JPH03141629A

JPH03141629A - 電気二重層コンデンサ

Info

Publication number: JPH03141629A
Application number: JP2210642A
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: 1990-08-08
Publication date: 1991-06-17

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、特番ミ炭素系の
分極性電極を使用する形式のものに関する。

〔従来の技術〕

返電　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袖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（戴　特開昭６１
−２０３６１４号公恨　特開昭６１−２０３６１５号公
社　特開昭６１−２０３６１６号公恨　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＆ち　ケースｚＯ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２２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２
０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１戴　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
ま蜆　電気化学的に活性を呈して所期の特性を維持でき
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１
礼　天然物を原料とする場合より、均質であるカー　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九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
成とし島即ち、フェノール樹脂発泡体が炭（Ｌ　　賦活されてな
り、嵩密度が０．　０５〜０．　７ｇ／ｃｍ’、比表面
積が５００ｍ２７ｇ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瓢　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（戴
　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ＫＯＨｌＮ　ａ　Ｏ
Ｈ，Ｎ　Ｈ３、Ｎ　Ｈ４０Ｈ，−ｒ−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泡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魚　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ｆｉ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Ｒ２
１）、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ＲＩＩ４８２）等が用いられる。

特にこれらの１　フロンガスＲ１１４８２のような常温
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泡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力で１　　プレポリマ
ーの種類に応じて選択され使用される。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泡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獣　得られたク
リーム状物を例えば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泡硬化させ、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泡体の成形体を、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Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎ２ガ入　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℃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倣　例え＋！、
水蒸気　二酸化炭素、空気　酸素等をいうが、これらは
通常操作し易いようへ　不活性ガス、例え１！、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８００〜１２００℃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１転
　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混合比に
応じて決定されるカー　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０．０５〜０７ｇ／ｃ
ｒｎＩ、　　好ましくは嵩密度０．０５〜０．６ｇ／■
３、さらに好ましくは０．１〜０．４ｇ／。３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
く破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５００ｍ２７
ｇ以上である。

本発明にかかる炭素多孔体ＩＬ　　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ばならず
、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層２をプラ
ズマ溶射成形する。

本発明の炭素多孔体ｌ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ｌ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
３ａ１３ｂ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ケースと集電極との密
着性を良好に保持できるがらである。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ｌＯＯ重量眼　硬化剤としてのパラトル
エンスルホン酸１０重量舐　発泡剤としてのフロンガス
（フレオン１１）４重量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へ蓋をした後、８
０℃のエアーオーブン内に３０分放置することにより、
縦３０．ｍ、ｆｔ３０ａ、＋、　　厚さ３１、嵩密度０
．１ｇ／ｃａ３の板状フェノール樹脂発泡体を得へまた、フロンガス２重量部で嵩密度０．２ｇ／（至）３
の板状フェノール樹脂発泡体を、さらく　フロンガス１
重量部で嵩密度０　、４　ｇ　／　ｃｍ　３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瓢　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．、、横２５
１、厚さ２．６−１　密度０．１９ｇ　／　ａｓ　”の
板状炭素多孔体を得へさらにこの板状炭素多孔体を１０
００℃まで昇温してから燃焼ガスと水蒸気の混合ガス９
１０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「積を調べｔ４
　　結果は第１表に示す。

第１表次ぎ＆ミ　この炭素多孔体を厚さ（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
っ島　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溶液で濃度
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ｔ４　　得
られたコンデンサの容量、内部抵底　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維で形成した分極性電極を用
いて、実施例１と同様の梼造のコンデンサを製造し　そ
の容量、内部抵扼　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〕本発明によれば、分極性電極をフェノール樹脂発泡体の
炭（１，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ｆｉｌ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。このため所期の特性を長期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トを低減することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す電気工重相コンデンサの
断面は　第２図はその部分的断面１　第３＠、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
面は　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２．　　　　　　４　＝−バッ
キング、５・・・セパレータ。第１図第３図第２図第４図手続補正書（自発）２１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（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）明細書第７頁、第１８行の「付活処理」を「賦活
処理」と訂正する。（２）明細書第１１頁、第１４行から第１５行の「密度
０．１９ｇ／　ｃ　ｍ３の板状炭素多孔体を得た。」を
「嵩密度がそれぞれ０゜１ｇ／ｃｍ’、０．１９ｇ／ｃ
ｍ３．０．３９ｇ／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。（３）明細書第１２頁、第１表において、「密度」を「
嵩密度」と訂正する。（４）明細書第１２頁、第１表において、比表面積「ｌ
ＯＯ」をｌ”１００ＯＪと訂正する。（５）明細書第１２頁、下から第８行から第７行の「外
径形」を「外径」と訂正する。（６）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。（７）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。（８）明細書第１６頁、最下行の「５・・セパレータ。」を［５・・・セパレータ、２０・・・ケース、２１．
２３・・分極性電極、２２・・セパレータ、２４・・導
電電極。」と訂正する。（９）図面中筒１図を別紙のように訂正する。手続補正書（自発）平成２年８月１０日第１図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６、補正の内容（１）明細書第１２頁、第１表において、比表面積１−
６００Ｊを「１２００Ｊに補正する。

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、比表面積が５
００ｍ＾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。