシタを直列接続した際の分担電圧を示した図である。上記結果より、シート状活性炭をシャッフルした電気二重層キャパシタを直列させたもの（図１５（Ａ））の方が、直列接続された各電気二重層キャパシタの充放電特性（分担電圧）が均一に保たれていることが確認できる。

上記結果より、複数の電気二重層キャパシタを直列接続するにあたり、活性炭製造工程によって製造された多数のシート状活性炭をシャッフルすることで製造された電気二重層キャパシタを用いることによって、各電気二重層キャパシタの分担電圧をより均一にすることができる。

ちなみに、同条件で同時に製造された複数枚のシート状活性炭をシャッフルする場合に限らず、複数回に渡って製造された賦活条件が同一でないシート状活性炭を用いる場合であっても、シャッフルすることにより静電容量のバラつきを抑えることができる。

本実施例では、所定の枚数のシート状活性炭を積層して分極性電極とする電気二重層キャパシタを構成する場合を示した。電気二重層キャパシタの静電容量は、各シート状活性炭の各シートの静電容量と積層したシート状活性炭の枚数（体積）で決定されることになる。したがって、綿屑、綿の塊、粉砕した木綿を活性炭として用いる場合には、分極性電極の体積でなく重量に着目して、シャッフル操作に相当する操作を行うことで、静電容量のバラつきを抑えることができる。

６ 集電極
７ セパレータ
８ａ シート状活性炭
８ 分極性電極
１２ 電解液

Claims (8)

1. 一対の集電極（６）と、該一対の集電極（６）間に配置された分極性電極（８）と、一対の分極性電極（８）同士を絶縁させるセパレータ（７）と、分極性電極（８）が浸漬されるように前記一対の集電極（６）間に介在された電解液（１２）とを含む電気二重層キャパシタの製造方法であって、シート状の繊維物質を、炭化処理した後に賦活処理してシート状活性炭（８ａ）を製造する活性炭製造工程と、該シート状の繊維物質を１枚又は複数枚重ねて用いて分極性電極（８）を形成することにより製造される電気二重層キャパシタが予め定めた所定の静電容量となるように調整する調整工程と、一対の集電極（６）、上記調整工程によって静電容量が調整されたシート状活性炭（８ａ）によって構成された一対の分極性電極（８）、セパレータ（７）及び電解液（１２）をパッケージ化して電気二重層キャパシタを組立てる組立工程とを有する電気二重層キャパシタの製造方法。
2. 前記調整工程では、分極性電極（８）に用いるシート状活性炭（８ａ）の枚数を調整することにより、製造される電気二重層キャパシタの上記静電容量を調整する請求項１に記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
3. 前記調整工程では、分極性電極（８）に用いる複数のシート状活性炭（８ａ）から、予め定めた複数枚のシート状活性炭（８ａ）をランダムに選択することにより、製造される電気二重層キャパシタの上記静電容量を調整する請求項１又は２の何れかに記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
4. 前記組立工程では、組立状態で、シート状活性炭（８ａ）同士、或いはシート状活性炭（８ａ）と集電極（６）とを密着させる側に押圧力を作用させるようにして、パッケージング及び組立を行う請求項１乃至３の何れかに記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
5. 上記押圧力を、２０ｋＰａ以上に設定した請求項４に記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
6. 前記調整工程では、各分極性電極（８）のシート状活性炭の積層厚さを積層枚数によって１５ｍｍ以下の範囲に調整する請求項１乃至５の何れかに記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
7. 前記組立工程によって組立てた電気二重層キャパシタである組立キャパシタの静電容量が上記予め定めた所定の静電容量と一致又は略一致しているか否かを確認する確認工程を備え、該確認工程の結果、前記組立キャパシタの静電容量が上記予め定めた所定の静電容量と一致又は略一致していない場合には、再度、調整工程を実行する請求項１乃至６の何れかに記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
8. 前記確認工程では、上記予め定めた所定の静電容量を有するキャパシタである基準キャパシタを、上記組立てた電気二重層キャパシタと直列に電気的に接続した状態で電圧を印加し、基準キャパシタにかかる電圧と、組立キャパシタにかかる電圧とが一致するか否かによって、組立キャパシタが上記予め定めた所定の静電容量と一致又は略一致しているか否かを確認する請求項７に記載の電気二重層キャパシタの製造方法。