JPS63187614A

JPS63187614A - 電気二重層コンデンサ

Info

Publication number: JPS63187614A
Application number: JP62018582A
Authority: JP
Inventors: 剛森本; 和也平塚; 恭宏真田; 広志有賀
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd; Elna Co Ltd
Current assignee: Elna Co Ltd; AGC Inc
Priority date: 1987-01-30
Filing date: 1987-01-30
Publication date: 1988-08-03

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、詳しくは炭素系材料よ
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。

（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炭素質よりなる分極性電極とし
ては、従来、活性炭と電解液とを混合してペースト化し
て用いるものが提案されている（特公昭５５−４１０１
５号公報）。

しかしながら、このようなペースト電極に使用された活
性炭の比表面積は実際上はせいぜい１，５００ｎ（／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るという問題点があった。

また、炭素質として活性炭繊維を用いた電極も特公昭６
０−１．５１３８号公報に開示されているが、空隙率が
大きいため、やはり単位体積当りの容量が不十分であっ
た。

さらに、特開昭６０−４２８０９号公仰Ｇこは、コンデ
ンサの低温特性の改良を目的として平均細孔径１５Å以
上の活性炭を用いることが記載されているが、この場合
には活性炭の賦活を促進すると細孔径が増大して低温特
性は改良されるが、一方では常温における容量が低下す
るという問題点があった。

このほかにも、特開昭６１−１０２０２３号公報には、
同じく低温特性の改良を目的として、全細孔容積に対す
る直径２ｎｍ以上の細孔の占める容積の比率が４０％以
上の活性炭を用いることが記載されているが、この場合
にも、低温特性は改良されるが依然として常温における
容量値としては不十分であった。

本発明は、このような問題点を解決して、初期容量が高
く、内部抵抗が低く、低温特性に優れた信転性の高い電
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に本発明は、比表面積が１
，８００〜３，５００　ｍ／ｇであり、平均細孔径が５
〜１５人で、かつ全細孔容積に対する内径２０Å以上の
細孔の占める容積の比率が２０〜４０％である炭素系材
料よりなる分極性電極を用い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炭素系材料としては、種々
のものが使用可能であるが、それらの中で特に石油コー
クス、石炭コークス、ヤシガラ、またはフェノール系樹
脂粉末などを原料とした活性炭が好適に用いられる。こ
のような活性炭の物性としては、比表面積１，８００〜
３．５００ｍ／ｇ好ましくは２，０００〜３，３００　
ｔｒｉ／ｇ、平均細孔径５〜１５人好ましくは７〜１２
人、全細孔容積に対する細孔径２０Å以上の細孔の占め
る容積の比率が２０〜４０％であるものが好ましい。活
性炭の物性が前記の範囲から外れると、容量、内部抵抗
および低温特性の中で、いずれかの特性に悪影嘗がある
ので好ましくない。また、比表面積を３，５００　ｍ　
／　ｇ以上に高めることは、収率の著しい低下を伴うの
で実用的ではない。

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、
または二軸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
５９−１６６５４１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。

本発明の分極性電極と組合せて使用する電解液は特に限
定されるものではなく、電気二重層コンデンサ用として
使用可能なもの、すなわち非水溶媒系または水溶液系の
電解液が適宜使用される。

本発明で炭素系材料よりなる分極性電極と組合せて用い
られる非水溶媒系電解液としては、たとえば過塩素酸、
６フノ化リン酸、４フッ化ホウ酸、パーアルキルスルホ
ン酸、またはトリフルオロメタンスルホン酸のテトラア
ルキルアンモニウム塩、テトラアルキルホスホニウム塩
、またはアミン塩などの電気化学的に安定な溶質を、プ
ロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、Ｔ−ブ
チロラクトン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド
、１，２−ジメトキシエタン、スルホラン、ニトロメタ
ンなどの極性有機溶媒に０．１〜３．０　Ｍ／ｌ好まし
くは０．５〜１．５Ｍ／４の濃度で熔解されたものがあ
げられる。

本発明で炭素系材料よりなる分極性電極と組合せて用い
られる水溶液系電解液としては、高い電気伝ｍ性を有す
る無機酸、無機塩基、または無機塩を溶質とするものが
好適である。溶質としては、たとえば硫酸、４フッ化ホ
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、高い電気伝導度が得られる点で特に好ましい。

水溶液系電解液の濃度は、１０〜９０重世％の範囲で適
宜選定することができ、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４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、前記のよう
な電解液を含浸または満たしてケース中に密閉すること
によって本発明による電気二重層コンデンサが得られる
。

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力く適
当であり、８０〜１５０μｍとするのが特に好適である
。

（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。

第１表および第２表に示す種々の活性炭を、活性炭７０
重量％、カーホンブランク２０重景％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、Ｖ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１．１ｍｍのシートと
した。このシートを３００°Ｃ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Ｑ、５ｎｍ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
０璽１、厚さ２．０龍）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０．６１１）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ｋ
”Ｊ　’Ａのキャンプ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（実施例１〜Ｇと
比較例１〜４においてはテトラブチルホスホニウムテト
ラフルオロボレートをプロピレンカーボネートに１．０
　Ｍ／βの濃度で溶解したもの、実施例７〜１２と比較
例５〜８においては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ッキング６を介し
てキャップ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、２０°Ｃにおいて実施例１〜６と比
較例１〜４では２．８■、実施例７〜１２と比較例５〜
８では０．９Ｖで３０分間定電圧充電を行い、その後１
ｍＡ定電流放電し、放電時の端子間電圧がＯＶに至るま
での時間を測定し初期容量（Ｆ）を算出した。

さらに、交流二端子法（周波数ｌＫ１１ｚ）で内部抵抗
を測定した。引続いて、このセルの一２５゛Ｃにおける
容量を前記と同様にして測定し、２０“Ｃにおける容量
値からの容量低下率（％）を算出した。

なお、比較例中の活性炭繊維布は直径１５１箇、厚さ０
．６　ｍｍに打ち抜き、その他は実施例と同様の操作お
よび評価を行った。

（本頁、以下余白）第１表（実施例１〜６、比較例１〜４）および第２表（
実施例７〜１２、比較例５〜８）から明らかなように、
本発明による炭素系材料よりなる分極性電極を用いるこ
とにより、初期容量、内部抵抗および低温特性について
均衡のとれた電気二重層コンデンサが得られる。

（発明の効果）以上説明したように本発明によれば、初期容量、内部抵
抗および低温特性について均衡のとれた信頬性に優れた
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・・・・・・キャップ、５・・・・・・缶、６・・・・・・バッキング。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）比表面積が１，８００〜３，５００ｍ＾２／ｇで
あり、平均細孔径が５〜１５Åで、かつ全細孔容積に対
する内径２０Å以上の細孔の占める容積の比率が２０〜
４０％である炭素系材料よりなる分極性電極を用いるこ
とを特徴とする電気二重層コンデンサ。
（２）前記炭素系材料が、石油コークス、ヤシガラ、フ
ェノール系樹脂粉末を炭化・賦活してなる活性炭である
特許請求の範囲第１項記載の電気二重層コンデンサ。
（３）電解液として非水溶媒系電解液を用いることを特
徴とす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）電解液として水溶液系電解液を用いることを特徴
とす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。
（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４項記載の電気二重層コ
ンデンサ。