JP2008252062A - Method of manufacturing electrode sheet for electric double-layer capacitor, and the electric double-layer capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、長期的信頼性に優れ且つ耐電圧が高くエネルギー密度が大きい電気二重層キャパシタの電極シート及び電気二重層キャパシタ、並びにその製造方法に関する。 The present invention relates to an electrode sheet and an electric double layer capacitor of an electric double layer capacitor having excellent long-term reliability, high withstand voltage and high energy density, and a method for manufacturing the same.
電気二重層キャパシタは、電解液と分極性電極との界面に形成される電気二重層に蓄積される電荷を利用したキャパシタである。電気二重層キャパシタは、その大きな静電容量を生かして、電子機器のバックアップ電力の供給、電気自動車の制動時に発生する回生電力の一時蓄積及び電力システムにおける電力貯蔵等に用いられている。 An electric double layer capacitor is a capacitor that utilizes charges accumulated in an electric double layer formed at the interface between an electrolyte and a polarizable electrode. The electric double layer capacitor is used for supplying backup power for electronic devices, temporarily storing regenerative power generated during braking of an electric vehicle, and storing power in an electric power system by making use of its large capacitance.
電気二重層キャパシタは、活性炭等の電極活物質、導電助剤、バインダなどからなる一対の分極性電極と、セパレータと、電解液などとから成る。そして、電気二重層キャパシタは、充放電サイクルによる性能劣化が小さく、出力密度が大きいなどの優れた特性を有する。しかし、リチウム電池などと比べてエネルギー密度が低いため、その向上が望まれている。 An electric double layer capacitor is composed of a pair of polarizable electrodes made of an electrode active material such as activated carbon, a conductive aid, a binder, a separator, an electrolyte, and the like. The electric double layer capacitor has excellent characteristics such as small performance deterioration due to charge / discharge cycles and high output density. However, since the energy density is lower than that of a lithium battery or the like, improvement thereof is desired.
電気二重層キャパシタでは、当該キャパシタに蓄積されるエネルギーは使用電圧の二乗に比例するので、当該キャパシタの耐電圧を高めることが有効であるが、使用電圧の上昇による劣化加速が問題となる。非特許文献1には、一般的な電気二重層キャパシタにおいて使用電圧が0.1V上昇する毎に劣化率が2倍になることが記載されている。
In an electric double layer capacitor, the energy stored in the capacitor is proportional to the square of the operating voltage, and thus it is effective to increase the withstand voltage of the capacitor. However, acceleration of deterioration due to an increase in the operating voltage is a problem. Non-Patent
電気二重層キャパシタの劣化は、一般に、電極に残存している水分の電気分解または水分による電解液成分の分解、電圧印加中における炭素材料の表面官能基と電解液との反応や活性炭の表面官能基の脱離に起因して発生したガスや粘着物が炭素材料の細孔内に蓄積し、細孔内の電解液が減少して容量が低下するため、又は、細孔内のイオン移動を妨げ、内部抵抗の上昇を招くなどの原因によるものと、考えられる。 In general, deterioration of an electric double layer capacitor is caused by electrolysis of water remaining on the electrode or decomposition of an electrolyte component by water, reaction between a surface functional group of a carbon material and an electrolyte during voltage application, and surface activity of activated carbon. Gas or sticky matter generated due to the elimination of the group accumulates in the pores of the carbon material, and the electrolyte solution in the pores decreases and the capacity decreases, or ion migration in the pores This is thought to be due to factors such as obstruction and increased internal resistance.
活性炭等の炭素材料の細孔中から水分を低減するためには、真空中又は不活性ガス雰囲気中において高温で活性炭を加熱処理することが行われるが、官能基の除去には数100℃以上の加熱が必要とされ、炭素材料の表面官能基は残存する。特に、有機物バインダ等を含む電極形成後にその処理を行うことは困難である。又、電解液の分解については、電解液の電解質及び溶媒の選択により電位窓を操作する方法等が考えられるが、電極の種類によって劣化の程度が異なることが知られており、充分な対策が取られてはいない。 In order to reduce moisture from the pores of the carbon material such as activated carbon, the activated carbon is heated at a high temperature in a vacuum or in an inert gas atmosphere. Heating is required, and the surface functional groups of the carbon material remain. In particular, it is difficult to perform the treatment after forming an electrode containing an organic binder. As for the decomposition of the electrolytic solution, a method of operating the potential window by selecting the electrolyte and the solvent of the electrolytic solution can be considered, but it is known that the degree of deterioration varies depending on the type of electrode, and sufficient countermeasures are taken. Not taken.
特許文献1では、電極をハロゲン置換化合物で処理することにより、これら化合物の分子を物理吸着させ、電極を疎水性にすることにより、水分や表面官能基の影響を低減する試みが為されている。しかしながら、特許文献1の技術では、表面官能基を除去出来ている訳ではなく、しかも、分子は電極表面に物理吸着しているだけなので、電極の乾燥時や電解液注入後に分子が脱離する可能性があり、また、逆に乾燥時の脱離を防ぐために残留分が多くなっており、劣化抑制及びその他の特性において充分な効果が得られてはいない。
In
本発明は、斯かる技術状況に鑑みて成されたものであり、その目的は、電極に含まれる炭素材料の表面官能基を化学的に表面改質することにより、耐電圧の向上を図ることで、長期的信頼性に優れ、エネルギー密度の高い電気二重層キャパシタを提供することにある。 The present invention has been made in view of such a technical situation, and an object of the present invention is to improve the withstand voltage by chemically modifying the surface functional group of the carbon material contained in the electrode. An object of the present invention is to provide an electric double layer capacitor having excellent long-term reliability and high energy density.
この発明の主題は、炭素材料及びバインダを含む分極性電極をその構成要素とする電気二重層キャパシタ用電極シートの製造方法において、前記分極性電極の前記炭素材料を沸点50℃〜250℃且つ引火点が100℃以下の揮発性有機ケイ素化合物で表面処理することを特徴とする。 The subject of the present invention is a method for producing an electrode sheet for an electric double layer capacitor comprising a polarizable electrode containing a carbon material and a binder as its constituent elements, wherein the carbon material of the polarizable electrode has a boiling point of 50 ° C. to 250 ° C. Surface treatment is performed with a volatile organosilicon compound having a point of 100 ° C. or lower.
以下、この発明の主題の様々な具体化を、添付図面を基に、その効果・利点と共に、詳述する。 Hereinafter, various embodiments of the subject of the present invention will be described in detail along with the effects and advantages thereof with reference to the accompanying drawings.
本発明の主題によれば、電極作製後に、揮発性有機ケイ素化合物で炭素材料の表面を処理することにより、炭素材料の表面官能基の一部を有機ケイ素化合物と反応させ化学的結合によりキャップし、また、揮発性の有機ケイ素化合物を使用することにより余剰分を残存させずに、ガス発生や副次的な電気化学反応を抑制し、信頼性を向上させることが出来る。 According to the subject of the present invention, after the electrode is fabricated, the surface of the carbon material is treated with a volatile organosilicon compound, whereby a part of the surface functional group of the carbon material is reacted with the organosilicon compound and capped by chemical bonding. Further, by using a volatile organosilicon compound, gas generation and secondary electrochemical reaction can be suppressed and reliability can be improved without leaving surplus.
又、電極に金属酸化物、特に酸化チタンを加えることにより、ガス発生及び副次的な電気化学反応を抑制することが出来るが、更に、その電極を有機シラン化合物で処理することによって金属酸化物表面を含めて処理することにより、金属酸化物を添加した電極に於いて生成する分解物が活性炭細孔内に蓄積することを抑制することにより、電気二重層キャパシタの高電圧使用時の寿命を向上させることが出来る。 Moreover, by adding a metal oxide, particularly titanium oxide, to the electrode, gas generation and secondary electrochemical reaction can be suppressed. Furthermore, the metal oxide can be obtained by treating the electrode with an organosilane compound. By treating the surface including the surface, it is possible to prevent the decomposition product generated in the electrode to which the metal oxide has been added from accumulating in the pores of the activated carbon, thereby increasing the life of the electric double layer capacitor when using high voltage. Can be improved.
(実施の形態1)
本実施の形態では、電気二重層キャパシタ用電極の分極性電極に対して、ヘキサメチルジシラザンなどの揮発性有機ケイ素化合物の蒸気に暴露する方法により、または、揮発性有機ケイ素化合物を主材料とする処理剤に浸漬する方法により、その表面処理を行う。ここで、「揮発性有機ケイ素化合物を主材料とする処理剤」とは、揮発性有機ケイ素化合物を50%以上含む揮発性の溶液のことである。
(Embodiment 1)
In the present embodiment, the polarizable electrode of the electric double layer capacitor electrode is exposed to a vapor of a volatile organosilicon compound such as hexamethyldisilazane, or the volatile organosilicon compound is used as a main material. The surface treatment is performed by a method of immersing in the treating agent. Here, the “treatment agent mainly composed of a volatile organosilicon compound” is a volatile solution containing 50% or more of a volatile organosilicon compound.
この様に、シート状の分極性電極の表面を揮発性有機ケイ素化合物で処理することにより、分極性電極の主成分である炭素材料の表面官能基を有機ケイ素化合物と反応させて化学的結合によりキャップすることにより、表面官能基によるガス発生や電解液との反応を抑制している。しかも、処理する有機ケイ素化合物が揮発性であるため、有機ケイ素化合物の余剰分は簡便な乾燥により揮発し取り除くことが出来る。この結果、ガス発生や副次的な電気化学反応を抑制し信頼性を向上した電気二重層キャパシタを得ることが出来る。 In this way, by treating the surface of the sheet-like polarizable electrode with a volatile organosilicon compound, the surface functional group of the carbon material, which is the main component of the polarizable electrode, is reacted with the organosilicon compound to cause chemical bonding. By capping, gas generation due to surface functional groups and reaction with the electrolyte are suppressed. Moreover, since the organosilicon compound to be treated is volatile, the excess of the organosilicon compound can be volatilized and removed by simple drying. As a result, it is possible to obtain an electric double layer capacitor with improved reliability by suppressing gas generation and secondary electrochemical reaction.
尚、別の形態として、分極性電極作製前の段階に於いて、原料炭素材料に揮発性有機シラン化合物を反応させ、その後、分極性電極を作製することによっても、同様の効果を得ることが出来る。 As another form, the same effect can be obtained by reacting the raw carbon material with a volatile organosilane compound in the stage before the preparation of the polarizable electrode and then producing the polarizable electrode. I can do it.
以下では、以上の様な電気二重層キャパシタの構成及び製造方法について、順次に記載する。 Hereinafter, the configuration and manufacturing method of the electric double layer capacitor as described above will be sequentially described.
<電気二重層キャパシタの構成>
図1は、本実施の形態に係る電気二重層キャパシタ1の概略構成を示す模式図である。特に、図1は、電気二重層キャパシタ1の断面構造を示す縦断面図となっている。又、図2は、電気二重層キャパシタ1を、容器12、電極14及びセパレータ16に分解して示す斜視図である。図1及び図2においては、図示の便宜上、寸法の比例関係が電気二重層キャパシタ1の実物とは異なっている。
<Configuration of electric double layer capacitor>
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an electric
図1及び図2に示す様に、電気二重層キャパシタ1は、電解液18を内部に封じる容器12と、充放電の端子となる電極14と、電極14の短絡を妨げるセパレータ16と、電極14との間に界面を形成する電解液18とを備える。電気二重層キャパシタ1では、一対の電極14の取出電極144に電圧が印加されると、電極14の分極性電極146と電解液18との間に電気二重層が形成され、当該電気二重層に電荷が蓄積される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the electric
{容器}
容器12には、電解液18に対して耐久性を有する封止用の容器を用いる。
{container}
As the
{電極(電気二重層キャパシタ用電極シート)}
電極14は、容器12の内部に内包される集電体142と容器12の外部に露出する取出電極144とを一体化して成る一体化電極と、集電体142の上に形成された分極性電極146とから成るシート状の構造を有している。特に、分極性電極146は、揮発性有機ケイ素化合物で以ってその表面が処理されて、その結果、表面官能基の一部に有機ケイ素化合物を結合している。
{Electrode (electrode sheet for electric double layer capacitor)}
The
集電体142の材質は、電気化学的及び化学的な耐食性を有する導電体であればよいが、例えば、正極の集電体142の材質は、ステンレス、アルミニウム、チタン及びタンタル等の金属から選択することが出来、負極の集電体142の材質は、ステンレス、ニッケル、アルミニウム及び銅等の金属から選択することが出来る。尚、集電体142の材質として高純度の金属を採用すれば、集電体142の電気抵抗を低下させることが出来、電気二重層キャパシタ1の低抵抗化にも寄与することが出来る。集電体142は、典型的には、金属箔で構成され、その上に分極性電極146が形成される面に対しては、集電体142と電極活物質との剥離を防止するために、エッチド処理により粗面化しておくことが望ましい。
The material of the
取出電極144は、典型的には、短冊形の金属箔で構成され、集電体142の端部に突出して取り付けられる。
The
一方の集電体142の、他方の集電体142と対向する面の上には、分極性電極146が形成されている。但し、分極性電極146は、集電体142の表面のみに形成されていても良いし、集電体142の表面及び裏面の両方に形成されていても良い。
A
更に、分極性電極146は、酸化チタン粉末を含んでいても良い。
Furthermore, the
分極性電極146は、電極活物質と導電助剤とバインダとを主成分として含み、これらの混合物の電極膜として集電体142の上に形成されている。尚、集電体142と分極性電極146との間の接合に、導電性接着剤を使用しても良い。
The
分極性電極146の製法及びその表面処理に関しては、先ず、電極活物質と導電助剤とバインダとを混合して練り上げ、シート状に圧延する圧延法にて、あるいは、電極用ペーストを集電箔上に塗布乾燥し電極を作製する塗布法にて、分極性電極146を作製する。
Regarding the manufacturing method of the
次に、(1)大気下で分極性電極146を密閉した容器内に置き、同時に容器内に揮発性有機ケイ素化合物を設置することにより、分極性電極146を揮発性有機ケイ素化合物の蒸気に暴露する方法や、(2)分極性電極146を設置したデシケータの気圧を真空ポンプにより下げた上で、揮発性有機ケイ素化合物の蒸気をデシケータ内に導入して分極性電極146を揮発性有機ケイ素化合物の蒸気に暴露する方法や、(3)分極性電極146を揮発性有機ケイ素化合物の液体に直接浸漬する方法や、(4)揮発性有機ケイ素化合物を窒素ガスによりバブリングさせて分極性電極146に吹き付けることにより、分極性電極146を揮発性有機ケイ素化合物の蒸気に暴露する方法等により、分極性電極146の主成分である炭素材料(電極活物質)表面の官能基に有機ケイ素化合物を結合させる処理(表面処理)を行う。
Next, (1) The
ここで、有機ケイ素化合物の一例としては、以下の化1に記載された様な化学式を有する化合物を使用することが出来、常温常圧で空気中に容易に揮発するものが選ばれる。特に、沸点が50℃〜250℃、引火点が100℃以下のものが好ましい。沸点は化合物が液体から気体になる温度で規定され、又、引火点は、大気中に置かれた物体に着火する最低温度、厳密には、液体の可燃物が液面から爆発限界の最低値の濃度の蒸気を発生させるのに足りる最低の温度で規定される。沸点及び引火点は、それぞれ、揮発性の尺度であると捉えることが出来る。もし沸点が上記範囲より低いときには、処理の際に早期に有機ケイ素化合物が蒸発し均質な処理を行うのに不都合となる一方、上記範囲よりも高いときには、有機ケイ素化合物の乾燥性が低下する。もし引火点が上記の範囲以上であるときには、有機ケイ素化合物の揮発性が低くなり、処理後の余剰分の残留が生じ、性能を低下させる可能性がある。従って、沸点が50℃〜250℃、引火点が100℃以下の有機ケイ素化合物を用いるのが好適である。
Here, as an example of the organosilicon compound, a compound having a chemical formula as described in
具体例としては、イソプロペノキシトリメチルシラン、アセトキシトリメチルシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルトリイソプロペノキシシラン、アセトキシトリメチルシラン、トリメチルメトキシシラン、エトキシエチルジメチルシラン、トリメチルブチルシラン等のシラン化合物、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルテトラシロキサン、ドデカメチルペンタシロキサン、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン等のシロキサン化合物、ヘキサメチルジシラザン等のシラザン化合物等がある。特に、処理のし易さ及び性能等から、ヘキサメチルジシラザン、イソプロペノキシトリメチルシラン(イソプロペニルオキシトリメチルシラン)が特に好ましい。 Specific examples include isopropenoxytrimethylsilane, acetoxytrimethylsilane, tetraethoxysilane, methyltriethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, hexyltriethoxysilane, tetramethoxysilane, methyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxy. Silane compounds such as silane, methyltriisopropenoxysilane, acetoxytrimethylsilane, trimethylmethoxysilane, ethoxyethyldimethylsilane, trimethylbutylsilane, hexamethyldisiloxane, octamethyltrisiloxane, decamethyltetrasiloxane, dodecamethylpentasiloxane, Siloxa such as hexamethylcyclotrisiloxane, octamethylcyclotetrasiloxane, decamethylcyclopentasiloxane Compounds, silazane compounds such as hexamethyldisilazane. In particular, hexamethyldisilazane and isopropenoxytrimethylsilane (isopropenyloxytrimethylsilane) are particularly preferable from the viewpoint of ease of treatment and performance.
一例として、ヘキサメチルジシラザンを使用した場合、図3に示す様に、水酸基と反応し、アンモニアを発生し、化学結合する。又、イソプロペノキシトリメチルシラン(イソプロペニルオキシトリメチルシラン)を使用した場合には、アセトンを発生し化学結合する。これらの副生成物はガスとして放出される。 As an example, when hexamethyldisilazane is used, it reacts with a hydroxyl group to generate ammonia and chemically bond as shown in FIG. When isopropenoxytrimethylsilane (isopropenyloxytrimethylsilane) is used, acetone is generated and chemically bonded. These by-products are released as gases.
電極活物質は、典型的には、活性炭、活性炭素繊維、非多孔性賦活炭、人造黒鉛等の「炭素材料」であるが、フラーレン、カーボンナノチューブ又はフラーレンスート等の「ナノ炭素材料」と呼ばれる特殊な炭素材料を電極活物質として採用することも出来る。ここで、活性炭、活性炭素繊維及び非多孔性賦活炭は、所謂「賦活炭」の例である。 The electrode active material is typically a “carbon material” such as activated carbon, activated carbon fiber, non-porous activated charcoal, artificial graphite, etc., but is called a “nanocarbon material” such as fullerene, carbon nanotube or fullerene soot. A special carbon material can also be employed as the electrode active material. Here, activated carbon, activated carbon fiber, and non-porous activated charcoal are examples of so-called “activated charcoal”.
比表面積及び潜在的比表面積が大きいことから電極活物質として好適に用いられる賦活炭には、やしがら、石油系ピッチ、石油コークス、石炭、フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、液晶高分子、プラスチック廃棄物又はフェノール樹脂を含む廃材廃タイヤ等を原料として製造されたものがあるが、これらの中でも、石油コークス又は樹脂を原料として製造されたものを用いることが特に望ましい。 Activating coals suitably used as electrode active materials because of their large specific surface area and potential specific surface area include palm pitch, petroleum coke, coal, phenol resin, furan resin, polyvinyl chloride resin, and polychlorinated chloride. Some are made from vinylidene resin, polyimide resin, polyamide resin, liquid crystal polymer, plastic waste or waste tire waste containing phenol resin, etc., but among these, they are made from petroleum coke or resin. It is particularly desirable to use one.
賦活炭の賦活に関しては、周知の薬品賦活やガス賦活により行うことが出来るが、アルカリ賦活や水蒸気賦活により行うことが特に望ましい。 The activated charcoal can be activated by well-known chemical activation or gas activation, but it is particularly desirable to perform the activation by alkali activation or steam activation.
例えば、アルカリ賦活により賦活炭の賦活を行う場合、まず、不活性ガス雰囲気中において400℃〜1000℃で原料を熱処理して原料を炭化し、続いて、炭化した原料にアルカリ賦活薬品を均一に含漬させて不活性ガス雰囲気中で加熱し、アルカリ賦活薬品からの脱水及びアルカリ賦活薬品による酸化反応により炭化した原料を賦活する。このアルカリ賦活薬品としては、リン酸ナトリウム、塩化カルシウム、硫化カリウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム及び炭酸カルシウム等を例示することができ、これらの内の1種類を単独で用いても良いし、2種類以上を混合して用いても良い。 For example, when activating activated carbon by alkali activation, first, the raw material is heat-treated at 400 ° C. to 1000 ° C. in an inert gas atmosphere to carbonize the raw material, and then the alkali activation chemical is uniformly applied to the carbonized raw material. It is impregnated and heated in an inert gas atmosphere, and the carbonized raw material is activated by dehydration from the alkali activator and an oxidation reaction with the alkali activator. Examples of the alkali activating chemical include sodium phosphate, calcium chloride, potassium sulfide, potassium hydroxide, sodium hydroxide, potassium carbonate, sodium carbonate, sodium sulfate, potassium sulfate, and calcium carbonate. Among these, These may be used alone or in combination of two or more.
又は、水蒸気賦活により賦活炭の賦活を行う場合、まず、不活性ガス雰囲気中において400℃〜1000℃で原料を熱処理して原料を炭化し、続いて、700℃〜1000℃の温度下で炭化した原料に向かって水蒸気を吹き込むことにより炭化した原料を賦活する。 Or when activating activated carbon by steam activation, first, the raw material is heat-treated at 400 ° C. to 1000 ° C. in an inert gas atmosphere to carbonize the raw material, and then carbonized at a temperature of 700 ° C. to 1000 ° C. The carbonized raw material is activated by blowing steam toward the raw material.
又、電極活物質の形態は、破砕状、粒状、顆粒状、繊維状、フェルト状、織物状及びシート状等の比表面積が大きくなる形態から選択すれば良いが、電極化しやすいのは、粒状すなわち粉末状の電極活物質である。そして、粒状の電極活物質を用いる場合、分極性電極146の嵩密度を向上して電気抵抗を低減するためには、その平均粒子径を30μm以下とすることが望ましく、20μm以下とすることが更に望ましい。
The form of the electrode active material may be selected from forms having a large specific surface area such as crushed, granular, granular, fibrous, felted, woven, and sheet-like. That is, it is a powdered electrode active material. And when using a granular electrode active material, in order to improve the bulk density of the
導電助剤としては、カーボンブラック(特に、アセチレンブラックやケッチェンブラック)、天然黒鉛、熱膨張黒鉛、炭素繊維、ナノ炭素材料、酸化ルテニウム及びアルミニウムやニッケル等の金属ファイバー等から選択された1種類以上の導電材料を用いることが望ましく、少量で効果的に導電性を向上できる点から、アセチレンブラック又はケッチェンブラックを用いることが更に望ましい。 As the conductive aid, one kind selected from carbon black (especially acetylene black and ketjen black), natural graphite, thermally expanded graphite, carbon fiber, nanocarbon material, ruthenium oxide and metal fiber such as aluminum and nickel. It is desirable to use the above conductive material, and it is more desirable to use acetylene black or ketjen black from the viewpoint that the conductivity can be effectively improved with a small amount.
電極活物質に対する導電助剤の配合量は、電極活物質の嵩密度にも左右されるが、概ね、電極活物質100重量部に対して、5重量部以上とすることが望ましく、8重量部以上とすることが更に望ましい。但し、導電助剤の配合量が多くなりすぎると、分極性電極146に含まれる電極活物質の割合が減少して電気二重層キャパシタ1の静電容量が減少してしまうため、電極活物質に対する導電助剤の配合量は、電極活物質100重量部に対して、50重量部以下とすることが望ましく、30重量部以下とすることが更に望ましい。
The blending amount of the conductive additive with respect to the electrode active material depends on the bulk density of the electrode active material, but is generally preferably 5 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the electrode active material, and 8 parts by weight. More preferably, the above is used. However, if the blending amount of the conductive auxiliary agent is too large, the ratio of the electrode active material contained in the
バインダとしては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、カルボキシメチルセルロース、フルオロオレフィン共重合体架橋ポリマー、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリイミド、石油ピッチ、石炭ピッチ、フェノール樹脂、天然ラテックス、スチレンブタジエンゴム(SBR)ラテックス、ニトリルブタジエンゴム(NBR)ラテックス、その他ジエン系ゴム、ブチルゴム(IIR)ラテックス及びアクリルゴム等から選択した1種類以上の樹脂を用いることが望ましい。 Binders include polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, carboxymethylcellulose, fluoroolefin copolymer crosslinked polymer, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polyimide, petroleum pitch, coal pitch, phenol resin, natural latex, styrene butadiene rubber (SBR) It is desirable to use one or more resins selected from latex, nitrile butadiene rubber (NBR) latex, other diene rubbers, butyl rubber (IIR) latex, acrylic rubber, and the like.
電極活物質に対するバインダの配合量は、電極活物質100重量部に対して、0.5重量部以上とすることが望ましく、1.0重量部以上とすることが更に望ましい。バインダの配合量が当該下限を下回ると、電極活物質同士の結着性や集電体142と分極性電極146との密着性が低下し、電極14を維持できなくなる場合があるからである。また、電極活物質に対するバインダの配合量は、電極活物質100重量部に対して、30重量部以下とすることが望ましく、20重量部以下とすることが更に望ましい。バインダの配合量が当該上限を上回ると、分極性電極146の電気抵抗が上昇し、電気二重層キャパシタ1の静電容量が低下する場合があるからである。
The blending amount of the binder with respect to the electrode active material is preferably 0.5 parts by weight or more, and more preferably 1.0 part by weight or more with respect to 100 parts by weight of the electrode active material. This is because if the blending amount of the binder is below the lower limit, the binding property between the electrode active materials and the adhesion between the
{金属酸化物}
電極に添加される金属酸化物としては、酸化チタン、チタン酸リチウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、ハイドロキシタルサイト、酸化タングステン、酸化ニオブ、酸化錫、酸化バナジウム、酸化インジウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化モリブデン、酸化マンガン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、ニオブ酸ストロンチウム、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化クロム、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等の金属酸化物を一種以上混合して用いることができる。
{Metal oxide}
Metal oxides added to the electrode include titanium oxide, lithium titanate, zinc oxide, magnesium oxide, hydroxytalcite, tungsten oxide, niobium oxide, tin oxide, vanadium oxide, indium oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, and oxide. Mix one or more metal oxides such as molybdenum, manganese oxide, barium titanate, strontium titanate, calcium titanate, magnesium titanate, strontium niobate, cobalt oxide, nickel oxide, chromium oxide, silicon oxide, aluminum oxide. Can be used.
この様に電極が上記の金属酸化物を一種以上含むことにより、ガス発生及び副次的な電気化学反応を抑制して信頼性を向上させることが出来る。更に、金属酸化物由来の表面官能基も有機ケイ素化合物で処理することにより、ガス発生及び副次的な電気化学反応を抑制し、分解生成物の細孔内での蓄積を抑制することにより、信頼性を向上させることが出来る。 Thus, when an electrode contains 1 or more types of said metal oxide, gas generation and a secondary electrochemical reaction can be suppressed and reliability can be improved. Furthermore, by treating the surface functional group derived from the metal oxide with an organosilicon compound, gas generation and secondary electrochemical reaction are suppressed, and accumulation of decomposition products in pores is suppressed, Reliability can be improved.
これらの物質の中でも、安定性及び安全性の観点から、酸化チタンを電極に添加すべき金属酸化物として用いることが、特に好ましい。この様に電極が酸化チタンを含むことにより、ガス発生及び副次的な電気化学反応を抑制して信頼性を向上させることが出来る。更に、金属酸化物由来の表面官能基も有機ケイ素化合物で処理することにより、ガス発生及び副次的な電気化学反応を抑制し、分解生成物の細孔内での蓄積を抑制することにより、信頼性を向上させることが出来る。 Among these substances, it is particularly preferable to use titanium oxide as a metal oxide to be added to the electrode from the viewpoint of stability and safety. Thus, when an electrode contains a titanium oxide, gas generation and a secondary electrochemical reaction can be suppressed and reliability can be improved. Furthermore, by treating the surface functional group derived from the metal oxide with an organosilicon compound, gas generation and secondary electrochemical reaction are suppressed, and accumulation of decomposition products in pores is suppressed, Reliability can be improved.
{セパレータ}
一対の電極14の間隙に設けられたセパレータ16は、電気伝導に寄与するイオンを透過し、電気化学的及び化学的な耐食性を有する絶縁体シートである。セパレータ16としては、天然パルプ、天然セルロース、溶剤紡糸セルロース又はバクテリアセルロース等を材質とするセルロース系セパレータやガラス繊維又は非フィブリル化有機繊維を材質とする不織布セパレータの他、ナイロン66,芳香族ポリアミド,全芳香族ポリアミド,芳香族ポリエステル,全芳香族ポリエステル,全芳香族ポリエステルアミド,全芳香族ポリエーテル,全芳香族ポリアゾ化合物,ポリフェニレンスルフィド(PPS),ポリ−p−フェニレンベンゾビスチアゾール(PBZT),ポリ−p−フェニレンベンゾビスオキサゾール(PBO),ポリベンゾイミダゾール(PBI),ポリエーテルエーテルケトン(PEEK),ポリアミドイミド(PAI),ポリイミド又はポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等を材質とするフィブリル化フォルム又は多孔質フィルムのセパレータを好適に用いることが出来る。
{Separator}
The
セパレータ16としては、厚みが概ね20μm〜50μm、気孔率(空隙率)が概ね60%〜80%、平均気孔径が概ね数μm〜数10μmのシートを用いることが出来る。勿論、当該シートを1枚単独で用いるのではなくて2枚以上重ねて用いても良い。平均気孔率については、様々なものを入手可能であるが、同じ材質であっても目付け密度を変化させれば平均気孔率を容易に変化させることが出来る。
As the
{電解液}
一対の電極14の間隙を満たす電解液18は、電解質を溶媒に溶解させた電解質溶液である。電解液18としては、水系電解液及び非水系電解液の何れも採用しうるが、電気二重層キャパシタ1の耐電圧を向上しうる非水系電解液を採用することがより望ましい。
{Electrolyte}
The
電解質としては、カチオンとアニオンとを含む塩であって、例えば、カチオンが、テトラエチルアンモニウム,トリエチルメチルアンモニウム,スピロ−(1、1')−ビピロリジニウム若しくはジエチルメチル−2−メトキシエチルアンモニウム(DEME)等の4級アンモニウム又は1、3−ジアルキルイミダゾリウム,1、2、3−トリアルキルイミダゾリウム,1−エチル−3−メチルイミダゾリウム(EMI)若しくは1、2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウム(DMPI)等のイミダゾリウムであり、アニオンが、BF4 -、PF6 -、ClO4 -、AlCl4 -又はCF3SO3 -であるものを採用することが出来る。 The electrolyte is a salt containing a cation and an anion. For example, the cation is tetraethylammonium, triethylmethylammonium, spiro- (1,1 ′)-bipyrrolidinium, diethylmethyl-2-methoxyethylammonium (DEME), or the like. Quaternary ammonium or 1,3-dialkylimidazolium, 1,2,3-trialkylimidazolium, 1-ethyl-3-methylimidazolium (EMI) or 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium (DMPI) And the anion is BF 4 − , PF 6 − , ClO 4 − , AlCl 4 − or CF 3 SO 3 − .
非水系電解液の溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、スルホラン、メチルスルホラン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、N−メチルオキサゾリジノン、ジメチルスルホキシド及びトリメチルスルホキシドから選択した1種類以上を含む有機溶媒を採用することが望ましく、電気化学的安定性、化学的安定性及び導電性を向上するために、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、スルホラン、メチルスルホラン及びγ−ブチロラクトンから選択した1種類以上を含む有機溶媒を採用することが更に望ましい。但し、エチレンカーボネート及びスルホラン等の高融点溶媒については、単独で使用すると低温下で電解液18が固体となってしまうため、プロピレンカーボネート等の低融点溶媒と混合して使用することが望ましい。
Examples of the solvent for the non-aqueous electrolyte include propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, sulfolane, methyl sulfolane, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, N-methyloxazolidinone, and dimethyl. It is desirable to employ an organic solvent containing at least one selected from sulfoxide and trimethyl sulfoxide, and in order to improve electrochemical stability, chemical stability and conductivity, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl Employs an organic solvent containing one or more selected from carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, sulfolane, methyl sulfolane and γ-butyrolactone Rukoto is more desirable. However, high-melting solvents such as ethylene carbonate and sulfolane are preferably mixed with a low-melting solvent such as propylene carbonate because the
非水系電解液における電解質の濃度は、電気二重層キャパシタ1の良好な特性を維持するため、0.3mol/L以上3.0mol/L以下であることが望ましく、0.7mol/L以上2.5mol/L以下であることが更に望ましい。何故ならば、この範囲内であれば、電解液18の導電性を良好に維持することが可能であり、この範囲を上回ると、−20℃以下の低温下で電解液18の導電性が低下してしまうからであり、この範囲を下回ると、室温下及び低温下で電解液18の導電性が低下してしまうからである。
The concentration of the electrolyte in the non-aqueous electrolytic solution is desirably 0.3 mol / L or more and 3.0 mol / L or less, and 0.7 mol / L or more and 2. in order to maintain good characteristics of the electric
又、非水系電解質が含む水分の濃度は、電気二重層キャパシタ1の寿命及び耐電圧を良好にするため、200ppm以下とすることが望ましく、50ppm以下とすることが更に望ましい。
The concentration of water contained in the non-aqueous electrolyte is preferably 200 ppm or less, and more preferably 50 ppm or less, in order to improve the life and withstand voltage of the electric
尚、電解液として、電解質を溶媒に溶解させた電解質溶液に代えて、液状電解質又はゲル状電解質を用いることも許容される。液状電解質としては、例えば、ジエチルメチル−2−メトキシエチルアンモニウム(DEME)やN−(2−メトキシエチル)−N−メチル−N−ピロリジウムのBF4 -、PF6 -又は(CF3SO2)2N-塩等のイオン性液体を例示することが出来る。又、ゲル状電解質としては、4フッ化ホウ素系ゲル状電解質、高分子固体電解質、ポリエステル化合物を含む電解質及びイミダゾリウム系等のイオン性液体と無機化合物との混合物の電解液を例示することが出来る。 In addition, it is also acceptable to use a liquid electrolyte or a gel electrolyte instead of an electrolyte solution in which an electrolyte is dissolved in a solvent. Examples of the liquid electrolyte include diethylmethyl-2-methoxyethylammonium (DEME) and N- (2-methoxyethyl) -N-methyl-N-pyrrolidinium BF 4 − , PF 6 − or (CF 3 SO 2 ). 2 N - can be exemplified ionic liquid such as salt. Examples of gel electrolytes include boron tetrafluoride gel electrolytes, polymer solid electrolytes, electrolytes containing polyester compounds, and electrolytes of mixtures of ionic liquids such as imidazoliums and inorganic compounds. I can do it.
以下、本実施の形態の具体的な実施例を記載するが、本発明は以下の実施例に限定されるわけではない。 Hereinafter, specific examples of the present embodiment will be described, but the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)
炭素材料として水蒸気賦活炭(BET比表面積1300m2/g、平均粒径15μm)、導電助剤としてアセチレンブラック、バインダとしてポリテトラフルオロエチレンを8:1:1の比率で混合し、エタノールを滴下しながら混練した。次に、混練物をロール圧延した後、200℃で30分乾燥してエタノールを除去して、厚さ100μmのシート状成型物(分極性電極シート)を得た。これを導電性接着剤でアルミ箔に接着することにより、電極シートを得た。作製した電極シートを一片3cmの正方形に4cm×1cmの短冊状の取り出し電極部の付いた形に裁断したものを2つ作製し、取り出し電極部上の分極性電極を除去した後、200℃にて24時間真空乾燥した。次に、切り替えコック付き3又管を具備したデシケータを準備し、チューブにて1方向はデシケータに、他一方向は真空ポンプに、残り一方向はヘキサメチルジシラザンの入った容器に接続した。裁断した電極(電極シート)をデシケータの中に入れ、真空ポンプにてデシケータ内の空気を吸引した。続いてコックを切り替えて、真空ポンプとの接続を遮断して、ヘキサメチルジシラザン(沸点126℃、引火点12℃)の入った容器に接続し、ヘキサメチルジシラザンの蒸気を導入した。10分ほど静置した後に電極を取り出し、80℃の乾燥機で乾燥、更に、200℃にて24時間真空乾燥し、電気二重層キャパシタ用電極(電極シート)を得た。
Example 1
Steam activated charcoal (BET specific surface area 1300 m 2 / g, average particle size 15 μm) as a carbon material, acetylene black as a conductive assistant, polytetrafluoroethylene as a binder are mixed in a ratio of 8: 1: 1, and ethanol is added dropwise. While kneading. Next, the kneaded product was roll-rolled and then dried at 200 ° C. for 30 minutes to remove ethanol, thereby obtaining a sheet-like molded product (polarizable electrode sheet) having a thickness of 100 μm. This was bonded to an aluminum foil with a conductive adhesive to obtain an electrode sheet. Two pieces of the prepared electrode sheet were cut into a 3 cm square with a 4 cm × 1 cm strip-shaped extraction electrode part, and the polarizable electrode on the extraction electrode part was removed. For 24 hours. Next, a desiccator equipped with a three-way tube with a switching cock was prepared, and one direction was connected to the desiccator by a tube, the other direction was connected to a vacuum pump, and the other direction was connected to a container containing hexamethyldisilazane. The cut electrode (electrode sheet) was placed in a desiccator, and the air in the desiccator was sucked with a vacuum pump. Subsequently, the cock was switched, the connection with the vacuum pump was cut off, and connected to a container containing hexamethyldisilazane (boiling point 126 ° C.,
得られた2つの電極の活性炭電極側を、セルロース系セパレータを挟んで向かい合わせ、アルミラミネートパックに入れた。次に、電解液として、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート(TEA-BF4)のプロピレンカーボネート溶液(1mol/L)を注入した。注液後のセルに3.2Vの電圧を30分の予備充電により初期化を実施した後、真空ラミネートでパッキングして、電気二重層キャパシタセルを得た。 The activated carbon electrode sides of the two obtained electrodes were faced to each other with a cellulose-based separator in between and placed in an aluminum laminate pack. Next, a propylene carbonate solution (1 mol / L) of tetraethylammonium tetrafluoroborate (TEA-BF4) was injected as an electrolytic solution. The cell after injection was initialized with a voltage of 3.2 V by preliminary charging for 30 minutes and then packed with a vacuum laminate to obtain an electric double layer capacitor cell.
本実施例に於いては、揮発性有機ケイ素化合物として、ヘキサメチルジシラザンが官能基との反応性、揮発性に富むため、より有効である。 In this embodiment, hexamethyldisilazane is more effective as a volatile organosilicon compound because it is rich in reactivity with functional groups and volatility.
(実施例2)
揮発性有機ケイ素化合物として、イソプロペノキシトリメチルシラン(沸点94℃、引火点−1℃)を使用し、デシケータ内でイソプロペノキシトリメチルシランの液に電極シートを浸漬し、真空ポンプで賦活炭の細孔内の空気を吸引した後、大気圧に戻し、80℃の乾燥機で乾燥した以外は、実施例1と同様に電気二重層キャパシタ用電極シート及び電気二重層キャパシタセルを作製した。この場合のイソプペノキシトリメチルシランと炭素材料の表面官能基との反応図を、図4に示す。
(Example 2)
Isopropenoxytrimethylsilane (boiling point 94 ° C, flash point -1 ° C) is used as the volatile organosilicon compound, the electrode sheet is immersed in a solution of isopropenoxytrimethylsilane in a desiccator, and the activated carbon is activated with a vacuum pump. After sucking the air in the pores, the electrode sheet for the electric double layer capacitor and the electric double layer capacitor cell were produced in the same manner as in Example 1 except that the air pressure was returned to atmospheric pressure and dried with a dryer at 80 ° C. FIG. 4 shows a reaction diagram of isoppenoxytrimethylsilane and the surface functional group of the carbon material in this case.
本実施例に於いては、揮発性有機ケイ素化合物として、イソプロペノキシトリメチルシランが官能基との反応性、揮発性に富むため、より有効である。 In this embodiment, isopropenoxytrimethylsilane is more effective as a volatile organosilicon compound because it is rich in reactivity with functional groups and volatility.
(実施例3)
炭素材料として水蒸気賦活炭(BET比表面積1300m2/g、平均粒径15μm)、導電助剤としてアセチレンブラック、バインダとしてポリテトラフルオロエチレンを8:1:1の比率で混合し、エタノールを滴下しながら混練した。次に、混練物をロール圧延した後、200℃で30分乾燥してエタノールを除去して、厚さ100μmのシート状成型物(分極性電極シート)を得た。これを導電性接着剤でアルミ箔に接着することにより、電極シートを得た。次に、切り替えコック付き3又管を具備したデシケータを準備し、チューブにて1方向はデシケータに、他一方向は真空ポンプに、残り一方向はヘキサメチルジシラザンの入った容器に接続した。裁断した電極をデシケータの中に入れ、真空ポンプにてデシケータ内の空気を吸引した。続いてコックを切り替えて、真空ポンプとの接続を遮断して、ヘキサメチルジシラザン(沸点126℃、引火点12℃)の入った容器に接続した。10分ほど静置した後に電極を取り出し、80℃の乾燥機で乾燥し、電気二重層キャパシタ用電極シートを得た。
(Example 3)
Steam activated charcoal (BET specific surface area 1300 m 2 / g, average particle size 15 μm) as a carbon material, acetylene black as a conductive assistant, polytetrafluoroethylene as a binder are mixed in a ratio of 8: 1: 1, and ethanol is added dropwise. While kneading. Next, the kneaded product was roll-rolled and then dried at 200 ° C. for 30 minutes to remove ethanol, thereby obtaining a sheet-like molded product (polarizable electrode sheet) having a thickness of 100 μm. This was bonded to an aluminum foil with a conductive adhesive to obtain an electrode sheet. Next, a desiccator equipped with a three-way tube with a switching cock was prepared, and one direction was connected to the desiccator by a tube, the other direction was connected to a vacuum pump, and the other direction was connected to a container containing hexamethyldisilazane. The cut electrode was placed in a desiccator, and the air in the desiccator was sucked with a vacuum pump. Subsequently, the cock was switched to disconnect the connection with the vacuum pump and connected to a container containing hexamethyldisilazane (boiling point 126 ° C.,
作製した電極シートを一片3cmの正方形に4cm×1cmの短冊状の取り出し電極部の付いた形に裁断したものを2つ作製し、取り出し電極部上の分極性電極を除去した後、200℃にて24時間真空乾燥した。次に、得られた2つの電極の活性炭電極側同士を、セルロース系セパレータを挟んで向かい合わせ、電極シート等をアルミラミネートパックに入れた。次に、電解液として、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート(TEA-BF4)のプロピレンカーボネート溶液(1mol/L)を注入した。注液後のセルに3.2Vの電圧を30分の予備充電により初期化を実施した後、真空ラミネートでパッキングして、電気二重層キャパシタセルを得た。 Two pieces of the prepared electrode sheet were cut into a 3 cm square with a 4 cm × 1 cm strip-shaped extraction electrode part, and the polarizable electrode on the extraction electrode part was removed. For 24 hours. Next, the activated carbon electrode sides of the two obtained electrodes were faced to each other with a cellulose separator interposed therebetween, and an electrode sheet or the like was placed in an aluminum laminate pack. Next, a propylene carbonate solution (1 mol / L) of tetraethylammonium tetrafluoroborate (TEA-BF4) was injected as an electrolytic solution. The cell after injection was initialized with a voltage of 3.2 V by preliminary charging for 30 minutes and then packed with a vacuum laminate to obtain an electric double layer capacitor cell.
本実施例に於いては、揮発性有機ケイ素化合物として、ヘキサメチルジシラザンが官能基との反応性、揮発性に富むため、より有効である。 In this embodiment, hexamethyldisilazane is more effective as a volatile organosilicon compound because it is rich in reactivity with functional groups and volatility.
(比較例1)
比較例として、ヘキサメチルジシラザンによる表面処理を行わないこと以外、実施例1と同様にして電気二重層キャパシタセルを作製した。
(Comparative Example 1)
As a comparative example, an electric double layer capacitor cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the surface treatment with hexamethyldisilazane was not performed.
得られた各電気二重層キャパシタの初期の放電容量を測定した後、性能信頼性の加速試験として、各キャパシタを70℃の恒温漕中にて、3.0Vの電圧を印加しながら、500時間保持し、耐久試験を実施した。この結果から、耐久試験後の放電容量の初期容量に対する容量維持率を算出した。結果を表1に示す。 After measuring the initial discharge capacity of each obtained electric double layer capacitor, as a performance reliability acceleration test, each capacitor was applied in a constant temperature bath at 70 ° C. while applying a voltage of 3.0 V for 500 hours. The durability test was carried out. From this result, the capacity retention ratio with respect to the initial capacity of the discharge capacity after the durability test was calculated. The results are shown in Table 1.
表1の結果から、通常の使用電圧(2.3-2.7V)よりも高い電圧(3.0V)で使用した場合に於いて、比較例1と比較して、本発明の各実施例1−3では、容量維持率が向上した。 From the results of Table 1, when used at a voltage (3.0 V) higher than the normal operating voltage (2.3-2.7 V), each Example 1-3 of the present invention compared to Comparative Example 1 , Capacity retention rate improved.
(実施例4)
水蒸気賦活炭(BET比表面積1300m2/g、平均粒径15μm)、導電剤としてアセチレンブラック、金属酸化物として、酸化チタン(BET表面積50m2/g、凝集粒径2μm)、バインダとしてポリテトラフルオロエチレンを8:1:1:1の比率で混合し、エタノールを滴下しながら混練した。次に、混練物をロール圧延した後、200℃で30分乾燥してエタノールを除去して、厚さ100μmのシート状成型物を得た。これを導電性接着剤でアルミ箔に接着することにより、電極シートを得た。作製した電極シートを一片3cmの正方形に4cm×1cmの短冊状の取り出し電極部の付いた形に裁断したものを2つ作製し、取り出し電極部の分極性電極を除去した後、200℃にて24時間真空乾燥した。次に、切り替えコック付き3又管を具備したデシケータを準備し、チューブにて1方向はデシケータに、他一方向は真空ポンプに、残り一方向はヘキサメチルジシラザンの入った容器に接続した。裁断した電極をデシケータの中に入れ、真空ポンプにてデシケータ内の空気を吸引した。続いてコックを切り替えて、真空ポンプとの接続を遮断して、ヘキサメチルジシラザン(沸点126℃、引火点12℃)の入った容器に接続し、ヘキサメチルジシラザンの蒸気を導入した。10分ほど静置した後に電極を取り出し、80℃の乾燥機で乾燥、更に、200℃にて24時間真空乾燥し電気二重層キャパシタ用電極を得た。又、酸化チタンを含まない電極は、ヘキサメチルジシラザン処理まで同様の工程でヘキサメチルジシラザンによる処理を行わないで作成した。
Example 4
Steam activated charcoal (BET specific surface area 1300 m 2 / g, average particle size 15 μm), acetylene black as a conductive agent, titanium oxide (BET surface area 50 m 2 / g, aggregated particle size 2 μm) as a conductive agent, polytetrafluoro as a binder Ethylene was mixed at a ratio of 8: 1: 1: 1 and kneaded while adding ethanol dropwise. Next, the kneaded product was roll-rolled and then dried at 200 ° C. for 30 minutes to remove ethanol, thereby obtaining a sheet-like molded product having a thickness of 100 μm. This was bonded to an aluminum foil with a conductive adhesive to obtain an electrode sheet. Two pieces of the prepared electrode sheet were cut into a 3 cm square with a 4 cm × 1 cm strip-shaped take-out electrode part, and after removing the polarizable electrode from the take-out electrode part, the temperature was changed to 200 ° C. Vacuum dried for 24 hours. Next, a desiccator equipped with a three-way tube with a switching cock was prepared, and one direction was connected to the desiccator by a tube, the other direction was connected to a vacuum pump, and the other direction was connected to a container containing hexamethyldisilazane. The cut electrode was placed in a desiccator, and the air in the desiccator was sucked with a vacuum pump. Subsequently, the cock was switched, the connection with the vacuum pump was cut off, and connected to a container containing hexamethyldisilazane (boiling point 126 ° C.,
得られたヘキサメチルジシラザン処理した酸化チタン入り電極と酸化チタン無しの電極とを一組として、セルロース系セパレータを挟んで向かい合わせ、アルミラミネートパックに入れ、電解液としてテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート(TEA-BF4)のプロピレンカーボネート溶液(1mol/L)を注入した。注液後のセルに酸化チタン添加電極を負極として、3.2Vの電圧を30分の予備充電により初期化を実施した後、真空ラミネートでパッキングして、電気二重層キャパシタセルを得た。 The resulting hexamethyldisilazane-treated titanium oxide-containing electrode and non-titanium oxide-containing electrode are placed face-to-face across a cellulose separator, placed in an aluminum laminate pack, and tetraethylammonium tetrafluoroborate (TEA) as the electrolyte. -BF4) propylene carbonate solution (1 mol / L) was injected. The cell after pouring was initialized with a titanium oxide-added electrode as a negative electrode and precharged with a voltage of 3.2 V for 30 minutes, and then packed with a vacuum laminate to obtain an electric double layer capacitor cell.
(比較例2)
ヘキサメチルジシラザンによる処理を行わないこと以外、実施例4と同様に電気二重層キャパシタセルを作製した。
(Comparative Example 2)
An electric double layer capacitor cell was produced in the same manner as in Example 4 except that the treatment with hexamethyldisilazane was not performed.
得られた各電気二重層キャパシタの初期の放電容量を測定した後、性能信頼性の加速試験として、各キャパシタを70℃の恒温漕中にて、3.0Vの電圧を印加しながら、500時間保持した後25℃で静電容量の測定を行った。この結果から、耐久試験後の放電容量の初期容量に対する容量維持率を算出した。その結果を表2に示す。 After measuring the initial discharge capacity of each obtained electric double layer capacitor, as a performance reliability acceleration test, each capacitor was applied in a constant temperature bath at 70 ° C. while applying a voltage of 3.0 V for 500 hours. After being held, the capacitance was measured at 25 ° C. From this result, the capacity retention ratio with respect to the initial capacity of the discharge capacity after the durability test was calculated. The results are shown in Table 2.
表2の結果から、通常の使用電圧(2.3-2.7V)よりも高い電圧(3.0V)で使用した場合に於いて、比較例2と比較して、本実施例4において容量維持率が向上した。 From the results shown in Table 2, the capacity retention rate is improved in Example 4 compared to Comparative Example 2 when used at a voltage (3.0V) higher than the normal operating voltage (2.3-2.7V). did.
(付記)
以上、本発明の実施の形態を詳細に開示し記述したが、以上の記述は本発明の適用可能な局面を例示したものであって、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、記述した局面に対する様々な修正や変形例を、この発明の範囲から逸脱することの無い範囲内で考えることが可能である。
(Appendix)
While the embodiments of the present invention have been disclosed and described in detail above, the above description exemplifies aspects to which the present invention can be applied, and the present invention is not limited thereto. In other words, various modifications and variations to the described aspects can be considered without departing from the scope of the present invention.
実施の形態1等に於いて記載した上記製造方法によって製造された電気二重層キャパシタ用電極シートを、電気二重層キャパシタの電極へ適用すると好適である。
It is preferable to apply the electrode sheet for an electric double layer capacitor manufactured by the manufacturing method described in
これにより、ガス発生や副次的な電気化学反応を抑制し、電気二重層キャパシタの信頼性を向上させることが出来る。 As a result, gas generation and secondary electrochemical reaction can be suppressed, and the reliability of the electric double layer capacitor can be improved.
1 電気二重層キャパシタ、12 容器、14 電極、16 セパレータ、18 電解液、142 集電体、144 取出電極、146 分極性電極。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記分極性電極の前記炭素材料を沸点50℃〜250℃且つ引火点が100℃以下の揮発性有機ケイ素化合物で表面処理することを特徴とする、
電気二重層キャパシタ用電極シートの製造方法。 In the method for producing an electrode sheet for an electric double layer capacitor having a polarizable electrode containing a carbon material and a binder as its constituent elements,
The carbon material of the polarizable electrode is surface-treated with a volatile organosilicon compound having a boiling point of 50 ° C. to 250 ° C. and a flash point of 100 ° C. or less,
Manufacturing method of electrode sheet for electric double layer capacitor.
前記分極性電極を、前記揮発性有機ケイ素化合物の蒸気に暴露する、または、前記揮発性有機ケイ素化合物を主材料とする処理剤に浸漬する方法により表面処理することを特徴とする、
電気二重層キャパシタ用電極シートの製造方法。 It is a manufacturing method of the electrode sheet for electric double layer capacitors according to claim 1,
The polarizable electrode is exposed to the vapor of the volatile organosilicon compound, or surface-treated by a method of immersing in a treating agent containing the volatile organosilicon compound as a main material,
Manufacturing method of electrode sheet for electric double layer capacitor.
前記揮発性有機ケイ素化合物はヘキサメチルジシラザンであることを特徴とする、
電気二重層キャパシタ用電極シートの製造方法。 It is a manufacturing method of the electrode sheet for electric double layer capacitors according to claim 1 or 2,
The volatile organosilicon compound is hexamethyldisilazane,
Manufacturing method of electrode sheet for electric double layer capacitor.
前記揮発性有機ケイ素化合物はイソプロペノキシトリメチルシランであることを特徴とする、
電気二重層キャパシタ用電極シートの製造方法。 It is a manufacturing method of the electrode sheet for electric double layer capacitors according to claim 1 or 2,
The volatile organosilicon compound is isopropenoxytrimethylsilane,
Manufacturing method of electrode sheet for electric double layer capacitor.
電気二重層キャパシタ。 It has an electrode comprised from the electrode sheet for electric double layer capacitors manufactured by the manufacturing method of the electrode sheet for electric double layer capacitors according to any one of claims 1 to 4.
Electric double layer capacitor.
炭素材料及びバインダを含む前記電極の内で少なくとも何れか一方の電極は金属酸化物を含むことを特徴とする、
電気二重層キャパシタ。 The electric double layer capacitor according to claim 5,
Of the electrodes including a carbon material and a binder, at least one of the electrodes includes a metal oxide,
Electric double layer capacitor.
前記金属酸化物は酸化チタンであることを特徴とする、
電気二重層キャパシタ。 The electric double layer capacitor according to claim 6,
The metal oxide is titanium oxide,
Electric double layer capacitor.
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