JP2001319836A - ゲル電解質 - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 ゲル電解質の耐熱性を向上させ、高分子ゲル
電解質を用いた電気二重層キャパシタの耐環境性を向上
させ、繰り返し充放電における温度上昇、屋外設置のシ
ステムに対応させることにある。 【解決手段】 ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリ
ビニリデンフルオライド（ＰＶｄＦ）等のポリマーとプ
ロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート
（ＥＣ）、γブチロラクトン（ＧＢＬ）等の有機溶媒、
そしてキャパシタとして作用させるための塩を加熱混合
し製膜した高分子ゲル電解質に電子線を照射して耐熱性
向上させたことを特徴とする。
電解質を用いた電気二重層キャパシタの耐環境性を向上
させ、繰り返し充放電における温度上昇、屋外設置のシ
ステムに対応させることにある。 【解決手段】 ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリ
ビニリデンフルオライド（ＰＶｄＦ）等のポリマーとプ
ロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート
（ＥＣ）、γブチロラクトン（ＧＢＬ）等の有機溶媒、
そしてキャパシタとして作用させるための塩を加熱混合
し製膜した高分子ゲル電解質に電子線を照射して耐熱性
向上させたことを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ゲル電解質に関す
る。例えば、電気二重層キャパシタへ適用されるゲル電
解質の改良に関する。
る。例えば、電気二重層キャパシタへ適用されるゲル電
解質の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在用いられているコンピュータには、
メモリのバックアップ用として、電気二重層キャパシタ
が利用されている。このキャパシタは、小型で大容量で
あり、また、繰返し寿命が長いという特徴を有する。電
気二重層キャパシタは、Ａl電解コンデンサに代表され
る電極間に誘電体を有するにコンデンサに比べ、体積あ
たりの容量が３００〜１０００倍高い。
メモリのバックアップ用として、電気二重層キャパシタ
が利用されている。このキャパシタは、小型で大容量で
あり、また、繰返し寿命が長いという特徴を有する。電
気二重層キャパシタは、Ａl電解コンデンサに代表され
る電極間に誘電体を有するにコンデンサに比べ、体積あ
たりの容量が３００〜１０００倍高い。
【０００３】この電気二重層キャパシタは、分極性電極
に電解質中のアニオン、カチオンをそれぞれ正極、負極
表面に物理吸着させて電気を蓄えるという原理で動作す
るため、その吸着する電極の表面積が大きいことが要求
される。そこで、現在では、比表面積が１０００〜３０
００（ｍ2／ｇ）の活性炭がこの電気二重層キャパシタ
の電極として利用されている。電気二重層キャパシタ
は、この２つの電極の間に電解質が存在する構造を有し
ている。
に電解質中のアニオン、カチオンをそれぞれ正極、負極
表面に物理吸着させて電気を蓄えるという原理で動作す
るため、その吸着する電極の表面積が大きいことが要求
される。そこで、現在では、比表面積が１０００〜３０
００（ｍ2／ｇ）の活性炭がこの電気二重層キャパシタ
の電極として利用されている。電気二重層キャパシタ
は、この２つの電極の間に電解質が存在する構造を有し
ている。
【０００４】近年、この電気二重層キャパシタを、様々
な機器のバックアップ電源として広く用いられるように
なってきた。適用対象の大容量化に伴い、バックアップ
として用いる電気二重層キャパシタも、大容量化が望ま
れている。このとき、大容量化のキャパシタにおいて
は、使用電圧の高いことや内部抵抗が低く大電流が流せ
ることが望ましい。
な機器のバックアップ電源として広く用いられるように
なってきた。適用対象の大容量化に伴い、バックアップ
として用いる電気二重層キャパシタも、大容量化が望ま
れている。このとき、大容量化のキャパシタにおいて
は、使用電圧の高いことや内部抵抗が低く大電流が流せ
ることが望ましい。
【０００５】電気二重層キャパシタの電解質は、水溶液
系、有機電解液系、有機電解液系にポリマーを混ぜゲル
化したゲル電解質系の３つがある。水溶液系は、電解液
として主に希硫酸が用いられている。希硫酸は電気伝導
度が大きい反面、分解電圧が１．２Ｖと低い。一方、有
機電解液系では、分解電圧は、水溶液系に比べ高い
（２．５〜３Ｖ）が、電気伝導度が小さい。
系、有機電解液系、有機電解液系にポリマーを混ぜゲル
化したゲル電解質系の３つがある。水溶液系は、電解液
として主に希硫酸が用いられている。希硫酸は電気伝導
度が大きい反面、分解電圧が１．２Ｖと低い。一方、有
機電解液系では、分解電圧は、水溶液系に比べ高い
（２．５〜３Ｖ）が、電気伝導度が小さい。
【０００６】このように、水溶液系と有機溶液系とでお
互いに相反する性質を持っている。また、ゲル電解質系
は、有機電解液系と似た性質を持っているが、ポリマー
が含まれているため電気伝導度に関しては、有機電解液
系にやや劣る。しかし、ゲル電解質系はセパレータが不
要であり、キャパシタを構成するときに、優位な構造を
構築できるという利点がある。
互いに相反する性質を持っている。また、ゲル電解質系
は、有機電解液系と似た性質を持っているが、ポリマー
が含まれているため電気伝導度に関しては、有機電解液
系にやや劣る。しかし、ゲル電解質系はセパレータが不
要であり、キャパシタを構成するときに、優位な構造を
構築できるという利点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】電気二重層キャパシタ
の電解質にゲル電解質を用いる場合、電解質としての働
きとセパレータとしての働きを考えなければならない。
ゲル電解質に要求される条件は、イオン伝導度が高く、
電解質の分解電圧範囲が広く、強度が高いことが望まし
い。
の電解質にゲル電解質を用いる場合、電解質としての働
きとセパレータとしての働きを考えなければならない。
ゲル電解質に要求される条件は、イオン伝導度が高く、
電解質の分解電圧範囲が広く、強度が高いことが望まし
い。
【０００８】また、製品として機器内に設置される場
合、環境温度変化に対して変化が少ないことが要求され
る。キャパシタは電池と比較して内部抵抗が小さいこと
と、充放電サイクル数による、劣化が小さいことが特徴
であり、そのために頻繁な充放電環境下にも置かれるこ
とを考慮する必要がある。その際、キャパシタの耐熱性
が重要になってくる。
合、環境温度変化に対して変化が少ないことが要求され
る。キャパシタは電池と比較して内部抵抗が小さいこと
と、充放電サイクル数による、劣化が小さいことが特徴
であり、そのために頻繁な充放電環境下にも置かれるこ
とを考慮する必要がある。その際、キャパシタの耐熱性
が重要になってくる。
【０００９】電気二重層キャパシタの構成材料のうち、
金属材料、炭素材料は比較的高温まで耐えることが出来
るが、ゲル電解質は樹脂と有機溶媒で構成されているた
め電気二重層キャパシタの耐熱温度を規定してしまう要
素であった。
金属材料、炭素材料は比較的高温まで耐えることが出来
るが、ゲル電解質は樹脂と有機溶媒で構成されているた
め電気二重層キャパシタの耐熱温度を規定してしまう要
素であった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】斯かる課題を解決する本
発明の請求項１記載のゲル電解質は、高分子ゲル電解質
に電子線を照射して耐熱性向上させたことを特徴とす
る。上記課題を解決する本発明の請求項２記載のゲル電
解質は、請求項１において、前記高分子ゲル電解質はポ
リアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリビニリデンフルオ
ライド（ＰＶｄＦ）等のポリマーとプロピレンカーボネ
ート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、γブチ
ロラクトン（ＧＢＬ）等の有機溶媒、そしてキャパシタ
として作用させるための塩を加熱混合し製膜した電解質
であることを特徴とする。上記課題を解決する本発明の
請求項３記載のゲル電解質は、請求項１又は２におい
て、前記高分子ゲル電解質を電気二重層キャパシタへ適
用されることを特徴とする。
発明の請求項１記載のゲル電解質は、高分子ゲル電解質
に電子線を照射して耐熱性向上させたことを特徴とす
る。上記課題を解決する本発明の請求項２記載のゲル電
解質は、請求項１において、前記高分子ゲル電解質はポ
リアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリビニリデンフルオ
ライド（ＰＶｄＦ）等のポリマーとプロピレンカーボネ
ート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、γブチ
ロラクトン（ＧＢＬ）等の有機溶媒、そしてキャパシタ
として作用させるための塩を加熱混合し製膜した電解質
であることを特徴とする。上記課題を解決する本発明の
請求項３記載のゲル電解質は、請求項１又は２におい
て、前記高分子ゲル電解質を電気二重層キャパシタへ適
用されることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】本実施例では、ゲル電解質に電子
線照射を行いゲル電解質のポリマー鎖を三次元架橋し耐
熱性を向上させる方法を示す。
線照射を行いゲル電解質のポリマー鎖を三次元架橋し耐
熱性を向上させる方法を示す。
【００１２】（１）コーター装置を用いたゲル電解質作
製方法 ゲル電解質は、ポリマー、有機溶媒、電解質塩で構成さ
れ、ポリマーにはポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、有
機溶媒にはプロピレンカーボネート（ＰＣ）、電解質塩
に四フッ化ホウ酸テトラエチルアンモニウム（ＴＥＡＢ
Ｆ4）を用いた。これらゲル電解質は、それぞれの材料
を所定量秤量し１３０℃で溶解し、溶解後、自然放冷す
ることによって、ある温度（ゲル化開始温度）以下にな
ると白色のゲル状物質となる性質を持っている。
製方法 ゲル電解質は、ポリマー、有機溶媒、電解質塩で構成さ
れ、ポリマーにはポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、有
機溶媒にはプロピレンカーボネート（ＰＣ）、電解質塩
に四フッ化ホウ酸テトラエチルアンモニウム（ＴＥＡＢ
Ｆ4）を用いた。これらゲル電解質は、それぞれの材料
を所定量秤量し１３０℃で溶解し、溶解後、自然放冷す
ることによって、ある温度（ゲル化開始温度）以下にな
ると白色のゲル状物質となる性質を持っている。
【００１３】ゲル状物質となる温度（ゲル化開始温度）
は、構成材料の組成、種類などによって異なり、一例を
挙げると、ポリマーにＰＡＮを適用した場合、ＰＡＮ１
０ｍｏｌ％で３５℃、ＰＡＮ１３ｍｏｌ％で５５℃以下
になるとゲル状の物質となる。コーター装置は、ドクタ
ーブレード法にて基板にスラリーを均一に塗布するため
の装置であり、一般的に電極材料を作製するために用い
られている。この装置を、ゲル電解質作製に適用し、膜
の厚さが０．２ｍｍのゲル電解質膜を作製した。 （２）電子線照射試験
は、構成材料の組成、種類などによって異なり、一例を
挙げると、ポリマーにＰＡＮを適用した場合、ＰＡＮ１
０ｍｏｌ％で３５℃、ＰＡＮ１３ｍｏｌ％で５５℃以下
になるとゲル状の物質となる。コーター装置は、ドクタ
ーブレード法にて基板にスラリーを均一に塗布するため
の装置であり、一般的に電極材料を作製するために用い
られている。この装置を、ゲル電解質作製に適用し、膜
の厚さが０．２ｍｍのゲル電解質膜を作製した。 （２）電子線照射試験
【００１４】
【表１】
【００１５】このゲル電解質を表１に示す電子線溶射条
件で８サンプル作製させた。ここで、照射時間２．４秒
とした。
件で８サンプル作製させた。ここで、照射時間２．４秒
とした。
【００１６】 但し、 ○：照射 印可電圧：照射深さに影響を与える。最大２５０ｋＶ 線量：架橋密度に影響する。最大１５ＭＲａｄ 電子線照射装置：ＷＩＰＬ（Wire Ion Plasuma）住友重機械工業（株） ：加速電圧１２０−２５０ｋＶ ：有効照射幅６００ｍｍ
【００１７】（３）耐熱性評価結果 更に、耐熱性を評価するため、試験管にＰＣ溶液をと
り、その中に各種ゲル電解質膜を入れ、温度を変化させ
形状変化を観察した。その耐熱温度の結果を表２に示
す。表２に示すように、未照射ゲル電解質は１１５℃で
溶解開始したのに比較し、電子線を照射した電解質はで
は、溶解開始温度が最大３５℃上昇した。
り、その中に各種ゲル電解質膜を入れ、温度を変化させ
形状変化を観察した。その耐熱温度の結果を表２に示
す。表２に示すように、未照射ゲル電解質は１１５℃で
溶解開始したのに比較し、電子線を照射した電解質はで
は、溶解開始温度が最大３５℃上昇した。
【００１８】
【表２】
【００１９】（４）キャパシタ特性 先ず、電気二重層キャパシタの作製方法について述べ
る。電極は、活性炭繊維を布状に編んだ活性炭繊維布を
面積７ｃｍ2となるように切断した。このとき活性炭繊
維布は厚み０．４ｍｍ、見かけ体積あたりの活性炭重量
は、２１０〜２３０ｍｇ／ｃｍ3のものを使用した。活
性炭繊維電極は、フェノール樹脂系をバインダーとした
カーボン導電性接着剤をドクターブレード法、またはス
クリーンメッシュなどでＡl箔集電体に塗布し、その上
に活性炭繊維布をのせてから１５０℃−２時間で導電性
接着剤を硬化させて作製した。
る。電極は、活性炭繊維を布状に編んだ活性炭繊維布を
面積７ｃｍ2となるように切断した。このとき活性炭繊
維布は厚み０．４ｍｍ、見かけ体積あたりの活性炭重量
は、２１０〜２３０ｍｇ／ｃｍ3のものを使用した。活
性炭繊維電極は、フェノール樹脂系をバインダーとした
カーボン導電性接着剤をドクターブレード法、またはス
クリーンメッシュなどでＡl箔集電体に塗布し、その上
に活性炭繊維布をのせてから１５０℃−２時間で導電性
接着剤を硬化させて作製した。
【００２０】このようにして作製した活性炭繊維電極
は、真空加熱乾燥を行なって、活性炭繊維布中に含まれ
る水分を除去した。キャパシタの組立ては、電極２枚を
対向させる形で置き、電極間にゲル電解質を挟み込んで
作製した。キャパシタの充放電は、定電流（１４ｍＡ）
でキャパシタの端子電圧を１から２Ｖの条件で充放電を
繰り返した。セルの静電容量と内部抵抗を算出した。
は、真空加熱乾燥を行なって、活性炭繊維布中に含まれ
る水分を除去した。キャパシタの組立ては、電極２枚を
対向させる形で置き、電極間にゲル電解質を挟み込んで
作製した。キャパシタの充放電は、定電流（１４ｍＡ）
でキャパシタの端子電圧を１から２Ｖの条件で充放電を
繰り返した。セルの静電容量と内部抵抗を算出した。
【００２１】静電容量は、１．５Ｖから１Ｖまで放電す
るのに要した時間を算出し、次式から求めた。 Ｃ＝（１×Δｔ）／ΔＶ Ｃ：静電容量（Ｆ） Ｉ：放電電流（Ａ）［Ｉ＝０．０１４Ａ］ Δｔ：電圧降下に要した時間（Ｓ） ΔＶ：電圧降下（Ｖ）［ΔＶ＝０．５Ｖ］ また、内部抵抗は、作製したキャパシタに交流印加して
測定した。
るのに要した時間を算出し、次式から求めた。 Ｃ＝（１×Δｔ）／ΔＶ Ｃ：静電容量（Ｆ） Ｉ：放電電流（Ａ）［Ｉ＝０．０１４Ａ］ Δｔ：電圧降下に要した時間（Ｓ） ΔＶ：電圧降下（Ｖ）［ΔＶ＝０．５Ｖ］ また、内部抵抗は、作製したキャパシタに交流印加して
測定した。
【００２２】電子線溶射を行っていないゲル電解質を用
いたキャパシタセルの静電容量は３．５Ｆ、内部抵抗は
０．６５Ωであった。電子線溶射２００ｋＶ−１５Ｍｒ
ａｄを行ったゲル電解質を用いたキャパシタセルの静電
容量は３．４Ｆ、内部抵抗は０．６７Ωであった。この
ことから電子線溶射を行ったゲル電解質を用いたキャパ
シタが充分キャパシタとして機能することも確認した。
いたキャパシタセルの静電容量は３．５Ｆ、内部抵抗は
０．６５Ωであった。電子線溶射２００ｋＶ−１５Ｍｒ
ａｄを行ったゲル電解質を用いたキャパシタセルの静電
容量は３．４Ｆ、内部抵抗は０．６７Ωであった。この
ことから電子線溶射を行ったゲル電解質を用いたキャパ
シタが充分キャパシタとして機能することも確認した。
【００２３】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明によれば、以下の効果を奏する。 （１）ゲル電解質の耐熱性が向上した。 （２）耐熱性が向上したことで、高分子ゲル電解質を用
いた電気二重層キャパシタの耐環境性が向上し、繰り返
し充放電における温度上昇や、屋外設置のシステムに対
応出来るようになった。
たように、本発明によれば、以下の効果を奏する。 （１）ゲル電解質の耐熱性が向上した。 （２）耐熱性が向上したことで、高分子ゲル電解質を用
いた電気二重層キャパシタの耐環境性が向上し、繰り返
し充放電における温度上昇や、屋外設置のシステムに対
応出来るようになった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 敦 東京都品川区大崎二丁目１番17号 株式会 社明電舎内 Ｆターム(参考） 5G301 CA30 CD01 CE10
Claims (3)
- 【請求項１】 高分子ゲル電解質に電子線を照射して耐
熱性向上させたことを特徴とするゲル電解質。 - 【請求項２】 前記高分子ゲル電解質は、ポリアクリロ
ニトリル、ポリビニリデンフルオライド等のポリマー
と、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、
γブチロラクトン等の有機溶媒と、そしてキャパシタと
して作用させるための塩とを加熱混合し製膜した電解質
であることを特徴とする請求項１記載のゲル電解質。 - 【請求項３】 前記高分子ゲル電解質は、電気二重層キ
ャパシタへ適用されることを特徴とする請求項１又は２
記載のゲル電解質。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000138329A JP2001319836A (ja) | 2000-05-11 | 2000-05-11 | ゲル電解質 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000138329A JP2001319836A (ja) | 2000-05-11 | 2000-05-11 | ゲル電解質 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001319836A true JP2001319836A (ja) | 2001-11-16 |
Family
ID=18645959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000138329A Pending JP2001319836A (ja) | 2000-05-11 | 2000-05-11 | ゲル電解質 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001319836A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100465278B1 (ko) * | 2002-04-03 | 2005-01-13 | 한국과학기술연구원 | 자외선 경화형 젤형 고분자 전해질을 이용한 전기이중층캐패시터 |
-
2000
- 2000-05-11 JP JP2000138329A patent/JP2001319836A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100465278B1 (ko) * | 2002-04-03 | 2005-01-13 | 한국과학기술연구원 | 자외선 경화형 젤형 고분자 전해질을 이용한 전기이중층캐패시터 |
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