CN1954398A - 双电层电容器与其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明双电层电容器具有壳体、容纳在壳体内的电解液、正极、负极、及分子筛部，电解液包含阳离子与阴离子，分子筛部分别或同时抑制阳离子被吸附到正极表面以及阴离子被吸附到负极表面。根据所述结构，可以提供耐电压高、寿命长的双电层电容器。

Description

双电层电容器与其制造方法
技术领域
本发明涉及双电层电容器及其制造方法。
背景技术
双电层电容器要求耐电压高。双电层电容器的耐电压取决于电解液。通常，为了获得具有更高耐电压的电解液，就会反复进行试验。例如，设想的多种溶质与溶剂组合后合成电解液，并测定合成的电解液的耐电压。当判断耐电压的测定结果满足预期的耐电压时，就被用作双电层电容器用的电解液。由此，提高了电容器的耐电压。
另外，为了有效地利用这样的电解液的耐电压的改善，而调整正极与负极的各自的电量，制造双电层电容器。
另外，这样的现有的双电层电容器，例如，在日本专利第3405040号公报、日本专利未审查公开第2004-71814号公报等中有所揭示。
然而，电解液具有固有的耐电压。而且，双电层电容器无法在大于所使用的电解液的固有的耐电压的电压下使用。其理由是，由于所谓电容减少或内部电阻增加的电性劣化加速，并且由于伴随电解液反应的气体产生量的增加，壳体变得容易受损。另外，考虑到可以通过调整正极与负极的电量，而最大限度地利用电解液的固有的耐电压，但是，即使这样，在大于电解液的固有的耐电压的电压下也无法使用。
发明内容
本发明双电层电容器具有壳体、容纳在壳体内的电解液、正极、负极、及分子筛部，电解液包含阳离子与阴离子，分子筛部分别或同时抑制阳离子被吸附到正极表面以及阴离子被吸附到负极表面。根据所述结构，可以提供耐电压高、寿命长的双电层电容器。
附图说明
图1是本发明的实施方式的双电层电容器的剖面图。
图2是本发明的实施方式的双电层电容器的主要部分的立体图。
图3是本发明的实施方式的双电层电容器的主要部分的放大剖面图。
图4是使本发明的实施方式的双电层电容器的主要部分模型化的模型图。
图5是使本发明的实施方式的双电层电容器的主要部分模型化的模型图。
图6是表示本发明的实施方式的双电层电容器的制造方法的流程图。
图7是用于本发明的实施方式的双电层电容器的电解液的模型图。
图8是用于本发明的实施方式的双电层电容器的电解液的化学结构式图。
图9是表示用于本发明的实施方式的双电层电容器的电解液的电位窗的值的特性图。
图10是本发明的实施方式的双电层电容器的模型图。
图11是本发明的实施方式的双电层电容器的模型图。
图12是本发明的实施方式的双电层电容器的模型图。
图13是本发明的实施方式的双电层电容器的模型图。
附图标记的说明
1           壳体
2           元件
3           密封胶
4           隔离层
5、6        集流体
7A、7B      活性炭
8           电解液
9           阳离子
10          阴离子
12          溶剂
14          复合物
15          负极
16          正极
19A、19B    活性炭细孔
21A、21B    覆盖膜
23A、23B    覆盖膜细孔
具体实施方式
(实施方式)
以下参照图说明本发明的实施方式。
图1～图3表示实施方式的双电层电容器。双电层电容器20由密封胶3元件2封入外部壳体1内而构成。元件2包括带状的隔离层4及带状的集流体(collector)5、6。集流体5、6成螺旋状缠绕在隔离层4的表面和背面。在集流体5、6的与隔离层4相对的面上分别设置有活性炭7A、7B。如后述图12所示，活性炭7A具有作为第二分子筛而发挥作用的活性炭细孔19A(以下，称作细孔19A)。另外，如后述图11所示，活性炭7B具有作为第一分子筛而发挥作用的活性炭细孔19B(以下，称作细孔19B)。而且，在集流体5、6之间存在填充于外部壳体1内的电解液8。由集流体5与活性炭7A构成作为负侧电极的负极15。另外，由集流体6与活性炭7B构成作为正侧电极的正极16。
考虑到重量与导电性，外部壳体1及集流体5、6使用铝。考虑到强度的话，外部壳体1也可使用不锈钢或镀镍的铁等材料。集流体5、6也可使用镍等材料。密封胶3由乙丙橡胶(ethylene-propylene rubber)等不被电解液侵蚀的材料而制成。另外，隔离层4由诸如纤维素，或聚乙烯、聚丙烯等的无纺布或细孔膜(porous film)而构成。
电解液8由作为溶质的阳离子9与阴离子10、溶剂12、及其他的添加剂(未图示)所构成。然而，电解液8也可使用不包含溶剂12或添加剂的溶液。例如，由1-乙基-3-甲基咪唑鎓(1-ethyl-3-methyl-imidazolium)与四氟硼酸根(tetrafluoroborate)所构成的盐是在室温(25℃)下为液体的熔盐，因此不一定需要溶剂。
所述电解液8的固有的耐电压可根据由电化学测定法等而获得的电流电压曲线，定义为电位窗。电位窗是电流电压曲线上的一定电流以下的电压区域的大小。另外，电化学测定法是，例如，使用Pt电极或玻璃碳电极作为工作电极的、循环伏安法或线性扫描伏安法等。另外，电解液8的耐电压也可定义为在制作现有的不具有分子筛的双电层电容器的时候的随所受电压而发生的电容减少的速度或内部电阻增加的速度在特定值以下的电压的上限。电位窗是氧化电位与还原电位的大小相加的值，且在电位窗的内侧的电压范围内，难以发生电解液的氧化还原反应。因此，双电层电容器20使用电位窗较大的电解液8，可抑制电容减少或内部电阻增加的速度，并且可以在更高的电压下使用。
例如，使用所述方法测定电解液8的耐电压。测定所使用的电解液8包含四氟硼酸根(BF4-)作为阴离子10。另外，电解液8包含如下5种中的任一个，即，四乙基铵(TEA+)、1-乙基-3-甲基咪唑鎓(EMI+)、1，2，3-三甲基咪唑鎓(TMI+)、5-氮杂-1-azonia-5-甲基二环[4，3，0]壬烷(5-aza-1-azonia-5-methyl-bicyclo[4，3，0]-nonane)(AMN+)、1，2，3，4-四甲基咪唑鎓(TMIL+)，来作为阳离子9。另外，玻璃碳用于工作电极，铂用于对应电极，Ag+/Ag用于参此电极。并且，根据以10mV/sec进行电压扫描的循环伏安法而获得电流电压曲线。从求得的电流电压曲线，由电流值为1mA/cm2的电压值决定还原电位(Ered)、氧化电位(Eox)及电位窗(Ew)。表1表示还原电位(Ered)、氧化电位(Eox)及电位窗(Ew)。另外，图7表示用于所述测定的阳离子9与阴离子10的化学结构的模型图。
[表1]
表1.由循环伏安法而测定的氧化还原电位测定值
(溶剂：碳酸亚丙基酯(propylene carbonate))
化学种类     还原电位Ered    氧化电位Eox     电位窗Ew
                            /Vvs.Ag+/Ag
  TEABF4     3.4    3.4     6.8
  EMIBF4     2.6    2.2     4.8
  TMIBF4     2.6    1.8     4.4
  AMNBF4     2.5    1.7     4.2
  TMILBF4     2.3    1.5     3.8
                  (GC，1mA/cm-2，10mV/s)
各电解液8均包含四氟硼酸根作为阴离子10，但是所求得的氧化电位取决于与阴离子10组合的阳离子9。这是指电解液8的氧化电位并非仅由阴离子10来决定，而是很大程度上受到电解液中所存在的阳离子9与阴离子10的相互作用的影响。
同样地，电解液8的还原电位并非仅由阳离子9而决定，而是很大程度上受到电解液8中所存在的阳离子9与阴离子10的相互作用的影响。
因此，于某种电解液8中，如果可以使阳离子9与阴离子10的相互作用减小，就很可能使氧化电位与还原电位中的一者或两者增大，且使电位窗加大。另外，某特定的电解液8是否具有这样的效果，可根据后述模拟方法来判定。
模拟中可使用分子轨道计算方法。程序代码可利用MOPAC93(FujitsuCo.，Ltd.)或GAUSSIAN98(Gaussian Inc.)等。以下，利用附图说明所述过程。
图4是使图3所示的元件2的部分模型化的模型图。如图4所示，在集流体5、6之间存在电解液8。另外，图4的状态是集流体5、6之间未施加电压的状态，因此阳离子9与阴离子10以分散状态存在于溶解液8中。
图5表示在集流体5、6之间连接电源11的状态。集流体5连接电源11的负极，集流体6连接电源11的正极。连接电源11后，由于活性炭7A表面的负电荷，阳离子9被吸引到活性炭7A的表面上。另外，相反地，由于活性炭7B表面的正电荷，阴离子10被吸引到活性炭7B的表面上。由此，在双电层电容器20中存储了能量。
在阳离子9与负电荷之间，施加某特定值VR以上的电势差后，电子从活性炭7A的表面向电解液8移动。另外，在阴离子10与正电荷之间，施加某特定值V0以上的电势差后，电子从电解液8向活性炭7B的表面移动。双电层电容器20中的耐电压是指所述VR与V0相加的VW(＝VR+V0)，即，电位窗的大小。
然而，当使用现有的不具有分子筛的电极的时候，不仅阳离子9与阴离子10的任一者可接近电极表面，而且两者都可接近电极表面。因此，VR及V0不仅取决于阳离子9及阴离子10，而且受到阳离子9与阴离子10的相互作用的影响。因此，根据图6所示的过程的模拟，而估计电解液8的氧化电位与还原电位，且容易地判定氧化电位与还原电位是否可增大。以下，使用图6说明所述判定的顺序。
首先，在步骤S71中，选择电解液8。具体而言，如图7所示，电解液8设定由阳离子9、阴离子10、及溶剂12所构成。另外，图7中设定阳离子9为四乙基铵，阴离子10为四氟硼酸根，溶剂12为碳酸亚丙基酯的情形。然而，图7是溶解液8的一示例，且根据所选择的电解液8而结构不同。
其次，在步骤S72A中，假定为阳离子9与阴离子10溶解于溶剂12中的模式。步骤S72A中，假设阳离子9与阴离子10形成复合物(associatedcomplex)14。而且，假设复合物14形成由一个阳离子9与一个阴离子10构成的二聚物。可以假定为阳离子9、阴离子10、复合物14等溶质溶解在溶剂12中的模式，例如，使溶剂12近似为极化连续体(polarizablecontinuum)，并且溶质在所述连续体的内部。然而，溶质的溶解模式不限定于此。
其次，于步骤S73A中，通过模拟算出由阳离子9与阴离子10所形成的复合物14处于稳定状态时的复合物14的能量。计算出的能量称作第一能量，并定义为第一值。
此处，计算出的能量是包含于复合物中的电子与原子核所具有的能量的总和。电子与原子核具有的能量是电子的动能、电子与原子核之间的势能、原子核之间的势能、及原子核的零点振动能量。此外，有时也增加在有限温度下的原子核的热振动能量。
其次，在步骤S74A中，分别通过模拟算出步骤S73A中的复合物14还原时、或步骤S73A中的复合物14氧化时的能量。所计算出的能量分别称作第二能量、第三能量，并定义为第二值、第三值。
此处，所谓复合物14还原时是指电子从活性炭7A朝向存在于活性炭7A的表面附近的复合物14移动的状态。另外，所谓复合物14氧化时是指电子从存在于活性炭7B的表面附近的复合物14朝向活性炭7B移动的状态。
即，通过复合物14还原或氧化，而存储在负极15或正极16的负电荷及正电荷移动到电解液8中。由此，存储在双电层电容器20中的能量减少。同时，形成复合物14的阳离子9与阴离子10接近自由基(radical)状态。所以，阳离子9与阴离子10容易产生化学反应，且电解液8容易被破坏。
其次，在步骤S75A中，从第一值减去第二值求出第四值，并且从第三值减去第一值求出第五值。此处，第四值是指在集流体5侧的复合物14还原时的能量的增益。而且，第五值是指在集流体6侧的复合物14氧化时的能量的损失。
即，如果第四值越小则还原电位就可能越大。而且，如果第五值越大则氧化电位就可能越大。此外，从第五值减去第四值作为第六值。如果第六值越大则电位窗就可能越大。
另一方面，在步骤S72B中，假设为阳离子9或阴离子10单独溶解于溶剂12中的模式。步骤S72B中，假设阳离子9或阴离子10未形成复合物14，而是单独地存在。
其次，在步骤S73B中，通过模拟算出阳离子9单独地处于稳定状态时的能量。计算出的能量称作第一C能量，并定义为第一C值。同样地，通过模拟算出阴离子10单独地处于稳定状态时的能量。计算出的能量称作第一A能量，并定义为第一A值。
其次，在步骤S74B中，算出阳离子9从S73B的状态还原时、及阴离子10从S73B的状态氧化时的各自的能量。所计算出的能量分别称作第二C能量、第三A能量，并定义为第二C值、第三A值。
此处，所谓阳离子9还原时是指电子从活性炭7A朝向存在于活性炭7A的表面附近的阳离子9移动的状态。另外，所谓阴离子10氧化时是指电子从存在于活性炭7B的表面附近的阴离子10朝向活性炭7B移动的状态。
即，通过还原阳离子9或者氧化阴离子10，存储在负极15或正极16的负电荷及正电荷移动到电解液8中。由此，存储在双电层电容器20中的能量被释放出来。同时，阳离子9与阴离子10分别成为自由基。而且，阳离子9与阴离子10容易产生化学反应，且电解液8容易被破坏。
其次，在步骤S75B中，从第一C值减去第二C值求出第四C值，并且从第三A值减去第一A值求出第五A值。第四C值是指在集流体5侧阳离子9还原时的能量的增益。而且，第五A值是指在集流体6侧阴离子10氧化时的能量的损失。
即，如果第四C值越小则还原电位就可能越大，且如果第五A值越大则氧化电位就可能越大。
此外，在步骤S76中，此较第五值与第五A值。所此较的结果为，若第五A值更大，则阴离子10未与阳离子9形成复合物14，且判定当离子之间的相互作用减小时则氧化电位增大。而且，作为使离子之间的相互作用减小的方法，在正极16侧形成第一分子筛。另外，比较第四值与第四C值。所比较的结果为第四值更大的话，则阳离子9未与阴离子10形成复合物14，且判定当离子之间的相互作用减小时则还原电位增大。作为使离子之间的相互作用减小的方法，在负极15侧形成第二分子筛。
以下，对表1所示的5种电解液具体地尝试应用所述的过程。
在图6的过程中，应用HF/3-21+G(哈特里-福克法，3-21+G基函数)、IPCM(等密度极化统一模型：J.B.Foresmanetal.，Phys.Chem.100，16098(1996).)求出第五值与第四值。从所求得的第五值减去第四值求出第六值。所述第六值作为电位窗的预测计算值，图9表示其与由表1所示的循环伏安法而得出的电位窗的实测值Ew相此较的结果。
图9中，计算值与实测值具有良好的相关关系。因此，可知还原电位、氧化电位及电位窗在阳离子9与阴离子10的相互作用的影响下而决定。此外，由此可知，根据图6的过程进行还原电位、氧化电位及电位窗的预测是正确的。
另外，表2表示第五值与第五A值进行此较的结果。
[表2]
表2第五值与第五A值的此较
化学种类    第五值    第五A值
                          /eV
   BF4-    8.133
   TEABF4    8.221
   EMIBF4    6.173
   TMIBF4    6.085
   AMNBF4    5.910
   TMILBF4    5.721
        (HF/3-21+G，IPCM，er＝69.0)
表2中，除了包含四乙基铵(TEA+)作为阳离子9的电解液8以外，第五A值大于第五值。因此，阴离子10未与阳离子9形成复合物14，并且可以判定通过减小离子之间的相互作用而使氧化电位变大。此时，第五A值与第五值的差约为2V左右，因此有可能增大氧化电位。
因此，使用包含1-乙基-3-甲基咪唑鎓(EMI+)、1，2，3-三甲基咪唑鎓(TMI+)、5-氮杂-1-azonia-5-甲基二环[4，3，0]壬烷(AMN+)、1，2，3，4-四甲基咪唑鎓(TMIL+)作为阳离子9的电解液8时，在双电层电容器20的正极16设置具有分子筛功能的第一分子筛。由此，仅仅四氟硼酸根(BF4-)吸附在正极16表面上，阳离子10则无法吸附。其结果为，阴离子10不会与阳离子9形成复合物14，因此氧化电位增大。
例如，如图10所示，正极16上的活性炭7B中的细孔19B的平均细孔半径(Rxb)，可选择为大于阴离子10的离子半径(Ra)且小于阳离子9的离子半径(Rc)(Ra＜Rxb＜Rc)。于是，仅阴离子10侵入细孔19B内，并吸附在活性炭7B的多孔的表面上。阳离子9无法通过细孔19B，因此不会吸附在活性炭7B的多孔的表面。即，活性炭7B的细孔19B，作为抑制阳离子9附着于正极16表面上的第一分子筛部而发挥作用，从而具有分子筛的功能。
另外，第四值与第四C值进行此较，当第四值大时，阳离子9未与阴离子10形成复合物14，且可判定通过使离子之间的相互作用减小而使还原电位变大。此时，因为第四值与第四C值的电位差，所以有可能增大还原电位。而且，于双电层电容器20的负极15上设置具有分子筛功能的第二分子筛。由此，仅阳离子9吸附在负极15表面，而阴离子10无法吸附。其结果为，阳离子9不会与阴离子10形成复合物14，因此还原电位增大。
例如，如图11所示，负极15上的活性炭7A设置的细孔19A的平均细孔半径(Rxa)，可选择为大于阳离子9的离子半径(Rc)且小于阴离子10的离子半径(Ra)的值(Rc＜Rxa＜Ra)。于是，仅阳离子9侵入细孔19A内，并吸附在活性炭7A的多孔的表面上。阴离子10无法通过细孔19A，因此不会吸附在活性炭7A的多孔的表面。即，活性炭7A的细孔19A，作为抑制阴离子10附着于负极15表面上的第二分子筛部而起作用，从而具有分子筛的功能。
另外，使用根据哈特里-福克法的3-21+G基函数所求得的电子等密度面(0.001a.u.)来定义离子的扩散。其结果为，如表3所示的根据具有与所求得的离子体积相等的体积的球体的半径来定义离子半径的结果。
[表3]
表3
化学种类    离子半径
   /
  BF4-    4.738
  TEABF4    8.221
  EMIBF4    6.173
  TMIBF4    6.085
  AMNBF4    5.910
  TMILBF4    5.721
              (HF/3-21+G)
表2中，通过第一分子筛部的分子筛功能，氧化电位可增大的电解液8之中，1-乙基-3-甲基咪唑鎓(EMI+)的还原电位最大。另外，由表3可知，包含1-乙基-3-甲基咪唑鎓(EMI+)的电解液8，为了获得第一分子筛的功能，也可以使细孔19B的平均细孔半径小于等于6埃()。由此，可以仅仅使作为阴离子10的四氟硼酸根(BF4-)选择性地侵入细孔19B内。其结果为氧化电位增大。即，当使用包含作为阴离子10的四氟硼酸根(BF4-)电解液8时，若细孔19B的平均细孔半径小于等于6埃，则氧化电位增大。
另外，为了实现分子筛功能，分子筛部也可以形成在覆盖负极15或正极16的表面的覆盖膜21A、21B上。图12是表示第一分子筛部形成在覆盖正极16的表面的覆盖膜21B上的情形的模型图。另外，图13是表示第二分子筛部形成在覆盖负极15的表面的覆盖膜21A上的情形的模型图。
如图12所示，覆盖膜21B的覆盖膜细孔23B(以下，称作细孔23B)的平均细孔半径(Ryb)，可选择为大于阴离子10的离子半径(Ra)且小于阳离子9的离子半径(Rc)的值(Ra＜Ryb＜Rc)。由此，仅阴离子10可吸附在作为正极16的活性炭7B的表面上。即，阳离子9无法通过细孔23B，因此不会吸附在活性炭7B的多孔的表面。细孔23B作为抑制阳离子9附着在正极16表面上的第一分子筛部而起作用，从而具有分子筛的功能而发挥作用。
此时，包含1-乙基-3-甲基咪唑鎓(EMI+)的电解液8，若细孔23B的平均细孔半径小于等于6埃，则可以仅仅允许作为阴离子10的四氟硼酸根(BF4-)选择性地吸附在正极16表面上。其结果使得氧化电位增大。即，当使用包含作为阴离子10的四氟硼酸根(BF4-)的电解液8时，若细孔23B的平均细孔半径小于等于6埃，则氧化电位增大。
另外，如图13所示，覆盖膜21A的覆盖膜细孔23A(以下，称作细孔23A)的平均细孔半径(Rya)，可选择为大于阳离子9的离子半径(Rc)且小于阴离子10的离子半径(Ra)的值(Rc＜Rya＜Ra)。于是，仅阴离子10侵入细孔23A内，并吸附在活性炭7A的多孔的表面上。阴离子10无法通过细孔23A，因此不会吸附在活性炭7A的多孔的表面。即，细孔23A作为抑制阴离子10附着在负极15表面上的第二分子筛部而起作用，从而具有分子筛的功能而发挥作用。
覆盖膜21A、21B的材料，例如，可选择高分子、陶瓷等。然而，并不限定于此。覆盖膜21A、21B，只要在电解液8中不会溶解、消失，且不引起负极15、正极16或电解液8的特性变化就可以。即，覆盖膜21A、21B只要实现分子筛功能且不会溶解等、也不会引起特性变化，则可应用各种材料。
另外，也可以在图6所示的过程的前后增加求出阳离子9的半径(Rc)与阴离子10的半径(Ra)作为球体的半径的步骤，所述球体具有与电子密度小于等于0.001a.u.的区域的容积相同的容积。由此，可以很容易地定义用于实现第一或第二分子筛部的细孔19A、19B、23A、23B的平均细孔半径。此时，通过把在负极15或正极16形成活性炭7A、7B的步骤与图6所示的过程相组合，就可实现具有分子筛部的双电层电容器20。另外，形成覆盖负极15或正极16的表面的覆盖膜21A、21B的步骤与图6所示的过程相组合，也可实现具有分子筛的双电层电容器20。
另外，除了1-乙基-3-甲基咪唑鎓(EMI+)以外，只要阳离子9的离子半径大于等于6埃，则第一分子筛部的平均细孔半径也可小于等于6埃。由此，可仅使作为阴离子10的四氟硼酸根(BF4-)选择性地吸附在正极16的表面上。
由此表明，通过使某特定的电解液8在正极15或负极15等电极具有分子筛功能，可以使得氧化电位与还原电位中的一者或两者增大。此外，利用模拟可以有效地判定氧化电位或还原电位是否可以被增大。其原因是，通过实际试作常规的具有分子筛功能的双电层电容器20，并反复进行错误试验而确认效果，这需要相当多的劳力及相当长的时间。结果，双电层电容器20的制造是不切实际的。
另外，在图6所示的过程中，设定使阳离子9与阴离子10相互作用的系统为图7所示的阳离子9与阴离子10的二聚物。然而，复合物并不限定于二聚物。例如，代替二聚物，也可设定为由一个阳离子9与两个阴离子10而构成的三聚物、或由两个阳离子9与一个阴离子10而构成的三聚物等。此外，也可设定为其他可能的所有复合物。
而且，求出对应于所设定的复合物的第四值和第五值，并求出对应于单独的阴离子10的第五A值和对应于单独的阳离子9的第四C值。所求得的第五值与第五A值进行此较的结果，若是第五A值大，则阴离子10不与阳离子9形成复合物14。而且，判定当使离子之间的相互作用减小时氧化电位增大。另外，所求得的第四值与第四C值进行此较的结果，若是第四值大，则阳离子9不与阴离子10形成复合物14。而且，可判定当使离子之间的相互作用减小时还原电位增大。作为使离子之间的相互作用减小的方法，可设置第一或第二分子筛部。
如上所述，对于双电层电容器20所包含的电解液8，使离子之间的相互作用减小，从而使氧化电位与还原电位中的两者或一者增大并使电位窗扩大。即，第一分子筛部抑制电解液8所包含的阳离子9吸附到正极16表面上。另外，第二分子筛部抑制电解液8所包含的阴离子10吸附到负极15表面。设置在第一分子筛部与第二分子筛部的一个或两个分子筛功能，从而在电极表面附近分离阴离子10与阳离子9。由此，提供耐电压高、寿命长的双电层电容器20。
另外，利用模拟判定是否可使氧化电位与还原电位的一者或两者增大。由此，可以有效地制造高耐电压的双电层电容器20，而不是现有那样无数次地重复试验选择。
工业适用性
本发明的双电层电容器及其制造方法缩短了电解液的开发周期，并且可以获得有效地利用了耐电压特性的高性能的双电层电容器。

Claims (13)

1.一种双电层电容器，包括：
壳体；
电解液，包含阳离子与阴离子，并且容纳于所述壳体内；和
正极与负极，容纳于所述壳体内；且
至少具有抑制所述阳离子被吸附到所述正极表面的第一分子筛部和抑制所述阴离子被吸附到所述负极表面的第二分子筛部中的任一个。
2.根据权利要求1所述的双电层电容器，其特征在于：
所述正极包含具有细孔的活性炭，
所述第一分子筛部是所述细孔，其平均细孔半径的大小允许所述阴离子侵入、并抑制所述阳离子侵入。
3.根据权利要求2所述的双电层电容器，其特征在于：
所述细孔的平均细孔半径大于所述阴离子的离子半径，小于所述阳离子的离子半径。
4.根据权利要求1所述的双电层电容器，其特征在于：
所述正极包含覆盖所述正极的表面并具有细孔的第一覆盖膜，且
所述第一分子筛部是所述细孔，其平均细孔半径的大小允许所述阴离子通过、并抑制所述阳离子通过。
5.根据权利要求4所述的双电层电容器，其特征在于：
所述细孔的平均细孔半径大于所述阴离子的离子半径，小于所述阳离子的离子半径。
6.根据权利要求1所述的双电层电容器，其特征在于：
所述电解液包含四氟硼酸根，且
所述正极包含具有平均细孔半径小于等于6埃的细孔的活性炭。
7.根据权利要求1所述的双电层电容器，其特征在于：
所述电解液包含四氟硼酸根，且
所述正极包含覆盖所述正极的表面、并具有平均细孔半径小于等于6埃的细孔的覆盖膜。
8.根据权利要求1所述的双电层电容器，其特征在于：
所述负极包含具有细孔的活性炭，
所述第二分子筛部是所述细孔，其平均细孔半径的大小允许所述阳离子侵入、并抑制所述阴离子侵入。
9.根据权利要求8所述的双电层电容器，其特征在于：
所述细孔的平均细孔半径大于所述阳离子的离子半径，小于所述阴离子的离子半径。
10.根据权利要求9所述的双电层电容器，其特征在于：
所述负极包含覆盖所述负极的表面并具有细孔的第二覆盖膜，
所述第二分子筛部具有允许所述阳离子通过、并抑制所述阴离子通过的大小的平均细孔半径。
11.根据权利要求10所述的双电层电容器，其特征在于：
所述细孔的平均细孔半径大于所述阳离子的离子半径，小于所述阴离子的离子半径。
12.一种双电层电容器的制造方法，所述双电层电容器包含壳体、容纳在所述壳体内的电解液、正极、及负极，包括以下步骤：
A)选择溶质与溶剂的步骤；
B)设定当使所述溶质溶解于所述溶剂时，构成所述溶质的阳离子与阴离子形成复合物的模式的步骤；
C)算出所述复合物处在稳定状态时的能量作为第一值的步骤；
D)算出所述复合物还原时的能量作为第二值的步骤；
E)算出所述复合物氧化时的能量作为第三值的步骤；
F)从所述第一值中减去所述第二值求出第四值，并且从所述第三值中减去所述第一值求出第五值的步骤；
G)设定当使所述溶质溶解于所述溶剂时，构成所述溶质的阳离子单独溶解于所述溶剂的模式的步骤；
H)算出所述阳离子处于稳定状态时的能量作为第一C值的步骤；
I)算出所述阳离子还原时的能量作为第二C值的步骤；
J)从所述第一C值减去所述第二C值求出第四C值的步骤；
K)设定当使所述溶质溶解于所述溶剂时，构成所述溶质的阴离子单独溶解于所述溶剂的模式的步骤；
L)算出所述阴离子处于稳定状态时的能量作为第一A值的步骤；
M)算出所述阴离子氧化时的能量作为第三A值的步骤；
N)从所述第三A值减去所述第一A值求出第五A值的步骤；以及
O)形成分子筛部的步骤，当所述第四值大于所述第四C值时，形成抑制所述阳离子吸附到所述正极表面的第一分子筛部，当所述第五A值大于所述第五值时，形成抑制所述阴离子吸附到所述负极表面的第二分子筛部。
13.根据权利要求12所述的双电层电容器的制造方法，其特征在于进一步包括以下步骤：
P)求出所述阳离子的球体的半径Rc的步骤，所述球体具有与所述阳离子的电子密度小于等于0.001a.u.的区域的容积相同的容积；
Q)求出所述阴离子的球体的半径Ra的步骤，所述球体具有与所述阴离子的电子密度小于等于0.001a.u.的区域的容积相同的容积；以及
R)在所述正极与所述负极上，至少形成活性炭和覆盖表面的覆盖膜中任一个的步骤，
当所述第四值大于所述第四C值时，在所述分子筛部形成步骤中形成的所述第一分子筛部，是具有平均细孔半径大于Ra且小于Rc的细孔的、设置在所述正极的所述活性炭和覆盖所述正极的表面的所述覆盖膜中的至少任一个，
当所述第五A值大于所述第五值时，在所述分子筛部形成步骤中所形成的所述第二分子筛部，是具有平均细孔半径大于Rc且小于Ra的细孔的、设置在所述负极的所述活性炭和覆盖所述负极的表面的所述覆盖膜中的至少任一个。
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