JP4326079B2

JP4326079B2 - 筒型電気二重層コンデンサ

Info

Publication number: JP4326079B2
Application number: JP22671899A
Authority: JP
Inventors: 茂樹小山; 実野口
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1999-08-10
Filing date: 1999-08-10
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2019-08-10
Also published as: JP2001052974A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は筒型電気二重層コンデンサ、特に、帯状正極と帯状負極とを第１のセパレータを挟んで重ね合せ、また帯状正、負極の一方に第２のセパレータを重ね合せた重ね合せ物を、第２のセパレータが最外側に位置するように渦巻状に巻回した電極巻回体と、その電極巻回体を収容する容器とを備えた筒型電気二重層コンデンサであって、帯状正極が、第１の帯状集電体の両面にそれぞれ接合した一対の帯状分極性電極より構成され、帯状負極が、第２の帯状集電体の両面にそれぞれ接合した一対の帯状分極性電極より構成されるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
前記構成の電極巻回体においては、帯状正、負極の一方の一部であって、最外周に位置するもの、つまり最後の一周分の環状外周面がそれと対向する相手電極を持たない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来例においては、前記一周分の環状外周面が静電容量確保に関与せずに無用と化しており、またその帯状正、負極の電極利用量の異なりは電位の不均衡を招き、性能を劣化させる原因となる、といった不具合があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は電極巻回体の帯状正、負極の両面全体を静電容量確保のために有効に利用し、またこの帯状正、負極の電極利用量の同一化により性能の劣化を極力抑制し得るようにした前記筒型電気二重層コンデンサを提供することを目的とする。
【０００５】
前記目的を達成するため請求項１の発明によれば、帯状正極と帯状負極とを第１のセパレータを挟んで重ね合せ、また帯状正、負極の一方に第２のセパレータを重ね合せた重ね合せ物を、前記第２のセパレータが最外側に位置するように渦巻状に巻回した電極巻回体と、その電極巻回体を収容する容器とを備えた筒型電気二重層コンデンサであって、前記帯状正極が、第１の帯状集電体の両面にそれぞれ接合した一対の帯状分極性電極より構成され、前記帯状負極が、第２の帯状集電体の両面にそれぞれ接合した一対の帯状分極性電極より構成されるものにおいて、前記電極巻回体の外周面と対向する前記容器の内周面に、メソフェーズピッチ由来のアルカリ賦活炭により形成されて前記第２のセパレータに接触する円筒型電極を設け、その円筒型電極の極性を、前記帯状正、負極の一方の一部であって、前記電極巻回体の最外周に位置するものの極性と逆に設定したことを特徴とする筒型電気二重層コンデンサが提供され、また請求項２の発明によれば、請求項１の発明の前記構成に加えて、前記円筒型電極を膨潤させて前記第２のセパレータに密着させることを特徴とする筒型電気二重層コンデンサが提供される。
【０００６】
前記のように構成すると、電極巻回体における帯状正、負極の一方の一部であって、最後の一周分の環状外周面が、それと極性を異にする容器の円筒型電極と第２のセパレータを挟んで対向して相手電極を持つこととなり、その際にメソフェーズピッチ由来のアルカリ賦活炭により形成される上記円筒型電極は膨潤して第２のセパレータに密着することができる。これにより電極巻回体の帯状正、負極の両面全体を静電容量確保のために有効に利用してその静電容量を従来例よりも増加させることができる。また帯状正、負極の電極利用量の同一化により、電気二重層コンデンサの性能の劣化を極力抑制することが可能である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１、２において、筒型、図示例では円筒型をなす電気二重層コンデンサ１は、容器２と、その容器２内に収容された電極巻回体３と、その容器２内に注入された電解液とを有する。容器２はＡｌ合金製有底筒型本体４と、その一端開口部を閉鎖する端子板５とよりなり、その端子板５に正、負端子６、７と安全弁８とが設けられている。
【０００８】
電極巻回体３は、正極積層帯９と負極積層帯１０とを有する。その正極積層帯９は、アルミ箔よりなる第１の帯状集電体１１の両面に、それぞれ帯状分極性電極ｅを導電性接着剤を用いて貼付し、一方の帯状分極性電極ｅにＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）よりなる第１のセパレータ１３を重ね合せたものである。これら一対の分極性電極ｅより帯状正極１２が構成される。また第１のセパレータ１３に電解液が含浸保持される。負極積層帯１０は、アルミ箔よりなる第２の帯状集電体１４の両面に、それぞれ帯状分極性電極ｅを導電性接着剤を用いて貼付し、一方の帯状分極性電極ｅにＰＴＦＥよりなる第２のセパレータ１６を重ね合せたものである。これら一対の分極性電極ｅより帯状負極１５が構成される。また第２のセパレータ１６に電解液が含浸保持される。
【０００９】
電極巻回体３の製造に当っては、負極積層帯１０の、露出している分極性電極ｅに正極積層帯９の第１のセパレータ１３を重ね合せる。これにより、図３に示すように、帯状正極１２と帯状負極１５とを第１のセパレータ１３を挟んで重ね合せると共に帯状正、負極１２，１５の一方、図示例では帯状負極１５に第２のセパレータ１６を重ね合せた重ね合せ物Ａが構成される。この重ね合せ物Ａを、負極積層帯１０の第２のセパレータ１６が最外側に位置するように渦巻き状に巻回するものである。
【００１０】
帯状正極１２および帯状負極１５は、静電容量の増加を図るべく、メソフェーズピッチを原料とするアルカリ賦活炭を主成分として構成される。電解液としては、ホウフッ化第４アンモニウム化合物、例えばＴＥＭＡ・ＢＦ₄［（Ｃ₂Ｈ₅）₃ＣＨ₃Ｎ・ＢＦ₄（ホウフッ化トリエチルメチルアンモニウム）、溶質］のＰＣ（プロピレンカーボネート、溶媒）溶液が用いられる。
【００１１】
有底筒型本体４の内周面がＡｌ合金面である電気二重層コンデンサ１において充電を行うと、図４に示すように、電極巻回体３における帯状負極１５の最後の一周分の環状外周面１７が静電容量確保に関与せずに無用と化している。
【００１２】
そこで、図２、５に示すように、電極巻回体３の外周面と対向する容器２の内周面、したがって有底筒型本体４の内周面に筒型、図示例では円筒型電極１８を設け、その円筒型電極１８の極性を、帯状正、負極１２，１５の一方、図示例は帯状負極１５の一部であって、電極巻回体３の最外周に位置するものの極性と逆、つまり正極に設定したものである。
【００１３】
前記のように構成すると、電極巻回体３における帯状負極１５の最後の一周分の環状外周面１７が、それと極性を異にする容器２の円筒型電極１８と第２のセパレータ１６を挟んで対向して相手電極を持つ。これにより、電極巻回体３の帯状正、負極１２，１５の両面全体を静電容量確保のために有効に利用してその静電容量を従来例よりも増加させることができる。また帯状正、負極１２，１５の電極利用量の同一化により電気二重層コンデンサ１の性能の劣化を極力抑制することができる。
【００１４】
円筒型電極１８を、メソフェーズピッチを原料とするアルカリ賦活炭を用いて形成した場合、その極性は前記のように正極に設定される。これにより、正極側の酸化電流を下げて、その耐久性を向上させ、また円筒型電極１８を膨潤させて第２のセパレータ１６に密着させることができる。
【００１５】
以下、具体例について説明する。
【００１６】
先ず、活性炭として、メソフェーズピッチを原料とするアルカリ賦活炭、実施例ではＫＯＨ賦活炭を次のような方法で製造した。
（ａ）塊状をなすメソフェーズピッチに室温下で粉砕処理を施して平均粒径３００μｍの粉砕粉を製造し、次いで粉砕粉に、大気気流中、３５０℃、２時間の不融化処理を施し、その後、粉砕粉に、窒素気流中、７００℃、１時間の炭化処理を施して炭化粉を得た。
（ｂ）炭化粉と、その炭素重量の２倍量のＫＯＨとを混合し、次いで混合物に窒素雰囲気中、８００℃、５時間のアルカリ賦活処理としてのカリウム賦活処理を施し、その後、混合物の、塩酸による中和、洗浄及び乾燥といった後処理を行ってＫＯＨ賦活炭を得た。
（ｃ）ＫＯＨ賦活炭にジェットミルによる粉砕処理を施して、平均粒径３０μｍの微細なＫＯＨ賦活炭を得た。以下、この微細ＫＯＨ賦活炭を単にＫＯＨ賦活炭と言う。
〔例−Ｉ〕
ＫＯＨ賦活炭、黒鉛粉末（導電フィラ）およびＰＴＦＥ（バインダ）を８５：１２．５：２．５の重量比となるように秤量し、次いでその秤量物を混練し、その後、混練物を用いて圧延を行うことにより厚さ１７５μｍの電極シートを製作した。
【００１７】
この電極シートから幅９５mm、長さ１５００mmの２枚の帯状分極性電極ｅを切出し、次いでそれら分極性電極ｅを幅１０５mm、長さ１５００mm、厚さ４０μｍの帯状集電体１１の両面にそれぞれ導電性接着剤を用いて接着することにより帯状正極１２を形成し、その後、一方の分極性電極ｅにＰＴＦＥよりなる厚さ７５μｍの第１のセパレータ１３を重ね合せて正極積層帯９を構成した。
【００１８】
次に、前記電極シートから幅９５mm、長さ１５００mmの２枚の帯状分極性電極ｅを切出し、次いでそれら分極性電極ｅを幅１０５mm、長さ１５００mm、厚さ４０μｍの帯状集電体１４の両面にそれぞれ導電性接着剤を用いて接着することにより帯状負極１５を形成し、その後、一方の分極性電極ｅにＰＴＦＥよりなる厚さ７５μｍの第２のセパレータ１６を重ね合せて負極積層帯１０を構成した。
【００１９】
そして、負極積層帯１０の、露出している帯状分極性電極ｅに正極積層帯９の第１のセパレータ１３を重ね合せ、その重ね合せ物Ａを、負極積層帯１０の第２のセパレータ１６が最外側に位置するように渦巻き状に巻回して電極巻回体３を製造した。
【００２０】
一方、容器２における内径５０mm、長さ１３０mmの有底筒型本体４内周面に、前記電極シートから切出された幅９５mm、長さ１５７mmの分極性電極ｅを導電性接着剤を用いて接着することにより長さ９５mm、厚さ１７５μｍの円筒型電極１８を形成した。
【００２１】
そして、電極巻回体３と、１．５モルのＴＥＭＡ・ＢＦ₄をＰＣ溶液に溶解した電解液とを有底筒型本体４内に入れ、その開口部を端子板５を用いて閉鎖した。その閉鎖の際に、正極積層帯９および負極積層帯１０の両集電体１１，１４は端子板５の正端子６および負端子７にそれぞれ接続され、また円筒型電極１８は正端子６に接続される。この円筒型電気二重層コンデンサ１を実施例（１）とする。なお、図２において、重ね合せ物Ａの巻終り端と円筒型電極１８との間に比較的大きな空隙ａが生じているが、この空隙ａは作図上形成されたもので、実際には、重ね合せ物Ａは極めて薄いので、このような空隙ａは生じない。
〔例−II〕
ＫＯＨ賦活炭、黒鉛粉末（導電フィラ）ならびにＰＴＦＥおよびＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン、バインダ）を８０：１２：２：６の重量比となるように秤量し、次いでその秤量物に、それの重量の５倍量のＮ−メチル−２−ピロリドン（溶剤）を加えて混合し、ペースト状電極混合物を得た。その電極混合物をドクタブレード法により、幅１０５mm、長さ１５００mm、厚さ４０μｍの帯状集電体１１の両面に幅９５mm、長さ１５００mm、厚さ２２０μｍにそれぞれ塗布し、次いで圧延を行って、厚さ１７５μｍの２枚の帯状分極性電極ｅよりなる帯状正極１２を形成し、その後、一方の分極性電極ｅにＰＴＦＥよりなる厚さ７５μｍの第１のセパレータ１３を重ね合せて、正極積層帯９を構成した。
【００２２】
次に、前記電極混合物をドクタブレード法により、幅１０５mm、長さ１５００mm、厚さ４０μｍの帯状集電体１４の両面に幅９５mm、長さ１５００mm、厚さ２２０μｍにそれぞれ塗布し、次いで圧延を行って、厚さ１７５μｍの２枚の帯状分極性電極ｅよりなる帯状負極１５を形成し、その後、一方の分極性電極ｅにＰＴＦＥよりなる厚さ７５μｍの第２のセパレータ１６を重ね合せて、負極積層帯１０を構成した。
【００２３】
そして、負極積層帯１０の、露出している帯状分極性電極ｅに正極積層帯９の第１のセパレータ１３を重ね合せ、その重ね合せ物を、負極積層帯１０の第２のセパレータ１６が最外側に位置するように渦巻き状に巻回して電極巻回体３を製造した。
【００２４】
一方、容器２における内径５０mm、長さ１３０mmの有底筒型本体４内周面に、前記電極混合物をドクタブレード法により塗布して長さ９５mm、厚さ１７５μｍの円筒型電極１８を形成した。
【００２５】
そして、電極巻回体３と、１．５モルのＴＥＭＡ・ＢＦ₄をＰＣ溶液に溶解した電解液とを有底筒型本体４内に入れ、その開口部を端子板５を用いて閉鎖した。その閉鎖の際に、正極積層帯９および負極積層帯１０の両集電体１１，１４は端子板５の正端子６および負端子７にそれぞれ接続され、また円筒型電極１８は正端子６に接続される。この円筒型電気二重層コンデンサ１を実施例（２）とする。
〔例−III 〕
比較例（１）として、有底筒型本体４の内周面に円筒型電極１８を持たないものを用いた、ということ以外は実施例（１）と同様の構造を有する円筒型電気二重層コンデンサ１を製造した。
〔例−IV〕
比較例（２）として、有底筒型本体４の内周面に円筒型電極１８を持たないものを用いた、ということ以外は実施例（２）と同様の構造を有する円筒型電気二重層コンデンサ１を製造した。
〔電気二重層コンデンサの性能〕
表１は実施例（１）、（２）および比較例（１）、（２）の初期性能を示す。
【００２６】
【表１】

【００２７】
表１より、内部抵抗は実施例（１）、（２）および比較例（１）、（２）について略同じであるが、静電容量については実施例（１）は比較例（１）よりも、また実施例（２）は比較例（２）よりもそれぞれ約５％向上していることが判る。これは、円筒型電極１８の存在により電極巻回体３の帯状正、負極１２，１５の両面全体が静電容量確保のために有効に利用されたことに起因する。
【００２８】
次に、実施例（１）、（２）および比較例（１）、（２）について、実用寿命を考慮して、４５℃雰囲気中にて２．５Ｖ、１７００時間の連続電圧印加を行って、それらの静電容量劣化率および内部抵抗上昇率を測定したところ、図６、７の結果を得た。図６、７より、実施例（１）は比較例（１）に比べ、また実施例（２）は比較例（２）に比べて静電容量劣化率および内部抵抗上昇率が共に低く、高い実用寿命を有することが判る。これは、円筒型電極１８の存在によって、帯状正、負極１２，１５の電極利用量の同一化を図ったことに起因する。
【００２９】
なお、静電容量劣化率および内部抵抗上昇率が長時間に亘って変化している原因はガス発生等にある。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、帯状正極と帯状負極とを第１のセパレータを挟んで重ね合せ、また帯状正、負極の一方に第２のセパレータを重ね合せた重ね合せ物を、前記第２のセパレータが最外側に位置するように渦巻状に巻回した電極巻回体と、その電極巻回体を収容する容器を備えた筒型電気二重層コンデンサであって、前記帯状正極が、第１の帯状集電体の両面にそれぞれ接合した一対の帯状分極性電極より構成され、前記帯状負極が、第２の帯状集電体の両面にそれぞれ接合した一対の帯状分極性電極より構成されるものにおいて、電極巻回体における帯状正、負極の一方の一部であって、最後の一周分の環状外周面が、それと極性を異にする容器の円筒型電極と第２のセパレータを挟んで対向して相手電極を持つことができ、しかもメソフェーズピッチ由来のアルカリ賦活炭により形成される上記円筒型電極は膨潤して第２のセパレータに密着することができる。その結果、電極巻回体の帯状正、負極の両面全体を静電容量確保のために有効に利用してその静電容量を従来例よりも増加させることができ、また帯状正、負極の電極利用量の同一化により、電気二重層コンデンサの性能の劣化を極力抑制することが可能となって、優れた耐久性を有する筒型電気二重層コンデンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】円筒型電気二重層コンデンサの要部破断斜視図である。
【図２】図１の２−２線断面図である。
【図３】正極積層帯および負極積層帯よりなる重ね合せ物の要部側面図である。
【図４】容器の内周面に円筒型電極が存在しない場合の充電状態を示す説明図である。
【図５】容器の内周面に円筒型電極が存在する場合の充電状態を示す説明図である。
【図６】経過時間と静電容量劣化率との関係を示すグラフである。
【図７】経過時間と内部抵抗上昇率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１円筒型電気二重層コンデンサ
２容器
３電極巻回体
１１第１の帯状集電体
１２帯状正極
１３第１のセパレータ
１４第２の帯状集電体
１５帯状負極
１６第２のセパレータ
１８円筒型電極
Ａ重ね合せ物
ｅ帯状分極性電極

Claims

帯状正極（１２）と帯状負極（１５）とを第１のセパレータ（１３）を挟んで重ね合せ、また帯状正、負極（１２，１５）の一方に第２のセパレータ（１６）を重ね合せた重ね合せ物（Ａ）を、前記第２のセパレータ（１６）が最外側に位置するように渦巻状に巻回した電極巻回体（３）と、その電極巻回体（３）を収容する容器（２）とを備えた筒型電気二重層コンデンサであって、
前記帯状正極（１２）が、第１の帯状集電体（１１）の両面にそれぞれ接合した一対の帯状分極性電極（ｅ，ｅ）より構成され、前記帯状負極（１５）が、第２の帯状集電体（１４）の両面にそれぞれ接合した一対の帯状分極性電極（ｅ，ｅ）より構成されるものにおいて、
前記電極巻回体（３）の外周面と対向する前記容器（２）の内周面に、メソフェーズピッチ由来のアルカリ賦活炭により形成されて前記第２のセパレータ（１６）に接触する円筒型電極（１８）を設け、
その円筒型電極（１８）の極性を、前記帯状正、負極（１２，１５）の一方の一部であって、前記電極巻回体（３）の最外周に位置するものの極性と逆に設定したことを特徴とする筒型電気二重層コンデンサ。
円筒型電極（１８）を膨潤させて前記第２のセパレータ（１６）に密着させることを特徴とする、請求項１に記載の筒型電気二重層コンデンサ。