专利名称：电化学电容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电化学电容器，具体地说，涉及能够实现高电压型超高容量的超高容量电化学电容器。
背景技术：
一般来说，电容器大体分为静电电容器、电解电容器、以及电化学电容器等。
作为静电电容器，可举出陶瓷电容器、玻璃电容器、云母电容器等，几乎所有这些电容器都具有约1.0～10μF的静电容量。
作为电解电容器，已知有铝电解电容器、或钽电解电容器等，电解电容器可具有静电电容器的约100倍左右的静电容量。
作为叫做超高容量电容器的电化学电容器，已开发有双电荷层电容器、金属氧化物模拟(pseudo)电容器、以及混合型超高容量电容器等，这些电容器具有约1mF～3000F大小的静电容量。
这样的超高容量电化学电容器中，一般来说将粉末状的活性炭与作为导电材料的炭黑混合后，粘接在集电体上，作为电极使用，其中所述集电体是引出电的端子。在这些过程中，为了粘接活性炭、导电材料以及集电体，使用粘结剂。
这样的粘结剂一般大多使用多糖类和氟化物类。另外，根据溶解粘结剂的溶剂可分为水溶性粘结剂和有机粘结剂，而且根据这些分类，电极的制作工艺也不同。
另一方面，制造超高容量电化学电容器时，目前为止已开发出如下几种方法，也就是通过在碳纤维或活性炭纤维上形成金属集电体来制造分极性电极的方法、将碳糊(paste)压接在导电性橡胶或金属集电体上的方法、以及将含有活性炭粉末的泥浆(slurry)涂敷在金属集电体上的方法等。
图1是表示普通电容器结构的主要部分切开立体图，图2是表示以往技术的电容器的截面图。
如图1和图2所示，分别形成具有相同大小的两个电极板11a，11b，将电介体或集电体层12夹在两个电极板11a，11b之间。
集电体层12可使用电容器等级(condenser grade)的种类或聚合性塑料薄片的任何一种、或将两者组合的双重结构的复合体。如图1和图2所示，通常的制作工艺是将集电体层12夹在两个电极板11a，11b之间，依次连续配置集电体层12、电极板11a、集电体层12、电极板11b、集电体层12、电极板11a。
当将这样的组合体象塑料薄片一样卷绕时，各电极在其两侧设置有作为电介质物质的集电体层12。将这样的各电极插入到装有电介质液的圆筒型容器中并浸润。作为电介质液主要使用卤化联苯。
但是，由于以往的电容器中两个电极板的电荷量相同，为了提高电容量或电压，有必要相对增大其容积。因此，当电容器的尺寸小时，难以增大电荷量以及电容量，不能提高活用电压带，所以不能实现高电压型的超高容量电化学电容器，而且即使实现适合于小型化和细长化的电子仪器的小型尺寸，也不能提供具有充分的电压和电容量的电容器。
鉴于上述问题而提出了本发明，其目的是提供电化学电容器，不增大整体容积且保持两个电极板的相同宽度，也可得到高电压型超高容量。
发明内容
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供的电化学电容器，其特征是，所述电化学电容器是将集电体层(也可以是电介体)夹在面积几乎相同的两个电极板之间，在所述两个电极板保持相同宽度的条件下(保持相同面积的条件下)，使两个电极板的内部具有不同的电荷量，也就是使两个电极板在集电体层的界面上产生的电荷量或电荷密度不同。
以往的电化学电容器中，一般使用具有相同电荷量的两个电极板，而本发明中利用两个电极板的平衡电位根据电化学稳定窗口(ElectrochemicalStability WindowESW)的表面状态具有向一侧倾斜的值的事实，以新的理念设计了电容器。
实际上，液体电解液的ESW具有约3V以上的宽度，但是由于平衡电位向一侧倾斜，常用的产品是只为2.3V，2.5V或2.7V的。因此，当两个电极板的内部电荷量或电荷密度不同时，可提高电容量、电荷量以及能量密度等。
在这里，两个电极板，可利用两个电极板的不同厚度来得到不同的内部电荷量或电荷密度，也可利用两个电极板的不同空隙率或填充密度(填充率)来得到不同的内部电荷量或电荷密度，其中所述空隙率表示填充有活性炭的电极板具有多少空隙，而所述填充率与空隙率相反，表示填充有多少活性炭。
由于平衡电位不位于ESW的中间，具有最高性能的两个电极板的电荷量或电荷密度之比优选1∶0.2～1∶0.95.
如上所述，根据本发明，不需要增大电容器的整体容积，在两个电极板的宽度保持相同的基础上，利用两个电极板内部的不同电荷量或电荷密度，增大电荷量和电容量，提高活用电压带，得到高电压型的超高容量电化学电容器。
另外，利用已有电容器的结构，只通过两个电极板的不同电荷量或电荷密度，保持小型尺寸的同时，可增大电压以及电容量，所以可容易制作小型电容器，且可提供适合于小型化以及细长化的现代电子仪器的电容器。
图1是表示普通电容器结构的主要部分切开立体图。
图2是表示以往技术的电容器的截面图。
图3是表示两个电极板的电荷量相同时各电极板的Q-V特性图表。
图4是表示两个电极板的电荷量相同时电化学电容器的Q-V特性图表。
图5是表示两个电极板的电荷量不同时各电极板的Q-V特性图表。
图6是表示两个电极板的电荷量不同时电化学电容器的Q-V特性图表。
附图标记10电容器，11a电极板，11b电极板，12集电体层具体实施方式
下面参照附图详细说明本发明的优选实施方式。
在本说明书和附图中，对实质上具有相同性能结构的结构要素标上相同符号，省略重复说明。
参照附图对本发明的优选实施方式说明如下。本实施方式的电容器具有与图1所示的普通电容器相同的结构，具有尺寸相同的两个电极板11a，11b，将电介体或集电体层12夹在上述两个电极板11a，11b之间。
在本实施方式中，双电荷层电容器是将电介体或集电体层12夹在尺寸几乎相同的两个电极板11a，11b之间，其中两个电极板11a，11b的宽度保持相同的同时，使两个电极板11a，11b内部(双电荷层)具有不同电荷量。或者改变两个电极板11a，11b内部的电荷密度来使两个电极板11a，11b内部具有不同电荷量。
此时，可利用将两个电极板的厚度为相同而将填充在电极板上的活性炭的空隙率或填充密度为不同来得到两个电极板内部的不同电荷量或电荷密度，也可利用两个电极板的不同厚度来得到两个电极板内部的不同电荷量。
图3和图4表示以往的两个电极板的电荷量相同时的特性。下面说明在两个电极板11a，11b上可储存的电荷量与各电极板11a，11b的端子电压的关系的特征。
在这里，两个电极板11a，11b的端子电压为V，V’(V)，在各电极板11a，11b上可储存的电荷量为Q，Q’(mAh)，在各电极板11a，11b上可储存的电容量为C，C’(F)。电容量表示为C＝Q/V，C’＝Q’/V’。
图3是表示两个电极板11a，11b的电荷量相同时各电极板的(半电池的)Q-V特性图表。图4是表示两个电极板11a，11b的电荷量相同时超高容量电化学电容器(EDLC)的(全电池的)Q-V特性图表。
图5是表示本实施方式的两个电极板11a，11b的电荷量不同时各电极板的(半电池的)Q-V特性图表，图6是表示两个电极板11a，11b的电荷量不同时超高容量电化学电容器(EDLC)的(全电池的)Q-V特性图表，是与图4的结果比较的图表。
比较各图表的结果，当两个电极板11a，11b的电荷量不同时，就会增大电荷量Q和电容量C的同时，扩大电化学电压稳定区域，可得到高电压型的超高容量电化学电容器(EDLC)，Q、C、V都会增大，其中所述电化学电压稳定区域是指用图6的虚线表示的、不分解电解液和电极材料的可使用区域。
以往的电容器中，由于两个电极板的电荷量相同，为了提高电容量或电压，有必要成正比地增大电容器的容积，而与此相反，本实施方式中，不需要增大整体容积，将两个电极板的宽度保持相同的同时，通过两个电极板内部的不同电荷量或电荷密度，可增大电荷量和电容量。
此时，两个电极板11a，11b的电荷量或电荷密度之比优选1∶0.2～0.95，也可以是0.2～0.95∶1。
另外，两个电极板11a，11b通过不同的厚度，也可得到相互不同的内部电荷量或电荷密度。
以上参照
了本发明的适当实施方式，但本发明的例子并不限定在此。所述领域的有关人员在权利要求所述范围内可实现各种变更例或修改例，这些也当然属于本发明的技术范围。
本发明可适用于电化学电容器，特别适用于可得到高电压型超高容量的、小型尺寸的超高容量电化学电容器。
权利要求
1.一种电化学电容器，其特征是，所述电容器是在两个电极板之间夹住集电体层，其中所述两个电极板的面积基本相同，而所述两个电极板的内部电荷量或电荷密度不同。
2.如权利要求1所述的电化学电容器，其特征是，所述两个电极板通过两个电极板的不同厚度，得到不同的内部电荷量或电荷密度。
3.如权利要求1或2所述的电化学电容器，其特征是，所述两个电极板通过两个电极板的不同空隙率或填充率，得到不同的内部电荷量或电荷密度。
4.如权利要求1、2或3所述的电化学电容器，其特征是，所述两个电极板的电荷量或电荷密度之比为1∶0.2至1∶0.95。
全文摘要
本发明提供一种不增大电容器的尺寸，将两个电极板的宽度保持相同，可实现高电压型超高容量的电化学电容器。所述电化学电容器的特征是，所述电容器是在相同尺寸的两个电极板11a，11b之间夹住电介体或集电体层的双电荷层电容器，其中所述两个电极板通过两个电极板的不同厚度，或者通过两个电极板的不同空隙率或填充率，得到不同的内部电荷量或电荷密度。
文档编号H01M10/00GK1624832SQ20041006271
公开日2005年6月8日 申请日期2004年7月7日 优先权日2003年12月6日
发明者朴哲完 申请人:株式会社新公司, 朴哲完