JPH10144570A - 電気二重層キャパシタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 有機電解液を用いた電気二重層キャパシタの
耐電圧を高くする。 【解決手段】 本発明の電気二重層キャパシタは、一対
の集電体、前記集電体上の分極性電極、前記分極性電極
の間に配置されたセパレータおよび前記分極性電極とセ
パレータに含浸された有機電解液を具備し、前記セパレ
ータまたは前記分極性電極が、水分吸着材を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【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
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
気エネルギーを利用するものである。このような電気二
重層キャパシタ、特に有機系の電解液を用いたものに
は、従来大別して、円筒型のセルとコイン型のセルの２
種類がある。電気二重層キャパシタの単セル当りの耐電
圧は、用いる電解液の理論分解電圧と、活性炭表面の酸
性官能基の存在量とに依存する。従来、セルの耐電圧を
向上させるために、活性炭を熱処理して表面の酸性官能
基を減少させたり、電位窓の広い電解液を開発したりす
るなどの試みがなされてきた。しかし、いずれの場合に
も、初期では、高い耐電圧効果が得られるものの、充放
電サイクル中に混入する水分の影響は避け難く、充放電
を繰り返すに従ってセル特性は劣化していった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】セルに蓄積されるエネ
ルギー（Ｅ、単位：ジュール）は、次式で算出される。 Ｅ＝１／２ＣＶ² ここでＣはキャパシタのセル当りの容量（単位：ファラ
ッド）、Ｖはセルの印加可能電圧（単位：ボルト）であ
る。セルの印加可能電圧（Ｖ）の値の二乗が、セルに蓄
積されるエネルギー（Ｅ）に反映されるため、電気二重
層キャパシタの耐電圧をさらに高くすることが重要にな
る。

【０００４】有機系の電解液を用いる電気二重層キャパ
シタの場合には、電解液、分極性電極およびセパレータ
などのセル構成材料に水分が含まれると、セルの耐電圧
向上の妨げとなる。例えば、セル組立時の構成材料中の
水分量が５０ｐｐｍ以下であっても、通常の雰囲気で充
放電することにより、絶縁ゴムパッキンや絶縁性ガスケ
ットリングのすきまから水分が混入し、電解液中の水分
量が１００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍにまで達することが
ある。このために、電解液の電気化学的な分解が促進さ
れたり、混入した水分そのものの電気分解によって酸素
や水素ガスが発生したりする。その結果、セルの抵抗値
が増加して容量値が減少したり、極端な場合は、セルが
膨らんで破裂したりすることがある。この現象は常温常
湿下ではあまり観察されないが、６０℃９０％ＲＨのよ
うな高温高湿雰囲気では大きな問題になる。

【０００５】上記課題を鑑み、本発明の目的は、有機系
の電解液を用い、活性炭を分極性電極に用いた電気二重
層キャパシタにおいて、そのセル構成材料から水分を除
去し、セル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、一対の集電体、前記集電体上の分極性電極、
前記分極性電極の間に配置されたセパレータ、および前
記分極性電極と前記セパレータに含浸された有機電解液
を具備し、前記セパレータが水分吸着材と電気絶縁性マ
トリクス材とから構成される。また、本発明の電気二重
層キャパシタは、一対の集電体、前記集電体上の分極性
電極、前記分極性電極の間に配置されたセパレータ、お
よび前記分極性電極と前記セパレータに含浸された有機
電解液を具備し、前記分極性電極が水分吸着材と活性
炭、または水分吸着材と活性炭およびバインダとから構
成されるものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明におけるセパレータは、水
分吸着材と電気絶縁性マトリクス材とから構成される織
布、不織布、抄紙シートまたはプレス成型体であればよ
い。また、水分吸着材は、ゼオライトまたはシリカゲル
であり、ゼオライトはＡ型ゼオライトのものがより好ま
しい。さらに、電気絶縁性マトリクス材が天然パルプ、
天然繊維、合成パルプおよび合成繊維のうちの少なくと
も一種であることが好ましい。

【０００８】

【実施例】次に、本発明の具体的な実施例について説明
する。図１は、本発明によるコイン型電気二重層キャパ
シタの構成を示す。背面に集電体２を設けた一対の分極
性電極１をセパレータ３を挟んで向き合わせて、ケース
５内に収納し、蓋６およびガスケット４により封口した
構造である。なお、分極性電極およびセパレータには電
解液が含浸されている。図２は、本発明による円筒型電
気二重層キャパシタの構成を示す。アルミニウム箔集電
体１１上に設けた活性炭層からなる分極性電極１０の一
対と、両者間に挿入したセパレータ１２を渦巻状に捲回
して、アルミケース１３内に挿入し、ケース１３の開口
部をゴムパッキン１４で密封したものである。ゴムパッ
キン１４には各分極性電極のリード線１５、１６が設け
てある。分極性電極、セパレータには電解液が含浸され
ている。

【０００９】《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）から構成され
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
からなる集電体を形成して分極性電極を得た。この分極
性電極を直径１１ｍｍのディスク状に打ち抜いた。ま
た、セパレータは、直径１０μｍのポリプロピレン繊維
とＡ型ゼオライト粉末（粒径３μｍ）を混合した後、湿
式法により抄紙してシート状にし、乾燥させ、円形に打
ち抜いて作製した。ただし、Ａ型ゼオライトとポリプロ
ピレン繊維の混合割合は、重量比でＡ型ゼオライト／ポ
リプロピレン繊維＝０．３とした。このセパレータと先
に得た分極性電極を用いて、図１のようにコイン型電気
二重層キャパシタを作製した。ただし、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溶解したものを用いた。

【００１０】《実施例２》マニラ麻とガラス繊維とＡ型
ゼオライト粉末の混合物を抄紙して、混抄シートを作製
し、セパレータとして用いた。ただし、Ａ型ゼオライト
の混合割合は、重量比でＡ型ゼオライト／（マニラ麻＋
ガラス繊維）＝０．５とした。これをセパレータに用い
る他は、実施例１と同様にしてコイン型電気二重層キャ
パシタを作製した。

【００１１】《実施例３》マニラ麻とガラス繊維の混合
物を抄紙して、混抄シートを作製した。この混抄シート
の表面に、Ａ型ゼオライト粉末を分散したメチルセルロ
ースのメタノール溶液を混合したペーストを塗布し、乾
燥してセパレータを得た。ただし、Ａ型ゼオライトとメ
チルセルロースの混合割合は、重量比で、Ａ型ゼオライ
ト／メチルセルロース＝１０とした。塗布層の厚さは１
μｍであった。これをセパレータに用いる他は、実施例
１と同様にしてコイン型電気二重層キャパシタを作製し
た。

【００１２】《実施例４》フェノール系の活性炭粉末
（比表面積：1700 ｍ²/g、平均粒径：2μｍ）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に均一
に混合分散した。さらに、これとは別にカルボキシメチ
ルセルロースのアンモニウム塩１重量部を水に溶解し
た。得られたメタノール分散液と水溶液とを均一に混合
して、活性炭のスラリーを得た。このスラリーを厚さ２
０μｍのエッチングしたアルミニウム箔に塗布し、１８
０℃で乾燥させて箔電極を得た。この電極を、幅１０ｍ
ｍ、長さ５０ｍｍに切断した。この分極性電極を用い
て、図２のような円筒型電気二重層キャパシタを作製し
た。ただし、電解液、セパレータは実施例１と同じもの
を用いた。

【００１３】《実施例５》実施例４で用いた箔電極を、
Ａ型ゼオライトを分散したメタノール液に１０分間浸漬
した。これを引き上げた後、室温で２４時間、さらに１
５０℃で１時間乾燥して分極性電極を得た。これを分極
性電極に用いる他は、実施例４と同様にして円筒型電気
二重層キャパシタを作製した。

【００１４】《実施例６》実施例４で用いたフェノール
系活性炭粉末７０重量部、フェノール粉末３０重量部、
Ａ型ゼオライト１重量部を均一に混合し、大きさ５０×
５０ｍｍ、厚さ１ｍｍに加圧成型した。得られた成型体
を７００℃の窒素雰囲気中で１時間炭化して多孔質の分
極性電極を得た。次に、この分極性電極を、集電体であ
る黒鉛板に圧接した。さらに、セパレータを介して、分
極性電極を向き合わせ、これをそのまま樹脂ケース中に
配置した。分極性電極およびセパレータには、電解液を
含浸させた。ただし、セパレータおよび電解液は、実施
例１と同じものを用いた。

【００１５】《実施例７》実施例１の分極性電極を、シ
リカゲル粉末を分散したカルボキシメチルセルロースの
メタノール溶液に浸漬し、乾燥させて、分極性電極を得
た。ただし、シリカゲル粉末とカルボキシメチルセルロ
ースの混合割合は、重量比で、シリカゲル粉末／カルボ
キシメチルセルロース＝１０とした。これを分極性電極
に用いる他は、実施例１と同様にしてコイン型電気二重
層キャパシタを作製した。

【００１６】《実施例８》直径１０μｍのフェノール系
活性炭繊維（比表面積２０００ｍ²／ｇ）と、直径１０
μｍのセルロース繊維とシリカゲル粉末の混合物を抄紙
して、混抄シート電極を得た。ただし、シリカゲル粉末
の混合割合は、重量比で、シリカゲル粉末／（フェノー
ル系活性炭繊維＋セルロース繊維）＝０．２とした。こ
れを分極性電極に用いる他は、実施例１と同様にしてコ
イン型電気二重層キャパシタを作製した。

【００１７】《実施例９》直径１０μｍのフェノール系
活性炭繊維（比表面積２０００ｍ²／ｇ）と、直径１０
μｍのセルロース繊維の混合物を抄紙して、混抄シート
電極を得た。この混抄シート電極に、Ａ型ゼオライトを
分散したカルボキシメチルセルロースのメタノール溶液
を塗布し、乾燥させて分極性電極を得た。ただし、Ａ型
ゼオライトとカルボキシメチルセルロースの混合割合
は、重量比で、Ａ型ゼオライト／カルボキシメチルセル
ロース＝１０とした。これを分極性電極に用いる他は、
実施例１と同様にして、コイン型電気二重層キャパシタ
を作製した。

【００１８】《比較例１》ポリプロピレン繊維をシート
状に抄紙したものをセパレータに用いる他は、実施例１
と同様にしてコイン型電気二重層キャパシタを作製し
た。

【００１９】《比較例２》ポリプロピレン繊維をシート
状に抄紙したものをセパレータに用いる他は、実施例４
と同様にして円筒型電気二重層キャパシタを作製した。
以上の実施例および比較例で得られたキャパシタの特性
を表１に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】以上のように、本実施例の電気二重層キャ
パシタでは、セパレータまたは分極性電極に、水分吸着
材を含有させているので、充放電を繰り返しても、容量
が減少したり、封口部が破壊されたりせず安定した特性
を維持することができる。また、水分吸着材を含有させ
ることにより、得られた電気二重層キャパシタの抵抗値
が増加するなどの不都合が生じることはない。なお、実
施例では、吸水材としてＡ型ゼオライト、シリカゲル粉
末を用いたが、その他の吸水材を用いてもよい。

【００２２】

【発明の効果】上記のように、本発明による電気二重層
キャパシタは、セパレータ、分極性電極などのセル構成
材料中にゼオライトやシリカゲルのような水分吸着材を
含むため、セル完成後、充放電中に、パッキングなどを
介して混入してくる水分が、吸着材に固定される。これ
により、電解液中に混入してきた水分が、電解液の電気
化学分解を促進したり、またこの水分自身が電気分解し
てガスを発生させ、セルを膨らませたり、破壊させたり
することがなくなる。よって、高温高湿雰囲気中でも長
期にわたって安定した充放電を繰り返すことができる電
気二重層キャパシタを得ることができる。このように、
本発明によって、セルの耐電圧を高くできるため、単位
容積当りのエネルギー密度を画期的に高くでき、３Ｖ級
のＩＣに単セルで対応することが可能となる。さらに、
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、充放電の長期信頼性も高くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるコイン型電気二重層
キャパシタの一部を切り欠いた斜視図である。

【図２】本発明の他の実施例における円筒型電気二重層
キャパシタの一部を切り欠いた斜視図である。

【符号の説明】

１ 分極性電極 ２ 集電体 ３ セパレータ ４ ガスケット ５ ケース ６ 蓋 １０ 分極性電極 １１ 集電体 １２ セパレータ １３ アルミケース １４ ゴムパッキン １５ リード線 １６ リード線

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の集電体、前記集電体上の分極性電
   極、前記分極性電極の間に配置されたセパレータ、およ
   び前記分極性電極と前記セパレータに含浸された有機電
   解液を具備し、前記セパレータが水分吸着材と電気絶縁
   性マトリクス材とから構成されることを特徴とする電気
   二重層キャパシタ。
2. 【請求項２】 一対の集電体、前記集電体上の分極性電
   極、前記分極性電極の間に配置されたセパレータ、およ
   び前記分極性電極と前記セパレータに含浸された有機電
   解液を具備し、前記分極性電極が水分吸着材と活性炭、
   または水分吸着材と活性炭およびバインダとから構成さ
   れることを特徴とする電気二重層キャパシタ。