JPH0213453B2 - - Google Patents
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- JPH0213453B2 JPH0213453B2 JP59147804A JP14780484A JPH0213453B2 JP H0213453 B2 JPH0213453 B2 JP H0213453B2 JP 59147804 A JP59147804 A JP 59147804A JP 14780484 A JP14780484 A JP 14780484A JP H0213453 B2 JPH0213453 B2 JP H0213453B2
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
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- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Description
産業上の利用分野
本発明は、小型大容量の湿式電気二重層キヤパ
シタに関する。 従来例の構成とその問題点 第１図に従来の湿式電気二重層キヤパシタの一
構成例を示す。分極性電極体１（模式的に示す）
には、粉末活性炭を用い、これを電解液たとえば
硫酸を用いてスラリ状に混練りしプレスにより加
圧形成している。このような分極性電極体１をセ
パレータ２を介して対向させ、ゴム状の袋３に入
れ、上下を導電性ゴム４で封口し集電体としてい
る。また分極性電極体１中に結合剤として、高分
子物質を用いている。 第１図に示した構成を有するキヤパシタは次の
ような欠点を有している。 結合剤を多量に、（活性炭よりも多く）用い
ないと電極としての強度が非常に弱く、特に大
型の電極は形成困難である。 分極性電極体が弱く、もろいため、その上に
集電体を形成することが極めて困難である。 粒状活性炭は、その比表面積を1500m2／ｇ以
上にすることが困難であるため、電気二重層形
成領域に限界がある。 粒状活性炭は非常に粉じんとして飛散しやす
く、製造工程における公害をもたらす。 さらに第２図に従来の他の構成例を示す。 分極性電極体６として活性炭繊維布を用い、集
電体７としては、アルミニウム、チタン、ステン
レス等の金属層、または導電性樹脂層を形成し、
これらの間にセパレータ８を介在させ、電解液を
注入後ガスケツト９で正、負極が互いに絶縁され
るようにしてコイン型ケース１０と封口板１１を
用いて封口ケーシングする。ここで金属の集電体
の場合は、プラズマ溶射法、アーク溶射法によ
り、また導電性樹脂からなる集電体の場合は、主
にカーボンを導電性粒子としたものをスクリーン
印刷法やスプレイ法あるいはデイツプ法のいずれ
かを用いて形成する。このような構成を有するキ
ヤパシタは、活性炭繊維布をフエノール系合成樹
脂繊維布の炭化賦活により得ているので、非常に
高比表面積であり（〜2500m2／ｇ）エネルギー密
度が高くかつ強度も十分強いためプラズマ溶射法
等による集電体形成が容易である。しかしなが
ら、活性炭繊維布は加圧しない場合ではその空隙
率が90％以上をも占めており、空間部分のロスが
大変大きい。また以上のように空間部分が多いた
め、繊維１本１本どうしの接触が少なく、接触抵
抗が大きくなる。さらに、比表面積を大きくする
ため、賦活を進めていくと、繊維布自体の強度が
著しく減少してしまい、実際の使用に耐えなくな
る。通常フエノール系原料の炭化賦活より得られ
る繊維布の溶射可能な強度を有するものは、およ
そ2100m2／ｇであり、それ以上のものは使用でき
ないのが現状であり、さらに効率の良い活性炭繊
維の利用が要望されている。 発明の目的 本発明は、単位体積あたりの電気二重層エネル
ギー密度が高くしかも急速充電可能な小型大容量
キヤパシタを得ることを目的とする。 発明の構成 本発明は、分極性電極体が、粉砕された活性炭
繊維とフツ素樹脂および導電性改良剤とを混合
し、加圧形成してなるデイスク状あるいはシート
状のものから構成され、少なくともその片面に集
電体層を有することを特徴とする。 実施例の説明 具体的な実施例を述べる前に本発明の分極性電
極体に用いる粉砕された活性炭繊維の製造方法に
ついて述べる。 第３図に製造工程のフローチヤートを示す。 まずフエノール、アクリロニトリル等の合成繊
維または、レーヨンやピツチ系の各繊維をロング
フイラメント、チヨプ状フイラメントに加工す
る。さらにこれらをロービング状、トウ状の収束
フイラメント状にし、触媒賦活や水蒸気賦活によ
り、活性炭化する。この時フエノール系のもので
は、比表面積を2500m2／ｇ〜3000m2／ｇにまで高
めることができる。さらにこの活性炭繊維を切
断、粉砕し、フツ素樹脂等の結合剤を３〜30wt
％程度添加混合し、更に導電性改良材としてカー
ボンブラツク、金属短繊維を混合したのちプレス
する。この時水溶液系フツ素樹脂を用いた場合、
かなりの水分がにじみでる。このようにして形成
した分極性電極体の少なくとも片面にプラズマ溶
射法やアーク溶射法でアルミニウムやニツケル層
からなる集電体を100〜300μｍ形成する。集電体
は導電性ペイントでも良い。 フツ素系樹脂をバインダーに用いた場合、乾燥
温度を250〜360℃程度にまで高めることができ、
十分強度のある電極ができる。250〜360℃で乾燥
可能なため、電解液に有機電解液を用いる場合に
は、含有水分が比較的容易に飛散し、耐圧の良好
なキヤパシタができる。 実施例 １ ロービング状のフエノール系ノボラツク繊維
（直径20〜30μｍ）を炭化賦活し、活性炭繊維を
得た。この活性炭繊維の比表面積は、BET法で
測定したところ2700m2／ｇであつた。このロービ
ング状の活性炭繊維をミキサーで粉砕し繊維長を
１mm以下にした。このようにして粉砕された繊維
に8wt％のフツ素樹脂と10wt％のアルミニウム短
繊維（φ20、１〜２mm）を混合し、直径30mmφの
プレス金型に入れ3ton／cm2圧でプレスした。この
分極性電極を350℃で10時間乾燥し、片面にプラ
ズマ溶射法を用いアルミニウム層を300μｍ形成
した。この分極性電極の厚みは２mmであつた。第
４図は本実施例の分極性電極の構成断面図を示
す。１２が粉砕された活性炭繊維、１３がフツ素
樹脂バインダー、１４がアルミニウム短繊維、１
５がアルミニウム溶射形成された集電体層を示
す。 第４図に示されるように、アルミニウムの短繊
維１４、およびこれらのからみ合いがあるため、
ａ−a′方向だけでなく、ｂ−b′方向も非常に電気
伝導性が良く、活性炭繊維表面に形成される二重
層への充電が容易となつている。上記分極性電極
１６を用い第５図に示すコイン型キヤパシタを作
成した。 第２図の従来例と同様の部分については同一番
号を付して説明を省略する。 電解液には１モルEt4NBF4のプロピレンカー
ボネート溶液を用いた。第１表にこのキヤパシタ
の諸特性を示す。同表より、この電気キヤパシタ
が急速充電可能でかつ小型大容量であることがわ
かる。また本実施例における活性炭繊維は、比表
面積が2700m2／ｇと非常に大きく賦活が進行して
いるため、活性炭繊維布状では十分な機械的強度
が得られないものである。アルミニウムの替わり
にSUS444を用いてもほぼ同様な特性が得られ
た。さらに混入金属短繊維量は５〜30wt％が適
切である。
シタに関する。 従来例の構成とその問題点 第１図に従来の湿式電気二重層キヤパシタの一
構成例を示す。分極性電極体１（模式的に示す）
には、粉末活性炭を用い、これを電解液たとえば
硫酸を用いてスラリ状に混練りしプレスにより加
圧形成している。このような分極性電極体１をセ
パレータ２を介して対向させ、ゴム状の袋３に入
れ、上下を導電性ゴム４で封口し集電体としてい
る。また分極性電極体１中に結合剤として、高分
子物質を用いている。 第１図に示した構成を有するキヤパシタは次の
ような欠点を有している。 結合剤を多量に、（活性炭よりも多く）用い
ないと電極としての強度が非常に弱く、特に大
型の電極は形成困難である。 分極性電極体が弱く、もろいため、その上に
集電体を形成することが極めて困難である。 粒状活性炭は、その比表面積を1500m2／ｇ以
上にすることが困難であるため、電気二重層形
成領域に限界がある。 粒状活性炭は非常に粉じんとして飛散しやす
く、製造工程における公害をもたらす。 さらに第２図に従来の他の構成例を示す。 分極性電極体６として活性炭繊維布を用い、集
電体７としては、アルミニウム、チタン、ステン
レス等の金属層、または導電性樹脂層を形成し、
これらの間にセパレータ８を介在させ、電解液を
注入後ガスケツト９で正、負極が互いに絶縁され
るようにしてコイン型ケース１０と封口板１１を
用いて封口ケーシングする。ここで金属の集電体
の場合は、プラズマ溶射法、アーク溶射法によ
り、また導電性樹脂からなる集電体の場合は、主
にカーボンを導電性粒子としたものをスクリーン
印刷法やスプレイ法あるいはデイツプ法のいずれ
かを用いて形成する。このような構成を有するキ
ヤパシタは、活性炭繊維布をフエノール系合成樹
脂繊維布の炭化賦活により得ているので、非常に
高比表面積であり（〜2500m2／ｇ）エネルギー密
度が高くかつ強度も十分強いためプラズマ溶射法
等による集電体形成が容易である。しかしなが
ら、活性炭繊維布は加圧しない場合ではその空隙
率が90％以上をも占めており、空間部分のロスが
大変大きい。また以上のように空間部分が多いた
め、繊維１本１本どうしの接触が少なく、接触抵
抗が大きくなる。さらに、比表面積を大きくする
ため、賦活を進めていくと、繊維布自体の強度が
著しく減少してしまい、実際の使用に耐えなくな
る。通常フエノール系原料の炭化賦活より得られ
る繊維布の溶射可能な強度を有するものは、およ
そ2100m2／ｇであり、それ以上のものは使用でき
ないのが現状であり、さらに効率の良い活性炭繊
維の利用が要望されている。 発明の目的 本発明は、単位体積あたりの電気二重層エネル
ギー密度が高くしかも急速充電可能な小型大容量
キヤパシタを得ることを目的とする。 発明の構成 本発明は、分極性電極体が、粉砕された活性炭
繊維とフツ素樹脂および導電性改良剤とを混合
し、加圧形成してなるデイスク状あるいはシート
状のものから構成され、少なくともその片面に集
電体層を有することを特徴とする。 実施例の説明 具体的な実施例を述べる前に本発明の分極性電
極体に用いる粉砕された活性炭繊維の製造方法に
ついて述べる。 第３図に製造工程のフローチヤートを示す。 まずフエノール、アクリロニトリル等の合成繊
維または、レーヨンやピツチ系の各繊維をロング
フイラメント、チヨプ状フイラメントに加工す
る。さらにこれらをロービング状、トウ状の収束
フイラメント状にし、触媒賦活や水蒸気賦活によ
り、活性炭化する。この時フエノール系のもので
は、比表面積を2500m2／ｇ〜3000m2／ｇにまで高
めることができる。さらにこの活性炭繊維を切
断、粉砕し、フツ素樹脂等の結合剤を３〜30wt
％程度添加混合し、更に導電性改良材としてカー
ボンブラツク、金属短繊維を混合したのちプレス
する。この時水溶液系フツ素樹脂を用いた場合、
かなりの水分がにじみでる。このようにして形成
した分極性電極体の少なくとも片面にプラズマ溶
射法やアーク溶射法でアルミニウムやニツケル層
からなる集電体を100〜300μｍ形成する。集電体
は導電性ペイントでも良い。 フツ素系樹脂をバインダーに用いた場合、乾燥
温度を250〜360℃程度にまで高めることができ、
十分強度のある電極ができる。250〜360℃で乾燥
可能なため、電解液に有機電解液を用いる場合に
は、含有水分が比較的容易に飛散し、耐圧の良好
なキヤパシタができる。 実施例 １ ロービング状のフエノール系ノボラツク繊維
（直径20〜30μｍ）を炭化賦活し、活性炭繊維を
得た。この活性炭繊維の比表面積は、BET法で
測定したところ2700m2／ｇであつた。このロービ
ング状の活性炭繊維をミキサーで粉砕し繊維長を
１mm以下にした。このようにして粉砕された繊維
に8wt％のフツ素樹脂と10wt％のアルミニウム短
繊維（φ20、１〜２mm）を混合し、直径30mmφの
プレス金型に入れ3ton／cm2圧でプレスした。この
分極性電極を350℃で10時間乾燥し、片面にプラ
ズマ溶射法を用いアルミニウム層を300μｍ形成
した。この分極性電極の厚みは２mmであつた。第
４図は本実施例の分極性電極の構成断面図を示
す。１２が粉砕された活性炭繊維、１３がフツ素
樹脂バインダー、１４がアルミニウム短繊維、１
５がアルミニウム溶射形成された集電体層を示
す。 第４図に示されるように、アルミニウムの短繊
維１４、およびこれらのからみ合いがあるため、
ａ−a′方向だけでなく、ｂ−b′方向も非常に電気
伝導性が良く、活性炭繊維表面に形成される二重
層への充電が容易となつている。上記分極性電極
１６を用い第５図に示すコイン型キヤパシタを作
成した。 第２図の従来例と同様の部分については同一番
号を付して説明を省略する。 電解液には１モルEt4NBF4のプロピレンカー
ボネート溶液を用いた。第１表にこのキヤパシタ
の諸特性を示す。同表より、この電気キヤパシタ
が急速充電可能でかつ小型大容量であることがわ
かる。また本実施例における活性炭繊維は、比表
面積が2700m2／ｇと非常に大きく賦活が進行して
いるため、活性炭繊維布状では十分な機械的強度
が得られないものである。アルミニウムの替わり
にSUS444を用いてもほぼ同様な特性が得られ
た。さらに混入金属短繊維量は５〜30wt％が適
切である。
【表】
実施例 ２
実施例１と同様にして、ただし導電性改良材の
みをアルミニウム短繊維から30〜100メツシユの
アルミニウム粉末にかえてキヤパシタを作成し
た。実施例１と異なり第４図ｂ−b′方向の抵抗が
大きくその分だけ充電時間が長くなり本実施例の
充電時間は183秒であつた。 実施例 ３ 実施例１と同時にして、ただし導電性改良材と
溶射形成された集電体をニツケルに替え、また電
解液も20wt％のKOHを用いたキヤパシタを作製
した。本実施例のキヤパシタの特性を第２表に示
す。水系電解液を用いているため、インピーダン
スも低く急速充電特性が極めて優れていることが
わかる。なおニツケル短繊維のかわりに、炭素繊
維表面にニツケルメツキしたものでもほぼ同様な
特性のキヤパシタが得られた。
みをアルミニウム短繊維から30〜100メツシユの
アルミニウム粉末にかえてキヤパシタを作成し
た。実施例１と異なり第４図ｂ−b′方向の抵抗が
大きくその分だけ充電時間が長くなり本実施例の
充電時間は183秒であつた。 実施例 ３ 実施例１と同時にして、ただし導電性改良材と
溶射形成された集電体をニツケルに替え、また電
解液も20wt％のKOHを用いたキヤパシタを作製
した。本実施例のキヤパシタの特性を第２表に示
す。水系電解液を用いているため、インピーダン
スも低く急速充電特性が極めて優れていることが
わかる。なおニツケル短繊維のかわりに、炭素繊
維表面にニツケルメツキしたものでもほぼ同様な
特性のキヤパシタが得られた。
【表】
実施例 ４
実施例１と同形のコイン型キヤパシタを試作し
た。ただし分極性電極径は14mmφ、厚みは１mmで
あつた。 本実施例では、分極性電極体の構成において導
電性改良物質を第３表に示すように種々変えて混
入した。同表から、カーボンブラツクを10〜
30wt％程度混入することにより分極性電極自体
の抵抗値が減少するだけでなく、インピーダンス
も減少し、急速充電可能なキヤパシタも得られる
ことがわかる。また、粒状炭素、炭素繊維、黒鉛
等も導電性改良に大きく寄与することがわかる。
さらに第３表に各キヤパシタの諸特性をあげてお
く。使用した活性炭繊維はフエノール系比表面積
はBET法で2700m2／ｇのものである。また結合
材としては、フツ素樹脂を8wt％用いた。電解液
としては、いずれも１モル過塩素テトラエチルア
ンモニウムのプロピレンカーボネート溶液を用い
た。
た。ただし分極性電極径は14mmφ、厚みは１mmで
あつた。 本実施例では、分極性電極体の構成において導
電性改良物質を第３表に示すように種々変えて混
入した。同表から、カーボンブラツクを10〜
30wt％程度混入することにより分極性電極自体
の抵抗値が減少するだけでなく、インピーダンス
も減少し、急速充電可能なキヤパシタも得られる
ことがわかる。また、粒状炭素、炭素繊維、黒鉛
等も導電性改良に大きく寄与することがわかる。
さらに第３表に各キヤパシタの諸特性をあげてお
く。使用した活性炭繊維はフエノール系比表面積
はBET法で2700m2／ｇのものである。また結合
材としては、フツ素樹脂を8wt％用いた。電解液
としては、いずれも１モル過塩素テトラエチルア
ンモニウムのプロピレンカーボネート溶液を用い
た。
【表】
【表】
実施例 ５
実施例３におけるニツケル集電体のかわりに、
カーボン粒子を導電性粒子とするアクリル系導電
性ペイントを分極性電極表面に塗布焼きつけて集
電体とし、実施例３と同様なキヤパシタを作製し
た。 本実施例のキヤパシタ特性を第４表に示す。 実施例３よりインピーダンス、信頼性特性共に
少し悪かつた。
カーボン粒子を導電性粒子とするアクリル系導電
性ペイントを分極性電極表面に塗布焼きつけて集
電体とし、実施例３と同様なキヤパシタを作製し
た。 本実施例のキヤパシタ特性を第４表に示す。 実施例３よりインピーダンス、信頼性特性共に
少し悪かつた。
【表】
発明の効果
本発明により、従来品に比べて、より急速充電
可能かつ小型大容量の優れた電気二重層キヤパシ
タを得ることができる。
可能かつ小型大容量の優れた電気二重層キヤパシ
タを得ることができる。
第１図は従来例の電気二重層キヤパシタの断面
図、第２図は他の従来例の断面図、第３図は本発
明の電気二重層キヤパシタの分極性電極体の製造
工程図、第４図は本発明の一実施例における分極
性電極の構成断面図、第５図は本発明の一実施例
におけるキヤパシタの断面図である。 ８……セパレータ、９……ガスケツト、１０…
…ケース、１１……封口板、１２……粉砕された
活性炭繊維、１３……フツ素樹脂バインダー、１
４……アルミニウム短繊維、１５……アルミニウ
ム溶射集電体層、１６……分極性電極体。
図、第２図は他の従来例の断面図、第３図は本発
明の電気二重層キヤパシタの分極性電極体の製造
工程図、第４図は本発明の一実施例における分極
性電極の構成断面図、第５図は本発明の一実施例
におけるキヤパシタの断面図である。 ８……セパレータ、９……ガスケツト、１０…
…ケース、１１……封口板、１２……粉砕された
活性炭繊維、１３……フツ素樹脂バインダー、１
４……アルミニウム短繊維、１５……アルミニウ
ム溶射集電体層、１６……分極性電極体。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 分極性電極体が、粉砕された活性炭繊維とフ
ツ素樹脂および導電性改良剤とを混合し加圧形成
してなるデイスク状あるいはシート状の電極と、
少なくともその片面に設けた集電体層とを有する
ことを特徴とする電気二重層キヤパシタ。 ２ 導電性改良剤が、粉末状炭素、炭素繊維、カ
ーボンブラツク又は黒鉛であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の電気二重層キヤパシ
タ。 ３ 導電性改良剤が、金属短繊維、金属粉末、又
は金属メツキ炭素繊維であることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の電気二重層キヤパシ
タ。 ４ フツ素樹脂量が、重量パーセントで集電体層
を除いた分極性電極体の50wt％以下であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電気二
重層キヤパシタ。 ５ 集電体層が外部ケースに接触することを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の電気二重層キ
ヤパシタ。 ６ 集電体層が、プラズマ溶射又はアーク溶射法
により形成されたアルミニウム、チタン、タンタ
ル、ニツケル又はステンレスであることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の電気二重層キヤ
パシタ。 ７ 集電体層が、カーボン粒子を導電性粒子とし
た導電性ペイントからなることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の電気二重層キヤパシタ。 ８ 粉砕された活性炭繊維が、フエノール系繊
維、ポリアクリロニトリル繊維、あるいはレーヨ
ン繊維を炭化賦活して得られたものであることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電気二重
層キヤパシタ。 ９ 電解液として有機電解液を用いることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の電気二重層キ
ヤパシタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59147804A JPS6126207A (ja) | 1984-07-17 | 1984-07-17 | 電気二重層キヤパシタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59147804A JPS6126207A (ja) | 1984-07-17 | 1984-07-17 | 電気二重層キヤパシタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6126207A JPS6126207A (ja) | 1986-02-05 |
| JPH0213453B2 true JPH0213453B2 (ja) | 1990-04-04 |
Family
ID=15438586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59147804A Granted JPS6126207A (ja) | 1984-07-17 | 1984-07-17 | 電気二重層キヤパシタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6126207A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62186776A (ja) * | 1986-02-08 | 1987-08-15 | Dowa:Kk | 通電加工食品製造方法およびその装置 |
| JPS6384109A (ja) * | 1986-09-29 | 1988-04-14 | 松下電器産業株式会社 | 電気二重層キヤパシタおよびその製造法 |
| JPS63268220A (ja) * | 1987-04-27 | 1988-11-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電気二重層コンデンサの製造方法 |
| JP4099637B2 (ja) * | 2001-01-17 | 2008-06-11 | 日清紡績株式会社 | 分極性電極組成物及びその製造方法、分極性電極、並びに電気二重層キャパシタ |
-
1984
- 1984-07-17 JP JP59147804A patent/JPS6126207A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6126207A (ja) | 1986-02-05 |
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