JPS63316422A - 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に関する。

（従来の技（ネｉ） 電気二重層コンデンサは、活性炭などよりなる比表面積
の大きい分極性電極と電解液との界面に形成される電気
二重層に電荷を蓄積することを原理とするものであり、
その他のコンデンサよりも逼かに大きな静電容量が得ら
れる点で注目されている。

第１図には電気二重層コンデンサのコイン形ユニットセ
ルの一最的な構造が示されている。第１図において、活
性炭粉末を主成分とする円板状の分極性電極ｌが、導電
性接着層５によって金属ケース３に固着されており、同
様に導電性接着層５′によって金属ケース４に固着され
た分極性電極２が、多孔性セパレータ６を介して、分極
性電極ｌと対向して配置されている。セパレータ６およ
び分極性電極１，２に電解液を含浸させバッキング材７
を介して金属ケース３および４が、かしめにより封口さ
れてユニットセル８が得られる。分極外電極１としては
、大きい比表面積を存する活性炭粉末に、導電性を付与
するためのカーボンブランクを混合し、バインダーとし
てポリテトラフルオロエチレンを添加して混練したもの
をシート状に成形した後、円板状に打抜いたものが一般
に用いられている。

ところで、このような電気二重層コンデンサにおいては
、ＪＩＳ規格に適合する所定の容量値に合致するよう、
容量値を適宜コントロールする技術が要求される。この
ような手法としては、（１）分極性電極の直径を変化さ
せる、（２）分極性電極のＪｔさを変化させる、（３）
分極性電極の主成分である活性炭の比表面積をコントロ
ールするなどの手法が一般的に採用されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、（１）の手法においては、分極性電極の
直径を小さくすると電極有効面積が低下するため、コン
デンサの内部抵抗が増加するという問題点がある。また
、（２）の手法においては、分極性電極の厚みを薄くす
る場合、コイン型ユニ。

ソトセルとしての厚みを維持するために、通常分挽性電
極と金属ケースとの間に金属製集電体を介装したり、あ
るいはセパレータのＩ〃みを増加させたりする方法がと
られる。しかしながら、前者の場合には、材料および製
造時のコストの増加、後者の場合には、内部抵抗の増加
という新たな問題点がある。さらに、（３）の手法は、
電気二重層の形成に寄与する活性炭の比表面積を変化さ
せることによって容量をコントロールするものであるが
、活性炭の賦活工程を厳密に管理することによって比表
面積を所定の範囲内におさめることは極めて困難であり
、自在な対応が行えないという問題点がある。また、活
性炭は、比表面積を小さくすると、平均細孔径が小さい
方へ移行するので、低温領域におけるコンデンサの容量
が着しく低下するという問題点がある。

本発明は、コンデンサの容量をコントロールする手法に
伴う従来の問題点を解決して、容量が所定の規格内に正
確にコントロールされた電気二重層コンデンサを得るこ
とを目的とする。

（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
解液との界面に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、前記分極性電極が、活性炭粉
末と、カーボンブランクと、電気化学的酸化・還元に対
して不活性なセラミック粉末とよりなる混合物に、成形
性を付与するためのバインダーを添加してなることを特
徴とする電気二重層コンデンサを提供するものである。

本発明で用いられるセラミック粉末は、特に限定される
ものではないが、分極性電極中で正・負の電圧を印加さ
れるので、１．８〜２．８ｖの印加電圧の範囲で電気化
学的な酸化・還元に対する安定性の高い材料であること
が好ましい、このようなセラミック粉末の材料としては
、ＡＩｌ、０３．ＺｒＯ，、Ｓｉｎ、、Ｔｉｅ、、Ｔａ
、０．、ＮｂｔＯ，、ＭｇＯ，Ｃａｂ、ＳｉＣ，ＢＮ、
ＡＩｌＮ。

ＺｒＢ、などが好適に用いられる。

本発明で用いられる活性炭粉末は、特に限定されるもの
ではなく、石油コークス系、フェノール系、ヤシガラ系
その他の各種の活性炭よりなる粉末が適宜使用される。

本発明で分極性電極に導電性を付与するために用いられ
るカーボンブラックは、アセチレンブラック、チャンネ
ルブラック、ファーネスブラックなど各種のものが適宜
使用されるが、特に、導電性の優れたものが好ましい。

本発明で分極性電極に成形性を付与するために用いられ
るバインダーとしては、耐化学薬品性に優れ、非水溶媒
系電解液に対して安定なもの、たとえばポリテトラフル
オロエチレン（ＰＴＦＥ）などが好適に使用される。

本発明で用いられる分極性電極の組成は、前記のように
活性炭粉末、カーボンブラック、セラミック粉末、およ
びバインダーよりなるものであり、各成分の配合比率は
特に限定されないが、電極の電気伝導性、多孔度、電解
液の吸収性および機械的強度などについて良好な特性を
得るためにカーボンブラックの配合比率は少なくとも１
０重量％、好ましくは１５〜２５重量％、バインダーの
配合比率は３〜２０重量％、好ましくは５〜１５重量％
が適当である。

本発明で用いられる活性炭粉末の配合比率は、セラミッ
ク粉末の配合比率を適宜変化させることによって所望の
値に調整することができる。

以上のようにして配合された各成分の混合物を混練して
圧縮、押出し、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形したものが好適に使
用される。

本発明で分極性電極と組合せて使用される電解液として
は、たとえば過塩素酸、６フツ化リン酸、４フツ化ホウ
酸、パーアルキルスルホン酸、トリフルオロメタンスル
ホン酸など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溶質を、
プロピレンカーボネート、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０．３〜１．５ｔｓｏｌ　／ｌ程度溶解させたものが
あげられる。

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。

多孔質セパレークとしては、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、１００〜１５０μｍ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。

実施例１ 比表面積１．７０Ｏｎ７７ｇで５００メソシユの粒度を
有する高純度のヤシガラ系活性炭粉末１２重量％き、フ
ァーネスブラック（高純度カーボンブラック）２０重量
％と、Ａｌ２Ｏ２粉末（純度９９．９％、３２５メツシ
ユ）５８重量％よりなる混合粉末にバインダーとしてポ
リテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと略す）１
０重量％、湿潤剤として少量のエタノールを添加して混
練し、シート状に成形して２５０℃で乾燥した後、打抜
いて直径１３　、　Ｏａｍ、厚さ０．６５ｍｍの円板状
分極性電極を得た。この電極を用いて、第１図に示すよ
うなコイン型ユニットセル（直径ｔｓ、４ｍｓ、厚さ２
．０　ａｍ）を作製した。電解液としては、テトラエチ
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１．０ＩＩｌｏｌ／１の濃度で溶解した
ものを用いた。このユニットセルを２個直列に積層して
、５．５■の耐電圧を有する容量規格０．４７Ｆ　（許
容差±１０％）のメモリバックアップ用電気二重層コン
デンサを得た。

実施例２〜４ セラミック粉末として、ＡＩｌ□０３の代りにＺｒＯ□
　（純度９９．６％、５００メソシユ）、Ｓｉｎ。

（純度９９．９％、３００メツシユ）、Ｔｉ１ｔ（純度
９９．９％、５００メツシユ）を用いた場合を、それぞ
れ実施例２．３．４とし、セラミック粉末以外の組成そ
の他は、実施例１と同様にして分極性電極を作製し、２
セル積層型コンデンサを得た。

比較例１ 比表面積１，７００　ｒｒｆ／ｇで５００メツシユの粒
度を有する高純度のヤシガラ系活性炭粉末７０重量％と
、ファー翠スブラック２０重量％と、ＰＴＦＥＩＯ重量
％との混合物より実施例１と同様にして直径１Ｏ３７鶴
、厚さ０．６５ｍｍの円板状分極性電極を作製し、これ
を用いて実施例１と同様のコンデンサを得た。

比較例２ 高純度ヤシガラ系活性炭粉末として、比表面積１．００
０　ｒｔｒ／　ｇ　、粒度５００メツシユのものを用い
た以外は、実施例１と同様にして、直径１３　、０　鰭
、厚さ０．６５ｆｌの分極性電極を作製し、これを用い
て実施例１と同様のコンデンサを得た。

以上のようにして得られた実施例１〜４および比較例１
．２のメモリーパフクアソプ用２セル積層型コンデンサ
（耐電圧５．５Ｖ）について、２５℃および一２５℃に
おける放電容ｉ　（Ｆ）と、交流二端子法（周波数ＩＫ
Ｈｚ）による内部１氏抗（Ω）を測定して、その結果を
第１表にまとめた。

第１表から明らかなように本発明によれば、内部抵抗の
増加や低温特性の悪化を伴うことなく、コンデンサの容
量を自在に、しかも正確にコントロールすることができ
る。

（本頁、以下余白） （発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、セラミック粉末の
配合比率を適宜変化させることによって、電気二重層の
容量形成に寄与する活性炭粉末の含有量を自在に変化さ
せることができるため、電気二重層コンデンサの容量を
正確にコントロールすることができる。

また、本発明におけるセラミック粉末は、電解液による
濡れ性が良好なため、電解液の吸収性に優れた分極性電
極が得られ、電気二重層の形成も速やかに進行する。

【図面の簡単な説明】

第１図は電気二重層コンデンサのコイン型ユニットセル
の一般的な構造を示す部分断面図である。 ｌ、２・・・・・・分極性電極、 ３．４・・・・・・金属ケース、 ５．５′・・・・・・導電性接着層、 ６・・・・・・セパレータ、 ７・・・・・・バッキング、 ８・・・・・・ユニットセル。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）分極性電極と電解液との界面に形成される電気二
   重層を利用する電気二重層コンデンサにおいて、前記分
   極性電極が、活性炭粉末と、カーボンブラックと、電気
   化学的酸化・還元に対して不活性なセラミック粉末とよ
   りなる混合物に、成形性を付与するためのバインダーを
   添加してなることを特徴とする電気二重層コンデンサ。
2. （２）前記セラミック粉末が、Ａｌ＿２Ｏ＿３、ＺｒＯ
   ＿２、ＳｉＯ＿２、ＴｉＯ＿２、Ｔａ＿２Ｏ＿５、Ｎｂ
   ＿２Ｏ＿５、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｉＣ、ＢＮ、ＡｌＮ、
   ＺｒＢ＿２よりなる群から選ばれたものよりなる特許請
   求の範囲第１項記載の電気二重層コンデンサ。