JP4710645B2 - 電気二重層キャパシタ - Google Patents

Description

本発明は、各種電子機器に利用される電気二重層キャパシタに関し、特に低抵抗、および長期信頼性に優れた電気二重層キャパシタに関するものである。

従来の電気二重層キャパシタはアルミニウム箔などの集電体上の表面に活性炭を主成分とする分極性電極を層状に形成した分極性電極層をセパレータを介して対向させることによりキャパシタ素子を構成し、このキャパシタ素子に駆動用電解液を含浸させることにより構成されているものである。

また、上記駆動用電解液は電気分解による電解液の劣化を抑えるため、フッ素などのハロゲンを電解質としている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１、特許文献２が知られている。
特開２００３−２５７７９７号公報 特開２００４−１１１７１９号公報

上記従来の構成においては、電解液中のフッ素が集電体であるアルミニウムと反応して、集電体と分極性電極層との間にフッ化アルミニウムの不動態膜、もしくは不動態層を形成してしまうという問題点を有していた。この不動態膜により、集電体と分極性電極層との界面抵抗が増大し、電気二重層キャパシタとしての抵抗も増大してしまうものであった。

そこで本発明はこのような従来の課題を解決し、特性劣化が少なく、長期信頼性に優れた電気二重層キャパシタとするため、集電体と分極性電極層の間にできる不動態層の形成を抑えることを目的とするものである。

この目的を達成するために、本発明は、フッ素に対して安定しており、表面を安定化することのできるリンを用い、分極性電極にリン系化合物を混合させ、集電体に近い層から順にリン系化合物の含有率が小さくなるようにしたことを特徴とする電気二重層キャパシタとする。

本発明の電気二重層キャパシタは、分極性電極にリン系化合物を混合させ、集電体に近い層から順にリン系化合物の含有率が小さくなるようにしているので、分極性電極層の集電体に最も近い部分が分極性電極におけるリン系化合物の含有率が最も多くなり、容量を低下させることなく分極性電極の集電体に接する面での化学反応を抑制することができるため、キャパシタ素子における抵抗を低くすることができるので、容量減少率も低くなり、特性劣化の少ない長期信頼性に優れた電気二重層キャパシタを提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態１について、図を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は本実施の形態における電気二重層キャパシタの構成を示した一部切り欠き斜視図、図２は同電気二重層キャパシタに使用される分極性電極を示した断面図である。

図１と図２において、１はキャパシタ素子を示し、このキャパシタ素子１はリード線２ａ、２ｂを接続した集電体３ａ、３ｂ上に活性炭粉末とカーボンブラックとバインダーとからなる分極性電極（図示せず）を層状に形成し、分極性電極層４ａ、４ｂとし、その間に短絡防止用のセパレータ５ａ、５ｂを介在させて巻回することにより構成されているものである。

この分極性電極層４ａ、４ｂはリン系化合物（図示せず）を混合させた分極性電極において、リン系化合物の含有率の異なる複数の分極性電極を集電体３ａ、３ｂから順にリン系化合物の含有率が小さくなるように積層されて形成している。

キャパシタとしての陽極をリード線２ａと、集電体３ａと、分極性電極層４ａと、セパレータ５ａとからなる構成とした場合には、キャパシタとしての陰極は同じ構成で小文字ｂを付したものとなる。

このキャパシタ素子１をフッ素を含んだアニオンを電解質とする電解液（図示せず）に含浸させ、図１に示すごとく、キャパシタ素子１の上端部にリード線２ａ、２ｂが挿通する孔を設けたゴム製の封口部材７を嵌め込み、アルミニウムからなる有底円筒状のケース８に収納して、ケース８の開口部を絞り加工することにより、封口部材７を圧縮してケース８を封止するように構成されている。

上記のように集電体３ａ、３ｂ上に複数の分極性電極をリン系化合物の含有率が集電体３ａ、３ｂに近い層から順にリン系化合物の含有率が小さくなるように分極性電極層４ａ、４ｂを積層することが本発明における技術的特徴の一つであり、このようにすることで、電解液中にアニオンとして含まれているフッ素が集電体３ａであるアルミニウムと化学反応して集電体３ａと分極性電極層４ａとの間にフッ化アルミニウムの不動態膜、もしくは不動態層の形成を防止することができる。

その結果として、集電体３ａと分極性電極層４ａとの間の界面抵抗をさらに低減することができるとともに、特性劣化が少なく、長期信頼性に優れた電気二重層キャパシタとすることができるものである。

さらに、この集電体３ａに近い層から順にリン系化合物の含有率が小さくなるように積層した分極性電極層４ａは少なくともキャパシタの陽極にあればよく、これは電解液中のフッ素はアニオンとして存在しているため、陽極と反応することがより多いので、これにより、キャパシタの構成としての部材数を削減し、製造コストを抑えることができるものである。

なお、この集電体３ａ、３ｂに近い層から順にリン系化合物の含有率が小さくなるように積層した分極性電極層４ａ、４ｂの各層は明確に区分できるよう積層されている必要はない。

さらに、この集電体３ａ、３ｂに近い層から順にリン系化合物の含有率が小さくなるように積層した分極性電極層４ａ、４ｂの各層はリン系化合物の含有率の大きい分極性電極を集電体３ａ、３ｂから順に塗布することによって構成させるものであってもよく、分極性電極の塗布後の乾燥条件の違いによって実現することも可能である。

また、分極性電極を構成する前の段階である活性炭の精製工程において、この活性炭に残渣物としてリン成分を多く含んだものを利用してもよいものとする。

また、この分極性電極層４ａ、４ｂ中のリン系化合物の存在はオージェ電子分光やＥＳＣＡ（またはＸＰＳ、Ｘ線光電子分光）などといった表面分析によってリン成分が検出されることによって確認することもできるものである。

本発明における実施の形態によれば、集電体３ａ、３ｂと分極性電極層４ａ、４ｂからリード線２ａ、２ｂを用いて電極を引き出す形としたが、この形に特定されるものではなく、集電体３ａ、３ｂから直接電極を引き出す形でもよく、フッ素を含んだアニオンを電解質とする電解液による電気二重層キャパシタであれば同様の効果を奏するものである。

以上のように、本発明にかかる電気二重層キャパシタによれば、集電体と分極性電極層との間の抵抗の増加を防止することができ、キャパシタの低抵抗化を図ることができる。

この結果、キャパシタの信頼性向上が可能になり、大電流における高信頼性などが要求される自動車のシステムなどに有用である。

本発明の実施の形態１による電気二重層キャパシタの一部切り欠き斜視図 本発明の実施の形態１による電気二重層キャパシタの電極の断面図

符号の説明

１ キャパシタ素子
２ａ、２ｂ リード線
３ａ、３ｂ 集電体
４ａ、４ｂ 分極性電極層
５ａ、５ｂ セパレータ
７ 封口部材
８ ケース

Claims (3)

1. 金属箔からなる集電体と、活性炭粉末とカーボンブラックとバインダーとからなる分極性電極を前記集電体上に層状に形成した分極性電極層と、セパレータと、フッ素を含んだアニオンを電解質とする電解液と、で構成され、前記電解液を含浸させた前記セパレータを介して前記分極性電極層を対向させて陽極および陰極とし、前記電解液とともにケースに収納してなる電気二重層キャパシタにおいて、前記分極性電極にリン系化合物を含ませるとともに、前記集電体に近い層から順に前記分極性電極に含まれる前記リン系化合物の含有率を小さくしたことを特徴とする電気二重層キャパシタ。
2. 前記リン系化合物はリン酸、リン酸塩、リン酸エステルのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
3. 前記リン系化合物を含む分極性電極を前記陽極にのみ用いた請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。

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