JPS60167410A

JPS60167410A - 電気二重層キヤパシタ

Info

Publication number: JPS60167410A
Application number: JP59023344A
Authority: JP
Inventors: 棚橋　一郎; 敦西野; 昭彦吉田; 康弘竹内
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1984-02-10
Filing date: 1984-02-10
Publication date: 1985-08-30
Also published as: JPH025007B2

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】産業上の利用分野本発明は小型大容量の湿式電気二重層キャパシタに関す
るものである。

従来例の構成とその問題点従来、この種の電気二重層キャパシタの基本構造は第１
図に示すように、分極性電極体１に導電性電極２を形成
し、これをセパレータ３を介して積層し電解液を注入す
ることにより構成されている。

また、第２図に示すように分極外電４つ１として、活性
炭粉末に、黒鉛、カーボンブラック、４弗化エチレン、
ポリビニルピロリドン等を加えてできたペーストを使用
し、導電性電極２と［７て、金属の薄板、ネットまたは
パンチングメタルを使用し、この表面に分極性電極材料
を成形プレスするか、まだはゴム状のものを圧延ローラ
にかけ、分極性電極体と導電性電極を形成している。そ
して、セパレータ３を介して一対の導電性電極を有する
分極性電極体を巻き取り、電解液を注入したものである
。

第１図に示した構成の具体例を第３図に示す。

分極性電極体１として活性炭繊維布を用い、また導電性
電極２としてアルミニウム、チタン等の金属層、または
導電性樹脂層を形成した構成を有する。これらをセパレ
ータ３を介して電解液を注入した後、ガスケット４で正
、負極を絶縁しコイン型ケース６で封口ケーシングする
。ここで、金属の導電性電極２は、プラズマ溶射法、ア
ーク溶射法により、また導電性樹脂層は主にカーボンを
導電性粒子とした導電性樹脂をスクリーン印刷法やスプ
レィ法、ディップ法のいずれかにより形成されている。

導電性樹脂を用いた場合は、金属層を用いた場合より、
内部インピーダンスが大きくなり、強放電の用途には適
さないキャパシタとなる。

次に、従来の構成法では問題となるキャパシタの耐電圧
について述べる。耐電圧は使用する導電性電極および電
解液に大きく依存する。そこで、（１）水系電解液、（
２）非水系電解液を用いた場合の耐電圧について述べる
。

（１）水系電解液を用いた場合水系電解液は、非水系電解液に比べ２桁導電率が高く強
放電に適したキャパシタが得られる。

しかしながら、酸または塩基の水溶液では電解質の種類
に関係せず、分解電圧がほとんど一定の値約１．７■を
示す（例、ＩＮ、２５°ＣでＨ２ＳＯ４；１．６７Ｖ、
ＮａＯＨ；１．６９Ｖ）。すなわち、この電圧でアノー
ドで酸素、カソードで水素の発生が始まる。しかし、１
気圧におけるこの反応の理論的な酸素、水素の両電極の
可逆電位差は約１．２３Ｖで１．７■の値はこれよりは
るかに大きく分極している。実際には、１．７ｖ付近の
分解電圧に近づくにつれ残余電流がしだいに大きくなり
、１．２３Ｖ以下にキャパシタの印加電圧を制御しない
と漏洩電流が大きくなり、信頼性を始めと′するキャパ
シタ特性が著しく低下する。

このように水系電解液を用いるかぎり、１．２３Ｖ以上
の耐電圧を有し、しかも信頼性の高いキャパシタを得る
ことは不可能である。

（２）非水系電解液を用いた場合プロピレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、Ｎ−Ｎ
−ジメチルホルムアミド、アセトニトリル等の溶媒に、
過塩素酸リチウム、過塩素酸テトラエチルアンモニウム
等の溶質を溶解させた有機電解液は水系の電解液より導
電率は低いが、耐電圧が高くなることが広く知られてい
る。ここで、耐電圧は、アノードでは電解液の酸化分解
、アノード電極の溶解で規制される一方、カソードでは
電解液、まだはカソード電極の還元分解により規制され
る。

アノード側の導電性電極やケースにステンレススチール
やアルミニウムを用いた場合、アノード分極すると不動
体化せず溶解し、この溶解による電流が流れ始める。そ
してこの電位は、上記有機溶媒を用いた電解質中での活
性炭電極のアノード酸化あるいは電解質の分解電位より
も低いため、ステンレススチール捷たけアルミニウムを
集電体およびケースとした場合には陽極電位がこれらの
溶解電位で制限され、分極性電極と電解液で決定される
電気化学的に安定な電位領域を有効に使用することがで
きない。

さらにカソード側導電性電極としてチタンを使用した場
合、チタン中の酸化チタンが次式のような反応によりチ
タンブロンズとなる。

Ｔｉｅ２＋Ｈ＋ｅ　−＋　ＨＴｉＯ２この反応によりカソード分極で電流が流れ始めキャパシ
タのもれ電流になる。しかし、この反応量は非常に小さ
いものである。このようにキャパシタは使用する電解液
と、導電性電極により、耐電圧が大きく左右されること
がわかる。

さらに現在、電気二重層キャパシタはメモリ素子のバン
クアップ電源として使用されており、多くのメモリは５
．５■作動するため、水素電解液を使用した場合、７〜
８層もの単セルを積層。

非水電解液を使用した場合でも３層単セルを直列につな
がなければ耐電圧が得られない。したがって直列に積層
した場合の合成容量は、水系電解液の場合で単セルのＨ
〜％にも低下、非水系電解液の場合でも単セルの％にも
低下してしまい、いかに高耐圧のキャパシタを得ること
が有利であるかがわかる。以上記載したように従来の導
電性電極構成では、最高の使用耐圧を単セル当たり、２
．３ｖ以上に上げることが困難である。

以上述べた以外に外装封口のケース内面をチタンなどの
導電性電極で完全に被覆することは困難である。しだが
って、アノード側のケースもアノード分極に対し、溶解
電位の高いチタンなどを用いなければ、耐電圧の高いキ
ャパシタを得ることができない。

発明の目的本発明はこのような従来の電気二重層キャパシタのアノ
ード側導電性電極とケースを改良することにより、高耐
圧の電気二重層キャパシタを得ることを目的とするもの
である。

発明の構成この目的を達成するために本発明は、少なくともアノー
ド側分極性電極の片端面にチタンからなる導電性電極を
設けるとともに、チタン製のケースを配設したものであ
る。

実施例の説明具体的実施例を述べる前に電気二重層キャパシタの耐電
圧について述べる。

理想的なキャパシタの耐電圧は、キャパシタをアノード
分極、カソード分極した時にケース、分極性電極、導電
性電極の分解電位が電解液の酸化。

還元電位よりも大きく、分解電流が電解液の分解により
規制されるものである。したがって第４図に示すｉ−８
曲線のように、ケース、分極性電極。

導電性電極の分解電位６が電解液の分解電圧７より大き
ければ良いことになる。

なお、以下の具体的実施例で述べる本発明のキャパシタ
の構成材料のアノード分極、カソード分極を行った場合
のｉ−８曲線は、通常の３極法により、対向極に銀、照
合電極にカーボンを用いた実験によりめた。

（実施例１）分極性電極に比表面積２０００ｍ”／ｆ／　、　２２−
４ｎに細孔径の８０％以上が存在する活性炭繊維を用い
、第１表に示すアノード、カソードの導電性電極。

１０　−／ケースを用い第５図に示したキャパシタを作製した。集
電体としての導電性電極の形成には、チタン、アルミニ
ウム金属の２００μｍ厚の層の場合は、プラズマ溶射法
、あるいはアーク溶射法を用い、また、カーボン粒子を
導電粒子とした導電性ペイントは塗布法、スプレィ法等
で形成した。また電解液には、第１表に示す溶質、溶媒
系のものを使用した。第１表は２■印加５０００時間の
信頼性試験後の初期値からの容量変化率を示すものであ
る。

以下余白この表より、アノードの導電性電極とケースがチタンよ
りなるものが一番信頼性が高いことがわかる。これはチ
タンがアノード分極に対し他の金属よりも安定であるた
めである。丑だ、カソードにチタン導電性電極、ケース
を用いると、一部の酸化チタンがチタンブロンズを形成
するが、信頼性等において特に問題になるような現象は
見られ々かった。さらに同表に各電解液を使用した場合
の耐電圧を示したが、この値からもアノード集電体とケ
ースにチタンを用いると、良好なキャノ々シタが得られ
ることが明白である。なお、第５図中、８はアノード側
分極性電極、９はアノード側導電性電極、１０はカソー
ド側分極性電極、１１はカソード側導電性電極、１２は
アノード側のケース、１３はカソード側ケースである。

第６図に活性炭の電圧−電流特性を示す。アノード、カ
ソード分極により流れる電流１４．１５は電解液の分解
に起因するものと考えられる。中間領域での電流１６は
電気二重層への充電電流である。

また、第７図にチタンの電圧、電流特性を、第８図にア
ルミニウムの電圧、電流特性を示す。

この第７図、第８図を比較すると、いかにチタンの方が
アノード分極に対し安定であるかがわかる。また第７図
でカソード分極における小さなピークはチタンブロンズ
形成のために生じる。

第１表に示した、アノード導電性電極、アノードケース
にチタンを使用したものは従来の２．３ｖに比べ２．９
ｖという高耐電圧を有する。

（実施例２）分極性電極に比表面積２１ｏｏｍ７ｆｉ’のバインダー
を使用していない気孔率５％の活性炭多孔体を分極性電
極に用い、第９図（ａ）　、　（ｂ）に示すような大容
量キャパシタを作製した。アノード側分極性電極８の集
電体（導電性電極）としてチタン板１７を使用し、カソ
ード側導電性電極１８には、カソード側分極性電極１０
上に■としてアルミニウム板、（！３）としてチタン板
を設けた。セパレータ３を介して集電体と同じ材質のリ
ード１９　、２０を接続し過塩素酸テトラエチルアンモ
ニウムをプロピレンカーボネートに溶解させた溶液を電
解液として注入した後、熱融着性の７エルムシート２１
でラミネートした。本実施例の緒特性を第２表に示す。

ここで用いた分極性電極の大きさは、ｉｏｏｍｍ　ｘ５
０　ｍｍ　Ｘ　２　ｍｍ厚の直方体である。第９図（ｂ
）は第９図（ａ）をＡ　−Ａ’線で切断した本実施例の
断面図である。

第２表より、活性炭多孔体を分極性電極に用いても、捷
た■、■のようにアノード集電体（導電性電極）、ケー
スにチタンを用いると、非常に高耐圧なそして信頼性の
高いキャパシタが得られる。

なお、信頼性は、２ｖ印加５０００時間後の初期からの
容量変化率および漏れ電流変化率で示しだ。

第２表発明の効果以上のように本発明によれば、従来のものに比べ耐電圧
が高く、高信頼性の小型で大容量の電気二重層キャパシ
タが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ従来の電気二重層キャパ
シタを示す構成図および斜視図、第３図は別の従来の電
気二重層キャパシタの半断面正面図、第４図は電気二重
層キャパシタの理想的なｉ−Ｅ曲線を示す特性図、第５
図は本発明の一実施例による電気二重層キャパシタの半
断面正面図、第６図はカーボンのｉ−Ｅ曲線を示す特性
図、第７図はチタンのｉ−Ｅ曲線を示す特性図、第８図
はアルミニウムのｉ−Ｅ曲線を示す特性図、第９図（ａ
）　、　（１））は本発明の他の実施例による電気二重
層キャパシタを示す平面図および断面図である。１・・・・・・分極性電極体、２・・・・・・導電性電
極、３・・・・・・セパレータ、８・・・・・・アノー
ド側分極性電極、９・・・・・・アノード側導電性電極
、１０・・・・・・カソード側分極性電極、１１・・・
・・・カソード側導電性電極、１２・・・・・アノード
側ケース、１３・・・・・・カソード側ケース、１７・
・・・・・チタン板、１８・・・・・・チタン板または
アルミニウム板。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図第６図 −７図第８図）１特開昭ＧＯ−１６７４１０（６）第９５４イ　ｊ　？　ＥＭ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくともアノード側分極性電極の片端面にチタ
ンからなる導電性電極を設けるとともに、チタン製のケ
ースを配設したことを特徴とする電気二重層キャパシタ
。
（２）分極性電極の片端面に形成された導電性電極がケ
ースと接触した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。
（３）導電性電極がプラズマ溶射、アーク溶射等の溶射
法、または蒸着法のいずれかひとつにより、分極性電極
上に形成されたものであ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）分極性電極に、繊維布状９紙状、フェルト状。あるいは多孔体状の活性炭を用いた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。