JP2001155972A - Electrochemical capacitor - Google Patents

Electrochemical capacitor

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JP2001155972A
JP2001155972A JP33253799A JP33253799A JP2001155972A JP 2001155972 A JP2001155972 A JP 2001155972A JP 33253799 A JP33253799 A JP 33253799A JP 33253799 A JP33253799 A JP 33253799A JP 2001155972 A JP2001155972 A JP 2001155972A
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JP
Japan
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electrode
package
carbon material
electrochemical capacitor
electrochemical
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JP33253799A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuhisa Sakurai
靖久 桜井
Naotsuyo Okada
直剛 岡田
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NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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Publication date
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  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrochemical for sealing packages through thermal welding, regardless of the thickness or the shape of the electrode terminal, and improving reliability in strength and airtightness of the package. SOLUTION: A laminate (single capacitor cell 12) includes a pair of metallic collectors and polarized electrode, made of partly oxidized carbon material with minute crystal carbon similar to graphite, with an electrically insulating separator between the polarized electrode. The laminate is put at the collectors and dipped in organic electrolyte and sealed in a package 60 of an electrochemical capacitor. Electrode terminals 44 and 45, connected to the collectors, are an electrode unit 50 made in a body with a support member 54. The electrode unit 50 is interposed therein the package 60 and is then sealed.

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、分極性電極材料
として黒鉛類似の微結晶炭素を有する炭素材料を用い、
活物質として電気化学反応による生成物を用いることに
より、疑似容量に基づく高い静電容量密度を示す電気化
学キャパシタに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention uses a carbon material having graphite-like microcrystalline carbon as a polarizable electrode material,
The present invention relates to an electrochemical capacitor that exhibits a high capacitance density based on pseudo capacitance by using a product of an electrochemical reaction as an active material.

【0002】[0002]

【従来の技術】 電気化学キャパシタ(以下、「キャパ
シタ」という。)は、ファラッド級の大容量を有し、充
放電サイクル特性にも優れることから、電子機器のバッ
クアップ電源や自動車を始めとした各種輸送機のバッテ
リーとして用いられている他、エネルギーの有効利用の
観点からは、夜間電力の貯蔵といった用途での使用も検
討されている。
2. Description of the Related Art Electrochemical capacitors (hereinafter, referred to as “capacitors”) have farad-class large capacities and excellent charge / discharge cycle characteristics. In addition to being used as batteries for transport aircraft, from the viewpoint of effective use of energy, use in applications such as storage of nighttime power is also being studied.

【0003】 このようなキャパシタの基本構造の1つ
である単電極セル10は、図5に示されるように、一般
的には金属材料からなる集電体20・22にそれぞれ正
極側の分極性電極24と負極側の分極性電極26が形成
され、分極性電極24・26がセパレータ28によって
隔離された構造を有しており、分極性電極24・26に
は、溶媒と電解質とからなる電解液が含浸される。
As shown in FIG. 5, a single-electrode cell 10, which is one of the basic structures of such a capacitor, generally has polarizers on the positive electrode side on current collectors 20 and 22 each made of a metal material. An electrode 24 and a polarizable electrode 26 on the negative electrode side are formed, and have a structure in which the polarizable electrodes 24 and 26 are separated by a separator 28. The liquid is impregnated.

【0004】 また、図6は単キャパシタセル12の構
造を示しており、複数の単電極セル10を、集電体20
・22に形成された電極取り出し部30・32をそれぞ
れ電気的に並列接続した構造を有している。自動車用等
に用いられる比較的容量の大きなキャパシタとしては、
このような単キャパシタセル12が好適に用いられる。
これら単電極セル10や単キャパシタセル12は、共に
平板型であり、高充填、大面積化が容易である特徴を有
する。
FIG. 6 shows the structure of a single capacitor cell 12 in which a plurality of single electrode cells 10 are connected to a current collector 20.
・ Electrode extraction portions 30 and 32 formed at 22 are electrically connected in parallel. Relatively large capacitors used for automobiles, etc.
Such a single capacitor cell 12 is preferably used.
Each of the single electrode cell 10 and the single capacitor cell 12 is a flat plate type, and has a feature that high filling and large area can be easily performed.

【0005】 上記に示すようなキャパシタを実使用す
る場合、電解液の漏洩や劣化等を防止するため、電極端
子以外を厳しい包装適性(密封性、バリヤ性、耐摩耗
性、耐膨脹性等)でパッケージすることが重要である。
このため、上記に示すようなキャパシタは、例えば、図
4に示すように、アルミラミネートフィルム等で作製し
たパウチであるパッケージ60内に、単電極セル10又
は単キャパシタセル12と有機電解液を装入し、熱融着
フィルムで被覆したテープ状の電極端子40,42をパ
ッケージ60の外部に取り出した後、パッケージのシー
ル部62とともに熱融着することにより、シールするこ
とが行われている。
When the above-described capacitor is actually used, strict packaging suitability (sealing properties, barrier properties, abrasion resistance, expansion resistance, etc.) is required for parts other than the electrode terminals in order to prevent leakage or deterioration of the electrolytic solution. It is important to package in.
For this reason, as shown in FIG. 4, for example, as shown in FIG. 4, a single electrode cell 10 or a single capacitor cell 12 and an organic electrolytic solution are mounted in a package 60 which is a pouch made of an aluminum laminated film or the like. Then, the tape-shaped electrode terminals 40 and 42 covered with the heat-sealing film are taken out of the package 60, and then heat-sealed together with the seal part 62 of the package to seal.

【0006】 しかしながら、上記に示すパッケージ方
法は、使用できる電極端子40,42の形状がテープ状
のものに限られており、上記電極端子40,42の厚さ
が厚くなりすぎると、パッケージのシール部62でシー
ルすることが困難であった。また、近年のキャパシタの
大容量化に伴い、単キャパシタセル12の積層化が進む
と、キャパシタの自重の増加により、パッケージのシー
ル部62の応力集中が大きくなるため、パッケージ60
の強度信頼性が著しく低下してしまうという問題があっ
た。
However, in the above-described packaging method, the shape of the electrode terminals 40 and 42 that can be used is limited to a tape-shaped one. When the thickness of the electrode terminals 40 and 42 becomes too large, the sealing of the package is performed. It was difficult to seal at the part 62. In addition, as the capacity of the capacitor increases in recent years, the stacking of the single capacitor cells 12 progresses, and the self-weight of the capacitor increases, so that the stress concentration of the seal portion 62 of the package increases.
However, there is a problem that the strength reliability is significantly reduced.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】 本発明は、このよう
な従来技術の有する課題を鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、電極端子の厚さや形状に左右
されることなく、パッケージの熱融着シールが可能であ
るとともに、パッケージの強度信頼性及び気密性を向上
することができる電気化学キャパシタを提供するもので
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such problems of the related art,
The purpose is to provide an electrochemical capacitor that can seal the package by heat without being affected by the thickness and shape of the electrode terminal and can improve the strength reliability and airtightness of the package. To provide.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】 即ち、本発明によれ
ば、金属材料からなる対の集電体に、黒鉛類似の微結晶
炭素を有する炭素材料を部分酸化させたものを主材とし
て形成された分極性電極をそれぞれ配設し、当該分極性
電極間に電子絶縁性のセパレータを挟み込んだ少なくと
も1つの積層体を、有機電解液に浸漬させた状態でパッ
ケージ内にシールした電気化学キャパシタであって、当
該集電体とそれぞれ接続する電極端子を、保持材と一体
化させた電極ユニットとし、当該電極ユニットを、パッ
ケージ内に介在させてシールしたことを特徴とする電気
化学キャパシタが提供される。このとき、本発明では、
電極ユニットがパッケージの外部との接触面積を最小限
にする形状であることが好ましく、保持材が電極端子及
びパッケージとの接合性に優れた樹脂であることが好ま
しい。
Means for Solving the Problems According to the present invention, a pair of current collectors made of a metal material are formed as a main material by partially oxidizing a carbon material having microcrystalline carbon similar to graphite. An electrochemical capacitor in which at least one laminate having an electrically insulating separator sandwiched between the polarizable electrodes is sealed in a package while being immersed in an organic electrolyte. Thus, an electrochemical capacitor is provided in which electrode terminals respectively connected to the current collector are electrode units integrated with a holding material, and the electrode units are sealed by being interposed in a package. . At this time, in the present invention,
The electrode unit preferably has a shape that minimizes the contact area with the outside of the package, and the holding material is preferably a resin having excellent bonding properties with the electrode terminals and the package.

【0009】 このような本発明の電気化学キャパシタ
においては、炭素材料として、易黒鉛化炭素原料を不活
性ガス雰囲気中、500℃〜1000℃で熱処理して得
られたものを用いることが好ましい。部分酸化の方法の
1つとしては、炭素材料を、アルカリ金属及び酸素を含
むアルカリ金属化合物の少なくとも1種の存在下、不活
性雰囲気中、アルカリ金属蒸気が発生する温度以上で熱
処理する方法が挙げられる。また、別の部分酸化の方法
として、炭素材料を、黒鉛を浸漬すると石墨酸が形成で
きる酸化剤に浸漬する方法を用いることも好ましく、更
に、炭素材料を、酸化性ガスを含む酸化雰囲気中におい
て、易黒鉛化炭素原料の炭化温度よりも低い温度で熱処
理する方法を採ることもできる。
In such an electrochemical capacitor of the present invention, it is preferable to use, as the carbon material, one obtained by heat-treating a graphitizable carbon material at 500 ° C. to 1000 ° C. in an inert gas atmosphere. As one method of the partial oxidation, a method of heat-treating a carbon material in the presence of at least one of an alkali metal compound containing an alkali metal and oxygen in an inert atmosphere at a temperature not lower than a temperature at which an alkali metal vapor is generated. Can be In addition, as another partial oxidation method, it is preferable to use a method of immersing a carbon material in an oxidizing agent that can form graphite when dipping graphite.Furthermore, the carbon material is oxidized in an oxidizing atmosphere containing an oxidizing gas. Alternatively, a method of performing heat treatment at a temperature lower than the carbonization temperature of the graphitizable carbon raw material may be employed.

【0010】 なお、静電容量発現のための電気化学反
応は、炭素材料を部分酸化したものを用いて作製したシ
ート状電極とセパレータ並びに集電体を組み合わせて有
機電解液に浸漬し、キャパシタを構成した後に通電する
ことで行うことが好ましい。このとき、電気化学反応を
行なう電解液と、キャパシタとして動作させる電解液に
異なるものを用いることも可能である。
The electrochemical reaction for developing the capacitance is performed by immersing a sheet-like electrode made using a material obtained by partially oxidizing a carbon material, a separator and a current collector in an organic electrolytic solution, and immersing the capacitor in the organic electrolyte. It is preferable to carry out the current supply after the configuration. At this time, it is also possible to use different electrolyte solutions for performing an electrochemical reaction and for operating as a capacitor.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】 本発明の電気化学キャパシタ
は、金属材料からなる対の集電体に、黒鉛類似の微結晶
炭素を有する炭素材料を部分酸化させたものを主材とし
て形成された分極性電極をそれぞれ配設し、分極性電極
間に電子絶縁性のセパレータを挟み込んだ少なくとも1
つの積層体を、有機電解液に浸漬させた状態でパッケー
ジ内にシール(密封)した電気化学キャパシタであっ
て、集電体とそれぞれ接続する電極端子を、保持材と一
体化させた電極ユニットとし、電極ユニットをパッケー
ジ内に介在させてシール(密封)したものである。これ
により、電極端子の厚さや形状に左右されることなく、
パッケージの熱融着シールが可能であるとともに、パッ
ケージの強度信頼性及び気密性を向上することができ
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An electrochemical capacitor according to the present invention is characterized in that a pair of current collectors made of a metal material are formed mainly by partially oxidizing a carbon material having microcrystalline carbon similar to graphite. At least one polar electrode is provided, and at least one of the polarizable electrodes is sandwiched between electronically insulating separators.
An electrochemical capacitor in which two laminates are sealed in a package in a state of being immersed in an organic electrolyte, and the electrode terminals respectively connected to the current collector are integrated with a holding material to form an electrode unit. In this case, the electrode unit is sealed (sealed) with the package interposed in the package. Thereby, without being affected by the thickness or shape of the electrode terminal,
It is possible to seal the package by heat sealing and to improve the strength reliability and airtightness of the package.

【0012】 以下、図面に基づき本発明を更に詳細に
説明する。図1〜2は、本発明の電気化学キャパシタで
用いた電極ユニットの各例を示すものであり、図3は、
本発明の電気化学キャパシタにおけるパッケージの一例
を示す概略斜視図である。ここで、本発明の電気化学キ
ャパシタの主な特徴は、図1〜2に示すように、電極端
子44,46を保持材54と一体化させた電極ユニット
50,52を用いたことにある。これにより、電極端子
44,46の厚さや形状に左右されることなく、パッケ
ージ60の熱融着シールが可能であるとともに、キャパ
シタの自重によるパッケージのシール部62の応力集中
を緩和することができるため、パッケージ60の強度信
頼性及び気密性を向上することができる。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. 1 and 2 show examples of an electrode unit used in the electrochemical capacitor of the present invention, and FIG.
FIG. 2 is a schematic perspective view showing an example of a package in the electrochemical capacitor of the present invention. Here, the main feature of the electrochemical capacitor of the present invention is to use the electrode units 50 and 52 in which the electrode terminals 44 and 46 are integrated with the holding member 54 as shown in FIGS. Thus, the package 60 can be thermally sealed without being affected by the thickness and shape of the electrode terminals 44 and 46, and the stress concentration of the package sealing portion 62 due to the weight of the capacitor can be reduced. Therefore, the strength reliability and airtightness of the package 60 can be improved.

【0013】 特に、図2に示す電極ユニット52は、
パッケージ60の外部との接触面積を最小限にするとと
もに、電極ユニット52とパッケージ60との接合面積
を大きくするため、電極ユニット52の周囲にテーパー
55を設けることにより、電極ユニット52をパッケー
ジ60で包囲するように熱融着することができるため、
パッケージ60の強度信頼性及び気密性をより向上させ
ることができる。
In particular, the electrode unit 52 shown in FIG.
In order to minimize the contact area of the package 60 with the outside and increase the bonding area between the electrode unit 52 and the package 60, a taper 55 is provided around the electrode unit 52 so that the electrode unit 52 can be Because it can be heat-sealed to surround
The strength reliability and airtightness of the package 60 can be further improved.

【0014】 また、本発明で用いる保持材54は、電
極端子44,46及びパッケージ60との接合性に優れ
た樹脂であれば特に限定されないが、例えば、金属との
接着性の良い官能基を付加した変性樹脂等を好適に用い
ることができる。尚、本発明で用いる電極端子の材質
は、電気伝導度及び高温変形抵抗の大きいものであれ
ば、特に限定されないが、例えば、高純度のアルミニウ
ム等を好適に用いることができる。
The holding member 54 used in the present invention is not particularly limited as long as it is a resin having excellent bonding properties with the electrode terminals 44 and 46 and the package 60. For example, a functional group having good adhesion to metal is used. An added modified resin or the like can be suitably used. The material of the electrode terminal used in the present invention is not particularly limited as long as it has high electric conductivity and high-temperature deformation resistance. For example, high-purity aluminum or the like can be preferably used.

【0015】 更に、本発明で用いるパッケージ60
は、目的に合わせた機能を持たすため、特性の異なるフ
ィルムを貼り合わせたラミネートフィルムが用いられ、
特に、アルミラミネートフィルムを好適に用いることが
できる。
Furthermore, the package 60 used in the present invention
In order to have a function according to the purpose, a laminated film in which films with different characteristics are laminated is used,
In particular, an aluminum laminate film can be suitably used.

【0016】 次に、本発明の電気化学キャパシタのパ
ッケージ方法の一例について説明する。例えば、図6に
示す単キャパシタセル12の電極取り出し部30,32
と電極ユニット50の電極端子44,46とをそれぞれ
接続する。次に、電極ユニット50と接続された単キャ
パシタセル12と有機電解液を、アルミラミネートフィ
ルム等で作製したパウチであるパッケージ60内に装入
した後、電極ユニット50をパッケージ60の所定の位
置に介在させたまま熱融着することにより、単キャパシ
タセル12と有機電解液がシール(密封)され、図3に
示すように、電気化学キャパシタのパッケージが完了す
る。
Next, an example of a method for packaging an electrochemical capacitor according to the present invention will be described. For example, the electrode extraction portions 30, 32 of the single capacitor cell 12 shown in FIG.
And the electrode terminals 44 and 46 of the electrode unit 50 are connected respectively. Next, after the single capacitor cell 12 connected to the electrode unit 50 and the organic electrolyte are charged into a package 60 which is a pouch made of an aluminum laminated film or the like, the electrode unit 50 is placed at a predetermined position of the package 60. By heat-sealing with the interposition, the single capacitor cell 12 and the organic electrolyte are sealed (sealed), and the package of the electrochemical capacitor is completed as shown in FIG.

【0017】 尚、本発明の電気化学キャパシタの基本
構造の一つである単キャパシタセル12は、例えば、図
6に示すように、金属材料からなる対の集電体20,2
2に、黒鉛類似の微結晶炭素を有する炭素材料を部分酸
化させたものを主材として形成された正極側の分極性電
極24と、負極側電極26がそれぞれ形成され、分極性
電極24,26間に電子絶縁性のセパレータ28を挟み
込んだ積層体(単電極セル)10を積層化させたもの
を、集電体20,22に形成された電極取り出し部3
0,32でそれぞれ電気的に並列接続した構造である。
The single capacitor cell 12, which is one of the basic structures of the electrochemical capacitor of the present invention, has a pair of current collectors 20, 2 made of a metal material, for example, as shown in FIG.
2, a positive electrode-side polarizable electrode 24 and a negative electrode-side electrode 26 are formed, each of which is formed mainly by partially oxidizing a carbon material having microcrystalline carbon similar to graphite, and the polarizable electrodes 24 and 26 are formed. A laminate (single-electrode cell) 10 having an electronic insulating separator 28 interposed therebetween is laminated, and the electrode take-out portions 3 formed on the current collectors 20 and 22 are stacked.
The structures 0 and 32 are electrically connected in parallel.

【0018】 次に、本発明で用いる分極性電極につい
て更に詳細に説明する。本発明で用いる分極性電極の主
材料となる炭素材料を製造するに当たり、まず、石油コ
ークス、石炭コークス、石油ピッチ(タール)、石炭ピ
ッチ(タール)、メソフェーズカーボン、ポリ塩化ビニ
ル、ポリイミド等の易黒鉛化炭素原料を、熱処理して炭
化する。この炭化処理は、不活性ガス雰囲気中、約50
0℃〜1000℃の温度範囲で、好適に行われる。これ
らの易黒鉛化炭素原料は、1種類を単独で用いてもよ
く、また複数種の混合物として用いてもよい。不活性ガ
スとしては、窒素ガス、並びにアルゴンガスやヘリウム
ガスといった希ガスが好適に用いられる。
Next, the polarizable electrode used in the present invention will be described in more detail. In producing a carbon material as a main material of the polarizable electrode used in the present invention, first, petroleum coke, coal coke, petroleum pitch (tar), coal pitch (tar), mesophase carbon, polyvinyl chloride, polyimide, etc. The graphitized carbon material is heat-treated and carbonized. This carbonization treatment is performed in an inert gas atmosphere for about 50 minutes.
It is suitably performed in a temperature range of 0 ° C to 1000 ° C. One of these easily graphitizable carbon materials may be used alone, or a mixture of a plurality of types may be used. As the inert gas, nitrogen gas and rare gases such as argon gas and helium gas are preferably used.

【0019】 こうして得られた炭素材料90の微構造
の説明図を図7に示す。炭素材料90は、黒鉛類似の微
結晶炭素94(微結晶炭素94の網平面は紙面に垂直)
が層状に積層されてなる構造体96から主に構成されて
いる。構造体96そのものは微結晶炭素94がほぼ平行
にほぼ等間隔で積み重なった構造を有しているが、各構
造体96間の配列は、層平面が略平行に、但し、完全に
平行となるようには配向せずに、不規則に角度を持って
積み重なっている。
FIG. 7 is an explanatory view of the microstructure of the carbon material 90 thus obtained. The carbon material 90 is made of graphite-like microcrystalline carbon 94 (the net plane of the microcrystalline carbon 94 is perpendicular to the paper surface).
Are mainly composed of a structural body 96 which is laminated in layers. The structure 96 itself has a structure in which the microcrystalline carbons 94 are stacked substantially parallel and at substantially equal intervals, but the arrangement between the structures 96 is such that the layer planes are substantially parallel, but completely parallel. They are stacked at random angles without any orientation.

【0020】 次に、得られた炭素材料を、所定粒径を
有するように粉砕することが好ましい。ここで、易黒鉛
化炭素原料が粉末状である等の理由で炭素材料が粉末の
形で得られる場合には、粉砕処理は必ずしも必要ではな
い。この粉砕処理により、次工程における部分酸化処理
の反応の均一化と、処理時間の短縮を図ることができる
ようになる。なお、ここでの粉砕処理には、乾式・湿式
を問わず、公知の種々の方法を用いることができる。
Next, the obtained carbon material is preferably pulverized so as to have a predetermined particle size. Here, when the carbon material is obtained in the form of a powder because the easily graphitizable carbon raw material is in the form of a powder or the like, the pulverization treatment is not necessarily required. By this pulverizing process, the reaction of the partial oxidation process in the next step can be made uniform and the processing time can be shortened. In addition, various well-known methods can be used for the pulverization treatment regardless of a dry type or a wet type.

【0021】 次に、炭素材料を部分酸化する。この部
分酸化の1つの方法は、炭素材料を、アルカリ金属及び
酸素を含むアルカリ金属化合物(以下、「アルカリ金属
化合物」という。)の少なくも1種の存在下、不活性雰
囲気中、アルカリ金属蒸気が発生する温度以上で熱処理
する方法である。
Next, the carbon material is partially oxidized. One method of this partial oxidation is to form a carbon material in the presence of at least one alkali metal compound containing an alkali metal and oxygen (hereinafter referred to as “alkali metal compound”), in an inert atmosphere, in an alkali metal vapor. Heat treatment at a temperature higher than the temperature at which

【0022】 ここで、アルカリ金属化合物としては、
アルカリ金属元素にカリウム、ナトリウム、リチウム、
ルビジウムを用いた酸化物、水酸化物、硝酸塩、硫酸
塩、炭酸塩等を用いることができ、例として水酸化カリ
ウム、水酸化ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウ
ム等を挙げることができる。これらのアルカリ金属化合
物は複数種を混合して用いてもよい。
Here, as the alkali metal compound,
Potassium, sodium, lithium, and alkali metal elements
Oxides, hydroxides, nitrates, sulfates, carbonates, and the like using rubidium can be used, and examples thereof include potassium hydroxide, sodium hydroxide, potassium carbonate, and sodium carbonate. These alkali metal compounds may be used in combination of two or more.

【0023】 なお、アルカリ金属化合物の「存在下」
とは、炭素材料をアルカリ金属化合物と直接に混合した
状態や、炭素材料をアルカリ金属化合物から発生するア
ルカリ金属蒸気と接する環境下に置くことをいう。ま
た、アルカリ金属蒸気が発生する温度での処理とは、炭
素材料とアルカリ金属化合物の存在下、アルカリ金属の
蒸気が発生する温度にまで加熱して処理することをい
う。このような熱処理は不活性ガス雰囲気中で行われ
る。
The “in the presence” of the alkali metal compound
This means that the carbon material is directly mixed with the alkali metal compound or that the carbon material is placed in an environment in contact with the alkali metal vapor generated from the alkali metal compound. Further, the treatment at a temperature at which an alkali metal vapor is generated means that the treatment is performed by heating to a temperature at which an alkali metal vapor is generated in the presence of a carbon material and an alkali metal compound. Such a heat treatment is performed in an inert gas atmosphere.

【0024】 さて、上述のように、アルカリ金属化合
物の存在下に熱処理され、部分酸化された炭素材料は、
不要なアルカリ金属化合物が炭素材料に付着等している
ので、これを除去する必要がある。そこで、メタノール
やエタノール等のアルコール系溶媒や蒸留水等を用い
て、炭素材料に不要に付着等したアルカリ金属化合物を
溶解し、炭素材料を洗浄、濾過する。こうして、分極性
電極に用いられる炭素材料が得られる。
Now, as described above, the carbon material heat-treated in the presence of the alkali metal compound and partially oxidized is
Unnecessary alkali metal compounds are attached to the carbon material or the like, and need to be removed. Therefore, an alkali metal compound unnecessarily attached to the carbon material is dissolved using an alcohol-based solvent such as methanol or ethanol, distilled water, or the like, and the carbon material is washed and filtered. Thus, a carbon material used for the polarizable electrode is obtained.

【0025】 別の炭素材料の部分酸化方法は、炭素材
料を、酸化性ガスを含む酸化雰囲気中において、易黒鉛
化炭素原料の炭化温度よりも低い温度で熱処理する方法
である。酸化性ガスとしては、酸素、NOX、COX、水
蒸気、空気等が挙げられ、その分圧と酸化処理温度を制
御することにより、極度な炭素材料の酸化、即ち燃焼を
抑制しつつ、部分酸化を行うことができる。
Another method of partially oxidizing a carbon material is a method of heat-treating a carbon material in an oxidizing atmosphere containing an oxidizing gas at a temperature lower than the carbonization temperature of the graphitizable carbon material. Examples of the oxidizing gas include oxygen, NO x , CO x , water vapor, and air. By controlling the partial pressure and the oxidizing temperature of the oxidizing gas, extreme oxidation of carbon material, that is, while suppressing combustion, Oxidation can be performed.

【0026】 更に別の炭素材料の部分酸化方法は、黒
鉛を浸漬すると石墨酸を形成して溶解させることができ
る酸化剤に、炭素材料を浸漬して酸化させる方法であ
る。酸化剤としては、熱硝酸と塩素酸カリウム(KCl
3)の混合物、熱硝酸と過塩素酸(HClO4)の混合
物や熱硝酸と熱硫酸の混酸等が挙げられ、温度と浸漬時
間を制御することで部分酸化を行なうことができる。
Still another method of partially oxidizing a carbon material is a method of immersing a carbon material in an oxidizing agent capable of forming and dissolving graphite acid when graphite is immersed, and oxidizing the carbon material. Oxidizing agents include hot nitric acid and potassium chlorate (KCl
Mixture of O 3), mixed acid and the like in the mixture and hot nitric acid and hot sulfuric thermal nitric acid and perchloric acid (HClO 4) and the like, can be carried out partial oxidation by controlling the temperature and the immersion time.

【0027】 さて、上述の通りにして作製された炭素
材料を主材料として、分極性電極が作製される。この分
極性電極の作製は、炭素材料に、有機バインダやカーボ
ンブラック等の導電剤を添加した後、混合、混練等し、
板状やシート状といった種々の形状に加工することで行
われる。特に、シート状に成形して分極性電極とするこ
とで、キャパシタとして高い性能を得ることができる。
Now, a polarizable electrode is manufactured using the carbon material manufactured as described above as a main material. For the production of this polarizable electrode, after adding a conductive agent such as an organic binder or carbon black to a carbon material, mixing, kneading, etc.,
It is performed by processing into various shapes such as a plate shape and a sheet shape. In particular, high performance as a capacitor can be obtained by forming a sheet into a polarizable electrode.

【0028】 本発明で用いる有機電解液は、溶質、即
ち電解質として、4級アンモニウムの4フッ化ホウ酸
(BF4 -)塩又は6フッ化リン酸(PF6 -)塩、或いは
テトラエチルアンモニウム(TEA+)又はテトラブチ
ルアンモニウム(TBA+)のBF4塩又はPF6塩、ト
リエチルメチルアンモニウム(TEMA+)のBF4塩又
はPF6塩、或いは4級ホスホニウム塩のBF4塩又はP
6塩、テトラエチルホスホニウム(TEP+)のBF4
塩又はPF6塩、或いは一般式
The organic electrolyte used in the present invention is a solute, that is, an electrolyte, a quaternary ammonium tetrafluoroborate (BF 4 ) salt or a hexafluorophosphoric acid (PF 6 ) salt, or tetraethylammonium (PF 6 ) salt. TEA +) or BF 4 salt or PF 6 salt of tetrabutylammonium (TBA +), BF 4 salt or a PF 6 salt of triethylmethylammonium (TEMA +), or quaternary phosphonium salt of BF 4 salt or P
F 6 salt, BF 4 of tetraethylphosphonium (TEP + )
Salt or PF 6 salt, or general formula

【0029】[0029]

【化1】 Embedded image

【0030】 (式中、R1、R2は炭素数1〜5のアル
キル基であり、R1、R2は同じ基でもよいし、異なる基
でもよい。)に示されるイミダゾリウム誘導体のBF4
塩又はPF6塩、1−エチル−3−メチルイリダゾリウ
ム(EMI+)のBF4塩又はPF6塩が好適に用いるこ
とができる。
(Wherein R 1 and R 2 are alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms, and R 1 and R 2 may be the same or different groups). Four
Salts or PF 6 salts, and BF 4 salts or PF 6 salts of 1-ethyl-3-methyliridazolium (EMI + ) can be suitably used.

【0031】 また、本発明で用いる有機電解液は、溶
媒として、プロピレンカーボネート(PC)、γ−ブチ
ルラクトン(GBL)、エチレンカーボネート(E
C)、スルホラン(SL)の少なくとも1種を含むもの
が好適に用いられる。また、前記PC、GBL、EC、
SLの少なくとも1種を含むものを主溶媒とし、ジメチ
ルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート
(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)の少なく
とも1種を含むものを副溶媒としたものを用いることも
可能である。
Further, the organic electrolyte solution used in the present invention includes propylene carbonate (PC), γ-butyl lactone (GBL), ethylene carbonate (E
Those containing at least one of C) and sulfolane (SL) are preferably used. In addition, the PC, GBL, EC,
It is also possible to use a solvent containing at least one of SL as a main solvent and a solvent containing at least one of dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC) and diethyl carbonate (DEC) as a secondary solvent. is there.

【0032】 ここで、主溶媒とは、その物質単独であ
っても電解液溶媒として十分な性能が得られる溶媒をい
い、副溶媒とは、その物質単独では電解液溶媒としての
性能は低いが、主溶媒と組み合わせて用いることで、主
溶媒単独又は副溶媒単独以上の性能が得られる溶媒をい
い、副溶媒の添加量は、例えば50%以下である、とい
った制限のあるものではない。
Here, the main solvent refers to a solvent capable of obtaining sufficient performance as an electrolyte solvent even when the substance is used alone, and the auxiliary solvent refers to a solvent having a low performance as an electrolyte solvent when the substance alone is used. It refers to a solvent that, when used in combination with the main solvent, can attain a performance higher than that of the main solvent alone or the auxiliary solvent alone. The amount of the auxiliary solvent added is not limited to, for example, 50% or less.

【0033】 さて、所定の形状に成形された分極性電
極と、セパレータ並びに集電体を組み合わせて有機電解
液に浸漬し、キャパシタを構成した後は、通電による電
気化学反応を行う。ここでの「キャパシタの構成」と
は、製品としてのキャパシタを作製するという意味を有
するが、このような意味に限定されるものではなく、キ
ャパシタとして動作する環境にセッティングすることを
も指す。従って、電気化学反応を行った後の分極性電極
は、異なる有機電解液を用いたキャパシタの分極性電極
として、製品たるキャパシタに使用することも可能であ
る。
Now, after a polarizable electrode formed into a predetermined shape, a separator and a current collector are combined and immersed in an organic electrolytic solution to form a capacitor, an electrochemical reaction is performed by energization. Here, the “configuration of the capacitor” has a meaning of manufacturing a capacitor as a product, but is not limited to such a meaning, and also indicates setting in an environment in which the capacitor operates. Therefore, the polarizable electrode after the electrochemical reaction can be used as a polarizable electrode of a capacitor using a different organic electrolyte for a product capacitor.

【0034】 この電気化学反応によって発現する静電
容量は、同じ炭素が主成分である活性炭を用いた場合よ
りも、極めて大きいことが特徴である。従って、本発明
のキャパシタにおいては、この電気化学反応による生成
物が関与したレドックス反応に基づく疑似容量を主とし
て静電容量が発現しているものと考えられる。
The capacitance developed by this electrochemical reaction is characterized in that it is much larger than the case where activated carbon whose main component is the same carbon is used. Therefore, in the capacitor of the present invention, it is considered that the capacitance mainly expresses the pseudo capacitance based on the redox reaction involving the product of the electrochemical reaction.

【0035】 つまり、本発明のキャパシタは、従来の
電気二重層容量の発現によるキャパシタと区別されるも
のであり、分極性電極における活物質は、実際には炭素
材料ではなく、電気化学反応による生成物とみなすこと
ができるものである。逆に、本発明のキャパシタは、電
気二重層容量も有するが、このような電気化学反応生成
物が関与した疑似容量を主と考えなければ、その静電容
量特性を説明することが困難なものである。なお、この
生成物を同定するには至っていないが、炭素材料中の部
分酸化した黒鉛類似微結晶炭素からなる構造体の表面及
び/又は構造体間の間隙部に有機電解液と部分酸化した
黒鉛類似微結晶炭素とが電気化学反応して形成されるも
のと推定される。
That is, the capacitor of the present invention is distinguished from a conventional capacitor based on the development of an electric double layer capacitance, and the active material in the polarizable electrode is not actually a carbon material but is formed by an electrochemical reaction. It can be regarded as a thing. Conversely, the capacitor of the present invention also has an electric double layer capacitance, but it is difficult to explain the capacitance characteristics of the capacitor unless the pseudo capacitance involving such an electrochemical reaction product is mainly considered. It is. Although this product has not yet been identified, the partially oxidized graphite and the partially oxidized graphite are placed on the surface of the structure composed of partially oxidized graphite-like microcrystalline carbon in the carbon material and / or the gaps between the structures. It is presumed to be formed by electrochemical reaction with similar microcrystalline carbon.

【0036】 ところで、後述する実施例に示されるよ
うに、上述した電気化学反応を一度行って、疑似容量の
発現に寄与する物質を生成させた後には、有機電解液を
他の種類のものと交換して、キャパシタを構成すること
も可能である。
By the way, as shown in Examples described later, after the above-described electrochemical reaction is performed once to generate a substance contributing to the appearance of pseudo capacitance, the organic electrolyte is replaced with another type. It is also possible to constitute a capacitor by exchanging.

【0037】 なお、電気化学反応を一度行って、疑似
容量の発現に寄与する物質を生成させるのに最適な有機
電解液と、キャパシタとして最適動作の電解液は必ずし
も一致しないので、疑似容量発現用とキャパシタ動作用
の電解液に別のものを用いて最適化することで、更に高
容量なキャパシタを得ることも可能である。
It should be noted that an organic electrolyte solution that is optimal for generating a substance contributing to the development of a pseudo capacitance by performing an electrochemical reaction once and an electrolyte solution that operates optimally as a capacitor are not necessarily the same. It is also possible to obtain a capacitor with higher capacity by optimizing the use of different electrolytes for the operation of the capacitor and the capacitor.

【0038】[0038]

【発明の効果】 以上の通り、本発明の電気化学キャパ
シタによれば、電極端子の厚さや形状に左右されること
なく、パッケージの熱融着シールが可能であるととも
に、パッケージの強度信頼性及び気密性を向上すること
ができる。
As described above, according to the electrochemical capacitor of the present invention, the package can be heat-sealed without being affected by the thickness or shape of the electrode terminal, and the package can have a high reliability and a high reliability. The airtightness can be improved.

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

【図1】 本発明で用いた電極ユニットの一例であり、
(a)は概略斜視図、(b)はパッケージへの実装例を
示す概略斜視図である。
FIG. 1 is an example of an electrode unit used in the present invention,
(A) is a schematic perspective view, (b) is a schematic perspective view showing an example of mounting on a package.

【図2】 本発明で用いた電極ユニットの他の例であ
り、(a)は平面図、(b)は正面図、(c)は側面
図、(d)はパッケージへの実装例を示す概略斜視図で
ある。
FIG. 2 shows another example of the electrode unit used in the present invention, wherein (a) is a plan view, (b) is a front view, (c) is a side view, and (d) shows an example of mounting on a package. It is a schematic perspective view.

【図3】 本発明の電気化学キャパシタにおけるパッケ
ージの一例を示す概略斜視図である。
FIG. 3 is a schematic perspective view showing an example of a package in the electrochemical capacitor of the present invention.

【図4】 従来の電気化学キャパシタにおけるパッケー
ジの一例を示す概略斜視図である。
FIG. 4 is a schematic perspective view showing an example of a package in a conventional electrochemical capacitor.

【図5】 単電極セルの構造の一例を示す斜視図であ
る。
FIG. 5 is a perspective view showing an example of the structure of a single electrode cell.

【図6】 単キャパシタセルの構造の一例を示す斜視図
である。
FIG. 6 is a perspective view showing an example of the structure of a single capacitor cell.

【図7】 本発明の電気化学キャパシタに好適に用いら
れる炭素材料の微構造を模式的に示した説明図である。
FIG. 7 is an explanatory view schematically showing a microstructure of a carbon material suitably used for the electrochemical capacitor of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…単電極セル(積層体)、12…単キャパシタセ
ル、22,24…集電体、26…分極性電極、28…セ
パレータ、30,32…電極取り出し部、40,42…
電極端子、44,46…電極端子、50,52…電極ユ
ニット、54…保持材、55…テーパー、60…パッケ
ージ、62…パッケージのシール部、90…炭素材料、
94…微結晶炭素、96…構造体。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Single electrode cell (laminated body), 12 ... Single capacitor cell, 22, 24 ... Current collector, 26 ... Polarizable electrode, 28 ... Separator, 30, 32 ... Electrode extraction part, 40, 42 ...
Electrode terminals, 44, 46: Electrode terminals, 50, 52: Electrode unit, 54: Holding material, 55: Taper, 60: Package, 62: Seal portion of package, 90: Carbon material,
94: microcrystalline carbon, 96: structure.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属材料からなる対の集電体に、黒鉛類
似の微結晶炭素を有する炭素材料を部分酸化させたもの
を主材として形成された分極性電極をそれぞれ配設し、
当該分極性電極間に電子絶縁性のセパレータを挟み込ん
だ少なくとも1つの積層体を、有機電解液に浸漬させた
状態でパッケージ内にシールした電気化学キャパシタで
あって、 当該集電体とそれぞれ接続する電極端子を、保持材と一
体化させた電極ユニットとし、当該電極ユニットを、パ
ッケージ内に介在させてシールしたことを特徴とする電
気化学キャパシタ。
1. A pair of current collectors comprising a metal material, a polarizable electrode formed mainly of a carbon material having a microcrystalline carbon similar to graphite, which is partially oxidized, is disposed,
An electrochemical capacitor in which at least one laminate in which an electronic insulating separator is sandwiched between the polarizable electrodes is sealed in a package while being immersed in an organic electrolyte, and connected to the current collector, respectively. An electrochemical capacitor, wherein an electrode terminal is an electrode unit integrated with a holding material, and the electrode unit is sealed in a package.
【請求項2】 電極ユニットが、パッケージの外部との
接触面積を最小限にする形状である請求項1に記載の電
気化学キャパシタ。
2. The electrochemical capacitor according to claim 1, wherein the electrode unit has a shape that minimizes a contact area with the outside of the package.
【請求項3】 保持材が、電極端子及びパッケージとの
接合性に優れた樹脂である請求項1又は2に記載の電気
化学キャパシタ。
3. The electrochemical capacitor according to claim 1, wherein the holding material is a resin having excellent bonding properties with the electrode terminals and the package.
【請求項4】 前記炭素材料が、易黒鉛化炭素原料を不
活性ガス雰囲気中、500℃〜1000℃で熱処理して
なるものである請求項1〜3のいずれか1項に記載の電
気化学キャパシタ。
4. The electrochemical according to claim 1, wherein the carbon material is obtained by heat-treating a graphitizable carbon raw material in an inert gas atmosphere at 500 ° C. to 1000 ° C. Capacitors.
【請求項5】 前記部分酸化の方法が、前記炭素材料
を、アルカリ金属及び酸素を含むアルカリ金属化合物の
少なくとも1種の存在下、不活性雰囲気中、アルカリ金
属蒸気が発生する温度以上で熱処理する方法である請求
項1〜4のいずれか1項に記載の電気化学キャパシタ。
5. The method of partial oxidation, wherein the carbon material is heat-treated in an inert atmosphere in the presence of at least one of an alkali metal and an alkali metal compound containing oxygen at a temperature not lower than a temperature at which an alkali metal vapor is generated. The electrochemical capacitor according to any one of claims 1 to 4, which is a method.
【請求項6】 前記部分酸化の方法が、前記炭素材料
を、黒鉛を浸漬すると石墨酸が形成できる酸化剤に浸漬
する方法である請求項1〜4のいずれか1項に記載の電
気化学キャパシタ。
6. The electrochemical capacitor according to claim 1, wherein the method of partial oxidation is a method of immersing the carbon material in an oxidizing agent that can form graphite when immersed in graphite. .
【請求項7】 前記部分酸化の方法が、前記炭素材料
を、酸化性ガスを含む酸化雰囲気中において、前記易黒
鉛化炭素原料の熱処理温度よりも低い温度で熱処理する
方法である請求項1〜4のいずれか1項に記載の電気化
学キャパシタ。
7. The partial oxidation method according to claim 1, wherein the carbon material is heat-treated in an oxidizing atmosphere containing an oxidizing gas at a temperature lower than a heat treatment temperature of the graphitizable carbon material. 5. The electrochemical capacitor according to any one of items 4 to 5.
【請求項8】 前記炭素材料を部分酸化したものを用い
て作製したシート状電極とセパレータ並びに集電体を組
み合わせて有機電解液に浸漬し、キャパシタを構成した
後に通電することで、前記電気化学反応を行う請求項1
〜7のいずれか1項に記載の電気化学キャパシタ。
8. A method in which a sheet-like electrode prepared by using a partially oxidized carbon material, a separator, and a current collector are combined, immersed in an organic electrolytic solution, a capacitor is formed, and electricity is supplied to the capacitor. 2. The reaction is performed.
The electrochemical capacitor according to any one of claims 1 to 7, wherein
【請求項9】 前記電気化学反応を行なう電解液と、キ
ャパシタとして動作させる電解液に異なるものを用いた
請求項8に記載の電気化学キャパシタ。
9. The electrochemical capacitor according to claim 8, wherein an electrolyte for performing the electrochemical reaction and an electrolyte for operating as a capacitor are different from each other.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1580778A1 (en) * 2004-03-23 2005-09-28 Sanyo Electric Co., Ltd. Electric double layer capacitor and electrolyte battery

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1580778A1 (en) * 2004-03-23 2005-09-28 Sanyo Electric Co., Ltd. Electric double layer capacitor and electrolyte battery
US7054138B2 (en) 2004-03-23 2006-05-30 Sanyo Electric Co., Ltd. Electric double layer capacitor and electrolyte battery

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