JPH11274014A - 電気二重層キャパシタ - Google Patents

電気二重層キャパシタ

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JPH11274014A
JPH11274014A JP10073738A JP7373898A JPH11274014A JP H11274014 A JPH11274014 A JP H11274014A JP 10073738 A JP10073738 A JP 10073738A JP 7373898 A JP7373898 A JP 7373898A JP H11274014 A JPH11274014 A JP H11274014A
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JP
Japan
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layer capacitor
double layer
electric double
electrode
electrolyte
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Withdrawn
Application number
JP10073738A
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English (en)
Inventor
Hitoshi Saito
仁 斉藤
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/54Electrolytes
    • H01G11/56Solid electrolytes, e.g. gels; Additives therein
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゲル電解質を用いた電気二重層キャパシタで
あって積層構造のものを提供する。 【解決手段】 ゲル電解質3で形成した電解質と、集電
極1及び活性炭電極2又はバイポーラ電極5で構成した
電極とを有する電気二重層キャパシタの単位セル6を複
数個積層して構成したものである。

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
タに関し、特に電気二重層キャパシタの単位セルを積層
した積層形電気二重層キャパシタに適用して有用なもの
である。 【0002】 【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】現在用
いられているコンピュータには、メモリのバックアップ
用として、電気二重層キャパシタが利用されている。こ
のキャパシタは、小型・大容量であるばかりでなく、繰
返し寿命が長いという特徴を有する。電気二重層キャパ
シタは、A1電解コンデンサに代表される電極間に誘電
体を有する場合に比べ、体積あたりの容量が300〜1
000倍高い。 【0003】この電気二重層キャパシタは、分極性電極
に電解質中のアニオン,カチオンをそれぞれ正極,負極
表面に物理吸着させて電気を蓄えるという原理で動作す
るため、その吸着する電極の表面積が大きいことが要求
される。そこで、現在では、比表面積が1000〜30
00(m2/g)の活性炭がこの電気二重層キャパシタの
電極として利用されている。電気二重層キャパシタは、
この2つの電極の間に電解質が存在する構造を有してい
る。 【0004】近年、この種の電気二重層キャパシタは、
様々な機器のバックアップ電源として広く用いられるよ
うになってきた。適用対象の大容量化に伴い、バックア
ップとして用いる電気二重層キャパシタも、大容量化が
望まれている。かかる用途に供する大容量のキャパシタ
においては、使用電圧が高く、また内部抵抗が低く、結
果として大電流を供給できることが望ましい。 【0005】電気二重層キャパシタの電解質は、水溶液
系、有機電解液系のもが知られており、これらが主に用
いられているが、本発明者はこれらに代えてゲル状電解
質を用いることに思い至った。それは次の理由による。 【0006】水溶液系は、電解液として主に希硫酸が用
いられている。希硫酸は電気伝導度が大きい反面、分解
電圧が1.2Vと低い。一方、有機電解液系では、分解
電圧は、水溶液系に比べ高い(2.5〜3V)が、電気
伝導度が小さい。このように、水溶液系と有機溶液系と
は相反する性質を持っている。一方、ゲル電解質系は、
有機電解液系と似た性質を持っているが、ポリマーが含
まれているため電気伝導度に関しては、有機電解液系に
やや劣る。しかし、ゲル電解質系ではセパレータが不要
であり、キャパシタを構成するときに、優位な構造を構
築できるという利点がある。 【0007】本発明は、上述の点に鑑み、ゲル電解質を
用いた電気二重層キャパシタであって積層構造のものを
提供するとともに、かかる電気二重層キャパシタにおけ
る電解質の封止及び積層も良好に行い得る積層構造の電
気二重層キャパシタを提供することを目的とする。 【0008】上記目的を達成する本発明の構成は、次の
点を特徴とする。 【0009】1) ゲル電解質で形成した電解質と、一
組の活性炭電極及び集電極で構成した電極とを有する電
気二重層キャパシタの単位セルを複数個積層して構成し
たこと。 【0010】2) ゲル電解質で形成した電解質と、一
組の活性炭電極及び集電極で構成した電極とを有する電
気二重層キャパシタの単位セルを複数個積層して構成し
た電気二重層キャパシタにおいて、単位セルの相対向す
る電極間の間隔を保持するスペーサを兼用するよう熱可
塑性樹脂で構成した構造枠と電極とを一体的に形成する
一方、構造枠に積層の際の位置決め用溝を設けるととも
に、当該単位セルに積層する他の単位セルの同様の構造
枠に前記位置決め用溝と嵌合する凸部を設け、さらに各
単位セルの構造枠同士を熱溶着で接合して当該単位セル
の封止構造としたこと。 【0011】3) 上記2)に記載する電気二重層キャ
パシタにおいて、構造枠の熱可塑性樹脂に線膨張係数の
小さい樹脂を用いたこと。 【0012】以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳
細に説明する。 【0013】図1は本発明の第1の実施の形態に係る電
気二重層キャパシタを概念的に示す説明図である。同図
において、1は集電極、2は活性炭電極(例えば活性炭
繊維布)、3はゲル状電解質、4は極間を保持するため
の非導電性のスペーサーを兼用する構造枠で、上下の集
電極1、1に接着され、内部のゲル電解質3を封止して
いる。また、5はバイポーラ電極で、集電極1とその両
面に配置された活性炭電極2で構成したものである。か
くして、本形態に係る電気二重層キャパシタの一単位と
なる電気二重層キャパシタである単位セル6は、集電極
1及び活性炭電極2からなる電極又はバイポーラ電極5
を相対向させた状態でその間にゲル電解質3を封入した
ものとして構成してある。すなわち、本形態に係る電気
二重層キャパシタはこの単位セル6を使用電圧に応じて
必要数だけ積層したものであり、その両端部の端子電極
8に接続してあるリード端子7を介して外部回路に接続
するように構成してある。 【0014】ゲル電解質はテトラエチルアンモニウム四
フッ化ホウ酸塩、プロピレンカーボネート、ポリアクリ
ロニトリルを混合して用いた。 【0015】図2は本発明の第2の実施の形態に係る電
気二重層キャパシタを概念的に示す説明図である。同図
中、図1と同一部分には同一番号を付し重複する説明は
省略する。図2に示すように、本形態に係る電気二重層
キャパシタは、バイポーラ電極5と、電気絶縁性の熱可
塑性の樹脂からなる構造枠9を射出成形で一体化し、こ
の構造枠9で全体の形状を保持するとともに、積層した
とき構造枠9同士の合わせ部を熱溶着し、接合部11
(図中の黒三角の部分)を形成して単位セル15の封止
構造としたものである。 【0016】かかる電気二重層キャパシタは次の様な手
順により作製する。当該電気二重層キャパシタは枠付き
バイポーラ電極10を有するものであるが、この枠付き
バイポーラ電極10は、バイポーラ電極5、構造枠9か
らなる。バイポーラ電極5は、集電極1と活性炭電極2
からなり、アルミニウム集電板の両面に活性炭繊維布を
導電性接着剤で接着したものである。バイポーラ電極5
は射出用金型にセットされ、この集電極1の周囲にガラ
ス繊維を20%含んだポリプロピレン樹脂からなる構造
枠9が射出成形により形成される。射出用樹脂は熱可塑
性で耐溶剤性、耐熱性を備えていれば材料にその他の制
限はない。このようにして、バイポーラ電極5と構造枠
9が一体化された枠付きバイポーラ電極10を得る。次
に、この枠付きバイポーラ電極10の間に、薄膜状に完
成したゲル電解質3を挟み込み、構造枠9の位置決め用
溝13と凸部14とを嵌合して所定の枚数の単位セル1
5を積層する。位置決め用溝13及び凸部14は、積層
の際の位置決め用として一の単位セル15の構造枠9と
当該単位セル15に積層する他の単位セル15の構造枠
9にそれぞれ設けたものである。このように位置決め用
溝13と凸部14とを構成したことにより積層時の位置
決めが容易になる。 【0017】当該電気二重層キャパシタの両端は、アル
ミニウム板の片面にカーボン電極を形成し、もう片方の
面にリード端子7を取り付け、同様に構造枠9と一体化
された枠付き端子電極12を形成した。次に、単位セル
15を封止し、かつ、積層物全体を一体化するため構造
枠9同士を熱溶着により接合する。このとき、熱溶着の
他に超音波接合などを用いることもできる。これによ
り、封止が不完全になる原因となる接着剤を使用しない
で、確実な封止が可能となる。 【0018】上記第2の実施の形態におけるガラス繊維
を20%含んだポリプロピレン樹脂を使った射出成形の
構造枠9は、射出成形の後、枠全体に少々そりが生じ、
積層する際にそりの修正が必要であった。しかし実用上
特に問題あるほどのそりではない。そりの原因は、成形
後の樹脂の収縮によると考えられた。 【0019】そこで、射出成形用の樹脂に線膨張計数の
小さい、ガラス繊維を60%含んだポリフェニレン・サ
ルファイド樹脂を用いたところ、ポリプロピレン樹脂を
用いた場合よりも枠付き集電極全体のそりが低減され
た。これを本発明の第3の実施の形態とする。 【0020】上記第2の実施の形態と第3の実施の形態
とに係る積層形の電気二重層キャパシタを、積層数×2
Vの電圧に充電したときの各単位セル15の電圧を測定
した結果、各単位セル15の電圧の最大値と最小値の差
(ΔV)は、第1の実施の形態の場合が0.6Vで、第
2の実施の形態の場合が0.05Vであった。すなわ
ち、第2の実施の形態では第1の実施の形態の1/10
以下であることが実験的に証明された。これは枠付き電
極全体のゆがみが低減されたため、各単位セル15の極
間が一定になり、単位セル15の内部抵抗、容量のばら
つきが小さくなったことを示している。 【0021】 【発明の効果】以上実施の形態とともに詳細に説明した
通り〔請求項1〕に記載する発明によれば、ゲル電解質
を用いた積層構造の電気二重層キャパシタを形成するこ
とができる。また、〔請求項2〕に記載する発明によれ
ば、封止が不完全になる原因であった接着剤を使用して
いないので、確実な電解質の封止が可能となり、封止性
能に優れ、積層の容易な積層形の電気二重層キャパシタ
が得られる。さらに、〔請求項3〕に記載する発明によ
れば、より寸法精度に優れ、結果としてセル間のばらつ
きが小さい積層形の電気二重層キャパシタを得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の第1の実施の形態に係る電気二重層キ
ャパシタを概念的に示す説明図である。 【図2】本発明の第2及び第3の実施の形態に係る電気
二重層キャパシタを概念的に示す説明図である。 【符号の説明】 1 集電極 2 活性炭電極 3 ゲル電解質 6、15 単位セル 9 構造枠 13 位置決め用溝 14 凸部

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 ゲル電解質で形成した電解質と、一組の
    活性炭電極及び集電極で構成した電極とを有する電気二
    重層キャパシタの単位セルを複数個積層して構成したこ
    とを特徴とする電気二重層キャパシタ。 【請求項2】 ゲル電解質で形成した電解質と、一組の
    活性炭電極及び集電極で構成した電極とを有する電気二
    重層キャパシタの単位セルを複数個積層して構成した電
    気二重層キャパシタにおいて、 単位セルの相対向する電極間の間隔を保持するスペーサ
    を兼用するよう熱可塑性樹脂で構成した構造枠と電極と
    を一体的に形成する一方、構造枠に積層の際の位置決め
    用溝を設けるとともに、当該単位セルに積層する他の単
    位セルの同様の構造枠に前記位置決め用溝と嵌合する凸
    部を設け、さらに各単位セルの構造枠同士を熱溶着で接
    合して当該単位セルの封止構造としたことを特徴とする
    電気二重層キャパシタ。 【請求項3】 〔請求項2〕に記載する電気二重層キャ
    パシタにおいて、構造枠の熱可塑性樹脂に線膨張係数の
    小さい樹脂を用いたことを特徴とする電気二重層キャパ
    シタ。
JP10073738A 1998-03-23 1998-03-23 電気二重層キャパシタ Withdrawn JPH11274014A (ja)

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Effective date: 20050607