JPS60171714A - 電気二重層キヤパシタの製造方法 - Google Patents

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】 〔技術分野〕 この発明は充電可能な電源用として有用な電気二重層キ
ャパシタの製造方法に関する。

〔背景技術〕

電気二重層キャパシタは、第１図および第２図に示され
るように、対向する二つの集電板２１゜２１間にセパレ
ータ２２で隔離された一対の電極２３．２３を配設しそ
の周縁部外方に絶縁リング２４を設けてなるユニット２
を２個積層してブロック１とし、このブロック１を正極
缶３と負極缶４との間に封入した簡単な構成からなって
おり、上記ブロック１のユニット数は３個以上の場合も
あり、逆にこのブロックｌとする代わりに１個のユニッ
トだけを用いる場合もある。

この種のキャパシタは、これを例えば缶４側を負極に缶
３側を正極に充電すると各ユニット２の負極缶４側の電
極２３が負に帯電し正極缶３側の電極２３が正に帯電す
るとともにこの帯電が１ケ月ないしそれ以上持続して電
源としての性能を発揮し、放電完了後は再び充電するこ
とにより上記同様の性能を発揮する。このことから、近
年長時間にわたって使用可能な構成的に簡単な電源とし
て時計やその他各種の用途に広く応用されつつある。

ところで、上記キャパシタのユニット２の製造は、一般
に絶縁リング２４を負極缶４例の上リング２４Ａと正極
缶３側の下リング２４Ｂとで構成して両リング２４Ａ、
２４Ｂに集電板２１．２１を接着接合してなるいわゆる
グロメット２５．２５を形成し、両グロメット２５．２
５の凹所に電ｔｉ２３．２３を内填したのち両者間にセ
パレータ２２を介在させて接着接合させるという方法を
採用している。

そして、上記電極の内填は、電極構成材である粉末活性
炭と電解液とからなる混合物をグロメットの凹所におけ
る集電板の内壁に塗布する方法か、あるいは特公昭５５
−４１０１５号公報にみられるように予め上記混合物を
上記凹所に対応する所定の形状、大きさの金型を用いて
加圧成形しておき、これを上記凹所に装入するという方
法などがとられていた。

しかるに、これらの方法はいずれも前記混合物からなる
成形拐料を一般に少量用いてしかも１個づつ電極を形成
しなければならないため、ユニットひいてはキャパシタ
の生産性に劣るという問題があった。しかも、上記塗布
方法では本質的に圧密化できずまた上記加圧成形力法で
は電解液を含むために充分な加圧力を採れないことから
、いずれの場合も粉末活性炭の充填密度が低くなり、ま
ノこ取り扱うべき粉末活性炭の量が少ないためその充填
密度にばらつきを生じやすく、結果としてキャパシタの
静電容量の低下ないしばらつきを生じゃずいという問題
があった。

また、」二記従来の加圧成形方法で得られる電極は、粉
末活性炭と電解液とからなりしかもこれが充分に圧密化
されたものでないため、強度的にかなり弱いという欠点
があり、このため取り扱し）中に割れや欠けを生して静
電容量にばらつきを生しさせたり、また取り扱いにかな
りの注意を要することからこれがキャパシタの生産性を
低下させる一因ともなっていた。

〔発明の目的〕

この発明は、上記問題点を解消すること、つまり生産性
にすぐれているとともに静電容量が大きくしかもそのば
らつきの少ない電気二重層キヤ、＜シタの製造方法を提
供することにある。

〔発明の概要〕

この発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討し
た結果、ユニット製造用の電極の形成にあたり、電極構
成材の一種として粉末活性炭を結着する適宜のバインダ
を使用することにより、前記問題点を悉く解消できるこ
とを知り、この発明をなすに至った。すなわち、この発
明の要旨番よ、粉末活性炭と水溶性バインダと水とから
なる分散体を調製し、これを流延し水を藩発させたのち
加圧成形して電極母体をつくり、これに電解液を含浸さ
せてユニット製造用の電極を形成することにある。

以下、この発明を図面を参考にして説明する。

第１図は、この発明の方法にしたがって製造された電気
二重層キャパシタの一例を示したもので、１はユニット
２を２個積層してなるブロック、３および４は上記ブロ
ック１を装填したステンレス製などの正極缶および負極
缶であり、上記正極缶３の開口部をポリプロピレン類な
どのガスケット５を介して負極缶４側に屈曲し封口する
ことにより、上記ブロック１を両缶３．４内に封入した
構造となっている。

上記ユニット２は、第２図に示すように、ポリプロピレ
ンの如き合成樹脂に少量のゴム質ポリマーとともにカー
ボンの如き導電物質を添加してフィルム成形された二つ
の集電板２１．２１と、この集電板２１，２１間の中央
部に配設された微孔性ポリプロピレンフィルムの如きセ
パレータ２２と、上記集電板２１．２１間に配設されか
つ上記セパレータ２２によって互いに隔離さ九た有機系
ないし硫酸その他の無機系の電解液および粉末活性炭を
含む一対の電極２３．２３と、この電極２３．２３の周
縁部外方に設けられたポリプロピレンやエチレン−プロ
ピレンゴムなどの合成樹脂製の上下リング２４Ａ、２４
Ｂからなる絶縁リング２４とで、構成されている。

上記構成のユニット２は、上記集電板２１．２１に対し
てそれぞれ上記の上リング２４Ａおよび下リング２４Ｂ
を超音波融着さセ・るかあるいは適宜の接着剤を用いて
接着接合した二つのグロメツ）２５．２５をつくり、両
グロメット２５．２５をそれぞれの凹所に上記電極２３
．２３を内填したのち両者間にセパレータ２２を介在さ
せて上記同様の手段で融着ないし接着接合させることに
より、製造される。

この製造法における上記電極２３．２３の内填にあたっ
ては、まず粉末活性炭と水溶性バインダと水とからなる
分散体を調製し、これをシート状に流延し水を蒸発させ
たのち加圧成形して、第３図に示されるような実質的に
粉末活性炭と水溶性バインダとからなるシート状の電極
母体２３０を形成し、これを上記グロメット２５．２５
の凹所に対応する大きさに打抜成形したのち上記凹所に
装入し“、これにさらに前記の電解液を注入して電極２
３．２３を構成させる。

この電極２３に用いる粉末活性炭としては一般に比表面
積が１０００〜２０００ｒｄ／ｇであるものが好ましく
、また水溶性バインダとしてはポリビニルアルコール、
ポリエチレンオキサイドおよびポリアクリル酸ナトリウ
ムの如きポリアクリル酸塩から選ばれた少なくとも一種
が好適である。

このような粉末活性炭と水溶性バインダと水とからなる
分散体において、水溶性バインダの使用量は、これと粉
末活性炭との合計量中５〜３０重量％、好適には８〜１
６重量％である。このバインダの割合が少ないと加圧成
形性に劣り、逆に多くなりすぎると活性炭量が減少して
静電容量の向上に好結果が得られない。また水の使用量
としては、バインダの水溶液濃度が通常１〜２０重量％
、実用的には約４重量％程度の割合となるようにするの
がよく、水の量が多すぎても少なずぎてもシート状の流
延が難しくなる。

この分散体の流延時の厚みは、水の蒸発および加圧後に
キャパシタの種類に応じた所要厚みが得られるように、
適宜設定すればよい。また加圧成形時の加圧の程度は、
前記従来の電解液を含んだ゛状態での加圧成形と異なっ
て３０００〜１５０００ｋｇ／ｃｄ程度の大きな圧力と
することが可能で、この範囲内で加圧後の密度が０．５
２〜０．６４ｇ／−となるように適宜設定する。

上記方法で形成される電極母体２３０は、実質的に粉末
活性炭と水溶性バインダとからなりその機械的強度にす
ぐれているため、前記打抜成形時およびこの成形後グロ
メット２５の凹所に装入するための取り扱い中に割れや
欠けの問題をきたさず、しかもこの本体２３０は粉末活
性炭が圧密化されたものであるために、これに電解液を
注入して電極２３を構成させたときに、上記活性炭の電
極２３中での充填密度を大きくする特徴を持っている。

〔発明の効果〕

上記説明にて明らかなように、この発明においては、ユ
ニット２の構成要素である電極２３の形成にあたり、ま
ず粉末活性炭と水溶性バインダとからなる電極母体２３
０を形成し、これを所定の形状、大きさに打ち抜いてグ
ロメット２５の凹所に装入したのち電解液を注入して電
極２３を構成させるようにしているから、上記母体２３
０の大量生産性によりまたその良好な機械的強度により
ユニットひいてはキャパシタの生産性を大幅に向上させ
ることができる。

しかも、上記母体２３０の粉末活性炭の充填密度が大き
くなっていることから、得られるキャパシタの静電容量
が大となり、また大量の粉末活性炭を一度に加圧成形し
てこれを所定の大きさに打抜成形するものであるため電
極１個当りの上記活性炭の使用量にばらつきを生じにく
く、しかもその取り扱い時に割れや欠けを生じることが
少ないため、キャパシタ間の静電容量のばらつきが少な
くなるという利点を有している。

また、上記母体２３０のバインダとして水溶性のものを
用いているため、これが電極構成時の電解液の含浸性を
良くしてキャパシタの充電ないし放電特性に好結果を与
える。なお、上記母体２３０の加圧成形にあたって水溶
性バインダの使用量を可及的に少なくしまた特に大きな
圧力を採用したときには、上記母体２３０の内部に極め
て微細なひびが形成され、これが電極構成時の電解液の
含浸性に好結果を与える。

〔実施例〕

つぎに、この発明の実施例を記載してより具体的に説明
する。

水溶性バインダとしてポリビニルアルコールを使用し、
これの４重量％の水溶液中に比表面積が１５００ｍ”／
ｇの粉末活性炭を攪拌混合し°Ｃ分散体を調製した。こ
の分散体の水溶性バインダの量はこれと粉末活性炭との
合計量中１２重量％であった。つぎに、この分散体を所
定の枠内に注入してシート状に流延し、水を蒸発させた
のち７０００ｋｇ／ｃａｔの圧力で加圧成形して密度０
．５８ｇ／ｄ、厚み０．３’　５　龍の電極母体をっ（
った。その後、この母体を直径７．５鰭に打抜成形した
。

つぎに、直径１０．０鶴、厚み０．１鰭のポリプロピレ
ンと少量のゴム質ポリマーとカーボンとからなる二つの
集電板に、それぞれ外径１０．０鶴、内径７．８鰭、厚
み０．３鰭のポリプロピレン製の上下リングを超音波融
着させた一対のグロメットを用意し、両グロメットの凹
所に上記の打抜成形品を装入しこれに電解液として３０
重量％の硫酸水溶液をそれぞれ６μ！注入して電極を構
成した。しかるのら、両グロメットを雨間にセパレータ
とし゛Ｃ直径８．５ｍｍ、厚み０．０２５鰭のポリプロ
ピレン倣孔性フィルムを介在させて超音波融着させるこ
とにより、ユニットを製造した。

このユニットを２個積層してブロックとし、これを内径
１０．６鰭のステンレス製の正極缶に装填し、正極缶の
開口部にポリプロピレン製ガスケットを介して内径１１
．１　’ｍのステンレス製の負極缶を嵌合するとともに
、正極缶の開口部を内方に屈曲して封口することにより
、第１図および第２図に示される如き総高が２．０龍の
この発明に係る電気二重層キャパシタを作製した。

このキャパシタの静電容量を調べた結果および前記ユニ
ット製造後の電極中の粉末活性炭の充填密度を調べた結
果は、下記の表に示される通りであった。なお、表中の
比較例品とは、前記同様の比表面積を有する粉末活性炭
４０重量部と３０重量％の硫酸水溶液６０重量部との混
合物を所定形状の金型を用いて直径７．５鶴ｍ、厚み０
．３５　＋ｕに加圧成形して電極を形成し、この電極を
用いて前記実施例と同様にして作製した従来のキャパシ
タの上記同様の試験結果である。

以上のように、この発明の方法によれば、生産性を大幅
に向上できまた秤量誤差などに起因した静電容量のばら
つきを回避できることはもちろんのこと、上記試験結果
からも明らかなように、電極中の粉末活性炭の充填密度
が高く静電容量のより大きな電気二重層キャパシタを提
供できるものであることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法にしたがって製造した電気二重
層キャパシタの一例を示す半部断面図、第２図は上記キ
ャパシタのユニットの構成を示す断面図、第３図は上記
ユニットの電極の形成に用いる電極母体を示す断面図で
ある。 ２・・・ユニット、３・・・正極缶、４・・・負極缶、
２１．２１・・・集電板、２２・・・セパレータ、２３
゜２３・・・電極、２３０・・・電極母体、２４・・・
絶縁リング 特許出願人　日立マクセル株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）対向する二つの集電板間にセパレータで隔離され
   た一対の電極を配設しその周縁部外方に絶縁リングを設
   けてなるユニットを正負両極缶内に少なく、とも１個封
   入した電気二重層キャパシタの製造方法において、゛上
   記電極の形成にあたり、粉末活性炭と水溶性バインダと
   水とからなる分散体を澗製し、これを流延し水を蒸発さ
   せたのち加圧成形して電極母体をつくり、これに電解液
   を含浸させて電極を形成することを特徴とする電気二重
   層キャパシタの製造方法。
2. （２）水溶性バインダがポリビニルアルコール、ポリエ
   チレンオキサイドおよびポリアクリル酸塩から選ばれた
   少なくとも一種からなる特許請求の範囲第（１）項記載
   の電気二重層キャパシタの製造方法。
3. （３）水溶性バインダの使用量が粉末活性炭との合計量
   中５〜３０重量％である特許請求の範囲第（１）項また
   は第（２）項記載の電気二重層キャパシタの製造方法。