JPS61102024A - Electric double-layer capacitor - Google Patents
Electric double-layer capacitorInfo
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- JPS61102024A JPS61102024A JP59224439A JP22443984A JPS61102024A JP S61102024 A JPS61102024 A JP S61102024A JP 59224439 A JP59224439 A JP 59224439A JP 22443984 A JP22443984 A JP 22443984A JP S61102024 A JPS61102024 A JP S61102024A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、小型薄型で大容示の電気二重層キャパシタに
関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a small, thin, and large capacity electric double layer capacitor.
従来例の構成とその問題点
第1図に従来の湿式電気二重層キャパシタの一構成例を
示す。分極性電極体1として活性炭繊維布を用い、この
分極性電極体1に集電体2としてアルミニウム、チタン
、ニッケル、ヌテンレヌ等の金属層、または導電性樹脂
層を形成して分極性電極を構成し、この分極性電極をセ
パレータ3を介在させて相対向させて電解液を注入した
後、ケース4と封口板5およびガスケット6を用いて封
口ケーシングした構成を有する。ここで、分極性電極体
1に用いる活性炭繊維は、フェノール系(硬化ノボラッ
ク繊維)、レーヨン系、アクリル系、ピッチ系の繊維布
を炭化賦活することにより得られる。活性炭繊維の電気
抵抗2強度、賦活収率等を考慮すると、上記の繊維の中
でフェノール系のものが一番分極性電極体に適している
。Structure of a conventional example and its problems FIG. 1 shows an example of the structure of a conventional wet electric double layer capacitor. A polarizable electrode is constructed by using activated carbon fiber cloth as the polarizable electrode body 1, and forming a metal layer such as aluminum, titanium, nickel, or a conductive resin layer as a current collector 2 on the polarizable electrode body 1. After the polarizable electrodes are opposed to each other with a separator 3 in between and an electrolytic solution is injected, a case 4, a sealing plate 5, and a gasket 6 are used to seal the polarized electrodes. Here, the activated carbon fibers used in the polarizable electrode body 1 are obtained by carbonizing and activating phenol-based (cured novolac fibers), rayon-based, acrylic-based, and pitch-based fiber cloths. Considering the electrical resistance 2 strength, activation yield, etc. of activated carbon fibers, phenolic fibers are most suitable for polarizable electrode bodies among the above-mentioned fibers.
金属の導電性層は、プラズマ溶射法、アーク溶射法ある
いはガス溶射法により形成される。また、導電性樹脂な
どの導電性層はスクリーン印刷法やスプレス法、ディッ
プ法のいずれかにより容易に形成できる。以上の形状を
有する分極性電極は所望の径に打ちぬき可能であり、第
1図に示したコイン型平板小型の大容量キャパシタを実
現できる。The metal conductive layer is formed by plasma spraying, arc spraying or gas spraying. Further, a conductive layer such as a conductive resin can be easily formed by a screen printing method, a press method, or a dipping method. The polarizable electrode having the above-mentioned shape can be punched out to a desired diameter, and the small coin-shaped flat plate large-capacity capacitor shown in FIG. 1 can be realized.
また、このような分極性電極体は、バインダーを使用す
る必要がなく、内部抵抗を低減できる。特に溶射法によ
り導電層を形成すると、溶射金属層と活性炭繊維層との
密着強度が良く、接触抵抗が小さくなり、良好なキャパ
7タ特性を得ることができる。Further, such a polarizable electrode body does not require the use of a binder, and can reduce internal resistance. In particular, when the conductive layer is formed by a thermal spraying method, the adhesion strength between the thermal sprayed metal layer and the activated carbon fiber layer is good, the contact resistance is small, and good capacitor characteristics can be obtained.
しかしながら、今日電子機器特に半導体メモリの特性向
上には著るしいものかあシ、従来より少容量のキャパシ
タでその充放電特性(急速充電)が優れているものが強
く要求されている。また、機器の軽薄短小化に伴い、二
重層キャノくシタもさらに小型、薄型化が要求されてい
る。従来の活性炭繊維層を使用しているかぎシキャパシ
タの厚みを封口ケーシング後、1朋以下にすることが極
めて困難である。However, today there has been a significant improvement in the characteristics of electronic devices, particularly semiconductor memories, and there is a strong demand for capacitors with smaller capacitance than conventional ones and excellent charge/discharge characteristics (rapid charging). Furthermore, as devices become lighter, thinner, shorter, and smaller, double-layer canisters are also required to be smaller and thinner. It is extremely difficult to reduce the thickness of a conventional key capacitor using an activated carbon fiber layer to less than 1 mm after sealing the casing.
さらに第2図に示すように活性炭繊維布子は結合媒体を
使用していないが、空間部分8が非常に大きく体積効率
を改善することができない。また製造工程においても分
極性電極体のうちぬき工程 jで、繊維が飛
びちシ、粉じん公害をもたらす。また二重層に蓄積され
る電荷は、衆知の通υその形成面積に比例する。しかし
、活性炭繊維は、賦活を進めれば進めるほどその比表面
積、細孔容積は増大するが、一方繊維強度は著しく減少
し、実使用に耐えられなくなる。Further, as shown in FIG. 2, although the activated carbon fiber cloth does not use a binding medium, the space 8 is very large and the volumetric efficiency cannot be improved. Furthermore, in the manufacturing process, fibers fly off during the cutting process of the polarizable electrode body, causing dust pollution. It is well known that the charge accumulated in a double layer is proportional to its formation area. However, as activated carbon fibers are activated, their specific surface area and pore volume increase, but on the other hand, their fiber strength decreases significantly, making them unusable for practical use.
また電解液には、水系のものと、非水系のものがある。Furthermore, electrolytes include aqueous ones and non-aqueous ones.
特に非水系電解液を用いると、耐電圧の高い(2v以上
)のキャパシタが得られるが、構成材料や電解液中の微
量な水分が信頼性に大きな影響をあたえることが知られ
ている。In particular, when a non-aqueous electrolyte is used, a capacitor with a high withstand voltage (2V or more) can be obtained, but it is known that trace amounts of water in the constituent materials and the electrolyte have a large effect on reliability.
発明の目的
本発明は、従来の電気二重層キャパシタの充放電特性を
改善し、さらに薄型、小型高エネルギー密度化するとと
もに信頼性を高めることを目的とする。OBJECTS OF THE INVENTION The present invention aims to improve the charging and discharging characteristics of conventional electric double layer capacitors, to make them thinner, smaller, and have higher energy density, and to improve reliability.
発明の構成
この目的を達成するために本発明は、分極性電極体に、
撥水性を有する結合媒体を用いた抄紙法により作られた
厚みが600μm以下で密度が0.1 y/l、td以
上ある紙状の活性炭繊維を用い、この分極性−電極体の
少なくとも片面に導電性層を形成して分極性電極とし、
この分極性電極をセパレータを介して相対向させると共
に、電解液を注入して構成したものであり、強度を維持
したままで充放電特性を改善するとともに、単位体積光
9のエネルギー密度、信頼性を向上したものである。Structure of the Invention To achieve this object, the present invention provides a polarizable electrode body with:
Paper-like activated carbon fibers with a thickness of 600 μm or less and a density of 0.1 y/l, td or more, made by a papermaking method using a water-repellent binding medium, are used on at least one side of the polarizable electrode body. forming a conductive layer to serve as a polarizable electrode;
These polarizable electrodes are made to face each other with a separator in between, and an electrolyte is injected into the electrodes to improve the charging/discharging characteristics while maintaining the strength. It is an improved version of
実施例の説明
(実施例1)
以下に示す構成材料、工程を経て、第3図に示すコイン
型キャパシタを作成した。Description of Examples (Example 1) A coin-shaped capacitor shown in FIG. 3 was created using the constituent materials and steps shown below.
分極性電極体は、トウ状のフェノール系ノボラック樹脂
繊維(φ15 μm)を触媒、水蒸気を使用して炭化賦
活し、比表面積がBICT法で測定し22ooWf/S
’、細孔容積が1.2cc/?、細孔径が20〜40人
に50%以上存在する活性炭繊維を得、これをミキサー
で湿式に粉砕、細かく(1〜3朋長)にしたものに、第
1表に示した結合媒体を用い抄紙し、カレンダーローラ
やプレスを用い、同表に掲げた目付、密度の紙状活性炭
繊維分極性電極体を形成する。この分極性電極体の少な
くとも片面に、30〜100μmのアルミニウム導電性
層をプラズマ溶射法により形成する。このように導電性
層を有した分極性電極を、導電性層がケ−ス4や封口板
5に接触するように配置しヌボット溶接し、1モルの(
C2H5)4NBF6−プロピレンカーボネート溶液を
注入した後、ガスケット6を介して、正、負極を絶縁し
て封口ケーシングする。The polarizable electrode body is made by carbonizing tow-like phenolic novolac resin fibers (φ15 μm) using a catalyst and steam, and the specific surface area is 22ooWf/S as measured by the BICT method.
', pore volume is 1.2cc/? Activated carbon fibers with a pore diameter of 20 to 40% or more were obtained, and this was wet-pulverized in a mixer to a fine powder (1 to 3 pores) using the binding medium shown in Table 1. Paper is made, and a paper-like activated carbon fiber polarizable electrode body having a basis weight and density listed in the table is formed using a calendar roller or a press. An aluminum conductive layer of 30 to 100 μm is formed on at least one side of this polarizable electrode body by plasma spraying. The polarizable electrode having the conductive layer as described above was arranged so that the conductive layer was in contact with the case 4 and the sealing plate 5, and was welded with nubot.
After injecting the C2H5)4NBF6-propylene carbonate solution, the positive and negative electrodes are insulated and sealed in a sealed casing via a gasket 6.
本実施例における分極性電極は直径が14朋の円板状の
ものである。第1表にそれぞれの条件で作製した分極性
電極を使用したキャパシタの緒特性を示した。The polarizable electrode in this example has a disk shape with a diameter of 14 mm. Table 1 shows the characteristics of capacitors using polarizable electrodes prepared under each condition.
この第1表よシ結合媒体にパルプを用いるよシも、撥水
性を有するポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル、
ナイロン、キュプラ、ポリエステル樹脂を用いたものの
方が信頼性の高いキャパシタが得られることがわかる。According to this Table 1, even if pulp is used as the binding medium, water-repellent polyethylene, polypropylene, acrylic,
It can be seen that more reliable capacitors can be obtained using nylon, cupro, and polyester resins.
これは、非水系電解液を用いた場合、キャパシタの構成
材料中の微量水分が長期信頼性に大きな影響をあたえて
いるためであると考えられる。This is thought to be because when a non-aqueous electrolyte is used, trace amounts of moisture in the constituent materials of the capacitor have a large effect on long-term reliability.
また、結合媒体の量が少なく活性炭繊維の多い方が、言
うまでもなくエネルギー密度が大きくなっている。電極
の厚みも薄ければ薄い程、低インピーダンス化できるこ
とがわかる。なお、第1表中に示しだ信頼性容量変化率
%とは、キャパシタをTO’C雰囲気において、常時2
.OVを印加した場合の1000時間後の容量を初期値
と比較した場合の変化率を示す。本実施例の場合では容
量の減少率が1o%以下と信頼性の高いものであること
がわかる。Needless to say, the smaller the amount of binding medium and the larger the amount of activated carbon fiber, the higher the energy density. It can be seen that the thinner the electrode, the lower the impedance. In addition, the reliability capacitance change rate % shown in Table 1 means that the capacitor is constantly maintained at 2% in a TO'C atmosphere.
.. The rate of change when comparing the capacity after 1000 hours with the initial value when OV is applied is shown. It can be seen that in the case of this example, the rate of decrease in capacity is 10% or less, which is highly reliable.
(以 下金 白)
(実施例2)
実施例1の悪7と同様な組成を有する分極性電極を用い
、第2表に示す厚みを有する分極性電極で第1図と同様
なコイン型キャパシタを作製した厚みが厚くなる程分極
性電極に蓄積された電荷の集電が悪くなシ、600μm
程度以下のものが、初期IRドロップも小さく、良好な
キャパシタ特性を示した。(Hereinafter referred to as gold and white) (Example 2) A coin-shaped capacitor similar to that shown in Fig. 1 was constructed using a polarizable electrode having the same composition as in Example 1 and the thickness shown in Table 2. The thicker the fabricated electrode, the worse the collection of charges accumulated in the polarizable electrode.
However, the initial IR drop was small and showed good capacitor characteristics.
第2表
(実施例3)
分極性電極体の強度を上げるため、結合媒体にパルプ(
こう解の進んでいるもの)をポリエステル、アクIJ
7し樹脂結合媒体に混入し分極性電極体を作製した。第
1表の//1lL3〜11に結合剤の5〜30wt%を
パルプに置き換えると、信頼性はわずかに置き換えない
ものに比べ低下するが、電極の強度は著しく増大し、キ
ャパシタを作製するのに有利となる。Table 2 (Example 3) In order to increase the strength of the polarizable electrode body, pulp (
Polyester, Acrylic IJ
7 and mixed into a resin binding medium to produce a polarizable electrode body. Replacing 5-30 wt% of the binder with pulp in //1L3-11 of Table 1 results in a slight decrease in reliability compared to no replacement, but the strength of the electrode increases significantly and is suitable for making capacitors. be advantageous to
(実施例4)
実施例1の&7の組成、密度を有する分極性電極を用い
、第3図、第4図に示すキャパシタを作成した。第4図
は第3図をa −a’で切断した時の断面を示す。9は
厚み260μmの分極性電極体。(Example 4) Using the polarizable electrode having the composition and density of &7 in Example 1, capacitors shown in FIGS. 3 and 4 were created. FIG. 4 shows a cross section of FIG. 3 taken along a-a'. 9 is a polarizable electrode body with a thickness of 260 μm.
10I1.厚ミ30μmのアルミニウム導電性層、11
は厚み60μmのアルミニウム集電板、12は厚み50
μmのポリプロピレン製セパV−タ、13はポリエチレ
ンテレフタレートにアイオノマー系接着剤が塗布しであ
る熱溶着性の80μm厚のフィルムシート、14はリー
ドである。電解液には1モルの(C2H5)4NGtO
4−プロピレンカーボネート溶液を使用した。本実施例
のキャパシタは。10I1. Aluminum conductive layer with a thickness of 30 μm, 11
12 is an aluminum current collector plate with a thickness of 60 μm, and 12 is a thickness of 50 μm.
13 is an 80 μm thick heat-fusible film sheet made of polyethylene terephthalate coated with an ionomer adhesive, and 14 is a lead. The electrolyte contains 1 mol of (C2H5)4NGtO
A 4-propylene carbonate solution was used. The capacitor of this example is as follows.
非常に薄く、集電能も良好で、かつ電極の強度も強く、
100X200−の大きさにしても十分作業性良く組み
立てが可能である。第3表に本実施例のキャパシタの諸
特性を示す。It is extremely thin, has good current collecting ability, and has strong electrode strength.
Even if the size is 100x200-, it can be assembled with sufficient workability. Table 3 shows various characteristics of the capacitor of this example.
第3表
(実施例5)
実施例1の煮7の組成を有する分極性電極に100μm
のアルミニウム層を溶射形成し、アルミニラムの30μ
m厚のエツチング箔を集を体とし、第6図に示す円筒形
のキャパシタを作製した。Table 3 (Example 5) A polarizable electrode having the composition of Example 1, 100 μm
An aluminum layer of 30 μm is formed by thermal spraying.
A cylindrical capacitor shown in FIG. 6 was fabricated using an etched foil having a thickness of m as a body.
このような構造をとると、キャパシタの電極面後すなわ
ち集電面積を大きくすることが可能なため。With such a structure, it is possible to increase the current collection area behind the electrode surface of the capacitor.
大電流放電ができる。しかしながら本実施例の場合も分
極性電極の厚みが1oOoμmKもなると集電能が低下
し、作業性も悪くなってくる。できれば、600μm以
下の分極性電極体を使用するのが良い。Capable of large current discharge. However, in the case of this embodiment as well, when the thickness of the polarizable electrode reaches 100 μmK, the current collecting ability decreases and the workability deteriorates. If possible, it is preferable to use a polarizable electrode body of 600 μm or less.
第5図において、15はケース、16は封口パッキング
、17はガスケツトである。電解液には1モルのKPF
6.プロピレンカーボネート溶液を使用した。In FIG. 5, 15 is a case, 16 is a sealing packing, and 17 is a gasket. 1 mol of KPF in the electrolyte
6. A propylene carbonate solution was used.
本実施例における分極性電極体の厚みは300μm大き
さは30X200−である。第4表にキャパシタの諸特
性を示す。The polarizable electrode body in this example has a thickness of 300 μm and a size of 30×200−. Table 4 shows various characteristics of the capacitor.
この第4表より、本実施例のキャパシタが小型大容量で
あシ、しかも優れた信頼性を有することがわかる。From Table 4, it can be seen that the capacitor of this example is small in size and has a large capacity, and has excellent reliability.
発明の効果 以上のように、本発明によれば、充放電特性。Effect of the invention As described above, according to the present invention, the charging and discharging characteristics.
信頼性に優れた、まだ作業工程の簡単な薄型、小型大容
量の電気二重層キャパシタが得られる。A thin, compact, large-capacity electric double layer capacitor with excellent reliability and simple work process can be obtained.
第1図は電気二重層キャパシタの一構成例を示す断面図
、第2図は活性炭繊維の模式図、第3図は本発明の電気
二重層キャパシタの一実施例の平面図、第4図は第3図
のa −a’線で切断した断面図、第6図は本発明の他
の実施例を半分断面で示す正面図である。
1.9・・・・・分極性電極体、2・・・・・・集電体
、3・・・・・・セパレータ、1o・・・・・・導電性
層、11・・・・・・集電板、12・・・・・・ポリプ
ロピレン製セパレータ。
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
111b′
第4図FIG. 1 is a sectional view showing an example of the configuration of an electric double layer capacitor, FIG. 2 is a schematic diagram of activated carbon fibers, FIG. 3 is a plan view of an example of the electric double layer capacitor of the present invention, and FIG. FIG. 3 is a sectional view taken along line a-a' in FIG. 3, and FIG. 6 is a front view showing another embodiment of the present invention in half section. 1.9... Polarizable electrode body, 2... Current collector, 3... Separator, 1o... Conductive layer, 11... - Current collector plate, 12...Polypropylene separator. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao and 1 other person No. 1
Figure 2 Figure 3 Figure 111b' Figure 4
Claims (6)
た抄紙法により作られた厚みが600μm以下で密度が
0.1g/cm^3以上ある紙状の活性炭繊維を用い、
この分極性電極体の少なくとも片面に導電性層を形成し
て分極性電極とし、この分極性電極をセパレータを介し
て相対向させると共に電解液を注入して構成した電気二
重層キャパシタ。(1) Using paper-like activated carbon fibers with a thickness of 600 μm or less and a density of 0.1 g/cm^3 or more made by a papermaking method using a water-repellent binding medium for the polarizable electrode body,
An electric double layer capacitor is constructed by forming a conductive layer on at least one side of this polarizable electrode body to form a polarizable electrode, making the polarizable electrodes face each other with a separator in between, and injecting an electrolyte into the polarizable electrode.
クリル、キュプラ、ナイロン、ポリエステル樹脂の中の
いずれか一つまたは可能な組み合わせからなるものであ
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。(2) The electricity according to claim 1, characterized in that the binding medium is made of any one of polyethylene, polypropylene, acrylic, cupro, nylon, and polyester resin or a possible combination thereof. double layer capacitor.
とする特許請求の範囲第2項記載の電気二重層キャパシ
タ。(3) The electric double layer capacitor according to claim 2, wherein the binding medium contains pulp.
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) The electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the binding medium accounts for 50% or less by weight of the polarizable electrode body.
系樹脂繊維を炭化賦活して得られた比表面積がBET法
で1500m^2/g、細孔容積が0.5cc/g以上
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。(5) The activated carbon fibers constituting the polarizable electrode body obtained by carbonizing phenolic resin fibers have a specific surface area of 1500 m^2/g and a pore volume of 0.5 cc/g or more using the BET method. An electric double layer capacitor according to claim 1, characterized in that:
る特許請求の範囲第1項記載の電気二重層キャパシタ。(6) The electric double layer capacitor according to claim 1, wherein an organic electrolyte is used as the electrolyte.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59224439A JPS61102024A (en) | 1984-10-25 | 1984-10-25 | Electric double-layer capacitor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59224439A JPS61102024A (en) | 1984-10-25 | 1984-10-25 | Electric double-layer capacitor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61102024A true JPS61102024A (en) | 1986-05-20 |
JPH0213455B2 JPH0213455B2 (en) | 1990-04-04 |
Family
ID=16813785
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59224439A Granted JPS61102024A (en) | 1984-10-25 | 1984-10-25 | Electric double-layer capacitor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61102024A (en) |
-
1984
- 1984-10-25 JP JP59224439A patent/JPS61102024A/en active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0213455B2 (en) | 1990-04-04 |
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