JPH0357207A - 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、有機電解液を用いた電気二重層コンデンサに
関し、特に、集電極として機能する金属電極が改良され
たものに関する。

〔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
に生威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。

活性炭等の炭素性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。

このセパレーク３及び分極性電極１、２は、ケースを兼
ねる一対の金属電極４，５により挟持された状態で収納
されている．金属電極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．
金属電極４．５間は、絶縁性のガスケット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
属電極４．５で構成されるケース内が密封されている．
なお、７はカーボンペースト層を示す。

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級アンモニウムの過塩素酸塩、テトラフ
ルオ口ボレート、またはヘキサフルオ口ホスフェ−１・
等の電解質を、プロピレンカーボ不一ト、Ｔ−プチルラ
クトン、ジメチルホルムアミト゛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。一例が、特
開昭５９−３９１４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・ハ
ンクアンブ回路等で用いられる。メモリ・バックアップ
回路中で必要とされる耐電圧は、第１図に示した電気二
重層コンデンサの耐電圧よりも高いのが普通である。そ
のため、電気二重層コンデンサを複数個積層し、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、一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により規制される。ケース
を兼ねる金属電極としては、従来より耐腐食性Ｃこ｛ｆ
　７′Ｌたステンレス系材料が用いられているが、この
場合には、電気二重層コンデンサの耐電圧を決定する反
応は、正極におけるステンレス部材の酸化反応と、負極
における電解質の還元分解反応であり、その耐電圧は２
．２〜２．４■と言かれている。

ステンレス鋼の高い耐蝕性は、表面に存在する酸化物層
によるものである。ステンレス鋼は、水？８液中で陽極
酸化されると、表面に酸化物層が戊長し、不動態となる
。しかし、電気二重層コンデンサの電解液に用いられる
ような水分の少ない電解液中では、表面に酸化被膜が成
長せず、ｊｌ，％成金属元素が酸化溶出することが知ら
れている。

従って、通常のステンレス鋼を用いる限り、正極におけ
る耐酸化性を向上することにより電気二重層コンデンサ
の耐電圧を高めることは難しい。

よって、正極側金属電極の内面にアル旦層を設けたり（
特開昭６　１−２０３６　１９）、モリブデン合金（特
開昭６０−２６３４　１８）や高クロムステンレス鋼（
特開昭６２−２０３３２２１のような耐酸化性に優れた
材料により金属′７ｌｉｔ極を構成したりする提案が威
されている。

一方、負極側における還元反応は、電解質の反応である
と考えられてきたため、金属電極材料の選択は余り考慮
されていなかった。

〔発明が解決しようとする技術的課題〕上記のような有
機電解液系電気二重層コンデンサでは、負極における還
元反応電位と、正極における酸化反応電位との差により
決定される素子耐電圧は、理論的には４〜５■の値とな
る筈である．しかしながら、現実には、前述したとおり
、素子耐電圧は２３　２〜２．４ｖであり、大きな差が
あった。

従って、本発明の目的は、非水系電解液を用いた電気二
重層コンデンサにおいて、その素子耐電圧が高められた
もの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〕

電気二重層コンデンサにおける負極側の還元反応は、電
解質の反応であると考えられてきたため、これまで余り
考慮されてこなかった。しかしながら、金属電極を構成
するステンレス鋼の表面酸化物層は還元されやすいため
、還元側における素子耐電圧を決定する可能性がある。

本願発明者らは、ステンレス鋼の電解挙動を調べるため
、有機電解液として過塩素酸テトラエチノレアンモニウ
ムのフ゜ロピレンカーボネートｌ容液を用いて実験した
ところ、正極における酸化反応電位はステンレス鋼種に
よらずほぼ一定の値を示すが、負極における還元反応電
位は鋼種及び試料の経歴により異なる値を示すことが解
った。これは、負極における還元反応を抑えることによ
り、マイナス側に電位範囲を拡大し、電気二重層コンデ
ンサの耐電圧を向上させ得ることを示している。

電気二重層コンデンサでは、ステンレス板がプレス加工
等の加工処理を経て使われることを考應すると、応力腐
食割れの起き難いフェライト系ステンレス鋼を用いる方
が有利と考えられる。種々のフェライト系ステンレス鋼
につき還元電位の測定を行ったところ、アルミニウムを
含むフェライト系ステンレス鋼において、還元反応の開
始電位の卑な方向への変位が大きく、また試料の経歴に
よる影響が少なかった。

本願発明者らは、アルミニウムを含むフェライト系ステ
ンレス鋼を金属電極として用いた電気二重層コンデンサ
を作製し、鋭意検討した結果、アルミニウムを０．５〜
ＩＯ重量％含むフェライト系ステンレス鋼において電位
の変位量が大きくなることを見出し、本発明を成すに至
った。

すなわち、本発明は、セパレータと、該セパレータを介
して対向された一対の分極性電極と、このセパレータ及
び分極性電極を挟持するように配置された一対の金属電
極とを備え、一対の金属電極間に非水系電解液が配され
ている電気二重層コンデンサにおいて、金属電極の少な
くとも一方が、０．５〜１０重量％のアルミニウムを含
むフェライト系ステンレス鋼で構成されていることを特
徴とする。

〔作用〕

上記の電位の変位量が大きくなる現象を、第２図を参照
して具体的に説明する。

第２図は、正極側金属電極としてＳＵＳ４３０、負極側
金属雷極としてＳＵＳ４３０、またはＣｒ及びＡ２を１
５Ｃｒ−４Ａｎの割合（数字は重量％）で含有するフェ
ライト系ステンレス仮を用いた場合の、ＩＭ過塩素酸テ
トラエチルアンモニウムのプロピレンカーポネート溶液
中における電圧電流曲線を示す。

第２図から明らかなように、アルミニウム含有フェライ
ト系ステンレス板を負極側電極として用いた場合には、
ＳＵＳ４３０を用いた場合に比べて耐電圧が大きくなっ
ている。これは、ステンレス鋼表面に存在する酸化物層
の反応のしやすさが、ステンレス基材中のアルミニウム
量により異なるためと推測される。

ステンレス鋼表面の酸化被膜は、酸化性雰囲気中では強
固であるが、電気二重層コンデンサの負極側金属電極の
ような高還元性雰囲気下に置かれるものでは、充分なも
のではないと考えられる。

本発明においてステンレス鋼に添加したアルミニウム自
身は、弁作用金属であり、表面に強固な酸化被膜を形戒
することが知られている。すなわち、ススンレス鋼にア
ルミニウムを添加した場合には、その表面にアルミニウ
ムを含む酸化物被膜が形威され、それによって高耐電圧
化が果たされるものと考えられる。

ステンレス鋼中のアルミニウム含有率は、０．５重量％
以上の場合に、耐電圧を向上させる。しかしながら、ア
ルミニウム含有量がｌＯ重量％を超えると、表面抵抗が
増加するため、電気二重層コンデンサの電極材料として
は好ましくない。よって、本発明では、アルミニウム含
有量は０．　　５〜１０重量％の範囲に設定されている
。

〔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を用
い、本発明を実施し、従来例との比較を行った。具体的
には、活性炭を粉砕し、バインダを加えてプレス成形し
たものにより分極性電極１．２を構成した，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ポネート
溶液からなる電解液を分極性電極１．２及びセパレータ
３に含浸させた。また、分極性電極１．２と金属電極４
，５とは、それぞれ、カーボンペースト層７により接着
した。

従来例及び実施例の電気二重層コンデンサにおいて、金
属電極は下記の材質のものにより構成した． 粱来斑 正極側及び負極側の金属電極４，５を、ＳＵＳ４３０製
ステンレス板により構成した。

太隻班 クロム１５重量％及びアルミニウム４重量％を含有する
フェライト系ステンレス鋼により金属電極４．５を構成
した電気二重層コンデンサ。その他の構造は、従来例と
同一である。

第１表に、従来例及び実施例の電気二重層コンデンサの
耐電圧を示す。

（以下、余白） 第 Ｉ 表 第１表から、実施例の電気二重層コンデンサでは、素子
耐電圧が従来例に比べて効果的に高められていることが
わかる。

なお、上記実施例では、非水系電解液として、過塩素酸
テトラエチルアンモニウム／プロビレンカーポネート熔
７夜を用いたが、テトラメチルアンモニウム、テトラエ
チルアンモニウム、テトラプロビルアンモニウム、テト
ラブチルアンモニウムの過塩素酸塩、テトラフルオ口ポ
レート、ヘキサフルオ口ホスフェート等の４級アンモニ
ウム塩を、プロビレンカーポネート、Ｔ−プチルラクト
ン、ジチメルホルムアミドまたはアセトニトリル唾の有
機溶媒で溶解したものを適宜用いることができ、これら
以外に、電気二重層コンデンサの電解液として用いられ
ている各種の非水系電解液を用いることもできる。

また、本発明の正極側金属電極には、霊気二重層コンデ
ンサやリチウム電池に従来から用いられているＳＵＳ３
０４やＳＵＳ４３０のような金属材料のほか、以上に説
明したアルミニウム含有フェライト系ステンレス鋼を用
いることができる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、金属電極の少なくとも
一方が、０．５〜１０重量％のアルミニウム含有フェラ
イト系ステンレス鋼で構或されているため、他の特性を
犠牲にすることなく、素子耐電圧を効果的に高めること
が可能となる。

よって、例えばメモリ・バフクアノブ回路に用いた場合
、電気二重層コンデンサの積層数を低減することができ
、素子体積を低減でき、かつ静電容量の低下を防止する
こともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電気二重層コンデンサの構造を説明するための
断面図、第２図は過塩素酸テトラエチルアンモニウム／
プロピレンカーボ２−１？容液からなる電解液系におい
て金属電極としてステンレス板を用いた場合とアルミニ
ウム含有フェライト系ステンレス鋼からなるステンレス
板を用いた場合の電圧一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はセバレタ、４，
５は金属電極、６はガスケット、７はカーボンペースト
層を示す。 第１図 第２図 電 β （Ｖノ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. セパレータと、該セパレータを介して対向された一対の
   分極性電極と、前記セパレータ及び分極性電極を挟持す
   るように配置された一対の金属電極とを備え、該一対の
   金属電極間に非水系電解液が配されている電気二重層コ
   ンデンサにおいて、前記金属電極の少なくとも一方が、
   ０．５〜１０重量％のアルミニウムを含むフェライト系
   ステンレス鋼で構成されていることを特徴とする電気二
   重層コンデンサ。