JPH011221A - 分極性電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電気二重層キャパシタ、二次電池。

エレクトロクロミックデイスプレィ、などに用いる分極
性電極の製造方法に関するものである。

従来の技術 電気二重層キャパシタなどに用いられる分極性電極とし
ての活性炭は、比表面積が大きなことが第１条件として
あげられる。この目的で従来おがくずを水蒸気賦活した
活性炭粉末や、フェノール樹脂系繊維を炭化賦活した活
性炭繊維、などが用いられている。これらの賦活はその
ほとんどが８ｏＯ〜１６００℃の高温化で水蒸気、ＣＯ
２１炭化水素などを賦活ガスとして用いて行っている。

また活性炭の表面に蓄積される電気二重層容量の取出し
を効率的に行うために、プラズマ溶射法によりＡｌ集電
層を形成する技術も開発されている。第３図は、このよ
うな電気二重層キャパシタの一例の断面構造図であり、
活性炭繊維より成る分極性電極１００．この上のプラズ
マ溶射により形成されたＡｌ集電極１ｏ１．セパレータ
１０２゜金属ケース１０３，１０４およびガスケットリ
ング１０５から成る。分極性電極１ｏｏおよびセパレー
タ１０２にはテトラエチルアンモニウムバークロレート
をプロピレンカーボネートに溶解した電解液が含浸され
ている。

発明が解決しようとする問題点 従来、活性炭を得るためには、前述のように、８ｏｏ〜
１５００ｔｌ：の高温下でＨ２Ｏなどの酸素を含有する
酸化性ガスを炭素粉末、炭素繊維に反応させていた。こ
の時の反応は式１に示すものである。

高温 Ｃｎ＋Ｈ２０−ｍ−Ｃ，，十Ｃｏｔ＋Ｈ２↑・（１）す
なわち、高温下で水蒸気ガス中の酸素原子が炭素と反応
して自らはｃｏ、Ｈ２ガスとなり、炭素はＣｎ−１とな
っていくことにより表面に微細な細孔を形成し多孔質化
し、比表面積が１ｏＯＯ〜２５００ｍ’／９の活性炭を
得ていた。ところで、このようにして得られた活性炭の
表面には、第４図に見られるように炭素原子のほかにカ
ルボキシ基、フェノール系水酸基、ラクトン基、などの
形で酸素原子が存在することはまぬがれないことであっ
た。この量は、酸性官能基の濃度としては炭素１ｙ当た
り１ｍｍｏｌｅ以下であり非常に小さな値であるが、こ
れを電気二重層キャパシタなどの分極性電極として用い
た時、このサイトが電解液との反応活性点となり、電解
液の分解を促進することがあった。

このため、キャパシタの漏れ電流、耐圧向上の点でこの
ような酸性官能基の存在は好しいものではなかった。

さらに、上で述べたような高温下での固−気反応では式
１の進行による炭素表面の高多孔質化には限界があり、
出発原料にもよるが、比表面積で２７００ｒｒ？／ｆ程
度までが限界であった。キャノくシタの容量などは、活
性炭の比表面積の値が直接正比例するために、これをさ
らに高くすることが、キャパシタ高容量化のために望ま
れる。

問題点を解決するための手段 本発明は、このような従来の問題を解決するために、炭
素または活性炭の表面をイオンビーム照射、もしくはプ
ラズマスパッタリングすることによって活性化すること
を特徴とする分極性電極の製造方法に関するものである
。

作　　用 本発明によれば、表面の酸素濃度が非常に低く、比表面
積が従来の活性炭より高い活性炭を得ることができ、こ
れを分極性電極として用いた電気二重層キャパシタの容
量、内部抵抗、漏れ電流などの特性を大巾に改善するこ
とができる。

実施例 本発明の具体的な実施例を述べる前に、本発明の基本的
な内容について図面に従って説明する。

第１図は、本発明に用いる炭素の活性化のための装置の
一例である。ロータリーポンプ１．拡散ポンプ２で排気
された反応室３の中に、処理用試料を置くための導電性
電極４と陽極６との相対向している。ガス導入孔６から
導入されたＡｒガスにより反応室内の真空度は１ｏ−２
〜１０−’ｔ　ｏｒ　ｒに保たれ、マツチングボックス
７、ＲＦ電源８によりペルジャー内にＡｒプラズマ９が
発生する。処理試料１ｏはこのＡｒプラズマ９の中にさ
らされる。１１．１２は冷却水である。この時、加速さ
れたＡｒ＋ｊＣよって炭素表面はたたかれ、原子の飛行
エネルギの交換によって表面炭素原子が炭素基体から放
出されこの部分にぬけ穴ができて炭素が多孔質化してい
く。この経過は、炭素をスパッタリングのターゲツト材
として用いていることと同等である。この図ではＲＦ２
型グロー放電型高周波スパッタの方法を示しているが、
直流スパッタ。

マグネトロンＲＦスパッタなどによるプラズマ中に炭素
材料をさらしてもよい。さらに、加速したイオンビーム
（例えばＡｒ”４オンビーム）を衝突させても良い。第
２図は、本発明の炭素が活性化する過程を模式的に示し
たものである。すなわち、炭素基体１５にＡｒイオン１
６が衝突し表面炭素原子１７が基体１５から放出され、
ここにぬけ穴が生じ、これがくり返されることによって
基体１６の表面が多孔質化していく。この時用いる炭素
基体１６は炭素でも良いし、従来の水蒸気賦活法などで
得られた活性炭素でもよい。特に後者の場合は、表面の
酸性官能基の除去も多孔質化と同時に起きる。

次に本発明の具体的な実施例について述べる。

（実施例−１） 炭素化したフェノール樹脂系繊維（直径１０７ａ。

炭素含有率９５％）から成る織布（目付１４ｏｙ／′ｒ
ｒ？）を第１図に示す装置によって処理する。処理時間
は３０分、処理した織布の片面にプラズマ溶射法により
厚さ１００／１ｍのアルミニウム層を形成する。セパレ
ータ電解液（テトラエチルアンモニウムバークロレート
のプロピレンカーボネート溶液１ｍｏｌ／ｌ）を用いて
第　図に示すキャパシタを試作する。電極の直径は６圏
である。

（実施例−２） 活性炭化したフェノール樹脂系繊維（直径１Ｑ　７４ｍ
　、　　炭素含有率９４％、比表面積２０００ｒｒ？／
９）から成る織布（目付１４ｏｙ／ｍ”）を実施例−１
と同じ方法で処理し、同じ〈実施例−１と同じキャパシ
タを試作する。

（比較例−１） 実施例−１で本発明の処理をしない炭素線維を電極に用
いる。

（比較例−２） 実施例−２で本発明の処理をしない活性炭素繊維を電極
に用いる。

以上のキャパシタの特性を表に示す。

本実施例ではＡｒスパッタリングのみについて示したが
イオンビーム法でも同等の効果が得られ、用いる気体は
酸素、アンモニア、ＣＦ４などのガスが適する。酸素を
用いた時は、炭素表面が若干酸化され、官能基減少の効
果は得られないが、高比表面積化は達成される。

炭素基体として、粉末、板、焼結体、グラファイト、ア
モルファス炭素、いずれも適用可能である。

炭素材を用いた例として電気二重層キャパシタについて
述べたが、二次電池、エレクトロクコミックデイスプレ
ーの分極性電極への適用効果も大きい。

発明の効果 本発明によれば、プラズマ雰囲気、イオンビーム照射な
どの減圧雰囲気中で炭素が活性化されるだめ、従来の高
温水蒸気賦活法によるものと異った全く新しい活性炭が
得られ、これを用いたキャパシタなどの特性を大巾に改
善することが可能：（なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる炭素基材処理装置の一例を示す
図、第２図は本発明処理の原理を示す模式図、第３図は
活性炭繊維分極性電極を用いたコイン型キャパシタの断
面構造図、第４図は炭素の表面官能基を模式的に示す図
である。 １・・・・・・ロータリーポンプ、２・・・・・・拡散
ポンプ、３・・・・・・反応室、４・・・・・・電極、
６・・・・・・陽極、６・・・・・・ガス導入口、７・
・・・・スイッチングボックス、８・・・・・・ＲＦ主
電源９・・・・・・Ａｒプラズマ、１０・・・・・・処
理試料。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素または活性炭の表面をイオンビーム照射、も
   しくはプラズマスパッタリングすることによって活性化
   することを特徴とする分極性電極の製造方法。
2. （２）炭素または活性炭が、板、シート、繊維、多孔質
   成型体のいずれかの形状を有することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の分極性電極の製造方法。
3. （３）イオンビーム照射もしくはプラズマスパッタリン
   グが、窒素、Ａｒなどの不活性ガス中でなされることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の分極性電極の製
   造方法。
4. （４）イオンビーム照射もしくはプラズマスパッタリン
   グが、酸素、アンモニア、ＣＦ＿４などの活性ガス中で
   なされることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   分極性電極の製造方法。
5. （５）活性化の後に、プラズマ溶射法によってＡｌ、Ｔ
   ｉ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔａのいずれかを炭素または活
   性炭の表面に形成することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の分極性電極の製造方法。