JPH04206809A - 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） 本発明は内部を密封した電気二重層コンデンサに関する
ものである。

（従来の技術） 電気二重層コンデンサは例えば分極性電極に電解液を含
浸し、セパレータで分離し、集電極を介して蓄電または
放電をするようにケース内に収納しているか、経年によ
り電解質が外界に放散されて劣化する傾向にあるため、
密封することが必要である。そこで、例えば、平成２年
特許出響公開第２３５３２０号および同年実用新案登録
出願公開第１２０８１９号に示すように、一対のバ、キ
ン材で囲まれたセパレータを介して分極性電極を分離し
、その電極露出面に導電性集電極板または＝２− ／−トを下着してコンデンサセルを構成し、これらを債
ろ重、１つて押圧し、外側金ｎケース内に収めるように
している。

（発明か解決しようとする課題） ところて、」二重コンデンサセルを積み重ねて電気７１
重層コンデンサを製造する場合、集電極と外側金属ケー
スとの短絡を避けるｆこめにコンデンサセルと外側ケー
スとの間に：ま間隙および絶縁体を設ける必要かあって
、完全に密封することは困難である。

また、集電極としてはコンデンサセルの押圧積層により
密封形態にする必要上、炭素材料により導電性を付与し
几うバー仮まｆこは樹脂シートを使用するか、一定の弾
性ま１こは成形性を付与する場合、導電性を付与する炭
素材料の比率を一定量以下に制限する必要かあって、コ
ンデンサは出来るたけ速やかに損失なく充放電可能であ
るためには電気抵抗か小さい程好ましいにも拘わらず、
全体の電気抵抗を高めるという問題かある。

さらに、分極性電極としては電解質を含浸する必要上、
その表面積か大きい程、またコンチン服全体の電気抵抗
を低下さセる必要上その電気抵抗か小さいのか好ましく
、電気抵抗は高いか表面積の大きい活性炭を電気抵抗の
小さい黒鉛と信用することか望まれるか、押圧作詩され
る条件下では強度との関係でその配合量：士制限され、
所望の物性を得ることか難しい。　　　　　′ そこで、本発明はコンデンサ内部のさらに完全な密封の
１こめに外側ケースとの密着を可能とし、長期耐久テス
トにおいて経時変化の少ない電気二重層コンデンサを提
供することを第１の目的とする。

さらに、本発明は、上記密封形式の電気二重層コンデン
サにおいて集電極の電気抵抗を低減することにより充放
電特性に優れたものを提供することを第２の目的とする
。

さらにまた、本発明は、上記密封形式の電気二重層コン
デンサにおいて分極性電極の電気抵抗を低減することに
よりさらに充放電特性に優れたものを提供することを第
３の目的とする。

（課題を解決する１ニめの手段） 本発明の第１の購戎；よ相対極する分極性電極間に電解
質を含浸させたセパレータを介在させる一方、上記分極
性電極の露出面に集電極を圧接保持して構成される電気
二重層コンデンサにおいて、外縁をパッキング材にて絶
縁し几集電極の表裏　　　′面凹部に分極性電極を設置
し、その露出する分極性電極面を電解質を含浸したセパ
レータにて覆ってなる内側ユニットを重ね合わせるとと
もに、この重ね合わせた内側ユニ、　＋・の上下面に接
触するように配設される外側ユニットを外縁をパッキン
グ材で絶縁した集電極の表裏面凹部の上記接触面側に分
極性電極を設置する一方、他面側に弾性を有する導電シ
ートを設置して構成し、これらを押圧してコンデンサ内
部を気密封鎖したことを要旨とする電気二重層コンデン
サにある。

本発明において、各部材および電解質は従来と同様の材
質または材料；こよって形成されてよいか、パッキング
材として：ま持に積層形態において気密性を作持し、か
つ優れた電気絶縁性を有し、不活性である加硫ブチルコ
ムで製造するのか好ましい。

ま１こ、集電極は極力電気抵抗か小さいのか好ましく、
特に炭素材料として弾性黒鉛体を１吏用しｆコ／一部材
（商品名工ルファイトンート興亜石浦株式会社製造）を
使用するのか好ましい。

本発明の第２の構成は、上記第１の構成において、上記
集電極か弾性黒鉛体を含有する樹脂シートからなること
を要旨とする。

この弾性黒鉛体は特願昭６２−］、　６４８０８号等に
記載の方法によって製造することかでき、また、従来公
知のものも用いることができ、一般に次の物性を有する
。

即ち、通常の黒鉛と同様に、電気導電性であるが、内部
構造かスポンジ状であるため、軽量で、圧縮回復性にす
くれでいる。従って活性炭と混合したものを電極用とし
て充填して、プレスした場合に、弾性黒鉛体か圧縮され
、活性炭との密着性か増大する。また、嵩密度か小さい
ため重量比は少なくてよい。

本発明ではこの弾性黒鉛体を粒状物として用いるか、粒
径：Ｌ　Ｏ、Ｏｐｍ〜ｌｏ０４ｍ程度か成形操作性の点
て好ましい。

これらを結合させるバインター樹脂として：工、特にテ
トラフルオロエチレン樹脂、エボキ４Ｊｉｌ＝、フ５ノ
ール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂を用いるのか好まし
く、粉末状樹脂もしくは適当な分散媒、水、アルコール
類、無機酸なと中にこれら熱硬化性樹脂もしくは熱可塑
性樹脂を分離させた分散状樹脂を用いるのか好ましい。

なぜｔら、粉末状樹脂をバインターとして用いることに
より、樹脂か弾性黒鉛体粒子に一部接触した状態で結合
が起こるため、まＴこ、分散状樹脂をバインダーとして
用いることにより、樹脂か弾性黒鉛体を包み込んだ状態
で粒子の結合か起こるため、樹脂か弾性黒鉛体のスボノ
シ溝造内部に侵入して構造ひいては弾性特性を損なうこ
となく、良好な成形体を得ることか可能となるからであ
る。

弾性黒鉛体と分散媒を含まないバインター樹脂との配合
比率は重量比で１００：１〜５００が適当である。

ま１こ、分極性電極としては電気抵抗か小さく、かつ表
面積か大きいのか好ましく、上記弾性黒鉛体と活性炭を
上記バインター樹脂にて結合して電解質を含浸させた板
状物を１労用するのか好ましい。

したかって、本発明の第３の構成ｊま上記分極性電極板
として、活性炭と弾性黒鉛体とを含有する樹脂板に電解
質を含浸させてなることを要旨とする。

ここで、活性炭は一般に高い表面積を有する１μｍ〜５
０μｍ微小多孔質であるか、特に表面積３０００〜５０
００ｍ２／ｇであるのか好ましい。

活性炭と弾性黒鉛体との配合比率は重量比て１００：３
０〜３００か適当である。

なお、板状とするためにカーホン微繊維布なとのフェル
トを基礎材料として弾性黒鉛体と活性炭とバインター樹
脂を混練したペーストを塗布乾燥して形成してもよい。

（作用） 本発明によれば、分極性電極板、セパレータおよび露出
面に集電極をパッキング部材を介して圧接保持するにあ
たり、集電極を露出させず、外縁をパッキング材にて絶
縁しｒこ集電極上なし、その表裏面凹部に分極性電極を
設置し、その６出する分極性電極［ワ面に電解質を含浸
したセパレータで覆い、内側ユニットを重ね合わせて積
層するようにしたので、外側ケース内部に空間を形成す
ることなく、パッキング材に密接して外側ケースを配置
することかてきる。ま１こ、この積層しＴこ内側ユニ、
１・の上下面に接触するように配設され、端子電極部を
形成するＴこめの外側ユニ、トをパッキング材にて外縁
を絶縁しｒこ集電極の表裏面凹部の上記接触面側に分極
性電極を設置して積層した内側ユニ、トと導通する一方
、他面側に弾性を有する導電板を設置して外部端子と導
通可能に構成したので、一方の外側ユニットと外側ケー
スと接続を遮断しておけば、外側ケースで抑圧してコン
デンサ内部を気密封鎖した電気二重層コンデンサか形成
される。

また、本発明においては電気二重層コンデンサに用いる
集電極および／まＴコは分極性電極を弾性黒鉛体を含膏
する樹脂板を使用するので、従来の黒鉛体を１吏用する
ものに対し、その電気抵抗をｌ］＼さく押さえることか
できるので、コンデンサ特性を向上させることかできる
。

以下、本発明を添１寸図面に示す具体例の基つき、詳細
に説明する。

（実施例） 第１図ｊユ本発明に係る電気二重層コンデンサの断面図
で、第２図に示す内側ユニｙトＡｆ：積層し、その上下
に外側ユニｙトＢ、Ｂ’　を重ねて形成される。そして
、内側ユニ、１・Ａは第３図に示すように、外側ユニッ
トＢ、Ｂ“　は第４図に示すように糾み立てられる。

即ち、第３図（ａ）において、２はパッキング部材で、
電気絶縁性に優れる加硫ブチルゴムからなり、断面り字
形状をなす環状枠部材として形成され、その凹部に集電
極ソート５を載置しぐ第３図（ｂ））、その上に集電極
ノート５の周囲を押さえるように電気絶縁性を有する加
硫ブチルコムからなる環状ワノシ一部材３を載置して集
電極ソート５の外縁部を埋設したものとする（第３図（
Ｃ））。なお、ｌＯ− 集電極ノート５の埋設されない表裏面にニスアクリルニ
トリル系導電性カーホンコム塗料Ｃｆ：塗布して接触面
積を大きくして電気抵抗を小さくしておくのかよい。そ
の上で集電気／−ト５の表裏面の凹部に分極性電極１１
ｆｆ６および６′を圧接配置しく第３図（ｄ乃、その露
出面にセパレータ７および７“　を配設して内側ユニｙ
トＡか形成される。

他方、外側ユニ、１・Ｂは第３図の場合と同様に、電気
絶縁性に優れる加疏ブチルコムで製造された、断面Ｉ−
字形状をｔｔ環状忰部材として形成されたパッキング部
材２のの凹部に集電極ノート５を載置しく第４図（ａ）
）、その上に集電極ノート５の周囲を押さえるように環
状ワノ／中部材３を載置して集電極ノート５の外縁部を
埋設しく第４図（ｂ））その上で集電極ノート５の表裏
面の凹部の一方には分極性電極板６を圧接配置しく第４
図（Ｃ））、その露出面にセパレータ７を配設する（第
４図（ｄ））一方、導電性ラバー電極４または４゛を配
置しく第４図（ｅ乃、パッキング部材２またはワノンイ
部材３の上に導電性カーボンコム塗料Ｃを塗布した二、
ケル板なとからする金属電極ｌｆ：圧接して外（ＩＩＩ
ユニ７）ＢおよびＢ　か形成される（第４図（ｆ））。

上記内側ユニットＡを５個積み重ね、その」ユニに１一
部外側ユニノｈＢと下部外側ユニ／ｌ・Ｂ’　　とを重
ね合わせ、５〜＋５　　／ｃｍ’の圧力で内径１６ｍｍ
の金属ケース９を電気絶縁板８を介して圧接カシメ接合
１７を行うと、６個のコンデンサかンリーズに結合され
た５　５Ｘ′耐圧コンデンサが製造されることになる。

なお、１１および１１°　はリード端子およびリート溶
接点て、もう一方のり一ト端子は溶接点１０′て電気的
に接合され、外側金属ケース９は金属電極１”　と圧着
により電気的に接続している。

（分極性電極の製造例） 比表面積３　］　００ｍ’／ｇ、粒度分布８０μ〜０５
μ、細孔容積１．７８ｍｃ／ｇを有する石油コークスか
ら出来た高純度、高表面積の微小な多孔質の活性炭粒（
以下活性炭という）　　　　　１０重量部粒度分布、８
０μ以下１．　Ｏ０％、２０μ以下６Ｏ％、１０μ以下
３９％の粒度分布で、細孔径１０Å以下の細孔容積（０
，６０３ｇ（／ｙ）、１０〜２０人（０９９８）、２０
〜３０人（００９４）、３０〜４０人（０，０２７）　
、４０〜５０人（０，０１５）　、　３０〜１００人（
０，０３０）、１００−１５０人（０，Ｏｌ　２）比表
面積４０，２　／ｙ、粒度分布０５μ〜４０μ、電気抵
抗０．２８ΩＣｍ、カサ密ＦＪｔ　０　、３　Ｄ　９／
　Ｃｍ３を有スる炭素メソフコー−スからてき１こ良導
電性の弾性黒鉛体位（以下エルファイト粒子という）５
重量部 希硫酸（７，５ｎ）６０重量部、メタノール３０重量部
を混練し、これ等を１３０８Ｃ３Ｈｒ、加熱メタノール
差発後、純水を加えてペースト状となしく以下分極性カ
ーホンペースト１４という）、これを第５図（ａ）に示
すカーホン微繊維布く以下フェルト１３という）内に７
二たき込み（第５図（ｂ）蚕照）、８５°Ｃ大気圧下で
乾燥し、ノート状に形成すると、不活性・良導電性・微
小多孔１１高表面積を有する分極性／−トか形成される
（第５図（ｃ））。この分極性ノートを、２５°Ｃ１５
０％ＲＨ大気圧下で保持さゼると良質の取り扱いやすい
ノートか出来る。この／−トは直径１．０Ｕ肩φ、厚さ
０１７１並の円板状の分極性電極板６に打ち抜かれる（
第５図（ｄ）参照）。

その池、配合を変えた例として、活性炭１０重量部、エ
ルファイト粒子１０重量部の場合、活性炭粒５重量部、
エルファイト粒子１５重量部の場合についても実施した
（第１表参照）。

ま１こ、カーボン微繊維布の代わりに分散樹脂を用いた
池の実施例については次の様なものである。

平均粒径１μｍに調整した弾性黒鉛体１００重量部に平
均粒径５μｍに調整した活性炭粉末３００重量部を加え
て、ヘンンエルミキサーを用いて２０００ｒｐｍで５分
間混合した。この１００重量部に対し、予め固形分３８
％のＰＴＦＥエナメル１００重量部にエタノール２５０
重量部を加えたものを添加上粘稠となるまで混練し、モ
チ状の混線物を得た。この混線物を折り重ねながら平た
く延ばし１コ後、ロール機で圧延して／−ト状にする。

これを８０°Ｃの乾燥器で１時間乾燥した後、３００°
Ｃの電気炉に入れ、３０分間（７持し、取り出して冷却
し、＋９さ７　（、）　Ｏ）ｒｍのシートを製造する。

これに、７５ｒ＋　Ｉｌ？Ｓ　Ｏｔ電解液をｔη浸して
直径ｌＯｍｘｒφ、厚さ０．７ｘｚｚの円板状に打ら抜
いて分極性電極板を得た。

（内部集電極の製造例） 平均１☆径１μｍに１シ、Ｘ１整した伸性黒鉛体１ＯＯ
１１″１重部に予め固形分００％の＋１　′ｉ’　ｌ）
　ｌ・、ティスパー／−Ｊノ（ヨー月チーっポンフロロ
ケミ勾ル（株）・！＋８！３Ｏ−Ｊ）３００重里部にモ
ノエタノールアミン６０重量部を加えたものを添加し、
粘稠となるまて混練し、モチ状の混練物を得た。この混
紳物を折り重ねながら平たく延ばした後、ロール機で１
ｍｍのＰ１’　Ｆ　Ｅソートにの且て１１三延してノー
ト状にする。

これを容器に入れ、窒素カス流通下、電気炉中２００　
’Ｃ／　ｈ　ｒて３７０’Ｃまてη１渦し、２時間保持
し、取り出して冷却し、厚さ１４０μｍの７−１・を製
造する。後、その表面にアクリル系導電ｆａカーホン塗
料を３ｏ〜５０μ被覆し、直径１３開φの円板状に打ぢ
抜いて集電極シートを得た。集電極の他の実施例として
、未加硫ブチルコムど黒鉛微粉末との混練後、加熱プレ
ス加硫して得た導電性コムシート２００７１１’ｐを形
成後、その表面にアクリル系導電性カーボン塗料を３０
〜５０μ肢）すし、直径１３ｘｇ＄の円板状に４’ｌぢ
抜いて集電極ノートを得た。

（セパレータの製造例） ポリエチレノ製の穴孔径分布０．＋ｌｌｌｌ以下１思 を１３ｍＩＩφに打ぢ抜いて、微計の親水性界面活性剤
を含浸液、電解質として７．５ｎＨ２Ｓｏ，を再含浸し
て製造される。

（試験例） 下記第１表に示す種々の構成を採用してコンデンサの特
＋１４を試験し、その結果を第１表に示す。

（発明の効果） 以上の説明で明ら、：ｌｊＬように、本発明によれば、
コンテノサ内部か気富封蹟されるので、長期耐久テスト
に於いて、経時変化の少ない電気二重層コンデンサかで
きる。

また、本発明による活性炭とエルファイト粒子の混合ネ
ット分極性電極は電気二重層コンデンサの容量を活性炭
で増大させ、その内部電気抵抗はエルファイト１立子の
ネットワークで小さくすることかてきるのて、優れ１こ
コンデンサ特性か示される。

さらに、本発明においては集電極として弾性黒鉛体を配
合しに内部集電極：こ使用することにより、電気二重層
コンデンサは更に容量を増大させることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電気二重層コンデンサの断面図、
第２図はその内側ユニ、１・と外側ユニ。 トとの組み合わせ形態を示す分解組立図、第３図は内側
ユニ、トの製造工程を示す工程説明図、第４図：丈夕）
側ユニットの製造工程を示す工程説明図、第５図は分極
性電極の製造下（呈を示す工程説明図である。 第６図は本発明品と従来品々の電気二重層コンデンサと
の長期耐久テストにおける容量の経時変１ヒを示すグラ
フ（ａ）とインピータンスの経時変（ヒを示すグラフ（
ｂ）である。なお、使用耐圧５５Ｖ、８０°Ｃ１負荷の
場合を示す。 １、ｌ゛　・・金属電極数、２・・電気絶縁性ブチルコ
ム製パンキンク部材 ３・　・電気絶縁性ブチルコム製ワッシャ部材４．４′
　・・最外側電極 ５．５”・・・・・・集電極ノート ６・　・分極性電極ノート ７．７′　・　セパレータ ８・　・電気絶縁物、９　・金属ケース特許出願人　神
栄株式会社はか１名 代　理　人　弁理士　青　山　葆はが２名第２図 第１図 第３図 第４図 ′Ｄ　ｂ　　　　７ （％）ギ″：ｌし府番茜 （Ｕ）γ４．．．ｌｙ−，，つ＜、と

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．相対極する分極性電極間に電解質を含浸させたセパ
   レータを介在させる一方、上記分極性電極の露出面に集
   電極を圧接保持して構成される電気二重層コンデンサに
   おいて、 外縁をパッキング材にて絶縁した集電極の表裏面凹部に
   分極性電極を設置し、その露出する分極性電極面を電解
   質を含浸したセパレータにて覆ってなる内側ユニットを
   重ね合わせるとともに、この重ね合わせた内側ユニット
   の上下面に接触するように配設される外側ユニットを外
   縁をパッキング材で絶縁した集電極の表裏面凹部の上記
   接触面側に分極性電極を設置する一方、他面側に弾性を
   有する導電シートを設置して構成し、これらを押圧して
   コンデンサ内部を気密封鎖したことを特徴とする電気二
   重層コンデンサ。
2. ２．上記集電極か弾性黒鉛体を含有する樹脂シートから
   なる請求項１記載の電気二重層コンデンサ。
3. ３．上記分極性電極板が活性炭と弾性黒鉛体とを含有す
   る樹脂板に電解質を含浸させてなる請求項１記載の電気
   二重層コンデンサ。