JPH03244111A - 電気二重層コンデンサとその製造方法 - 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】 （ａ架上の利用分野） 本発明は活性炭微粒子を焼結した多孔質焼結体を分極性
電極に用いる電気二重層コンデンサとその製造方法に関
する。

（従来の技術） 近年、電子装置のメモリーのバックアップ用の電源とし
て、電気二重層原理を用いた大静電容量を有するコンデ
ンサが使用され、マイクロコンピュータやＩＣメモリー
などに組込まれて広く用いられている。

一方、この種の電気二重層コンデンサの電荷を車載のバ
ッテリに準する用途などに用いる提案もなされており、
このような大静電容量の電気二重層コンデンサではその
分極性電極として、例えば平成１年特許願第２１５２７
７号に示されているように、活性炭微粒子相互間を焼結
結合せしめた活性炭のみの多孔質焼結体が使用されてい
る。

そして、焼結に用いる活性炭は比表面積の太きな微粒子
を用いて電極体となし、大静電容量のコンデンサを得て
いる。

（発明が解決しようとする課題） 上述のように活性炭微粒子をバインダなしで焼結した電
極体を分極性電極とした電気二重層コンデンサでは、大
静電容量を得ようとして焼結型に収容する活性炭微粒子
の量を増加させ、印加圧力や焼結温度などを高くして焼
結すると、活性炭微粒子が潰れて表面積が減少するため
所望する大容量が得られない。

このため、焼結時の印加圧力や焼結温度・時間を減じて
焼結度を低めると表面積の減少は防止されるが、焼結後
に電解液を含浸させると焼結体としての結合が崩れてし
まうという問題がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、
その目的は活性炭微粒子の焼結に際し、電解液に焼結体
を浸しても崩れずに大静電容量の得られる電極体の焼結
度を特定しようとする電気重層コンデンサとその製造方
法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上述の目的を達成するために本発明によれば、活性炭微
粒子相互間を燃焼せしめ活性炭のみからなる多孔性の電
極体を分極性電極として用いる電気二重層コンデンサの
製造方法において、前記活性炭微粒子の焼結は、焼結温
度、焼結時の印加圧力および焼結時間の制御により、焼
結前の活性炭微粒子の比表面積と電極体に焼結後の比表
面積との比率となる面積減少率を１＋０．８５以下とし
た電気二重層コンデンサの製造方法と、該製造方法によ
る電極体を用いた電気二重層コンデンサが提供される。

（作用） 本発明では、活性炭微粉末の焼結時に、その焼結温度、
印加圧力および焼結時間を適切に制御して焼結前／後に
おける比表面積の減少率を１＝０８５以下にするので、
電解液を含浸させて分極性電極として作用する際に、活
性炭相互間にて遊離がなく、電荷が多量に蓄えられるた
め、大静電容量が得られることになる。

（実施例） つぎに本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明
する。

第１図は本発明にかかる電気二重層コンデンサの一実施
例の構成を示す断面図、第２図は電極体の比表面積減少
率と静電容量との関連のデータ集計図、第３図はその関
連を記した曲線図であり、第４図は本実施例における電
極体を製造する第１の焼結方法を示す説明図、第５図は
その電極体を製造する第２の焼結方法を示す構成ブロッ
ク図である。

第１図において、１は電極体であり、所定の電解液を含
浸させて分極性電極とするもので、比表面積の大きい活
性炭粉末の所定粒度のものを後述する第１または第２の
焼結方法などにより、板状の多孔質の焼結体に形成した
ものである。

２は集電体で電極体１の一面に密着して、分極性電極の
電荷を集電してコンデンサ端子となるもので、例えば導
電体素材の粉末とブチルゴムなどの混練による導電性薄
膜が使用されている。

３は一対の分極性電極の間に介在して両者を分離するセ
パレータで、例えばポリプロピレン素材からなる不織布
に電解液を含浸させたものが用いられ、該セパレータ３
の外周部分はガスケット４の内壁の中央部分に埋設され
ている。なお、ガスケット４は非導電性の合成樹脂から
なり、筒状に形成されて内部に一対の分極性電極を収納
する容器となるもので、前記の集電体２の周縁部は該ガ
スケット４の上下の端面にそれぞれ接着されている。

第４図に示す電極体の第１の製造方法の説明図において
、６は活性炭粉末を収容して焼結せしめ、多孔性の電極
体に焼成する焼結型であり、高強度を有する鋼材が使用
され、中央には製造する電極体の外形に対応する穴６１
が貫設され、肉厚の円筒状に形成されている。

７は圧縮されたカーボン素材からなる圧板で、その外径
は穴６１に嵌合する寸法に形成されており、８は圧縮ピ
ンで、穴６１の上下方向から内部に収容された活性炭粉
末を圧板７を介して圧縮するものである。

そして、電極体１の製造に際しては、まず下方の圧縮ピ
ン８を穴６１に挿入して、その上に圧板７を載置した後
、所定粒度の活性炭粉末の所定量を穴６１の上方から撒
布して圧縮ビン８の上面に層状に敷きつめる。

つぎに、層状の活性炭粉末の上方に圧板７を載せ、つい
で上方から圧縮ビン８を挿入して、所定圧力を上下の圧
縮ビン８．８に印加して収容された活性炭粉末を加圧す
る。

ついて、焼結型６の外部より加熱して、穴６１に収容さ
れた活性炭粉末の温度を所定温度に上昇させ、所定の時
間、加圧および加温を継続させて時間の経過後は冷却さ
せ、上下の圧縮ビン８．８を除いて焼結された電極体を
焼結型６から取出すことになる。

なお、上述の活性炭粉末の焼結時の加熱に際し、上下の
圧縮ビン８，８に電力を印加して活性炭粉末の通過電流
による発熱によって焼結体としてもよいが、この場合は
焼結型６の穴６１の内壁をセラミックスなどの耐熱・非
導電材によりコーティング処理せねばならないことは勿
論である。

第２図はこのような活性炭粉末の焼結体からなる電極体
を分極性電極として構成した電気二重層コンデンサの電
極体焼結条件を各種に変化せしめたものの比表面積減少
率と静電容量との特性のデータであり、焼結条件として
焼結温度を例えば、７５０℃〜８５０℃の範囲、焼結時
間を１分〜３分の範囲、印加する圧力を１００〜４００
Ｋｇ／ｃｍ”の範囲などに変化せしめたものの一部のデ
ータである。そして、今までの経験から電極体の比表面
積と静電容量との相関が大きいことは解っているので、
焼結度、即ち比表面積減少率として、「焼結後の比表面
積／粉末時の比表面積」と定め、また静電容量は単位比
表面積当り、即ち「静電容量／分極性電極としての比表
面積」として求めた容量値Ｆ　／　ｍ２を記したもので
あり、第３図はこのような電気二重層コンデンサにおけ
る比表面積減少率と、比表面積当りの静電容量との関連
を示すものである。

そして、このようなデータ集計表や関連の曲線図から解
ることは、静電容量の大きい電気二重層コンデンサを得
るには、前述の比表面積減少率（焼結度）が１．０近傍
では静電容量が不安定となるため、この値か０．８５以
下に設定した方がよいことになる。

したがって、第１図に示す電気二重層コンデンサの電極
体１として上述のような比表面積減少率が０．８５以下
のものを用い、これに電解液を含浸させて分極性電極を
構成させることにより、静電容量の大きいコンデンサが
得られることになる。

第５図はパルス状の電流による焼結装置の概略図であり
、１０は活性炭粉末を収容する焼結機でその中央には活
性炭粉末を充填する穴が形成され、該穴の内周壁には絶
縁層１１が設けられ、焼結機１０の本体は高強度材のタ
ングステン鋼などが使用されている。

１２は上部ピン、１３は下部ピンであり、焼結機１０の
中央部の穴にそれぞれ挿入されるもので、これらの両ビ
ンの間に電極体となる活性炭粉末が封じられる。

１４．１５はそれぞれ電極で、図示していない油圧装置
によって矢印方向に加圧され、上部ピン１２、下部ビン
１３を介して活性炭粉末が圧縮されるものである。

そして、電極１４．１５にはスイッチＳＷｔ。

ＳＷ２、コンデンサＣの直列回路が接続されており、可
変電源１７からの高電圧の電力が抵抗器Ｒおよび閉回路
のスイッチＳＷ２を介してコンデンサＣに充電され、こ
の状態にてスイッチＳＷＩが閉じられると、電極１４，
１．５および上下ピン１２．１３を電路として加圧され
た活性炭粉末にパルス状の高電圧が印加されて放電を生
じ、この繰返しにより高温度が保たれて、多孔性の焼結
体に加工されるように構成されている。なお、図示の１
８はスイッチＳＷＩ、ＳＷ２の開閉のタイミングをｆｌ
ｉｌＪ御する制御装置である。

このような焼結装置を用いる活性炭粉末の焼結に際し、
焼結条件としてパルス状の高電圧の印加による焼結温度
を例えば、７５０℃〜８５０℃の範囲、焼結時間を１分
〜３分の範囲、油圧装置による印加圧力を１００〜４０
０　Ｋｇ／ｃｍ”の範囲などに変化せしめることにより
、第４図に示す第１の焼結方法による電極体に準する特
性を有する多孔性の電極体が得られるものである。

したがって、上述の焼結温度、焼結時間および印加圧力
の適切な制御によって比表面積減少率の１：０．８５以
下の電極体を製造し、該電極体によって電気二重層コン
デンサを構成することにより、大静電容量のコンデンサ
を得ることができることになる。

以上、本発明を上述の実施例によって説明したが、本発
明の主旨の範囲内で種々の変形が可能であり、これらの
変形を本発明の範囲から排除するものではない。

（発明の効果） 上述のように本発明によれば、活性炭粉末を焼結して多
孔性の電極体を製造するに際し、その焼１ 結温度、焼結時間および印加圧力を適切に制御して、活
性炭粉末の焼結前と焼結後における比表面積の減少率を
１：０．８５以下にするので、電解液を含浸させて電気
二重層コンデンサの分極性電極に用いたときには活性炭
粉末が遊離することなく適切に結合されて充分な電荷を
蓄えることができ、したがって大静電容量を有する電気
二重層コンデンサが得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電気二重層コンデンサの一実施例の構
成を示す断面図、第２図は電極体の比表面積減少率と静
電容量との関連のデータ集計図、第３図はその関連を記
した曲線図、第４図は電極体の第１の焼結方法を示す説
明図、第５図は電極体の第２の焼結方法を示す構成ブロ
ック図である。 １・・・電極体、２・・・集電体、３・・・セパレータ
、４・・・ガスケット、６・・・焼結型、７・・・圧板
、８・・・圧縮ピン、１０・・・焼結機、１２・・・上
部ピン、１３・・・下部ピン、１４．１５・・・電極。 　２ ゼ幣刈１−べ祝樋− マ ■

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）活性炭微粒子相互間を燃焼せしめ活性炭のみから
   なる多孔性の電極体を分極性電極として用いる電気二重
   層コンデンサの製造方法において、前記活性炭微粒子の
   焼結は、焼結温度、焼結時の印加圧力および焼結時間の
   制御により、焼結前の活性炭微粒子の比表面積と電極体
   に焼結後の比表面積との比率となる面積減少率を１：０
   ．８５以下にしたことを特徴とする電気二重層コンデン
   サの製造方法。
2. （２）前記活性炭微粒子相互間を焼結せしめ活性炭のみ
   からなる多孔性の電極体を分極性電極として用いる電気
   二重層コンデンサにおいて、活性炭微粒子の焼結工程に
   て焼結温度、印加圧力および焼結時間の制御により活性
   炭微粒子の焼結前／後の比表面積の面積減少率が１：０
   ．８５以下に焼結された電極体を分極性電極に用いたこ
   とを特徴とする電気二重層コンデンサ。