JPH02297915A

JPH02297915A - 電気二重層コンデンサ

Info

Publication number: JPH02297915A
Application number: JP1118191A
Authority: JP
Inventors: Masanori Shoji; 昌紀庄司; Tetsuya Danno; 團野　哲也
Original assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Current assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Priority date: 1989-05-11
Filing date: 1989-05-11
Publication date: 1990-12-10

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コンデンサに係り、特に、炭素系の
分極性電極を使用する形式のものに関する。

〔従来の技術〕

近年、電子機器のバックアップ用電源として、長寿命で
高速充放電が可能な電気二重層コンデンサが用いられて
いる。この種のものとしては従来の単体金属電極に替え
て活性炭繊維や活性炭粉末の一面に金属電極を形成した
分極性電極を用いたものがあり、例えは、特開昭６１−
２０３６１４号公報、特開昭６１−２０３６１５号公報
、特開昭６１−２０３６１６号公報、及び特開昭６１−
２０３６１７号公報に記載されているものがある。

このうち、特開昭６１−２０３６１４号公報に記載され
ているものは第３図に示すように、ケース２０内に炭素
繊維製の陽極側分極性電極２１を設け、この陽極側分極
性電極２１にセパレータ？２を介して陰極側分極性電極
２３を密接させたものである。そして、前記陽極側分極
性電極２１と陰極側分極性電極２３との夫々ケース２０
に接する部位には導電電極（集電極）２４を夫々介挿し
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところでこの種の電気二重層コンデンサでは各分極性電
極の物理的特性として嵩比重が大きいこと、比表面積が
大きいこと、電気抵抗が小さいこ−と、電気化学的に不
活性なこと、さらには低コスト等が要求される。

このような条件を満たすものとして、従来では分極性電
極として天然の椰子ガラなどを炭化して賦活した粉末活
性炭をバインダで結合して用いたり、あるいは、フェノ
ール樹脂系活性炭繊維布を用いたりしている。

しかし、天然物を加工するものでは、多くの不純物が含
まれ、電気化学的に活性を呈して所間の特性を維持でき
ない虞がある。また、バインダを加えて圧縮成形して製
造するものであるため、製造工程が複雑化してコスト高
となる。

一方、フェノール樹脂系活性炭繊維布を用いたものでは
、天然物を原料とする場合より、均質であるが、繊維状
であることからその嵩比重が低く（約０．　１〜０．　
３ｇ／ｃｍ３）　、容積の割に蓄電容量がとれない。ま
た、繊維状であることから厚いものを製造することは困
難であり、蓄電容量に制限を受けるという問題がある。

そして導電電極たるアルミニウムの溶射層を繊維表面に
形成するものであるため、電極の密着性が不十分となり
内部抵抗が増加する一因ともなっている。

さらに、樹脂を繊維にする必要があることから、製造工
程も多くコスト高をも招いていた。

本発明は前記した点に鑑みてなされたものであり、製造
が容易で特性も良好な電気二重層コンデンサを提供する
ことを技術的課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前記した課題を解決するために以下のような構
成とした。

即ち、フェノール樹脂発泡体が炭化、賦活されてなり、
嵩密度が０．　０５〜０．　７ｇ／ｃａｎ３、炭素含有
率が８５〜９５％、比表面積が５００ｍ２／ｇ以上であ
る炭素多孔体を分極性電極として電気二重層コンデンサ
とした。

以下、本発明の構成の具体例を説明する。

（フェノール樹脂発泡体）ここで、フェノール樹脂発泡体はフェノール樹脂を発泡
硬化させることにより得られ、この様なフェノール樹脂
としては、レゾール型フェノール樹脂が用いられる。

レゾール型フェノール樹脂は公知の方法に従って、フェ
ノール類とアルデヒド類とをアルカリ触媒の存在下で反
応させることにより得られる。フェノール類としては、
具体的にはフェノール、クレゾール、キシレール及びレ
ゾルシン等が用いられる。アルデヒド類としては、具体
的には、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド及びフル
フラールなどが用いられる。

アルカリ触媒としては、具体的にはＩ（ＯＨ５Ｎ　ａ　
ＯＨＳＮ　Ｅ−１３、ＮＨ４ＯＨ、エタノールアミン及
びエチレンジアミン等が用いられる。

レゾール型フェノール樹脂を発）包させるための発泡剤
としては従来公知の種々の分解型発泡剤及び蒸発型発泡
を用いることができる。このうち蒸発型発泡剤が好まし
く、具体的にはパラフィン系炭化水素、アルコール、エ
ーテル、ハロゲン化炭化水素を最も好ましく用いること
ができる。

ハロゲン化炭化水素としては具体的にはクロロホルム、
四塩化炭素、トリクロロモノフルオロメタン（フロンガ
スＲ１１）、ジクロロモノフルオロメタン（同Ｒ２１）
、テトラクロロジフルオロエタン（同Ｒ１１２）、トリ
クロロトリフルオロメタン（同Ｒ１１３）、ジクロロテ
トラフルオロエタン（同Ｒ１１４）、ジブロモトリフル
オロエタン（同８１１４Ｂ２）等が用いられる。特にこ
れらの内、フロンガスＲ１１４［）２のような當温ない
しそれより若干高い温度に沸点を有するものが好ましく
用いられる。

レゾール型フェノール樹脂を発）１硬化させるために発
泡剤とともに硬化剤が用いられるが、このような硬化剤
としては、従来公知の種々の硬化剤が、プレポリマーの
種類に応じて選択され使用されろ。具体的には硫酸塩酸
リン酸フェノールスルホン酸等の酸が用いられる。上記
のようなフェノール樹脂発）包体はレゾール型フェノー
ル樹脂に、発泡剤そして必要に応じて整泡剤や、硬化剤
などを一挙にもしくは逐次に混合攪拌し、得られたクリ
ーム状物を例えは保温された金型内もしくは、２重帯状
コンベアー上に供給し発ン包硬化させ、必要に応じて切
断することにより得ることができる。

（炭化方法）得られたフェノール樹脂発）包体の成形体を、そのまま
直接、もしくは切削して板状体とした後、非酸化雰囲気
下で焼成して炭素化する。

即ち、減圧下またはＡ「ガス、Ｈｅガス、Ｎ２ガス、ハ
ロゲンガス、アンモニアガス、水素ガス、−酸化炭素等
の中で、好ましくは５００〜１２００℃、特に、７００
〜９００℃の温度で焼成する。

このようにして発泡体は炭素化され炭素多孔体が得られ
る。焼成時の昇温速度は特に制限はないものの、一般に
樹脂の分解が開始される２００〜６００°Ｃ付近にかけ
ては徐々に行う方が好ましい。

（賦活方法）本発明では前記方法で得た発泡体炭化物を酸化性ガス中
で８００〜１２００℃で賦活処理を行う。

本発明でいう酸化性ガスとは酸素含有気体、例えば、水
蒸気、二酸化炭素、空気、酸素等をいうが、これらは通
電操作し易いように、不活性ガス、例えば、燃焼ガス、
Ｎ２ガス等との混合気体として用いる。付活処理は８０
０〜１２００℃の温度で、これらのガスに発泡体炭化物
を暴露することによって行われる。暴露時間は、酸化性
ガスの濃度、処理温度によって決定されるが、目安とし
ては発泡体酸化物の形状が損なわれない範囲とすること
が必要である。処理温度が８００℃未満であると活性化
に要する時間が長くかかり、工業的実用化が困難である
。

前記処理時間は、不活性ガスと酸化性ガスとの漬合比に
応じて決定されるが、炭素多孔体の形状が損なわれない
範囲とすることが望まれる。

（本発明の炭素多孔体の特質）本発明の炭素多孔体は、嵩密度が０．０５〜０゜７ｇ／
ｃｍ３、好ましくは嵩密度０．０５〜０．６ｇ／ｅｍ３
、さらに好ましくは０．１〜０．４ｇ／ｃｍ３に設定さ
れる。この範囲の嵩密度を有する炭素多孔体は強度が高
く礒損して粉状物となり難く、かつ比表面積が大きく、
しかも賦活処理を行った場合、亀裂を生じないため、高
品質の製品を得ることができる。

そして、本発明の炭素多孔体の比表面積は５００ｍ”／
ｇ以上である。

また、炭素多孔体は、炭素含有率が８５〜９５％である
。

本発明にかかる炭素多孔体は、均一な連泡構造で独立気
泡がなく、電解液が浸透しやすい。そして、骨格が連続
しているので電気抵抗が小さい。

また、本発明の炭素多孔体は大型ブロックとして製造で
きる。このブロックを所望の厚さ、形状に切断、あるい
は、打ち抜く等して電気二重相コンデンサの分極性電極
を製造する。この点、フェノール樹脂系活性炭繊維布の
場合に比べて有利である。すなわち、活性炭繊維布を用
いて厚さ調整する場合、布を積層接着しなけれはならず
、このため、分極性電極として均質性を害し、積層によ
る高抵抗化を招く結果になるのに比べ、本発明の炭素多
孔体ではブロックから切り出して製造できるためこのよ
うな弊害を生起しない。したがって、分極性電極の厚さ
の厚い、高容量のコンデンサを容易に製造できる。

（電気二重相コンデンサの製造）以上のような炭素多孔体を分極性電極として例えば第１
図のような電気二重相コンデンサを製造する場合、まず
、前記のようにして得た炭素多孔体のブロックを所定厚
さに切断し、その片面にアルミニウム集電極Ｎ２をプラ
ズマ溶射成形する。

本発明の炭素多孔体１へのプラズマ溶射は容易でかつ堅
固に着くことが判明した。そして、所定形状に切断し、
電解質を含浸させ、セパレータ５を間にして、プラズマ
溶射によるアルミニウム集電極層２を外側にして一対の
分極性電極１を対向させ、さらにこれらを一方の電極側
ケース３ａと他方の電極側ケース３ｂで覆い、両ケース
３ａ、３ｂ同士を絶縁材からなるバッキング４を介して
かしめてハウジングする。こうして、Ｅ型の電気二重相
コンデンサが製造される。

以上の製造工程において、集電極とケースとは従来の場
合と異なり電気溶接する必要はない。本発明の炭素多孔
体は強度が高く変形しにくいので一ケースと集電極との
密着性を良好に保持できるからである。従って、コンデ
ンサ製造工程を短くしコストを下げることができる。

〔実施例〕

まず、レゾール１００重量部、硬化剤としてのパラトル
エンスルホン酸１０重量部、発泡剤としてのフロンガス
（フレオン１１）４重世部を高速ミキサーで充分に攪拌
した後、この混合物を木型内に流し込み、蓋をした後、
８０℃のエアーオーブン内に３０分放置することにより
、縦３０　ａｍ、横３０ｃＴｎ、厚さ３ｃｍ、嵩密度０
．１ｇ／ｃＴ１１３の板状フェノール樹脂発泡体を得た
。

また、フロンガス２重量部で嵩密度０．２ｇ／ｃｍ３の
板状フェノール樹脂発泡体を、さらに、フロンガス１重
量部で嵩密度０．４ｇ／ｃｔｎ３の板状フェノール樹脂
発泡体を夫々得た。

この成形板をマツフル炉に入れ、窒素雰囲気下で昇温速
度６℃／時間で温度８００℃まで昇温しで加熱し、この
温度を１時間保持した後冷却して、縦２５　ｃｍ、横２
５ｃｍ、厚さ２　、６　ａｍ、密度０．１９ｇ７ｃｍ３
の板状炭素多孔体を得た。

さらにこの板状炭素多孔体を１０００℃まで昇温してか
ら燃焼ガスと水蒸気の混合ガス９１０時間保持した後冷
却した。

得られた炭素多孔体の密度、強度、比表面積を調べた。

結果は第１表に示す。

第１表次ぎに、この炭素多孔体を厚さく１ｍｍ）に切断し、そ
の片面にアルミニウム集電極層をプラズマ溶射成形して
、所定形状に打ち抜いた。その外径形は１０ｍｍであっ
た。これに電解液（テトラエチルアンモニウムテトラフ
ルオロボレイトのプロピレンカーボネイト）容）夜で）
温度がＩＭ（モル）のもの）を含浸させ、セパレータを
間にして、プラズマ溶射によるアルミニウム集電極層を
外側にして一対の分極性電極を対向させ、さらにこれら
をステンレス製の一方の電極側ケースとステンレス製の
他方の電極側ケースで覆い、両ケース同士を絶縁材から
なるバッキングを介してかしめてハウジングし、第１図
に示したようなＥ型の電気二重相コンデンサを得た。得
られたコンデンサの容量、内部抵抗、耐圧、高温負荷寿
命（３，ＯＶ、７０℃、１０００時間後の容量変化）を
測定した。

結果は第２表に示す。

第２表比較例１フェノール樹脂系活性炭繊碓で形成した分極性電極を用
いて、実施例１と同様の構造のコンデンサを製造し、そ
の容量、内部抵抗、耐圧、高温負荷寿命（３，ＯＶ、７
０℃、１０００時間後の容量変化）を測定した。結果は
第３表に示す。

第３表〔発明の効果〕本発明によれは、分極性電極をフェノール樹脂発）包体
の炭化、賦活した炭素多孔体で形成したので、分極性電
極を繊維で構成したものに比較して、嵩比重を大きく、
従って単位容積当りの総表面積を大きくでき、小型で大
容量の電気二重層コンデンサが構成できる。

また、個体状であるため電気抵抗が小さく、しかも厚さ
や形状が自在であるため容量設定の自由度が大きい。さ
らに合成物たるフェノール樹脂を炭化させたものである
ため不純物の含有率が少なく、電気化学的に不活性であ
る。このため所間の特性を長間に亙り維持することがで
きる。

また、製造工程を簡素化できコス］・を低減することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実旗例を示す電気二重相コンデンサの
断面図、第２図はその部分的断面図、第３図、第４図は
従来の電気二重層コンデンサを示し、第３図は全体の断
面図、第４図は部分的断面図である。１・・・分極性電極（炭素多孔体）、２・・・集電極層
、３ａ、３ｂ・・・ケース、　　　　　　４・・・バッ
キング、５・・・セパレータ。第１図第２図第３図第４図手続補正書（自発）２　発明の名称　　　　電気二重層コンデンサ３、補正
をする者事件との関係　　　特許出願人住　　　所　　　　東京都千代田区霞が関三丁目２番５
号名　　　称　（５８８）三井石油化学工業株式会社　
　４、代理人〒１０３東京都中央区東日本橋３丁目６番１８号ハニー
堀留ビル５　補正の対象　　　　明細書の発明の詳細な説明の欄
。６　補正の内容（１）明細書第１２頁、第２行目の「炭素多孔体」を「
３種類の炭素多孔体」と訂正する。（２）明細書第１２頁、第１表と下から第７行目との間
に、手続補正書（自発）平成２年８月１０日２、発明の名称　　　　電気二重層コンデンサ３、補正
をする者事件との関係　　　特許出願人住　　　所　　　　東京都千代田区霞が関三丁目２番５
号名　　　称　（５８８）三井石油化学工業株式会社４
、代理人〒１０３東京都中央区東日本橋３丁目６番１８号ハニー
堀留ビル（１）明細書第１２頁、第１表において、　　　　　　
、−４−手続補正書（自発）１　事件の表示　　　　平成１年特許願第１１８１９１
号２、発明の名称　　　　電気二重層コンデンサ３　補
正をする者〒１０３東京都中央区東日本橋３丁目６番４８号ハニー
堀留ビル５　補正の対象　　　　明細書（特許請求の範囲の欄、
発明の詳細な説明の欄及び図面の簡単な説明の欄）図面６、補正の内容（１）特許請求の範囲を別紙のように補正する。（２）明細書第４頁、第１１行の「８５〜９５％」を「
８５〜９５重量％」と訂正する。（３）明細書第７頁、第１９行の「付活処理」を「賦活
処理」と訂正する。（４）明細書第９頁、第１行から第２行の「８５〜９５
％」を「８５〜９５重量％」と訂正する。（５）明細書第１１頁、第１７行から第１８行の「密度
０．１９ｇ／　ｃ　ｍｌの板状炭素多孔体を得た。」を
「嵩密度がそれぞれ０１ｇ７ｃｍ３．０．１９ｇ／ｃｍ
３．０．３９ｇ／ｃｍ３の板状炭素多孔体を各々得た（
以下の表では小数点第２位は四捨五入して表示した）。」と訂正する。（６）明細書第１２頁、第１表において、「密度」を「
嵩密度」と訂正する。（７）明細書第１２頁、第１表において、比表面積「１
００」を「１ｏｏＯＪと訂正する。（８）明細書第１２頁、下から第５行から第４行の「外
径形」を「外径」と訂正する。（９）明細書第１５頁、下から２行目の「個体状」を「
固体状」と訂正する。（１０）明細書第１６頁、第８行の「電気二重層」を「
電気二重層」と訂正する。（１１）明細書第１６頁、最下行の「５・・・セパレー
タ。」を「５・・セパレータ、２０・・・ケー人　２１
．２３・・・分極性電極、２２・・・セパレータ、２４
・・・導電電極。」と訂正する。（１２）図面中筒１図を別紙のように訂正する。特許請求の範囲（１）フェノール樹脂発泡体が炭化　賦活されてなり、
嵩密度が０．０５〜０．　７ｇ／ｃＩＩＰ、　　炭素含
有率が８５〜９５■％、比表面積が５００ｍｆｆ１／ｇ
以上である炭素多孔体を分極性電極としたことを特徴と
する電気二重層コンデンサ。第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）フェノール樹脂発泡体が炭化、賦活されてなり、
嵩密度が０．０５〜０．７ｇ／ｃｍ＾３、炭素含有率が
８５〜９５％、比表面積が５００ｍ＾２／ｇ以上である
炭素多孔体を分極性電極としたことを特徴とする電気二
重層コンデンサ。