JP2000331892A - Electric double-layer capacitor and manufacture of electrode - Google Patents

Electric double-layer capacitor and manufacture of electrode

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JP2000331892A
JP2000331892A JP11143405A JP14340599A JP2000331892A JP 2000331892 A JP2000331892 A JP 2000331892A JP 11143405 A JP11143405 A JP 11143405A JP 14340599 A JP14340599 A JP 14340599A JP 2000331892 A JP2000331892 A JP 2000331892A
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JP
Japan
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activated carbon
sheet
electric double
carbon fiber
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JP11143405A
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Katsuhiko Shinada
勝彦 品田
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Mitsubishi Rayon Co Ltd
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    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
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    • H01G11/56Solid electrolytes, e.g. gels; Additives therein
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the handling property of components in assembling steps to efficiently manufacture by providing a polymer gel type anhydrous electrolyte layer between polarizable electrodes and using an activated carbon fiber sheet as a base for these electrodes. SOLUTION: An electric double-layer capacitor is made by setting a fibrous sheet held between polarizable electrodes in a container, pouring an anhydrous electrolyte soln. in the container at a low pressure to impregnate this soln. in the sheet and then dissolving and gelling it. The polarizable electrode pref. uses an activated carbon fiber sheet and more pref. uses an acrylic activated carbon fiber sheet. The specific surface area of the acrylic activated carbon fiber is 500 m2/g or more as measured by the BET method.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、セルモーター起動
用電源やハイブリッド自動車用電源、パソコン等のバッ
クアップ電源として安全性に優れた電気二重層キャパシ
ター並びに該キャパシターに用いられる電極の製造法に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric double layer capacitor excellent in safety as a power source for starting a cell motor, a power source for a hybrid vehicle, and a backup power source for a personal computer and the like, and a method of manufacturing an electrode used for the capacitor. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】活性炭や炭素粉末をポリビニリデンフル
オライド系ポリマーをバインダーとし集電体面に電極面
を形成した分極電極や活性炭素繊維クロスにアルミをプ
ラズマ蒸着し導電層を形成した2枚の分極電極間に、ポ
リエチレンやポリプロピレン等の不織布或いはマイクロ
ポーラスフィルムをセパレータとして介在せしめ、この
セパレータに非水電解液を含浸した電気二重層キャパシ
ターは出力が高く、サイクル特性にも優れており、その
技術開発が進められている。
2. Description of the Related Art A polarized electrode in which activated carbon or carbon powder is used as a polyvinylidene fluoride-based polymer as a binder and an electrode surface is formed on a current collector surface, or two polarized films in which aluminum is plasma-deposited on an activated carbon fiber cloth to form a conductive layer. An electric double-layer capacitor in which a non-woven fabric such as polyethylene or polypropylene or a microporous film is interposed between electrodes as a separator, and this separator is impregnated with a non-aqueous electrolyte, has high output and excellent cycle characteristics. Is being promoted.

【0003】この非水電解液を用いた電気二重層キャパ
シターは高温雰囲気下に暴されると、非水電解液が気化
し、その内圧が上昇し、キャパシターの形状が変形し、
その特性が大きく変化するばかりでなく、爆発、火災発
生などを起こす危険があり安全管理上難点がある。
When an electric double layer capacitor using this non-aqueous electrolyte is exposed to a high-temperature atmosphere, the non-aqueous electrolyte is vaporized, its internal pressure is increased, and the shape of the capacitor is deformed.
Not only does the characteristic change significantly, but there is a risk of causing an explosion or fire, and there is a problem in safety management.

【0004】また、電気二重層キャパシタの問題点とし
て、活性炭や炭素粉末を使用するカーボン電極の場合、
該カーボン電極から剥がれなどから生じた炭素微粒子が
反対の電極へ移動すると言う現象がある。このカーボン
電極の剥がれにより生じた微粒子は、電気泳動的に他電
極側に移動し、リーク電流を大きくしたり、短絡を起こ
しやすくする。従って、微粒子の極間移動は自己放電を
意味し、炭素微粒子の分極間移動防止能力はキャパシタ
の基本性能に大きく係わっている。
[0004] Another problem of the electric double layer capacitor is that in the case of a carbon electrode using activated carbon or carbon powder,
There is a phenomenon that carbon fine particles generated from peeling off from the carbon electrode move to the opposite electrode. The fine particles generated by the peeling of the carbon electrode move to the other electrode side electrophoretically, thereby increasing the leak current and causing a short circuit. Therefore, the movement of the fine particles between the electrodes means self-discharge, and the ability of the fine carbon particles to prevent the movement between the polarizations is greatly related to the basic performance of the capacitor.

【0005】一方、電解液中のイオン移動の易動度は液
抵抗の形で現れ、この値の増加はキャパシタの滑らかな
充放電ができにくくなる傾向を示す。このため、液抵抗
を減少させるためには、セパレータの単位面積中の孔の
数を多くすることが必要になる。さらに、電極間を狭く
することによっても液抵抗を低下させることができ、セ
パレータを薄くすることにより、これは達成できる。ま
た、一般に、電気二重層キャパシタの電解液は塩を多く
溶かせるよう、非常に強い極性有機溶媒を用いており、
これと反応したり、セパレ−タを溶解したりしないこと
も必要であり、さらにセパレ−タを含む電解質が機械的
ストレスにも強いことも要求される。
On the other hand, the mobility of ion migration in the electrolyte appears in the form of liquid resistance, and an increase in this value tends to make it difficult to smoothly charge and discharge the capacitor. Therefore, in order to reduce the liquid resistance, it is necessary to increase the number of holes per unit area of the separator. Furthermore, the liquid resistance can be reduced by reducing the distance between the electrodes, and this can be achieved by reducing the thickness of the separator. In general, the electrolyte of an electric double layer capacitor uses a very strong polar organic solvent to dissolve a large amount of salt.
It is necessary not to react with this or to dissolve the separator, and it is also required that the electrolyte containing the separator is resistant to mechanical stress.

【0006】このようなセパレータとして、従来より様
々なものが提案されている。例えば、コンデンサーペー
パーと呼ばれ高密度コンデンサーペーパー、電解紙と呼
ばれる低密度コンデンサーペーパー、ポリエチレン、ポ
リプロピレンのフィルムで微孔性をもたせたもの、ポリ
エチレン繊維やポリプロピレン繊維を使用した不織布な
どである。しかしながら、コンデンサーペーパーでは、
電解液に対して導電性阻害が大きく、目的とする静電容
量、内部抵抗が得られず、電解紙ではその平均細孔径が
カーボン微粒子より大きいため、カーボン微粒子が貫通
してしまい、目的とする漏れ電流とすることができなか
った。
Various separators have been proposed as such. For example, there are high-density condenser paper called condenser paper, low-density condenser paper called electrolytic paper, polyethylene and polypropylene films having microporosity, and non-woven fabric using polyethylene fiber or polypropylene fiber. However, with condenser paper,
Conductive inhibition is large against the electrolyte, the desired capacitance and internal resistance cannot be obtained, and the average fine pore diameter of electrolytic paper is larger than the carbon fine particles. The leakage current could not be obtained.

【0007】そこでセパレータの非水電解液の保液性を
高め、かつ非水電解質層の取り扱い性の良好な電気二重
層キャパシターの技術が特開平6−36972号公報に
示されている。このキャパシターにはセパレータとし
て、粒径10〜100μmのアクリル樹脂粒子を0.1
〜20wt%担持させたものを用いる点に大きな特徴を
有する。しかしこのセパレータを用いた電気二重層キャ
パシターは非水電解液のセパレータ構造内への浸透性の
向上、及び、保液性の向上、キャパシター組立工程の向
上等は認められるが、このキャパシターは、やはり非水
電解液の揮散を防止し得ないという難点がある。
Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 6-36972 discloses a technique of an electric double layer capacitor in which the liquid retaining property of the nonaqueous electrolyte of the separator is enhanced and the nonaqueous electrolyte layer is easy to handle. Acrylic resin particles having a particle size of 10 to 100 μm
It has a great feature in that a carrier loaded with 2020 wt% is used. However, an electric double layer capacitor using this separator has been found to improve the permeability of the non-aqueous electrolyte into the separator structure, improve the liquid retention, and improve the capacitor assembling process. There is a disadvantage that the volatilization of the non-aqueous electrolyte cannot be prevented.

【0008】またカーボン微粒子の貫通を阻止するよう
な微孔性セパレーターとして酢酸菌の静置培養によって
得られるバクテリアセルロースを用いる電気二重層キャ
パシターの技術が特開平9−129509号公報に示さ
れている。このキャパシターは微細繊維網目構造のセル
ロースをセパレーターとして用いる点に大きな特徴を有
する。しかしこのセパレーターを用いたキャパシターは
カーボン微粒子の貫通を阻止することは可能であるが、
やはり非水電解液の揮散を防止し得ないという難点があ
る。
Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 9-129509 discloses a technique of an electric double layer capacitor using bacterial cellulose obtained by standing culture of acetic acid bacteria as a microporous separator for preventing penetration of carbon fine particles. . This capacitor has a great feature in that cellulose having a fine fiber network structure is used as a separator. However, a capacitor using this separator can prevent penetration of carbon fine particles,
Again, there is the disadvantage that the volatilization of the non-aqueous electrolyte cannot be prevented.

【0009】このような難点のない電気二重層キャパシ
ターの開発も進められており、特に非水電解液を固体化
する技術、特に非水電解液をゲル化するため、ゲル化剤
として、ポリアクリロニトリルやアクリロニトリルと
(メタ)アクリレート共重合体が用いられている。これ
らアクリロニトリル系重合体を非水電解液に加熱溶解
後、冷却ゲル化させたポリマーゲル電解質は良好なイオ
ン伝導度や捕液性及びカーボン微粒子の貫通阻止性を示
すが、粘着性が高く、その取り扱い性に難点があり、こ
のゲル電解質を用いた電気二重層キャパシターの組立に
は多大な困難を伴い高性能な電気二重層キャパシターを
工業的に作ることは極めて難しい。
The development of an electric double layer capacitor free of such difficulties is also underway. In particular, a technique for solidifying a non-aqueous electrolyte, and particularly for gelling a non-aqueous electrolyte, polyacrylonitrile is used as a gelling agent. And acrylonitrile and (meth) acrylate copolymer are used. After heating and dissolving these acrylonitrile-based polymers in a non-aqueous electrolyte, the polymer gel electrolyte that has been cooled and gelled exhibits good ionic conductivity, liquid-trapping properties, and the ability to prevent penetration of carbon fine particles, but has high adhesion, There are difficulties in handling, and it is extremely difficult to assemble an electric double layer capacitor using this gel electrolyte, and it is extremely difficult to industrially produce a high-performance electric double layer capacitor.

【0010】一方、従来用いられる分極性電極の基材と
しては、次の2種類のものがあった。すなわち第1は、
おがくず、ヤシガラ、ピッチなどを賦活処理して得られ
る粉末状活性炭を、適当なバインダーと一緒にプレス成
形又は圧延ロールして分極性電極としたものである。第
2は、フェノール系、レーヨン系、アクリル系、ピッチ
系などの繊維を耐炎化および炭化賦活処理して活性炭又
は活性炭素繊維とし、これをフェルト状、繊維状、紙
状、又は焼結体状などの分極性電極としたものである。
On the other hand, there have been the following two types of base materials for polarizable electrodes conventionally used. That is, the first is
Powdered activated carbon obtained by activating sawdust, coconut shell, pitch and the like is press-formed or rolled together with a suitable binder to form a polarizable electrode. Second, phenolic, rayon-based, acrylic-based, pitch-based fibers and the like are subjected to flame resistance and carbonization activation treatment to form activated carbon or activated carbon fibers, which are felt, fibrous, paper, or sintered. And the like.

【0011】分極性電極としてアクリル系活性炭素繊維
を用いたものとして例えば、特開平3−85711号公
報に開示されているように、電極材である活性炭素繊維
に亜鉛、又はその化合物を含有させることで容量が大き
く自己放電の少ない分極性電極とすることができる。し
かし、該手法は、重合、紡糸、耐炎化、賦活の各工程、
または何れかの工程にて亜鉛、又はその化合物を添加さ
せる必要があるため、工程が複雑になり工業的に好まし
くない。
For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-85711, an active carbon fiber as an electrode material contains zinc or a compound thereof as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-85711. Thus, a polarizable electrode having a large capacity and a small self-discharge can be obtained. However, the method is a polymerization, spinning, flameproofing, activation each step,
Alternatively, zinc or a compound thereof needs to be added in any step, which complicates the step and is not industrially preferable.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題、及び課題を解決するた
めの手段】一般的に、電気二重層キャパシタに使用する
活性炭の単位重量あたりの容量は、活性炭の比表面積に
比例する。活性炭の単位重量あたりのキャパシタ容量を
上げるためには比表面積の高い活性炭を使用する必要が
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION Generally, the capacity per unit weight of activated carbon used in an electric double layer capacitor is proportional to the specific surface area of activated carbon. In order to increase the capacitance per unit weight of activated carbon, it is necessary to use activated carbon having a high specific surface area.

【0013】本発明者等は電気二重層キャパシターを、
その組立工程での各部品の取り扱い性を向上せしめて効
率よく作ることを目的として検討した結果、分極電極の
間に、ポリマーゲル型非水電解質層を備え、かつその分
極電極として活性炭素繊維シートを基材として用いるこ
とにより、その目的を達成しうることを見いだし本発明
を完成した。その要旨とするところは、分極電極の間
に、ポリマーゲル型非水電解質層を備え、その分極電極
として活性炭素繊維シートを基材として用いた電気二重
層キャパシターである。また、該活性炭素繊維シートは
アクリロニトリル系共重合体からなる繊維を酸化性ガス
雰囲気中耐炎化処理した後、得られた耐炎化繊維を長さ
1mm以上5mm未満になるように切断し、繊維状バイ
ンダーと共に混抄して耐炎化繊維シートとした後、水蒸
気賦活処理して製造されることを特徴とする。
The present inventors have proposed an electric double layer capacitor,
As a result of studying the purpose of improving the handling of each part in the assembly process and making it efficiently, a polymer gel type non-aqueous electrolyte layer was provided between the polarized electrodes, and an activated carbon fiber sheet was used as the polarized electrode It has been found that the object can be achieved by using as a base material, and the present invention has been completed. The gist of the invention is an electric double layer capacitor including a polymer gel type nonaqueous electrolyte layer between polarized electrodes, and using an activated carbon fiber sheet as a base material as the polarized electrodes. Further, the activated carbon fiber sheet is obtained by subjecting a fiber made of an acrylonitrile copolymer to a flame-resistant treatment in an oxidizing gas atmosphere, and then cutting the obtained flame-resistant fiber to have a length of 1 mm or more and less than 5 mm. It is characterized by being manufactured by blending with a binder to form an oxidized fiber sheet, followed by a steam activation treatment.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】本発明を実施するに際して用いら
れるポリマーゲル型非水電解質層としては、非水電解液
に可溶性でゲル形成能を有する有機重合体の繊維状物、
パルプ状物を主体とする繊維質シートを非水電解液の担
持体として用いることが好ましい。本発明のポリマーゲ
ル電解質層を作るに際して用いる繊維状物、パルプ状物
とは、繊維径1〜100μm程度の繊維状物であり、繊
維長は約5mm以下であるものを用いるのがよい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The polymer gel type non-aqueous electrolyte layer used in carrying out the present invention includes a fibrous material of an organic polymer soluble in a non-aqueous electrolyte and capable of forming a gel,
It is preferable to use a fibrous sheet mainly composed of pulp-like material as a carrier for the non-aqueous electrolyte. The fibrous material and the pulp-like material used in forming the polymer gel electrolyte layer of the present invention are fibrous materials having a fiber diameter of about 1 to 100 μm, and those having a fiber length of about 5 mm or less are preferably used.

【0015】繊維径があまり小さい繊維状物やパルプよ
り作った繊維質シートは、その強度が不足し、その取り
扱い性が不足するので好ましくない。一方繊維径の大き
すぎるものより作った繊維質シートは、非水電解液の含
浸、溶解性が劣り、良好な性能を備えたポリマーゲル電
解質層の形成性に劣る。また繊維長の長い繊維、パルプ
状物を用いて作った、繊維質シート状物は均一な厚さの
ものとすることが難しくなるという難点がある。
A fibrous sheet made of a fibrous material or pulp having an extremely small fiber diameter is not preferable because its strength is insufficient and its handling property is insufficient. On the other hand, a fibrous sheet made from a fiber having an excessively large fiber diameter is inferior in impregnation and solubility of the non-aqueous electrolyte, and inferior in the formability of a polymer gel electrolyte layer having good performance. Further, there is a disadvantage that it is difficult to make a fibrous sheet made of a fiber having a long fiber length or a pulp-like material having a uniform thickness.

【0016】また本発明で用いる繊維又はパルプ状物は
フィブリルを多数有するものも用いることができ、これ
らの繊維又はパルプ状物は非水電解液可溶性のポリマー
を溶融紡糸法、湿式紡糸法、フラッシュ紡糸法、或いは
ポリマーの有機溶剤溶液の噴射凝固紡糸法等により作る
ことができる。
The fibers or pulp-like materials used in the present invention may be those having a large number of fibrils. These fibers or pulp-like materials may be prepared by melting a polymer soluble in a non-aqueous electrolyte with a melt-spinning method, a wet-spinning method, or a flash method. It can be produced by a spinning method or a spray coagulation spinning method of a polymer organic solvent solution.

【0017】また繊維形態としては、パルプ状物、単繊
維状物、サイドバイサイド型複合繊維、トルーコンジュ
ゲート複合繊維、海島型複合繊維、或いは複合繊維の分
割繊維などを用いることができる。複合繊維としては、
非水電解液可溶性ポリマー同士の複合繊維、或いは非水
電解液可溶性ポリマーと非水電解液非可溶性のポリマー
との複合繊維を用いる事ができる。
As the fiber form, a pulp-like material, a monofilament-like material, a side-by-side type composite fiber, a true conjugate composite fiber, a sea-island type composite fiber, or a split fiber of a composite fiber can be used. As a composite fiber,
A composite fiber of non-aqueous electrolyte soluble polymers or a composite fiber of a non-aqueous electrolyte soluble polymer and a non-aqueous electrolyte non-soluble polymer can be used.

【0018】本発明を実施するに際して用いる非水電解
液可溶又は膨潤性ポリマーとしては、ポリアクリロニト
リル、ポリメタクリロニトリル、アクリロニトリル/酢
酸ビニルコポリマー、アクリロニトリル/塩化ビニルコ
ポリマー、アクリロニトリル/メタクリロニトリルコポ
リマー、ポリメチルメタクリレート、沸化ビニリデン/
ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、ポリエチレンオ
キサイド、ポリプロピレンオキサイド、エチレンオキサ
イド/プロピレンオキサイドブロックコポリマー、ポリ
ビニルアセテート、アセチル化セルロース等を挙げるこ
とができる。これらポリマーのうちアクリロニトリルユ
ニット重合量50重量%以上、より好ましくは60重量
%以上のポリマーがその取り扱い性、非水電解液の担持
性、ゲル形成性の点から好ましいものである。
The non-aqueous electrolyte soluble or swellable polymer used in carrying out the present invention includes polyacrylonitrile, polymethacrylonitrile, acrylonitrile / vinyl acetate copolymer, acrylonitrile / vinyl chloride copolymer, acrylonitrile / methacrylonitrile copolymer, Polymethyl methacrylate, vinylidene fluoride /
Examples include hexafluoropropylene copolymer, polyethylene oxide, polypropylene oxide, ethylene oxide / propylene oxide block copolymer, polyvinyl acetate, and acetylated cellulose. Among these polymers, a polymer having an acrylonitrile unit polymerization amount of 50% by weight or more, more preferably 60% by weight or more, is preferable in view of its handleability, supportability of a non-aqueous electrolyte, and gel formation.

【0019】本発明を実施するに際して用いる繊維、パ
ルプにて作った繊維質シートは短繊維の不織布、パルプ
より作った紙状シート、或いは非水電解液に非可溶性の
ポリマーの繊維より作った編織物の織構造物中に上記短
繊維、パルプ状物を交絡係合させたものなどを用いる事
ができる。
The fibrous sheet made of fibers or pulp used in carrying out the present invention may be a nonwoven fabric of short fibers, a paper-like sheet made of pulp, or a knitted fabric made of fibers of a polymer insoluble in a non-aqueous electrolyte. A woven structure of a woven fabric in which the above short fibers and pulp-like materials are entangled and engaged can be used.

【0020】本発明で用いる繊維質シートを形成するに
際し支持体を構成する繊維又はパルプを構成するものと
しては、天然パルプ、ポリエチレンパルプ、芳香族ポリ
アミドパルプ、ポリプロピレンパルプやポリオレフィン
繊維、ポリ沸化ビニリデン系繊維、芳香族ポリアミド繊
維、ポリフェニレンサルファイド繊維、ポリスルホン繊
維、セラミック繊維、ガラス繊維などを用いることがで
きる。
In forming the fibrous sheet used in the present invention, the fibers or pulp constituting the support may be natural pulp, polyethylene pulp, aromatic polyamide pulp, polypropylene pulp or polyolefin fiber, polyvinylidene fluoride, or the like. System fibers, aromatic polyamide fibers, polyphenylene sulfide fibers, polysulfone fibers, ceramic fibers, glass fibers, and the like can be used.

【0021】本発明を実施するに際して用いる繊維質シ
ートは、非水電解液可溶性、又は膨潤性ポリマー製の繊
維又はパルプ状物の含有率は50質量%以上であること
が好ましい。この繊維質シートに含まれる非水電解質非
可溶性のポリマー又は天然物で作られた繊維又はパルプ
状物は、この繊維質シ−ト状物より作ったゲル電解質シ
ート状物の強度向上に大きく寄与する成分である。
The fibrous sheet used in carrying out the present invention preferably has a fiber or pulp content of 50% by mass or more made of a non-aqueous electrolyte-soluble or swellable polymer. The fiber or pulp-like material made of the non-aqueous electrolyte-insoluble polymer or natural product contained in the fibrous sheet greatly contributes to the improvement of the strength of the gel electrolyte sheet-like material made from the fibrous sheet-like material. It is a component that does.

【0022】また本発明を実施するに際して用いる繊維
質シートの空孔率は20〜80体積%の範囲とするの
が、繊維質シートへの非水電解液の含浸性を向上し、均
一な特性を備えた非水電解質ポリマーゲル層を構成する
ので好ましい。
Further, the porosity of the fibrous sheet used in carrying out the present invention is preferably in the range of 20 to 80% by volume to improve the impregnation of the fibrous sheet with the non-aqueous electrolyte and obtain a uniform property. This is preferable because it constitutes a non-aqueous electrolyte polymer gel layer provided with

【0023】本発明を実施するに際して用いる非水電解
液の具体例としては、非プロトン性極性溶媒で誘電率が
高いもの、あるいは粘度が低いもの、電気化学的に安定
で且つ下記に示される電解質塩を良く溶解する有機溶媒
やその混合物が適宜選ばれる。これらの具体例として
は、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボ
ネート(EC)、ジメチルカ−ボネ−ト、ジエチルカ−
ボネ−ト、エチルメチルカーボネート(EMC)、等の
カーボネート類、γ−ブチロラクトン(BL)等のラク
トン類、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルア
セトアミド(DMAC)等のアミド系溶剤、スルホラ
ン、アセトニトリル、ジメチルスルフォキシド(DMS
O)、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン等が挙げ
られる。
Specific examples of the non-aqueous electrolytic solution used in carrying out the present invention include those having a high dielectric constant or a low viscosity in an aprotic polar solvent, those having an electrochemical stability and the following electrolytes. An organic solvent that dissolves the salt well or a mixture thereof is appropriately selected. Specific examples thereof include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate, and diethyl carbonate.
Carbonates such as carbonate, ethyl methyl carbonate (EMC), lactones such as γ-butyrolactone (BL), amide solvents such as dimethylformamide (DMF) and dimethylacetamide (DMAC), sulfolane, acetonitrile, dimethyl sulfone Foxide (DMS
O), tetrahydrofuran, dimethoxyethane and the like.

【0024】また電解質塩の具体例としては、4級化ア
ルキルアンモニウム塩が非水溶媒中での電解質として好
ましく、具体例としては(RN)(M) の構造
のものが用いられる。Rで示されるアルキル基としては
メチル、エチル、ブチル基等が例示され、アニオン成分
であるMとして、テトラフルオロホウ素(BF)、パ
ークロレート(ClO)基等が例示される。
As a specific example of the electrolyte salt, a quaternized alkylammonium salt is preferable as the electrolyte in a non-aqueous solvent, and a specific example is a (R 4 N) + (M) structure. . Examples of the alkyl group represented by R include methyl, ethyl, and butyl groups, and examples of M as the anion component include a tetrafluoroboron (BF 4 ) and perchlorate (ClO 4 ) group.

【0025】本発明の電気二重層キャパシターは分極電
極の間に繊維質シートを挟んだ状態で容器中に収納し、
この容器内に非水電解液を好ましくは減圧状態で注入
し、この電解液を繊維質シートに十分含浸せしめた後、
溶解した後ゲル化させることによって作ることができ
る。
The electric double layer capacitor of the present invention is housed in a container with a fibrous sheet sandwiched between polarized electrodes,
A non-aqueous electrolyte is injected into this container, preferably under reduced pressure, and after this electrolyte is sufficiently impregnated into a fibrous sheet,
It can be made by gelling after dissolution.

【0026】分極電極と非水電解質形成用の繊維質シー
トの積層はこれら素材を非粘着状態で取り扱うことがで
きるため、キャパシター組立工程が不良品発生率の少な
いものとすることができる。
The lamination of the polarizing electrode and the fibrous sheet for forming the non-aqueous electrolyte allows these materials to be handled in a non-adhesive state, so that the capacitor assembling step can reduce the defective rate.

【0027】また繊維質シートの非水電解液の含浸は繊
維構造に基づく毛細管現象を利用できるため、繊維質シ
ートの非水電解液の含浸性は早く、非含浸部の発生はな
く、ミクロボイドのないポリマーゲル電解質層を備えた
電気二重層キャパシターとすることができる。
Since the impregnation of the fibrous sheet with the non-aqueous electrolyte can utilize the capillary phenomenon based on the fiber structure, the impregnation of the non-aqueous electrolyte of the fibrous sheet is fast, no non-impregnated portions are generated, and microvoids are not generated. And an electric double layer capacitor having a polymer gel electrolyte layer.

【0028】一方、本発明を実施するに際して用いる分
極電極材としては、比表面積の大きい活性炭であればい
ずれも用いることが出来るが、形態としては微粉末の発
生が少なく、取り扱い性に優れる繊維質シート状のも
の、即ち活性炭素繊維シートをもちいることが好まし
い。さらに好ましくは、力学的強度が高く、加工性に優
れるアクリル系活性炭素繊維シートを用いることが好ま
しい。用いられるアクリル系活性炭素繊維の比表面積は
500m/g以上であることが好ましい。
On the other hand, as the polarized electrode material used in carrying out the present invention, any activated carbon having a large specific surface area can be used, but as a form, there is little generation of fine powder and a fibrous material which is excellent in handleability. It is preferable to use a sheet-like material, that is, an activated carbon fiber sheet. More preferably, it is preferable to use an acrylic activated carbon fiber sheet having high mechanical strength and excellent workability. The specific surface area of the acrylic activated carbon fiber used is preferably 500 m 2 / g or more.

【0029】本発明で用いる活性炭素繊維は、アクリロ
ニトリル系重合体繊維を酸化性雰囲気下で耐炎化処理し
たものを水蒸気賦活処理することにより、BET法で測
定した比表面積が500m/g以上とする事ができ
る。
The activated carbon fiber used in the present invention has a specific surface area of 500 m 2 / g or more as measured by the BET method by subjecting an acrylonitrile-based polymer fiber to a flame-resistant treatment in an oxidizing atmosphere and subjecting it to steam activation treatment. You can do it.

【0030】本発明を実施するに際して用いる活性炭素
繊維シートは上記した如くして作った耐炎化糸を長さ1
〜5mmの炭素繊維状物とし、バインダー成分としてポ
リエチレンパルプ、ポリプロピレンパルプ、天然パルプ
などとともに水中に分散せしめ、湿式抄造法にて抄造す
ることにより、耐炎化繊維シート状物とし、このシート
状物を水蒸気賦活処理することによって得る事ができ
る。この方法にて作成した分極電極は、活性炭素繊維の
比表面積が高く、分極電極よりの活性炭素繊維の剥がれ
落ちがなく、取り扱い性の良好な電極とすることができ
る。
The activated carbon fiber sheet used in carrying out the present invention has a length of 1 mm for the oxidized yarn made as described above.
~ 5mm carbon fibrous material, and dispersed in water together with polyethylene pulp, polypropylene pulp, natural pulp, etc. as a binder component, and paper-formed by a wet paper-making method to obtain a flame-resistant fiber sheet-like material. It can be obtained by performing a steam activation treatment. The polarized electrode formed by this method has a high specific surface area of the activated carbon fiber, does not peel off the activated carbon fiber from the polarized electrode, and has good handleability.

【0031】[0031]

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
する。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples.

【0032】〔参考例1〕以下の方法で耐炎化繊維シー
トを作成した。
Reference Example 1 An oxidized fiber sheet was prepared by the following method.

【0033】アクリロニトリル共重合体からなる繊維を
空気中240℃にて1時間、緊張下加熱して耐炎化処理
した。得られた耐炎化繊維を長さ3mmに切断した後、
耐炎化繊維90質量部とパルプ状ポリプロピレン(三井
化学製 SWP Y600)10質量部を混合し、この
混合物の水分散液から湿式抄紙法によりシートを調製し
た。シートの坪量は50g/m、シート厚400μ
m、引っ張り強度2.1MPa/15mmのシ−トであ
った。
The fiber made of the acrylonitrile copolymer was heated in air at 240 ° C. for 1 hour under tension to make it flame-resistant. After cutting the obtained oxidized fiber to a length of 3 mm,
90 parts by mass of the oxidized fiber and 10 parts by mass of pulp-like polypropylene (manufactured by Mitsui Chemicals, SWP Y600) were mixed, and a sheet was prepared from an aqueous dispersion of this mixture by a wet papermaking method. Sheet weight is 50 g / m 2 , sheet thickness 400μ
m, and the sheet had a tensile strength of 2.1 MPa / 15 mm.

【0034】〔参考例2〕参考例1で用意した耐炎化繊
維シートを特開平9−31759に開示されている手法
にて水蒸気賦活処理した。すなわち、この耐炎化シート
を炉に入れ、800℃で5分間、水蒸気を5g/分の割
合にて供給して賦活処理した。この賦活処理した活性炭
素繊維シートの比表面積は1500m/gであった。
このシートの厚みは220μm、引張強度1.7MPa
/15mmであった。
REFERENCE EXAMPLE 2 The oxidized fiber sheet prepared in Reference Example 1 was subjected to a steam activation treatment by the method disclosed in JP-A-9-31759. That is, the oxidized sheet was placed in a furnace and activated at 800 ° C. for 5 minutes by supplying steam at a rate of 5 g / min. The specific surface area of the activated carbon fiber sheet subjected to the activation treatment was 1500 m 2 / g.
This sheet has a thickness of 220 μm and a tensile strength of 1.7 MPa.
/ 15 mm.

【0035】〔参考例3〕参考例1で用意した耐炎化繊
維シートを、緊張下1000℃で3分間、水蒸気を5g
/分の割合で炉に供給して賦活処理して、活性炭素繊維
シートを得た。比表面積1200(m/g)引張強度
1.5MPa/mm、シートの厚みは180μmであ
った。
[Reference Example 3] The flame-resistant fiber sheet prepared in Reference Example 1 was tensioned at 1000 ° C. for 3 minutes, and 5 g of water vapor was applied.
/ Minute and supplied to a furnace for activation treatment to obtain an activated carbon fiber sheet. The specific surface area was 1200 (m 2 / g), the tensile strength was 1.5 MPa / mm 2 , and the thickness of the sheet was 180 μm.

【0036】〔実施例1〕参考例2で用いた活性炭素繊
維シートにニッケル網を集電体として溶着させて分極電
極とした2枚の分極電極間に、厚さ25μmのポリアク
リロニトリル製フィブリルのシートを挟み、電極間が短
絡しないようにボタン形状の密閉容器に挿入した。密閉
容器には電解液の注入口が予め用意されており、この注
入口より、気体を真空操作で脱気した後[(CH
N]BF を溶解したエチレンカーボネート/プロ
ピレンカーボネートの重量比で2:1とした混合液より
成る電解液を注入し、封止剤で口を塞いだ。次いでこの
容器を100℃に加熱してから室温まで冷却させポリア
クリロニトリルフィブリル製シートをゲル化させた。こ
のキャパシタの容量を充電終止電位2V、放電終止電位
1Vとし、1mAの充放電電流で充放電を行ったところ
0.35F/cmであった。
Example 1 A 25 μm-thick polyacrylonitrile fibril having a thickness of 25 μm was placed between two polarizing electrodes obtained by welding a nickel net as a current collector to the activated carbon fiber sheet used in Reference Example 2 to form a polarizing electrode. The sheet was sandwiched and inserted into a button-shaped airtight container so as not to short-circuit between the electrodes. An injection port for the electrolyte is prepared in the closed container in advance, and after degassing the gas from this injection port by a vacuum operation, [(CH 3 ) 4
N] + BF 4 was dissolved in an electrolytic solution consisting of a mixture of ethylene carbonate and propylene carbonate in a weight ratio of 2: 1 by injection, and the opening was closed with a sealant. Next, the container was heated to 100 ° C. and then cooled to room temperature to gel the polyacrylonitrile fibril sheet. When the capacity of this capacitor was set to a charge termination potential of 2 V and a discharge termination potential of 1 V, charge / discharge was performed at a charge / discharge current of 1 mA, and it was 0.35 F / cm 2 .

【0037】〔実施例2〕参考例3で得た活性炭素繊維
シ−トを用いる以外、実施例1と同様の方法によって電
気二重層コンデンサ−を作ったところ、その性能は0.
20F/cmであった。またコンデンサ−の組立工程
は極めて容易であり、コンデンサ−組立工程のトラブル
発生はなかった。
Example 2 An electric double layer capacitor was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the activated carbon fiber sheet obtained in Reference Example 3 was used.
It was 20 F / cm 2 . Also, the assembly process of the capacitor was extremely easy, and no trouble occurred in the assembly process of the capacitor.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明によれば、分極電極材としてアク
リル系活性炭素繊維シートを用いることにより電気二重
層キャパシターを、その組立工程での各部品の取り扱い
性を向上せしめて効率よく作ることが可能となり、その
工業的意義は大きい。
According to the present invention, an electric double layer capacitor can be efficiently manufactured by using an acrylic activated carbon fiber sheet as a polarizing electrode material by improving the handleability of each part in the assembly process. It becomes possible and its industrial significance is great.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // D06M 101:28 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) // D06M 101: 28

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】分極電極の間に、ポリマーゲル型非水電解
質層を備えた電気二重層キャパシターにおいて、分極電
極として活性炭素繊維シートを基材として用いたことを
特徴とする電気二重層キャパシター。
1. An electric double layer capacitor having a polymer gel type non-aqueous electrolyte layer between polarized electrodes, wherein an activated carbon fiber sheet is used as a polarized electrode as a base material.
【請求項2】活性炭素繊維シートとしてアクリル系活性
炭素繊維を主体とする活性炭素繊維シート状物を用いる
ことを特徴とする請求項1記載の電気二重層キャパシタ
ー。
2. The electric double layer capacitor according to claim 1, wherein an activated carbon fiber sheet mainly composed of acrylic activated carbon fibers is used as the activated carbon fiber sheet.
【請求項3】活性炭素繊維として、N吸着BET法で
測定した比表面積が500m/g以上の活性炭素繊維
を用いることを特徴とする請求項1又は2記載の電気二
重層キャパシター。
3. The electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the activated carbon fiber has a specific surface area of 500 m 2 / g or more measured by an N 2 adsorption BET method.
【請求項4】分極電極として、アクリロニトリル系重合
体からなる繊維を酸化性ガス雰囲気中で耐炎化処理し、
繊維長1〜5mmに切断した耐炎化繊維を繊維状バイン
ダーと共に混抄して耐炎化繊維シートとしたものを、水
蒸気賦活処理した活性炭素繊維シートを用いることを特
徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の
電気二重層キャパシター。
4. A fiber comprising an acrylonitrile polymer as a polarizing electrode, which is subjected to a flame-proof treatment in an oxidizing gas atmosphere.
4. An activated carbon fiber sheet obtained by mixing a flame-resistant fiber cut to a fiber length of 1 to 5 mm with a fibrous binder into a flame-resistant fiber sheet, and subjecting the fiber to a steam activation treatment. The electric double layer capacitor according to any one of the above.
【請求項5】アクリロニトリル系重合体製繊維を酸化性
雰囲気下で処理して得た耐炎化繊維を繊維長1〜5mm
とし、この切断耐炎化繊維とバインダー繊維とを混抄し
て得たシート状物を水蒸気賦活処理し、耐炎化繊維のN
吸着BET法で測定した比表面積が500m/g以
上とすることを特徴とするシート状電極の製法。
5. A flame-resistant fiber obtained by treating an acrylonitrile-based polymer fiber in an oxidizing atmosphere to obtain a fiber having a fiber length of 1 to 5 mm.
The sheet-like material obtained by blending the cut flame-resistant fiber and the binder fiber is subjected to a steam activation treatment, and the flame-resistant fiber N
A method for producing a sheet-like electrode, wherein the specific surface area measured by a two- adsorption BET method is 500 m 2 / g or more.
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