JPH03201517A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、電気二重層コンデンサに関し、特に分極電極
に特徴を有する電気二重層コンデンサに関する。

（従来の技術） 炭素微粉末を電極として用いた電気二重層コンデンサは
従来からよく知られている。この種のコンデンサは、電
解液中に炭素微粉末を浸漬混練してペースト状にしたも
のをイオン透過膜で仕切って２つの電極部分を構成し、
さらにこれらペースト状の電極と電子的に結合した集電
体を設けた構造を有するものであり、これら２つの集電
体間に電圧を印加したり取り去ったりして、充放電動作
を行なうものである。

この種の電気二重層コンデンサにおいて、コンデンサ容
量の増加を図る方策が種々なされている。たとえば、特
開平１−１０２９１４号特許公開公報に記載されている
ものは、活性炭微粉末と電解′Ｘ溶液との混合物を電極
とする電気二重層コンデンサにおいて、電解質を硫酸と
し、活性炭微粉末をフェノール樹脂から製造し、平均粒
子径が１．５〜４μｍ、比表面積が１１００〜１５００
ｍ”／ｇｒのものを使用している。このような活性炭微
粉末を使用することによって、電気二重層コンデンサの
静電容量を飛躍的に増大せしめることができ、かつ等個
直列抵抗を減少せしめることができる。

さらに、上記の如き電気二重層コンデンサにおいて、コ
ークスを原料とする活性炭微粉末を使用して炭素微粉末
電極を構成したものが、特開昭６３−７８５１４号公報
に記載されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、フェノール樹脂を原料とする活性炭微粉
末はその製造工程が複雑であるばかりか、活性炭微粉末
の粒径を１．５〜４μｍにまで均等に粉砕する手段を必
要とする。したがって、活性炭微粉末が高価なものとな
る欠点を有する。

また、前記活性炭微粉末の粒径が非常に細かいので、た
とえば、電気二重層コンデンサの電極を製造する際、活
性炭微粉末が少しの風で舞い上がるなど、取扱上不便な
点があるし、フェノール系樹脂を原料とする活性炭微粉
末を電気二重層コンデンサにしようした場合、その比表
面積はせいぜい２０００　ｒｎ”　／　’ｇ　ｒが上限
である。したがって静電容量もある程度以上大きくでき
ないという欠点を有する。

さらに、コークスを原料とする活性炭微粉末は、コーク
スを窒素気流中で１００メツシユ以下に粉砕する必要が
ある。そのため、製造工程が複雑であるばかりか、その
製造に時間がかかるという欠点を有する。また製造され
た活性炭微粉末が球状に形成されないという欠点がある
ため、ある程度高い比表面積のものを使用しても、電気
二重層コンデンサの容量を思った程大幅に増大せしめる
ことができない。

本発明は、上述の如き従来の欠点を改善しようとするも
のであり、その目的は電気二重層コンデンサにおいて活
性炭微粉末の比表面積を可急的に大きくするとともに所
定容積中に出来つる限り多くの活性炭微粉末を詰め込む
ことができ、電気二重層コンデンサの容量を飛躍的に増
大せしめることにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は上述の如き発明の目的を達成するために、次の
ような新規な電気二重層コンデンサを提供するものであ
る。すなわちそのコンデンサは、コールタールを炭化し
てこれを微粉末化し、比表面積が１０００〜４０００ボ
／ｇｒである活性炭微粉末を得て、この活性炭微粉末を
電解液と混練せしめた分極電極を用いている。またさら
にこのコンデンサは、コールタールを炭化してこれを微
粉末化し、比表面積が１０００〜４０００ｒｒ？／ｇｒ
である粒径の異なる複数種類の活性炭微粉末を電解液と
混練せしめた分極電極を用いている。

（作用） コールタールを原料とする活性炭微粉末の粒径は、はぼ
球であり、かつその活性炭微粉末１個１個の表面には無
数の細孔があって比表面積が他の活性炭微粉末と比較し
て多いため、単位体積中に多くの活性炭微粉末を詰め込
んで、大容量の電気二重層コンデンサが得られる。

（実施例） 本発明の一実施例を、図面を参照しながら詳細は説明す
る。

第１図は本発明にかかる電気二重層コンデンサを示す断
面図である。第１図において、！は電流コレクタであっ
て、導電性物質たとえば導電性ゴムからなる。２は本発
明にかかる活性炭微粒子からなる分極電極であり、図に
は明瞭に示されてはいないが、希硫酸からなる電解液と
前記活性炭微粒子とが混練されてペースト状になってい
る。３はリング状に形成されたガスケットであり、硬質
のゴムあるいは合成樹脂などの絶縁物質からなり、電流
コレクタ１との接触面は接着剤にて密封接着されている
。４は隔離板である。該隔離板４はイオン透過膜から形
成され、イオンは透過するが、電子は通過しない。本発
明にかかる電気二重層コンデンサのペースト状の炭素電
極は、この隔離板４により二分されている。勿論、ガス
ケット３と隔離板４との接触面は接着剤にて密封接着さ
れている。

本発明の電気二重層コンデンサを構成する分極電極に使
用される活性炭微粒子はメソカーボンマイクロビーズと
いい、コールタールやコールタールピッチ、石油系重質
油等の瀝青物を３５０℃から５００℃の温度で加熱して
低分子物の重縮合を繰り返させ、高分子化する過程で、
光学的異方性の小球子すなわちメソカーボンマイクロビ
ーズを生成せしめ、該熱処理により生成した該メソカー
ボンマイクロビーズが合体する前にマトリックスからこ
れを分離して製造する。このメソカーボンマイクロビー
ズは、黒鉛類似構造を有する球形の炭素材である。その
後、このメソカーボンマイクロビーズを、適当な周知の
方法で、表面賦活化処理し、比較的高い収率で高比表面
積すなわち１０００〜４０００　ｒｎ’　／　ｇ　ｒの
比表面積を有するほぼ真珠に近いメソカーボンマイクロ
ビーズを得ることができる。この表面賦活化処理の一方
法を説明する。得られた球状の炭素材に水溶液を加え、
さらにアセトンを加えて攪拌し、スラリー状としたもの
を窒素気流中で加熱して賦活化して活性炭とする。ここ
で得られる活性炭は不純物が含まれる為、水で洗浄し、
その後、真空中で乾燥させるものである。

次に、上述の如くして得られた各種比表面積を有する活
性炭微粒子を使用して構成した電気二重層コンデンサの
実施例を説明する。

第２図は、サンプルＡからＧまでの７個の電気二重層コ
ンデンサの分極電極を構成する活性炭の原料名と、これ
に対応する比表面積とこれら活性炭の粒径を示したもの
であり、このうち、サンプルＡないしＥは上述のコール
タールを原料とした活性炭微粒子を分極電極に用いた例
であり、サンプルＦとＧは、それぞれ活性炭原料として
フェノール樹脂及び石油コークスを使用した従来形の電
気二重層コンデンサであり、特性の比較用として作成し
たものである。

上述の各サンプルＡないしＧまでの電気二重層コンデン
サの物理的形状は円盤状であり、それらのガスケット３
の外形は２０＋ｎ＋ｎであり、厚みは３．４ｍｍであり
、隔離板４から上下の電流コレクタ１までの距離はとも
に１．５肛である。そして使用される活性炭に３０ｗｔ
！にの硫酸を混合して分極電極を構成している。

第３図く上記サンプルＡないしＧの特性を測定した結果
を示す。第３図かられかるように、比表面積２０００〜
４０００ｒｒ？／ｇｒの活性炭微粒子を分極電極として
使用したサンプルＢ、Ｃ，Ｄは、他のものと比較して、
静電容量が大幅に向上している。

第４図は、本発明にかかる電気二重層コンデンサを構成
する分極電極に使用される活性炭微粒子の比表面積を横
軸に取り、単位体積当たりの充填比表面積及び充填密度
をそれぞれ縦軸にとった特性図であり、第４図からみて
も、比表面積２０００〜４０００　ｒｎ’　／　ｇ　ｒ
の活性炭を分極電極として使用した場合に、静電容量が
飛躍的に増加することがわかる。このような特性が生じ
る原因として考えられることは、上記のような比表面積
の範囲の活性炭微粒子は真球に近い小球であって単位体
積中に無駄な空間を生じることなく充填できることに加
えて、活性炭微粒子の表面に数オングストローム程度の
細孔が、他の活性炭微粒子と比較して多く形成されてい
る為であると考えられる。

次に、上記の如き活性炭微粒子であって、それらの球径
を異にしたものを混合して炭素電極を構成した実施例を
説明する。

この実施例では、コールタールを原料とした上述の如き
活性炭微粒子を使用し、かつ比表面積がいずれも１６０
０ｍ”／ｇｒで粒径をそれぞれ２０μｍと５μｍのもの
を使用し、使用される活性炭微粒子の総重量の内、微粒
子径２０μｍのものを８０％、５μｍのものを２０％電
解液で混練して炭素電極を構成し、電気二重層コンデン
サを構成した。

なお、該電気二重層コンデンサの物理的形状は円盤状で
あり、それらのガスケット３の外形は２０ｍｍであり、
厚みは３．４ｍｍであり、隔離板４から上下の電流コレ
クタ１までの距離はともに１．５ｍｍである。そして使
用の活性炭は３０Ｗｔ零の硫酸にて混練されている。

第５図は、上述の如き電気二重層コンデンサの電極を構
成する活性炭微粒子の特性を示す図である。なお、サン
プルＡは本発明にかかる電気二重層コンデンサを示し、
サンプルＢは、活性炭微粒子の原料とてフェノール樹脂
を用いた従来例の電気二重層コンデンサを示す。

第６図は、上記サンプルＡおよびＢの特性図である。な
お、従来例であるサンプルＢの形状は、サンプルＡと同
様である。

第６図から明らかなように、サンプルＡのものは、サン
プルＢと比較して、活性炭微粒子の充填密度ρが勝って
おり、約８．４％充填密度が向上していることがわかる
。なお、この実施例において、充填密度がさほど向上し
たようには見えないが、これはフェノール樹脂を原料と
する活性炭微粒子の比表面積の最高値は、約２０００　
ｒｎ”　／　ｇ　ｒ程度で、これ以上のものを使用する
ことができないことと、同一表面積を有するコールター
ル原料の分極電極と、フェノール樹脂原料の分極電極を
それぞれ使用した電気二重層コンデンサとを比較するた
め、あえて比表面積の低いコールタール原料の活性炭微
粒子を使用したためである。

第７図は本発明の他の実施例の分極電極を構成する活性
炭微粒子の構成割合を示したものである。第７図に示す
ような構成の活性炭微粒子を使用し、かつ円盤状をして
いてガスケット３の外径を２０　ｍｍ、厚みを３．４１
、隔離板４から上下の１を流コレクタ１までの距離を共
に１．５ｍｍとし、使用の活性炭微粒子を３０ｗｔ零の
硫酸にて混練した電気二重層コンデンサを作成した。第
８図は該電気二重層コンデンサの特性を示す特性図であ
る。第８図から明らかなように、この実施例は、前記サ
ンプルＢとして示した従来例のものと比較して、４１．
３％静電容量が増加した。

第９図は本発明のもう一つの他の実施例の電気二重層コ
ンデンサの特性を示す特性図である。この実施例におい
ては、コールタールを原料とする活性炭微粒子を、火花
放電を利用した焼結法により焼結して円盤状の炭素焼結
円盤を構成し、これに３０ｗｔ％ｉの硫酸を含浸せしめ
たものを分極電極として使用している。なお、この実施
例の電気二重層コンデンサは、ガスケット３の外径が２
０ｍｍ、厚みが３．４ｍｍ、隔離板４から上下の電流コ
レクタｌまでの距離が共に１．５ｍｍである。この実施
例は、前記サンプルＢと比較して、５４．８％静電容量
が増加した。

なお、上記２つの実施例では、２種類の粒径を有する活
性炭微粒子を混合して分極電極を構成しているが１粒径
が２０μｍと５μｍの間のものであれば、３種類以上の
ものを混合して分子ｌｉ電極を構成してもよい。

本発明において、活性炭微粒子の粒径が５μｍのものを
分極素電極に使用した場合に、高静電容量のものが得ら
れる。しかし、粒径が５μｍ程度の活性炭微粒子はハン
ドリング性が悪く、少しの風でも舞い上がったりして、
大量生産には不向きである。一方、活性炭微粒子の粒径
が２０μｍのものは、５μｍのものと比較して、ハンド
リング性が良いものの、静電容量は低い。しかしながら
、２種類以上の粒径を有するコールタールを原料とする
活性炭微粒子を混合した場合には、活性炭微粒子のハン
ドリング性も向上し、静電容量も、粒径２０μｍの活性
炭微粒子を使用したものと比較して、高静電容量のもの
を得ることができる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明の電気二重層コンデ
ンサは、コールタールを原料とする、従来のものより比
表面積が大きくほぼ真球状の活性炭微粒子を分極電極に
使用している。したがって、所定容積中に比表面積の大
きな活性炭微粒子を従来のものと比較して大量に詰め込
むことができるので、従来の電気二重層コンデンサより
静電容量の大きなコンデンサを得ることができる。さら
にコールタールを原料とする活性炭微粒子は、従来の活
性炭微粒子よりも安価に製造できるので、結果的に安価
な電気二重層コンデンサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる電気二重層コンデンサの構造を
示す一部断面図、第２図は本発明の実施例に使用される
分極電極を説明する図、第３図は本発明と従来例の特性
を比較する為の図、第４図は本発明にかかる電気二重層
コンデンサの特性図、第５図は他の実施例と従来例の分
８ｉ電極の比較図、第６図は他の実施例と従来例との特
性比較図、第７図ないし第９図はそれぞれそのほかの実
施例の特性図である。 １・・・電流コレクタ、２・・・分Ｆｉ１電極、３・・
・ガスケット、４・・・隔離膜。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）コールタールを炭化し微粉末化し比表面積が１０
   ００〜４０００ｍ＾２／ｇｒである活性炭微粉末を電解
   液と混練せしめた分極電極を有する電気二重層コンデン
   サ。
2. （２）コールタールを炭化し微粉末化し比表面積が１０
   ００〜４０００ｍ＾２／ｇｒであり粒径の異なる複数種
   類の活性炭微粉末を電解液と混練せしめた分極電極を有
   する電気二重層コンデンサ。
3. （３）前記粒径の異なる複数種類の活性炭微粉末は、粒
   径が２０μｍと５μｍの間の粒径であることを特徴とす
   る請求項（２）記載の電気二重層コンデンサ。
4. （４）粒径が２０μｍと５μｍの２種類の活性炭微粉末
   の混練割合は粒径が２０μのものが９５％〜７０％であ
   り粒径が５μｍのものが５〜３０％の範囲であることを
   特徴とする請求項（３）記載の電気二重層コンデンサ。