JPS63153810A - 電気二重層コンデンサ - Google Patents

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コンデンサ、詳しくは活性炭よりな
る分極性電極を用いた電気二重層コンデンサに関するも
のである。

（従来の技術、発明が解決しようとする問題点）電気二
重層コンデンサに用いる分極性電極としては従来、アル
ミニウムなどの金属よりなる薄板、ネットまたはパンチ
ングメタル、活性炭その他種々のものが使用されてきた
。

活性炭を用いた例としては、特公昭５５−４１０１５号
公報などに、電解液と混合してペースト化して用いる電
極が提案されている。しかしながら、このようなペース
ト電極に使用された活性炭の比表面積は、最高１．５０
Ｏｎ？／ｇ程度であり、この電極を用いたコンデンサは
単位体積当りの容量が不十分であった。

また、炭素質として活性炭繊維を使用した電極も特公昭
６０−１５１３８号公報などに開示されている。しかし
ながら、活性炭繊維は空隙率が大きくて、単位体積当り
の容量を大きくしにくいという問題点があった。

この点を改良するために、粉砕された活性炭繊維や特殊
なバインダーを使用した電極も提案されている（特開昭
６１−２６２０７号、同６１−２６２０８号公報）、シ
かしながら、この場合にも、依然として活性炭の比表面
積は十分大きくないため単位体積当りの容量の改善効果
が不十分であり、しかも活性炭繊維の機械的強度が損な
われるという不利な点が加わる。

さらに、特開昭６０−２７１１２号および同６０−２７
１１３号公報には熱融着性を有するフェノール樹脂成型
体を炭化・賦活してなる活性炭を電極に使用した例が開
示されている。しかしながら、フィルム状あるいはシー
ト状のフェノール樹脂を活性炭化した場合には、電極と
しての機械的強度や集電性に問題があり、電極を金属基
体によって補強する必要があるばかりか、粉末状で賦活
した場合と比べて反応表面積が小さく、したがって比表
面積の小さい（１，０００〜２，５００　ｍ　／　ｇ　
）活性炭しか得られないという問題点があった。

本発明は前記の問題点を解決して、容量が大きく、かつ
長期信頼性に優れた電気二重層コンデンサを提供するこ
とを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 前記の問題点を解決するため本発明は、分極性電極と電
解液との界面で形成される電気二重層を利用する電気二
重層コンデンサにおいて、熱融着性を有するフェノール
系樹脂粉末を炭化・賦活して得られる活性炭よりなる分
極性電極と、水溶液系電解液とを組合せて使用すること
を特徴とする電気二重層コンデンサを提供するものであ
る。

本発明で分極性電極に用いる活性炭の原料としては、０
．５〜１１００ｕ好ましくは１〜２０１Ｊｍの粒径を有
する熱融着性を備えたフェノール系樹脂粉末が用いられ
る。フェノール・系樹脂としては、たとえばフェノール
とホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、フルフラール
などのアルデヒド類との縮合反応による樹脂があげられ
るが、フェノールホルムアルデヒド樹脂が特に好適に使
用される。

前記のフェノール系樹脂粉末を窒素、アルゴンなどの不
活性ガス雰囲気中において５００〜１８００℃好ましく
は６００〜１１００℃で０．５〜３０時間処理して炭化
および賦活を行う、この際、ガス雰囲気中に水蒸気を混
入させたり、触媒として塩化亜鉛などを用いたりするこ
ともできる。

前記の工程を経て、比表面積（ＢＥＴ法’Ｉ　２．００
０〜３．５００ｒｒｒ／ｇ好ましくは２．５００〜３．
４００ｒｒｒ／ｇ、かさ密度０．１〜１．５　ｇ　／　
ｍ　ｌ好ましくは０．２〜１．Ｏｇ／ｍｌ、全細孔容積
０．５〜３．０ｍ　ｌ　／　ｇ好ましくは０．８〜２．
８ｍ　Ｉ！／　ｇの物性を有する活性炭粉末が得られる
。

本発明で用いる電極としては、この活性炭粉末を電解液
と混合してペースト化したものを電極として用いること
も可能である。しかしながら、単位体積当りの容量と機
械的強度がさらに良好な電極としては、ポリテトラフル
オロエチレン（以下、ＰＴＦＥと略称する）など耐化学
薬品性の優れた結着剤を用いて活性炭粉末をシート化し
てなる電極があげられる。このようなシート状電極とし
ては、まず活性炭微粉末に対し好ましくは１〜５０重量
％、さらに好ましくは５〜３０重量％の好ましくはＰＴ
ＦＥ分散液を混合し、得られた粘稠な混合物を圧縮、押
出もしくは圧延、またはこれらの手段を組合せることに
よってシート状に成型したものが好適に使用できる。

このシート状成型物は、さらに必要に応じて一軸方向、
または二輪方向に延伸処理される。この延伸処理は、２
０〜３８０℃好ましくは２０〜２００℃において、好ま
しくは原長の１．１〜５．０倍特に好ましくは１．２〜
２．０倍になるように公知の方法（たとえば、特開昭５
９−１６６５４１号公報）により行われる。このように
して得られた延伸処理物は、そのまま使用することもで
きるが必要に応じて、さらにロール、プレスなどにより
圧延または圧縮処理した後、焼成または半焼成処理して
使用する。

本発明の活性炭を主成分とする分極性電極は、水溶液系
電解液と組合せて使用されるが、このような電解液とし
ては、高い電気伝導性を有する無機酸、無機塩基、また
は無機塩を？８質とする水溶液系電解液が好適である。

このような電解液の溶ｆ　（を解ｔ）としては、たとえ
ば硫酸、４フツ化ホウ酸、硝酸などの酸、水酸化カリウ
ム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化アン
モニウムなどの塩基、塩化カリウム、塩化ナトリウム、
塩化カルシウム、塩化アンモニウムなどの塩化物、炭酸
カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸アン
モニウムなどの炭酸塩等が好適に使用される。これらの
電解質の中で、硫酸、４フッ化ホウ酸、水酸化カリウム
および水酸化ナトリウムは、それぞれ高い電気伝導度が
得られる点で特に好ましい。

本発明で使用される電解液の濃度は、１０〜９０重量％
の範囲で適宜選定することができる。一般に９０重量％
以上の濃度になると寒冷時に溶質が析出するなどの問題
が発生し、また１０重量％以下の濃度では、電導度が低
下してコンデンサの内部抵抗を増大させるので好ましく
ない。

前述のシート状物をコンデンサの形状に合せて加工・成
形した電極間に多孔質のセパレータを挟み、前記の電解
液を含浸または満たして、これをステンレス鋼製などの
耐食性を有するケース中に密閉することにより電気二重
層コンデンサを得ることができる。

多孔質セパレータとしては、たとえばポリプロピレン繊
維不織布、ガラス繊維混抄不織布などが好適に使用でき
る。また、セパレータの厚味は５０〜２００μｍが適当
であり、１００〜１５０μｍとするのが特に好適である
。

（作用および効果） 従来の活性炭粉末、活性炭繊維、またはフィルム状、シ
ート状などのフェノール樹脂成型品を炭化・賦活した活
性炭は、比表面積が１　、５００〜２．０００ｎ？／ｇ
程度であり、これをさらに賦活して２，５００ｍ／ｇ以
上に高めようとすると、収率が著しく低下するのに対し
て、本発明によるフェノール系樹脂粉末を炭化・賦活し
て得られる活性炭は賦活時に細孔の成長速度が大きく、
収率の低下を伴わずに３．０００ｍ／ｇ程度の高い比表
面積が容易に得られるため、この活性炭を主成分とする
分極性電極を水溶液系電解液と組合せて使用することに
より、単位体積当りの容量が大きく長期信頼性に優れた
電気二重層コンデンサを得ることができる□。

（実施例） 以下、本発明の実施例および比較例を図面を参照して具
体的に説明する。

実施例１ 粒径１５μｍの熱融着性フェノールホルムアルデヒド樹
脂粉末、“ベルパールＳ”　（鐘紡社商品名、窒素中減
量開始温度３８０〜４００℃、比重１．２５）をアルゴ
ンガス雰囲気中で１，１００°ｃ、３時間の炭化・賦活
を行って、比表面積（ＢＥＴ法）　　３．１００　ｇ／
ｇ、かさ密度０．３２ｇ／ｍ１、細孔容積１．５２２ｍ
１／ｇの物性を有する活性炭を得た。

この活性炭８０重量％、カーボンブラック１０重量％お
よびＰＴＦＥ粉末（粒子径０．３μｍ）１０重量％より
なる粉末混合物１００重量部に対して水２００重量部を
添加し、■形ブレンダー中で混和した。

得られたペースト状混和物をロール成型機を用いて圧延
し、厚さｌ　、ｌ　＊ｘのシートとした。このシートを
３００℃に予熱した状態で一軸方向に１．１倍の倍率で
延伸処理して厚さ０．６０のシート状電極材料を得た。

このシート状電極材料を使用して、第１図に示すような
コイン型電気二重層コンデンサのユニットセル（直径２
０ｍｍ、厚み２゜０１１）を下記の手順で作製した。

前記シート状電極材料を円板状に打ち抜いて分極性電極
１および２（直径１５ｍｍ、厚さ０．７鶴）とし、この
分極性電極１．２をポリプロピレン繊維不織布よりなる
セパレータ３を介して互いに対向させてステンレス鋼製
のキャップ４およびステンレス鋼製の缶５からなる外装
容器中に収納する。

次に、ユニットセル中に所定の電解液（３０％硫酸水溶
液）を注入して分極性電極１．２およびセパレータ３中
にこの電解液を十分に含浸させた後、ポリプロピレン製
バンキング６を介してキャンプ４および缶５の端部をか
しめて封口し一体化した。

前述のようにして作製した電気二重層コンデンサのユニ
ットセルを使用し、２．８ｖで３０分間定電圧充電を行
い、その後１ｍＡ定電流放電し、放電時の端子間電圧が
ＯＶに至るまでの時間を測定し単極単位体積当りの初期
容量（Ｆ　／ｃＪ）を算出した０次に同セルを７０℃に
おいて１０００時間２，８ｖ連続印加した後の容量を同
様にして測定し、初期値と比較して容量劣化率を算出し
結果を第１表に示した。

実施例２ 実施例１と同じフェノールホルムアルデヒド樹脂粉末を
、アルゴンガス雰囲気中において７００℃で３時間炭化
・賦活を行って、比表面積２．８００ｍｒ／ｇ、かさ密
度０．４ｇ／ｍｌ、全細孔容積１．３２ｍ１／ｇの物性
を有する活性炭粉末を得た。

この活性炭粉末を用いて実施例１と同様にして分極性電
極を作製し、この電極を使用した電気二重層コンデンサ
のユニットセルについて実施例１と同様の評価を行って
結果を第１表に示した。

実施例３ 粒径が１００μｍである以外は実施例１と同じフェノー
ルホルムアルデヒド樹脂粉末を、アルゴンガス雰囲気中
において１，１００℃で３時間炭化・賦活を行って、比
表面積２，１００ｍ／ｇ、かさ密度０゜３８ｇ／ｍｊ！
、全細孔容積０．６３ｍ　Ｉｔ　／　ｇの物性を有する
活性炭粉末を得た。

この活性炭粉末を用いて、実施例１と同様の評価を行っ
て結果を第１表に示した。

実施例４ 電解液として２０％水酸化カリウム水溶液を用いた以外
は、実施例１と同様の処理および評価を行って結果を第
１表に示した。

比較例１ 比表面積が２．０００ｍ／ｇの熱融着性フェノールホル
ムアルデヒド樹脂シートを原料とした活性炭を用いた以
外は、実施例１と同様の処理および評価を行って結果を
第１表に示した。

比較例２ 比表面積が２．００Ｏｎｆ／ｇの熱融着性フェノール系
樹脂活性炭繊維を用いた以外は、実施例１と同様の処理
および評価を行って結果を第１表に示した。

（本頁、以下余白） 第　　１　　表 （発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、熱融着性を有する
フェノール系樹脂粉末を炭化・賦活して得られる活性炭
よりなる分極性電極と水溶液系電解液とを組合せて使用
することにより、単位体積当りの容量が大きく長期信頼
性に優れた電気二重層コンデンサを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電気二重層コンデンサの一実施態
様を示す部分断面図である。 １．２・・・・・・分極性電極、 ３・・・・・・セパレータ、 ４・・・・・・キャンプ、 ５・・・・・・缶、 ６・・・・・・パフキング。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）分極性電極と電解液との界面で形成される電気二
   重層を利用する電気二重層コンデンサにおいて、熱融着
   性を有するフェノール系樹脂粉末を炭化・賦活して得ら
   れる活性炭よりなる分極性電極と、水溶液系電解液とを
   組合せて使用することを特徴とする電気二重層コンデン
   サ。
2. （２）前記フェノール系樹脂が、フェノールホルムアル
   デヒド樹脂である特許請求の範囲第１項記載の電気二重
   層コンデンサ。
3. （３）前記フェノール系樹脂粉末の粒径が０．５〜１０
   ０μｍである特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   電気二重層コンデンサ。
4. （４）前記活性炭の比表面積が、２，０００〜３，５０
   ０ｍ＾２／ｇである特許請求の範囲第１〜３項のいずれ
   かに記載の電気二重層コンデンサ。
5. （５）前記水溶液系電解液の溶質が、硫酸、４フッ化ホ
   ウ酸および硝酸から選ばれた無機酸、水酸化カリウム、
   水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムおよび水酸化アン
   モニウムから選ばれた無機塩基、塩化カリウム、塩化ナ
   トリウム、塩化カルシウムおよび塩化アンモニウムから
   選ばれた塩化物、または炭酸カリウム、炭酸ナトリウム
   、炭酸カルシウムおよび炭酸アンモニウムから選ばれた
   炭酸塩である特許請求の範囲第１〜４項のいずれかに記
   載の電気二重層コンデンサ。