(57)【要約】【課題】  サイズを大きくすることなく，二つの電極板の幅は同一に保ちながら，高電圧型の超高容量の具現を可能とする電気化学キャパシタを提供する。【解決手段】  略同一サイズの二つの電極板１１ａ，１１ｂの間に誘電体または集電体層が挟み込まれる電気二重層キャパシタである電気化学キャパシタにおいて，互いの厚さを異にすることにより，或いは互いの空隙率または充填密度を異にすることにより，二つの電極板１１ａ，１１ｂのサイズを同一に保ちながら，内部の電荷量または電荷密度を異にすることを特徴とする電気化学キャパシタが提供される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの電極板の間に集電体層が挟み込まれた電気化学キャパシタにおいて；
前記二つの電極板の面積が略同一であり，前記二つの電極板の内部の電荷量または電荷密度を異にすることを特徴とする電気化学キャパシタ。
【請求項２】
前記二つの電極板は，互いの厚さを異にすることにより，内部の電荷量または電荷密度を異にすることを特徴とする請求項１に記載の電気化学キャパシタ。
【請求項３】
前記二つの電極板は，互いの空隙率または充填率を異にすることにより，内部の電荷量または電荷密度を異にすることを特徴とする請求項１または２に記載の電気化学キャパシタ。
【請求項４】
前記二つの電極板の電荷量または電荷密度の比は，１：０．２〜１：０．９５であることを特徴とする請求項１，２または３のいずれかに記載の電気化学キャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，電気化学キャパシタに係り，より詳しくは高電圧型の超高容量を実現することができる超高容量電気化学キャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常，キャパシタあるいはコンデンサーは，静電キャパシタ（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｃａｐａｃｉｔｏｒ），電解キャパシタ（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ  ｃａｐａｃｉｔｏｒ）及び電気化学キャパシタ（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｃａｐａｃｉｔｏｒ）などに大別される。
【０００３】
静電キャパシタとしては，セラミックスキャパシタ，ガラスキャパシタ，雲母キャパシタなどかあり，ほとんどが約１．０〜１０μＦほどの静電容量を持つ。
【０００４】
電解キャパシタとしては，アルミ電解キャパシタ，またはタンタル電解キャパシタなどが知られており，電解キャパシタは静電キャパシタの約１００倍程度までの静電容量を持つことができる。
【０００５】
スーパーキャパシタと呼ばれる電気化学キャパシタとしては，電気二重層キャパシタ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｌａｙｅｒ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒ：ＥＤＬＣ），及び金属酸化物擬似（ｐｓｅｕｄｏ）キャパシタ，ハイブリッド型スーパーキャパシタなどが開発されており，これらは略１ｍＦ〜３０００Ｆ程度の大きさの静電容量を持つ。
【０００６】
この超高容量電気化学キャパシタにおいては，一般に粉末形態の活性炭素（ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｃａｒｂｏｎ）を導電材のカーボンブラックと混合した後，電気を取り出す端子である集電体上に接着して電極として使用する。このような過程で活性炭素と導電材及び集電体間の結合のために結合剤（ｂｉｎｄｅｒ）を添加する。
【０００７】
このような結合剤としては，ポリサッカリド（ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅ）系とフッ素（ｆｌｕｏｒｉｄｅ）系とが一般的に多く使用されている。また，結合剤を溶解する溶媒によって水溶性結合剤と有機結合剤とに分けられ，これにより電極を製作する工程も異なることになる。
【０００８】
一方，超高容量電気化学キャパシタの製造においては，現在までに，炭素繊維または活性炭素繊維に金属集電体を形成して分極性電極を製作する方法，炭素ペースト（ｐａｓｔｅ）を電導性ゴムまたは金属集電体に圧着する方法，活性炭粉末を含有するスラリーを金属集電体に塗布する方法，などが開発されてきた。
【０００９】
図１は，一般的なキャパシタの構造を示す要部の切開斜視図であり，図２は，従来技術に係るキャパシタを示す断面図である。
【００１０】
図１及び図２に示されているように，それぞれ同じサイズの二つの電極板１１ａ，１１ｂを形成し，誘電体または集電体層１２を二つの電極板１１ａ，１１ｂの間に挟み込む。
【００１１】
集電体層１２は，コンデンサグレード（ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ  ｇｒａｄｅ）種，または重合性フィルムのいずれかを使用するか，或いは二つを合わせた二重構造の複合体を使用することができる。図１及び図２に示すように，通常の製作工程は，二つの電極板１１ａ，１１ｂの間に集電体層１２を挟み込み，集電体層１２，電極板１１ａ，集電体層１２，電極板１１ｂ，集電体層１２，電極板１１ａが順次に，連続的に配置される。
【００１２】
このような組立体をフィルムの巻き方のように巻き込んだ場合には，各電極はその両側に誘電物質である集電体層１２が位置するようになる。これを誘電液が入っている円筒型の容器に挿入し，含浸する。誘電液としては主にハロゲン化ビフェニルを使用する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし，従来のキャパシタは，二つの電極板の電荷量を同一にしているので，蓄電容量または電圧を上昇させるためにはその容積を相対的に増加させる必要がある。よって，キャパシタを小型サイズにすると，電荷量および蓄電容量を増加させるのが難しく，活用電圧帯を上昇させることができないので，高電圧型超高容量電気化学キャパシタを具現することができず，小型化及びスリム化される電子機器に合わせた小型サイズを実現しても充分な電圧と畜産容量を有するキャパシタを提供することができなかった。
【００１４】
そこで，本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，全体容積を増加させず，二つの電極板の幅は同一に保ちながら，高電圧型の超高容量の具現を可能とする，電気化学キャパシタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，ほぼ同じ面積の二つの電極板の間に，集電体層（或いは誘電体であってもよい）が挟み込まれる電気二重層キャパシタである電気化学キャパシタにおいて，二つの電極板が，幅を同一に保ったまま（面積を同一に保ったまま），内部の，つまり集電体層との界面に発生する電荷量を異に，または電荷密度を異にして電荷量を異にすることを特徴とする電気化学キャパシタが提供される。
【００１６】
従来の電気化学キャパシタにおいては，同一の電荷量を有する二つの電極板を用いることが一般的であったが，本発明においては，二つの電極板の平衡電位が電気化学安定窓（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  Ｗｉｎｄｏｗ：ＥＳＷ）の表面状態によって一側に傾く値を持つ事実を利用し，新しい概念で設計したものである。
【００１７】
実際に液体電界液のＥＳＷは約３Ｖ以上の幅を持つが，平衡電位が一側に傾いているため，２．３Ｖ，２．５Ｖまたは２．７Ｖの製品だけが常用化されている。そこで，二つの電極板の内部の電荷量または電荷密度を異にすると，蓄電容量，電荷量，及びエネルギー密度がすべて向上させることができるものである。
【００１８】
ここで，二つの電極板は，互いの厚さを異にすることにより，内部の電荷量または電荷密度を異にすることもできるし，活性炭素が充填される電極板にどれだけ隙間があるかを示す空隙率，またはその逆の意味のどのくらい活性炭素が充填されているかを示す充填密度（充填率ともいう）を異にすることにより，内部の電荷量または電荷密度を異にしてもよい。
【００１９】
また，平衡電位がＥＳＷの中央に位置していないので，最高性能を有する二つの電極板の電荷量または電荷密度の比は，１：０．２〜１：０．９５であることが望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
以上詳述したように本発明によれば，全体容積を増加させず，二つの電極板の幅は同一に保ちながらその内部の電荷量または電荷密度を異にすることにより，電荷量と蓄電容量を増加させ，活用電圧帯を上昇させて，高電圧型の超高容量電気化学キャパシタを具現することができる。
【００２１】
また，既存のキャパシタの構造で二つの電極板の電荷量または電荷密度を異にするだけで，小型サイズを保ちながらも電圧及び蓄電容量を増加させることができることから，容易に小型化したキャパシタを製作することができ，小型化及びスリム化される現代電子機器に合わせたキャパシタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２３】
以下，添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。本実施の形態のキャパシタは，図１に示す通常のキャパシタ構造と同様に，それぞれ同じサイズの二つの電極板１１ａ，１１ｂが形成され，誘電体または集電体層１２が前記二つの電極板１１ａ，１１ｂの間に挟み込まれる。
【００２４】
ただし本実施の形態は，ほぼ同じサイズの二つの電極板１１ａ，１１ｂの間に誘電体または集電体層１２が挟み込まれた電気二重層キャパシタにおいて，二つの電極板１１ａ，１１ｂの幅は同一に保ちながら，その内部の（電気二重層の）電荷量を異にする。または電荷密度を変えて電荷量を異にする。
【００２５】
この際，二つの電極板の厚さは同一にし，電極板に充填された活性炭素の空隙率または充填密度を異にすることにより，その内部の電荷量または電荷密度を異にすることもできるし，二つの電極板の厚さを異にすることにより，その内部の電荷量を異にすることもできる。
【００２６】
従来の二つの電極板の電荷量が同じである場合の特性を図３及び図４に示す。二つの電極板１１ａ，１１ｂに蓄えることのできる電荷量に対する各電極板１１ａ，１１ｂの端子電圧の関係について特徴を説明すると次のようである。
【００２７】
ここで二つの電極板１１ａ，１１ｂの端子電圧は，Ｖ，Ｖ’(Ｖ)であり，各電極板１１ａ，１１ｂに蓄えることのできる電荷量は，Ｑ，Ｑ’(ｍＡｈ)であり，各電極板１１ａ，１１ｂに蓄積される蓄電容量は，Ｃ，Ｃ’(Ｆ)である。よって，蓄電容量Ｃ＝Ｑ／Ｖ，Ｃ’＝Ｑ’／Ｖ’に表現される。
【００２８】
図３は，二つの電極板１１ａ，１１ｂの電荷量を同一にした場合の各電極板の（ハーフセルの）Ｑ−Ｖ特性を示すグラフであり，図４は，二つの電極板１１ａ，１１ｂの電荷量を同一にした超高容量電気化学キャパシタ(ＥＤＬＣ)の（フルセルの）Ｑ−Ｖ特性を示すグラフである。
【００２９】
また，図５は，本実施の形態の，二つの電極板１１ａ，１１ｂの電荷量を異にした場合の各電極板の（ハーフセルの）Ｑ−Ｖ特性を示すグラフであり，図６は，二つの電極板１１ａ，１１ｂの電荷量を異にした超高容量電気化学キャパシタ(ＥＤＬＣ)の（フルセルの）Ｑ−Ｖ特性を示すグラフであって，図４の結果と比較したものである。
【００３０】
各グラフを比較した結果，二つの電極板１１ａ，１１ｂの電荷量を異にすると，電荷量Ｑ及び蓄電容量Ｃが増加し，同時に図６の点線で示された，電解液や電極の素材が分解されない，使用可能な領域である電気化学電圧安定領域が拡大し，高電圧型の超高容量電気化学キャパシタ(ＥＤＬＣ)の具現が可能になって，Ｑ，Ｃ，Ｖが全て増加することがわかる。
【００３１】
従来のキャパシタでは，二つの電極板の電荷量を同一であるので，蓄電容量または電圧を上昇させるためには，その容積を比例的に増加させる必要があるのに対して，本実施の形態では，全体容積を増加させず，二つの電極板の幅は同一に保ちながらその内部の電荷量または電荷密度を異にすることにより，電荷量と蓄電容量を増加させることができる。
【００３２】
この際，二つの電極板１１ａ，１１ｂの電荷量または電荷密度の比を１：０．２〜０．９５とすることが好ましく，０．２〜０．９５：１とすることもできる。
【００３３】
また，二つの電極板１１ａ，１１ｂは，その厚さを異にすることにより，その内部の電荷量また電荷密度を互いに異にすることもできる。
【００３４】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は，電気化学キャパシタに適用可能であり，特に小型サイズであって，高電圧型の超高容量を実現することができる超高容量電気化学キャパシタに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】一般的なキャパシタの構造を示す要部切開斜視図である。
【図２】従来技術に係るキャパシタを示す断面図である。
【図３】二つの電極板の電荷量を同一にした場合の各電極板のＱ−Ｖ特性を示すグラフである。
【図４】二つの電極板の電荷量を同一にした電気化学キャパシタのＱ−Ｖ特性を示すグラフである。
【図５】二つの電極板の電荷量を異にした場合の各電極板のＱ−Ｖ特性を示すグラフである。
【図６】二つの電極板の電荷量を異にした電気化学キャパシタのＱ−Ｖ特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１０      キャパシタ
１１ａ    電極板
１１ｂ    電極板
１２      集電体層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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