JP3167781B2 - 電気二重層コンデンサー - Google Patents

電気二重層コンデンサー

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  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電気二重層コンデンサ
ー、特に充電特性、放電特性、温度特性に優れ、かつ電
極性能が低下しにくい電気二重層コンデンサーに関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】従来技術の電気二重層コンデンサーは一
般に図1に示すように、基本セル(電気二重層コンデン
サー素子)1を数個積層した積層体2(使用する電圧に
応じて積層個数が異なる)、外装ケース3(ニッケルメ
ッキ銅製)、ポリエチレン製絶縁ケース4、リード電極
5(ニッケルメッキ銅製)で構成されている。この基本
セルは図2に示すように、イオン不浸透性の集電体6
(導電性ゴム)、粉末活性炭と電解質溶液とからなるカ
ーボンペースト電極7、カーボンペースト電極を保持
し、かつ外界から遮断する非導電性ガスケット8(非導
電性ゴム)、イオン透過性でかつ非電子伝導性を有し、
ペースト電極間の通電を防止するポリプロピレン性多孔
性セパレーター9で構成されている。今日においてはよ
り多くの電気エネルギーを蓄積するために、分極性電極
として300 〜2000m2/gという非常に大きな比表面積を
有する活性炭粉末が用いられており、またさらに大きい
比表面積を有する活性炭粉末が要求されている。
【0003】しかし分極性電極として用いられている活
性炭粉末は、導電性が良くないという問題点があった。
従って本発明の目的は、上記問題点を解決し、良好な導
電性を有し、これにより充電特性、放電特性、温度特性
に優れかつ電極性能の低下がなく、更に多くの電気エネ
ルギーを蓄積させることができる電気二重層コンデンサ
ーを提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成した本
発明の電気二重層コンデンサーは、イオン透過性で非電
子伝導性の多孔性セパレーターを介して分離された一対
のペースト電極と、該一対のペースト電極層を介して配
置された一対の集電体層と、これ等の集電体層間に介在
し、上記一対のペースト電極層の周端部でペースト電極
を保持する非導電性ガスケットで構成された基本セルを
複数個積層して内蔵して成る電気二重層コンデンサーで
あって、上記基本セル内のペースト電極が、酸処理黒鉛
粉末と電解質溶液とを混合して成るペースト電極を用い
ており、前記酸処理黒鉛粉末が、粒度0.1 〜50μm 、比
表面積5〜500 m2/gの天然鱗状黒鉛、天然黒鉛及び人
造黒鉛からなる群より選ばれる黒鉛粉末と、硫酸または
硝酸或いはその混酸と、過硫酸アンモニウム、過酸化水
素、過マンガン酸カリウム及び重クロム酸カリウムから
なる群より選ばれる少なくとも1種の酸化剤と反応さ
せて得られていることを特徴とする。次に酸化剤である
が、過硫酸アンモニウム、過酸化水素、過マンガン酸カ
リウム、重クロム酸カリウム等の中の1種または2種以
上のものを用いることができる。
【0005】本発明において酸処理黒鉛と電解質溶液か
ら成るペースト状電極をつくるのに用いる前記黒鉛粉末
における粒度限定、すなわち50μm より大きな粒子の場
合層間に酸は挿入されやすいが比表面積が極端に小さく
なり、電解液との界面に形成される電気二重層が極端に
少なくなるため、電気エネルギーの蓄積が小さくなり不
可である。また0.1 μm を下限としたのは、通常工業的
に入手可能であり層間への酸の挿入性等から勘案して好
適な為である。
【0006】また比表面積に関しては、500 m2/gを超
えるものについては通常工業的には入手不可である。ま
た下限を5m2/gとしたのは、これより小さくなると電
解液との界面に形成される電気二重層が少なくなり、多
くの電気エネルギーを蓄積することができず不可であ
る。
【0007】また、黒鉛粉末としては、前記粒度0.1 〜
50μm 、比表面積5〜500 m2/gのものであれば、天然
鱗状黒鉛、天然土状黒鉛、人造黒鉛のいずれの黒鉛の粉
末であってもよい。
【0008】次に、酸処理黒鉛をつくる際反応に用いる
硫酸、硝酸としては、濃度50重量%以上のものであれば
よい。次に酸化剤であるが、過硫酸アンモニウム、過酸
化水素、過マンガン酸カリウム、重クロム酸カリウム等
の中の1種または2種以上のものを用いることができ
る。
【0009】また、黒鉛と酸化剤の比率は1:1(重量
比)以上であれば良い。また、黒鉛と硫酸または硝酸或
いはその混酸の比率は作業性により変わるが1:1(重
量比)以上であれば良い。かくして得られた本発明の電
気二重層コンデンサーは、充電特性、放電特性、温度特
性に優れ、かつ電極性能の低下がなく、さらに多くの電
気エネルギーを蓄積することができた。勿論すべての実
用試験に合格する。また活性炭に比べ黒鉛粉末は安価で
あり、経済的メリットも期待される。
【0010】
【実施例】以下本発明を実施例および比較例により説明
する。 実施例1 粒度0.1 〜1.0 μm 、比表面積350 m2/gの天然鱗状黒
鉛100 gと濃硫酸(98重量%)600 gを混合し、ペース
ト状にしたものに、過硫酸アンモニウム100 gを加えて
反応させ、水で洗浄し乾燥した酸処理黒鉛粉末と電解液
(30%希硫酸)をペースト状に練り合わせたものを未加
硫の導電性ゴムシートと円形の穴(直径20 mm )をあけ
た厚さ0.12mmの未加硫の非導電性ゴムシートを張り合わ
せたもののなかに充填(約0.4 g)し、この一対のうち
の一方にポリプロピレン性多孔性フィルムを載せ、合体
・脱ガスし、120 ℃で加硫し基本セルを作成した。次に
この基本セル6個積層した物を絶縁ケースに入れ外装ケ
ースをかしめて電気二重層コンデンサーを作成した。
【0011】評価はこの基本セルに5.0 vの電圧を15分
間印加し、自己放電特性を評価した結果を図3に示す。
図示するように1000時間経過後も2.0 v以上保持し、ま
た活性炭よりも優れていた。通常メモリーバックアップ
用の電源としては充分な性能を有すると思われる容量に
ついても活性炭と同等であった。充放電サイクルも室温
と高温(70℃)で、6.3 vの電圧を外部抵抗ゼロの厳し
い条件下で3分間充電し、3分間放電するというサイク
ルを1000回繰り返しても初期とほぼ同等の特性を保持し
ており、実用上全く問題がなかった。
【0012】実施例2 粒度1〜20μm 、表面積15m2/gの天然鱗状黒鉛100
gと濃硫酸(98重量%)500 gを混合し、ペースト状に
したものに、過硫酸アンモニウム100 gを加えて反応さ
せ、水で洗浄し乾燥した酸処理黒鉛を用い実施例1と同
様にして電気二重層コンデンサー作成し評価した。結果
を図3に示す。
【0013】自己放電特性は実施例1には及ばないもの
の1000時間経過後も2.0 v以上を保持し、メモリーバッ
クアップ用としては十分な特性を有していた。もちろん
活性炭よりも優れていた。充放電サイクルテストも実用
上問題はなかった。容量は活性炭とほぼ同等であった。
【0014】実施例3 粒度0.3 〜1.5 μm 、表面積200 m2/gの天然土状黒
鉛100 gと濃硝酸(98重量%)700 gを混合し、ペース
ト状にしたものに、過マンガン酸カリウム100gを加え
て反応させ、水で洗浄し乾燥した酸処理黒鉛を用い実施
例1と同様にして電気二重層コンデンサーを作成し評価
した。結果を図3に示す。
【0015】自己放電特性は実施例1と同等もしくはや
や劣る程度で、1000時間経過後も2.0 v以上を保持し、
これもメモリーバックアップ用としては十分な特性を有
していた。もちろん活性炭よりも優れていた。充放電サ
イクルテストも実用上問題はなかった。容量は活性炭と
ほぼ同等であった。
【0016】実施例4 粒度0.5 〜15μm 、比表面積25m2/gの天然土状黒鉛10
0 gと濃硫酸(98重量%)600 gを混合し、ペースト状
にしたものに、過マンガン酸カリウム100 gを加えて反
応させ、水で洗浄し乾燥した酸処理黒鉛を用い実施例1
と同様にして電気二重層コンデンサーを作成し評価し
た。結果を図3に示す。
【0017】自己放電特性は、実施例2とほぼ同等で、
1000時間経過後も2.0 v以上を保持し、メモリーバック
アップ用としては十分な特性を有した。もちろん活性炭
よりも優れている。充放電サイクルテストも実用上問題
はなかった。容量は活性炭と同等であった。
【0018】実施例5 粒度0.3 〜3μm 、比表面積150 m2/gの人造黒鉛100
gと濃硫酸(98重量%)600 gを混合し、ペースト状に
したものに、過硫酸アンモニウム100 gを加えて反応さ
せ、水で洗浄し乾燥した酸処理黒鉛を用い実施例1と同
様にして電気二重層コンデンサーを作成し評価した。
【0019】自己放電特性は実施例3とほぼ同等で、10
00時間経過後も2.0 v以上を保持しメモリーバックアッ
プ用としては十分な特性を有した。もちろん活性炭より
も優れていた。充放電サイクルテストも実用上問題はな
かった。容量は活性炭と同等であった。
【0020】実施例6 粒度0.2 〜1.2 μm 、比表面積250 m2/gの人造黒鉛10
0 gと濃硫酸(98重量%)600 gを混合・ペースト状に
したものに過硫酸アンモニウム100 gを加えて反応さ
せ、水で洗浄し乾燥した酸処理黒鉛を実施例1と同様に
して電気二重層コンデンサーを作成し評価した。結果を
図3に示す。
【0021】自己放電特性は実施例1とほぼ同等で、10
00時間経過後も2.0 v以上を保持しメモリーバックアッ
プ用としては十分な特性を有した。もちろん活性炭より
も優れていた。充放電サイクルテストも実用上問題はな
かった。容量は活性炭と同等であった。
【0022】実施例7 粒度1〜50μm 、比表面積10m2/gの天然鱗状黒鉛100
gと濃硫酸(98重量%)500 gを混合し、ペースト状に
したものに過硫酸アンモニウム100 gを加えて反応さ
せ、水で洗浄し乾燥した酸処理黒鉛を用い実施例1と同
様にして電気二重層コンデンサーを作成し評価した。
【0023】自己放電特性は実施例2とほぼ同等で、10
00時間経過後も2.0 v以上を保持しメモリーバックアッ
プ用としては十分な特性を有した。もちろん活性炭より
も優れていた。充放電サイクルテストも実用上問題はな
かった。容量は活性炭と同等であった。
【0024】比較例1 通常電気二重層コンデンサーに用いられている活性炭
(粒度1〜50μm 、比表面積1500m2/g)と電解液(希
硫酸)を混合し実施例1と同様に電気二重層コンデンサ
ーを作成し評価した。結果を図3に示す。
【0025】自己放電特性は、図3からわかるように、
前記酸処理した黒鉛を用いた電極に比べ放電時間が短く
なっている。
【0026】
【発明の効果】以上の実施例にも現われているように酸
処理した黒鉛粉末をペースト電極材料に用いた本発明
の電気二重層コンデンサーは、従来の活性炭を電極材料
に用いた電気二重層コンデンサーに比べ自己放電特性に
優れている。これは酸処理した黒鉛が活性炭よりも導電
性に優れていることによるものである。また充放電サイ
クルテスト・容量については現状活性炭と同等であり、
また他の実用テストにもすべて合格する。これは、主に
酸処理黒鉛の電気抵抗値が活性炭のそれよりも小さいこ
とによるものである。本発明により、メモリーバックア
ップ用の電源として更に信頼性が上がり、利用できる分
野も広がっていく事が期待できる。また、酸処理黒鉛粉
末は非常に大きな比表面積を持つ特殊な活性炭に比べる
とかなり安価であり、材料コストの面でメリットがあり
汎用性が更に広がる可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】一例の電気二重層コンデンサーの断面図であ
る。
【図2】図1の電気二重層コンデンサーに用いられる基
本セルの断面図である。
【図3】実施例1〜4,6および比較例1の電気二重層
コンデンサーの自己放電特性を示す線図である。
【符号の説明】
1 基本セル 2 基本セル積層体 3 外装ケース 4 絶縁ケース 5 リード電極 6 集電体 7 ペースト電極 8 非導電性ガスケット 9 多孔性セパレーター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−194319(JP,A) 特開 昭64−54722(JP,A) 特開 昭58−4119(JP,A) 特開 昭62−136011(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01G 9/058

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イオン透過性で非電子伝導性の多孔性セ
    パレーターを介して分離された一対のペースト電極と、
    該一対のペースト電極層を介して配置された一対の集電
    体層と、これ等の集電体層間に介在し、上記一対のペー
    スト電極層の周端部でペースト電極を保持する非導電性
    ガスケットで構成された基本セルを複数個積層して内蔵
    して成る電気二重層コンデンサーであって、上記基本セ
    ル内のペースト電極が、酸処理黒鉛粉末と電解質溶液と
    を混合して成るペースト電極を用いており、前記酸処理
    黒鉛粉末が、粒度0.1 〜50μm 、比表面積5〜500 m2
    gの天然鱗状黒鉛、天然黒鉛及び人造黒鉛からなる群よ
    り選ばれる黒鉛粉末と、硫酸または硝酸或いはその混酸
    、過硫酸アンモニウム、過酸化水素、過マンガン酸カ
    リウム及び重クロム酸カリウムからなる群より選ばれる
    少なくとも1種の酸化剤と反応させて得られている
    とを特徴とする、電気二重層コンデンサー。
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