JP3963642B2 - 電気二重層キャパシタの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は電気二重層キャパシタに関するものであり、特にサイクル寿命が長く、長期にわたり安定した性能を発揮することが可能な電気二重層キャパシタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気二重層キャパシタは、電極と電解液との界面で形成される電気二重層の静電容量を利用したものであり、他のキャパシタに比べて容積あたりの静電容量が極めて大きいことを特徴としている。
電気二重層キャパシタは、化学反応を伴わないために、電池に比べてサイクル寿命が大きいと言う特徴を有しており、このような特徴を生かしメモリのバックアップ用の電源用に利用されていた。
また充放電の速度は時定数に制約を受けるものの電池に比べて大きくすることができるので、大電流の充放電が可能であると言う特徴も有している。
そこで、電気自動車用電力貯蔵手段、あるいは電気事業者用の電力貯蔵手段として開発が進められている。
【０００３】
一方、電気二重層キャパシタは、電極と電解液の界面で形成される電気二重層の静電容量を利用しているために、１個の電気二重層キャパシタの定格電圧は電解液の電気分解電圧によって制約を受けており、水系電解液では１Ｖ程度であり、非水系電解液を使用した場合でも、３Ｖ程度である。
【０００４】
そこで、電力貯蔵用では、多数の電気二重層キャパシタを直列に接続し、少なくとも電力変換装置が効率的に動作する程度の電圧とすることが必要となり、数多くの電気二重層キャパシタを用いることが不可欠となる。
このような大量の電気二重層キャパシタを用いたシステムにあっては、個々の電気二重層キャパシタの信頼性を高めることが極めて重要なものとなる。
【０００５】
電気二重層キャパシタの信頼性を低下させる要因には種々の要因があるが、なかでも電極として使用する炭素材料等に起因する特性の低下は大きなものである。
電気二重層キャパシタ用の炭素材料は、炭素質原料を炭化した後に、空孔の大きさ、および表面積を所望の大きさとする処理を行ったものであるが、空孔の内部にさまざまな有機化合物が存在している。
しかも、炭素材料の特性を変化させないような比較的穏やかな処理操作では、活性な空孔に吸着したこれらの有機化合物を除去することは困難である。
【０００６】
炭素材料中に残留した有機化合物は、電気二重層キャパシタとして動作する間に電解質中に溶存したり、あるいは炭素材料の電極の空孔中へ電解液が到達するのを妨げたげる結果、電気二重層キャパシタの電気的特性が低下する要因の一つとなっていた。
また、非水系電解液を使用した電気二重層キャパシタにおいては水分の混入は、電解液を劣化させ、電気分解電圧の低下によって定格電圧を低下させるものとなる。
したがって、電気二重層キャパシタの組み立て時においては、使用材料から混入する水分を極力減少させるために各種の対策がとられているが、導入される水分を完全になくすことは極めて困難であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、炭素質材料を用いた非水系電解液を用いた電気二重層キャパシタにおいて、炭素材料の空孔に吸着した有機化合物を除去すると共に、各種の材料から導入される水分等を除去し、電気的特性を長期にわたって維持し、サイクル特性が優れた電気二重層キャパシタを提供することを課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、電気二重層キャパシタの製造方法において、セパレータを介して正極と負極を対向して外装容器に収納し、外装容器に電解液流入管と電解液流出管を装着し、電解液を電気二重層キャパシタ内に貫流させながら少なくとも一回の充放電を行った後に電解液の貫流を停止してから封口するとともに、前記充放電によって電解液中に混入した物質を前記電解液流出管より流出させた電解液電解液を再生工程においてろ過、蒸溜、吸着剤による吸着処理のいずれかを行い電解液を再度使用する電気二重層キャパシタの製造方法によって解決することができる。
また、電解液を充填した後の少なくとも１回の充放電は使用可能最高温度以上に上昇して行う前記の電気二重層キャパシタの製造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、電気二重層キャパシタの組み立て時に各種の材料に伴って導入される水分や炭素材料に吸着して導入される有機物等を、電気二重層キャパシタのエージング工程において電解液中から除去することによって長期にわたって電気的特性が安定した電気二重層キャパシタが得られることを見出したものである。
【００１０】
以下に、図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の電気二重層キャパシタの製造工程を説明する図である。
正極および負極をセパレータを介して積層し、集電体に導電接続タブを結合したキャパシタ要素を、可撓性の外装材によって被覆して封口した電気二重層キャパシタ１の外装容器２には、電解液流入管３と電解液流出管４とを結合し、電解液供給貯槽５から電解液流入管３を通じて電解液を流入し、電解液流出管４を通じて返送電解液貯槽６へ返送させながら正極端子７および負極端子８に充電電源９を接続し、充放電を少なくとも１回行った後に、電気二重層キャパシタ内の電解液の貫流を停止して、封口を行い電気二重層キャパシタを製造する。
【００１１】
また、返送電解液貯槽６に蓄えた電解液は、再生工程１０において、濾過、蒸留、吸着材による吸着処理等を行い返送電解液中から電気二重層キャパシタの初期充放電によって電解中に混入した物質を除去することによって再度使用することができる。
【００１２】
また、以上のような電解液を連続的に貫流する方法に代えて、電解液を電解液流入管から所定量の電解液を注入した後に、電解液の流入を停止して放電と充電を行った後に、電解液を吸引除去し、次いで新たに電解液を加える操作を少なくとも１回行ってもよい。
【００１３】
これらの操作は、室温において行っても良いが、電気二重層キャパシタの最高使用温度程度の温度に上昇させることによって、電気二重層キャパシタを使用中に電極、電解液等の使用材料から電解液中への移行が予想される物質をより完全に取り除くことができる。具体的には、電気二重層キャパシタおよび電解液を７０℃程度に加熱した状態で行うことができる。
【００１４】
本発明の電気二重層キャパシタは、水系電解液、非水系電解液のいずれの電解液を用いた電気二重層キャパシタにも適用することができるが、電解液中への水分の混入による電気的特性の低下が著しい非水系電解液を用いた電気二重層キャパシタに適用することによってより大きな効果を得ることができる。
【００１５】
また、本発明の電気二重層キャパシタは、外装容器には金属の缶、可撓性の外装材を用いたもののいずれにも適用することができるが、可撓性の外装材を用いた場合には、可撓性の外装材と電解液流入管および電解液流出管を一体に作製して、電解液流入管および電解液流出管を除いて封口し、初期充放電の後の電解液の排出と新規の電解液の注液の後に電解液流入管および電解液流出管を封口することによって電気二重層キャパシタを製造することができる。
【００１６】
【実施例】
以下に実施例、比較例を示し本発明を説明する。
実施例１
ＢＥＴ法で測定した平均細孔径が１．６ｎｍの活性炭を８２ｍｇ、カーボンブラック９ｍｇとともにポリテトラフルオロエチレン粉末９ｇを混含して直径２０ｍｍの円盤状に圧粉成形し、これを真空デシケータ中で１．３３Ｐａ（１０-2Ｔｏｒｒ）に減圧し１１０℃において４時間乾燥し分極性電極を得た。
【００１７】
得られた分極性電極を、ガラス繊維製セパレータを介して積層し、可撓性の外装材によって、電解液注液管および電解液排出管を除いて封口した後に、電解液注液管から１．０Ｍのテトラエチルアンモニウムテトラフルオレートのプロピレンカーボネート溶液を充填した後に、７０℃において５ｍＡの定電流で２．５Ｖまで充電した後に１５分間保持し、５ｍＡの定電流で放電する充放電を１回行った後に、電解液排出管から電解液を排出したのちに、電解液注液管から電解液を再度注液した後に電解液注液管および電解液排出管を封口して電気二重層キャパシタを作製した。
【００１８】
得られた電気二重層キャパシタについて、５ｍＡの定電流で２．５Ｖまで充電した後に１５分間保持し、５ｍＡの定電流で放電する充放電サイクルを繰り返し行い静電容量を測定し、充放電試験時間に対する放電容量を表１に示す。
【００１９】
比較例１
最初に電解液を注液した後に、そのまま封口して電気二重層キャパシタを製造した点を除き実施例１と同様にして充放電試験を行い、その結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【発明の効果】
本発明の電気二重層キャパシタにより、初期充放電の際に電極材料等に含まれている好ましくない物質を電解液中に移行させて取り除くことができるので、長期にわたる充放電の繰り返しにおいて、電気的特性の劣化が少ない信頼性の高い電気二重層キャパシタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の電気二重層キャパシタの製造工程を説明する図である。
【符号の説明】
１…電気二重層キャパシタ、２…外装容器、３…電解液流入管、４…電解液流出管、５…電解液供給貯槽、６…返送電解液貯槽、７…正極端子、８…負極端子、９…充電電源、１０…再生工程
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は電気二重層キャパシタに関するものであり、特にサイクル寿命が長く、長期にわたり安定した性能を発揮することが可能な電気二重層キャパシタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気二重層キャパシタは、電極と電解液との界面で形成される電気二重層の静電容量を利用したものであり、他のキャパシタに比べて容積あたりの静電容量が極めて大きいことを特徴としている。
電気二重層キャパシタは、化学反応を伴わないために、電池に比べてサイクル寿命が大きいと言う特徴を有しており、このような特徴を生かしメモリのバックアップ用の電源用に利用されていた。
また充放電の速度は時定数に制約を受けるものの電池に比べて大きくすることができるので、大電流の充放電が可能であると言う特徴も有している。
そこで、電気自動車用電力貯蔵手段、あるいは電気事業者用の電力貯蔵手段として開発が進められている。
【０００３】
一方、電気二重層キャパシタは、電極と電解液の界面で形成される電気二重層の静電容量を利用しているために、１個の電気二重層キャパシタの定格電圧は電解液の電気分解電圧によって制約を受けており、水系電解液では１Ｖ程度であり、非水系電解液を使用した場合でも、３Ｖ程度である。
【０００４】
そこで、電力貯蔵用では、多数の電気二重層キャパシタを直列に接続し、少なくとも電力変換装置が効率的に動作する程度の電圧とすることが必要となり、数多くの電気二重層キャパシタを用いることが不可欠となる。
このような大量の電気二重層キャパシタを用いたシステムにあっては、個々の電気二重層キャパシタの信頼性を高めることが極めて重要なものとなる。
【０００５】
電気二重層キャパシタの信頼性を低下させる要因には種々の要因があるが、なかでも電極として使用する炭素材料等に起因する特性の低下は大きなものである。
電気二重層キャパシタ用の炭素材料は、炭素質原料を炭化した後に、空孔の大きさ、および表面積を所望の大きさとする処理を行ったものであるが、空孔の内部にさまざまな有機化合物が存在している。
しかも、炭素材料の特性を変化させないような比較的穏やかな処理操作では、活性な空孔に吸着したこれらの有機化合物を除去することは困難である。
【０００６】
炭素材料中に残留した有機化合物は、電気二重層キャパシタとして動作する間に電解質中に溶存したり、あるいは炭素材料の電極の空孔中へ電解液が到達するのを妨げたげる結果、電気二重層キャパシタの電気的特性が低下する要因の一つとなっていた。
また、非水系電解液を使用した電気二重層キャパシタにおいては水分の混入は、電解液を劣化させ、電気分解電圧の低下によって定格電圧を低下させるものとなる。
したがって、電気二重層キャパシタの組み立て時においては、使用材料から混入する水分を極力減少させるために各種の対策がとられているが、導入される水分を完全になくすことは極めて困難であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、炭素質材料を用いた非水系電解液を用いた電気二重層キャパシタにおいて、炭素材料の空孔に吸着した有機化合物を除去すると共に、各種の材料から導入される水分等を除去し、電気的特性を長期にわたって維持し、サイクル特性が優れた電気二重層キャパシタを提供することを課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、電気二重層キャパシタの製造方法において、セパレータを介して正極と負極を対向して外装容器に収納し、外装容器に電解液流入管と電解液流出管を装着し、電解液を電気二重層キャパシタ内に貫流させながら少なくとも一回の充放電を行った後に電解液の貫流を停止してから封口するとともに、前記充放電によって電解液中に混入した物質を前記電解液流出管より流出させた電解液電解液を再生工程においてろ過、蒸溜、吸着剤による吸着処理のいずれかを行い電解液を再度使用する電気二重層キャパシタの製造方法によって解決することができる。
また、電解液を充填した後の少なくとも１回の充放電は使用可能最高温度以上に上昇して行う前記の電気二重層キャパシタの製造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、電気二重層キャパシタの組み立て時に各種の材料に伴って導入される水分や炭素材料に吸着して導入される有機物等を、電気二重層キャパシタのエージング工程において電解液中から除去することによって長期にわたって電気的特性が安定した電気二重層キャパシタが得られることを見出したものである。
【００１０】
以下に、図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の電気二重層キャパシタの製造工程を説明する図である。
正極および負極をセパレータを介して積層し、集電体に導電接続タブを結合したキャパシタ要素を、可撓性の外装材によって被覆して封口した電気二重層キャパシタ１の外装容器２には、電解液流入管３と電解液流出管４とを結合し、電解液供給貯槽５から電解液流入管３を通じて電解液を流入し、電解液流出管４を通じて返送電解液貯槽６へ返送させながら正極端子７および負極端子８に充電電源９を接続し、充放電を少なくとも１回行った後に、電気二重層キャパシタ内の電解液の貫流を停止して、封口を行い電気二重層キャパシタを製造する。
【００１１】
また、返送電解液貯槽６に蓄えた電解液は、再生工程１０において、濾過、蒸留、吸着材による吸着処理等を行い返送電解液中から電気二重層キャパシタの初期充放電によって電解中に混入した物質を除去することによって再度使用することができる。
【００１２】
また、以上のような電解液を連続的に貫流する方法に代えて、電解液を電解液流入管から所定量の電解液を注入した後に、電解液の流入を停止して放電と充電を行った後に、電解液を吸引除去し、次いで新たに電解液を加える操作を少なくとも１回行ってもよい。
【００１３】
これらの操作は、室温において行っても良いが、電気二重層キャパシタの最高使用温度程度の温度に上昇させることによって、電気二重層キャパシタを使用中に電極、電解液等の使用材料から電解液中への移行が予想される物質をより完全に取り除くことができる。具体的には、電気二重層キャパシタおよび電解液を７０℃程度に加熱した状態で行うことができる。
【００１４】
本発明の電気二重層キャパシタは、水系電解液、非水系電解液のいずれの電解液を用いた電気二重層キャパシタにも適用することができるが、電解液中への水分の混入による電気的特性の低下が著しい非水系電解液を用いた電気二重層キャパシタに適用することによってより大きな効果を得ることができる。
【００１５】
また、本発明の電気二重層キャパシタは、外装容器には金属の缶、可撓性の外装材を用いたもののいずれにも適用することができるが、可撓性の外装材を用いた場合には、可撓性の外装材と電解液流入管および電解液流出管を一体に作製して、電解液流入管および電解液流出管を除いて封口し、初期充放電の後の電解液の排出と新規の電解液の注液の後に電解液流入管および電解液流出管を封口することによって電気二重層キャパシタを製造することができる。
【００１６】
【実施例】
以下に実施例、比較例を示し本発明を説明する。
実施例１
ＢＥＴ法で測定した平均細孔径が１．６ｎｍの活性炭を８２ｍｇ、カーボンブラック９ｍｇとともにポリテトラフルオロエチレン粉末９ｇを混含して直径２０ｍｍの円盤状に圧粉成形し、これを真空デシケータ中で１．３３Ｐａ（１０-2Ｔｏｒｒ）に減圧し１１０℃において４時間乾燥し分極性電極を得た。
【００１７】
得られた分極性電極を、ガラス繊維製セパレータを介して積層し、可撓性の外装材によって、電解液注液管および電解液排出管を除いて封口した後に、電解液注液管から１．０Ｍのテトラエチルアンモニウムテトラフルオレートのプロピレンカーボネート溶液を充填した後に、７０℃において５ｍＡの定電流で２．５Ｖまで充電した後に１５分間保持し、５ｍＡの定電流で放電する充放電を１回行った後に、電解液排出管から電解液を排出したのちに、電解液注液管から電解液を再度注液した後に電解液注液管および電解液排出管を封口して電気二重層キャパシタを作製した。
【００１８】
得られた電気二重層キャパシタについて、５ｍＡの定電流で２．５Ｖまで充電した後に１５分間保持し、５ｍＡの定電流で放電する充放電サイクルを繰り返し行い静電容量を測定し、充放電試験時間に対する放電容量を表１に示す。
【００１９】
比較例１
最初に電解液を注液した後に、そのまま封口して電気二重層キャパシタを製造した点を除き実施例１と同様にして充放電試験を行い、その結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】
【発明の効果】
本発明の電気二重層キャパシタにより、初期充放電の際に電極材料等に含まれている好ましくない物質を電解液中に移行させて取り除くことができるので、長期にわたる充放電の繰り返しにおいて、電気的特性の劣化が少ない信頼性の高い電気二重層キャパシタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の電気二重層キャパシタの製造工程を説明する図である。
【符号の説明】
１…電気二重層キャパシタ、２…外装容器、３…電解液流入管、４…電解液流出管、５…電解液供給貯槽、６…返送電解液貯槽、７…正極端子、８…負極端子、９…充電電源、１０…再生工程
Claims (2)
- 電気二重層キャパシタの製造方法において、セパレータを介して正極と負極を対向して外装容器に収納し、外装容器に電解液流入管と電解液流出管を装着し、電解液を電気二重層キャパシタ内に貫流させながら少なくとも一回の充放電を行った後に電解液の貫流を停止してから封口するとともに、前記充放電によって電解液中に混入した物質を前記電解液流出管より流出させた電解液を再生工程においてろ過、蒸溜、吸着剤による吸着処理のいずれかを行い電解液を再度使用することを特徴とする電気二重層キャパシタの製造方法。
- 電解液を充填した後の少なくとも１回の充放電は使用可能最高温度以上に上昇して行うことを特徴とする請求項１記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
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| JP2000334128A JP3963642B2 (ja) | 2000-11-01 | 2000-11-01 | 電気二重層キャパシタの製造方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000334128A JP3963642B2 (ja) | 2000-11-01 | 2000-11-01 | 電気二重層キャパシタの製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002141251A JP2002141251A (ja) | 2002-05-17 |
| JP3963642B2 true JP3963642B2 (ja) | 2007-08-22 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP5623191B2 (ja) * | 2010-08-31 | 2014-11-12 | ダイハツ工業株式会社 | 電気化学キャパシタの製造方法 |
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2000
- 2000-11-01 JP JP2000334128A patent/JP3963642B2/ja not_active Expired - Fee Related
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