JP3018343B2 - Electric double layer capacitor - Google Patents
Electric double layer capacitorInfo
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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、分極性電極と電解質（液）との界面で形成
される電気二重層を利用した静電容量の大きい特性を有
し、主に、揮発性半導体メモリー（例えば、RAM……ラ
ンダムアクセスメモリー）の停電時のバックアップ用と
して使用される電気二重層キャパシタに関するものであ
る。The present invention has a characteristic of a large capacitance using an electric double layer formed at an interface between a polarizable electrode and an electrolyte (liquid). The present invention relates to an electric double layer capacitor used as a backup at the time of a power failure of a volatile semiconductor memory (for example, RAM... Random access memory).
従来の技術 従来のこの種の電気二重層キャパシタは、添付図面に
示すように、円盤型（コイン型，ボタン型）と称される
構造で、黒鉛，活性炭，カーボンブラックおよび若干の
バインダー等からなる材料を成型したり、アルミニウム
やステンレスのネットに担持させた電極またはカーボン
繊維、特に活性炭繊維布からなる一対の炭素電極1,1′
の間に電解液２を含浸させたセパレータ３を介在させ、
そしてこれらを集電体と外装材を兼ねた金属ケース４
と、金属蓋５および絶縁と封口材を兼ねたパッキン６に
よって密閉した構造となっている。さらに、活性炭繊維
布からなる電極の場合には、集電性を上げるために、金
属ケースおよび金属蓋と接触する面上にプラズマ溶射な
どによってアルミニウム層を形成している。2. Description of the Related Art As shown in the accompanying drawings, a conventional electric double layer capacitor of this type has a structure called a disk type (coin type, button type), and is made of graphite, activated carbon, carbon black, and some binders. An electrode or a pair of carbon electrodes made of carbon fiber, especially activated carbon fiber cloth, 1,1 '
A separator 3 impregnated with the electrolytic solution 2 is interposed therebetween,
These are used as a metal case 4 which also serves as a current collector and an exterior material.
And a metal lid 5 and a packing 6 which also serves as an insulating and sealing material. Further, in the case of an electrode made of activated carbon fiber cloth, an aluminum layer is formed on a surface in contact with a metal case and a metal lid by plasma spraying or the like in order to improve current collection.
発明が解決しようとする課題 上記した構成の電気二重層キャパシタの場合、通常、
フェノール繊維布を炭化・賦活した活性炭繊維布からな
る電極が使用されている。その理由は、原料が化学製品
で不純物の混入が少ないこと、高い比表面積の活性炭が
得られること、電極としての形状がすでにそのほとんど
が備わっていることなどである。しかしながら、これは
他の汎用の活性炭に比べて高価であること、現在の炭化
・賦活技術では厚み・目付（g/m2）のバラツキが比較的
大きいことなどが問題としてあげられる。特に、現出す
る静電容量は使用電極の重量（径・厚み）で決定される
ので、定格容量の品揃えのためには、数種の厚み（目
付）の異なる電極の準備、数種の径・厚みの異なる部品
の準備、そしてそれに対処できる多品種製造装置または
数台の単能機が必要である。また、低静電容量製品にお
いては、使用電極の厚み（目付）・径が製造上必要な値
以下となってしまい、搬送・位置決めなどが困難になる
という欠点があった。さらに、特性上では活性炭繊維布
からなる電極、その間のセパレータおよび電解液からな
る内部素子は、集電体を兼ねた金属蓋，金属ケースによ
って適度に圧縮されていなければならない。その理由は
圧縮が弱ければ内部抵抗が大きくなって不安定となり、
逆に圧縮が強ければ電極の一部がセパレータを貫通しや
すくなり、その結果、漏れ電流が大となる。従って、各
部材の厚みを一定にすること、または部材の総厚みに合
わせて適正な圧縮力となるように金属蓋と金属ケースと
の間隔を調整する必要があった。しかしながら、これら
はいずれもコスト高，生産性低下を招くものであった。Problems to be Solved by the Invention In the case of the electric double layer capacitor having the above configuration,
Electrodes made of activated carbon fiber cloth obtained by carbonizing and activating phenol fiber cloth are used. The reasons are that the raw material is a chemical product and the amount of impurities is small, that activated carbon with a high specific surface area can be obtained, and that most of the electrodes are already provided. However, this is problematic in that it is more expensive than other general-purpose activated carbons, and the current carbonization and activation technology has relatively large variations in thickness and basis weight (g / m 2 ). In particular, since the appearing capacitance is determined by the weight (diameter / thickness) of the electrode used, in order to assemble the rated capacity, preparation of electrodes having different thicknesses (basis weight), It is necessary to prepare parts with different diameters and thicknesses, and to prepare multi-product manufacturing equipment or several single-purpose machines that can handle them. In addition, low capacitance products have the disadvantage that the thickness (basis weight) and diameter of the electrodes used are less than the values required for manufacturing, making transport and positioning difficult. Further, in terms of characteristics, the electrode made of activated carbon fiber cloth, the separator between them, and the internal element made of the electrolytic solution must be appropriately compressed by a metal lid and a metal case also serving as a current collector. The reason is that if the compression is weak, the internal resistance will increase and become unstable,
Conversely, if the compression is strong, a part of the electrode can easily penetrate the separator, and as a result, the leakage current increases. Therefore, it is necessary to make the thickness of each member constant, or to adjust the distance between the metal lid and the metal case so as to provide an appropriate compressive force according to the total thickness of the member. However, all of these have caused high costs and reduced productivity.
上記問題点の解決策として、使用する活性炭が繊維状
であることに着目し、活性炭繊維布を粉砕したり、チョ
ップ状の活性炭繊維を使用し、これをパルプ，炭素繊維
に加え、そして若干のバインダーおよび分散剤を用いて
抄紙とした分極性電極がすでに提案されている。この電
極では、静電容量を決定する活性炭と増量・導電材であ
る炭素繊維、紙としての性質を維持するパルプ・バイン
ダーの比率を変えることによって、同一の電極径・厚み
のもので数種の静電容量値の製品の生産が可能である。As a solution to the above problem, we focused on the fact that the activated carbon used was fibrous, crushed activated carbon fiber cloth, used chopped activated carbon fiber, added this to pulp and carbon fiber, and added some Polarizable electrodes made of paper using a binder and a dispersant have already been proposed. In this electrode, by changing the ratio of activated carbon, which determines the capacitance, carbon fiber, which is an increasing and conductive material, and pulp and binder, which maintain the properties of paper, several types of electrodes with the same electrode diameter and thickness can be obtained. It is possible to produce a product having a capacitance value.
本発明は上記従来の問題点を解消するもので、電極と
しての耐電圧を改善することができ、かつ経時特性が安
定し、寿命の延長が可能な電気二重層キャパシタを提供
することを目的とするものである。An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide an electric double layer capacitor capable of improving the withstand voltage as an electrode, having a stable aging characteristic, and extending the life. Is what you do.
課題を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明の電気二重層キャパ
シタは、炭素繊維，活性炭，熱融着性の合成樹脂繊維を
用いて製造した不織布を分極性電極として使用したもの
である。Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, an electric double layer capacitor of the present invention uses a nonwoven fabric made of carbon fiber, activated carbon, and a heat-fusible synthetic resin fiber as a polarizable electrode. It is.
作用 上記構成によれば、従来の抄紙製造技術に代えて不織
布製造技術で電極を製造するようにしているため、従来
必要であった水，分散剤，バインダーが不要となり、ま
たパルプのように水分が構成物質となっているものがな
いため、より低水分の電極が得られ、その結果、電極と
しての耐電圧が改善されるとともに、経時特性は安定
し、かつ寿命の延長が可能となるものである。Operation According to the above configuration, since the electrode is manufactured by a nonwoven fabric manufacturing technology instead of the conventional papermaking technology, water, a dispersant, and a binder, which are conventionally required, are not required. Has no constituent material, so that an electrode with lower moisture content can be obtained.As a result, the withstand voltage of the electrode can be improved, the aging characteristics can be stabilized, and the life can be extended. It is.
実施例 以下、本発明の実施例を説明する。まず、分極性電極
として、径φ6mm、目付140g/m2の活性炭不織布（構成材
料比率は後述）を使用した。そしてこの活性炭不織布の
片面には、0.05mm程度のアルミニウム層がプラズマ溶射
によって形成されている。その全体の厚みは0.6mmであ
る。また外径φ11mmの金属ケース、これに対応する金属
蓋、封口体を準備した。電位的にマイナスとなる金属蓋
はSUS304を使用し、プラスとなる金属ケースは内面をア
ルミニウムで構成し、かつ外面はSUS304で構成して両者
はクラッド化されて一体となっている。セパレータはポ
リプロピレン繊維からなる不織布で構成し、この不織布
は厚みが0.35mm、目付50g/m2の多孔シートである。封口
体はポリプロピレン樹脂成型品である。電解液はプロピ
レンカーボネート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１モル加えたものであり、これを30μ
使用している。Examples Hereinafter, examples of the present invention will be described. First, as a polarizable electrode, an activated carbon nonwoven fabric having a diameter of 6 mm and a basis weight of 140 g / m 2 (constituent material ratio will be described later) was used. An aluminum layer of about 0.05 mm is formed on one side of the activated carbon nonwoven fabric by plasma spraying. Its overall thickness is 0.6 mm. Further, a metal case having an outer diameter of φ11 mm, a metal cover and a sealing body corresponding to the metal case were prepared. The metal cover that is negative in potential is made of SUS304, the metal case that is positive is made of aluminum on the inner surface, and the outer surface is made of SUS304, and both are clad and integrated. The separator is composed of a nonwoven fabric made of polypropylene fibers, the nonwoven fabric is 0.35 mm, a porous sheet having a basis weight of 50 g / m 2 thickness. The sealing body is a molded product of polypropylene resin. The electrolytic solution was prepared by adding 1 mol of tetraethylammonium tetrafluoroborate to propylene carbonate,
I'm using
次に、封口した単セルは3Vの耐電圧を持っているが、
半導体メモリーの駆動電圧に対処するために２枚積層
し、5.5V使用品としている。本発明の電極と従来電極と
の比較は、それぞれの電極を使用した製品の（１）初期
特性（静電容量、内部抵抗、漏れ電流および低温特性）
（２）信頼性テストとして実施している高温負荷テスト
（70℃,5.5V印加の3000時間後の電気的特性）によって
いる。Next, the sealed single cell has a withstand voltage of 3V,
In order to cope with the drive voltage of the semiconductor memory, two sheets are stacked and 5.5V is used. Comparison between the electrode of the present invention and the conventional electrode is based on (1) initial characteristics (capacitance, internal resistance, leakage current and low-temperature characteristics) of products using each electrode.
(2) High-temperature load test (electrical characteristics after 3000 hours of application of 5.5 V at 70 ° C.) performed as a reliability test.
第１表は、従来からの電極および本発明の組成・配合
の各種電極を使用して、前記構成部材によって試作した
電気二重層キャパシタの初期値（測定温度;20℃）、低
温特性（−25℃）および高温負荷テスト（70℃,5.5V印
加）3000時間後の特性比較を示している。使用した材料
は、（ａ）繊維状活性炭（ACF）は、フェノール樹脂繊
維を出発原料としたもので、比表面積1900m2/g、繊維
径;11μｍ、繊維長さ;3.0mmである。この場合、ピッチ
系の活性炭繊維も同時に検討したが、前記特性を有して
いれば、特に差が出なかった。（ｂ）微粉末活性炭（AC
P）は、ヤシがらを出発原料とした比表面積1800m2/g、
平均粒径300メッシュである。この場合、おがくずを出
発原料とした活性炭も検討したが、前記特性を有してい
れば、特に差が出なかった。しかし、現在のところ必要
は比表面積のものを得るのは、収率が低く経済的でない
ものである。（ｃ）炭素繊維（CF）は、導電性の高い黒
鉛化繊維を使用した。糸径;13μｍ、糸長さ;3.0mm、体
積固有抵抗;1.6×10（Ω・cm）、炭素含有率;MIN.95％
（wt％）である。繊維は直線状であるが、カール繊維の
ものも大差がなかった。この場合も出発原料としてフェ
ノール樹脂繊維のものもあるが、これも前記特性を有し
ていれば、特に差が出なかった。（ｄ）ポリエチレン樹
脂繊維（PE）、ポリプロピレン樹脂繊維（PP）、ポリエ
ステル樹脂繊維（PET……ポリエチレンテレフタレー
ト、またはPBT……ポリブチレンテレフタレート）は繊
維径;3μｍ、繊維長さ;6mmのものである。（ｅ）パルプ
（Ｐ）は通常のアルミ電解コンデンサのセパレータ材料
として使用されるクラフト紙と同じパルプである。この
場合、他の天然繊維としてマニラ麻繊維、レーヨンのよ
うな再生繊維、ポリエチレン・ポリプロピレン・ポリエ
ステルなどの合成繊維も使用可能である。分散剤もまた
通常の抄紙に使用される消泡剤・分散剤であり、その添
加量は１％以下である。Table 1 shows initial values (measuring temperature; 20 ° C.), low-temperature characteristics (−25) of electric double-layer capacitors prototyped using the above-mentioned components using conventional electrodes and various electrodes having the composition and composition of the present invention. ℃) and after 3000 hours of high-temperature load test (70 ° C, 5.5V applied). The materials used were (a) fibrous activated carbon (ACF) using phenol resin fibers as a starting material, having a specific surface area of 1900 m 2 / g, a fiber diameter of 11 μm, and a fiber length of 3.0 mm. In this case, pitch-based activated carbon fibers were also examined at the same time, but there was no particular difference if they had the above characteristics. (B) Fine powdered activated carbon (AC
P) is a specific surface area of 1800 m 2 / g using coconut palm as a starting material,
The average particle size is 300 mesh. In this case, activated carbon using sawdust as a starting material was also examined, but no particular difference was found as long as it had the above characteristics. However, at present, obtaining a specific surface area is not economical because of low yield. (C) As the carbon fiber (CF), a highly conductive graphitized fiber was used. Yarn diameter: 13 μm, yarn length: 3.0 mm, volume resistivity: 1.6 × 10 (Ωcm), carbon content: MIN. 95%
(Wt%). The fibers were straight, but the curled fibers did not differ much. Also in this case, there is a phenol resin fiber as a starting material, but there is no particular difference as long as it also has the above characteristics. (D) Polyethylene resin fiber (PE), polypropylene resin fiber (PP), and polyester resin fiber (PET: polyethylene terephthalate or PBT: polybutylene terephthalate) have a fiber diameter of 3 μm and a fiber length of 6 mm. . (E) Pulp (P) is the same pulp as kraft paper used as a separator material for ordinary aluminum electrolytic capacitors. In this case, as other natural fibers, recycled fibers such as manila hemp fiber and rayon, and synthetic fibers such as polyethylene, polypropylene, and polyester can be used. The dispersant is also an antifoaming agent / dispersant used in ordinary papermaking, and its addition amount is 1% or less.
発明の効果 以上のように本発明によれば、従来の抄紙製造技術に
代えて不織布製造技術で電極を製造するようにしている
ため、従来の抄紙製造技術では必要であった水，分散
剤，バインダーが不要となり、またパルプのように水分
が構成物質となっているものがないため、より低水分の
電極が得られ、その結果、本発明の不織布電極を使用し
た製品は、初期特性、低温特性および信頼性（高温負荷
テスト）においても、より安定した特性を維持すること
ができるものである。 Effects of the Invention As described above, according to the present invention, since the electrodes are manufactured by the nonwoven fabric manufacturing technology instead of the conventional papermaking technology, water, dispersant, Binders are not required, and since there is no such thing that moisture is a constituent material like pulp, an electrode with lower moisture can be obtained.As a result, the product using the nonwoven fabric electrode of the present invention has initial characteristics and low temperature. In characteristics and reliability (high-temperature load test), more stable characteristics can be maintained.
図は従来の電気二重層キャパシタを示す断面図である。 1,1′……電極、２……電解液、３……セパレータ、４
……金属ケース、５……金属蓋、６……パッキン。FIG. 1 is a sectional view showing a conventional electric double layer capacitor. 1, 1 '... electrode, 2 ... electrolyte, 3 ... separator, 4
... metal case, 5 ... metal cover, 6 ... packing.
Claims (5)
維を用いて製造した不織布を分極性電極として使用した
ことを特徴とする電気二重層キャパシタ。1. An electric double layer capacitor comprising a non-woven fabric made of carbon fiber, activated carbon and heat-fusible synthetic resin fiber as a polarizable electrode.
素繊維である特許請求の範囲第１項記載の電気二重層キ
ャパシタ。2. The electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the carbon fibers are phenol or pitch based carbon fibers.
状活性炭である特許請求の範囲第１項記載の電気二重層
キャパシタ。3. The electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the activated carbon is a phenolic or pitch-based fibrous activated carbon.
料とする微粉末活性炭である特許請求の範囲第１項記載
の電気二重層キャパシタ。4. The electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the activated carbon is a fine powdered activated carbon starting from coconut palm or sawdust.
ポリプロピレン，ポリエステルのいずれかである特許請
求の範囲第１項記載の電気二重層キャパシタ。5. The heat-fusible synthetic resin fiber is polyethylene,
2. The electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the capacitor is one of polypropylene and polyester.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP1062405A JP3018343B2 (en) | 1989-03-15 | 1989-03-15 | Electric double layer capacitor |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1062405A JP3018343B2 (en) | 1989-03-15 | 1989-03-15 | Electric double layer capacitor |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JPH02240908A JPH02240908A (en) | 1990-09-25 |
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ID=13199198
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| JP1062405A Expired - Fee Related JP3018343B2 (en) | 1989-03-15 | 1989-03-15 | Electric double layer capacitor |
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| JP (1) | JP3018343B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014077393A1 (en) * | 2012-11-19 | 2014-05-22 | スペースリンク株式会社 | Cnt/non-woven composite capacitor |
| US9140009B2 (en) | 2005-07-11 | 2015-09-22 | Pergo (Europe) Ab | Joint for panels |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5649982A (en) * | 1987-05-21 | 1997-07-22 | Yardney Technical Products, Inc. | Process for manufacturing super capacitor |
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1989
- 1989-03-15 JP JP1062405A patent/JP3018343B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US9140009B2 (en) | 2005-07-11 | 2015-09-22 | Pergo (Europe) Ab | Joint for panels |
| WO2014077393A1 (en) * | 2012-11-19 | 2014-05-22 | スペースリンク株式会社 | Cnt/non-woven composite capacitor |
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| JPH02240908A (en) | 1990-09-25 |
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