JP2008198936A - Electrochemical capacitor - Google Patents

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直史 安田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-reliability electrochemical capacitor having excellent electricity storage performance and endurance life. <P>SOLUTION: The electrochemical capacitor including a pair of junctures containing a metal foil collector, an electronic conductive layer, and an electronic layer and a structure having a macromolecular electrolyte film sandwiched in the junctures, includes a macromolecular binding agent where an electrode layer has a metal oxide and proton conductivity, wherein at least any of the macromolecular binding agent and the macromolecular electrolyte film is a polyarylene sulfonate containing a component unit expressed by the formulas (A) and (B), and an electron conduction layer contains a thermoplastic elastomer and electron conductive particles. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は新規な電気化学キャパシタに関する。さらに詳しくは、腐食が発生することなくかつ低抵抗で出力密度が大きく、高い信頼性を有する新規な電気化学キャパシタ(特にレドックスキャパシタ)に関する。   The present invention relates to a novel electrochemical capacitor. More specifically, the present invention relates to a novel electrochemical capacitor (especially a redox capacitor) having no corrosion, low resistance, high output density, and high reliability.

近年エネルギー貯蔵デバイスとして大容量キャパシタ技術が注目されている。大容量キャパシタとしては、主に電極/電解質の界面に生ずる電気二重層を蓄電に利用する電気二重層キャパシタと、金属酸化物や導電性高分子を電極として使用し、電極表面の酸化還元反応(擬似電気二重層容量)を利用するレドックスキャパシタとがあり、これらを総称して電気化学キャパシタと呼ばれることが多い。   In recent years, large-capacity capacitor technology has attracted attention as an energy storage device. As a large-capacity capacitor, an electric double layer capacitor that mainly uses an electric double layer generated at the electrode / electrolyte interface for power storage, and a metal oxide or a conductive polymer as an electrode, an oxidation-reduction reaction on the electrode surface ( There is a redox capacitor using a pseudo electric double layer capacitance), and these are often collectively referred to as an electrochemical capacitor.

これらのうち、金属酸化物を利用するレドックスキャパシタはエネルギー密度が高い。例えば、金属酸化物として酸化ルテニウム水和物を用い、電解質として硫酸水溶液を使用したレドックスキャパシタは、通常の活性炭を用いた電気二重層キャパシタの数倍のエネルギー密度を有することが知られている。   Among these, a redox capacitor using a metal oxide has a high energy density. For example, a redox capacitor using ruthenium oxide hydrate as a metal oxide and using an aqueous sulfuric acid solution as an electrolyte is known to have an energy density several times that of an electric double layer capacitor using ordinary activated carbon.

金属酸化物を電極に用いる電気化学キャパシタは大きな容量が得られるが、電解液に高濃度の硫酸水溶液を使用する場合、腐食対策が必要である。たとえば、活性炭を電極とし、高濃度硫酸水溶液を電解液として用いる従来の電気二重層キャパシタの場合、集電体としてゴムと導電性カーボンとの複合材を用いる方法が広く用いられている。この種の複合材は、腐食対策としては有効なものの、金属に比べ抵抗が大きく、充放電時の抵抗損失を発生させるため、大きな入出力密度を得ることが困難であるという問題があった。   An electrochemical capacitor using a metal oxide as an electrode can provide a large capacity. However, when a high-concentration sulfuric acid aqueous solution is used as an electrolyte, a countermeasure against corrosion is necessary. For example, in the case of a conventional electric double layer capacitor using activated carbon as an electrode and a high-concentration sulfuric acid aqueous solution as an electrolyte, a method using a composite material of rubber and conductive carbon as a current collector is widely used. Although this type of composite material is effective as a countermeasure against corrosion, it has a problem that it is difficult to obtain a large input / output density because it has higher resistance than metal and generates resistance loss during charging and discharging.

一方、電極材である金属酸化物を電極として形成するためには、結着材が必要である。一般的に用いられる結着材として、テフロン(登録商標)、ポリフッ化ビニリデン、ゴム系エマルジョン等が知られているが、これらの材料はプロトン導電性を有さないため、上記と同様に充放電時の抵抗損失を発生させる大きな要因となっている。   On the other hand, in order to form a metal oxide as an electrode material as an electrode, a binder is necessary. Commonly used binders include Teflon (registered trademark), polyvinylidene fluoride, and rubber-based emulsions. However, since these materials do not have proton conductivity, they are charged and discharged as described above. It is a major factor that causes resistance loss.

そこで、プロトン伝導性を有するパーフルオロアルキレンスルホン酸系高分子化合物(商品名;ナフィオン)を結着材として用いる試みが行われている。しかしながら、パーフルオロ系アイオノマーは電極材の結着作用が弱く、集電体となる金属やカーボンと界面で剥離し易く、接合が困難であるという問題がある。   Therefore, attempts have been made to use a perfluoroalkylenesulfonic acid polymer compound having a proton conductivity (trade name: Nafion) as a binder. However, the perfluoro ionomer has a problem that the binding action of the electrode material is weak, it is easily peeled off at the interface with the metal or carbon as the current collector, and is difficult to join.

また、電解質層としては、濃硫酸水溶液に代わりうる、高いプロトン伝導性を有し、電極との電気的接合も良好で腐食のおそれがない材料が必要となる。
通常の活性炭を用いた電気二重層キャパシタは、ニッケル−水素二次電池やリチウムイオン二次電池等の二次電池に比べ、はるかに優れた耐久寿命および信頼性を有することが知られている。なお、耐久寿命および信頼性は、70℃でのフロート充電試験によって評価することが一般的である。
Further, as the electrolyte layer, a material that can replace the concentrated sulfuric acid aqueous solution and has high proton conductivity, good electrical connection with the electrode, and no risk of corrosion is required.
It is known that an electric double layer capacitor using a normal activated carbon has a far superior durability life and reliability as compared with a secondary battery such as a nickel-hydrogen secondary battery or a lithium ion secondary battery. The durability life and reliability are generally evaluated by a float charge test at 70 ° C.

一方、金属酸化物を利用するレドックスキャパシタの耐久寿命および信頼性についてはあまり知られておらず、二次電池と同様に酸化還元による物質移動を伴う充放電過程を有することから、耐久寿命および信頼性が懸念材料となっている。
特開2006−49866号公報
On the other hand, the durability and reliability of redox capacitors using metal oxides are not well known, and as with secondary batteries, they have a charge / discharge process that involves mass transfer due to oxidation and reduction. Sex is a concern.
JP 2006-49866 A

本発明の課題は、前述のような耐腐食性および入出力特性に対する問題点を解決して、優れた蓄電性能および耐久寿命を有し、高信頼性の電気化学キャパシタを提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a highly reliable electrochemical capacitor having excellent power storage performance and durable life by solving the above-mentioned problems with respect to corrosion resistance and input / output characteristics.

上記問題点を解決するために、本発明者らは硫酸水溶液を用いたキャパシタに代わるキャパシタについて鋭意検討した。その結果、特定のスルホン酸基含有ポリアリーレンを含水状態で電解質層として用い、同ポリマーを電極用の結着材として用い、さらに電極層と金属箔集電体との間に電子伝導性を有する層を介在させることにより、耐腐食性および入出力特性に優れた高耐久寿命の高容量キャパシタが得られることを見出した。   In order to solve the above problems, the present inventors have intensively studied a capacitor in place of a capacitor using a sulfuric acid aqueous solution. As a result, a specific sulfonic acid group-containing polyarylene is used as an electrolyte layer in a water-containing state, the polymer is used as a binder for an electrode, and there is an electronic conductivity between the electrode layer and the metal foil current collector. It has been found that a high-capacity capacitor with excellent durability and input / output characteristics can be obtained by interposing a layer.

すなわち、本発明に係る電気化学キャパシタは、金属箔集電体、該集電体に接続された電子伝導層、および該電子伝導層を介して集電体に接続された電極層を含む1対の接合体と、該電極層と接するように1対の接合体に挟持された高分子電解質膜とを備える構造体を有し、前記電極層が金属酸化物とプロトン伝導性を有する高分子結着材とを含み、前記高分子結着材および高分子電解質膜の少なくとも一方が、下記式(A)で表される構成単位と下記式(B)で表される構成単位とを含むスルホン化ポリアリーレンであり、前記電子伝導層が熱可塑性エラストマーと電子伝導性粒子とを含むことを特徴とする。   That is, the electrochemical capacitor according to the present invention includes a pair of metal foil current collector, an electron conductive layer connected to the current collector, and an electrode layer connected to the current collector through the electron conductive layer. And a polymer electrolyte membrane sandwiched between a pair of joined bodies so as to be in contact with the electrode layer, wherein the electrode layer has a polymer bond having proton conductivity with a metal oxide. And sulfonation in which at least one of the polymer binder and the polymer electrolyte membrane includes a structural unit represented by the following formula (A) and a structural unit represented by the following formula (B): Polyarylene, wherein the electron conductive layer contains a thermoplastic elastomer and electron conductive particles.

Figure 2008198936
Figure 2008198936

式(A)中、Yは−CO−、−SO2−、−SO−、−CONH−、−COO−、−(
CF2i−(iは1〜10の整数を示す。)および−C(CF32−からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を示し、Zは直接結合、または−(CH2j−(jは1〜10の整数を示す。)、−C(CH32−、−O−および−S−からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を示し、Arは−SO3H、−O(CH2pSO3Hまたは−O(CF2
pSO3Hで表される置換基(pは1〜12の整数を示す。)を有する芳香族基を示し、mは0〜10の整数を示し、nは0〜10の整数を示し、kは1〜4の整数を示す。
In the formula (A), Y represents —CO—, —SO 2 —, —SO—, —CONH—, —COO—, — (
CF 2 ) i — (wherein i represents an integer of 1 to 10) and at least one structure selected from the group consisting of —C (CF 3 ) 2 —, Z is a direct bond, or — (CH 2 ) J — (j represents an integer of 1 to 10), —C (CH 3 ) 2 —, —O— and —S— represent at least one structure, and Ar represents —SO 3 H, —O (CH 2 ) p SO 3 H or —O (CF 2
) P represents an aromatic group having a substituent represented by SO 3 H (p represents an integer of 1 to 12), m represents an integer of 0 to 10, and n represents an integer of 0 to 10. , K represents an integer of 1 to 4.

Figure 2008198936
Figure 2008198936

式(B)中、AおよびDは、それぞれ独立に直接結合、または−CO−、−SO2−、
−SO−、−CONH−、−COO−、−(CF2i−(iは1〜10の整数を示す。)、−(CH2j−(jは1〜10の整数を示す。)、−CR’2−(R’は脂肪族炭化水
素基、芳香族炭化水素基またはハロゲン化炭化水素基を示す。)、シクロヘキシリデン基、フルオレニリデン基、−O−および−S−からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を示し、Bは独立に酸素原子または硫黄原子であり、R1〜R16は、互いに同一でも異
なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、アルキル基、一部もしくは全部がハロゲン化
されたハロゲン化アルキル基、アリル基、アリール基、ニトロ基およびニトリル基からなる群より選ばれる少なくとも1種の原子または基を示し、sは0〜4の整数を示し、tは0〜4の整数を示し、rは0または1以上の整数を示す。
In the formula (B), A and D are each independently a direct bond, or —CO—, —SO 2 —,
—SO—, —CONH—, —COO—, — (CF 2 ) i — (i represents an integer of 1 to 10), — (CH 2 ) j — (j represents an integer of 1 to 10). ), —CR ′ 2 — (R ′ represents an aliphatic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group or a halogenated hydrocarbon group), a cyclohexylidene group, a fluorenylidene group, —O— and —S—. 1 represents at least one structure selected from the group, B is independently an oxygen atom or a sulfur atom, R 1 to R 16 may be the same or different from each other, and may be a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group, one Represents at least one atom or group selected from the group consisting of halogenated alkyl groups, allyl groups, aryl groups, nitro groups, and nitrile groups, all or part of which is halogenated, and s represents an integer of 0 to 4, t represents an integer of 0 to 4, r is Or an integer of 1 or more.

上記電子伝導層の厚みは1〜30μmであることが好ましい。また、上記電子伝導層において、熱可塑性エラストマーがスチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体であり、かつ、上記電子伝導性粒子がカーボンブラックであることが好ましい。   The thickness of the electron conductive layer is preferably 1 to 30 μm. In the electron conductive layer, the thermoplastic elastomer is preferably a styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer, and the electron conductive particles are preferably carbon black.

上記スルホン化ポリアリーレンは、スルホン酸基を0.3〜5meq/gの範囲で含有することが好ましい。   The sulfonated polyarylene preferably contains a sulfonic acid group in the range of 0.3 to 5 meq / g.

本発明によれば、耐腐食性および出力特性に優れた良好な蓄電性能を示し、かつ高耐久寿命の電気化学キャパシタを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the favorable electrical storage performance excellent in corrosion resistance and an output characteristic can be shown, and the electrochemical capacitor of a high durable life can be provided.

以下、本発明に係る電気化学キャパシタについて詳細に説明する。
本発明の電気化学キャパシタは、金属箔集電体、該集電体に接続された電子伝導層、および該電子伝導層を介して集電体に接続された電極層を含む1対の接合体と、該電極層と接するように1対の接合体に挟持された高分子電解質膜とを備える構造体を有し、前記電極層が金属酸化物とプロトン伝導性を有する高分子結着材とを含み、前記高分子結着材および高分子電解質膜の少なくとも一方が後述する特定のスルホン化ポリアリーレンであり、前記電子伝導層が熱可塑性エラストマーと電子伝導性粒子とを含む。
Hereinafter, the electrochemical capacitor according to the present invention will be described in detail.
The electrochemical capacitor of the present invention includes a pair of joined bodies including a metal foil current collector, an electron conductive layer connected to the current collector, and an electrode layer connected to the current collector through the electron conductive layer And a polymer electrolyte membrane sandwiched between a pair of joined bodies so as to be in contact with the electrode layer, wherein the electrode layer has a metal oxide and a polymer binder having proton conductivity; And at least one of the polymer binder and the polymer electrolyte membrane is a specific sulfonated polyarylene described later, and the electron conductive layer includes a thermoplastic elastomer and electron conductive particles.

<金属箔集電体>
本発明で用いられる金属箔集電体としては、たとえば、チタン、ニッケル、ステンレス、ニオブ等の金属箔を挙げることができる。これらの中では、サイクル特性および経時変化等の安定性からチタン、ステンレスおよびニオブが好ましく、箔への加工性やコスト等の観点からチタンおよびステンレスが特に好ましい。前記金属箔集電体の厚みは5〜100μm程度である。
<Metal foil current collector>
Examples of the metal foil current collector used in the present invention include metal foils such as titanium, nickel, stainless steel, and niobium. Among these, titanium, stainless steel, and niobium are preferable from the viewpoints of cycle characteristics and stability over time, and titanium and stainless steel are particularly preferable from the viewpoint of processability to foil, cost, and the like. The thickness of the metal foil current collector is about 5 to 100 μm.

<電子伝導層>
本発明で用いられる電子伝導層は、上記金属箔集電体と後述する電極層との間に形成され、熱可塑性エラストマーと電子伝導性粉体とを含む。このような電子伝導層を設けることにより、キャパシタの劣化を抑制することができる。
<Electron conductive layer>
The electron conductive layer used in the present invention is formed between the metal foil current collector and an electrode layer described later, and includes a thermoplastic elastomer and an electron conductive powder. By providing such an electron conductive layer, deterioration of the capacitor can be suppressed.

上記熱可塑性エラストマーとしては、たとえば、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体(SBS)、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体(SIS)、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体(SEBS)、官能基付与型SEBS(f-SEBS)、スチレン−エチレン−プロピレン−スチレンブロック共重
合体(SEPS)、ランダムタイプの水素添加型スチレン−ブタジエン共重合体(HSBR)、シンジオタクチック1,2ポリブタジエン(RB)、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー(TPO)、ポリ塩化ビニル系熱可塑性エラストマー(TPVC)、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー(TPU)、ポリエステル系熱可塑性エラストマー(TPEE)、ポリアミド系熱可塑性エラストマー(TPA)などが挙げられる。上記熱可塑性エラストマーは、樹脂相のガラス転移点が80℃以上のものが好ましい。
Examples of the thermoplastic elastomer include styrene-butadiene-styrene block copolymer (SBS), styrene-isoprene-styrene block copolymer (SIS), styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer (SEBS), Functional group-added SEBS (f-SEBS), styrene-ethylene-propylene-styrene block copolymer (SEPS), random type hydrogenated styrene-butadiene copolymer (HSBR), syndiotactic 1,2 polybutadiene ( RB), polyolefin-based thermoplastic elastomer (TPO), polyvinyl chloride-based thermoplastic elastomer (TPVC), polyurethane-based thermoplastic elastomer (TPU), polyester-based thermoplastic elastomer (TPEE), polyamide-based thermoplastic elastomer Stoma (TPA) is exemplified. The thermoplastic elastomer preferably has a glass transition point of the resin phase of 80 ° C. or higher.

上記電子伝導性粉体としては、たとえば、カーボンブラック、グラファイト等の炭素材料、金、銀等の貴金属粉末、あるいはニッケル、コバルト等の磁性粉末に貴金属をメッキしたものなどが挙げられる。   Examples of the electron conductive powder include carbon materials such as carbon black and graphite, noble metal powders such as gold and silver, or magnetic powders such as nickel and cobalt plated with noble metals.

良好なキャパシタ特性を発現するためには、電子伝導層は1μm〜30μmの薄層に形成する必要がある。このような観点から、上記電子伝導性粉体としては、粒子径が小さくても高電子伝導性の確保ができるカーボンブラック、具体的には、ケッチェンブラックEC、アセチレンブラック、バルカンXC72などが好ましい。   In order to exhibit good capacitor characteristics, the electron conductive layer needs to be formed in a thin layer of 1 μm to 30 μm. From this point of view, the electron conductive powder is preferably carbon black capable of ensuring high electron conductivity even when the particle size is small, specifically, ketjen black EC, acetylene black, Vulcan XC72, and the like. .

また、薄層の電子伝導層を形成するために、熱可塑性エラストマーはトルエン等の低沸点溶媒に可溶のものが、電子伝導性粉体と混合し薄層を形成する上で好適である。このような観点から、スチレンを含む熱可塑性エラストマーが好ましい。さらに、スチレンを含む熱可塑性エラストマーの中でも、熱安定性の高い不飽和結合を含まないSEBS、f−SEBS、SEPS、HSBRを用いることがより好ましく、SEBSが特に好ましい。   In order to form a thin electron conductive layer, a thermoplastic elastomer that is soluble in a low-boiling solvent such as toluene is suitable for mixing with the electron conductive powder to form a thin layer. From such a viewpoint, a thermoplastic elastomer containing styrene is preferable. Furthermore, among thermoplastic elastomers containing styrene, it is more preferable to use SEBS, f-SEBS, SEPS, and HSBR that do not contain highly heat-stable unsaturated bonds, and SEBS is particularly preferable.

電子伝導性粉末の熱可塑性エラストマーに対する望ましい混合比はエラストマー100重量部に対し20〜200重量部である。20重量部未満の場合は充分な電子伝導性を確保するのが困難であり、200重量部を越えると薄膜への成型が困難となる。   A desirable mixing ratio of the electron conductive powder to the thermoplastic elastomer is 20 to 200 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the elastomer. When the amount is less than 20 parts by weight, it is difficult to ensure sufficient electron conductivity. When the amount exceeds 200 parts by weight, it becomes difficult to form a thin film.

<電極層>
本発明で用いられる電極層は、上記電子伝導層を介して上記金属箔集電体に接続され、金属酸化物とプロトン伝導性を有する高分子結着材とを含む。
<Electrode layer>
The electrode layer used in the present invention is connected to the metal foil current collector through the electron conductive layer and includes a metal oxide and a polymer binder having proton conductivity.

上記金属酸化物としては、レドックスキャパシタに使用される金属酸化物であれば、貴金属酸化物および非金属酸化物のいずれも使用することができる。
貴金属酸化物としては、たとえば、RuO2、IrO2、RuO2とIrO2の複合物、R
uO2とTiO2の複合物、RuO2とZrO2の複合物、RuO2とNb25の複合物、R
uO2とSnO2の複合物、ルテニウムとバナジウムの複合酸化物、ルテニウムとモリブデンの複合酸化物、ルテニウムとカルシウムの複合酸化物などが挙げられる。
As the metal oxide, any noble metal oxide and non-metal oxide can be used as long as it is a metal oxide used in a redox capacitor.
Examples of the noble metal oxide include RuO 2 , IrO 2 , a composite of RuO 2 and IrO 2 , R
a composite of uO 2 and TiO 2, a composite of RuO 2 and ZrO 2, a composite of RuO 2 and Nb 2 O 5 , R
Examples include a composite of uO 2 and SnO 2 , a composite oxide of ruthenium and vanadium, a composite oxide of ruthenium and molybdenum, and a composite oxide of ruthenium and calcium.

非貴金属酸化物としては、たとえば、NiO、WO3、Co34、MoO3、TiO2、Fe34等を挙げることができる。
上記金属酸化物は水和物であってもよい。具体的には、RuO2・nH2O、(Ru+Ir)OX・nH2O、Ru(1-y)Cry2・nH2O、MnO2・nH2O、V25・nH2O、NiO・nH2Oなどが挙げられる。
Examples of non-noble metal oxides include NiO, WO 3 , Co 3 O 4 , MoO 3 , TiO 2 , and Fe 3 O 4 .
The metal oxide may be a hydrate. Specifically, RuO 2 · nH 2 O, (Ru + Ir) O X · nH 2 O, Ru (1-y) Cr y O 2 · nH 2 O, MnO 2 · nH 2 O, V 2 O 5 · nH 2 O, NiO.nH 2 O and the like can be mentioned.

上記金属酸化物の中では、高容量が得られることから非結晶性の水和金属酸化物系が好ましく、特に非結晶性のRuO2・nH2Oおよび(Ru+Ir)OX・nH2Oが好ましい。
金属酸化物は、通常、粒子状のものが使用され、好適には0.01〜5μmのものが好ましい。また、金属酸化物の電子伝導性を増強するために、カーボンブラックやグラファイト等の導電性付与剤を同時に加えてもよい。
Among the above metal oxides, a non-crystalline hydrated metal oxide system is preferable because a high capacity can be obtained. In particular, non-crystalline RuO 2 .nH 2 O and (Ru + Ir) O x .nH 2 O are used. preferable.
The metal oxide is usually in the form of particles, preferably 0.01 to 5 μm. In order to enhance the electronic conductivity of the metal oxide, a conductivity imparting agent such as carbon black or graphite may be added at the same time.

上記プロトン伝導性を有する高分子結着材としては、下記式(A)で表されるスルホン酸基を有する構成単位(以下「構成単位(A)」または「スルホン酸ユニット」ともいう。)と、下記式(B)で表されるスルホン酸基を有さない構成単位(以下「構成単位(B)」または「疎水性ユニット」ともいう。)とを含む下記式(C)で表されるスルホン化ポリアリーレンが好ましい。   Examples of the polymer binder having proton conductivity include a structural unit having a sulfonic acid group represented by the following formula (A) (hereinafter also referred to as “structural unit (A)” or “sulfonic acid unit”). And a structural unit having no sulfonic acid group represented by the following formula (B) (hereinafter also referred to as “structural unit (B)” or “hydrophobic unit”). Sulfonated polyarylene is preferred.

Figure 2008198936
Figure 2008198936

上記式(A)中、Yは−CO−、−SO2−、−SO−、−CONH−、−COO−、
−(CF2i−(iは1〜10の整数を示す。)および−C(CF32−からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を示す。これらの中では、−CO−および−SO2−が好
ましい。
In the above formula (A), Y represents —CO—, —SO 2 —, —SO—, —CONH—, —COO—,
- (CF 2) i - ( i is an integer from 1 to 10.) And -C (CF 3) 2 - exhibits at least one structure selected from the group consisting of. Of these, —CO— and —SO 2 — are preferable.

Zは直接結合、または−(CH2j−(jは1〜10の整数を示す。)、−C(CH3
2−、−O−および−S−からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を示す。これ
らの中では、直接結合および−O−が好ましい。
Z is a direct bond, or — (CH 2 ) j — (j represents an integer of 1 to 10), —C (CH 3
) Shows at least one structure selected from the group consisting of 2- , -O- and -S-. Among these, a direct bond and —O— are preferable.

Arは−SO3H、−O(CH2pSO3Hまたは−O(CF2pSO3Hで表される置
換基(pは1〜12の整数を示す。)を有する芳香族基を示す。芳香族基としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基などが挙げられ、フェニル基およびナフチル基が好ましい。また、Arは、−SO3H、−O(CH2)pSO3Hまたは−O(
CF2)pSO3Hで表される置換基を少なくとも1個有していることが必要であり、ナフチル基の場合には2個以上有することが好ましい。
Ar is an aromatic having a substituent represented by —SO 3 H, —O (CH 2 ) p SO 3 H or —O (CF 2 ) p SO 3 H (p represents an integer of 1 to 12). Indicates a group. Examples of the aromatic group include a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, and a phenanthryl group, and a phenyl group and a naphthyl group are preferable. Ar represents —SO 3 H, —O (CH 2 ) p SO 3 H or —O (
It is necessary to have at least one substituent represented by CF 2 ) p SO 3 H, and in the case of a naphthyl group, it is preferable to have two or more.

mは0〜10、好ましくは0〜2の整数であり、nは0〜10、好ましくは0〜2の整数であり、kは1〜4の整数を示す。
上記構成単位(A)の好ましい構造としては、上記式(A)において、
(1)m=0、n=0であり、Yが−CO−であり、Arが置換基として−SO3Hを有
するフェニル基である構造、
(2)m=1、n=0であり、Yが−CO−であり、Zが−O−であり、Arが置換基として−SO3Hを有するフェニル基である構造、
(3)m=1、n=1、k=1であり、Yが−CO−であり、Zが−O−であり、Arが置換基として−SO3Hを有するフェニル基である構造、
(4)m=1、n=0であり、Yが−CO−であり、Arが置換基として2個の−SO3
Hを有するナフチル基である構造、
(5)m=1、n=0であり、Yが−CO−であり、Zが−O−であり、Arが置換基として−O(CH24SO3Hを有するフェニル基である構造
などを挙げることができる。
m is an integer of 0 to 10, preferably 0 to 2, n is an integer of 0 to 10, preferably 0 to 2, and k is an integer of 1 to 4.
As a preferred structure of the structural unit (A), in the above formula (A),
(1) a structure in which m = 0, n = 0, Y is —CO—, and Ar is a phenyl group having —SO 3 H as a substituent;
(2) a structure in which m = 1, n = 0, Y is —CO—, Z is —O—, and Ar is a phenyl group having —SO 3 H as a substituent;
(3) A structure in which m = 1, n = 1, k = 1, Y is —CO—, Z is —O—, and Ar is a phenyl group having —SO 3 H as a substituent;
(4) m = 1, n = 0, Y is —CO—, and Ar is two substituents —SO 3.
A structure which is a naphthyl group having H,
(5) m = 1, n = 0, Y is —CO—, Z is —O—, and Ar is a phenyl group having —O (CH 2 ) 4 SO 3 H as a substituent. Examples include structures.

Figure 2008198936
Figure 2008198936

上記式(B)中、AおよびDは、それぞれ独立に直接結合、または−CO−、−SO2
−、−SO−、−CONH−、−COO−、−(CF2i−(iは1〜10の整数を示す。)、−(CH2j−(jは1〜10の整数を示す。)、−CR’2−(R’は脂肪族炭
化水素基、芳香族炭化水素基またはハロゲン化炭化水素基を示す。)、シクロヘキシリデン基、フルオレニリデン基、−O−および−S−からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を示す。これらの中では、直接結合、−CO−、−SO2−、−CR’2−、シクロヘキシリデン基、フルオレニリデン基および−O−が好ましい。なお、R’は脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基またはハロゲン化炭化水素基を示し、たとえば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、プロピル基、オクチル基、デシル基、オクタデシル基、フェニル基、トリフルオロメチル基などが挙げられる。
In the above formula (B), A and D are each independently a direct bond, or —CO—, —SO 2.
-, - SO -, - CONH -, - COO -, - (CF 2) i -, (i is an integer from 1 to 10.) - a (j is an integer of from 1 to 10 - (CH 2) j -CR ' 2- (R' represents an aliphatic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group or a halogenated hydrocarbon group), a cyclohexylidene group, a fluorenylidene group, -O- and -S- At least one structure selected from the group consisting of Among these, a direct bond, —CO—, —SO 2 —, —CR ′ 2 —, a cyclohexylidene group, a fluorenylidene group, and —O— are preferable. R ′ represents an aliphatic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group or a halogenated hydrocarbon group. For example, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, t-butyl group, A propyl group, an octyl group, a decyl group, an octadecyl group, a phenyl group, a trifluoromethyl group, etc. are mentioned.

Bは独立に酸素原子または硫黄原子であり、酸素原子が好ましい。
1〜R16は、互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、アルキル
基、一部もしくは全部がハロゲン化されたハロゲン化アルキル基、アリル基、アリール基、ニトロ基およびニトリル基からなる群より選ばれる少なくとも1種の原子または基を示す。
B is independently an oxygen atom or a sulfur atom, preferably an oxygen atom.
R 1 to R 16 may be the same as or different from each other, and are a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group, a halogenated alkyl group partially or wholly halogenated, an allyl group, an aryl group, a nitro group, and a nitrile group. At least one atom or group selected from the group consisting of

上記R1〜R16におけ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、アミル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基などが挙げられる。ハロゲン化アルキル基としては、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、パーフルオロプロピル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロペンチル基、パーフルオロヘキシル基などが挙げられる。アリル基としては、プロペニル基などが挙げられる。アリール基としては、フェニル基、ペンタフルオロフェニル基などが挙げられる。
Examples of the alkyl group in R 1 to R 16 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, an amyl group, a hexyl group, a cyclohexyl group, and an octyl group. Examples of the halogenated alkyl group include a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, a perfluoropropyl group, a perfluorobutyl group, a perfluoropentyl group, and a perfluorohexyl group. Examples of the allyl group include a propenyl group. Examples of the aryl group include a phenyl group and a pentafluorophenyl group.

sは0〜4の整数を示し、tは0〜4の整数を示す。rは0または1以上の整数を示し、上限は通常100、好ましくは1〜80である。
上記構成単位(B)の好ましい構造としては、上記式(B)において、
(1)s=1、t=1であり、Aが−CR’2−、シクロヘキシリデン基またはフルオレ
ニリデン基であり、Bが酸素原子であり、Dが−CO−または−SO2−であり、R1〜R16が水素原子またはフッ素原子である構造、
(2)s=1、t=0であり、Bが酸素原子であり、Dが−CO−または−SO2−であ
り、R1〜R16が水素原子またはフッ素原子である構造、
(3)s=0、t=1であり、Aが−CR’2−、シクロヘキシリデン基またはフルオレ
ニリデン基、Bが酸素原子であり、R1〜R16が水素原子、フッ素原子またはニトリル基
である構造
などが挙げられる。
s represents an integer of 0 to 4, and t represents an integer of 0 to 4. r shows 0 or an integer greater than or equal to 1, and an upper limit is 100 normally, Preferably it is 1-80.
As a preferred structure of the structural unit (B), in the above formula (B),
(1) s = 1, t = 1, A is —CR ′ 2 —, a cyclohexylidene group or a fluorenylidene group, B is an oxygen atom, and D is —CO— or —SO 2 —. , R 1 to R 16 are hydrogen atoms or fluorine atoms,
(2) a structure in which s = 1, t = 0, B is an oxygen atom, D is —CO— or —SO 2 —, and R 1 to R 16 are hydrogen atoms or fluorine atoms,
(3) s = 0, t = 1, A is —CR ′ 2 —, a cyclohexylidene group or a fluorenylidene group, B is an oxygen atom, and R 1 to R 16 are a hydrogen atom, a fluorine atom, or a nitrile group. The structure etc. which are are mentioned.

Figure 2008198936
Figure 2008198936

上記式(C)中、A、B、D、Y、Z、Ar、k、m、n、r、s、tおよびR1〜R16は、それぞれ上記式(A)および(B)中で定義した通りである。xおよびyは、x+
y=100モル%とした場合のモル比を示す。
In the above formula (C), A, B, D, Y, Z, Ar, k, m, n, r, s, t and R 1 to R 16 are respectively in the above formulas (A) and (B). As defined. x and y are x +
The molar ratio when y = 100 mol% is shown.

上記スルホン化スルホン化ポリアリーレンは、構成単位(A)を0.5〜100モル%、好ましくは10〜99.999モル%の割合で含有し、構成単位(B)を99.5〜0モル%、好ましくは90〜0.001モル%の割合で含有する。   The sulfonated sulfonated polyarylene contains the structural unit (A) in a proportion of 0.5 to 100 mol%, preferably 10 to 99.999 mol%, and contains 99.5 to 0 mol of the structural unit (B). %, Preferably 90 to 0.001 mol%.

上記スルホン化ポリアリーレンの製造方法としては、たとえば、下記に示すA法、B法およびC法が挙げられる。
(A法)たとえば、特開2004−137444号公報に記載の方法で、上記構成単位(A)となりうるスルホン酸エステル基を有するモノマーと、上記構成単位(B)となりうるモノマーまたはオリゴマーとを共重合させ、スルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを製造し、該スルホン酸エステル基を脱エステル化して、スルホン酸エステル基をスルホン酸基に変換する方法。
Examples of the method for producing the sulfonated polyarylene include the following methods A, B, and C.
(Method A) For example, in the method described in JP-A No. 2004-137444, a monomer having a sulfonate group that can be the structural unit (A) and a monomer or oligomer that can be the structural unit (B) are combined. A method of polymerizing to produce a polyarylene having a sulfonic acid ester group, deesterifying the sulfonic acid ester group, and converting the sulfonic acid ester group into a sulfonic acid group.

(B法)たとえば、特開2001−342241号公報に記載の方法で、上記式(A)で表される骨格を有するが、スルホン酸基およびスルホン酸エステル基のいずれも有しないモノマーと、上記構成単位(B)となりうるモノマーまたはオリゴマーとを共重合させ、得られた共重合体を、スルホン化剤を用いてスルホン化する方法。   (Method B) For example, in the method described in JP-A-2001-342241, a monomer having a skeleton represented by the above formula (A) but having neither a sulfonic acid group nor a sulfonic acid ester group; A method in which a monomer or an oligomer that can be the structural unit (B) is copolymerized, and the resulting copolymer is sulfonated using a sulfonating agent.

(C法)上記式(A)中のArが、−O(CH2pSO3Hまたは−O(CF2pSO3Hで表される置換基を有する芳香族基である場合には、たとえば、特開2005−60625号公報に記載の方法で、上記構成単位(A)となりうる前駆体のモノマーと、上記構成単位(B)となりうるモノマーまたはオリゴマーとを共重合させ、次いで、アルキルスルホン酸またはフッ素置換されたアルキルスルホン酸を導入する方法。 (Method C) When Ar in the above formula (A) is an aromatic group having a substituent represented by —O (CH 2 ) p SO 3 H or —O (CF 2 ) p SO 3 H Is, for example, copolymerized a precursor monomer that can be the structural unit (A) and a monomer or oligomer that can be the structural unit (B) by the method described in JP-A-2005-60625, A method of introducing an alkyl sulfonic acid or a fluorine-substituted alkyl sulfonic acid.

上記A法で用いることができる、上記構成単位(A)となりうるスルホン酸エステル基を有するモノマーとしては、たとえば、特開2004−137444号公報、特開2004−345997号公報、特開2004−346163号公報に記載されているスルホン酸エステル類を挙げることができる。   Examples of the monomer having a sulfonate group that can be the structural unit (A) that can be used in the method A include, for example, JP-A Nos. 2004-137444, 2004-345997, and 2004-346163. Examples thereof include sulfonic acid esters described in Japanese Patent Publication No. Gazette.

上記B法で用いることができる、上記構成単位(B)となりうるスルホン酸基およびスルホン酸エステル基のいずれも有しないモノマーとしては、たとえば、特開2001−342241号公報、特開2002−293889号公報に記載されているジハロゲン化物を挙げることができる。   Examples of the monomer that can be used in the above-mentioned method B and has neither a sulfonic acid group or a sulfonic acid ester group that can be the structural unit (B) include, for example, JP-A Nos. 2001-342241 and 2002-293889. Mention may be made of the dihalides described in the publication.

上記C法で用いることができる、上記構成単位(A)となりうる前駆体のモノマーとしては、たとえば、特開2005−36125号公報に記載されているジハロゲン化物を挙げることができる。   Examples of the precursor monomer that can be the structural unit (A) that can be used in the method C include dihalides described in JP-A-2005-36125.

上記A法で用いられるスルホン酸エステルの具体例としては、以下の様な化合物が挙げられる。   Specific examples of the sulfonic acid ester used in the method A include the following compounds.

Figure 2008198936
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Figure 2008198936
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Figure 2008198936
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Figure 2008198936
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Figure 2008198936
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また、上記B法で用いられるスルホン酸基およびスルホン酸エステル基のいずれも有しない化合物の具体例としては、下記の様な化合物が挙げられる。   Moreover, the following compounds are mentioned as a specific example of the compound which does not have any of the sulfonic acid group and sulfonic acid ester group which are used by the said B method.

Figure 2008198936
Figure 2008198936

Figure 2008198936
Figure 2008198936

また、いずれの方法においても用いられる、上記構成単位(B)となりうるモノマーまたはオリゴマーとしては、
r=0の場合、たとえば、4,4’−ジクロロベンゾフェノン、4,4’−ジクロロベンズアニリド、2,2−ビス(4−クロロフェニル)ジフルオロメタン、2,2−ビス(4−クロロフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、4−クロロ安息香酸−4−クロロフェニルエステル、ビス(4−クロロフェニル)スルホキシド、ビス(4−クロロフェニル)スルホン、2,6−ジクロロベンゾニトリルなどが挙げられる。これらの化合物において、塩素原子が臭素原子またはヨウ素原子に置き換わった化合物なども用いることができる。
Moreover, as a monomer or oligomer that can be the structural unit (B) used in any method,
When r = 0, for example, 4,4′-dichlorobenzophenone, 4,4′-dichlorobenzanilide, 2,2-bis (4-chlorophenyl) difluoromethane, 2,2-bis (4-chlorophenyl) -1 , 1,1,3,3,3-hexafluoropropane, 4-chlorobenzoic acid-4-chlorophenyl ester, bis (4-chlorophenyl) sulfoxide, bis (4-chlorophenyl) sulfone, 2,6-dichlorobenzonitrile, etc. Is mentioned. Among these compounds, compounds in which a chlorine atom is replaced with a bromine atom or an iodine atom can also be used.

r=1の場合、たとえば、特開2003−113136号公報に記載の化合物を挙げることができる。
r≧2の場合、たとえば、特開2004−137444号公報、特開2004−244517号公報、特開2004−346164号公報、特開2005−112985号公報、特開2006−28414号公報、特開2006−28415号公報に記載の化合物を
挙げることができる。
In the case of r = 1, for example, compounds described in JP-A-2003-113136 can be exemplified.
In the case of r ≧ 2, for example, JP 2004-137444 A, JP 2004-244517 A, JP 2004-346164 A, JP 2005-112985 A, JP 2006-28414 A, JP The compounds described in 2006-28415 can be mentioned.

上記構成単位(B)となりうるモノマーまたはオリゴマーの例示としては、下記式で表される化合物などを挙げることができる。   Examples of the monomer or oligomer that can be the structural unit (B) include compounds represented by the following formulas.

Figure 2008198936
Figure 2008198936

スルホン酸基を有するポリアリーレンを得るためは、まず、上記構成単位(A)となりうるモノマーと上記構成単位(B)となりうるモノマーまたはオリゴマーとを触媒の存在下に共重合させ、前駆体のポリアリーレンを得ることが必要である。この際使用される触媒は、遷移金属化合物を含む触媒系であり、このような触媒系としては、(i)遷移金属
塩および配位子となる化合物(以下「配位子成分」という)、または、配位子が配位された遷移金属錯体(銅塩を含む)と、(ii)還元剤とを必須成分とし、さらに、重合速度を
上げるために「塩」を添加してもよい。これらの触媒成分の具体例、各成分の使用割合、反応溶媒、濃度、温度、時間等の重合条件は、たとえば、特開2001−342241号公報に記載されている条件を採用することができる。
In order to obtain a polyarylene having a sulfonic acid group, first, a monomer that can be the structural unit (A) and a monomer or oligomer that can be the structural unit (B) are copolymerized in the presence of a catalyst, It is necessary to obtain arylene. The catalyst used in this case is a catalyst system containing a transition metal compound, and as such a catalyst system, (i) a compound that becomes a transition metal salt and a ligand (hereinafter referred to as “ligand component”), Alternatively, a transition metal complex coordinated with a ligand (including a copper salt) and (ii) a reducing agent may be essential components, and a “salt” may be added to increase the polymerization rate. For example, the conditions described in JP-A-2001-342241 can be adopted as specific examples of these catalyst components, the use ratio of each component, the reaction solvent, concentration, temperature, time, and other polymerization conditions.

本発明で用いられるスルホン化ポリアリーレンは、上記のようにして得られた前駆体のポリアリーレンを、スルホン酸基を有するポリアリーレンに変換することにより得ることができる。この方法としては、下記の3通りの方法がある。   The sulfonated polyarylene used in the present invention can be obtained by converting the precursor polyarylene obtained as described above into a polyarylene having a sulfonic acid group. As this method, there are the following three methods.

(a法)上記A法で得られた、前駆体のスルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを、特開2004−137444号公報に記載の方法で脱エステル化する方法。
(b法)上記B法で得られた前駆体のポリアリーレンを、特開2001−342241号公報に記載の方法でスルホン化する方法。
(Method a) A method of deesterifying the precursor polyarylene having a sulfonate group obtained by Method A by the method described in JP-A-2004-137444.
(Method b) A method of sulfonating the precursor polyarylene obtained in Method B by the method described in JP-A-2001-342241.

(c法)上記C法で得られた前駆体のポリアリーレンに、特開2005−60625号公報に記載の方法で、アルキルスルホン酸基を導入する方法。
上記のような方法により製造される、上記式(C)で表されるスルホン化ポリアリーレンは、スルホン酸基を、通常、0.3〜5meq/g、好ましくは0.5〜3meq/g、さらに好ましくは0.8〜2.8meq/gの範囲で含有する。スルホン酸基量(イオン交換容量)が上記範囲よりも低いと、プロトン伝導度が低くなり出力特性が低下する傾向にある。一方、スルホン酸基量が上記範囲を超えると、耐水性が大幅に低下してしまうことがある。
(Method c) A method of introducing an alkylsulfonic acid group into the precursor polyarylene obtained by the method C by the method described in JP-A-2005-60625.
The sulfonated polyarylene represented by the above formula (C) produced by the method as described above generally has a sulfonic acid group of 0.3 to 5 meq / g, preferably 0.5 to 3 meq / g, More preferably, it contains in the range of 0.8-2.8 meq / g. When the amount of sulfonic acid group (ion exchange capacity) is lower than the above range, proton conductivity tends to be low and output characteristics tend to be lowered. On the other hand, if the amount of the sulfonic acid group exceeds the above range, the water resistance may be significantly lowered.

上記スルホン酸基量は、例えば、上記構成単位(A)となりうる前駆体のモノマーと、上記構成単位(B)となりうるモノマーまたはオリゴマーの種類、使用割合、組み合わせを変えることにより、調整することができる。   The amount of the sulfonic acid group can be adjusted, for example, by changing the type, use ratio, and combination of the precursor monomer that can be the structural unit (A) and the monomer or oligomer that can be the structural unit (B). it can.

このようにして得られるスルホン化ポリアリーレンの分子量は、ゲルパーミエションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量で、1万〜100万、好ましくは1万〜80万、より好ましくは2万〜20万である。   The molecular weight of the sulfonated polyarylene obtained as described above is 10,000 to 1,000,000, preferably 10,000 to 800,000, more preferably 20,000 to the polystyrene-reduced weight average molecular weight by gel permeation chromatography (GPC). 200,000.

プロトン伝導性を有する高分子結着材として、上記スルホン化ポリアリーレンを用いることにより、電極と電解質の界面における水素イオンの交換反応が円滑に進み、良好な蓄電特性が得られる。   By using the sulfonated polyarylene as the polymer binder having proton conductivity, the exchange reaction of hydrogen ions at the interface between the electrode and the electrolyte proceeds smoothly, and good power storage characteristics are obtained.

また、本発明に用いられる高分子結着材は、電極材への添加量が少量であっても電極粒子間の良好な結着性が確保でき、良好なプロトン伝導性および電子伝導性が得られるため、高エネルギー密度の良好な充放電性能が得られる。   In addition, the polymer binder used in the present invention can ensure good binding between the electrode particles even if the addition amount to the electrode material is small, and good proton conductivity and electron conductivity can be obtained. Therefore, good charge / discharge performance with high energy density can be obtained.

さらに、上記高分子結着材の使用により、集電体となる金属箔との良好な接着性が確保できるため、集電体−電極界面での抵抗損失も最小限に抑えることができる。
電極中に含まれる高分子結着材の量は、上記金属酸化物100重量部に対して2.5〜50重量部、好適には5〜25重量部の範囲にあることが望ましい。前記範囲の下限未満では金属箔集電体との接着性が低下することがあり、上限を超えた場合、電極粒子間の電子伝導性が低下するため、充放電特性の低下を招くことがある。
Furthermore, the use of the polymer binder can ensure good adhesion to the metal foil serving as the current collector, so that the resistance loss at the current collector-electrode interface can be minimized.
The amount of the polymer binder contained in the electrode is desirably 2.5 to 50 parts by weight, preferably 5 to 25 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the metal oxide. If it is less than the lower limit of the above range, the adhesiveness with the metal foil current collector may be reduced, and if it exceeds the upper limit, the electron conductivity between the electrode particles is reduced, which may cause deterioration of charge / discharge characteristics. .

<接合体>
本発明における電極−電子伝導層−集電体の接合体は、以下のようにして作製することができる。まず、上記熱可塑性エラストマーおよび電子伝導性粒子を揮発性溶媒に分散または溶解させてペースト状にしたものを、たとえばポリエステルフィルムなどの剥離性の高い基材表面に塗布して乾燥することにより電子伝導層を形成する。次いで、得られた電
子伝導層上に、高分子結着材および金属酸化物粒子を揮発性溶媒に分散または溶解させてペースト状としたものを塗布して乾燥することにより電極層を形成する。その後、基材を剥離し、電子伝送層が接するように金属箔集電体に重ねて熱プレスを行うことにより、電極−電子伝導層―集電体の接合体が得られる。
<Joint>
The electrode-electron conductive layer-current collector assembly in the present invention can be produced as follows. First, the above-mentioned thermoplastic elastomer and electron conductive particles are dispersed or dissolved in a volatile solvent to form a paste, which is applied to a surface of a highly peelable substrate such as a polyester film and dried. Form a layer. Next, an electrode layer is formed by applying and drying a paste obtained by dispersing or dissolving the polymer binder and metal oxide particles in a volatile solvent on the obtained electron conductive layer. Thereafter, the base material is peeled off, and the metal foil current collector is superposed on the metal foil current collector so that the electron transmission layer is in contact with it, whereby an electrode-electron conductive layer-current collector assembly is obtained.

上記方法において、電極用ペーストが下地層である電子伝導層を塗布の際に溶解させぬように、溶媒の選択を行う必要がある。
また、金属箔集電体の表面に、電子伝導層用ペーストを直接塗布して乾燥させ、次いで電極用ペーストを塗布して乾燥することにより、電極−電子伝導層−集電体の接合体を作製することもできる。
In the above method, it is necessary to select a solvent so that the electrode conductive paste does not dissolve the electron conductive layer which is the base layer during coating.
Also, the electrode-electron conductive layer-current collector assembly is obtained by directly applying and drying the electron conductive layer paste on the surface of the metal foil current collector, and then applying the electrode paste and drying. It can also be produced.

得られた電極−電子伝導層−集電体の接合体に、さらに熱ロール圧延等の処理を行い電極の圧縮処理を行ってもよい。
<高分子電解質膜>
本発明で用いられる高分子電解質膜は、上記高分子結着材として好適に用いることができるスルホン化ポリアリーレンを含むことが好ましい。前記高分子電解質膜は、上記スルホン化ポリマーを溶剤に溶解した後、必要に応じて添加剤を加えた後、基体上に流延してフィルム状に成形する方法(キャスティング法)などにより、製造することができる。
The obtained electrode-electron conductive layer-current collector assembly may be further subjected to a treatment such as hot roll rolling to compress the electrode.
<Polymer electrolyte membrane>
The polymer electrolyte membrane used in the present invention preferably contains a sulfonated polyarylene that can be suitably used as the polymer binder. The polymer electrolyte membrane is produced by, for example, a method (casting method) in which the sulfonated polymer is dissolved in a solvent, an additive is added as necessary, and then cast on a substrate to form a film. can do.

上記基体としては、通常の溶液キャスティング法に用いられる基体であれば特に限定されず、例えば、プラスチック製、金属製などの基体が用いられ、好ましくは、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムなどの熱可塑性樹脂からなる基体が用いられる。   The substrate is not particularly limited as long as it is a substrate used in a usual solution casting method. For example, a substrate made of plastic or metal is used, and preferably a thermoplastic resin such as a polyethylene terephthalate (PET) film. A substrate made of is used.

上記溶媒としては、たとえば、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、γ−ブチロラクトン、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチル尿素、ジメチルイミダゾリジノン(DMI)などの非プロトン系極性溶剤が挙げられ、特に溶解性および溶液粘度の面から、N−メチル−2−ピロリドンが好ましい。上記溶媒は、1種単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   Examples of the solvent include non-protons such as N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, γ-butyrolactone, N, N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, dimethylurea, and dimethylimidazolidinone (DMI). Examples thereof include N-methyl-2-pyrrolidone, particularly from the viewpoint of solubility and solution viscosity. The said solvent may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more type.

また、スルホン化ポリアリーレンを溶解させる溶媒として、上記非プロトン系極性溶剤とアルコールとの混合物を用いてもよい。アルコールとしては、具体的には、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、iso−プロピルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコールなどが挙げられ、特にメタノールが幅広い組成範囲で溶液粘度を下げる効果があり好ましい。アルコールは、1種単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   Further, as a solvent for dissolving the sulfonated polyarylene, a mixture of the above aprotic polar solvent and alcohol may be used. Specific examples of the alcohol include methanol, ethanol, propyl alcohol, iso-propyl alcohol, sec-butyl alcohol, tert-butyl alcohol, etc. Methanol is particularly preferable because it has an effect of reducing the solution viscosity in a wide composition range. . Alcohol may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more type.

上記高分子電解質膜を調製する際には、酸性イオン伝導性成分を含有する高分子化合物や、上記溶媒以外に、硫酸、リン酸などの無機酸、カルボン酸を含む有機酸、適量の水などを併用してもよい。   When preparing the polymer electrolyte membrane, in addition to the polymer compound containing the acidic ion conductive component, the above solvent, inorganic acid such as sulfuric acid and phosphoric acid, organic acid including carboxylic acid, appropriate amount of water, etc. May be used in combination.

また、高分子電解質膜を調製する際には、酸性イオン伝導性成分を含有する高分子化合物、上記溶媒および有機酸以外に、ポリマー中の酸性イオン伝導性成分(スルホン酸基)と相互作用する添加剤を併用してもよい。スルホン化ポリアリーレンを含有する溶液に加える添加剤は、スルホン化ポリアリーレンに対して酸−塩基相互作用、すなわち塩形成可能であり、水もしくは極性溶媒に可溶な有機もしくは無機化合物が選択される。   Moreover, when preparing a polymer electrolyte membrane, in addition to the polymer compound containing an acidic ion conductive component, the solvent and the organic acid, it interacts with the acidic ion conductive component (sulfonic acid group) in the polymer. You may use an additive together. Additives added to the solution containing the sulfonated polyarylene are selected from organic or inorganic compounds that are capable of acid-base interaction, ie, salt formation, with respect to the sulfonated polyarylene and are soluble in water or polar solvents. .

また、スルホン化ポリアリーレンを溶剤に溶解し、得られた溶液を電極表面に直接塗布して乾燥することにより高分子電解質膜を形成してもよい。
高分子電解質膜の膜厚としては、キャパシタの容量、大きさ、出力などにより適宜選択されるが、通常15〜150μm程度であればよい。
Alternatively, the polymer electrolyte membrane may be formed by dissolving sulfonated polyarylene in a solvent and directly applying the resulting solution to the electrode surface and drying.
The film thickness of the polymer electrolyte membrane is appropriately selected depending on the capacity, size, output, etc. of the capacitor, but is usually about 15 to 150 μm.

<電気化学キャパシタ>
本発明の電気化学キャパシタは以下のようにして得ることができる。まず、上記高分子電解質膜を1対の電極−電子伝導層−集電体の接合体で挟持し、熱プレスや熱圧延により電解質膜と電極界面とを接合することにより、膜−電極−電子伝導層−集電体の構造体を形成する。次いで、得られた膜−電極−電子伝導層−集電体の構造体を、水に浸漬して含水させた後、所定のキャパシタ缶内に収容する。これにより、電気化学キャパシタとして使用することができる。なお、必要に応じて、前記構造体は2層以上の積層体としてもよく、あるいは、前記構造体を巻回させて収容させてもよい。2層以上に積層したり、巻回体を使用すれば、容量を増大させることが可能となる。また、積層体とする際に、隣り合う集電体を共用して、1枚の集電体の表裏に電極を形成する構造にしてもよい。
<Electrochemical capacitor>
The electrochemical capacitor of the present invention can be obtained as follows. First, the polymer electrolyte membrane is sandwiched between a pair of electrode-electron conductive layer-current collector assembly, and the membrane-electrode-electron is joined by joining the electrolyte membrane and the electrode interface by hot pressing or hot rolling. A conductive layer-current collector structure is formed. Next, the obtained membrane-electrode-electron conductive layer-current collector structure is immersed in water to contain water, and then accommodated in a predetermined capacitor can. Thereby, it can be used as an electrochemical capacitor. If necessary, the structure may be a laminate of two or more layers, or the structure may be wound and accommodated. If two or more layers are laminated or a wound body is used, the capacity can be increased. Moreover, when it is set as a laminated body, you may make it the structure which shares an adjacent collector and forms an electrode on the front and back of one collector.

本発明の電気化学キャパシタは、以下のようにして得ることもできる。まず、ポリエステルフィルム等の剥離し易い基材上に、電子伝導層用ぺーストを塗布して乾燥し、得られた電子伝導層上に電極用ペーストを塗布して乾燥することにより、電極−電子伝導層の2層体を形成する。次いで、前記2層体を基材より剥離した後、1対の電極−電子伝導層の2層体で高分子電解質膜を挟持し、熱プレスや熱圧延により電子伝導層−電極−膜−電極−電子伝導層の構造体を予め作成する。その後 熱プレス等により前記構造体と集電体とを交互に積層することにより、所望の層数の電気化学キャパシタが得られる。   The electrochemical capacitor of the present invention can also be obtained as follows. First, a paste for an electron conductive layer is applied and dried on a base material that is easily peeled off, such as a polyester film, and an electrode-electron is applied by applying an electrode paste on the obtained electron conductive layer and drying. A two-layer body of conductive layers is formed. Next, after peeling off the two-layer body from the base material, the polymer electrolyte membrane is sandwiched between the two-layer body of a pair of electrodes-electron conductive layer, and the electron conductive layer-electrode-membrane-electrode is formed by hot pressing or hot rolling. -Prepare the structure of the electron conductive layer in advance. Thereafter, the structure and the current collector are alternately laminated by hot pressing or the like to obtain an electrochemical capacitor having a desired number of layers.

また、上記構造体を形成する際に予め電解質膜または電極−集電体の接合体を含水させた後、熱プレス等により電解質膜と電極界面とを接合して、膜−電極−集電体の構造体を形成させてもよい。   In addition, when the above structure is formed, the electrolyte membrane or the electrode-current collector assembly is preliminarily hydrated, and then the electrolyte membrane and the electrode interface are joined by hot pressing or the like to form the membrane-electrode-current collector. The structure may be formed.

なお、上記のように、高分子結着材および高分子電解質膜の両方に上記スルホン化ポリアリーレンが含まれていてもよく、いずれか一方に含まれていてもよい。
次に、図面を参照しながら本発明に係る電気化学キャパシタについて説明する。図1は電気化学キャパシタに用いる膜−電極−電子伝導体層−集電体構造体の一構成例を示す説明的断面図である。
As described above, both the polymer binder and the polymer electrolyte membrane may contain the sulfonated polyarylene, or may be contained in one of them.
Next, the electrochemical capacitor according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view showing a configuration example of a membrane-electrode-electron conductor layer-current collector structure used in an electrochemical capacitor.

本発明の電気化学キャパシタは、例えば、図1に示す構成の膜、電極、電子伝導体層および集電体からなる構造体を有する。膜−電極−電子伝導体層−集電体構造体は、正極1と負極2との間に高分子電解質膜3を有しており、正極1および負極2は、いずれも集電体層4と、該集電体層4上に形成された電子伝導層6および電極層5とを備え、電極層5側で高分子電解質膜3に接している。   The electrochemical capacitor of the present invention has, for example, a structure composed of a film, an electrode, an electron conductor layer, and a current collector configured as shown in FIG. The membrane-electrode-electron conductor layer-current collector structure has a polymer electrolyte membrane 3 between the positive electrode 1 and the negative electrode 2, and each of the positive electrode 1 and the negative electrode 2 has a current collector layer 4. And an electron conductive layer 6 and an electrode layer 5 formed on the current collector layer 4 and in contact with the polymer electrolyte membrane 3 on the electrode layer 5 side.

高分子電解質膜3は上述したスルホン化ポリアリーレンを含み、電極層5は上述した金属酸化物と結着材としてプロトン伝導性ポリマーとを含み、電子伝導層6は上述した電子伝導性粒子および熱可塑性エラストマーを含んでいる。   The polymer electrolyte membrane 3 includes the sulfonated polyarylene described above, the electrode layer 5 includes the above-described metal oxide and a proton conductive polymer as a binder, and the electron conductive layer 6 includes the above-described electron conductive particles and heat. Contains plastic elastomer.

集電体層4は金属箔からなる。電極層5と集電体4との接合は、上述したように、金属酸化物粉末と結着材となるプロトン電導性ポリマーとを均一に混合した電極ペーストを、電子伝導層6が設けられた集電体4に直接塗工して電極層5を形成することにより、あるいは、電子伝導層6が設けられたポリエステルフィルム等の基材上に電極ペーストを塗工して形成された電極層5と金属箔集電体4とを熱プレスすることにより、行うことができる。   The current collector layer 4 is made of a metal foil. As described above, the electrode layer 5 and the current collector 4 are bonded to each other by providing an electron conductive layer 6 of an electrode paste in which a metal oxide powder and a proton conductive polymer serving as a binder are uniformly mixed. The electrode layer 5 formed by coating the current collector 4 directly to form the electrode layer 5 or by applying an electrode paste on a substrate such as a polyester film provided with the electron conductive layer 6. And the metal foil current collector 4 can be performed by hot pressing.

そして、高分子電解質膜3を、電極−電子伝導層−集電体の接合体である正極1および負極2で挟持させた状態で加熱プレスして電極−電解質膜界面を接合させることにより、膜−電極−電子伝導層−集電体の構造体が形成される。前記構造体は、含水させた後、外
装ケースである封止缶8にセットされ、必要に応じて、波形バネ9によって固定され、封口することにより、電気化学キャパシタが形成される。
Then, the polymer electrolyte membrane 3 is heated and pressed in a state of being sandwiched between the positive electrode 1 and the negative electrode 2 which are electrode-electron conductive layer-current collector assemblies, and the electrode-electrolyte membrane interface is joined. A structure of an electrode, an electron conductive layer, and a current collector is formed. After the structure is water-containing, it is set in a sealing can 8 that is an outer case, and is fixed by a wave spring 9 and sealed as necessary to form an electrochemical capacitor.

封止缶の材質は、硫酸による腐食防止の観点からSUSを使用することができる。また、外装ケースは、図1に示すボタン形状のほかに、キャパシタの形状に応じて円筒型や角型など、種々の形状を採用することが可能である。   As the material of the sealing can, SUS can be used from the viewpoint of preventing corrosion by sulfuric acid. In addition to the button shape shown in FIG. 1, the outer case can adopt various shapes such as a cylindrical shape and a square shape depending on the shape of the capacitor.

[実施例]
以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、以下の実施例等において、スルホン酸当量、分子量およびプロトン伝導度は下記のようにして求めた。
[Example]
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples. In the following examples and the like, the sulfonic acid equivalent, molecular weight and proton conductivity were determined as follows.

1.分子量の測定
スルホン酸基を有しないポリアリーレンの分子量は、溶剤としてテトラヒドロフラン(THF)を用い、GPCによってポリスチレン換算の分子量を求めた。スルホン酸基を有するポリアリーレンの分子量は、臭化リチウムおよび燐酸を添加したN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を溶離液として用い、GPCによってポリスチレン換算の分子量を求めた。
1. Measurement of Molecular Weight The molecular weight of polyarylene having no sulfonic acid group was determined by GPC using polystyrene (THF) as a solvent and the molecular weight in terms of polystyrene. The molecular weight of polyarylene having a sulfonic acid group was determined by GPC using polystyrene as a molecular weight using N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to which lithium bromide and phosphoric acid were added as an eluent.

2.スルホン酸当量
得られたスルホン酸基を有する重合体を、水洗水が中性になるまで十分に洗浄してフリーに残存している酸を除去し、乾燥した。次いで、所定量の重合体を秤量し、THF/水の混合溶剤に溶解したフェノールフタレインを指示薬とし、NaOHの標準液を用いて滴定を行い、中和点からスルホン酸当量を求めた。
2. Sulfonic acid equivalent The obtained polymer having a sulfonic acid group was thoroughly washed until the washing water became neutral to remove free remaining acid and dried. Next, a predetermined amount of polymer was weighed, and titration was performed using a standard solution of NaOH using phenolphthalein dissolved in a THF / water mixed solvent as an indicator, and the sulfonic acid equivalent was determined from the neutralization point.

3.プロトン伝導度の測定
交流抵抗は、5mm幅の短冊状の高分子電解質膜試料の表面に、白金線(直径0.5mm)を押し当て、恒温恒湿装置中に試料を保持し、白金線間の交流インピーダンス測定から求めた。具体的な条件としては、25℃、相対湿度100%の環境下で交流10kHzにおけるインピーダンスを測定した。抵抗測定装置として、(株)NF回路設計ブロック製のケミカルインピーダンス測定システムを用い、恒温恒湿装置には(株)ヤマト科学製のJW241を使用した。白金線を5mm間隔に5本押し当てて、線間距離を5〜20mmに変化させて交流抵抗を測定した。下記式に示すように、線間距離と抵抗の勾配から膜の比抵抗を算出した。
3. Measurement of proton conductivity AC resistance is measured by pressing a platinum wire (diameter 0.5 mm) against the surface of a strip-shaped polymer electrolyte membrane sample with a width of 5 mm, holding the sample in a constant temperature and humidity device, and between the platinum wires It was obtained from AC impedance measurement. As specific conditions, impedance at AC 10 kHz was measured in an environment of 25 ° C. and relative humidity 100%. A chemical impedance measurement system manufactured by NF Circuit Design Block Co., Ltd. was used as the resistance measurement device, and JW241 manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd. was used as the temperature and humidity control device. Five platinum wires were pressed at intervals of 5 mm, and the AC resistance was measured while changing the distance between the wires to 5 to 20 mm. As shown in the following formula, the specific resistance of the film was calculated from the distance between lines and the gradient of resistance.

比抵抗R(Ω・cm)=0.5(cm)×膜厚(cm)×抵抗線間勾配(Ω/cm)
この比抵抗の逆数から交流インピーダンスを算出し、このインピーダンスからプロトン伝導度を算出した。
Specific resistance R (Ω · cm) = 0.5 (cm) × film thickness (cm) × resistance-to-resistance gradient (Ω / cm)
AC impedance was calculated from the reciprocal of this specific resistance, and proton conductivity was calculated from this impedance.

<合成例1>
撹拌機、温度計、冷却管、Dean−Stark管および窒素導入の三方コックを取り付けた1Lの三つ口のフラスコに、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン(ビスフェノールAF)67.3g(0.20モル)、4,4'−ジクロロベンゾフェノン(4,4'−DCBP)60.3g(0.24モル)、炭酸カリウム71.9g(0.52モル)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)300mLおよびトルエン150mLをとり、オイルバス中、窒素雰囲気下で加熱し、撹拌下130℃で反応させた。反応により生成する水をトルエンと共沸させ、Dean−Stark管で系外に除去しながら反応させると、約3時間で水の生成がほとんど認められなくなった。反応温度を130から徐々に150℃まで上げながら大部分のトルエンを除去し、150℃で10時間反応を続けた後、4,4'−DCBP10.0g(0
.040モル)を加え、さらに5時間反応させた。得られた反応液を放冷後、副生した無機化合物の沈殿物を濾過して除去し、濾液を4Lのメタノール中に投入した。沈殿した生成物を濾過して乾燥後、テトラヒドロフラン300mLに溶解させた。これをメタノール4Lで再沈殿させることにより、目的の化合物95g(収率85%)を得た。
<Synthesis Example 1>
To a 1 L three-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, cooling pipe, Dean-Stark pipe and nitrogen-introduced three-way cock, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,1,1,3 , 3,3-hexafluoropropane (bisphenol AF) 67.3 g (0.20 mol), 4,4′-dichlorobenzophenone (4,4′-DCBP) 60.3 g (0.24 mol), potassium carbonate 71 .9 g (0.52 mol), N, N-dimethylacetamide (DMAc) 300 mL, and toluene 150 mL were taken, heated in an oil bath under a nitrogen atmosphere, and reacted at 130 ° C. with stirring. When water produced by the reaction was azeotroped with toluene and reacted while being removed from the system with a Dean-Stark tube, almost no water was observed in about 3 hours. Most of the toluene was removed while the reaction temperature was gradually increased from 130 to 150 ° C., and the reaction was continued at 150 ° C. for 10 hours, and then 10.0 g of 4,4′-DCBP (0
. 040 mol) was added and the reaction was allowed to proceed for a further 5 hours. The resulting reaction solution was allowed to cool, and then the by-product inorganic compound precipitate was removed by filtration, and the filtrate was put into 4 L of methanol. The precipitated product was filtered and dried, and then dissolved in 300 mL of tetrahydrofuran. This was reprecipitated with 4 L of methanol to obtain 95 g (yield 85%) of the target compound.

得られた化合物のGPC(THF溶媒)で求めたポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)は11,200であった。また、得られた化合物はTHF、NMP、DMAc、スルホランなどに可溶で、ガラス転移温度(Tg)は110℃、熱分解温度は498℃であった。得られた化合物は、下記式(I)で表されるオリゴマー(以下「BCPAFオリゴマー」ともいう。)であることを確認した。   The number average molecular weight (Mn) in terms of polystyrene determined by GPC (THF solvent) of the obtained compound was 11,200. The obtained compound was soluble in THF, NMP, DMAc, sulfolane and the like, and had a glass transition temperature (Tg) of 110 ° C. and a thermal decomposition temperature of 498 ° C. It was confirmed that the obtained compound was an oligomer represented by the following formula (I) (hereinafter also referred to as “BCPAF oligomer”).

Figure 2008198936
Figure 2008198936

<合成例2>
撹拌機、温度計、冷却管、Dean−Stark管および窒素導入の三方コックを取り付けた500mLの三つ口のフラスコに、4−[4−(2,5−ジクロロベンゾイル)フ
ェノキシ]ベンゼンスルホン酸neo−ペンチル(A−SO3 neo-Pe)39.58g(98.64ミリモル)、合成例1で得られたBCPAFオリゴマー(Mn=11,200)15.23g(0.136ミリモル)、Ni(PPh32Cl2 1.67g(0.26ミリモル)、PPh3 10.49g(4.00ミリモル)、NaI 0.45g(0.3
0ミリモル)、亜鉛末15.69g(24.0ミリモル)および乾燥NMP129mLを窒素下で加えた。反応系を攪拌下に加熱し(最終的には75℃まで加温)、3時間反応させた。重合反応液をTHF250mLで希釈し、30分攪拌し、セライトを濾過助剤に用いて濾過し、濾液を大過剰のメタノール1500mLに注いで凝固させた。凝固物を濾集、風乾し、さらにTHF/NMP(それぞれ200/300mL)に再溶解させ、大過剰のメタノール1500mLで凝固析出させた。風乾後、加熱乾燥により目的の黄色繊維状のネオペンチル基で保護されたスルホン酸誘導体からなる共重合体(PolyAB−SO3neo−Pe)47.0g(収率92%)を得た。GPCによる分子量は、Mn(数平均
分子量)が47,600、Mwが159,000であった。
<Synthesis Example 2>
In a 500 mL three-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, condenser, Dean-Stark tube and nitrogen-introduced three-way cock, 4- [4- (2,5-dichlorobenzoyl) phenoxy] benzenesulfonic acid neo -39.58 g (98.64 mmol) of pentyl (A-SO 3 neo-Pe), 15.23 g (0.136 mmol) of the BCPAF oligomer (Mn = 11,200) obtained in Synthesis Example 1, Ni (PPh 3 ) 1.67 g (0.26 mmol) of 2 Cl 2 , 10.49 g (4.00 mmol) of PPh 3 , 0.45 g of NaI (0.3
0 mmol), 15.69 g (24.0 mmol) zinc dust and 129 mL dry NMP were added under nitrogen. The reaction system was heated with stirring (finally heated to 75 ° C.) and allowed to react for 3 hours. The polymerization reaction solution was diluted with 250 mL of THF, stirred for 30 minutes, filtered using Celite as a filter aid, and the filtrate was poured into a large excess of 1500 mL of methanol to coagulate. The coagulated product was collected by filtration, air-dried, further redissolved in THF / NMP (200/300 mL each), and coagulated with 1500 mL of a large excess of methanol. After air drying, 47.0 g (yield 92%) of a copolymer (PolyAB-SO 3 neo-Pe) composed of a sulfonic acid derivative protected with a target yellow fibrous neopentyl group was obtained by heat drying. The molecular weight by GPC was 47,600 for Mn (number average molecular weight) and 159,000 for Mw.

得られたPolyAB−SO3neo−Pe5.1gをNMP60mLに溶解し、90
℃に加温した。反応系にメタノール50mLと濃塩酸8mLの混合物を一時に加えて懸濁状態とし、温和な還流条件で10時間反応させた。蒸留装置を設置し、過剰のメタノールを溜去させ、淡緑色の透明溶液を得た。この溶液を大量の水/メタノール(1:1重量比)中に注いでポリマーを凝固させた後、洗浄水のpHが6以上となるまで、イオン交換水でポリマーを洗浄した。こうして得られたポリマーのIRスペクトルおよびイオン交換容量の定量分析から、スルホン酸エステル基(−SO3R)は定量的にスルホン酸基(−S
3H)に転換していることがわかった。
The obtained PolyAB-SO 3 neo-Pe (5.1 g) was dissolved in NMP (60 mL).
Warmed to ° C. To the reaction system, a mixture of 50 mL of methanol and 8 mL of concentrated hydrochloric acid was added at a time to form a suspension, and the mixture was reacted for 10 hours under mild reflux conditions. A distillation apparatus was installed, and excess methanol was distilled off to obtain a light green transparent solution. This solution was poured into a large amount of water / methanol (1: 1 weight ratio) to solidify the polymer, and then the polymer was washed with ion-exchanged water until the pH of the washing water became 6 or more. From quantitative analysis of the IR spectrum and ion exchange capacity of the polymer thus obtained, the sulfonate group (—SO 3 R) was quantitatively determined to be a sulfonate group (—S
O 3 H) was found to be converted.

得られたスルホン化ポリマーのGPCによる分子量は、Mnが53,200、Mwが1
85,000であり、スルホン酸当量は2.2meq/gであった。
<合成例3>
攪拌機、温度計、Dean−Stark管、窒素導入管および冷却管を取り付けた1Lの三口フラスコに、2,6−ジクロロベンゾニトリル48.8g(284mmol)、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン89.5g(266mmol)および炭酸カリウム47.8g(346mmol)を
はかりとった。窒素置換後、スルホラン346mLおよびトルエン173mLを加えて攪拌し、オイルバスで反応液を150℃で加熱還流させた。反応によって生成する水はDean−Stark管にトラップした。3時間後、水の生成がほとんど認められなくなったところで、トルエンをDean−Stark管から系外に除去した。徐々に反応温度を200℃に上げ、3時間攪拌を続けた後、2,6−ジクロロベンゾニトリル9.2g(53mmol)を加え、さらに5時間反応させた。
The molecular weight of the obtained sulfonated polymer by GPC is 53,200 for Mn and 1 for Mw.
And the sulfonic acid equivalent weight was 2.2 meq / g.
<Synthesis Example 3>
To a 1 L three-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, Dean-Stark tube, nitrogen inlet tube and condenser tube was added 48.8 g (284 mmol) of 2,6-dichlorobenzonitrile and 2,2-bis (4-hydroxyphenyl). -1,1,1,3,3,3-Hexafluoropropane 89.5 g (266 mmol) and potassium carbonate 47.8 g (346 mmol) were weighed. After substitution with nitrogen, 346 mL of sulfolane and 173 mL of toluene were added and stirred, and the reaction solution was heated to reflux at 150 ° C. in an oil bath. Water produced by the reaction was trapped in a Dean-Stark tube. After 3 hours, when almost no water was observed, toluene was removed from the Dean-Stark tube out of the system. The reaction temperature was gradually raised to 200 ° C. and stirring was continued for 3 hours. Then, 9.2 g (53 mmol) of 2,6-dichlorobenzonitrile was added, and the reaction was further continued for 5 hours.

反応液を放冷後、トルエン100mLを加えて希釈した。反応液に不溶の無機塩を濾過し、濾液をメタノール2Lに注いで生成物を沈殿させた。沈殿した生成物を濾過して乾燥した後、テトラヒドロフラン250mLに溶解し、これをメタノール2Lに注いで再沈殿させた。沈殿した白色粉末を濾過、乾燥し、目的の化合物109gを得た。得られた化合物のGPCで測定したMnは9,500であった。得られた化合物は、下記式(II)で
表されるオリゴマーであることを確認した。
The reaction solution was allowed to cool, and diluted with 100 mL of toluene. Inorganic salts insoluble in the reaction solution were filtered, and the filtrate was poured into 2 L of methanol to precipitate the product. The precipitated product was filtered and dried, then dissolved in 250 mL of tetrahydrofuran, and poured into 2 L of methanol for reprecipitation. The precipitated white powder was filtered and dried to obtain 109 g of the objective compound. Mn of the obtained compound measured by GPC was 9,500. It was confirmed that the obtained compound was an oligomer represented by the following formula (II).

Figure 2008198936
Figure 2008198936

<合成例4>
攪拌機、温度計および窒素導入管をとりつけた1Lの三口フラスコに、3−(2,5−ジクロロベンゾイル)ベンゼンスルホン酸ネオペンチル135.2g(337mmol)、合成例3で得られたMn9,500のオリゴマー48.7g(5.1mmol)、ビス(トリフェニルホスフィン)ニッケルジクロリド6.71g(10.3mmol)、ヨウ化ナトリウム1.54g(10.3mmol)、トリフェニルホスフィン35.9g(137mmol)および亜鉛53.7g(821mmol)をはかりとり、乾燥窒素置換した。ここにN,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)430mLを加え、反応温度を8
0℃に保持しながら3時間攪拌を続けた後、DMAc730mLを加えて希釈し、不溶物を濾過した。
<Synthesis Example 4>
In a 1 L three-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer and a nitrogen introducing tube, 135.2 g (337 mmol) of neopentyl 3- (2,5-dichlorobenzoyl) benzenesulfonate, oligomer of Mn 9,500 obtained in Synthesis Example 3 48.7 g (5.1 mmol), bis (triphenylphosphine) nickel dichloride 6.71 g (10.3 mmol), sodium iodide 1.54 g (10.3 mmol), triphenylphosphine 35.9 g (137 mmol) and zinc 53 0.7 g (821 mmol) was weighed and replaced with dry nitrogen. 430 mL of N, N-dimethylacetamide (DMAc) was added thereto, and the reaction temperature was adjusted to 8
Stirring was continued for 3 hours while maintaining the temperature at 0 ° C., and then DMAc 730 mL was added for dilution, and insoluble matters were filtered.

得られた溶液を、攪拌機、温度計および窒素導入管を取り付けた2Lの三口フラスコに入れた。115℃に加熱攪拌し、臭化リチウム44g(506mmol)を加えた。7時間攪拌後、アセトン5Lに注いで生成物を沈殿させた。次いで、1N塩酸、純水の順で洗浄後、乾燥して目的の重合体122gを得た。得られた重合体の重量平均分子量(Mw)は135,000であった。得られた重合体は下記式(III)で表されるスルホン化ポリ
マーと推定される。
The obtained solution was put into a 2 L three-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a nitrogen inlet tube. The mixture was heated and stirred at 115 ° C., and 44 g (506 mmol) of lithium bromide was added. After stirring for 7 hours, the product was precipitated by pouring into 5 L of acetone. Next, after washing with 1N hydrochloric acid and pure water in this order, drying was performed to obtain 122 g of the target polymer. The weight average molecular weight (Mw) of the obtained polymer was 135,000. The obtained polymer is presumed to be a sulfonated polymer represented by the following formula (III).

Figure 2008198936
Figure 2008198936

<合成例5>
攪拌機、温度計および窒素導入管をとりつけた1Lの三口フラスコに、3−(2,5−ジクロロベンゾイル)ベンゼンスルホン酸ネオペンチル135.2g(337mmol)、合成例3で得られたMn9,500の疎水性ユニット48.7g(5.1mmol)、4-クロロベンゾフェノン1.5g(6.9mmol)、ビス(トリフェニルホスフィン
)ニッケルジクロリド6.71g(10.3mmol)、ヨウ化ナトリウム1.54g(10.3mmol)、トリフェニルホスフィン35.9g(137mmol)および亜鉛53.7g(821mmol)をはかりとり、乾燥窒素置換した。ここにN,N-ジメチ
ルアセトアミド(DMAc)430mLを加え、反応温度を80℃に保持しながら3時間攪拌を続けた後、DMAc730mLを加えて希釈し、不溶物を濾過した。
<Synthesis Example 5>
In a 1 L three-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer and a nitrogen introduction tube, 135.2 g (337 mmol) of neopentyl 3- (2,5-dichlorobenzoyl) benzenesulfonate, hydrophobicity of Mn 9,500 obtained in Synthesis Example 3 Sex unit 48.7 g (5.1 mmol), 4-chlorobenzophenone 1.5 g (6.9 mmol), bis (triphenylphosphine) nickel dichloride 6.71 g (10.3 mmol), sodium iodide 1.54 g (10. 3 mmol), 35.9 g (137 mmol) of triphenylphosphine and 53.7 g (821 mmol) of zinc were weighed and purged with dry nitrogen. 430 mL of N, N-dimethylacetamide (DMAc) was added thereto, and stirring was continued for 3 hours while maintaining the reaction temperature at 80 ° C. Then, 730 mL of DMAc was added for dilution, and insoluble matters were filtered off.

得られた溶液を攪拌機、温度計および窒素導入管を取り付けた2Lの三口フラスコに入れた。115℃に加熱攪拌し、臭化リチウム44g(506mmol)を加えた。7時間攪拌後、アセトン5Lに注いで生成物を沈殿させた。次いで、1N塩酸、純水の順で洗浄後、乾燥して目的の重合体122gを得た。得られた重合体の重量平均分子量(Mw)は80,000であった。得られた重合体は、下記式(IV)で表されるスルホン化ポリマーと推定される。   The obtained solution was put into a 2 L three-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer and a nitrogen inlet tube. The mixture was heated and stirred at 115 ° C., and 44 g (506 mmol) of lithium bromide was added. After stirring for 7 hours, the product was precipitated by pouring into 5 L of acetone. Next, after washing with 1N hydrochloric acid and pure water in this order, drying was performed to obtain 122 g of the target polymer. The weight average molecular weight (Mw) of the obtained polymer was 80,000. The obtained polymer is presumed to be a sulfonated polymer represented by the following formula (IV).

Figure 2008198936
Figure 2008198936

〔実施例1〕
合成例2で得られたスルホン化ポリアリーレンをN−メチル−2−ピロリドンに溶解し、キャスト法により乾燥膜厚40μmの高分子電解質膜を調製した。得られた高分子電解質膜のプロトン伝導度を、25℃、100%RH下で測定したところ4.0×10-1S/
cmであった。
[Example 1]
The sulfonated polyarylene obtained in Synthesis Example 2 was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone, and a polymer electrolyte membrane having a dry film thickness of 40 μm was prepared by a casting method. The proton conductivity of the obtained polymer electrolyte membrane was measured at 25 ° C. and 100% RH to find 4.0 × 10 −1 S /
cm.

次に、二酸化ルテニウム水和物(アルドリッチ製)粒子と、アセチレンブラック(電気化学工業社製)と、合成例2で得られたスルホン化ポリアリーレンをN−メチル−2−ピロリドンに溶解してなるイオン伝導性高分子バインダーとを、粒子:アセチレンブラック:バインダー=1:0.05:0.15の重量比で均一に混合して電極ペーストを調製した。   Next, ruthenium dioxide hydrate (manufactured by Aldrich) particles, acetylene black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.), and the sulfonated polyarylene obtained in Synthesis Example 2 are dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone. An ion conductive polymer binder was uniformly mixed at a weight ratio of particles: acetylene black: binder = 1: 0.05: 0.15 to prepare an electrode paste.

次に、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体(SEBS、商品名KRATON G1652、クレイトン社製)をトルエンに溶解し、これとケッチェンブラックEC(ライオン社製)とを、SEBS:ケッチェンブラックEC=1:0.5の重量比となるように均一に混合して電子伝導層用ペーストを調製した。   Next, a styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer (SEBS, trade name KRATON G1652, manufactured by Kraton Co., Ltd.) is dissolved in toluene, and this and Ketjen Black EC (manufactured by Lion Corporation) are combined with SEBS: Ketjen. An electron conductive layer paste was prepared by uniformly mixing to a weight ratio of black EC = 1: 0.5.

次に、上記電子伝導層用ペーストを、塗布乾燥後の厚みが5μmとなるように、厚さ30μmのチタン箔上にブレードコーターにて塗工し、120℃で10分間乾燥して電子伝導層をチタン箔上に形成した。その後、上記電極ペーストを5mg/cm2の二酸化ルテニウム水和物量となるようにブレードコーターにて電子伝導層上に塗工し、60℃で10分間乾燥した後、100℃で減圧乾燥することにより、二酸化ルテニウム水和物層を備える電極−電子伝導層−集電体接合体を形成した。 Next, the electron conductive layer paste is coated on a 30 μm thick titanium foil with a blade coater so that the thickness after coating and drying is 5 μm, and dried at 120 ° C. for 10 minutes to form an electron conductive layer. Was formed on a titanium foil. Thereafter, the electrode paste was coated on the electron conductive layer with a blade coater so that the amount of ruthenium dioxide hydrate was 5 mg / cm 2 , dried at 60 ° C. for 10 minutes, and then dried at 100 ° C. under reduced pressure. Then, an electrode-electron conductive layer-current collector assembly including a ruthenium dioxide hydrate layer was formed.

次に、上記高分子電解質膜を14mm径に打ち抜き、これを50℃の純水に30分間浸漬し含水させた。電極−電子伝導層−集電体接合体も同様に、正極用および負極用として、それぞれ12mm径に打ち抜き、25℃の純水中で30分間浸漬し含水させた。   Next, the polymer electrolyte membrane was punched out to a diameter of 14 mm, and immersed in pure water at 50 ° C. for 30 minutes to contain water. Similarly, the electrode-electron conductive layer-current collector assembly was punched to a diameter of 12 mm for the positive electrode and the negative electrode, respectively, and immersed in pure water at 25 ° C. for 30 minutes to be hydrated.

これらを含水処理後、正極および負極の電極−電子伝導層−集電体接合体に高分子電解質膜が挟持された状態でテフロン(登録商標)フィルムに包み、160℃、10kg/c
2のプレス条件で5分間加圧し、電解質膜−電極界面が接合された構造体を得た。得ら
れた構造体を25℃の純水に15分間浸漬して含水処理を行った。含水処理の後、構造体表面の余剰の水分を除去し、該構造体を図1に示すようなSUS製の封止缶にセットし、かしめ装置にて封口し、電気化学キャパシタを形成した。
These were treated with water, and then wrapped in a Teflon (registered trademark) film with the polymer electrolyte membrane sandwiched between the positive electrode and negative electrode-electron conductive layer-current collector assembly, and 160 ° C., 10 kg / c.
Pressure was applied for 5 minutes under m 2 pressing conditions to obtain a structure in which the electrolyte membrane-electrode interface was bonded. The obtained structure was immersed in pure water at 25 ° C. for 15 minutes for water treatment. After the water-containing treatment, excess water on the surface of the structure was removed, and the structure was set in a SUS sealing can as shown in FIG. 1 and sealed with a caulking device to form an electrochemical capacitor.

電気化学キャパシタの性能として、以下に示すインピーダンス評価を行った。
インピーダンス測定装置として(株)NF回路設計ブロック製のケミカルインピーダンス測定システムを用い、10mVの測定電圧で1Hz〜20kHzのインピーダンスを測定し、1kHzのインピーダンスの直流成分をキャパシタのインピーダンスとして求めた。結果を表1に示す。
The following impedance evaluation was performed as the performance of the electrochemical capacitor.
Using a chemical impedance measurement system manufactured by NF Circuit Design Block Co., Ltd. as an impedance measurement device, an impedance of 1 Hz to 20 kHz was measured at a measurement voltage of 10 mV, and a DC component of an impedance of 1 kHz was obtained as the impedance of the capacitor. The results are shown in Table 1.

また、キャパシタの初期出力性能を求めるため、(株)パワーシステム製「Model
CDT5R2-4」を用い、充放電電流を2mA/cm2、5mA/cm2、10mA/cm2、20mA/cm2、50mA/cm2、100mA/cm2、200mA/cm2の電流密度
でそれぞれ0−1Vでの充放電を行った。充電は定時間行い(2mA/cm2;1500秒、5mA/cm2;600秒、10mA/cm2;300秒、20mA/cm2;150秒、50mA/cm2;60秒、100mA/cm2;30秒、200mA/cm2;20秒)、定電流で放電を行い放電容量および放電出力を評価した。結果を表2に示す。
In addition, in order to obtain the initial output performance of the capacitor, “Model” manufactured by Power System Co., Ltd.
CDT5R2-4 "and charge / discharge currents of 2 mA / cm 2 , 5 mA / cm 2 , 10 mA / cm 2 , 20 mA / cm 2 , 50 mA / cm 2 , 100 mA / cm 2 and 200 mA / cm 2 , respectively. Charging / discharging at 0-1 V was performed. Charging is performed for a fixed time ( 2 mA / cm 2 ; 1500 seconds, 5 mA / cm 2 ; 600 seconds, 10 mA / cm 2 ; 300 seconds, 20 mA / cm 2 ; 150 seconds, 50 mA / cm 2 ; 60 seconds, 100 mA / cm 2 30 seconds, 200 mA / cm 2 ; 20 seconds), and discharging was performed at a constant current to evaluate discharge capacity and discharge output. The results are shown in Table 2.

放電容量はエネルギー換算法により求め、この値より放電出力も計算した。なお、放電容量(F/g)および放電出力(W/kg)の単位重量は、正負両極の電極材(水和酸化ルテニウム)の重量で割ったものである。特に放電容量では単極重量当たりの容量として表記される場合があるが、この場合は4倍の値となる。   The discharge capacity was determined by the energy conversion method, and the discharge output was also calculated from this value. The unit weight of discharge capacity (F / g) and discharge output (W / kg) is divided by the weight of positive and negative electrode materials (hydrated ruthenium oxide). In particular, the discharge capacity may be expressed as the capacity per unit weight, but in this case, the value is four times.

次いで、信頼性を評価するために、70℃でのフロート充電による評価を行った。70℃の環境下で、0.70Vの電圧を連続して加え、1000hr電圧印加後に、室温下で、上記初期出力性能と同様の方法で出力性能を評価し、初期出力性能を基準として性能の劣化の度合を評価した。結果を表2に示す。   Subsequently, in order to evaluate reliability, evaluation by float charging at 70 ° C. was performed. In an environment of 70 ° C., a voltage of 0.70 V is continuously applied, and after 1000 hours of voltage application, the output performance is evaluated at room temperature in the same manner as the initial output performance described above. The degree of deterioration was evaluated. The results are shown in Table 2.

〔実施例2〕
まず、合成例4で得られたスルホン化ポリアリーレンをN−メチル−2−ピロリドンに溶解し、キャスト法により乾燥膜厚40μmの高分子電解質膜を調製した。
[Example 2]
First, the sulfonated polyarylene obtained in Synthesis Example 4 was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone, and a polymer electrolyte membrane having a dry film thickness of 40 μm was prepared by a casting method.

次に、二酸化ルテニウム水和物(アルドリッチ製)粒子と、合成例5で得られたスルホン化ポリアリーレンをN−メチル−2−ピロリドンに溶解してなるイオン伝導性高分子バインダーとを、粒子:バインダー=1:0.025の重量比で均一に混合して電極ペース
トを調製した。
Next, ruthenium dioxide hydrate (manufactured by Aldrich) particles and an ion conductive polymer binder obtained by dissolving the sulfonated polyarylene obtained in Synthesis Example 5 in N-methyl-2-pyrrolidone, particles: An electrode paste was prepared by uniformly mixing the binder at a weight ratio of 1: 0.025.

次に、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体(SEBS、商品名KRATON G1652、クレイトン社製)をトルエンに溶解し、これとケッチェンブラックECとを、SEBS:ケッチェンブラックEC=1:0.5の重量比となるように均一に混合して電子伝導層用ペーストを調製した。   Next, a styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer (SEBS, trade name KRATON G1652, manufactured by Kraton Co., Ltd.) is dissolved in toluene, and this and Ketjen Black EC are SEBS: Ketjen Black EC = 1. An electron conductive layer paste was prepared by uniformly mixing to a weight ratio of 0.5.

次に、上記電子伝導層用ペーストを、塗布乾燥後の厚みが5μmとなるように、厚さ30μmのチタン箔上にブレードコーターにて塗工し、120℃で10分間乾燥して電子伝導層をチタン箔上に形成した。その後、上記電極ペーストを5mg/cm2の二酸化ルテニウム水和物量となるようにブレードコーターにて電子伝導層上に塗工し、60℃で10分間乾燥した後、100℃で減圧乾燥することにより、二酸化ルテニウム水和物層を備える電極−電子伝導層−集電体接合体を形成した。 Next, the electron conductive layer paste is coated on a 30 μm thick titanium foil with a blade coater so that the thickness after coating and drying is 5 μm, and dried at 120 ° C. for 10 minutes to form an electron conductive layer. Was formed on a titanium foil. Thereafter, the electrode paste was coated on the electron conductive layer with a blade coater so that the amount of ruthenium dioxide hydrate was 5 mg / cm 2 , dried at 60 ° C. for 10 minutes, and then dried at 100 ° C. under reduced pressure. Then, an electrode-electron conductive layer-current collector assembly including a ruthenium dioxide hydrate layer was formed.

次に、上記高分子電解質膜を14mm径に打ち抜き、これを50℃の純水に30分間浸漬し含水させた。電極−集電体接合体も同様に、正極用および負極用として、それぞれ12mm径に打ち抜き、25℃の純水中で30分間浸漬し含水させた。   Next, the polymer electrolyte membrane was punched out to a diameter of 14 mm, and immersed in pure water at 50 ° C. for 30 minutes to contain water. Similarly, the electrode-current collector assembly was punched to a diameter of 12 mm for the positive electrode and the negative electrode, respectively, and immersed in pure water at 25 ° C. for 30 minutes to contain water.

これらを含水処理した後、正極および負極の電極−電子伝導層−集電体接合体に高分子電解質膜が挟持された状態でテフロン(登録商標)フィルムに包み、160℃、10kg/cm2のプレス条件で5分間加圧し、電解質膜−電極界面が接合された構造体を得た。得られた構造体を25℃の純水に15分間浸漬して含水処理を行った。含水処理の後、構造体表面の余剰の水分を除去し、該構造体を図1に示すようなSUS製の封止缶にセットし、かしめ装置にて封口し、電気化学キャパシタを形成した。得られた電気化学キャパシタについて、実施例1と同様に評価した。結果を表1および表2に示す。 After these were treated with water, the polymer electrolyte membrane was sandwiched between the positive electrode and the negative electrode-electron conductive layer-current collector assembly, and wrapped in a Teflon (registered trademark) film, and 160 ° C., 10 kg / cm 2 . Pressure was applied for 5 minutes under pressing conditions to obtain a structure in which the electrolyte membrane-electrode interface was bonded. The obtained structure was immersed in pure water at 25 ° C. for 15 minutes for water treatment. After the water-containing treatment, excess water on the surface of the structure was removed, and the structure was set in a SUS sealing can as shown in FIG. 1 and sealed with a caulking device to form an electrochemical capacitor. The obtained electrochemical capacitor was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Tables 1 and 2.

〔実施例3〕
二酸化ルテニウム水和物(アルドリッチ製)粒子と、合成例5で得られたスルホン化ポリアリーレンをN−メチル−2−ピロリドンに溶解してなるイオン伝導性高分子バインダーとを、粒子:バインダー=1:0.075の重量比で均一に混合して電極ペーストを調
製して用いたこと以外は、実施例2と同様にして、二酸化ルテニウム水和物層を備える電極−電子伝導層−集電体接合体を形成し、次いで電気化学キャパシタを作製し、評価した。結果を表1および表2に示す。
Example 3
Ruthenium dioxide hydrate (manufactured by Aldrich) particles and an ion conductive polymer binder obtained by dissolving the sulfonated polyarylene obtained in Synthesis Example 5 in N-methyl-2-pyrrolidone, particles: binder = 1 : Electrode-conductive layer-current collector provided with a ruthenium dioxide hydrate layer in the same manner as in Example 2 except that the electrode paste was prepared by mixing uniformly at a weight ratio of 0.075. A joined body was formed, and then an electrochemical capacitor was fabricated and evaluated. The results are shown in Tables 1 and 2.

〔実施例4〕
二酸化ルテニウム水和物(アルドリッチ製)粒子と、合成例5で得られたスルホン化ポリアリーレンをN−メチル−2−ピロリドンに溶解してなるイオン伝導性高分子バインダーとを、粒子:バインダー=1:0.15の重量比で均一に混合して電極ペーストを調製
して用いたこと以外は実施例2と同様にして、二酸化ルテニウム水和物層を備える電極−電子伝導層−集電体接合体を形成し、次いで電気化学キャパシタを作製し、評価した。結果を表1および表2に示す。
Example 4
Ruthenium dioxide hydrate (manufactured by Aldrich) particles and an ion conductive polymer binder obtained by dissolving the sulfonated polyarylene obtained in Synthesis Example 5 in N-methyl-2-pyrrolidone, particles: binder = 1 : Electrode-electron conducting layer-current collector junction comprising a ruthenium dioxide hydrate layer in the same manner as in Example 2 except that the electrode paste was prepared by mixing uniformly at a weight ratio of 0.15. A body was formed and then an electrochemical capacitor was made and evaluated. The results are shown in Tables 1 and 2.

〔実施例5〕
二酸化ルテニウム水和物(アルドリッチ製)粒子と、合成例5で得られたスルホン化ポリアリーレンをN−メチル−2−ピロリドンに溶解してなるイオン伝導性高分子バインダーとを、粒子:バインダー=1:0.30の重量比で均一に混合して電極ペーストを調製
して用いたこと以外は実施例2と同様にして、二酸化ルテニウム水和物層を備える電極−電子伝導層−集電体接合体を形成し、次いで電気化学キャパシタを作製し、評価した。結果を表1および表2に示す。
Example 5
Ruthenium dioxide hydrate (manufactured by Aldrich) particles and an ion conductive polymer binder obtained by dissolving the sulfonated polyarylene obtained in Synthesis Example 5 in N-methyl-2-pyrrolidone, particles: binder = 1 : Electrode-electron conducting layer-current collector junction comprising a ruthenium dioxide hydrate layer in the same manner as in Example 2 except that the electrode paste was prepared by mixing uniformly at a weight ratio of 0.30. A body was formed and then an electrochemical capacitor was made and evaluated. The results are shown in Tables 1 and 2.

〔実施例6〕
二酸化ルテニウム水和物(アルドリッチ製)粒子と、合成例5で得られたスルホン化ポリアリーレンをN−メチル−2−ピロリドンに溶解してなるイオン伝導性高分子バインダーとを、粒子:バインダー=1:0.50の重量比で均一に混合して電極ペーストを調製
して用いたこと以外は実施例2と同様にして、二酸化ルテニウム水和物層を備える電極−電子伝導層−集電体接合体を形成し、次いで電気化学キャパシタを作製し、評価した。結果を表1および表2に示す。
Example 6
Ruthenium dioxide hydrate (manufactured by Aldrich) particles and an ion conductive polymer binder obtained by dissolving the sulfonated polyarylene obtained in Synthesis Example 5 in N-methyl-2-pyrrolidone, particles: binder = 1 : Electrode-electron conducting layer-current collector junction comprising a ruthenium dioxide hydrate layer in the same manner as in Example 2 except that the electrode paste was prepared by mixing uniformly at a weight ratio of 0.50. A body was formed and then an electrochemical capacitor was made and evaluated. The results are shown in Tables 1 and 2.

〔比較例1〕
電子伝導層を形成せずに、チタン箔上に電極ペーストを直接塗布・乾燥したこと以外は実施例1と同様にして電気化学キャパシタを構成し、同様の評価を行った。結果を表1および表2に示す。
[Comparative Example 1]
An electrochemical capacitor was constructed in the same manner as in Example 1 except that the electrode paste was directly applied and dried on the titanium foil without forming the electron conductive layer, and the same evaluation was performed. The results are shown in Tables 1 and 2.

〔比較例2〕
電子伝導層を形成せずに、チタン箔上に電極ペーストを直接塗布・乾燥したこと以外は実施例5と同様にして電気化学キャパシタを構成し、同様の評価を行った。結果を表1および表2に示す。
[Comparative Example 2]
An electrochemical capacitor was constructed in the same manner as in Example 5 except that the electrode paste was directly applied and dried on the titanium foil without forming the electron conductive layer, and the same evaluation was performed. The results are shown in Tables 1 and 2.

Figure 2008198936
Figure 2008198936

Figure 2008198936
Figure 2008198936

電気化学キャパシタに用いる膜−電極−電子伝導体層−集電体構造体の一構成例を示す説明的断面図である。It is explanatory sectional drawing which shows one structural example of the membrane-electrode-electron conductor layer-collector structure used for an electrochemical capacitor.

符号の説明Explanation of symbols

1 ・・・正極
2 ・・・負極
3 ・・・高分子電解質膜
4 ・・・金属箔集電体
5 ・・・電極層
6 ・・・電子伝導層
8 ・・・缶
9 ・・・波形バネ
10・・・ガスケット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Positive electrode 2 ... Negative electrode 3 ... Polymer electrolyte membrane 4 ... Metal foil collector 5 ... Electrode layer 6 ... Electron conduction layer 8 ... Can 9 ... Waveform Spring 10 ... Gasket

Claims (4)

金属箔集電体、該集電体に接続された電子伝導層、および該電子伝導層を介して集電体に接続された電極層を含む1対の接合体と、該電極層と接するように1対の接合体に挟持された高分子電解質膜とを備える構造体を有し、
前記電極層が金属酸化物とプロトン伝導性を有する高分子結着材とを含み、
前記高分子結着材および高分子電解質膜の少なくとも一方が、下記式(A)で表される構成単位と下記式(B)で表される構成単位とを含むスルホン化ポリアリーレンであり、
前記電子伝導層が熱可塑性エラストマーと電子伝導性粒子とを含むこと
を特徴とする電気化学キャパシタ。
Figure 2008198936
[式(A)中、Yは−CO−、−SO2−、−SO−、−CONH−、−COO−、−(
CF2i−(iは1〜10の整数を示す。)および−C(CF32−からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を示し、
Zは直接結合、または−(CH2j−(jは1〜10の整数を示す。)、−C(CH32−、−O−および−S−からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を示し、
Arは−SO3H、−O(CH2pSO3Hまたは−O(CF2pSO3Hで表される置換
基(pは1〜12の整数を示す。)を有する芳香族基を示し、
mは0〜10の整数を示し、nは0〜10の整数を示し、kは1〜4の整数を示す。]
Figure 2008198936
[式(B)中、AおよびDは、それぞれ独立に直接結合、または−CO−、−SO2−、
−SO−、−CONH−、−COO−、−(CF2i−(iは1〜10の整数を示す。)、−(CH2j−(jは1〜10の整数を示す。)、−CR’2−(R’は脂肪族炭化水
素基、芳香族炭化水素基またはハロゲン化炭化水素基を示す。)、シクロヘキシリデン基、フルオレニリデン基、−O−および−S−からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を示し、
Bは独立に酸素原子または硫黄原子であり、
1〜R16は、互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、アルキル基
、一部もしくは全部がハロゲン化されたハロゲン化アルキル基、アリル基、アリール基、ニトロ基およびニトリル基からなる群より選ばれる少なくとも1種の原子または基を示し、
sは0〜4の整数を示し、tは0〜4の整数を示し、rは0または1以上の整数を示す。]
A pair of joined bodies including a metal foil current collector, an electron conductive layer connected to the current collector, and an electrode layer connected to the current collector through the electron conductive layer, and in contact with the electrode layer And a polymer electrolyte membrane sandwiched between a pair of joined bodies,
The electrode layer includes a metal oxide and a polymer binder having proton conductivity,
At least one of the polymer binder and the polymer electrolyte membrane is a sulfonated polyarylene containing a structural unit represented by the following formula (A) and a structural unit represented by the following formula (B):
The electrochemical capacitor, wherein the electron conductive layer includes a thermoplastic elastomer and electron conductive particles.
Figure 2008198936
[In the formula (A), Y represents —CO—, —SO 2 —, —SO—, —CONH—, —COO—, — (
CF 2 ) i — (i represents an integer of 1 to 10) and at least one structure selected from the group consisting of —C (CF 3 ) 2 —,
Z is a direct bond, or at least one selected from the group consisting of — (CH 2 ) j — (j represents an integer of 1 to 10), —C (CH 3 ) 2 —, —O—, and —S—. Show the structure of the species,
Ar is an aromatic having a substituent represented by —SO 3 H, —O (CH 2 ) p SO 3 H or —O (CF 2 ) p SO 3 H (p represents an integer of 1 to 12). Group,
m shows the integer of 0-10, n shows the integer of 0-10, k shows the integer of 1-4. ]
Figure 2008198936
[In the formula (B), A and D are each independently a direct bond, or —CO—, —SO 2 —,
—SO—, —CONH—, —COO—, — (CF 2 ) i — (i represents an integer of 1 to 10), — (CH 2 ) j — (j represents an integer of 1 to 10). ), —CR ′ 2 — (R ′ represents an aliphatic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group or a halogenated hydrocarbon group), a cyclohexylidene group, a fluorenylidene group, —O— and —S—. At least one structure selected from the group;
B is independently an oxygen atom or a sulfur atom,
R 1 to R 16 may be the same as or different from each other, and are a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group, a halogenated alkyl group partially or wholly halogenated, an allyl group, an aryl group, a nitro group, and a nitrile group. At least one atom or group selected from the group consisting of
s represents an integer of 0 to 4, t represents an integer of 0 to 4, and r represents 0 or an integer of 1 or more. ]
上記電子伝導層の厚みが1〜30μmであることを特徴とする請求項1に記載の電気化学キャパシタ。   The electrochemical capacitor according to claim 1, wherein the electron conductive layer has a thickness of 1 to 30 μm. 上記熱可塑性エラストマーがスチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体であり、かつ、上記電子伝導性粒子がカーボンブラックであることを特徴とする請求項
1に記載の電気化学キャパシタ。
2. The electrochemical capacitor according to claim 1, wherein the thermoplastic elastomer is a styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer, and the electron conductive particles are carbon black.
上記スルホン化ポリアリーレンが、スルホン酸基を0.3〜5meq/gの範囲で含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電気化学キャパシタ。   The electrochemical capacitor according to any one of claims 1 to 3, wherein the sulfonated polyarylene contains a sulfonic acid group in a range of 0.3 to 5 meq / g.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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