(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機電解液中に、粉末状又は繊維状である活性炭を主成分とする分極性電極、セパレータ及び集電体からなる電極体が浸漬された電気二重層コンデンサの製造方法であって、
窒素吸着より求めた活性炭１ｇ当たりの全細孔体積をＶTP、炭素の真密度が２ｇ／ｃｃ時における活性炭１ｇ当たりの見掛け体積ＶACを、ＶAC＝ＶTP＋１／２なる式で算出した後、窒素吸着より求めた細孔直径が０．８〜１ｎｍの範囲にある活性炭１ｇ当たりの細孔体積ＶPとし、Ｘ＝ＶP／ＶACなる式で算出した特性値Ｘが、０．３以上である活性炭を分極性電極に用いることを特徴とする電気二重層コンデンサの製造方法。
【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製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気二重層コンデンサは、ファラッド級の大容量を有し、充放電サイクル特性にも優れることから、電子機器のバックアップ電源や自動車を始めとした各種輸送機のバッテリーとして用いられている他、エネルギーの有効利用の観点からは、夜間電力の貯蔵といった用途での使用も検討されている。
【０００３】
上記電気二重層コンデンサは、例えば、図３に示すように、有機電解液４８に、分極性電極４２を集電体４０に密着させた正極１８及び負極１９との間に、セパレータ４４を介在させた電極体４５を、ケース４６内で浸漬されてなるものである。
【０００４】
このとき、上記分極性電極は、粉末状活性炭又は繊維状活性炭を主成分とするものであり、上記活性炭の特性値として比表面積が知られていた。
【０００５】
しかしながら、大きな比表面積の活性炭を適用しても必ずしも高容量密度の電気二重層コンデンサを得ることができないことが知られている（森本，平塚，真田ら，電気化学，６３，５８９（１９９５））。
従って、高容量密度化を図るために、高比表面積の活性炭を用いても特性が不十分であったり、ばらつきが生じるため、安定した高容量密度の電気二重層コンデンサを得ることが困難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来技術の有する課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高容量密度化が可能で、且つ特性の安定した電気二重層コンデンサの製造方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明によれば、有機電解液中に、粉末状又は繊維状である活性炭を主成分とする分極性電極、セパレータ及び集電体からなる電極体が浸漬された電気二重層コンデンサの製造方法であって、窒素吸着より求めた活性炭１ｇ当たりの全細孔体積をＶTP、炭素の真密度が２ｇ／ｃｃ時における活性炭１ｇ当たりの見掛け体積ＶACを、ＶAC＝ＶTP＋１／２なる式で算出した後、窒素吸着より求めた細孔直径が０．８〜１ｎｍの範囲にある活性炭１ｇ当たりの細孔体積ＶPとし、Ｘ＝ＶP／ＶACなる式で算出した特性値Ｘが、０．３以上である活性炭を分極性電極に用いることを特徴とする電気二重層コンデンサの製造方法が提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の電気二重層コンデンサの製造方法は、窒素吸着より求めた活性炭１ｇ当たりの全細孔体積をＶTP、炭素の真密度が２ｇ／ｃｃ時における活性炭１ｇ当たりの見掛け体積ＶACを、ＶAC＝ＶTP＋１／２なる式で算出した後、窒素吸着より求めた細孔直径が０．８〜１ｎｍの範囲にある活性炭１ｇ当たりの細孔体積ＶPとし、Ｘ＝ＶP／ＶACなる式で算出した特性値Ｘが、０．３以上（より好ましくは、０．３５以上）である活性炭を分極性電極に用いることにある。
これにより、従来の比表面積による活性炭の評価方法と比較して、本発明で提案する活性炭の特性値Ｘが、電気二重層コンデンサの体積静電容量密度との間で比例関係が成立するため、体積静電容量密度を大きな、即ちエネルギー密度が大きく、実用的に好適な電気二重層コンデンサをばらつきなく製造することができる。
【０００９】
ここで、本発明で用いる活性炭は、部分的に酸化させた黒鉛類似の微結晶炭素を有する炭素材料であり、その形状が粉体状又は繊維状であることが好ましい。
【００１０】
尚、本発明で用いる活性炭について詳細に説明する。
まず、本発明の活性炭の作製にあたっては、先ず、石油コークス、石炭コークス、石油ピッチ（タール）、石炭ピッチ（タール）、フェノール樹脂、メソフェーズカーボン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリイミド、ヤシガラ、大鋸屑等の有機材料を、不活性ガス雰囲気中で、約７００℃〜１０００℃の温度範囲で熱処理し、炭化材料を得る。これらの有機材料は、１種類を単独で用いてもよく、また複数種の混合物として用いてもよい。不活性ガスとしては、窒素ガスやアルゴンガス、ヘリウムガスといった希ガスが好適に用いられる。
【００１１】
次に、得られた粉末状又は繊維状の炭化材料を賦活（部分酸化）することにより、本発明で用いる活性炭を得ることができる。ここで、賦活（部分酸化）の方法としては、水蒸気や空気や酸素等の酸化性ガスによる熱処理や、塩化亜鉛等を用いた薬品酸化方法の他、アルカリ金属および酸素元素を含む含酸素アルカリ化合物（以下、「アルカリ金属等」という。）の少なくとも１種と共に、不活性ガス雰囲気中で熱処理する酸化方法を挙げることができる。
【００１２】
アルカリ金属元素としては、カリウム、ナトリウム、リチウムが好適に用いられ、これらアルカリ金属の含酸素化合物としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等の水酸化物や炭酸カリウム、炭酸ナトリウム等の炭酸塩が好適に用いられる。これらのアルカリ金属等は、複数種を混合して用いてもよい。
【００１３】
上記炭化材料は、こうして熱処理された後、必要に応じてメタノールやエタノール等のアルコール系溶媒や水等を用いて、洗浄、濾過、乾燥して単離することにより、本発明で用いる活性炭を得ることができる。
【００１４】
尚、本発明で用いる分極性電極は、上記で得られた粉末状又は繊維状の活性炭に、カーボンブラック等の導電材や有機バインダを添加し、混合・混練し、シート状に成形したものである。集電体は、表面をエッチング処理したアルミ箔を好適に用いることができる。電極端子は、電気伝導性と電解液に対する安定性から高純度アルミニウムを好適に用いることができる。セパレータは、コンデンサ用の紙セパレータや、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン製の多孔性樹脂フィルムを用いることができる。
【００１５】
また、本発明で用いる電解液は、キャパシタとして耐電圧が高くエネルギー密度を大きくできる有機系電解液が好ましい。有機系電解液の溶媒としては、プロピレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、スルホランがあり、これらを単独で、あるいは、複数種混合したり、この他の溶媒や界面活性剤等の添加剤を加えた溶媒が好適に用いられる。電解質としては、４級アンモニウム塩、例えば、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、トリエチルメチルアンモニウムの４フッ化ホウ素塩または６フッ化リン酸塩、あるいは、４級ホスホニウムの４フッ化ホウ素塩または６フッ化リン酸塩などを用いることができる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１〜６、比較例１〜３）
表１に示す原料の炭化物を、表１に示す特性値Ｘになるように賦活することにより、活性炭Ａ〜Ｉを作製した。
尚、特性値Ｘは、活性炭１ｇ当たりの全細孔体積ＶTP並びに０．８〜１ｎｍの細孔体積ＶPは、米国マイクロメリテックス社製ＡＳＡＰ２０００を用いて、窒素の等温吸着線を測定し、ＭＰ法にて評価したものである。
また、活性炭Ａ〜Ｉの比表面積は、米国マイクロメリテックス社製ＤｅＳｏｒｂ２３００を用い、Ｎ2ＢＥＴ法にて測定した。その結果を表１に示す。
【００１７】
次に、得られた活性炭Ａ〜Ｉを用いて、活性炭８０重量％、導電剤としてカーボンブラックを１０重量％、バインダーとしてポリテトラフルオロエチレンを１０重量％混合し、約１５０μｍの厚みの電極シートをそれぞれ作製した。
【００１８】
次に、得られた電極シートから打ち抜いた直径２０ｍｍのディスク２枚を、正負極の分極性電極とし、厚さ３０μｍのアルミニウム箔を集電体、厚さ２５μｍの多孔質ポリエチレンフィルムをセパレータとして組み合わせ電極体とし、これを有機電解液である１Ｍのテトラエチルアンモニウム・テトラフルオロボレートを溶解したプロピレンカーボネートに含浸させることにより、電気二重層コンデンサをそれぞれ作製した。
【００１９】
得られた電気二重層コンデンサの室温での静電容量を、５ｍＡ／ｃｍ2の電流密度で、０〜２．５Ｖまでの範囲の充放電にて評価した。その結果を表１に示す。
尚、表１に示す体積静電容量密度は、測定された静電容量を、正負極の電極シート体積の合計で除した値である。
【００２０】
【表１】
0003792528.tif 000002
【００２１】
（考察）
本発明では、図１に示すように、電気二重層コンデンサの体積静電容量密度と活性炭の特性値Ｘとの間に比例関係が成立することを確認した。
これにより、特性値Ｘを指標として電気二重層コンデンサを製造した場合、電気二重層コンデンサの品質を簡便且つ確実に維持することができる。
また、本発明では、表１の結果から、特性値Ｘが０．３以上、更に好ましくは０．３５以上の活性炭（実施例１〜６）を用いることにより、１０Ｆ／ｃｃ以上の体積静電容量密度を有する、即ちエネルギー密度が大きく、実用的に好適な電気二重層コンデンサを製造することができた。
一方、従来の方法では、図２に示すように、体積静電容量密度と比表面積との相関関係が不十分であるため、比表面積を指標として電気二重層コンデンサを製造した場合、体積静電容量密度が十分でなく、且つばらつきの大きな電気二重層コンデンサしか製造することができなかった。
【００２２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明に係る電気二重層コンデンサの製造方法は、高容量密度化が可能で、且つ特性の安定した電気二重層コンデンサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  電気二重層コンデンサの体積静電容量密度と活性炭の特性値Ｘとの関係を示すグラフである。
【図２】  電気二重層コンデンサの体積静電容量密度と活性炭の比表面積との関係を示すグラフである。
【図３】  電気二重層コンデンサの一例を示す概要図である。
【符号の説明】
１８…正極（正電極）、１９…負極（負電極）、４０…集電体、４２…分極性電極、４４…セパレータ、４５…電極体、４６…ケース、４８…有機電解液。
【図１】
0003792528.tif 000003
【図２】
0003792528.tif 000004
【図３】
0003792528.tif 000005