JPH08162375A - 電気二重層コンデンサ及び電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法 - Google Patents
電気二重層コンデンサ及び電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法Info
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Abstract
ギー密度を有する電気二重層コンデンサを提供する。 【解決手段】分極性電極の主材に、フェノール樹脂、フ
ラン樹脂及びポリアクリロニトリル樹脂から選ばれる一
種以上の樹脂を原料とする炭素材を溶融状態の水酸化カ
リウムを用いる賦活処理法で得た活性炭を使用し、有機
溶媒系電解液を組合せて電気二重層コンデンサとする。
Description
く、高耐電圧を有する電気二重層コンデンサと電気二重
層コンデンサ用分極性電極の製造方法に関する。
のとするには、コンデンサに蓄えうる単位体積当たりの
蓄電エネルギーの量(以下、エネルギー密度という)を
高める必要がある。コンデンサの蓄電エネルギーは、コ
ンデンサの静電容量に比例し、かつ印加電圧(耐電圧又
は使用電圧)の2乗に比例する。したがってコンデンサ
のエネルギー密度を大きくするには、単位体積当たりの
静電容量を大きくし、かつ高耐電圧のものとすればよ
い。
ンサを得るため、分極性電極には高比表面積の活性炭が
用いられてきた。高比表面積の活性炭としては、炭素材
を水蒸気を用いる水蒸気賦活処理法や塩化亜鉛などを用
いる薬品賦活処理法によって賦活処理した活性炭が主に
使用されている。しかし、これらの活性炭は分極性電極
としたときの単位体積当たりの静電容量密度と、高電圧
印加時の性能劣化が速い点で、将来有望とされている、
高エネルギー密度を必要とする用途には充分なものでな
い。
溶融水酸化カリウムを用いる高温賦活処理法によって石
油コークスを賦活処理した高比表面積の活性炭と有機溶
媒系電解液とを用いる電気二重層コンデンサが提案され
ている。この活性炭は比表面積が非常に大きいことによ
って従来の電気二重層コンデンサよりエネルギー密度を
高くできる点で有利である。しかし、その耐電圧はせい
ぜい2.8V前後であるため、耐電圧を向上させてさら
にエネルギー密度を向上させることが期待される。
コンデンサの従来技術における上記課題を解決し、耐電
圧が高く、高電圧印加が可能なさらに高エネルギー密度
を有する電気二重層コンデンサの提供を目的とする。
デンサは、分極性電極と、該分極性電極の表面に電気二
重層を形成する電解液とを有する電気二重層コンデンサ
において、該分極性電極が、フェノール樹脂、フラン樹
脂及びポリアクリロニトリル樹脂から選ばれる一種以上
の樹脂を原料とする炭素材を溶融状態の水酸化カリウム
を用いる賦活処理法で賦活してなる活性炭を主体とする
ものであり、該電解液が有機溶媒系電解液であることを
特徴とする。
極性電極の製造方法は、フェノール樹脂、フラン樹脂及
びポリアクリロニトリル樹脂から選ばれる一種以上の樹
脂を炭化して炭素材とし、該炭素材に水酸化カリウムを
加えた混合物を600〜1000℃に加熱することによ
って該炭素材を溶融状態の水酸化カリウムの存在下で活
性炭とし、該活性炭の粉末に結合材と導電材を加えた混
合物を集電体に固定して分極性電極とすることを特徴と
する。
性電極に特定の樹脂を原料とする炭素材、すなわち、フ
ェノール樹脂、フラン樹脂及びポリアクリロニトリル樹
脂から選ばれる一種以上を炭化処理した炭素材を、溶融
状態の水酸化カリウムを用いる賦活処理法により賦活し
た活性炭を使用する。
して得られた炭素材と水酸化カリウムとを混合した状態
で加熱し、溶融状態の水酸化カリウムの存在下で炭素材
を賦活して得られる。この活性炭は、比表面積が大きい
とともに、上記石油コークスを溶融水酸化カリウムを用
いる賦活処理法で賦活処理した従来の活性炭と比べて表
面官能基の濃度が低く、かつ出発原料に由来する重金属
の不純物が少ないという特徴がある。
酸化カリウム賦活処理法で賦活した活性炭を分極性電極
に使用することによって、電気二重層コンデンサを高耐
電圧化できるという知見を得、高静電容量を有するとと
もに高耐電圧の電気二重層コンデンサを実現した。高耐
電圧の電気二重層コンデンサが得られる理由は、活性炭
の表面官能基や重金属の不純物の存在に起因する高電圧
印加時の性能劣化を極力低減できたことによると推定さ
れる。
樹脂、フラン樹脂及びポリアクリロニトリル樹脂は、い
ずれも分子構造中に多くの二重結合を有していることに
よって、炭化処理後の炭化収率が高い点で共通する。こ
れらの樹脂のうち、得られる活性炭の特性が良好であっ
て値段が安い点でフェノール樹脂が最適である。
00℃の非酸化性雰囲気中で行うのが好ましい。炭化処
理の温度が500℃より低いと、炭化処理に長い時間を
必要とする。また、。炭化処理の温度が1200℃より
高いと、大比表面積を有する活性炭が得にくくなる。
等を左右する、溶融状態の水酸化カリウムを用いる炭素
材の賦活条件としては、炭素材に混合する水酸化カリウ
ムの量と賦活処理温度が重要である。好ましい特性を有
する活性炭を得るには、炭素材1重量部に対して水酸化
カリウムを2〜6重量部、特には炭素材1重量部に対し
2.5〜4.5重量部加えて混合するのが好ましい。
混合量を2重量部以上にすれば、賦活処理時に炭素材と
溶融水酸化カリウムの良好な接触状態を確保でき、炭素
材を速やかに賦活できる。しかし、炭素材の一定量に対
して混合する水酸化カリウムの量が多すぎると、処理す
る混合物の量が増えて賦活処理炉の賦活処理容量が減少
し、水酸化カリウムの無駄な消費量が増えるので6重量
部以下とする。
〜1000℃、特に好ましくは700〜900℃とす
る。賦活処理温度が低いと大比表面積の活性炭を得るの
に必要な賦活処理時間が長くなる。このため、賦活処理
温度は600℃以上とするのが好ましい。また、賦活処
理温度が高すぎると活性炭の気孔が大きくなって分極性
電極の単位体積当たりの静電容量が低下する他、賦活処
理に使用する炉の部材の損耗が増え、賦活処理炉のエネ
ルギー消費量も増える。このため、賦活処理温度は10
00℃以下とするのが好ましい。
位重量当たりの電気二重層による静電容量は大きくな
る。しかし、逆に賦活が進みすぎて比表面積が過大にな
ると活性炭の細孔容積が増えて電極の見かけ密度が低下
する。活性炭の見かけ密度が低下すると分極性電極の単
位体積当たりの静電容量が低下する。したがって、活性
炭の比表面積は、好ましくは1500〜2500m2 /
gの範囲に制御する。活性炭の比表面積がこの範囲内に
あれば、単位体積当たりの静電容量が大きい分極性電極
が得られる。
とする電極材料を電気的接合を保った状態で集電体上に
成形固定する必要がある。その方法としては、従来から
行われている分極性電極の成形固定方法を採用できる。
するため、電解液についてもその分解電圧が高い有機溶
媒系電解液が使用される。有機溶媒系電解液の電解質と
しては、R4 N+ で表される第4級アンモニウムイオ
ン、R4 P+ で表される第4級ホスホニウムイオン(た
だしRはCn H2n+1で示されるアルキル基)などの第4
級オニウムカチオンとBF4 -、PF6 -、ClO4 -、CF
3 SO3 -等のアニオンとを組合せた塩を使用するのが好
ましい。
又は第4級ホスホニウム塩を使用するのが特に好まし
い。有機溶媒系電解液には、高い分解電圧が得られるよ
うに低水分の有機溶媒を使用するのが好ましい。
電圧の高い電解液が得られる点で、プロピレンカーボネ
ート、ブチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、
エチルメチルカーボネート等のカーボネート類、γ−ブ
チロラクトン等のラクトン類、スルホラン及びその誘導
体から選ばれる一種以上を使用するのが好ましい。
較例(例14〜19)を挙げてさらに説明するが、本発
明はこれらの実施例に限定されない。
0℃で炭化処理された粒径10mm程度の各種炭素材
(A:フェノール樹脂、B:フラン樹脂、C:ポリアク
リロニトリル樹脂、D:石油コークス、E:やしがら、
F:おがくず)と3種の賦活処理法(G、G’及び
G”:溶融KOH賦活処理法、H:水蒸気賦活処理法、
I:塩化亜鉛賦活処理法)を用い、表1に示す比表面積
(単位:m2 /g)を有する活性炭を得た。なお、溶融
水酸化カリウムを用いる活性炭の賦活処理条件G、G’
及びG”は、炭素材1重量部に対する水酸化カリウムの
混合量をそれぞれ3重量部、2.5重量部及び2.5重
量部とし、賦活温度はそれぞれ800℃、800℃及び
700℃とした。
砕した粉末(平均粒径はいずれも約10μm)80重量
%に、結合材のポリテトラフルオロエチレン10重量%
と、導電性を高める導電材であるカーボンブラック10
重量%とを混合した。次いで、この混合物にエタノール
を加えて混練し、シート状に成形後さらに0.6mmの
厚さにロール圧延し、直径12mmの円形に打ち抜い
た。
ンデンサセルの集電体兼容器部材であるステンレス製ケ
ースと蓋のそれぞれの内側に、カーボン系導電性接着剤
を用いて接着固定し、両者を真空中で加熱処理して両分
極性電極中に含まれる水分等を除去した。
も50ppm以下)有機溶媒(PC:プロピレンカーボ
ネート、BC:ブチレンカーボネート、SL:スルホラ
ン)に表1に示す濃度(単位:モル濃度)の電解質(C
2 H5 )4 NBF4 を溶かした有機溶媒系電解液を調製
し、この有機溶媒系電解液を活性炭を主体とする両分極
性電極中に充分含浸させるとともに、ポリプロピレン繊
維不織布からなるセパレータ紙を両分極性電極の間に配
置してステンレス製のコイン型容器中にかしめ封口し、
直径18.4mm、厚さ2.0mmのコイン型電気二重
層コンデンサを得た。
て、その初期の静電容量(単位:F)と内部抵抗(単
位:Ω)を測定した。次いで各コンデンサを70℃の恒
温槽中に入れて3.0Vの電圧を印加し、1000時間
経過後の静電容量(単位:F)および内部抵抗(単位:
Ω)を測定した。前後の性能変化の程度を比べる方法で
高電圧印加条件下におけるコンデンサの長期的な作動信
頼性を加速的に評価した。得られた各電気二重層コンデ
ンサの評価結果を表1にまとめて示す。
重層コンデンサは耐電圧が高く、3.0Vという高電圧
を1000時間印加した後の特性の劣化が少なく、かつ
静電容量が大きい。したがって、本発明によれば、信頼
性が高く、エネルギー密度の大きい電気二重層コンデン
サを提供できる。
Claims (5)
- 【請求項1】分極性電極と、該分極性電極の表面に電気
二重層を形成する電解液とを有する電気二重層コンデン
サにおいて、該分極性電極が、フェノール樹脂、フラン
樹脂及びポリアクリロニトリル樹脂から選ばれる一種以
上の樹脂を原料とする炭素材を溶融状態の水酸化カリウ
ムを用いる賦活処理法で賦活してなる活性炭を主体とす
るものであり、該電解液が有機溶媒系電解液であること
を特徴とする電気二重層コンデンサ。 - 【請求項2】前記有機溶媒系電解液が第4級アンモニウ
ム塩又は第4級ホスホニウム塩を電解質として含むもの
である請求項1に記載の電気二重層コンデンサ。 - 【請求項3】前記活性炭の比表面積が1500〜250
0m2 /gである請求項1又は2に記載の電気二重層コ
ンデンサ。 - 【請求項4】フェノール樹脂、フラン樹脂及びポリアク
リロニトリル樹脂から選ばれる一種以上の樹脂を炭化し
て炭素材とし、該炭素材に水酸化カリウムを加えた混合
物を600〜1000℃に加熱することによって該炭素
材を溶融状態の水酸化カリウムの存在下で活性炭とし、
該活性炭の粉末に結合材と導電材を加えた混合物を集電
体に固定して分極性電極とすることを特徴とする電気二
重層コンデンサ用分極性電極の製造方法。 - 【請求項5】水酸化カリウム/炭素材の重量比が2〜6
となるように前記炭素材に水酸化カリウムを加えて混合
する請求項4に記載の電気二重層コンデンサ用分極性電
極の製造方法。
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JP22343795A JP4128233B2 (ja) | 1994-10-06 | 1995-08-31 | 電気二重層コンデンサの製造方法 |
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- 1995-08-31 JP JP22343795A patent/JP4128233B2/ja not_active Expired - Fee Related
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