JPS6015138B2 - 電気二重層キャパシタ− - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気二重層キャパシターに関するもので、更に
詳細に説明すれば、分極性電極として炭素繊維を用いる
ことにより、分極性電極の加工性、利用効率を改善する
とともに、単位体積当りの充電容量の大きい電気二重層
キャパシターを提供するものである。

従釆、この種の電気二重層キャパシターの分極性電極と
しては、アルミニウムのような金属の薄板、ネットまた
はパンチングメタルをそのまま用いるか、若しくはこれ
らの集電体金属表面をエッチング処理などにより表面を
粗面化したものを金属集軍体として、この両表面に、活
性炭からなる分極性電極材料を成型プレスするか、また
はゴム状のものを圧延ロールにかけて挺持させることに
より分極性電極を製造していた。

しかしながら、このような集電体を用いて製造した分犠
牲電極は金属集電体と活性炭竃極との接触が強固でなく
、特に圧延ローラにかけて薄くした分極性電極を巻回し
て渦巻き構造にしたものは、集電体の外側の活性炭竃極
層と集電体の内側の活性炭電極層とは応力がそれぞれ逆
にかかるため、集電体と活性炭竃極との接触は一層弱く
なり、このため電気二重層キャパシターの内部抵抗が次
第に増大したり、活性炭竃極層の利用効率が次第に低下
する等の欠点があった。

′ また前述の従来の構造の場合、電気二重層キャパシ
ターを大量に量産するときに、これらの問題は更に深刻
である。

すなわち、分優性電極を渦巻状に巻回するときに生じる
集電体と活性炭竃極層との剥離、脱落等による容量のバ
ラッキや活性炭竃極層の利用効率の低下や使用時に内部
抵抗が増大し、容量変化や充電時間のバラッキ等が生じ
、商品価値上重要な問題となっている。本発明ではこれ
らの欠点を解決するために、分極性電極に炭素繊維を用
いたものである。

先ず、本発明で用いる炭素繊維について詳述すると、本
発明の目的にかなう炭素繊維は、表面積が大きく、電気
抵抗が小さく、薄片状の渦巻形状の加工に必要な柔軟性
と引張強度と長期間の電解質に耐える耐薬品性とを有さ
ねばならない。

このような目的にかなう炭素繊維を類別すると、フェノ
ール系（硬化ノボラツク繊維）、レーヨン系、アクリル
系、ピッチ系の四種類がある。また、これらの原料繊維
を用いて、炭素繊維化あるいは活性炭繊維する方法を示
すと図のようになる。この図から理解できるように、原
料繊維を直接炭化、賦活する方法と、一旦炭素繊維化し
たあとい賦活する方法とがある。

一般的には、一度炭素繊維化した後、水蒸気と窒素から
なる混合ガス雰囲気下で７００〜８００ｏ０の温度で賦
活化を行なう。また、一般に、炭素繊維の表面積と電気
抵抗、柔軟性とは反比例の関係にあるので、炭素繊維か
ら活性炭繊維に賦活するに従って表面積の増大がともな
い、炭化収率は低下し、電気抵抗、柔軟性は悪くなる。
電気二重層キャパシターの分極性電極として用いるため
には、原料繊維の種類によって異なるが、炭化収率は１
０〜８０％程度が好ましく、炭化収率が１０％以下では
表面積は大になるが、原料繊維によって柔軟性がなくな
り、渦巻状に巻回したり、集電極加工時の機械的強度に
耐えられなくなる。また、逆に炭化収率８０％以上では
、電気抵抗、柔軟性、炭素繊維強度等は優れているが、
表面積が小となり単位体積当りの電気容量が小となるの
で好ましくない。ここで、繊維の炭化収率とは、廉霜霧
鰐芸事雲ＸＩＯ。

（※）まれま活砦素鴇霧繊麗縦蚕蓬雲量量ＸＩＯＯ（※
）で表わされるものを炭化収率といい、フェノール繊維
を例にとると、炭素繊維の炭化収率は５０※〜５８※で
、活性炭繊維の炭化収率は１８〜５５※程度となる。

表１にそれぞれ種類の異なる炭素繊維の特長を示してい
る。表Ｉ この表１より明らかなように、アクリル系、ピッチ系は
、一般に梢々柔軟性にかけ、また表面積が梢々小ない。

また、レーヨン系は表面積が大であるが、繊維がもろく
、またフェルト状の炭素繊維は普及しているが、抄紙化
が困難で、ペーパー状は可能であり、耐薬品性、耐水性
に問題がある。一方、フェノール系炭素繊維は硬化ノボ
ラック繊維を原料とするもので、このフェノール系炭素
繊維は硬化ノボラック繊維が不溶融性で且つ熱収縮が小
さいために原料繊維を予め不融化する必要がなく、織物
や不織布がそのまま活性炭化ができ、また強くて柔軟性
に優れているので、電気二重層キャバシターの分樋性電
極として、特に優れている。また、フェノール系炭素繊
維を原料にした抄紙化には数々の特長を有し、特にフェ
ノール系炭素繊維を原料にバインダーとして特殊カィノ
ール（日本カィノール株式会社製フェノール系繊維の商
品名）を用いて抄紙化したものは、柔軟性、電気抵抗、
耐薬品性、者回加工強度、加工精度、電気容量、コスト
等の数々の面で極めて優れた特長を有することが認めら
れた。次に、従釆例を参考に、本発明の具体的実施例を
詳述する。

先ず従来例として、粉末ャシガラ炭を原料にアルミニウ
ムのパンチングメタル（ｔ＝０．１肋）のエッチング処
理を施したものを集電体とし、この集電体の両面に厚み
２００山の活性炭電極層を圧延により加工処理し、電極
寸法（２０肌×２．５肌×５００仏）の形状に切断して
電極を得た。

これに公知の方法で、アルミニウムのリードを取付け、
そして２枚の電極間にポリプロピレンのセパレーターを
挟み込み、巻き取り機で、渦巻状に巻き取る。そして、
これを直径１６肋ぐ、長さ３３肌のアルミニウムのケー
スに入れ、ケース溝入れ、蓋のとりつけ、電解液の注入
（真空含浸）、かしめ封口を行なうことにより従来品を
得た。。次に、本発明品について述べると、レーヨン系
フェルト状活性炭繊維、アクリル系フェルト状活性炭繊
維、ピッチ系フェルト状活性炭繊維、フェノール系フェ
ルト状活性炭繊維、フェノール系クロス状活性炭繊維、
フェノール系抄紙状活性炭繊維からなるそれぞれの活性
炭繊維原料を用い、これを分極性電極形状（２０肌×２
．５弧×０．５肌）に切断し、それぞれの活性炭繊維の
電極間にＰＴＦＥ系のセパレーターを挟み込み、巻き取
り機で渦巻状に巻き取る。

この時、対極の端面のみ１肋程度の段差を設けて巻き取
る。電極の取り出し‘まアルミニウム導線を用い、アル
ミニウム粉末を用いたプラズマ溶射法により、両端面か
ら両極の集電とＩＪード端子とを同時に形成する。この
ようにして得られた活性炭繊維からなる電極を前述の従
来品と同様な方法で、組立、ハウジングを行ない、そし
て電解液としては、プロピレンカーボネートを溶媒とし
て、ＩＭ／そのテトラエチルアンモニウムパークロレー
トを電解質としたものを用いた。このようにして製作し
た本発明品と従来品との特性を表２に比較して示してい
る。この表２から判るように、分極性電極として活性炭
繊維を用いた本発明によれば、単位体積当りの容量、内
部抵抗を著しく改善することができる。

長２ また、炭素繊維とこれを賦活することにより得られる活
性炭繊維とを用いた場合における特性を比較するために
、フェノール系フェルト状炭素繊維をそれぞれ炭化収率
のみを変化させた炭素繊維原料として用い、そして前述
した活性炭繊維を用いた実施例と同様な方法で分極性電
極とし、さらに電気二重層キャパシタ−としての完成品
とした場合の特性を調べた。

この結果を表３に示しており、この表３から判るように
炭素繊維の状態であっても、前述の活性炭繊維と同様に
単位体積当りの容量、内部抵抗を著しく改善することが
できる。表３ 以上のように本発明の電気二重層キャパシターによれば
、単位体積当りの容量、内部抵抗を署し〈改善すること
ができるだけでなく、品質の安定化、歩蟹改善、価格低
減を図ることができ、その工業的価値は極めて大なるも
のである。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の電気二重層キャパシターで用いる炭素繊維
化または活性炭繊維化する方法を説明するための図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 分極性電極と電解質界面で形成される電気二重層を
   利用した電気二重層キヤパシターにおいて、分極性電極
   として炭素繊維を用いたことを特徴とする電気二重層キ
   ヤパシター。 ２ 分極性電極として、炭素繊維を賦活した活性炭繊維
   を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の電気二重層キヤパシター。 ３ 分極性電極として、抄紙状の活性炭繊維を用いたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の電気二重
   層キヤパシター。 ４ 分極性電極として、フエノール系炭素繊維を用いた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項または
   第３項記載の電気二重層キヤパシター。