(57)【要約】【課題】電気二重層キャパシタの電極に対する電解液の含浸性向上を図る。【解決手段】二層以上から構成した電極を用いた電気二重層キャパシタであり、活性炭を主成分とするシートを二層以上積層して構成し、積層した電極の層間に導電体を介在させた電極を用いた電気二重層キャパシタ。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二層以上から構成した電極を用いることを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項２】
二層以上から構成した電極、セパレータ、二層以上から構成した電極にて構成することを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項３】
活性炭を主成分とするシートを二層以上積層して構成した電極を用いることを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項４】
活性炭を主成分とするシートを二層以上積層した電極、セパレータ、活性炭を主成分とするシートを二層以上積層した電極にて構成することを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項５】
前記二層以上積層した電極の層間に、導電体を介在させたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項６】
二層以上電極が積層された電極であり、前記積層された電極の層間に導電体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７】
前記導電体は、アルミニウム、炭素導電性接着剤、炭素シート、炭素フェルト、炭素紙であることを特徴とする請求項５または６に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項８】
二層以上積層した電極の層間に、多孔性導電体を介在させたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項９】
多孔性導電体は、炭素繊維であることを特徴とする請求項８に記載の電気二重層キャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気二重層キャパシタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電気二重層キャパシタは、積層されていない電極、すなわち一層からなる電極を使用していた。例えば、特許第３１９５４７５号公報（特開平０６−２１５７３８号公報）に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の電気二重層キャパシタは内部抵抗が高いため、大電流での充電・放電ができなかった。そのため、大電流での充電容量が小さく、かつ大電流での放電容量が小さいという問題点があった。この問題点は、従来の電気二重層キャパシタの電極は、単層で構成されているため、電極と電解液との接触面積が少なく、電解液の浸透性と電解液の含浸性が悪いためである。特に、電気二重層キャパシタの厚みが厚くなる場合、使用される電極が厚くなるため、この問題点はより顕著に現われる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
これらの課題を解決するために、本発明は二層以上から構成した電極を用いる電気二重層キャパシタである。本発明は二層以上から構成した電極、セパレータ、二層以上から構成した電極にて構成する電気二重層キャパシタである。本発明は活性炭を主成分とするシートを二層以上積層して構成した電極を用いる電気二重層キャパシタである。本発明は活性炭を主成分とするシートを二層以上積層した電極、セパレータ、活性炭を主成分とするシートを二層以上積層した電極にて構成する電気二重層キャパシタである。本発明は前記層間に導電体を介在させた電気二重層キャパシタである。本発明は前記導電体がアルミニウム、炭素導電性接着剤、炭素シート、炭素フェルト、炭素紙である電気二重層キャパシタである。本発明は前記層間に多孔性導電体を介在させた電気二重層キャパシタである。本発明は前記多孔性導電体が炭素繊維である電気二重層キャパシタである。
【０００５】
すなわち、本願発明の特徴は、二層以上から構成され、二層間には導電体を介在させた電極を有する電気二重層キャパシタという構成にある。
【０００６】
このように構成された本発明では、（１）内部抵抗を小さくできた、（２）大電流での充電・放電が可能となった、（３）放電容量を大きくできた等の効果が得られた。このような上記の効果が発現する理由は、本発明に係わる電極は、二層以上が積層しているため、電解液の浸透性、含浸性が向上するからである。ここで、電解液の浸透性とは、電解液が電極に浸透する特性で、短時間に浸透するほど浸透性が優れていることになる。電解液の含浸性とは、電解液が電極内に浸透したのち、含まれ、保持されている電解液量を言う。電解液量は、通常電解液重量にて測定される。この電解液量が多いものほど電解液の含浸性が優れている。
【０００７】
本発明は二層以上から構成した電極、セパレータ、二層以上から構成した電極にて構成する電気二重層キャパシタであるので、正極、負極とも電解液の浸透性と含浸性が向上し、（１）内部抵抗を小さくできた、（２）大電流での充電・放電が可能となった、（３）放電容量を大きくできた等の上記記載の効果が得られる。本発明は活性炭を主成分とするシートを二層以上積層して構成した電極を用いる電気二重層キャパシタであるので、大容量のキャパシタが得られる。これは、活性炭の比表面積が大きく、活性炭と電解液との接触面積が多くなり、吸着・脱吸着するイオン数が多くなるためである。活性炭はヤシ殻、石炭ピッチ、フェノール樹脂を原料とし、さらに、二層以上から構成した電極であるので、電解液の浸透性と含浸性が向上し、上記の効果が一層大きく得られる。
【０００８】
本発明は活性炭を主成分とするシートを二層以上積層した電極、セパレータ、活性炭を主成分とするシートを二層以上積層した電極にて構成する電気二重層キャパシタであるので、正極、負極とも電解液の浸透性と含浸性が向上し、（１）内部抵抗を小さくできた、（２）大電流での充電・放電が可能となった、（３）放電容量を大きくできた等の上記記載の効果が得られる。本発明は前記層間に導電体を介在させた電気二重層キャパシタであるので、層間の接触電気抵抗が小さくなり、一層、（１）内部抵抗を小さくできた、（２）大電流での充電・放電が可能となった、（３）放電容量を大きくできた等の効果が得られる。
【０００９】
本発明は前記導電体がアルミニウム、炭素導電性接着剤、炭素シート、炭素フェルト、炭素紙である電気二重層キャパシタである。これら材料は、電池の中に使用しても安定であるので望ましい材料である。本発明は前記層間に多孔性導電体を介在させた電気二重層キャパシタである。この多孔性導電体は多くの孔を有しているので電解液を浸透したり、含浸したりする特性が優れている。本発明は前記多孔性導電体が炭素繊維である電気二重層キャパシタである。炭素繊維は均一な厚みのものが得られ、電気導電性に優れ、かつ多孔を有していいるので電解液を浸透したり、含浸したりする特性が優れている。
【００１０】
以上詳述したとおり、本発明の電気二重層キャパシタの電極は、二層以上で構成されているため、電極と電解液との接触面積が多くなり、電解液の浸透性と電解液の含浸性が良好となる。特に、電気二重層キャパシタの厚みが厚くなって、使用される電極が厚くなる場合に、一層有効である。本発明の電気二重層キャパシタは、内部抵抗が小さくなり、大電流での充電・放電ができ、大電流での充電容量・放電容量が大きくなる効果を有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
（実施形態１）
図１は、本発明の電気二重層キャパシタの部分断面図である。１は正極缶であり、内面に集電体として導電性ペースト２が塗布されている。正極缶１の中に、正極電極として、電極３、導電性接着剤からなる導電体４、電極３を重ねて配設する。一方、負極缶７の内面に集電体として導電性ペースト２が塗布されている。負極缶７の中に、負極電極として、電極３、導電性接着剤からなる導電体４、電極３、セパレータ５を重ねて配設する。有機電解液として１モルのテトラエチルリン酸のホウフッ化塩を溶解したプロピレンカーボネートの所定量を電池缶に注入する。正極缶１はガスケット６を介して負極缶７とでカシメ封口され、電気二重層キャパシタとする。なお、電極３は活性炭を主体としており、シート状もしくは成形体等のものが使用に適している。シート状もしくは成形体とする理由は、電極３の活性炭含有量を多くして、高容量化を図る上で有利であるからである。ボタン型、コイン型の電気二重層キャパシタなので、電極３はディスク状が望ましいが、これに拘らない。本実施形態では、電極３が二層の場合について説明したが、三層以上でも構わない。また、アルミニウム箔に二層以上の電極を貼りあわせたり、ラミネートしたり、接着したりすることも採用できる。
【００１３】
（実施形態２）
電極３と電極３とを直接積層している点以外は、実施形態１と同じ構成の電気二重層キャパシタである。本実施形態では、電極３が二層の場合について説明したが、三層以上でも構わない。
【００１４】
（実施形態３）
導電体４が炭素フェルトである点以外は、実施形態１と同じ構成の電気二重層キャパシタである。炭素フェルト以外に、導電体４としてアルミニウム、炭素シート、炭素紙が使用できる。炭素フェルト、アルミニウム、炭素シート、炭素紙は厚みがほぼ一定であるので、電極の積層化の厚みをコントロールする上で有利である。本実施形態では、電極３が二層の場合について説明したが、三層以上でも構わない。
【００１５】
（実施形態４）
導電体４に多孔性導電体として炭素繊維を使用した点以外は、実施形態１と同じ構成の電気二重層キャパシタである。本実施形態では、電極３が二層の場合について説明したが、三層以上でも構わない。
【００１６】
（比較例）
図２は、従来の電気二重層キャパシタの部分断面図である。１１は正極缶であり、内面に導電性ペースト１２が塗布されている。正極缶１１の中に、正極電極として単層の電極１３が配設されている。一方、負極缶１７の内面に導電性ペースト１２が塗布されている。負極缶１７の中に、負極電極として単層の電極１３が配設されている。有機電解液として１モルのテトラエチルリン酸のホウフッ化塩を溶解したプロピレンカーボネートの所定量を電池缶に注入する。正極缶１１はガスケット１６を介して負極缶１７とでカシメ封口され、電気二重層キャパシタとする。
【００１７】
（実施形態５）
厚み４０μｍのアルミニウム箔に、厚み５０μｍの活性炭を主体とするシートを三層積層（厚み１５０μｍ）して電極とし、１８６５０サイズ（外形１８ｍｍ、高さ６．５ｍｍ）の円筒型電気二重層キャパシタを組み立てた。厚み１５０μｍの電極使用した電気二重層キャパシタに比べ、三層からなる電極を使用した電気二重層キャパシタは、内部抵抗が小さくなり、結果として、大きな充電電流での充電と大きな放電電流での放電が可能となり、放電容量が大きくなった。
【００１８】
（実施形態６）
実施形態１，２，３，４および比較例につき、外形６．８ｍｍ、高さ２．１ｍｍのサイズの電気二重層キャパシタを試作した。充電時の内部抵抗、放電容量を測定した。充電条件は２．５Ｖの充電規制を行いながら、定電流２５ｍＡ、３０分間充電である。放電条件は１００μＡで定電流放電を行った。内部抵抗はｆ＝１ＫＨｚでの交流法による測定である。その結果を次の表１に示す。データはｎ＝５０個の平均値である。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
実施形態１は、層間を導電性接着剤で接着していることと、二層からなる電極を採用しているため、層間の電気的接触の向上と電解液の浸透性と含浸性の向上により、内部抵抗と放電容量が大幅に向上している。電解液は層間にも入り込み、層の中に浸透、含浸してゆくので、電極全体に浸透し、含浸してゆくことになる。実施形態２は層間同士を直接積層して接触していることと、二層からなる電極を採用しているため、層間の電気的接触の向上と電解液の浸透性と含浸性の向上により、内部抵抗と放電容量が大幅に向上している。電解液は層間にも入り込み、層の中に浸透、含浸してゆくので、電極全体に浸透し、含浸してゆくことになる。ただ、層同士を確実に電気的に接続する点では、実施形態１のように導電性接着剤等の使用が望ましい。実施形態３は、層間に炭素フェルトを介在させて層同士を接触していることと、二層からなる電極を採用しているため、層間の電気的接触の向上と電解液の浸透性と含浸性の向上により、内部抵抗と放電容量が大幅に向上している。この炭素フェルトを通して電解液は層間にも入り込み、層の中に浸透、含浸してゆくので、電極全体に浸透し、含浸してゆくことになる。
【００２１】
また、炭素フェルトは電気導電性に優れているので層間の電気的接続も確実になる。実施形態４は、層間に炭素繊維を介在させて層同士を接触していることと、二層からなる電極を採用しているため、層間の電気的接触の向上と電解液の浸透性と含浸性の向上により、内部抵抗と放電容量が大幅に向上している。この炭素繊維を通して電解液は層間にも入り込み、層の中に浸透、含浸してゆくので、電極全体に浸透し、含浸してゆくことになる。また、炭素繊維は電気導電性に優れているので層間の電気的接続も確実になる。本発明の電気二重層キャパシタは、従来の電気二重層キャパシタである比較例に比べて内部抵抗で約１／１０〜１／２０に低減し、放電容量で約３０〜５０％アップしている。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば以上説明したような手段を採用することによって、本発明の電気二重層キャパシタは、内部抵抗が小さくなり、大電流での充電と放電ができ、大電流での充電容量と放電容量が大きくなる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気二重層キャパシタの一実施形態を示す部分断面図である。
【図２】従来の電気二重層キャパシタの部分断面図である。
【符号の説明】
１，１１　正極缶
２，１２　導電性ペースト
３，１３　電極
４　導電体
５，１５　セパレータ
６，１６　ガスケット
７，１７　負極缶。
【図１】
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【図２】
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