JPH097893A

JPH097893A - 電気二重層キャパシタ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH097893A
Application number: JP7158223A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Yukimasa; 哲男行政; Seiji Nonaka; 誠治野中; Susumu Nomoto; 進野本; Kazufumi Nishida; 和史西田; Masaki Ikeda; 正樹池田; Akihiko Yoshida; 昭彦吉田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-06-23
Filing date: 1995-06-23
Publication date: 1997-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】静電容量が大きく、かつ内部抵抗の低い電気
二重層キャパシタ、及びその製造方法を提供する。【構成】２枚の帯状の導電体を交互に重なるように折
り畳んでなる一対の集電体、前記集電体の積層面に形成
された分極性電極、および隣接する前記分極性電極間に
配されたセパレータを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、分極性電極と電解液
との界面に生じる電気二重層を利用した電気二重層キャ
パシタ、及びその製造方法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、３Ｖ程度まで
の充電が可能な大容量コンデンサとして、マイクロコン
ピュータ、メモリ、タイマー等のバックアップ用電源に
用いられている。この電気二重層キャパシタには、プロ
ピレンカーボネートなどの有機溶媒にテトラエチルアン
モニウム塩などの電解質を溶解させた有機溶液系の電解
液を用いたものと、硫酸水溶液などの水溶液系の電解液
を用いたものとがある。図１を用いて、一般的な電気二
重層キャパシタの構成を説明する。図１は、電気二重層
キャパシタの基本セルの構造を示す断面図である。図に
示すように、電気二重層キャパシタの基本セルは、セパ
レータ３の両面に分極性電極１２が配置され、さらにそ
れらの外側から一対の集電体１１で挟んだ構成をもつ。
この電気二重層キャパシタは、周知のように、セパレー
タ３を挟んだ一方の側の集電体１１と分極性電極１２に
より正極の電極体を構成し、他方の側の集電体と分極性
電極により負極の電極体を構成する。分極性電極１２と
セパレータ３とは電解液を含浸しているため、電極１２
間に電圧が印加されると電極１２と電解液との界面に電
気二重層を形成する。この電気二重層に電荷が貯えられ
ることにより、電気二重層キャパシタは充電される。ま
た、放電の際には、貯えられた電荷は集電体１１を介し
て放出される。

【０００３】上記のような、従来の電気二重層キャパシ
タの製造方法について、一例として有機溶液系の電解液
を用いた電気二重層キャパシタの製造方法について説明
する。活性炭粉末、セルロース、及びアセチレンブラッ
クを混合した混合粉末にメタノールと水を加えてスラリ
ー状の混合液を調製する。次に、シート状導電体（例え
ばアルミエッチド箔）を、この混合液に所定時間浸すこ
とにより、その表面に分極性電極の層を形成する。これ
らを、真空雰囲気下で乾燥させ、所定の大きさに切断し
て電極体を得る。続いて、２つの電極体を、その間にセ
パレータを挟んで対向するように電解液の中に配置し、
真空引きすることにより、電解液を分極性電極およびセ
パレータに含浸する。このようにして、図１に示すよう
な、電気二重層キャパシタが得られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の電
気二重層キャパシタの製造方法では、分極性電極をディ
ップ法により集電体上に形成しているため、一度のディ
ップでは集電体の片面に形成する分極性電極の膜の密度
を０．８ｇ／ｃｍ³より大きくすることができない。そ
のため、形成された分極性電極の容量密度は小さい。ま
た、一度のディップにより形成できる膜の厚さは５０μ
ｍ程度と薄いものであるため、それを用いた電気二重層
キャパシタは、静電容量が小さく、例えば１５Ｖ程度の
電圧を必要とする大型アクチュエーターの補助電源など
の高電圧を要する電源として用いることができないとい
う問題点があった。

【０００５】これらの高電圧電源として、基本セルを複
数個、並列接続して大容量化することも可能であるが、
このようなキャパシタは体積が大きくなる。また、接続
による内部抵抗が増大するため、大電流を放電したとき
の電圧降下が懸念される。また、ディップを繰り返して
行うことにより、分極性電極の膜厚を厚く、かつ容量密
度を増大させることも可能であるが、複数回繰り返すデ
ィップの間に、混合液の濃度調整や、真空雰囲気下での
乾燥条件等の変更が必要であり、電気二重層キャパシタ
の製造工程は煩雑なものとなる。また、ディップを繰り
返して行うことは、分極性電極を複数の層構造で形成す
ることになるので、分極性電極の膜厚がある程度、例え
ば１００μｍ以上になると、分極性電極の表面に亀裂が
生じたり、分極性電極の一部が剥離するなどの問題点が
あった。本発明は、以上のような問題点を解決するため
のものであり、静電容量が大きく、かつ内部抵抗の低い
電気二重層キャパシタ、及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【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、２枚の帯状の導電体を交互に重なるように折
り畳んでなる一対の集電体、前記集電体の積層面に形成
された分極性電極、および隣接する前記分極性電極間に
配されたセパレータを具備するものである。本発明の電
気二重層キャパシタの製造方法は、シート状導電体の表
面に分極性電極材料を配し、プレス成型することによ
り、一体化された集電体および分極性電極からなる電極
体を作製することを特徴とする。また、前記分極性電極
材料の表面に吸水材を配置して、加熱しながらプレス成
型することを特徴とする。さらに、セパレータ、前記セ
パレータの表面に配された分極性電極材料、およびシー
ト状導電体をプレス成型し、前記セパレータ、分極性電
極および集電体を一体成型することを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明の電気二重層キャパシタは、２枚の導電
体によって積層された複数の基本セルの正極および負極
の各集電体を構成するため、複数の基本セルを単純に並
列接続した場合と比べ、内部抵抗を小さくすることがで
きる。本発明の電気二重層キャパシタの製造方法による
と、短時間で厚膜かつ高密度の分極性電極を形成するこ
とができるため、容易に大容量の電気二重層キャパシタ
を製造することができる。さらに、吸水材とともにプレ
ス成型することにより、分極性電極の乾燥が、短時間で
可能となる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の電気二重層キャパシタ、特に
その一例として、有機溶液系の電解液を用いた電気二重
層キャパシタについて、その製造方法とともに説明す
る。集電体１１には、厚さ２０〜５０μｍのアルミエッ
チド箔、網状のアルミ基体、およびパンチングメタル状
のアルミ基体等の金属薄片やカーボン材料を用いる。ま
た、分極性電極１２は、活性炭粉末あるいは活性炭繊維
に、結合剤としてのセルロース、及び導電剤としてのア
セチレンブラックを混合した混合物を用いる。セパレー
タ３には多孔質のポリプロピレンフィルム、電解液には
プロピレンカーボネートなどの有機溶媒にテトラエチル
アンモニウム塩などの電解質を溶解させた溶液をそれぞ
れ用いる。

【０００９】［実施例１］図１に示すような従来の基本
セルを用いて、本発明の電気二重層キャパシタの製造方
法について説明する。分極性電極１２の材料である、活
性炭電極材料を調製する。例えば粒径５μｍのフェノー
ル樹脂系の活性炭粉末、セルロース、及びアセチレンブ
ラックを１０：１．２：２の重量比に混合した混合粉末
に、この混合粉末に対して重量比で約２倍の水を加えて
ニーダーで十分攪拌・混練することにより半固形状の活
性炭電極材料を得る。図２に示すように、厚さ２０μｍ
のアルミエッチド箔１の上に上記活性炭電極材料２を所
定量配し、これらの上にセパレータ３を配置した後、さ
らに活性炭電極材料２を所定量配する。その上に厚さ２
０μｍのアルミエッチド箔１を配置する。この積層体を
プレス板４で挟んで、プレス成型機（例えば、神籐金属
工業社製、ＡＹＳ．１０）を用いて、例えば、約１５０
℃の温度で数分〜数十分加圧し、成型、乾燥する。プレ
ス成型後、この積層体を電解液中に浸漬し、真空引きす
ることにより、電解液を分極性電極１２およびセパレー
タ３に含浸させ、図１に示すような電気二重層キャパシ
タを得る。

【００１０】上記製造方法により、電極面積１５ｍｍ×
１５ｍｍのキャパシタを作製した。これを実施例１のキ
ャパシタとする。また、上述のディップ法による従来の
製造方法において、上記実施例と同様の混合粉末に、重
量比で約３倍のメタノールと約５倍の水とを加えてスラ
リー状にした混合液と、厚さ２０μｍのアルミエッチド
箔を用いて電極面積１５ｍｍ×１５ｍｍのキャパシタを
作製した。これを比較例１のキャパシタとする。これら
のキャパシタについて、容量密度を測定した。その結果
を表１に示す。ここで、容量密度は、１ｍＡ放電時にお
ける静電容量を電極体積で除した値である。

【００１１】

【表１】

【００１２】表１によると、実施例の製造方法によるキ
ャパシタの容量密度は、比較例の製造方法によるキャパ
シタと比べ、約２倍となっている。この実施例の製造方
法によるキャパシタは、分極性電極１２の厚さが約５０
０μｍと厚く、本実施例の製造方法により、厚膜かつ高
密度の分極性電極を容易に形成することができることが
分かる。従って、この製造方法によると、従来のディッ
プ法において工程を煩雑にする要因であったスラリーの
調製や複数回のディップの必要が無くなり、従来の約半
分の時間で厚膜かつ高密度の分極性電極１２を形成する
ことができる。そのため、容易に大容量の電解二重層キ
ャパシタを作製することができる。

【００１３】図３に示すように、厚さ２０μｍの網状の
アルミ基体（アルミラス）１０の上下に上記活性炭電極
材料２を所定量配し、これらの両面に剥離紙６を配す
る。さらにこれらの下に吸水性ポリマーからなる吸水材
５を置き、これらの積層体を、プレス板４で挟んで、プ
レス成型機（例えば、神籐金属工業社製、ＡＹＳ．１
０）を用いて、例えば、約１５０℃の温度で数分〜数十
分成型、乾燥する。こうして集電体およびその表面に形
成された分極性電極からなる電極体が得られる。ここ
で、吸水材５を積層体の下に敷いて成型することによ
り、加工に要する時間は短縮される。なお、上記実施例
では吸水材５に吸水性ポリマーを用いたが、代わりに、
石膏のブロックを用いても同等の効果が得られた。

【００１４】このようにして得られた電極体と、実施例
１で得られた基本セルを、基本セルを最外面として交互
に積層し、電解液を分極性電極１２およびセパレータ３
に含浸させた後、この積層体の集電体１１を１枚置きに
接続リード７によって電気的に接続することにより、図
４に示すような積層型電気二重層キャパシタが得られ
る。セパレータ３およびその両面に配された分極性電極
１２は、これらの両面から一対の集電体１ａで挟み込ま
れている。この集電体１１の一方は正極の集電体１１ａ
をなし、他方は負極集電体１１ｂをなす。一対の集電体
１１、その間に挟まれた２枚の分極性電極１２およびセ
パレータ３により、１個の基本セル８を構成する。上記
のようなプレス成型により、高容量の電気二重層キャパ
シタが短時間で作製できるとともに、その後の工程での
取り扱いが容易になる。この積層型のキャパシタは、ア
ルミエッチド箔１、網状アルミ基体１０、電極材料２お
よびセパレータ３を積層した後に、一体成型することも
できる。この場合、加工時間をさらに短縮することがで
きる。

【００１５】［実施例２］本発明の他の実施例の電気二
重層キャパシタの構成を、図５に示す。これは、実施例
２の電気二重層キャパシタが接続リードを用いて各単位
セルの正負極の集電体をそれぞれ接続したのに対して、
正負極の集電体（それぞれ１９ａおよび１９ｂ）を一枚
の連続した導電体としたものである。次に、このキャパ
シタの製造方法を説明する。図６に、本実施例の電極体
のプレス成型時の構成の一例を示す。厚さ２０μｍ、帯
状のアルミエッチド箔９の上下に、実施例１と同様の活
性炭電極材料２を所定量配する。次いで、積層された電
極材料２の上に剥離紙６を配置し、その上に電極材料２
を配した後、アルミエッチド箔９を折り曲げて、その上
に重ね合わせ、その上に電極材料２を配する。これらを
複数回繰り返した後、これらの積層体をプレス板４で挟
み、プレス成型機（例えば、神籐金属工業社製、ＡＹ
Ｓ．１０）を用いて、所定の圧力および温度（例えば、
約１５０℃の温度で数分〜数十分）で成型、乾燥する。

【００１６】これらを、真空雰囲気下で乾燥し、集電体
１９の表面に複数個の分極性電極１２を形成した電極体
を得る。こうして得られた一対の電極体を、例えば図７
の（ａ）に示すように、電極体の分極性電極１２間を切
断した後、一方（図中では、正極側）の電極体のすべて
の分極性電極１２をセパレータ３を袋状に巻き付けるこ
とによって覆う。次いで、図７の（ｂ）に示すように、
これと他方のセパレータ３を配されていない電極体
（同、負極側）を、それぞれの分極性電極１２が交互に
対向するように組み合わせた後、これらを電解液中に浸
漬し、真空引きすることにより、電解液を分極性電極１
２およびセパレータ３に含浸させ、積層型の電気二重層
キャパシタを得る。

【００１７】上記のようにして、１５ｃｍ×１２ｃｍの
電極１２を、正負それぞれ１７枚有した電気二重層キャ
パシタを作製した。これを実施例３のキャパシタとす
る。同様に、実施例１と同様の製造方法により１５ｃｍ
×１２ｃｍの電極１２を有した基本セルを作製し、これ
らを１７個並列に接続したキャパシタを作製した。これ
を比較例２のキャパシタとする。これらのキャパシタに
ついて、そのインピーダンスと静電容量を評価した。そ
の結果を表２に示す。ここで、インピーダンスおよび静
電容量はＬＣＲメータで測定した１ｋＨｚでの値であ
る。

【００１８】

【表２】

【００１９】表２から明らかなように、実施例３の電気
二重層キャパシタは、比較例の電気二重層キャパシタに
比べてインピーダンスが格段に低くなっていることがわ
かる。これらのキャパシタの静電容量はほぼ等しいた
め、静電容量がインピーダンスに与える影響は無視でき
る。そのため、インピーダンスの低減は、各基本セルを
並列に接続した場合に生じる接触抵抗等の影響が小さく
なったことによるものと考えられる。

【００２０】なお、上記実施例では、集電体１１あるい
は１９にアルミエッチド箔あるいは網状のアルミ基体
（アルミラス）を用いたが、パンチングメタル状のアル
ミ基体およびカーボン材料を用いても同様の効果が得ら
れた。また、導電性改良剤にアセチレンブラックを用い
たが、さらにコロイダルカーボンを表面にディップする
ことにより、より一層の効果が得られた。同じく、活性
炭電極材料２のバインダにカルボキシメチルセルロース
を用いたが、フッ素樹脂を用いた場合にも同等の効果が
得られた。

【００２１】

【発明の効果】上記のように、本発明によると、小型、
軽量で、静電容量が大きく、かつ内部抵抗の小さい電気
二重層キャパシタを提供することができる。また、大容
量の電気二重層キャパシタを、短時間で、かつ容易に製
造することができる電気二重層キャパシタの製造方法を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電気二重層キャパシタの基本セルの構造を示す
縦断面図である。

【図２】本発明の実施例１の電気二重層キャパシタの基
本セルのプレス成型時の側面図である。

【図３】本発明の実施例１の電気二重層キャパシタの電
極体のプレス成型時の側面図である。

【図４】同積層型電気二重層キャパシタの縦断面図であ
る。

【図５】本発明の実施例２の電気二重層キャパシタの縦
断面図である。

【図６】同電気二重層キャパシタの電極体のプレス成型
時の側面図である。

【図７】同電気二重層キャパシタの構成を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

１アルミエッチド箔２活性炭電極材料３セパレータ４プレス板５吸水材６剥離紙７接続リード８基本セル９アルミエッチド箔１０網状アルミ基体１１集電体１１ａ正極集電体１１ｂ負極集電体１２分極性電極１９集電体１９ａ正極集電体１９ｂ負極集電体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西田和史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 (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

【特許請求の範囲】

【請求項１】２枚の帯状の導電体を交互に重なるよう
に折り畳んでなる一対の集電体、前記集電体の積層面に
形成された分極性電極、および隣接する前記分極性電極
間に配されたセパレータを具備する電気二重層キャパシ
タ。
【請求項２】シート状導電体の表面に分極性電極材料
を配し、プレス成型することにより、集電体および分極
性電極からなる電極体を一体成型する電気二重層キャパ
シタの製造方法。
【請求項３】前記分極性電極材料の表面に吸水材を配
置して、加熱しながらプレス成型する請求項２記載の電
気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項４】セパレータ、前記セパレータの表面に配
された分極性電極材料、およびシート状導電体をプレス
成型し、前記セパレータ、分極性電極および集電体を一
体成型する電気二重層キャパシタの製造方法。