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JP2007287954A - Electric double layer capacitor - Google Patents

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JP2007287954A
JP2007287954A JP2006114173A JP2006114173A JP2007287954A JP 2007287954 A JP2007287954 A JP 2007287954A JP 2006114173 A JP2006114173 A JP 2006114173A JP 2006114173 A JP2006114173 A JP 2006114173A JP 2007287954 A JP2007287954 A JP 2007287954A
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千穂 山田
Hideki Shimamoto
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Abstract

【課題】本発明は、分極性電極層の容量向上と分極性電極層の膨張により信頼性低下防止を図ることで、電気二重層キャパシタの信頼性向上を目的とする。
【解決手段】金属箔からなる集電体3上に分極性電極層4を形成した正負一対の電極をその間にセパレータ5を介在させて分極性電極層4が対向するようにし、これを駆動用電解液とともにケース8に収納してなる電気二重層キャパシタにおいて、分極性電極層4は炭素結晶子が異方性配向した難黒鉛化性炭素の層であるハードカーボン層4aの中に炭素結晶子が等方性配向した易黒鉛化性炭素の層であるソフトカーボン層4bを介在させたことを特徴とする電気二重層キャパシタとする。
【選択図】図2
An object of the present invention is to improve the reliability of an electric double layer capacitor by improving the capacity of the polarizable electrode layer and preventing the deterioration of the reliability by the expansion of the polarizable electrode layer.
A pair of positive and negative electrodes in which a polarizable electrode layer 4 is formed on a current collector 3 made of a metal foil is disposed so that the polarizable electrode layer 4 is opposed to each other with a separator 5 interposed therebetween. In the electric double layer capacitor housed in the case 8 together with the electrolytic solution, the polarizable electrode layer 4 has a carbon crystallite in a hard carbon layer 4a which is a non-graphitizable carbon layer in which the carbon crystallite is anisotropically oriented. Is an electric double layer capacitor characterized by interposing a soft carbon layer 4b which is an easily graphitizable carbon layer having isotropic orientation.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、各種電子機器に利用される電気二重層キャパシタに関し、特に低抵抗、低温特性および長期信頼性に優れた電気二重層キャパシタに関するものである。   The present invention relates to an electric double layer capacitor used in various electronic devices, and more particularly to an electric double layer capacitor excellent in low resistance, low temperature characteristics and long-term reliability.

従来の電気二重層キャパシタはアルミニウム箔などの集電体上の表面に活性炭を主成分とする分極性電極を層状に形成した分極性電極層を設けた電極体を2枚1組とし、前記分極性電極層同士をセパレータを介して対向させることによりキャパシタ素子を構成し、このキャパシタ素子に駆動用電解液を含浸させることにより構成されているものである。   In the conventional electric double layer capacitor, a pair of electrode bodies each having a polarizable electrode layer in which a polarizable electrode mainly composed of activated carbon is formed on the surface of a current collector such as an aluminum foil is provided. A capacitor element is configured by making polar electrode layers face each other with a separator interposed therebetween, and the capacitor element is configured to be impregnated with a driving electrolyte.

そして、この分極性電極層には一般に活性炭電極層を設けたものが使用されており、活性炭としては、炭素が黒鉛化しやすい易黒鉛化性炭素と黒鉛化しにくい難黒鉛化性炭素に分類できる。   The polarizable electrode layer is generally provided with an activated carbon electrode layer, and the activated carbon can be classified into easily graphitizable carbon that is easily graphitized and non-graphitizable carbon that is not easily graphitized.

この易黒鉛化性炭素は黒鉛類似の微結晶構造部分を有しており、ソフトカーボンと呼ばれている。一方、難黒鉛化性炭素は黒鉛類似の微結晶構造部分を持たず、乱層構造を有しているものでハードカーボンと呼ばれている。   This graphitizable carbon has a microcrystalline structure portion similar to graphite and is called soft carbon. On the other hand, non-graphitizable carbon does not have a microcrystalline structure portion similar to graphite but has a turbostratic structure and is called hard carbon.

このソフトカーボンは電気二重層キャパシタとして電圧印加時に駆動用電解液中のイオンがインターカレートして黒鉛類似の層間を押し広げる形で細孔内に吸着することから、過剰な電圧印加を行い黒鉛層間にイオンを挿入させることにより、高い容量を発現することが知られている。   Since this soft carbon is an electric double layer capacitor, ions in the driving electrolyte intercalate during voltage application and adsorb in the pores in such a way that it spreads between graphite-like layers. It is known that a high capacity is developed by inserting ions between layers.

そこで、容量を向上させるために炭素結晶子が等方性配向した易黒鉛化性炭素であるソフトカーボンを分極性電極層に用いるなどが行われていた。   Therefore, in order to improve the capacity, soft carbon, which is graphitizable carbon in which carbon crystallites are isotropically oriented, is used for the polarizable electrode layer.

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、非特許文献1、特許文献1ならびに特許文献2が知られている。
炭素材料学会編集「新・炭素材料入門」(株)リアライズ社発行、1998年8月10日第1版第2刷発行(P8−12) 特開2005−136397号公報 特開2002−151364号公報
As prior art document information related to the invention of this application, for example, Non-Patent Document 1, Patent Document 1, and Patent Document 2 are known.
Edited by Carbon Society of Japan, “Introduction to New Carbon Materials” published by Realize Co., Ltd., published on August 10, 1998, 1st edition, 2nd edition (P8-12) Japanese Patent Laid-Open No. 2005-136397 JP 2002-151364 A

上記従来の構成においては、ソフトカーボンによる分極性電極層がキャパシタとして構成された際に充放電をすると、電解液イオンがソフトカーボンに含まれる炭素結晶子の層間構造を押し広げるような形となり、結果として、ソフトカーボンが膨張して分極性電極層がセパレータを破壊してしまうといった問題点を有していた。   In the above-mentioned conventional configuration, when the polarizable electrode layer made of soft carbon is configured as a capacitor, when charging and discharging, the electrolyte ions become a form that spreads the interlayer structure of carbon crystallites contained in the soft carbon, As a result, there was a problem that the soft carbon expanded and the polarizable electrode layer destroyed the separator.

そこで本発明はこのような従来の課題を解決し、容量を向上させつつ、長期信頼性に優れた電気二重層キャパシタとするため、分極性電極層の膨張によるセパレータの破壊を防ぐことを目的とするものである。   Accordingly, the present invention aims to solve such a conventional problem and to prevent the destruction of the separator due to the expansion of the polarizable electrode layer in order to make the electric double layer capacitor excellent in long-term reliability while improving the capacity. To do.

この目的を達成するために、本発明は、分極性電極層を炭素結晶子が異方性配向した難黒鉛化性炭素の層であるハードカーボン層の中に炭素結晶子が等方性配向した易黒鉛化性炭素の層であるソフトカーボン層を介在させた電気二重層キャパシタとすることによって分極性電極層の膨張によるセパレータの破壊を防ぐものとした。   In order to achieve this object, the present invention provides a polarizable electrode layer having an isotropic orientation of carbon crystallites in a hard carbon layer that is a non-graphitizable carbon layer in which carbon crystallites are anisotropically oriented. By making an electric double layer capacitor with a soft carbon layer that is a graphitizable carbon layer interposed therebetween, the separator is prevented from being broken due to expansion of the polarizable electrode layer.

本発明の電気二重層キャパシタは、充放電時の膨張の少ないハードカーボンをソフトカーボンの上下から挟み込むことによって、分極性電極層としての膨張を押さえることができるので、容量を向上させるとともに、長期信頼性に優れた電気二重層キャパシタを提供することができるものである。   The electric double layer capacitor of the present invention can suppress expansion as a polarizable electrode layer by sandwiching hard carbon with low expansion at the time of charging / discharging from the top and bottom of soft carbon, so that the capacity can be improved and long-term reliability can be achieved. It is possible to provide an electric double layer capacitor having excellent properties.

以下、本発明の実施の形態1について、図を用いて説明する。   Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(実施の形態)
図1は本実施の形態における電気二重層キャパシタの構成を示した一部切り欠き斜視図、図2は同電気二重層キャパシタに使用される分極性電極を示した断面図である。
(Embodiment)
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing a configuration of an electric double layer capacitor in the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing a polarizable electrode used in the electric double layer capacitor.

図1において、1はキャパシタ素子を示し、このキャパシタ素子1はリード線2を接続したアルミニウム箔からなる集電体3上に活性炭からなるカーボンにアセチレンブラックなどの導電性を有する導電剤(図示せず)と分散性および成膜性を有する水溶性バインダー(図示せず)とを添加させた分極性電極(図示せず)を層状に形成し、分極性電極層4とし、この分極性電極層4を一対としてその間に短絡防止用のセパレータ5を介在させて巻回することにより構成されているものである。   In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a capacitor element. The capacitor element 1 is a conductive agent (not shown) having conductivity such as carbon made of activated carbon and acetylene black on a current collector 3 made of aluminum foil to which lead wires 2 are connected. And a polarizable electrode (not shown) to which a water-soluble binder (not shown) having dispersibility and film-forming property is added is formed into a layered shape to form a polarizable electrode layer 4, and this polarizable electrode layer A pair of 4 is wound by interposing a separator 5 for preventing a short circuit therebetween.

なお、リード線2、集電体3、分極性電極層4、セパレータ5はそれぞれ正負極に対応するよう一対用意されている。   A pair of lead wire 2, current collector 3, polarizable electrode layer 4, and separator 5 are prepared so as to correspond to the positive and negative electrodes, respectively.

また、図2に示すごとく、アルミニウム箔などからなる集電体3上の分極性電極層4はハードカーボン層4aの中にソフトカーボン層4bが介在している。ハードカーボン層4aは炭素結晶子が異方性配向した難黒鉛化性炭素の層であり、ソフトカーボン層4bは炭素結晶子が等方性配向した易黒鉛化性炭素の層である。   As shown in FIG. 2, the polarizable electrode layer 4 on the current collector 3 made of aluminum foil or the like has a soft carbon layer 4b interposed in a hard carbon layer 4a. The hard carbon layer 4a is a non-graphitizable carbon layer in which carbon crystallites are anisotropically oriented, and the soft carbon layer 4b is a graphitizable carbon layer in which carbon crystallites are isotropically oriented.

集電体3上にハードカーボン層4aを塗工した後に、ソフトカーボン層4bを塗工し、再度ハードカーボン層4aを塗工するなどして、ハードカーボン層4aの中にソフトカーボン層4bを介在させる。   After the hard carbon layer 4a is applied on the current collector 3, the soft carbon layer 4b is applied, and the hard carbon layer 4a is applied again, so that the soft carbon layer 4b is formed in the hard carbon layer 4a. Intervene.

ここで、ハードカーボンとはポリ塩化ビニリデン炭、木炭類、ヤシ殻などの果実殻、フェノールホルムアルデヒド樹脂炭などであり、ソフトカーボンとは石油コークス、石炭コークス、ピッチコークス、石炭系ピッチコークス、石油系ピッチコークス、ポリ塩化ビニル炭などを指すものとする。   Here, hard carbon is polyvinylidene chloride charcoal, charcoal, fruit shells such as coconut shell, phenol formaldehyde resin charcoal, etc., soft carbon is petroleum coke, coal coke, pitch coke, coal pitch coke, petroleum It refers to pitch coke and polyvinyl chloride charcoal.

このキャパシタ素子1を駆動用電解液(図示せず)に含浸させ、図1に示すごとく、キャパシタ素子1の上端部にリード線2が挿通する孔を設けたゴム製の封口部材7を嵌め込み、アルミニウムからなる有底円筒状のケース8に収納して、ケース8の開口部を絞り加工することにより、封口部材7を圧縮してケース8を封止するように構成されている。   The capacitor element 1 is impregnated with a driving electrolyte (not shown), and a rubber sealing member 7 having a hole through which the lead wire 2 is inserted is fitted into the upper end portion of the capacitor element 1 as shown in FIG. The case 8 is configured to be stored in a bottomed cylindrical case 8 made of aluminum and the case 8 is sealed by compressing the sealing member 7 by drawing the opening of the case 8.

上記のように集電体3上にハードカーボン層4aの中にソフトカーボン層4bを介在させた分極性電極層4を形成することが本発明における技術的特徴の一つであり、このようにすることで、充放電時にソフトカーボン層4bが、上下からハードカーボン層4aによって挟み込まれているので膨張を押さえることができ、分極性電極層4としての膨張によるセパレータ5の破壊を防ぐことができるものである。   Forming the polarizable electrode layer 4 with the soft carbon layer 4b interposed in the hard carbon layer 4a on the current collector 3 as described above is one of the technical features of the present invention. By doing so, the soft carbon layer 4b is sandwiched by the hard carbon layer 4a from above and below during charging and discharging, so that the expansion can be suppressed and the destruction of the separator 5 due to the expansion as the polarizable electrode layer 4 can be prevented. Is.

このとき、ソフトカーボン層4bの厚みはハードカーボン層4aより小さくすることによって、ハードカーボン層4aによる押さえ込む力がより高まり、膨張を押さえることができる効果も高まるものである。   At this time, by making the thickness of the soft carbon layer 4b smaller than that of the hard carbon layer 4a, the pressing force by the hard carbon layer 4a is further increased, and the effect of suppressing the expansion is also increased.

本発明の実施の形態においてはハードカーボン層4aの中にソフトカーボン層4bは1層としたが、これは複数層であってもよく、集電体3上にハードカーボン層4aを塗工した後に、ソフトカーボン層4bの塗工とハードカーボン層4aの塗工を繰り返すことによって形成することが可能である。このようにすることで、分極性電極層4としての膨張によるセパレータ5の破壊を防ぎつつ、さらに容量の向上を図ることができる。   In the embodiment of the present invention, the hard carbon layer 4a has one soft carbon layer 4b. However, this may be a plurality of layers, and the hard carbon layer 4a is coated on the current collector 3. Later, it can be formed by repeating the coating of the soft carbon layer 4b and the coating of the hard carbon layer 4a. By doing in this way, the capacity | capacitance can be improved further, preventing destruction of the separator 5 by the expansion as the polarizable electrode layer 4.

(実施例1)
本発明の実施の形態による電気二重層キャパシタにおける電極の膨張を測定するために、図2のように集電体3としてアルミニウム箔上にフェノール樹脂からなるハードカーボン層4aを形成し、このハードカーボン層4aの中に石炭ピッチコークスからなるソフトカーボン層4bを形成した。このときソフトカーボン層4bの厚みはハードカーボン層4aのそれぞれの厚みより小さくなるように分極性電極層4を構成した。
Example 1
In order to measure the expansion of the electrode in the electric double layer capacitor according to the embodiment of the present invention, a hard carbon layer 4a made of a phenol resin is formed on an aluminum foil as a current collector 3 as shown in FIG. A soft carbon layer 4b made of coal pitch coke was formed in the layer 4a. At this time, the polarizable electrode layer 4 was configured such that the thickness of the soft carbon layer 4b was smaller than the thickness of each of the hard carbon layers 4a.

さらに、ハードカーボン層4aに用いたフェノール樹脂の比表面積は約1800〜2000m2/g、活性炭平均粒径2.5〜5.0μmであり、ソフトカーボン層4bに用いた石炭ピッチコークスの比表面積は約600〜800m2/g、活性炭平均粒径2.5〜5.0μmであった。 Furthermore, the specific surface area of the phenol resin used for the hard carbon layer 4a is about 1800 to 2000 m 2 / g and the activated carbon average particle diameter is 2.5 to 5.0 μm, and the specific surface area of the coal pitch coke used for the soft carbon layer 4b. Was about 600 to 800 m 2 / g, and the activated carbon average particle size was 2.5 to 5.0 μm.

また、ハードカーボン層4aおよびソフトカーボン層4bにはそれぞれアセチレンブラックを6質量%、水溶性バインダーを5.8質量%添加した。   Further, 6% by mass of acetylene black and 5.8% by mass of a water-soluble binder were added to the hard carbon layer 4a and the soft carbon layer 4b, respectively.

この集電体3と分極性電極層4を正負一対となるようにし、駆動用電解液を含浸させたセパレータを介在させてこの分極性電極層4が対向するように模擬的に電気二重層キャパシタを構成したラミネートセルを用いて、電圧印加時のセルの厚みを測定した。   This electric current collector 3 and polarizable electrode layer 4 are made into a pair of positive and negative, and an electric double layer capacitor is simulated so that this polarizable electrode layer 4 faces with a separator impregnated with a driving electrolyte solution interposed The thickness of the cell at the time of voltage application was measured using the laminate cell which comprised this.

電圧印加は0〜3.0Vまでの電圧を0.5V間隔で印加し、各電圧で5分間保持した後、2.5Vでのセルの厚みをマイクロゲージにて5点測定し、電圧印加前の厚みと比較することで電極膨張率とした。この結果を(表1)に示す。   For voltage application, a voltage of 0 to 3.0 V was applied at 0.5 V intervals, held at each voltage for 5 minutes, and then the cell thickness at 2.5 V was measured with a micro gauge at five points, before voltage application. It was set as the electrode expansion coefficient by comparing with the thickness. The results are shown in (Table 1).

また、上記のラミネートセルと同じ構成のものを巻回した後、図1のように駆動用電解液とともに有底円筒状のケース8に収納してリード線2を引き出し、封口部材7で封止することによって巻回形の電気二重層キャパシタを作製した。   Further, after winding the same structure as the above laminate cell, it is housed in a bottomed cylindrical case 8 together with the driving electrolyte as shown in FIG. Thus, a wound type electric double layer capacitor was produced.

この電気二重層キャパシタは定格電圧2.0V、静電容量68F、サイズがФ18mm×L50mmとなるように作製され、これを用いて、1.5A、2.5Vの定電流定電圧充電を行い、充電後の1.0A放電における放電容量と内部抵抗率を25℃の常温雰囲気下で測定した。この結果を(表1)に示す。   This electric double layer capacitor is manufactured to have a rated voltage of 2.0 V, a capacitance of 68 F, and a size of Ф18 mm × L50 mm. Using this, a constant current and constant voltage charge of 1.5 A and 2.5 V is performed, The discharge capacity and internal resistivity at 1.0 A discharge after charging were measured in a room temperature atmosphere at 25 ° C. The results are shown in (Table 1).

(実施例2)
集電体3上にフェノール樹脂からなるハードカーボン層4aを形成し、このハードカーボン層4aの中に石炭ピッチコークスからなるソフトカーボン層4bを2層設け、間にハードカーボン層4aを介在させるように積層した。すなわち最上層と最下層はハードカーボン層4aであり、その間にソフトカーボン層4bの2層とハードカーボン層4aが積層されている。
(Example 2)
A hard carbon layer 4a made of phenol resin is formed on the current collector 3, and two soft carbon layers 4b made of coal pitch coke are provided in the hard carbon layer 4a, with the hard carbon layer 4a interposed therebetween. Laminated. That is, the uppermost layer and the lowermost layer are the hard carbon layer 4a, and two layers of the soft carbon layer 4b and the hard carbon layer 4a are laminated therebetween.

このときソフトカーボン層4bのそれぞれの厚みの合計は、ハードカーボン層4aのそれぞれの厚みより小さくなるように分極性電極層4を構成し、分極性電極層4の全ての厚みの合計とともに集電体3を含むセルの厚みは実施例1と同じになるようにした。   At this time, the polarizable electrode layer 4 is configured so that the total thickness of the soft carbon layer 4b is smaller than the respective thickness of the hard carbon layer 4a, and the current collecting is performed together with the total thickness of all the polarizable electrode layers 4. The thickness of the cell including the body 3 was made the same as in Example 1.

上記以外は実施例1と同様の構成で、ラミネートセルを用いて、電圧印加時のセルの厚みを測定した結果を(表1)に示す。   Table 1 shows the results of measuring the thickness of the cell when a voltage was applied using a laminate cell with the same configuration as in Example 1 except for the above.

同様に巻回形の電気二重層キャパシタを作製し、放電容量と内部抵抗率を測定した結果を(表1)に示す。   Similarly, a wound electric double layer capacitor was prepared, and the discharge capacity and internal resistivity were measured (Table 1).

(比較例)
集電体3上にフェノール樹脂からなるハードカーボン層4aのみで分極性電極層4を形成し、分極性電極層4の厚みと、セルの厚みのそれぞれは実施例1および実施例2と同じになるようにした。
(Comparative example)
The polarizable electrode layer 4 is formed on the current collector 3 only by the hard carbon layer 4a made of phenol resin, and the thickness of the polarizable electrode layer 4 and the thickness of the cell are the same as those in the first and second embodiments. It was made to become.

同様に電圧印加時の電極膨張率と、これを用いた巻回形の電気二重層キャパシタの放電容量と内部抵抗率を測定した結果を(表1)に示す。   Similarly, Table 1 shows the results of measuring the electrode expansion coefficient during voltage application, and the discharge capacity and internal resistivity of a wound electric double layer capacitor using the same.

Figure 2007287954
Figure 2007287954

(表1)に示すように比較例に比べ、実施例1および実施例2は常温での容量が向上するとともに電極膨張率はほぼ同等という結果になった。これは実施例1および実施例2でのソフトカーボン層4bによって容量を向上させる際に従来は電極の膨張率が大幅に増大してしまうものであったところ、本実施の形態のようにソフトカーボン層4bの上下からハードカーボン層4aが挟み込むようにしてソフトカーボン層4bの膨張を抑制したためである。   As shown in (Table 1), compared to the comparative example, Example 1 and Example 2 resulted in improved capacity at room temperature and almost the same electrode expansion coefficient. This is because when the soft carbon layer 4b in Example 1 and Example 2 is used to improve the capacity, the expansion coefficient of the electrode has been greatly increased in the past. This is because the expansion of the soft carbon layer 4b is suppressed by sandwiching the hard carbon layer 4a from above and below the layer 4b.

本発明の実施の形態によれば、分極性電極層4に含まれるアセチレンブラックなどの導電剤は分極性電極層4の全材料の8質量%以下であればよく、さらに、水溶性バインダーを同じく2〜8質量%にすればよいものとする。このようにすることによって抵抗率を小さくすることができ、かつ、低温特性を大幅に改善することができるようになるものである。なお、この水溶性バインダーは4〜6質量%の範囲がより好ましいものである。   According to the embodiment of the present invention, the conductive agent such as acetylene black contained in the polarizable electrode layer 4 may be 8% by mass or less of the total material of the polarizable electrode layer 4, and the water-soluble binder is the same. It should just be made into 2-8 mass%. By doing so, the resistivity can be reduced and the low temperature characteristics can be greatly improved. In addition, this water-soluble binder has a more preferable range of 4-6 mass%.

このように、分極性電極層4のハードカーボン層4aおよびソフトカーボン層4bを最適なものにすることによって、容量の劣化、抵抗の増大を抑制することができるようになるものである。   As described above, by optimizing the hard carbon layer 4a and the soft carbon layer 4b of the polarizable electrode layer 4, it is possible to suppress the deterioration of the capacity and the increase of the resistance.

また、図3は本実施の形態に用いられるハードカーボンおよびソフトカーボンの電圧印加時の膨張率を比較したグラフである。   FIG. 3 is a graph comparing the expansion rates of hard carbon and soft carbon used in this embodiment when voltage is applied.

実施例1および実施例2と同様に、0〜3.0Vまでの電圧を0.5V間隔で印加し、各電圧で5分間保持した後、2.5Vでのセルの厚みをマイクロゲージにて5点測定し、電圧印加前の厚みと比較することで膨張率とした。   As in Example 1 and Example 2, a voltage of 0 to 3.0 V was applied at 0.5 V intervals, held at each voltage for 5 minutes, and then the cell thickness at 2.5 V was measured with a micro gauge. Five points were measured and compared with the thickness before voltage application to determine the expansion rate.

図3においてハードカーボンAにはフェノール樹脂、ハードカーボンBにはヤシ殻、ソフトカーボンCには石炭ピッチコークス、ソフトカーボンDには石油コークスを用いてそれぞれの電圧印加前と電圧印加後の厚みを比較した膨張率を示す。   In FIG. 3, phenolic resin is used for hard carbon A, coconut shell is used for hard carbon B, coal pitch coke is used for soft carbon C, and petroleum coke is used for soft carbon D. The thickness before and after voltage application is as follows. The expansion rate compared is shown.

図3に示すように、黒鉛類似の微結晶構造部分を有するソフトカーボンC、Dは2.0V以上の電圧印加をかけると急激に膨張率が増加することが特徴であり、これに対し、黒鉛類似の微結晶構造部分を有しない乱層構造を有するハードカーボンA、Bは2.0V以上の電圧印加をかけても膨張率が大きく増加しないものである。   As shown in FIG. 3, soft carbons C and D having a microcrystalline structure portion similar to graphite are characterized in that the coefficient of expansion rapidly increases when a voltage of 2.0 V or more is applied. The hard carbons A and B having a disordered layer structure that does not have a similar microcrystalline structure part are those whose expansion coefficient does not increase greatly even when a voltage of 2.0 V or higher is applied.

特に、本発明の実施の形態によれば、ハードカーボンの定格電圧である2.0Vより0.5V高い、2.5V充電時における膨張率が2%以下であり、かつ、ソフトカーボンの2.5V充電時における膨張率が6%以上であるものを用いることによって、充放電時にソフトカーボンが上下からハードカーボンによって挟み込まれて、分極性電極層4としての膨張を抑制するという効果をより強く奏することができるものである。   In particular, according to the embodiment of the present invention, the expansion rate at 2.5 V charging is 0.5 V higher than 2.0 V, which is the rated voltage of hard carbon, is 2% or less, and 2. By using the one having an expansion rate of 6% or more at the time of 5V charge, the soft carbon is sandwiched by the hard carbon from the upper and lower sides at the time of charge and discharge, and the effect of suppressing the expansion as the polarizable electrode layer 4 is more strongly exhibited. It is something that can be done.

なお、本発明の実施の形態によれば、使用できる駆動用電解液は例えば、電気二重層キャパシタに用いられることで知られている、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、メチルエチルカーボネートなどの有機溶媒に4級アンモニウム塩、4級ホスホニウム塩、4級イミダゾリウム塩、またはアミジン塩を溶解した電解液を使用することができる。   In addition, according to the embodiment of the present invention, usable driving electrolyte is 4 in an organic solvent such as propylene carbonate, ethylene carbonate, and methyl ethyl carbonate, which are known to be used in electric double layer capacitors. An electrolytic solution in which a quaternary ammonium salt, a quaternary phosphonium salt, a quaternary imidazolium salt, or an amidine salt is dissolved can be used.

以上のように、本発明にかかる電気二重層キャパシタによれば、ソフトカーボンによって容量向上させても分極性電極層が膨張によってセパレータを破壊することを防止することができ、キャパシタの容量向上とともに信頼性向上を図ることができる。   As described above, according to the electric double layer capacitor of the present invention, the polarizable electrode layer can be prevented from breaking the separator due to expansion even when the capacity is increased by soft carbon. It is possible to improve the performance.

この結果、大電流や低温下における高信頼性などが要求される自動車のシステムなどに有用である。   As a result, it is useful for automobile systems that require high current and high reliability at low temperatures.

本発明の実施の形態による電気二重層キャパシタの一部切り欠き斜視図1 is a partially cutaway perspective view of an electric double layer capacitor according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態による電気二重層キャパシタの集電体と分極性電極層の断面図Sectional drawing of the collector and polarizable electrode layer of the electric double layer capacitor according to the embodiment of the present invention 本発明の実施の形態によるハードカーボンとソフトカーボンの電圧印加時の膨張率を比較したグラフThe graph which compared the expansion rate at the time of the voltage application of the hard carbon and soft carbon by embodiment of this invention

符号の説明Explanation of symbols

1 キャパシタ素子
2 リード線
3 集電体
4 分極性電極層
4a ハードカーボン層
4b ソフトカーボン層
5 セパレータ
7 封口部材
8 ケース
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Capacitor element 2 Lead wire 3 Current collector 4 Polarization electrode layer 4a Hard carbon layer 4b Soft carbon layer 5 Separator 7 Sealing member 8 Case

Claims (5)

金属箔からなる集電体上に分極性電極層を形成した正負一対の電極をその間にセパレータを介在させて前記分極性電極層が対向するようにし、これを駆動用電解液とともにケースに収納してなる電気二重層キャパシタにおいて、前記分極性電極層は炭素結晶子が異方性配向した難黒鉛化性炭素の層であるハードカーボン層の中に炭素結晶子が等方性配向した易黒鉛化性炭素の層であるソフトカーボン層を介在させたことを特徴とする電気二重層キャパシタ。 A pair of positive and negative electrodes in which a polarizable electrode layer is formed on a current collector made of metal foil, a separator is interposed between the electrodes so that the polarizable electrode layers face each other, and this is stored in a case together with a driving electrolyte. In the electric double layer capacitor, the polarizable electrode layer is graphitizable in which the carbon crystallites are isotropically oriented in a hard carbon layer that is a non-graphitizable carbon layer in which the carbon crystallites are anisotropically oriented. Electric double layer capacitor characterized by interposing a soft carbon layer, which is a layer of carbon. 前記ソフトカーボン層の厚みは前記ハードカーボン層の厚みより小さいことを特徴とした請求項1に記載の電気二重層キャパシタ。 The electric double layer capacitor according to claim 1, wherein a thickness of the soft carbon layer is smaller than a thickness of the hard carbon layer. 前記ソフトカーボン層が複数層設けられた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。 The electric double layer capacitor according to claim 1, wherein a plurality of the soft carbon layers are provided. 前記難黒鉛化性炭素の2.5V充電時における膨張率が2%以下であり、かつ、前記易黒鉛化性炭素の2.5V充電時における膨張率が6%以上である請求項1に記載の電気二重層キャパシタ。 2. The expansion rate of the non-graphitizable carbon at 2.5 V charging is 2% or less, and the expansion rate of the graphitizable carbon at 2.5 V charging is 6% or more. Electric double layer capacitor. 前記分極性電極層に導電性を有する導電剤としてアセチレンブラックを8質量%以下、かつ、分散性および成膜性を有する水溶性バインダーを2〜8質量%添加した請求項1に記載の電気二重層キャパシタ。 2. The electric double layer according to claim 1, wherein acetylene black is added to the polarizable electrode layer by 8% by mass or less as a conductive agent having conductivity and 2 to 8% by mass of a water-soluble binder having dispersibility and film formability. Multilayer capacitor.
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