JP2007059544A - Wound type electric double layer capacitor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wound electric double layer capacitor relaxing and equalizing an expansion pressure on the inside and distorting no polarizable electrode, even when the electrode is expanded in the case of the application of a voltage. <P>SOLUTION: The wound electric double layer capacitor 10 has a wound body 18 with the wound polarizable electrodes 13 and 16 expanded in the applied direction of the voltage in the case of the application of the voltage through separators 11 composed of insulating sheets having a cushioning function, organic electrolytes brought into contact with the polarizable electrodes 13 and 16, and a cylindrical vessel 19 housing these wound body 18 and organic electrolytes. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は捲回型電気二重層キャパシタに関し、特に分極性電極が電圧印加時に電圧印加方向に膨張する捲回型電気二重層キャパシタに関する。   The present invention relates to a wound electric double layer capacitor, and more particularly to a wound electric double layer capacitor in which a polarizable electrode expands in a voltage application direction when a voltage is applied.

キャパシタは大電流で充電放電を繰り返すことができ、充放電頻度の高い電力蓄積用として有望である。そのため、キャパシタには、エネルギー密度、急速充放電特性、耐久性等の向上が望まれている。   Capacitors can be repeatedly charged and discharged with a large current and are promising for power storage with high charge / discharge frequency. Therefore, the capacitor is desired to improve energy density, rapid charge / discharge characteristics, durability, and the like.

有機電解液中に炭素質電極を浸すと電気二重層キャパシタが得られることは知られている。非特許文献1第34〜37頁には、セパレータで2区画に仕切られた槽、槽に満たされた有機電解液、及びそれぞれの区画に浸漬された2つの炭素質電極を有する電気二重層キャパシタが記載されている。有機電解液は有機溶媒中に溶質を溶解した溶液である。溶質としてはテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート(Et4NBF4)等が記載されており、溶媒としてはプロピレンカーボネートが記載されている。炭素質電極としては活性炭が使用されている。活性炭とは、無数の微細な孔を有するために非常に大きな比表面積を有する無定形炭素をいう。本明細書では約1000m2/g以上の比表面積を有する無定形炭素を活性炭と呼ぶ。 It is known that an electric double layer capacitor can be obtained by immersing a carbonaceous electrode in an organic electrolyte. Non-Patent Document 1, pages 34 to 37, an electric double layer capacitor having a tank partitioned into two sections by a separator, an organic electrolyte filled in the tank, and two carbonaceous electrodes immersed in each section Is described. An organic electrolytic solution is a solution in which a solute is dissolved in an organic solvent. Tetraethylammonium tetrafluoroborate (Et 4 NBF 4 ) and the like are described as the solute, and propylene carbonate is described as the solvent. Activated carbon is used as the carbonaceous electrode. Activated carbon refers to amorphous carbon having a very large specific surface area because it has countless fine pores. In the present specification, amorphous carbon having a specific surface area of about 1000 m 2 / g or more is referred to as activated carbon.

特許文献1には、電気二重層キャパシタに用いる炭素質電極として、非多孔性炭素が記載されている。この炭素質材料は黒鉛類似の微結晶炭素を有し、非表面積が300m2/g以下であり活性炭と比較して小さい。非多孔性炭素質電極は活性炭でなる炭素質電極とは全く異なる機構により静電容量を発生する。つまり、電圧を印加すると黒鉛類似の微結晶炭素の層間に電解質イオンが溶媒を伴いながらインターカレートすることにより、電気二重層を形成すると考えられている。 Patent Document 1 describes nonporous carbon as a carbonaceous electrode used in an electric double layer capacitor. This carbonaceous material has microcrystalline carbon similar to graphite, has a non-surface area of 300 m 2 / g or less, and is smaller than activated carbon. A non-porous carbonaceous electrode generates a capacitance by a completely different mechanism from a carbonaceous electrode made of activated carbon. That is, it is considered that when a voltage is applied, an electric double layer is formed by intercalating electrolyte ions between layers of microcrystalline carbon similar to graphite with a solvent.

特許文献2には、ニードルコークスや不融化処理したピッチを原料として炭素質電極を製造することが記載されている。ニードルコークスとは針状結晶のよく発達した、黒鉛化性のよいか焼コークスをいう。ニードルコークスは高い電気伝導性と極めて低い熱膨張係数を有し、また黒鉛結晶構造に基づく高い異方性を有している。ニードルコークスは、一般に特殊処理したコールタールピッチ又は石油系重質油を原料とし、ディレードコーキング方式で製造される。   Patent Document 2 describes that a carbonaceous electrode is produced using needle coke or infusibilized pitch as a raw material. Needle coke refers to calcined coke with well-developed acicular crystals and good graphitization. Needle coke has high electrical conductivity, a very low coefficient of thermal expansion, and high anisotropy based on the graphite crystal structure. Needle coke is generally produced by a delayed coking method using a specially treated coal tar pitch or petroleum heavy oil as a raw material.

特許文献3には、有機電解液中に非多孔性炭素質電極を浸してなる電気二重層キャパシタが記載されている。有機電解液はイオン伝導性を示す必要があり、溶質はカチオンとアニオンとが結合した塩である。カチオンとしてはテトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、及びトリエチルメチルアンモニウムのような低級脂肪族4級アンモニウム、テトラエチルホスホニウムのような低級脂肪族4級ホスホニウム、及びイミダゾリニウム誘導体等が記載されている。アニオンとしては4フッ化ホウ酸及び6フッ化リン酸等が記載されている。有機電解液の溶媒は極性非プロトン性有機溶媒である。具体的にはエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン及びスルホラン等が記載されている。   Patent Document 3 describes an electric double layer capacitor in which a non-porous carbonaceous electrode is immersed in an organic electrolyte. The organic electrolyte must exhibit ionic conductivity, and the solute is a salt in which a cation and an anion are combined. Examples of the cation include lower aliphatic quaternary ammoniums such as tetraethylammonium, tetrabutylammonium, and triethylmethylammonium, lower aliphatic quaternary phosphoniums such as tetraethylphosphonium, and imidazolinium derivatives. As anions, tetrafluoroboric acid and hexafluorophosphoric acid are described. The solvent of the organic electrolyte is a polar aprotic organic solvent. Specifically, ethylene carbonate, propylene carbonate, γ-butyrolactone, sulfolane and the like are described.

非多孔性炭素質電極は、活性炭でなる多孔性電極に比較して数倍の静電容量を示すとともに、電界賦活時に電圧印加方向に膨張するという特性がある。このように炭素質電極が膨張すると、キャパシタ自体の体積も増大するため、単位体積当りの静電容量の増加分は減殺され、キャパシタのエネルギー密度を十分に高めることができない。   The non-porous carbonaceous electrode has a characteristic that it exhibits several times the capacitance as compared with a porous electrode made of activated carbon and expands in the direction of voltage application when an electric field is activated. When the carbonaceous electrode expands in this way, the volume of the capacitor itself also increases, so that the increase in capacitance per unit volume is diminished and the energy density of the capacitor cannot be sufficiently increased.

キャパシタ自体の膨張は、炭素質電極を予め機械的に押さえつけておくことで軽減することができる。そうすると電極には膨張圧がかかるが、電極の歪みや損傷を防止するためには、この膨張圧を均一化する必要がある。そのため、この種の電気二重層キャパシタには、複数の炭素質電極シートをセパレータを介して角型形状に積層し、寸法制限機構を付加した構造が、好ましいと考えられてきた。   The expansion of the capacitor itself can be reduced by mechanically pressing the carbonaceous electrode in advance. In this case, an expansion pressure is applied to the electrode, but it is necessary to make the expansion pressure uniform in order to prevent distortion and damage of the electrode. Therefore, it has been considered preferable for this type of electric double layer capacitor to have a structure in which a plurality of carbonaceous electrode sheets are stacked in a square shape via a separator and a dimension limiting mechanism is added.

しかしながら、炭素質電極シートを角型形状に積層するには、シートの裁断や積層、複雑な集電体の組み立て、等の工程を要し、労力がかかる。また、寸法制限機構は高強度を保つ必要があるために一般に嵩張る。そのため、角型電気二重層キャパシタは製造効率が悪く小型軽量化が困難であり、電気自動車用の電源用のように、小型軽量品を大量に要求される用途には適しないという問題がある。   However, in order to laminate the carbonaceous electrode sheet into a square shape, processes such as sheet cutting and lamination, assembling a complex current collector, and the like are required and labor is required. In addition, the dimension limiting mechanism is generally bulky because it needs to maintain high strength. For this reason, the square electric double layer capacitor has a problem that its manufacturing efficiency is low and it is difficult to reduce the size and weight, and there is a problem that it is not suitable for applications requiring a large amount of small and light products such as a power source for an electric vehicle.

他方、円筒状容器は角型の容器に比べて比較的厚みの薄いものであっても大きな圧力に耐えるため、内圧を制限し易い。そして、寸法制限機構も不要であるか、あったとしてもそれほど嵩張らない。それゆえ、円筒型電気二重層キャパシタは小型軽量化には有利である。   On the other hand, since a cylindrical container can withstand a large pressure even if it is relatively thin compared to a rectangular container, it is easy to limit the internal pressure. And a dimension limiting mechanism is not necessary, or if so, it is not so bulky. Therefore, the cylindrical electric double layer capacitor is advantageous for reducing the size and weight.

しかしながら、円筒状容器を用いるためには炭素質電極のシートを捲回して挿入しなければならない。円筒状容器内に捲回された状態で炭素質電極が膨張すると、膨張圧によって円筒型容器の内壁方向への膨張圧が生じるとともに、捲回体の中心部においても中心方向への膨張圧が生じる。そのため、炭素質電極には歪みが生じ易い。炭素質電極が歪むと引き出し電極部を中心とするその周辺部の炭素の膨張が著しくなり、端子が破損したり、場合によっては、電極が短冊状にばらばらに破壊してしまう。   However, in order to use a cylindrical container, the carbonaceous electrode sheet must be wound and inserted. When the carbonaceous electrode expands while being wound in the cylindrical container, an expansion pressure is generated in the direction of the inner wall of the cylindrical container due to the expansion pressure, and an expansion pressure in the central direction is also generated in the central portion of the wound body. Arise. Therefore, the carbonaceous electrode is easily distorted. When the carbonaceous electrode is distorted, the expansion of carbon around the lead electrode portion becomes significant, the terminal is damaged, and in some cases, the electrode is broken apart into strips.

特許文献4には、電圧印加時に電圧印加方向に膨張する分極性電極を用いた捲回型電気二重層キャパシタにおいて、分極性電極の捲回体に心棒を設けて中心部のスペースを無くすることにより、膨張圧を均一に保持することが記載されている。しかしながら、このように、捲回体の変形を外的に規制する構造だけでは、膨張圧の程度及び分布を適切に制御することは困難である。   In Patent Document 4, in a wound type electric double layer capacitor using a polarizable electrode that expands in the direction of voltage application when a voltage is applied, a mandrel is provided on the wound body of the polarizable electrode to eliminate the center space. Thus, it is described that the expansion pressure is kept uniform. However, it is difficult to appropriately control the degree and distribution of the expansion pressure only by the structure that externally regulates the deformation of the wound body.

特許文献5には、分極性電極が電圧印加時に膨張する場合でもその膨張に追従して伸びるセパレータ、及びこのセパレータを有する捲回型電気二重層キャパシタが記載されている。このセパレータは、耐熱性、捲回性、破断時の伸び率向上に優れている。しかしながら、緩衝機能については不十分であり、電極の膨張に伴う膨張圧を均一化することや、電極の歪みを軽減することは困難である。   Patent Document 5 describes a separator that expands following the expansion even when the polarizable electrode expands when a voltage is applied, and a wound electric double layer capacitor having this separator. This separator is excellent in heat resistance, winding property, and elongation at break. However, the buffer function is insufficient, and it is difficult to equalize the expansion pressure accompanying the expansion of the electrode and to reduce the distortion of the electrode.

特開平11−317333号公報JP 11-317333 A 特開2002−25867号公報JP 2002-25867 A 特開2000−77273号公報JP 2000-77273 A 特開2000−68165号公報JP 2000-68165 A 特開2004−207333号公報JP 2004-207333 A 岡村廸夫「電気二重層キャパシタと蓄電システム」第2版、日刊工業新聞社、2001年Ikuo Okamura "Electric Double Layer Capacitor and Power Storage System" 2nd Edition, Nikkan Kogyo Shimbun, 2001 竹内雍「多孔質体の性質とその応用技術」、株式会社フジ・テクノシステム、1999年、第56〜61頁Satoshi Takeuchi, “Properties of Porous Materials and Their Applied Technologies”, Fuji Techno System Co., Ltd., 1999, pp. 56-61

本発明は上記従来の問題を解決するものであり、その目的とするところは、分極性電極が電圧印加時に膨張しても、膨張圧が内部で緩和及び均一化されて電極が歪まない捲回型電気二重層キャパシタを提供することにある。   The present invention solves the above-mentioned conventional problems. The object of the present invention is to provide a winding in which, even if a polarizable electrode expands when a voltage is applied, the expansion pressure is relaxed and uniformed internally, and the electrode is not distorted. An electrical double layer capacitor is provided.

本発明は、電圧印加時に電圧印加方向に膨張する分極性電極を、緩衝機能をもつ絶縁性シートでなるセパレータを介して捲回した捲回体、
分極性電極と接触する有機電解液、及び
これらを収容する円筒型容器、
を有する、捲回型電気二重層キャパシタを提供するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
The present invention is a wound body in which a polarizable electrode that expands in the voltage application direction when a voltage is applied is wound through a separator made of an insulating sheet having a buffer function,
An organic electrolyte in contact with the polarizable electrode, and a cylindrical container for housing these,
A wound type electric double layer capacitor having the above is provided, whereby the above object is achieved.

本発明によれば、電圧印加時に膨張する分極性電極をもつ捲回型電気二重層キャパシタの製造性が改善されることにより、充分な体積容量密度を維持しながら、製造歩留が著しく向上する。   According to the present invention, by improving the manufacturability of a wound electric double layer capacitor having a polarizable electrode that expands when a voltage is applied, the manufacturing yield is significantly improved while maintaining a sufficient volume capacity density. .

本発明の電気二重層キャパシタは、電圧印加時に電圧印加方向に膨張する分極性電極を有機電解液中に浸してなる電気二重層キャパシタである。例えば、非多孔性炭素を有効成分として含有する非多孔性炭素質電極は電圧印加時に電圧印加方向に膨張する挙動を示し、電圧印加時に電圧印加方向に膨張する分極性電極に該当する。   The electric double layer capacitor of the present invention is an electric double layer capacitor formed by immersing a polarizable electrode that expands in the direction of voltage application when a voltage is applied in an organic electrolyte. For example, a nonporous carbonaceous electrode containing nonporous carbon as an active ingredient exhibits a behavior that expands in the direction of voltage application when a voltage is applied, and corresponds to a polarizable electrode that expands in the direction of voltage application when a voltage is applied.

好ましい非多孔性炭素は、炭素原料を不活性雰囲気下500〜900℃で2〜4時間焼成し、水酸化アルカリ粉末および/またはアルカリ金属の存在下で熱処理して得られる炭素粉末である。炭素原料としては、コークスグリーンパウダー、メソフェーズカーボン、及び不融化した塩化ビニル等を使用してよい。   A preferred non-porous carbon is a carbon powder obtained by firing a carbon raw material at 500 to 900 ° C. for 2 to 4 hours in an inert atmosphere and heat-treating in the presence of an alkali hydroxide powder and / or an alkali metal. As the carbon raw material, coke green powder, mesophase carbon, infusible vinyl chloride, or the like may be used.

石油の蒸留時に得られる石油重質油を高温熱分解処理すると、針状の構造を有する炭素質固体が得られる。生成直後のこの固体はグリーン(生の)ニードルコークスと呼ばれる。なお、充填剤等に使用する場合は、その後1000℃以上の温度でか焼されるが、か焼後のものはか焼ニードルコークスと呼ばれてグリーンニードルコークスとは区別される。本明細書では、粉体状のグリーンニードルコークスをニードルコークスグリーンパウダーと呼ぶ。   When a heavy petroleum oil obtained at the time of distillation of petroleum is subjected to high-temperature pyrolysis treatment, a carbonaceous solid having a needle-like structure is obtained. This solid immediately after production is called green needle coke. When used as a filler or the like, it is then calcined at a temperature of 1000 ° C. or higher, but the calcined one is called calcined needle coke and is distinguished from green needle coke. In this specification, powdery green needle coke is referred to as needle coke green powder.

非多孔性炭素質電極はニードルコークスグリーンパウダーを出発原料として使用することが好ましい。ニードルコークスグリーンパウダーは比較的低温の焼成でも結晶化し易く、その分非晶質部分と結晶質部分との割合をコントロールし易い。易黒鉛化性有機物は熱処理により配向性の高いと構造なり、比較的低温の焼成でも結晶化し易く、その分非晶質部分と結晶質部分との割合をコントロールし易い。   The non-porous carbonaceous electrode preferably uses needle coke green powder as a starting material. Needle coke green powder is easily crystallized even when fired at a relatively low temperature, and the ratio of the amorphous part to the crystalline part is easily controlled accordingly. An easily graphitizable organic substance has a structure when it is highly oriented by heat treatment, and is easily crystallized even when fired at a relatively low temperature, so that the ratio between the amorphous part and the crystalline part can be easily controlled.

通常ニードルコークスグリーンパウダーは石油ピッチを原料として製造されるものである。しかしながら、本発明では、石炭の軟ピッチからキノリン不溶分を除去し、精製された原料を用いて炭素化した石炭系ニードルコークスグリーンパウダーを使用してもよい。石炭系ニードルコークスは、一般に真比重が高くて、熱膨張係数が低く、針状構造で軟らかい性質をもっている。特に、石油系ニードルコークスに比べて、粒度が粗く熱膨張係数が低い特徴がある。また、元素組成も異なっており、石炭系ニードルコークスは石油系ニードルコークスよりも硫黄、窒素含有量が低い(非特許文献2)。   Normally, needle coke green powder is manufactured using petroleum pitch as a raw material. However, in this invention, you may use the coal-type needle coke green powder which removed the quinoline insoluble content from the soft pitch of coal, and was carbonized using the refined raw material. Coal-based needle coke generally has a high true specific gravity, a low coefficient of thermal expansion, a soft structure with a needle-like structure. In particular, compared with petroleum-based needle coke, it has the characteristics of a coarse particle size and a low thermal expansion coefficient. Moreover, elemental compositions are also different, and coal-based needle coke has a lower sulfur and nitrogen content than petroleum-based needle coke (Non-Patent Document 2).

本発明で用いる炭素質電極の製造にあたって、まず、ニードルコークスグリーンパウダーを準備する。原料の中心粒子径は10〜5000μm、好ましくは10〜100μmである。また、炭素質電極中の灰分は表面官能基の生成に影響し、その低減化が重要である。本発明で用いるニードルコークスグリーンパウダーは固定炭素が70〜98%、灰分が0.05〜2%。好ましくは、固定炭素が80〜95%、灰分が1%以下という特性を有しているものである。   In producing the carbonaceous electrode used in the present invention, first, needle coke green powder is prepared. The center particle diameter of the raw material is 10 to 5000 μm, preferably 10 to 100 μm. In addition, the ash content in the carbonaceous electrode affects the generation of surface functional groups, and it is important to reduce it. Needle coke green powder used in the present invention has fixed carbon of 70 to 98% and ash content of 0.05 to 2%. Preferably, it has the characteristics that fixed carbon is 80 to 95% and ash content is 1% or less.

ニードルコークスグリーンパウダーの粉末を不活性雰囲気下、例えば窒素やアルゴンの雰囲気下で、500〜900℃、好ましくは600〜800℃、より好ましくは650〜750℃で、2〜4時間焼成する。この焼成工程において炭素組織の結晶構造が形成されると考えられている。   The powder of needle coke green powder is baked at 500 to 900 ° C., preferably 600 to 800 ° C., more preferably 650 to 750 ° C. for 2 to 4 hours in an inert atmosphere, for example, an atmosphere of nitrogen or argon. It is considered that a crystal structure of a carbon structure is formed in this firing step.

焼成温度が500℃未満であると賦活処理で細孔が発達し過ぎとなり、900℃を越えると賦活が進まない。焼成時間は本質的には反応には関係が無いが、おおむね2時間未満であると反応系全体に熱が伝わらず、均一な非多孔性炭素が形成されない。また4時間を越えても意味を持たない。   If the calcination temperature is less than 500 ° C, pores develop too much in the activation treatment, and if it exceeds 900 ° C, activation does not proceed. The firing time is essentially irrelevant to the reaction, but if it is generally less than 2 hours, heat is not transferred to the entire reaction system, and uniform nonporous carbon is not formed. It doesn't make sense to exceed 4 hours.

焼成した炭素粉末は、重量比で、1.8〜2.2倍、好ましくは2倍程度の水酸化アルカリと混合する。そして粉末混合物を不活性雰囲気下650〜850℃、好ましくは700℃から750℃で2〜4時間焼成する。この工程はアルカリ賦活と呼ばれ、アルカリ金属原子の蒸気が炭素組織に浸透して炭素の結晶構造を緩める効果があると考えられている。   The calcined carbon powder is mixed with an alkali hydroxide having a weight ratio of 1.8 to 2.2 times, preferably about 2 times. The powder mixture is calcined at 650 to 850 ° C., preferably 700 to 750 ° C. for 2 to 4 hours under an inert atmosphere. This process is called alkali activation, and it is considered that alkali metal atom vapor penetrates the carbon structure and has the effect of relaxing the crystal structure of carbon.

水酸化アルカリの量が1.0倍未満であると十分に賦活が進まず、初回充電時に容量が発現しない。2.5倍を越えると賦活が進行しすぎて、表面積が増大する傾向になり、通常の活性炭と同様の表面状態となるために、耐電圧を取りにくくなる。水酸化アルカリはKOH、CsOH、RbOH等を用いてよいが、賦活効果に優れ、安価であることから、KOHが好ましい。   If the amount of the alkali hydroxide is less than 1.0 times, the activation does not proceed sufficiently and the capacity is not developed at the first charge. If it exceeds 2.5 times, the activation proceeds too much and the surface area tends to increase, and the surface state is the same as that of normal activated carbon, so that it is difficult to withstand the withstand voltage. As the alkali hydroxide, KOH, CsOH, RbOH or the like may be used, but KOH is preferable because of its excellent activation effect and low cost.

また、焼成温度が650℃未満であるとKOHが炭素内部に十分に浸透せず、炭素層間を緩める効果が薄れるため、初回充電の容量増大が発現しにくい。焼成温度が850℃を越えるとKOHによる賦活以外に、機材炭素の結晶化という相反する作用が並行するためにコントロールが難しくなる。十分に材料が加温されれば、時間は本質的に関係ないが、焼成時間が2時間未満であると、材料に熱が十分にまわらず、部分的に賦活されない部位が出現する。4時間を越えて焼成しても意味がない。   Further, if the firing temperature is lower than 650 ° C., KOH does not sufficiently penetrate into the carbon, and the effect of loosening the carbon layer is diminished. If the calcination temperature exceeds 850 ° C., in addition to the activation by KOH, the contradictory actions of crystallization of the equipment carbon are in parallel, making control difficult. If the material is sufficiently heated, the time is essentially unrelated, but if the firing time is less than 2 hours, the material does not have sufficient heat and a part that is not partially activated appears. There is no point in firing for more than 4 hours.

次いで、得られた粉末混合物を洗浄して水酸化アルカリを除去する。洗浄は、例えば上記アルカリ処理後の炭素から粒子を回収し、ステンレス製のカラムに充填し、120℃〜150℃、10〜100kgf、好ましくは10〜50kgfの加圧水蒸気をカラムに導入し、排水のpHが〜7となるまで加圧水蒸気を導入し続けることにより行うことができる(通常6〜10時間)。アルカリ除去工程の終了後、アルゴンや窒素のような不活性ガスをカラムに流し、乾燥して目的の炭素粉末を得る。   The resulting powder mixture is then washed to remove the alkali hydroxide. In the washing, for example, particles are collected from the carbon after the alkali treatment, filled in a stainless steel column, 120 to 150 ° C., 10 to 100 kgf, preferably 10 to 50 kgf of pressurized water vapor is introduced into the column, This can be done by continuing to introduce pressurized steam until the pH is ˜7 (usually 6-10 hours). After completion of the alkali removal step, an inert gas such as argon or nitrogen is passed through the column and dried to obtain the target carbon powder.

以上の工程を経て得られた炭素粉末は、比表面積が300m2/g以下のものであり、各種電解質イオン、溶媒、CO2ガスなどを取り込める程度の細孔が少ない、いわゆる「非多孔性炭素」に分類される。なお、比表面積は、吸着剤としてCO2を用いたBET法により決定することができる。 The carbon powder obtained through the above steps has a specific surface area of 300 m 2 / g or less, and has a small number of pores capable of incorporating various electrolyte ions, solvents, CO 2 gas, etc., so-called “non-porous carbon” "are categorized. The specific surface area can be determined by the BET method using CO 2 as an adsorbent.

しかしながら、ニードルコークスグリーンパウダーを原料として、このように調製された炭素粉末は単なる「非多孔性炭素」ではなく、ある程度細孔を有している。すなわち、本発明で用いる炭素粉末は、細孔径0.8nm以下の細孔容積が0.01〜0.1ml/gであり、好ましくは0.02〜0.06ml/gである。   However, the carbon powder thus prepared using needle coke green powder as a raw material is not merely “non-porous carbon” but has some pores. That is, the carbon powder used in the present invention has a pore volume with a pore diameter of 0.8 nm or less of 0.01 to 0.1 ml / g, preferably 0.02 to 0.06 ml / g.

炭素粉末の細孔径0.8nm以下の細孔容積が0.01ml/g未満であるとキャパシタ充電時の膨張率が大きくなり、0.1ml/gを超えると耐電圧特性が低下する。なお、ここでいう細孔容積の値は、電極材料の炭素における二酸化炭素(273K、10-7〜1Torr)の高分解能吸着等温線からDFT法(Density Functional Theory 汎密度関数解析法)で細孔容積を解析して、細孔径0.8nm以下の細孔容積を求めることができる。測定装置はマイクロポアー測定用吸着装置、Quantachrome社製Autosorb−1−MP(ターボモレキュラー真空ポンプ付)を用いた。 When the pore volume of the carbon powder having a pore diameter of 0.8 nm or less is less than 0.01 ml / g, the expansion rate at the time of charging the capacitor increases, and when it exceeds 0.1 ml / g, the withstand voltage characteristic is lowered. Note that the value of the pore volume referred to here is a value obtained from a high-resolution adsorption isotherm of carbon dioxide (273K, 10 −7 to 1 Torr) on carbon of the electrode material by the DFT method (Density Functional Theory general density function analysis method) By analyzing the volume, a pore volume having a pore diameter of 0.8 nm or less can be obtained. The measuring device used was an adsorption device for micropore measurement, Autosorb-1-MP (with turbo molecular vacuum pump) manufactured by Quantachrome.

炭素質電極は従来と同様の方法により作製することができる。例えば、シート状の電極を作製するには、上記の方法で得られた非多孔性炭素を5〜100μm程度に粉砕し粒度を整える。その後、炭素粉末に導電性を付与するための導電性補助剤として例えばカーボン・ブラックと、結着剤として例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)とを添加して混練りし、圧延伸によりシート状に成形する。   The carbonaceous electrode can be produced by a method similar to the conventional method. For example, in order to produce a sheet-like electrode, the nonporous carbon obtained by the above method is pulverized to about 5 to 100 μm to adjust the particle size. Thereafter, for example, carbon black as a conductive auxiliary agent for imparting conductivity to the carbon powder and, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE) as a binder are added and kneaded, and formed into a sheet by pressure drawing. Mold.

導電性補助剤としては、カーボン・ブラックの他、粉末グラファイトなどを用いることができ、また、結着剤としては、PTFEの他、PVDF、PE、PPなどを使用することができる。この際、非多孔性炭素と導電性補助剤(カーボン・ブラック)と結着剤(PTFE)との配合比は、一般に、10〜1:0.5〜10:0.5〜0.25程度である。   In addition to carbon black, powdered graphite and the like can be used as the conductive auxiliary agent, and as the binder, PVDF, PE, PP and the like can be used in addition to PTFE. At this time, the blending ratio of non-porous carbon, conductive auxiliary agent (carbon black), and binder (PTFE) is generally about 10 to 1: 0.5 to 10: 0.5 to 0.25. It is.

作製した電気二重層キャパシタ用炭素質電極は、捲回型電気二重層キャパシタに使用する。図1は捲回型電気二重層キャパシタの一般的な構成を示す模式図である。この捲回型電気二重層キャパシタ10は、集電体12に負極側の分極性電極13が形成された負極シート14と集電体15に正極側の分極性電極16が形成された正極シート17とを、セパレータ11を挟んで円筒状に捲回して作成された捲回体18を有する。この捲回体には心棒として金属製又は樹脂製の円筒(図示せず)を設けてもよい。   The produced carbonaceous electrode for an electric double layer capacitor is used for a wound electric double layer capacitor. FIG. 1 is a schematic diagram showing a general configuration of a wound electric double layer capacitor. The wound electric double layer capacitor 10 includes a negative electrode sheet 14 in which a negative electrode side polarizable electrode 13 is formed on a current collector 12 and a positive electrode sheet 17 in which a positive electrode side polarizable electrode 16 is formed on a current collector 15. Are wound in a cylindrical shape with the separator 11 interposed therebetween. The wound body may be provided with a metal or resin cylinder (not shown) as a mandrel.

セパレータには、緩衝機能をもつ絶縁性シートを用いる。ここでいう緩衝機能とは、弱い圧力の下ではほぼ元の体積を保ったまま自立しているが、その圧力が増大すると体積が小さくなるように変形して増大した圧力の少なくとも一部を吸収する機能をいう。例えば、空隙率が高い嵩高構造の不織シート、スポンジシート等は緩衝機能をもっている。また、平面上に立体的な凸部が多数あるシートにおいて、その凸部が弱い圧力の下ではあまり変形せず、その圧力が増大するとそれに応じて潰れる可撓性を有する場合、かかるシートは緩衝機能をもっている。   As the separator, an insulating sheet having a buffer function is used. The buffer function here is self-supporting with its original volume maintained under a weak pressure, but it absorbs at least part of the increased pressure by deforming so that the volume decreases as the pressure increases. The function to do. For example, a bulky nonwoven sheet or sponge sheet having a high porosity has a buffer function. Further, in a sheet having a large number of three-dimensional convex portions on a plane, when the convex portions do not deform so much under a weak pressure and have flexibility to be crushed accordingly when the pressure increases, the sheet is buffered. Has function.

セパレータは、絶縁性、電解液に対する安定性及び保持性、耐熱性等の基準を満たす材料であればよい。不織布としては、例えば、ポリオレフィン繊維やポリアミド繊維から形成されることが望ましい。繊維の具体的には、ポリエチレン繊維とポリプロピレン繊維、6ナイロン繊維とナイロン6,6繊維、ポリプロピレン繊維にエチレン−ビニルアルコール共重合体が被覆された芯鞘型複合繊維とポリプロピレン繊維にポリエチレン繊維が被覆された芯鞘型複合繊維等を挙げることができる。   The separator may be any material that satisfies the criteria such as insulation, stability and retention with respect to the electrolyte, and heat resistance. The nonwoven fabric is preferably formed from, for example, polyolefin fibers or polyamide fibers. Specifically, polyethylene fiber and polypropylene fiber, 6 nylon fiber and nylon 6,6 fiber, polypropylene sheathed core-sheath type composite fiber coated with ethylene-vinyl alcohol copolymer and polypropylene fiber coated with polyethylene fiber The core-sheath type composite fiber etc. which were made can be mentioned.

また、紙質材としては電気二重層キャパシタのセパレータとして通常用いられるものであればよいが、具体的には、セルロース繊維を主成分とするフェルト状または網目状シート等を挙げることができる。   The paper material may be any material normally used as a separator for an electric double layer capacitor. Specific examples thereof include felt-like or mesh-like sheets mainly composed of cellulose fibers.

平坦なシート状のままでは緩衝機能が不十分である場合は、例えば、シートの全体に立体的な凹凸や波形などの構造を付与すればよい。平坦部から盛り上がった凸部は可撓性であり、緩衝機能をもつことができる。立体的な凹凸や波形は、例えば、エンボス加工することによって、平坦なシートの表面に形成することができる。凹凸や波形の形状、大きさ、間隔、密度等は、選択されるシートの種類、用途、電極の膨張性等に応じて適宜決定すればよい。   If the cushioning function is insufficient with the flat sheet shape, for example, a structure such as three-dimensional unevenness and corrugation may be given to the entire sheet. The convex portion raised from the flat portion is flexible and can have a buffer function. A three-dimensional unevenness | corrugation and a waveform can be formed in the surface of a flat sheet | seat by embossing, for example. The shape, size, spacing, density, and the like of the unevenness and the corrugation may be appropriately determined according to the type of sheet to be selected, the application, the expandability of the electrode, and the like.

好ましい一態様において、シートの片方の表面には、複数の凸部が形成されている。凸部の形状は半球状、円筒状、円錐台状、ピラミッド状、及び角錐台状等である。凸部の高さは両面合計で基材となるセパレータの厚さの1.1倍〜1.3倍までのエンボス加工を施したものを用いる。凸部の高さを含む総厚が両面合計で1.1倍未満であると電極の膨張を十分吸収することができず、凸部の高さが1.3倍を超えると充分な体積容量密度が得られない。凸部の底面の径寸法は凸部の高さに応じて生じるものであればよく、例えば、0.1〜1.0mm、好ましくは0.1〜0.3mmである。   In a preferred embodiment, a plurality of convex portions are formed on one surface of the sheet. The shape of the convex part is hemispherical, cylindrical, truncated cone, pyramid, truncated pyramid and the like. The height of the convex portion is one that has been embossed up to 1.1 to 1.3 times the thickness of the separator serving as the base material in total on both sides. If the total thickness including the height of the convex portion is less than 1.1 times in total on both sides, the expansion of the electrode cannot be sufficiently absorbed, and if the height of the convex portion exceeds 1.3 times, sufficient volume capacity is obtained. The density cannot be obtained. The diameter dimension of the bottom surface of the convex portion may be any as long as it occurs according to the height of the convex portion, and is, for example, 0.1 to 1.0 mm, preferably 0.1 to 0.3 mm.

凸部はほぼ規則的に分布させることが好ましく、その密度は10〜100個/cm、好ましくは50〜100個/cmである。凸部の密度が10個/cm未満であると用いる基材の厚さを充分に厚くしないと充分な応力を発生させることが出来ず不都合である。同様の複数の凸部はシートの片面に形成されていてもよいが、両面の方が好ましい。 The convex portions are preferably distributed almost regularly, and the density thereof is 10 to 100 pieces / cm 2 , preferably 50 to 100 pieces / cm 2 . If the density of the convex portions is less than 10 pieces / cm 2 , it is inconvenient that sufficient stress cannot be generated unless the thickness of the substrate used is sufficiently increased. A plurality of similar convex portions may be formed on one side of the sheet, but both sides are preferred.

捲回体を作成する際、セパレータ11は、シートの凸部が集電体12、15に接するように向けて巻くことが好ましい。凸部が炭素質電極に接すると膨張時に傷つく可能性があるからである。   When creating the wound body, the separator 11 is preferably wound so that the convex portions of the sheet are in contact with the current collectors 12 and 15. This is because if the convex portion is in contact with the carbonaceous electrode, it may be damaged during expansion.

この捲回体18を、例えば、予め電解液(図示せず)が充填された容器19に収容するか、又は容器19に収容してから電解液を充填する。そして、電極シート14、17と電極端子20との導通を確保しながら、電極端子が取り付けられた封口板21で蓋をする。このようにして、捲回型電気二重層キャパシタ10が完成する。   The wound body 18 is accommodated in, for example, a container 19 filled with an electrolytic solution (not shown) in advance, or is accommodated in the container 19 and then filled with the electrolytic solution. And it covers with the sealing board 21 to which the electrode terminal was attached, ensuring conduction | electrical_connection with the electrode sheets 14 and 17 and the electrode terminal 20. FIG. In this way, the wound electric double layer capacitor 10 is completed.

電解液は、電解質を溶質として用いて有機溶媒に溶解して得られる、いわゆる有機電解液を使用することができる。電解質としては、特許文献3に記載されているような、低級脂肪族4級アンモニウム、低級脂肪族4級ホスホニウム又はイミダゾリニウム誘導体と4フッ化ホウ酸又は6フッ化リン酸との塩等、当業者に通常使用されるものが使用できる。   As the electrolytic solution, a so-called organic electrolytic solution obtained by dissolving an electrolyte as an solute in an organic solvent can be used. Examples of the electrolyte include salts of lower aliphatic quaternary ammonium, lower aliphatic quaternary phosphonium or imidazolinium derivatives and tetrafluoroboric acid or hexafluorophosphoric acid as described in Patent Document 3, Those commonly used by those skilled in the art can be used.

中でも好ましい電解質はピロリジニウム化合物塩である。好ましいピロリジニウム化合物塩は、式   Among them, a preferable electrolyte is a pyrrolidinium compound salt. Preferred pyrrolidinium compound salts have the formula

Figure 2007059544
Figure 2007059544

[式中、Rはそれぞれ独立してアルキル基、又は一緒に連結したアルキレン基であり、X-は対アニオンである。]
で示す構造を有する。ピロリジニウム化合物塩は公知であり、当業者に知られた方法で合成されたものであればよい。
[Wherein, each R is independently an alkyl group or an alkylene group linked together, and X is a counter anion. ]
It has the structure shown by. The pyrrolidinium compound salt is known and may be synthesized by a method known to those skilled in the art.

ピロリジニウム化合物塩のアンモニウム成分につき好ましいものは、上記式中、Rがそれぞれ独立して炭素数1〜10のアルキル基、又は一緒に連結した炭素数3〜8のアルキレン基であるものである。より好ましいものは、Rが一緒に連結した炭素数4〜5のアルキレン基であるものである。さらに好ましいものは、Rが一緒に連結したブチレン基であるものである。このようなアンモニウム成分はスピロビピロリジニウム(SBP)と呼ばれる。   Preferred for the ammonium component of the pyrrolidinium compound salt is that in the above formula, each R is independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an alkylene group having 3 to 8 carbon atoms linked together. More preferred are those wherein R is an alkylene group having 4 to 5 carbon atoms linked together. Further preferred are those in which R is a butylene group linked together. Such an ammonium component is called spirobipyrrolidinium (SBP).

ピロリジニウム化合物、特にスピロビピロリジニウムは分子構造が一見して複雑であり、イオン径は大きいように思われる。しかしながら、この化合物を有機電解液の電解質イオンとして使用すると、負極側の非多孔性炭素質電極の膨張を抑制する効果が特に大きく、電気二重層キャパシタのエネルギー密度が大きく向上する。理論的に限定することを意図するものではないが、スピロ環構造によって電子雲の広がりが抑制されるため、ピロリジニウム化合物やスピロビピロリジニウムは実効イオン径が小さいと考えられる。   Pyrrolidinium compounds, especially spirobipyrrolidinium, have a seemingly complex molecular structure and appear to have a large ionic diameter. However, when this compound is used as the electrolyte ion of the organic electrolyte, the effect of suppressing the expansion of the non-porous carbonaceous electrode on the negative electrode side is particularly great, and the energy density of the electric double layer capacitor is greatly improved. Although not intended to be limited theoretically, it is thought that the effective ion diameter of pyrrolidinium compounds and spirobipyrrolidinium is small because the spread of the electron cloud is suppressed by the spiro ring structure.

対アニオンXは従来から有機電解液の電解質イオンとして使用されているものであればよい。例えば、4フッ化ホウ酸アニオン、フッ化ホウ酸アニオン、フッ化リン酸アニオン、6フッ化リン酸アニオン、過塩素酸アニオン、ボロジサリチル酸アニオン、ボロジシュウ酸アニオン、が挙げられる。好ましい対アニオンは4フッ化ホウ酸アニオン及び6フッ化リン酸アニオンである。これらは低分子量で構造が単純であり、正極側の非多孔性炭素質電極の膨張が抑制されるからである。 The counter anion X may be any one that has been conventionally used as an electrolyte ion of an organic electrolyte. For example, a tetrafluoroborate anion, a fluoroborate anion, a fluorophosphate anion, a hexafluorophosphate anion, a perchlorate anion, a borodisalicylate anion, and a borodisoxalate anion. Preferred counter anions are tetrafluoroborate anion and hexafluorophosphate anion. This is because they have a low molecular weight and a simple structure, and the expansion of the nonporous carbonaceous electrode on the positive electrode side is suppressed.

上述のピロリジニウム化合物塩を溶質として用いて有機溶媒に溶解することにより、電気二重層キャパシタ用有機電解液が得られる。有機電解液中のピロリジニウム化合物塩の濃度は0.8から3.5モル%、好ましくは1.0から2.5モル%に調節される。ピロリジニウム化合物塩の濃度が0.8モル%未満であると、含有されるイオンの数が不足し、十分な容量が出ない。また、2.5モル%を越えても、容量に寄与しないので意味が無い。   An organic electrolyte for an electric double layer capacitor can be obtained by dissolving the pyrrolidinium compound salt as a solute in an organic solvent. The concentration of the pyrrolidinium compound salt in the organic electrolyte is adjusted to 0.8 to 3.5 mol%, preferably 1.0 to 2.5 mol%. When the concentration of the pyrrolidinium compound salt is less than 0.8 mol%, the number of ions contained is insufficient and sufficient capacity cannot be obtained. Moreover, even if it exceeds 2.5 mol%, it does not contribute to the capacity and is meaningless.

ピロリジニウム化合物塩は単独で用いてよく、複数種類を混合してもよい。従来から有機電解液に使用されている電解質を併用してもよい。但し、溶質中のピロリジニウム化合物塩の割合は全溶質重量の50重量%以上、好ましくは75重量%以上とする。ピロリジニウム化合物塩と併用するのに好ましい電解質には、トリエチルメチルアンモニウム塩、テトラエチルアンモニウム塩等が挙げられる。   A pyrrolidinium compound salt may be used independently and may mix multiple types. You may use together the electrolyte conventionally used for the organic electrolyte solution. However, the proportion of the pyrrolidinium compound salt in the solute is 50% by weight or more, preferably 75% by weight or more of the total solute weight. Preferred electrolytes for use in combination with the pyrrolidinium compound salt include triethylmethylammonium salt, tetraethylammonium salt and the like.

有機溶媒は従来から有機系の電気二重層キャパシタに使用されてきたものを使用してよい。例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、γ−ブチルラクトン(GBL)及びスルホラン(SL)等はピロリジニウム化合物塩の溶解能に優れ、安全性も高いため好ましい。また、これらを主溶媒とし、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種を副溶媒としたものも有用である。電気二重層キャパシタの低温特性が改善されるためである。また、有機溶媒としてアセトニトリル(AC)を使用すると電解液の導電率が高まるため特性上好ましいが、用途が限定される場合がある。   As the organic solvent, those conventionally used for organic electric double layer capacitors may be used. For example, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), γ-butyl lactone (GBL), sulfolane (SL) and the like are preferable because of their excellent solubility in pyrrolidinium compound salts and high safety. Also useful are those containing these as a main solvent and at least one of dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), and diethyl carbonate (DEC) as a sub-solvent. This is because the low temperature characteristics of the electric double layer capacitor are improved. Further, when acetonitrile (AC) is used as the organic solvent, the conductivity of the electrolytic solution is increased, which is preferable in terms of characteristics. However, the use may be limited.

ニードルコークスを原料とする非多孔性炭素質電極とピロリジニウム化合物塩を含む電解質とを組み合わせて用いると、負極の膨張抑制効果が顕著に得られ、電気二重層キャパシタのエネルギー密度が大きく向上する。   When a non-porous carbonaceous electrode made of needle coke as a raw material and an electrolyte containing a pyrrolidinium compound salt are used in combination, the negative electrode expansion suppression effect is remarkably obtained, and the energy density of the electric double layer capacitor is greatly improved.

以下の実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。尚、実施例中「部」又は「%」で表される量は特にことわりなき限り重量基準である。   The following examples further illustrate the present invention, but the present invention is not limited thereto. In the examples, “part” or “%” is based on weight unless otherwise specified.

実施例
水酸化カリウムペレットをあらかじめミルにて粉砕し、粉末状とした。日本製鋼製の石炭系ニードルコークスグリーンパウダー(NCGP)をアルミナ製の坩堝にて、これをマッフル炉にて窒素を循環させながら、表1に示される温度にて3時間焼成し自然冷却した。次に、概焼成品を重量比あたり1.5倍の水酸化カリウム粉末と混合した。これをそれぞれニッケル製の坩堝に入れ同じくニッケル製の蓋をかぶせて外気を遮断した。これをマッフル炉にて窒素を循環させながら、750℃にて保持時間4時間賦活した。本焼成品を取り出し、純水にて軽く洗浄した後、超音波をかけて洗浄した。時間は1分である。次にブフナーロートを用いて水分を分離した。同様の洗浄操作を繰り返し、洗浄処理水のペーハーが7付近になるまで行った。これを真空乾燥機にて200℃にて10時間乾燥を行った。
Example Potassium hydroxide pellets were previously pulverized by a mill to obtain powder. Coal needle coke green powder (NCGP) manufactured by Nippon Steel Co., Ltd. was calcined for 3 hours at a temperature shown in Table 1 while naturally circulating in an alumina crucible while circulating nitrogen in a muffle furnace. Next, the roughly fired product was mixed with 1.5 times the potassium hydroxide powder per weight ratio. Each was put in a nickel crucible and covered with a nickel lid to shut off the outside air. This was activated for 4 hours at 750 ° C. while circulating nitrogen in a muffle furnace. The fired product was taken out, washed lightly with pure water, and then washed by applying ultrasonic waves. The time is 1 minute. Next, water was separated using a Buchner funnel. The same washing operation was repeated until the pH of the washing water reached around 7. This was dried in a vacuum dryer at 200 ° C. for 10 hours.

得られたカーボンを、ボールミル(藤原製作所製AV−1)を用い、10mmΦのアルミナボールにて1時間粉砕した。これをコールターカウンターにて粒度を測定したところ、いずれも中心粒子径10ミクロン程度の粉状となった。得られた粉状のカーボンの比表面積をBET法によって測定したところ80m/gであった。また、細孔径0.8nm以下の細孔容積が0.04ml/gであった。 The obtained carbon was pulverized for 1 hour with 10 mmφ alumina balls using a ball mill (AV-1 manufactured by Fujiwara Seisakusho). When the particle size was measured with a Coulter counter, all of them became powdery with a center particle diameter of about 10 microns. It was 80 m < 2 > / g when the specific surface area of the obtained powdery carbon was measured by BET method. The pore volume with a pore diameter of 0.8 nm or less was 0.04 ml / g.

粉状のカーボン(CB)をアセチレンブラック(AB)およびポリテトラフルオロエチレン粉(PTFE)の混合比 10:1:1となるように混合し、乳鉢にて練った。10分程度で、PTFEが遠伸され、フレーク状となった。これをプレスマシンにてプレスし、カーボンシートを得た。カーボンシートの厚さは、実施例番号に応じて表1に示すとおりに調節した。   Powdered carbon (CB) was mixed at a mixing ratio of 10: 1: 1 of acetylene black (AB) and polytetrafluoroethylene powder (PTFE), and kneaded in a mortar. In about 10 minutes, PTFE was stretched and formed into flakes. This was pressed with a press machine to obtain a carbon sheet. The thickness of the carbon sheet was adjusted as shown in Table 1 according to the example number.

このカーボンシートから巾30mm、長さ250mmの複数の炭素質電極を切り出し、次いでこの電極と、巾33mm、長さ270mm、厚さ30μmのアルミ箔よりなる集電体とを一対の加圧ローラを用い、線圧6tにて圧着して正極シートを作製した。また同様の方法で負極シートを作製した。   A plurality of carbonaceous electrodes having a width of 30 mm and a length of 250 mm are cut out from the carbon sheet, and then this electrode and a current collector made of an aluminum foil having a width of 33 mm, a length of 270 mm, and a thickness of 30 μm are paired with a pressure roller. A positive electrode sheet was prepared by pressure bonding at a line pressure of 6 t. A negative electrode sheet was produced in the same manner.

セパレータには、NKK(日本高度紙)社製のエンボス紙(CTW品種の特殊加工紙、総厚60μm)を準備した。このエンボス紙の片面上には高さ5μm、底面の径寸法mm、の菱形凸部が70メッシュ個/cmの密度で両面に形成されている(基材の厚さが50ミクロンでエンボス突起を含めた厚さが60ミクロンである。)。 For the separator, embossed paper (specially processed paper of CTW type, total thickness 60 μm) manufactured by NKK (Nippon Advanced Paper) Co., Ltd. was prepared. On one side of this embossed paper, diamond-shaped convex portions having a height of 5 μm and a bottom surface diameter of mm are formed on both sides with a density of 70 mesh pieces / cm 2 (the thickness of the base material is 50 microns and the embossed protrusions are Is 60 microns).

エンボス紙、負極シート、エンボス紙、及び正極シートよりなる重ね合わせ物を、負極シートの外側にある一方のセパレータが最も内側に位置するように、渦巻き状に捲回して、外径が13.5mmで、長さが33mmの捲回体素子を作製した。捲回体素子を、内径15.8mmで長さ45mmの有底筒形容器内に入れリード線形コンデンサ形状に仕上げた。   A stack of embossed paper, negative electrode sheet, embossed paper, and positive electrode sheet is spirally wound so that one separator on the outer side of the negative electrode sheet is located on the innermost side, and the outer diameter is 13.5 mm. Thus, a wound element having a length of 33 mm was produced. The wound body element was placed in a bottomed cylindrical container having an inner diameter of 15.8 mm and a length of 45 mm to finish a lead linear capacitor shape.

スピロビピロリジニウムテトラフルオロボレート(SBPBF)を2.0モル%となるようにプロピレンカーボネートに溶解させて電解液を調製し、アルミニウムケースに注液含浸した後、アルミケース内部で電界賦活を行い、ゴム封止体を介在してアルミニウムケースをカシメて密栓した。 An electrolyte solution is prepared by dissolving spirobipyrrolidinium tetrafluoroborate (SBPBF 4 ) in propylene carbonate so as to be 2.0 mol%, and the aluminum case is injected and impregnated. The aluminum case was crimped and sealed with a rubber sealant interposed.

得られた捲回型電気二重層キャパシタにパワーシステム製充放電試験装置「CDT−RD20」を接続し、5mAにて7200秒間の定電流充電を行い、設定電圧に到達した後、5mAにての定電流放電を行った。設定電圧は4.0Vおよび3.5Vにて行い、3サイクルづつ実施した。   A power system charge / discharge test device “CDT-RD20” is connected to the obtained wound type electric double layer capacitor, and constant current charging is performed at 5 mA for 7200 seconds, and after reaching a set voltage, at 5 mA A constant current discharge was performed. The set voltage was 4.0 V and 3.5 V, and was performed every three cycles.

充放電中のセルの挙動を目視により観察し、定電流法により各セルの静電容量を測定した。結果を表1に示す。   The behavior of the cells during charging / discharging was visually observed, and the capacitance of each cell was measured by a constant current method. The results are shown in Table 1.

比較例
エンボス紙の代わりにNKK社製スタンダード紙(CTW品種のエンボスを有しないシート状、厚さ50μm)を用いること以外は実施例と同様にして捲回型電気二重層キャパシタを調製し、試験した。結果を表1に示す。
Comparative Example A wound type electric double layer capacitor was prepared and tested in the same manner as in Example except that standard paper made by NKK (sheet shape without CTW embossing, thickness 50 μm) was used instead of embossed paper. did. The results are shown in Table 1.

[表1]

Figure 2007059544
※:電極厚さはアルミニウム30μmのエッチドアルミニウム箔の片面上に形成した厚さとする。 [Table 1]
Figure 2007059544
*: The electrode thickness is the thickness formed on one side of 30 μm aluminum etched aluminum foil.

エンボス紙を用いない比較例では、厚さ50ミクロン以上の電極は構造的に困難であるのに対し、エンボス紙を用いた実施例では、厚さ100ミクロンの電極まで使用が可能となり、同一の大きさを維持しながら、静電容量にして約1.5倍を達成することができた。   In the comparative example not using embossed paper, an electrode having a thickness of 50 microns or more is structurally difficult, whereas in the example using embossed paper, an electrode having a thickness of 100 microns can be used. While maintaining the size, a capacitance of about 1.5 times could be achieved.

捲回型電気二重層キャパシタの一般的な構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the general structure of a wound type electric double layer capacitor.

符号の説明Explanation of symbols

10…捲回型電気二重層キャパシタ、
11…セパレータ、
12、15…集電体、
13、16…分極性電極、
14…負極シート、
17…正極シート、
18…捲回体、
19…容器、
20…電極端子、
21…封口板。
10: Winding type electric double layer capacitor,
11 ... separator,
12, 15 ... current collector,
13, 16 ... polarizable electrodes,
14 ... negative electrode sheet,
17 ... positive electrode sheet,
18 ...
19 ... container,
20 ... Electrode terminal,
21 ... Sealing plate.

Claims (4)

電圧印加時に電圧印加方向に膨張する分極性電極を、緩衝機能をもつ絶縁性シートでなるセパレータを介して捲回した捲回体、
分極性電極と接触する有機電解液、及び
これらを収容する円筒型容器、
を有する、捲回型電気二重層キャパシタ。
A wound body in which a polarizable electrode that expands in the voltage application direction when a voltage is applied is wound through a separator made of an insulating sheet having a buffer function,
An organic electrolyte in contact with the polarizable electrode, and a cylindrical container for housing these,
A wound type electric double layer capacitor.
前記セパレータが立体的な凸部を有する絶縁性シートであり、該凸部が変形して緩衝機能を奏するものである請求項1記載の電気二重層キャパシタ。   2. The electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the separator is an insulating sheet having a three-dimensional convex portion, and the convex portion is deformed to exhibit a buffer function. 前記セパレータが、ほぼ規則的に立体的な凹凸部を有する紙質材である請求項1又は2記載の電気二重層キャパシタ。   The electric double layer capacitor according to claim 1 or 2, wherein the separator is a paper material having a three-dimensional uneven portion almost regularly. 前記分極性電極が、黒鉛類似の微結晶炭素を有する非多孔性炭素質電極である請求項1〜3のいずれか記載の電気二重層キャパシタ。
The electric double layer capacitor according to any one of claims 1 to 3, wherein the polarizable electrode is a nonporous carbonaceous electrode having microcrystalline carbon similar to graphite.
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