JPS61187322A - 分極性電極 - Google Patents

分極性電極

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JPS61187322A
JPS61187322A JP60028689A JP2868985A JPS61187322A JP S61187322 A JPS61187322 A JP S61187322A JP 60028689 A JP60028689 A JP 60028689A JP 2868985 A JP2868985 A JP 2868985A JP S61187322 A JPS61187322 A JP S61187322A
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fiber
carbon fiber
graphite
polarizable electrode
fibers
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JP60028689A
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昭彦 吉田
敦 西野
棚橋 一郎
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

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、電気二重層キャパシタや電池に用いる分極性
電極に関する。
従来の技術 炭素繊維を分極性電極として用いた電気二重層キャパシ
タや電池は既に知られている。この炭素繊維分極性電極
に用いる繊維の製造法としては、原料繊維を炭化して一
旦炭素繊維を得、つづいてこの炭素繊維を適当な賦活ガ
スを用いて高温下で賦活し活性炭繊維にする方法、およ
び原料繊維を直接炭化賦活し、単一工程で原料から活性
炭繊維を得る方法がめる。この原料繊維としては従来は
フェノール系ノボラ・ツク繊維、セルロース系繊m。
ポリアクリロニトリル系繊維、ピ・ソチ系繊維などが用
いられ、特にフェノール系ノボラ・ツク繊維を用いた場
合2000〜2tsoovl/9の高比表面積活性炭繊
維が得られ、これを分極性電極として用いり中ヤパシタ
、電池は小型で大容量なものであった。
発明が解決しようとする問題点 上のような電気二重層ギャパシタ、電池の分極性電極上
では、充電時にそれぞれ式(1) I (2)に示すよ
うな電極反応が起きる。
<C2Hs)*NCl1Oa →<C2H3)sN”+
Ce0−<   (1)XLi”−1−XeJ +On
 −+ LixCn        (2)すなわち、
電気二重1キヤパシタでは、電解質の陽陰イオンが陰陽
極活性炭方向に分極し、表面に電気二重層を形成する。
電池では、陰極リチウムドーピング量に応じて陽極活性
炭表面に電気二重層が形成される。この時例えば電気二
重1iギヤパシタで蓄積される容量Cは式(3)で表わ
される。
εは電解液の誘電率、δは電気二重層の厚さ、Sは活性
炭の表面積である。
このような分極性電極に要求される物性としては、(1
)比表面積が大きいこと、(2)電気伝導性が大きいこ
と、である。
第1の比表面積については式(3)からも理解されると
おりであり、活性炭繊維を用いることによりその目的は
達成される。ところで第2の高電気伝導性の電極を得る
ことは、従来の技術では第1の高比表面積の電極と、う
らはらの関係になってしまう傾向がめっな。
活性炭繊維は、炭素繊維を賦活してつくるのでめるが、
4 X 10−’Ω・α程度の高導電性を有する炭素繊
維゛を賦活していくと、第3図に示すように賦活が進む
に従って、すなわち高比宍面積になるに従って繊維の電
気伝導性が低下し、2600d/11の比表面積を有す
る活性炭繊維では3×102Ω・αにまでなってしまう
。第4図は、活性炭繊維を分極性電極の構成要素として
用いた時の拡大模式図を示すものである。お互いにから
み合った活性炭繊維2oからなる分極性電極21の片面
にプラズマ溶射などの方法によってアルミニウムのよう
な金属より成る集電体22が形成されている。この中で
集電体22近傍の活性炭繊維層23の表面に形成される
電気二重層容量は、抵抗損失も少なく集電体22に取出
される。しかしながら、集電体22から離れた部分に存
在する活性炭繊維N!I24の表面に形成される電気二
重層容量は集電体22に取出されるまでに活性炭繊維自
身の抵抗損によって減少し、この結果キャパシタ全体と
しての容量取出効率は低くなる。第6図はキャパシタの
片方の電極の等価回路であるが、集電体22から離れた
部分に存在する電気二重層容量C2は集電体22に至る
までに抵抗損R2により減少する。C1は集電体22近
傍の電気二重層容量であり、R1u活性炭繊維と集電極
との接触抵抗でR2と比較すると極く微少なものである
このような欠点を解決するために従来、例えば金属繊維
、アセチレンブラ・ツクのような導電性物質を活性炭繊
維と混合して分極性電極を構成する試みがめったが、活
性炭繊維の充てん効率が悪くなること、製法が繁雑なこ
と、高温ライフ特性において問題がめること、などから
満足なものが得られなかった。
なお、炭素繊維を賦活することにより電気伝導性が低下
する理由は、賦活により繊維表面から内部に多孔質化が
進み、実質的な繊維径が小さくなるためでるると思われ
る。
本発明は、以上に鑑み、低抵抗で高容量の分極性電極を
提供することを目的とする。
問題点を解決するための手段 本発明は、内部が黒鉛から成り外殼部が多孔質で活性炭
素化されている炭素繊維を用いて分極性電極を構成する
作用 本発明では、繊維の内部が高導電性で外殼部が多孔質活
性炭化された炭素繊維を用いるので、炭素繊維同志のか
らみ合いによって低抵抗な分極性電極体が得られる。こ
のような電極では、集電体から離れた部分に存在する繊
維の表面に形成される電気二重層容量が、繊維自身の抵
抗損に妨げられることl〈効率的に集電体まで取出され
、集電体近傍の繊維宍面の電気二重層容量取出しととも
に全体として低抵抗大容量の分極性電極が得られる。
本発明に用いる炭素繊維は、高導電性の黒鉛繊維を賦活
して得ることができる。
また、繊維自身による容量取出し時の抵抗損が小さくな
るため、微細な細孔径を有する細孔内表面に形成される
電気二重層容量も有効に生かされる。換言すると、高導
電性の黒鉛繊維を1oo。
d/f1程度の比表面積まで賦活した炭素繊維を用いる
とsフェノール系ノボラック繊維を2000d/gの比
表面積にまで炭化賦活した活性炭繊維を用いる場合とほ
ぼ同容量の分極性電極が得られる。従って、前者の場合
炭化収率1強度の点からも非常に効率的である。
実施例 本発明の具体的な実施例を以下に示す。
(実施例1) ロービン状のピッチ系黒鉛繊維を950’Cで水蒸気を
作用式せて賦活する。得られた活性炭素化黒鉛繊維をチ
ョップ状に切断し、これと合成バルブとを重量比で80
対2oの割合に混合したスラリーを抄紙する。得られた
坪量1oog7rrtの紙の片面に厚さ30μmのアル
ミニウムのプラズマ溶射層を形成し、直径10111に
打抜く。これを2枚電極に用い、第2図に示す構成のキ
ャパシタを組立てる。電解液は、プロピレンカーボネー
ト溶媒にテトラエテルアンモニウムパー70レート電解
質を溶解したものを用いた。
上で得られた活性炭素化黒鉛繊維1は第1図に示す構造
を有する。すなわち、黒鉛繊維の高導電性を持つ繊維中
核部2と、多孔質活性炭素化括れ高比表面積を有する繊
維外殼部3とから基本的に構成される繊維である。
第2図において%10.11は分極性電極、12.13
はそれらの電極の背面に形成した集電体、14はセパレ
ータ、16はケース、16は封口板%17はガスケット
でろる。
(実施例2) 実施例1で得たチ目ヴブ状活性炭素化黒鉛繊維。
合成パルプ、フェノール樹脂系炭素繊維を60対30対
10の重量比で混合し抄紙する。得られた坪量1ooi
/nfの紙を用いて実施例1と同じ方 。
法でキャパシタに組立てる。
(実施例3) 実施例1で得たチgヴブ状活性炭素化黒鉛繊維をフェル
ト状にする。得られた坪量1oofl/ydのフェルト
を用いて実施例1と同じ方法でキャパシタに組立てる。
(実施例4) ピッチ系黒鉛繊維をフェルト状にする。得られた坪量1
oog/77/のフェルトを950’Cで水蒸気を作用
させてフェルト状の活性炭素化黒鉛繊維とする。これを
用いて実施例1と同じ方法でキャパシタに組立てる。
(実施例6) ピッチ系炭素繊維で織った目付1oofi/iの平織の
布を黒鉛繊維化し、つづいて960′C下で水蒸気を作
用させ活性炭化する。この布の片面に厚さ30μmのア
ルミニウムのプラズマ溶射層を形成し、実施例1と同じ
方法でキャパシタを組立てる。
(実施例6) 実施例1で得た紙の片面にニッケルをプラズマ溶射法に
より形成した厚さ30μmの層を形成し。
実施例1と同じ方法でキャパシタを組立てる。ただし電
解液にはKOHの24重i%水溶液を用いる。
(実施例7) 実施例1で得た坪量1ooi/m’の紙の片面に厚さ3
0μmのアルミニウムプラズマ溶射層を形成したものを
陽極2Liをドーピングし7’zSn−Pb合金からな
るリチウム陰極、プロピレンカーボネートにリチウムバ
ークロレートを溶解した電解液を用いて電池を組立てる
なお、電池の構造は、第2図のキャパシタにおける一方
の分極性電極を前記リチウム電極に置き代えたものであ
る。
(比較例1) セルロース系活性炭繊維をテラツブ状にして抄紙して得
た坪量10og/rrlの紙を用いて、実施例1と同様
にしてキャパシタを組立てる。
(比較例2) 電解液として、テトラエテルアンモニウムパークロレー
トの代わりにKOHの24重量係水溶液を用いた他は比
較例1と同じキャパシタを組立てる。
(比較例3) 陽極に比較例1の分極性電極を用いた他は実施例7と同
じ電池を組立てる。
上記のキャパシタ、電池を26℃及び−26℃において
10mムで放電したときの容量CA及びCB 、(Cj
A−CB ) / GA ・100で表わされるΔC5
直列抵抗を次表に示す。
(以下余白) 第1表 なお、実施例では、黒鉛繊維の出発物質としてピッチ系
炭素繊維を例にめげて説明したが、この他にもいわゆる
易黒鉛化炭素(ソフトカーボン)といわれる塩化ビニル
系炭素繊維、3,5−ジメチルフェノールホルムアルデ
ヒド樹脂系炭素繊維なども用いることができる。
また活性炭素化黒鉛繊維への添加物として実施例2では
炭素繊維を例にめげたが、この他にも黒鉛繊維、金属繊
維、黒鉛粉末、炭素粉末なども有効である。
活性炭素化する前の黒鉛繊維は、そのX線回折において
格子間隔3.3〜3.4人に主回折ピークを有するもの
、電気抵抗は低いもの1例えば1×10−5Ω11CI
IIカ好tしtn。
発明の効果 以上のように1本発明の分極性電極は、中核部が高導電
性で、外殼部が多孔質活性炭素化された活性炭素化黒鉛
繊維を用いているため、電極自身の電気抵抗が低く、電
極の厚で方向、横方向の容量取出しが高効率で行なわれ
る。この結果、これを用いたキャパシタ、電池は、従来
の活性炭繊維を用いた午ヤパシタ、電池と比較して5割
〜10割の小型高容量化が達成される・
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の分極性電極に用いる活性炭素化黒鉛繊
維の拡大模式図、第2図は電気二重層キャパシタの構成
例を示す縦断面図、第3図は活性炭賦活に伴うその比表
面積および電気伝導度の変化の様子を示す図、第4図は
活性炭素繊維を用いた分極性電極の内部構成を示す模式
図、第5図は分極性電極の等価回路を示す図である。 1・・・・・・炭素繊維、2・・・・・・黒鉛、3・・
・・・・多孔質活性炭。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 2ス鉛 第2図 第3図 炭λ(:奴jキL→)J・

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)内部が黒鉛から成り、外殼部が多孔質で活性炭素
    化されている炭素繊維単独もしくはこれを主成分として
    構成された分極性電極。
  2. (2)上記炭素繊維が、黒鉛繊維を賦活して得たもので
    ある特許請求の範囲第1項記載の分極性電極。
  3. (3)上記分極性電極が、上記炭素繊維と、天然パルプ
    、合成パルプ、黒鉛繊維、金属繊維、炭素繊維、黒鉛粉
    末、炭素粉末、のうちのいずれかひとつ以上とから成る
    特許請求の範囲第1項記載の分極性電極。
  4. (4)上記炭素繊維が格子間隔3.3〜3.4Åに主回
    折X線ピークを有する黒鉛繊維を賦活したものである特
    許請求の範囲第2項記載の分極性電極。
  5. (5)上記炭素繊維が比表面積10m^2/g以上であ
    る特許請求の範囲第4項記載の分極性電極。
  6. (6)上記黒鉛繊維が、ピッチ系炭素繊維、塩化ビニル
    系炭素繊維、3、6−ジメチルフェノールホルムアルデ
    ヒド樹脂系炭素繊維のいずれかを黒鉛化したものである
    特許請求の範囲第2項記載の分極性電極。
JP60028689A 1985-02-15 1985-02-15 分極性電極 Granted JPS61187322A (ja)

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JPH0424848B2 JPH0424848B2 (ja) 1992-04-28

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6291069B1 (en) 1997-09-01 2001-09-18 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Activated carbon for electric double layer capacitor and method of manufacturing same
US20150062776A1 (en) * 2013-08-29 2015-03-05 Feng Chia University Supercapacitor with a core-shell electrode

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58222520A (ja) * 1982-06-18 1983-12-24 松下電器産業株式会社 電気二重層キヤパシタ

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