【考案の詳細な説明】[Detailed explanation of the idea]
この考案は、電気二重層コンデンサの改良に係
り、特にコンデンサ素子を構成するセパレータの
改良により、自己放電特性の向上および漏れ電流
の減少を図る電気二重層コンデンサの構造に関す
る。
一般に電気二重層コンデンサは、活性炭に希硫
酸等を配合して組成する電極をイオン透過性のセ
パレータにより分極するとともに、ブチルゴム等
で形成される絶縁性ガスケツトおよび導電性ブチ
ルゴム等で形成される集電体で密封して形成され
た電気二重層コンデンサ素子を少なくとも１個な
いし複数個積層し、該電気二重層コンデンサ素子
を外装容器に封入して構成している。
この構造による電気二重層コンデンサの場合、
イオン透過性のセパレータは、両電極を電子伝導
を遮断するために親水性処理を施した多孔性ポリ
プロピレンで組成している。
このセパレータの親水性処理は、一般に多孔性
ポリプロピレンの表面に、有機溶媒に溶解した界
面活性剤を全体に塗着した後、乾燥させることに
より行われている。
しかし、前記セパレータの端部を絶縁性ガスケ
ツトで挟持し、接着剤等で接着して両電極を密封
しても、セパレータの全体が親水性であるため、
両電極との接面部を介して電解質がセパレータ端
部にまで浸透し、その結果、完成した電気二重層
コンデンサの漏れ電流特性とともに、自己放電特
性にも悪影響がでる場合があつた。
また、一般に電気二重層コンデンサにおいて、
漏れ電流特性はセパレータの面積に比例するとい
われており、セパレータ面積の減少により漏れ電
流特性を改良することが考えられてきた。セパレ
ータに接面する電極面積を減少させ、かつ従来と
同一の静電容量を求める場合、静電容量は活性炭
量に比例するから、両電極の縦寸法を増大させて
活性炭量を同一にする必要がある。しかし、電気
二重層コンデンサ素子の縦寸法が増大するとイン
ピーダンスも増加し、電気的特性に悪影響を及ぼ
す。したがつて電極が接面するセパレータ面積の
減少にも限界がある。
本考案は、上記の欠点に鑑み、セパレータを改
良することにより、電気二重層コンデンサ自己放
電特性の向上を図るとともに漏れ電流特性の改良
を目的としている。
本考案は、活性炭を主体とした分極性電極と電
解質界面で形成される電気二重層を利用したコン
デンサにおいて、親水性処理を施したセパレータ
の少なくとも周縁部に熱処理による疎水性部分を
設けたことを特徴としている。
以下、本考案を図面にしたがい説明する。
第１図は、本考案による電気二重層コンデンサ
の実施例を示す断面図である。
図面において、電気二重層コンデンサを形成す
る外装容器２は、鉄、アルミニウム等の良電導体
金属からなり、該外装容器２の開口部は蓋部３に
よつて密閉される。この電気二重層コンデンサ素
子１は、活性炭に希硫酸を添加して組成した電極
６，７を少なくとも複数個積層し、該電極６，７
の間隙に各電極６，７を分離するセパレータ８を
介在させて形成されている。該セパレータ８は多
孔性ポリプロピレンからなり、ポリオキシエチレ
ン・オレイルエーテル等のエタノール溶液からな
る非イオン系界面活性剤を全体に塗着した後、乾
燥して親水性処理が施されている。更に該親水性
処理の後、第２図に示すように、該セパレータ８
の周縁部１２に加熱したプレス治具等を当接さ
せ、該当接部分に熱処理を施すことにより、この
部分のイオン透過性を没却させる。
各電極６，７は、前記セパレータ８により分離
される。ブチルゴム等からなる絶縁性ガスケツト
５は、セパレータ８の疎水性処理の施されている
周端部１２を挟持し、更に導電性ブチルゴム４
は、電極６，７の端面を覆うように接着剤等で接
着されることによつて該電極６，７を密封し、電
気二重層コンデンサ素子１が形成される。
このように形成された電気二重層コンデンサ素
子１を、少なくとも１個ないし複数個積層し、陰
極側電極引出し端子９を外装容器２内底面に接続
する。その後該電気二重層コンデンサ素子１を外
装容器２に収納して、陽極側から導出した電極引
出し端子９を外装容器２に外部に突出させるとと
もに、前記外装容器２に蓋部３を装着して該電気
二重層コンデンサを密封する。
本実施例による場合、イオンが透過する部分
は、疎水性処理されていない中央部１３のみであ
り、したがつて絶縁性ガスケツト５に挟持された
セパレータ８の周縁部１２に電解質が透過する虞
がなく、漏れ電流特性の向上が期待できる。
また、親水性処理する面積を容易に調整するこ
とが可能となるので、電気二重層コンデンサとし
て機能しつつ、なおかつ最小限度の漏れ電流に抑
制することが容易にならる。
第３図は、本考案の実施例を示す平面図であ
り、本実施例において各電極を分離するセパレー
タ１１は、一定の密度をもつた飛び石状の疎水性
部分１４を有しており、該セパレータ１１の周縁
部１５は疎水性処理が施されている。
次に本考案の電気二重層コンデンサの電気的特
性を測定した結果を以下に示す。
測定は、定格電圧５ボルト（Ｖ）、定格容量１
フアラツド(F)の電気二重層コンデンサを用意し、
各電気二重層コンデンサのセパレータの疎水性処
理した面積を全体の０％、30％、50％、70％と
し、各々10個の試料について容量(F)漏れ電流
（μA）インピーダンス（Ω）を測定してその平均
値を算出した。なお、漏れ電流値は60分値を測定
した。測定結果を以下に示す。
This invention relates to the improvement of electric double layer capacitors, and particularly to the structure of electric double layer capacitors that improves self-discharge characteristics and reduces leakage current by improving separators that constitute capacitor elements. In general, an electric double layer capacitor consists of an electrode composed of activated carbon mixed with dilute sulfuric acid, etc., which is polarized by an ion-permeable separator, and an insulating gasket made of butyl rubber, etc., and a current collector made of conductive butyl rubber, etc. At least one or a plurality of electric double layer capacitor elements formed in a sealed manner are laminated, and the electric double layer capacitor elements are sealed in an outer container. In the case of an electric double layer capacitor with this structure,
The ion-permeable separator is composed of porous polypropylene that has undergone hydrophilic treatment to block both electrodes from electron conduction. This hydrophilic treatment of the separator is generally carried out by applying a surfactant dissolved in an organic solvent to the entire surface of the porous polypropylene and then drying it. However, even if the ends of the separator are sandwiched between insulating gaskets and bonded with adhesive or the like to seal both electrodes, the entire separator is hydrophilic;
The electrolyte penetrates to the ends of the separator through the contact surfaces with both electrodes, and as a result, there are cases in which the self-discharge characteristics as well as the leakage current characteristics of the completed electric double layer capacitor are adversely affected. In addition, generally in electric double layer capacitors,
It is said that leakage current characteristics are proportional to the area of the separator, and it has been considered that the leakage current characteristics can be improved by reducing the separator area. When reducing the electrode area in contact with the separator and seeking the same capacitance as before, since capacitance is proportional to the amount of activated carbon, it is necessary to increase the vertical dimension of both electrodes to make the amount of activated carbon the same. There is. However, as the vertical dimension of the electric double layer capacitor element increases, the impedance also increases, which adversely affects the electrical characteristics. Therefore, there is a limit to the reduction in the area of the separator that the electrodes come into contact with. In view of the above drawbacks, the present invention aims to improve the self-discharge characteristics of electric double layer capacitors and to improve the leakage current characteristics by improving the separator. The present invention is a capacitor that utilizes an electric double layer formed between a polarizable electrode mainly made of activated carbon and an electrolyte interface, in which a hydrophobic portion is provided by heat treatment at least on the periphery of a hydrophilic-treated separator. It is a feature. The present invention will be explained below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of an electric double layer capacitor according to the present invention. In the drawing, an outer container 2 forming an electric double layer capacitor is made of a good conductor metal such as iron or aluminum, and the opening of the outer container 2 is sealed with a lid 3. This electric double layer capacitor element 1 has at least a plurality of laminated electrodes 6 and 7 made of activated carbon with dilute sulfuric acid added thereto.
A separator 8 is interposed between the electrodes 6 and 7 to separate the electrodes 6 and 7. The separator 8 is made of porous polypropylene, and a nonionic surfactant made of an ethanol solution of polyoxyethylene oleyl ether or the like is applied to the entire surface and then dried to make it hydrophilic. Furthermore, after the hydrophilic treatment, as shown in FIG.
A heated press jig or the like is brought into contact with the peripheral edge portion 12 of the wafer, and the ion permeability of this portion is reduced by applying heat treatment to the contact portion. Each electrode 6, 7 is separated by the separator 8. An insulating gasket 5 made of butyl rubber or the like holds the hydrophobically treated peripheral end 12 of the separator 8, and is further made of conductive butyl rubber 4.
is bonded with an adhesive or the like so as to cover the end surfaces of the electrodes 6 and 7, thereby sealing the electrodes 6 and 7, thereby forming the electric double layer capacitor element 1. At least one or a plurality of electric double layer capacitor elements 1 thus formed are stacked, and the cathode side electrode lead terminal 9 is connected to the inner bottom surface of the outer container 2. Thereafter, the electric double layer capacitor element 1 is housed in the outer container 2, and the electrode lead terminal 9 led out from the anode side is made to protrude outside into the outer container 2, and the lid part 3 is attached to the outer container 2. Seal the electric double layer capacitor. In this embodiment, the only part through which ions permeate is the central part 13 which has not been subjected to hydrophobic treatment, and therefore there is a risk that the electrolyte will permeate into the peripheral part 12 of the separator 8 sandwiched between the insulating gaskets 5. Therefore, an improvement in leakage current characteristics can be expected. Further, since it becomes possible to easily adjust the area to be subjected to hydrophilic treatment, it becomes easy to suppress leakage current to the minimum level while functioning as an electric double layer capacitor. FIG. 3 is a plan view showing an embodiment of the present invention. In this embodiment, the separator 11 that separates each electrode has a stepping stone-like hydrophobic portion 14 with a certain density. The peripheral edge 15 of the separator 11 is subjected to hydrophobic treatment. Next, the results of measuring the electrical characteristics of the electric double layer capacitor of the present invention are shown below. Measurements were made at a rated voltage of 5 volts (V) and a rated capacity of 1
Prepare a Farad (F) electric double layer capacitor,
The hydrophobically treated area of the separator of each electric double layer capacitor was set as 0%, 30%, 50%, and 70% of the total area, and the capacitance (F), leakage current (μA), and impedance (Ω) were measured for each of 10 samples. The average value was calculated. Note that the leakage current value was measured for 60 minutes. The measurement results are shown below.
【表】
また上記の試料と同じ定格電圧５ボルト（Ｖ）
定格容量１フアラツド(F)の電気二重層コンデンサ
であり、セパレータの疎水性処理面積を全体の０
％、30％、50％、70％にしたものを各々10個用意
し、常温下において75時間、100時間、300時間放
置した後の残留電圧の平均値を測定した。その結
果を第４図に示す。
上記の測定結果から明らかなように、セパレー
タの50％〜70％を疎水性処理した場合、漏れ電流
は、約25％〜60％減少する。これに対して容量
は、約１％〜２％減少するに過ぎない。またイン
ピーダンスは約19％〜28％増加する。したがつ
て、インピーダンスの増加、容量の減少および漏
れ電流の減少等の相対的比較により、おおよそ50
％程度の疎水性処理が最も適当であることがわか
る。
以上のように、本考案は、活性炭を主体とした
分極性電極と電解質界面で形成される電気二重層
を利用したコンデンサにおいて、親水性処理を施
したセパレータの少なくとも周縁部に熱処理によ
る疎水性部分を設けたことを特徴としているの
で、絶縁性ガスケツトが挟持するセパレータ周縁
部は、少なくとも疎水性に保持さる。したがつ
て、セパレータの周縁部に電解質が浸透すること
がなくなるとともに、全体のセパレータ面積を減
少することができ、漏れ電流特性を向上させるこ
とができる。また、漏れ電流特性が向上すること
により、電気二重層コンデンサの自己放電特性も
向上する。
更に、前記漏れ電流特性の向上は、活性炭量を
従来と比較して変動させることなく達成すること
ができるので、製品全体としての縦寸法を従来と
同等に維持することができる。
以上要するに、本考案は電気二重層コンデンサ
の漏れ電流を最小限に抑制するとともに、極めて
効率的な電解質のイオン透過を図ることができる
有益な考案である。[Table] Also, the rated voltage is 5 volts (V), which is the same as the sample above.
It is an electric double layer capacitor with a rated capacity of 1 Farad (F), and the hydrophobic treatment area of the separator is 0.
%, 30%, 50%, and 70% were prepared, and the average value of the residual voltage after being left at room temperature for 75 hours, 100 hours, and 300 hours was measured. The results are shown in FIG. As is clear from the above measurement results, when 50% to 70% of the separator is subjected to hydrophobic treatment, the leakage current is reduced by approximately 25% to 60%. In contrast, the capacity decreases by only about 1% to 2%. Also, the impedance increases by about 19% to 28%. Therefore, by relative comparison of increase in impedance, decrease in capacitance, decrease in leakage current, etc., approximately 50
% hydrophobic treatment is found to be most appropriate. As described above, the present invention provides a capacitor that utilizes an electric double layer formed between a polarizable electrode mainly made of activated carbon and an electrolyte interface, in which a hydrophobic portion is formed by heat treatment on at least the peripheral edge of a separator that has been subjected to hydrophilic treatment. Since the separator periphery is sandwiched between the insulating gaskets, the separator periphery is maintained at least hydrophobically. Therefore, the electrolyte is prevented from penetrating into the periphery of the separator, and the overall area of the separator can be reduced, and leakage current characteristics can be improved. Further, by improving the leakage current characteristics, the self-discharge characteristics of the electric double layer capacitor are also improved. Furthermore, since the improvement in leakage current characteristics can be achieved without changing the amount of activated carbon compared to the conventional product, the vertical dimension of the entire product can be maintained at the same level as the conventional product. In summary, the present invention is a useful invention that can suppress the leakage current of an electric double layer capacitor to a minimum and achieve extremely efficient ion permeation of the electrolyte.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
第１図は本考案による電気二重層コンデンサを
示す断面図、第２図ないし第３図は、本考案によ
る電気二重層コンデンサのセパレータを示す平面
図である。第４図は、本考案の電気二重層コンデ
ンサの電気的特性を示すグラフであり、Ａ、Ｂ、
Ｃは本考案による電気二重層コンデンサの自己放
電特性を示し、Ｄは従来の電気二重層コンデンサ
の自己放電特性を示している。
１…電気二重層コンデンサ素子、２…外装容
器、３…蓋部、４…導電性ゴム、５…ガスケツ
ト、６，７…電極、８，１１…セパレータ、９，
１０…外部接続端子。
FIG. 1 is a sectional view showing an electric double layer capacitor according to the present invention, and FIGS. 2 and 3 are plan views showing a separator of the electric double layer capacitor according to the present invention. FIG. 4 is a graph showing the electrical characteristics of the electric double layer capacitor of the present invention.
C shows the self-discharge characteristics of the electric double layer capacitor according to the present invention, and D shows the self-discharge characteristics of the conventional electric double layer capacitor. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Electric double layer capacitor element, 2... Outer container, 3... Lid part, 4... Conductive rubber, 5... Gasket, 6, 7... Electrode, 8, 11... Separator, 9,
10...External connection terminal.