JPS60196924A - 電気二重層キヤパシタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は充電可能な電源用として有用な電気　゛二重
層キャパシタに関する。

〔背景技術〕

電気二重層キャパシタは、対向する二つの集電板間にセ
パレータで隔離された一対の電極を配設しその周縁部外
方に絶縁リングを設けてなるユニ゛ットを２個積層して
ブロックとし、このブロックを正極缶と負極缶との間に
封入した簡単な構成か　゛らなっており、上記ブロック
のユニット数は３個以上の場合もあり、逆にこのブロッ
クとする代ねりに１個のユニットだけを用いる場合もあ
る。

この種のキャパシタは、これを負極缶側を負極に正極缶
側を正極に充電すると各ユニットの負極缶例の電極が負
に帯電し正極缶側の電極が正に帯電するとともにこの帯
電が１ケ月ないしそれ以上持続して電源としての性能を
発揮し、放電完了後は再び充電することにより上記同様
の性能を発揮する。このことから、近年長時間にわたっ
て使用可能な構成的に簡単な電源として時計やその他各
種の用途に広く応用されつつある。

そして、上記キャパシタのユニットの製造は、一般に絶
縁リングを負極借倒の上リングと正極缶側の下リングと
で構成して両リングに集電板を接着接合してなるいわ・
ゆるグロメットを形成し、両グロメットの凹所に電極を
内填したのち両者間にセパレータを介在させて接着接合
させるという方法を採用している。

ところで、上記電極の内填は、電極構成材である粉末活
性炭と電解質溶液とからなる混合物をグロメットの凹所
における集電板の内壁に塗布する方法か、あるいは特公
昭５５−４１０１５号公報にみられるように予め上記混
合物を上記凹所に対応する所定の形状、大きさの金型を
用いて加圧成形しておき、これを上記凹所に装入すると
いう方法などがとられていた。

しかるに、これらの方法はいずれも前記混合物からなる
成形材料を一般に少量用いてしかも１個づつ電極を形成
しなければならないため、ユニットひいてはキャパシタ
の生産性に劣るという問題があった。しかも、取り扱う
べき粉末活性炭の量が少ないためその充填密度にばらつ
きを生じやすく、また従来用いられている粉末活性炭は
比表面積が１，０００〜１，５００イ／ｇと比較的小さ
いために反応面積が不足し、結果としてキャパシタの静
電容量の向上および安定化を図りにくいという問題があ
った。

また、上記従来の加圧成形方法で得られる電極は、粉末
活性炭と電解質溶液とからなるため、強度的にかなり弱
いという欠点があり、このため取り扱い中に割れや欠け
を生じて静電容量にばらつきを生じさせたり、また取り
扱いにかなりの注意を要することからこれがキャパシタ
の生産性を低下させる一因ともなっていた。

一方、活性炭繊維クロスで電極を構成することが提案さ
れている。活性炭繊維クロスは反応面積につながる比表
面積が２，０００〜２，５００ａｒ／ｇと大きいため、
単位重量当りの静電容量の増大が期待でき、しかも取り
扱い易く、加工性に優れ、さらに強度性も有しているこ
とがその理由である。

しかし、上記活性炭繊維クロスは、布を炭化・賦活して
いるものであるから、空隙率が大きく、電極中の活性炭
充填量を増大させることができず、結果的に上記静電容
量の向上を図りにくい。

〔発明の目的〕

この発明は、上記問題点を解消すること、つまり生産性
にすぐれているとともに静電容量が大きくしかもそのば
らつきの少ない電気二重層キャパシタを提供することに
ある。

〔発明の概要〕

この発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討し
た結果、ユニット製造用の電極として、上記活性炭繊維
クロスと粉末活性炭とを組み合せ使用することにより、
前記問題点を悉く解消できることを知り、この発明をな
すに至った。すなわち、この発明の要旨は、活性炭繊維
クロスに粉末活性炭を担持させて上記電極を成形するこ
とにある。

以下、この発明を図面を参考にして説明する。

第１図は、この発明に係る電気二重層キャパシタの一例
を示したもので、ｌはユニット２を２偏積層してなるブ
ロック、３および４は上記ブロック１を装填したステン
レス製などの正極缶および負極缶であり、上記正極缶３
の開口部をポリプロピレン製などのガスケット５を介し
て負極缶４側に屈曲し封口することにより、上記ブロッ
ク１を両缶３．４内に封入した構造となつ”ζいる。

上記ユニット２は、第２図に示すように、ポリプロピレ
ンの如き合成樹脂に少量のゴム質ポリマーとともにカー
ボンの如き導電物質を添加してフィルム成形された二つ
の集電板２１，２１と、この集電板２１，２１間の中央
部に配設された微孔性ポリプロピレンフィルムの如きセ
パレータ２２と、上記集電板２１．２１間に配設されか
つ上記セパレータ２２によって互いに隔離された一対の
電極２３．２３と、この電極２３．２３の周縁部外方に
設けられたポリプロピレンやエチレン−プロピレンゴム
などの合成樹脂製の上下リング２４Ａ、２４Ｂからなる
絶縁リング２４とで、構成されている。

上記構成のユニット２は、上記集電板２１，２１に対し
てそれぞれ上記の上リング２４Ａおよび下リング２４Ｂ
を超音波融着させるかあるいは適宜の接着剤を用いて接
着接合した二つのグロメット２５．２５をつくり、両グ
ロメット、２５．２５をそれぞれの凹所に上記電極２３
．２３を内填したのち両者間にセパレータ２２を介在さ
せて上記同様の手段で融着ないし接着接合させることに
より、製造される。

上記電極２３はつぎのように作製される。すなわち、フ
ェノール系樹脂からなる布または繊維集合体（不織布）
を炭化・賦活した比表面積が２，０００〜２，５００ｒ
ｒｒ／ｇと大きい活性炭繊維クロスに、粉末活性炭と硫
酸水溶液のような電解質溶液の混合物を含浸塗布し、こ
れを加圧して一定の厚めに調整したシート成形体から打
抜成形されたものである。

上記活性炭繊維クロスを用いているため、比表面積が大
きく、しかもこのクロスに前記方法で粉末活性炭を担持
させているため、クロスのポーラスな部分がうめられて
電極中の活性炭充填率を高めることができる。このとき
の電極成形作業もクロスを基盤にしたものを扱うため、
やり易く、また電極としての強度も良好に保たれる。な
お、活性炭繊維クロスとしては上記フェノール樹脂系の
ものに限定されず、従来公知のものを広く適用できる。

この活性炭繊維クロスの目付量（密度）としては、一般
に８０〜２５０　ｇ／ｒｒｒ程度である。

上記粉末活性炭は従来用いられ′ζいる比表面積が１，
０００〜１，５００ポ／ｇ程度の粒状の活性炭のほか、
活性炭繊維クロスや不織布などの活性炭繊維の粉砕物を
用いることができる。後者の繊維粉砕物はその比表面積
が粉砕前のものと変らない２．０００〜２，５００ｒｒ
ｆ／ｇと大きいため静電容量の向上に一層寄与させるこ
とができる。これら粉末活性炭の平均粒子径としては通
常１０〜３５ｔｔｔｎ程度である。

上記粉末活性炭と硫酸水溶液との混合物の含浸量として
は、粉末活性炭量が活性炭繊維クロスの１■重量あたり
通常０．１〜０．４■の重量となるようにすればよい。

ところで、上記粉末活性炭と電解質溶液との混合物を活
性炭繊維クロスに含浸塗布する場合、電解質としての硫
酸が加圧時の金型や打抜成形ポンチをいためるおそれが
ある。そこで、この硫酸の水溶液つまり電解質溶液の代
わりに電解質を含まない水だけを使用し、これと粉末活
性炭との混合物を活性炭繊維クロスに含浸塗布したのち
加圧してシーＥ状成形体をつくり、これを打抜成形して
ユニットを組み立てる際に電解質溶液としての硫酸水溶
液を含浸させるのがよい。

上記混合物は、粉末活性炭と水とをスラリーとしたもの
のほかに、粉末活性炭と水溶性バインダと水とをスラリ
ーとしたものも粉末活性炭が活性炭繊維クロスに付着し
やすくなって成形性が向上するうえから有効である。上
記水溶性バインダとしては、ポリビニルアルコール、ポ
リエチレン第４−サイドおよびポリアクリｌし酸塩など
がある。

なお、含浸塗布時に上記水または水と水溶性バインダと
を使用し打抜成形後に電解質溶液を含浸させる場合、前
記シート加圧前に含浸物中の水分を一部もしくは全部加
熱揮散させておけばよい。

一方、粉末活性炭と硫酸水溶液とをスラリーとしたもの
においては、このような水分揮散は通常行わず、またこ
のスラリーが上記繊維クロスに付着し易い性状であるか
ら上記した如き水溶性バインダを使用する必要は特にな
い。

なおまた、上記説明では、電解質溶液へして硫酸水溶液
を用いているが、これに限定されず、有機系の電解質溶
液など各種の電解質溶液を使用できるものであることは
いうまでもない。また、上記説明では、活性炭繊維クロ
スに粉末活性炭を担持させる方法として、粉末活性炭と
少なくとも水を含む混合物を使用してこれを上記クロス
に含浸後シート成形する方法について記述しているが、
担持させる手段は特に上述のものに限定されるものでは
ない。

〔発明の効果〕

上記説明にて明らかなように、この発明においては、活
性炭繊維クロスに粉末活性炭を担持させて電極を成形す
るようにしているから、上記クロスの取扱性や加工性の
良い利点が生かされ、ユニットひいてはキャパシタの生
産性を大幅に向上させることができるうえ、電極を１個
づつ成形していた従来のものに比し静電容量のばらつき
も抑制することができ、しかも上記クロスの比表面積が
大きいことが生かされるとともに該繊維クロスのポーラ
スな部分が粉末活性炭によりうめられ、電極中の活性炭
全体の充填密度が上がり、したがつ゛Ｃ１静電容量を大
きく増大させることができる。

〔実施例〕

つぎに、この発明の実施例を記載してより具体的に説明
する。

フェノール系樹脂を炭化・賦活した目付量１１０ｇ／ｒ
ｄ、比表面積２，０００〜２，５００ｒｄ／ｇの活性炭
繊維クロスに、上記同様の比表面積を有する活性炭繊維
を粉砕してつくった平均粒子径２９ｐｔｎの粉末活性炭
１重量部と水３重量部との混合物を、上記クロス１ｍｇ
あたり粉末活性炭量が０．２ｎ＋ｇとなるように、含浸
塗布し、水分を加熱乾燥して揮散させたのち、加圧して
０．４鰭厚のシート状成形体を得た。その後上記シート
状成形体を直径７゜５１−に打抜成形した。

つぎに、直径１０．ｏＩＩｌｌ、厚みＱ、　ｌ　ｍｍの
ポリプロピレンと少量のゴム質ポリマーとカーボンとか
らなる二つの集電板に、それぞれ外径１０，０龍、内径
７．８鴎、厚み０．３　ａｍのポリプロピレン類の上下
リングを超音波融着させた一対のグロメットを用意し、
両グロメットの凹所に上記の打抜成形品を装入しこれに
電解液として３０重景気の硫酸水溶液をそれぞれ６ｐｌ
注入して電極を構成した。しかるのち、両グロメットを
雨間にセパレータとして直径８．５龍、厚み０．０２５
龍のポリプロピレン倣孔性フィルムを介在させて超音波
融着させることにより、ユニットを製造した。

このユニットを２個積層してブロックとし、これを内径
１０．６鶴のステンレス製の負極缶に装填し、負極缶の
開口部にポリプロピレン製ガスケットを介して内径１１
．１　顛のステンレス製の正極缶を嵌合するとともに、
正極缶の開口部を内方に屈曲して封口することにより、
第１図に示される如き総高が２．０■負のこの発明に係
る電気二重層キャパシタを作製した。

このキャパシタの静電容量を調べた結果および前記ユニ
ット製造後の電極中の活性炭（クロスと粉末との合計量
）の充填重量を調べた結果は、下記の表に示される通り
であった。なお、表中の比較例品とは、前記同様の活性
炭繊維クロスのみから電極を成形し、この電極を用いて
前記実施例と同様にして作製した従来のキャパシタの上
記同様の試験結果である。

以上のように、この発明の方法によれば、活性炭繊維ク
ロスを用いたごとによって電極成形上の生産性を大幅に
向上できることはもちろんのこと、上記クロスに粉末活
性炭を担持させたことにより、上記試験結果からも明ら
かなように、電極中の活性炭（クロスと粉末活性炭との
合計量）の充填密度が高くなり、しかも上記クロスの比
表面積が大きいことにより、静電容量のより大きな電気
二重層キャパシタを提供できるものであることがわかる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の電気二重層キャパシタの一例を示す
半部断面図、第２図は上記キャパシタのユニットの構成
を示す断面図である。　□２・・・ユニット、３・・・
正極缶、４・・・負極缶、２１．２１・・・集電板、２
２・・・セパレータ、２３，２３・・・電極、２４・・
・絶縁リング 特許出願人　日立マクセル株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）対向する二つの集電板間にセパレータで隔離され
   た一対の電極を配設しその周縁部外方に絶縁リングを設
   けてなるユニットを正負両極缶内に少なくとも１個封入
   した電気二重層キャパシタにおいて、活性炭繊維クロス
   に粉末活性炭を担持させて上記電極を成形したことを特
   徴とする電気二重層キャパシタ。
2. （２）活性炭繊維クロスに粉末活性炭と少なくとも水と
   を含む混合物を含浸塗布して加圧したシート状成形体か
   ら電極を成形してなる特許請求の範囲第（１１項記載の
   電気二重層キャパシタ。
3. （３）粉末活性炭が活性炭繊維の粉砕物である特許請求
   の範囲第（１１項または第（２）項記載の電気二重層キ
   ャパシタ。