JPH0366111A - 電気二重層コンデンサおよびその製造方法 - 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】 ［産業上の利用分封］ 本発明は等価直列抵抗を低減した電気二重底コンデンサ
およびその製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 活性炭を分極性電極とする電気二重層コンデンサの基本
構成（以下、基本素子と称す〉は、第１図に示すように
集電極１と活性炭層２を単位分極性電極とし、この分極
性電極一対の間に電解質溶液を含浸し、セパレータ３で
電子的短絡を防止したものである。なお、４は絶縁性ガ
スケットである。

従来、電気二重層］ンデンサの集電極としては、カーボ
ンの分散により導電性を付与したゴム、もしくは力、−
ボンの分散により導電性を付与したプラスチックフィル
ムが用いられていた。これは電解質溶液が濃５Ａ酸であ
るために、安価な金属ホイルは腐食するために用いるこ
とかできないためである。

カーボンの分故により導電性をイＪ！：ｊしたゴム、カ
ーボンの分散により導電■をイＪりしたプラスデックフ
ィルムの抵抗率はいずれも０．１０・ｃｍ以上であり、
特に厚み方向の抵抗率は製造プロセスのために面内方向
の抵抗率よりも１桁以上高いものであった。また、導電
性ゴムの膜厚を薄くすれば実質的な集電極の抵抗を小さ
くりることかできるが、カーボンを分散させているため
ピンホールの発生が起き易く、導電性ゴムの厚みを薄く
することは困難であった。

ところで電気二重層コンデンサは小型で大容量の充電が
可能なコンデンサとして、マイコン、メモリ、タイマー
のバックアップ用に広く用いられている。また、モータ
ー等の駆動部品は起動時に大きな電流を必要とするため
、電気二重層コンデンサが補助電源として使用されてい
る。瞬時に大電流を流す補助電源の用途には電気二重層
コンデンサの等個直列抵抗が高いとその抵抗の大きさに
より外部に流すことができる電流が制限されるため、等
個直列抵抗は低いことが望まれている。バックアップ用
に電気二重層コンデンサを用いる場合も、実際に蓄えら
れた電荷による電圧よりも電気二重層コンデンサの等個
直列抵抗と流れる電流の積だけ電圧降下が起こってしま
うため、電気二重層コンデンサの等個直列抵抗は低いこ
とが望まれている。

電気二重層コンデンリの等個直列抵抗に寄与する要因と
しては、活性炭粉末の体積固有抵抗、集電極の体積固有
抵抗、活性炭粉末間の接触抵抗、集電極と活性炭粉末の
接触抵抗、集電極間の接触抵抗がある。このうち集電極
材料の体積固有抵抗を小さくすることができれば、集電
極間、集電極と活性炭の接触抵抗をも同時に小さくする
ことが可能なため、体積固有抵抗の小さな、特に厚み方
向の体積固有抵抗の小さな材料が望まれていた。

［発明が解決しようとする課題］ 上述したように、従来の電気二重層コンデンサは集電極
材料にカーボンの分散により導電性を付与したゴムもし
くはカーボンの分散により導電性を付与したプラスチッ
クフィルムを用いていたため、等個直列抵抗の低減を図
ることができないといった問題点があった。また、カー
ボンの分故により導電性を付与したゴムおよびカーボン
の分故により導電性を付与したプラスデックフィルムは
、膜の強度を保つために膜厚を厚くせざるを得ないとい
った欠点があった。

本発明の目的は、等個直列抵抗の小さな電気二重層コン
デンサおよび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］ 本発明は、集電極と活性炭層を単位分極性電極とし、該
活性炭層中の水溶液系電解質溶液と活性炭材料の界面に
発生する電気二重層を利用する電気二重層コンデンサに
おいて、集電極材料がポリピロール、ポリピロール・金
属複合膜またはポリピロール・ゴム複合膜よりなること
を特徴とする電気二重層コンデンサ、および所望の大き
さの孔を形成した絶縁層の片面にポリピロール、ポリピ
ロール・金属複合膜またはポリピロール・ゴム複合膜を
加硫、熱融着もしくは接着剤にて貼り合わせた後、前記
孔に活性炭層を形成して片側電極を作製し、次いで一対
の前記片側電極の活性炭層をセパレータを挟んで対向さ
せ、前記絶縁層同士あるいは前記絶縁層と前記セパレー
タとを加硫、熱融着もしくは接着剤にて貼り合わせるこ
とを特徴とする電気二重層コンデンサの製造方法である
。

［作用］ 導電性高分子であるポリピロールおよびポリピロール複
合膜は、濃硫酸に侵されることがなく、かつ抵抗率の小
さな材料である。

従ってこれを電気二重層コンデンサの集電極材料として
用いることにより、等個直列抵抗の低減化された電気二
重層コンデンサが得られる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について詳細に説明する。

実施例１ ポリピロールの合成は電解重合法によって行った。電解
重合するためのモノマーとしてピロールを０．２５　ｍ
ｏｌ　／ｄｍ３、重合膜に取り込まれてドパントとして
働き、しかも電解中は支持電Ｗ質として働くものとして
ｒｌ−１〜ル］ニンスルボン酸ブー１〜リウムを０．５
　ｍｏｌ／ｄｍ３の濃度とした水溶液電解質に、作用極
としてニッケル、対極としてニッケル、参照電極として
銀・塩化銀を用いて定電位電解法によりボ１ノビロール
の電解重合を行った。そのほかの電解重合の条件は、電
解液温度２５°Ｃ１電解電位８００　ｍＶ　（ｖｓ、　
Ａｇ／Ａｃ＋　Ｃ［＞とした・３０分の電解重合後、ニ
ッケル板上に重合したポリピロ一ルを水洗し、６０’Ｃ
て３０分乾燥させニッケル板より剥離した。作製された
ポリピロルの膜厚は３０μｍ１抵抗率は０．０２Ω・ｃ
ｍてあつプこ。

上記のポリピロール単独膜を４ｍｍ径の孔を聞（ブた絶
縁性ゴムと接着剤にて貼り含わけ、第１図の基本素子の
集電極１とした。この孔に硫酸水溶液で活性炭をペース
ト化したものを塗り込むことにより基本素子の片側を形
成し、別に作製した基本素子との間にイオン透過性のポ
リエチレンセパレータを挟み、接着剤にて貼り合わせ封
止することにより基本素子を作製した。

この基本素子８を第２図に示すように８枚積層して金属
缶５に収納し、缶の開口部をかしめて電気二重層コンデ
゛ンザをＶ造した。なお図中、６ａ、６ｂは電極、７は
絶縁スペーサである。

実施例２ 実施例１と同様にして作製したポリピロール単独膜を／
１ｍｍ径の孔を開りた絶縁性プラスチックと熱融着にて
貼り合わせ、第１図の基本素子の集電極１とした。この
孔に硫酸水溶液で活性炭をヘス１〜化したものを塗り込
むことにより基本素子の片側を形成し、別に作製した基
本素子との間にイオン透過性のポリエチレンセパレータ
を挟み、熱融着によって貼り合わ吐」、」止勺ることに
より基本素子を作製した。

この基本素子８を８枚積層し、実施例１と同様にして電
気二重層コンデンサを製造した。

実施例３ 実施例１と同じ条件で作用極として厚み０．１ｍ１ｌｌ
のニッケルボイルの両面にポリピロールを析出さけた。

ポリピロールをコートしたニッケルホイル全体の膜厚は
１６０珈であった。このポリピロールとニッケルの複合
膜を４．ｍｍ径の孔を開（ブた絶縁性プラスチックと接
着剤にて貼り合わけ、第１図の基本素子の集電極１とし
た。この孔に硫酸水溶液で活性炭をペースト化したもの
／ａ−塗り込むことによって基本素子の片側を形成し、
別に作製した基本素子との間にイオン透過性のポリエチ
レンセパレータを挟み、接着剤によって貼り合わせ封止
することにより基本素子を作製した。

この基本素子を８枚積層し、実施例１と同様にして電気
二重層コンデンサを製造した。

実施例４ あらかじめＮＢＲゴムのモノマーを分散させ塗布したニ
ッケル板の作用極上に、実施例１と同じ条件でポリピロ
ールを重合させた。この膜を水洗し、６０°Ｃで乾燥さ
せた後、ニッケル板より剥離すると、ボ１ノビロールと
ＮＢＲゴムの複合膜が得られた。このポリピロールとＮ
ＢＲゴムの複合膜を４ｍｍ径の孔を開（ブた絶縁性のブ
ヂルゴムと１２０°Ｃで７Ｋｇ／ｃｍ２の圧力で加硫す
ることにより、第１図の基本素子の集電極１とした。こ
の孔に硫酸水溶液で活性炭をペースト化したものを塗り
込むことにより基本素子の片側を形成し、別に作製した
基本素子との間にイオン透過性のポリエチレンセパレー
タを挟み、加硫によって貼り合わせ封止することにより
基本素子を作製した。

この基本素子を８枚積層し、実施例１と同様にして電気
二重層］ンデ゛ンザを製造した。

上述した各実施例の電気二重層コンデンサのセル径は８
　ｍｍ、絶縁性ガスケット４としては厚み０．５ｍｍの
ブヂルゴムまたは厚み０．５ｍｍのポリプロピレンジル
１へ、セパレータ３としては直径６ｍｍ、厚み０．１ｍ
ｍのポリエチレン製の多孔質フィルムを用いた。活性炭
層２はフェノール樹脂系の活性炭を４０重量％の硫酸水
溶液でペースト状にしたものである。

０ これらの電気二重層コンデンサの特性である容量値と等
価直列抵抗を測定した。容量値は電気二重層コンデンサ
の基本セルと直列に１　ｋΩの抵抗を入れ、外部から５
Ｖの定電圧を印加しながら電気二重層コンデンサの基本
セルの両端の電圧を測定し、ＣＲの時定数から容量（直
を計算した。等価直列抵抗は、電気二重層コンデンサの
基本セルに１　　ｋＨｚ　、　１０　ｍＡの定電流を流
し、基本セルの両端の電圧を測定することにより求めた
。さらに金属缶に収納する前に８層積層し、３０　Ｋ’
ｊ／Ｃｍ２の圧力をかけた状態で素子の厚みを測定した
。

比較のため、集電極材料としてカーボンの分散により導
電性を付与したゴムを用いた電気二重層コンデンサ（比
較例１）、カーボンの分散により導電性を付与したプラ
スチックフィルムを用いた電気二重層コンデンサ（比較
例２〉も同様に作製し、電気二重層コンデンサの特性評
価を行った。

その結果を第１表に示す。

１ 第　　１ 表 第１表から明らかなように、本発明と比較例の基本セル
の等価直列抵抗は、本発明による基本セルのほうが低く
なっていることがわかる。もう１つの電気二重層コンデ
ンサの特性である静電容量には差が認められないことが
わかる。また、基本セルの厚みについても本発明のほう
が薄く作ることが可能な場合が多く、本発明によれば素
子の小型化をも図ることができる。

２ ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば等価直列抵抗を低
減した電気二重層コンデンサが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電気二重層コンデンサの基本素子の断面図、第
２図は本発明の一実施例による電気二重層コンデンサの
断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）集電極と活性炭層を単位分極性電極とし、該活性
   炭層中の水溶液系電解質溶液と活性炭材料の界面に発生
   する電気二重層を利用する電気二重層コンデンサにおい
   て、集電極材料がポリピロール、ポリピロール・金属複
   合膜またはポリピロール・ゴム複合膜であることを特徴
   とする電気二重層コンデンサ。
2. （２）所望の大きさの孔を形成した絶縁層の片面にポリ
   ピロール、ポリピロール・金属複合膜またはポリピロー
   ル・ゴム複合膜を加硫、熱融着もしくは接着剤にて貼り
   合わせた後、前記孔に活性炭層を形成して片側電極を作
   製し、次いで一対の前記片側電極の活性炭層をセパレー
   タを挟んで対向させ、前記絶縁層同士あるいは前記絶縁
   層と前記セパレータとを加硫、熱融着もしくは接着剤に
   て貼り合わせることを特徴とする電気二重層コンデンサ
   の製造方法。