JP2002231580A

JP2002231580A - 電気二重層キャパシタ

Info

Publication number: JP2002231580A
Application number: JP2001028054A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tajiri; 博幸田尻; Hisashi Satake; 久史佐竹; Shizukuni Yada; 静邦矢田
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2001-02-05
Filing date: 2001-02-05
Publication date: 2002-08-16

Abstract

(57)【要約】【課題】自己放電特性が向上しており、且つ高容量化等
が実現された電気二重層キャパシタを提供すること。【解決手段】活性炭を含む電極層からなる正極及び負極
並びに該正極と負極との間に配置されたセパレーターを
備え、且つ、該正極、負極及びセパレーターに電解液を
含浸させてなる電気二重層キャパシタにおいて、該セパ
レーターが、再生セルロース繊維を叩解してなる繊維を
１０重量％以上含んで抄造される紙であって、その厚み
が２５〜１００μｍ、その嵩密度が０．４０〜０．６０
ｇ／ｃｍ³、且つその引張り強さが２．０ｋｇ／１５ｍ
ｍ以上であることを特徴とする電気二重層キャパシタ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、正極と負極との間
にセパレーターを配置し、電解液を含浸させてなる電気
二重層キャパシタに関する。

【０００２】

【従来の技術】電気二重層キャパシタは、分極性電極と
電解液との界面に形成される電気二重層に電荷を蓄積す
ることを原理としており、電池に比して、より大電流で
急速充放電ができることからエネルギー分野への応用が
近年活発に検討されている。

【０００３】電気二重層キャパシタの正極と負極との間
に配置されるセパレーターの役割は、正極と負極の間を
電気的に絶縁する一方、充放電に伴って起きる電解液中
のイオンの移動を円滑化することである。従来、かかる
セパレーターとしては、パルプを主原料とする電解コン
デンサ紙、ポリエチレン不織布、ポリプロピレン不織
布、ポリエステル不織布、クラフト紙、レーヨン繊維と
サイザル麻繊維混抄シート、マニラ麻シート、ガラス繊
維シート等が知られている（特開平９−４５５８６号、
特開平１−３０４７１９号）。しかし、これら従来のセ
パレーターでは、得られる電気二重層キャパシタの自己
放電特性、高容量化等の観点から十分ではなかった。

【０００４】また、ポリエチレン等の微孔膜又は不織布
であるセパレーターを用いた電気二重層キャパシタが提
案されているが、該セパレーターの電解液の吸液性と保
液性が低いため、イオン伝導度が低くて電気二重層キャ
パシタの内部抵抗が大きく、電気二重層キャパシタの大
きな特性の一つである瞬時の大電流放電を行うと、電圧
降下が大きくなり実用的でなかった。

【０００５】また、従来の電解コンデンサ紙からなるセ
パレーターの内で、自己放電特性に優れているものは、
通常気孔率が低いことから、イオン透過性が不十分であ
り、大電流放電する電気二重層キャパシタには、適用で
きなかった。

【０００６】また、電気二重層キャパシタでは高容量化
と低抵抗化が望まれるため、セパレーターを極力薄くす
る必要があるが、電解コンデンサ紙からなるセパレータ
ーを薄くすると正極と負極との間の絶縁性が不十分とな
ってミクロ的にショートし、自己放電しやすくなる。

【０００７】一方、電極層の材質についても、得られる
電気二重層キャパシタの高容量化等の観点から、種々の
提案がなされている。

【０００８】例えば、特開平１０−４１１９９号公報に
は、平均粒径が３０μｍ以下で比表面積が１５００ｍ²
／ｇ〜３０００ｍ²／ｇの炭素材料を使用すると、電気
二重層キャパシタの容量が大きく、かつ、内部抵抗が低
くなることが記載されているが、電極の体積当たりの容
量については具体的に記載されていない。

【０００９】特開平９−２７５０４１号公報には、活性
炭、比表面積が１０００ｍ²／ｇ以上のカーボンブラッ
ク、及びバインダーからなる電極を用いた高容量、高出
力、及び高エネルギー密度の電気二重層キャパシタが開
示されている。該実施例においては、比表面積が２２０
０ｍ²／ｇで平均粒径が５μｍの活性炭、比表面積が１
５００ｍ²／ｇのカーボンブラック、及びポリテトラフ
ルオロエチレンからなる電極を用いて、２．８４Ｆの容
量を有する電気二重層キャパシタが得られているが、電
極の体積当たりの容量は、約１９．３Ｆ／ｃｍ³であ
り、充分な電極の体積当たりの容量が得られていない。

【００１０】特開平１０−７００４９号公報には、比表
面積が１５００ｍ²／ｇ〜３０００ｍ²／ｇで充填密度が
０．２ｇ／ｃｍ³〜１．５ｇ／ｃｍ³の活性炭を電極に用
いた高容量の電気二重層キャパシタが開示され、０．６
０Ｆの容量を有する電気二重層キャパシタが得られてい
るが、電極の体積当たりの容量は、約１８．８Ｆ／ｃｍ
³であり、充分な電極の体積当たりの容量が得られてい
ない。

【００１１】特開平９−６３９０７号公報には、比表面
積が１０００ｍ²／ｇ〜１５００ｍ²／ｇで平均粒径が６
μｍ〜１０μｍの椰子殻活性炭を電極に用いると共に、
非水系電解液を用いた高容量の電気二重層キャパシタが
開示されているが、電極の体積当たりの容量は、１５．
０Ｆ／ｃｍ³であり、充分な電極の体積当たりの容量が
得られていない。

【００１２】特開平９−３２０９０６号公報には、黒鉛
構造部分と乱層構造部分とを有する活性炭を電極に用い
た電気二重層キャパシタが開示されている。該実施例に
おいては、該活性炭を粉砕後に３００メッシュ（約５０
μｍ）の篩で分級した粉末を用いた電気二重層キャパシ
タにおいて、２０Ｆ／ｃｍ³を越える容量が得られてい
る。しかしながら、重量当たりの容量が最大で３７．８
Ｆ／ｇであり、電極密度が０．７９３ｇ／ｃｍ³と高す
ぎるため、充分な保液が得られず、キャパシタの特質で
ある高出力及び高信頼性に関して不満足な点を残してい
る。

【００１３】特開平８−１４８３８８号公報にも、電極
密度が０．９ｇ／ｃｍ³で電極の体積当たりの容量が２
６．７Ｆ／ｃｍ³の電気二重層キャパシタが得られてい
るが、上記と同様の理由で好ましくない。

【００１４】特開平４−２６３０４号公報には、比表面
積が２０００ｍ²／ｇで平均粒径が２μｍの活性炭を電
極に用いると共に、非水系電解液を電解液に用いた電気
二重層キャパシタが開示されているが、電極の体積当た
りの容量については具体的に記載されていない。

【００１５】特開平１−１０２９１４号公報には、比表
面積が１１００ｍ²／ｇ〜１５００ｍ²／ｇで平均粒径が
１．５μｍ〜４μｍの活性炭を電極に用いると共に、硫
酸を電解液に用いた電気二重層キャパシタが開示されて
いるが、電解液に硫酸を用いているため、基本セルの耐
圧が低く、例えば、５．５Ｖ時で１．８Ｆ／ｃｍ³、
２．７５Ｖ時で７．４Ｆ／ｃｍ³であり、充分な電極の
体積当たりの容量も得られていない。

【００１６】また、特開昭６３−２４４８３９号公報に
は、比表面積が２０００ｍ²／ｇで粒子径が１μｍの活
性炭、比表面積が１５００ｍ²／ｇで粒子径が１６μｍ
のカーボンブラック、及びポリテトラフルオロエチレン
からなる電極を用いた容量１．９Ｆの電気二重層キャパ
シタが開示されているが、電極の体積当たりの容量は、
約１４Ｆ／ｃｍ³であり、充分な電極の体積当たりの容
量は得られていない。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、自己
放電特性が向上しており、且つ高容量化等が実現された
電気二重層キャパシタを提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
達成すべく鋭意研究を行った結果、耐熱性、イオン透過
性等に優れる材質のセパレーターを選び、その厚み、嵩
密度、引っ張り強度を特定することにより、自己放電特
性の優れた電気二重層キャパシタを得ることができ、同
時に高容量化等を実現できることを見出した。

【００１９】また、上記セパレーターに特定の物性を有
する活性炭を含有する電極層を組み合わせることによ
り、自己放電特性がより向上し、高容量化等が更に実現
された電気二重層キャパシタが得られることも見出し
た。

【００２０】本発明は、これらの新たな知見に基づい
て、完成されたものである。

【００２１】即ち、本発明は、以下に示す、電気二重層
キャパシタを提供するものである。

【００２２】１．活性炭を含む電極層からなる正極及び
負極並びに該正極と負極との間に配置されたセパレータ
ーを備え、且つ、該正極、負極及びセパレーターに電解
液を含浸させてなる電気二重層キャパシタにおいて、該
セパレーターが、再生セルロース繊維を叩解してなる繊
維を１０重量％以上含んで抄造される紙であって、その
厚みが２５〜１００μｍ、その嵩密度が０．４０〜０．
６０ｇ／ｃｍ³、且つその引張り強さが２．０ｋｇ／１
５ｍｍ以上であることを特徴とする電気二重層キャパシ
タ。

【００２３】２．前記活性炭が、ＢＥＴ法による比表面
積が１３００ｍ²／ｇ以上２２００ｍ²／ｇ以下、粉体充
填密度が０．４５ｇ／ｃｍ³以上０．７０ｇ／ｃｍ³以
下、且つ平均粒子径が１μｍ以上７μｍ以下のものであ
る上記項１に記載の電気二重層キャパシタ。

【００２４】３．前記活性炭が、体積基準の累積分布の
９０％粒子径が６μｍ以上２２μｍ以下、且つ体積基準
の累積分布の１０％粒子径が０．１μｍ以上２μｍ以下
のものである上記項１又は２に記載の電気二重層キャパ
シタ。

【００２５】４．前記電解液が、非水電解液である上記
項１〜３のいずれかに記載の電気二重層キャパシタ。

【００２６】５．充電電圧が１．８Ｖ以上３．３Ｖ以下
である上記項１〜４のいずれかに記載の電気二重層キャ
パシタ。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態の電
気二重層キャパシタについて図面を参照しながら説明す
る。図１は本発明の一実施の形態の円筒型電気二重層キ
ャパシタの構成を示す概略図であり、図２は図１に示す
電極巻回ユニットの斜視図であり、図３の（ａ）は図２
に示す電極巻回ユニットを構成する電極の平面図であ
り、図３の（ｂ）は該電極巻回ユニットを展開した状態
を示す側面図である。

【００２８】図１に示すように、円筒型電気二重層キャ
パシタは、電極巻回ユニット２０、絶縁ガスケット２
１、キャップ２２、破裂板２３、外装缶２４を備える。
図３の（ａ）に示すように、集電体２の両面に電極層１
が形成されるとともに片面に電流を外部に取り出すため
のタブ３が電気的に接続されて電極が作成され、図３の
（ｂ）に示すように、一対の電極がセパレーター４を介
して積層され、図２に示すように、該積層体が巻回され
て電極巻回ユニット２０が作成される。作成された電極
巻回ユニット２０は、セパレーター４及び電極層１に電
解液が含浸された後、外装缶２４に収納され、各電極の
タブ３の一方が溶接等により安全弁として機能する破裂
板２３（又はキャップと一体にされた破裂板）に接続さ
れてキャップ２２に電気的に接続され、他方のタブ３が
溶接等により外装缶２４の底部に電気的に接続される。
なお、電極巻回ユニット２０は、外装缶２４に収納し、
タブ３を溶接した後、電解液を注液して含浸させてもよ
い。

【００２９】本発明の電気二重層キャパシタの形状とし
ては、円筒型に特に限定されるものではなく、フィルム
型、コイン型、箱形等種々の形状とすることができる。

【００３０】本発明の電気二重層キャパシタの特徴であ
る優れた自己放電特性と高容量化等を実現するために
は、再生セルロース繊維を叩解してなる繊維を、繊維重
量に対して１０重量％以上含んで抄造される紙であっ
て、その厚みが２５〜１００μｍ、その嵩密度が０．４
０〜０．６０ｇ／ｃｍ³、且つその引張り強さが２．０
ｋｇ／１５ｍｍ以上である電気セパレーターを使用する
ことが必要である。

【００３１】再生セルロース繊維を叩解してなる繊維を
１０重量％以上含む抄造紙自体は、公知であり、市販品
もあるが、本発明者は、このような抄造紙であって、そ
の厚み、嵩密度及び引張り強さが特定のものを、電気二
重層キャパシタのセパレーターとして使用することによ
って、自己放電特性が向上し、又高容量化等が実現でき
ることを見出したものである。

【００３２】電解液、特に非水系電解液を使用する本発
明の電気二重層キャパシタにおいて、図３（ｂ）のセパ
レーター４で使用するセパレーター原料としては、耐熱
性、イオン透過性等の観点から、叩解可能な再生セルロ
ース繊維を叩解して使用する。叩解には、例えば、高重
合度の再生セルロース繊維や溶剤紡糸レーヨン等の通常
の抄紙工程に設置される叩解機を用いることができる。
叩解可能な再生セルロース繊維は、叩解処理することに
より均一にフィブリル化され、かつ柔軟性が増加する。
したがって、この繊維を１０重量％以上含んで抄造され
た紙からなるセパレーターは引っ張り強度に優れてい
る。再生セルロース繊維を叩解してなる繊維が１０重量
％未満であると、セパレーターの抵抗が高くなり、又セ
パレーターの強度が低下する。また、叩解処理されてフ
ィブリル化された繊維はフィブリルの断面がほぼ真円状
で、この繊維を１０重量％以上含んで抄造された紙から
なるセパレーターはイオンの流れを阻害することなく、
低抵抗で微細ショートが少ないという両特性を改善する
ことができる。

【００３３】また、この繊維を用いたセパレーターは、
その厚みが２５〜１００μｍで、嵩密度が０．４０〜
０．６０ｇ／ｃｍ³で、かつ引張り強さが２．０ｋｇ／
１５ｍｍ以上であることが必要である。厚みが２５μｍ
未満では電極間を充分に絶縁できない場合があり、一方
１００μｍを超えると電気二重層キャパシタの容量密度
を高くできない。厚みは、好ましくは４０〜９０μｍ、
さらに好ましくは６０〜９０μｍである。また、嵩密度
が０．４０ｇ／ｃｍ³未満であるとセパレーターの強度
が小さくなり、充分な自己放電特性が得られない。一
方、嵩密度が０．６０ｇ／ｃｍ³を超えるとイオン透過
性が不充分になり抵抗が高くなりやすい。嵩密度は、好
ましくは０．４３ｇ〜０．５５ｇ／ｃｍ³、さらに好ま
しくは０．４５〜０．５５ｇ／ｃｍ³がよい。引張り強
さが２．０ｋｇ／１５ｍｍ未満であると電極巻回時にタ
ブの個所よりセパレーターが損傷しやすい。引っ張り強
さは、好ましくは２．５ｋｇ／１５ｍｍ以上、さらに好
ましくは３．０ｋｇ／１５ｍｍ以上がよい。引っ張りの
上限は、特に限定されないが、通常、１５ｋｇ／１５ｍ
ｍ程度である。

【００３４】電極層１は、例えば、図３に示すように集
電体２上に形成され、活性炭をバインダーで成形したも
のであり、必要に応じて導電材及び成形助剤等を添加し
てもよい。電極層１の成形法としては、ロール成形、プ
レス成形、上記混合物を溶媒に分散させたスラリーを金
属箔状に塗布する塗布法等の、電池用電極又は電気二重
層キャパシタ電極に対して提案されている種々の方法を
用いることができる。なお、導電材を電極層１中に含ま
せる場合、導電材としては、アセチレンブラック、カー
ボンブラック、黒鉛等の炭素質物質、金属粉等を用いる
ことができる。

【００３５】電極層１に含まれる活性炭としては、前記
特定のセパレーターに組み合わせる観点から、以下に示
すような比表面積、粉体充填密度及び粒子径の特性を有
するものであるのが、好適である。

【００３６】活性炭のＢＥＴ法による比表面積は、１３
００ｍ²／ｇ以上２２００ｍ²／ｇ以下であり、好ましく
は１４００ｍ²／ｇ以上２０００ｍ²／ｇ以下である。比
表面積が１３００ｍ²／ｇ未満の場合、充填密度は向上
するが、重量当たりの容量が低下したり、又は保液量が
低下して、充分な出力特性が得られないので好ましくな
い。一方、比表面積が２２００ｍ²／ｇを越える場合、
充填密度が低下して充分な容量が得られないので好まし
くない。

【００３７】また、活性炭の充填性は、粒子の形状、粒
度分布、表面状態等に依存する。この充填性を評価する
方法として、タップ密度又は粉体充填密度等が挙げられ
る。本発明者は、このうち粉体充填密度が電極密度と高
い相関があることを見いだした。すなわち、電極層１に
含まれる活性炭の粉体充填密度は、０．４５ｇ／ｃｍ ³
以上０．７０ｇ／ｃｍ³以下であり、好ましくは０．４
５ｇ／ｃｍ³以上０．６５ｇ／ｃｍ³以下である。粉体充
填密度が０．４５ｇ／ｃｍ³未満の場合、電極密度が低
下し、充分な容量が得られないので好ましくない。一
方、粉体充填密度が０．７０ｇ／ｃｍ³を越える場合、
粉体充填密度は向上するが、重量当たりの容量が低下し
たり、又は保液量が低下して、充分な出力特性が得られ
ないので好ましくない。

【００３８】また、電極層１に含まれる活性炭の平均粒
子径は、１μｍ以上７μｍ以下であり、好ましくは１μ
ｍ以上５μｍ以下である。平均粒子径が１μｍ未満の場
合、粉体の二次凝集などが激しくなり、電極成形時に問
題が生じるので好ましくない。一方、平均粒子径が７μ
ｍを越える場合、電極密度が低下して充分な容量が得ら
れないので好ましくない。

【００３９】さらに、上記の平均粒子径の条件に加え、
活性炭の体積基準の累積分布の９０％粒子径が６μｍ以
上２２μｍ以下であり、かつ、体積基準の累積分布の１
０％粒子径が０．１μｍ以上２μｍ以下であることがよ
り好ましく、活性炭の体積基準の累積分布の９０％粒子
径が６μｍ以上２０μｍ以下であり、かつ、体積基準の
累積分布の１０％粒子径が０．１μｍ以上２μｍ以下で
あることがさらに好ましい。この場合、活性炭の粒子径
が比較的幅広い分布を有し、また、０．１μｍ未満の微
粉及び２２μｍを越える大粒子が少ない活性炭により、
より高い体積当たりの容量を実現することができる。

【００４０】前記の各条件を満たす活性炭は、通常、単
位重量当たりの容量が約４０Ｆ／ｇ以上であり、又これ
を用いて得られる電極の単位体積当たりの容量が約２０
Ｆ／ｃｍ³以上であるという、充分に高い容量を有して
いる。

【００４１】電極層１に含まれる活性炭の製造方法は、
特に限定されず、一般的な製造法として、例えば、真田
雄三ら著「新版活性炭基礎と応用」に記載されてい
る方法を用いることができる。従って、本実施の形態の
電気二重層キャパシタは、活性炭が上記の条件を満たす
ように加工する以外は、一般的な電気二重層キャパシタ
の製造方法を用いることができるので、容易に製造する
ことができる。また、一般に、活性炭は、１０μｍ以上
の粉体又は繊維等の形態に製造されるため、ボールミ
ル、ジェットミル等の粉砕装置及び分級装置を用いて上
記条件を満たす活性炭を得ることが簡便で好ましいが、
原料、賦活法、一次的に合成される活性炭の形状等を調
整することにより上記の条件を満たす活性炭を得てもよ
い。

【００４２】電極層１に用いられるバインダーとして
は、公知のものが使用可能であるが、例えば、ポリテト
ラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素
樹脂、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリ
ドン、ポリビニルアルコール、ＳＢＲゴム、アクリル樹
脂等が挙げられ、これらのうちの一種又は複数種を用い
ることができる。バインダーの添加量は、特に限定され
ず、活性炭の粒度、粒度分布、粒子形状、目的とする電
極密度等により適宜決定されるが、活性炭に対し３重量
％〜２０重量％が一般的である。

【００４３】電極層１は、図３に示すように、集電体２
の両面に形成されているが、この例に特に限定されず、
集電体２の片面に形成してもよい。集電体としては、ア
ルミニウム箔、ステンレス箔、金網、エキスパンドメタ
ル、パンチングメタル等が挙げられるが、材質について
は、本発明の電気二重層キャパシタの充電電圧を考慮
し、集電体上での電解液の分解、あるいは、集電体の溶
出がないよう適宜決定される。特に、アルミニウムは
正、負両極に用いることができ、かつ、高電気伝導度で
あり、軽量であることから好ましい。集電体の厚みは、
特に限定されないが、通常１０μｍから５０μｍであ
り、目標とする電気二重層キャパシタの特性を考慮して
決定されるが、集電体が厚くなりすぎる場合、キャパシ
タの総体積に対する集電体の体積が大きくなり、容量を
低下させるため好ましくない。

【００４４】タブ３の材質は、集電体と同様、アルミニ
ウム、ステンレス、ニッケル等が用いることができ、材
質決定には集電体と同じ注意が必要である。タブ３は、
必要に応じて１枚の電極あたり、複数本設けることがで
きる。これは、特に、図２に示すような巻回構造の大型
円筒型キャパシタにおいて、電極長が長く、集電体抵抗
が比較的大きくなる場合、有効であり、集電体の厚み、
長さ及び幅等を考慮して、タブ３の本数を決定すること
ができる。

【００４５】上記の電極の具体的製造法の一例として、
バインダー樹脂としてポリフッ化ビニリデンを使用し、
集電体としてアルミニウム箔を使用する場合の製造方法
を以下に説明する。いうまでもなく、本発明の電極の製
造方法は、この製造方法に限定されるものではない。

【００４６】まず、ポリフッ化ビニリデンをＮ−メチル
ピロリドンに溶解したバインダー樹脂溶液に対し、活性
炭を均一に分散させて、スラリーを調製する。この際、
必要に応じて、カーボンブラックなどの導電材、ポリビ
ニルピロリドンなどの成形助剤などを添加することも可
能である。次いで、得られたスラリーをコーターを用い
て、アルミニウム箔上に塗布し、乾燥し、電極層をアル
ミニウム箔上に形成させる。両面電極を得るためには、
片面塗布後、再度、裏面に塗布、乾燥する、あるいは、
両面同時に塗布、乾燥を行う。次に、得られた電極を、
必要に応じてプレスして、厚さ５０μｍ〜５００μｍ程
度の電極を得ることができる。

【００４７】電極層１及びセパレーター４に用いられる
電解液としては、特に限定されないが、非水系電解液を
用いることが好ましく、単セル当たりの電圧が高い有機
電解液を用いることがより好ましい。有機電解液は非プ
ロトン性の有機溶媒に電解質を０．５ｍｏｌ／ｌ〜３．
０ｍｏｌ／ｌに溶解したものが好ましく、有機溶媒とし
ては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネー
ト、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、スル
ホラン、アセトニトリル等の公知のものが使用でき、こ
れらのうちの一種又は複数種を混合して使用してもよ
い。また、電解質としては、テトラエチルアンモニウム
テトラフルオロボレート、トリエチルメチルアンモニウ
ムテトラフルオロボレート、テトラエチルアンモニウム
ヘキサフルオロフォスフェート等の公知のものが使用で
き、これらのうちの一種又は複数種を混合して使用して
もよい。

【００４８】上記のように構成された電気二重層キャパ
シタの充電電圧は、上記有機電解液を用いた場合、１．
８Ｖ以上３．３Ｖ以下に設定することが好ましい。充電
電圧は、電気二重層キャパシタに用いる活性炭種、電解
液、使用温度、目的とする寿命により適宜決定される
が、１．８Ｖ未満の場合、利用可能な容量が減少するの
で好ましくなく、３．３Ｖを越える場合、電解液の分解
が激しくなるので好ましくない。

【００４９】かくして得られた本発明の電気二重層キャ
パシタは、活性炭を含む炭素質電極層からなる正極と負
極との間にセパレーターを配置し、非水系電解液を含浸
させてなる電気二重層キャパシタにおいて、前記セパレ
ーターが再生セルロース繊維を叩解してなる繊維を１０
％以上含んで抄造される紙であり、かつセパレーター厚
みが６０〜１００μｍ、かつ嵩密度が０．４０〜０．６
０ｇ／ｃｍ³、かつ引張り強さが３．０ｋｇ／１５ｍｍ
以上であり、耐熱性、イオン透過性等に優れるととも
に、引っ張り強度が高くかつ絶縁性に優れたセパレータ
ーを用いることにより、電気二重層キャパシタの低自己
放電特性と高容量化等が必要とされる分野に好適に使用
できる。

【００５０】

【実施例】以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明を
より一層具体的に説明する。

【００５１】実施例１活性炭として、関西熱化学株式会社製の活性炭「ＭＳＣ
−２０」をボールミルで３０時間粉砕して得た活性炭粉
末を用いた。該活性炭の比表面積、粉体充填密度及び粒
度分布を下記方法で測定した。

【００５２】Ａ：比表面積ユアサアイオニクス社製比表面積測定装置「ＮＯＶＡ１
２００」を用いて、サンプル量１０ｍｇにて、ＢＥＴ法
により比表面積を測定した。

【００５３】Ｂ：粉体充填密度図４に示すように、下方に下蓋１２を固定した内径５ｍ
ｍのガラス管１１内に活性炭１００ｍｇを入れ、上蓋１
３により７０ｋｇ／ｃｍ²の圧力で粉体を圧縮した状態
で、活性炭の縦方向の長さＬ（ｃｍ）を用いて、粉体充
填密度ρを式ρ＝０．１／（０．２５×０．２５×３．
１４×Ｌ）により、求めた。

【００５４】Ｃ：粒度分布島津製作所製レーザー回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬ
Ｄ）を用いて測定した。活性炭粉末は、市販の中性洗剤
を少量添加した水中で超音波分散した後、測定し、平均
粒子径、体積基準の累積分布の１０％粒子径及び９０％
粒子径を得た。

【００５５】上記方法に従って、各項目を測定したとこ
ろ、該活性炭の比表面積は１５８０ｍ²／ｇ、粉体充填
密度は０．６１ｇ／ｃｍ³、粒度分布については、１０
％粒子径が０．７μｍ、平均粒子径が３．０μｍ、９０
％粒子径が９．０μｍであった。

【００５６】該活性炭を活物質として用い、導電材とし
てカーボンブラックを用い、バインダーとしてポリフッ
化ビニリデン（商品名：「ＫＦ＃１１００」、呉羽化学
工業（株）製）をＮ−メチルピロリドンに溶解した溶液
を用い、活性炭分散溶液を作製した。なお、このときの
配合比は活性炭：カーボンブラック：ポリフッ化ビニリ
デン＝１００：５：１０（重量部）とした。

【００５７】上記活性炭分散溶液を、厚さ２０μｍのア
ルミニウム箔に、コーターを用いて塗布した後、乾燥す
ることにより、アルミニウム箔の両面に電極層を形成し
た。次に、ロールプレスを用いてプレスし、厚さ３３０
μｍの両面塗工電極を作製した。

【００５８】次に、得られた電極の電極塗布部を１ｃｍ
幅で７箇所はがし、図３に示すようにアルミニウム製タ
ブ３（幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ）をスポット溶接し
た。上記のようにして得られた２枚の電極を乾燥後、ド
ライルーム中で、セパレーター４を介して、図２に示す
ように巻回し、電極巻回ユニットを作成した。このセパ
レーター４は、原料として叩解可能な再生セルロース繊
維を叩解してなる繊維を少なくとも１０重量％使用した
抄造紙であり、乾燥後の厚さ８０μｍ、嵩密度０．４８
ｇ／ｃｍ³、かつ引張り強さが３．５ｋｇ／１５ｍｍの
ものを用いた。

【００５９】次に、図１に示すように、両極のタブ３を
束ねて、破裂板２３と外装缶２４の底部とに溶接した
後、電解液を注液した。電解液としては水分量２０ｐｐ
ｍ以下の１Ｍ−(Ｃ₂Ｈ₅)₄ＮＢＦ₄−プロピレンカーボネ
ート溶液（富山薬品製）を用いた。この電気二重層キャ
パシタの寸法は直径３５ｍｍ、高さ１０２ｍｍ（９８．
１ｃｍ³）である。

【００６０】得られた電気二重層キャパシタの最大電流
を５Ａに規制し、２．５Ｖで３０分間充電した後、１Ａ
の電流で、キャパシタ電圧が０Ｖになるまで放電した。
このサイクルを繰り返し、５サイクル目の２．０Ｖ〜
１．５Ｖ間の放電カーブの傾きから求めた容量は９６０
Ｆであり、該容量と二つの電極に含まれる活性炭の全重
量とから求めた活性炭の重量当たりの容量は、４１Ｆ／
ｇであり、該容量と二つの電極の全体積とから求めた電
極の体積当たりの容量は、２３Ｆ／ｃｍ³であった。ま
た、前記方法で、２．５Ｖで６時間充電した後、開放状
態で１００時間後の自己放電を調べたところ電圧は２．
３５Ｖであった。

【００６１】実施例２活性炭として、関西熱化学株式会社製活性炭「ＭＳＣ−
２５」をボールミルで６０時間粉砕して得た活性炭粉末
を用いた以外、実施例１と同様の方法で各項目を測定し
た。また、セパレーターとしては、原料として叩解可能
な再生セルロース繊維を叩解してなる繊維を少なくとも
１０重量％使用した抄造紙であり、乾燥後の厚さ６０μ
ｍ、嵩密度０．６０ｇ／ｃｍ³、かつ引張り強さが３．
０ｋｇ／１５ｍｍのものを用いた。

【００６２】上記活性炭粉末及びセパレーターを用い
て、実施例１と同様の方法で電気二重層キャパシタを組
立て、容量等を測定した。

【００６３】実施例３活性炭として、関西熱化学株式会社製活性炭「ＭＳＣ−
２５」をボールミルで１６時間粉砕して得た活性炭粉末
を用いた以外、実施例１と同様の方法で各項目を測定し
た。また、セパレーターとしては、原料として叩解可能
な再生セルロース繊維を叩解してなる繊維を少なくとも
１０重量％使用した抄造紙であり、乾燥後の厚さ１００
μｍ、嵩密度０．４０ｇ／ｃｍ³、かつ引張り強さが
３．５ｋｇ／１５ｍｍのものを用いた。

【００６４】上記活性炭粉末及びセパレーターを用い
て、実施例１と同様の方法で電気二重層キャパシタを組
立て、容量等を測定した。

【００６５】比較例１活性炭として、関西熱化学株式会社製活性炭「ＭＳＣ−
２５」をそのまま用いた以外、実施例１と同様の方法で
各項目を測定した。また、セパレーターとしては、実施
例１で用いたものと同じものを用いた。

【００６６】上記活性炭及びセパレーターを用いて、実
施例１と同様の方法で電気二重層キャパシタを組立て、
容量等を測定した。

【００６７】比較例２活性炭として、関西熱化学株式会社製活性炭「ＭＳＣ−
２５」をボールミルで６０時間粉砕して得た活性炭粉末
を用いた以外、実施例１と同様の方法で各項目を測定し
た。また、セパレーターとしては、レーヨン繊維からな
る不織布であり、乾燥後の厚さ５０μｍ、嵩密度０．４
０ｇ／ｃｍ³、かつ引張り強さが１．２ｋｇ／１５ｍｍ
のものを用いた。

【００６８】上記活性炭及びセパレーターを用いて、実
施例１と同様の方法で電気二重層キャパシタを組立て、
容量等を測定した。

【００６９】表１に、実施例１〜３及び比較例１〜２で
用いた活性炭の原料種、比表面積、粉体充填密度、平均
粒子径、１０％粒子径、９０％粒子径及び単位重量当た
り容量を示した。

【００７０】

【表１】

【００７１】また、表２に、実施例１〜３及び比較例１
〜２で用いたセパレーターの厚み、嵩密度及び引っ張り
強度、並びに得られた電気二重層キャパシタの放電容
量、自己放電特性及び電極単位体積当たり容量を示し
た。

【００７２】

【表２】

【００７３】表１及び表２から、次の点が明らかであ
る。

【００７４】実施例１〜３では、活物質である活性炭単
位重量当たりの容量が高い値となった。また、キャパシ
タとしては、放電容量、自己放電特性及び電極体積当た
りの容量ともに優れたものが得られた。

【００７５】比較例１の場合は、活性炭の平均粒径が３
９μｍと大きく、かつ、紛体充填密度が低いため、キャ
パシタの電極体積当たりの容量は実施例１に比べ低かっ
た。また、比較例１では、キャパシタとしての放電容量
が実施例１に比べ低かった。また、比較例２の場合は、
セパレーターの強度が低く、又キャパシタとしての自己
放電特性が悪かった。

【００７６】

【発明の効果】以上から、明らかな通り、本発明によれ
ば、セパレーターの材質、厚み、嵩密度、引っ張り強度
を特定することにより、好ましくは更に電極層として所
定の活性炭を組み合わせることにより、自己放電特性の
優れた電気二重層キャパシタを得ることができ、同時に
高容量化等を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の円筒型電気二重層キャ
パシタの構成を示す概略図である。

【図２】図１に示す電極巻回ユニットの斜視図である。

【図３】図２に示す電極巻回ユニットを構成する電極の
平面図及び該電極巻回ユニットを展開した状態を示す側
面図である。

【図４】本発明における粉体充填密度の測定法を説明す
るための概略図である。

【符号の説明】

１電極層２集電体３タブ４セパレーター１１ガラス管１２下蓋１３上蓋２０電極巻回ユニット２１絶縁ガスケット２２キャップ２３破裂板２４外装缶

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活性炭を含む電極層からなる正極及び負極
並びに該正極と負極との間に配置されたセパレーターを
備え、且つ、該正極、負極及びセパレーターに電解液を
含浸させてなる電気二重層キャパシタにおいて、該セパ
レーターが、再生セルロース繊維を叩解してなる繊維を
１０重量％以上含んで抄造される紙であって、その厚み
が２５〜１００μｍ、その嵩密度が０．４０〜０．６０
ｇ／ｃｍ³、且つその引張り強さが２．０ｋｇ／１５ｍ
ｍ以上であることを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項２】前記活性炭が、ＢＥＴ法による比表面積が
１３００ｍ²／ｇ以上２２００ｍ²／ｇ以下、粉体充填密
度が０．４５ｇ／ｃｍ³以上０．７０ｇ／ｃｍ³以下、且
つ平均粒子径が１μｍ以上７μｍ以下のものである請求
項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項３】前記活性炭が、体積基準の累積分布の９０
％粒子径が６μｍ以上２２μｍ以下、且つ体積基準の累
積分布の１０％粒子径が０．１μｍ以上２μｍ以下のも
のである請求項１又は２に記載の電気二重層キャパシ
タ。
【請求項４】前記電解液が、非水電解液である請求項１
〜３のいずれかに記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項５】充電電圧が１．８Ｖ以上３．３Ｖ以下であ
る請求項１〜４のいずれかに記載の電気二重層キャパシ
タ。