JP2000049053A - 電気二重層キャパシタ - Google Patents

電気二重層キャパシタ

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JP2000049053A
JP2000049053A JP22870898A JP22870898A JP2000049053A JP 2000049053 A JP2000049053 A JP 2000049053A JP 22870898 A JP22870898 A JP 22870898A JP 22870898 A JP22870898 A JP 22870898A JP 2000049053 A JP2000049053 A JP 2000049053A
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Japan
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electric double
layer capacitor
double layer
carbon material
negative electrode
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JP22870898A
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Kaoru Sato
薫 佐藤
Kazuyo Kikuchi
和世 菊池
Akio Hasebe
章雄 長谷部
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Tokin Corp
Original Assignee
Tokin Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-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
    • H01G11/22Electrodes
    • H01G11/30Electrodes characterised by their material
    • H01G11/32Carbon-based
    • H01G11/34Carbon-based characterised by carbonisation or activation of carbon
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-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
    • H01G11/54Electrolytes
    • H01G11/58Liquid electrolytes
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐電圧を向上した電気二重層キャパシタを提
供すること。 【解決手段】 正極は、物理吸脱着を利用しうる炭素材
料から構成され、負極は、元素M(Mは、Al,Ba,
Be,Ca,K,Mg,Mn,Na,V,および希土類
元素のいずれかを含む)およびイオンMn+(Mn+は、
Al3+,Ba2+,Be2+,Ca2+,K+,Mg2+,Mn
2+,Na+,V2+,および希土類元素イオンのいずれか
を含む)を吸蔵する炭素材料から構成され、さらにイオ
ンMn+を含む電解質と有機溶媒からなる電解液を用い
て構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、3V級の電気二重
層キャパシタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、電子機器のバックアップ電源とし
て、小型、軽量な電気二重層キャパシタが用いられるよ
うになってきた。機器の小電力化によりバックアップ電
流が減少したことや、サイクル寿命が長いこと、使用温
度範囲が広いことなどの特徴から、電気二重層キャパシ
タの需要は、さらに高まってきている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、電気二重層キ
ャパシタには、高電圧、高エネルギー密度を得ることが
困難であるという問題がある。これは、耐電圧が低いこ
とに起因している。従来、電気二重層キャパシタには、
正極および負極に活性炭を用いていた。耐電圧は、水溶
液系電解液を用いた場合より、プロピレンカーボネート
(PC)やγ−ブチロラクトンなどの非水系電解液を用
いた場合の方が高いが、それでも高々2.5V程度に過
ぎない。電気二重層キャパシタの耐電圧は、正極の電位
によって規制されている。2.5Vを越える高電圧を加
えると、電解液が分解反応を起こしてしまうという問題
がある。
【0004】本発明の課題は、耐電圧を向上した電気二
重層キャパシタを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明による電気二重層
キャパシタでは、正極は、物理吸脱着を利用しうる炭素
材料から構成され、負極は、元素M(Mは、Al,B
a,Be,Ca,K,Mg,Mn,Na,V,および希
土類元素のいずれかを含む)およびイオンMn+(Mn+
は、Al3+,Ba2+,Be2+,Ca2+,K+,Mg2+
Mn2+,Na+,V2 +,および希土類元素イオンのいず
れかを含む)を吸蔵する炭素材料から構成され、さらに
前記イオンMn+を含む電解質と有機溶媒からなる電解
液を用いて構成される。
【0006】また、正極の炭素材料は活性炭を、負極の
炭素材料は、黒鉛質材料を、それぞれ用いて構成され
る。
【0007】加えて、負極の炭素材料は、予めイオンM
+をドープして構成される。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。
【0009】本発明による電気二重層キャパシタは、正
極、負極、電解液から構成されている。このうち、正極
は、物理吸脱着を利用する炭素材料(活性炭など)から
なっている。負極は、元素M(Mは、Al,Ba,B
e,Ca,K,Mg,Mn,Na,V,および希土類元
素のいずれかを含む)およびイオンMn+(Mn+は、A
3+,Ba2+,Be2+,Ca2+,K+,Mg2+,M
2+,Na+,V2+,および希土類元素イオンのいずれ
かを含む)を吸蔵する炭素材料(難黒鉛化炭素、黒鉛な
ど)からなっている。電解液には、イオンMn+を含む
電解質(例えばKPF6など)と有機溶媒が用いられて
いる。
【0010】本発明による電気二重層キャパシタを充放
電すると、正極では活性炭による吸脱着が利用され、負
極ではイオンMn+の関わる電気化学反応が利用され
る。負極は、充放電中に電位がほとんど変化せず、ま
た、そのときの負極の電位は、活性炭を用いたときより
も卑であるため、耐電圧が上昇する。本発明におけるイ
オンMn+を用いると、負極の電位はM/Mn+の電位が
−1.0V(NHE)以下であり、従来に比べて0.5V
以上低下するため、耐電圧を3.0V以上に向上させる
ことができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【0012】活性炭を正極に使用し、難黒鉛化炭素を負
極に使用し、KPF6、NaBF4を電解質、プロピレン
カーボネートを溶媒として用いて、2430コイン形の
電気二重層キャパシタを組み立てた。また、比較例とし
て、従来の正負両極に活性炭を使用した電気二重層キャ
パシタについても、同様に組み立てた。
【0013】これらの電気二重層キャパシタの耐電圧を
測定し、静電容量、放電容量およびエネルギーを算出し
た。結果を表1に示す。
【0014】
【0015】表1から明らかなように、耐電圧は、従来
の電気二重層キャパシタでは2.5Vであったのに対し
て、本発明ではNo.1、No.2で、それぞれ、3.9
5V,3.85Vと上昇した。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
負極は充放電中に電位がほとんど変化せず、その電位が
活性炭を負極に用いたときよりも卑であることから、耐
電圧を向上し、幅広い用途に適用することが可能な電気
二重層キャパシタを得ることができる。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極が、物理吸脱着を利用する炭素材料
    から構成され、負極が、元素M(Mは、Al,Ba,B
    e,Ca,X,Mg,Mn,Na,V,および希土類元
    素のいずれかを含む)およびイオンMn+(Mn+は、A
    3+,Ba2+,Be2+,Ca2+,K+,Mg2+,M
    2+,Na+,V2+,および希土類元素イオンのいずれ
    かを含む)を吸蔵する炭素材料から構成され、さらに前
    記イオンMn+を含む電解質と有機溶媒からなる電解液
    を用いたことを特徴とする電気二重層キャパシタ。
  2. 【請求項2】 正極の前記炭素材料は、活性炭であるこ
    とを特徴とする請求項1記載の電気二重層キャパシタ。
  3. 【請求項3】 負極の前記炭素材料は、黒鉛質材料であ
    ることを特徴とする諸求項1または請求項2記載の電気
    二重層キャパシタ。
  4. 【請求項4】 負極の前記炭素材料は、予めイオンMn
    +がドープされていることを特徴とする請求項1または
    請求項2記載の電気二重層キャパシタ。
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