JPH0963905A - 電気二重層キャパシタおよびその製造方法 - Google Patents
電気二重層キャパシタおよびその製造方法Info
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- JPH0963905A JPH0963905A JP7220776A JP22077695A JPH0963905A JP H0963905 A JPH0963905 A JP H0963905A JP 7220776 A JP7220776 A JP 7220776A JP 22077695 A JP22077695 A JP 22077695A JP H0963905 A JPH0963905 A JP H0963905A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、高耐電圧かつ高信頼性の電気二重
層キャパシタおよびその製造方法を提供することを目的
とする。 【解決手段】 本発明の電気二重層キャパシタは、活性
炭および前記活性炭の表面の少なくとも一部に形成され
た酸化ケイ素あるいは金属酸化物からなる被覆層を含む
一対の分極性電極と、金属集電体と、前記分極性電極の
間に配置されたセパレータと、電解液と、外装ケースを
具備するものである。
層キャパシタおよびその製造方法を提供することを目的
とする。 【解決手段】 本発明の電気二重層キャパシタは、活性
炭および前記活性炭の表面の少なくとも一部に形成され
た酸化ケイ素あるいは金属酸化物からなる被覆層を含む
一対の分極性電極と、金属集電体と、前記分極性電極の
間に配置されたセパレータと、電解液と、外装ケースを
具備するものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電気二重層キャパシ
タおよびその製造方法に関するもので、特に耐電圧の高
い電気二重層キャパシタに関するものである。
タおよびその製造方法に関するもので、特に耐電圧の高
い電気二重層キャパシタに関するものである。
【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に形成される
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させた有
機溶液系電解液を用いたものである。図６および図７
は、それぞれ両者の代表例の構成を示すものである。水
溶液系キャパシタは、図６に示すように、分極性電極６
１および６２がセパレータ６５を挟んで対向して配さ
れ、分極性電極６１および６２の外側にはそれぞれ導電
電極６３および６４が配される。導電電極６３および６
４は絶縁ゴムケース６６により互いに絶縁される。分極
性電極６１および６２は活性炭粉末に濃硫酸水溶液を加
えて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７に
示す構成を有する。活性炭繊維の織布などからなる分極
性電極７１および７２は、その片面にそれぞれアルミニ
ウム溶射電極層７３および７４が形成される。これらの
分極性電極７１および７２を、それぞれアルミニウム溶
射電極層７３および７４を外側に向けてセパレータ７５
を挟んで対向して配置する。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
合溶液からなる電解液を含浸してコイン型ケース７６お
よび金属蓋７７中に配置し、絶縁性ガスケットリング７
８を介してハウジングしたものである。
て活性炭を用い、活性炭と電解液との界面に形成される
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させた有
機溶液系電解液を用いたものである。図６および図７
は、それぞれ両者の代表例の構成を示すものである。水
溶液系キャパシタは、図６に示すように、分極性電極６
１および６２がセパレータ６５を挟んで対向して配さ
れ、分極性電極６１および６２の外側にはそれぞれ導電
電極６３および６４が配される。導電電極６３および６
４は絶縁ゴムケース６６により互いに絶縁される。分極
性電極６１および６２は活性炭粉末に濃硫酸水溶液を加
えて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７に
示す構成を有する。活性炭繊維の織布などからなる分極
性電極７１および７２は、その片面にそれぞれアルミニ
ウム溶射電極層７３および７４が形成される。これらの
分極性電極７１および７２を、それぞれアルミニウム溶
射電極層７３および７４を外側に向けてセパレータ７５
を挟んで対向して配置する。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
合溶液からなる電解液を含浸してコイン型ケース７６お
よび金属蓋７７中に配置し、絶縁性ガスケットリング７
８を介してハウジングしたものである。
【０００３】電気二重層キャパシタの単セル当りの耐電
圧は、用いる電解液の電気化学的な分解電圧に支配され
る。この分解電圧は、電解液の持つ理論的な電圧に支配
されるが、一方で、分極性電極に用いる活性炭表面の活
性点もまた、電解液の電気化学的な分解を促進する役目
をする。このために、分極性電極材料としてどのような
特性の活性炭を用いるかが電解液の分解電圧を左右する
ことになる。換言すると、活性炭表面のカルボキシル
基、水酸基などの濃度が高いと、これらの官能基が活性
点となって電解液の分解を促進し、結果的にセル電圧を
低くすることになる。このような観点から、活性炭の熱
処理などによって表面酸性官能基濃度を低減し、高耐圧
セルを得る試みはこれまでに種々行われてきた。
圧は、用いる電解液の電気化学的な分解電圧に支配され
る。この分解電圧は、電解液の持つ理論的な電圧に支配
されるが、一方で、分極性電極に用いる活性炭表面の活
性点もまた、電解液の電気化学的な分解を促進する役目
をする。このために、分極性電極材料としてどのような
特性の活性炭を用いるかが電解液の分解電圧を左右する
ことになる。換言すると、活性炭表面のカルボキシル
基、水酸基などの濃度が高いと、これらの官能基が活性
点となって電解液の分解を促進し、結果的にセル電圧を
低くすることになる。このような観点から、活性炭の熱
処理などによって表面酸性官能基濃度を低減し、高耐圧
セルを得る試みはこれまでに種々行われてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、充放電
サイクルを繰り返した場合に初期の活性炭表面状態を維
持することが困難であり、長期にわたって高い耐電圧を
有するセルを得ることは不可能であった。また、電解液
そのものの分解電圧を高くすることも種々試みられてい
るが、長期のライフサイクルの観点から満足できるもの
は見つかっていない。
サイクルを繰り返した場合に初期の活性炭表面状態を維
持することが困難であり、長期にわたって高い耐電圧を
有するセルを得ることは不可能であった。また、電解液
そのものの分解電圧を高くすることも種々試みられてい
るが、長期のライフサイクルの観点から満足できるもの
は見つかっていない。
【０００５】電気二重層キャパシタに用いる電解液とし
ては、例えば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ロロボレートを溶解した非水系のも
のや、硫酸水溶液のような水系のものがあるが、上記課
題は両者いずれも共通するものであり、これを解決する
ことが大きなテーマである。セルに蓄積されるエネルギ
ーは１／２・ＣＶ2で算出される。ここでＣはキャパシ
タのセル当りの容量、Ｖはセルの印加可能電圧である
が、セル電圧Ｖはその値の二乗がエネルギーに反映され
るため、特に非水系の電解液を用いたとき、耐電圧をさ
らに高くでき、効果が大きくなる。本発明の目的は、活
性炭を分極性電極に用いた電気二重層キャパシタの耐電
圧を高くすることである。
ては、例えば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ロロボレートを溶解した非水系のも
のや、硫酸水溶液のような水系のものがあるが、上記課
題は両者いずれも共通するものであり、これを解決する
ことが大きなテーマである。セルに蓄積されるエネルギ
ーは１／２・ＣＶ2で算出される。ここでＣはキャパシ
タのセル当りの容量、Ｖはセルの印加可能電圧である
が、セル電圧Ｖはその値の二乗がエネルギーに反映され
るため、特に非水系の電解液を用いたとき、耐電圧をさ
らに高くでき、効果が大きくなる。本発明の目的は、活
性炭を分極性電極に用いた電気二重層キャパシタの耐電
圧を高くすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の電気二重層キャ
パシタは、活性炭および前記活性炭の表面の少なくとも
一部に形成された酸化ケイ素もしくは金属酸化物からな
る被覆層を含む一対の分極性電極と、金属集電体と、前
記分極性電極の間に配置されたセパレータと、電解液
と、外装ケースを具備するものである。このように、活
性炭表面を酸化ケイ素もしくは金属酸化物で被覆するこ
とにより、活性炭の活性点が引金となる電解液の分解を
抑制するものであり、この結果、セルの耐電圧が向上す
る。また、前記金属酸化物が、酸化アルミニウム、酸化
チタン、五酸化二タンタルおよび酸化ニオブからなる群
より選択される少なくとも一種であることが好ましい。
さらに、前記被覆層の厚さが１μｍ以下であることが好
ましい。活性炭表面に付着させる金属の酸化物は絶縁
体、誘電体もしくは高抵抗体であるが、トンネル効果に
より活性炭表面に電気二重層が形成されることは阻害さ
れない。また、前記活性炭が、繊維、バルク多孔体、粉
末または繊維の織布もしくは不織布であることが好まし
い。さらに、前記分極性電極が、アセチレンブラック、
カーボンブラック、ケッチェンブラックおよび酸化ルテ
ニウムからなる群より選択される少なくとも一種の導電
性改良剤を含むことが好ましい。
パシタは、活性炭および前記活性炭の表面の少なくとも
一部に形成された酸化ケイ素もしくは金属酸化物からな
る被覆層を含む一対の分極性電極と、金属集電体と、前
記分極性電極の間に配置されたセパレータと、電解液
と、外装ケースを具備するものである。このように、活
性炭表面を酸化ケイ素もしくは金属酸化物で被覆するこ
とにより、活性炭の活性点が引金となる電解液の分解を
抑制するものであり、この結果、セルの耐電圧が向上す
る。また、前記金属酸化物が、酸化アルミニウム、酸化
チタン、五酸化二タンタルおよび酸化ニオブからなる群
より選択される少なくとも一種であることが好ましい。
さらに、前記被覆層の厚さが１μｍ以下であることが好
ましい。活性炭表面に付着させる金属の酸化物は絶縁
体、誘電体もしくは高抵抗体であるが、トンネル効果に
より活性炭表面に電気二重層が形成されることは阻害さ
れない。また、前記活性炭が、繊維、バルク多孔体、粉
末または繊維の織布もしくは不織布であることが好まし
い。さらに、前記分極性電極が、アセチレンブラック、
カーボンブラック、ケッチェンブラックおよび酸化ルテ
ニウムからなる群より選択される少なくとも一種の導電
性改良剤を含むことが好ましい。
【０００７】本発明の電気二重層キャパシタの製造方法
は、ケイ素もしくは金属のアルコキシドを活性炭に付着
させる工程と、前記活性炭に付着した前記アルコキシド
を加水分解することによって前記活性炭の表面の少なく
とも一部に酸化ケイ素もしくは金属酸化物からなる被覆
層を形成する工程を有するものである。さらに、活性炭
を熱分解性の金属塩の溶液に浸漬し、前記金属塩を前記
活性炭に付着させる工程と、前記金属塩を加熱分解する
ことによって前記活性炭の表面の少なくとも一部に金属
酸化物からなる被覆層を形成する工程を有するものであ
る。また、粉末もしくは繊維状の活性炭の表面の少なく
とも一部に酸化ケイ素もしくは金属酸化物からなる被覆
層を形成する工程と、前記活性炭をシート状に成形する
工程を有するものである。さらに、粉末もしくは繊維状
の活性炭をシート状に成形する工程と、前記活性炭の表
面の少なくとも一部に酸化ケイ素もしくは金属酸化物か
らなる被覆層を形成する工程を有するものである。
は、ケイ素もしくは金属のアルコキシドを活性炭に付着
させる工程と、前記活性炭に付着した前記アルコキシド
を加水分解することによって前記活性炭の表面の少なく
とも一部に酸化ケイ素もしくは金属酸化物からなる被覆
層を形成する工程を有するものである。さらに、活性炭
を熱分解性の金属塩の溶液に浸漬し、前記金属塩を前記
活性炭に付着させる工程と、前記金属塩を加熱分解する
ことによって前記活性炭の表面の少なくとも一部に金属
酸化物からなる被覆層を形成する工程を有するものであ
る。また、粉末もしくは繊維状の活性炭の表面の少なく
とも一部に酸化ケイ素もしくは金属酸化物からなる被覆
層を形成する工程と、前記活性炭をシート状に成形する
工程を有するものである。さらに、粉末もしくは繊維状
の活性炭をシート状に成形する工程と、前記活性炭の表
面の少なくとも一部に酸化ケイ素もしくは金属酸化物か
らなる被覆層を形成する工程を有するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】次に本発明の具体的な実施例につ
いて述べる。 ［実施例１］直径１０μｍのフェノール系活性炭繊維
（比表面積２０００ｍ2／ｇ）からなる活性炭繊維織布
（目付け量１４０ｇ／ｍ2）の片面に、プラズマ溶射法
により厚さ１００μｍのアルミニウム層を形成する。こ
れを水に６０分間浸漬し、引き上げ後若干水分が残留し
た状態まで乾燥させる。引き続きテトラエトキシシラン
のエタノール溶液に１０分間浸漬する。引き上げ後、室
温で２４時間、さらに１７０℃で１時間処理する。この
ようにして、図１の（ａ）および（ｂ）に示すように、
活性炭繊維９表面に酸化ケイ素からなる被覆層１０を形
成する。図１は、上記処理による活性炭繊維の断面を拡
大して図示したものである。活性炭繊維９の表面には酸
化ケイ素からなる酸化物被覆層１０が存在する。この被
覆層１０は、厚さが数１０オングストローム〜１μｍで
あり、図１の（ａ）に示すように連続層であるか、また
は図１の（ｂ）に示すように断続層である。酸化ケイ素
は絶縁体ではあるが、１μｍ以下の厚さであれば、トン
ネル効果により活性炭繊維９表面に電気二重層が形成さ
れる。このようにして、活性炭繊維９の織布とその表面
に形成された被覆層１０からなる電極シートを得た。
いて述べる。 ［実施例１］直径１０μｍのフェノール系活性炭繊維
（比表面積２０００ｍ2／ｇ）からなる活性炭繊維織布
（目付け量１４０ｇ／ｍ2）の片面に、プラズマ溶射法
により厚さ１００μｍのアルミニウム層を形成する。こ
れを水に６０分間浸漬し、引き上げ後若干水分が残留し
た状態まで乾燥させる。引き続きテトラエトキシシラン
のエタノール溶液に１０分間浸漬する。引き上げ後、室
温で２４時間、さらに１７０℃で１時間処理する。この
ようにして、図１の（ａ）および（ｂ）に示すように、
活性炭繊維９表面に酸化ケイ素からなる被覆層１０を形
成する。図１は、上記処理による活性炭繊維の断面を拡
大して図示したものである。活性炭繊維９の表面には酸
化ケイ素からなる酸化物被覆層１０が存在する。この被
覆層１０は、厚さが数１０オングストローム〜１μｍで
あり、図１の（ａ）に示すように連続層であるか、また
は図１の（ｂ）に示すように断続層である。酸化ケイ素
は絶縁体ではあるが、１μｍ以下の厚さであれば、トン
ネル効果により活性炭繊維９表面に電気二重層が形成さ
れる。このようにして、活性炭繊維９の織布とその表面
に形成された被覆層１０からなる電極シートを得た。
【０００９】これを用いて、図２に示す電気二重層キャ
パシタを作製した。上記のようにして得た電極シートを
直径１１ｍｍのディスク状に打ち抜き、次いでこのディ
スク状シート片面にプラズマ溶射法により厚さ１００μ
ｍのアルミニウム層を形成する。このようにして得られ
た分極性電極１および２とそれらの片面にそれぞれ設け
られた集電体３および４からなる一対のディスク状シー
トを、集電体３および４を外側にしてセパレータ５を介
して対向して配置し、これらをコイン型ケース６にハウ
ジングする。電解液として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ロロボレートを１モル
／リットル溶解させたものを用い、これを分極性電極１
および２とセパレータ５に含浸する。その後、コイン型
ケース６開口部に、絶縁性ガスケットリング８を介して
金属蓋７をはめ込んで封口する。このようにしてコイン
型の電気二重層キャパシタを得た。
パシタを作製した。上記のようにして得た電極シートを
直径１１ｍｍのディスク状に打ち抜き、次いでこのディ
スク状シート片面にプラズマ溶射法により厚さ１００μ
ｍのアルミニウム層を形成する。このようにして得られ
た分極性電極１および２とそれらの片面にそれぞれ設け
られた集電体３および４からなる一対のディスク状シー
トを、集電体３および４を外側にしてセパレータ５を介
して対向して配置し、これらをコイン型ケース６にハウ
ジングする。電解液として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ロロボレートを１モル
／リットル溶解させたものを用い、これを分極性電極１
および２とセパレータ５に含浸する。その後、コイン型
ケース６開口部に、絶縁性ガスケットリング８を介して
金属蓋７をはめ込んで封口する。このようにしてコイン
型の電気二重層キャパシタを得た。
【００１０】［実施例２］実施例１と同様の電気二重層
キャパシタを以下のように作製した。直径１０μｍのフ
ェノール系活性炭繊維（比表面積２０００ｍ2／ｇ）か
らなる活性炭繊維織布（目付け量１４０ｇ／ｍ2）を硝
酸アルミニウム水溶液に浸漬し、引き上げた後、４００
℃で熱処理する。これにより活性炭繊維織布表面に酸化
アルミ層を形成する。このようにして得られたシートの
片面にプラズマ溶射法により厚さ１００μｍのアルミニ
ウム層を形成する。こうして電極シートを得る。得られ
た電極シートを直径１１ｍｍのディスク状に打ち抜き、
このディスク状シート２枚を、アルミニウム層を外側に
してセパレータを介して対向して配置し、コイン型ケー
スにハウジングする。電解液として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ロロボレート
を１モル／リットル溶解したものを活性炭およびセパレ
ータに含浸する。その後、コイン型ケース開口部に、絶
縁性ガスケットリングを介して金属蓋をはめ込んで封口
する。このようにして電気二重層キャパシタを得た。
キャパシタを以下のように作製した。直径１０μｍのフ
ェノール系活性炭繊維（比表面積２０００ｍ2／ｇ）か
らなる活性炭繊維織布（目付け量１４０ｇ／ｍ2）を硝
酸アルミニウム水溶液に浸漬し、引き上げた後、４００
℃で熱処理する。これにより活性炭繊維織布表面に酸化
アルミ層を形成する。このようにして得られたシートの
片面にプラズマ溶射法により厚さ１００μｍのアルミニ
ウム層を形成する。こうして電極シートを得る。得られ
た電極シートを直径１１ｍｍのディスク状に打ち抜き、
このディスク状シート２枚を、アルミニウム層を外側に
してセパレータを介して対向して配置し、コイン型ケー
スにハウジングする。電解液として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ロロボレート
を１モル／リットル溶解したものを活性炭およびセパレ
ータに含浸する。その後、コイン型ケース開口部に、絶
縁性ガスケットリングを介して金属蓋をはめ込んで封口
する。このようにして電気二重層キャパシタを得た。
【００１１】［実施例３］フェノール系の活性炭粉末
（比表面積：１７００ｍ2／ｇ、平均粒径：２μｍ）を
水に６０分間浸漬し、引き上げ後、若干水分が残留した
状態にまで乾燥させ、引続きテトラエトキシシランのエ
タノール溶液に１０分間浸漬する。次いで、室温で２４
時間、さらに１７０℃で１時間処理することにより、活
性炭粉末表面に酸化ケイ素からなる被覆層を形成する。
このような工程を経た活性炭粉末１０重量部とアセチレ
ンブラック２重量部をメタノール１０重量部中に均一に
混合分散させる。さらに、バインダとしてカルボキシメ
チルセルロースのアンモニウム塩１重量部を水１０重量
部に溶解させたものとこの分散液を１：１の比で均一に
混合して活性炭のスラリーを得る。このこのスラリーを
表面粗化した厚さ２０μｍのアルミニウム箔に塗布し、
乾燥させることにより、その表面に活性炭粉末層を形成
する。
（比表面積：１７００ｍ2／ｇ、平均粒径：２μｍ）を
水に６０分間浸漬し、引き上げ後、若干水分が残留した
状態にまで乾燥させ、引続きテトラエトキシシランのエ
タノール溶液に１０分間浸漬する。次いで、室温で２４
時間、さらに１７０℃で１時間処理することにより、活
性炭粉末表面に酸化ケイ素からなる被覆層を形成する。
このような工程を経た活性炭粉末１０重量部とアセチレ
ンブラック２重量部をメタノール１０重量部中に均一に
混合分散させる。さらに、バインダとしてカルボキシメ
チルセルロースのアンモニウム塩１重量部を水１０重量
部に溶解させたものとこの分散液を１：１の比で均一に
混合して活性炭のスラリーを得る。このこのスラリーを
表面粗化した厚さ２０μｍのアルミニウム箔に塗布し、
乾燥させることにより、その表面に活性炭粉末層を形成
する。
【００１２】これを幅１０ｍｍ、長さ５０ｍｍに切断
し、図３に示す、集電体３３および３４とその両面にそ
れぞれ形成された分極性電極３１および３２からなる箔
電極３７および３８を得る。この箔電極３７および３８
をその間にセパレータ３５を介して捲回し、アルミケー
ス３６中に配置する。次いで、実施例１と同じ電解液を
分極性電極３１および３２とセパレータ３５に含浸さ
せ、ゴムパッキン３０でハウジングする。３９および４
０はそれぞれ箔電極３７および３８に導通されたリード
である。このようにして捲回型電気二重層キャパシタを
得た。
し、図３に示す、集電体３３および３４とその両面にそ
れぞれ形成された分極性電極３１および３２からなる箔
電極３７および３８を得る。この箔電極３７および３８
をその間にセパレータ３５を介して捲回し、アルミケー
ス３６中に配置する。次いで、実施例１と同じ電解液を
分極性電極３１および３２とセパレータ３５に含浸さ
せ、ゴムパッキン３０でハウジングする。３９および４
０はそれぞれ箔電極３７および３８に導通されたリード
である。このようにして捲回型電気二重層キャパシタを
得た。
【００１３】［実施例４］実施例３と同様の電気二重層
キャパシタを以下のように作製した。フェノール系の活
性炭粉末（比表面積：１７００ｍ2／ｇ、平均粒径：２
μｍ）１０重量部とアセチレンブラック２重量部とをメ
タノール１０重量部に均一に混合分散させる。さらに、
バインダとしてカルボキシメチルセルロースのアンモニ
ウム塩１重量部を水１０重量部に溶解させたものとこの
分散液を１：１の比で均一に混合して活性炭のスラリー
を得る。このスラリーを表面粗化した厚さ２０μｍのア
ルミニウム箔に塗布し、１８０℃で乾燥させ、アルミニ
ウム箔上に活性炭粉末の層を形成する。次いで、この箔
を水に６０分間浸漬し、引き上げ後、若干水分が残留し
た状態まで乾燥させ、引続きテトラエトキシシランのエ
タノール溶液に１０分間浸漬する。引き上げ後、室温で
２４時間、さらに１７０℃で１時間処理することによ
り、活性炭粉末の表面に酸化ケイ素による被覆膜を形成
する。この箔を幅１０ｍｍ、長さ５０ｍｍに切断して電
極体を得る。一対の電極体をセパレータを挟んで捲回
し、アルミケース、ゴムパッキンでハウジングする。電
解液は実施例１で用いたものと同じとした。このように
して捲回型電気二重層キャパシタを得た。
キャパシタを以下のように作製した。フェノール系の活
性炭粉末（比表面積：１７００ｍ2／ｇ、平均粒径：２
μｍ）１０重量部とアセチレンブラック２重量部とをメ
タノール１０重量部に均一に混合分散させる。さらに、
バインダとしてカルボキシメチルセルロースのアンモニ
ウム塩１重量部を水１０重量部に溶解させたものとこの
分散液を１：１の比で均一に混合して活性炭のスラリー
を得る。このスラリーを表面粗化した厚さ２０μｍのア
ルミニウム箔に塗布し、１８０℃で乾燥させ、アルミニ
ウム箔上に活性炭粉末の層を形成する。次いで、この箔
を水に６０分間浸漬し、引き上げ後、若干水分が残留し
た状態まで乾燥させ、引続きテトラエトキシシランのエ
タノール溶液に１０分間浸漬する。引き上げ後、室温で
２４時間、さらに１７０℃で１時間処理することによ
り、活性炭粉末の表面に酸化ケイ素による被覆膜を形成
する。この箔を幅１０ｍｍ、長さ５０ｍｍに切断して電
極体を得る。一対の電極体をセパレータを挟んで捲回
し、アルミケース、ゴムパッキンでハウジングする。電
解液は実施例１で用いたものと同じとした。このように
して捲回型電気二重層キャパシタを得た。
【００１４】［実施例５］実施例３で用いたものと同じ
フェノール系活性炭粉末７０重量部と、フェノール粉末
３０重量部を均一混合したものを加圧成型し、大きさ５
０ｍｍ角、厚さ１ｍｍの成形体を得た。この成形体を窒
素雰囲気中７００℃で１時間炭化して多孔質のＣ／Ｃコ
ンポジットを得る。これを水に６０分間浸漬し、引き上
げ後若干水分が残留した状態にまで乾燥させた後、テト
ラエトキシシランのエタノール溶液に１０分間浸漬す
る。これを室温で２４時間、さらに１７０℃で１時間処
理することにより、活性炭粉末表面に酸化ケイ素からな
る被覆層を形成する。このようにして得られた活性炭粉
末およびその表面に形成された被覆層からなる一対の分
極性電極４１および４２を、黒鉛板４３および４４に圧
接して、図４に示すように樹脂ケース４６にセパレータ
４５とともに配置する。電解液としてプロピレンカーボ
ネートにテトラエチルアンモニウムテトラフロロボレー
トを１モル／リットル溶解したものを活性炭およびセパ
レータに含浸した後、蓋４７で樹脂ケースを封口する。
このようにして図４に示すような電気二重層キャパシタ
を得た。
フェノール系活性炭粉末７０重量部と、フェノール粉末
３０重量部を均一混合したものを加圧成型し、大きさ５
０ｍｍ角、厚さ１ｍｍの成形体を得た。この成形体を窒
素雰囲気中７００℃で１時間炭化して多孔質のＣ／Ｃコ
ンポジットを得る。これを水に６０分間浸漬し、引き上
げ後若干水分が残留した状態にまで乾燥させた後、テト
ラエトキシシランのエタノール溶液に１０分間浸漬す
る。これを室温で２４時間、さらに１７０℃で１時間処
理することにより、活性炭粉末表面に酸化ケイ素からな
る被覆層を形成する。このようにして得られた活性炭粉
末およびその表面に形成された被覆層からなる一対の分
極性電極４１および４２を、黒鉛板４３および４４に圧
接して、図４に示すように樹脂ケース４６にセパレータ
４５とともに配置する。電解液としてプロピレンカーボ
ネートにテトラエチルアンモニウムテトラフロロボレー
トを１モル／リットル溶解したものを活性炭およびセパ
レータに含浸した後、蓋４７で樹脂ケースを封口する。
このようにして図４に示すような電気二重層キャパシタ
を得た。
【００１５】［実施例６］電解液に３０％の硫酸水溶液
を用い、その他、構成および用いる材料を実施例５と同
様とした電気二重層キャパシタを作製した。
を用い、その他、構成および用いる材料を実施例５と同
様とした電気二重層キャパシタを作製した。
【００１６】以上の実施例で得られたキャパシタの特性
を比較例とならべて表１に示す。但し、比較例は実施例
１と同様のキャパシタにおいて、活性炭の表面被覆処理
を行っていないものを分極性電極に用いたもので、セル
の構成も実施例１と同じとした。
を比較例とならべて表１に示す。但し、比較例は実施例
１と同様のキャパシタにおいて、活性炭の表面被覆処理
を行っていないものを分極性電極に用いたもので、セル
の構成も実施例１と同じとした。
【００１７】
【表１】
【００１８】これによると、比較例のキャパシタが、印
加電圧３Ｖで大きく容量が低下し、さらに印加電圧を上
げると封口部が破壊されるのに対して、実施例１〜６の
キャパシタは、印加電圧３．５Ｖでもほぼ安定し、容量
の低下も小さいものである。このように、活性炭表面に
被覆層を設けることにより、耐電圧特性や長期信頼性が
飛躍的に向上する。また、活性炭表面を被覆するケイ素
酸化物や金属酸化物は絶縁体、誘電体もしくは高抵抗体
であるが、トンネル効果により活性炭表面に電気二重層
が形成されることは阻害されることはなく、容量、抵抗
などの値に大きな悪影響を及ぼすことはない。セルの耐
電圧特性が向上することで、単位容積当たりのエネルギ
ー密度を画期的に高くでき、定格３ＶのＩＣにも単セル
で対応でき、高電圧用途に対しても直列接続するセル数
を少なくすることができるために、充放電の長期信頼性
も高くなる。
加電圧３Ｖで大きく容量が低下し、さらに印加電圧を上
げると封口部が破壊されるのに対して、実施例１〜６の
キャパシタは、印加電圧３．５Ｖでもほぼ安定し、容量
の低下も小さいものである。このように、活性炭表面に
被覆層を設けることにより、耐電圧特性や長期信頼性が
飛躍的に向上する。また、活性炭表面を被覆するケイ素
酸化物や金属酸化物は絶縁体、誘電体もしくは高抵抗体
であるが、トンネル効果により活性炭表面に電気二重層
が形成されることは阻害されることはなく、容量、抵抗
などの値に大きな悪影響を及ぼすことはない。セルの耐
電圧特性が向上することで、単位容積当たりのエネルギ
ー密度を画期的に高くでき、定格３ＶのＩＣにも単セル
で対応でき、高電圧用途に対しても直列接続するセル数
を少なくすることができるために、充放電の長期信頼性
も高くなる。
【００１９】実施例１の電気二重層キャパシタの電流ー
電圧曲線（実線）を、比較例の電気二重層キャパシタの
電流ー電圧特性（破線）とともに図５に示す。これよ
り、比較例、すなわち活性炭に表面被覆処理を施してい
ないものを用いたキャパシタは電位窓２．８Ｖを超える
と急激に電流値が大きくなる（下に凸）のに対して、実
施例１のキャパシタは電位窓３．０Ｖでも電流値の急激
な増加が観測されず、曲線は上に凸であり、これからも
セルの耐電圧性向上が容易に予測できる。
電圧曲線（実線）を、比較例の電気二重層キャパシタの
電流ー電圧特性（破線）とともに図５に示す。これよ
り、比較例、すなわち活性炭に表面被覆処理を施してい
ないものを用いたキャパシタは電位窓２．８Ｖを超える
と急激に電流値が大きくなる（下に凸）のに対して、実
施例１のキャパシタは電位窓３．０Ｖでも電流値の急激
な増加が観測されず、曲線は上に凸であり、これからも
セルの耐電圧性向上が容易に予測できる。
【００２０】本実施例では、酸化ケイ素、酸化アルミニ
ウムについて具体的に述べたが、これらのかわりに、酸
化チタン、五酸化二タンタル、酸化ニオブも同様の効果
を得ることが出来る。導電性改良剤として、アセチレン
ブラック以外にカーボンブラック、ケッチェンブラック
あるいは酸化ルテニウムなどを添加してもよい。
ウムについて具体的に述べたが、これらのかわりに、酸
化チタン、五酸化二タンタル、酸化ニオブも同様の効果
を得ることが出来る。導電性改良剤として、アセチレン
ブラック以外にカーボンブラック、ケッチェンブラック
あるいは酸化ルテニウムなどを添加してもよい。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、耐電圧特性や長期信頼
性に優れた電気二重層キャパシタを提供することができ
る。
性に優れた電気二重層キャパシタを提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の電気二重層キャパシタの分
極性電極に用いる活性炭繊維の断面を示す模式図であ
る。
極性電極に用いる活性炭繊維の断面を示す模式図であ
る。
【図２】同電気二重層キャパシタの縦断面図である。
【図３】本発明の実施例３の電気二重層キャパシタの一
部を切り欠いた斜視図である。
部を切り欠いた斜視図である。
【図４】本発明の実施例５の電気二重層キャパシタの縦
断面図である。
断面図である。
【図５】本発明の実施例１の電気二重層キャパシタの容
量と電圧の関係を示す特性図である。
量と電圧の関係を示す特性図である。
【図６】従来の水溶液系電気二重層キャパシタの縦断面
図である。
図である。
【図７】従来の有機電解液系電気二重層キャパシタの縦
断面図である。
断面図である。
１、２ 分極性電極 ３、４ 集電体 ５ セパレータ ６ コイン型ケース ７ 金属蓋 ８ 絶縁性ガスケットリング ９ 活性炭繊維 １０ 酸化物被覆層 ３０ ゴムパッキン ３１、３２ 分極性電極 ３３、３４ 集電体 ３５ セパレータ ３６ アルミケース ３７、３８ 箔電極 ３９、４０ リード ４１、４２ 分極性電極 ４３、４４ 黒鉛板 ４５ セパレータ ４６ 樹脂ケース ４７ 蓋 ６１、６２ 分極性電極 ６３、６４ 導電電極 ６５ セパレータ ６６ 絶縁ゴムケース ７１、７２ 分極性電極 ７３、７４ アルミニウム溶射電極層 ７５ セパレータ ７６ コイン型ケース ７７ 金属蓋 ７８ 絶縁性ガスケットリング
フロントページの続き (72)発明者 野本 進 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 行政 哲男 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 池田 正樹 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 (9)
- 【請求項１】 活性炭および前記活性炭の表面の少なく
とも一部に形成された酸化ケイ素もしくは金属酸化物か
らなる被覆層を含む一対の分極性電極と、金属集電体
と、前記分極性電極の間に配置されたセパレータと、電
解液と、外装ケースを具備する電気二重層キャパシタ。 - 【請求項２】 前記金属酸化物が、酸化アルミニウム、
酸化チタン、五酸化二タンタルおよび酸化ニオブからな
る群より選択される少なくとも一種である請求項１記載
の電気二重層キャパシタ。 - 【請求項３】 前記被覆層の厚さが１μｍ以下である請
求項１記載の電気二重層キャパシタ。 - 【請求項４】 前記活性炭が、繊維、バルク多孔体、粉
末または繊維の織布もしくは不織布である請求項１記載
の電気二重層キャパシタ。 - 【請求項５】 前記分極性電極が、アセチレンブラッ
ク、カーボンブラック、ケッチェンブラックおよび酸化
ルテニウムからなる群より選択される少なくとも一種の
導電性改良剤を含む請求項１記載の電気二重層キャパシ
タ。 - 【請求項６】 ケイ素もしくは金属のアルコキシドを活
性炭に付着させる工程と、前記活性炭に付着した前記ア
ルコキシドを加水分解することによって前記活性炭の表
面の少なくとも一部に酸化ケイ素もしくは金属酸化物か
らなる被覆層を形成する工程を有する電気二重層キャパ
シタの製造方法。 - 【請求項７】 活性炭を熱分解性の金属塩の溶液に浸漬
し、前記金属塩を前記活性炭に付着させる工程と、前記
金属塩を加熱分解することによって前記活性炭の表面の
少なくとも一部に金属酸化物からなる被覆層を形成する
工程を有する電気二重層キャパシタの製造方法。 - 【請求項８】 粉末もしくは繊維状の活性炭の表面の少
なくとも一部に酸化ケイ素もしくは金属酸化物からなる
被覆層を形成する工程と、前記活性炭をシート状に成形
する工程を有する電気二重層キャパシタの製造方法。 - 【請求項９】 粉末もしくは繊維状の活性炭をシート状
に成形する工程と、前記活性炭の表面の少なくとも一部
に酸化ケイ素もしくは金属酸化物からなる被覆層を形成
する工程を有する電気二重層キャパシタの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7220776A JPH0963905A (ja) | 1995-08-29 | 1995-08-29 | 電気二重層キャパシタおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7220776A JPH0963905A (ja) | 1995-08-29 | 1995-08-29 | 電気二重層キャパシタおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0963905A true JPH0963905A (ja) | 1997-03-07 |
Family
ID=16756394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7220776A Pending JPH0963905A (ja) | 1995-08-29 | 1995-08-29 | 電気二重層キャパシタおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0963905A (ja) |
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-
1995
- 1995-08-29 JP JP7220776A patent/JPH0963905A/ja active Pending
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