JPS58222520A - 電気二重層キヤパシタ - Google Patents

電気二重層キヤパシタ

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JPS58222520A
JPS58222520A JP57105935A JP10593582A JPS58222520A JP S58222520 A JPS58222520 A JP S58222520A JP 57105935 A JP57105935 A JP 57105935A JP 10593582 A JP10593582 A JP 10593582A JP S58222520 A JPS58222520 A JP S58222520A
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Japan
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double layer
activated carbon
layer capacitor
electrolyte
electric double
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JP57105935A
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敦 西野
昭彦 吉田
棚橋 一郎
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気二重層キャパシタに関するもので、更に
詳細に説明すれば、分極性電極と、電解質界面とで形成
される眠気二重層を利用した電気二重層キャパシタにお
いて、その電解質として、浸透性の優れた1、2ジメト
キシエタンを含むことを特徴とじた眠気二重層キャパシ
タに関するものである。
従来の電気二重層キャパシタは、その分極性電極の形状
から2種類に大別される。第一のものは、活性炭粉末を
分極性電極として使用するものであり、次の様な構造を
有する。すなわち、第1図に示すようにアルミニウム金
属を用いたエクスパンドメタルのような網状の集電体1
の上に、黒鉛。
カーボンシラツク、活性炭などと4弗化エチレン・ポリ
ビニルピロリドンのようなバインダーとで構成されるペ
ースト状のもの2を圧延担持させる0そして電解液を含
浸させたセパレーク3と集電体1、分極性電極2とを捲
回し、円筒状めアルミケース4に密封ノ・ウジングした
ものである。
第二のものは、活性炭繊維により構成される布。
紙、フェルト状のもの6を分極性電極として用いたもの
であり、当該電極上にプラズマ溶射などにまり集電体6
を形成し、電解液を含浸した七ノくレータ7を介して例
えば、第2図に示すように平板型7 /l’ミニウムケ
ース8にノ蔦つジノグしたものである。9は絶縁体であ
る。
ところでこれらの構造の電気二重層キャパシタは、第3
図に示すように、分極性電極として用いている活性炭1
0と電解質11との界面で形成される電気二重層により
電荷11′:1ニジが蓄積される。そしてこの蓄積電荷
量は、活性炭の表面積と、活性炭細孔中への電解質の浸
透性に依存する。現在一般に用いられている活性炭の表
面積は500〜1000m2/g r  であシ、これ
を用いた眠気二重層キャパシタの理論容量は200F/
q r 〜800F /q rである。また眠気二重層
キャパシタの電解質としては、セパレータなどへの含浸
性、導電率、化学的、熱的安定性を考慮して、プロピレ
ンカーボネート、ジメチルフォルムアミド、γ−ブチロ
ラクトン、テトラヒドロフランなどの溶剤に、テトラメ
チルアンモニウムバークロレート、過塩素酸アンモニウ
ムなどを溶解したものが用いられてきた。
しかしなから、上記のような従来の電解質と、活性炭の
組合わせでは、電解質の低い浸透性、高粘度のため、活
性炭細孔への電解質の含浸が完全には行なえ得す、前述
の理論容量値のたかだか3割程度の容量値しか利用され
ていないのが現状である。特に、第二の型の電気二重層
キャパシタ、すなわち分極性電極として活性炭繊維を材
料として用いたものでは、この傾向が大きい。ここで、
:111 現在までに用いられている種々の繊維状9粒状活   
    l性炭の特性を第1表に示す。
上記表の中でヤシガラ活性炭粉末は、既述の第一の型の
粉末ペースト状分極性軍極に用いられているもので70
0〜800m”/gr  の表面積を有する。これに対
し、フェノール系、レーヨン系。
アクリル系活性炭は、第4図に示すように原料繊維を直
接炭化、賦活する方法と、一旦炭素繊維化したあとに賦
活する方法とがあるが、いずれも活性炭繊維を布9紙、
フェルト状にして用いることができる。またこの方法で
得られたものは、表面積が1000〜2000m’/g
r  とヤシガラ系の活性炭素末の倍以上であり、その
広面積を有効に利用できれば、非常に大きな容量を小さ
な体積で得ることが可能になる。
ところで、このように活性炭繊維において重量当たりの
表面積が非常に大きいということは、当然のことながら
、その細孔の直径も小さくなるということを意味する。
その結果、いかに単位重量当たりの面積の大きい活性炭
繊維を用いても、従来と同じ浸透性の電解液を用いてい
たのでは、その特徴を生かして大容量を得ることはでき
ない。
本発明は、上記のような状況に鑑み、特にフェノール系
活性炭繊維(いわゆるノボラック系活性炭)のように単
位重量当たりの比表面積の大きい物質を分極性電極とし
て用いる時、その容量を有効に引出すべく、高導電性で
かつ高浸透性を有する電解質溶液を用いた電気二重層キ
ャパシタに関するものである。さらに詳細には、当該電
解質の構成成分のひとつとして少なくとも1.2−ジメ
トキシエタンを用いることを特徴とする電気二重層キャ
パシタに関するものである。以下に、本発明の内容につ
いて詳細に説明する。
本発明で用いる1、2−ジメトキシエタンは、エチレン
グリコールのジメチルエーテルであり、水、アルコール
、ハイドロカーボンに溶ける、沸点が82〜83℃の安
定な液体である。従来、眠気二重層キャパシタの電解液
用溶剤として用いられていたγ−ブチロラクトン、テト
ラヒドロフラン、ジメチルフォルムアミド、プロピレン
カーボネートなどは、下に構造式(1)〜(4)でそれ
ぞれ示すようにカルボニル基、メチル基のついたアミン
基。
環状構造などのため、その分子半径もしくは、立体障害
などにより、細孔への浸透性があまり良くない。これに
対し、本発明で用いる1、2−ジメトキシエタンは、同
じく下に構造式(5)で示すとおり、低分子量で、エー
テル構造のため、はぼ直鎖状構造に近い。このため、細
孔への浸透性は従来の溶剤よシも優れている。
(1)−γ−ブチロラクトン (2)テトラヒドロフラ
ン(3)ジメチルフォルムアミド (イ)プロピレンカ
ーボネート(5)1.2−ジメトキシエタン H2O−0−C)(2−CH2−0−CH3ここでフェ
ノール系活性炭繊維を例にあげて、活性炭繊維の微細構
造を説明すると、第5図のようになる。活性炭繊維の細
孔16は直径数10オングストロームから数ミクロンの
同筒状のものであり、との細孔中の表面積を有効に利用
するためには、少なくとも数10オングストロームから
数ミクロンの細孔径を通過して当該細孔の底部16にま
で達することのできる電解質を用いなければならない。
第6図は、ヤシガラ系の活性炭粒子もしくは、一部の低
比表面積の活性炭繊維の細孔の微細構造であるが、これ
らの活性炭の細孔17は入口部18径が数ミクロン以上
であり、内部に向って径の小さくなる、いわゆるV字断
面構造を有。
している。このため、全比表面積は、あまり大きくない
が、電解液の浸透性という点からは、活性() 炭繊維を用いる時はどの留意はあまり必要でない。
次に本発明で用いる1、2ジメトキシエタンが、このよ
うな2種の活性炭と組合わせた場合の主な効果を具体的
な数値で比較しながら以下に述べる。
第7図は、3種類の比表面積(1000m”/q r 
+1500m”/q T + 2000ttL /qr
)の活性炭繊維を分極性電極として用いた場合、取出さ
れる容量効率を、電解液溶剤として、プロピレンカーボ
ネートを使用した場合21と本発明の1.2−ジメトキ
シメタンとプロピレンカーボネートとを併用し建場合2
2について示したものである。この図から、従来の電解
液溶剤プロピレンカーボネートを使用すると、分極性電
極の比表面積を1000m”/grから2000m2/
g rに増加させても容量値はほとんど増加しないか、
逆に減少している。これに対して電解液溶剤として1,
2−ジメトキシエタンを併用した場合は、同じ活性炭繊
維の表面積が増加すると、これに比例して容量値も増加
しており、1090m”/qr活性炭使用時の容量と、
2000nl/q r活性炭使用時のそれとの比は、は
ぼ1:2である。
第8図には、ヤシガラ活性炭粒子(300m”/qrr
500trL /q r + 700111”/qr)
を分極性電極として用、プロピレンカーボネートを電解
液溶剤とじて用いた場合の表面積と容量効率との関係を
示すものであるが、この程度の低表面積材料を分極性電
極として用いた場合には、従来の電解液溶剤でも、かな
りその機能をはたしていることがわかる(23)0図中
、24で示すようにこの場合でも1,2−ジメトキシエ
タンの効果はある。
これらの実験事実は、既述の高比表面積活性炭繊維の細
孔形状、電解液浸透性と容量取出効率との関係に対する
議論を支持するものであり、本発明における電解液溶剤
1,2ジメトキシエタンの優れた性質が説明される。
本発明における電解液溶剤の効果をさらに顕著にするた
めに、活性炭への電解液の含浸に際して真空含浸法を用
いることも有用な手段である。またノボラyり系黒鉛繊
維に陰極果眠体をプラズマ溶射等の手段で陰極を形成し
た後にプロピレンカーボネートと1,2ジメトキシエタ
ンからなる亀1:11::1 解質を真空含浸させた後に大容量コンデンサとして組立
ても同様の効果を確認した。
次に具体的な実施例をあげて本発明の特徴、効(実施例
) 直径1.0mの活性炭繊維(日本力イノτル(株)製、
比表面積2oootl/q r )の片面にプラズマ溶
射法により厚さ6μmのアルミニウム導電層を形成する
。厚さ10μのポリエチレンフィルムに、1.2−ジメ
トキシエタンを30重量%、γ−ブチロラクトンを60
重量%、テトラメチルアンモニウムバークロレートを2
0重量%を混合した溶液を含浸し、・これを前記活性炭
繊維2枚の間にはさむ。さらに外装ケースとゴム製のガ
スケットで該構造体を密封する。この密封を行なう前に
、2枚の活性炭繊維と、溶液を含浸したセパレータとの
積層物を1 mmHg 、室温の減圧雰囲気で10分間
保持する試料も試作した。また電解液としてプロピレン
カーボネート30重量%、γ−ブチロラクトン50重量
%、テトラメチルアンモニウムバークロレート20重量
、、、チよシ構威されるものを用       jいた
従来素子についての試作を行った。
第2表に本・実施例の結果を示す。
第2表 第9図は本実施例の眠気二重層キャパシタの一部正面断
面図で、活性炭繊維30.アルミを極31、セパレータ
32.外装ケース33.ガスケット34とから構成され
ている。
以上に記載のごとく、本発明のように浸透性の良い電解
液溶剤を用いると、活性炭の微細なA孔部までの表面容
量を取出すことが可能になり、この効果は、活性炭繊維
のような高表面積を有する物質を分極性電極として用い
た電気二重層キャノ々特性の経時変化についても、初期
容量値が高い割合で達成されているため、耐高温負荷寿
命も優れたものが得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の電気二重層キャパシタの一例を示す図、
第2図は同じ〈従来の電気二重層キャパシタの他の例を
示す断面図、第3図は電気二重層キャパシタの分極性電
極と電解液との界面部を示す模式図、第4図は活性炭繊
維の製造方法を示す図、第6図は高比表面積活性炭繊維
の細孔を示す図、第6図はヤシガラ系活性炭などの細孔
を示す図、第7図、第8図は活性炭比表面積と眠気二重
層容量取出し効率との関係を示す図、第9図は本発明の
一実施例である電気二重層キャパシタの一部正面断面図
である。 30・・・・パ・活性炭繊維、31・・・・・・アルミ
を極、32・・・・・・セパレータ、33・・・・・・
外装ケース、34・・・・・・ガスケット。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 第2図 第3図 第4図 第5図 6 57図 九表卦幼積 (yIηり 第8図 罠表惜踵(m”/l/lλ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)集電極が電気的に接続された分極性電極と、1.
    2ジメトキシエタンを含み上記分極性電極に接する電解
    質とを有し、上記分極性電極と上記電解質の界面に形成
    される電気二重層が利用されるよう構成されたことを特
    徴とする眠気二重層キャパシタ。 (2)分極性電極が炭素繊維または活性炭繊維よりなる
    布1紙またはフェルトで構成されたことを特徴とする特
    許請求の範囲第一1項記載の電気二重層キャパシタ。 (3)集電極が分極性電極上にプラズマ又はアーク溶射
    により形成された導電層からなることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の電気二重層キャパシタ。 (4)導電層がAL、 N i 、 ZnおよびCuよ
    りなるグループのなかから選ばれた少なくとも一種から
    なることを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の電気
    二重層キャパシタ。 (6)分極性電極が多孔質体からなるとともに、電解質
    が分極性電極の細孔中に真空含浸されたことを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の眠気二重層キャパシタ。
JP57105935A 1982-06-18 1982-06-18 電気二重層キヤパシタ Granted JPS58222520A (ja)

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