JPS6134918A

JPS6134918A - 電気二重層キヤパシタ

Info

Publication number: JPS6134918A
Application number: JP15514984A
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: 1984-07-27
Filing date: 1984-07-27
Publication date: 1986-02-19

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、小型薄型大容量の湿式電気二重層キャパシタ
に関する。

（従来例の構成とその問題点）第１図に従来のこの種のキャノクシタの１構成例を示す
。このキャパシタは、分極性電極１として活性炭繊維布
を用い、また集電体２としてアルミニウム、チタン、ニ
ッケル等の金属層、または導電性樹脂層を形成し、七ノ
４レータ３を介し相対向させたのち電解液を注入後ケー
ス４と封口板５およびガスケツトロを用い封口ケーシン
グした構成を有する。またここで分極性電極に用いる活
性炭繊維はフェノール系（硬化ノブラック繊維）、レー
ヨン系、アクリル系、ピッチ系の繊維布を直接炭化賦活
するか、一度炭化後さらに賦活して得られる。得られる
活性炭繊維の電気抵抗、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優れている
。また金属の集電体は、プラズマ溶射法やアーク溶射法
あるいはがス溶射法によシ、また導電性樹脂などの導電
性物質からなる導電性電極はスクリーン印刷法やスプレ
ィ法、ディアゾ法のいずれかによシ容易に形成できる。

このような構造を有する分極性電極は所望の径の円に打
ちぬき可能でｓｂ第１図に示したコイン型平板小型大容
量キャノ４シタを実現できる。

またこの種の分極・性電極はバインダーを用いないため
内部抵抗を低減できるだけでなく、バインダーによシ活
性炭表面が被覆されることなく、二重層形成有効面積の
ロスが小さく小型大容量化がはかれる。

特に溶射法によシ集電体を形成すると、溶射金属層と活
性炭繊維層との密着強度が強く、接触抵抗が小さくな）
、良好なキヤ・やシタ特性を得ることができる。

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があシ、従来よシ小容量しか有さ
ないキャパシタでも、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。さらに機器の軽薄
短小化に伴ない二重層キャノクシタもさらに小型、薄型
化が要求されておシ、従来の活性炭繊維布を用いている
かぎ勺においてキャノ４シタの厚みを封口ケーシング後
で１霧以下におさえることが極めて困難である。

また第２図に活性炭繊維布ｑ上にアルミニウム等の金属
集電体層８を形成した分極性電極体を示す。このような
構成の分極性電極体は、集電体層近くの＆−ａ’方向に
おける導電性は良好であるが、ｂ−ｂ’方向の導電性は
非常に悪いと考えられる。

吻したがってインピーダンス大きくなシ、急速充電にハ適
さないキャパシタとなる。またさらに大型のキャパシタ
を構成する場合、結合剤を必要としない活性炭繊維布は
体積効率が良好である。しかしながら、フェノール系ノ
がラック樹脂繊維から得られた活性炭繊維布は比表面積
を２５００ｍ２／１にまですることができるが２３００
ｍ”７１以上になると著るしく強度が低下し、活性炭繊
維布のみでは、作業性が悪＜チ使用に耐え々い。

（発明の目的）本発明は、従来の電気二重層ギヤｔ４シタの充放電特性
を改善し、さらにキャノ４シタを薄型、小型大容量化す
ることを目的とする。

（発明の構成）本発明は、上記の目的を達成するもので、そのキャパシ
タは、分極性電極体が、活性炭繊維と炭素繊維および結
合媒体から方る紙状またはフェルト状のものでアシ、こ
の分極性電極体の少なくとも片面に集電体を有し、さら
にこれらをセパレータを介して相対向させ電解液を注入
した構成を有するものである。

（実施例の説明）（実施例１）分極性電極体として、（１）　　フェノール系硬化ノがラック樹脂繊維を炭化
賦活して得られた比表面積２２００ｍ２／＃　（ＢＥＴ
法）、細孔径２０〜４０Ａに５０チ以上存在する活性炭
繊維、（２）　　（１）と同様な樹脂を不活性雰囲気中で炭化
して得られた炭素繊維、（３）　　セルロース繊維からなる結合剤、の上記（１
）　、　（２）　、　（３）を重量比で７０：１０：２
０の比で十分混ぜ合わせ、湿式抄紙法によシペー・や状
とする・イー・そ状の分極性電極表面にプラズマ溶射法
を用いてニッケルの集電体層をおよそ１００μｍ−形成
する。このように集電体層を形成後封口板５、封口ケー
ス４にスポット溶接し、ポリプロピレン製のセｉ’？レ
ータ３を介し、電解液として２　、Ｏｗｔ　％の水酸化
カリウムを注入後、ガスケット６を介し封口ケーシング
する。本実施例における分極性電極は直径が１４鰭、厚
みが４００μｍである。

第３図に本発明のキャノ々シタを１ｖの定電圧で充電し
た場合の充電カーブを示す。実線が本実施例であシ、点
線が炭素繊維を含有しない活性炭縁れているものである
。同図から明らかに、伝導性の良い炭素繊維を分極性電
極に含有すると急速充電が可能である。

第１表に本ギヤ・千シタの諸特性を示す。分極性電極の
厚みが４００μｍＪＪ下で非常に小型大容量のキャパシ
タが得られる。

第１表（実施例２）実施例１と同様第１図に示したコイン型ギャノ４シタを
試作した。実施例１では集電体にニッケルを用いていた
が、本実施例では集電体にアルミニウムを用い、また電
解液には、テトラエチルアンモニウムノや一クロレスト
の１モルプロピレンカーボネート有機電解液を用いた。

分極性電極の構成要素と構成重量比を第２表に示す。第
２表より同目付のに−・そ状電極では、フェノール系の
樹脂を出発原料としたものの方が、比表面積が大きく容
量も大きい。また・々イングーにはポリエチレンテレフ
タレート（ＰＥＴ）ヲ用いると腰のある強度の強い電極
が得られる。

第２表には、各構成材料を有するギヤ；やシタの諸特性
を示す。

また第２表よシ結合剤の量が全重量の５チ未満になると
著るしく電極の強度が低下してしまい〆使用に耐えなく
なる。そして結合剤が少ない程抵抗値は小さくなる。結
合剤を増やしてゆくに従い電極強度も強くなっていく反
面、抵抗値が増大していく。したがって両者のかね合う
ところを見いださなければならない。そこで種々検討し
た結果、好ましぐは、結合剤を５〜３０チ程度含有させ
ると適度な強度（作業性良好）を有し、かつ、比較的小
さな抵抗値を有する電極が得られることがわかった。

さらに好ましい分極性電極体は、５〜３０チ程度のポリ
エチレンテレフタレートを結合剤とし、活性炭繊維は、
６５〜９０％程度フェノール系ノぎラック樹脂を・炭化
賦活した比表面積が２０００ｍ”７９以上、細孔分布が
２０〜４０Ａに５０％以上存在するものを用い、炭素繊
維には、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ　）系あるいは
ピッチ系のもので２０００〜３０００℃の高温で処理を
し黒鉛化の進んだ電気伝導度の良いものを５〜３０％程
度混入した。％良いＯまた集電体材料としてはアルミニウムの他に、５ＵＳ４
４４．チタン等でも同様な特性を有するキャパシタを得
ることができる。

（実施例３）実施例１．２と同様なコイン型キャパシタを試作した。

集電体には、力〜デンを導電性粒子とする導電性ペイン
トを塗布形成し、電解液にはホウフッ化カリウムの１モ
ルグロビレンカービネート溶液を用いた。分極性電極体
は実施例１のものと同組成のものである。このキャパシ
タの緒特性を第３表に示す。導電性イーストを集電体と
しているため、実施例１，２に比ベインピーダンスが大
きくなるが、他の特性はほぼ実施例１，２のものと同レ
ベルのものが得られる。

第３表（実施例４）実施例２の第１表Ａ２の組成を有し、目付が３００ｇ／
ｍ２のペーパ状活性炭繊維を分極性電極とじ集電体には
ニッケルを約１００μｍ形成した。そして第４図Ｃ−）
、　（ｂ’）に示すような二重層キャパシタを作成した
。第４図（ｂ）は第４図（、）をＡ−Ａ’で切断した時
の断面を示す。第４図中９は被−パ状約１問厚の分極性
電極体を、１０は約１００μｍ厚のニッケルからなる集
電体を、１１は約１鴫厚のポリゾロピレン製セパレータ
を、さらに１２は？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１００μｍ厚
のフィルムシートである。また１３はリードである。本
実施例のキャパシタは分極性電極体の強度が強く、１０
１００Ｘ２００程度の大きさになっても十分作業性良く
組み立てることができる。本実施例のキヤ・やシタの諸
特性を第４表に示す。本実施例に用いた活性炭繊維の比
表面積は、２３００ｍ”／ｉあシ、これほど比表面積が
大きくなると、活性炭繊維布状ではもろすぎてキャパシ
タに使用することが困難である。しかしながら本実施例
の分極性電極体は、非常に腰も強くしっかシしている＠
電解液には２゜ｗｔチＫＯＨを用いた。

第４表（実施例５）実施例２の第１表Ａ２の組成を有し、目付が２００ｇ／
？Ｆ＋２のに一Δ状活性炭繊維を分極性電極体９とし集
電体にはアルミニウムを分極性電極体の両面に約１００
μｍ形成した。そしてポリゾロピレン類のセパレータ１
１を介し、さらに過塩素酸テトラエチルアンモニウムの
１モルグロピレンカー？ネート溶液を電解液に用いた。

第５図にその構成断面図を示す。分極性電極とセノセレ
ータを巻きとシ、円筒形のキャパシタを作製した。本発
明の分極性電極体正極側９′負極側９“は厚みがおよそ
４００μｍと薄いため、厚み方向の抵抗が小さく、充放
電特性に優れたものとなる。

リード１３は、分極性電極体にかしめて取シつけた。

第５図中、１４がケース、１５が封口パッキング、１６
かがスケットである。

本実施例のキャパシタの諸特性を第５表に示す。

第５表かられかるように、本実施例のキャノ（シタも充
放電特性良好な小型大容量であることがわかる。なお分
極性電極体の寸法は３０Ｘ２００ｍ＋”である。

第５表（発明の効果）以上のように、本発明によれば、充放電特性に優れ、作
業性の良好な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図は、従来の電気二重層キャパシタの１構成図、第
２図は分極性電極体構成図、第３図は充電特性を示す図
、第４図（ＩＬ）　、（ｂ）は本発明のキャパシタの１
構成例を示す図、第５図は本発明のキャパシタの１構成
例の断面を示す図である。１・・・分極性電極、２・・・集電体、３・・・セパレ
ータ、４・・・ケース、５・・・封口板、６・・・ガス
ケット、７・・・活性炭繊維体、８・・・金属集電体層
、９・・・被−ノ臂状分極性電極体、９′・・・正極側
分極性電極体、９″・・・負極側分極性電極体、１０・
・・ニッケル集電体、１１・・・Ｉリプロピレン製セノ
４レータ、１２・・・熱融着性シート、１３・・・リー
ド、１４・・・ケース、１５・・・封ロノぞッキング、
１６・・・がスケット、１７・・・集電板。第１図第２区第３図８存間　　（ｓｅｃ）第４図（ａ）ｉ。（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）分極性電極体と電解質界面で形成される電気二重
層を利用した電気二重層キャパシタにおいて、分極性電
極体が、活性炭繊維と炭素繊維および結合媒体からなる
紙状またはフェルト状のものであり、この分極性電極体
の少なくとも片面に集電体を有し、さらにこれらをセパ
レータを介して相対向させ電解液を注入した構成を有す
る電気二重層キャパシタ。
（２）結合媒体が集電体をもたない分極性電極体の重量
比で５％以上を占め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。
（３）分極性電極体を構成する活性炭繊維と炭素繊維が
フェノール系樹脂を炭化賦活もしくは炭化して得られ活
性炭繊維の比表面積がＢＥＴ法で１５００ｍ＾２／ｇ以
上あることを特徴とする特許請求の範囲第（１）、（２
）項の何れかに記載の電気二重層キャパシタ。
（４）分極性電極体を構成する活性炭繊維と炭素繊維が
ポリアクリロニトリル樹脂またはレーヨン繊維を炭化賦
活もしくは炭化して得られたことを特徴とし活性炭繊維
の比表面積がＢＥＴ法で３００ｍ＾２／ｇ以上あること
を特徴とする特許請求の範囲第（１）、（２）項の何れ
かに記載の電気二重層キャパシタ。
（５）分極性電極体を構成する活性炭繊維と炭素繊維が
ピッチ系のものであることを特徴とする特許請求の範囲
第（１）、（２）項の何れかに記載の電気二重層キャパ
シタ。
（６）分極性電極体を構成する結合媒体がパルプのよう
な天然繊維であることを特徴とする特許請求の範囲第（
１）ないし（４）項の何れかに記載の電気二重層キャパ
シタ。
（７）分極性電極体を構成する結合媒体がポリエチレン
テレフタレートのような合成樹脂であることを特徴とす
る特許請求の範囲第（１）ないし（４）項の何れかに記
載の電気二重層キャパシタ。
（８）分極性電極体の少なくとも片面に形成された集電
体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）ないし（５）項の何れかに記載の電気二
重層キャパシタ。