JPH01241811A - 電気二重層コンデンサ - 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！？］ 本発明は電気二重層コンデンサに関するものである。

［従来の技術］ 電気二重層コンデンサに従来用いられてきた分極性電極
としては、活性炭、活性炭繊維等種々の素材かあげられ
る。

活性炭を用いた例としては、活性炭の粉末を電解液と混
合してペースト化して用いる電極か提案されている（特
公昭５５−４］０］５号公報）。

［発明の解決しようとする課題］ しかしなから、このようなペースト電極に使用される活
性炭の比表面積は、１５００ｍ２／ｇ以下てあり、この
電極を用いたコンデンサは単位体積当りの容量か必ずし
も十分てはなかった。また、活性炭の製造工程は、通常
、原料の炭化・賦活の工程と粉砕工程とよりなり、原料
の炭化・賦活には薬品賦活あるいはガス賦活の方法が適
用されることか多い。したかつて、高比表面積を有する
活性炭を得ようとする場合、高温度て長時間の賦活条件
か要求されるため、反応工程中に反応容器からの重金属
性か活性炭粉末中に混入して、得られる活性炭の純度か
低下するという問題点があった。さらに粉砕工程中に金
属などの不純物か活性炭に混入することが少なくなかっ
た。このため、従来の電気二重層コンデンサにおいては
、分極性電極を形成する活性炭が多くの不純物を含有し
ており、特に高温度負荷条件下において、電解液中に金
属その他の不純物か溶出して電気化学的反応を引起こす
ことによってコンデンサの長期信頼性か損なわれるとい
う問題点かあった。

［課題を解決するための手段］ 本発明者はこれら諸問題を解決することを目的として種
々研究検討した結果、この様な活性炭に対し、他の成分
を添加して悪影響を解決するよりも、前記不純物の許容
量を特定化することにより、かえって安定した活性を長
期にわたり持続し得る電極を得ることか可能になること
を知見し、本発明の目的を達成し得ることを見出した。

かくして本発明は、分極性電極と電解液の界面て形成さ
れる電気二重層を利用する電気二重層コンデンサにおい
て、不純物としてＦｅ　２００ｐｐｌｎ以下、ＣｒｌＯ
ｐｐｍ以下、　Ｎｉ　１０ｐｐｍ以下、Ｎａ　２００ｐ
ｐｍ以下、Ｋ　２００ｐｐｍ以下、　Ｃｌ　３００ｐｐ
ｍ以下を有し灰分が０．５％以下である活性炭よりなる
分極性電極を用いることを特徴とする電気二重層コンデ
ンサを提供するにある。

本発明で分極性電極に用いる活性炭は原料としてオガク
ズ等木質系フェノール樹脂、ピッチ系樹脂等があるか、
前者は１５００ｍ２／ｇ以上の高比表面積を得ることは
難しく、また不純物含有量も大きく、また後者は比表面
積を上げることは容易であるか、コストが非常に割高と
なる欠点かあり、これらの諸欠点を有さない原料として
ヤシカラを用いるのか最も好ましい。

本発明て使用するヤシガラを原料とする活性炭が含有す
る不純物量としてはＦｅか２００ｐｐｍ以下好ましくは
１１００ｐｐ以下、Ｎｉ、Ｃｒか１０ｐｐｍ以下好まし
くは５　ｐｐｍ以下、Ｎａか２００ｐｐｍ以下好ましく
は１５［ｌｐｐｍ以下、Ｋが２［］Ｄｐｐｍ以下好まし
くは１００ｐｐｎ＋以下、Ｃ１か３００ｐｐｍ以下好ま
しくは１１００ｐｐ以下てあり灰分として０．５％以下
好ましくは０．４％以下か適当である。活性炭の不純物
含有量か前記範囲を逸脱すると、長期信頼性に著しい悪
影響を及ぼすので不適当である。

また活性炭の物性としては比表面積か１５００〜１９０
０ｍ２／ｇ好ましくは１６５０〜１８５０ｍ２／ｇか適
当である。

これ以上の比表面積を有する活性炭を得ようとすると、
収率か低下するので実際的てはない。又、平均細孔径と
しては１３〜２０人好ましくは１４〜１９Å、全細孔容
積としては０．６〜０．９ｍｌ／ｇ好ましくは０．６５
〜０．’８　ｍｌ／ｇであり、細孔径２０Å以上の細孔
の全細孔容積に対して３０〜５０％好ましくは３５〜４
５％のものか好適である。

本発明て用いる電極としては、この活性炭粉末を電解液
と混合してペースト化したものを電極として用いること
も可能である。しかしながら、単位体積当りの容積と機
械的強度のさらに良好な電極としては、ポリテトラフル
オロエチレン（以下、ＰＴＦＥと略称する）などの耐化
学薬品性の優れた結着剤を用いて活性炭粉末をシート化
してなる電極かあげられる。このようなシート状電極と
しては、まず活性炭微粉末に対して好ましくは１〜５０
重量％、さらに好ましくは５〜３０重量％の好ましくは
ＰＴＦＥを混合し、得られた粘稠な混合物を圧縮、押出
し、もしくは圧延、またはこれらの手段を組合せること
によってシート状に成形したものが好適に使用できる。

このシート状成形物は、さらに必要に応して一軸方向、
または二軸方向に延伸処理される。

この延伸処理は、２０〜３８０°Ｃ好ましくは２０〜２
００°Ｃにおイテ、好ましくは原長ノ１．１〜５．０倍
、特に好ましくは１．２〜２．０倍になるように公知の
方法（たとえば、特開昭５９−１６６５４１号公報）に
より行なわれる。このようにして得られた延伸処理物は
、そのまま使用することもてきるか、必要に応して、さ
らにロール、プレスなどにより圧延または圧縮処理した
後、焼成または半焼成処理して使用する。

本発明て活性炭よりなる分極性電極と組合せて使用する
電解液は特に限定されるものてはなく、電気二重層コン
デンサ用として使用可能なもの、すなわち、非水溶媒系
または水溶液系電解液か適宜使用される。

本発明て活性炭よりなる分極性電極と組合せて使用され
る非水溶媒系電解液としては、たとえは過塩素酸、６フ
ツ化リン酸、４フツ化ホウ酸、バーアルキルスルホン酸
、トリフルオロメタンスルホン酸などのテトラアルキル
アンモニウム塩、テトラアルキルアンモニウム塩、また
はアミン塩などの溶質を、プロピレンカーボネート、γ
−ブチロラクトン、アセトコ１〜リル、ジメチルホルム
アミド、１，２−ジメトキシエタン、スルホラン、ニト
ロメタンなどの極性有機溶媒に０．３〜１．５　Ｍ／見
程度溶解させたものがあげられる。

活性炭よりなる分極性電極と組合せて用いる水溶液系電
解液としては、高い電気伝導性を有する無機酸、無機塩
基、または無機塩を溶質とするものか好適である。この
ような電解液の溶質（電解質）としては、たとえば硫酸
、４フツ化ホウ酸、硝酸などの酸、水酸化カリウム、水
酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化アンモニウ
ムなどの塩基、塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化カ
ルシウム、塩化アンモニウムなどの塩化物、炭酸カリウ
ム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸アンモニウ
ムなどの炭酸塩等か好適に使用される。これらの電解質
の中て、硫酸、４フツ化ホウ酸、水酸化カリウムおよび
水酸化ナトリウムは、高い伝導度か得られる点て特に好
ましい。

水溶液系電解液の濃度は、１０〜９０重量％の範囲て適
宜選定することかてき、一般に９０重量％以上の濃度に
なると寒冷時に溶質か析出するなとの問題か発生し、ま
た１０重量％以下の濃度ては、電導度か低下してコンデ
ンサの内部抵抗を増大させるのて好ましくない。

前述のシート状物をコンデンサの形状に合せて加工・成
形した電極間に多孔質のセパレータを挟み、前記のよう
な電解液を含浸または満たしてケース中に密閉すること
によって本発明による電気二重層コンデンサか得られる
。

多孔質セパレータとしては、たとえは、ポリプロピレン
繊維不織布、カラスｔＩｈ維混抄不織布などか好適に使
用できる。また、セパレータの厚みは５０〜２００　壓
ｍか適当てあり、１００〜１５０ｐｍとするのか特に好
適である。

また本発明て用いる分極性電極からの集電方法も特に限
定されるものてはなく、従来から周知、公知の方法か使
用可能である。例えば金属ケースに金属網を溶接しその
上に電極を圧着したり、電極上にプラズマ溶射、メツキ
等によって金属集電を形成したり、或は導電性接着剤に
よって接着する方法等か好ましく使用可能である。特に
炭素質を含む導電性接着剤を用いる方法か好ましい。

本発明に用いられる導電性接着剤としては、バインター
をほとんど含まない高純度高鉛系のものが好ましいか、
フェノールなどの樹脂系バインダもしくは水ガラスなど
の無機質バインダを含む黒鉛あるいはカーボンフラッフ
系の導電性接着剤なども用いることかてきる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例および比較例を図面を参照して具
体的に説明する。

第１表に示した各種の活性炭７０重量％、力−ボンフラ
ック２０重量％およびＰＴＦＥ　（粒子径０．３ｇｍ）
１０重量％よりなる粉末混合物１００重量部に対して水
２００重量部を添加し、Ｖ形ツレンター中て混和した。

得られたペースト状混和物をロール成形機を用いて圧延
し、厚さ１．１　＋ａｍのシートとした。このシートを
３００°Ｃに予熱した状態て一軸方向に１．１倍の倍率
て延伸処理して厚さ０．６　＋ａ＋ａのシート状電極材
料を得た。

このシート状電極材料を使用して第１図に示すようなコ
イン型電気二重層コンデンサのユニットセル（直径２０
ｍｍ、厚さ２．０１ｕｌｌ）を下記の手順で作製した。

前記シート状電極材料を円板状に打ち抜いて分極性電極
１および２（直径１５ｍｍ、厚さ０．６１１１ｍ）とし
、この分極性電極１．２をポリプロピレンｍ維不織布よ
りなるセパレータ３を介してステンレス鋼製のキャップ
４およびステンレス鋼製の缶５からなる外装容器中に収
納する。次に、ユニットセル中に所定の電解液（実施例
１．２、比較例１においてはテトラブチルホスホニウム
テトラフルオロボレートをプロピレンカーボネートに１
．０Ｍ／ｌの濃度て溶解したもの、実施例３，４、比較
例２においては３０％硫酸水溶液）を注入して分極性電
極１．２およびセパレータ３中にこの電解液を充分に含
浸後、ポリプロピレン製バッキング６を介してキャップ
４および缶５の端部をかしめて封口した。

前述のようにして作製した電気二重層コンデンサのユニ
ットセルを使用し、２０°Ｃにおいて実施例１．２と比
較例１では２．８ｖ、実施例３゜４と比較例２ては０．
９■て、それぞれ３０分間の定電圧充電を行い、その後
１ｍＡ定電流放電し、放電時の端子間電圧がＯＶに至る
までの時間を測定して初期容量（Ｆ）を算出した。さら
に、交流二端子法（周波数１ｋＨｚ）て内部抵抗を測定
した。次に、同セルを７０°Ｃにおいて１０００時間実
施例１．２と比較例１ては２．８ｖ、実施例３．４と比
較例２ては０．９ｖ連続印加した後の容量を同様にして
測定し、初期値と比較して容量劣化率（％）を算出した
。以上の結果を第１表に示した。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、高温条件下ての容
量劣化率が低く且つ内部抵抗の増大も少ない長期信頼性
の高い電気二重層コンデンサか得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電気二重層コンデンサの一実施態
様を示す部分断面図である。 １．２・・・分極性電極 ３・−・セパレータ ４・・・キャップ ５・・・缶 ６・・・パラキンク

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．分極性電極と電解液の界面で形成される電気二重層
   を利用する電気二重層コンデンサにおいて、不純物とし
   てＦｅ２００ｐｐｍ以下Ｃｒ１０ｐｐｍ以下Ｎｉ１０ｐ
   ｐｍ以下Ｎａ２００ｐｐｍ以下Ｋ２００ｐｐｍ以下Ｃｌ
   ３００ｐｐｍ以下を有し灰分が０．５％以下である活性
   炭よりなる分極性電極を用いることを特徴とする電気二
   重層コンデンサ。
2. ２．活性炭がヤシガラ炭である請求項１の電気二重層コ
   ンデンサ。
3. ３．活性炭の比表面積が１５００〜１９００ｍ＾２／ｇ
   平均細孔径が１３〜２０Å、全細孔容積が０．６〜０．
   ９ｍｌ／ｇ、細孔径２０Å以上の細孔の容積が全細孔容
   積に対して３０〜５０％の範囲である請求項１又は２記
   載の電気二重層コンデンサ。
4. ４．電解液が非水溶媒系電解液である請求項１記載の電
   気二重層コンデンサ。
5. ５．電解液が水溶液系電解液である請求項１記載の電気
   二重層コンデンサ。