JPH08107047A - 電気二重層キャパシタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 負極に用いる活性炭素材の比表面積が５
００ｍ² ／ｇ〜１５００ｍ² ／ｇ、正極に用いる活性炭
素材の比表面積が１０００ｍ² ／ｇ〜２５００ｍ² ／ｇ
以下で、且つ負極に用いる活性炭素材の比表面積が正極
に用いる活性炭素材の比表面積より小さい、電気二重層
キャパシタ。 活性炭素材が活性炭素繊維であるこ
と。 負極に用いる活性炭素材の重量割合が正極に用
いる活性炭素材に対して０．４〜０．９であること。 【効果】既存の電気二重層キャパシタと比較して負極に
使用する活性炭素材の比表面積が小さくてすむ。さらに
負極の活性炭素材の重量は正極のそれの７割程度で良
い。そのために、従来のキャパシタの負極と比較して体
積において約半分程度にできる。これにより、キャパシ
タ全体の体積を大幅に小さくできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は活性炭素材、特に活性
炭、活性炭素繊維を分極性電極に使用する改良された電
気二重層キャパシタに関するものである。より詳細に
は、本発明の電気二重層キャパシタは、比表面積の異な
る活性炭素材を分極性電極に使用したので、高い容量当
たりの出力が得られる利点がある。

【０００２】

【従来の技術】近年，比表面積の大きな活性炭素材（こ
こで活性炭、活性炭素繊維などを総括して活性炭素材と
定義する）を分極性電極として使用した電気二重層キャ
パシタの開発が積極的に行われている。電気二重層キャ
パシタとは、活性炭素材表面と電解液との間に形成され
る電気二重層を利用した大容量のコンデンサーである。

【０００３】電気二重層キャパシタは充放電に通常の二
次電池の様な化学反応を伴わないために、二次電池と比
較して内部抵抗が格段に低くエネルギー密度が低い割り
には出力密度が高くて、大電流放電が可能である利点が
ある。さらに、充放電回数の制限が無いという特徴も有
している。

【０００４】ただ、電気二重層キャパシタの最大の問題
点はエネルギー密度が低くて高い出力容量が得難いこと
であって、この点を改良すべくこれまでに種々の検討が
なされている。また、活性炭素材を分極性電極とする電
気二重層キャパシタでは、電解液としてプロピレンカー
ボネート等の有機系極性溶媒に過塩素酸リチウム等の電
解質を溶解させた非水性（有機系）液を用いる場合や、
硫酸水溶液や水酸化カリウム水溶液等の水性液を用いる
場合もあり、その電解液の面からの検討もなされてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】今後，期待されるキャ
パシタの用途として自動車のエンジン始動用があるが、
このような大電流放電が必要とされる用途においては、
上記電気二重層キャパシタが有望とされ、その性能の向
上が要求されている。

【０００６】一般的に、電気二重層キャパシタの分極性
電極に使用する活性炭素材の単位重量あたりのキャパシ
タ容量は、活性炭素材の比表面積に比例すると言われて
おり、その単位重量あたりのキャパシタ容量を上げるた
めには比表面積の高い活性炭素材を使用する必要があ
る。

【０００７】一方、活性炭素材の比表面積を上げた場合
には活性炭素材そのものの充填密度が低下する。このた
め活性炭素材の単位体積あたりのキャパシタ容量を最も
多くするためには最適な比表面積が存在することがすで
に知られている（特開平５−８２３９５号公報）。しか
し、電極の素材となる活性炭の比表面積を２０００ｍ²
／ｇ以上とする必要があり、収率が極端に低く、かつ体
積が大きくなる問題があった。

【０００８】

【問題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
種々検討した結果、分極性電極に用いる活性炭素材の比
表面積を異ならせる、特に負極に用いる活性炭素材の比
表面積を正極に用いるそれよりも小さくし、かつ両電極
に用いる活性炭素材の最適比表面積を見出すことによっ
て、比較的小さい比表面積の活性炭素材を用いてもキャ
パシタの単位重量（容量）あたりのキャパシタ出力容量
を向上させることが可能となることを見出し、本発明を
完成するに至った。

【０００９】すなわち、本発明は： 活性炭素材よりなる電極を両極に用いる電気二重層
キャパシタにおいて、負極に用いる活性炭素材の比表面
積が５００ｍ² ／ｇ〜１５００ｍ² ／ｇ、正極に用いる
活性炭素材の比表面積が１０００ｍ² ／ｇ〜２５００ｍ
² ／ｇで、且つ負極に用いる活性炭素材の比表面積が正
極に用いる活性炭素材の比表面積より小さい電気二重層
キャパシタを提供する。また、 活性炭素材が活性炭素繊維である点にも特徴を有す
る。また、 活性炭素材よりなる電極を両極に用いる電気二重層
キャパシタにおいて、負極に用いる活性炭素材の重量割
合が正極に用いる活性炭素材に対して０．４〜０．９で
ある、電気二重層キャパシタを提供する。

【００１０】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
電気二重層キャパシタは、低内部抵抗であり、キャパシ
タの単位重量（容量）あたりのキャパシタ容量が高くて
蓄電エネルギー量が大きいために，特に自動車のエンジ
ン始動用等の大電流放電が必要な用途に適している。な
お，ここでいう比表面積とは、ＢＥＴ法により測定し、
測定精度を考慮して十の位を四捨五入して百の桁から表
示したものを指す。

【００１１】図５は、本発明の電気二重層キャパシタの
代表的構造を示す模式図である。図５において、１は正
極、２は負極、３はステンレス蓋、４はステンレスケー
ス、５は封口体、６はセパレータ、７は電解液である。

【００１２】（Ａ）分極性電極に用いる活性炭素材の比
表面積：従来，電気二重層キャパシタの正極，負極両極
ともに同じ活性炭素材が使用されていたが，本発明者は
両極に使用する活性炭素材の比表面積を変化させた場合
におけるキャパシタ容量の変化について検討を重ねた結
果、本発明に到達したのである。

【００１３】すなわち、本発明の電気二重層キャパシタ
を構成する活性炭素材からなる分極性電極において、キ
ャパシタの単位重量当たりの出力容量は、負極に用いる
活性炭素材の比表面積が５００ｍ² ／ｇ〜１５００ｍ²
／ｇ、正極に用いる活性炭素材の比表面積が１０００ｍ
² ／ｇ〜２５００ｍ² ／ｇであって、且つ負極に用いる
活性炭素材の比表面積が正極に用いる活性炭素材の比表
面積より小さいことを特徴とする。

【００１４】本発明において、負極側の活性炭素材が正
極側よりも比表面積を低くすると良い理由について明確
には解明できていないが、活性炭素材に吸脱着するイオ
ンの大きさが関係していると推定される。即ち、正極に
対して負極表面にドープされるイオン種は、非水系、水
系の電解液を問わず正極にドープされるイオン種に比べ
サイズが小さいために、負極に用いる活性炭素材は比表
面積が発達していない細孔径の小さなものでも高いドー
プ能力を示すものと考えられるからである。

【００１５】負極に用いる活性炭素材の比表面積が５０
０ｍ² ／ｇ〜１５００ｍ² ／ｇ、好ましくは５００ｍ²
／ｇ〜１３００ｍ² ／ｇ、より好ましくは６００〜１２
００ｍ² ／ｇであるのが良い。負極に用いる活性炭素材
の比表面積が５００ｍ² ／ｇ未満では容量が小さく、一
方、該比表面積が１５００ｍ² ／ｇを超えるとそれ以上
比表面積を大きくしても容量増加が見られず、かえって
密度が低下するため好ましくない。

【００１６】すなわち、電気二重層キャパシタの体積あ
たりのキャパシタ容量を向上させるためには、活性炭素
材の重量あたりのキャパシタ容量が同一の場合、上記の
ように負極材として比表面積の小さい活性炭素材を使用
する方が良い。これは、活性炭素材の見かけの密度は比
表面積が小さいほど高くなり、電極の嵩密度も高くなる
ためである。

【００１７】また、正極に用いる活性炭素材の比表面積
が１０００〜２５００ｍ² ／ｇ、好ましくは１０００〜
２３００ｍ² ／ｇ、より好ましくは１２００〜２２００
ｍ²／ｇであるのが良い。正極に用いる活性炭素材の比
表面積が１０００ｍ² ／ｇ未満では容量が小さく、一
方、該比表面積が２５００ｍ² ／ｇを超えると該活性炭
素材の収率が極端に小さくなり実使用上好ましくない。

【００１８】電解液として硫酸水溶液のような水性溶液
を使用した場合には負極に使用する活性炭素材の比表面
積としては、５００〜１２００ｍ² ／ｇ、特に好ましく
は６００〜１０００ｍ² ／ｇのものを、また正極に使用
する活性炭素材の比表面積としては、１２００〜１６０
０ｍ² ／ｇ程度のものを使用するのが良い。電解液とし
て過塩素酸リチウムのプロピレンカーボネート溶液のよ
うな非水性溶液を使用する場合には、正極の活性炭素材
としては１８００〜２２００ｍ² ／ｇ程度のものを使用
し、負極の活性炭素材としては１２００〜１６００ｍ²
／ｇ程度のものを使用することが好ましい。

【００１９】このように、分極性電極を構成する活性炭
素材が効率よく作用するためには、負極に用いる活性炭
素材の比表面積が正極に使用する活性炭素材の比表面積
より小さいことが必要な要件である。本発明に使用する
活性炭素材には、活性炭、活性炭素繊維などが含まれ、
該活性炭の形態としては粉末状、粒状などが、また活性
炭素繊維としては短繊維、ミルド、フィラメントなど任
意の形状のものが使用できる。

【００２０】ここで活性炭とは、オガ屑、ヤシガラ等の
天然物、石炭等から得られる芳香族系多環縮合物、フェ
ノール樹脂などの合成樹脂を常法によって炭化・賦活し
たものを指す。ここで活性炭素繊維とは、石炭、石油等
のピッチ、フェノール系、アクリル系、芳香族ポリアミ
ド系、セルロース系等の繊維を常法により炭化・賦活し
たものを指す。

【００２１】本発明においては，これらの原料に特に限
定されるものではないが，特に好ましく使用されるのは
活性炭素繊維である。活性炭素繊維は比表面積の調整や
細孔分布の調整が容易に行うことができ、且つ比表面積
の大きなものの製造も容易である。また、活性炭素繊維
はシート状の形態に成形し易いという利点も有してい
る。

【００２２】なお、比表面積が小さい場合、例えば８０
０ｍ² ／ｇ程度のものでは上記の活性炭素繊維の製造上
必要な所謂賦活処理を行うこと無く、６００〜１０００
℃程度の低温熱処理（乾留）を行うだけで十分であり、
このような炭化処理品も本発明に用いることができる。

【００２３】本発明に係る比表面積が種々異なる活性炭
素材を製造するには、特に賦活の際の温度と時間などを
種々変更することにより、意図する比表面積の活性炭素
材が得られる。本発明において使用される活性炭素繊維
の原料は、好ましくはフェノール系或いはピッチ系、特
に石油ピッチ系のものを使用するのが良い。これらの原
料を使用した場合には、活性炭素繊維の比表面積を調整
しやすく、且つ賦活収率も高く有利である。

【００２４】本発明において活性炭素材電極を作製する
方法は特に限定されないが、従来知られている活性炭素
材電極の製造手法をそのまま使用することが出来る。例
えば、活性炭の場合、シート状に圧延したシート状物、
粉末状の活性炭を焼結したもの、活性炭の粉末と硫酸水
溶液とを混合しペースト状にし、アルミ基板に薄膜状に
積層したもの（特開昭６３−２４４６０９号公報、特開
平２−１７４２１０号公報）、フェノール樹脂成形体を
発泡・炭化・賦活した後に電解液を含浸したものなどが
挙げられる。

【００２５】また、活性炭素繊維の場合、不織布状、織
布状に適用するものや、活性炭素繊維の織布を使用し，
電解液を含浸するもの（特開昭６４−８２５１４号公
報）等を挙げることができる。

【００２６】（Ｂ）電解液：本発明に使用できる非水性
系電解液とは、溶媒としては非プロトン性でかつ高誘電
率のものが用いられる。具体例として、プロピレンカー
ボネート、γ−ブチロラクトン、ジメチルスルフォキシ
ド、ジメチルフォルムアミド、アセトニトリル、エチレ
ンカーボネート、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタ
ン等を挙げることが出来る。これらの非水性溶媒は一種
または二種以上の混合溶媒として用いることができる。

【００２７】さらに、これら非水性溶媒中で使用される
電解質としては、金属の陽イオン、４級アンモニウムカ
チオン、カルボニウムカチオン等の陽イオンと陰イオン
の塩を挙げることが出来る。ここで用いられる陰イオン
としては、例えばＣｌＯ₄ ^-、ＢＦ₄ ^- 、ＰＦ₄ ^- 、Ｐ
Ｆ₆ ^- 、ＡｓＦ₆ ^- 等が挙げられる。具体的な電解質と
して、例えばＬｉＣｌＯ₄ 、ＢｕＮ・ＣｌＯ₄ 、ＮａＢ
Ｆ₄ 等を挙げうる。

【００２８】本発明に使用する水性系電解液とは溶媒と
して水を使用したものである。その水性系電解液に用い
る電解質として、例えばＮａＣｌ、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、
ＨＣｌ、Ｈ₂ ＳＯ₄ 等を挙げることができる。本発明に
使用する水系電解液は特に限定されないが，特に好まし
くは硫酸水溶液を使用するのが良い。硫酸水溶液を使用
した場合には、各種の電解液の中でも活性炭素材の単位
重量あたりのキャパシタ容量が高くなるので好ましい。

【００２９】本発明に使用する電解液としては、非水性
（有機極性溶媒）系又は水性系のいずれのものも使用す
ることが出来る。なかでも、電解液として水系を用いる
と、負極材のコスト面からも好ましい。また、電解液と
して水性溶液、特に硫酸水溶液を使用すると、キャパシ
タの出力容量の向上が大きい。

【００３０】電解液中の電解質の濃度は特に限定されな
いが水性系の場合には１０重量％〜６０重量％、好まし
くは２０重量％〜４０重量％とするのが良い。非水性溶
媒の場合の電解質の濃度は０．５Ｍ／Ｌ〜３Ｍ／Ｌ、好
ましくは１Ｍ／Ｌ〜２Ｍ／Ｌの範囲が望ましい。

【００３１】（Ｃ）分極性電極に用いる活性炭素材の重
量比：また、本発明においては、上記のように両極に比
表面積の異なる活性炭素材を用いることを特徴とするも
のであるが、或いは従来技術と同じように両極に同じ比
表面積の活性炭素材を使用するなど本発明の範囲外の場
合でも、負極の活性炭素材の重量を正極の活性炭素材の
重量に比して大幅に減少させることによりキャパシタの
重量あるいは容量あたりの出力容量を向上させることも
できる。

【００３２】もちろん、本発明の場合に上記ケースを適
用すれば、より一層のキャパシタの出力容量の向上を図
ることができる。すなわち、負極に用いる活性炭素材の
重量割合を正極に用いる活性炭素材に対して０．４〜
０．９、好ましくは０．５〜０．８とすることが望まし
い。

【００３３】負極の活性炭素材の重量が正極の活性炭素
材の重量に対して０．４未満では容量が小さく実使用上
好ましくないし、０．９を超えると負極の活性炭素材の
重量が増加してもキャパシタの出力容量が殆ど向上しな
く意味がない。電解液として硫酸水溶液のような水性溶
液を使用した場合には、負極活性炭素材の量は、正極の
活性炭素材に対して０．５以上０．７以下であることが
好ましい。

【００３４】また、電解液としてプロピレンカーボネー
ト、過塩素酸リチウムのような非水性溶液を使用した場
合には負極の活性炭素材の量は０．４以上０．９以下で
あることが好ましい。

【００３５】

【作用】 従来に比べ、負極に使用する活性炭素材の比表面積
を小さくできて収率が向上するとともに、その嵩密度が
高くなるため、負極そのものをより高嵩密度化出来る。
そのため、電気二重層キャパシタ中に占める負極の体積
を小さく出来る。 さらに、負極に使用する活性炭素材の重量を少なく
出来るため、負極そのものの占める体積を小さく出来
る。

【００３６】 負極の体積が小さくなった分従来と同
様の容量内で、正極の活性炭素材の重量を増やすことが
でき、３割程度のキャパシタ容量のアップが可能とな
る。 負極の活性炭素材の比表面積を小さくし、且つ正
極，負極両極に用いる活性炭素材の最適な比表面積及び
使用量を設計することが可能となり、キャパシタの容量
当りのコスト低減が可能となる。

【００３７】

【実施例】以下本発明を実施例によりさらに具体的に説
明するが，本発明はそれに限定されるものではない。 （実施例１）＜水性液−石油ピッチ系活性炭素繊維の使
用と比表面積の変化＞ 石油の分解残渣油を熱処理して得た軟化点２７０℃の光
学的等方性ピッチを幅２ｍｍのスリット中に直径０．２
ｍｍの紡糸孔を一列に１，０００個有する口金を用いて
紡糸してピッチ繊維を製造した。この紡出されたピッチ
繊維を捕集部分が３５メッシュのステンレス製金網で構
成されたベルトの背面から吸引してベルト上に捕集し
た。

【００３８】得られたピッチ繊維のマット状物を空気中
で平均昇温速度４℃／分で不融化処理を行った後、窒素
ガス中で６００℃で軽度炭化処理を行った。この軽度炭
化糸を用い、水蒸気中８００℃〜９５０℃の温度範囲で
１０分〜５０分間賦活処理を行い、比表面積４００ｍ²
／ｇ〜２５００ｍ² ／ｇの種々の石油ピッチ系活性炭素
繊維を作製した。

【００３９】上記の手法で得られた１８００ｍ² ／ｇの
比表面積を持つ活性炭素繊維４０ｍｇを正極とし、負極
には４００ｍ² ／ｇの活性炭素繊維１０ｍｇを用い、図
５に示す構造の電気二重層キャパシタを試作しその容量
の測定を行った。この様に、負極に対して４０ｍｇとい
う大過剰量の活性炭素繊維を正極に用いることにより、
キャパシタの容量は負極の活性炭のみに影響を受けるこ
とになり、最適な負極用活性炭素繊維の検討が可能とな
る。

【００４０】電解液としては３０重量％の硫酸水溶液を
用い、活性炭素繊維を硫酸水溶液に浸漬した後、この状
態で減圧処理を行うことにより活性炭素繊維に完全に電
解液を含浸させキャパシタを作製した。この様にして試
作したキャパシタを用い容量を測定したところ２０Ｆ／
ｇであった。

【００４１】活性炭素繊維１ｇ当りのキャパシタ容量と
は、正極に０．５ｇ、負極に０．５ｇの活性炭素繊維を
使用した場合のキャパシタの容量を指す。このため本実
験において測定した容量を２０ｍｇ（負極の活性炭素繊
維の使用量×２）で割ることにより活性炭素繊維１ｇ当
りの容量とした。

【００４２】次に、負極に５００ｍ² ／ｇの比表面積を
持つ活性炭素繊維を１０ｍｇ用い、正極は上記と同様１
８００ｍ² ／ｇの活性炭素繊維４０ｍｇで電気二重層キ
ャパシタを作製し、３９Ｆ／ｇの容量を得た。以下、同
様にして負極に使用する活性炭素繊維の比表面積を種々
変化させ，キャパシタ容量を測定した。その結果を図１
に示した。

【００４３】すなわち、図１は水性電解液使用時におけ
る、負極に使用する活性炭素繊維の比表面積を種々変化
させた時のキャパシタ容量の変化を示す。図１による
と、負極に用いる活性炭素繊維の比表面積が５００ｍ²
／ｇを超えたあたりから，キャパシタ容量が急速に増大
し、比表面積が８００ｍ² ／ｇでは５７Ｆ／ｇの容量に
達し、比表面積が１０００ｍ² ／ｇ以上の場合には比表
面積が増加しても容量の増加が極めて少なく、比表面積
が１２００ｍ² ／ｇを超えたあたりからほぼ一定した。

【００４４】同様な手法を用いて硫酸水溶液系における
正極の活性炭素繊維の比表面積のキャパシタ容量に及ぼ
す影響を検討した。すなわち、負極には比表面積が１０
００ｍ² ／ｇの石油ピッチ系活性炭素繊維を４０ｍｇ使
用し、正極には種々の比表面積を持つ活性炭素繊維を１
０ｍｇ用い、それぞれのキャパシタ容量を測定した。そ
の結果も図１に示した。活性炭素繊維の比表面積が１０
００ｍ² ／ｇを超える頃から容量は急速に増大し、比表
面積が１６００ｍ² ／ｇとなったあたりからほぼ一定し
た。

【００４５】( 実施例２) ＜非水性液−石油ピッチ系活
性炭素繊維の使用と比表面積の変化＞ 実施例１で得られた石油ピッチ系活性炭素繊維を用い、
実施例１と同様の手法で非水性溶媒系での検討を行っ
た。用いた電解液は、１Ｍ／Ｌの過塩素酸リチウムのプ
ロピレンカーボネート溶液を使用した。負極及び正極に
及ぼす比表面積の影響の測定結果を図２に示した。

【００４６】すなわち、図２は非水性電解液使用時にお
ける、負極に使用する活性炭素繊維の比表面積を種々変
化させた時のキャパシタ容量の変化を示したものであ
る。図２によると、負極に用いた活性炭素繊維の比表面
積が８００ｍ² ／ｇを超えたあたりからキャパシタ容量
が急激に増加し，比表面積が１４００ｍ² ／ｇを超えた
あたりからほぼ一定となり、２０００ｍ² ／ｇの場合に
３５Ｆ／ｇに達した。一方、正極の容量は比表面積が１
６００ｍ² ／ｇを超えたあたりから増大し、比表面積が
増大するに従い増加し、比表面積が２５００ｍ² ／ｇの
ときに３０Ｆ／ｇに達した。

【００４７】（実施例３）＜両極に同一比表面積の石油
ピッチ系活性炭素繊維の使用とその量比の変化＞ 実施例１において得られた種々の比表面積の石油ピッチ
系活性炭素繊維を用い、両極に同じ比表面積の活性炭素
繊維を用いたときの負極活性炭素繊維量の影響を検討し
た。

【００４８】電解液として３０重量％の硫酸水溶液を使
用し、１２００ｍ² ／ｇの活性炭素繊維を正極と負極に
それぞれ２０ｍｇ用いて電気二重層キャパシタを試作し
た後、その容量を測定し３４Ｆ／ｇを得た。

【００４９】次に、負極の活性炭素繊維量を１５ｍｇに
減少させ同様にキャパシタ容量の測定を行ったところ、
やはり３４Ｆ／ｇであった。以後、同様にして負極の活
性炭素繊維量を順次１ｍｇ程度つづ減らして行きキャパ
シタ容量の測定を繰り返したところ、１１ｍｇまではほ
とんど変化は無かったが、１０ｍｇすなわち正極に対し
て半分に減らしたところ、キャパシタ容量は３０Ｆ／ｇ
に減少した。

【００５０】この様に，正極２０ｍｇに対して負極の活
性炭素繊維量を１１ｍｇまで減少しても容量の減少が見
られなったことから、負極の適正量を１１ｍｇとし正極
に対する比率を１１／２０＝０．５５とした。同様にし
て、種々の比表面積の活性炭素繊維の場合の負極の適正
量を求めた。その結果を図３に示した。

【００５１】すなわち、図３は両極に同じ比表面積の活
性炭素繊維を使用した場合、負極の活性炭素繊維の適正
量の変化と比表面積の変化の傾向を示すグラフである。
図３に示されるように、同じ比表面積の活性炭素繊維を
用いた場合において、正極に対する適正な負極の活性炭
素繊維の量は、０．５〜０．７であった。さらに、電解
液として過塩素酸リチウムのプロピレンカーボネート溶
液を使用した非水系において、両極に同じ比表面積の活
性炭素繊維を用いたときの適正な負極の活性炭素繊維量
の検討を行った。その結果も図３に示した。この場合の
適正な負極の活性炭素繊維の量は正極の活性炭素繊維に
対して０．４〜０．９であった。

【００５２】( 実施例４) ＜水性・非水性液−フェノー
ル系活性炭素繊維の使用と比表面積の変化＞ ノボラック系フェノール樹脂（住友デュレズ製ＰＲ−５
３１９５）を１３０℃で溶融紡糸した。口数２５２，紡
糸口金直径０．２０ｍｍφ，巻取り速度５２０ｍ／分の
条件で紡糸を行い，１．９０ｄの未硬化フェノール樹脂
繊維を得た。

【００５３】該未硬化フェノール樹脂系繊維を２０重量
％塩酸と１５重量％のホルムアルデヒドからなる混合水
溶液に室温で浸漬し、昇温を開始した。９６℃の温度ま
で昇温した後にこの温度で８時間保持した。次いで、２
％のアンモニアと５０％のメタノールよりなる混合水溶
液に７０％で１時間浸漬した。この繊維を取り出し水洗
及び乾燥を行い、硬化したフェノール繊維を得た。

【００５４】この繊維は繊度が２．１ｄであって、強度
１９ｋｇ／ｍｍ² 、伸度４０％の物性を有していた。こ
の繊維をプロパンの燃焼ガス中で種々の条件で賦活を行
い、４００〜２５００ｍ² ／ｇの比表面積をもつフェノ
ール系活性炭素繊維を得た。この活性炭素繊維を用い、
電解液として硫酸水溶液を使用し、実施例１と同様にし
て負極及び正極の容量を求めたところ図１とほぼ同様の
傾向を示した。

【００５５】すなわち、負極容量においては、負極に用
いる活性炭素繊維の比表面積が５００ｍ² ／ｇを超えた
あたりから、キャパシタ容量が急速に増大し、比表面積
が１２００ｍ² ／ｇを超えたあたりからほぼ一定した。
また、正極容量に関しては、正極の活性炭素繊維の比表
面積が１０００ｍ² ／ｇを超える頃から容量は急速に増
大し、比表面積が１６００ｍ² ／ｇとなったあたりから
ほぼ一定した。

【００５６】さらに、電解液として１Ｍ／Ｌの過塩素酸
リチウムのプロピレンカーボネート溶液を用い、実施例
２と同様にして非水系における検討を行ったところ、図
２とほぼ同様の結果を得た。すなわち、負極容量は負極
に用いた活性炭素繊維の比表面積が８００ｍ² ／ｇを超
えたあたりからキャパシタ容量が急速に増加し、比表面
積が１４００ｍ² ／ｇを超えたあたりからほぼ一定とな
った。一方、正極の容量は比表面積が１６００ｍ² ／ｇ
を超えたあたりから増大し，比表面積が増大するに従い
増加した。

【００５７】( 実施例５) ＜水性・非水性液−活性炭の
使用と比表面積の変化＞ ヤシ殻を出発原料とし賦活処理を行い、比表面積４００
〜２０００ｍ² ／ｇの種々の比表面積の活性炭を得た。
この活性炭を用い実施例１及び実施例２と同様にして、
水性系及び非水性系における負極及び正極に用いる活性
炭の比表面積の容量に及ぼす影響を測定した。

【００５８】この時、次のような手順で粉末活性炭から
なる電極を作製した。すなわち、活性炭粉末に液状潤滑
材としてプロピレングリコールを加えて混合した後、Ｐ
ＴＦＥ水性ディスパージョン（ダイキン工業（株）製Ｄ
−１）を加え混練りを行った。このものを１ｍｍの厚さ
のシートに圧延成形し熱風乾燥した後、電気二重層キャ
パシタの電極とした。その結果は図１及び図２に示した
ものとほぼ同様のものであった。

【００５９】( 実施例６) ＜両極の比表面積が異なる石
油ピッチ系活性炭素繊維の使用と量比の変化＞ 実施例１と同様にして、正極に比表面積が１４００ｍ²
／ｇの石油ピッチ系活性炭素繊維を２０ｍｇ用い、負極
に８００ｍ² ／ｇの比表面積のものを用い、実施例３と
同様にして順次負極に使用する活性炭素繊維量を２０ｍ
ｇから順次減少させつつ容量を測定した。その結果を図
４に示した。

【００６０】なお、正極に比表面積１４００ｍ² ／ｇ、
負極に比表面積８００ｍ² ／ｇの活性炭素繊維を２０ｍ
ｇずつ用いた場合のキャパシタ容量を測定したところ３
９Ｆ／ｇであった。この容量をベースに容量比を求め
た。すなわち、図４は負極の活性炭素繊維の量の変化に
応じた出力容量の変化の傾向を示すグラフである。

【００６１】負極に用いる活性炭素繊維の比表面積を正
極の約１／２のものにしてもキャパシタとしての容量は
低下しないばかりか、図４によると正極に対する負極の
使用比率を７０％となるまで減少させてもキャパシタ容
量は低下しないことが分かった。

【００６２】( 実施例７) ＜両極の比表面積の異なる石
油ピッチ系活性炭素繊維ミルドの使用とその量比の変化
＞ 実施例１と同様にして、比表面積８００ｍ² ／ｇ及び１
４００ｍ² ／ｇの石油ピッチ系活性炭素繊維を得た。こ
の活性炭素繊維をジェットミルで粉砕して平均粒径２０
μｍの活性炭素繊維ミルドを得た。実施例５と同様にし
てこの活性炭素繊維ミルドにＰＴＦＥを加えシート化し
た後ロールプレスにより圧延し、比表面積８００ｍ² ／
ｇの活性炭素繊維ミルドからのものは０．４ｍｍ、比表
面積１４００ｍ² ／ｇの活性炭素繊維ミルドからのもの
は１．０ｍｍの厚みのシートを作製した。

【００６３】得られたシートの嵩密度を測定したとこ
ろ、比表面積が８００ｍ² ／ｇからのものは０．８ｇ／
ｃｍ³ と高密度のものであった。一方、１４００ｍ² ／
ｇからのものは０．５ｇ／ｃｍ³ であった。これらのシ
ートを直径１５ｍｍφの円形に打抜き、比表面積８００
ｍ² ／ｇの活性炭素繊維ミルドからの電極を負極とし、
比表面積１４００ｍ² ／ｇからのシートを正極として電
気二重層キャパシタを試作し、キャパシタ容量を測定し
たところ３７Ｆ／ｇの値を得た。この時、正極、負極に
用いられている活性炭素繊維ミルドの使用重量比率は正
極：負極＝１：０．６であった。

【００６４】( 比較例１)実施例７と同様にして比表面
積１４００ｍ² ／ｇの活性炭素繊維ミルドを用い、厚さ
０．７ｍｍ、嵩密度０．５ｇ／ｃｍ³ のシートを作製
し、これまでの常法通り正、負極両極に用い電気二重層
キャパシタを作製した。この時、正極、負極に用いられ
ている活性炭素繊維ミルドの使用重量比率は正極：負極
＝１：１であった。正極、負極の厚みの和は実施例７と
同じく１．４ｍｍであったが、キャパシタ容量を測定し
たところ２６Ｆ／ｇと実施例６に比べ３割少ないもので
あった。

【００６５】

【発明の効果】本発明の電気二重層キャパシタは既存の
電気二重層キャパシタと比較して負極に使用する活性炭
素材の比表面積が小さくてすむ。さらに負極の活性炭素
材の重量は正極のそれの７割程度で良い。そのために、
キャパシタの負極は従来の電気二重層キャパシタの負極
と比較し、体積において約半分程度にすることができ
る。これによりキャパシタ全体の体積を大幅に小さくす
ることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】水性電解液使用時における、両極に使用する活
性炭素繊維の比表面積を種々変化させ，得られたキャパ
シタ容量の変化をグラフに示す。

【図２】非水性電解液使用時における、両極に使用する
活性炭素繊維の比表面積を種々変化させ，得られたキャ
パシタ容量の変化をグラフに示す。

【図３】両極に同じ比表面積の活性炭素繊維を使用した
場合、負極の活性炭素繊維適正量の変化と比表面積の変
化の傾向を示すグラフである。

【図４】負極の活性炭素繊維適正量の変化に応じた出力
容量の変化の傾向を示すグラフである。

【図５】本発明の電気二重層キャパシタの代表的構造を
示す模式図である。

【符号の説明】

１ 正極 ２ 負極 ３ ステンレス蓋 ４ ステンレスケース ５ 封口体 ６ セパレータ ７ 電解液

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 活性炭素材よりなる電極を両極に用いる
   電気二重層キャパシタにおいて、負極に用いる活性炭素
   材の比表面積が５００ｍ² ／ｇ〜１５００ｍ² ／ｇ、正
   極に用いる活性炭素材の比表面積が１０００ｍ² ／ｇ〜
   ２５００ｍ² ／ｇ以下で、且つ負極に用いる活性炭素材
   の比表面積が正極に用いる活性炭素材の比表面積より小
   さいことを特徴とする、電気二重層キャパシタ。
2. 【請求項２】 活性炭素材が活性炭素繊維であることを
   特徴とする、請求項１記載の電気二重層キャパシタ。
3. 【請求項３】 活性炭素材よりなる電極を両極に用いる
   電気二重層キャパシタにおいて、負極に用いる活性炭素
   材の重量割合が正極に用いる活性炭素材に対して０．４
   〜０．９であることを特徴とする、請求項１又は２記載
   の電気二重層キャパシタ。