JPS6314859B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は小型薄型で大容量の湿式電気二重層キ
ヤパシタに関するものである。 従来の技術 従来、この種のキヤパシタの基本構造を第１図
に示す。１は分極性電極、２はその片面に設けた
集電体、３は両電極間に介在させたセパレータで
あり、これらを積層し、電解液を注入することに
よりキヤパシタが構成される。 このキヤパシタには、使用する分極性電極の種
類により、以下のような構成法がある。 そのひとつは、分極性電極材料として、活性炭
粉末に、黒鉛，カーボンブラツク，ポリ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、集電体として、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し、こうして出
来た一対の分極性電極と両者間に介在するセパレ
ータとを第２図のようにまき取る構成である。 別のキヤパシタの例を第３図に示す。分極性電
極１として活性炭繊維布を用い、その集電体２と
して、アルミニウム，チタン等の金属層または導
電性樹脂層を用いる。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、一度炭化後さらに賦活して得られる。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。次に、金属の集電体は、プラ
ズマ溶射法により、また導電性樹脂などの導電性
物質からなる集電体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、容易にまき取り、電解液の注入および前述の
ものと同形のものを製造することができると共
に、溶射金属層、導電性物質層を有した活性炭繊
維布を所望の径の円状に抜ちぬきセパレータを介
して積層することが可能であり、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４とガスケツト５を用いること
によつて扁平状の小型で大容量の二重層キヤパシ
タを実現することができる。 発明が解決しようとする問題点 前者の分極性電極は、その電極材料と集電体と
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電気二重層
形成面積のロスがある。 さらに上述の構成を有するキヤパシタを大量生
産する場合、集電体を有した分極性電極を渦巻状
にまき取る時に生じる分極性電極の剥離，脱落等
による容量のバラツキ等が生じ、商品価値上重要
な問題となつている。 一方、後者の分極性電極は、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、電気二重層形成の有効面積のロスが小さく小
型大容量化がはかれる。 また、溶射法により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
抵抗が小さくなるという大きな特徴を有してい
る。 しかしながら、現在、電子機器の小型薄型化に
伴なうキヤパシタの小型，薄型化が要求されてお
り、従来の活性炭繊維布を分極性電極として使用
するかぎりにおいて、キヤパシタの厚みを封口ケ
ーシング後で１mm以下におさえることが極めて因
難である。 本発明は、従来の電気二重層キヤパシタをさら
に薄型，小型で大容量化することを目的とする。 問題点を解決するための手段 上記の目的を達成するために本発明は、セルロ
ースと活性炭繊維の混合物の抄造体で分極性電極
を構成し、その片面に集電体を設けるものであ
る。 作 用 まず電気二重層キヤパシタの動作原理を簡単に
説明する。 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１として、セルロース
と活性炭繊維の混合物の抄造体を用い、その集電
体２にはチタン金属層を設け、電解液６にはプロ
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ものを示
す。 この第４図のように、分極性電極を電解液に対
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さ
れれば電気二重層キヤパシタとなる。 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次式が成立する。 η＝ｄ／4πδφ しかるに分極性電極の表面積が大きければ大き
いほど蓄積される電荷力も大きくなる。そしてこ
のようにして蓄積された電荷を効率よく利用する
ためには、分極性電極と集電体間の接触抵抗を小
さくし電解液の電導度を大きくする必要がある。 理想的な分極性電極には、活性炭繊維のみの比
表面積の大きいものを使用し、バインダーやその
他の添加物を使用しないのが良い。しかしながら
極薄型化を図るには、活性炭繊維に対してこれを
からみあわせる役目をするセルロースを加えて抄
造したものがよい。活性炭繊維布を使用するかぎ
りにおいては、封口ケーシング後のキヤパシタ厚
みを１mm以下に抑えることが困難である。 また、活性炭粉末をセルロースと共に紙状にし
たものは、強度を得るために多量のセルロースを
必要とし、したがつて活性炭粒子がミクロに孤立
し分極性電極の抵抗が大きくなり、集電能が低下
する。本発明においても、セルロースを使用する
ため、分極性電極に活性炭繊維布のみを使用した
ものに対し抵抗が高くなるが、活性炭繊維を使用
すると活性炭繊維に対するセルロース量が10〜20
％程度にまで低減でき、かなり抵抗を下げること
ができる。 また、通常ビデオ等の瞬時停電時のメモリバツ
クアツプに使用される電流は、マイクロアンペア
のオーダーであるため、このような用途に使われ
る電気二重層キヤパシタは、分極性電極の抵抗が
従来より少し大きくても十分電流が取り出せる。 実施例 以下本発明の実施例を説明する。 実施例 １ 湿式抄紙法より、活性炭繊維とセルロースの混
合比の異なる抄造体を作り分極性電極とした。第
５図に示すようにこの紙状分極性電極を構成して
いる活性炭繊維７とセルロース８の表面上にカー
ボンを導電性粒子とする導電性ペイントを塗布
し、集電体９を形成した。こうして得た一対の分
極性電極，ポリプロピレン製のセパレータ及び過
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電解液を用いて第３図に
示すような扁平型のキヤパシタを組み立てた。第
１表に分極性電極の抵抗値と相対的な強度、及び
容量値を示した。 第１表より、セルロースの量が少なくなると、
強度が低下するが、抵抗値は減少することがわか
る。活性炭繊維とセルロースの比が80：20程度ま
で減らしても良好な分極性電極が得られる。 上記の分極性電極の厚みはおよそ50μmであり、
封口ケーシング後のキヤパシタ厚みはおよそ１mm
以下にまで薄くすることができる。 なお、本実施例での分極性電極は円形であり、
みかけ面積は150mm²である。

【表】 実施例 ２ 実施例１の第１表に示した組成と同様な分極性
電極表面にカーボンを導電性粒子とした導電性ペ
イントをスクリーン印刷法を用いて塗布し、電解
液には過塩素酸テトラブ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有機電解液を用
い、第６図に示すような二重層キヤパシタを作成
した。第６図において、１０は紙状の分極性電極
で、およそ50μ厚である。９は集電体で、およそ
20μ厚である。１１はポリプロピレン製のセパレ
ータで、30μ厚である。１２はニツケル板のリー
ドで、50μ厚である。１３は熱溶着性のフイルム
シートであり、厚みが100μ程度である。この実
施例２であげたキヤパシタの特性を第２表に示
す。 第２表中のそれぞれの条件の分極性電極の単位
面積当たりの容量値は、実施例１の第１表に示し
たものにそれぞれ対応しほぼ同じである。しかし
ながら、封口ケーシング法が異なるため、キヤパ
シタの厚みを500μ以下と極めて薄くすることが
可能となつた。このように本実施例では、従来の
ものと比較して分極性電極にセルロースを使用す
る分だけ単位重量あたりの容量は低下するが、極
めて薄型化をはかるこができる。なお本実施例に
おける見かけの分極性電極面積は1500mm²である。

【表】 実施例 ３ 実施例２と同様湿式抄紙法により、活性炭繊維
とセルロースとを重量比80：20の割合で混合した
分極性電極を作成し、この分極性電極表面上にプ
ラズマ溶射法によりチタン層を形成し、集電体と
した。このチタン層の厚みは20〜50μである。こ
のように金属集電体を用いると、分極性電極の機
械的強度が増大するばかりでなく集電能も大きく
向上する。なお、プラズマ溶射法を用いると紙状
のセルロースを含有した活性炭繊維に金属層を形
成することは容易である。 上述のように実施例３では実施例２に比べ分極
性電極の強度が強く、さらに集電能を良いため、
第７図に示すようにリードの取り出しは、ニツケ
ル板等を使用し、第７図ａに示すように集電体の
両端にのみスポツト溶接するだけで十分である。
１４はスポツト溶接部分を示し、他の部位は、第
６図と同様なものを示す。 本実施例のみかけの分極性電極面積は、1500mm²
である。また、その特性を第３表に示す。

【表】 本実施例においても従来のものと比べ極めて薄
型であり（500μ以下の厚み）、しかも単位重量あ
たり従来とほぼ同程度の容量値を示すキヤパシタ
を作成することができる。 発明の効果 以上のように本発明によれば、容量が大きくし
かも従来のものに比べ著しく薄型化した電気二重
層キヤパシタが得られる。

【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一例を示
す斜視図、第３図は従来の扁平型電気二重層キヤ
パシタの一部を断面で示す正面図、第４図は電気
二重層キヤパシタの基本原理図、第５図は本発明
の電気二重層キヤパシタの分極性電極の一例を示
す断面図、第６図ａは本発明の電気二重層キヤパ
シタの一例を示す平面図、第６図ｂは第６図ａの
Ａ―A′線断面図、第７図ａはキヤパシタの他の
例を示す平面図、第７図ｂは第７図ａのＡ―
A′線断面図である。 １…分極性電極、２…集電体、３…セパレー
タ、４…ケース、５…ガスケツト、６…電解液、
７…活性炭繊維、８…セルロース、９…集電体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 活性炭繊維とセルロースの混合物の抄造体か
   らなり、片面に集電体を設けた一対の分極性電極
   と、前記両電極間に介在させたセパレータ、及び
   電解液からなる電気二重層キヤパシタ。