JP2002299164A - 電気化学キャパシタ - Google Patents
電気化学キャパシタInfo
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Abstract
すること。 【解決手段】 本発明の電気化学キャパシタは、電解液
を含浸せしめた一対の分極性電極を、セパレータを介し
て配置した電気化学キャパシタであって、前記分極性電
極に多孔質導電性セラミックスを用いる。また、前記多
孔質導電性セラミックスは、ゾル-ゲル法により得られ
たゲルを焼成することにより得られた多孔質の導電性セ
ラミックスとすることができる。
Description
タを駆動するために用いられる分極性電極の電極材料お
よびそれを用いた電気化学キャパシタに関するものであ
る。
質の境界面にできる電気二重層の電気蓄積作用を利用し
たキャパシタで、小型のものは、主に、それぞれ集電体
層を持つ一対の分極性電極の間に、ポリプロピレン不織
布などのセパレータを挟んで、素子とし、この素子に電
解液を含浸させ、金属容器に収容し、封口板とガスケッ
トにより、金属容器に密封したコイン型の構造をとって
いる。
シート状分極性電極の間にセパレータを挟んだ積層シー
トを捲回して素子とし、この素子に電解液を含浸させ、
金属容器に収容し、金属開口部を封口部材で密閉して構
成した捲回型のキャパシタが製造されている。これらの
電気化学キャパシタは、電池と電解コンデンサの中間の
特性を有し、主にICメモリのバックアップやアクチュ
エータのバックアップに使用されている。
ート状分極性電極の間にセパレータを挟んで積層した素
子を有する積層型の電気化学キャパシタも提案されてい
る。例えば、特開平4−154106、あるいは特開平
4−286108には、その技術が開示されている。
ように正極および負極に分極性電極が用いられるが、こ
れらの分極性電極は、従来、大面積を有する活性炭を主
とするものが使用されている。例えば、捲回型のキャパ
シタでは、活性炭粉末などをPTFE(ポリテトラフル
オロエチレン)をバインダとして、混練し、シート状に
形成したものが、またコイン型では、上記シート状活性
炭もしくは活性炭繊維布が用いられている。
コンデンサのように電荷を蓄積するという性質を利用し
たものであるため、比表面積が大きな活性炭を使用すれ
ば、その表面に形成される電気二重層の電荷量も多いた
め、電気化学キャパシタの静電容量を大きくできるから
である。
的に以下のような数1で表される。
Sは電極界面の表面積である。
きな電極を用いると、小型で大容量の電気化学キャパシ
タが得られることが分かる。よって、上記のとおり、大
きな比表面積を持ち、電気的に安定な活性炭が分極性電
極の材料として使用されてきた。例えば、1500m2
/g程度の比表面積の活性炭を使用すれば、300F/g
の容量を持つ分極性電極ができる。
するために、3000m2/gもの大比表面積を有する
活性炭を使用しても、その嵩密度が0.3g/cm3と小
さいため、体積当たりの容積は50F/cm3 となり、
素子の小型化の点で問題となる。
容量の発現は、その細孔分布に大きく依存することが分
かっている。電気二重層キャパシタにおいては、電流密
度が大きい場合には、多くの電解質が細孔内に強固に吸
着されていることが要求されるが、電解質に対して、細
孔径が大きすぎると(50オングストローム程度か
ら)、吸着力が弱くなり、大電流では、容量が低下して
しまう。
同等あるいは小さければ(1オングストローム程度ま
で)、細孔内での吸着ができなかったり、電解質の輸率
が小さくなるため、容量は発現しない。
で、多くの細孔が無駄になっていた。また、活性炭は、
一般に電気伝導度が小さく、活性炭のみでは、電極の内
部抵抗が大きくなって大電流を取り出せないため、活性
炭粉末を使用して、電極を形成する場合には、分極性電
極中に電気伝導度を高めるカーボンブラックなどを導電
材として混合している。しかし、内部抵抗を低下させる
目的で、導電材の混合割合を大きくすると、活性炭の混
合割合が小さくなるため、電気化学キャパシタの容量が
減少する。
のの、繊維自体の導電性が大きくない上に、繊維どうし
の接触によって、電気的接触を保っているために、十分
な導電性を持っているとは言い難く、アルミニウムの溶
射層をケース金属との接触面に形成するなどの導電層の
形成が不可欠である。さらに、繊維布の凹凸が大きいた
め、ケース金属との接触抵抗が大きいことが問題となっ
ている。
カソード、それぞれで電解液が分解して、ガス発生反応
が起きる直前の電位が、電解液の酸化電位、還元電位で
あり、キャパシタとして使用可能な最大電圧(耐電圧)
は酸化電位と還元電位との差となる。しかしながら、有
機系電解液を用いた場合、この酸化電位と還元電位との
差は約4〜5V程度であることが分かっているが、電極
に活性炭を用いて実際にキャパシタを組み上げると、電
解液の分解電位に達する前に、活性炭の表面官能基と電
解液との反応が起き、得られる耐電圧は2.3V程度と
低下していた。
量品の需要が高まっているなか、より高性能な電気化学
キャパシタの実現が待たれている。
解決し、より小型で高耐電圧の電気化学キャパシタを提
供することにある。
気化学キャパシタの開発を目的として鋭意努力の結果、
多孔質導電性セラミックスを分極性電極に使用すること
により、小型で高耐圧の電気化学キャパシタを製造でき
ることを見出した。
スによって、分極性電極が形成されることを特徴とする
電気化学キャパシタが提供される。
解液を含浸せしめた一対の分極性電極を、セパレータを
介して配置した電気化学キャパシタであって、前記分極
性電極に多孔質導電性セラミックスを用いる。
ゾル−ゲル法により得られたゲルを焼成することにより
得られた多孔質の導電性セラミックスとすることができ
る。
導電性セラミックスによって分極性電極が形成されるこ
とが特徴である。これらの多孔質導電性セラミックス
は、活性炭に比べて、その細孔径の制御が容易であり、
無駄にする細孔、即ち、容量を発現できない細孔が少な
いため、体積当たりの容量を大きくすることができる。
に導電剤を添加する必要がない。さらに、有機電解液と
の反応性が低く、安定した物質であるため、素子の耐電
圧を高くすることができる。
ミックスは、ゾル−ゲル法によって得られたキセロゲル
もしくはエアロゲルを焼成することによって合成するこ
とができる。特に、湿潤ゲルを超臨界乾燥して得られる
エアロゲルは、通常の乾燥で得られるキセロゲルよりも
規則的なメソ細孔と大きな比表面積を持つため、これを
焼成すると導電性が高く、規則的な細孔を持つ電極材が
得られる。
は、ゾル−ゲル法の出発物質として、金属アルコキシ
ド、硝酸塩、ハロゲン化金属などの溶液が用いられる。
ゾル−ゲル法を経て乾燥して得られる酸化物は、例え
ば、SnO,SnO2,In2O3,VO2,V2O3,
V1−xWxO2,V1−xMoxO2,NbO,NbO
2,MoO3,WO2,WO3,TiO,Ti3O5,Cr
O2,ZnO,LiNbO3などあるが、単成分、多成分
系のどちらでも構わない。
はしないが、300〜900℃が望ましい。本発明で得
られる多孔質導電性セラミックスの形成は、特に限定は
されず、ゾルをスプレーコーティングしてフィルム状に
形成しても、また微粉体のゲルを焼成してペレット状に
してもよい。
限定はされるものではなく、電気化学キャパシタ用とし
て通常用いられるもの、即ち電気化学的に安定な電解質
を極性有機溶媒に溶解させたものが適宜使用される。
(C4H9)4N+、(C2H5)4P + などの第4級オ
ニウムカチオンと、BF4 −やPF6 −、ClO4 −な
どのアニオンとからなる塩が好ましく使用できる。
ネート、ブチレンカーボネート、ジエチルカーボネート
などのカーボネート類、γ-ブチロラクトンなどのラク
トン類や、スルホランなどが好ましく使用できる。これ
らは単独のみならず、二種以上併用してもよい。
明を具体的に説明する。ただし、以下の実施例は一例で
あって、本発明に制限を加えるものではない。
コイン型電気化学キャパシタの縦断面図を示す。バナジ
ウムエトキシドV(OC2H5)4をエタノールに溶解し
た溶液を加水分解、重縮合し、ゾルを作製した。このゾ
ルを乾燥して得られたゲルを乾燥してVO 2の微粉末を
得た。
ルオロエチレン系バインダ10重量%からなる混合物に
エタノールを加えて混練し、直径10mm、厚さ5mm
の円盤状に成形して、400℃で3時間焼成して、分極
性電極1,5を得た。この分極性電極1,5をグラファ
イト系導電性接着剤2でステンレス製容器3,4に接着
した。
圧下で2時間乾燥した後に、乾燥窒素雰囲気のグローブ
ボックス中で、電解液を分極性電極に含浸せしめた。電
解液はテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレー
トを0.7mol/lの濃度でプロピレンカーボネート
に溶解することによって調製した。
ロピレン製不織布のセパレータ7を介して対向させ、ポ
リプロピレン製ガスケット8を用いてカシメ封口した。
型電気化学キャパシタの縦断面図は、図1とほぼ同様な
ので、図1を参照して説明する。
CH3]4をメタノールに溶解した溶液を加水分解、重
縮合し、ゾルを作製した。このゾルを電気化学キャパシ
タのステンレス製容器3,4にキャスティングし、ゲル
化させ、400℃で3時間焼結して分極性電極1,5を
得た。
器を接着するためのグラファイト系導電性接着剤は使用
していない。他は実施例1と同様にしてコイン型電気化
学キャパシタを組み立てた。
型電気化学キャパシタの縦断面図は、図1とほぼ同様な
ので、図1を参照して説明する。
炭粉末(平均粒径5μm)80重量%、カーボンブラッ
ク10重量%、およびポリテトラフルオロエチレン系バ
インダ10重量%からなる混合物にエタノールを加えて
混練し、ロール圧延することにより、幅8cm、長さ1
0cm、厚さ0.6cmのシートとし、これを250℃
で2時間乾燥した。
た分極性電極1および5を、グラファイト系導電性接着
剤2でステンレス製容器3,4に接着した。他は、実施
例1と同様にしてコイン型電気化学キャパシタを組み立
てた。
型電気化学キャパシタの縦断面図は、図1とほぼ同様な
ので、図1を参照して説明する。
炭繊維布(比表面積2000m2/g)を直径10mm
に打ち抜いて分極性電極とし、250℃で2時間乾燥し
た。他は、実施例1と同様にしてコイン型電気化学キャ
パシタを組み立てた。
化学キャパシタを印加電圧2.8Vで充電し、約0.5m
Aで放電した場合の初期静電容量(F)とESR(Ω)
を測定し、引き続いて、このセルに、2.8Vの電圧を
印加しながら、70℃で1000時間貯蔵した後の静電
容量およびESRを測定した。その測定結果を表1に示
す。
導電性セラミックスからなる分極性電極を用いた実施例
1,2の電気化学キャパシタでは、比較例1,2の活性
炭を主原料とする分極性電極を用いた電気化学キャパシ
タと比較して、内部抵抗が小さく、耐電圧が高い電気化
学キャパシタが得られる。
シタによれば、内部抵抗が小さく、高耐電圧で信頼性の
高い電気化学キャパシタを提供することができる。
の縦断面。
Claims (2)
- 【請求項1】 電解液を含浸せしめた一対の分極性電極
を、セパレータを介して配置した電気化学キャパシタで
あって、前記分極性電極に多孔質導電性セラミックスを
用いたことを特徴とする電気化学キャパシタ。 - 【請求項2】 前記多孔質導電性セラミックスは、ゾル
−ゲル法により得られたゲルを焼成することにより得ら
れた多孔質の導電性セラミックスからなることを特徴と
する請求項1記載の電気化学キャパシタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001103008A JP2002299164A (ja) | 2001-04-02 | 2001-04-02 | 電気化学キャパシタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001103008A JP2002299164A (ja) | 2001-04-02 | 2001-04-02 | 電気化学キャパシタ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002299164A true JP2002299164A (ja) | 2002-10-11 |
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ID=18956131
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001103008A Pending JP2002299164A (ja) | 2001-04-02 | 2001-04-02 | 電気化学キャパシタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002299164A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008035627A1 (fr) | 2006-09-21 | 2008-03-27 | Nissan Motor Co., Ltd. | Électrode de condensateur et son procédé de fabrication |
-
2001
- 2001-04-02 JP JP2001103008A patent/JP2002299164A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008035627A1 (fr) | 2006-09-21 | 2008-03-27 | Nissan Motor Co., Ltd. | Électrode de condensateur et son procédé de fabrication |
US8067101B2 (en) | 2006-09-21 | 2011-11-29 | Nissan Motor Co., Ltd. | Capacitor electrode and method of manufacturing the same |
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