JP2014183235A - コンデンサ用セパレータおよび該セパレータよりなるコンデンサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 一対の分極性電極をセパレータによって隔離してなる電気二重層コンデンサにおいて、前記セパレータは、ポリフェニレンサルファイド繊維、アラミドパルプ、ポリビニルアルコール繊維を以下の割合で配合して、円網抄紙機で混抄して湿式不織布を製作し、セパレータとしてシート化し、該セパレータを用いるコイン型電気二重層コンデンサを作製した。ポリフェニレンサルファイド繊維:重量比52〜78%、アラミドパルプ:重量比20〜40%、ポリビニルアルコール繊維:重量比2〜8%
【選択図】 なし
Description
コイン型は、微細な活性炭素繊維や活性炭粉末をバインダーにより結着し、マット状にして円形に打抜いた一対の分極性電極の間に平行して介在させたセパレータに電解液を含浸させた後に外装材を兼ねる金属ケースと金属蓋内に収納し、ガスケットを介してかしめることによって密封形成している。
積層型は、電極とセパレータを交互に積層してコンデンサ素子とし、金属ケースまたはラミネートフィルムに収納し、電解液を注液したのち封止したものである。
また、ガラス繊維はアスベスト同様に発がん性が疑われており、さらに、作業者が吸気すると肺にガラスが突き刺さるという健康上の懸念もあった。
すなわち、コンデンサの一対の分極性電極の間に介在し、電解質を含有した電解液を保持可能なコンデンサ用セパレータであって、少なくとも2種以上の耐熱性成分を92〜98重量%含有し、前記耐熱性成分が、耐熱性繊維と、耐熱性パルプとから選択され、残部がバインダー成分で構成されるコンデンサ用セパレータであること特徴とする。
更に例えば、前記耐熱性パルプが、アラミドパルプであることを特徴とする。また例えば、前記アラミドパルプが、CSF値が200〜50mlまで叩解されていることを特徴とする。
更に例えば、前記コンデンサ用セパレータの厚さが、100〜300μmであることを特徴とする。
そして例えば、前記コンデンサは電気二重層コンデンサであることを特徴とする。更に例えば、前記コンデンサは電気二重層コンデンサがコイン型であり、リフローはんだ付け対応であることを特徴とする。
本実施の形態例のセパレータは、耐熱性繊維と耐熱性パルプとを主材料として構成されている。耐熱性繊維の含有率は、52〜78重量%が好ましい。耐熱性繊維の含有率が52重量%未満であるとフィブリル化された芳香族ポリアミド繊維であるアラミドパルプの配合量が多くなることになり、セパレータの遮蔽性が高くなりすぎ、電気二重層コンデンサの内部抵抗が高くなるという問題が生じる。一方、耐熱性繊維の含有率が78重量%を超過するとフィブリル化された芳香族ポリアミド繊維であるアラミドパルプの配合が少なくなり、遮蔽性に乏しく電気二重層コンデンサの漏れ電流が大きくなるという問題が生じる。
連続使用温度は200〜220℃、高荷重での荷重たわみ温度が260℃以上と耐熱性に優れ、しかも引張強さや曲げ強さが大きい。難燃性や耐薬品性の点でも優れている。
アラミドパルプはフィブリル化された芳香族ポリアミド繊維である。フィブリル化された芳香族ポリアミド繊維とは、芳香族ポリアミド繊維をリファイナー、ビーター、高圧ホモジナイザーなどによりフィブリル化したものである。
セパレータを製造時には、60℃〜90℃の熱水に溶解する易溶解性のポリビニルアルコール繊維を、不織布重量の10重量%〜30重量%添加する。この易溶解性のポリビニルアルコール繊維は、上記した他の原料繊維と混抄されて湿紙に抄き上げられ、湿紙の乾燥工程における加熱によって、湿紙に含有した水に溶解して湿紙を構成する繊維の間に溶けて広がっていく。
セパレータの厚さが100μm未満では、セパレータの強度が弱く、カシメ時において破れによる不良が発生するおそれがあり、また、セパレータの遮蔽性が乏しいため、漏れ電流が大きい電気二重層コンデンサとなるからである。又、セパレータの厚さが300μmを超過すると、セパレータの強度は十分であるがセパレータの坪量自体が大きくなり、電気二重層コンデンサの内部抵抗が高くなりすぎるという問題が生じるからである。
セパレータの試験方法は、JIS C 2300(電気用セルロース紙試験方法)に準ずるが具体的には以下の通りである。
〔試験条件〕
試験は特に指定のない限り、温度20±5℃、相対湿度65±2%の条件下で試験片が平衡に達した後行った。
シワのない長さ500mmの試験片をとり、これを折り目がセパレータの縦方向と直角になるように折り重ね、セパレータ端から15mm以上内側のところから、おおむね均等な間隔で5箇所の厚さを測定しその平均値をとり、さらに折り重ねた枚数で割って1枚あたりの厚さを求めセパレータの厚さとした。なお、測定器は、ダイヤルシックネスゲ−ジGタイプ(測定反力2N,測定子:φ10mm)を用いて測定した。
1000cm2以上の面積の試験片をとり、試験片の重量の0.25%より優れた感量を有する秤で重量を測定し、1m2あたりの重量(g)に換算した。
〔引張強さ〕
大きさ15×250mmの試験片をセパレータの縦方向にとり、万能引張試験機またはこれに準ずるものを用い、ツカミの間隔180mm、毎分約200mmの速さで試験片を引張り、その引張り強さを測定し、単位はN/15mmで表わした。
伸びは、前記引張強さ測定時に同時に測定することができ、引張強さ測定時に、測定の開始位置から試験片の切断地点までの長さ(mm)を求め、これをツカミ間隔の180mmで割り、100分率を求め、単位は%で表わした。
大きさ15×250mmの試験片をセパレータの縦方向にとり、これをそれぞれ垂直に吊るし、プロピレンカーボネート液中に下端を3mm以上浸して3分後、試験片の液面より液の浸透した部分までの最大の高さを測り、単位はmm/3分で表し電解液吸液度とした。
セパレータを38mmφに打ち抜き、試験片を採取し、所定の電解液に含浸させ、38mmφの電極間に挟み20℃、1kHzの周波数でLCRメーターによって測定し、単位はΩで表わした。
JIS P 8117に規定された方法に従い、B型試験器(ガーレーデンソメータ)によって測定した。ただし、気密度が低いセパレータの測定となるため、直径6mmΦの孔径を有するアダプターを使用した。測定は、試験片をアダプターに挟み込み、これをB型試験器の測定口部分に固定して100mlの空気が通過するのに要する時間を測定し、単位はsec/100mlで表わした。
電気二重層コンデンサに本実施の形態例のセパレータを適用した例を以下に説明する。
本実施の形態例の電気二重層コンデンサの電極としては、例えば、粉末活性を導電助剤とバインダーを用いてシート化したものや、フェノール繊維を活性炭化して得られた活性炭素繊維などを用いる。
以下、本実施の形態例のセパレータを用いた電気二重層コンデンサの製造方法を更に詳しく説明する。
粉末活性炭をシート化した電極を用いた場合にはシートを円形に打ち抜き、導電性接着剤を用いて金属ケースと金属蓋とを接続する方法をとる。活性炭素繊維電極を用いた場合には、活性炭繊維の片面に集電体として、アルミニウムをプラズマ溶射した電極体を円形に打ち抜き金属ケースと金属蓋とを溶接する方法をとる。
定格電圧2.5V、定格容量0.2Fのコイン型電気二重層コンデンサ(6.8mmφ×1.8mmL)を製作し、耐熱性評価としてリフロー炉を想定した260℃の電気炉内に入れて1分後に取り出し、室温まで冷却した後、コンデンサ特性として静電容量(C)、内部抵抗(Z)、漏れ電流(LC)を測定した。
本実施例のセパレータは、前記したポリフェニレンサルファイド繊維とアラミドパルプとポリビニルアルコール繊維を配合して、円網抄紙機で混抄して湿式不織布を製作し、セパレータとしてシート化した。即ち、湿式不織布でセパレータを構成した。
セパレータの原料として、ポリフェニレンサルファイド繊維(1.1dtex×5mm)65重量%+アラミドパルプ(CSF150ml)30重量%+ポリビニルアルコール繊維5%を混抄して、厚さ200μm、坪量40g/m2のセパレータとした。
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セパレータの原料として、ポリフェニレンサルファイド繊維(1.1dtex×5mm)65重量%+アラミドパルプ(CSF150ml)30重量%+ポリビニルアルコール繊維5%を混抄して、厚さ350μm、坪量65g/m2のセパレータとした。
ガラス繊維100重量%を湿式抄紙で制作し、厚さ300μm、坪量40g/m2のセパレータとした。
〔従来例2〕
リヨセル100重量%を、長網抄紙機で抄紙した紙製セパレータ(セルロースセパレータ)であり、厚さ110μm、坪量40g/m2のセパレータとした。
表に示すように、本実施の形態例のセパレータは、従来のガラス繊維セパレータ等と同等あるいはそれ以上の特性を有しながら、更に優れた機械的強度を達成している。
また、実施例1乃至3において、ポニフェニレンサルファイド繊維の繊度を0.4〜3dtexの大きさに変更したが、この大きさの繊度であれば問題がないことが判明した。
また、電気二重層コンデンサの性能も従来のセパレータを使用したものと比較しても良好な結果が得られた。
比較例6のセパレータは電気二重層コンデンサの組立工程において、問題なく電気二重層コンデンサを製造することができた。しかし、電気二重層コンデンサ性能では内部抵抗が高く、従来のものより劣る結果となった。
Claims (9)
- コンデンサの一対の分極性電極の間に介在し、電解質を含有した電解液を保持可能なコンデンサ用セパレータであって、
少なくとも2種以上の耐熱性成分を92〜98重量%含有し、
前記耐熱性成分が、耐熱性繊維と、耐熱性パルプとから選択され、
残部がバインダー成分で構成されることを特徴とするコンデンサ用セパレータ。 - 前記耐熱性繊維と、耐熱性パルプと、バインダー成分との構成比が、それぞれ、52〜78:20〜40:2〜8重量%であることを特徴とする請求項1記載のコンデンサ用セパレータ。
- 前記耐熱性繊維が、
ポリフェニレンサルファイド繊維、アラミド繊維から選択される1種以上であることを特徴とする請求項1又は請求項2記載のコンデンサ用セパレータ。 - 前記耐熱性パルプが、
アラミドパルプであることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のコンデンサ用セパレータ。 - 前記アラミドパルプが、
CSF値が200〜50mlまで叩解されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のコンデンサ用セパレータ。 - 厚さが100〜300μmであることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のコンデンサ用セパレータ。
- 請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載のコンデンサ用セパレータを用いたことを特徴とするコンデンサ。
- 電気二重層コンデンサであることを特徴とする請求項7記載のコンデンサ。
- 前記電気二重層コンデンサがコイン型であり、リフローはんだ付け対応であることを特徴とする請求項8記載のコンデンサ。
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