JPS6092605A - 電気二重層キヤパシタ - 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】 産業上の利用分野 本発明は小型大容量の湿式タイプの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ＩＱＹ液を注入すること
により構成されている。

まだ、第２図に示すように分極性電極１として、活性炭
粉末に、黒鉛、カーボンブラック１４弗化エチレン、ポ
リビニルピロリド／秀を加えててきたペーストを使用し
、導電性′心棒２として、金属の薄板、ネット斗たはパ
ンチングメタルを使用し、この表面に分極性電極月相を
成形プレスするか、またはゴム状のものを圧延ローラに
かけ分極（？Ｉ電極体と導電性電極を形成している。そ
して、セ・；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、−！、
たけ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を介して重ね合わせ、電解液を注入した後ガ
スケット４で正、負極を絶縁した状態でコイン型ケース
５で封口ケーシングする。ここで、金属の導電性電極は
、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接および電
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１．７ｖを示す。例えばＩＮ、
２５℃で、Ｈ２ＢＯ３；１．６７Ｖ、ＮａＯＨ；　１．
６９　Ｖとなる。すなわち、この電圧でアノードで酸素
、カソードて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１．７ｖの値はこれよりはるかに大
きく分極シフている。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、μ
（ｉ、えい電流が大きくなり、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７０ることＣＦ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ｉ・、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。

また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
レススチールまたはアルミニウムを集電体とした場合に
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値域を有
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。

ＴｉＯ２＋　Ｈ＋＋　ｅ　→ＨＴ　ｉ　Ｏ２この反応に
よりカソード分極で電流が流れ始め、キャパシタの漏れ
電流となる。このように本キ＼・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
素子のバックアップ電源として使用されており、多くの
メモリは６．５ｖ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。しだがって内列に１１１１層した場合の合
成容置は、水系電解液のＪ場合で弔セルのＺ〜％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Ｊ−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
トに１−けることが困難である。

発明の目的 本発明は、従来の電気二重層キャパシタの導電性電極構
成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、アノード側分極性
電極体の片面にチタンからなる導電性電極を形成すると
ともに、カソード側分極性電極体の片面にアルミニウム
から導電性電極を形成し、この導電性電極を形成したア
ノード側およびカソード側分極性電極体をセパレータを
介して相対向させ電解液を注入して構成したものである
。

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
圧について説明する。

理想的な、キャパシタの面１圧は、キャパシタをアノー
ド分極、カソード分極した時に分極性電極。

導電性電極の分解電位が電解液の分解電位よりも大きく
、分解電流が、電解液の酸化、還元による分解により規
制されるものである。しだがって、第４図に示すｉ−Ｅ
曲線のように、分極性電極。

導電性電極の分解電位６が電解液の分解電位７より大き
ければ良いことになる。

まだ、こ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電流、電位曲線（ｉ−Ｅ曲線）
は、通常の３１ｉ＠Ｌ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が２０００＋＋＋’／７の活性炭
繊維を用い、アノード側分極性電極体８の片面にプラズ
マ溶射法によりチタンの導電性電極９を形成し、カソー
ド側分極性電（１對休１０の片面にプラズマ溶射法によ
りアルミニウムの導電性電極１１を形成し、電子的な短
絡を防止するためポリグロピレン製のセパレータ１２を
介して重ね合わせ、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Ａ
として注入した後、第５図に示すようなコイン型のケー
ス６に封入してケーシングする。ここで、本実施例の分
極性電極、導電性電極の電気化学的挙動を調べた。用い
た電解液はいずれもＡである。

第６図に３極法によるカーボンのｉ　−Ｅ曲線を示す。

アノード、カソード分極により流れる電流１３．１４は
電解液の分解に起因するものと考えられ、中間領域での
電流１６は、電気二重層への充電電流である。

まだ、第７図に同様なチタンのｉ−Ｅ曲線を、第８図に
アルミニウムのｉ−Ｅ曲線を示す。第７図よりチタンは
カソード分極でチタンブロンズを生成するので、カソー
ド分極した場合、この反応による電流が流れる。第８図
よりアルミニウムはアノード分極で溶解するだめ、アノ
ード分極で大きな耐圧を期待できないことがわかる。

実施例１では、アノード導電性電極にチタンをカソード
導電性電極にアルミニウムを使用しているため、約２．
９の耐圧が得られる。

分極性電極を直径１５喘の円にしだ時のキャパシタ諸特
性を第１表に示す。従来のものに比べ耐圧が２．３■か
ら２．９■と向上する。

第１表 （実施例２） 実施例１とまったく同様な分極性電極と導電性電極を用
い、第２図に示した構造のキャパシタを作成した。本実
施例でのキャパシタ特性を第２表に示す。第２表からも
本構造のキャパシタは従来のものより大きな面１圧を示
すことがわかる。

用いた分極性電極は１０　ｃｍ　Ｘ　６　ｃｍの大きさ
のものである。

第２表 （実施例３） 実施例１，２と同様な分極性電極と導電性電極を用い、
第３表に示す溶媒と電解質の組み合わせによる電解液を
使用した場合における耐電圧を測定し、第３表の右梱に
示し／ζ。第３表より、有機電解液を用いたキャパシタ
Ｑす２．８〜３．ｏＶｏｉｔ圧を示すことがわかる。

第３表 （実施例４） 実施例１と同じ構成を有するキャパシタを導電性電極形
成にプラズマ溶射法の代りに、アーク溶射法を用いて形
成し／こ。プラズマ溶射法の方が原理的にアーク溶射よ
り強固な皮膜を形成し得るか、犬がかりな装置を必要と
する。その点アーク溶射はプラズマ溶射より容易に皮膜
を形成し？４Ｊる。アーク溶射を用いた本実施例の特性
を第４表に示す。

この第４表よりアーク溶射でも十分なキャパシタ特性を
現出せしめる導電性電極を形成可能なことがわかる。

第　４　表 （実施例５） 分極性電極に比表面積２１００　＋ｌＺ’　／　Ｐのバ
インダーを用いない活性炭からなる気孔率４０％の多孔
体を分極性電極体に用い、第９図ａ、ｂに示すようにア
ノード側分極性電極体１６の片面にチタン９を、カソー
ド側分極性電極体１７の片面にアルミニウム１１をプラ
ズマ溶射法により形成し、そしてセパレータ１２を介し
て重ね合わせるとともに、チタン１８とアルミニウム１
９のリード線を　。

接続し、過塩素酸テトラエテルアンモニウムをプロピレ
ンカーホネートに溶解させた溶液を電解液として注入し
た後、熱溶着性のフィルムシー）２０でラミネートした
。本実施例の特性を第５表に示す。ここで用いた分極性
電極の大きさは、１０ｍｍＸ　５　ｍｍ　Ｘ　２　ｍｍ
厚の直方体状のものである。第９図（ｂ）は第９図（−
）のａ　−ａ′線で切断した図である。

第５表より活性炭の多孔体を用いても耐圧の大きな小型
犬容叶のギャバイトが得られることがわかる。

第５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
圧の高い小型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申層キャパ
シタの一例を示す断面図および眉睨図、第３図は別の従
来の電気二重層キャパシタの一例を示す半断面正面図、
第４図は電気二重層キャパシタの理想的なｉ−Ｅ曲線を
示す図、第６図は本発明の一実施例による７し気二中層
キヤバンクを示す半断面正面図、第６図はカーボンのｉ
−Ｅ線を示す図、第７図はチタンのｉ　−Ｅ　ｒＩＩＩ
線を示す図、第８図はアルミニウムのｉ−Ｅ曲線を示す
図、第９図ａ、ｂは本発明の電気二重層キャパシタの他
の実施例を示す平面図および断面図である。 ８．１６・・−・−アノード側分極性電極体、９−−チ
タンの導電性電極、１０．１７・・　カソード側分極性
電極体、１１・・・アルミニウムの導電性′１ｆｉ極、
１２−・・セパレータ。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）アノード個分１１ｆｆｌｒｌ：電極体の片面にチ
   タンからなる導電性電極を形成するとともに、カソード
   側分極性電極体の片面にアルミニウムからなる導電性電
   極を形成し、このアノード側およびカソード側分極性電
   極体をセパレータを介して相対向させ電解液を注入して
   構成した電気二重層キャパシタ。
2. （２）分極性電極体の１１面に形成された導電性電極が
   導電性ケースと接触することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記戦の′電気二重層キャパシタ。
3. （３）導電性電極がプラズマ溶射、アーク溶射等の溶射
   法、まだは蒸着法のいずれかによシ、分極性電極体上に
   形成され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。
4. （４）分極性電極体に、繊維布状２紙状、フェルト状、
   あるいは多孔体状の活性炭を用い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。