JPH0661094A - 電気二重層コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 分極性電極としての性状を改善することがで
き、かつ高容量でより安定した経時特性を有する電気二
重層コンデンサを提供することを目的とする。 【構成】 炭素繊維、繊維状活性炭および微粉末活性炭
のうちから選択される２種に、パルプ、若干の分散剤と
ポリエステル繊維を加えてなる抄紙により一対の分極性
電極１１ａ，１１ｂを構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分極性電極と電解液
（質）との界面で形成される電気二重層を利用した静電
容量の大きい特性を有し、主に、揮発性半導体メモリー
（例えば、ＲＡＭ……ランダムアクセスメモリー）の停
電時バックアップ用として使用される電気二重層コンデ
ンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、この種の電気二重層コンデンサは
円盤型（コイン型、ボタン型）と称される構造でより小
形・軽量・低価格化が図られている。

【０００３】以下に従来の電気二重層コンデンサについ
て説明する。図２は従来の電気二重層コンデンサの構造
を示したもので、すなわち、黒鉛、活性炭、カーボンブ
ラックおよび若干のバインダーなどからなる材料を成
型、または抄紙化（パルプなどをバインダーとして紙漉
き技術で加工する）し、これらをアルミニウムやステン
レスのネットに担持させた電極、またはカーボン繊維、
特に活性炭繊維布からなる一対の分極性電極１ａ，１ｂ
の間に電解液２を含浸させたセパレータ３を介在させ、
そしてこれらを集電体と外装材を兼ねる金属ケース４と
金属蓋５内に収納し、かつパッキン６によって密閉した
構造となっていた。さらにこの電気二重層コンデンサ
は、集電性を上げるために、一対の分極性電極１ａ，１
ｂの金属ケース４および金属蓋５と接触する面上にプラ
ズマ溶射などによってアルミニウム層を形成していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した構成の電気二
重層コンデンサの場合、通常、フェノール繊維布を炭化
賦活した活性炭繊維布からなる電極が使用されている。
この理由は、原料が化学製品で不純物の混入が少ないこ
と、高い比表面積の活性炭が得られること、電極として
の形状のほとんどが既に備わっていることなどである。

【０００５】しかしながら、これは、他の汎用の活性炭
に比べて高価なこと、現在の炭化・賦活技術では厚み・
目付（ｇ／ｍ²）のバラツキが比較的大きいことなどが
問題点としてあげられる。特に、現出する静電容量は使
用電極の重量（径・厚み）で決定されるため、定格容量
の品揃えのためには、数種の径・厚みの異なる電極の準
備、数種の径・厚みの異なる部品の準備、そしてそれに
対処できる多品種製造装置または数台の単能機が必要で
ある。また、低静電容量製品においては、使用電極の厚
み（目付）・径が製造上で必要な値以下となってしま
い、搬送・位置決めなどが困難になるという問題点があ
った。

【０００６】さらに、特性上では活性炭繊維布からなる
一対の分極性電極１ａ，１ｂと、その間のセパレータ３
および電解液２からなる内部素子は、集電体を兼ねた金
属ケース４と金属蓋５によって適度に圧縮されていなけ
ればならない。その理由は圧縮が弱ければ内部抵抗が大
きくなって不安定となり、逆に圧縮が強ければ一対の分
極性電極１ａ，１ｂの一部がセパレータ３を貫通しやす
くなり、その結果、漏れ電流が大となる。したがって、
各部材の厚みを一定にすること、または部材の総厚みに
合わせて適正な圧縮力となるように金属ケース４と金属
蓋５との間隔を調節する必要があった。しかしながら、
これらはいずれもコスト高、生産性低下を招くものであ
った。

【０００７】上記の問題点の解決策として、使用する活
性炭が繊維状であることに着目し、活性炭繊維布を粉砕
したり、チョップ状の活性炭繊維を使用し、これにパル
プ、炭素繊維を加え、そして若干のバインダーおよび分
散剤を用いて抄紙とした分極性電極が既に提案されてい
る。この分極性電極では、静電容量を決定する活性炭、
増量導電材である炭素繊維、紙としての性質を維持する
パルプ・バインダーの比率を変えることによって、同一
の電極径・厚みのもので数種の静電容量値の製品の製造
が可能である。

【０００８】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、分極性電極としての性状を改善することができ、か
つ高容量でより安定した経時特性を有する電気二重層コ
ンデンサを提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の電気二重層コンデンサは、炭素繊維、繊維状
活性炭および微粉末活性炭のうちから選択される２種
に、パルプ、若干の分散剤とポリエステル繊維を加えて
なる抄紙により一対の分極性電極を構成したものであ
る。

【００１０】

【作用】上記構成によれば、炭素繊維、繊維状活性炭お
よび微粉末活性炭のうちから選択される２種に、パル
プ、若干の分散剤とポリエステル繊維を加えてなる抄紙
により一対の分極性電極を構成したもので、ポリエステ
ル繊維の添加により、分極性電極として具備しなければ
ならない性状（強度、柔軟性、コストなど）を改善する
ことができ、この場合、柔軟性が良好であるため、破れ
・欠落の防止、管巻きの容易性を与えることができ、ま
た性状改善により高容量電極を抄紙により低コストで製
造することができ、かつ初期値および高温負荷試験後に
おいても、より安定した経時特性を有するものである。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は本
発明の一実施例における電気二重層コンデンサを示した
もので、１１ａ，１１ｂは一対の分極性電極で、この一
対の分極性電極１１ａ，１１ｂの間には電解液１２を含
浸させたセパレータ１３を介在させている。そして前記
一対の分極性電極１１ａ，１１ｂは集電体と外装材を兼
ねる金属ケース１４と金属蓋１５内に収納し、かつパッ
キン１６によって密閉した構造としている。

【００１２】そして前記一対の分極性電極１１ａ，１１
ｂとしては、径が６mm、目付が３００ｇ／ｍ²の活性炭
混抄紙（構成材料比率は後述する）を使用した。そし
て、この活性炭混抄紙の片面には、０．０５mm程度のア
ルミニウム層がプラズマ溶射によって形成されている。
この活性炭混抄紙の全体の厚みはロールプレスによるプ
レス処理によって高密度化＝薄葉化して０．６mmとし
た。

【００１３】また電位的にプラスとなる金属ケース１４
は外径が１１mmで、かつ内面がアルミニウム、外面がＳ
ＵＳ３０４で構成されたクラッド材を使用しており、か
つ電位的にマイナスとなる金属蓋１５はＳＵＳ３０４を
使用している。セパレータ１３はポリプロピレン繊維か
らなる不織布で構成しているもので、それは厚みが０．
３５mm、目付が５０ｇ／ｍ²の多孔シートである。パッ
キン１６はポリプロピレン樹脂成型品である。電解液は
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１モル加えたものであり、これ
を４０μｌ使用している。

【００１４】このように構成された単セルの電気二重層
コンデンサは、３Ｖの耐電圧を有しているが、実際に使
用する場合には、半導体メモリーの駆動電圧に対処する
ために単セルの電気二重層コンデンサを２枚積層し、
５．５Ｖ定格品としている。

【００１５】本発明の各実施例における電気二重層コン
デンサと従来の電気二重層コンデンサの比較は、使用さ
れる分極性電極の具備すべき（１）性状、これらの分極
性電極を使用した電気二重層コンデンサの（２）初期値
（静電容量、内部抵抗、漏れ電流）、（３）信頼性テス
トとして実施している高温負荷試験後（７０℃、５．５
Ｖ印加の３０００時間経過後）の電気的特性について行
ったものである。

【００１６】（表１）は電気二重層コンデンサの分極性
電極として具備しなければならない性状（抄紙性、強
度、柔軟性、コスト、溶接性）を項目別に分け、これら
の項目毎に、従来からの分極性電極と組成、配合比を変
えた本発明の各実施例の分極性電極について評価を行っ
たものである。なお、この（表１）中、◎は優れている
（使用可）、○は良好（使用可）、△は劣っている（使
用不可）、−は比較の対象外を表わしている。

【００１７】

【表１】

【００１８】（表２）は従来からの分極性電極を使用し
て試作した電気二重層コンデンサと、組成、配合比を変
えた本発明の各実施例の分極性電極を使用して試作した
電気二重層コンデンサについて、それらの初期値および
信頼性テストとして実施している高温負荷試験後（７０
℃、５．５Ｖ印加の３０００時間経過後）の電気的特性
を比較して示したものである。

【００１９】

【表２】

【００２０】上記（表１）（表２）における（ＡＣＦ）
は繊維状活性炭で、この繊維状活性炭はフェノール樹脂
繊維を出発原料としているもので、比表面積が１９００
ｍ²／ｇ、繊維径が１１μｍ、繊維長さが３．０mmであ
る。この場合、ピッチ系の活性炭繊維も同時に検討した
が、特に差は出なかった。

【００２１】（ＡＣＰ）は微粉末活性炭で、この微粉末
活性炭はヤシがらを出発原料としているもので、比表面
積が１７００ｍ²／ｇ、平均粒径が３００メッシュであ
る。この場合、おがくずを出発原料とする微粉末活性炭
も同時に検討したが、特に差は出なかった。

【００２２】（ＣＦ）は炭素繊維で、この炭素繊維はピ
ッチ系で導電性の高い黒鉛化した繊維を使用した。この
繊維は糸径が１３μｍ、糸長さが３．０mm、体積固有抵
抗が１６×１０^-2Ω・cm、炭素含有率がＭＩＮ．９５％
（ｗｔ％）である。この場合の繊維は直線状にした糸を
使用したが、カール（渦巻）状にした糸を使用しても、
時に差は出なかった。またこの炭素繊維の出発原料とし
て、フェノール樹脂繊維も同時に検討したが、特に差は
出なかった。

【００２３】（ＰＥＴ）はポリエステル繊維で、このポ
リエステル繊維は０．５ｄ（デニール）、５mmの未延伸
ポリエステル繊維である。（Ｐ）はパルプで、このパル
プは、通常のアルミ電解コンデンサのセパレータ材料と
して使用されるクラフト紙と同じパルプである。この場
合、他の天然繊維であるマニラ麻繊維、レーヨンのよう
な再生繊維、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエス
テルなどの合成繊維も使用可能である。また分散剤は
（表１）（表２）中には記載していないが、この分散剤
は通常の抄紙に使用される消泡剤、分散剤であり、その
添加量は１％以下である。

【００２４】上記（表１）から明らかなように、活性炭
繊維布からなる従来電極Ｉ，IIIのように目付（ｇ／
ｍ²）が多く、かつ厚みが厚い場合は、抄紙性が悪化す
ると、固化が激しく、柔軟性が低下するため、実用性に
はもう一歩となるが、本発明の電極Ｉ，IIのようにポリ
エステル繊維（ＰＥＴ）を添加すると、すべての項目で
性状改善がなされるため、従来にない高容量の分極性電
極を抄紙によって低コストで製造できるものである。

【００２５】また本発明の電極Ｉ，IIはポリエステル繊
維（ＰＥＴ）を添加したことにより、柔軟性が良好とな
るため、破れ・欠落の防止、管巻きの容易性を与えるこ
とができる。そしてまた本発明の電極Ｉのように微粉末
活性炭（ＡＣＰ）と繊維状活性炭（ＡＣＦ）を組み合わ
せると、繊維状活性炭（ＡＣＦ）の出発原料であるフェ
ノール樹脂繊維間に微粉末活性炭（ＡＣＰ）が混抄され
るため、分極性電極としての密度を上げることができる
とともに、導電性も上げることができる。

【００２６】また（表２）から明らかなように、本発明
の電極Ｉ，IIは従来の電極Ｉ，II，III，IVに比べて、
信頼性テストとして実施している高温負荷試験後（７０
℃、５．５Ｖ印加の３０００時間経過後）の電気的特
性、すなわち内部抵抗（Ω）の初期値との差を小さくす
ることができるとともに、漏れ電流（μＡ）の初期値と
の差も大きくすることができ、これにより、電気的特性
もより安定した経時特性を有するものである。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明の電気二重層コンデ
ンサは、炭素繊維、繊維状活性炭および微粉末活性炭の
うちから選択される２種に、パルプ、若干の分散剤とポ
リエステル繊維を加えてなる抄紙により一対の分極性電
極を構成したもので、ポリエステル繊維の添加により、
分極性電極として具備しなければならない性状（強度、
柔軟性、コストなど）を改善することができ、この場
合、柔軟性が良好であるため、破れ・欠落の防止、管巻
きの容易性を与えることができ、また性状改善により高
容量電極を抄紙により低コストで製造することができ、
かつ初期値および高温負荷試験後においても、より安定
した経時特性を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す電気二重層コンデンサ
の断面図

【図２】従来例を示す電気二重層コンデンサの断面図

【符号の説明】

１１ａ，１１ｂ 一対の分極性電極 １２ 電解液 １３ セパレータ １４ 金属ケース １５ 金属蓋 １６ パッキン

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炭素繊維、繊維状活性炭および微粉末活性
   炭のうちから選択される２種に、パルプ、若干の分散剤
   とポリエステル繊維を加えてなる抄紙により一対の分極
   性電極を構成した電気二重層コンデンサ。
2. 【請求項２】炭素繊維がフェノールまたはピッチ系の炭
   素繊維である請求項１記載の電気二重層コンデンサ。
3. 【請求項３】繊維状活性炭がフェノールまたはピッチ系
   の繊維状活性炭である請求項１記載の電気二重層コンデ
   ンサ。
4. 【請求項４】微粉末活性炭がヤシがらまたはおがくずを
   出発原料とする微粉末活性炭である請求項１記載の電気
   二重層コンデンサ。
5. 【請求項５】分極性電極を抄紙後、プレス処理によって
   高密度＝薄葉化した請求項１記載の電気二重層コンデン
   サ。