JP3933618B2 - 電気二重層コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents
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このことから、特許文献1は、耐衝撃性を高めることで強度的な課題を解決した発明であると言える。
そこで、酸化膜と抵抗値との関係を綿密に調べ、前記許容値を見出すことに成功した。
電極物質を貼り付ける段階での前記集電箔は、以下の条件を満足するものを用いたことを特徴とする電気二重層コンデンサ。
・集電箔は、エッチング処理を施してあること。
・電極物質を貼り付ける直前に計測した酸化膜の量が、300mg/m2以下であること。
・電極物質を貼り付ける直前に計測した箔単体の単位表面積当りの静電容量が、150μF/cm2以上であること。
また、請求項2は、一対の集電箔に各々活性炭を主体とした電極物質を貼り付けることで正極電極及び負極電極を造り、これらの正負極電極間にセパレータを介在させると共に電解液を介在させてなる電気二重層コンデンサの製造方法において、
前記集電箔にエッチング処理を施し、エッチング処理済みの集電箔を検査対象として酸化膜の量を調べると共に静電容量を調べ、酸化膜の量が300mg/m 2 以下で且つ箔単体の単位表面積当りの静電容量が150μF/cm 2 以上であるものだけを合格とし、合格した集電箔にのみ電極物質を貼り付け、セパレータと共に捲回し、容器に収納し、電解液を注入することで、電気二重層コンデンサを得ることを特徴とする。
請求項1は、箔に存在する酸化膜の量を300mg/m2以下とするとともに、電極物質を貼り付ける直前に計測した箔単体の単位表面積当りの静電容量を150μF/cm2以上に管理することで、高い性能の電気二重層コンデンサを提供する。
請求項2では、電極物質を貼り付ける前の電極箔の段階で、電極箔の合格、不合格を決定する。不合格品は製造から除外し、合格品についてのみ製造を継続する。
図1は本発明に係る電気二重層コンデンサの斜視図であり、電気二重層コンデンサ10は、帯状の正極電極11と帯状の負極電極12とをセパレータ13を介して積層し、密に巻き、容器14に収納してなる円筒型電気二重層コンデンサである。
15は封止板、16は正極端子、17は負極端子、18は電解液を注入するための注液口である。
正極端子16と負極端子17に直流を印加すると、電極物質22、22内部及び集電箔21、21の表面に正負イオンが吸着し、一方は正極、他方は負極を形成する。放電時においては、この吸着イオンが脱着することに伴う電子の移動により正・負極端子16、17を通じて電流を取出すことができる。
ST01:集電箔として、例えば純度が99.8%以上のアルミニウム箔を準備する。このアルミニウム箔の表面は実質的に平坦である。
図4は静電容量測定原理図であり、試験容器30にアジピン酸アンモニウムの水溶液31を満たし、そこに箔21を浸漬し、この箔21を囲う位置に対向電極32を配置し、箔21と対向電極32と通電しつつ静電容量計33により、箔21の静電容量を測定する。これで箔単体の静電容量C0が測定できたことになる。
ST07:箔単体の静電容量C0が、150μF/cm2以上であるか否かを調べる。この根拠は後述する。YESであれば次に進むが、NOであれば、不合格品扱いとする。
ST09:セパレータと共に捲回する。
ST10:容器に収納する。
ST11:封止板を取付ける。
ST12:電解液を注入する。
以上で、図1に示す円筒型電気二重層コンデンサを得ることができる。
1.サンプルの材料:
1−1.集電箔:
1−1−1.実施例1〜4及び比較例1〜4に共通する前処理:
50℃に加熱された5%塩酸に原料アルミニウム箔を、浸漬し、電解電流密度0.25A/cm2、電気量35A・min/dm2とした50Hz交流電流により表面をエッチングした。
エッチング槽から取出した箔を、50℃に加温されたpH1の酸性水溶液で1分間洗浄処理を行い、さらに180℃の温風で乾燥した。
実施例1は、前記乾燥が終了した直後に、上述した要領で酸化膜の量Wの測定及び静電容量C0の測定を行う。
実施例2は、乾燥を終了した箔を、25℃の大気中で200hr保存した後に、酸化膜の量Wの測定及び静電容量C0の測定を行う。
実施例3は、乾燥を終了した箔を、25℃の大気中で500hr保存した後に、酸化膜の量Wの測定及び静電容量C0の測定を行う。
実施例4は、乾燥を終了した箔を、25℃の大気中で700hr保存した後に、酸化膜の量Wの測定及び静電容量C0の測定を行う。
比較例2は、乾燥を終了した箔を、25℃の大気中で1500hr保存した後に、酸化膜の量Wの測定及び静電容量C0の測定を行う。
比較例3は、乾燥を終了した箔を、25℃の大気中で2000hr保存した後に、酸化膜の量Wの測定及び静電容量C0の測定を行う。
比較例4は、乾燥を終了した箔を、25℃の大気中で3500hr保存した後に、酸化膜の量Wの測定及び静電容量C0の測定を行う。
1−2.電極物質:
活性炭90重量部、黒鉛粉末5重量部及び四フッ化エチレン5重量部を混合し、混練し、成形し、圧延することで、厚さ145μm×幅100mm×長さ1200mmのシート状電極物質を造る。
1−3.接着剤:
PVA(ポリビニルアルコール)、黒鉛及び不定形炭素からなる導電性接着剤
人造絹糸セパレータ。厚さ75μm×幅105mmの多孔性フィルム。
1−5.容器:
径が40mmで高さが130mmの容器
1−6.電解液:
有機系電解液としてのTEMA・BF4/PC。なお、TEMA・BF4はトリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボーレート、PCはプロピレンカーボネートである。
上記集電箔の両面に、上記接着剤を用いて電極物質を貼り付ける。上記セパレータとともに捲回して、容器に収め、電解液を注入することで、円筒型電気二重層コンデンサを造る。比較実験に供するために8種類のサンプルを造る。
前記酸化膜の量の測定及び静電容量の測定の他に、以下の測定を行う。
3−1.セル抵抗率の測定:
未使用のサンプルを対象とする。図1の正負極端子16、17に抵抗計を接続し、抵抗値A(Ω)を測定する。これに正負極用集電箔の面積B(cm2)を乗じることにより、セル抵抗率(Ωcm2)を求める。すなわち、セル抵抗率(Ωcm2)=抵抗値A(Ω)×正負極用集電箔の面積B(cm2)となる。ただし、これは電極物質の厚さが145μm(1−2.参照)であるときの値である。
前記セル抵抗率を測定した後に、45℃の環境で、2.5ボルトの連続印加を行う。2000時間経過したら、印加を止める。
そして、常温の環境で、30アンペアに保ちながら定圧放電を開始し、2.5ボルトが1.0ボルトに低下したときに放電を終了する。
2000hr後抵抗上昇率は、経年変化の度合いを示し、経年劣化が大きいほど値は大きくなるから、値が小さいほど良好であると言える。○は全てが△より小さい。
このグラフから、酸化膜の量Wが300mg/m2以下であれば、抵抗上昇率を抑えることができると言える。
2000hr後抵抗上昇率は、経年変化の度合いを示し、経年劣化が大きいほど値は大きくなるから、値が小さいほど良好であると言える。○は全てが△より小さい。
このグラフから、静電容量C0は、150μF/cm2以上であれば良いと言える。
また、本発明は円筒型コンデンサの他、平板型コンデンサにも適用できるため、コンデンサの外観的形状は任意である。
Claims (2)
- 一対の集電箔に各々活性炭を主体とした電極物質を貼り付けることで正極電極及び負極電極を造り、これらの正負極電極間にセパレータを介在させると共に電解液を介在させ、前記一対の集電箔を通じて充電及び放電を行うことのできる電気二重層コンデンサにおいて、
電極物質を貼り付ける段階での前記集電箔は、以下の条件を満足するものを用いたことを特徴とする電気二重層コンデンサ。
・集電箔は、エッチング処理を施してあること。
・電極物質を貼り付ける直前に計測した酸化膜の量が、300mg/m2以下であること。
・電極物質を貼り付ける直前に計測した箔単体の単位表面積当りの静電容量が、150μF/cm2以上であること。 - 一対の集電箔に各々活性炭を主体とした電極物質を貼り付けることで正極電極及び負極電極を造り、これらの正負極電極間にセパレータを介在させると共に電解液を介在させてなる電気二重層コンデンサの製造方法において、
前記集電箔にエッチング処理を施し、エッチング処理済みの集電箔を検査対象として酸化膜の量を調べると共に静電容量を調べ、酸化膜の量が300mg/m 2 以下で且つ箔単体の単位表面積当りの静電容量が150μF/cm 2 以上であるものだけを合格とし、合格した集電箔にのみ電極物質を貼り付け、セパレータと共に捲回し、容器に収納し、電解液を注入することで、電気二重層コンデンサを得ることを特徴とする電気二重層コンデンサの製造方法。
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