JPH0338815A - 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、例えば機器のメモリ・バックアップ回路に用
いられる電気二重層コンデンサに関し、特に、電解液と
して非水系電解液を用いた電気二重層コンデンサに関す
る。

〔従来の技術〕

電気二重層コンデンサは、分極性電極と電解液との界面
に生成する電気二重層に電荷を蓄積する素子である。構
造の一例を、第１図を参照して説明する。

活性炭等の炭素系素材からなる分極性電極１２が、セパ
レータ３を介して対向配置されている。

このセパレータ３及び分極性電極１．２は、一対の金属
ケース部材４．５により挟持された状態で収納されてい
る。金属ケース部材４．５は、耐腐食性に優れたステン
レスよりなり、それぞれ、分極性電極１，２に電気的に
接続されており、集電極として機能するものである。金
属ケース部材４５間は、絶縁性ガスケット６により電気
的に絶縁されている。同時に、該ガスケント６により金
属ケース部材４，５で構成されるケース内が密封されて
いる。

上記のような電気二重層コンデンサは、用いる電解液に
より無機系と有機系とに大別される。そのうち、有機電
解液を用いる電気二重層コンデンサとしては、アルカリ
金属もしくは４級アンモニラムの過塩素酸塩、テトラフ
ルオロボレート、またはへキサフルオロフォスフェート
等の電解質を、プロピレンカーボネート、Ｔ−ブチルラ
クトン、ジノチルホルムアミド′またはアセトニトリル
等の有機溶媒に溶解したものが用いられる。−例が、特
開昭５１−３９１４号に開示されている。

ところで、電気二重層コンデンサは、機器のメモリ・バ
ックアップ回路等で用いられる。メモリバックアンプ回
路中で必要とされる耐電圧は、第１図に示した電気二重
層コンデンサ素子の耐電圧よりも高いのがｔＩ！ｉであ
る。そのため、電気二重層コンデンサ素子を複数個積層
し、直列接続してなる複合素子の形態で用いられること
が多い。

しかしながら、積層により、体積が増加し、かつ直列接
続により静電容量が低下するという問題があった。よっ
て、積層数は少ないほうが望ましく、積層数を少なくす
るには、−個の電気二重層コンデンサ素子の耐電圧を高
めることが必要となる。

電気二重層コンデンサ素子の耐電圧は、電荷移動反応で
ある酸化還元反応が、正極及び負極で起こり始める電位
で規制される。集電極を兼ねる金属製ケース部材は、従
来、ステンレス系素材を用いて構成されている。この場
合、電気二重層コンデンサ素子の耐電圧を決める反応は
、正極におけるステンレス系素材の酸化反応と、負極に
おｉＪる電解質の還元分解反応であり、その耐電圧は、
２゜２〜２．４Ｖと言われている。

ステンレスは高い耐酸化性や耐腐食性を示すために用い
られているものであるが、これはステンレスの表面に存
在する酸化皮膜に拠っている。この酸化被膜層は、水溶
液中で陽極酸化すると、表面酸化物層が成長して不動態
となるが、電気二重層コンデンサの電解液に用いられる
ような水分量の少ない電解液中では、表面酸化被膜が成
長セず酸化溶出し、十分な耐酸化性が得られないことが
知られている。

そこで、金属ケースの改良による電気二重層コンデンサ
の耐電圧向上の試みとして、正極側ケス部材の内面にア
ルミニウム層を設けたもの（特開昭６ｌ−２０３６１９
）、Ｍｏ合金（特開昭６２−９０９１８）や高クロムス
テンレス鋼（特開昭６２−２０３３２２）を用いてケー
スを構成するもののように、正極の耐酸化性の向上を狙
った提案が威されている。

［発明が解決しようとする技術的課題］しかしながら、
上述した従来の正極の耐酸化性の向上を狙った方法では
、特殊な金属材料を用いるため材料の入手が困難であっ
たり、コストが高く付くおそれがある。

よって、本発明の目的は、特殊な高価な金属材料を用い
ずとも素子耐電圧を効果的に高め得る電気二重層コンデ
ンサを提供することにある。

（技術的課題を解決するための手段及び作用〕電気二重
層コンデンサにおいて、負極側の還元反応は、電解質の
反応であると考えられていたため、金属ケース材料の選
択は余り考慮されてこなかったが、この負極側の金属ケ
ース表面の酸化物層は還元されやすいことも知られてお
り、従って、還元側で素子の耐電圧を高め得る可能性が
ある。

この還元反応を調べるために、本願発明者達は、　− 有機電解液として過塩素酸テトラエチルアンモニウムの
プロピレンカーボネート？ｆＦ液を用い、ステンレスの
耐酸化還元性を調べたところ、負極の還元反応電位はス
テンレス板をシリコンカーバイド粉末により研磨するこ
とにより、卑な方向に変化することを見出した。

他方、正極での酸化反応電位は、種々のステンレスの材
質によらず、はぼ一定の値を示す。第２図に、シリコン
カーバイドわ）末により湿式研磨処理を行った５ＵＳ−
３０４板と、研磨処理を行わない５ＵＳ−３，０４板を
負極として用いた場合について、１Ｍ過塩素酸テトラエ
チルアンモニウムのプロピレンカーボネート？ｌａ液中
における電圧−電流曲線を示す。なお、両者とも正極に
は研磨処理を行っていない５ＵＳ−３０４板を用いた。

第２図から、湿式研磨処理を行ったステンレス板では、
負極での反応が起こりにくくなっていることがわかる。

すなわち、本願発明者らは、」二部ステンレス上の酸化
被膜の還元反応性について鋭意検討した結果、いわゆる
脱スケール処理を集電極に施すことにより、電気二重層
コンデンサの耐電圧を向上さセることか可能であること
を見出し、本発明を威すに至った。

本発明は、セパレータと、該セパレータを介して対向配
置された一対の分極性電極と、この分極性電極を挟持す
るように配置された一対の集電極とを備え、セパレータ
及び分極性電極が収納されている部分に電解液が入れら
れた電気二重層コンデンサにおいて、前記一対の集電極
のうち少なくとも一方の電解液に接する面について酸化
被膜が除去処理されている集電極が用いられていること
を特徴とする。

脱スケール処理を集電極に施すことにより耐電圧が向上
する詳しい機構は不明であるが、脱スケー処理後の集電
極の表面に新たな酸化被膜が生成され、この酸化被膜が
処理前の酸化被膜に比べて還元反応が起こり難くなって
おり、このため耐電圧が向上するものと考えられる。

酸化被膜の除去、すなわち脱スケールの方法としては、
種々の方法が用いられ得る。」―述した研磨処理のほか
、サンドブラストに代表されるプラストクリーニング処
理、ブライディング処理等の機械的処理、酸処理若しく
は溶融アルカリ処理等の化学的処理、電解処理のような
電気化学的処理、または電気化学的処理と機械的処理と
を組合わセた電解研磨処理等の方法を例示することがで
きる。

しかしながら、本発明において酸化被膜を除去する方法
は上記に限定されるものではない。」二部した各処理方
法の中では、機械的処理が比較的効果が大きく、また廃
液処理等の問題を生しテ１ｔいため優れている。化学的
処理も有効であるが、集電極の材質や処理までの履歴に
より必要な処理時間が変化するため注意が必要である。

〔実施例の説明〕

第１図に示した構造を有する電気二重層コンデンサに基
づいて、以下の従来例及び実施例１〜実施例４を作製し
た。

嗟末朋− 従来例として、活性炭を粉砕しバインダを加えてプレス
成形してなる分極性電極１，２をセパレグ３を介して対
向配置させ、５ＵＳ−３０４からなる集電極を構成する
金属ケース部材４，５間に収納した。収納に際しては、
絶縁性ガスケット６によりケース部材４．５間を絶縁す
ると共に、カーボンペースト層７を用いて分極性電極１
．２とケース部材４，５とを接着した。なお、分極性電
極１．２及びセパレータ３に、電解液として１Ｍ過塩素
酸テトラエチルアンモニウムのプロピレンカーボネート
溶液を含浸した。

亥讃側１− 従来例の電気二重層コンデンサにおいて、負極側ケース
部材４の内面を８００メンシユのシリコンカーバイド粉
末を用いて湿式研磨した。それ以外は、従来例と同し構
造を有する。

実遣北４− 金属ケース部材４の内面を塩酸により酸処理した以外は
、従来例と同じ構造の電極二重層コンデンサ。

こミにＬ≦５１にそ□ジーβ− 金属ケース部材４を電解液中で電解還元処理した以外は
、従来例と同一構造の電気二重層コンデンサ。

実施例４ 金属ケース部材４を電解液中において、シリコンカーバ
イド粉末を用いて電解研磨処理を行った以外は、従来例
と同し構造の電気二重層コンデンサ。

上記従来例及び実施例１〜４の電気二重層コンデンサの
耐電圧を下記の第１表に示す。

第　　１　　表 第１表から、各種の脱スケール処理を行った実施例１〜
４の電気二重層コンデンサでは、耐電圧が従来例に比べ
て高められていることがわかる。

なお、本願発明者らの実験によれば５ＵＳ−３０４以外
の鋼種、５ＵＳ−３１６，３４１及び４３０等を用いて
金属ケース部材を構成した場合においても、同様の効果
が確認された。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、集電極の電解液と接す
る面上の酸化被膜を除去することにより、他の特性を犠
牲にすることなく耐電圧が向上される。しかも、耐電圧
向上に際し、ＭＯや高クロムステンレス鋼のような特殊
な金属材料を必要としないので、電気二重層コンデンサ
のコストを高めることもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に適用される電気二重層コンデンサの
構成を示す断面図、第２図は研磨処理を行った場合及び
行わない場合の有機電解液中におけるステンレス系素材
の電圧−電流特性を示す図である。 図において、１．２は分極性電極、３はセパレータ、４
，５は集電極を構成する金属製ケース部材、 ６はガスケント、 ７はカ ボンベ ス１−層を 示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　セパレータと、該セパレータを介して対向配置された
   一対の分極性電極と、分極性電極を挟持するように配置
   された一対の集電極とを備え、前記集電極間に電解液が
   配された電気二重層コンデンサにおいて、 前記一対の集電極のうち少なくとも一方の電解液に接す
   る面について酸化被膜が除去処理されている集電極が用
   いられていることを特徴とする電気二重層コンデンサ。