JPH104037A - 電気二重層キャパシタ用電極 - Google Patents
電気二重層キャパシタ用電極Info
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- JPH104037A JPH104037A JP8155656A JP15565696A JPH104037A JP H104037 A JPH104037 A JP H104037A JP 8155656 A JP8155656 A JP 8155656A JP 15565696 A JP15565696 A JP 15565696A JP H104037 A JPH104037 A JP H104037A
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- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Abstract
タの内部抵抗を低くすることができ、エネルギ密度を向
上することができる電気二重層キャパシタ用電極を提供
する。 【解決手段】 電気二重層キャパシタ用電極を形成する
際に、活性炭粒子20と共に黒鉛粒子22とカーボンブ
ラック粒子24との混合物を混ぜ合わせた。この際、黒
鉛粒子22とカーボンブラック粒子24との混合比を所
定の割合にすると、電極の抵抗を大きく下げることがで
きる。このため、導電化材の量を増やさなくても電極の
抵抗を減らすことができ、電気二重層キャパシタの静電
容量を高く維持することができる。これにより、エネル
ギ密度を向上できる。
Description
いられる電気二重層キャパシタに使用される電極の改良
に関する。
との界面で形成される電気二重層を利用するものであ
り、比較的静電容量が大きくバックアップ用電源等に用
いられている。
シタの構造の断面図が示される。図5において、一対の
集電体10、12が設けられており、各集電体10、1
2には、正負の電極14、16が設けられている。
の導電性を向上させるための導電化材を加え、ポリテト
ラフルオロエチレン(PTFE)等を結着剤として、集
電体10、12としてのアルミニウム箔等に担持させた
構造となっている。このような正負の電極14、16の
間には、セパレータ18が介在されており、電極14、
16及びセパレータ18には電解液が含浸されている。
電化材として黒鉛あるいはカーボンブラックを使用した
電気二重層キャパシタの電極の例が開示されている。本
従来例においては、黒鉛あるいはカーボンブラックを使
用し、電極14、16の抵抗を下げることにより電気二
重層キャパシタの内部抵抗の低減を図っている。
量は、活性炭の量を多くすることにより増加するが、こ
れに加えて、電極の抵抗を下げて、内部抵抗を低減すれ
ば活性炭へのイオンの吸着性が向上し、これによっても
静電容量が増加する。電気二重層キャパシタでは静電容
量が高く、内部抵抗が低いほどエネルギ密度を向上する
ことができる。エネルギ密度を向上できれば電気二重層
キャパシタの小型化、軽量化が図れ、特に車載用等に有
用である。
用される導電化材としては、使用量を多くしなくても電
極の抵抗を下げることができるものが望ましい。電極中
の導電化材の使用量を減らせれば、それだけ活性炭の量
を多くでき、その際電極の抵抗が低ければ、エネルギ密
度を向上できるからである。
極14、16においては、導電化材としてカーボンブラ
ックあるいは黒鉛が通常単独で用いられている。カーボ
ンブラックの場合は、それ自体の抵抗率が10-1Ωcm
であって、導電性がさほど高いとはいえず、電気二重層
キャパシタの内部抵抗を下げるためにはカーボンブラッ
クの使用量を多くしなければならないので、活性炭の量
が相対的に減少して静電容量が低下するという問題があ
った。
ラファイト層が規則正しく配向しているために、その抵
抗率が10-2〜10-3Ωcmと低く導電性が高い。しか
し、黒鉛はその粒径が数μmであるため活性炭粒子間の
細部まで入り込むことができず、電極14、16の抵抗
を十分下げることができないという問題があった。この
様子が図6に示される。
22とを混合した場合、活性炭の粒径が数μm〜数十μ
mであるのに対し、黒鉛粒子22の粒径は数μmである
ため、上述の通り、活性炭粒子20の間に黒鉛粒子22
が十分入り込むことができず、活性炭粒子20と黒鉛粒
子22との接触面積を十分に確保することができない。
このため、電極14、16として活性炭に黒鉛を単独で
混合した場合には、活性炭にカーボンブラックを単独で
混合した場合に比べかえって電極14、16の抵抗が高
くなり、電気二重層キャパシタの内部抵抗を下げること
ができないという結果になっていた。
2の粒径を小さくして活性炭粒子20の隙間に入り込め
る程度の微粒にすることも考えられる。しかし、粉砕等
により黒鉛粒子22を微細化していくと、黒鉛を形成す
るグラファイト層の間で層間のずれが起こり黒鉛構造が
歪んでしまうので抵抗率が上昇してしまう。このため、
黒鉛粒子22を微粒化することは適切とはいえない。
のであり、その目的は、静電容量を低下させずに電気二
重層キャパシタの内部抵抗を低くすることができ、エネ
ルギ密度を向上することができる電気二重層キャパシタ
用電極を提供することにある。
に、本発明は、活性炭と導電化材と結着剤とから構成さ
れる電気二重層キャパシタ用電極であって、導電化材と
してカーボンブラックと黒鉛との混合物が5〜30重量
%含まれ、この混合物中の黒鉛に対するカーボンブラッ
クの割合が30〜80重量%であることを特徴とする。
を図面に基づいて説明する。
シタ用電極の部分断面図が示される。図1に示される電
極は、活性炭粒子20と黒鉛粒子22とカーボンブラッ
ク粒子24とを混合して構成されている。前述したよう
に、活性炭粒子20の粒径は数μm〜数十μmであり、
黒鉛粒子22の粒径は数μm程度であるので、活性炭粒
子20の粒子間細部までは黒鉛粒子22が入り込むこと
ができない。しかし、数十nm〜数百nmと粒径が微細
であるカーボンブラック粒子24は、図1に示されるよ
うに、活性炭粒子20及び黒鉛粒子22の粒子間に入り
込むことができ、電気二重層キャパシタ用電極の導電性
を向上させることができる。
の抵抗率は、黒鉛粒子22の抵抗率に比べ高めである
が、粒径の大きい黒鉛粒子22と活性炭粒子20との間
に生じる隙間にカーボンブラック粒子24が入り込むこ
とにより、この隙間を埋めることができるので、空間の
ままでは電荷が移動できない上記隙間において、カーボ
ンブラック粒子24が電荷の移動を助けることができ
る。この結果、黒鉛粒子22を単独で活性炭粒子20と
混合した場合に比べ、電気二重層キャパシタ用電極の電
気抵抗を下げることができる。
2とカーボンブラック粒子24との混合比の最適化を図
り、黒鉛及びカーボンブラックの使用量を増やさずに電
極の抵抗を下げた点にある。これにより、電極中の活性
炭の量を減らさずに済み、電気二重層キャパシタの静電
容量を高く維持することができるとともに、内部抵抗も
低下させることができ電気二重層キャパシタのエネルギ
密度を向上できる。
とカーボンブラックとの混合比として、カーボンブラッ
クの割合が30〜80重量%となるように調整するのが
好適であることを見出した。この場合、カーボンブラッ
クと黒鉛との混合物を電極中に5〜30重量%含ませれ
ば電極の抵抗を十分下げることができる。なお、活性炭
をカーボンブラック及び黒鉛と共に結着させるための結
着剤としてポリテトラフルオロエチレン等を使用する
が、この添加量は電極中に5〜30重量%とした。
電極の例を実施例として説明する。
を60重量%、平均粒径30nmのカーボンブラック及
び平均粒径5μmの黒鉛の混合物を20重量%、PTF
Eを20重量%混ぜ合わせ、湿式混練した後、アルミ箔
上に厚さ100μmでフィルム化した。この時の電極の
大きさは、一辺が50mmの正方形とした。このように
して作製した電極に、0.6mol/lのテトラエチル
アンモニウムテトラフルオロホウ酸塩(Et4 NB
F4 )をプロピレンカーボネート(PC)に溶解させた
電解液を十分含浸させた後、セパレータを介して2枚の
電極を重ね合わせた。
シタの両端に2.5Vの電圧を印加して60秒間充電を
行った後、両端電圧が2Vから1Vになるまで10mA
の定電流放電を行って、その放電時間から充電電荷量Q
を求め、静電容量CをC=Q/1により算出した。
は印加した電圧よりもIR分低い電圧しか印加されない
ので、抵抗が高いほど前述した活性炭へのイオンの吸着
性が低下し、静電容量が小さくなり、エネルギ密度も低
下すると考えられる。
圧変化すなわちIRドロップから電気二重層キャパシタ
の内部抵抗を求めた。この内部抵抗は、電極の抵抗の高
低を反映している。
二重層キャパシタにおいて、電極中の黒鉛とカーボンブ
ラックとの混合割合を変化させた時の、電気二重層キャ
パシタの容量の変化の様子が示される。また、図3に
は、この電気二重層キャパシタにおいて、黒鉛とカーボ
ンブラックとの混合割合を変化させた時の、内部抵抗の
変化の様子が示される。なお、両図において、横軸には
黒鉛とカーボンブラックとの混合物中のカーボンブラッ
クの割合が示される。
に係る電極を使用した電気二重層キャパシタにおいて
は、黒鉛とカーボンブラックとの混合比が、カーボンブ
ラックが30〜80重量%である広い範囲にわたって、
静電容量が高く内部抵抗が低い特性を有している。しか
も、上記範囲において、これら静電容量及び内部抵抗の
特性がフラットであるという特徴も併せて有している。
更に、これらの特徴は、カーボンブラックの割合が40
〜70重量%の間において特に顕著に認められる。
パシタにおいて、電極中の黒鉛とカーボンブラックとの
混合割合を変化させた時の電気二重層キャパシタのエネ
ルギ密度の変化の様子が示される。具体的には、両端電
圧が1Vと2Vの間で、0.1W/Fで充放電させて測
定したエネルギ密度が示されている。
に黒鉛とカーボンブラックとの混合物中のカーボンブラ
ックの割合が示される。
の混合割合が30〜80重量%の場合に、エネルギ密度
も高い値(11.5J/g以上)を示している。これ
は、図2、図3に示されるように、この範囲における電
気二重層キャパシタの静電容量が高く、かつ内部抵抗が
低いためと考えられる。
混合割合が40〜70重量%の範囲において、電気二重
層キャパシタのエネルギ密度が12J/g以上となって
おり、特に高い値を示した。
パシタは、電極の抵抗が下がり、静電容量が高く維持さ
れて、エネルギ密度が向上していることがわかる。
導電化材として所定割合の黒鉛とカーボンブラックとを
混合して使用することにより、それぞれ単独で導電化材
として使用される場合に比べ、電極の抵抗が大幅に減少
すると共に静電容量が高く維持される。この結果、電気
二重層キャパシタのエネルギ密度を大きく向上させるこ
とができる。
一実施形態の部分断面図である。
パシタの静電容量と電極中に使用される黒鉛とカーボン
ブラックの混合割合との関係を示す図である。
パシタの内部抵抗と電極中に使用される黒鉛とカーボン
ブラックの混合割合との関係を示す図である。
パシタのエネルギ密度と電極中に使用される黒鉛とカー
ボンブラックと混合割合との関係を示す図である。
である。
気二重層キャパシタ用電極の部分断面図である。
ータ、20 活性炭粒子、22 黒鉛粒子、24 カー
ボンブラック粒子。
Claims (1)
- 【請求項1】 活性炭と導電化材と結着剤とから構成さ
れる電気二重層キャパシタ用電極であって、 前記導電化材としてカーボンブラックと黒鉛との混合物
が5〜30重量%含まれ、前記混合物中の黒鉛に対する
カーボンブラックの割合が30〜80重量%であること
を特徴とする電気二重層キャパシタ用電極。
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---|---|---|---|
JP15565696A JP3850918B2 (ja) | 1996-06-17 | 1996-06-17 | 電気二重層キャパシタ用電極 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005036574A1 (ja) * | 2003-10-10 | 2005-04-21 | Japan Gore-Tex Inc. | 電気二重層キャパシタ用電極とその製造方法、および電気二重層キャパシタ、並びに導電性接着剤 |
US20130037756A1 (en) * | 2011-08-12 | 2013-02-14 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Electrodes for electrochemical capacitor and electrochemical capacitor including the same |
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1996
- 1996-06-17 JP JP15565696A patent/JP3850918B2/ja not_active Expired - Fee Related
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