(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
易黒鉛化性炭素を用いて得られた活性炭繊維と、その活性炭繊維を粉砕して得られた活性炭粉末とよりなる、電気二重層コンデンサの電極用活性炭であって、 前記活性炭繊維の半径をＲとしたとき、前記活性炭粉末の平均半径ｒは、
ｒ≦（√２−１）Ｒであり、
前記活性炭繊維および活性炭粉末の配合物において、その活性炭粉末の配合量Ａは、
２０ｗｔ％≦Ａ≦８０ｗｔ％であることを特徴とする、電気二重層コンデンサの電極用活性炭。
【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コンデンサの電極用活性炭に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電極用活性炭としては、その静電容量の増加を狙って、易黒鉛化性炭素であるメソフェーズピッチを原料とした活性炭繊維が用いられている。
【０００３】
この活性炭繊維は、メソフェーズピッチを用いて紡糸を行うことにより繊維状物を製造し、次いでその繊維状物に不融化処理、それに次ぐ炭化処理を施し、その後、賦活処理に次いで粉砕処理を行うか、または粉砕処理に次いで賦活処理を行う、といった方法により製造されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の活性炭繊維は粉砕によりその長さが短くなっても、アスペクト比を持つ繊維状をなすので、このような活性炭繊維を用いて分極性電極を構成すると、繊維がランダムに分散してそれらの間に空隙が生じ易く、その結果、電極密度（ｇ／ｃｃ）が低く、延いては電気二重層コンデンサの静電容量密度（Ｆ／ｃｃ）を高めることができない、という問題を生じた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、特定の手段を採用することにより、電極密度を高めることが可能な電極用活性炭を提供することを目的とする。
【０００６】
前記目的を達成するため本発明によれば、易黒鉛化性炭素を用いて得られた活性炭繊維と、その活性炭繊維を粉砕して得られた活性炭粉末とよりなる、電気二重層コンデンサの電極用活性炭であって、前記活性炭繊維の半径をＲとしたとき、前記活性炭粉末の平均半径ｒは、ｒ≦（√２−１）Ｒであり、前記活性炭繊維および活性炭粉末の配合物において、その活性炭粉末の配合量Ａは、２０ｗｔ％≦Ａ≦８０ｗｔ％であることを特徴とする電気二重層コンデンサの電極用活性炭が提供される。
【０００７】
前記のように構成すると、活性炭繊維間の空隙に活性炭粉末を入込ませて電極密度を高めることが可能である。この場合、活性炭粉末は活性炭繊維と同材質であるから、その活性炭粉末の混在によって活性炭繊維の持つ優れた静電容量特性を損うことはない。
【０００８】
一方、電気二重層コンデンサの分極性電極は充電時に膨脹するので、その密度を高めるため加圧手段を適用すると、充電時における分極性電極の膨脹量が大となってケースの変形等の不具合を発生するおそれがある。ところが、前記のように活性炭繊維間の空隙に活性炭粉末を入込ませた状態では、充電時における分極性電極の膨脹量を増加させるような緻密化を生じることはないので、その膨脹量は活性炭粉末無しのときと殆ど変わらない。  また活性炭粉末の配合量ＡがＡ＜２０ｗｔ％では電極密度向上効果が少なく、一方、Ａ＞８０ｗｔ％では、活性炭粉末の量が過多となって結着剤の分散性が悪くなるため混練物の取扱性が悪化して、例えば圧延作業に支障を来たし、また電極密度も低下傾向となるため、本発明の活性炭繊維および活性炭粉末の配合物においては、その活性炭粉末の配合量Ａが、２０ｗｔ％≦Ａ≦８０ｗｔ％に限定される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１において、ボタン型電気二重層コンデンサ１は、ケース２と、そのケース２内に収容された一対の分極性電極３，４およびそれらの間に挟まれたスペーサ５と、ケース２内に充填された電解液とを有する。ケース２は開口部６を有するＡｌ製器体７およびその開口部６を閉鎖するＡｌ製蓋板８よりなり、その蓋板８の外周部および器体７の内周部間はシール材９によりシールされている。各分極性電極３，４は活性炭、導電フィラおよび結着剤の混合物よりなる。
【００１０】
電極用活性炭は、易黒鉛化性炭素を用いて得られた活性炭繊維と、その活性炭繊維を粉砕して得られた活性炭粉末とよりなる。
【００１１】
活性炭繊維の製造に当っては次のような方法を行った。即ち、（ａ）易黒鉛化性炭素であるメソフェーズピッチを用いて紡糸を行うことにより半径ＲがＲ＝１２μｍの繊維を得た。（ｂ）その繊維に室温下で粉砕処理を施して平均長さＬ＝２５μｍの粉砕繊維を製造し、次いで粉砕繊維に、大気気流中、３５０℃、２時間の不融化処理を施し、その後、粉砕繊維に、窒素気流中、７００℃、１時間の炭化処理を施して炭化繊維を得た。（ｃ）炭化繊維と、その炭素重量の２倍量のＫＯＨとを混合し、次いで混合物に窒素雰囲気中、８００℃、５時間のアルカリ賦活処理としてのカリウム賦活処理を施し、その後、混合物の、塩酸による中和、洗浄および乾燥といった後処理を行って、半径Ｒ＝１２μｍで、平均長さＬ＝２５μｍの活性炭繊維を得た。
【００１２】
次に、活性炭繊維にボールミルを用いて粉砕処理を施し、その際、処理時間を変えて種々の平均半径ｒを持つ活性炭粉末を得た。
【００１３】
表１は、活性炭粉末の例（１）〜（７）に関する粉砕時間と平均半径ｒとの関係を示す。
【００１４】
【表１】
0003793398.tif 000002
【００１５】
図２は、表１に基づき活性炭粉末の例（１）〜（７）について、粉砕時間と平均半径ｒとの関係をグラフ化したものである。図中、（１）〜（７）は例（１）〜（７）にそれぞれ対応する。
【００１６】
活性炭粉末の平均半径ｒは、初めのうちは経時的に小さくなるが、粉砕時間２４時間経過後は平均半径ｒ≒２μｍで略一定となる。
【００１７】
次に活性炭繊維および活性炭粉末の例（１）〜（７）を用い、以下に述べるような方法で、図１のボタン型電気二重層コンデンサ１を製作した。
【００１８】
（ａ）活性炭繊維４０ｗｔ％および活性炭粉末の例（１）６０ｗｔ％よりなる配合物を調製した。（ｂ）配合物８０ｗｔ％、黒鉛粉末（導電フィラ）１０ｗｔ％およびＰＴＦＥ（結着剤）１０ｗｔ％を混練した。（ｃ）混練物を用いて圧延を行うことにより、厚さ１８５μｍの電極シートを製作した。（ｄ）電極シートから直径２０mmの２枚の分極性電極３，４を切出し、これら２枚の分極性電極３，４，直径２２mm、厚さ１                ６０μｍのガラス繊維製スペーサ５、電解液等を用いてボタン型電気二重層コンデンサ１を製作した。電解液としては、１．４Ｍのトリエチルメチルアンモニウム・テトラフルオロボーレイト［（Ｃ2 Ｈ5 ）3 ＣＨ3 ＮＢＦ4 ］のプロピレンカーボネート溶液を用いた。
【００１９】
このように活性炭粉末の例（１）を用いたボタン型電気二重層コンデンサを試料（１）とする。また活性炭粉末の例（２）〜（７）を用い、前記同様の方法で、ボタン型電気二重層コンデンサの試料（２）〜（７）を製作した。さらに、活性炭粉末無しの活性炭繊維を用い、前記同様の方法で電気二重層コンデンサの試料（０）を製作した。この場合、前記混練物中の活性炭繊維の配合量は８０ｗｔ％である。
【００２０】
試料（０）〜（７）について、充電電圧２．５Ｖ、充電電流５ｍＡにて単位重量当りの静電容量密度（Ｆ／ｇ）を測定し、その測定値および電極密度から、単位体積当りの静電容量密度（Ｆ／ｃｃ）を求めた。表２は、試料（１）〜（７）に関する活性炭粉末の平均半径ｒ、電極密度および静電容量密度（Ｆ／ｃｃ）を示す。表２には試料（０）に関するデータも示した。この場合、平均半径には活性炭繊維の半径Ｒが該当する。
【００２１】
【表２】
0003793398.tif 000003
【００２２】
図３は、表２に基づき試料（０）〜（７）について、活性炭粉末の平均半径ｒと静電容量密度（Ｆ／ｃｃ）との関係をグラフ化したものである。図中、（０）〜（７）は試料（０）〜（７）にそれぞれ対応する。
【００２３】
図３から明らかなように、活性炭繊維の半径Ｒ＝１２μｍにおいて、活性炭粉末の平均半径ｒをｒ≦５μｍに設定すると、静電容量密度（Ｆ／ｃｃ）が急激に上昇し、また活性炭粉末の平均半径ｒをｒ＝１．８〜２．１μｍに設定すると静電容量密度（Ｆ／ｃｃ）が最大となることが判る。
【００２４】
平均半径ｒがｒ＝５μｍである活性炭粉末は、例えば、図４に示すような充填構造をとる。即ち、４つの活性炭繊維１０が、相隣る両活性炭繊維１０を相互に接触させて配置され、それら活性炭繊維１０により囲まれた略四角形の空隙１１が形成されたとすると、その空隙１１に入込んだ活性炭粉末１２の最大半径ｒ１は活性炭繊維１０の半径Ｒを用いて、ｒ１＝（√２−１）Ｒと表わされる。ここで、Ｒ＝１２μｍとすると、ｒ１≒５μｍとなり、ｒ１≒ｒが成立する。
【００２５】
一方、平均半径ｒがｒ＝１．８μｍである活性炭粉末１２は、例えば、図５に示すような充填構造をとる。即ち、３つの活性炭繊維１０が、相隣る両活性炭繊維１０を相互に接触させて配置され、それら活性炭繊維１０により囲まれた略三角形の空隙１１が形成されたとすると、その空隙１１に入込んだ活性炭粉末１２の最大半径ｒ１は活性炭繊維１０の半径Ｒを用いて、ｒ１＝｛（２√３／３）−１｝Ｒと表わされる。ここでＲ＝１２μｍとすると、ｒ１≒１．８６μｍとなり、ｒ１≒ｒが成立する。
【００２６】
したがって、図３，４から、活性炭繊維１０の半径をＲとしたときには、活性炭粉末１２の平均半径ｒをｒ≦（√２−１）Ｒに設定するのが望ましい、と言うことができる。
【００２７】
図６は、ボタン型電気二重層コンデンサの試料（６）において、活性炭粉末（平均半径ｒ＝１．８μｍ）の配合量Ａを変化させた場合の電極密度変化を示す。活性炭粉末の配合量ＡがＡ＜２０ｗｔ％では電極密度向上効果が少なく、一方、Ａ＞８０ｗｔ％では、活性炭粉末の量が過多となって結着剤の分散性が悪くなるため混練物の取扱性が悪化して、例えば圧延作業に支障を来たし、また電極密度も低下傾向となる。
【００２８】
図７は、前記同様に、ボタン型電気二重層コンデンサの試料（６）において、活性炭粉末（平均半径ｒ＝１．８μｍ）の配合量Ａを変化させた場合の静電容量密度（Ｆ／ｃｃ）変化を示す。また図７には、前記試料（１）、（２）に関するデータも記載した。何れの場合も、活性炭粉末の配合量ＡがＡ＜２０ｗｔ％では静電容量密度向上効果が少なく、一方、Ａ＞８０ｗｔ％では前記同様に混練物の取扱性が悪化し、また電極密度の低下に伴い静電容量密度も低下傾向となる。
【００２９】
図６、７より、活性炭繊維および活性炭粉末の配合物において、その活性炭粉末の配合量Ａは２０ｗｔ％≦Ａ≦８０ｗｔ％が適当である、と言える。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、前記のように構成することによって、電極密度を高め、延いては電気二重層コンデンサの静電容量密度を向上させることが可能な電極用活性炭を提供することができる。
【００３１】
また活性炭粉末の配合量Ａが、Ａ＜２０ｗｔ％では電極密度向上効果が少なく、一方、Ａ＞８０ｗｔ％では、活性炭粉末の量が過多となって結着剤の分散性が悪くなり混練物の取扱性が悪化するが、本発明の活性炭繊維および活性炭粉末の配合物においては、その活性炭粉末の配合量Ａを、２０ｗｔ％≦Ａ≦８０ｗｔ％としたことで、上記問題が解決される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ボタン型電気二重層コンデンサの要部破断正面図である。
【図２】  粉砕時間と活性炭粉末の平均半径ｒとの関係を示すグラフである。
【図３】  活性炭粉末の平均半径ｒと静電容量密度との関係を示すグラフである。
【図４】  活性炭繊維と活性炭粉末との関係の一例を示す説明図である。
【図５】  活性炭繊維と活性炭粉末との関係の他例を示す説明図である。
【図６】  活性炭粉末の配合量Ａと電極密度との関係を示すグラフである。
【図７】  活性炭粉末の配合量Ａと静電容量密度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…………ボタン型電気二重層コンデンサ
３…………分極性電極
４…………分極性電極
１０………活性炭繊維
１１………空隙
１２………活性炭粉末
【図１】
0003793398.tif 000004
【図２】
0003793398.tif 000005
【図３】
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【図４】
0003793398.tif 000007
【図５】
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【図６】
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【図７】
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