JP2000124081A - Electric double-layer capacitor - Google Patents

Electric double-layer capacitor

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JP2000124081A
JP2000124081A JP29168398A JP29168398A JP2000124081A JP 2000124081 A JP2000124081 A JP 2000124081A JP 29168398 A JP29168398 A JP 29168398A JP 29168398 A JP29168398 A JP 29168398A JP 2000124081 A JP2000124081 A JP 2000124081A
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JP
Japan
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negative electrode
electric double
positive electrode
double layer
current collector
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JP29168398A
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Japanese (ja)
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Susumu Nomoto
進 野本
Haruhiko Handa
晴彦 半田
Akihiko Yoshida
昭彦 吉田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the withstand voltage by forming a positive electrode of an active C layer and a negative electrode of an active C layer previously doped with Li on a collector and comprising an org. electrolytic soln. SOLUTION: A positive electrode is made by activating coconut husks with steam as an active C, a negative electrode is made by activating a phenol material with steam into an active C, mixing carboxymethylcellulose and acetylene black with the active C and dispersing it in a mixed soln. of methanol with water to prepare a slurry. As the collector, an aluminum-etched foil is coated on the positive electrode 1, and one surface of a Ti-etched foil for the negative electric 3 is coated with an electrode slurry, dried with air at the ordinary temp., and heated and cut in a prescribed size to obtain electrodes. Only the negative electrode 3 is doped. As the electrolytic soln., a liq. made by dissolving tetraethyl ammonium tetrafluoroborate and lithium fluoroborate in propylene carbonate is impregnated.

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、高耐電圧を有する
電気二重層キャパシタに関する。
The present invention relates to an electric double layer capacitor having a high withstand voltage.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の環境に対する関心や炭酸ガス抑制
観点から、内燃機関の変わりに電池で駆動する電気自動
車が重要視されている。特に、内燃機関からの駆動エネ
ルギーを、発電機を介して電気エネルギーに変換し、こ
れを電力貯蔵装置に蓄えることにより、効率化を図るハ
イブリッド自動車が注目されている。ハイブリッド自動
車用の電力貯蔵装置としては、二次電池と電気二重層キ
ャパシタが提案されている。
2. Description of the Related Art In recent years, an electric vehicle driven by a battery instead of an internal combustion engine has been regarded as important from the viewpoint of environmental concerns and the viewpoint of suppressing carbon dioxide gas. In particular, a hybrid vehicle that converts driving energy from an internal combustion engine into electric energy via a generator and stores the electric energy in a power storage device to improve efficiency has attracted attention. Secondary batteries and electric double layer capacitors have been proposed as power storage devices for hybrid vehicles.

【0003】ハイブリッド自動車用として、現在検討さ
れている電池には密閉型鉛蓄電池、ニッケル水素蓄電
池、リチウムイオン二次電池などがある。この場合、定
常走行時には主に内燃機関の動力で走行するため、必要
とされるエネルギー量は電気自動車用途にくらべはるか
に小さくてすむ。しかしその代わり、発進、加速、登坂
時に大きな電力が必要であり、高い出力密度が要求され
る。また、充放電頻度も電気自動車用途に比べ非常に多
く、サイクル寿命は10万サイクル以上必要とされる。
[0003] As batteries for use in hybrid vehicles, batteries that are currently under study include sealed lead-acid batteries, nickel-metal hydride batteries, and lithium-ion secondary batteries. In this case, since the vehicle travels mainly by the power of the internal combustion engine during steady traveling, the required energy amount is much smaller than that for an electric vehicle. However, instead, a large amount of power is required when starting, accelerating, and climbing a hill, and a high power density is required. In addition, the charging and discharging frequency is much higher than that for electric vehicles, and the cycle life is required to be 100,000 cycles or more.

【0004】二次電池の場合、フル充電、フル放電時の
サイクル寿命は、現在、1000回程度であり、これを解決
するために、放電深度を浅くすることでサイクル寿命を
伸ばしている。そのため、実効的な容量密度が大きく低
下し、より多くの電池容量を搭載する必要がある。ま
た、二次電池の容量密度は低い環境温度で、低下する傾
向がある。
In the case of a secondary battery, the cycle life at the time of full charge and full discharge is currently about 1000 times, and in order to solve this, the cycle life is extended by making the depth of discharge shallow. Therefore, the effective capacity density is greatly reduced, and it is necessary to mount more battery capacity. Further, the capacity density of the secondary battery tends to decrease at a low environmental temperature.

【0005】一方、電気二重層キャパシタはコンデンサ
の一種で、コンデンサの中では最もエネルギー密度が高
い。電気二重層キャパシタは、電極と電解液の界面にお
けるイオンの吸脱着反応でエネルギーを貯えるため、酸
化還元を伴う電気化学反応はおこらない。そのため出力
密度が大きく、寿命も10年以上と長く、また低温にも強
いという利点を有する。また、残存エネルギーが端子電
圧の平方根に比例するため把握しやすく、きめ細かな制
御が可能である。しかし、現状ではエネルギー密度が低
く、一般の二次電池に比べ1桁以上小さいものである。
従って、電気二重層キャパシタをハイブリッド自動車に
適用するには、エネルギー密度を向上させることが望ま
しい。
On the other hand, an electric double layer capacitor is a type of capacitor and has the highest energy density among capacitors. Since the electric double layer capacitor stores energy by the adsorption and desorption of ions at the interface between the electrode and the electrolyte, an electrochemical reaction involving oxidation and reduction does not occur. Therefore, it has the advantages of a high output density, a long service life of 10 years or more, and a high resistance to low temperatures. Further, since the remaining energy is proportional to the square root of the terminal voltage, it is easy to grasp and fine control is possible. However, at present, the energy density is low, which is one order of magnitude smaller than that of a general secondary battery.
Therefore, in order to apply the electric double layer capacitor to a hybrid vehicle, it is desirable to increase the energy density.

【0006】これに対し、近年、二次電池と電気二重層
キャパシタの両者の長所を生かせるため、中間的な構造
を持ったデバイスが考案、市場に登場した。これは、正
極に活性炭、負極にリチウムをドーピングしたグラファ
イトを電極材料として用い、電解液にリチウムイオンを
含む有機系電解液を用いたものである。このデバイスの
特徴は、リチウムイオンを用いているため3.3V程度と高
い耐電圧を持ちながら、リチウム二次電池よりも低い抵
抗を持っている。しかしながら、このデバイスは正極に
ついては電気二重層と同じイオンの吸脱着でエネルギー
を貯蔵するが、負極は二次電池と同じ化学反応を用いて
いるため、バックアップ用途には有効であるがハイブリ
ッド自動車などの高出力が要求される用途には適用が困
難である。
On the other hand, in recent years, a device having an intermediate structure has been devised and appeared on the market in order to take advantage of both the secondary battery and the electric double layer capacitor. In this method, graphite in which activated carbon is doped into the positive electrode and lithium is doped into the negative electrode is used as an electrode material, and an organic electrolytic solution containing lithium ions is used as an electrolytic solution. The feature of this device is that it has a high withstand voltage of about 3.3 V due to the use of lithium ions, but has a lower resistance than a lithium secondary battery. However, this device stores energy by absorbing and desorbing the same ions as the electric double layer for the positive electrode, but uses the same chemical reaction as the secondary battery for the negative electrode. However, it is difficult to apply this method to applications requiring high output.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】電気二重層キャパシタ
には大別して次の2種類が存在する。すなわち硫酸水溶
液のような水溶液系電解液を用いたものと、プロピレン
カーボネートのような有機溶媒に電解質を添加した有機
溶液系電解液を用いたものである。有機系電解液を用い
たキャパシタは、水溶液形を用いたそれに比べ、エネル
ギー密度が高いという長所を持っているが、その理由は
耐電圧が高いためである。電気二重層キャパシタのエネ
ルギーEは、E=0.5×C×V×V(ここで、Cは静電
容量、Vは耐電圧)であらわされる。
The electric double layer capacitor is roughly classified into the following two types. That is, a solution using an aqueous solution such as a sulfuric acid aqueous solution and a solution using an organic solution based solution obtained by adding an electrolyte to an organic solvent such as propylene carbonate. Capacitors using an organic electrolyte have the advantage of a higher energy density than those using an aqueous solution, because they have a higher withstand voltage. Energy E of the electric double layer capacitor is expressed as E = 0.5 × C × V × V (where C is the capacitance and V is the withstand voltage).

【0008】このように、キャパシタの耐電圧は、電解
液の分解電圧で決定される。即ち、水溶液系電解液では
0.9〜1.2V程度、有機系電解液では2.3〜3.0V程度であ
る。エネルギー密度をさらに向上させるためには、耐電
圧をあげることが必要であるが、有機系電解液でも限界
がある。また、電気二重層キャパシタの電圧は、上記の
式からエネルギー残量の平方根に比例するので、全ての
エネルギーを取り出すには電圧が0Vになるまで引き出
す必要がある。一般に、エネルギー貯蔵デバイスに接続
される負荷には、ある一定電圧以下になると動作しなく
なるため、利用できるエネルギーは上記の式で表される
Eよりもさらに小さくなる。
As described above, the withstand voltage of the capacitor is determined by the decomposition voltage of the electrolytic solution. That is, in an aqueous electrolyte solution,
It is about 0.9 to 1.2 V, and about 2.3 to 3.0 V for an organic electrolyte. In order to further improve the energy density, it is necessary to increase the withstand voltage, but there is a limit even with an organic electrolyte. Further, since the voltage of the electric double layer capacitor is proportional to the square root of the remaining energy from the above equation, it is necessary to extract until the voltage becomes 0 V in order to extract all the energy. Generally, the load connected to the energy storage device does not operate at a certain voltage or lower, so that the available energy is smaller than E represented by the above equation.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め本発明の電気二重層キャパシタは、集電体上に活性炭
層を形成した正極と、集電体上に予めリチウムをドーピ
ングした活性炭よりなる層を形成した負極と、有機電解
液を具備したことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, an electric double layer capacitor according to the present invention comprises a positive electrode having an activated carbon layer formed on a current collector and an activated carbon having lithium previously doped on the current collector. A negative electrode having a layer formed thereon, and an organic electrolyte solution.

【0010】このとき、負極を構成する集電体は銅また
はニッケルを用いたことが有効である。
At this time, it is effective that copper or nickel is used for the current collector constituting the negative electrode.

【0011】また、正極を構成する集電体はチタンまた
はアルミニウムを用いたことが有効である。
It is effective that titanium or aluminum is used as a current collector constituting the positive electrode.

【0012】また、電解液を構成する電解質塩は、テト
ラアルキルアンモニウムテトラフルオロボーレートまた
はテトラアルキルアンモニウムペンタフルオロホスフェ
ートより選ばれる少なくとも1種の塩と、リチウム塩と
を少なくとも有するが望ましい。
Further, the electrolyte salt constituting the electrolytic solution desirably has at least one salt selected from tetraalkylammonium tetrafluoroborate or tetraalkylammonium pentafluorophosphate and at least a lithium salt.

【0013】このとき、テトラエチルアンモニウムテト
ラフルオロボレートとテトラアルキルアンモニウムペン
タフルオロホスフェートとの濃度は0.1mol/L以上で1mol
/L以下であり、リチウム塩の濃度は0.01mol/L以上0.2mo
l/L以下であることが望ましい。
At this time, the concentration of tetraethylammonium tetrafluoroborate and tetraalkylammonium pentafluorophosphate is 0.1 mol / L or more and 1 mol.
/ L or less, the concentration of the lithium salt is 0.01mol / L or more and 0.2mo
It is desirable to be less than l / L.

【0014】また、正極と負極との分極性電極に含まれ
る活性炭は、粒径が1μm以上で20μm以下であること
が望ましい。
The activated carbon contained in the polarizable electrodes of the positive electrode and the negative electrode preferably has a particle size of 1 μm or more and 20 μm or less.

【0015】また、正極集電体と負極集電体との厚さは
10μm以上で80μm以下であり、その片面もしくは両面に
形成する分極性電極の厚さが20μm以上で200μmである
ことが望ましい。
The thickness of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector is
The thickness is preferably 10 μm or more and 80 μm or less, and the thickness of the polarizable electrode formed on one or both surfaces thereof is preferably 20 μm or more and 200 μm.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】本発明は、電気二重層キャパシタ
の抵抗を著しく増加させることなく、耐電圧を向上させ
ることを目的とするものである。電気二重層キャパシタ
は、電解液と分極性電極の間に形成される電気二重層、
すなわち電解液側にはイオン、分極性電極側には電子ま
たはホールが対向することにより、電気が蓄えられる。
平板コンデンサの場合、充電前の状態は電極に電子また
はホールが存在せず、コンデンサのどの部位にも電位差
は発生しない。しかし、電気二重キャパシタの場合、電
解液と分極性電極の化学ポテンシャルが異なる場合に
は、自然電位と呼ばれる電位差が発生し、これは、電解
液と分極性電極表面の反応により決定される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The object of the present invention is to improve the withstand voltage without significantly increasing the resistance of the electric double layer capacitor. An electric double layer capacitor is an electric double layer formed between an electrolytic solution and a polarizable electrode,
That is, electricity is stored by ions facing the electrolyte side and electrons or holes facing the polarizable electrode side.
In the case of a flat plate capacitor, before charging, there are no electrons or holes in the electrodes, and no potential difference occurs in any part of the capacitor. However, in the case of an electric double capacitor, when the chemical potential of the electrolytic solution differs from that of the polarizable electrode, a potential difference called a spontaneous potential occurs, which is determined by the reaction between the electrolytic solution and the surface of the polarizable electrode.

【0017】通常、電気二重層キャパシタの分極性電極
には高比表面積活性炭が用いられるので、活性炭表面と
電解液に存在するイオンの反応により決定される。しか
し、キャパシタ両極に同じ種類の活性炭を用いた場合、
両電極の自然電位は同じになるので、平板コンデンサと
同様両極の電位差は存在しない。しかし、ここで負極の
分極性電極にリチウムをドーピングし、電解液に若干の
リチウムイオンを添加しておくと、負極の自然電位が分
極性電極中のリチウムと電解液中のリチウムイオンの平
衡状態で決定されるようになる。正極の自然電位は変化
しないため、最終的には正極と負極の間に電位差が生ま
れる。
Normally, a high specific surface area activated carbon is used for the polarizable electrode of the electric double layer capacitor, so that it is determined by the reaction between the activated carbon surface and the ions present in the electrolyte. However, if the same type of activated carbon is used for both electrodes of the capacitor,
Since the natural potentials of both electrodes are the same, there is no potential difference between the two electrodes as in the case of the plate capacitor. However, if the polarizable electrode of the negative electrode is doped with lithium and a small amount of lithium ions are added to the electrolytic solution, the natural potential of the negative electrode will become an equilibrium state between lithium in the polarizable electrode and lithium ions in the electrolytic solution. Will be determined by Since the natural potential of the positive electrode does not change, a potential difference is finally generated between the positive electrode and the negative electrode.

【0018】ここで、注意しなければならないのは、キ
ャパシタ充放電時に活性炭に対してリチウムイオンはほ
とんどインターカレートされないようにすることであ
る。インターカレートされると、エネルギー密度は向上
するが、リチウムイオンが炭素の層間に出入りするた
め、抵抗が上昇し出力密度が低下してしまう。従って、
リチウムイオンが炭素の表面付近にある程度固定されて
いながらも層間には入らないような炭素材料の選定が必
要である。これには、通常リチウムイオン電池に用いら
れているような黒鉛は不向きで、フェノール樹脂を900
℃付近で炭化し、表面にはベンゼン環のベーサル面が配
向されているものなどが望ましい。
It should be noted here that lithium ions are hardly intercalated with respect to the activated carbon during charging and discharging of the capacitor. When intercalated, the energy density is improved, but lithium ions enter and exit between carbon layers, so that the resistance increases and the output density decreases. Therefore,
It is necessary to select a carbon material such that lithium ions are fixed to some extent near the surface of carbon but do not enter between layers. For this purpose, graphite, which is usually used for lithium ion batteries, is not suitable, and phenol resin is 900
It is preferable that the carbonized material is carbonized at about ℃ and the surface of the benzene ring has a basal plane oriented.

【0019】また、電解液に用いられる電解質イオンと
しては、通常リチウムイオン電池に用いられるリチウム
塩がほとんどの媒質を占めるものではなく、あくまでも
負極にドープされたリチウムと平衡状態を保てる程度、
濃度にして0.01〜0.2mol/L程度で良い。充放電には溶媒
イオンにより形成される電気二重層により行われるの
で、リチウム二次電池などで使われている比表面積の比
較的小さな炭素材料ではなく、正極、負極共に1000m2/g
以上の比表面積を持つ活性炭などの材料が望ましい。ま
た、電解液にはテトラエチルアンモニウムテトラフルオ
ロボレートとテトラアルキルアンモニウムペンタフルオ
ロホスフェートのような4級アンモニウム塩が望まし
い。従って、充放電に用いられる電解質と、自然電位を
規定するための電解質の混合溶質系がもっとも適してい
ると考えられる。なお、両電解質のアニオンは、同じで
あっても異なっていても良い。
As the electrolyte ions used in the electrolytic solution, the lithium salt usually used in lithium ion batteries does not occupy most of the medium, but only to the extent that it can maintain an equilibrium state with lithium doped in the negative electrode.
The concentration may be about 0.01 to 0.2 mol / L. Charging and discharging are performed by an electric double layer formed by solvent ions, so it is not a carbon material with a relatively small specific surface area used in lithium secondary batteries, etc., but both positive and negative electrodes are 1000 m 2 / g
A material such as activated carbon having the above specific surface area is desirable. Also, the electrolyte is preferably a quaternary ammonium salt such as tetraethylammonium tetrafluoroborate and tetraalkylammonium pentafluorophosphate. Therefore, it is considered that a mixed solute system of the electrolyte used for charging and discharging and the electrolyte for defining the natural potential is most suitable. The anions of both electrolytes may be the same or different.

【0020】以上の系において、出力密度を大きくする
ためには、活性炭は導電剤、結着剤などと共に金属箔集
電体に薄く塗布され、倦回されていることが必要であ
る。通常、電気二重層キャパシタ用の金属箔集電体に
は、アルミニウムが用いられるが、負極にこれを用いる
と腐食されるため、銅やニッケルなどイオン化傾向の低
い金属を用いることが必要である。本発明は、電気二重
層キャパシタの抵抗を著しく増加させることなく、耐電
圧を向上させることを目的とするものである。上記の構
成により、電気二重層キャパシタの耐電圧を向上させる
ことができる。
In the above-mentioned system, in order to increase the output density, it is necessary that the activated carbon is thinly applied to the metal foil current collector together with the conductive agent, the binder and the like, and the active carbon is wound. Normally, aluminum is used for the metal foil current collector for the electric double layer capacitor. However, if this is used for the negative electrode, it is corroded, so it is necessary to use a metal having a low ionization tendency, such as copper or nickel. An object of the present invention is to improve the withstand voltage without significantly increasing the resistance of the electric double layer capacitor. With the above configuration, the withstand voltage of the electric double layer capacitor can be improved.

【0021】以下、本発明に好適な実施例について、具
体的に記述する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be specifically described.

【0022】[0022]

【実施例】(実施例1)正極には、椰子殻材料を900℃
で水蒸気賦活した活性炭10g、負極には、フェノール系
材料を900℃で水蒸気賦活した活性炭10gに、それぞれ結
合剤としてカルボキシメチルセルロース2g、導電材とし
てアセチレンブラック4gを混合し、メタノール40mlと水
60mlの混合溶液中に分散させたスラリーを調製した。集
電体として、正極には厚さ40μmのアルミエッチド箔、
負極には厚さ20μmのチタンエッチド箔の片面に電極用
スラリーをドクターブレードを用いて50μmの厚さにコ
ーティングし、15分の常温風乾の後、140℃で15
分加熱、15mm角の大きさに切断して電極体を得た。
EXAMPLES (Example 1) A coconut shell material was used at 900 ° C for the positive electrode.
10 g of activated carbon activated with steam in the negative electrode, 10 g of activated carbon in which the phenolic material was activated with steam at 900 ° C., 2 g of carboxymethyl cellulose as a binder, and 4 g of acetylene black as a conductive material were mixed with 40 ml of methanol and 40 ml of water, respectively.
A slurry dispersed in 60 ml of the mixed solution was prepared. As a current collector, the positive electrode has aluminum etched foil with a thickness of 40 μm,
On the negative electrode, one side of a titanium-etched foil having a thickness of 20 μm was coated with an electrode slurry to a thickness of 50 μm using a doctor blade, air-dried at room temperature for 15 minutes, and then dried at 140 ° C. for 15 minutes.
Heating for a minute and cutting into a size of 15 mm square gave an electrode body.

【0023】次に負極のみ、ドーピング処理を行った。
これはまず、0.5mol/Lリチウムフルオロボレートのプロ
ピレンカーボネート溶液中において陰極とリチウム金属
を対向させ、リチウムを正、負極を負として定電流充電
を行った。このとき、電流の総和が50mAh/活性炭gにな
るようにした。こうしてドーピングが終了した負極は、
プロピレンカーボネートで洗浄した後に、正極と併せて
評価セルを作成した。電解液としてプロピレンカーボネ
ートに0.5mol/Lの濃度でテトラエチルアンモニウムテト
ラフルオロボレート、及び0.05mol/Lであるリチウムフ
ルオロボレートを溶解したものを含浸し、ポリプロピレ
ン製セパレータを介して対向させ、電気二重層キャパシ
タ評価用セルを作成した。本素子の構成の概略を図1に
示した。図1において、活性炭粉末を含む分極性電極よ
りなる正極1は、アルミニウムまたはチタン金属からな
る正極集電体2の両面または片面に形成されており、あ
らかじめリチウムをドープした活性炭を含む分極性電極
よりなる負極3は、あり銅またはニッケルからなる負極
集電体4の両面または片面に形成されている。と一体に
結合されている。正極集電体2、負極集電体4には、あ
らかじめそれぞれの集電体と同じ種類の金属でできた正
極リード5及び負極リード6が接続されている。正極が
形成された正極集電体、負極が形成された負極集電体、
セパレーター7は円筒形に捲回され、ケース8に入れら
れた後電解液を注入後、密閉され、図1のような電気二
重層キャパシタを得た。
Next, only the negative electrode was subjected to doping treatment.
First, in a 0.5 mol / L lithium fluoroborate propylene carbonate solution, a cathode was opposed to lithium metal, and constant current charging was performed with lithium being positive and the negative electrode being negative. At this time, the total current was adjusted to 50 mAh / g of activated carbon. The doping-finished negative electrode is
After washing with propylene carbonate, an evaluation cell was prepared together with the positive electrode. Impregnated with a solution of tetraethylammonium tetrafluoroborate at a concentration of 0.5 mol / L in propylene carbonate as an electrolytic solution, and lithium fluoroborate of 0.05 mol / L, and opposed to each other via a polypropylene separator, an electric double layer capacitor An evaluation cell was created. FIG. 1 schematically shows the structure of this device. In FIG. 1, a positive electrode 1 made of a polarizable electrode containing activated carbon powder is formed on both or one side of a positive electrode current collector 2 made of aluminum or titanium metal, and is made of a polarizable electrode containing activated carbon doped with lithium in advance. The negative electrode 3 is formed on both surfaces or one surface of a negative electrode current collector 4 made of copper or nickel. And are integrally connected. A positive electrode lead 5 and a negative electrode lead 6 made of the same type of metal as the respective current collectors are connected to the positive electrode current collector 2 and the negative electrode current collector 4 in advance. A positive electrode current collector on which a positive electrode is formed, a negative electrode current collector on which a negative electrode is formed,
The separator 7 was wound into a cylindrical shape, placed in a case 8, filled with an electrolytic solution, and then sealed to obtain an electric double layer capacitor as shown in FIG.

【0024】これに対する比較例として、以下の素子を
作成した。正極及び負極において、椰子殻材料を900℃
で水蒸気賦活した活性炭10gに、結合剤としてカルボキ
シメチルセルロース2g、導電材としてアセチレンブラッ
ク4gを混合し、メタノール40mlと水60mlの混合溶液中に
分散させたスラリーを調製した。集電体として、正極及
び負極に厚さ40μmのアルミエッチド箔の片面に電極用
スラリーをドクターブレードを用いて50μmの厚さにコ
ーティングし、15分の常温風乾の後、140℃で15
分加熱、15mm角の大きさに切断して電極体を得た。
電解液としてプロピレンカーボネートに0.5mol/Lの濃度
でテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレートを
溶解したものを含浸し、ポリプロピレン製セパレータを
介して対向させ、比較例の電気二重層キャパシタ評価用
セルを作成した。
The following devices were prepared as comparative examples. 900 ° C coconut shell material at positive and negative electrodes
Was mixed with 2 g of carboxymethylcellulose as a binder and 4 g of acetylene black as a conductive material, and dispersed in a mixed solution of 40 ml of methanol and 60 ml of water. As a current collector, one side of a 40 μm-thick aluminum-etched foil was coated on the positive electrode and the negative electrode with a slurry for an electrode to a thickness of 50 μm using a doctor blade, air-dried for 15 minutes at room temperature, and dried at 140 ° C.
Heating for a minute and cutting into a size of 15 mm square gave an electrode body.
An electrolyte was impregnated with a solution of tetraethylammonium tetrafluoroborate dissolved in propylene carbonate at a concentration of 0.5 mol / L and opposed to each other with a polypropylene separator interposed therebetween to prepare an electric double layer capacitor evaluation cell of a comparative example.

【0025】以上で、実施例、従来例共に電荷取り出し
用として白金電極をスプリングを用いて集電体と接触さ
せ、テフロンホルダーにて固定した。電解液に水が混ざ
ると耐圧特性が悪化するため、組み立ては乾燥窒素雰囲
気中で行い、組み立てが終了してから通常雰囲気中に取
り出した。以上の手法により、作成した評価用セルにつ
いて、次の試験方法により特性評価を行った。
As described above, in both the embodiment and the conventional example, the platinum electrode was brought into contact with the current collector using a spring for taking out the electric charge, and was fixed with a Teflon holder. Since the pressure resistance deteriorates when water is mixed with the electrolyte, the assembly was performed in a dry nitrogen atmosphere, and after the assembly was completed, the assembly was taken out in a normal atmosphere. The characteristics of the evaluation cell prepared by the above method were evaluated by the following test method.

【0026】1.容量 評価用セルを設定電圧により30分間定電圧充電を行い、
その後10mAで定電流放電を行った。その時、端子電圧が
1.0Vから0.5Vまで低下するまでの時間tVから、C(容
量)=0.01×tVにより容量を算出し、両極の活性炭
重量で割って容量密度とした。また、放電開始直後のIR
ドロップから、抵抗を求めた。
1. The cell for capacity evaluation is charged at a constant voltage for 30 minutes at the set voltage,
Thereafter, constant current discharge was performed at 10 mA. At that time, the terminal voltage
From the time tV required for the voltage to drop from 1.0 V to 0.5 V, the capacity was calculated by C (capacity) = 0.01 × tV, and divided by the activated carbon weight of both electrodes to obtain the capacity density. In addition, the IR immediately after the start of discharge
From the drop, we asked for resistance.

【0027】2.寿命 評価用セルごと65℃の恒温槽中に入れ、設定電圧をかけ
続ける。一定時間ごとに前述1の様式に従い容量を測定
し、セル組み立て直後の容量から30%低下した時間をも
って寿命とした。
2. Life Put the cells for evaluation together in a thermostat at 65 ° C and keep applying the set voltage. The capacity was measured at regular intervals in accordance with the above-described method, and the life was defined as the time 30% lower than the capacity immediately after the cell was assembled.

【0028】以上の測定法により、電解質濃度、及び設
定電圧を変化させたときの、従来例の素子の特性を表1
に、また実施例の素子の特性を表2に示した。
Table 1 shows the characteristics of the conventional device when the electrolyte concentration and the set voltage were changed by the above-described measuring methods.
Table 2 shows the characteristics of the devices of the examples.

【0029】[0029]

【表1】 [Table 1]

【0030】[0030]

【表2】 [Table 2]

【0031】以上の結果から、以下のことを見いだし
た。 (1)従来例に比べ、実施例はより高い電圧でも寿命を
確保可能。 (2)テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレー
トの濃度が一定である場合、リチウムフルオロボレート
の濃度増加に従い、容量は増加するが抵抗も増加する。
抵抗があまり上昇せず、寿命も確保できるのは0.05mol/
L程度である。 (3)リチウムフルオロボレートの濃度が一定である場
合、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート
の濃度が0.5mol/L付近が容量が高く、寿命も長い。
From the above results, the following has been found. (1) Compared with the conventional example, the embodiment can secure the life even at a higher voltage. (2) When the concentration of tetraethylammonium tetrafluoroborate is constant, as the concentration of lithium fluoroborate increases, the capacity increases but the resistance also increases.
0.05mol /
It is about L. (3) When the concentration of lithium fluoroborate is constant, the capacity is high and the life is long when the concentration of tetraethylammonium tetrafluoroborate is around 0.5 mol / L.

【0032】本実施例では、電解質を構成する電解質塩
として、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレ
ートを用いたが、ジメチルジエチルアンモニウムテトラ
フルオロボレートなどの非対称テトラアルキルテトラフ
ルオロボレートを用いても、同様の効果を得ることがで
きた。さらに、テトラフルオロボレートのかわりに、ペ
ンタフルオロホスフェートをアニオンとする電解質塩を
用いても、同様の効果を得た。
In this embodiment, tetraethylammonium tetrafluoroborate is used as the electrolyte salt constituting the electrolyte. However, similar effects can be obtained by using an asymmetric tetraalkyltetrafluoroborate such as dimethyldiethylammonium tetrafluoroborate. I was able to. Further, the same effect was obtained by using an electrolyte salt having pentafluorophosphate as an anion instead of tetrafluoroborate.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば電気二重
層キャパシタの耐電圧を向上させることができる。
As described above, according to the present invention, the withstand voltage of the electric double layer capacitor can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例である電気二重層キャパシタの
構成を示した図
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an electric double layer capacitor according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 正極 2 正極集電体 3 負極 4 負極集電体 5 正極リード 6 負極リード 7 セパレータ 8 ケース Reference Signs List 1 positive electrode 2 positive electrode current collector 3 negative electrode 4 negative electrode current collector 5 positive electrode lead 6 negative electrode lead 7 separator 8 case

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 集電体上に活性炭層を形成した正極と、
集電体上に予めリチウムをドーピングした活性炭よりな
る層を形成した負極と、有機電解液を具備したことを特
徴とする電気二重層キャパシタ。
A positive electrode having an activated carbon layer formed on a current collector;
An electric double layer capacitor comprising: a negative electrode in which a layer made of activated carbon doped with lithium in advance is formed on a current collector; and an organic electrolyte.
【請求項2】 負極を構成する集電体は銅またはニッケ
ルを用いた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。
2. The electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the current collector constituting the negative electrode is made of copper or nickel.
【請求項3】 正極を構成する集電体はチタンまたはア
ルミニウムを用いたことを特徴とする請求項1または2
記載の電気二重層キャパシタ。
3. The current collector constituting the positive electrode is made of titanium or aluminum.
The electric double layer capacitor as described in the above.
【請求項4】 電解液を構成する電解質塩は、テトラア
ルキルアンモニウムテトラフルオロボーレートまたはテ
トラアルキルアンモニウムペンタフルオロホスフェート
より選ばれる少なくとも1種の塩と、リチウム塩とを少
なくとも有することを特徴とする電気二重層キャパシ
タ。
4. The electrolyte according to claim 1, wherein the electrolyte comprises at least one salt selected from tetraalkylammonium tetrafluoroborate or tetraalkylammonium pentafluorophosphate and a lithium salt. Multilayer capacitor.
【請求項5】 テトラエチルアンモニウムテトラフルオ
ロボレートとテトラアルキルアンモニウムペンタフルオ
ロホスフェートとの濃度は0.1mol/L以上で1mol/L以下で
あり、リチウム塩の濃度は0.01mol/L以上0.2mol/L以下
であることを特徴とする請求項4記載の電気二重層キャ
パシタ。
5. The concentration of tetraethylammonium tetrafluoroborate and tetraalkylammonium pentafluorophosphate is 0.1 mol / L or more and 1 mol / L or less, and the concentration of lithium salt is 0.01 mol / L or more and 0.2 mol / L or less. 5. The electric double layer capacitor according to claim 4, wherein:
【請求項6】 正極と負極との分極性電極に含まれる活
性炭は、粒径が1μm以上で20μm以下であることを特
徴とする請求項1、2、3、4または5記載の電気二重
層キャパシタ。
6. The electric double layer according to claim 1, wherein the activated carbon contained in the polarizable electrodes of the positive electrode and the negative electrode has a particle size of 1 μm or more and 20 μm or less. Capacitors.
【請求項7】 正極集電体と負極集電体との厚さは10μ
m以上で80μm以下であり、その片面もしくは両面に形成
する分極性電極の厚さが20μm以上で200μmであること
を特徴とする請求項1、2、3、4、5、または6記載
の電気二重層キャパシタ。
7. The thickness of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector is 10 μm.
7. The electric power according to claim 1, wherein the thickness of the polarizable electrode formed on one or both sides thereof is not less than 20 μm and not more than 80 μm and not more than 80 μm. Double layer capacitor.
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