(57)【要約】 【課題】２枚の板状の分極性電極をセパレータを介して積層し、これらを外装部材の内部に収納してなる電気二重層キャパシタにおいて、分極性電極周縁の無駄なスペースを有効に利用し、同形状の従来品よりも静電容量を増加させた電気二重層キャパシタを提供する。【解決手段】第１分極性電極とセパレータとの接触面積と、第２分極性電極とセパレータとの接触面積とが異なり、且つ、前記接触面積が小さい方の分極性電極が前記接触面積の大きい方の分極性電極よりも厚いことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚の板状の分極性電極をセパレータを介して積層し、これらを外装部材の内部に収納してなる電気二重層キャパシタにおいて、
第１分極性電極とセパレータとの接触面積と、第２分極性電極とセパレータとの接触面積とが異なり、且つ、前記接触面積が小さい方の分極性電極が前記接触面積の大きい方の分極性電極よりも厚いことを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項２】
第１分極性電極と第２分極性電極の体積がほぼ等しいことを特徴とする請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項３】
第１分極性電極とセパレータとの接触面積と、第２分極性電極とセパレータとの接触面積との相対比率が１０：８〜１０：５であることを特徴する請求項１、又は請求項２に記載の電気二重層キャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セパレータを介して対向する２つの分極性電極に電解液を含浸してなる電気二重層キャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のコイン型の電気二重層キャパシタとしては、図２に示すようなものが公知である。この電気二重層キャパシタは、２枚の分極性電極(１)、(２)の間に電解液を含浸させたセパレータ(３)を介在させた状態で、外装蓋 (4a)と外装ケース(4b)の中に収納し、第１分極性電極(１)に集電体(５)を介して外装蓋 (4a)に接続させると共に、第２分極性電極(２)に集電体(６)を介して外装ケース(4b)に接続し、その後、外装蓋 (4a)にガスケット(７)を介して電気的に絶縁させた状態で外装ケース(4b)にかしめて封止させたものである。前記外装蓋 (4a)は、ガスケット(７)を介して前記外装ケース(4b)にかしめ易くするために、上方部分(40a)より直径が大きく形成された下方部分(41a)を有する。
【０００３】
リチウム電池等の電池に用いる電極は、正極(カソード)と負極(アノード)と別の材料から作製されるため体積当りの容量が異なり、容量のバランスを取るために体積の異なる正極及び負極が用いられている。ところが上記のような電気二重層キャパシタにおいては、第１分極性電極と第２分極性電極は同じ材料から形成されるため体積当りの容量がほぼ等しく、また生産性が良く安価で製造できるため同形状のものが用いられている。
【０００４】
上記コイン型の電気二重層キャパシタにおいて、第１分極性電極(１)の直径は、前記外装蓋 (4a)の上方部分(40a)に収まる大きさに形成され、第２分極性電極(２)の直径も同形状のものが用いられる。そのため、直径が上方部分(40a)より大きく形成された下方部分(41a)に配置される第２分極性電極(２)の周縁には、無駄なスペースができてしまうという問題があった。
【０００５】
上記問題を解決する方法として、図３のように外装ケース(4b)の内周面にほぼ達するまで第２分極性電極(２)を周辺に拡大した、いわゆる底敷き構造(ガスケットの下部に第２分極性電極が配置されるので、このうように底敷き構造と呼ばれる)が提案されている(特許文献１参照)。
【特許文献１】特開平１１−６７６０９号公報(第２頁、図１)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、電気二重層キャパシタは、電圧をかけると電解液中の陽イオン及び陰イオンが第１分極性電極と第２分極性電極とに夫々引き付けられ、該電気二重層キャパシタの静電容量は、夫々の分極性電極のイオンを引き付けられる量で決まる。そのため、図３のように第２分極性電極(２)の周辺を拡大した上記底敷き構造の電気二重層キャパシタでは、第２分極性電極(２)のイオン引き付け量が増加したのみで第１分極性電極(１)のイオン引き付け量は変化していないため、大きく静電容量を増加させることはできなかった。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑み、分極性電極周縁の無駄なスペースを有効に利用し、従来品よりも静電容量を増加させた電気二重層キャパシタを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、２枚の板状の分極性電極をセパレータを介して積層し、これらを外装部材の内部に収納してなる電気二重層キャパシタにおいて、第１分極性電極とセパレータとの接触面積と、第２分極性電極とセパレータとの接触面積とが異なり、且つ、前記接触面積が小さい方の分極性電極が前記接触面積の大きい方の分極性電極よりも厚いことを特徴とする。
【０００９】
また、第１分極性電極と第２分極性電極との体積がほぼ等しいことが好ましい。さらに、第１分極性電極とセパレータとの接触面積と、第２分極性電極とセパレータとの接触面積との相対比率が１０：８〜１０：５であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
上記方法を用いることにより、外装部材内部のスペースを有効に利用すると共に、体積比を１：１に近づけることにより陽イオンと陰イオンの引き付け量のバランスを取ることができ、従来品に比べ静電容量を増加させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本発明の一実施の形態を、図を用いて説明する。  本発明における電気二重層キャパシタは、図１に示すように、第１分極性電極(１)と第２分極性電極(２)との間に電解液を含浸させたセパレータ(３)を介在させた状態で、外装蓋(4a)と外装ケース(4b)の中に収納し、第１分極性電極(１)に集電体(５)を介して外装蓋(4a)に接続させると共に、第２分極性電極(２)に集電体(６)を介して外装ケース(4b)とに接続し、その後、外装蓋(4a)にガスケット(７)と介して電気的に絶縁させた状態で外装ケース(4b)とをかしめて封止させたものである。
【００１２】
上記本発明の電気二重層キャパシタにおいて、第１分極性電極(１)及び第２分極性電極(２)は、活物質と結着剤とからなる。前記活物質の導電性が低い場合は導電剤を加えてもよい。前記活物質としては、おが屑、椰子殻、ピッチ等を賦活処理を施して得られる粉末状活性炭を用いることができる。また、フェノール系、レーヨン系、アクリル系、ピッチ系等の繊維に不融化及び炭化賦活処理を施した活性炭、又は活性炭素繊維とし、これをフェルト状、繊維状、紙状、又は焼結状にしたものを用いることができる。その他にもカーボンナノチューブ等の炭素材料や金属化合物を用いることができる。結着剤としては、電気二重層キャパシタにおいて一般に使用されている公知のものを用いることができ、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、ポリビニルピロリドン、ポリビニルクロリド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフルオロエチレンプロピレン、スチレンブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、フッ素ゴム等を用いることができる。前記導電材としては、電気二重層キャパシタに一般に使用されている公知のものを用いることができ、例えば、鱗片状黒鉛や土状黒鉛等の天然黒鉛、人工黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、炭素繊維等を用いることができる。
【００１３】
上記セパレータ(３)としては、大きなイオン透過度を持ち、且つ、所定の機械強度を持つような絶縁性の膜として、ガラス繊維、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタラート、ポリアミド、ポリイミド等の樹脂を用いることができる。セパレータの孔径は、一般にキャパシタ用として用いられて範囲のものであれば良く、例えば０．０１〜１０μｍのものを用いることができる。セパレータ(３)の厚みは一般に用いられているものであれば良く、例えば５〜２５０μｍのものを用いることができる。
【００１４】
本発明に用いる板状の分極性電極(１)、(２)とは、セパレータ(３)と接触する面を上面とし、上面と下面がほぼ平行になっている形状であり、例えば上面又は下面の一部に凹部や凸部を有する形状や、上面から見た形状が、矩形、円形、楕円形、星型等の形状を含む。
【００１５】
本出願人は、電気二重層キャパシタに用いる分極性電極の形状及び対向面積と静電容量の関係について実験を繰り返した結果、一方の分極性電極の厚さを増やし、他方の分極性電極のセパレータとの接触面積を増やしたものを、セパレータを介して積層した場合、一方の分極性電極とセパレータとの接触面積と、他方の分極性電極とセパレータとの接触面積は異なるがキャパシタの静電容量はほとんど変化がないこと見出した。これを応用して本発明は、第１分極性電極(１)と第２分極性電極(２)の厚さ及び、第１分極性電極(１)とセパレータ(３)との接触面積と、第２分極性電極(２)とセパレータ(３)との接触面積を調整することにより、外装部材内部のスペースを有効に利用すると共に、静電容量を増加させることができる。実施例においては、板状の分極性電極(１)、(２)の形状はコイン缶の外形に合わせて上面からみた形状が円形のものを用いた。
【００１６】
また、本発明に用いる分極性電極としては、第１分極性電極(１)とセパレータ(３)との接触面積と、第２分極性電極(２)とセパレータ(３)との接触面積との相対比率が１０：８〜１０：５であることが好ましい。１０：５以下になると分極性電極同士の抵抗が大きくなりすぎ、１０：８以上になると外装部材内部の無駄なスペースを有効に利用できず、静電容量向上の大きな効果を得難い。特に１０：６〜１０〜７の範囲においては、静電容量向上の顕著な効果を得ることができ、さらに好ましい。
【００１７】
以下に本発明の実施例を説明する。実施例及び比較例では、分極性電極の高さは外装蓋(4a)と外装ケース(4b)とガスケット(７)の限られたスペースの中で比較するため、厚さが併せて１ｍｍになるように作成した。また、以下に説明する陽極側の分極性電極とは、図１の中で第２分極性電極(２)であり、陰極側の分極性電極とは、第１分極性電極(１)である。
【実施例１】
【００１８】
陽極側の分極性電極を直径２．４ｍｍ、厚さ０．４ｍｍ、陰極側の分極性電極を直径２．０ｍｍ、厚さ０．６ｍｍでそれぞれ作製したものを用いて電気二重層キャパシタを作製した。
【実施例２】
【００１９】
陽極側の分極性電極を直径２．４ｍｍ、厚さ０．４５ｍｍ、陰極側の分極性電極を直径２．０ｍｍ、厚さ０．５５ｍｍでそれぞれ作製したものを用いて電気二重層キャパシタを作製した。
（比較例１）
陽極側及び陰極側の分極性電極を直径２．０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍでそれぞれ作製したものを用いて電気二重層キャパシタを作製した。
（比較例２）
陽極側の分極性電極を直径２．４ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ、陰極側の分極性電極を直径２．０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍでそれぞれ作製したものを用いて電気二重層キャパシタを作製した。
【００２０】
実施例１、２及び比較例１、２の電気二重層キャパシタについて静電容量をそれぞれ測定した結果を表1に示す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
表１から分かるように、陽極側の分極性電極のセパレータとの接触面積のみが増加するように作製した比較例２においては、同形状の分極性電極を用いた比較例１と同様の静電容量しか得ることができなかった。それに対して、陽極側の分極性電極をセパレータとの接触面積を増加させると共に薄くし、陰極側の厚さを増加させた実施例１及び２については、比較例１及び２よりも静電容量が大きくなるという結果を得た。さらに体積がほぼ同じになるように、セパレータとの接触面積及び厚さを調節した実施例１では、比較例１及び２より静電容量を大きく向上させることができた。これは、電気二重層キャパシタに用いる分極性電極が粉末状活性炭等の活物質から作製され、前記活物質同士に多くの細孔が形成されており、その細孔に電解液が挿入されるため、実質的な接触面積が向上しイオンの引き付け量が分極性電極の体積により決まるためと考えられる。
【００２３】
次に、実施例３〜７として陽極側の分極性電極と、陰極側の分極性電極との体積がほぼ同一なるようにし、直径と厚さを変化させた電気二重層キャパシタを作製し、静電容量を測定した結果を下記の表２に示す。
【００２４】
【表２】
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【００２５】
表２から分かるように、陽極側の分極性電極とセパレータとの接触面積と、陰極側の分極性電極とセパレータとの接触面積が異なり、接触面積の小さい方の分極性電極の厚さが、接触面積が大きい方の分極性電極の厚さよりも厚い実施例３〜７は、実施例１と同様に比較例１よりも静電容量を増加させることができた。また、実施例６及び７のように陽極側の分極性電極とセパレータとの接触面積と、陰極側の分極性電極とセパレータとの接触面積との相対比率が１０：４以下になると分極性電極同士の抵抗が大きくなりすぎるため静電容量増加効果が小さくなり、１０：９以上になると無駄なスペースを有効に利用できず静電容量向上の大きな効果を得難い。そのため、本発明における陽極側の分極性電極とセパレータとの接触面積と、陰極側の分極性電極とセパレータとの接触面積との相対比率は１０：５〜１０：８であることが好ましい。特に１０：６〜１０：７の範囲においては、静電容量向上の顕著な効果を得ることができ、さらに好ましい。
【００２６】
上記実施例では、陽極側の分極性電極の直径を大きくし厚さを薄くし、陰極側の分極性電極を厚く形成したが、陰極側の分極性電極の直径を大きくし厚さを薄くし、陽極側の分極性電極を厚く形成したものでも同様の効果を得ることができる。
【００２７】
また、実施例では、外装部材として金属製の外装蓋(4a)と及び外装ケース(4b)を用いたが、これに限定されず、液晶ポリマー(ＬＣＰ)、変形ポリアミド若しくはナイロン樹脂等の絶縁性樹脂、ポリエチレンテレフタレート(ＰＢＴ)、ポリプロピレン(ＰＰ)若しくポリフェニレンサルファイド(ＰＰＳ)等の絶縁性の熱可塑性プラスチック、又はアルミナ等のセラミックやガラスを用いてもよい。絶縁体からなる外装部材を用いる場合は、Ｃｕを主成分とする合金等からなるリード部材を集電体に取り付け外装部材外部に引き出すことが好ましい。
産業上の利用可能性
本発明の電気二重層キャパシタにあっては、第１分極性電極とセパレータとの接触面積と、第２分極性電極とセパレータとの接触面積とが異なり、且つ、前記接触面積が小さい方の分極性電極が前記接触面積の大きい方の分極性電極よりも厚く形成している。従って、分極性電極周縁の無駄なスペースを有効に利用し、従来品よりも静電容量を増加させることが可能になる。また、第１分極性電極と第２分極性電極との体積がほぼ等しく形成することにより、陽イオンと陰イオンの引き付け量のバランスを取ることができ、従来品に比べ静電容量を増加させることができる。
【００２８】
上記実施例の説明は、本発明を説明するものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或いは範囲を減縮するように解すべきではない。本発明の各部構成は上記実施例に限らす、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施例における電気二重層キャパシタの断面図である。
【図２】従来の電気二重層キャパシタの断面図である。
【図３】従来の底敷き構造の電気二重層キャパシタの断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  第１分極性電極
２  第２分極性電極
３  セパレータ
4a  外装蓋
40a  上方部分
41a  下方部分
4b  外装ケース
５、６  集電体
７  ガスケット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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