双电层电容器制造技术

本发明专利技术涉及一种双电层电容器，为了实现高容量化，电极由平均粒径为０．１～１．０微米的活性碳形成。或者，为了防止电极短路，电极具有电极层薄片，该电极层薄片由基于比表面积为５００～２５００ｍ２／ｇ、累积粒径（Ｄ９０）为０．８～６微米的活性碳的电极层形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具备构成正极、负极的一对电极、隔板和电解液的双电层电容器，尤其涉及一种具有高输出特性与高容量密度、或具有高输出特性与高容量密度的小型超薄型的双电层电容器。另外，本专利技术尤其涉及一种双电层电容器，具备构成正极、负极的一对电极薄板、隔板和非水系电解液，即使在低温环境下也可实现高输出化，进一步涉及使用利用了多孔质碳材料的极化性电极的双电层电容器。
技术介绍
目前，正在开发正极、负极使用了由活性碳构成的极化性电极的双电层电容器、和使用了金属氧化物、导电性高分子的氧化还原电容器等电容器。尤其是，与锂离子二次电池、镍氢电池、铅电池等二次电池相比，双电层电容器在可靠性(长寿命)、输出特性(100C等级的放电性)上较突出。作为利用了可靠性突出的特征的用途，有存储器备份用途、与太阳能电池组合的日光备份用途等，另一方面，作为利用了高输出的用途，例如以混合电动汽车(HEV)用电源为代表的电源用途(大电流负载用途)。近年来，尝试使双电层电容器与电池组合，降低施加于电池的数秒内的大电流负载。例如，在特开平10-294135号公报中，公开了使电容器与锂离子电池(850mAh)进行组合的混合电源，并记载了与锂离子单电池相比，混合电源在低温下的大电流负载时(1.5A 0.5msec)的容量提高。另外，例如在特开2002-246071号公报中，公开了使电容器与锂离子电池组合的混合电源，记载了即使在2C负载时，也仅向锂离子电池施加0.8C负载。并且，例如根据特开2003-200739号公报，公开了使电池与电容器组合的HEV用电源，尝试了提高减速时的再生能力。但是，在现有使电容器与锂离子电池进行组合的情况下，若体积相同，则可能吸收大电流负载的约80％。尽管从业者认可电容器与电池的组合效果，但使用与电池相同体积的电容器来用于吸收大电流负载，由于电源体积大幅度增大，难以实用，对现有的具有5～10倍以上输出的电容器的要求较高。这种低内部电阻下高输出的电容器，例如在特表2002-532869号公报中公开。但是，在所述特表2002-532869号公报中公开的电容器中，未公开关于电容器的能量密度的信息，不满足电容器要求的实现小型化的条件。另外，就电容器的实现薄片化的观点而言，未记载充分薄片化的电容器、例如厚度为2mm以下的电容器，未提出如何实现这种薄型电容器。
技术实现思路
鉴于这些状况，本专利技术的课题在于，获得可同时实现高输出特性与高能量密度的电容器。另外，本专利技术的课题还在于通过以小型、超薄型、安装性较好的形状实现这种同时获得高输出特性与高能量密度的电容器，可应用于以前难以适用的用途。即，近年来小型轻量的便携设备迅速发展，便携电话、便携信息设备(PDA)、数码相机、便携型音乐播放器、以及其他多种便携设备广泛应用于市场，但这些便携设备出于与外部的信息通信功能、硬盘驱动器(HDD)驱动、以及其他功能上的需要，要求电池在短时间内瞬时放电安培级的电流。但是，锂离子电池或镍氢电池等这些便携设备中当前采用的高容量电池还不太适应这种瞬时的大电流放电，这种瞬时大电流时的电池电压的急剧下降、或伴随急剧电化学反应的化学恶化引起的电池寿命的降低等问题较明显，正在探讨将主要承担这种瞬时大电流放电的具有较高输出特性的电容器与电池一起使用。事实上，还未实现如下电容器，该电容器具有可充分对应于现阶段的向便携设备内通常较窄的空间进行高密度安装的大小和形状，并具有上述高输出特性，而且，还具有满足关于这些便携设备用电池的各种要求的充分高的能量密度。从而，本专利技术的课题在于实现更小型、更薄型、同时实现高输出特性与高能量密度的电容器。但是，双电层电容器大致分为电解液中使用了水系电解液的水系双电层电容器、以及使用了非水系电解液的非水系型双电层电容器。非水系型双电层电容器尽管电解液的耐电压高、能量密度高，但就输出而言，由于电解液的离子传导率低，所以比水系型双电层电容器差。因此，在非水系型双电层电容器的高输出化(尤其是低温环境下)下，扩大该电容器的用途成为一个重要的技术课题。对应于非水系型双电层电容器的高输出化的途径当然从几个侧面进行，其一例如来自电极的途径。例如，在特表2002-532869号公报、国际公开第02/089245号小册子等中，公开了通过使使用了较细的活性碳的电极层极薄来降低每电极单位面积的静电容量，从而得到高输出的技术。在上述特表2002-532869号公报的电容器中，以平均粒径为2微米的活性碳来实现电极层厚度为6微米的电极，得到现有的非水系型双电层电容器的5～10倍左右的输出。另外，在国际公开第02/089245号小册子的电容器中，以平均粒径为1微米的活性碳来实现电极层厚度为0.5微米或3微米的电极，得到现有的非水系双电层电容器的10倍以上的输出。在这种技术中，使用了比现有的活性碳更细的活性碳，但这始终是用于实现比现有的电极层薄的电极的手段，高输出的原因在于电极层薄。在变薄电极层厚度、使每单位面积的静电容量降低的情况下，若考虑得到规定的静电容量，则与电极层厚的情况相比，电极面积变宽。当然，在施加了规定电流的情况下，由于电极层厚度薄的一方为低电流密度，所以得到高输出。在以这种方法实现了高输出化的情况下，单元内的隔板或集电体的体积占有率变高，从能量密度及成本的观点看，未必理想。另外，在这种现有技术中，使用了较细的活性碳，由于电极厚度极薄，所以细的活性碳对高输出化的效果不明确。这是因为在使用了细的活性碳的情况下，很难对集电体成形电极层，仅能充分制作极薄的电极。鉴于这种现状，本专利技术的目的在于实现不以变薄电极层厚度的手段为必要条件的高输出化的手法。并且，附带于该目的，其目的在于还提供一种使用较细的活性碳的情况下、有效成形电极的技术。但是，就在更宽泛的用途下应用电容器的观点而言，关键问题在于实现尽可能小型的电容器，这与提高电容器的体积容量密度(或体积能量密度)等效。在这些提高电容器的体积容量密度的目的下，例如最好尽可能变薄与电容器的电荷累积不直接相关的隔板的厚度，这是从业者的常识。以前可使用的隔板多是纤维素纸制成的隔板，现有的电容器中采用的隔板基本上厚度为50微米以上。这是因为随着隔板的厚度变薄，容易产生正负电极间的电气短路引起的故障，故若考虑电容器的批量生产时保证品质，则隔板的薄片化实质上处于较困难的状况。因此，本专利技术的目的还在于提供一种电极薄板及利用了该电极薄板的电容器，即使使用更薄片的隔板，也可得到难以产生电极短路缺陷的电容器。另外，活性碳等多孔质碳材料在广泛的用途下被利用，但尤其关注作为双电层电容器的极化性电极材料的利用价值。为了得到较大的电容，双电层电容器中采用的多孔质碳材料通常要求比表面积较大，为了提高单位体积的电容，倾向于使用孔径更小的多孔质碳材料。双电层电容器的特征在于，以高输出瞬时取得大电流，但可知该输出特性对所使用的电解液的导电率影响较大。尤其是在以多孔质碳材料为电极材料的双电层电容器的情况下，电解质扩散到孔中以形成双电层在容量发现上很重要。但是，在低温下，阻碍电解液中电解质的扩散，阻抗的扩散电阻变大，导致双电层电容器的输出特性下降很多。因此，这成为限定双电层电容器的用途的原因。作为解决方法，可容易地推测出增大由多孔质碳材料构成的电极材料的孔径，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双电层电容器，具备由活性碳构成的电极、隔板和非水系电解液，其特征在于：该活性碳的平均粒径为０．１微米以上、不足１．０微米。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2005-5-17 143836/2005;JP 2005-4-15 118061/2005;1.一种双电层电容器，具备由活性碳构成的电极、隔板和非水系电解液，其特征在于该活性碳的平均粒径为0.1微米以上、不足1.0微米。2.如权利要求1所述的双电层电容器，其特征在于该电极层的厚度为20～100微米。3.如权利要求1所述的双电层电容器，其特征在于该集电体是在表面成形了由石墨与粘结树脂构成的导电性涂膜的铝箔。4.如权利要求1所述的双电层电容器，其特征在于该电极层基本上由活性碳粉末、导电辅助剂、粘合剂聚合物构成，该粘合剂聚合物可溶解于溶剂中。5.一种电极薄板，用作具备构成为正极、负极的一对电极、隔板和非水系电解液的电容器的所述电极，其特征在于将比表面积为500～2500m2/g、粒度分布中的体积基准的累积90％粒径(D90)为0.8～6微米的活性碳用作电极层。6.如权利要求5所述的电极薄板，其特征在于活性碳的体积基准的累积100％粒径(D100)为0.8～20微米。7.如权利要求5或6所述的电极薄板，其特征在于电极薄板表面的中...

【专利技术属性】
技术研发人员：金辰一郎，定延治朗，西川聪，佐野弘树，樱井博志，北原麻衣，
申请(专利权)人：帝人株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]