JPH0786098A - 活性炭電極およびその製造法 - Google Patents
活性炭電極およびその製造法Info
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- JPH0786098A JPH0786098A JP5186754A JP18675493A JPH0786098A JP H0786098 A JPH0786098 A JP H0786098A JP 5186754 A JP5186754 A JP 5186754A JP 18675493 A JP18675493 A JP 18675493A JP H0786098 A JPH0786098 A JP H0786098A
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- activated carbon
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 電気二重層キャパシタなどに用いる抵抗の小
さい活性炭電極を提供する。 【構成】 活性炭を結合剤で結合した電極本体と、前記
電極本体外表面の少なくとも半分を被覆する集電体から
構成される。この電極は、活性炭と炭化する結合剤を含
むペーストを容器状の集電体に注入し、乾燥後、加熱に
より結合剤を炭化して製造する。
さい活性炭電極を提供する。 【構成】 活性炭を結合剤で結合した電極本体と、前記
電極本体外表面の少なくとも半分を被覆する集電体から
構成される。この電極は、活性炭と炭化する結合剤を含
むペーストを容器状の集電体に注入し、乾燥後、加熱に
より結合剤を炭化して製造する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気二重層キャパシタ
や電池あるいはエレクトロクロミックディスプレイなど
の電気化学素子に用いる活性炭からなる電極およびその
製造法に関するものである。
や電池あるいはエレクトロクロミックディスプレイなど
の電気化学素子に用いる活性炭からなる電極およびその
製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術を電気二重層キャパシタを例
にとり説明する。電気二重層キャパシタは、分極性電極
として活性炭粉末もしくは活性炭繊維を用い、活性炭と
電解液との界面に生じる電気二重層を利用した大容量コ
ンデンサである。この電気二重層キャパシタは、小型で
大容量の充電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。
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溶解した有機溶液系電解液を
用いたものである。
にとり説明する。電気二重層キャパシタは、分極性電極
として活性炭粉末もしくは活性炭繊維を用い、活性炭と
電解液との界面に生じる電気二重層を利用した大容量コ
ンデンサである。この電気二重層キャパシタは、小型で
大容量の充電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。
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溶解した有機溶液系電解液を
用いたものである。
【０００３】粉末状活性炭を用いる場合は、一般に電解
質としての希硫酸を混合し、スラリー状のペーストにし
てキャパシタに組み込んでいる。この場合、活性炭の充
填密度を上げ、また活性炭どうしの接触抵抗を良好にす
るために、電極を加圧して密封する必要があり、そのた
め大きなケースが必要になり、また製造プロセスが複雑
になり、取扱い性が悪いなどの問題点があった。繊維状
活性炭を用いる場合は、粉末状活性炭よりもさらに充填
密度が低く、接触抵抗も大きい。そこで、構造が簡単で
エネルギー密度が高く、電極加圧手段を不要とするよう
な分極性電極として、活性炭を結合剤で結合した固形状
の活性炭電極が提案されている。
質としての希硫酸を混合し、スラリー状のペーストにし
てキャパシタに組み込んでいる。この場合、活性炭の充
填密度を上げ、また活性炭どうしの接触抵抗を良好にす
るために、電極を加圧して密封する必要があり、そのた
め大きなケースが必要になり、また製造プロセスが複雑
になり、取扱い性が悪いなどの問題点があった。繊維状
活性炭を用いる場合は、粉末状活性炭よりもさらに充填
密度が低く、接触抵抗も大きい。そこで、構造が簡単で
エネルギー密度が高く、電極加圧手段を不要とするよう
な分極性電極として、活性炭を結合剤で結合した固形状
の活性炭電極が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述の固形状の分極性
電極を用いた電気二重層キャパシタにおいては、活性炭
どうしの接触は良くなり接触抵抗は減少するものの、固
形状分極性電極と集電体との接触は不均一であり、両者
間の接触抵抗は大となり勝ちである。その結果、電気二
重層キャパシタ全体として考えた場合の内部抵抗は、増
大してしまう。
電極を用いた電気二重層キャパシタにおいては、活性炭
どうしの接触は良くなり接触抵抗は減少するものの、固
形状分極性電極と集電体との接触は不均一であり、両者
間の接触抵抗は大となり勝ちである。その結果、電気二
重層キャパシタ全体として考えた場合の内部抵抗は、増
大してしまう。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するもので、活性炭を結合剤で結合した電極本体と、
前記電極本体外表面の少なくとも半分を被覆する集電体
により活性炭電極を構成する。
決するもので、活性炭を結合剤で結合した電極本体と、
前記電極本体外表面の少なくとも半分を被覆する集電体
により活性炭電極を構成する。
【０００６】また、本発明の活性炭電極の製造法は、結
合剤を溶剤に溶解した溶液に活性炭を分散させ、この分
散液を容器状に成形した集電体に注入し、乾燥後、炭化
する工程を有する。また、前記乾燥工程に先立って脱気
する工程を有する。さらに、本発明の活性炭電極の製造
法は、活性炭と結合剤との混合物を所定の形状に加圧成
形し、炭化して電極本体を得る工程、この電極本体に集
電体を接着する工程を有する。
合剤を溶剤に溶解した溶液に活性炭を分散させ、この分
散液を容器状に成形した集電体に注入し、乾燥後、炭化
する工程を有する。また、前記乾燥工程に先立って脱気
する工程を有する。さらに、本発明の活性炭電極の製造
法は、活性炭と結合剤との混合物を所定の形状に加圧成
形し、炭化して電極本体を得る工程、この電極本体に集
電体を接着する工程を有する。
【０００７】
【作用】上記の構成による活性炭電極において、電極本
体と集電体間の接触抵抗が低下する。また、電極本体と
集電体間の接触面積が増大することにより集電効果が増
し、電極体としての抵抗が低下する。特に、活性炭を分
散した結合剤の溶液を容器状の集電体に注入する方法を
とる製造方法による場合は、電極本体と集電体との密着
が良好になる。さらに、炭化工程に先立って脱気する工
程を入れることにより、電極本体はその緻密度が向上す
るとともに集電体との密着がより良好となる。従って、
本発明の活性炭電極を用いた電気二重層キャパシタ等の
電気化学素子の内部抵抗を低減することができる。
体と集電体間の接触抵抗が低下する。また、電極本体と
集電体間の接触面積が増大することにより集電効果が増
し、電極体としての抵抗が低下する。特に、活性炭を分
散した結合剤の溶液を容器状の集電体に注入する方法を
とる製造方法による場合は、電極本体と集電体との密着
が良好になる。さらに、炭化工程に先立って脱気する工
程を入れることにより、電極本体はその緻密度が向上す
るとともに集電体との密着がより良好となる。従って、
本発明の活性炭電極を用いた電気二重層キャパシタ等の
電気化学素子の内部抵抗を低減することができる。
【０００８】本発明の電極に用いる集電体としては、特
に可撓性黒鉛シートが好ましい。可撓性黒鉛シートは、
例えば黒鉛粉末をいったん層間化合物とし、急熱するこ
とにより膨張黒鉛とし、これを成形することによって得
られる。このように、結晶層に垂直な方向に膨張させた
後、垂直軸に角度を設けて圧延してシート状にした黒鉛
シートである。従って、この可撓性黒鉛シートを集電体
に用いると、シートの面と平行な方向に黒鉛結晶のα−
層が揃っており、電気伝導度がよく、電極の内部抵抗は
低減される。金属を可撓性黒鉛で被覆し、金属への電解
液の浸透を防いだ金属ラミネート可撓性黒鉛シートは、
さらに電気伝導度が良い。集電体として用いる可撓性黒
鉛のシートは、比重０．７ｇ／ｃｍ3〜１．９ｇ／ｃｍ3
のものが適当である。
に可撓性黒鉛シートが好ましい。可撓性黒鉛シートは、
例えば黒鉛粉末をいったん層間化合物とし、急熱するこ
とにより膨張黒鉛とし、これを成形することによって得
られる。このように、結晶層に垂直な方向に膨張させた
後、垂直軸に角度を設けて圧延してシート状にした黒鉛
シートである。従って、この可撓性黒鉛シートを集電体
に用いると、シートの面と平行な方向に黒鉛結晶のα−
層が揃っており、電気伝導度がよく、電極の内部抵抗は
低減される。金属を可撓性黒鉛で被覆し、金属への電解
液の浸透を防いだ金属ラミネート可撓性黒鉛シートは、
さらに電気伝導度が良い。集電体として用いる可撓性黒
鉛のシートは、比重０．７ｇ／ｃｍ3〜１．９ｇ／ｃｍ3
のものが適当である。
【０００９】本発明の活性炭電極材料としては、フェノ
ール樹脂系活性炭等の活性炭を粉末状、繊維状または顆
粒状で用いることができる。また、電極本体に用いる、
加熱により炭化する結合剤として、フェノール樹脂やピ
ッチなど硬化温度以下で溶融する熱硬化型のものが適当
である。また、あらかじめ電極材料を成形、炭化して得
た電極本体を集電体に接着する接着剤としては、フェノ
ール樹脂系カーボン接着剤など、電気伝導性を有するも
のが用いられる。
ール樹脂系活性炭等の活性炭を粉末状、繊維状または顆
粒状で用いることができる。また、電極本体に用いる、
加熱により炭化する結合剤として、フェノール樹脂やピ
ッチなど硬化温度以下で溶融する熱硬化型のものが適当
である。また、あらかじめ電極材料を成形、炭化して得
た電極本体を集電体に接着する接着剤としては、フェノ
ール樹脂系カーボン接着剤など、電気伝導性を有するも
のが用いられる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は偏
平な箱形に成形した集電体１を示し、図２は集電体１内
に電極本体２が一体に結合された活性炭電極を示してい
る。
平な箱形に成形した集電体１を示し、図２は集電体１内
に電極本体２が一体に結合された活性炭電極を示してい
る。
【００１１】［実施例１］集電体として、比重１．１ｇ
／ｃｍ3の可撓性黒鉛のシートを用いる。なお、可撓性
黒鉛は、結晶層に垂直な方向に膨潤させた後、垂直軸に
角度を設けて圧延してシート状にしたものである。この
厚さ約０．４ｍｍの可撓性黒鉛シートを底面５０ｍｍ×
５０ｍｍ、高さ５ｍｍの箱状に成形し、フェノール樹脂
系カーボン接着剤により接着して図１のような集電体と
する。分極性電極作製用ペーストとして、粒径５μｍの
フェノール樹脂系活性炭粉末に、結合剤としてフェノー
ル樹脂を重量比で３０％混合し、これらを重量比で等倍
量の溶剤２−メトキシエタノールに混練し、活性炭を分
散させたペースト状のフェノール樹脂溶液を調製する。
集電体中に上記の分極性電極作製用ペーストをいっぱい
に注入し、１５分の風乾の後、７０℃で１５分、１８０
℃で１５分乾燥させる。得られた乾燥品を不活性ガス雰
囲気下において８００℃で加熱しフェノール樹脂を炭化
することによって電極体を得る。
／ｃｍ3の可撓性黒鉛のシートを用いる。なお、可撓性
黒鉛は、結晶層に垂直な方向に膨潤させた後、垂直軸に
角度を設けて圧延してシート状にしたものである。この
厚さ約０．４ｍｍの可撓性黒鉛シートを底面５０ｍｍ×
５０ｍｍ、高さ５ｍｍの箱状に成形し、フェノール樹脂
系カーボン接着剤により接着して図１のような集電体と
する。分極性電極作製用ペーストとして、粒径５μｍの
フェノール樹脂系活性炭粉末に、結合剤としてフェノー
ル樹脂を重量比で３０％混合し、これらを重量比で等倍
量の溶剤２−メトキシエタノールに混練し、活性炭を分
散させたペースト状のフェノール樹脂溶液を調製する。
集電体中に上記の分極性電極作製用ペーストをいっぱい
に注入し、１５分の風乾の後、７０℃で１５分、１８０
℃で１５分乾燥させる。得られた乾燥品を不活性ガス雰
囲気下において８００℃で加熱しフェノール樹脂を炭化
することによって電極体を得る。
【００１２】［実施例２］実施例１と同様な方法で集電
体を成形し、分極性電極作製用ペーストを調製する。実
施例１と同様な方法で集電体中に分極性電極作製用ペー
ストを注入し、１５分の風乾、１５分の真空脱気の後、
７０℃で１５分、１８０℃で１５分乾燥させる。得られ
た乾燥品を不活性ガス雰囲気下において８００℃で加熱
しフェノール樹脂を炭化することによって電極体を得
る。
体を成形し、分極性電極作製用ペーストを調製する。実
施例１と同様な方法で集電体中に分極性電極作製用ペー
ストを注入し、１５分の風乾、１５分の真空脱気の後、
７０℃で１５分、１８０℃で１５分乾燥させる。得られ
た乾燥品を不活性ガス雰囲気下において８００℃で加熱
しフェノール樹脂を炭化することによって電極体を得
る。
【００１３】［実施例３］実施例１と同様な方法で集電
体を成形する。一方、分極性電極材料として、粒径５μ
ｍのフェノール樹脂系活性炭粉末に、結合剤としてフェ
ノール樹脂を重量比で３０％混合した粉末を調製する。
この分極性電極材料をプレス金型内に入れ、プレス圧１
２０ｋｇ／ｃｍ2、プレス温度１８０℃の条件下でプレ
ス成形する。こうして得られた大きさ５０ｍｍ×５０ｍ
ｍ、厚さ約５ｍｍの成形品を不活性ガス雰囲気下におい
て８００℃で加熱しフェノール樹脂を炭化することによ
って分極性電極本体を得る。この分極性電極本体をフェ
ノール樹脂系カーボン接着剤を用いて前記集電体に接着
することにより電極体を得る。
体を成形する。一方、分極性電極材料として、粒径５μ
ｍのフェノール樹脂系活性炭粉末に、結合剤としてフェ
ノール樹脂を重量比で３０％混合した粉末を調製する。
この分極性電極材料をプレス金型内に入れ、プレス圧１
２０ｋｇ／ｃｍ2、プレス温度１８０℃の条件下でプレ
ス成形する。こうして得られた大きさ５０ｍｍ×５０ｍ
ｍ、厚さ約５ｍｍの成形品を不活性ガス雰囲気下におい
て８００℃で加熱しフェノール樹脂を炭化することによ
って分極性電極本体を得る。この分極性電極本体をフェ
ノール樹脂系カーボン接着剤を用いて前記集電体に接着
することにより電極体を得る。
【００１４】［比較例］実施例３と同様な方法で分極性
電極を作製し、これを大きさ５０ｍｍ×５０ｍｍの平板
状の可撓性黒鉛シートにフェノール樹脂系カーボン接着
剤により接着して電極体を得る。
電極を作製し、これを大きさ５０ｍｍ×５０ｍｍの平板
状の可撓性黒鉛シートにフェノール樹脂系カーボン接着
剤により接着して電極体を得る。
【００１５】上記各実施例および比較例で得られた電極
体に電解液として３０ｗｔ％の硫酸水溶液を含浸し、ポ
リプロピレンの多孔膜からなるセパレータを介して対向
させ電気二重層キャパシタを組み立てる。これらの各電
気二重層キャパシタについて内部抵抗を測定した結果を
表１に示した。
体に電解液として３０ｗｔ％の硫酸水溶液を含浸し、ポ
リプロピレンの多孔膜からなるセパレータを介して対向
させ電気二重層キャパシタを組み立てる。これらの各電
気二重層キャパシタについて内部抵抗を測定した結果を
表１に示した。
【００１６】
【表１】
【００１７】表１から明らかなように、本発明の電極体
を用いた電気二重層キャパシタは、従来例と比較して、
内部抵抗が小さくなっていることがわかる。なお、上例
では電解液として硫酸水溶液を用いたが、有機溶液系電
解液を用いた場合も同様の効果が得られる。本発明の電
極体を用いることにより、電気二重層キャパシタにおい
て、分極性電極本体と集電体間の接触抵抗が低下する。
また、分極性電極本体と集電体間の接触面積が増大する
ことにより集電効果が増し、電極体としての抵抗が低下
する。よって、前記電極体を用いた電気二重層キャパシ
タの内部抵抗を低減することができる。また、集電体を
容器状に成形しその中に分極性電極作製用ペーストを注
入する製造法の場合、工程が簡素化され製造コストが安
価になる。
を用いた電気二重層キャパシタは、従来例と比較して、
内部抵抗が小さくなっていることがわかる。なお、上例
では電解液として硫酸水溶液を用いたが、有機溶液系電
解液を用いた場合も同様の効果が得られる。本発明の電
極体を用いることにより、電気二重層キャパシタにおい
て、分極性電極本体と集電体間の接触抵抗が低下する。
また、分極性電極本体と集電体間の接触面積が増大する
ことにより集電効果が増し、電極体としての抵抗が低下
する。よって、前記電極体を用いた電気二重層キャパシ
タの内部抵抗を低減することができる。また、集電体を
容器状に成形しその中に分極性電極作製用ペーストを注
入する製造法の場合、工程が簡素化され製造コストが安
価になる。
【００１８】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、電極体
としての抵抗が低下するため、従来より内部抵抗が小さ
い電気二重層キャパシタなどの電気化学素子を提供でき
る。
としての抵抗が低下するため、従来より内部抵抗が小さ
い電気二重層キャパシタなどの電気化学素子を提供でき
る。
【図１】本発明の実施例における集電体の斜視図であ
る。
る。
【図２】本発明の実施例における電極の斜視図である。
１ 集電体 ２ 電極本体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 昭彦 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 (4)
- 【請求項１】 活性炭を結合剤で結合した電極本体と、
前記電極本体外表面の少なくとも半分を被覆する集電体
からなることを特徴とする活性炭電極。 - 【請求項２】 活性炭を分散した、加熱により炭化する
結合剤の溶液を容器状の集電体中に注入し、乾燥後、加
熱により前記結合剤を炭化する工程を有することを特徴
とする活性炭電極の製造法。 - 【請求項３】 活性炭を分散した、加熱により炭化する
結合剤の溶液を容器状の集電体中に注入し、脱気、乾燥
後、加熱により前記結合剤を炭化する工程を有すること
を特徴とする活性炭電極の製造法。 - 【請求項４】 活性炭と加熱により炭化する結合剤の混
合物を加圧成形後、加熱により前記結合剤を炭化して電
極本体を得る工程と、この電極本体をその外表面の少な
くとも半分を覆う集電体に電気伝導性接着剤により接着
する工程を有することを特徴とする活性炭電極の製造
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5186754A JPH0786098A (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 活性炭電極およびその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5186754A JPH0786098A (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 活性炭電極およびその製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0786098A true JPH0786098A (ja) | 1995-03-31 |
Family
ID=16194061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5186754A Pending JPH0786098A (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 活性炭電極およびその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0786098A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6339529B1 (en) * | 1999-06-21 | 2002-01-15 | Nec Corporation | Electric double layer capacitor and method of forming the same |
-
1993
- 1993-06-29 JP JP5186754A patent/JPH0786098A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6339529B1 (en) * | 1999-06-21 | 2002-01-15 | Nec Corporation | Electric double layer capacitor and method of forming the same |
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