JPS6351535B2 - - Google Patents

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JPS6351535B2
JPS6351535B2 JP57114590A JP11459082A JPS6351535B2 JP S6351535 B2 JPS6351535 B2 JP S6351535B2 JP 57114590 A JP57114590 A JP 57114590A JP 11459082 A JP11459082 A JP 11459082A JP S6351535 B2 JPS6351535 B2 JP S6351535B2
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JP
Japan
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electric double
electrode
double layer
layer capacitor
activated carbon
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JP57114590A
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Atsushi Nishino
Akihiko Yoshida
Ichiro Tanahashi
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、電気二重層キヤパシタに関するもの
で、更に詳細に説明すれば、分極性電極として炭
素繊維を用い、集電体として分極性電極上に直接
溶射形成された金属を用いた電気二重層キヤパシ
タに関するものである。そして本発明の特徴を活
かして、小型のコイン形状の大容量キヤパシタが
簡易な製造方法で実現化するものである。 従来、電気二重層キヤパシタとしては、第1図
に示すようにアルミニウム材料を加工したエクス
パンドメタル、パンチングメタルを集電体1と
し、この集電体1の表面に、分極性電極2とし
て、活性炭粉末を主成分とし、弗素樹脂などでバ
インダーとしたペースト4を成型プレス、または
圧延ローラ5にかけ担持させ、セパレータ3を介
して一対の集電体1と分極性電極2とを捲回し、
電解液を注入したものが一般的であつた。 しかしながら、このような集電体と分極性電極
の構造を有する電気二重層キヤパシタでは、金属
集電体1と分極性電極、すなわち活性炭電極2と
の接触力が弱く、集電体メタルネツトから分極性
電極が脱落、かく離していつたり、捲回による応
力のため、使用中に両者の接触力が弱くなつてい
つたりする結果、電気二重層キヤパシタの内部抵
抗が徐々に増大し、容量が徐々に減少していく傾
向がみられた。 また、活性炭粉末とバインダーよりよる分極性
電極を、集電体メタルに圧延ロールする時、その
塗布効率は悪く、かつ分極性電極の不均一塗布、
圧延による容量ばらつきも改善すべき点としてあ
げられてきた。 このような構造上の欠点を解決するために、例
えば、集電体メタル表面をブラステイングなどの
操作により粗面化して分極性電極との接触強度を
高めたり、活性炭粉末にメチルセルロースのよう
な結着剤を加え、活性炭同志の結合力を強くした
り、種々の試みがなされているが、いずれも若干
の特性向上はみられるものの、未だ不満足な点が
多かつた。 本発明は、これらの欠点を解決するために、分
極性電極として従来の活性炭ペーストの代わりに
炭素繊維を、集電体として前記炭素繊維上に溶射
法により直接形成した金属を有する電気二重層キ
ヤパシタである。さらに具体的には、この様に機
械的強度の高い集電体−分極性電極の構成を活か
したコイン型平板電気二重層キヤパシタに関する
ものである。 まず本発明で用いる炭素繊維について説明す
る。分極性電極として要求される性質は、単位
重量当たりの表面積が大きく、電気抵抗が小さ
く、機械的強度が高く、耐薬品性が高いこと
である。以後述べる活性炭繊維は、従来の活性炭
粉末が有している、、の性質に加えての
電極としての機械的強度も合わせ持つている非常
に有効な材料である。この要求を満たす活性炭繊
維としては、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、ピツチ系の四種
類がある。これらの原料繊維を用いて、炭素繊維
化あるいは、活性炭繊維化する方法は第2図に示
すとうりである。 すなわち、原料繊維を直接炭化、賦活する方法
と、一旦炭素繊維化したあとに賦活する方法とが
ある。一般的には、一度炭素繊維化した後に、水
蒸気と窒素とからなる混合ガス雰囲気下で700〜
800℃の温度で賦活化を行なう。炭素繊維の表面
積と電気抵抗、柔軟性とは、反比例の関係にある
ので、炭素繊維から活性炭繊維に賦活するに従つ
て表面積の増大がともない、炭化収率は低下し、
電気抵抗、柔軟性は悪くなる。電気二重層キヤパ
シタの分極性電極として用いるためには、原料繊
維の種類によつて異なるが、炭化収率は10〜80%
程度が好ましく、炭化収率10%以下では表面積が
大になるが、原料繊維によつては柔軟性がなくな
り、集電加工時の機械的強度に耐えられなくな
る。また、逆に炭化収率80%以上では、電気抵
抗、柔軟性、炭素繊維強度は優れているが、表面
積が小となり、単位体積当たりの電気容量が小さ
くなるので好しくない。 表1に種々の炭素繊維の特徴を示す。
【表】
【表】 この表1より明らかなように、アクリル系、ピ
ツチ系は、一般に稍々柔軟性にかけ、また表面積
が稍々小さい。また、レーヨン系は表面積が大で
あるが、繊維がもろく、またフエルト状の炭素繊
維は普及しているが、抄紙化が困難で、ペーパー
状は可能であり、耐薬品性、耐水性に問題があ
る。一方、フエノール系炭素繊維は硬化ノボラツ
ク繊維を原料とするもので、このフエノール系炭
素繊維は硬化ノボラツク繊維が不溶融性で且つ熱
収縮が小さいために原料繊維を予め不融化する必
要がなく、織物や不織布がそのまま活性炭化がで
き、また強くて柔軟性に優れているので、電気二
重層キヤパシタの分極性電極として、特に優れて
いる。また、フエノール系炭素繊維を原料にした
抄紙化には数々の特長を有し、特にフエノール系
炭素繊維を原料にバインダーとして特殊カイノー
ル(日本カイノール株式会社製フエノール系繊維
の商品名)を用いて抄紙化したものは、柔軟性、
電気抵抗、耐水性、耐薬品性、巻回加工強度、加
工精度、電気容量、コスト等の数々の面で極めて
優れた特長を有することが認められた。 次に本発明で用いる集電電極について述べる。 本発明で用いる集電電極は、プラズマ溶射、ア
ーク溶射法により分極性電極上に直接形成された
金属導電体層である。この導電体材料としては、
電解液に対して電気化学的に安定なAl、Ni、
Cu、Znなどである。溶射による付着量は0.05
mg/cm2〜500mg/cm2が適当である。この範囲以下
だと、電気抵抗が高く、電極としての機能を果た
さなくなる。またこの範囲より多いと、電極厚さ
が厚くなりすぎ、炭素繊維極からの剥離、脱落が
起こり易くなつたり、ひび割れが生じたりして逆
に機械的強度が弱くなる。上記の適量の集電溶射
層を有する分極性炭素繊維電極は、溶射金属が炭
素繊維の全てに直接付着することによる機械的強
度の増強ならびに集電表面積の増加とともに良導
電性と、活性炭特有の性質を兼ね備えているとと
もに、従来のペースト法による時に比べ、製造時
の取扱いが非常に優れ、この結果、次に述べるよ
うなコイン型平板電気二重層キヤパシタが容易に
提供される。 以下に具体的実施例として、第3図、第4図を
用いコイン型平板電気二重層キヤパシタを例にあ
げて説明する。 図に示すように、フエノール系活性炭繊維(厚
さ0.3mm、表面積2000m2/gr)または、アクリル
系活性炭繊維(厚さ0.3mm、表面積800m2/gr)1
0の表面に厚さ5μmのAl層11をプラズマ溶射
法により形成する。この二層構造物12を、直径
2cmの円板状に打抜型で打抜き、二層構造物13
を得る。セパレータにプロピレンカーボネート
30wt%、γ−ブチロラクトン70wt%からなる溶
媒に過塩素酸リチウム約10wt%を溶解させた混
合電解質を含浸したもの14を二層構造物13で
はさみ、さらにこれを2つのアルミニウムケース
15,16ではさみ、ガスケツト17で封口す
る。 表2に本発明による電気二重層キヤパシタの諸
特性を示す。同じく表2に比較のために、炭素繊
維分極性電極上に溶射電極を有さないもの、従来
のパンチングメタル集電極上に活性炭ペーストを
塗布した構造のものについて、同一形状の試作品
の特性を示す。
【表】 以上の実施例の結果に示すとおり、本発明の電
気二重層キヤパシタは、単位体積あたりの容量が
従来の活性炭粉末ペーストを用いるものの2〜3
倍であり、内部抵抗も低い。また70℃1000hrの高
温負荷寿命テストにおいても、活性炭ペースト方
式のものが、集電極からのペーストの剥離などに
よる大きな容量変化が見られるのに対し、本発明
キヤパシタは初期値が長時間安定に保たれる。 さらに、活性炭繊維表面に金属溶射層を有さな
いものを分極性電極として用いた平板型キヤパシ
タは、活性炭ペースト方式と比較すると、容量が
大きく、内部抵抗も小さい。しかしながら、活性
炭繊維表面方向の抵抗が本発明キヤパシタより大
きいことにより、集電が完全には達成されないの
で本発明キヤパシタよりも初期特性は劣る。また
長期信頼性の点からも、活性炭ペーストよりは機
械的強度が強いものの、溶射層による補強がなさ
れていないことから、活性炭繊維の端部の脱落、
切断などが起こる可能性があり、高温負荷寿命テ
ストにおいて若干の容量低下がみられる。 このように特性的に本発明電気二重層キヤパシ
タは優れ、さらには製造する観点からも、分極性
電極が打抜きのような簡易な操作で可能になり、
製造時の活性炭の脱落もないことから、容量ばら
つきも非常に小さくなる。 以上のように本発明によると、高性能、高容
量、小型大容量平板キヤパシタが簡易な製造法で
得られ、しかも特性ばらつきを最少限におさえて
つくることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図aは従来の電気二重層キヤパシタの構成
を示す図、第1図b,cは同じく従来の電気二重
層キヤパシタの製造法を示す図、第2図は活性炭
繊維の製造法を示す図、第3図は本発明による電
気二重層キヤパシタの製造法の一例を示す図、第
4図は同じく本発明による電気二重層キヤパシタ
の構成を示す図である。 10……活性炭繊維、11……Al層、12,
13……二層構造物、15,16……ケース。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 主に炭素繊維や活性炭繊維で構成され、溶射
    によりその片面に直接金属電極を設けた平板状の
    2つの分極性電極を、それぞれの金属電極が形成
    された面を外側にして対向させるとともに、2つ
    の分極性電極間には電解質が含浸されたセパレー
    タが介在し、かつ2つの分極性電極にそれぞれ形
    成された金属電極のうち一方の電極は外装ケース
    の半区分を兼ねた第1電極に接し、他方の電極は
    外装ケースの他の半区分を兼ねた第2電極に接
    し、前記第1、第2の電極が絶縁性ガスケツトを
    介して気密に接合していることを特徴とする電気
    二重層キヤパシタ。 2 溶射金属がAl、Ni、CuおよびZnからなるグ
    ループのなかから選択された少なくとも1種から
    なることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の電気二重層キヤパシタ。 3 分極性電極表面の単位面積当りの溶射金属の
    重量が0.05〜500mg/cm2の範囲にあることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の電気二重層キ
    ヤパシタ。 4 炭素繊維がフエノール系活性炭繊維からなる
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の電
    気二重層キヤパシタ。
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