JP2002270470A

JP2002270470A - 電気二重層キャパシタ

Info

Publication number: JP2002270470A
Application number: JP2001066483A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tajiri; 博幸田尻; Hisashi Satake; 久史佐竹; Shizukuni Yada; 静邦矢田
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2001-03-09
Filing date: 2001-03-09
Publication date: 2002-09-20

Abstract

(57)【要約】【課題】高容量で内部抵抗の低い高出力の電気二重層キ
ャパシタを提供すること。【解決手段】アルミニウム箔集電体の少なくとも片面
に、活性炭、バインダー及び導電材の混合物からなる電
極層が形成されてなる二個の電極体である正極及び負
極、並びに該正極と該負極との間に配置されたセパレー
ターを備え、且つ、該正極、負極及びセパレーターに電
解液を含浸させてなる電気二重層キャパシタにおいて、
前記アルミニウム箔集電体の厚さが１０〜５０μｍであ
り、前記電極層の厚さが８０〜５００μｍであり、前記
セパレーターの厚さが２５〜１００μｍであり、且つ前
記電極層と前記アルミニウム箔集電体の間に厚さ０．２
〜２０μｍの導電層を有することを特徴とする電気二重
層キャパシタ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、正極と負極との間
にセパレーターを配置し、電解液を含浸させてなる電気
二重層キャパシタに関し、特に高容量、低内部抵抗用途
に適する電気二重層キャパシタに関する。

【０００２】

【従来の技術】電気二重層キャパシタは、分極性電極と
電解液との界面に形成される電気二重層に電荷を蓄積す
ることを原理としており、電池に比して、より大電流で
急速充放電ができることからエネルギー分野への応用が
近年活発に検討されている。

【０００３】かかる電気二重層キャパシタにおいて、大
容量の充放電を可能にするために、内部抵抗（放電時の
ＩＲドロップから計算した値）の低減や、高容量化の試
みが、種々なされている。

【０００４】例えば、特開平７−３３５５０２号公報に
は、電極にグラファイト状積層構造を有する活性炭を用
いることにより、内部抵抗を低減させることが記載され
ているが、活性炭のみの検討しかなされていない。

【０００５】特開平１０−４１１９９号公報には、平均
粒径が３０μｍ以下で比表面積が１５００ｍ²／ｇ〜３
０００ｍ²／ｇの炭素材料を使用すると、電気二重層キ
ャパシタの容量が大きく、かつ、内部抵抗が低くなるこ
とが記載されているが、電極の体積当たりの容量につい
ては具体的に記載されていない。

【０００６】特開平９−２７５０４１号公報には、活性
炭、比表面積が１０００ｍ²／ｇ以上のカーボンブラッ
ク、及びバインダーからなる電極を用いた高容量、高出
力、及び高エネルギー密度の電気二重層キャパシタが開
示されている。該実施例においては、比表面積が２２０
０ｍ²／ｇで平均粒径が５μｍの活性炭、比表面積が１
５００ｍ²／ｇのカーボンブラック、及びポリテトラフ
ルオロエチレンからなる電極を用いて、２．８４Ｆの容
量を有する電気二重層キャパシタが得られているが、電
極の体積当たりの容量は、約１９．３Ｆ／ｃｍ³であ
り、充分な電極の体積当たりの容量が得られていない。

【０００７】特開平１０−７００４９号公報には、比表
面積が１５００ｍ²／ｇ〜３０００ｍ²／ｇで充填密度が
０．２ｇ／ｃｍ³〜１．５ｇ／ｃｍ³の活性炭を電極に用
いた高容量の電気二重層キャパシタが開示され、０．６
０Ｆの容量を有する電気二重層キャパシタが得られてい
るが、電極の体積当たりの容量は、約１８．８Ｆ／ｃｍ
³であり、充分な電極の体積当たりの容量が得られてい
ない。

【０００８】特開平９−６３９０７号公報には、比表面
積が１０００ｍ²／ｇ〜１５００ｍ²／ｇで平均粒径が６
μｍ〜１０μｍの椰子殻活性炭を電極に用いると共に、
非水系電解液を用いた高容量の電気二重層キャパシタが
開示されているが、電極の体積当たりの容量は、１５．
０Ｆ／ｃｍ³であり、充分な電極の体積当たりの容量が
得られていない。

【０００９】特開平９−３２０９０６号公報には、黒鉛
構造部分と乱層構造部分とを有する活性炭を電極に用い
た電気二重層キャパシタが開示されている。該実施例に
おいては、該活性炭を粉砕後に３００メッシュ（約５０
μｍ）の篩で分級した粉末を用いた電気二重層キャパシ
タにおいて、２０Ｆ／ｃｍ³を越える容量が得られてい
る。しかしながら、重量当たりの容量が最大で３７．８
Ｆ／ｇであり、電極密度が０．７９３ｇ／ｃｍ³と高す
ぎるため、充分な保液が得られず、キャパシタの特質で
ある高出力及び高信頼性に関して不満足な点を残してい
る。

【００１０】特開平８−１４８３８８号公報にも、電極
密度が０．９ｇ／ｃｍ³で電極の体積当たりの容量が２
６．７Ｆ／ｃｍ³の電気二重層キャパシタが得られてい
るが、上記と同様の理由で好ましくない。

【００１１】特開平４−２６３０４号公報には、比表面
積が２０００ｍ²／ｇで平均粒径が２μｍの活性炭を電
極に用いると共に、非水系電解液を電解液に用いた電気
二重層キャパシタが開示されているが、電極の体積当た
りの容量については具体的に記載されていない。

【００１２】特開平１−１０２９１４号公報には、比表
面積が１１００ｍ²／ｇ〜１５００ｍ²／ｇで平均粒径が
１．５μｍ〜４μｍの活性炭を電極に用いると共に、硫
酸を電解液に用いた電気二重層キャパシタが開示されて
いるが、電解液に硫酸を用いているため、基本セルの耐
圧が低く、例えば、５．５Ｖ時で１．８Ｆ／ｃｍ³、
２．７５Ｖ時で７．４Ｆ／ｃｍ³であり、充分な電極の
体積当たりの容量も得られていない。

【００１３】特開昭６３−２４４８３９号公報には、比
表面積が２０００ｍ²／ｇで粒子径が１μｍの活性炭、
比表面積が１５００ｍ²／ｇで粒子径が１６μｍのカー
ボンブラック、及びポリテトラフルオロエチレンからな
る電極を用いた容量１．９Ｆの電気二重層キャパシタが
開示されているが、電極の体積当たりの容量は、約１４
Ｆ／ｃｍ³であり、充分な電極の体積当たりの容量は得
られていない。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高容
量で内部抵抗の低い高出力の電気二重層キャパシタを提
供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
達成すべく鋭意研究した結果、電気二重層キャパシタに
おいて、活性炭を用いた電極層とアルミニウム箔集電体
の間に導電層を設け、且つ電極層、集電体、導電層及び
セパレーターのそれぞれの厚さを特定範囲とすることに
よって、高容量で内部抵抗の低い高出力の電気二重層キ
ャパシタが得られることを見出した。

【００１６】また、活性炭として特定の物性のものを組
み合わせること、セパレーターとして特定の材質、物性
のものを組み合わせることによって、更に、高容量で内
部抵抗の低い高出力の電気二重層キャパシタが得られる
ことを見出した。

【００１７】本発明は、これらの新たな知見に基づい
て、完成されたものである。

【００１８】即ち、本発明は、以下に示す、電気二重層
キャパシタを提供するものである。

【００１９】１．アルミニウム箔集電体の少なくとも片
面に、活性炭、バインダー及び導電材の混合物からなる
電極層が形成されてなる二個の電極体である正極及び負
極、並びに該正極と該負極との間に配置されたセパレー
ターを備え、且つ、該正極、負極及びセパレーターに電
解液を含浸させてなる電気二重層キャパシタにおいて、
前記アルミニウム箔集電体の厚さが１０〜５０μｍであ
り、前記電極層の厚さが８０〜５００μｍであり、前記
セパレーターの厚さが２５〜１００μｍであり、且つ前
記電極層と前記アルミニウム箔集電体の間に厚さ０．２
〜２０μｍの導電層を有することを特徴とする電気二重
層キャパシタ。

【００２０】２．前記導電層が、導電材として黒鉛粉末
及びバインダーとしてポリアミドイミド樹脂を含有する
導電性塗料からなる上記項１に記載の電気二重層キャパ
シタ。

【００２１】３．前記活性炭が、ＢＥＴ法による比表面
積が１３００ｍ²／ｇ以上２２００ｍ²／ｇ以下、粉体充
填密度が０．４５ｇ／ｃｍ³以上０．７０ｇ／ｃｍ³以
下、且つ平均粒子径が１μｍ以上７μｍ以下のものであ
る上記項１又は２に記載の電気二重層キャパシタ。

【００２２】４．前記活性炭が、体積基準の累積分布の
９０％粒子径が６μｍ以上２２μｍ以下、且つ体積基準
の累積分布の１０％粒子径が０．１μｍ以上２μｍ以下
のものである上記項１〜３のいずれかに記載の電気二重
層キャパシタ。

【００２３】５．前記セパレーターが、再生セルロース
繊維を叩解してなる繊維を１０重量％以上含んで抄造さ
れる紙であって、その厚みが２５〜１００μｍ、その嵩
密度が０．４０〜０．６０ｇ／ｃｍ³、且つその引張り
強さが２．０ｋｇ／１５ｍｍ以上である上記項１〜４の
いずれかに記載の電気二重層キャパシタ。

【００２４】６．前記電解液が、非水系電解液である上
記項１〜５のいずれかに記載の電気二重層キャパシタ。

【００２５】７．充電電圧が１．８Ｖ以上３．３Ｖ以下
である上記項１〜６のいずれかに記載の電気二重層キャ
パシタ。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態の電
気二重層キャパシタについて図面を参照しながら説明す
る。図１は本発明の一実施形態の円筒型電気二重層キャ
パシタ構成を示す概略図であり、図２は図１に示す電極
巻回ユニットの斜視図であり、図３の（ａ）は図２に示
す電極巻回ユニットを構成する電極の平面図であり、図
３の（ｂ）は該電極巻回ユニットを展開した状態を示す
側面図である。

【００２７】図１に示すように、円筒型電気二重層キャ
パシタは、電極巻回ユニット２０、絶縁ガスケット２
１、キャップ２２、破裂板２３、外装缶２４を備える。
図３の（ａ）に示すように、アルミニウム箔集電体２の
両面に電極層１が形成されるとともに片面に電流を外部
に取り出すためのタブ３が電気的に接続されて電極体が
作成され、図３の（ｂ）に示すように、該集電体と電極
層との間に導電層４が設けられており、一対の電極体が
セパレーター５を介して積層され、図２に示すように、
該積層体が巻回されて電極巻回ユニット２０が作製され
る。ここで、図２の（ｂ）における一対の電極体の内、
通常、やや長いセパレーター５が接触している電極体を
正極とし、他の電極体を負極とする。作製された電極巻
回ユニット２０は、セパレーター５及び電極層１に電解
液が含浸された後、外装缶２４に収納され、各電極のタ
ブ３の一方が溶接等により安全弁として機能する破裂板
２３（又はキャップと一体にされた破裂板）に接続さ
れ、他方のタブ３が溶接等により外装缶２４の底部に電
気的に接続される。なお、電極巻回ユニット２０は、外
装缶２４に収納し、タブ３を溶接した後、電解液を注液
して含浸させてもよい。

【００２８】上記外装缶２４としては、例えば、アルミ
ニウム、ステンレス、ニッケル等の材質の金属ケース、
ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケト
ン、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等の材質のプラスチ
ックケース等を好適に使用できる。

【００２９】本発明の電気二重層キャパシタの形状とし
ては、円筒型に特に限定されるものではなく、フィルム
型、コイン型、箱形等種々の形状とすることができる。

【００３０】本発明の電気二重層キャパシタの特徴であ
る高容量、低内部抵抗である特性を実現するためには、
電極層１（両面電極の場合は両側の電極層合計）の厚さ
は、８０〜５００μｍであることが必要である。８０μ
ｍ未満では電極体全体に占める電極層割合が小さいた
め、高容量の電気二重層キャパシタが得られない。一
方、５００μｍを超えると電極層内の抵抗のため内部抵
抗が高くなる。電極層の厚さは、好ましくは１００〜４
００μｍであり、特に１０Ｗｈ／ｌ程度の高エネルギー
密度を得るためには１２０〜３００μｍであることが必
要である。

【００３１】また、アルミニウム箔集電体２の厚さは１
０〜５０μｍであることが必要である。１０μｍ未満で
あると電極体製造時にアルミニウム箔集電体の強度不足
による電極の破損などが生じやすい。一方、５０μｍを
超えると電極体全体に占めるアルミニウム箔集電体の割
合が大きくなるため高容量の電気二重層キャパシタは得
られない。集電体の厚さは、好ましくは２０〜３０μｍ
である。

【００３２】セパレーター５の厚さは２５〜１００μｍ
であることが必要である。２５μｍ未満であると自己放
電特性が悪くなる。一方、１００μｍを超えると高容量
の電気二重層キャパシタが得られない。

【００３３】また、電極体である電極層１とアルミニウ
ム箔集電体２との間に設ける導電層４の厚さは、０．２
〜２０μｍであることが必要である。０．２μｍ未満で
は電極体とアルミニウム箔集電体の密着が不十分であ
り、一方２０μｍを超えると電極体に占める導電層割合
が増えるため高容量の電気二重層キャパシタを得ること
ができない。導電層の厚さは、好ましくは０．５〜１０
μｍである。

【００３４】本発明のキャパシタにおいては、電極層１
の厚さを上記のような最適な厚さにすること、アルミニ
ウム箔集電体２の厚さを上記のような最適な厚さにする
こと、セパレーター５の厚さを上記のような最適な厚さ
にすること、導電層４を設け、上記の最適な厚さにする
ことにより、比較的容易に電気二重層キャパシタの高容
量化及び内部抵抗の低減を達成することができる。

【００３５】さらに、本発明のキャパシタにおいては、
導電層４として特定のものを用いること、電極層１で用
いる活性炭として特定のものを用いること、セパレータ
ー５として特定のものを用いること等により、更に容易
に、電気二重層キャパシタの高容量化及び内部抵抗の低
減を達成することができる。

【００３６】図３の（ｂ）に示されるように、厚さ０．
５〜２０μｍ程度の導電層４は、アルミニウム箔集電体
２の表面に、あらかじめ設けられる。導電層としては、
黒鉛粉末、カーボンブラック、金属粉等の導電材と、ポ
リアミドイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等
のバインダーとを含む導電性塗料であるのが好ましい。
特に、電気抵抗の小さい炭素系導電性塗料、例えば、導
電材として黒鉛粉末及びバインダーとしてポリアミドイ
ミド樹脂を含有する導電性塗料であるのが、より好まし
い。バインダーの含有量は、特に限定されず、適宜決定
される。本発明キャパシタにおいては、この導電層を設
けたことにより、電極層１と集電体２の間の接触抵抗を
効果的に低減できる。

【００３７】図３の（ｂ）に示されるように、電極層１
は、集電体２の表面に設けられた導電層４上に形成さ
れ、活性炭、バインダー及び導電材の混合物を成形した
ものであり、必要に応じて成形助剤等を添加してもよ
い。電極層１の成形法としては、ロール成形、プレス成
形、上記混合物を溶媒に分散させたスラリーを導電層４
上に塗布する塗布法等の、電池用電極又は電気二重層キ
ャパシタ電極に対して提案されている種々の方法を用い
ることができる。なお、導電材を電極層１中に含ませる
場合、導電材としては、アセチレンブラック、カーボン
ブラック、黒鉛等の炭素質物質、金属粉等を用いること
ができる。

【００３８】電極層１に含まれる活性炭のＢＥＴ法によ
る比表面積は、１３００ｍ²／ｇ以上２２００ｍ²／ｇ以
下であり、好ましくは１４００ｍ²／ｇ以上２０００ｍ²
／ｇ以下である。比表面積が１３００ｍ²／ｇ未満の場
合、充填密度は向上するが、重量当たりの容量が低下し
たり、又は保液量が低下して、充分な出力特性が得られ
ないので好ましくない。一方、比表面積が２２００ｍ²
／ｇを越える場合、充填密度が低下して充分な容量が得
られないので好ましくない。

【００３９】また、活性炭の充填性は、粒子の形状、粒
度分布、表面状態等に依存する。この充填性を評価する
方法として、タップ密度又は粉体充填密度等が挙げられ
る。本発明者は、このうち粉体充填密度が電極密度と高
い相関があることを見いだした。すなわち、電極層１に
含まれる活性炭の粉体充填密度は、０．４５ｇ／ｃｍ ³
以上０．７０ｇ／ｃｍ³以下であり、好ましくは０．４
５ｇ／ｃｍ³以上０．６５ｇ／ｃｍ³以下である。粉体充
填密度が０．４５ｇ／ｃｍ³未満の場合、電極密度が低
下し、充分な容量が得られないので好ましくない。一
方、粉体充填密度が０．７０ｇ／ｃｍ³を越える場合、
粉体充填密度は向上するが、重量当たりの容量が低下し
たり、又は保液量が低下して、充分な出力特性が得られ
ないので好ましくない。

【００４０】また、電極層１に含まれる活性炭の平均粒
子径は、１μｍ以上７μｍ以下であり、好ましくは１μ
ｍ以上５μｍ以下である。平均粒子径が１μｍ未満の場
合、粉体の二次凝集などが激しくなり、電極成形時に問
題が生じるので好ましくない。一方、平均粒子径が７μ
ｍを越える場合、電極密度が低下して充分な容量が得ら
れないので好ましくない。さらに、上記の平均粒子径の
条件に加え、活性炭の体積基準累積分布の９０％粒子径
が６μｍ以上２２μｍ以下であり、かつ、体積基準の累
積分布の１０％粒子径が０．１μｍ以上２μｍ以下であ
ることがより好ましく、活性炭体積基準の累積分布の９
０％粒子径が６μｍ以上２０μｍ以下であり、かつ、体
積基準の累積分布の１０％粒子径が０．１μｍ以上２μ
ｍ以下であることがさらに好ましい。この場合、活性炭
の粒子径が比較的幅広い分布を有し、また、０．１μｍ
未満の微粉及び２２μｍを越える大粒子が少ない活性炭
により、より高い体積当たりの容量を実現することがで
きる。

【００４１】前記の各条件を満たす活性炭は、通常、単
位重量当たりの容量が約４０Ｆ／ｇ以上であり、又これ
を用いて得られる電極の単位体積当たりの容量が約２０
Ｆ／ｃｍ³以上であるという、充分に高い容量を有して
いる。

【００４２】電極層１に含まれる活性炭の製造方法は、
特に限定されず、一般的な製造法として、例えば、真田
雄三ら著「新版活性炭基礎と応用」に記載されてい
る方法を用いることができる。従って、本実施の形態の
電気二重層キャパシタは、活性炭が上記の条件を満たす
ように加工する以外は、一般的な電気二重層キャパシタ
の製造方法を用いることができるので、容易に製造する
ことができる。また、一般に、活性炭は、１０μｍ以上
の粉体又は繊維等の形態に製造されるため、ボールミ
ル、ジェットミル等の粉砕装置及び分級装置を用いて上
記条件を満たす活性炭を得ることが簡便で好ましいが、
原料、賦活法、一次的に合成される活性炭の形状等を調
整することにより上記の条件を満たす活性炭を得てもよ
い。

【００４３】電極層１に用いられるバインダーとして
は、公知のものが使用可能であるが、例えば、ポリテト
ラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素
樹脂、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリ
ドン、ポリビニルアルコール、ＳＢＲゴム、アクリル樹
脂等が挙げられ、これらのうちの一種又は複数種を用い
ることができる。バインダーの添加量は、特に限定され
ず、活性炭の粒度、粒度分布、粒子形状、目的とする電
極密度等により適宜決定されるが、活性炭に対し３重量
％〜２０重量％が一般的である。

【００４４】電極層１は、図３に示すように、導電層４
を介して、集電体２の両面に形成されているが、この例
に特に限定されず、集電体２の片面に形成してもよい。
集電体としては、アルミニウム箔を用いることにより、
正、負両極に用いることができ、高電気伝導度であり、
しかも軽量、安価である等の種々の利点が得られる。

【００４５】タブ３の材質としては、集電体と同様のア
ルミニウムを好適に使用できるが、これ以外に、ステン
レス、ニッケル等を用いることができ、材質決定にはタ
ブ上での電解液の分解や集電体の溶出が少なくなるよう
に適宜決定される。タブ３は、必要に応じて１枚の電極
あたり、複数本設けることができる。これは、特に、図
２に示すような巻回構造の大型円筒型キャパシタにおい
て、電極長が長く、集電体抵抗が比較的大きくなる場
合、有効であり、集電体の厚み、長さ及び幅等を考慮し
て、タブ３の本数を決定することができる。タブ３の間
隔は小さいほど望ましく、電極幅程度まで縮めることが
でき、そのとき、タブ３の本数は十数本になってもよ
い。タブ３の本数が多いと、集電体と破裂板２３若しく
は外装缶２４と間の接触抵抗を小さくすることができ
る。しかし、タブ３が多すぎると電極巻回ユニットから
タブ３を破裂板２３若しくは外装缶２４に接合するとき
の作業性が悪くなる。

【００４６】電極を形成する活性炭、バインダー及び導
電材の混合物である、活性炭分散溶液の具体的製造法の
一例として、バインダー樹脂としてポリフッ化ビニリデ
ンを使用し、集電体としてアルミニウム箔を使用する場
合の製造方法を以下に説明する。いうまでもなく、本発
明の電極の製造方法は、この製造方法に限定されるもの
ではない。

【００４７】まず、Ｎ−メチルピロリドンに活性炭及び
カーボンブラック等の導電材を均一に分散させて、スラ
リーを調製する。この際、必要に応じて、ポリビニルピ
ロリドンなどの成形助剤などを添加することも可能であ
る。次いで、得られたスラリーにN−メチルピロリドン
で溶解したポリフッ化ビニリデンを均一に分散させて、
スラリーを調製する。

【００４８】こうして得たスラリーをコーターを用い
て、導電層４上に塗布し、乾燥して、電極層１を、アル
ミニウム箔集電体上に、導電層４を介して形成させる。
両面電極を得るためには、片面塗布後、再度、裏面に塗
布、乾燥する、あるいは、両面同時に塗布、乾燥を行
う。次に、得られた電極体を、必要に応じてプレスし
て、厚さ５０μｍ〜５００μｍ程度の電極を得ることが
できる。タブ３は、例えば、集電体に集電体幅と同程度
若しくは３倍程度の距離で集電体長さ方向に溶接するこ
とにより、破裂板との接触抵抗を低減することができ
る。

【００４９】セパレーター５としては、ポリエチレン、
ポリプロピレン等のポリオレフィン系の微孔膜又は不織
布、一般に電解コンデンサ紙と呼ばれるパルプを主原料
とする多孔質膜等の公知のものを用いることができる。

【００５０】また、本発明の電気二重層キャパシタの特
徴である高容量化等を実現するためには、セパレーター
５として、再生セルロース繊維を叩解してなる繊維を１
０重量％以上含んで抄造される紙であって、その厚みが
２５〜１００μｍ、その嵩密度が０．４０〜０．６０ｇ
／ｃｍ³、且つその引張り強さが２．０ｋｇ／１５ｍｍ
以上である電気セパレーターを使用することが好まし
い。

【００５１】再生セルロース繊維を叩解してなる繊維
を、繊維重量に対して１０重量％以上含む抄造紙自体
は、公知であり、市販品もあるが、本発明者は、このよ
うな抄造紙であって、その厚み、嵩密度及び引張り強さ
が特定のものを、電気二重層キャパシタのセパレーター
として使用することによって、高容量化等が実現できる
ことを見出したものである。

【００５２】電解液、特に非水系電解液を使用する本発
明の電気二重層キャパシタにおいて、図３（ｂ）のセパ
レーター５で使用するセパレーター原料としては、耐熱
性、イオン透過性等の観点から、叩解可能な再生セルロ
ース繊維を叩解して使用する。叩解には、例えば、高重
合度の再生セルロース繊維や溶剤紡糸レーヨン等の通常
の抄紙工程に設置される叩解機を用いることができる。
叩解可能な再生セルロース繊維は、叩解処理することに
より均一にフィブリル化され、かつ柔軟性が増加する。
したがって、この繊維を１０重量％以上含んで抄造され
た紙からなるセパレーターは引っ張り強度に優れてい
る。再生セルロース繊維を叩解してなる繊維が１０重量
％未満であると、セパレーターの抵抗が高くなり、又セ
パレーターの強度が低下する。また、叩解処理されてフ
ィブリル化された繊維はフィブリルの断面がほぼ真円状
で、この繊維を１０重量％以上含んで抄造された紙から
なるセパレーターはイオンの流れを阻害することなく、
低抵抗で微細ショートが少ないという両特性を改善する
ことができる。

【００５３】また、この繊維を用いたセパレーターは、
その厚みが２５〜１００μｍで、嵩密度が０．４０〜
０．６０ｇ／ｃｍ³で、かつ引張り強さが２．０ｋｇ／
１５ｍｍ以上であることが必要である。厚みが２５μｍ
未満では電極間を充分に絶縁できない場合があり、一方
１００μｍを超えると電気二重層キャパシタの容量密度
を高くできない。厚みは、好ましくは４０〜９０μｍ、
さらに好ましくは６０〜９０μｍである。また、嵩密度
が０．４０ｇ／ｃｍ³未満であるとセパレーターの強度
が小さくなり、充分な自己放電特性が得られない。一
方、嵩密度が０．６０ｇ／ｃｍ³を超えるとイオン透過
性が不充分になり抵抗が高くなりやすい。嵩密度は、好
ましくは０．４３ｇ〜０．５５ｇ／ｃｍ³、さらに好ま
しくは０．４５〜０．５５ｇ／ｃｍ³がよい。引張り強
さが２．０ｋｇ／１５ｍｍ未満であると電極巻回時にタ
ブの個所よりセパレーターが損傷しやすい。引っ張り強
さは、好ましくは２．５ｋｇ／１５ｍｍ以上、さらに好
ましくは３．０ｋｇ／１５ｍｍ以上がよい。引っ張りの
上限は、特に限定されないが、通常、１５ｋｇ／１５ｍ
ｍ程度である。

【００５４】電極層１及びセパレーター５に用いられる
電解液としては、特に限定されないが、非水系電解液を
用いることが好ましく、単セル当たりの電圧が高い有機
電解液を用いることがより好ましい。有機電解液は非プ
ロトン性の有機溶媒に電解質を０．５ｍｏｌ／ｌ〜３．
０ｍｏｌ／ｌに溶解したものが好ましく、有機溶媒とし
ては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネー
ト、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、スル
ホラン、アセトニトリル等の公知のものが使用でき、こ
れらのうちの一種又は複数種を混合して使用してもよ
い。また、電解質としては、テトラエチルアンモニウム
テトラフルオロボレート、トリエチルメチルアンモニウ
ムテトラフルオロボレート、テトラエチルアンモニウム
ヘキサフルオロフォスフェート等の公知のものが使用で
き、これらのうちの一種又は複数種を混合して使用して
もよい。

【００５５】上記のように構成された電気二重層キャパ
シタの充電電圧は、上記有機電解液を用いた場合、１．
８Ｖ以上３．３Ｖ以下に設定することが好ましい。充電
電圧は、電気二重層キャパシタに用いる活性炭種、電解
液、使用温度、目的とする寿命により適宜決定される
が、１．８Ｖ未満の場合、利用可能な容量が減少するの
で好ましくなく、３．３Ｖを越える場合、電解液の分解
が激しくなるので好ましくない。

【００５６】かくして得られた電気二重層キャパシタは
高容量であり、低内部抵抗が必要とされている分野に好
適である。

【００５７】

【実施例】以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明を
より一層具体的に説明する。

【００５８】実施例１活性炭として、関西熱化学株式会社製の活性炭「ＭＳＣ
−２０」をボールミルで３０時間粉砕して得た活性炭粉
末を用いた。該活性炭の比表面積、粉体充填密度及び粒
度分布を下記方法で測定した。

【００５９】Ａ：比表面積ユアサアイオニクス社製比表面積測定装置「ＮＯＶＡ１
２００」を用いて、サンプル量１０ｍｇにて、ＢＥＴ法
により比表面積を測定した。

【００６０】Ｂ：粉体充填密度図４に示すように、下方に下蓋１２を固定した内径５ｍ
ｍのガラス管１１内に活性炭１００ｍｇを入れ、上蓋１
３により７０ｋｇ／ｃｍ²の圧力で粉体を圧縮した状態
で、活性炭の縦方向の長さＬ（ｃｍ）を用いて、粉体充
填密度ρを式ρ＝０．１／（０．２５×０．２５×３．
１４×Ｌ）により、求めた。

【００６１】Ｃ：粒度分布島津製作所製レーザー回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬ
Ｄ）を用いて測定した。活性炭粉末は、市販の中性洗剤
を少量添加した水中で超音波分散した後、測定し、平均
粒子径、体積基準の累積分布の１０％粒子径及び９０％
粒子径を得た。

【００６２】上記方法に従って、各項目を測定したとこ
ろ、該活性炭粉末の比表面積は１５８０ｍ²／ｇ、粉体
充填密度は０．６１ｇ／ｃｍ³、粒度分布については、
１０％粒子径が０．７μｍ、平均粒子径が３．０μｍ、
９０％粒子径が９．０μｍであった。

【００６３】該活性炭粉末を活物質として用い、導電材
としてカーボンブラックを用い、バインダーとしてポリ
フッ化ビニリデン（商品名：「ＫＦ＃９１３０」、呉羽
化学工業（株）製）をＮ−メチルピロリドンに溶解した
溶液を用い、活性炭分散溶液を作製した。なお、このと
きの配合比は活性炭：カーボンブラック：ポリフッ化ビ
ニリデン＝１００：７：１５（重量部）とした。

【００６４】活性炭分散溶液の作製は、次のように行っ
た。まず、カーボンブラックをN−メチルピロリドンに
攪拌機を用いて充分に分散させた。その後、同様に、活
性炭をN−メチルピロリドンに攪拌機を用いて充分に分
散させた後、最後にバインダーであるポリフッ化ビニリ
デン溶液を投入し、攪拌機で充分に分散させ、活性炭分
散溶液を得た。

【００６５】次に、厚さ２０μｍのアルミニウム箔集電
体の両面に、導電材である黒鉛粉末とバインダーである
ポリアミドイミド樹脂とを含有する導電性塗料（日本ア
チソン（株）製、商品名「ＪＥＦ−５１５」）を用い
て、片側厚さ各３μｍの導電層を形成した。この導電層
を形成したアルミニウム箔集電体にコーターを用いて上
記活性炭分散溶液を塗布した後、乾燥することにより、
アルミニウム箔の両面に導電層４を介して電極層１を形
成した。次に、ロールプレスを用いてプレスし、両側の
合計で厚さ２６０μｍの両面塗工電極を作製した。

【００６６】次に、得られた電極の電極塗布部を１ｃｍ
幅で１０箇所はがし、図３に示すようにアルミニウム製
タブ３（幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ）を電極幅の２倍
の距離でスポット溶接した。上記のようにして得られた
２枚の電極を乾燥後、ドライルーム中で、セパレーター
５を介して、図２に示すように巻回し、電極巻回ユニッ
トを作成した。このセパレーター５は、原料として叩解
可能な再生セルロース繊維を叩解してなる繊維を少なく
とも１０重量％使用した抄造紙であり、乾燥後の厚さ８
０μｍ、嵩密度０．４８ｇ／ｃｍ³、かつ引張り強さが
３．５ｋｇ／１５ｍｍのものを用いた。

【００６７】次に、図１に示すように、両極のタブ３を
束ねて、アルミニウム製破裂板２３とアルミニウム製ケ
ース２４の底部とに溶接した後、電解液を注液した。電
解液としては水分量２０ｐｐｍ以下の１Ｍ−(Ｃ₂Ｈ₅)₄
ＮＢＦ₄−プロピレンカーボネート溶液（富山薬品製）
を用いた。この電気二重層キャパシタの寸法は直径３５
ｍｍ、高さ１０２ｍｍ（９８．１ｃｍ³）である。

【００６８】得られた電気二重層キャパシタの最大電流
を５Ａに規制し、２．５Ｖで３０分間充電した後、１Ａ
の電流で、キャパシタ電圧が０Ｖになるまで放電した。
このサイクルを繰り返し、５サイクル目の２．０Ｖ〜
１．５Ｖ間の放電カーブの傾きから求めた容量は９６０
Ｆであり、該容量と二つの電極に含まれる活性炭の全重
量とから求めた活性炭の重量当たりの容量は、４１Ｆ／
ｇであり、該容量と二つの電極の全体積とから求めた電
極の体積当たりの容量は、２３Ｆ／ｃｍ³であった。ま
た、放電初期のＩＲドロップから計算した内部抵抗は、
５．５ｍΩであった。

【００６９】実施例２活性炭として、関西熱化学株式会社製活性炭「ＭＳＣ−
２５」をボールミルで６０時間粉砕して得た活性炭粉末
を用いた以外、実施例１と同様の方法で各項目を測定し
たところ、該活性炭粉末の比表面積は１８７３ｍ²／
ｇ、粉体充填密度は０．４９ｇ／ｃｍ³、粒度分布につ
いては、１０％粒子径が０．８μｍ、平均粒子径が２．
４μｍ、９０％粒子径が７．０μｍであった。

【００７０】次に、該活性炭粉末を活物質として用い、
厚さ３０μｍのアルミニウム箔集電体を用い、又セパレ
ーターとしては、原料として叩解可能な再生セルロース
繊維を叩解してなる繊維を少なくとも１０重量％使用し
た抄造紙であり、乾燥後の厚さ６０μｍ、嵩密度０．６
０ｇ／ｃｍ³、かつ引張り強さが３．０ｋｇ／１５ｍｍ
のものを用いて、実施例１と同様の方法で電気二重層キ
ャパシタを組立てた。これにより、導電層の厚さが片側
各０．５μｍであり、電極層の厚さが両側の合計で３０
０μｍである両面塗工電極を得た。

【００７１】実施例１と同様にして求めた容量は９５０
Ｆであり、活性炭の重量当たりの容量は４３Ｆ／ｇであ
り、電極の体積当たりの容量は２３Ｆ／ｃｍ³であり、
又放電初期のＩＲドロップから計算した内部抵抗は５．
２ｍΩであった。

【００７２】比較例１活性炭として、関西熱化学株式会社製活性炭「ＭＳＣ−
２５」をそのまま用いた以外、実施例１と同様の方法で
各項目を測定した。また、セパレーターとしては、実施
例１で用いたものと同じものを用いた。

【００７３】上記活性炭及びセパレーターを用いて、実
施例１と同様の方法で電気二重層キャパシタを組立て、
容量等を測定した。

【００７４】比較例２活性炭粉末及びセパレーターとして、それぞれ、実施例
２で用いたものと同じものを用いた。実施例２におい
て、導電層を形成しない以外は、実施例２と同様の方法
で電気二重層キャパシタを組立て、容量等を測定した。

【００７５】表１に、実施例１〜２及び比較例１〜２で
用いた活性炭の原料種、比表面積、粉体充填密度、平均
粒子径、１０％粒子径、９０％粒子径及び単位重量当た
り容量を示した。

【００７６】

【表１】

【００７７】また、表２に、実施例１〜２及び比較例１
〜２で用いたセパレーターの厚み、嵩密度及び引っ張り
強度、並びに電気二重層キャパシタの電極層厚さ、集電
体厚さ、導電層厚さ、放電容量、内部抵抗及び電極単位
体積当たり容量を示した。

【００７８】

【表２】

【００７９】表１及び表２から、次の点が明らかであ
る。

【００８０】実施例１〜２では、活物質である活性炭単
位重量当たりの容量は高い値であった。また、キャパシ
タとしては、放電容量及び電極単位体積当たりの容量が
共に高く、又内部抵抗が低い、優れた性能のものが得ら
れた。

【００８１】比較例１の場合は、活性炭の平均粒径が３
９μｍと大きく、かつ、紛体充填密度が低いため、キャ
パシタの電極単位体積当たりの容量は実施例１に比べ低
かった。また、比較例１では、キャパシタとしての放電
容量も実施例１と比べ低かった。また、比較例２の場合
は、導電層を有していないために、キャパシタの内部抵
抗が大きかった。

【００８２】

【発明の効果】以上から、明らかな通り、本発明によれ
ば、活性炭を用いた電極層とアルミニウム箔集電体の間
に導電層を設け、且つ電極層、集電体、導電層及びセパ
レーターのそれぞれの厚さを特定範囲とすることによ
り、高容量で、内部抵抗の低い高出力の電気二重層キャ
パシタが提供される。また、本発明によれば、好ましく
は、活性炭として特定の物性のものを組み合わせるこ
と、セパレーターとして特定の材質、物性のものを組み
合わせることにより、更に、高容量で、内部抵抗の低い
高出力の電気二重層キャパシタが提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の円筒型電気二重層キャ
パシタの構成を示す概略図である。

【図２】図１に示す電極巻回ユニットの斜視図である。

【図３】図２に示す電極巻回ユニットを構成する電極の
平面図及び該電極巻回ユニットを展開した状態を示す側
面図である。

【図４】本発明における粉体充填密度の測定法を説明す
るための概略図である。

【符号の説明】

１電極層２アルミニウム箔集電体３タブ４導電層５セパレーター１１ガラス管１２下蓋１３上蓋２０電極巻回ユニット２１絶縁ガスケット２２キャップ２３破裂板２４外装缶

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム箔集電体の少なくとも片面
に、活性炭、バインダー及び導電材の混合物からなる電
極層が形成されてなる二個の電極体である正極及び負
極、並びに該正極と該負極との間に配置されたセパレー
ターを備え、且つ、該正極、負極及びセパレーターに電
解液を含浸させてなる電気二重層キャパシタにおいて、
前記アルミニウム箔集電体の厚さが１０〜５０μｍであ
り、前記電極層の厚さが８０〜５００μｍであり、前記
セパレーターの厚さが２５〜１００μｍであり、且つ前
記電極層と前記アルミニウム箔集電体の間に厚さ０．２
〜２０μｍの導電層を有することを特徴とする電気二重
層キャパシタ。
【請求項２】前記導電層が、導電材として黒鉛粉末及び
バインダーとしてポリアミドイミド樹脂を含有する導電
性塗料からなる請求項１に記載の電気二重層キャパシ
タ。
【請求項３】前記活性炭が、ＢＥＴ法による比表面積が
１３００ｍ²／ｇ以上２２００ｍ²／ｇ以下、粉体充填密
度が０．４５ｇ／ｃｍ³以上０．７０ｇ／ｃｍ³以下、且
つ平均粒子径が１μｍ以上７μｍ以下のものである請求
項１又は２に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項４】前記活性炭が、体積基準の累積分布の９０
％粒子径が６μｍ以上２２μｍ以下、且つ体積基準の累
積分布の１０％粒子径が０．１μｍ以上２μｍ以下のも
のである請求項１〜３のいずれかに記載の電気二重層キ
ャパシタ。
【請求項５】前記セパレーターが、再生セルロース繊維
を叩解してなる繊維を１０重量％以上含んで抄造される
紙であって、その厚みが２５〜１００μｍ、その嵩密度
が０．４０〜０．６０ｇ／ｃｍ³、且つその引張り強さ
が２．０ｋｇ／１５ｍｍ以上である請求項１〜４のいず
れかに記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項６】前記電解液が、非水系電解液である請求項
１〜５のいずれかに記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項７】充電電圧が１．８Ｖ以上３．３Ｖ以下であ
る請求項１〜６のいずれかに記載の電気二重層キャパシ
タ。