JP2548547B2 - 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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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電気二重層コンデンサ、詳しくは活性炭より
なる分極性電極を用いた電気二重層コンデンサに関する
ものである。
なる分極性電極を用いた電気二重層コンデンサに関する
ものである。
（従来の技術） 電気二重層コンデンサに用いる分極性電極としては従
来、アルミニウムなどの金属の薄板、ネットまたはパン
チングメタル、活性炭その他種々のものが使用されてき
た。
来、アルミニウムなどの金属の薄板、ネットまたはパン
チングメタル、活性炭その他種々のものが使用されてき
た。
活性炭を用いた例としては、電解液と混合してペース
ト化して用いる電極が提案されている（特公昭55-41015
号公報）。しかしながら、このようなペースト電極に使
用された実際上の活性炭の比表面積は、最高1500m2/g程
度であり、この電極を用いたコンデンサは単位体積当り
の容量が不十分であった。
ト化して用いる電極が提案されている（特公昭55-41015
号公報）。しかしながら、このようなペースト電極に使
用された実際上の活性炭の比表面積は、最高1500m2/g程
度であり、この電極を用いたコンデンサは単位体積当り
の容量が不十分であった。
また、炭素質として活性炭繊維を使用した電極も特公
昭60-15138号公報などに開示されている。しかしなが
ら、活性炭繊維は空隙率が大きくて、単位体積当りの容
量を大きくしにくいという問題点があった。この点を改
良するために、粉砕された活性炭繊維や特殊なバインダ
ーを使用した電極も提案されている（特開昭61-26207号
公報、特開昭61-26208号公報）。しかしながら、この場
合にも、依然として活性炭の比表面積は十分大きくない
ため単位体積当りの容量の改善効果が不十分であり、し
かも活性炭繊維の機械的強度が損なわれるという不利な
点が加わる。
昭60-15138号公報などに開示されている。しかしなが
ら、活性炭繊維は空隙率が大きくて、単位体積当りの容
量を大きくしにくいという問題点があった。この点を改
良するために、粉砕された活性炭繊維や特殊なバインダ
ーを使用した電極も提案されている（特開昭61-26207号
公報、特開昭61-26208号公報）。しかしながら、この場
合にも、依然として活性炭の比表面積は十分大きくない
ため単位体積当りの容量の改善効果が不十分であり、し
かも活性炭繊維の機械的強度が損なわれるという不利な
点が加わる。
本発明は、前記の問題点を解決して、単位体積当りの
容量が大きく、長期信頼性の高い分極性電極を用いた電
気二重層コンデンサを提供することを目的とするもので
ある。
容量が大きく、長期信頼性の高い分極性電極を用いた電
気二重層コンデンサを提供することを目的とするもので
ある。
（問題点を解決するための手段） 前記の問題点を解決するため本発明は、分極性電極と
電解液との界面において形成される電気二重層を利用す
る電気二重層コンデンサにおいて、石油コークスを原料
とし、石油コークスに水酸化カリウムを混合したものを
焼成して得られた比表面積が2,000〜3,500m2/gである活
性炭を主成分とする分極性電極と、水溶液系電解液とを
組合せて使用していることを特徴とする電気二重層コン
デンサを提供するものである。
電解液との界面において形成される電気二重層を利用す
る電気二重層コンデンサにおいて、石油コークスを原料
とし、石油コークスに水酸化カリウムを混合したものを
焼成して得られた比表面積が2,000〜3,500m2/gである活
性炭を主成分とする分極性電極と、水溶液系電解液とを
組合せて使用していることを特徴とする電気二重層コン
デンサを提供するものである。
本発明による電気二重層コンデンサ用電極に用いる活
性炭は、石油コークスを出発原料とし、石油コークスに
水酸化カリウムを混合したものを焼成して得られたもの
であることにより、従来にない大きな比表面積と優れた
性質を有する。原料の石油コークスは種々のものが使用
可能であるが、硫黄分として６重量％以下、金属分とし
て5000ppm以下、および揮発分として20重量％以下を含
有する石油コークスが特に好適に使用できる。
性炭は、石油コークスを出発原料とし、石油コークスに
水酸化カリウムを混合したものを焼成して得られたもの
であることにより、従来にない大きな比表面積と優れた
性質を有する。原料の石油コークスは種々のものが使用
可能であるが、硫黄分として６重量％以下、金属分とし
て5000ppm以下、および揮発分として20重量％以下を含
有する石油コークスが特に好適に使用できる。
原料の石油コークスは窒素気流中において、好ましく
は100メッシュ以下に粉砕され、重量比でこの粉末の２
〜４倍程度の水酸化カリウムと混合される。これらの操
作を窒素気流中で行うのは、水分が混入すると生成した
活性炭の特性に悪影響を及ぼすからである。前記のよう
に混合されたコークス粉末を、300〜600℃、好ましくは
400〜500℃で仮焼し、さらに、700〜1200℃、好ましく
は800〜900℃で熱分解あるいは本焼成を行って活性炭を
生成させる。
は100メッシュ以下に粉砕され、重量比でこの粉末の２
〜４倍程度の水酸化カリウムと混合される。これらの操
作を窒素気流中で行うのは、水分が混入すると生成した
活性炭の特性に悪影響を及ぼすからである。前記のよう
に混合されたコークス粉末を、300〜600℃、好ましくは
400〜500℃で仮焼し、さらに、700〜1200℃、好ましく
は800〜900℃で熱分解あるいは本焼成を行って活性炭を
生成させる。
焼成後の活性炭粉末は、残留したカリウム塩などの不
純物を水によって洗浄して除去することが望ましい。
純物を水によって洗浄して除去することが望ましい。
前記のような工程を経て、比表面積（BET法）2,000〜
3,500m2/g、好ましくは2,500〜3,400m2/g、かさ密度0.2
〜1.0g/ml、好ましくは0.25〜0.7g/ml、全細孔容積0.5
〜3.0ml/g、好ましくは0.8〜2.8ml/gの物性を有する活
性炭粉末が得られる。
3,500m2/g、好ましくは2,500〜3,400m2/g、かさ密度0.2
〜1.0g/ml、好ましくは0.25〜0.7g/ml、全細孔容積0.5
〜3.0ml/g、好ましくは0.8〜2.8ml/gの物性を有する活
性炭粉末が得られる。
従来市販されている活性炭、あるいは活性炭繊維の比
表面積は最高で1,500〜2,000m2/gであり、これを更に賦
活して2,500m2/gに高めようとすると収率が著しく低下
し、また3,000m2/gの比表面積を得ることは実際上不可
能である。本発明で用いる活性炭原料である石油コーク
スは賦活時に細孔の成長速度が早く、また比表面積を上
げても収率が低下しないという利点を有している。
表面積は最高で1,500〜2,000m2/gであり、これを更に賦
活して2,500m2/gに高めようとすると収率が著しく低下
し、また3,000m2/gの比表面積を得ることは実際上不可
能である。本発明で用いる活性炭原料である石油コーク
スは賦活時に細孔の成長速度が早く、また比表面積を上
げても収率が低下しないという利点を有している。
本発明で用いる分極性電極（以下、単に電極という）
としては、この活性炭粉末を電解液と混合してペースト
化したものを電極として用いることも可能である。しか
しながら、単位体積当りの容量と機械的強度のさらに良
好な電極としては、ポリテトラフルオロエチレン（以下
PTFEと略称する）などの耐化学薬品性の優れた結着剤を
用いて活性炭粉末をシート化してなる電極があげられ
る。このようなシート状電極としては、まず活性炭微粉
末に対して好ましくは１〜50重量％、さらに好ましくは
５〜30重量％の結着剤分散液、好ましくはPTFE分散液を
混合し、得られた粘稠な混合物を圧縮、押出し、もしく
は圧延、またはこれらの手段を組合せることによってシ
ート状に成形したものが好適に使用できる。
としては、この活性炭粉末を電解液と混合してペースト
化したものを電極として用いることも可能である。しか
しながら、単位体積当りの容量と機械的強度のさらに良
好な電極としては、ポリテトラフルオロエチレン（以下
PTFEと略称する）などの耐化学薬品性の優れた結着剤を
用いて活性炭粉末をシート化してなる電極があげられ
る。このようなシート状電極としては、まず活性炭微粉
末に対して好ましくは１〜50重量％、さらに好ましくは
５〜30重量％の結着剤分散液、好ましくはPTFE分散液を
混合し、得られた粘稠な混合物を圧縮、押出し、もしく
は圧延、またはこれらの手段を組合せることによってシ
ート状に成形したものが好適に使用できる。
このシート状成型物は、さらに必要に応じて一軸方
向、または二軸方向に延伸処理される。この延伸処理
は、20〜380℃、好ましくは20〜200℃において、好まし
くは原長の1.1〜5.0倍、特に好ましくは1.2〜2.0倍にな
るように公知の方法（たとえば、特開昭59-166541号公
報）により行われる。このようにして得られた延伸処理
物は、そのまま使用することもできるが、必要に応じ
て、さらにロール、プレスなどにより圧延または圧縮処
理した後、焼成または半焼成処理して使用する。
向、または二軸方向に延伸処理される。この延伸処理
は、20〜380℃、好ましくは20〜200℃において、好まし
くは原長の1.1〜5.0倍、特に好ましくは1.2〜2.0倍にな
るように公知の方法（たとえば、特開昭59-166541号公
報）により行われる。このようにして得られた延伸処理
物は、そのまま使用することもできるが、必要に応じ
て、さらにロール、プレスなどにより圧延または圧縮処
理した後、焼成または半焼成処理して使用する。
本発明で活性炭を主成分とする分極性電極は、水溶液
系電解液と組合せて使用されるが、該電解液としては、
高い電気伝導性を有する無機酸、無機塩基、または無機
塩を溶質とする水溶液系電解液が好適である。このよう
な電解液の溶質（電解質）としては、たとえば硫酸、４
フッ化ホウ酸、硝酸などの酸、水酸化カリウム、水酸化
ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化アンモニウムな
どの塩基、塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化カルシ
ウム、塩化アンモニウムなどの塩化物、炭酸カリウム、
炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸アンモニウムな
どの炭酸塩等が好適に使用される。これらの電解質の中
で、硫酸、４フッ化ホウ酸、水酸化カリウムおよび水酸
化ナトリウムは、高い電気伝導度が得られる点で特に好
ましい。
系電解液と組合せて使用されるが、該電解液としては、
高い電気伝導性を有する無機酸、無機塩基、または無機
塩を溶質とする水溶液系電解液が好適である。このよう
な電解液の溶質（電解質）としては、たとえば硫酸、４
フッ化ホウ酸、硝酸などの酸、水酸化カリウム、水酸化
ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化アンモニウムな
どの塩基、塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化カルシ
ウム、塩化アンモニウムなどの塩化物、炭酸カリウム、
炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸アンモニウムな
どの炭酸塩等が好適に使用される。これらの電解質の中
で、硫酸、４フッ化ホウ酸、水酸化カリウムおよび水酸
化ナトリウムは、高い電気伝導度が得られる点で特に好
ましい。
本発明で使用される電解液の濃度は、10〜90重量％の
範囲で適宜選定することができ、一般に90重量％以上の
濃度になると寒冷時に溶質が析出するなどの問題が発生
し、また10重量％以下の濃度では、電導度が低下してコ
ンデンサの内部抵抗を増大させるので好ましくない。
範囲で適宜選定することができ、一般に90重量％以上の
濃度になると寒冷時に溶質が析出するなどの問題が発生
し、また10重量％以下の濃度では、電導度が低下してコ
ンデンサの内部抵抗を増大させるので好ましくない。
前述のシート状物をコンデンサの形状に合せて加工・
成形した電極間に多孔質のセパレータを挟み、前記の電
解液を含浸または満たして、これを耐食性を有するケー
ス中に密閉することにより電気二重層コンデンサを得る
ことができる。
成形した電極間に多孔質のセパレータを挟み、前記の電
解液を含浸または満たして、これを耐食性を有するケー
ス中に密閉することにより電気二重層コンデンサを得る
ことができる。
多孔質セパレータとしては、たとえば、ポリプロピレ
ン繊維不織布、ガラス繊維混抄不織布などが好適に使用
できる。また、セパレータの厚味は50〜200μｍが適当
であり、100〜150μｍとするのが特に好適である。
ン繊維不織布、ガラス繊維混抄不織布などが好適に使用
できる。また、セパレータの厚味は50〜200μｍが適当
であり、100〜150μｍとするのが特に好適である。
（実施例） 以下、本発明の実施例および比較例を図面に基づいて
具体的に説明する。
具体的に説明する。
実施例１ 揮発分8.2％、金属分1,200ppm、硫黄分3.9％を含有す
る石油コークスを40メッシュに粉砕し、これに重量比で
約３倍量の水酸化カリウムを加えて窒素雰囲気中におい
て、385℃で１時間仮焼し、さらに840℃で２時間本焼成
を行った。得られた活性炭粉末を冷却した後、水で洗浄
して乾燥し、最終的に110℃で真空乾燥して活性炭を得
た。この活性炭は、比表面積3,000m2/g、かさ密度0.308
g/ml、全細孔容積1.0ml/gの物性値を有するものであっ
た。
る石油コークスを40メッシュに粉砕し、これに重量比で
約３倍量の水酸化カリウムを加えて窒素雰囲気中におい
て、385℃で１時間仮焼し、さらに840℃で２時間本焼成
を行った。得られた活性炭粉末を冷却した後、水で洗浄
して乾燥し、最終的に110℃で真空乾燥して活性炭を得
た。この活性炭は、比表面積3,000m2/g、かさ密度0.308
g/ml、全細孔容積1.0ml/gの物性値を有するものであっ
た。
この活性炭70重量％、カーボンブラック20重量％およ
びPTFE粉末（粒子径0.3μｍ）10重量％よりなる粉末混
合物100重量部に対して水200重量部を添加し、Ｖ形ブレ
ンダー中で混和した。得られたペースト状混和物をロー
ル成型機を用いて圧延し、厚さ1.1mmのシートとした。
このシートを300℃に予熱した状態で一軸方向に1.1倍の
倍率で延伸処理して厚さ0.6mmのシート状電極材料を得
た。
びPTFE粉末（粒子径0.3μｍ）10重量％よりなる粉末混
合物100重量部に対して水200重量部を添加し、Ｖ形ブレ
ンダー中で混和した。得られたペースト状混和物をロー
ル成型機を用いて圧延し、厚さ1.1mmのシートとした。
このシートを300℃に予熱した状態で一軸方向に1.1倍の
倍率で延伸処理して厚さ0.6mmのシート状電極材料を得
た。
このシート状電極材料を使用して、第１図に示すよう
なコイン型の電気二重層コンデンサのユニットセル（直
径20mm、厚さ2.0mm）を下記の手順で製作した。
なコイン型の電気二重層コンデンサのユニットセル（直
径20mm、厚さ2.0mm）を下記の手順で製作した。
前記シート状電極材料を円板状に打ち抜いて分極性電
極１（直径15mm、厚さ0.6mm）とし、分極性電極１と、
これと同一の組成、形状を有する分極性電極２とをポリ
プロピレン繊維不織布よりなるセパレータ３を介してス
テンレス鋼製のキャップ４およびステンレス鋼製の缶５
からなる外装容器中に収納する。次に、ユニットセル中
に所定の電解液（30％硫酸水溶液）を注入して分極性電
極１、２およびセパレータ３中にこの電解液を充分に含
浸させた後、ポリプロピレン製パッキング６を介してキ
ャップ４および缶５の端部をかしめて封口した。
極１（直径15mm、厚さ0.6mm）とし、分極性電極１と、
これと同一の組成、形状を有する分極性電極２とをポリ
プロピレン繊維不織布よりなるセパレータ３を介してス
テンレス鋼製のキャップ４およびステンレス鋼製の缶５
からなる外装容器中に収納する。次に、ユニットセル中
に所定の電解液（30％硫酸水溶液）を注入して分極性電
極１、２およびセパレータ３中にこの電解液を充分に含
浸させた後、ポリプロピレン製パッキング６を介してキ
ャップ４および缶５の端部をかしめて封口した。
上記のように製作した電気二重層コンデンサユニット
セルを0.9Vで30分間定電圧充電を行い、その後1mA定電
流放電し、放電時の端子間電圧が0Vに至までの時間を測
定し単極単位体積当り初期容量を算出した。続いて同セ
ルを70℃において、1000時間0.9V連続印加した後の容量
を同様にして測定し、初期値と比較して容量劣化率を算
出して、その結果を第１表に示した。
セルを0.9Vで30分間定電圧充電を行い、その後1mA定電
流放電し、放電時の端子間電圧が0Vに至までの時間を測
定し単極単位体積当り初期容量を算出した。続いて同セ
ルを70℃において、1000時間0.9V連続印加した後の容量
を同様にして測定し、初期値と比較して容量劣化率を算
出して、その結果を第１表に示した。
実施例２ 揮発分10％、金属分1,500ppm、硫黄分５％を含有する
石油コークスを原料として用いた以外は実施例１と同様
の処理を行って、比表面積3,200m2/g、かさ密度0.33g/m
l、全細孔容積1.1ml/gの活性炭を得た。この活性炭を用
いて実施例１と同様にして分極性電極を製作し、この電
極を使用した電気二重層コンデンサについて、実施例１
と同様に評価を行い、結果を第１表に示した。
石油コークスを原料として用いた以外は実施例１と同様
の処理を行って、比表面積3,200m2/g、かさ密度0.33g/m
l、全細孔容積1.1ml/gの活性炭を得た。この活性炭を用
いて実施例１と同様にして分極性電極を製作し、この電
極を使用した電気二重層コンデンサについて、実施例１
と同様に評価を行い、結果を第１表に示した。
実施例３ 粉砕した石油コークスの本焼成を840℃において１時
間行った以外は、実施例１と同様の処理を行って比表面
積2,800m2/g、かさ密度0.32g/ml、全細孔容積0.9ml/gの
活性炭を得た。この活性炭を用いて実施例１と同様の評
価を行い、結果を第１表に示した。
間行った以外は、実施例１と同様の処理を行って比表面
積2,800m2/g、かさ密度0.32g/ml、全細孔容積0.9ml/gの
活性炭を得た。この活性炭を用いて実施例１と同様の評
価を行い、結果を第１表に示した。
実施例４ 電解液として20％水酸化カリウム水溶液を用いた以外
は、実施例１と同様の処理および評価を行って結果を第
１表に示した。
は、実施例１と同様の処理および評価を行って結果を第
１表に示した。
比較例１ 比表面積が1,500m2/gのヤシガラ系活性炭を用いた以
外は、実施例１と同様の処理および評価を行って、結果
を第１表に示した。
外は、実施例１と同様の処理および評価を行って、結果
を第１表に示した。
比較例２ 比表面積が2,000m2/gのフェノール系活性炭繊維を用
いた以外は、実施例１と同様の処理および評価を行って
結果を第１表に示した。
いた以外は、実施例１と同様の処理および評価を行って
結果を第１表に示した。
比較例３ 比表面積が2,500m2/gのフェノール系活性炭繊維を用
いた以外は実施例１と同様の処理及び評価を行って結果
を第１表に示した。
いた以外は実施例１と同様の処理及び評価を行って結果
を第１表に示した。
（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、石油コークスを
原料とし、石油コークスに水酸化カリウムを混合したも
のを焼成して得られた比表面積が2,000〜3,500m2/gの活
性炭を主成分とする分極性電極と水溶液系電解液とを組
合せて使用していることにより、単位体積当りの容量が
大きく、長期信頼性が優れた電気二重層コンデンサを得
ることができる。
原料とし、石油コークスに水酸化カリウムを混合したも
のを焼成して得られた比表面積が2,000〜3,500m2/gの活
性炭を主成分とする分極性電極と水溶液系電解液とを組
合せて使用していることにより、単位体積当りの容量が
大きく、長期信頼性が優れた電気二重層コンデンサを得
ることができる。
第１図は本発明による電気二重層コンデンサの一実施例
を示す部分断面図である。 １、２……分極性電極、３……セパレータ、４……キャ
ップ、５……缶、６……パッキング。
を示す部分断面図である。 １、２……分極性電極、３……セパレータ、４……キャ
ップ、５……缶、６……パッキング。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−92894（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−172230（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−189162（ＪＰ，Ａ) 特公 昭55−41015（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (4)
- 【請求項１】分極性電極と電解液との界面において形成
される電気二重層を利用する電気二重層コンデンサにお
いて、石油コークスを原料とし、石油コークスに水酸化
カリウムを混合したものを焼成して得られた比表面積が
2,000〜3,500m2/gである活性炭を主成分とする分極性電
極と、水溶液系電解液とを組み合せて使用していること
を特徴とする電気二重層コンデンサ。 - 【請求項２】前記活性炭は、かさ密度が0.2〜1.0g/ml、
全細孔容積が0.5〜3.0ml/gである特許請求の範囲第１項
記載の電気二重層コンデンサ。 - 【請求項３】前記活性炭が、石油コークスと水酸化カリ
ウムとの混合物を300〜600℃で仮焼したものを700〜120
0℃で本焼成して得られたものである特許請求の範囲第
１項または第２項記載の電気二重層コンデンサ。 - 【請求項４】前記水溶液系電解液の溶質が、硫酸、４フ
ッ化ホウ酸および硝酸から選ばれた無機酸、または、水
酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムお
よび水酸化アンモニウムから選ばれた無機塩基、また
は、塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウムお
よび塩化アンモニウムから選ばれた塩化物、または、炭
酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウムおよび炭
酸アンモニウムから選ばれた炭酸塩である特許請求の範
囲第１項、第２項または第３項記載の電気二重層コンデ
ンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61222037A JP2548547B2 (ja) | 1986-09-22 | 1986-09-22 | 電気二重層コンデンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61222037A JP2548547B2 (ja) | 1986-09-22 | 1986-09-22 | 電気二重層コンデンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6378514A JPS6378514A (ja) | 1988-04-08 |
| JP2548547B2 true JP2548547B2 (ja) | 1996-10-30 |
Family
ID=16776096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61222037A Expired - Fee Related JP2548547B2 (ja) | 1986-09-22 | 1986-09-22 | 電気二重層コンデンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2548547B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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