JPS6310574B2 - - Google Patents

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の電気二重層キヤパ
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、この種のキヤパシタの基本構造は第１図
に示すように、分極性電極１に導電性電極２を形
成し、このものをセパレータ３を介して積層し、
そして電解液を注入することにより構成されてい
る。 さらに使用する分極性電極の種類により、以下
に示すような構造のものがある。 第２図に示すように分極性電極５として、活性
炭粉末に、黒鉛、カーボンブラツク、４弗化エチ
レン、ポリビニルピロリドン等を加えてできたペ
ーストを使用し、導電性電極４として、金属の薄
板、ネツトまたはパンチングメタルを使用しこの
表面に、分極性電極材料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、分極性電
極５と導電性電極４を形成している。そしてセパ
レータ３を介して一対の導電性電極４を有する分
極性電極５を巻き取り、電解液を注入したもので
ある。 しかしながら、このような構造では、分極性電
極５と導電性電極４との接着強度が十分でなく、
特に圧延ローラにかけて電極を薄くし、渦巻き構
造にしたものは、応力がかかり接着強度が弱くな
り、内部インピーダンスの増大につながる。ま
た、活性炭粉末同志のバインダーを用いなければ
ならず、バインダーにより活性炭粉末表面が被覆
される分だけ二重層形成面積のロスがある。 さらに、上述の構成を有する二重層キヤパシタ
を大量生産する場合、導電性電極４を有した分極
性電極５を渦巻状に巻き取る時に生じる分極性電
極５のはく離、脱落等による容量のバラつき等が
生じ、商品価値上重要な問題となつている。 また、第３図に示すものは、分極性電極６とし
て活性炭繊維を用い、また導電性電極７として、
アルミニウム、チタン等の金属層、または導電性
樹脂層を形成した構造である。 ここで用いる活性炭繊維は、フエノール系（硬
化ノボラツク繊維）、レーヨン系、アクリル系、
ピツチ系の繊維を直接賦活するか、一度炭化した
後、さらに賦活することにより得られる。炭素繊
維の電気抵抗、強度、賦活のしやすさ等を考慮す
ると、上記の繊維の中でフエノール系のものが一
番優れている。また、金属の導電性電極７は、プ
ラズマ溶射法により、また導電性樹脂などの導電
性物質からなる導電性電極７はスクリーン印刷法
やスプレイ法、デイツプ法のいずれかにより容易
に形成できる。このような電極構造を有する二重
層キヤパシタは、巻き取りが容易で前述のものと
同形のものを製造できると共に、溶射金属層、導
電性樹脂層を有した活性炭繊維を所望の径の円状
に打ちぬき、セパレータを介して積層することも
可能であり、前述のものよりも製造工程が大幅に
改善されると共に、第３図に示すようなケース８
とガスケツト９を用いることによつて、平板、コ
イン型の小型の大容量二重層キヤパシタを実現す
ることができる。 このように後者のものは前者のもののようにバ
インダーにより活性炭が被覆されることがなく、
二重層形成有効面積のロスが小さくなり、小型大
容量化が図れる。 また、溶射法により導電性電極を形成すると、
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り、導電性電極が金属である
ため、他の導電性材料と比べて抵抗が小さくなる
という大きな特徴を有している。しかしながら、
現在、さらに小型、大容量の二重層キヤパシタの
開発が要望されている。 発明の目的 本発明は、このような従来の電気二重層キヤパ
シタとほぼ同じサイズで２倍以上もの容量を有す
る小型大容量の電気二重層キヤパシタを提供する
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、分極性電
極体の一部に集電部として導電性電極を形成した
集電能を有する分極性電極と、導電性電極をもた
ない分極性電極を面接触させて複合分極性電極を
構成し、この複合分極性電極を少なくとも一方の
電極とするとともに、この複合分極性電極をセパ
レータを介して相対向させたものである。 また、本発明は、分極性電極体の一部に集電部
として導電性電極を形成した複数枚の分極性電極
を面接触させて複合分極性電極を構成し、この複
合分極性電極をセパレータを介して相対向させた
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ヤパシ
タの動作原理を簡単に説明する。 すなわち、基本原理をモデルで示すと第４図の
ようになる。第４図は分極性電極として活性炭繊
維６を用い、電解液にプロピレンカーボネートに
過塩素酸テトラエチルアンモニウムを溶かしこん
だ有機電解液１０を用いたものを示す。 この第４図のように、活性炭繊維６を電解液１
０に対して平行に配置し、電界を加えると、界面
に電荷が蓄積され、この界面に蓄積された電荷が
取り出せば、電気二重層キヤパシタとなる。 ここでηを単位面積当たりの電荷量、ｄを媒質
の誘電率、δを固体表面からイオン中心までの平
均距離、φを二重層電位とすると(1)式が成立す
る。 η＝ｄ／4πδφ ………(1) (1)式より、界面に蓄積される電荷量が二重層形
成面積に比例することがわかる。 すなわち、二重層形成可能領域が増大すればす
るほど、大きな電荷が蓄積できる。 そこで、本発明では、分極性電極体の一部に集
電部として導電性電極を形成させた集電能を有す
る分極性電極と、導電性電極をもたない集電能を
有さない分極性電極体とを面接触させて複合分極
性電極を構成し、二重層形成領域を増大し電荷の
蓄積を増大することにより、小型大容量電気二重
層キヤパシタを実現するものである。 実施例 １ 第５図〜第９図それぞれに本発明の電気二重層
キヤパシタの構成図を示す。第５図〜第９図で
は、構成をわかりやすくするため、複合分極性電
極間に空間をもうけ記載しているが、実際には、
これらは、物理的に面接触しており、界面で導電
性を有している。 第５図において、活性炭繊維よりなる分極性電
極体１１上にプラズマ溶射法を用い、アルミニウ
ムを溶射し、導電性電極１２を形成し、そしてそ
の活性炭繊維１１をマニラ麻製のセパレータ１３
を介して配置し、第５図のように、分極性電極体
１４をさらにセパレータ１３と導電性電極１２を
有する分極性電極体１１の間に入れ、複合分極性
電極１５を形成する。電極は、直径10mmの円型の
ものを、電解液としては、プロピレンカーボネー
トに過塩素酸テトラエチルアンモニウムを溶解し
た有機電解液を用いた。 また、第６図のものは、２枚の分極性電極体14
枚と、導電性電極１２を備えた１枚の分極性電極
体１１から複合分極性電極１５を形成したもので
あり、第７図、第８図のものは、セパレータ１３
を介して非対称な複合分極性電極１５を使用した
ものであり、第９図のものは、導電性電極１２を
有する分極性電極体１１を複数枚（図示のものは
２枚）積層したものである。第９図のような構成
のものは、同キヤパシタを大量生産する時、ケー
スに電極体をスポツト溶接し、位置決めするのに
各分極性電極がアルミニウムの金属導電性電極を
有しているため、スポツト溶接が容易であるとい
う特徴を有している。 表１に、第５図〜第９図の構成を有するキヤパ
シタの特性を示す。第３図は従来のものである。

【表】

【表】 この表１より分極性電極体の量、すなわち二重
層形成有効領域にほぼ比例して容量が増大するこ
とがわかる。本発明における複合分極性電極にお
いて、分極性電極体間は、物理的に接触している
だけであるが、活性炭繊維を分極性電極体として
用いると上記のような構成で容易に容量の増大が
見られる。 さらに、分極性電極体１枚の厚みはおよそ0.6
mm程度であり、従来のものとほぼ同じサイズで、
容量が、1.5、２、３倍と、希望する容量のキヤ
パシタが得られる。また、インピーダンスはどの
ような構成においても大差なく、本発明における
インピーダンスは、電解液の内部抵抗に大きく依
存していると考えられる。 実施例 ２ 実施例１と同様、第５図〜第９図の構成を有す
る二重層キヤパシタを、電解液として希硫酸をそ
してケースに耐酸性ゴムを用いケーシングし作製
した。有機電解液系では、2V以上の耐圧が可能
であるが、希硫酸系では水の分解電圧である
1.2Vが限界となる。反面、導電率が有機電解液
に比べ１桁高く、またイオン半径も小さいため、
二重層形成領域が広がり、大容量を得ることがで
き、しかもインピーダンスも低減でき強放電の用
途に適したものとなる。 第５図〜第９図に示す本発明品と第３図に示す
従来品の特性を表２にまとめる。 表２からも明らかなように、分極性電極体量と
容量がほぼ比例し、本発明で、小型大容量キヤパ
シタが実現できる。

【表】

【表】 実施例 ３ 実施例１、２で述べた第５図〜第９図と同様な
構成で、導電性電極として、スクリーン印刷法を
用いアクリル樹脂をバインダーとして用いた導電
性樹脂皮膜を形成した。電解液は、プロピレンカ
ーボネートに過塩素酸テトラエチルアンモニウム
を溶解した有機電解液を用いた。 表３にこの時の特性を示す。

【表】 この表３より、導電性電極を導電性樹脂を用い
て形成すると金属導電性電極のものより、インピ
ーダンスが大きくなるが、容量値には大差のない
ことがわかる。 実施例 ４ 実施例３と同様な第５図〜第９図の構成を有す
るキヤパシタにおいて、電解液だけを水酸化カリ
ウムに変え、キヤパシタを作製した。 表４にこの時のキヤパシタの特性を示す。 表４より有機電解液系に比べ容量の増大、イン
ピーダンスの低下がはかられることがわかる。

【表】

【表】 ここで、本発明のキヤパシタの製造工程を第１
０図を用いて説明する。 第１０図のように、まず最初に分極性電極であ
る活性炭繊維を原料繊維、たとえばフエノール樹
脂繊維、アクリル樹脂繊維などを炭化、賦活して
得る。そして活性炭繊維上に溶射法によりアルミ
ニウム、チタン等の導電性金属層を、またはスク
リーン印刷法、スプレー法、デイツプ法のいずれ
かを用い導電性樹脂層を形成する。その後、本発
明による複合分極性電極をセパレータを介して相
対向させ、電解液として硫酸、水酸化カリウムな
どの無機電解液やプロピレンカーボネートに過塩
素酸テトラシアノエチルアンモニウムを溶質とし
た有機電解液を注入し、ケーシングして完成す
る。 発明の効果 以上のように本発明によれば、分極性電極に集
電能を有する導電性電極を形成したものからなる
複合分極性電極を用いることにより、希望する容
量値のしかも従来とほぼ同じサイズの小型大容量
キヤパシタを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電気二重層キヤパシタの基本構成図、
第２図は従来の電気二重層キヤパシタの電極の一
例を示す斜視図、第３図は、その電極を用いたコ
イン型の電気二重層キヤパシタの断面図、第４図
は電気二重層キヤパシタの原理を示す模式図、第
５図〜第９図はそれぞれ本発明の一実施例による
電気二重層キヤパシタの断面図、第１０図は本発
明の電気二重層キヤパシタの製造工程図である。 １１，１４……分極性電極体、１２……導電性
電極、１３……セパレータ、１５……複合分極性
電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 分極性電極体の一部に集電部として導電性電
   極を形成した分極性電極と、導電性電極をもたな
   い分極性電極体とを面接触させて複合分極性電極
   を構成し、この複合分極性電極を少なくとも一方
   の電極とするとともに、セパレータを介して相対
   向させた電気二重層キヤパシタ。 ２ 複合分極性電極の導電性電極側をケースと面
   接触させた特許請求の範囲第１項記載の電気二重
   層キヤパシタ。 ３ 分極性電極として、炭素繊維を賦活した活性
   炭繊維を用いた特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の電気二重層キヤパシタ。 ４ 導電性電極として、溶射法、蒸着法のいずれ
   かによりアルミニウム、銅などの金属層を分極性
   電極体に形成して構成し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ヤパシタ。 ５ 導電性電極として、スクリーン印刷法、スプ
   レー法、デイツプ法のいずれかの方法で導電性樹
   脂層を分極性電極体に形成して構成した特許請求
   の範囲第１項記載の電気二重層キヤパシタ。 ６ 分極性電極体の一部に集電部として導電性電
   極を形成した複数枚の分極性電極を面接触させて
   複合分極性電極を構成し、この複合分極性電極を
   セパレータを介して相対向させた電気二重層キヤ
   パシタ。