JP4710650B2 - 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、金属プレーン箔である集電体と分極性電極層とを接着させるアンカーコート層の集電体側の面にリン系化合物からなる接着層を設け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、金属プレーン箔である上記集電体と分極性電極層とを接着させるアンカーコート層の集電体側の面にリン系化合物からなる接着層を設けたことにより、集電体と、分極性電極層と、アンカーコート層との接着力を向上させるとともに、容量を低下させることなく集電体と分極性電極層との間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、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（図示せず）とバインダー（図示せず）とからなる分極性電極を層状に形成し、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。

また、図２に示すごとく、アルミニウムプレーン箔などからなる集電体３ａと分極性電極層４ａの間にこの集電体３ａと分極性電極層４ａとを接着させるアンカーコート層６ａが設けられている。

このアンカーコート層６ａはカーボンブラックとバインダーとからなるものであり、物理的安定性を向上させることができるものである。

また、集電体３ａとアンカーコート層６ａとの間にはリン系化合物からなる接着層９ａが設けられている。

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、アンカーコート層６ａと、接着層９ａ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を付したものである。

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とアンカーコート層６ａとの間にリン系化合物からなる接着層９ａを設け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、従来であれば、アンカーコート層６ａの組成は分極性電極層４ａと近い組成であるので、アンカーコート層６ａと分極性電極層４ａとの接着力に比べ、アンカーコート層６ａと集電体３ａとの接着力が弱いものであったところ、アンカーコート層６ａと集電体３ａとの間にリン系化合物からなる接着層９ａがあるため、この接着層９ａ中のリン系化合物の一部がリン酸のような形になり、このリンを囲む酸素原子がわずかに負に帯電し、集電体３ａ上に存在する酸化アルミのアルミニウムがわずかに正に帯電しているため引き合い、結果としてアンカーコート層６ａと集電体３ａとの接着力が向上するものである。

同様にリン酸のような形をしたリンがわずかに正に帯電し、集電体３ａ上に存在する酸化アルミの酸素原子がわずかに負に帯電しているため引き合い、接着力が向上する。

さらに、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。

これは、リン系化合物からなる接着層９ａ中のリン成分とアンカーコート層６ａ中のカーボンブラックの表面官能基とが水素結合することにより、集電体３ａとアンカーコート層６ａとの物理的密着に加え、化学的にも結合するため、密着性が向上することで、集電体３ａとアンカーコート層６ａとの間での界面抵抗が下がることによるものである。

また、接着層９ａ、９ｂはリン酸、リン酸塩、リン酸エステル、有機ポリリン酸のいずれかであってもよく、このようにすることで、接着層９ａ、９ｂを形成する際に溶液として混合させることができるので、濃度や分散性などの調整が可能となるものである。

さらに、この接着層９ａ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、この接着層９ａ、９ｂ中のリン成分は好ましくは接着層９ａ、９ｂの全面に渡って分布しているものであるが、部分的に接着層９ａ、９ｂ中にリン成分が存在していたとしても、上記のフッ素と集電体３ａ、３ｂとの反応を阻むことができ、抵抗を低くするという効果を奏するものである。

また、この接着層９ａ、９ｂ中のリン成分の存在はオージェ電子分光やＥＳＣＡ（またはＣＰＳ、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、金属プレーン箔を集電体とし、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
６ａ、６ｂ アンカーコート層
７ 封口部材
８ ケース
９ａ、９ｂ 接着層

Claims (3)

1. 金属プレーン箔からなる集電体と、活性炭粉末を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、前記集電体と前記分極性電極層との間に設けられたカーボンブラックとバインダーとからなるアンカーコート層と、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、前記集電体と前記アンカーコート層との間にリン系化合物からなる接着層を設け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、有機ポリリン酸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. 前記接着層を有する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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