JP2005135951A - Non-aqueous electrolyte electric double-layer capacitor - Google Patents

Non-aqueous electrolyte electric double-layer capacitor Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-aqueous electrolyte electric double-layer capacitor that is superior in charging and discharging characteristics and electrostatic capacitance holding performance, and is reduced in leakage current, when a high voltage is used. <P>SOLUTION: The nonaqueous electrolytic solution electric double layer capacitor is provided with a non-aqueous electrolytic solution, a positive pole, and a negative pole. The leakage current ratio of the capacitor, before and after heating tests at 60°C, is adjusted to ≤60%. It is preferable that the non-aqueous electrolytic solution contains a compound containing at least either phosphorus or nitrogen in its molecule. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、非水電解液を備えた非水電解液電気二重層キャパシタに関し、特に静電容量保持性能に優れ、高電圧使用時の漏れ電流を低減した非水電解液電気二重層キャパシタに関するものである。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor provided with a non-aqueous electrolyte, and more particularly to a non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor having excellent electrostatic capacity retention performance and reduced leakage current when using a high voltage. It is.

非水電解液電気二重層キャパシタは、活性炭等よりなる分極性電極と電解液との界面に形成される電気二重層に蓄積される電気エネルギーを利用するコンデンサであり、ファラッドオーダーの電気容量を瞬時に充放電できる大容量コンデンサである。非水電解液電気二重層キャパシタの構造としては、円筒形ケース内に分極性電極とセパレータを渦巻き状に巻いて収納する捲回型と、平板状の分極性電極とセパレータとを積層して形成する平板型等がある。特に、平板型のキャパシタは、一枚のセパレータを挟む二枚の分極性電極及び集電板からなる1セルを複数個積層することにより、バイポーラ構造とすることができるため、高電圧用途に適している。即ち、前記セル一つ当りの耐電圧は分極性電極に含浸された電解液の電気分解電圧で決まり、有機系電解液を使用した場合、その耐電圧は約2.2〜2.5Vと低いが、前記セルを複数個重ねて直列接続することにより、高電圧を要求される用途に用いることができる。実用レベルのキャパシタとして、有機系電解液を使用した平板型のセルを40〜50個積層した出力電圧100Vのキャパシタユニット等が開発されているが、各セルのより一層の高電圧化を図ることによりセルの積層数を減らすことが求められている。上記捲回型及び平板型キャパシタの用途としては、メモリバックアップ用等の小容量タイプから、電気自動車のパワーアシスト用等の中容量タイプ及び電力貯蔵用蓄電池の代替等の大容量タイプまで幅広く検討されているが、いずれのタイプにおいても、高耐電圧化や長寿命化等が求められている。   A non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor is a capacitor that uses electric energy stored in the electric double layer formed at the interface between a polarizable electrode made of activated carbon or the like and the electrolyte, and instantaneously achieves farad order capacitance. It is a large-capacity capacitor that can be charged and discharged. The structure of the non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor is formed by winding a polarizable electrode and a separator spirally in a cylindrical case and laminating a flat polarizable electrode and a separator. There is a flat plate type. In particular, a flat type capacitor can be made into a bipolar structure by laminating a plurality of one cell composed of two polarizable electrodes and a current collector plate sandwiching one separator, and is suitable for high voltage applications. ing. That is, the withstand voltage per cell is determined by the electrolysis voltage of the electrolyte impregnated in the polarizable electrode. When an organic electrolyte is used, the withstand voltage is as low as about 2.2 to 2.5 V. By stacking a plurality of cells and connecting them in series, they can be used for applications requiring high voltage. Capacitor units with an output voltage of 100V in which 40 to 50 flat cells using an organic electrolyte are stacked have been developed as practical level capacitors. To achieve higher voltage in each cell. Therefore, it is required to reduce the number of stacked cells. The applications of the above-mentioned wound type and flat type capacitor are widely studied from small capacity type for memory backup, medium capacity type for electric vehicle power assist and large capacity type for power storage battery replacement. However, any type is required to have a high withstand voltage and a long life.

また、従来の非水電解液電気二重層キャパシタは、2.7V以上の高電圧における静電容量保持性能が劣っていた。そのため、従来の非水電解液電気二重層キャパシタは、長期間静電容量を保持することが困難であった。これに対し、低電圧でキャパシタを使用する場合は、平板型電気二重層キャパシタにおいては、各セルを多数積層して、また、捲回型キャパシタにおいては、必要電圧に応じて各キャパシタを直列に接続する等して所定の電圧を確保していた。   Further, the conventional non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor has inferior capacitance holding performance at a high voltage of 2.7 V or higher. Therefore, it has been difficult for conventional non-aqueous electrolyte electric double layer capacitors to maintain a capacitance for a long time. On the other hand, when using a capacitor at a low voltage, a large number of cells are stacked in a flat type electric double layer capacitor, and each capacitor is connected in series according to a required voltage in a wound type capacitor. A predetermined voltage was ensured by connection or the like.

更に、従来の非水電解液電気二重層キャパシタは、特に高電圧の充電状態において、反応性の電流(漏れ電流)が流れるため、信頼性が低下し、長期間使用するに耐えなかった。   Furthermore, the conventional non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor has a low reliability due to a reactive current (leakage current) flowing particularly in a high voltage state of charge, and cannot withstand long-term use.

一方、下記非特許文献1には、キャパシタ特性を向上させるための種々の活物質の製造方法が記載されており、活物質の原料がキャパシタ特性を向上させるための重量な要素であるとして様々な原料が紹介されているが、電解液を改良して、キャパシタの静電容量保持性能を向上させる取り組みについての記述はない。   On the other hand, the following Non-Patent Document 1 describes various active material manufacturing methods for improving capacitor characteristics, and various active material materials are important factors for improving capacitor characteristics. Although the raw materials have been introduced, there is no description about efforts to improve the electrolytic solution and improve the capacitance retention performance of the capacitor.

岡村廸夫,「電気二重層キャパシタと蓄電システム」,日刊工業新聞社Ikuo Okamura, “Electric Double Layer Capacitor and Storage System”, Nikkan Kogyo Shimbun

これに対して、昨今、電気自動車や燃料電池自動車の主電源若しくは補助電源として要望される大型電気二重層キャパシタにおいては、様々な環境下においてのパルス放電特性や大電流放電及び充電特性の長期安定化が極めて重要であり、これらの特性を長期に亘って安定させるべく、キャパシタの静電容量保持性能を向上させる技術及び高電圧使用時の漏れ電流を低減する技術が、切に要望されている。   On the other hand, in recent years, large electric double layer capacitors, which are required as a main power source or auxiliary power source for electric vehicles and fuel cell vehicles, have long-term stability in pulse discharge characteristics, large current discharges, and charging characteristics in various environments. In order to stabilize these characteristics over a long period of time, there is a strong demand for a technology for improving the capacitance holding performance of a capacitor and a technology for reducing leakage current when using a high voltage. .

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、充放電特性に優れることに加え、静電容量保持性能に優れ、高電圧使用時の漏れ電流が低減された非水電解液電気二重層キャパシタを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, in addition to being excellent in charge / discharge characteristics, in addition to being excellent in capacitance retention performance and having reduced leakage current when using a high voltage, It is to provide a double layer capacitor.

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、従来の電気二重層キャパシタ用非水電解液に特定の化合物を添加するか、主に該化合物から非水電解液を構成することにより、非水電解液の電極活物質との反応を抑制して、電気二重層キャパシタの静電容量保持性能を改善しつつ、高電圧使用時の漏れ電流を低減できることを見出し、本発明を完成させるに至った。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have added a specific compound to a conventional non-aqueous electrolyte for electric double layer capacitors or mainly constitute a non-aqueous electrolyte from the compound. Thus, it was found that the leakage current when using a high voltage can be reduced while suppressing the reaction of the non-aqueous electrolyte with the electrode active material and improving the capacitance holding performance of the electric double layer capacitor. It came to complete.

即ち、本発明の非水電解液電気二重層キャパシタは、非水電解液と、正極と、負極とを備えた非水電解液電気二重層キャパシタにおいて、60℃における加熱試験前後の漏れ電流比率、即ち、加熱試験前の漏れ電流に対する加熱試験後の漏れ電流の比率が60%以下であることを特徴とする。ここで、本発明において、加熱試験は、60℃の恒温槽中で、充電電圧:2.7〜3.5V、充電電流:2mAで充電後、200時間補充電を行った後、2mAの定電流で放電して実施した。   That is, the non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor of the present invention is a non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor comprising a non-aqueous electrolyte, a positive electrode, and a negative electrode, a leakage current ratio before and after a heating test at 60 ° C., That is, the ratio of the leakage current after the heating test to the leakage current before the heating test is 60% or less. Here, in the present invention, the heating test is performed in a constant temperature bath at 60 ° C., after charging at a charging voltage of 2.7 to 3.5 V and a charging current of 2 mA, and after performing supplementary charging for 200 hours, then discharging at a constant current of 2 mA. And carried out.

本発明の非水電解液電気二重層キャパシタの好適例においては、前記非水電解液が、分子中にリン及び窒素の少なくとも一方を有する化合物を含有する。ここで、該化合物としては、分子中にリン及び窒素を有する化合物が好ましく、リン−窒素間二重結合を有する化合物が更に好ましい。   In a preferred example of the non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor of the present invention, the non-aqueous electrolyte contains a compound having at least one of phosphorus and nitrogen in the molecule. Here, as the compound, a compound having phosphorus and nitrogen in the molecule is preferable, and a compound having a phosphorus-nitrogen double bond is more preferable.

本発明の非水電解液電気二重層キャパシタの他の好適例においては、前記非水電解液が、更に非プロトン性有機溶媒を含有する。   In another preferred embodiment of the non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor of the present invention, the non-aqueous electrolyte further contains an aprotic organic solvent.

本発明の非水電解液電気二重層キャパシタの他の好適例においては、前記正極及び前記負極の活物質が多孔性炭素である。ここで、該多孔性炭素としては、活性炭が好ましい。   In another preferred embodiment of the non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor of the present invention, the active material of the positive electrode and the negative electrode is porous carbon. Here, activated carbon is preferable as the porous carbon.

本発明の非水電解液電気二重層キャパシタは、60℃における加熱試験前後の静電容量変化率が8%以下であるのが好ましく、5%以下であるのが更に好ましい。   In the non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor of the present invention, the rate of change in capacitance before and after the heating test at 60 ° C. is preferably 8% or less, and more preferably 5% or less.

本発明の非水電解液電気二重層キャパシタの他の好適例においては、該キャパシタは充電電圧が2.7V以上である。   In another preferred embodiment of the non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor of the present invention, the capacitor has a charging voltage of 2.7 V or more.

本発明によれば、非水電解液に特定の化合物を添加するか、主に該化合物から非水電解液を構成することにより、非水電解液と電極活物質との反応が抑制されており、静電容量保持性能に優れ、また、高電圧使用時の漏れ電流が低減された非水電解液電気二重層キャパシタを提供することができる。   According to the present invention, the reaction between the non-aqueous electrolyte and the electrode active material is suppressed by adding a specific compound to the non-aqueous electrolyte or mainly forming the non-aqueous electrolyte from the compound. In addition, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor having excellent capacitance retention performance and reduced leakage current when using a high voltage.

以下に、本発明を詳細に説明する。本発明の非水電解液電気二重層キャパシタは、非水電解液と、正極と、負極とを備え、60℃における加熱試験前後の漏れ電流比率が60%以下であることを特徴とし、より具体的には、60℃において、(i)充電電圧:2.7〜3.5V、充電電流:2mAで充電後、(ii)200時間補充電を行った後、(iii)2mAの定電流で放電した後の漏れ電流値が加熱試験前の漏れ電流値の60%以下であることを特徴とする。なお、漏れ電流値は、25℃、充電電流2mAで充電電圧2.7〜3.5Vまで充電後、該充電電圧で2時間補充電した時点での電流値として測定した。ここで、上記加熱試験は加速試験であるため、キャパシタを60℃で一定時間作動させた後の漏れ電流値は、常温でより長時間作動させた後の漏れ電流値に相当する。従って、加熱試験後の漏れ電流値が加熱試験前の漏れ電流値に比べ60%以下と小さい本発明の非水電解液電気二重層キャパシタは、2.7V以上の高電圧で長時間作動させた後の漏れ電流値が大幅に低減されており、信頼性が高い。なお、本発明の非水電解液電気二重層キャパシタの漏れ電流が、加熱試験後に大きく減少する理由としては、加熱試験中に活物質中の活性な表面官能基が不活性化していることが考えられる。   The present invention is described in detail below. The non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor of the present invention comprises a non-aqueous electrolyte, a positive electrode, and a negative electrode, characterized in that the leakage current ratio before and after the heating test at 60 ° C. is 60% or less, more specifically Specifically, at 60 ° C., (i) after charging at 2.7 to 3.5 V and charging current: 2 mA, (ii) after 200 hours supplementary charging, and (iii) after discharging at a constant current of 2 mA The leakage current value is 60% or less of the leakage current value before the heating test. The leakage current value was measured as a current value at the time of supplementary charging for 2 hours at 25 ° C. with a charging current of 2 mA after charging to a charging voltage of 2.7 to 3.5 V. Here, since the heating test is an acceleration test, the leakage current value after operating the capacitor at 60 ° C. for a certain time corresponds to the leakage current value after operating for a longer time at room temperature. Therefore, the non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor of the present invention, whose leakage current value after the heating test is 60% or less compared to the leakage current value before the heating test, is operated for a long time at a high voltage of 2.7 V or more. The leakage current value is greatly reduced and the reliability is high. The reason why the leakage current of the non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor of the present invention is greatly reduced after the heating test is that the active surface functional groups in the active material are inactivated during the heating test. It is done.

従来の電気二重層キャパシタ用非水電解液は、キャパシタの電極活物質に含まれる表面官能基との反応性が高かった。そのため、従来の非水電解液を備えた電気二重層キャパシタは、静電容量等のキャパシタ特性を長期間保持することができず、例えば、2.7V以上の充電電圧で、日本電子機械工業会規格EIAJ RC−2377(電気二重層コンデンサの試験方法)の3.14高温貯蔵試験を行った際には、試験前後で静電容量値が10%以上変化しており、また、反応性漏れ電流の値も高かった。これに対し、本発明の電気二重層キャパシタに用いる非水電解液は、2.7V以上の高電圧においても、電極活物質との反応性が低いため、長期間キャパシタ特性を保持することができる。そのため、本発明の非水電解液電気二重層キャパシタは、キャパシタの静電容量値の変化が小さく、キャパシタの長期特性に優れており、更に、反応性漏れ電流の値が大幅に低減されており、特に電気自動車や燃料電池自動車用の大型電気二重層キャパシタとして好適である。   Conventional non-aqueous electrolytes for electric double layer capacitors have high reactivity with surface functional groups contained in the electrode active material of the capacitor. For this reason, the conventional electric double layer capacitor provided with a non-aqueous electrolyte cannot retain the capacitor characteristics such as capacitance for a long period of time. When the 3.14 high-temperature storage test of EIAJ RC-2377 (electric double layer capacitor test method) was performed, the capacitance value changed by 10% or more before and after the test, and the reactive leakage current The value was also high. On the other hand, the non-aqueous electrolyte used in the electric double layer capacitor of the present invention has low reactivity with the electrode active material even at a high voltage of 2.7 V or higher, and can retain the capacitor characteristics for a long time. Therefore, the non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor of the present invention has a small change in the capacitance value of the capacitor, is excellent in the long-term characteristics of the capacitor, and the value of the reactive leakage current is greatly reduced. Especially, it is suitable as a large electric double layer capacitor for electric vehicles and fuel cell vehicles.

また、本発明の非水電解液電気二重層キャパシタは、60℃における加熱試験前後の静電容量変化率が8%以下であるのが好ましく、5%以下であるのが更に好ましい。常温よりも60℃の方が、キャパシタの電極活物質と非水電解液との反応性が高いため、キャパシタを60℃で一定時間作動させた際の静電容量変化率は、常温でより長時間作動させた際の静電容量変化率に相当する。従って、非水電解液電気二重層キャパシタの加熱試験前後の静電容量変化率が8%以下の場合、該キャパシタは、静電容量の長期安定性が非常に高い。   In the non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor of the present invention, the rate of change in capacitance before and after the heating test at 60 ° C. is preferably 8% or less, and more preferably 5% or less. Since the reactivity between the electrode active material of the capacitor and the non-aqueous electrolyte is higher at 60 ° C than at normal temperature, the capacitance change rate when the capacitor is operated at 60 ° C for a certain period of time is longer than at normal temperature. This corresponds to the capacitance change rate when operated for a period of time. Therefore, when the capacitance change rate before and after the heating test of the non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor is 8% or less, the capacitor has a very high long-term stability of the capacitance.

本発明の非水電解液電気二重層キャパシタは、充電電圧が2.7V以上であってもよい。従来の非水電解液を用いた電気二重層キャパシタにおいては、2.7V以上の電圧を電極間に印加すると、電極活物質と非水電解液とが反応するため、長期間キャパシタ特性を維持することができなかったが、本発明の非水電解液電気二重層キャパシタにおいては、非水電解液と電極活物質との反応が充分に抑制されているため、2.7V以上の電圧を電極間に印加しても、静電容量等のキャパシタ特性の変化が充分に抑制され、長期に亘ってキャパシタ特性を維持することができる。   The non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor of the present invention may have a charging voltage of 2.7 V or higher. In a conventional electric double layer capacitor using a non-aqueous electrolyte, when a voltage of 2.7 V or more is applied between the electrodes, the electrode active material and the non-aqueous electrolyte react to maintain the capacitor characteristics for a long time. However, in the non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor of the present invention, since the reaction between the non-aqueous electrolyte and the electrode active material is sufficiently suppressed, a voltage of 2.7 V or more is applied between the electrodes. Even so, changes in capacitor characteristics such as capacitance can be sufficiently suppressed, and the capacitor characteristics can be maintained over a long period of time.

本発明の非水電解液電気二重層キャパシタは、非水電解液と、正極と、負極とを備え、必要に応じて、セパレーター等の電気二重層キャパシタの技術分野で通常使用されている部材を備える。   The non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor of the present invention comprises a non-aqueous electrolyte, a positive electrode, and a negative electrode, and, if necessary, a member usually used in the technical field of electric double layer capacitors such as a separator. Prepare.

本発明の非水電解液電気二重層キャパシタの正極及び負極としては、特に制限はないが、通常、多孔性炭素系の分極性電極が好ましい。該電極としては、通常、比表面積及びかさ比重が大きく、電気化学的に不活性で、抵抗が小さい等の特性を有するものが好ましい。上記多孔性炭素としては、活性炭等が好適に挙げられる。   Although there is no restriction | limiting in particular as a positive electrode and a negative electrode of the nonaqueous electrolyte electric double layer capacitor of this invention, Usually, a porous carbon type polarizable electrode is preferable. The electrode is preferably one having characteristics such as a large specific surface area and bulk specific gravity, electrochemical inactivity, and low resistance. Suitable examples of the porous carbon include activated carbon.

上記電極は、一般的には、活性炭等の多孔性炭素を含有し、必要に応じて導電剤や結着剤等のその他の成分を含有する。上記電極に好適に用いることができる活性炭の原料としては、特に制限はなく、例えば、フェノール樹脂の他、各種の耐熱性樹脂、ピッチ等が好適に挙げられる。耐熱性樹脂としては、例えば、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ビスマレイミドトリアジン、アラミド、フッ素樹脂、ポリフェニレン、ポリフェニレンスルフィド等の樹脂が好適に挙げられる。これらは1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。上記活性炭の形体としては、より比表面積を高くして、非水電解液電気二重層キャパシタの充電容量を大きくする点から、粉末状、繊維布状等の形体が好ましい。また、これらの活性炭は、電気二重層キャパシタの充電容量をより高くする目的で、熱処理、延伸成形、真空高温処理、圧延等の処理がなされていてもよい。   The electrode generally contains porous carbon such as activated carbon, and contains other components such as a conductive agent and a binder as necessary. There is no restriction | limiting in particular as a raw material of the activated carbon which can be used suitably for the said electrode, For example, various heat resistant resins, pitch, etc. other than a phenol resin are mentioned suitably. Preferred examples of the heat resistant resin include resins such as polyimide, polyamide, polyamideimide, polyetherimide, polyethersulfone, polyetherketone, bismaleimidetriazine, aramid, fluororesin, polyphenylene, polyphenylene sulfide. These may be used alone or in combination of two or more. The activated carbon is preferably in the form of powder, fiber cloth or the like from the viewpoint of increasing the specific surface area and increasing the charge capacity of the non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor. Further, these activated carbons may be subjected to treatment such as heat treatment, stretch molding, vacuum high temperature treatment, and rolling for the purpose of increasing the charge capacity of the electric double layer capacitor.

上記電極に用いる導電剤としては、特に制限はないが、黒鉛、アセチレンブラック等が挙げられる。また、上記電極に用いる結着剤としては、特に制限はないが、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)等が挙げられる。   The conductive agent used for the electrode is not particularly limited, and examples thereof include graphite and acetylene black. The binder used for the electrode is not particularly limited, and examples thereof include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), and the like. .

本発明の非水電解液電気二重層キャパシタの非水電解液は、キャパシタの60℃における加熱試験前後の漏れ電流比率を60%以下にできる限り、特に制限されるものではないが、少なくとも支持塩を含有し、分子中にリン及び窒素の少なくとも一方を含む化合物を含有するのが好ましい。また、該非水電解液は、必要に応じて、炭酸エステルやニトリル化合物等の非プロトン性有機溶媒を含有してもよい。   The non-aqueous electrolyte of the non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor of the present invention is not particularly limited as long as the leakage current ratio before and after the heating test at 60 ° C. of the capacitor can be 60% or less, but at least the supporting salt It is preferable to contain a compound containing at least one of phosphorus and nitrogen in the molecule. Further, the non-aqueous electrolyte may contain an aprotic organic solvent such as a carbonate ester or a nitrile compound, if necessary.

本発明の電気二重層キャパシタの非水電解液に好適に用いることができる分子中にリンを有する化合物としては、リン酸エステル化合物、ポリリン酸エステル化合物、縮合リン酸エステル化合物等が挙げられる。   Examples of the compound having phosphorus in the molecule that can be suitably used in the non-aqueous electrolyte of the electric double layer capacitor of the present invention include a phosphate ester compound, a polyphosphate ester compound, and a condensed phosphate ester compound.

また、本発明の電気二重層キャパシタの非水電解液に好適に用いることができる分子中に窒素を有する化合物としては、トリアジン化合物、グアニジン化合物、ピロリジン化合物等の環状含窒素化合物等が挙げられる。   Moreover, as a compound which has nitrogen in the molecule | numerator which can be used suitably for the non-aqueous electrolyte of the electric double layer capacitor of this invention, cyclic | annular nitrogen-containing compounds, such as a triazine compound, a guanidine compound, and a pyrrolidine compound, etc. are mentioned.

更に、本発明の電気二重層キャパシタの非水電解液に好適に用いることができる分子中にリン及び窒素を有する化合物としては、ホスファゼン化合物、ホスファゼン化合物の異性体、ホスファザン化合物、及び上記分子中にリンを有する化合物として例示した化合物と分子中に窒素を有する化合物として例示した化合物との複合化合物等が挙げられる。なお、これら分子中にリン及び窒素を有する化合物は、当然に上記分子中にリンを有する化合物及び分子中に窒素を有する化合物の一例でもある。   Further, the compounds having phosphorus and nitrogen in the molecule that can be suitably used for the non-aqueous electrolyte of the electric double layer capacitor of the present invention include phosphazene compounds, isomers of phosphazene compounds, phosphazane compounds, and the above molecules. Examples thereof include composite compounds of a compound exemplified as a compound having phosphorus and a compound exemplified as a compound having nitrogen in the molecule. The compound having phosphorus and nitrogen in the molecule is also an example of the compound having phosphorus in the molecule and the compound having nitrogen in the molecule.

上記分子中にリン及び窒素の少なくとも一方を含む化合物の中でも、サイクル特性の観点から、分子中にリン及び窒素を有する化合物が好ましい。また、上記分子中にリン及び窒素を有する化合物の中でも、熱安定性の向上及び高温保存特性の向上の観点から、ホスファゼン化合物等のリン−窒素間二重結合を有する化合物が特に好ましい。   Among the compounds containing at least one of phosphorus and nitrogen in the molecule, compounds having phosphorus and nitrogen in the molecule are preferable from the viewpoint of cycle characteristics. Of the compounds having phosphorus and nitrogen in the molecule, compounds having a phosphorus-nitrogen double bond such as a phosphazene compound are particularly preferred from the viewpoint of improving thermal stability and improving high-temperature storage characteristics.

上記ホスファゼンとして、具体的には、下記式(I)で表される鎖状ホスファゼン化合物及び下記式(II)で表される環状ホスファゼン化合物が挙げられる。

Figure 2005135951

(式中、R1、R2及びR3は、夫々独立して一価の置換基又はハロゲン元素を表し;X1は、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、スズ、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマス、酸素、硫黄、セレン、テルル及びポロニウムからなる群から選ばれる元素の少なくとも1種を含む置換基を表し;Y1、Y2及びY3は、夫々独立して2価の連結基、2価の元素又は単結合を表す。)

(NPR4 2)n ・・・ (II)
(式中、R4は、一価の置換基又はハロゲン元素を表す。nは3〜15を表す。) Specific examples of the phosphazene include a chain phosphazene compound represented by the following formula (I) and a cyclic phosphazene compound represented by the following formula (II).
Figure 2005135951

(Wherein R 1 , R 2 and R 3 each independently represents a monovalent substituent or a halogen element; X 1 represents carbon, silicon, germanium, tin, nitrogen, phosphorus, arsenic, antimony, bismuth) And represents a substituent containing at least one element selected from the group consisting of oxygen, sulfur, selenium, tellurium and polonium; Y 1 , Y 2 and Y 3 are each independently a divalent linking group, divalent Represents an element or a single bond.)

(NPR 4 2 ) n ... (II)
(In the formula, R 4 represents a monovalent substituent or a halogen element. N represents 3 to 15)

式(I)又は式(II)で表されるホスファゼン化合物の中でも、25℃(室温)において液体であるものが好ましい。該液状ホスファゼン化合物の25℃における粘度は、300mPa・s(300cP)以下が好ましく、20mPa・s(20cP)以下が更に好ましく、5mPa・s(5cP)以下が特に好ましい。なお、本発明において粘度は、粘度測定計(R型粘度計Model RE500-SL、東機産業(株)製)を用い、1rpm、2rpm、3rpm、5rpm、7rpm、10rpm、20rpm、及び50rpmの各回転速度で120秒間づつ測定し、指示値が50〜60%となった時の回転速度を分析条件とし、その際の粘度を測定することによって求めた。25℃における粘度が300mPa・s(300cP)を超えると、支持塩が溶解し難くなり、電極、セパレーター等への濡れ性が低下し、電解液の粘性抵抗の増大によりイオン導電性が著しく低下し、特に、氷点以下等の低温条件下での使用において性能不足となる。また、これらのホスファゼン化合物は、液状であるため、通常の液状電解質と同等の導電性を有し、キャパシタの電解液に使用した場合、優れたサイクル特性を示す。   Among the phosphazene compounds represented by formula (I) or formula (II), those which are liquid at 25 ° C. (room temperature) are preferable. The viscosity at 25 ° C. of the liquid phosphazene compound is preferably 300 mPa · s (300 cP) or less, more preferably 20 mPa · s (20 cP) or less, and particularly preferably 5 mPa · s (5 cP) or less. In the present invention, the viscosity is 1 rpm, 2 rpm, 3 rpm, 5 rpm, 7 rpm, 10 rpm, 20 rpm, and 50 rpm using a viscometer (R-type viscometer Model RE500-SL, manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.). The measurement was carried out at a rotation speed for 120 seconds, and the rotation speed when the indicated value reached 50 to 60% was set as an analysis condition, and the viscosity was measured at that time. When the viscosity at 25 ° C exceeds 300 mPa · s (300 cP), the supporting salt becomes difficult to dissolve, the wettability to electrodes, separators, etc. decreases, and the ionic conductivity decreases significantly due to the increase in the viscous resistance of the electrolyte. In particular, the performance becomes insufficient when used under low temperature conditions such as below the freezing point. Further, since these phosphazene compounds are in a liquid state, they have the same conductivity as that of a normal liquid electrolyte, and exhibit excellent cycle characteristics when used in an electrolytic solution of a capacitor.

式(I)において、R1、R2及びR3としては、一価の置換基又はハロゲン元素であれば特に制限はない。一価の置換基としては、アルコキシ基、アルキル基、カルボキシル基、アシル基、アリール基等が挙げられ、これらの中でも、電解液を低粘度化し得る点で、アルコキシ基が好ましい。一方、ハロゲン元素としては、フッ素、塩素、臭素等が好適に挙げられる。R1〜R3は、総て同一の種類の置換基でもよく、それらのうちのいくつかが異なる種類の置換基でもよい。 In the formula (I), R 1 , R 2 and R 3 are not particularly limited as long as they are monovalent substituents or halogen elements. Examples of the monovalent substituent include an alkoxy group, an alkyl group, a carboxyl group, an acyl group, and an aryl group. Among these, an alkoxy group is preferable because the viscosity of the electrolytic solution can be reduced. On the other hand, preferred examples of the halogen element include fluorine, chlorine, bromine and the like. R 1 to R 3 may all be the same type of substituent, and some of them may be different types of substituents.

ここで、アルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等や、メトキシエトキシ基、メトキシエトキシエトキシ基等のアルコキシ置換アルコキシ基等が挙げられる。これらの中でも、R〜Rとしては、総てがメトキシ基、エトキシ基、メトキシエトキシ基、又はメトキシエトキシエトキシ基が好適であり、低粘度・高誘電率の観点から、総てがメトキシ基又はエトキシ基であるのが特に好適である。アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基等が挙げられる。アシル基としては、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、バレリル基等が挙げられる。アリール基としては、フェニル基、トリル基、ナフチル基等が挙げられる。これらの一価の置換基中の水素元素は、ハロゲン元素で置換されているのが好ましく、ハロゲン元素としては、フッ素、塩素、臭素が好適であるが、この中でもフッ素が特に好ましく、次いで塩素が好ましい。一価の置換基中の水素元素がフッ素で置換されているものは、塩素で置換されているものに比べてキャパシタのサイクル特性を向上させる効果が大きい傾向がある。 Here, examples of the alkoxy group include methoxy group, ethoxy group, propoxy group, butoxy group, and alkoxy-substituted alkoxy groups such as methoxyethoxy group and methoxyethoxyethoxy group. Among these, as R 1 to R 3 , all are preferably methoxy groups, ethoxy groups, methoxyethoxy groups, or methoxyethoxyethoxy groups, and all are methoxy groups from the viewpoint of low viscosity and high dielectric constant. Or an ethoxy group is particularly preferred. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, and a pentyl group. Examples of the acyl group include formyl group, acetyl group, propionyl group, butyryl group, isobutyryl group, valeryl group and the like. Examples of the aryl group include a phenyl group, a tolyl group, and a naphthyl group. The hydrogen element in these monovalent substituents is preferably substituted with a halogen element, and as the halogen element, fluorine, chlorine and bromine are preferred, among which fluorine is particularly preferred, and then chlorine is preferred. preferable. When the hydrogen element in the monovalent substituent is substituted with fluorine, the effect of improving the cycle characteristics of the capacitor tends to be greater than when the hydrogen element is substituted with chlorine.

式(I)において、Y1、Y2及びY3で表される2価の連結基としては、例えば、CH2基のほか、酸素、硫黄、セレン、窒素、ホウ素、アルミニウム、スカンジウム、ガリウム、イットリウム、インジウム、ランタン、タリウム、炭素、ケイ素、チタン、スズ、ゲルマニウム、ジルコニウム、鉛、リン、バナジウム、ヒ素、ニオブ、アンチモン、タンタル、ビスマス、クロム、モリブデン、テルル、ポロニウム、タングステン、鉄、コバルト、ニッケルからなる群から選ばれる元素の少なくとも1種を含む2価の連結基が挙げられ、これらの中でも、CH2基、及び、酸素、硫黄、セレン、窒素からなる群から選ばれる元素の少なくとも1種を含む2価の連結基が好ましく、硫黄及び/又はセレンの元素を含む2価の連結基が特に好ましい。また、Y1、Y2及びY3は、酸素、硫黄、セレン等の2価の元素、又は単結合であってもよい。Y1〜Y3は総て同一種類でもよく、いくつかが互いに異なる種類でもよい。 In the formula (I), examples of the divalent linking group represented by Y 1 , Y 2 and Y 3 include, in addition to the CH 2 group, oxygen, sulfur, selenium, nitrogen, boron, aluminum, scandium, gallium, Yttrium, indium, lanthanum, thallium, carbon, silicon, titanium, tin, germanium, zirconium, lead, phosphorus, vanadium, arsenic, niobium, antimony, tantalum, bismuth, chromium, molybdenum, tellurium, polonium, tungsten, iron, cobalt, And divalent linking groups containing at least one element selected from the group consisting of nickel. Among these, at least one element selected from the group consisting of CH 2 groups and oxygen, sulfur, selenium, and nitrogen is included. A divalent linking group containing a seed is preferred, and a divalent linking group containing a sulfur and / or selenium element is particularly preferred. Y 1 , Y 2 and Y 3 may be a divalent element such as oxygen, sulfur or selenium, or a single bond. Y 1 to Y 3 may all be the same type, or some may be different types.

式(I)において、X1としては、有害性、環境等への配慮の観点からは、炭素、ケイ素、窒素、リン、酸素、及び、硫黄からなる群から選ばれる元素の少なくとも1種を含む置換基が好ましい。これらの置換基の内、次式(III)、(IV)又は(V)で表される構造を有する置換基がより好ましい。

Figure 2005135951

Figure 2005135951

Figure 2005135951

但し、式(III)、(IV)、(V)において、R5〜R9は、独立に一価の置換基又はハロゲン元素を表す。Y5〜Y9は、独立に2価の連結基、2価の元素、又は単結合を表し、Zは2価の基又は2価の元素を表す。 In the formula (I), X 1 includes at least one element selected from the group consisting of carbon, silicon, nitrogen, phosphorus, oxygen, and sulfur from the viewpoint of consideration of toxicity, environment, and the like. Substituents are preferred. Of these substituents, substituents having a structure represented by the following formula (III), (IV) or (V) are more preferable.
Figure 2005135951

Figure 2005135951

Figure 2005135951

However, in the formulas (III), (IV), and (V), R 5 to R 9 independently represent a monovalent substituent or a halogen element. Y 5 to Y 9 independently represent a divalent linking group, a divalent element, or a single bond, and Z represents a divalent group or a divalent element.

式(III)、(IV)、(V)において、R5〜R9としては、式(I)におけるR1〜R3で述べたのと同様の一価の置換基又はハロゲン元素がいずれも好適に挙げられる。又、これらは、同一置換基内において、それぞれ同一の種類でもよく、いくつかが互いに異なる種類でもよい。式(III)のR5とR6とは、及び式(V)のR8とR9とは、互いに結合して環を形成していてもよい。 In formulas (III), (IV) and (V), R 5 to R 9 are all monovalent substituents or halogen elements similar to those described for R 1 to R 3 in formula (I). Preferably mentioned. Moreover, these may be the same kind in the same substituent, and some may be different kinds. R 5 and R 6 in formula (III) and R 8 and R 9 in formula (V) may be bonded to each other to form a ring.

式(III)、(IV)、(V)において、Y5〜Y9で表される基としては、式(I)におけるY1〜Y3で述べたのと同様の2価の連結基又は2価の元素等が挙げられ、同様に、硫黄及び/又はセレンの元素を含む基である場合には、電解液の発火・引火の危険性が低減するため特に好ましい。これらは、同一置換基内において、それぞれ同一の種類でもよく、いくつかが互いに異なる種類でもよい。 In the formulas (III), (IV) and (V), the groups represented by Y 5 to Y 9 are the same divalent linking groups as those described for Y 1 to Y 3 in the formula (I) or Similarly, a divalent element or the like can be used. Similarly, a group containing a sulfur and / or selenium element is particularly preferable because the risk of ignition and ignition of the electrolyte is reduced. These may be the same type in the same substituent, or some of them may be different from each other.

式(III)において、Zとしては、例えば、CH2基、CHR(Rは、アルキル基、アルコキシル基、フェニル基等を表す。以下同様。)基、NR基のほか、酸素、硫黄、セレン、ホウ素、アルミニウム、スカンジウム、ガリウム、イットリウム、インジウム、ランタン、タリウム、炭素、ケイ素、チタン、スズ、ゲルマニウム、ジルコニウム、鉛、リン、バナジウム、ヒ素、ニオブ、アンチモン、タンタル、ビスマス、クロム、モリブデン、テルル、ポロニウム、タングステン、鉄、コバルト、ニッケルからなる群から選ばれる元素の少なくとも1種を含む2価の基等が挙げられ、これらの中でも、CH2基、CHR基、NR基のほか、酸素、硫黄、セレンからなる群から選ばれる元素の少なくとも1種を含む2価の基が好ましい。特に、硫黄及び/又はセレンの元素を含む2価の基の場合には、電解液の発火・引火の危険性が低減するため好ましい。また、Zは、酸素、硫黄、セレン等の2価の元素であってもよい。 In the formula (III), as Z, for example, CH 2 group, CHR (R represents an alkyl group, an alkoxyl group, a phenyl group, etc .; the same shall apply hereinafter) group, NR group, oxygen, sulfur, selenium, Boron, aluminum, scandium, gallium, yttrium, indium, lanthanum, thallium, carbon, silicon, titanium, tin, germanium, zirconium, lead, phosphorus, vanadium, arsenic, niobium, antimony, tantalum, bismuth, chromium, molybdenum, tellurium, Examples include divalent groups containing at least one element selected from the group consisting of polonium, tungsten, iron, cobalt, and nickel. Among these, in addition to CH 2 groups, CHR groups, and NR groups, oxygen, sulfur A divalent group containing at least one element selected from the group consisting of selenium is preferred. In particular, a divalent group containing an element of sulfur and / or selenium is preferable because the risk of ignition and ignition of the electrolyte is reduced. Z may be a divalent element such as oxygen, sulfur, or selenium.

これら置換基としては、特に効果的に発火・引火の危険性を低減し得る点で、式(III)で表されるようなリンを含む置換基が特に好ましい。また、置換基が式(IV)で表されるような硫黄を含む置換基である場合には、電解液の小界面抵抗化の点で特に好ましい。   As these substituents, a substituent containing phosphorus as represented by the formula (III) is particularly preferable in that the risk of ignition / flammability can be particularly effectively reduced. Further, when the substituent is a substituent containing sulfur as represented by the formula (IV), it is particularly preferable in terms of reducing the interface resistance of the electrolytic solution.

式(II)において、R4としては、一価の置換基又はハロゲン元素であれば特に制限はない。一価の置換基としては、アルコキシ基、アルキル基、カルボキシル基、アシル基、アリール基等が挙げられ、これらの中でも、電解液を低粘度化し得る点で、アルコキシ基が好ましい。一方、ハロゲン元素としては、例えば、フッ素、塩素、臭素等が好適に挙げられる。アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、メトキシエトキシ基、プロポキシ基、フェノキシ基等が挙げられ、これらの中でも、メトキシ基、エトキシ基、メトキシエトキシ基、フェノキシ基が特に好ましい。これらの一価の置換基中の水素元素は、ハロゲン元素で置換されているのが好ましく、ハロゲン元素としては、フッ素、塩素、臭素等が好適に挙げられ、フッ素原子で置換された置換基としては、例えば、トリフルオロエトキシ基が挙げられる。 In the formula (II), R 4 is not particularly limited as long as it is a monovalent substituent or a halogen element. Examples of the monovalent substituent include an alkoxy group, an alkyl group, a carboxyl group, an acyl group, and an aryl group. Among these, an alkoxy group is preferable because the viscosity of the electrolytic solution can be reduced. On the other hand, preferred examples of the halogen element include fluorine, chlorine, bromine and the like. Examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, a methoxyethoxy group, a propoxy group, and a phenoxy group. Among these, a methoxy group, an ethoxy group, a methoxyethoxy group, and a phenoxy group are particularly preferable. The hydrogen element in these monovalent substituents is preferably substituted with a halogen element. Preferred examples of the halogen element include fluorine, chlorine, bromine, and the like. Examples include trifluoroethoxy group.

式(I)〜(V)におけるR1〜R9、Y1〜Y3、Y5〜Y9、Zを適宜選択することにより、より好適な粘度、添加・混合に適する溶解性等を有する電解液の調製が可能となる。これらホスファゼン化合物は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 By appropriately selecting R 1 to R 9 , Y 1 to Y 3 , Y 5 to Y 9 , and Z in the formulas (I) to (V), it has more suitable viscosity, solubility suitable for addition / mixing, and the like. The electrolytic solution can be prepared. These phosphazene compounds may be used alone or in combination of two or more.

前記式(II)のホスファゼン化合物の中でも、電解液を低粘度化してキャパシタの低温特性を向上させ、更に電解液の耐劣化性及び安全性を向上させる観点からは、次式(VI)で表されるホスファゼン化合物が好ましい。

(NPF2)n ・・・ (VI)
(式中、nは3〜13を表す。)
Among the phosphazene compounds of the formula (II), from the viewpoint of lowering the viscosity of the electrolytic solution to improve the low temperature characteristics of the capacitor, and further improving the deterioration resistance and safety of the electrolytic solution, it is represented by the following formula (VI). Preferred are phosphazene compounds.

(NPF 2 ) n ... (VI)
(In the formula, n represents 3 to 13.)

式(VI)で表されるホスファゼン化合物は室温(25℃)で低粘度の液体であり、かつ、凝固点降下作用を有する。このため、該ホスファゼン化合物を電解液に添加することにより、電解液に優れた低温特性を付与することが可能となり、また、電解液の低粘度化が達成され、低内部抵抗及び高い導電率を有する非水電解液電気二重層キャパシタを提供することが可能となる。このため、特に気温の低い地方や時期において、低温条件下で使用しても、長時間に渡って優れた放電特性を示す非水電解液電気二重層キャパシタを提供することが可能となる。   The phosphazene compound represented by the formula (VI) is a low-viscosity liquid at room temperature (25 ° C.) and has a freezing point lowering action. For this reason, by adding the phosphazene compound to the electrolytic solution, it is possible to impart excellent low-temperature characteristics to the electrolytic solution, and it is possible to reduce the viscosity of the electrolytic solution, to achieve low internal resistance and high conductivity. It becomes possible to provide the non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor which has. For this reason, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor that exhibits excellent discharge characteristics over a long period of time even when used under low temperature conditions, particularly in regions and periods where the temperature is low.

式(VI)において、nとしては、電解液に優れた低温特性を付与し得、電解液の低粘度化が可能な点で、3〜5が好ましく、3〜4が更に好ましく、3が特に好ましい。nの値が小さい場合には沸点が低く、接炎時の着火防止特性を向上させることができる。一方、nの値が大きくなるにつれて、沸点が高くなるため、高温でも安定に使用することができる。上記性質を利用して目的とする性能を得るために、複数のホスファゼンを適時選択し、使用することも可能である。   In the formula (VI), n is preferably 3 to 5, more preferably 3 to 4, and particularly preferably 3 in that it can impart excellent low-temperature characteristics to the electrolyte and can reduce the viscosity of the electrolyte. preferable. When the value of n is small, the boiling point is low, and the ignition prevention property at the time of flame contact can be improved. On the other hand, since the boiling point increases as the value of n increases, it can be used stably even at high temperatures. A plurality of phosphazenes can be selected and used in a timely manner in order to obtain the desired performance using the above properties.

式(VI)におけるn値を適宜選択することにより、より好適な粘度、混合に適する溶解性、低温特性等を有する電解液の調製が可能となる。これらのホスファゼン化合物は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。   By appropriately selecting the n value in the formula (VI), it is possible to prepare an electrolytic solution having a more suitable viscosity, solubility suitable for mixing, low temperature characteristics, and the like. These phosphazene compounds may be used alone or in combination of two or more.

式(VI)で表されるホスファゼン化合物の粘度としては、20mPa・s(20cP)以下であれば特に制限はないが、導電性の向上及び低温特性の向上の観点からは、10mPa・s(10cP)以下が好ましく、5mPa・s(5cP)以下がより好ましい。   The viscosity of the phosphazene compound represented by the formula (VI) is not particularly limited as long as it is 20 mPa · s (20 cP) or less, but from the viewpoint of improving conductivity and improving low-temperature characteristics, 10 mPa · s (10 cP ) Or less, preferably 5 mPa · s (5 cP) or less.

前記式(II)のホスファゼン化合物の中でも、電解液の耐劣化性及び安全性を向上させる観点からは、次式(VII)で表されるホスファゼン化合物が好ましい。

(NPR10 2)n ・・・ (VII)
(式中、R10は夫々独立して一価の置換基又はフッ素を表し、全R10のうち少なくとも1つはフッ素を含む一価の置換基又はフッ素であり、nは3〜8を表す。但し、総てのR10がフッ素であることはない。)
Among the phosphazene compounds represented by the formula (II), the phosphazene compounds represented by the following formula (VII) are preferable from the viewpoint of improving the deterioration resistance and safety of the electrolytic solution.

(NPR 10 2 ) n ... (VII)
(In the formula, each R 10 independently represents a monovalent substituent or fluorine, at least one of all R 10 is a monovalent substituent or fluorine containing fluorine, and n represents 3 to 8) (However, not all R 10 are fluorine.)

上記式(II)のホスファゼン化合物を含有すれば、電解液に優れた自己消火性ないし難燃性を付与して電解液の安全性を向上させることができるが、式(VII)で表され、全R10のうち少なくとも1つがフッ素を含む一価の置換基であるホスファゼン化合物を含有すれば、電解液により優れた安全性を付与することが可能となる。更に、式(VII)で表され、全R10のうち少なくとも1つがフッ素であるホスファゼン化合物を含有すれば、更に優れた安全性を付与することが可能となる。即ち、フッ素を含まないホスファゼン化合物に比べ、式(VII)で表され、全R10のうち少なくとも1つがフッ素を含む一価の置換基又はフッ素であるホスファゼン化合物は、電解液をより燃え難くする効果があり、電解液に対し更に優れた安全性を付与することができる。 If the phosphazene compound of the above formula (II) is contained, the electrolyte solution can be given excellent self-extinguishing properties or flame retardancy to improve the safety of the electrolyte solution, but represented by the formula (VII), If at least one of all R 10 contains a phosphazene compound which is a monovalent substituent containing fluorine, it is possible to impart superior safety to the electrolytic solution. Furthermore, if a phosphazene compound represented by the formula (VII) and at least one of all R 10 is fluorine is contained, further excellent safety can be imparted. That is, as compared with a phosphazene compound not containing fluorine, a phosphazene compound represented by the formula (VII), in which at least one of all R 10 is a monovalent substituent containing fluorine or fluorine, makes the electrolyte more difficult to burn. There is an effect, and it is possible to give further excellent safety to the electrolytic solution.

なお、式(VII)において、全R10がフッ素であり、かつnが3である環状のホスファゼン化合物自体は不燃性であり、炎が近づいた際の着火を防止する効果は大きいが、沸点が非常に低いことから、それらが総て揮発してしまうと残された非プロトン性有機溶媒等が燃焼してしまう。 In the formula (VII), the cyclic phosphazene compound itself in which all R 10 is fluorine and n is 3 is nonflammable and has a great effect of preventing ignition when the flame approaches, but the boiling point is low. Since it is very low, if all of them are volatilized, the remaining aprotic organic solvent will burn.

式(VII)における一価の置換基としては、アルコキシ基のほか、アルキル基、アシル基、アリール基、カルボキシル基等が挙げられ、電解液の安全性の向上に特に優れる点で、アルコキシ基が好適である。該アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、i-プロポキシ基、ブトキシ基等のほか、メトキシエトキシ基等のアルコキシ基置換アルコキシ基等が挙げられ、電解液の安全性の向上に優れる点で、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基が特に好ましい。また、電解液の低粘度化の点ではメトキシ基が好ましい。   Examples of the monovalent substituent in the formula (VII) include an alkoxy group, an alkyl group, an acyl group, an aryl group, a carboxyl group, and the like, and the alkoxy group is particularly excellent in improving the safety of the electrolytic solution. Is preferred. Examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, an n-propoxy group, an i-propoxy group, a butoxy group, and an alkoxy group-substituted alkoxy group such as a methoxyethoxy group. From the viewpoint of superiority, a methoxy group, an ethoxy group, and an n-propoxy group are particularly preferable. Moreover, a methoxy group is preferable in terms of reducing the viscosity of the electrolytic solution.

式(VII)において、nとしては、電解液に優れた安全性を付与し得る点で、3〜5が好ましく、3〜4が更に好ましい。   In the formula (VII), n is preferably 3 to 5 and more preferably 3 to 4 in that it can impart excellent safety to the electrolytic solution.

前記一価の置換基は、フッ素で置換されているのが好ましく、式(VII)のR10が一つもフッ素でない場合は、少なくとも一つの一価の置換基はフッ素含む。 The monovalent substituent is preferably substituted with fluorine. When R 10 in the formula (VII) is not fluorine, at least one monovalent substituent contains fluorine.

前記フッ素のホスファゼン化合物における含有量としては、3〜70重量%が好ましく、7〜45重量%がより好ましい。含有量が前記数値範囲内であれば、電解液に優れた安全性を特に好適に付与することができる。   The content of fluorine in the phosphazene compound is preferably 3 to 70% by weight, more preferably 7 to 45% by weight. If content is in the said numerical range, the safety | security excellent in electrolyte solution can be provided especially suitably.

式(VII)で表されるホスファゼン化合物の分子構造としては、前述のフッ素以外にも塩素、臭素等のハロゲン元素を含んでいてもよい。但し、フッ素が最も好ましく、次いで塩素が好ましい。フッ素を含むものは、塩素を含むものに比べてキャパシタのサイクル特性を向上させる効果が大きい傾向がある。   The molecular structure of the phosphazene compound represented by the formula (VII) may contain halogen elements such as chlorine and bromine in addition to the aforementioned fluorine. However, fluorine is most preferred, followed by chlorine. Those containing fluorine tend to have a greater effect of improving the cycle characteristics of the capacitor than those containing chlorine.

式(VII)におけるR10及びn値を適宜選択することにより、より好適な安全性、粘度、混合に適する溶解性等を有する電解液の調製が可能となる。これらのホスファゼン化合物は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 By appropriately selecting R 10 and n value in the formula (VII), it is possible to prepare an electrolytic solution having more suitable safety, viscosity, solubility suitable for mixing, and the like. These phosphazene compounds may be used alone or in combination of two or more.

式(VII)で表されるホスファゼン化合物の粘度としては、20mPa・s(20cP)以下であれば特に制限はないが、導電性の向上及び低温特性の向上の観点からは、10mPa・s(10cP)以下が好ましく、5mPa・s(5cP)以下がより好ましい。   The viscosity of the phosphazene compound represented by the formula (VII) is not particularly limited as long as it is 20 mPa · s (20 cP) or less, but from the viewpoint of improving conductivity and improving low-temperature characteristics, 10 mPa · s (10 cP) ) Or less, preferably 5 mPa · s (5 cP) or less.

前記式(II)のホスファゼン化合物の中でも、電解液の粘度上昇を抑制しつつ、電解液の耐劣化性及び安全性を向上させる観点からは、25℃(室温)において固体であって、下記式(VIII)で表されるホスファゼン化合物も好ましい。

(NPR11 2)n ・・・ (VIII)
(式中、R11は夫々独立して一価の置換基又はハロゲン元素を表し;nは3〜6を表す。)
Among the phosphazene compounds of the formula (II), from the viewpoint of improving the deterioration resistance and safety of the electrolytic solution while suppressing the increase in the viscosity of the electrolytic solution, it is solid at 25 ° C. (room temperature) and has the following formula: A phosphazene compound represented by (VIII) is also preferred.

(NPR 11 2 ) n ... (VIII)
(In the formula, each R 11 independently represents a monovalent substituent or a halogen element; n represents 3 to 6)

式(VIII)で表されるホスファゼン化合物は室温(25℃)で固体であるため、電解液に添加すると電解液中で溶解して電解液の粘度が上昇する。しかし、所定の添加量であれば電解液の粘度上昇率が低く、低内部抵抗及び高い導電率を有する非水電解液電気二重層キャパシタとなる。加えて、式(VIII)で表されるホスファゼン化合物は電解液中で溶解するため、電解液の長期安定性に優れる。   Since the phosphazene compound represented by the formula (VIII) is solid at room temperature (25 ° C.), when added to the electrolytic solution, it dissolves in the electrolytic solution and the viscosity of the electrolytic solution increases. However, if the addition amount is a predetermined amount, the rate of increase in the viscosity of the electrolyte is low, and a non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor having low internal resistance and high conductivity is obtained. In addition, since the phosphazene compound represented by the formula (VIII) is dissolved in the electrolytic solution, the long-term stability of the electrolytic solution is excellent.

式(VIII)において、R11としては、一価の置換基又はハロゲン元素であれば特に制限はなく、一価の置換基としては、アルコキシ基、アルキル基、カルボキシル基、アシル基、アリール基等が挙げられる。また、ハロゲン元素としては、例えば、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン元素が好適に挙げられる。これらの中でも、特に電解液の粘度上昇を抑制し得る点で、アルコキシ基が好ましい。該アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、メトキシエトキシ基、プロポキシ基(イソプロポキシ基、n-プロポキシ基)、フェノキシ基、トリフルオロエトキシ基等が好ましく、電解液の粘度上昇を抑制し得る点で、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基(イソプロポキシ基、n-プロポキシ基)、フェノキシ基、トリフルオロエトキシ基等がより好ましい。前記一価の置換基は、前述のハロゲン元素を含むのが好ましい。 In the formula (VIII), R 11 is not particularly limited as long as it is a monovalent substituent or a halogen element. Examples of the monovalent substituent include an alkoxy group, an alkyl group, a carboxyl group, an acyl group, and an aryl group. Is mentioned. Moreover, as a halogen element, halogen elements, such as a fluorine, chlorine, a bromine, an iodine, are mentioned suitably, for example. Among these, an alkoxy group is preferable in that an increase in the viscosity of the electrolytic solution can be suppressed. The alkoxy group is preferably a methoxy group, an ethoxy group, a methoxyethoxy group, a propoxy group (isopropoxy group, n-propoxy group), a phenoxy group, a trifluoroethoxy group, or the like, and can suppress an increase in the viscosity of the electrolytic solution. And more preferably a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group (isopropoxy group, n-propoxy group), a phenoxy group, a trifluoroethoxy group, or the like. The monovalent substituent preferably contains the aforementioned halogen element.

式(VIII)において、nとしては、電解液の粘度上昇を抑制し得る点で、3又は4が特に好ましい。   In the formula (VIII), n is particularly preferably 3 or 4 from the viewpoint of suppressing an increase in the viscosity of the electrolytic solution.

式(VIII)で表されるホスファゼン化合物としては、例えば、前記式(VIII)においてR11がメトキシ基であってnが3である構造、式(VIII)においてR11がメトキシ基及びフェノキシ基の少なくとも何れかであってnが4である構造、式(VIII)においてR11がエトキシ基であってnが4である構造、式(VIII)においてR11がイソプロポキシ基であってnが3又は4である構造、式(VIII)においてR11がn-プロポキシ基であってnが4である構造、式(VIII)においてR11がトリフルオロエトキシ基であってnが3又は4である構造、式(VIII)においてR11がフェノキシ基であってnが3又は4である構造が、電解液の粘度上昇を抑制し得る点で、特に好ましい。 The phosphazene compound represented by the formula (VIII), for example, the formula R 11 in (VIII) is structured n a methoxy group is 3, the formula in (VIII) R 11 is a methoxy group and phenoxy group A structure in which at least one of n is 4, a structure in which R 11 is an ethoxy group and n is 4 in formula (VIII), and R 11 is an isopropoxy group in formula (VIII) and n is 3 Or a structure in which R 11 is an n-propoxy group and n is 4 in the formula (VIII), or a structure in which R 11 is a trifluoroethoxy group and n is 3 or 4 in the formula (VIII) A structure in which R 11 is a phenoxy group and n is 3 or 4 in the structure (VIII) is particularly preferable in that an increase in the viscosity of the electrolytic solution can be suppressed.

式(VIII)における各置換基及びn値を適宜選択することにより、より好適な粘度、混合に適する溶解性等を有する電解液の調製が可能となる。これらのホスファゼン化合物は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。   By appropriately selecting each substituent and n value in the formula (VIII), it is possible to prepare an electrolytic solution having a more suitable viscosity, solubility suitable for mixing, and the like. These phosphazene compounds may be used alone or in combination of two or more.

上記ホスファゼン化合物の異性体として、具体的には、下記式(IX)で表される化合物を挙げることができる。なお、式(IX)の化合物は、下記式(X)で表されるホスファゼン化合物の異性体である。

Figure 2005135951

Figure 2005135951

(式(IX)及び(X)において、R12、R13及びR14は、夫々独立して一価の置換基又はハロゲン元素を表し;X2は、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、スズ、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマス、酸素、硫黄、セレン、テルル及びポロニウムからなる群より選ばれる元素の少なくとも1種を含む置換基を表し;Y12及びY13は、夫々独立して2価の連結基、2価の元素又は単結合を表す。) Specific examples of the isomers of the phosphazene compound include compounds represented by the following formula (IX). The compound of formula (IX) is an isomer of a phosphazene compound represented by the following formula (X).
Figure 2005135951

Figure 2005135951

(In the formulas (IX) and (X), R 12 , R 13 and R 14 each independently represents a monovalent substituent or a halogen element; X 2 represents carbon, silicon, germanium, tin, nitrogen, Represents a substituent containing at least one element selected from the group consisting of phosphorus, arsenic, antimony, bismuth, oxygen, sulfur, selenium, tellurium and polonium; Y 12 and Y 13 each independently represent a divalent linkage Represents a group, a divalent element or a single bond.)

式(IX)におけるR12、R13及びR14としては、一価の置換基又はハロゲン元素であれば特に制限はなく、上述した式(I)におけるR1〜R3で述べたのと同様の一価の置換基及びハロゲン元素がいずれも好適に挙げられる。また、式(IX)において、Y12及びY13で表される2価の連結基又は2価の元素としては、式(I)におけるY1〜Y3で述べたのと同様の2価の連結基又は2価の元素等がいずれも好適に挙げられる。更に、式(IX)において、X2で表される置換基としては、式(I)におけるX1で述べたのと同様の置換基がいずれも好適に挙げられる。 R 12 , R 13 and R 14 in formula (IX) are not particularly limited as long as they are monovalent substituents or halogen elements, and are the same as those described for R 1 to R 3 in formula (I) above. Suitable examples include monovalent substituents and halogen elements. In the formula (IX), the divalent linking group or divalent element represented by Y 12 and Y 13 may be the same divalent as described for Y 1 to Y 3 in the formula (I). Suitable examples include a linking group or a divalent element. Further, in the formula (IX), as the substituent represented by X 2 , any of the same substituents as those described for X 1 in the formula (I) can be preferably exemplified.

式(IX)で表され、式(X)で表されるホスファゼン化合物の異性体は、電解液に添加されると、電解液に極めて優れた低温特性を発現させることができ、更に電解液の耐劣化性及び安全性を向上させることができる。   The isomer of the phosphazene compound represented by the formula (IX) and represented by the formula (X) can exhibit extremely low temperature characteristics in the electrolyte when added to the electrolyte. Deterioration resistance and safety can be improved.

式(IX)で表される異性体は、式(X)で表されるホスファゼン化合物の異性体であり、例えば、式(X)で表されるホスファゼン化合物を生成する際の真空度及び/又は温度を調節することで製造でき、該異性体の含有量(体積%)は、下記測定方法により測定することができる。
<測定方法>
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)又は高速液体クロマトグラフィーによって試料のピーク面積を求め、該ピーク面積を、予め求めておいた前記異性体のモルあたりの面積と比較することでモル比を得、更に比重を考慮して体積換算することで測定できる。
The isomer represented by the formula (IX) is an isomer of the phosphazene compound represented by the formula (X), for example, the degree of vacuum when producing the phosphazene compound represented by the formula (X) and / or It can manufacture by adjusting temperature and content (volume%) of this isomer can be measured with the following measuring method.
<Measurement method>
Obtain the peak area of the sample by gel permeation chromatography (GPC) or high performance liquid chromatography, and obtain the molar ratio by comparing the peak area with the area per mole of the isomer determined in advance. It can be measured by converting the volume in consideration of the specific gravity.

上記リン酸エステルとして、具体的には、トリフェニルホスフェート等のアルキルホスフェート、トリクレジルホスフェート、トリス(フルオロエチル)ホスフェート、トリス(トリフルオロネオペンチル)ホスフェート、アルコキシホスフェート及びこれらの誘導体等を挙げることができる。   Specific examples of the phosphate ester include alkyl phosphates such as triphenyl phosphate, tricresyl phosphate, tris (fluoroethyl) phosphate, tris (trifluoroneopentyl) phosphate, alkoxy phosphate, and derivatives thereof. it can.

本発明の電気二重層キャパシタの非水電解液に含有させる支持塩としては、従来公知のものから選択できるが、電解液における電気伝導性等が良好な点で、四級アンモニウム塩が好ましい。該四級アンモニウム塩は、前記電解液において、電気二重層を形成するためのイオン源としての役割を担う溶質であり、電解液の電気伝導性等の電気特性を効果的に向上させることが可能な点で、多価イオンを形成し得る四級アンモニウム塩が好ましい。   The supporting salt to be contained in the non-aqueous electrolyte of the electric double layer capacitor of the present invention can be selected from conventionally known salts, but a quaternary ammonium salt is preferred from the viewpoint of good electrical conductivity in the electrolyte. The quaternary ammonium salt is a solute that plays a role as an ion source for forming an electric double layer in the electrolytic solution, and can effectively improve electric characteristics such as electric conductivity of the electrolytic solution. In particular, quaternary ammonium salts capable of forming multivalent ions are preferred.

前記四級アンモニウム塩としては、例えば、(CH3)4N・BF4、(CH3)325N・BF4、(CH3)2(C25)2N・BF4、CH3(C25)3N・BF4、(C25)4N・BF4、(C37)4N・BF4、CH3(C49)3N・BF4、(C49)4N・BF4、(C613)4N・BF4、(C25)4N・ClO4、(C25)4N・AsF6、(C25)4N・SbF6、(C25)4N・CF3SO3、(C25)4N・C49SO3、(C25)4N・(CF3SO2)2N、(C25)4N・BCH3(C25)3、(C25)4N・B(C25)4、(C25)4N・B(C49)4、(C25)4N・B(C65)4等が好適に挙げられる。また、これらの四級アンモニウム塩の陰イオン部(例えば、・BF4、・ClO4、・AsF6等)を、・PF6で置き換えたヘキサフルオロリン酸塩も好ましい。これらの中でも、分極率を大きくすることで、溶解度を向上させることができる点では、異なるアルキル基がN原子に結合した四級アンモニウム塩が好ましい。更に、前記四級アンモニウム塩としては、例えば、以下の式(a)〜(j)で表わされる化合物等も好適に挙げられる。ここで、式(a)〜(j)において、Meはメチル基を、Etはエチル基を表わす。 Examples of the quaternary ammonium salt include (CH 3 ) 4 N · BF 4 , (CH 3 ) 3 C 2 H 5 N · BF 4 , (CH 3 ) 2 (C 2 H 5 ) 2 N · BF 4. CH 3 (C 2 H 5 ) 3 N · BF 4 , (C 2 H 5 ) 4 N · BF 4 , (C 3 H 7 ) 4 N · BF 4 , CH 3 (C 4 H 9 ) 3 N · BF 4 , (C 4 H 9 ) 4 N · BF 4 , (C 6 H 13 ) 4 N · BF 4 , (C 2 H 5 ) 4 N · ClO 4 , (C 2 H 5 ) 4 N · AsF 6 , (C 2 H 5 ) 4 N · SbF 6 , (C 2 H 5 ) 4 N · CF 3 SO 3 , (C 2 H 5 ) 4 N · C 4 F 9 SO 3 , (C 2 H 5 ) 4 N · (CF 3 SO 2 ) 2 N, (C 2 H 5 ) 4 N · BCH 3 (C 2 H 5 ) 3 , (C 2 H 5 ) 4 N · B (C 2 H 5 ) 4 , (C 2 H 5 ) 4 N · B (C 4 H 9 ) 4 , (C 2 H 5 ) 4 N · B (C 6 H 5 ) 4 and the like are preferable. Also preferred are hexafluorophosphates in which the anion portion (for example, • BF 4 , • ClO 4 , • AsF 6, etc.) of these quaternary ammonium salts is replaced with • PF 6 . Among these, quaternary ammonium salts in which different alkyl groups are bonded to N atoms are preferable in that the solubility can be improved by increasing the polarizability. Furthermore, preferred examples of the quaternary ammonium salt include compounds represented by the following formulas (a) to (j). Here, in the formulas (a) to (j), Me represents a methyl group, and Et represents an ethyl group.

Figure 2005135951
Figure 2005135951

これらの四級アンモニウム塩の中でも、特に、高い電気伝導性を確保する点からは、陽イオンとして(CH3)4+や、(C25)4+等を発生し得る塩が好ましい。また、式量が小さい陰イオンを発生し得る塩が好ましい。これらの四級アンモニウム塩は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 Among these quaternary ammonium salts, salts that can generate (CH 3 ) 4 N + , (C 2 H 5 ) 4 N +, etc. as cations, in particular, from the viewpoint of ensuring high electrical conductivity. preferable. Further, a salt capable of generating an anion having a small formula weight is preferable. These quaternary ammonium salts may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

本発明の電気二重層キャパシタの非水電解液は、上述した分子中にリン及び窒素の少なくとも一方を含む化合物及び支持塩の他に、電解液の低粘度化が可能であり、容易に電気二重層キャパシタとしての最適なイオン導電性を達成することができる点で、非プロトン性有機溶媒を含有するのが好ましい。該非プロトン性有機溶媒としては、特に制限はないが、例えば、ニトリル化合物、エーテル化合物、エステル化合物等が挙げられる。具体的には、アセトニトリル、プロピオノニトリル、ブチロニトリル、イソブチロニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル化合物;1,2-ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン等のエーテル化合物;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジフェニルカーボネート、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン等の炭酸エステル化合物が好適に挙げられる。これらの中でも、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ-ブチロラクトン等の環状の炭酸エステル化合物、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状の炭酸エステル化合物、1,2-ジメトキシエタン等の鎖状エーテル化合物等が好適である。環状の炭酸エステル化合物は、比誘電率が高く支持塩の溶解能に優れる点で、また、鎖状の炭酸エステル化合物及びエーテル化合物は、低粘度であるため電解液の低粘度化の点で好適である。これらは1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。   The non-aqueous electrolytic solution of the electric double layer capacitor of the present invention can reduce the viscosity of the electrolytic solution in addition to the compound containing at least one of phosphorus and nitrogen in the molecule and the supporting salt. It is preferable to contain an aprotic organic solvent in that optimum ionic conductivity as the multilayer capacitor can be achieved. The aprotic organic solvent is not particularly limited, and examples thereof include nitrile compounds, ether compounds, and ester compounds. Specifically, nitrile compounds such as acetonitrile, propiononitrile, butyronitrile, isobutyronitrile, benzonitrile; ether compounds such as 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran; dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate Suitable examples include carbonate compounds such as propylene carbonate, diphenyl carbonate, γ-butyrolactone, and γ-valerolactone. Among these, cyclic carbonate compounds such as ethylene carbonate, propylene carbonate, and γ-butyrolactone, chain carbonate compounds such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate, and chain ethers such as 1,2-dimethoxyethane Compounds and the like are preferred. The cyclic carbonate compound has a high relative dielectric constant and is excellent in the ability to dissolve the supporting salt, and the chain carbonate compound and the ether compound are suitable for reducing the viscosity of the electrolyte because of low viscosity. It is. These may be used alone or in combination of two or more.

電解液中の上記支持塩の濃度としては、0.2〜2.5mol/L(M)が好ましく、0.8〜1.5mol/L(M)がより好ましい。支持塩の濃度が0.2mol/L(M)未満では、電解液の電気伝導性等の電気特性を充分に確保することができないことがある一方、2.5mol/L(M)を超えると、電解液の粘度が上昇し、電気伝導性等の電気特性が低下することがある。   The concentration of the supporting salt in the electrolytic solution is preferably 0.2 to 2.5 mol / L (M), and more preferably 0.8 to 1.5 mol / L (M). If the concentration of the supporting salt is less than 0.2 mol / L (M), sufficient electrical properties such as the electrical conductivity of the electrolytic solution may not be ensured. The viscosity of the liquid increases, and electrical properties such as electrical conductivity may decrease.

本発明の電気二重層キャパシタに用いる非水電解液中の上記分子中にリン及び窒素の少なくとも一方を含む化合物の含有量は、キャパシタの静電容量保持性能を改善しつつ、高電圧使用時の漏れ電流を低減する観点から、3体積%以上が好ましく、5体積%以上が更に好ましい。また、電解液の安全性を向上させる観点から、3体積%以上が好ましく、5体積%以上が更に好ましい。   The content of the compound containing at least one of phosphorus and nitrogen in the molecule in the non-aqueous electrolyte used in the electric double layer capacitor of the present invention improves the capacitance retention performance of the capacitor, while using a high voltage. From the viewpoint of reducing leakage current, 3% by volume or more is preferable, and 5% by volume or more is more preferable. Further, from the viewpoint of improving the safety of the electrolytic solution, it is preferably 3% by volume or more, more preferably 5% by volume or more.

本発明の非水電解液電気二重層キャパシタは、上述した正極、負極、電解液の他、セパレーター、集電体、容器等を備えるのが好ましく、更に通常電気二重層キャパシタに使用されている公知の各部材を備えることができる。ここで、セパレーターは、非水電解液電気二重層キャパシタの短絡防止等を目的として、正負電極間に介在される。該セパレーターとしては、特に制限はなく、通常、非水電解液電気二重層キャパシタのセパレーターとして用いられる公知のセパレーターが好適に用いられる。セパレーターの材質としては、例えば、微多孔性フィルム、不織布、紙等が好適に挙げられる。具体的には、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン等の合成樹脂製の不織布、薄層フィルム等が好適に挙げられる。これらの中でも、厚さ20〜50μm程度のポリプロピレン又はポリエチレン製の微孔性フィルムが特に好適である。   The non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor of the present invention preferably includes a separator, a current collector, a container and the like in addition to the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte described above, and is generally known as used in electric double layer capacitors. These members can be provided. Here, the separator is interposed between the positive and negative electrodes for the purpose of preventing a short circuit of the non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor. There is no restriction | limiting in particular as this separator, Usually, the well-known separator used as a separator of a nonaqueous electrolyte electric double layer capacitor is used suitably. As a material for the separator, for example, a microporous film, a nonwoven fabric, paper, and the like are preferably exemplified. Specifically, a nonwoven fabric made of a synthetic resin such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, and polyethylene, a thin layer film, and the like are preferable. Among these, a microporous film made of polypropylene or polyethylene having a thickness of about 20 to 50 μm is particularly suitable.

前記集電体としては、特に制限はなく、通常非水電解液電気二重層キャパシタの集電体として用いられる公知のものが好適に用いられる。該集電体としては、電気化学的耐食性、化学的耐食性、加工性、機械的強度に優れ、低コストであるものが好ましく、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、導電性樹脂等の集電体層等が好ましい。   There is no restriction | limiting in particular as said collector, The well-known thing normally used as a collector of a nonaqueous electrolyte electric double layer capacitor is used suitably. The current collector is preferably one having excellent electrochemical corrosion resistance, chemical corrosion resistance, workability, mechanical strength, and low cost, such as a current collector layer of aluminum, stainless steel, conductive resin, etc. Is preferred.

前記容器としては、特に制限はなく、通常非水電解液電気二重層キャパシタの容器として用いられる公知のものが好適に挙げられる。該容器の材質としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、導電性樹脂等が好適である。   There is no restriction | limiting in particular as said container, The well-known thing normally used as a container of a nonaqueous electrolyte electric double layer capacitor is mentioned suitably. As the material of the container, for example, aluminum, stainless steel, conductive resin and the like are suitable.

本発明の非水電解液電気二重層キャパシタの形態としては、特に制限はなく、シリンダ型(円筒型、角型)、フラット型(コイン型)等の公知の形態が、好適に挙げられる。これらの非水電解液電気二重層キャパシタは、例えば、電気自動車や燃料電池自動車の主電源若しくは補助電源や、種々の電子機器、産業用機器、航空用機器等のメモリーバックアップ用や、玩具、コードレス用機器、ガス機器、瞬間湯沸し機器等の電磁ホールド用や、腕時計、柱時計、ソーラ時計、AGS腕時計等の時計用の電源等として用いられ、特に電気自動車や燃料電池自動車の主電源若しくは補助電源として好適である。   There is no restriction | limiting in particular as a form of the non-aqueous-electrolyte electric double layer capacitor of this invention, Well-known forms, such as a cylinder type (cylindrical type and a square type), a flat type (coin type), are mentioned suitably. These non-aqueous electrolyte electric double layer capacitors are, for example, main power supplies or auxiliary power supplies for electric vehicles and fuel cell vehicles, memory backup devices for various electronic devices, industrial devices, aircraft devices, toys, cordless devices, etc. Used as a power source for electromagnetic holding such as industrial equipment, gas equipment, instantaneous water heater equipment, and watches such as watches, wall clocks, solar watches, AGS watches, etc. Especially, the main power supply or auxiliary power supply for electric vehicles and fuel cell vehicles It is suitable as.

以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
石油コークス系活性炭粉末[平均粒径:50μm, 表面官能基量:2.6meq/g]、アセチレンブラック(導電剤)及びポリテトラフルオロエチレン(PTFE)(結着剤)を、それぞれ、質量比(活性炭:アセチレンブラック:PTFE)で8:1:1となるように混合して、混合物を得た。得られた混合物の100mgを採取し、これを11mmφの耐圧カーボン製容器に入れて、圧力150kgf/cm2、常温の条件下で圧粉成形し、正極及び負極(電極)を作製し、真空乾燥で充分に乾燥させた。
(Example 1)
Petroleum coke-based activated carbon powder [average particle size: 50 μm, surface functional group content: 2.6 meq / g], acetylene black (conductive agent) and polytetrafluoroethylene (PTFE) (binder), respectively, in mass ratio (activated carbon : Acetylene black: PTFE) and mixed to 8: 1: 1 to obtain a mixture. 100 mg of the resulting mixture was sampled and placed in a 11 mmφ pressure-resistant carbon container and compacted under conditions of 150 kgf / cm 2 and normal temperature to produce a positive electrode and a negative electrode (electrode), and vacuum dried And dried thoroughly.

また、プロピレンカーボネート(PC)(非プロトン性有機溶媒)90体積%に、環状ホスファゼンA(式(II)において、nが3であって、6つのR4のうち1つがフェノキシ基(PhO−)、5つがフッ素である環状ホスファゼン化合物、25℃における粘度:1.7mPa・s(1.7cP))10体積%を加え、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート(TEATFB, (C25)4N・BF4)(支持塩)を1mol/L(M)の濃度で溶解させて電解液を調製した。 In addition, 90% by volume of propylene carbonate (PC) (aprotic organic solvent) and cyclic phosphazene A (in the formula (II), n is 3, and one of six R 4 is a phenoxy group (PhO—)). Cyclic phosphazene compound in which 5 is fluorine, viscosity at 25 ° C .: 1.7 mPa · s (1.7 cP)) 10% by volume, tetraethylammonium tetrafluoroborate (TEATFB, (C 2 H 5 ) 4 N · BF 4 ) (Supporting salt) was dissolved at a concentration of 1 mol / L (M) to prepare an electrolytic solution.

上記電解液の安全性を、UL(アンダーライティングラボラトリー)規格のUL94HB法をアレンジした方法で、大気環境下において着火した炎の燃焼挙動から評価した。その際、着火性、燃焼性、炭化物の生成、二次着火時の現象についても観察した。具体的には、UL試験基準に基づき、不燃性石英ファイバーに上記電解液1.0mLを染み込ませて、127mm×12.7mmの試験片を作製して行った。ここで、試験炎が試験片に着火しない(燃焼長:0mm)場合を「不燃性」、着火した炎が25mmラインまで到達せず、かつ、落下物にも着火が認められない場合を「難燃性」、着火した炎が25〜100mmラインで消火し、かつ、落下物にも着火が認められない場合を「自己消火性」、着火した炎が100mmラインを超えた場合を「燃焼性」と評価した。結果を表1に示す。   The safety of the electrolyte was evaluated from the combustion behavior of flames ignited in an atmospheric environment by a method of arranging UL94HB method of UL (Underlighting Laboratory) standard. At that time, ignitability, combustibility, formation of carbides, and secondary ignition phenomena were also observed. Specifically, based on the UL test standard, a non-combustible quartz fiber was impregnated with 1.0 mL of the electrolytic solution, and a test piece of 127 mm × 12.7 mm was produced. Here, when the test flame does not ignite the test piece (combustion length: 0 mm), it is “non-flammable”, and when the ignited flame does not reach the 25 mm line and the fallen object is not ignited, “difficult” `` Flammability '', `` Self-extinguishing '' when the ignited flame is extinguished on the 25-100 mm line and no ignition is observed even on falling objects, `` Flammability '' when the ignited flame exceeds the 100 mm line It was evaluated. The results are shown in Table 1.

次に、上記電極(正極及び負極)を上記電解液で含浸し、ポリプロピレン/ポリエチレン板(セパレーター)(厚み:25μm)を使用し、宝泉製HSセルを用いて非水電解液電気二重層キャパシタを組み立てた。   Next, the electrode (positive electrode and negative electrode) is impregnated with the electrolytic solution, and a polypropylene / polyethylene plate (separator) (thickness: 25 μm) is used. Assembled.

作製したキャパシタを用いて、25℃、充電電流2mAで充電電圧2.7Vに到達後、該充電電圧で2時間補充電を行った。ここで、補充電2時間の時点での電流値をi1とする。次に、I1=2mAの定電流で放電を行った。このサイクルを繰り返し、6サイクル目において、放電開始から電圧v1=2.0Vになるまでの時間t1(秒)と、放電開始から電圧V1=1.0Vになるまでの時間T1(秒)の値を用いて、下記式1:
C1=I1×(T1−t1)/(v1−V1) ・・・ 式1
から静電容量C1を求めた。
Using the manufactured capacitor, after reaching a charging voltage of 2.7 V at 25 ° C. and a charging current of 2 mA, supplementary charging was performed for 2 hours at the charging voltage. Here, the current value at the time of 2 hours of supplementary charging is i1. Next, discharging was performed at a constant current of I1 = 2 mA. This cycle is repeated, and in the sixth cycle, values of time t1 (seconds) from the start of discharge to voltage v1 = 2.0 V and time T1 (seconds) from the start of discharge to voltage V1 = 1.0 V are used. The following formula 1:
C1 = I1 × (T1-t1) / (v1-V1) Equation 1
From this, the capacitance C1 was obtained.

また、充放電後のキャパシタを、60℃の恒温槽中で、充電電圧:2.7V、充電電流:2mAで充電後、更に200時間補充電を行い、その後2mAの定電流で放電させた。次に、キャパシタを恒温槽から取り出して25℃まで冷却した。更に、25℃、充電電流2mAで充電電圧2.7Vに到達後、該充電電圧で2時間補充電を行った。ここで、補充電2時間の時点での電流値をi2とする。次に、I2=2mAの定電流で放電を行った。このサイクルを繰り返し、6サイクル目において、放電開始から電圧v2=2.0Vになるまでの時間t2(秒)と、放電開始から電圧V2=1.0Vになるまでの時間T2(秒)の値を用いて、下記式2:
C2=I2×(T2−t2)/(v2−V2) ・・・ 式2
から静電容量C2を求めた。
Moreover, the capacitor after charging / discharging was charged at a charging voltage of 2.7 V and a charging current of 2 mA in a constant temperature bath of 60 ° C., further supplemented for 200 hours, and then discharged at a constant current of 2 mA. Next, the capacitor was taken out of the thermostat and cooled to 25 ° C. Further, after reaching a charging voltage of 2.7 V at 25 ° C. and a charging current of 2 mA, supplementary charging was performed at the charging voltage for 2 hours. Here, the current value at the time of 2 hours of auxiliary charge is i2. Next, discharging was performed at a constant current of I2 = 2 mA. This cycle is repeated, and in the sixth cycle, the time t2 (seconds) from the start of discharge to the voltage v2 = 2.0 V and the time T2 (seconds) from the start of discharge to the voltage V2 = 1.0 V are used. The following formula 2:
C2 = I2 × (T2−t2) / (v2−V2) Equation 2
From this, the capacitance C2 was obtained.

更に、下記式3:
静電容量変化率(%)=|(C2−C1)/C1|×100 ・・・ 式3
から加熱試験前後の静電容量変化率を算出した。
Furthermore, the following formula 3:
Capacitance change rate (%) = | (C2-C1) / C1 | × 100 Formula 3
From the above, the capacitance change rate before and after the heating test was calculated.

また更に、下記式4:
漏れ電流比率(%)=i2/i1×100 ・・・ 式4
から加熱試験前後の漏れ電流比率を算出した。結果を表1に示す。
Furthermore, the following formula 4:
Leakage current ratio (%) = i2 / i1 × 100 Equation 4
From the above, the leakage current ratio before and after the heating test was calculated. The results are shown in Table 1.

(実施例2〜15)
表1に示す配合処方の電解液を調製し、実施例1と同様にして電解液の安全性を評価した。結果を表1に示す。なお、表1中、GBLはγ-ブチロラクトンを示し、ANはアセトニトリルを示す。
(Examples 2 to 15)
An electrolytic solution having a formulation shown in Table 1 was prepared, and the safety of the electrolytic solution was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. In Table 1, GBL represents γ-butyrolactone, and AN represents acetonitrile.

また、表1中、環状ホスファゼンBは、式(II)において、nが3であり、6つのR4のうち1つがエトキシ基で、5つがフッ素である化合物(25℃における粘度:1.2mPa・s(1.2cP))であり;環状ホスファゼンCは、式(II)において、nが4であり、8つのR4のうち1つがエトキシ基で、7つがフッ素である化合物(25℃における粘度:1.1mPa・s(1.1cP))であり;環状ホスファゼンDは、式(II)において、nが3であり、6つのR4のうち1つがメトキシエトキシエトキシエトキシ基(CH3OC24OC24OC24O−)で、5つがフッ素である化合物(25℃における粘度:4.5mPa・s(4.5cP))である。 Further, in Table 1, cyclic phosphazene B is a compound having a formula (II) in which n is 3, one of six R 4 is an ethoxy group, and five are fluorine (viscosity at 25 ° C .: 1.2 mPa · s). cyclic phosphazene C is a compound (viscosity at 25 ° C .: n in formula (II), n is 4 and one of eight R 4 is ethoxy group and seven is fluorine). 1.1 mPa · s (1.1 cP)); cyclic phosphazene D in formula (II), n is 3, and one of the six R 4 groups is a methoxyethoxyethoxyethoxy group (CH 3 OC 2 H 4 OC) 2 H 4 OC 2 H 4 O—), and five are fluorine compounds (viscosity at 25 ° C .: 4.5 mPa · s (4.5 cP)).

また、鎖状ホスファゼンEは、式(I)において、X1が式(III)で表される置換基で、Y11、Y22、Y33、Y55及びY66の内、3つがエトキシ基で、2つがフッ素で、ZがO(酸素)である化合物(25℃における粘度:4.7mPa・s(4.7cP))であり;
鎖状ホスファゼンFは、下記式(XI)で表される化合物(25℃における粘度:4.9mPa・s(4.9cP))であり;

Figure 2005135951

鎖状ホスファゼンGは、下記式(XII)で表される化合物(25℃における粘度:2.8mPa・s(2.8cP))であり;
Figure 2005135951

鎖状ホスファゼンHは、下記式(XIII)で表される化合物(25℃における粘度:3.9mPa・s(3.9cP))である。
Figure 2005135951
Further, chain phosphazene E, in formula (I), with substituents X 1 is represented by formula (III), Y 1 R 1 , Y 2 R 2, Y 3 R 3, Y 5 R 5 and Y 6 R 6 is a compound wherein 3 are ethoxy groups, 2 are fluorine, and Z is O (oxygen) (viscosity at 25 ° C .: 4.7 mPa · s (4.7 cP));
Chain phosphazene F is a compound represented by the following formula (XI) (viscosity at 25 ° C .: 4.9 mPa · s (4.9 cP));
Figure 2005135951

Chain phosphazene G is a compound represented by the following formula (XII) (viscosity at 25 ° C .: 2.8 mPa · s (2.8 cP));
Figure 2005135951

The chain phosphazene H is a compound represented by the following formula (XIII) (viscosity at 25 ° C .: 3.9 mPa · s (3.9 cP)).
Figure 2005135951

また、上記電解液を用いて実施例1と同様に非水電解液電気二重層キャパシタを作製し、加熱試験前後の静電容量変化率及び漏れ電流比率を測定した。結果を表1に示す。   Moreover, the non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor was produced like the Example 1 using the said electrolyte solution, and the electrostatic capacitance change rate before and behind a heating test and the leakage current ratio were measured. The results are shown in Table 1.

(実施例16)
加熱試験における充電電圧を3.0Vとし、v1及びv2を2.4Vとし、V1及びV2を1.2Vとする以外は、実施例1と同様にして静電容量変化率及び漏れ電流比率を測定した。結果を表1に示す。
(Example 16)
The capacitance change rate and the leakage current ratio were measured in the same manner as in Example 1 except that the charging voltage in the heating test was 3.0 V, v1 and v2 were 2.4 V, and V1 and V2 were 1.2 V. The results are shown in Table 1.

(実施例17)
加熱試験における充電電圧を3.3Vとし、v1及びv2を2.6Vとし、V1及びV2を1.3Vとする以外は、実施例1と同様にして静電容量変化率及び漏れ電流比率を測定した。結果を表1に示す。
(Example 17)
The capacitance change rate and the leakage current ratio were measured in the same manner as in Example 1 except that the charging voltage in the heating test was 3.3 V, v1 and v2 were 2.6 V, and V1 and V2 were 1.3 V. The results are shown in Table 1.

(実施例18)
加熱試験における充電電圧を3.5Vとし、v1及びv2を2.8Vとし、V1及びV2を1.4Vとする以外は、実施例1と同様にして静電容量変化率及び漏れ電流比率を測定した。結果を表1に示す。
(Example 18)
The capacitance change rate and the leakage current ratio were measured in the same manner as in Example 1 except that the charging voltage in the heating test was 3.5 V, v1 and v2 were 2.8 V, and V1 and V2 were 1.4 V. The results are shown in Table 1.

(比較例1〜4)
表1に示す配合処方の電解液を調製して、該電解液の安全性を評価した。また、該電解液を用い、実施例1と同様にして非水電解液電気二重層キャパシタを作製し、加熱試験前後の静電容量変化率及び漏れ電流比率を測定した。なお、比較例1では、実施例1と同じ条件で加熱試験を行い、比較例2では、実施例16と同じ条件で加熱試験を行い、比較例3では、実施例17と同じ条件で加熱試験を行い、比較例4では、実施例18と同じ条件で加熱試験を行った。結果を表1に示す。
(Comparative Examples 1-4)
An electrolytic solution having a formulation shown in Table 1 was prepared, and the safety of the electrolytic solution was evaluated. In addition, a non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor was produced using the electrolytic solution in the same manner as in Example 1, and the capacitance change rate and the leakage current ratio before and after the heating test were measured. In Comparative Example 1, the heating test is performed under the same conditions as in Example 1. In Comparative Example 2, the heating test is performed under the same conditions as in Example 16. In Comparative Example 3, the heating test is performed under the same conditions as in Example 17. In Comparative Example 4, a heating test was performed under the same conditions as in Example 18. The results are shown in Table 1.

Figure 2005135951
Figure 2005135951

表1から明らかなように、分子中にリン及び窒素の少なくとも一方を含む化合物を添加した非水電解液を備えた実施例の電気二重層キャパシタは、加熱試験後の静電容量変化率が小さく、加熱試験前後の漏れ電流比率が小さいことが分かる。なお、安全性の観点からは、分子中にリン及び窒素の少なくとも一方を含む化合物の電解液における含有率は、3体積%以上が好ましいことが分かる。一方、従来の非水電解液を用いた比較例の電気二重層キャパシタは、電解液の燃焼性が高く危険なことに加え、加熱試験後の容量変化率が大きく、漏れ電流比率が大きいことが分かる。   As is clear from Table 1, the electric double layer capacitor of the example provided with the nonaqueous electrolytic solution to which a compound containing at least one of phosphorus and nitrogen in the molecule was added had a small capacitance change rate after the heating test. It can be seen that the leakage current ratio before and after the heating test is small. From the viewpoint of safety, it is understood that the content of the compound containing at least one of phosphorus and nitrogen in the molecule in the electrolytic solution is preferably 3% by volume or more. On the other hand, the electric double layer capacitor of the comparative example using the conventional non-aqueous electrolyte has a high capacity change rate after the heating test and a large leakage current ratio in addition to the high flammability of the electrolyte. I understand.

Claims (11)

非水電解液と、正極と、負極とを備えた非水電解液電気二重層キャパシタにおいて、60℃における加熱試験前後の漏れ電流比率が60%以下であることを特徴とする非水電解液電気二重層キャパシタ。   A non-aqueous electrolyte electric double-layer capacitor comprising a non-aqueous electrolyte, a positive electrode, and a negative electrode, wherein a leakage current ratio before and after a heating test at 60 ° C. is 60% or less. Double layer capacitor. 前記非水電解液が、分子中にリンを有する化合物を含有することを特徴とする請求項1に記載の非水電解液電気二重層キャパシタ。   The non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the non-aqueous electrolyte contains a compound having phosphorus in a molecule. 前記非水電解液が、分子中に窒素を有する化合物を含有することを特徴とする請求項1に記載の非水電解液電気二重層キャパシタ。   The non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the non-aqueous electrolyte contains a compound having nitrogen in the molecule. 前記非水電解液が、分子中にリン及び窒素を有する化合物を含有することを特徴とする請求項1に記載の非水電解液電気二重層キャパシタ。   The non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the non-aqueous electrolyte contains a compound having phosphorus and nitrogen in the molecule. 前記分子中にリン及び窒素を有する化合物がリン−窒素間二重結合を有することを特徴とする請求項4に記載の非水電解液電気二重層キャパシタ。   The non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor according to claim 4, wherein the compound having phosphorus and nitrogen in the molecule has a phosphorus-nitrogen double bond. 前記非水電解液が、更に非プロトン性有機溶媒を含有することを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の非水電解液電気二重層キャパシタ。   The non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the non-aqueous electrolyte further contains an aprotic organic solvent. 前記正極及び前記負極の活物質が多孔性炭素であることを特徴とする請求項1に記載の非水電解液電気二重層キャパシタ。   The non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the active material of the positive electrode and the negative electrode is porous carbon. 前記多孔性炭素が活性炭であることを特徴とする請求項7に記載の非水電解液電気二重層キャパシタ。   The non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor according to claim 7, wherein the porous carbon is activated carbon. 前記非水電解液電気二重層キャパシタは、60℃における加熱試験前後の静電容量変化率が8%以下であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の非水電解液電気二重層キャパシタ。   The non-aqueous electrolyte electric according to any one of claims 1 to 8, wherein the non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor has a capacitance change rate of 8% or less before and after a heating test at 60 ° C. Double layer capacitor. 前記非水電解液電気二重層キャパシタは、60℃における加熱試験前後の静電容量変化率が5%以下であることを特徴とする請求項9に記載の非水電解液電気二重層キャパシタ。   The non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor according to claim 9, wherein the non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor has a capacitance change rate of 5% or less before and after a heating test at 60 ° C. 前記非水電解液電気二重層キャパシタは、充電電圧が2.7V以上であることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の非水電解液電気二重層キャパシタ。   The nonaqueous electrolyte electric double layer capacitor according to any one of claims 1 to 10, wherein the nonaqueous electrolyte electric double layer capacitor has a charging voltage of 2.7 V or more.
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