JPH06204085A

JPH06204085A - 電気二重層キャパシタおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH06204085A
Application number: JP50A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Yoshida; 昭彦吉田; Kiyoaki Imoto; 清明井元; Ichiro Aoki; 一郎青木; Seiji Nonaka; 誠治野中
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-01-07
Filing date: 1993-01-07
Publication date: 1994-07-22

Abstract

(57)【要約】【目的】導電性基体上に導電性フィラーと多糖類化合物
を少なくとも含む混合組成体を電極層として箔状電極体
を形成し、この箔状電極体の少なくとも一対を、間にセ
パレータを介在させて捲回し、かつアルカリ性の水溶性
電解液を含浸させることにより、使用耐電圧が高く内部
抵抗の低いキャパシタとする。【構成】活性炭粉末とアセチレンブラックとをキトサン
の酢酸溶液に均一に分散し活性炭スラリーを作製する。
厚さ２０μｍの化学エッチング法によって粗面化したニ
ッケル箔１の両面に活性炭スラリーをディップ法で付着
する。乾燥後活性炭電極２、３を製膜する。得られた箔
状電極体の一対４、５を、セパレータ６を介して捲回す
る。電解液として硫酸の３０重量％水溶液を前記捲回体
に含浸する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、活性炭と結合剤とから
なる混合組成体を分極性電極に用いる電気二重層キャパ
シタおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気二重層キャパシタは分極性電極とし
て活性炭を用い、活性炭と電解液との界面電気二重層に
蓄積される電気二重層容量を利用した大容量コンデンサ
である。このような電気二重層キャパシタには従来大別
して次の２種類が存在する。すなわち硫酸水溶液のよう
な水溶液系電解液を用いたものと、プロピレンカーボネ
ートのような有機溶媒に電解質を添加した有機溶液系電
解液を用いたものである。図２、図３は、それぞれ両者
の代表例の構成を示すものである。図２に示すように、
セパレータ(101) を介して、活性炭粉末電極(102),(10
3) が対向し、絶縁ゴムケース(104),(105) と導電電極
(106),(107) よりなる。活性炭粉末電極(102),(103) は
活性炭粉末を濃硫酸水溶液でペレット状に成型したもの
で硫酸水溶液はバインダの役目もする。一方、有機電解
液系キャパシタは図３に示す構成を有する。活性炭粉
末、弗素ポリマー、メチルアルコールからなるペースト
をアルミニウムネット(110),(111) 上に塗布し、乾燥製
膜した活性炭電極(112),(113) をセパレータ(114) を介
して捲回する。これにプロピレンカーボネートとテトラ
エチルアンモニウムパークロレートとの混合溶液を含浸
してハウジングする。(115)は陽極リード、(116)は陰極
リード、(117)はゴムキャップ、(118) はアルミニウム
ケースである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の二つの電解液系
のキャパシタにはそれぞれ次のような特徴（長所と短
所）がある。水溶液系の長所は電解液の電気抵抗が低く
大電流負荷放電に適することであり、短所は電解液の分
解電圧に左右されるキャパシタの使用耐電圧が高々1.0V
までしか得られないことである。高電圧での使用の時は
多くのキャパシタの直列接続を余儀なくされ、長期の使
用信頼性の点で問題がある。一方有機溶液系の長所は電
解液の耐電圧が高い（〜３Ｖ）ために水溶液系のものよ
りも高電圧使用が可能で、高いエネルギー密度である。
短所は、電解液の電気抵抗のためにキャパシタの内部抵
抗が水溶液系のそれと比較して５〜１０倍になり大電流
負荷の用途での使用は困難であった。また、用いる電解
液がプロピレンカーボネートのような有機系のときは、
材料コストが高くなりセルの形状が大きくなると電解液
の使用量が多くなり完成セルの価格が高くなってしま
う。

【０００４】さらに、セル構造の観点から捲回構造のセ
ルは平面対向構造のセルよりも単位体積当りに対向でき
る電極面積を大きくすることができ、容量の体積効率を
高くできる。すなわち、捲回構造のキャパシタは基本的
に容量密度を高くすることができる。

【０００５】本発明の目的は、従来の二つの種類の電解
液のキャパシタのそれぞれの長所を合わせ持ったキャパ
シタを実現しようとすることである。すなわちエネルギ
ー密度が高く内部抵抗の低いキャパシタを得ることであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の電気二重層キャパシタは、導電性基体上に
電極層を形成した少なくとも一対の箔状電極体を、間に
セパレータを介在させて捲回し、かつアルカリ性の水溶
性電解液を含浸させた電気二重層キャパシタであって、
前記電極層が活性炭と多糖類化合物を少なくとも含む混
合組成体であることを特徴とする。

【０００７】前記構成においては、多糖類化合物がキチ
ン、キトサンまたはその誘導体から選ばれる少なくとも
一つの化合物であることが好ましい。前記構成において
は、電極層に導電性フィラーを含むことが好ましい。

【０００８】また前記構成においては、導電性フィラー
が、黒鉛、カーボンブラック、ケッチェンブラック、酸
化ルテニウム、炭素繊維から選ばれる少なくとも一つで
あり、粉末状、繊維状のいずれかであることが好まし
い。

【０００９】また前記構成においては、導電性フィラー
が、粒子系１μｍ以下の粉末であることが好ましい。ま
た前記構成においては、導電性基体が、ニッケルまたは
炭素から選ばれたシート、箔、ネット、穴あけ板、エク
スパンド板またはこれらの表面をエッチングしたものか
ら選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。

【００１０】また前記構成においては、導電性基体の厚
さが５０μｍ以下であることが好ましい。また前記構成
においては、活性炭と多糖類化合物を少なくとも含む混
合組成体である電極層が３００μｍ以下の厚さであるこ
とが好ましい。

【００１１】また前記構成においては、活性炭と多糖類
化合物を少なくとも含む混合組成体である電極層が基体
の片面または両面に形成されていることが好ましい。次
に本発明の電気二重層キャパシタの製造方法は、溶剤に
多糖類化合物を溶解した液と活性炭とを混合分散した溶
液を導電性基体上に担持し、乾燥し、セパレータを介し
て基体を対向して配置し捲回し、前記捲回物にアルカリ
性の水溶性電解液を含浸することを特徴とする。

【００１２】前記構成においては、溶剤に多糖類化合物
を溶解した液と活性炭とを混合分散した溶液を導電性基
体上に担持する手段が、塗布、浸せき、印刷、ロールコ
ーティング、スピンコーティング、ドクターブレードコ
ーティングのいずれかであることが好ましい。

【００１３】また前記構成においては、電極層に導電性
フィラーを加えることが好ましい。また前記構成におい
ては、溶剤に多糖類化合物を溶解した液と活性炭とを混
合分散する際に、アルコール及びアンモニアから選ばれ
る少なくとも一つの化合物を添加することが好ましい。

【００１４】

【作用】前記した本発明の構成によれば、導電性基体上
に活性炭と多糖類化合物を少なくとも含む混合組成体を
電極層として箔状電極体を形成し、この箔状電極体の少
なくとも一対を、間にセパレータを介在させて捲回し、
かつアルカリ性の水溶性電解液を含浸させた電気二重層
キャパシタとしたことにより、エネルギー密度が高く内
部抵抗の低いキャパシタを得ることができる。すなわ
ち、箔状導電基体に担持された活性炭と多糖類化合物と
の混合層の電気抵抗が低く、箔状導電基体と多糖類化合
物の混合層との電気接触性が優れたものになり、かつ活
性炭混合層の成膜性および自己形状保持性が高く、アル
カリ性水溶液に対する安定性も高い。さらに、本発明の
活性炭電極組成では活性炭層の厚さを非常に薄くできる
ため、これを捲回したときの電極の幾何学的な形状因子
（単位キャパシタ体積の中に薄い層を収納可能な電極の
表面積）からも大容量で低抵抗のキャパシタを得ること
ができる。

【００１５】前記、多糖類化合物がキチン、キトサンま
たはその誘導体から選ばれる少なくとも一つの化合物で
あるという好ましい構成によれば、さらにエネルギー密
度が高く内部抵抗の低いキャパシタを得ることができ
る。

【００１６】また、電極層に導電性フィラーを含むとい
う好ましい構成によれば、さらにエネルギー密度が高く
内部抵抗の低いキャパシタを得ることができる。また、
導電性フィラーが、黒鉛、カーボンブラック、ケッチェ
ンブラック、酸化ルテニウム、炭素繊維から選ばれる少
なくとも一つであり、粉末状、繊維状のいずれかである
という好ましい構成によれば、成膜性および自己形状保
持性が高く、アルカリ性水溶液に対する安定性も高くす
ることができる。

【００１７】また、導電性フィラーが、粒子系１μｍ以
下の粉末であるという好ましい構成によれば、さらに成
膜性を向上することができる。また、導電性基体がニッ
ケルまたは炭素から選ばれたシート、箔、ネット、穴明
け板、エクスパンド板またはこれらの表面をエッチング
したものから選ばれる少なくとも一つであるという好ま
しい構成によれば、可撓性に優れ捲回してケース等に組
み込む際の作業性が容易となる。

【００１８】また、導電性基体の厚さが５０μｍ以下で
あると、薄くコンパクトなキャパシタにすることができ
る。また、活性炭と多糖類化合物を少なくとも含む混合
組成体である電極層が３００μｍ以下の厚さであると、
同様に薄くコンパクトなキャパシタにすることができ
る。

【００１９】また、活性炭と多糖類化合物を少なくとも
含む混合組成体である電極層が基体の片面または両面に
形成されていると、同様に薄くコンパクトなキャパシタ
にすることができる。

【００２０】次に本発明の製造方法によれば、前記の電
気二重層キャパシタを効率良く合理的に製造することが
できる。前記、溶剤に多糖類化合物を溶解した液と活性
炭とを混合分散した溶液を導電性基体上に担持する手段
が、塗布、浸せき、印刷、ロールコーティング、スピン
コーティング、ドクターブレードコーティングのいずれ
かであると、活性炭と多糖類化合物を少なくとも含む混
合組成体からなる電極層を薄くかつ均一に形成できる。

【００２１】また、溶剤に多糖類化合物を溶解した液と
活性炭とを混合分散する際に、アルコール及びアンモニ
アから選ばれる少なくとも一つの化合物を添加すると、
形成される膜の膜厚が均一になり、活性炭の充填密度も
大きくなる。

【００２２】

【実施例】以下図面を用いて本発明の一実施例の電気二
重層キャパシタをさらに詳しく説明する。図１は本発明
の一実施例の電気二重層キャパシタである。図１におい
て、１はニッケル箔などの導電性基体、２，３は活性炭
と多糖類化合物を少なくとも含む混合組成体からなる電
極層、４，５は導電性基体１の上に電極層２，３が形成
された一対の箔状電極体、６は一対の箔状電極体４，５
を分離するためのセパレータ、７はケース、８，９はリ
ード電極、１０はゴムパッキンである。

【００２３】前記において、活性炭と多糖類化合物との
組成比は重量比で、（１０／０．１）＜活性炭／多糖類
＜（１０／１０）が好ましい。次に具体的実施例を用い
て本発明をさらに具体的に説明する。

【００２４】実施例１活性炭粉末（比表面積：２０００ｍ²／ｇ、平均粒径：
２μｍ）１０重量部とアセチレンブラック２重量部とを
キトサンの酢酸溶液に均一に分散し活性炭スラリーを作
製する。活性炭とキトサンの組成比は重量比で、活性炭
／キトサン＝１０／１．２であった。図１に示すよう
に、厚さ２０μｍの化学エッチング法によって粗面化し
たニッケル箔（10mm幅、40mm長さ）（１）の両面に活性
炭スラリーをディップ法で付着する。空気中で３０分乾
燥後１００℃で６０分遠赤外線乾燥し活性炭電極
（２）、（３）を製膜する。得られた箔状電極体の一対
（４）、（５）を、セパレータ（６）を介して捲回す
る。電解液としてＫＯＨの３０重量％水溶液を前記捲回
体に含浸し、ポリプロピレン製のケース（７）、ニッケ
ルリード電極（８）、（９）、ゴムパッキン（１０）で
ハウジングを完成する。

【００２５】実施例２実施例１と同じ構成で、活性炭粉末のみを用い、アセチ
レンブラックの添加を省略した。

【００２６】実施例３実施例１と同じ構成で、活性炭粉末の代わりに、フェノ
ール樹脂系活性炭繊維のチョップ（繊維径が１０μｍで
平均チョップ長さが０．５ｍｍ、比表面積が２３００ｍ
²／ｇ）を使用した。

【００２７】実施例４実施例１と同じ構成で、アセチレンブラックの代わりに
酸化ルテニウム粉末（平均粒径が０．５μｍ）を用い
た。

【００２８】比較例１アルミニウムネットに、活性炭粉末とフッ素樹脂バイン
ダとの混合層を担持し、セパレータを介して捲回する。
プロピレンカーボネートにテトラエチルアンモニウムテ
トラフルオロボレートを溶解した液を含浸して電解液と
した。そして全体をアルミニウムのケースに収納する。

【００２９】比較例２図２に示す従来例のキャパシタを用いた。以上の実施例
のキャパシタの特性を表１に示す。但しこの表の結果
は、すべて同じ体積のセルで比較評価した。

【００３０】

【表１】

【００３１】表１から明らかな通り、本発明の実施例１
〜４の電気二重層キャパシタは、電圧／容量の比が低く
かつ電気抵抗も低く高性能なものが得られた。そのうえ
価格も低くすることができた。

【００３２】

【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、水溶
液系の電解液により捲回構造のセルを可能にすることが
でき、電気抵抗が低く、容量密度が高く、かつ材料コス
トを低く抑えることが可能なセルができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の電気二重層キャパシタの構
成図

【図２】従来の電気二重層キャパシタの一例の構成図

【図３】従来の電気二重層キャパシタの一例の構成図

【符号の説明】１導電性基体２，３電極層４，５箔状電極体６セパレータ７ケース８，９リード電極１０ゴムパッキン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野中誠治大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性基体上に電極層を形成した少なく
とも一対の箔状電極体を、間にセパレータを介在させて
捲回し、かつアルカリ性の水溶性電解液を含浸させた電
気二重層キャパシタであって、前記電極層が活性炭と多
糖類化合物を少なくとも含む混合組成体であることを特
徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項２】多糖類化合物がキチン、キトサンまたは
その誘導体から選ばれる少なくとも一つの化合物である
請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項３】電極層に導電性フィラーを含む請求項１
に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項４】導電性フィラーが、黒鉛、カーボンブラ
ック、ケッチェンブラック、酸化ルテニウム、炭素繊維
から選ばれる少なくとも一つであり、粉末状、繊維状の
いずれかである請求項３に記載の電気二重層キャパシ
タ。
【請求項５】導電性フィラーが、粒子系１μｍ以下の
粉末である請求項４に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項６】導電性基体が、ニッケルまたは炭素から
選ばれたシート、箔、ネット、穴あけ板、エクスパンド
板またはこれらの表面をエッチングしたものから選ばれ
る少なくとも一つである請求項１に記載の電気二重層キ
ャパシタ。
【請求項７】導電性基体の厚さが５０μｍ以下である
請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項８】活性炭と多糖類化合物を少なくとも含む
混合組成体である電極層が３００μｍ以下の厚さである
請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項９】活性炭と多糖類化合物を少なくとも含む
混合組成体である電極層が基体の片面または両面に形成
されている請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項１０】溶剤に多糖類化合物を溶解した液と活
性炭とを混合分散した溶液を導電性基体上に担持し、乾
燥し、電極層を形成した後、セパレータを介して基体を
対向して配置し捲回し、前記捲回物にアルカリ性の水溶
性電解液を含浸することを特徴とする電気二重層キャパ
シタの製造方法。
【請求項１１】溶剤に多糖類化合物を溶解した液と活
性炭とを混合分散した溶液を導電性基体上に担持する手
段が、塗布、浸せき、印刷、ロールコーティング、スピ
ンコーティング、ドクターブレードコーティングのいず
れかである請求項１０に記載の電気二重層キャパシタの
製造方法。
【請求項１２】電極層に導電性フィラーを加える請求
項１０に記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項１３】溶剤に多糖類化合物を溶解した液と活
性炭とを混合分散する際に、アルコール及びアンモニア
から選ばれる少なくとも一つの化合物を添加する請求項
１０に記載の電気二重層キャパシタの製造方法。