JPH07335501A - 炭素質多孔体及びこれを使用した電気二重層コンデンサー用電極 - Google Patents

炭素質多孔体及びこれを使用した電気二重層コンデンサー用電極

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JPH07335501A
JPH07335501A JP6123728A JP12372894A JPH07335501A JP H07335501 A JPH07335501 A JP H07335501A JP 6123728 A JP6123728 A JP 6123728A JP 12372894 A JP12372894 A JP 12372894A JP H07335501 A JPH07335501 A JP H07335501A
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JP
Japan
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porous body
heat
electrode
double layer
electric double
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JP6123728A
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Kohei Okuyama
公平 奥山
Yoshitaka Takeda
由孝 竹田
Satoshi Hirahara
聡 平原
Tomoko Ninomiya
友子 二宮
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Mitsubishi Chemical Corp
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Mitsubishi Chemical Corp
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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  • Ceramic Products (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 単位体積当たりの静電容量の大きい電気二重
層キャパシター、及びこれに適した炭素質多孔体を得
る。 【構成】 耐熱性樹脂の延伸成型体を熱処理してなるこ
とを特徴とする炭素質多孔体及びこれを使用した電気二
重層キャパシター。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、炭素質多孔体及びこれ
を使用した電気二重層コンデンサー用電極に係わるもの
である。電気二重層コンデンサーは、電気二重層キャパ
シターとも呼ばれ、近年、バックアップ電源、補助電源
等として注目を浴びている。最近では、従来のメモリー
バックアップ電源等の小型品に加え、モーター等の補助
電源等の大容量の製品の開発も行われている。
【0002】
【従来の技術】電気二重層キャパシターの原理は古くか
ら知られていたが、実用的に使われ始めたのは比較的最
近である。これは、分極性電極に高比表面積を持つ活性
炭を使用し始めたことと関係すると考えられる。電気二
重層キャパシターの静電容量は、電気二重層が形成され
る分極性電極の表面積、単位面積当たりの電気二重層容
量や電極の抵抗等によって、主に支配される。従来、活
性炭の表面積の増加は、水蒸気、薬品等による賦活処理
によって行われている。また、実用面では、単位体積当
たりの静電容量を高くしてキャパシター体積を小さくす
るために電極自体の密度を大きくすることも重要であ
る。
【0003】すなわち、電気二重層キャパシターの開発
の主なポイントは、電極に使う活性炭の性能と電極の製
造方法にある。しかながら、一般的には、石炭、ヤシガ
ラ、炭素繊維等の一心材料で活性炭の性能向上を目的に
高比表面積化のための賦活処理を進めると、細孔の拡大
のほうが比表面積の増大より大きくなり、単位体積当た
りの静電容量は逆に小さくなる。又、静電容量を支配す
る要因も十分には解明されていないため、特に、大容量
キャパシターに実用的に用い得る活性炭は、まだ無いと
言っても過言ではない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】大容量キャパシターに
使用する活性炭を作るには、既存の原料及び方法だけ
で、賦活を過度に進めて高比表面積にしても、密度が低
下するため、単位体積当たりの静電容量が低下して難し
い。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、大容量電
気二重層キャパシターの静電容量と分極電極に使う活性
炭性能の関係を基礎的に調べた結果、特定の物質を熱処
理するだけで得た活性炭で電極を作ると、静電容量を大
幅に向上させることができることを見出し、本発明を完
成するに至った。
【0006】すなわち、本発明の目的は、従来の賦活処
理ではなく熱処理のみで、単なる高比表面積化だけでは
なく、小さい細孔をできるだけ多く均一に発現させるこ
とにより、単位体積当たりの静電容量の向上を図り、キ
ャパシタ静電容量が大きい電極を得るところにあり、本
発明の要旨は、耐熱性樹脂の延伸成型体を熱処理して得
られる炭素質成形体及びこれで使用した電気二重層コン
デンサー用電極に存する。本発明において、耐熱性樹脂
そのものを原料としないで、延伸成型体を原料とするの
は、フィルムや繊維等に加工する際の延伸効果で樹脂の
配向性がアップし、その後の熱処理品の抵抗が小さくで
き、高い静電容量が得られるからである。
【0007】耐熱性樹脂としては、特に制限されない
が、好適にはポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミ
ド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルホン、ポリ
エーテルテルケトン、ビスマレイミドトリアジン、アラ
ミド、フッソ、ポリフェニレン、ポリフェニレンスルフ
ィド樹脂等の連続使用温度が140℃以上でC/H比が
3×10-2〜7×10-2である樹脂のうち1種を用いる
ことができる。
【0008】熱処理の条件は、耐熱性樹脂の種類によっ
て異なるため一概に言えないが、熱処理温度は500〜
1200℃、好ましくは700〜1000℃である。一
般的には、熱処理温度が500℃以下では比表面積の発
現が不十分で、電極の抵抗も高いため、高性能が得られ
ない。また、熱処理温度が1200℃より高いと、発現
した細孔の熱収縮による比表面積の低下が大きくなるた
め、やはり高性能が得られない。
【0009】比表面積は、窒素の液体窒素温度における
吸着量から算出しているが、電極密度が小さくならない
限り大きい方が好ましい。また、高比表面積化を性能の
発現が良い小さい細孔をできるだけ多く均一に発現する
方法で行うと、電極密度の低下も小さく、より単位体積
当たりの静電容量が高くなる。
【0010】熱処理して得られる炭素質物質を成型する
方法は、通常知られている方法を適用することが可能で
ある。すなわち、ポリ四フッ化エチレン樹脂、フェノー
ル樹脂、ポリビニルアルコール、セルロース等のバイン
ダー物質を1〜数%加えて良く混合した後、金型に入
れ、加圧成型したり、必要に応じては加圧成型時に熱を
加えることも可能である。
【0011】また、電極成型時に、導電性カーボンブラ
ック等の導電性物質を添加し、電極の抵抗を低下させて
も良い。これは、分極性電極の内部抵抗を低下させるこ
とによって、効率よく電荷を取り出すためである。
【0012】
【実施例】以下に、実施例を示し、更に本発明を詳細に
説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、下記実
施例により限定されるものではない。 〔実施例1〕ポリイミド樹脂フィルム(デュポン社製、
「カプトン」25μm厚フィルム)10gを1cm×1
0cmに切り、ラボスケールのロータリーキルンに入れ
て、Arガス雰囲気下、900℃又は1200℃までを
9℃/分で昇温後、30分保持した。ロータリーキルン
を炉から取り出し、急速冷却した後、炭化物をロータリ
ーキルンから取り出し、粉砕器により200μm以下に
粉砕して電極用炭素粉末を得た。この炭素粉末の窒素吸
着量から求めた比表面積(SBET)は900℃熱処理
品が310m2 /g、1200℃熱処理品が50m2
gで、この内、10Å以下細孔の占める表面積は全表面
積の98%又は100%である305m2 /gと50m
2 /gであった。得られたサンプル1gにポリ四フッ化
エチレン粉末0.02gを加え、良く混合した後、日本
分光製油圧プレスで直径20mm、厚さ1.5mmにな
るように加圧成型して円盤状の電極を得た。この方法で
作成した2枚の電極の間に三菱化成(株)製のポリエチ
レン製セパレータを入れた後、集電体に使う白金板2枚
で全体を挟み込み、さらに、集電体、ペレット、セパレ
ータが良く接触するように一番外側から2枚の5mmで
4個のボルト孔を持つポリ四フッ化エチレン板で挟み込
んだ。こうして得たキャパシタ電極部を、ビーカー内に
ある30重量%の硫酸中につけ電極に付着している空気
泡を除いて、電気二重層キャパシタを作った。北斗電工
製充放電装置と千野製作所製X−Tレコーダーを使用し
て、25℃以下において、157mAの定電流充放電サ
イクルテストを10回繰り返し、静電容量を測定した。
放電カーブから常法にて求めた電気量の平均値を作成し
たキャパシタの電気量とした。上記測定条件における電
気量を表1に示した。
【0013】〔実施例2〕ポリイミド樹脂フィルム(宇
部興産社製、「ユーピレックスR」25μm厚フィル
ム)を使用して、実施例1と同様の条件(熱処理温度は
900℃)で炭素粉末を得た。この炭素粉末の窒素吸着
量から求めた比表面積(SBET)は355m2 /g
で、この内、10Å以下細孔の表面積は130m2 /g
であった。実施例1と同様の条件で性能を測定し、電気
量を表1に示した。
【0014】〔実施例3〕ポリイミド樹脂フィルム(三
菱化成社製「ノバックス」75μm厚フィルム)を使用
して、実施例1と同様の条件(熱処理温度は900℃)
で炭素粉末を得た。この炭素粉末の窒素吸着量から求め
た比表面積(SBET)は14m2 /gで、この内、1
0Å以下細孔の表面積は14m2 /gであった。実施例
1と同様の条件で性能を測定し、電気量を表1に示し
た。
【0015】〔実施例4〕BTDA(ベンゾフェノンテ
トラカルボン酸2無水物)とTDI(トルエンジイソシ
アナート)から合成したポリイミド樹脂フィルム(60
μm厚)を使用して、実施例1と同様の条件(熱処理温
度は900℃)で炭素粉末を得た。この炭素粉末の窒素
吸着量から求めた比表面積(SBET)は215m2
gで、この内、10Å以下細孔の表面積は130m2
gであった。実施例1と同様の条件で性能を測定し、電
気量を表1に示した。
【0016】〔実施例5〕ポリエーテルイミド樹脂フィ
ルム(住友ベークライト社製「スミライト」25μm厚
フィルム)を使用して、実施例1と同様の条件(熱処理
温度は700℃,800℃,900℃,950℃)で炭
素粉末を得た。この炭素粉末の窒素吸着量から求めた比
表面積(SBET)は、700℃熱処理品;317m2
/g、800℃熱処理品;337m2 /g、900℃熱
処理品;147m2 /g、950℃熱処理品;38m2
/g、10Å以下細孔の表面積は、700℃熱処理品;
198m2 /g、800℃熱処理品;162m2 /g、
900℃熱処理品;36m2/g、950℃熱処理品;
16m2 /gであった。実施例1と同様の条件で性能を
測定し、電気量を表1に示した。
【0017】〔実施例6〕ポリエーテルエーテルケトン
樹脂フィルム(住友ベークライト社製「スミライト」2
5μm厚フィルム)を使用して、実施例1と同様の条件
(熱処理温度は700℃,800℃,900℃,950
℃)で炭素粉末を得た。この炭素粉末の窒素吸着量から
求めた比表面積(SBET)は、700℃熱処理品;5
63m2 /g、800℃熱処理品;539m2 /g、9
00℃熱処理品;540m2 /g、950℃熱処理品;
505m2 /g、10Å以下細孔の表面積は、700℃
熱処理品;424m2 /g、800℃熱処理品;433
2 /g、900℃熱処理品;418m2 /g、950
℃熱処理品;345m2 /gであった。実施例1と同様
の条件で性能を測定し、電気量を表1に示した。
【0018】〔実施例7〕液状ポリマーの射出成型体を
使用して、実施例1と同様の条件(熱処理温度は900
℃)で炭素粉末を得た。この炭素粉末の窒素吸着量から
求めた比表面積(SBET)は、482m2 /gでこの
内、10Å以下細孔の表面積は365m2/gであっ
た。実施例1と同様の条件で性能を測定し、電気量を表
1に示した。
【0019】〔実施例8〕特開昭61−233014に
準じて合成し、射出成型したポリフェニレン樹脂射出成
型体(3mm厚)を0.5〜3mmの粒状に破砕したも
のを使用して、実施例1と同様の条件(熱処理温度は7
00℃,900℃,1000℃)で炭素粉末を得た。こ
の炭素粉末の窒素吸着量から求めた比表面積(SBE
T)は510m2 /gで、この内、10Å以下細孔の表
面積は380m2 /gであった。実施例1と同様の条件
で性能を測定し、電気量を表1に示した。
【0020】〔比較例1〕実施例4と同様の条件で合成
したポリイミド樹脂(粉状)を使用して、実施例1と同
様の条件(熱処理温度は900℃)で炭素粉末を得た。
この炭素粉末の窒素吸着量から求めた比表面積(SBE
T)は200m2 /gで、この内、10Å以下細孔の表
面積は60m2 /gであった。実施例1と同様の条件で
性能を測定し、電気量を表1に示した。
【0021】〔比較例2〕市販活性炭(クラレ「YP1
7」)を使用して、実施例1と同様の条件で性能を測定
し、電気量を表1に示した。 〔実施例9〕ポリイミド樹脂フィルム(デュポン社製
「カプトン」51μm厚フィルム)を実施例1と同様の
条件(熱処理温度は700℃)で炭素粉末を得た。この
炭素粉末の窒素吸着量から求めた比表面積(SEBT)
は489m2 /gで、この内、10Å以下細孔の表面積
は388m2 /gであった。実施例1と同様の条件で性
能を測定し、電気量を表2に示した。また、この炭素粉
末に導電性カーボンブラックを5wt%,10wt%,
15wt%,28wt%混ぜて、実施例1と同様の条件
で性能を測定し、電気量を表2に示した。
【0022】〔実施例10〕実施例5で製造したポリエ
ーテルイミド樹脂700℃熱処理の炭素粉末に導電性カ
ーボンブラックを10wt%混ぜて、実施例1と同様の
条件で性能を測定し、電気量を表2に示した。 〔実施例11〕実施例6で製造したポリエーテルエーテ
ルケトン樹脂700℃熱処理の炭素粉末に導電性カーボ
ンブラックを10wt%混ぜて、実施例1と同様の条件
で性能を測定し、電気量を表2に示した。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来よ
り大きい静電容量を持つ電気二重層キャパシターを提供
することができる。その結果、用途を、モーターの補助
電源等の大きい放電電流が求められる分野にまで拡大す
ることができ、工業的利用上の価値は、非常に大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C04B 38/00 303 Z C08J 7/00 301 (72)発明者 二宮 友子 神奈川県横浜市緑区鴨志田町1000番地 三 菱化成株式会社総合研究所内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 耐熱性樹脂の延伸成型体を熱処理してな
    ることを特徴とする炭素質多孔体。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の炭素質多孔体を用いるこ
    とを特徴とする電気二重層コンデンサー用電極。
  3. 【請求項3】 耐熱性樹脂がポリイミド、ポリアミド、
    ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテル
    サルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ビスマレイミ
    ドトリアジン、アラミド、フッ素、ポリフェニレン、ポ
    リフェニレンスルフィド樹脂等の連続使用温度が140
    ℃以上の樹脂のうち1種を用いることを特徴とした請求
    項1記載の多孔体。
  4. 【請求項4】 熱処理前のH/C比が3×10-2〜7×
    10-2である耐熱性樹脂を使用することを特徴とした請
    求項1又は3記載の多孔体。
  5. 【請求項5】 耐熱性樹脂の熱処理が500〜1200
    ℃、好ましくは700〜1000℃であることを特徴と
    した請求項1、3又は4記載の多孔体。
  6. 【請求項6】 炭素質多孔体をそのまま又は粉砕後、成
    型して得た電極を使用することを特徴とする請求項2記
    載の電気二重層コンデンサー用電極。
  7. 【請求項7】 炭素質多孔体の全表面積のうち35%以
    上が直径10Å以下の細孔によるものであることを特徴
    とする請求項1、3、4又は5記載の多孔体。
JP6123728A 1994-06-06 1994-06-06 炭素質多孔体及びこれを使用した電気二重層コンデンサー用電極 Pending JPH07335501A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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