(57)【要約】  電気二重層キャパシタの電極を記載しており、負極（分極性）は活性炭素クロスから作製し、前記電極の集電体は非活性炭素クロスから作製し、炭素糸で電極のクロスに縫い付ける。集電体の一部に鉛コーティングを付着させ、これに電流端子を接続させる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
二重電気層を有するパワーキャパシタであって：
少なくとも１つの鉛正極と、
少なくとも１つの負極と、
前記電極の集電体と、
前記電極を離して設置させるセパレータと
を含み；
前記負極は活性炭素繊維クロスから作製し、一方この電極の前記集電体は非活性繊維状炭素材料から作製し前記電極の前記活性炭素繊維クロスに縫い付け、その表面の一部に電流リードが接続される鉛コーティングを有するキャパシタ。
【請求項２】
電流リードの繊維状炭素材料と前記電極の前記炭素繊維クロスとを炭素糸で縫い付けることによって互いに取り付けることを特徴とする請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項３】
プロトン伝導性バインダーと混合した活性炭素粉末を前記負極の前記活性炭素繊維クロスに付着させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のキャパシタ。
【請求項４】
前記鉛コーティングを、電気化学処理により、前記負極の電流リードの前記繊維状炭素材料の表面の一部に付着させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のキャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
技術分野
本発明は、エネルギー貯蔵電気化学キャパシタの開発に関し、ここで電荷は２種の媒体すなわち電極と電解質との界面に蓄積され、したがって「二重電気層を有するキャパシタ」、および「スーパーキャパシタ」、「ハイブリッドキャパシタ」（日本）、「ウルトラキャパシタ」（ドイツ、ＵＳＡ）、「電気化学キャパシタ」（フランス、カナダ）、「イオニスタ」（ロシアおよび他のＣＩＳ国）と呼ばれている。
【０００２】
従来の電解キャパシタと比較したそれらの主な利点は増大したエネルギー密度にある。ある種のこのようなキャパシタは１０ｋＪ／ｋｇ超を貯蔵することができ、１〜１０ｋＷ／ｋｇの比容量で負荷に放電することができる（www.kit-e.ru/articles/condenser/2005_6_12.php）。
【０００３】
これに、十分な可能な量の「充放電」サイクル、信頼性および耐久性、および広い動作温度範囲を付加しなければならない。
【０００４】
電気二重層を有するキャパシタの上記の特有の構成の特徴は、かなりの程度まで、第一に輸送電気およびハイブリッド手段において、それらの使用の可能性および実行可能性をあらかじめ決定する。その他の将来性ある方向は、不安定な特性を有する発電所、たとえば風車型発電ユニット、太陽電池バッテリを有する発電ユニット、潮力発電所における「補償器」としてのそれらの使用である。
【０００５】
背景技術
二重電気層を有するキャパシタは、正極および負極を分極性にした場合には「対称」でありうるし、各対の電極の一方の電極を分極性にし、他方の電極を非分極性にした場合には「非対称」でありうる。それらの性能特性により、第１の種類のキャパシタを「パルスキャパシタ」と呼び、第２の種類のキャパシタを「パワーキャパシタ」と呼ぶ。本発明はパワーキャパシタに関する。このようなキャパシタの例は公報WO 99/24996に記載されているキャパシタであり、その本体内部に、炭素材料から作製した負極、集電体、二酸化セレンから作製した正極、電極から離れて設置したセパレータ、無機酸の水溶液およびそれらの混合物から作製した電解質を有する。１つの負極を各々半分の厚さを有する２つの電極に分割することにより、実質的にエネルギーの抵抗損の半減をもたらし、かなり高い電流密度の値をもつが、得られる特定の特性は不十分である。
【０００６】
本発明の他の類似物はWO出願#99/31688に記載されたキャパシタであり、前記キャパシタは耐荷重側板によって形成されたケーシング内に配置され、長方形プレートの形状にした正極を組み込んだ少なくとも１つまたはｎのキャパシタ要素を含み、その両面をポーラスなセパレータで覆い、前記長方形プレートはペースト状の活物質をそのセルの中に入れたグリッドからなり、前記正極を２つの負極の間に配置し、負極を今度はプレートの形状を有しキャパシタ電極が互いに電気接触するのを防止する絶縁体の間に位置し、集電体間には黒鉛繊維から作製した保護層を有し、この場合、２つの負極は短絡している。負極はポーラス炭素材料から作製し、正極は９５％の鉛と５％のアンチモンとを含有する合金からなる、グリッドに加圧加工した鉛活物質を含む材料から作製する。電流リードは一方の面に黒鉛フォイルから作製し耐酸性ポリマーを含浸させた保護コーティングを有し、電流リードの他方の面をキャパシタ電極が互いに電気接触するのを防止する絶縁体で保護している。硫酸の水溶液を電解質として使用する。キャパシタをケーシングの耐荷重パネルの間で圧縮させる。キャパシタの圧縮により、抵抗損が低減し、キャパシタの加熱が防止され、これはデバイス効率が全体として増大することを意味する。しかし、圧縮のプロセスにおいて、充電および再充電の結果として生成された気体を、浄化のために対向電極まで十分な速度で移送することができない。負極および正極のポアをフラッディングする結果である。その上、生成された気体は、イオンの通過を阻止しキャパシタ内の圧力を高めるので、オーミック抵抗を増加させる。圧縮の結果として形成された余分な電解質は、漏出した場合、キャパシタ容量の低減を引き起こし、キャパシタの電気リードの金属表面に損傷を与え、短絡を引き起こすことがあり、漏出した電解質の存在は外部絶縁体に損傷をもたらし、キャパシタの早期不良をもたらすであろう。
【０００７】
提案した発明に最も近いものはRU特許#2262148に記載されたキャパシタであり、前記キャパシタは少なくとも１つまたはｎの貯蔵セルを含んでおり、その各々は両面でポーラスなセパレータに覆われ、グリッドからなる長方形プレートの形状にした正極を含み、そのセルを強制的にペースト状の活物質で充填し、キャパシタは長方形プレートの形状を有する絶縁体の間に配置された２つの負極の間に位置し、その内面に黒鉛フォイルから作製した保護コーティングを有する金属端子を配置し、外面でキャパシタを耐荷重板によって加圧し、正極はポーラスなセパレータによって覆い、長方形の形状の柔軟なフレームのスロットに配置してＴ字プロファイルを有し、その内径をＴ字プロファイルの文字「Ｔ」の脚部の上部によって形成し、フィルタ用の座面を持つ穴とスロットの形状をした開口とを有し、一方で絶縁体を箱型として作製している。
【０００８】
キャパシタは端部に配置した耐荷重側板を接続する２つの側面パネルからなるケーシング内に封入し、柔軟なフレームは弾性の耐酸性材料、たとえばＰＶＣから作製し、さらにペースト状の活物質はポリプロピレン繊維で充填された二酸化鉛からなる。負極は１２００ｍ2／ｇの単位内表面および１４０±２０ｇ／ｃｍ2の単位面積当たり密度を有する活性炭素繊維クロスから作製する。ポーラスなセパレータは、最大９７％の体積ポロシティー、７〜１０μｍのポアサイズを有し、全厚が０．７〜１ｍｍである超微細ガラス繊維から作製し、黒鉛フォイルから作製した保護層はコロホニー５％（重量％）を添加したセレシンを含有し、電解質として１．３〜１．４ｇ／ｃｍ3の密度を有する硫酸水溶液を使用し、金属端子をホットメルト接着剤、たとえば酢酸ビニルとポリプロピレンとのコポリマーを使用して絶縁体の内部に設置する。
【０００９】
前記キャパシタはいくつかの欠点がある：
−ホットメルト接着剤（たとえば、Sevilen）を使用して絶縁体内に設置した金属シートは負極からの電流の集電体として働き、Perizinで含浸させたGraphlexから作製した保護シートをホットメルト接着剤によって前記金属シートに固定する。
【００１０】
−このような負極の集電体の設計は十分複雑であり、金属シートの製造、Graflexから作製したシートの製造およびそれらのPerizin中での含浸を要する。さらに、ホットメルト接着剤による、金属シートとGraflexから作製したシートとの封止は時間がかかり、接合が気密になることを保証するわけではない。
【００１１】
−負極はセル内に強固に固定されず、組立てのプロセス中にずれることがあり、それはセル内での短絡およびキャパシタ圧縮のプロセスにおける要素の不均一な圧縮を引き起こすであろう。
【００１２】
発明の開示
本発明の目的は二重電気層を有するパワーキャパシタを提供することであり、前記キャパシタは：
−製造すべき部品の量の減少；
−キャパシタ組立ての過程における労力のかかるプロセス指向の操作の低減；
−キャパシタの重量および内部抵抗の減少、その結果として、その特定の特性の強化
を与える。
【００１３】
これらの目的は本発明において、主にキャパシタ負極の集電体の設計の変更により解決される。本発明によれば、負極自体は活性炭素繊維クロスから作製し、その集電体は電極の繊維クロスに取り付けた非活性繊維状炭素材料から製作し、その表面の一部を鉛コーティングで覆っている。
【００１４】
集電体の繊維状材料は、炭素糸を使用して縫い付けることにより、電極の繊維クロスに取り付ける。
【００１５】
集電体の繊維状材料の表面の一部に形成した鉛コーティングは電気化学（ガルバニック）法を使用して付着させることができる。
【００１６】
さらに、負極の活性炭素繊維クロスにバインダー（プロトン伝導性ポリマー）と混合した活性炭素粉末を付着させてもよい。
【００１７】
キャパシタの上述したおよび他の特定の特徴および利点は以下の記述および添付図面から、より明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は本発明によるキャパシタの断面図を示す。
【図２】図２は集電体を取り付けた本発明によるキャパシタの負極を表す。
【図３】図３は負極の集電体を示す。
【図４】図４はキャパシタの部分断面図を示す。
【００１９】
発明の詳細な説明
キャパシタの主な要素は、少なくとも１つの正極（非分極性）（１）、少なくとも１つの負極（分極性）（２）、およびセパレータ（３）である。
【００２０】
正極（１）。
【００２１】
これは鉛−カルシウム−スズ合金（０．０５％のカルシウム、１．２〜１．５％のスズ、残りは不純な鉛）のグリッド鋳造物からなる。
【００２２】
グリッドセルの内部に主に二酸化鉛からなる活物質を入れる。電極は封止ガスケット（４）の内部に配置する。
【００２３】
負極（２）は複合材料から作製し、母材として働くのは活性炭素繊維クロス、たとえば約１２００ｍ2／ｇの単位内表面を有するＵＶＩＳ−ＡＫ−Ｔ−０４０であり、フィラーはプロトン伝導性バインダーと混合した活性粉末炭素である。
【００２４】
負極（２）の集電体（１０）は、その表面の一部に電気化学法によって幅２〜４ｍｍの細片の鉛を付着させた、非活性（ノンポーラス）炭素繊維クロスである。これを行うには、前記繊維クロスの一部を金型内に配置し、次いで温度ｔ＝５２０〜５６０℃を有する鉛を溶融する。プロセス中に、鉛鋳造の電流リードを形成する。さらに、集電体（非活性繊維クロス）を、炭素糸で縫い付けることによって（たとえば、フロロン縫製糸を使用することができる）電極クロスに取り付ける。
【００２５】
セパレーター（３）は最大９５％のポア体積（体積ポロシティ）および１０〜２５μｍのポアサイズおよび０．７〜２ｍｍの太さを有する超微細ガラス繊維から作製する。
【００２６】
封止ガスケット（４）は、金型鋳造法を使用して、弾性のある耐酸性材料から（たとえば、軟質ＰＣＶまたはシリコーンから）作製する。ガスケットは正極の端部を受容する穴、ならびにベント穴を有する。その内周上に形成した溝があり、前記溝内に正極を配置する。
【００２７】
端部絶縁体（５）および中間絶縁体（６）は電解質が電極の端部に接触するのを防ぐように働く。
【００２８】
負極の集電体の端子用開口を持つ長方形形状のチャネル部が有する箱型の端部絶縁体（５）は、金型鋳造法を使用して、耐衝撃性ポリスチレンから作製する。
【００２９】
中間絶縁体（６）は両面箱型であり、形状が長方形であり、上部に負極の集電体の端子のための２つの開口をもつＩ字形断面である。また、これは耐衝撃性ポリスチレンから製作する。
【００３０】
キャパシタ組立てのプロセスを開始する前に、正極および負極を、密度が１．２５〜１．３０ｇ／ｃｍ2である硫酸の水溶液中で３０〜６０分の範囲内で含浸させる。これを行うには、５〜８ｋｇ／ｃｍ2の単位圧力を加えることによって負極を押圧する。
【００３１】
キャパシタの組立ては下記の通り行う。プロセス指向のベースプレート上に、ある順序で下記を配置する：
−耐荷重パネル（７）（１４〜１６ｍｍ厚のアルミニウムシート）；
−端部絶縁体（５）；
−負極（２）、集電体端部が絶縁体の開口に進入している；
−正極（１）、ガスケット（４）内に配置され、両面でセパレータ（３）に覆われている；
−負極（２）；
−中間絶縁体（６）、そしてもう一度：
−負極；
−正極、ガスケットおよびセパレータなどを有する。キャパシタバッテリが必要とする電圧に依存する。
【００３２】
端部絶縁体および耐荷重板を負極上に配置する。
【００３３】
タイ（８）によって全てのキャパシタ要素を７〜１０ｋｇ／ｃｍ2の特定圧力で圧縮する。
【００３４】
圧縮のプロセス中、絶縁体の末端がガスケット（４）の縁部に接合し、電解質もれの可能性を完全に排除し、その内部体積が電解質で充填される空間を与える。
【００３５】
正および負の電流リード（９、１０）をはんだごてによってはんだ付けし、ブラケットを使用して直列に接続する。
【００３６】
封止剤（１４）をケーシング（１２）内に注入し、次いで組み立てたキャパシタをその内部に配置する。必要量の封止剤を上から通気管（１５）のレベルよりも２〜３ｍｍ低いレベルまで加える。
【００３７】
カバー（１３）を、ヒートシール法を使用して、ケーシング（１２）に溶接する。
【００３８】
弁（１１）をカバーの穴に設置する。
【００３９】
産業上の利用可能性
本発明により製造されるキャパシタは、その製造コストのかなりの低減をもたらすと同時にその動作特性を強化する。
【図２】
2015531542.tif 000002
【図３】
2015531542.tif 000003
【図４】
2015531542.tif 000004
【図１】
2015531542.tif 000005
【国際調査報告】
2015531542.tif 000006
2015531542.tif 000007