JP2009016441A - Nonaqueous electrolyte for electrochemical capacitor, and electrochemical capacitor using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気化学キャパシタに関し、さらに詳しくは、非水系電解液を用いる電気化学キャパシタに関する。 The present invention relates to an electrochemical capacitor, and more particularly to an electrochemical capacitor using a non-aqueous electrolyte.
電気化学キャパシタは、電気化学的な酸化還元を伴う反応により電力を蓄える電池に対し、静電容量により電荷を蓄える事を基本とする蓄電デバイスを言い、近年は電池よりはキャパシタに類する挙動を示す高速な酸化還元反応を伴う蓄電メカニズムを含める事が多い。 An electrochemical capacitor is an electricity storage device based on the accumulation of electric charge by electrostatic capacity, compared to a battery that stores electric power by a reaction involving electrochemical oxidation-reduction, and in recent years it behaves more like a capacitor than a battery. It often includes a power storage mechanism with a fast redox reaction.
電池に分類される蓄電デバイスと比較し、電気化学キャパシタは蓄えられるエネルギー密度が低い反面、高速な充放電が可能であり、その特徴を生かした応用がなされている。近年は、高速な充放電が可能であるという特長を生かしつつ、よりエネルギー密度を向上させる為の検討が盛んになされており、その用途を広げつつある。 Compared with power storage devices that are classified as batteries, electrochemical capacitors have a lower energy density, but they can be charged and discharged at high speed. In recent years, studies have been actively made to improve the energy density while taking advantage of the feature that high-speed charging / discharging is possible, and its applications are expanding.
電気化学キャパシタは、通常、一対の電極と電解質とを備えている。前記電極が分極性電極である場合は、電解質との界面に生成する電気二重層に電気を蓄える電気二重層キャパシタとなる。この他に、電気二重層容量とともに非分極性電極の酸化還元による疑似容量を利用したシュードキャパシタ(レドックスキャパシタ)がある(非特許文献1)。さらに、近年は、一方の極に、例えばリチウム二次電池等の二次電池の電極を用い、もう一方を電気化学キャパシタの電極を用いて、一方の極が二次電池、一方の極が電気化学キャパシタとして動作するハイブリッドキャパシタも研究がなされている。 An electrochemical capacitor usually includes a pair of electrodes and an electrolyte. When the electrode is a polarizable electrode, it becomes an electric double layer capacitor that stores electricity in the electric double layer generated at the interface with the electrolyte. In addition, there is a pseudocapacitor (redox capacitor) using a pseudocapacitance due to oxidation and reduction of a non-polarizable electrode together with an electric double layer capacitance (Non-patent Document 1). Furthermore, in recent years, for example, an electrode of a secondary battery such as a lithium secondary battery is used as one electrode, an electrode of an electrochemical capacitor is used as the other electrode, one electrode is a secondary battery, and one electrode is an electric battery. Hybrid capacitors that operate as chemical capacitors have also been studied.
電気二重層キャパシタの分極性電極には、一般的に活性炭素繊維や活性炭粒子の成型体や塗布膜が使用される。例えば、活性炭素繊維や活性炭粒子をプレス成形したり、適当なバインダーと練り合わせたものを集電体金属上に塗布したりすることにより形成されている。また、前記分極性電極は、活性炭素繊維上にアルミニウムをプラズマ溶射したものを用いることもできる。 For the polarizable electrode of an electric double layer capacitor, a molded body or a coating film of activated carbon fiber or activated carbon particles is generally used. For example, it is formed by press molding activated carbon fibers or activated carbon particles, or by applying a kneaded material with a suitable binder onto a current collector metal. In addition, the polarizable electrode may be formed by plasma spraying aluminum on activated carbon fiber.
一方、シュードキャパシタの非分極性電極には、酸化ルテニウム、酸化イリジウム、酸化ニッケル、酸化鉛等の金属酸化物、又はポリピロ−ルやポリチオフェン等の導電性高分子が使用され、分極性電極同様の方法にて作成された電極が用いられる他、それぞれの材料の特徴にあわせた個別の電極作成法も用いられている。 On the other hand, a non-polarizable electrode of a pseudocapacitor uses a metal oxide such as ruthenium oxide, iridium oxide, nickel oxide or lead oxide, or a conductive polymer such as polypyrrole or polythiophene. In addition to using electrodes prepared by the method, individual electrode preparation methods adapted to the characteristics of each material are also used.
ハイブリッドキャパシタは、これらの電極を一方に用い、他方に二次電池の電極を用いる。 The hybrid capacitor uses these electrodes on one side and the electrodes of the secondary battery on the other side.
電気化学キャパシタに使用される電解質には、硫酸水溶液や水酸化カリウム水溶液等の水系電解液、プロピレンカーボネート等の有機溶媒に4級アンモニウム塩や4級ホスホニウム塩等を溶解した非水系電解液、ポリエチレンオキシド−アルカリ金属塩錯体やRbAg4I5等の固体電解質がある(非特許文献2)。 The electrolyte used in the electrochemical capacitor includes an aqueous electrolyte such as an aqueous solution of sulfuric acid or potassium hydroxide, a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving a quaternary ammonium salt or quaternary phosphonium salt in an organic solvent such as propylene carbonate, There are solid electrolytes such as ethylene oxide-alkali metal salt complexes and RbAg 4 I 5 (Non-patent Document 2).
非水系電解液を用いる電気化学キャパシタは、耐電圧を高くできるため、水系電解液を用いる電気化学キャパシタよりエネルギー密度を高くできるという利点があり、小型化の要求される民生用電子機器のバックアップ電源や携帯機器の駆動電源等に利用されるほか、さらに、電気自動車、ハイブリッド車や電力貯蔵等のパワー用途での使用を目指した開発が、非水系電解液を使用して行われている。 Electrochemical capacitors that use non-aqueous electrolytes have the advantage of higher energy density than electrochemical capacitors that use aqueous electrolytes because they can increase the withstand voltage, and backup power supplies for consumer electronic devices that require miniaturization. In addition to being used for driving power sources for mobile devices and the like, development aimed at use in power applications such as electric vehicles, hybrid vehicles, and power storage has been carried out using non-aqueous electrolytes.
電気化学キャパシタに蓄積されているエネルギー:Wは、一定電流:Iで電圧:ViからVfまで放電させるとき、次式で表される。
W=1/2・C(Vi2−Vf2)
(前記式中、Cは静電容量(F)を表す。)
The energy W stored in the electrochemical capacitor is expressed by the following equation when discharging from a voltage Vi to Vf with a constant current I.
W = 1/2 · C (Vi 2 −Vf 2 )
(In the above formula, C represents capacitance (F).)
前記の式から、エネルギー密度をより高くするためには、CとViを大きくすることが望ましい。電気化学的にViは正極の電位と負極の電位の差であり、耐酸化電位をより貴に、耐還元電位をより卑にする事が望ましい。これらの耐酸化電位・耐還元電位は、分解電位がそれぞれ、より貴またはより卑な電解液を用いる事で向上する事が出来る。 From the above formula, it is desirable to increase C and Vi in order to further increase the energy density. Electrochemically, Vi is the difference between the positive electrode potential and the negative electrode potential, and it is desirable to make the oxidation resistance potential more noble and the reduction resistance potential lower. These oxidation resistance / reduction resistance can be improved by using a more noble or base electrolyte having a decomposition potential.
また、Cは電極表面積の広さにより決定される。従って、電極には活性炭等の単位体積当たり広い表面積を持つ電極が用いられる(非特許文献3)。しかし、表面積を大きくする余り、表面に微細すぎる孔を有する構造になると、溶媒和イオンが孔に入り込めず、電極表面と接触できなくなるため、キャパシタの静電容量は減少することがある。そのため、溶媒和イオンの半径は、より小さい方が望ましい。 C is determined by the area of the electrode surface area. Therefore, an electrode having a large surface area per unit volume such as activated carbon is used as the electrode (Non-patent Document 3). However, if the surface area is too large to have a structure with pores that are too fine on the surface, solvated ions cannot enter the pores and cannot contact the electrode surface, so the capacitance of the capacitor may decrease. Therefore, it is desirable that the solvated ion has a smaller radius.
ところで、フッ素原子の電気陰性度が大きいことから、一般に、溶媒として用いられる化合物にフッ素原子を導入することで、電解液の耐酸化電位を向上させることが可能であると報告されている(非特許文献4)。具体的には、環状炭酸エステル溶媒に二つ以上のフッ素原子を有する化合物を使用することで、電気二重層キャパシタや、正極に活性炭及び負極にリチウム二次電池用黒鉛負極を用いたハイブリッドキャパシタの特性を向上させることが出来る事が報告されている(特許文献1)。 By the way, since the electronegativity of a fluorine atom is large, it is generally reported that the oxidation resistance potential of an electrolytic solution can be improved by introducing a fluorine atom into a compound used as a solvent (Non- Patent Document 4). Specifically, by using a compound having two or more fluorine atoms in a cyclic carbonate solvent, an electric double layer capacitor or a hybrid capacitor using activated carbon as a positive electrode and a graphite negative electrode for a lithium secondary battery as a negative electrode. It has been reported that the characteristics can be improved (Patent Document 1).
また、フッ素原子は、Van der Waals半径が小さく、水素原子と置換しても殆ど分子の大きさが変わらないという利点もある。さらに、水素原子をフッ素原子に置換することで、一般に表面張力が低下することが多い事が知られており、電極に対する電解液の表面直力の低下の可能性も期待できる(非特許文献4)。 In addition, the fluorine atom has an advantage that the van der Waals radius is small and the molecular size hardly changes even when the hydrogen atom is substituted. Furthermore, it is known that the surface tension generally decreases by replacing hydrogen atoms with fluorine atoms, and the possibility of a decrease in the surface directivity of the electrolyte with respect to the electrode can also be expected (Non-patent Document 4). ).
しかしながら、フッ素原子を導入することにより、耐還元性を低下させることが懸念され、その導入個数には注意が必要である。 However, there is a concern that the reduction resistance may be lowered by introducing fluorine atoms, and attention must be paid to the number of introduced fluorine atoms.
一方で、ハイブリッドキャパシタについては、モノフルオロエチレンカーボネートを少量添加することで特性が向上することが知られているが、これはリチウム二次電池用負極を用いており、モノフルオロエチレンカーボネートは負極被膜形成添加剤として用いられているに過ぎない(特許文献2)。 On the other hand, it is known that the characteristics of hybrid capacitors are improved by adding a small amount of monofluoroethylene carbonate, which uses a negative electrode for a lithium secondary battery, and monofluoroethylene carbonate is a negative electrode coating. It is only used as a forming additive (Patent Document 2).
また、ゲル電解質との組合せにて、フルオロエチレンカーボネートを用いたリチウム二次電池又は電気二重層キャパシタについても、報告がなされているが、これについてもリチウム二次電池においての負極被膜形成添加剤として少量用いた場合に特性が向上するという実験例が記載されているに過ぎない(特許文献3、4)。 In addition, a lithium secondary battery or an electric double layer capacitor using fluoroethylene carbonate in combination with a gel electrolyte has been reported, but this is also used as an additive for forming a negative electrode film in a lithium secondary battery. Only experimental examples have been described in which characteristics are improved when used in small amounts (Patent Documents 3 and 4).
本発明は、前記の課題に鑑みて創案されたものであって、高いエネルギー密度を有する電気化学キャパシタを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an electrochemical capacitor having a high energy density.
本発明者らは、前記の課題を解決するべく鋭意検討した結果、1,3−ジオキソラン−2−オンに1個のフッ素原子を導入した化合物を非水系電解液に10重量%以上含めると、耐酸化性を向上させつつ、耐還元性の低下を許容範囲内に収め、さらに静電容量が向上した結果として高い耐電圧、即ち高いエネルギー密度を有する電気化学キャパシタが実現できる事を見出し、本発明を完成させた。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors include a compound in which one fluorine atom is introduced into 1,3-dioxolan-2-one in a non-aqueous electrolyte solution of 10% by weight or more. It has been found that an electrochemical capacitor having a high withstand voltage, that is, a high energy density can be realized as a result of reducing the reduction resistance within an allowable range while improving the oxidation resistance and further improving the capacitance. Completed the invention.
即ち、本発明の要旨はセパレータと、当該セパレータを介して対向配置された一対の電極とからなる電極素子を備えた、電気化学キャパシタの前記電極素子に含有される非水系電解液であって、前記非水系電解液が、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを10重量%以上含むことを特徴とする、電気化学キャパシタ用非水系電解液に存する(請求項1)。 That is, the gist of the present invention is a non-aqueous electrolyte solution contained in the electrode element of an electrochemical capacitor, which includes an electrode element composed of a separator and a pair of electrodes opposed to each other with the separator interposed therebetween, The non-aqueous electrolyte contains 10% by weight or more of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, and exists in a non-aqueous electrolyte for electrochemical capacitors (Claim 1).
また、前記非水系電解液には、有機オニウム塩及びアルカリ金属塩からなる群より選ばれる1種以上の電解質を含むことが好ましい(請求項2)。 The nonaqueous electrolytic solution preferably contains one or more electrolytes selected from the group consisting of organic onium salts and alkali metal salts (Claim 2).
さらに、前記有機オニウム塩が、4級アンモニウム塩及び/又は4級ホスホニウム塩であることが好ましい(請求項3)。 Further, the organic onium salt is preferably a quaternary ammonium salt and / or a quaternary phosphonium salt.
そして、前記アルカリ金属塩が、リチウム塩であることが好ましい(請求項4)。 The alkali metal salt is preferably a lithium salt.
また、前記非水系電解液には、有機オニウムカチオンと、BF4アニオン、PF6アニオン、ビス(オキサラト)ボレートアニオン及びジフルオロオキサラトボレートアニオンからなる群より選ばれる1種以上のアニオンとが結合して成る化合物を1種以上含むことが好ましい(請求項5)。 The non-aqueous electrolyte solution is bonded with an organic onium cation and one or more anions selected from the group consisting of BF 4 anion, PF 6 anion, bis (oxalato) borate anion, and difluorooxalatoborate anion. It is preferable to contain one or more compounds (claim 5).
さらに、前記有機オニウムカチオンが、テトラアルキルアンモニウムカチオンであることが好ましい(請求項6)。 Furthermore, the organic onium cation is preferably a tetraalkylammonium cation.
また、本発明の別の要旨は、前記非水系電解液を有する電気化学キャパシタに存する(請求項7)。 Another gist of the present invention resides in an electrochemical capacitor having the non-aqueous electrolyte.
この時、活性炭を含有する分極性電極を備えることが好ましい(請求項8)。 At this time, it is preferable to provide a polarizable electrode containing activated carbon (claim 8).
本発明により、高いエネルギー密度を有する電気化学キャパシタを提供することができる。 According to the present invention, an electrochemical capacitor having a high energy density can be provided.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、以下に記載する説明は、本発明の実施態様の一例であり、本発明はその要旨を逸脱しない限り、これらの内容に限定されるものではない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the description described below is an example of embodiments of the present invention, and the present invention is limited to these contents without departing from the gist thereof. is not.
[I.電気化学キャパシタの概要]
本発明の電気化学キャパシタは、少なくとも、本発明の電気化学キャパシタ用非水系電解液(以下、適宜「本発明の非水系電解液」と言う。)と、一対の電極とを備えることを特徴とする。また、本発明の電気化学キャパシタは、通常、セパレータを備える。本発明の電気化学キャパシタがセパレータを備える場合、当該セパレータを介して一対の前記電極が対向配置され、このセパレータ及び電極から電極素子が構成される。さらに、電極及びセパレータが非水系電解液を含浸しうる構造を有している場合には、非水系電解液は前記の電極素子に含浸された状態で保持されることが好ましい。なお、本発明の電気化学キャパシタは、本発明の効果を著しく損なわない限り、その他の部材を備えていても良い。また、全ての構成材料が、密封された外装体に収められることが好ましい。
[I. Overview of electrochemical capacitors]
The electrochemical capacitor of the present invention comprises at least a non-aqueous electrolyte for an electrochemical capacitor of the present invention (hereinafter referred to as “the non-aqueous electrolyte of the present invention” as appropriate) and a pair of electrodes. To do. The electrochemical capacitor of the present invention usually includes a separator. When the electrochemical capacitor of the present invention includes a separator, a pair of the electrodes are disposed to face each other via the separator, and an electrode element is configured by the separator and the electrode. Furthermore, when the electrode and the separator have a structure that can be impregnated with the non-aqueous electrolyte solution, the non-aqueous electrolyte solution is preferably held in a state of being impregnated in the electrode element. The electrochemical capacitor of the present invention may include other members as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Moreover, it is preferable that all the constituent materials are housed in a sealed exterior body.
[II.非水系電解液]
[II−1.概要]
本発明の非水系電解液は、セパレータと、当該セパレータを介して対向配置された一対の電極とからなる電極素子を備え、電気化学キャパシタの前記電極素子に含有される非水系電解液であって、前記非水系電解液が、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを10重量%以上含むことを特徴とする、電気化学キャパシタ用非水系電解液である。
[II. Non-aqueous electrolyte]
[II-1. Overview]
The non-aqueous electrolyte solution of the present invention is a non-aqueous electrolyte solution that includes an electrode element composed of a separator and a pair of electrodes opposed to each other via the separator, and is contained in the electrode element of an electrochemical capacitor. The non-aqueous electrolyte solution for electrochemical capacitors is characterized in that it contains 10% by weight or more of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one.
本発明の非水系電解液は、通常はその主成分として、少なくとも1種の非水溶媒と、これに溶解される少なくとも1種の電解質とから成る。本発明の非水系電解液には、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを10重量%以上含有する事によって得られる効果を損なわない、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン以外の任意の非水溶媒と組み合わせて用いる事が出来る。なお、非水溶媒は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。また、本発明の非水系電解液には、本発明の効果を著しく損なわない限り、添加剤等のその他の物質を任意に含有していても良い。 The non-aqueous electrolyte of the present invention usually comprises at least one non-aqueous solvent and at least one electrolyte dissolved therein as the main components. The non-aqueous electrolyte of the present invention does not impair the effect obtained by containing 10% by weight or more of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4-fluoro-1,3-dioxolane-2 -Can be used in combination with any non-aqueous solvent other than ON. In addition, a non-aqueous solvent may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations. In addition, the nonaqueous electrolytic solution of the present invention may optionally contain other substances such as additives as long as the effects of the present invention are not significantly impaired.
[II−2.非水溶媒]
電解質を溶解するための非水溶媒としては、本発明の効果を著しく損なわない限り、特に制限はないが、その具体例としては、
環状炭酸エステル
鎖状炭酸エステル、
環状カルボン酸エステル、
鎖状カルボン酸エステル、
含リン有機溶媒、
含硫黄有機溶媒、
等が挙げられる。
[II-2. Nonaqueous solvent]
The non-aqueous solvent for dissolving the electrolyte is not particularly limited as long as the effect of the present invention is not significantly impaired.
Cyclic carbonate chain carbonate ester,
Cyclic carboxylic acid ester,
Chain carboxylic acid ester,
Phosphorus-containing organic solvent,
Sulfur-containing organic solvents,
Etc.
環状炭酸エステルの種類は、本発明の効果を著しく損なわない限り、特に制限は無いが、通常使用されるものの具体例としては、
エチレンカーボネート、
プロピレンカーボネート、
ブチレンカーボネート、
等が挙げられる。
これらの中でも、エチレンカーボネート及び/又はプロピレンカーボネートが高誘電率のため、溶質が溶解し易く、電気化学キャパシタの非水系電解液の構成成分にしたときに、用いたキャパシタの各種特性が良いという点で好ましい。また、環状炭酸エステルは、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。
The type of the cyclic carbonate is not particularly limited as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but as a specific example of what is usually used,
Ethylene carbonate,
Propylene carbonate,
Butylene carbonate,
Etc.
Among these, ethylene carbonate and / or propylene carbonate have a high dielectric constant, so that the solute is easily dissolved, and various characteristics of the capacitor used are good when it is used as a component of the non-aqueous electrolyte solution of the electrochemical capacitor. Is preferable. Moreover, cyclic carbonate may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
鎖状炭酸エステルの種類は、本発明の効果を著しく損なわない限り、特に制限は無いが、通常使用されるものの例としては、
ジメチルカーボネート、
エチルメチルカーボネート、
ジエチルカーボネート、
メチル−n−プロピルカーボネート、
エチル−n−プロピルカーボネート、
ジ−n−プロピルカーボネート、
等が挙げられる。
これらの中でも、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネートが誘電率・粘性率のバランスから特に好ましい。また、鎖状炭酸エステルは、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。
The type of chain carbonate ester is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not significantly impaired.
Dimethyl carbonate,
Ethyl methyl carbonate,
Diethyl carbonate,
Methyl-n-propyl carbonate,
Ethyl-n-propyl carbonate,
Di-n-propyl carbonate,
Etc.
Among these, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate are particularly preferable from the balance of dielectric constant and viscosity. Moreover, chain | strand-shaped carbonate ester may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
また、環状カルボン酸エステルの種類は、本発明の効果を著しく損なわない限り、特に制限は無いが、通常使用されるものの例としては、
γ−ブチロラクトン、
γ−バレロラクトン、
δ−バレロラクトン、
等が挙げられる。
これらの中でも、沸点・融点・誘電率・粘性率のバランスからγ−ブチロラクトンが好ましい。また、環状カルボン酸エステルは、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。
The type of cyclic carboxylic acid ester is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not significantly impaired.
γ-butyrolactone,
γ-valerolactone,
δ-valerolactone,
Etc.
Among these, γ-butyrolactone is preferable from the balance of boiling point, melting point, dielectric constant, and viscosity. Moreover, cyclic carboxylic acid ester may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
さらに、鎖状カルボン酸エステルの種類は、本発明の効果を著しく損なわない限り、特に制限は無いが、通常使用されるものの例としては、
酢酸メチル、
酢酸エチル、
酢酸−n−プロピル、
酢酸−i−プロピル、
酢酸−n−ブチル、
酢酸−i−ブチル、
酢酸−t−ブチル、
プロピオン酸メチル、
プロピオン酸エチル、
プロピオン酸−n−プロピル、
プロピオン酸−i−プロピル、
プロピオン酸−n−ブチル、
プロピオン酸−i−ブチル、
プロピオン酸−t−ブチル、
等が挙げられる。
これらの中でも、誘電率・粘性率のバランスから酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルが好ましい。また、鎖状カルボン酸エステルは、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。
Furthermore, the type of chain carboxylic acid ester is not particularly limited as long as it does not significantly impair the effects of the present invention,
Methyl acetate,
Ethyl acetate,
Acetic acid-n-propyl,
Acetic acid-i-propyl,
N-butyl acetate,
I-butyl acetate,
Tert-butyl acetate,
Methyl propionate,
Ethyl propionate,
N-propyl propionate,
Propionate-i-propyl,
Propionate-n-butyl,
Propionate-i-butyl,
Propionate-t-butyl,
Etc.
Among these, ethyl acetate, methyl propionate, and ethyl propionate are preferable from the balance of dielectric constant and viscosity. Moreover, chain | strand-shaped carboxylic acid ester may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
含リン有機溶媒の種類は、本発明の効果を著しく損なわない限り、特に制限は無いが、通常使用されるものの例としては、
リン酸トリメチル、
リン酸トリエチル、
リン酸トリフェニル、等のリン酸エステル類;
亜リン酸トリメチル、
亜リン酸トリエチル、
亜リン酸トリフェニル、等の亜リン酸エステル類;
トリメチルホスフィンオキシド、
トリエチルホスフィンオキシド、
トリフェニルホスフィンオキシド、等のホスフィンオキシド類;
等が挙げられる。
これらの中でも、耐酸化還元性・誘電率・粘性率のバランスからリン酸トリメチル、リン酸トリエチルが好ましい。また、含リン有機溶媒は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。
The type of the phosphorus-containing organic solvent is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not significantly impaired.
Trimethyl phosphate,
Triethyl phosphate,
Phosphate esters such as triphenyl phosphate;
Trimethyl phosphite,
Triethyl phosphite,
Phosphites such as triphenyl phosphite;
Trimethylphosphine oxide,
Triethylphosphine oxide,
Phosphine oxides such as triphenylphosphine oxide;
Etc.
Among these, trimethyl phosphate and triethyl phosphate are preferable from the balance of oxidation-reduction resistance, dielectric constant, and viscosity. Moreover, a phosphorus-containing organic solvent may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
また、含硫黄有機溶媒の種類は、本発明の効果を著しく損なわない限り、特に制限は無いが、通常使用されるものの例としては、
エチレンサルファイト、
1,3−プロパンスルトン、
1,4−ブタンスルトン、
メタンスルホン酸メチル、
ブスルファン、
スルホラン、
スルホレン、
ジメチルスルホン、
等が挙げられる。
これらの中でも、沸点・融点・誘電率・粘性率のバランスからスルホランが好ましい。また、含硫黄有機溶媒は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。
In addition, the type of the sulfur-containing organic solvent is not particularly limited as long as the effect of the present invention is not significantly impaired,
Ethylene sulfite,
1,3-propane sultone,
1,4-butane sultone,
Methyl methanesulfonate,
Busulfan,
Sulfolane,
Sulfolene,
Dimethyl sulfone,
Etc.
Among these, sulfolane is preferable from the balance of boiling point, melting point, dielectric constant, and viscosity. Moreover, a sulfur-containing organic solvent may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
前記の非水溶媒の中でも、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、メチルカーボネート、エチルメチルカーボネート及び/又はジエチルカーボネートが特に好ましい。 Among the non-aqueous solvents, ethylene carbonate, propylene carbonate, methyl carbonate, ethyl methyl carbonate and / or diethyl carbonate are particularly preferable.
2種以上の非水溶媒を用いる場合、本発明の効果を著しく損なわない限り、必ずしも当該非水溶媒は予め混合してから用いる必要はない。また、非水溶媒と4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンとを混合する際にも、本発明の効果を著しく損なわない限り、混合の順番は任意である。 When two or more kinds of non-aqueous solvents are used, the non-aqueous solvents are not necessarily used after being mixed in advance unless the effects of the present invention are significantly impaired. Also, when mixing the non-aqueous solvent and 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, the order of mixing is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired.
また、混合の際には、本発明の効果を著しく損なわない限り、任意に混合比率を決定することができる。ただし、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンの含有率は、好ましくは10重量%以上、より好ましくは30重量%以上、特に好ましくは50重量%以上である。含有率が低すぎると、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンの耐酸化性の向上効果・静電容量の向上効果が十分に発揮されない可能性がある。 In mixing, the mixing ratio can be arbitrarily determined as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. However, the content of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one is preferably 10% by weight or more, more preferably 30% by weight or more, and particularly preferably 50% by weight or more. If the content is too low, the effect of improving the oxidation resistance and the effect of improving the capacitance of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one may not be sufficiently exhibited.
[II−3.電解質]
本発明で用いられる電解質は、本発明の効果を著しく損なわず、電解質として作用する化合物であれば特に制限はない。ただし、有機溶媒への溶解性、有機溶媒中の解離性、耐酸化還元性が良好なことから、電解質は、有機オニウム塩及びアルカリ金属塩からなる群より選ばれる1種又は2種の電解質であることが好ましい。
中でも、前記有機オニウム塩が、4級アンモニウム塩及び/又は4級ホスホニウム塩であることが好ましい。
また、前記アルカリ金属塩が、リチウム塩であることが好ましい。
[II-3. Electrolytes]
The electrolyte used in the present invention is not particularly limited as long as it is a compound that does not significantly impair the effects of the present invention and acts as an electrolyte. However, since the solubility in an organic solvent, the dissociation property in the organic solvent, and the oxidation-reduction resistance are good, the electrolyte is one or two electrolytes selected from the group consisting of organic onium salts and alkali metal salts. Preferably there is.
Among these, the organic onium salt is preferably a quaternary ammonium salt and / or a quaternary phosphonium salt.
The alkali metal salt is preferably a lithium salt.
[II−3−1.カチオン]
本発明で用いられる有機オニウム塩は、任意の有機オニウムカチオンと任意のアニオンとから構成される。中でも、有機オニウムカチオンは4級オニウムカチオンであることが好ましい。
[II-3-1. Cation]
The organic onium salt used in the present invention is composed of an arbitrary organic onium cation and an arbitrary anion. Among these, the organic onium cation is preferably a quaternary onium cation.
4級オニウムカチオンの具体例としては、下記一般式(I)で表わされる化合物が挙げられる。 Specific examples of the quaternary onium cation include compounds represented by the following general formula (I).
前記一般式(I)中、R1〜R4は各々独立に、炭化水素基を表わす。本発明の効果を
著しく損なわない限り、炭化水素基の種類は制限されず任意である。即ち、脂肪族炭化水素基であっても芳香族炭化水素基であっても良く、それらの結合した炭化水素基であっても良い。脂肪族炭化水素基の場合は、鎖状であっても環状であっても良く、鎖状及び環状が結合した構造であっても良い。鎖状炭化水素基の場合は、直鎖状であっても分岐鎖状であっても良い。また、飽和炭化水素基であっても良く、不飽和結合を有していても良い。
In the general formula (I), R 1 to R 4 each independently represents a hydrocarbon group. Unless the effect of this invention is impaired remarkably, the kind of hydrocarbon group is not restrict | limited, but is arbitrary. That is, it may be an aliphatic hydrocarbon group or an aromatic hydrocarbon group, or may be a hydrocarbon group to which those groups are bonded. In the case of an aliphatic hydrocarbon group, it may be a chain or a ring, and may have a structure in which a chain and a ring are combined. In the case of a chain hydrocarbon group, it may be linear or branched. Moreover, it may be a saturated hydrocarbon group and may have an unsaturated bond.
R1〜R4の炭化水素基の炭素数は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常1以上、また、通常20以下、好ましくは10以下、より好ましくは5以下である。多すぎると重量あたりのモル数が減少し、種々の効果が低減する可能性がある。なお、R1〜R4の炭化水素基が置換基を有する場合には、それらの置換基も含めた置換炭化水素基の炭素数が、前記範囲を満たすものとする。 The carbon number of the hydrocarbon group of R 1 to R 4 is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but is usually 1 or more, usually 20 or less, preferably 10 or less, more preferably 5 or less. . If the amount is too large, the number of moles per weight decreases, and various effects may be reduced. In addition, when the hydrocarbon group of R < 1 > -R < 4 > has a substituent, carbon number of the substituted hydrocarbon group also including those substituent shall satisfy | fill the said range.
R1〜R4のそれぞれ炭化水素基は、1又は2以上の置換基により置換されていても良い。置換基の種類は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。具体例としては、ハロゲン原子、水酸基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基、カルボキシル基、アルコキシル基、アルデヒド基等が挙げられる。なお、R1〜R4の炭化水素基が2以上の置換基を有する場合、これらの置換基は互いに同一でも良く、異なっていても良い。 Each hydrocarbon group of R 1 to R 4 may be substituted with one or more substituents. The kind of the substituent is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Specific examples include a halogen atom, a hydroxyl group, an amino group, a nitro group, a cyano group, a carboxyl group, an alkoxyl group, and an aldehyde group. In the case where the hydrocarbon group of R 1 to R 4 have two or more substituents, these substituents may be mutually the same or may be different.
R1〜R4の炭化水素基は、任意の2つ以上の炭化水素基を比較した場合に、互いに同一であっても良く、異なっていても良い。R1〜R4の炭化水素基が置換基を有する場合には、それらの置換基も含めた置換炭化水素基が、互いに同一であっても良く、異なっていても良い。 The hydrocarbon groups of R 1 to R 4 may be the same as or different from each other when any two or more hydrocarbon groups are compared. When the hydrocarbon groups of R 1 to R 4 have a substituent, the substituted hydrocarbon groups including those substituents may be the same as or different from each other.
さらには、R1〜R4の炭化水素基のうち任意の2つ以上が相互に結合して、環状構造を形成していても良い。 Further, any two or more hydrocarbon groups of R 1 to R 4 may be bonded to each other to form a cyclic structure.
R1〜R4の炭化水素基の具体例としては、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、等が挙げられる。 Specific examples of the hydrocarbon group for R 1 to R 4 include an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, an aralkyl group, and the like.
アルキル基の具体例としては、
メチル基、
エチル基、
1−プロピル基、
1−メチルエチル基、
1−ブチル基、
1−メチルプロピル基、
2−メチルプロピル基、
1,1−ジメチルエチル基、
等が挙げられる。
これらの中でも、
メチル基、
エチル基、
1−プロピル基、
1−ブチル基、
が製造の容易さ・分子量の適切さから好ましい。
Specific examples of the alkyl group include
Methyl group,
Ethyl group,
1-propyl group,
1-methylethyl group,
1-butyl group,
1-methylpropyl group,
2-methylpropyl group,
1,1-dimethylethyl group,
Etc.
Among these,
Methyl group,
Ethyl group,
1-propyl group,
1-butyl group,
Is preferable from the viewpoint of ease of production and appropriate molecular weight.
シクロアルキル基の具体例としては、
シクロペンチル基、
2−メチルシクロペンチル基、
3−メチルシクロペンチル基、
2,2−ジメチルシクロペンチル基、
2,3−ジメチルシクロペンチル基、
2,4−ジメチルシクロペンチル基、
2,5−ジメチルシクロペンチル基、
3,3−ジメチルシクロペンチル基、
3,4−ジメチルシクロペンチル基、
2−エチルシクロペンチル基、
3−エチルシクロペンチル基、
シクロヘキシル基、
2−メチルシクロヘキシル基、
3−メチルシクロヘキシル基、
4−メチルシクロヘキシル基、
2,2−ジメチルシクロヘキシル基、
2,3−ジメチルシクロヘキシル基、
2,4−ジメチルシクロヘキシル基、
2,5−ジメチルシクロヘキシル基、
2,6−ジメチルシクロヘキシル基、
3,4−ジメチルシクロヘキシル基、
3,5−ジメチルシクロヘキシル基、
2−エチルシクロヘキシル基、
3−エチルシクロヘキシル基、
4−エチルシクロヘキシル基、
ビシクロ[3,2,1]オクタ−1−イル基、
ビシクロ[3,2,1]オクタ−2−イル基、
等が挙げられる。
これらの中でも、
シクロペンチル基、
2−メチルシクロペンチル基、
3−メチルシクロペンチル基、
シクロヘキシル基、
2−メチルシクロヘキシル基、
3−メチルシクロヘキシル基、
4−メチルシクロヘキシル基、
が製造の容易さ・分子量の適切さから好ましい。
Specific examples of the cycloalkyl group include
A cyclopentyl group,
2-methylcyclopentyl group,
3-methylcyclopentyl group,
2,2-dimethylcyclopentyl group,
2,3-dimethylcyclopentyl group,
2,4-dimethylcyclopentyl group,
2,5-dimethylcyclopentyl group,
3,3-dimethylcyclopentyl group,
3,4-dimethylcyclopentyl group,
2-ethylcyclopentyl group,
3-ethylcyclopentyl group,
A cyclohexyl group,
2-methylcyclohexyl group,
3-methylcyclohexyl group,
4-methylcyclohexyl group,
2,2-dimethylcyclohexyl group,
2,3-dimethylcyclohexyl group,
2,4-dimethylcyclohexyl group,
2,5-dimethylcyclohexyl group,
2,6-dimethylcyclohexyl group,
3,4-dimethylcyclohexyl group,
3,5-dimethylcyclohexyl group,
2-ethylcyclohexyl group,
3-ethylcyclohexyl group,
4-ethylcyclohexyl group,
A bicyclo [3,2,1] oct-1-yl group,
A bicyclo [3,2,1] oct-2-yl group,
Etc.
Among these,
A cyclopentyl group,
2-methylcyclopentyl group,
3-methylcyclopentyl group,
A cyclohexyl group,
2-methylcyclohexyl group,
3-methylcyclohexyl group,
4-methylcyclohexyl group,
Is preferable from the viewpoint of ease of production and appropriate molecular weight.
アリール基の具体例としては、
フェニル基、
2−メチルフェニル基、
3−メチルフェニル基、
4−メチルフェニル基、
2,3−ジメチルフェニル基、
等が挙げられる。
これらの中でも、フェニル基が製造の容易さ・分子量の適切さから好ましい。
Specific examples of the aryl group include
Phenyl group,
2-methylphenyl group,
3-methylphenyl group,
4-methylphenyl group,
2,3-dimethylphenyl group,
Etc.
Among these, a phenyl group is preferable from the viewpoint of ease of production and appropriate molecular weight.
アラルキル基の具体例としては、
フェニルメチル基、
1−フェニルエチル基、
2−フェニルエチル基、
ジフェニルメチル基、
トリフェニルメチル基、
等が挙げられる。
これらの中でも、フェニルメチル基、2−フェニルエチル基が製造の容易さ・分子量の適切さから好ましい。
Specific examples of aralkyl groups include
Phenylmethyl group,
1-phenylethyl group,
2-phenylethyl group,
Diphenylmethyl group,
Triphenylmethyl group,
Etc.
Among these, a phenylmethyl group and a 2-phenylethyl group are preferable because of ease of production and appropriate molecular weight.
また、前記一般式(I)中、Qは、本発明の効果を著しく損なわない、任意の原子を表
す。ただし、Qは周期表の第15族に属する原子であることが好ましく、中でも、窒素原子又は燐原子が好ましい。
In the general formula (I), Q represents any atom that does not significantly impair the effects of the present invention. However, Q is preferably an atom belonging to Group 15 of the periodic table, and among them, a nitrogen atom or a phosphorus atom is preferable.
以上のことから、前記一般式(I)で表わされる4級オニウムカチオンの好ましい例と
しては、脂肪族鎖状4級カチオン、脂肪族環状アンモニウムカチオン、脂肪族環状ホスホニウムカチオン、含窒素ヘテロ環芳香族カチオン等が挙げられる。
From the above, preferred examples of the quaternary onium cation represented by the general formula (I) include an aliphatic chain quaternary cation, an aliphatic cyclic ammonium cation, an aliphatic cyclic phosphonium cation, and a nitrogen-containing heterocyclic aromatic. And cations.
脂肪族鎖状4級カチオンの中では、テトラアルキルアンモニウムカチオン、テトラアルキルホスホニウムカチオン、等が特に好ましい。 Of the aliphatic quaternary cations, tetraalkylammonium cations, tetraalkylphosphonium cations, and the like are particularly preferable.
テトラアルキルアンモニウムカチオンの具体例としては、
テトラメチルアンモニウムカチオン、
エチルトリメチルアンモニウムカチオン、
ジエチルジメチルアンモニウムカチオン、
トリエチルメチルアンモニウムカチオン、
テトラエチルアンモニウムカチオン、
テトラ−n−ブチルアンモニウムカチオン、
等がイオンサイズや溶解度の観点から好ましい。
Specific examples of tetraalkylammonium cations include
Tetramethylammonium cation,
Ethyltrimethylammonium cation,
Diethyldimethylammonium cation,
Triethylmethylammonium cation,
Tetraethylammonium cation,
Tetra-n-butylammonium cation,
Etc. are preferable from the viewpoint of ion size and solubility.
テトラアルキルホスホニウムカチオンの具体例としては、
テトラメチルホスホニウムカチオン、
エチルトリメチルホスホニウムカチオン、
ジエチルジメチルホスホニウムカチオン、
トリエチルメチルホスホニウムカチオン、
テトラエチルホスホニウムカチオン、
テトラ−n−ブチルホスホニウムカチオン、
等がイオンサイズや溶解度の観点から好ましい。
Specific examples of tetraalkylphosphonium cations include:
Tetramethylphosphonium cation,
Ethyltrimethylphosphonium cation,
Diethyldimethylphosphonium cation,
Triethylmethylphosphonium cation,
Tetraethylphosphonium cation,
Tetra-n-butylphosphonium cation,
Etc. are preferable from the viewpoint of ion size and solubility.
脂肪族環状アンモニウムカチオンの中では、ピロリジニウムカチオン、モルホリニウムカチオン、イミダゾリニウムカチオン、テトラヒドロピリミジニウムカチオン、ピペラジニウムカチオン、ピペリジニウムカチオン、及びこれらのスピロ環化合物カチオン等がイオンサイズや溶解度の観点から好ましい。 Among the aliphatic cyclic ammonium cations, pyrrolidinium cations, morpholinium cations, imidazolinium cations, tetrahydropyrimidinium cations, piperazinium cations, piperidinium cations, and their spirocyclic compound cations are ions. It is preferable from the viewpoint of size and solubility.
ピロリジニウムカチオンの具体例としては、
N,N−ジメチルピロリジニウムカチオン、
N−エチル−N−メチルピロリジニウムカチオン、
N,N−ジエチルピロリジニウムカチオン、
スピロ−(N,N’)−ビピロリジニウムカチオン、
等がイオンサイズや溶解度の観点から好ましい。
As a specific example of the pyrrolidinium cation,
N, N-dimethylpyrrolidinium cation,
N-ethyl-N-methylpyrrolidinium cation,
N, N-diethylpyrrolidinium cation,
Spiro- (N, N ′)-bipyrrolidinium cation,
Etc. are preferable from the viewpoint of ion size and solubility.
モルホリニウムカチオンの具体例としては、
N,N−ジメチルモルホリニウムカチオン、
N−エチル−N−メチルモルホリニウムカチオン、
N,N−ジエチルモルホリニウムカチオン、
等がイオンサイズや溶解度の観点から好ましい。
As a specific example of the morpholinium cation,
N, N-dimethylmorpholinium cation,
N-ethyl-N-methylmorpholinium cation,
N, N-diethylmorpholinium cation,
Etc. are preferable from the viewpoint of ion size and solubility.
イミダゾリニウムカチオンの具体例としては、
N,N’−ジメチルイミダゾリニウムカチオン、
N−エチル−N’−メチルイミダゾリニウムカチオン、
N,N’−ジエチルイミダゾリニウムカチオン、
1,2,3−トリメチルイミダゾリニウムカチオン、
等がイオンサイズや溶解度の観点から好ましい。
As a specific example of the imidazolinium cation,
N, N′-dimethylimidazolinium cation,
N-ethyl-N′-methylimidazolinium cation,
N, N′-diethylimidazolinium cation,
1,2,3-trimethylimidazolinium cation,
Etc. are preferable from the viewpoint of ion size and solubility.
テトラヒドロピリミジニウムカチオンの具体例としては、
N,N’−ジメチルテトラヒドロピリミジニウムカチオン、
N−エチル−N’−メチルテトラヒドロピリミジニウムカチオン、
N,N’−ジエチルテトラヒドロピリミジニウムカチオン、
1,2,3−トリメチルテトラヒドロピリミジニウムカチオン、
等がイオンサイズや溶解度の観点から好ましい。
As a specific example of the tetrahydropyrimidinium cation,
N, N′-dimethyltetrahydropyrimidinium cation,
N-ethyl-N′-methyltetrahydropyrimidinium cation,
N, N′-diethyltetrahydropyrimidinium cation,
1,2,3-trimethyltetrahydropyrimidinium cation,
Etc. are preferable from the viewpoint of ion size and solubility.
ピペラジニウムカチオンの具体例としては、
N,N,N’,N’−テトラメチルピペラジニウムカチオン、
N−エチル−N,N’,N’−トリメチルピペラジニウムカチオン、
N,N−ジエチル−N’,N’−ジメチルピペラジニウムカチオン、
N,N,N’−トリエチル−N’−メチルピペラジニウムカチオン、
N,N,N’,N’−テトラエチルピペラジニウムカチオン、
等がイオンサイズや溶解度の観点から好ましい。
Specific examples of piperazinium cations include:
N, N, N ′, N′-tetramethylpiperazinium cation,
N-ethyl-N, N ′, N′-trimethylpiperazinium cation,
N, N-diethyl-N ′, N′-dimethylpiperazinium cation,
N, N, N′-triethyl-N′-methylpiperazinium cation,
N, N, N ′, N′-tetraethylpiperazinium cation,
Etc. are preferable from the viewpoint of ion size and solubility.
ピペリジニウムカチオンの具体例としては、
N,N−ジメチルピペリジニウムカチオン、
N−エチル−N−メチルピペリジニウムカチオン、
N,N−ジエチルピペリジニウムカチオン、
ピペリジン−1−スピロ−1’−ピペリジニウムカチオン
スピロ−(1,1’)−ビピペリジニウムカチオン、
等がイオンサイズや溶解度の観点から好ましい。
Specific examples of piperidinium cations include
N, N-dimethylpiperidinium cation,
N-ethyl-N-methylpiperidinium cation,
N, N-diethylpiperidinium cation,
Piperidine-1-spiro-1′-piperidinium cation spiro- (1,1 ′)-bipiperidinium cation,
Etc. are preferable from the viewpoint of ion size and solubility.
含窒素ヘテロ環芳香族カチオンとしては、ピリジニウムカチオン、イミダゾリウムカチオン等がイオンサイズや溶解度の観点から特に好ましい。 As the nitrogen-containing heterocyclic aromatic cation, a pyridinium cation, an imidazolium cation and the like are particularly preferable from the viewpoint of ion size and solubility.
ピリジニウムカチオンの具体例としては、
N−メチルピリジニウムカチオン、
N−エチルピリジニウムカチオン、
1,2−ジメチルピリジニウムカチオン、
1,3−ジメチルピリジニウムカチオン、
1,4−ジメチルピリジニウムカチオン、
1−エチル−2−メチルピリジニウムカチオン、
等がイオンサイズや溶解度の観点から好ましい。
Specific examples of pyridinium cations include
An N-methylpyridinium cation,
N-ethylpyridinium cation,
1,2-dimethylpyridinium cation,
1,3-dimethylpyridinium cation,
1,4-dimethylpyridinium cation,
1-ethyl-2-methylpyridinium cation,
Etc. are preferable from the viewpoint of ion size and solubility.
イミダゾリウムカチオンの具体例としては、
N,N’−ジメチルイミダゾリウムカチオン、
N−エチル−N’−メチルイミダゾリウムカチオン、
N,N’−ジエチルイミダゾリウムカチオン、
1,2,3−トリメチルイミダゾリウムカチオン、
等がイオンサイズや溶解度の観点から好ましい。
As a specific example of an imidazolium cation,
N, N′-dimethylimidazolium cation,
N-ethyl-N′-methylimidazolium cation,
N, N′-diethylimidazolium cation,
1,2,3-trimethylimidazolium cation,
Etc. are preferable from the viewpoint of ion size and solubility.
本発明の非水系電解液においては、電解質を構成するカチオンを任意の比率及び組み合わせで用いることができるが、通常1種類を用いる。ただし、非水系電解液としたときに、カチオンを2種以上混合して用いた方が好ましい場合には、2種以上を任意の比率及び組み合わせで混合して用いても良い。 In the nonaqueous electrolytic solution of the present invention, cations constituting the electrolyte can be used in any ratio and combination, but usually one kind is used. However, when it is preferable to use a mixture of two or more cations when a non-aqueous electrolyte is used, two or more cations may be mixed and used in any ratio and combination.
[II−3−2.アニオン]
また、前記のカチオンは、本発明の効果を著しく損なわない限り、任意のアニオンと組み合わせることができる。ただし、有機溶媒への溶解性、有機溶媒中の解離性、耐酸化還元性が良好なことから、例えば、
ClO4アニオン、
AsF6アニオン、
PF6アニオン、
BF4アニオン、
等の無機アニオン;
CF3SO3アニオン、
N(CF3SO2)2アニオン、
N(C2F5SO2)2アニオン、
1,3−ヘキサフルオロプロパンジスルホニルイミドアニオン、
1,2−テトラフルオロエタンジスルホニルイミドアニオン、
N(CF3SO2)(C4F9SO2)アニオン、
C(CF3SO2)3アニオン、
PF4(CF3)2アニオン、
PF4(C2F5)2アニオン、
PF4(CF3SO2)2アニオン、
PF4(C2F5SO2)2アニオン
BF2(CF3)2アニオン、
BF2(C2F5)2アニオン、
BF2(CF3SO2)2アニオン、
BF2(C2F5SO2)2アニオン、
等の含フッ素有機アニオン;
ビス(オキサラト)ボレートアニオン、
トリス(オキサラト)フォスフェートアニオン、
ジフルオロオキサラトボレートアニオン;
等の含ジカルボン酸錯体アニオン
等が好ましい。
[II-3-2. Anion]
Moreover, the said cation can be combined with arbitrary anions, unless the effect of this invention is impaired remarkably. However, because of its good solubility in organic solvents, dissociation in organic solvents, and redox resistance,
ClO 4 anion,
AsF 6 anion,
PF 6 anion,
BF 4 anion,
Inorganic anions such as
CF 3 SO 3 anion,
N (CF 3 SO 2 ) 2 anion,
N (C 2 F 5 SO 2 ) 2 anion,
1,3-hexafluoropropane disulfonylimide anion,
1,2-tetrafluoroethanedisulfonylimide anion,
N (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ) anion,
C (CF 3 SO 2 ) 3 anion,
PF 4 (CF 3 ) 2 anion,
PF 4 (C 2 F 5 ) 2 anion,
PF 4 (CF 3 SO 2 ) 2 anion,
PF 4 (C 2 F 5 SO 2 ) 2 anion BF 2 (CF 3 ) 2 anion,
BF 2 (C 2 F 5 ) 2 anion,
BF 2 (CF 3 SO 2 ) 2 anion,
BF 2 (C 2 F 5 SO 2 ) 2 anion,
Fluorine-containing organic anions such as
Bis (oxalato) borate anion,
Tris (oxalato) phosphate anion,
Difluorooxalatoborate anion;
Dicarboxylic acid complex anions such as are preferred.
これらのうち、PF6アニオン、BF4アニオン、N(CF3SO2)2アニオン、N(C2F5SO2)2アニオン、1,2−テトラフルオロエタンジスルホニルイミドアニオン、ビス(オキサラト)ボレートアニオン、ジフルオロオキサラトボレートアニオン、がさらに好ましく、特にPF6アニオン、BF4アニオン、ビス(オキサラト)ボレートアニオン、ジフルオロオキサラトボレートアニオン、が耐酸化還元性・溶解性等の観点から好ましい。 Among these, PF 6 anion, BF 4 anion, N (CF 3 SO 2 ) 2 anion, N (C 2 F 5 SO 2 ) 2 anion, 1,2-tetrafluoroethanedisulfonylimide anion, bis (oxalato) A borate anion and a difluorooxalatoborate anion are more preferable, and a PF 6 anion, a BF 4 anion, a bis (oxalato) borate anion, and a difluorooxalatoborate anion are particularly preferable from the viewpoints of redox resistance and solubility.
また、本発明の非水系電解液においては、電解質を構成する1種又は2種以上のアニオンを任意の比率及び組み合わせで用いることができる。ただし、通常は、電気化学キャパシタを効率的に動作させるという観点から、1種類を用いる。 Moreover, in the non-aqueous electrolyte solution of this invention, the 1 type, or 2 or more types of anion which comprises electrolyte can be used by arbitrary ratios and combinations. However, normally, one type is used from the viewpoint of operating the electrochemical capacitor efficiently.
[II−3−3.カチオンとアニオンの組み合わせ]
電解質としては、本発明の効果を著しく損なわない限り、任意のものを用いることができる。ただし、前記の好ましいカチオンと好ましいアニオンとの組み合わせからなる塩であることが好ましい。
[II-3-3. Combination of cation and anion]
Any electrolyte can be used as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. However, a salt composed of a combination of the preferred cation and the preferred anion is preferred.
好ましい組み合わせの具体例としては、
テトラメチルアンモニウムBF4、
エチルトリメチルアンモニウムBF4、
ジエチルジメチルアンモニウムBF4、
トリエチルメチルアンモニウムBF4、
テトラエチルアンモニウムBF4、
N,N−ジメチルピロリジニウムBF4、
N−エチル−N−メチルピロリジニウムBF4、
N,N−ジエチルピロリジニウムBF4、
スピロ−(N,N’)−ビピロリジニウムBF4、
N,N−ジメチルピペリジニウムBF4、
N−エチル−N−メチルピペリジニウムBF4、
N,N−ジエチルピペリジニウムBF4、
N,N’−ジメチルイミダゾリニウムBF4、
N−エチル−N’−メチルイミダゾリニウムBF4、
N,N’−ジエチルイミダゾリニウムBF4、
1,2,3−トリメチルイミダゾリニウムBF4、
N,N’−ジメチルテトラヒドロピリミジニウムBF4、
N−エチル−N’−メチルテトラヒドロピリミジニウムBF4、
N,N’−ジエチルテトラヒドロピリミジニウムBF4、
1,2,3−トリメチルテトラヒドロピリミジニウムBF4、
N−メチルピリジニウムBF4、
N−エチルピリジニウムBF4、
1,2−ジメチルピリジニウムBF4、
1,3−ジメチルピリジニウムBF4、
1,4−ジメチルピリジニウムBF4、
1−エチル−2−メチルピリジニウムBF4、
N,N’−ジメチルイミダゾリウムBF4、
N−エチル−N’−メチルイミダゾリウムBF4、
N,N’−ジエチルイミダゾリウムBF4、
1,2,3−トリメチルイミダゾリウムBF4、
テトラメチルアンモニウムPF6、
エチルトリメチルアンモニウムPF6、
ジエチルジメチルアンモニウムPF6、
トリエチルメチルアンモニウムPF6、
テトラエチルアンモニウムPF6、
N,N−ジメチルピロリジニウムPF6、
N−エチル−N−メチルピロリジニウムPF6、
N,N−ジエチルピロリジニウムPF6、
スピロ−(N,N’)−ビピロリジニウムPF6、
N,N−ジメチルピペリジニウムPF6、
N−エチル−N−メチルピペリジニウムPF6、
N,N−ジエチルピペリジニウムPF6、
N,N’−ジメチルイミダゾリニウムPF6、
N−エチル−N’−メチルイミダゾリニウムPF6、
N,N’−ジエチルイミダゾリニウムPF6、
1,2,3−トリメチルイミダゾリニウムPF6、
N,N’−ジメチルテトラヒドロピリミジニウムPF6、
N−エチル−N’−メチルテトラヒドロピリミジニウムPF6、
N,N’−ジエチルテトラヒドロピリミジニウムPF6、
1,2,3−トリメチルテトラヒドロピリミジニウムPF6、
N−メチルピリジニウムPF6、
N−エチルピリジニウムPF6、
1,2−ジメチルピリジニウムPF6、
1,3−ジメチルピリジニウムPF6、
1,4−ジメチルピリジニウムPF6、
1−エチル−2−メチルピリジニウムPF6、
N,N’−ジメチルイミダゾリウムPF6、
N−エチル−N’−メチルイミダゾリウムPF6、
N,N’−ジエチルイミダゾリウムPF6、
1,2,3−トリメチルイミダゾリウムPF6、
テトラメチルアンモニウムビス(オキサラト)ボレート、
エチルトリメチルアンモニウムビス(オキサラト)ボレート、
ジエチルジメチルアンモニウムビス(オキサラト)ボレート、
トリエチルメチルアンモニウムビス(オキサラト)ボレート、
テトラエチルアンモニウムビス(オキサラト)ボレート、
N,N−ジメチルピロリジニウムビス(オキサラト)ボレート、
N−エチル−N−メチルピロリジニウムビス(オキサラト)ボレート、
N,N−ジエチルピロリジニウムビス(オキサラト)ボレート、
スピロ−(N,N’)−ビピロリジニウムビス(オキサラト)ボレート、
N,N−ジメチルピペリジニウムビス(オキサラト)ボレート、
N−エチル−N−メチルピペリジニウムビス(オキサラト)ボレート、
N,N−ジエチルピペリジニウムビス(オキサラト)ボレート、
N,N’−ジメチルイミダゾリニウムビス(オキサラト)ボレート、
N−エチル−N’−メチルイミダゾリニウムビス(オキサラト)ボレート、
N,N’−ジエチルイミダゾリニウムビス(オキサラト)ボレート、
1,2,3−トリメチルイミダゾリニウムビス(オキサラト)ボレート、
N,N’−ジメチルテトラヒドロピリミジニウムビス(オキサラト)ボレート、
N−エチル−N’−メチルテトラヒドロピリミジニウムビス(オキサラト)ボレート、
N,N’−ジエチルテトラヒドロピリミジニウムビス(オキサラト)ボレート、
1,2,3−トリメチルテトラヒドロピリミジニウムビス(オキサラト)ボレート、
N−メチルピリジニウムビス(オキサラト)ボレート、
N−エチルピリジニウムビス(オキサラト)ボレート、
1,2−ジメチルピリジニウムビス(オキサラト)ボレート、
1,3−ジメチルピリジニウムビス(オキサラト)ボレート、
1,4−ジメチルピリジニウムビス(オキサラト)ボレート、
1−エチル−2−メチルピリジニウムビス(オキサラト)ボレート、
N,N’−ジメチルイミダゾリウムビス(オキサラト)ボレート、
N−エチル−N’−メチルイミダゾリウムビス(オキサラト)ボレート、
N,N’−ジエチルイミダゾリウムビス(オキサラト)ボレート、
1,2,3−トリメチルイミダゾリウムビス(オキサラト)ボレート、
テトラメチルアンモニウムジフルオロオキサラトボレート、
エチルトリメチルアンモニウムジフルオロオキサラトボレート、
ジエチルジメチルアンモニウムジフルオロオキサラトボレート、
トリエチルメチルアンモニウムジフルオロオキサラトボレート、
テトラエチルアンモニウムジフルオロオキサラトボレート、
N,N−ジメチルピロリジニウムジフルオロオキサラトボレート、
N−エチル−N−メチルピロリジニウムジフルオロオキサラトボレート、
N,N−ジエチルピロリジニウムジフルオロオキサラトボレート、
スピロ−(N,N’)−ビピロリジニウムジフルオロオキサラトボレート、
N,N−ジメチルピペリジニウムジフルオロオキサラトボレート、
N−エチル−N−メチルピペリジニウムジフルオロオキサラトボレート、
N,N−ジエチルピペリジニウムジフルオロオキサラトボレート、
N,N’−ジメチルイミダゾリニウムジフルオロオキサラトボレート、
N−エチル−N’−メチルイミダゾリニウムジフルオロオキサラトボレート、
N,N’−ジエチルイミダゾリニウムジフルオロオキサラトボレート、
1,2,3−トリメチルイミダゾリニウムジフルオロオキサラトボレート、
N,N’−ジメチルテトラヒドロピリミジニウムジフルオロオキサラトボレート、
N−エチル−N’−メチルテトラヒドロピリミジニウムジフルオロオキサラトボレート、
N,N’−ジエチルテトラヒドロピリミジニウムジフルオロオキサラトボレート、
1,2,3−トリメチルテトラヒドロピリミジニウムジフルオロオキサラトボレート、
N−メチルピリジニウムジフルオロオキサラトボレート、
N−エチルピリジニウムジフルオロオキサラトボレート、
1,2−ジメチルピリジニウムジフルオロオキサラトボレート、
1,3−ジメチルピリジニウムジフルオロオキサラトボレート、
1,4−ジメチルピリジニウムジフルオロオキサラトボレート、
1−エチル−2−メチルピリジニウムジフルオロオキサラトボレート、
N,N’−ジメチルイミダゾリウムジフルオロオキサラトボレート、
N−エチル−N’−メチルイミダゾリウムジフルオロオキサラトボレート、
N,N’−ジエチルイミダゾリウムジフルオロオキサラトボレート、
1,2,3−トリメチルイミダゾリウムジフルオロオキサラトボレート、
LiBF4、
LiPF6、
リチウムビス(オキサラト)ボレート、
リチウムジフルオロオキサラトボレート、
等が挙げられる。
Specific examples of preferred combinations include
Tetramethylammonium BF 4 ,
Ethyltrimethylammonium BF 4 ,
Diethyldimethylammonium BF 4 ,
Triethylmethylammonium BF 4 ,
Tetraethylammonium BF 4 ,
N, N-dimethylpyrrolidinium BF 4 ,
N-ethyl-N-methylpyrrolidinium BF 4 ,
N, N-diethylpyrrolidinium BF 4 ,
Spiro- (N, N ′)-bipyrrolidinium BF 4 ,
N, N-dimethylpiperidinium BF 4 ,
N-ethyl-N-methylpiperidinium BF 4 ,
N, N-diethylpiperidinium BF 4 ,
N, N′-dimethylimidazolinium BF 4 ,
N-ethyl-N′-methylimidazolinium BF 4 ,
N, N′-diethylimidazolinium BF 4 ,
1,2,3-trimethylimidazolinium BF 4 ,
N, N′-dimethyltetrahydropyrimidinium BF 4 ,
N-ethyl-N′-methyltetrahydropyrimidinium BF 4 ,
N, N′-diethyltetrahydropyrimidinium BF 4 ,
1,2,3-trimethyltetrahydropyrimidinium BF 4 ,
N-methylpyridinium BF 4 ,
N-ethylpyridinium BF 4 ,
1,2-dimethylpyridinium BF 4 ,
1,3-dimethylpyridinium BF 4 ,
1,4-dimethylpyridinium BF 4 ,
1-ethyl-2-methylpyridinium BF 4 ,
N, N′-dimethylimidazolium BF 4 ,
N-ethyl-N′-methylimidazolium BF 4 ,
N, N′-diethylimidazolium BF 4 ,
1,2,3-trimethylimidazolium BF 4 ,
Tetramethylammonium PF 6 ,
Ethyltrimethylammonium PF 6 ,
Diethyldimethylammonium PF 6 ,
Triethylmethylammonium PF 6 ,
Tetraethylammonium PF 6 ,
N, N-dimethylpyrrolidinium PF 6 ,
N-ethyl-N-methylpyrrolidinium PF 6 ,
N, N-diethylpyrrolidinium PF 6 ,
Spiro- (N, N ′)-bipyrrolidinium PF 6 ,
N, N-dimethylpiperidinium PF 6 ,
N-ethyl-N-methylpiperidinium PF 6 ,
N, N-diethylpiperidinium PF 6 ,
N, N′-dimethylimidazolinium PF 6 ,
N-ethyl-N′-methylimidazolinium PF 6 ,
N, N′-diethylimidazolinium PF 6 ,
1,2,3-trimethylimidazolinium PF 6 ,
N, N′-dimethyltetrahydropyrimidinium PF 6 ,
N-ethyl-N′-methyltetrahydropyrimidinium PF 6 ,
N, N′-diethyltetrahydropyrimidinium PF 6 ,
1,2,3-trimethyltetrahydropyrimidinium PF 6 ,
N-methylpyridinium PF 6 ,
N- ethyl-pyridinium PF 6,
1,2-dimethylpyridinium PF 6 ,
1,3-dimethylpyridinium PF 6 ,
1,4-dimethylpyridinium PF 6 ,
1-ethyl-2-methylpyridinium PF 6 ,
N, N′-dimethylimidazolium PF 6 ,
N-ethyl-N′-methylimidazolium PF 6 ,
N, N′-diethylimidazolium PF 6 ,
1,2,3-trimethylimidazolium PF 6 ,
Tetramethylammonium bis (oxalato) borate,
Ethyltrimethylammonium bis (oxalato) borate,
Diethyldimethylammonium bis (oxalato) borate,
Triethylmethylammonium bis (oxalato) borate,
Tetraethylammonium bis (oxalato) borate,
N, N-dimethylpyrrolidinium bis (oxalato) borate,
N-ethyl-N-methylpyrrolidinium bis (oxalato) borate,
N, N-diethylpyrrolidinium bis (oxalato) borate,
Spiro- (N, N ′)-bipyrrolidinium bis (oxalato) borate,
N, N-dimethylpiperidinium bis (oxalato) borate,
N-ethyl-N-methylpiperidinium bis (oxalato) borate,
N, N-diethylpiperidinium bis (oxalato) borate,
N, N′-dimethylimidazolinium bis (oxalato) borate,
N-ethyl-N′-methylimidazolinium bis (oxalato) borate,
N, N′-diethylimidazolinium bis (oxalato) borate,
1,2,3-trimethylimidazolinium bis (oxalato) borate,
N, N′-dimethyltetrahydropyrimidinium bis (oxalato) borate,
N-ethyl-N′-methyltetrahydropyrimidinium bis (oxalato) borate,
N, N′-diethyltetrahydropyrimidinium bis (oxalato) borate,
1,2,3-trimethyltetrahydropyrimidinium bis (oxalato) borate,
N-methylpyridinium bis (oxalato) borate,
N-ethylpyridinium bis (oxalato) borate,
1,2-dimethylpyridinium bis (oxalato) borate,
1,3-dimethylpyridinium bis (oxalato) borate,
1,4-dimethylpyridinium bis (oxalato) borate,
1-ethyl-2-methylpyridinium bis (oxalato) borate,
N, N′-dimethylimidazolium bis (oxalato) borate,
N-ethyl-N′-methylimidazolium bis (oxalato) borate,
N, N′-diethylimidazolium bis (oxalato) borate,
1,2,3-trimethylimidazolium bis (oxalato) borate,
Tetramethylammonium difluorooxalatoborate,
Ethyltrimethylammonium difluorooxalatoborate,
Diethyldimethylammonium difluorooxalatoborate,
Triethylmethylammonium difluorooxalatoborate,
Tetraethylammonium difluorooxalatoborate,
N, N-dimethylpyrrolidinium difluorooxalatoborate,
N-ethyl-N-methylpyrrolidinium difluorooxalatoborate,
N, N-diethylpyrrolidinium difluorooxalatoborate,
Spiro- (N, N ′)-bipyrrolidinium difluorooxalatoborate,
N, N-dimethylpiperidinium difluorooxalatoborate,
N-ethyl-N-methylpiperidinium difluorooxalatoborate,
N, N-diethylpiperidinium difluorooxalatoborate,
N, N′-dimethylimidazolinium difluorooxalatoborate,
N-ethyl-N′-methylimidazolinium difluorooxalatoborate,
N, N′-diethylimidazolinium difluorooxalatoborate,
1,2,3-trimethylimidazolinium difluorooxalatoborate,
N, N′-dimethyltetrahydropyrimidinium difluorooxalatoborate,
N-ethyl-N′-methyltetrahydropyrimidinium difluorooxalatoborate,
N, N′-diethyltetrahydropyrimidinium difluorooxalatoborate,
1,2,3-trimethyltetrahydropyrimidinium difluorooxalatoborate,
N-methylpyridinium difluorooxalatoborate,
N-ethylpyridinium difluorooxalatoborate,
1,2-dimethylpyridinium difluorooxalatoborate,
1,3-dimethylpyridinium difluorooxalatoborate,
1,4-dimethylpyridinium difluorooxalatoborate,
1-ethyl-2-methylpyridinium difluorooxalatoborate,
N, N′-dimethylimidazolium difluorooxalatoborate,
N-ethyl-N′-methylimidazolium difluorooxalatoborate,
N, N′-diethylimidazolium difluorooxalatoborate,
1,2,3-trimethylimidazolium difluorooxalatoborate,
LiBF 4 ,
LiPF 6 ,
Lithium bis (oxalato) borate,
Lithium difluorooxalatoborate,
Etc.
これらの中でも、有機オニウムカチオンと、BF4アニオン、PF6アニオン、ビス(オキサラト)ボレートアニオン及びジフルオロオキサラトボレートアニオンからなる群より選ばれる1種以上のアニオンとが結合して成る化合物であることが、より好ましい。 Among these, it is a compound comprising an organic onium cation and one or more anions selected from the group consisting of BF 4 anion, PF 6 anion, bis (oxalato) borate anion and difluorooxalatoborate anion. Is more preferable.
また、前記の有機オニウムカチオンは、テトラアルキルアンモニウムカチオンであることが好ましい。 The organic onium cation is preferably a tetraalkylammonium cation.
なお、本発明の非水系電解液において、電解質は、1種のみを用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。 In the nonaqueous electrolytic solution of the present invention, the electrolyte may be used alone or in combination of two or more in any ratio and combination.
また、電解質の分子量に制限は無く、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常150以上である。また、上限に特に制限は無いが、本反応の反応性を鑑み、通常1000以下、好ましくは500以下が実用的で好ましい。 Moreover, there is no restriction | limiting in the molecular weight of electrolyte, Although it is arbitrary unless the effect of this invention is impaired remarkably, it is 150 or more normally. Moreover, although there is no restriction | limiting in particular in an upper limit, In view of the reactivity of this reaction, 1000 or less normally, Preferably 500 or less is practical and preferable.
また、電解質の製造方法にも特に制限は無く、公知の方法を任意に選択して製造することが可能である。 Moreover, there is no restriction | limiting in particular also in the manufacturing method of electrolyte, It is possible to select and manufacture a well-known method arbitrarily.
非水系電解液中での電解質の濃度は、好ましくは0.01mol・dm-3以上、より好ましくは0.1mol・dm-3以上、特に好ましくは0.5mol・dm-3以上である。また、その上限は、好ましくは10mol・dm-3以下、より好ましくは5mol・dm-3以下、特に好ましくは3mol・dm-3以下である。濃度が低すぎると電解液抵抗が上昇し、また、電気化学キャパシタの動作に十分なイオン量が不足する可能性がある。また、濃度が高すぎると粘度が上昇し、析出が起こりやすくなる可能性がある。 The concentration of the electrolyte in the nonaqueous electrolytic solution is preferably 0.01 mol · dm −3 or more, more preferably 0.1 mol · dm −3 or more, and particularly preferably 0.5 mol · dm −3 or more. The upper limit thereof is preferably 10 mol · dm −3 or less, more preferably 5 mol · dm −3 or less, and particularly preferably 3 mol · dm −3 or less. When the concentration is too low, the resistance of the electrolytic solution increases, and there is a possibility that the amount of ions sufficient for the operation of the electrochemical capacitor is insufficient. On the other hand, if the concentration is too high, the viscosity increases and precipitation may easily occur.
[II−4.その他電解液材料]
本発明の非水系電解液は、本発明の効果を著しく損なわない範囲において、前記の非水溶媒及び電解質以外の電解液材料を含有していても良い。例えば、これらの非水溶媒及び電解質以外の電解液材料を用いて非水系電解液の調製処理を行なう場合、当該電解液材料としては従来公知のものを任意に用いることができる。なお、これらの非水溶媒及び電解質以外の電解液材料は、1種のみを用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。
[II-4. Other electrolyte materials]
The nonaqueous electrolytic solution of the present invention may contain an electrolytic solution material other than the nonaqueous solvent and the electrolyte as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. For example, when preparing a non-aqueous electrolyte solution using an electrolyte solution material other than these non-aqueous solvent and electrolyte, a conventionally known material can be arbitrarily used as the electrolyte material. In addition, only 1 type may be used for electrolyte solution materials other than these nonaqueous solvents and electrolytes, and 2 or more types may be used together by arbitrary ratios and combinations.
[III.電極]
本発明の電気化学キャパシタに用いられる電極は、本発明の効果を著しく損なわず、電気化学キャパシタとして動作するものであれば、特に限定されない。ただし、非水系電解液を用いるものとしては、電気二重層キャパシタおよび電気二重層キャパシタと二次電池のハイブリッドキャパシタが挙げられる。
[III. electrode]
The electrode used for the electrochemical capacitor of the present invention is not particularly limited as long as it does not significantly impair the effects of the present invention and operates as an electrochemical capacitor. However, examples of the non-aqueous electrolyte include an electric double layer capacitor and a hybrid capacitor of an electric double layer capacitor and a secondary battery.
[III−1.電極の材料]
一般に前記の電気二重層キャパシタの分極性電極には、本発明の効果を著しく損なわない限り、任意のものを用いることができる。ただし、電解液に対して不活性で、且つ適度な電気伝導性を有する点で炭素を用いることが好ましい。中でも、電荷が蓄積する電極界面が大きい活性炭及び/又はカーボンナノチューブ等の活性炭素繊維、物理気相成長法(PVD)法により作製した多孔質ダイヤモンド等を用いることが好ましい。なお、前記の材料は、1種のみを用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。
[III-1. Electrode material]
Generally, any electrode can be used for the polarizable electrode of the electric double layer capacitor as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. However, it is preferable to use carbon in that it is inert to the electrolytic solution and has an appropriate electrical conductivity. Among them, it is preferable to use activated carbon and / or activated carbon fibers such as carbon nanotubes having a large electrode interface for accumulating charges, porous diamond produced by physical vapor deposition (PVD) method, and the like. In addition, the said material may use only 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
活性炭としては、本発明の効果を著しく損なわない限り、任意のものを用いることができる。ただし、体積あたりの比表面積が大きい方が静電容量も大きいので好ましく、窒素吸着によるBET法により測定される比表面積が、通常500m2/g以上、好ましくは1000m2/g以上のものを用いる。また、その上限としては、通常2500m2/g以下、好ましくは2000m2/g以下である。 Any activated carbon can be used as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. However, it is preferable that the specific surface area per volume is large because the capacitance is large, and the specific surface area measured by the BET method by nitrogen adsorption is usually 500 m 2 / g or more, preferably 1000 m 2 / g or more. . Moreover, as the upper limit, it is 2500 m < 2 > / g or less normally, Preferably it is 2000 m < 2 > / g or less.
前記の電極材料の製造方法に制限はない。例えば、活性炭は、木材、のこくず、ヤシ殻、パルプ廃液、石炭、石油重質油、あるいはそれらを熱分解した石炭及び/又は石油系ピッチ、石油コークス、カーボンアエロゲル、タールピッチを紡糸した繊維、合成高分子、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、ポリアセン、イオン交換樹脂、液晶高分子、プラスチック廃棄物、廃タイヤ等多種多様の原料を炭化した後、賦活して製造される。なお、活性炭の製造には、前記の原料の1種のみを用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。 There is no restriction | limiting in the manufacturing method of the said electrode material. For example, activated carbon spun wood, sawdust, coconut husk, pulp waste liquor, coal, petroleum heavy oil, or coal and / or petroleum-based pitch, petroleum coke, carbon aerogel, tarpitch pyrolyzed from them. A wide variety of raw materials such as fiber, synthetic polymer, phenol resin, furan resin, polyvinyl chloride resin, polyvinylidene chloride resin, polyimide resin, polyamide resin, polyacene, ion exchange resin, liquid crystal polymer, plastic waste, waste tire, etc. After carbonization, it is activated and manufactured. In addition, only 1 type of the said raw material may be used for manufacture of activated carbon, and 2 or more types may be used together by arbitrary ratios and combinations.
なお、活性炭の賦活法に制限はないが、炭化した原料を、高温で、水蒸気、炭酸ガス、酸素、その他の酸化性ガス等と接触反応させるガス賦活法と、炭化した原料に、塩化亜鉛、リン酸、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、炭酸カルシウム、ホウ酸、硝酸等を均等に含浸させて、不活性ガス雰囲気中で加熱し、薬品の脱水及び酸化反応により活性炭を得る薬品賦活法がある。活性炭の賦活法としては、いずれか片方又は両方を組み合わせて行うことができる。さらに、用いるガス及び/又は成分は、1種のみを用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。 The activated carbon activation method is not limited, but the carbonized raw material is contacted with water vapor, carbon dioxide gas, oxygen, other oxidizing gas, etc. at a high temperature by a gas activation method, and the carbonized raw material is zinc chloride, Inactive by evenly impregnating phosphoric acid, sodium phosphate, calcium chloride, potassium sulfide, potassium hydroxide, sodium hydroxide, potassium carbonate, sodium carbonate, sodium sulfate, potassium sulfate, calcium carbonate, boric acid, nitric acid, etc. There is a chemical activation method in which activated carbon is obtained by heating in a gas atmosphere and dehydrating and oxidizing the chemical. As an activation method of activated carbon, it can carry out either one or combining both. Furthermore, the gas and / or component to be used may use only 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
また、活性炭は、本発明の効果を著しく損なわない限り、使用に先立ち窒素、アルゴン等の不活性雰囲気中で熱処理を行い、不要な表面官能基を除去、及び/又は結晶構造を発達させて導電性を向上させても良い。熱処理時の温度は、通常500℃以上、好ましくは700℃以上である。また、その上限は、通常2500℃以下、好ましくは1500℃以下である。温度が低すぎる場合、活性炭に対して所望の処理が行うことができない可能性があり、温度が高すぎる場合、活性炭が電極として機能しなくなる可能性がある。なお、不活性ガスは、1種のみを用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。 In addition, unless activated carbon significantly impairs the effects of the present invention, activated carbon is subjected to heat treatment in an inert atmosphere such as nitrogen and argon prior to use to remove unnecessary surface functional groups and / or develop a crystal structure to conduct electricity. May be improved. The temperature during the heat treatment is usually 500 ° C. or higher, preferably 700 ° C. or higher. Moreover, the upper limit is 2500 degrees C or less normally, Preferably it is 1500 degrees C or less. If the temperature is too low, the activated carbon may not be able to perform the desired treatment, and if the temperature is too high, the activated carbon may not function as an electrode. In addition, only 1 type may be used for an inert gas and it may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
また、本発明の電気化学キャパシタがハイブリッドキャパシタである場合、二次電池電極に特に制限は無く、二次電池に用いられる任意の電極を用いることができる。中でも、同じ非水系電解液を用いることが可能な事から、リチウム二次電池用に使用されている二次電池電極(以下、適宜「リチウム二次電池電極」と言う。)を用いる事が好ましい。 In addition, when the electrochemical capacitor of the present invention is a hybrid capacitor, the secondary battery electrode is not particularly limited, and any electrode used for the secondary battery can be used. Among these, since it is possible to use the same non-aqueous electrolyte solution, it is preferable to use a secondary battery electrode (hereinafter referred to as “lithium secondary battery electrode” as appropriate) used for a lithium secondary battery. .
従って、本発明の電気化学キャパシタにおいて、キャパシタ電極を正極として用いる場合には、リチウム二次電池において負極として用いられている二次電池電極(以下、適宜「リチウム二次電池負極」と言う。)を用いることが好ましく、逆に、キャパシタ電極を負極として用いる場合には、リチウム二次電池において正極として用いられている二次電池電極(以下、適宜「リチウム二次電池正極」と言う。)を用いることが好ましい。 Therefore, in the electrochemical capacitor of the present invention, when the capacitor electrode is used as the positive electrode, the secondary battery electrode used as the negative electrode in the lithium secondary battery (hereinafter referred to as “lithium secondary battery negative electrode” as appropriate). In contrast, when the capacitor electrode is used as a negative electrode, a secondary battery electrode used as a positive electrode in a lithium secondary battery (hereinafter referred to as a “lithium secondary battery positive electrode” as appropriate). It is preferable to use it.
なお、電極には、本発明の効果を著しく損なわない限り、その他の物質を任意の比率及び組み合わせで混合させることができる。 In addition, as long as the effect of this invention is not impaired remarkably, another substance can be mixed with an electrode by arbitrary ratios and combinations.
[III−2.負極活物質]
リチウム二次電池負極の負極活物質としては、本発明の効果を著しく損なわず、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵・放出可能なものであれば、特に制限はない。その具体例としては、金属リチウム、炭素質材料、合金系材料等が挙げられる。なお、これらの負極活物質は、1種のみを用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。
[III-2. Negative electrode active material]
The negative electrode active material of the lithium secondary battery negative electrode is not particularly limited as long as it does not significantly impair the effects of the present invention and can electrochemically occlude and release lithium ions. Specific examples thereof include metallic lithium, a carbonaceous material, and an alloy material. In addition, these negative electrode active materials may use only 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
このうち、炭素質材料の具体例としては、天然黒鉛、人造炭素質物質及び人造黒鉛質物質から成る群より選ばれる炭素質材料のうち、少なくとも1種を400℃以上3200℃以下の範囲で1回以上熱処理した炭素質材料;負極活物質層が少なくとも2種の異なる結晶性及び/又は配向性を有する炭素質から成り、かつ/又はその異なる結晶性及び/又は配向性の炭素質が接する界面を有している炭素質材料;が挙げられる。これらは、初期不可逆容量、高電流密度充放電特性のバランスが良い点で好ましい。なお、前記の炭素質材料は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。 Among these, as a specific example of the carbonaceous material, at least one of carbonaceous materials selected from the group consisting of natural graphite, artificial carbonaceous material, and artificial graphite material is 1 to 400 ° C to 3200 ° C. Carbonaceous material that has been heat-treated more than once; an interface in which the negative electrode active material layer is composed of at least two types of carbonaceous materials having different crystallinity and / or orientation and / or the different crystalline and / or oriented carbonaceous materials are in contact with each other The carbonaceous material which has these. These are preferable in terms of a good balance between initial irreversible capacity and high current density charge / discharge characteristics. In addition, the said carbonaceous material may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
人造炭素質物質及び人造黒鉛質物質の具体例としては、石炭系コークス、石油系コークス、石炭系ピッチ、石油系ピッチ、あるいはこれらピッチを酸化処理したもの、ニードルコークス、ピッチコークス及びこれらを一部黒鉛化した炭素材、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ピッチ系炭素繊維等の有機物の熱分解物、炭化可能な有機物、及びこれらの炭化物、又は炭化可能な有機物をベンゼン、トルエン、キシレン、キノリン、n−へキサン等の低分子有機溶媒に溶解させた溶液及びこれらの炭化物等が挙げられる。なお、前記の人造炭素質物質及び人造黒鉛質物質は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。 Specific examples of artificial carbonaceous material and artificial graphite material include coal-based coke, petroleum-based coke, coal-based pitch, petroleum-based pitch, or those obtained by oxidizing these pitches, needle coke, pitch coke, and some of these. Graphitized carbon materials, furnace black, acetylene black, organic pyrolysis products such as pitch-based carbon fibers, carbonizable organic materials, and these carbides or carbonizable organic materials are converted into benzene, toluene, xylene, quinoline, n- Examples include solutions dissolved in low molecular organic solvents such as hexane, and carbides thereof. In addition, the said artificial carbonaceous material and artificial graphite material may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
合金系材料とは、酸化錫や酸化ケイ素等の金属酸化物、金属複合酸化物、リチウム単体やリチウムアルミニウム合金等のリチウム合金、錫や珪素等のリチウムと合金形成可能な金属及びそれらの化合物等のことである。前記の合金系材料は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。 Alloy materials include metal oxides such as tin oxide and silicon oxide, metal composite oxides, lithium alloys such as lithium alone and lithium aluminum alloys, metals that can be alloyed with lithium such as tin and silicon, and compounds thereof. That is. The above alloy materials may be used alone or in combination of two or more in any ratio and combination.
負極活物質として用いられる合金系材料としては、リチウムを吸蔵・放出可能であれば、リチウム合金を形成する金属単体及び合金、またはそれらの酸化物・炭化物・窒化物・珪化物・硫化物・燐化物等の化合物のいずれであっても特に限定はされない。その中でも、リチウム合金を形成する金属単体及び合金であり、13族及び14族元素における炭素以外の元素を含む材料であることが好ましい。また、アルミニウム、珪素、及び錫(これらの金属元素を、以下適宜「特定金属元素」と言う。)の金属単体、及びこれら原子を含む材料である事がより好ましい。なお、前記の金属単体及び/又は化合物は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。 As an alloy material used as the negative electrode active material, as long as lithium can be occluded / released, simple metals and alloys that form a lithium alloy, or oxides, carbides, nitrides, silicides, sulfides, phosphorus, and the like thereof. Any compound such as a compound is not particularly limited. Among these, it is the metal simple substance and alloy which form a lithium alloy, and it is preferable that it is a material containing elements other than carbon in 13 group and 14 group elements. Further, it is more preferable that the metal is a simple substance of aluminum, silicon, and tin (these metal elements are hereinafter referred to as “specific metal elements” as appropriate) and a material containing these atoms. In addition, the said metal simple substance and / or compound may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
特定金属元素から選ばれる、少なくとも1種の原子を有する負極活物質の例としては、何れか1種の特定金属元素の金属単体、2種以上の特定金属元素からなる合金、1種以上の特定金属元素とその他の1種以上の金属元素とからなる合金、並びに、1種以上の特定金属元素を含有する化合物、及びその化合物の酸化物・炭化物・窒化物・珪化物・硫化物・燐化物等の複合化合物が挙げられる。負極活物質としてこれらの金属単体、合金及び/又は金属化合物を用いることで、電池の高容量化が可能である。前記の金属単体及び/又は化合物は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。 Examples of the negative electrode active material having at least one kind of atom selected from a specific metal element include a single metal of any one specific metal element, an alloy composed of two or more specific metal elements, and one or more specific Alloys composed of metal elements and one or more other metal elements, compounds containing one or more specific metal elements, and oxides, carbides, nitrides, silicides, sulfides, phosphides of the compounds And the like. By using these simple metals, alloys and / or metal compounds as the negative electrode active material, the capacity of the battery can be increased. The above metal simple substance and / or compound may be used alone or in combination of two or more in any ratio and combination.
また、これらの複合化合物が、金属単体、合金、及び/又は非金属元素等の数種の元素と複雑に結合した化合物も例として挙げることができる。具体的には、珪素や錫と、負極として動作しない金属との合金を用いることができる。また、錫と、錫及び珪素以外で負極として作用する金属と、さらに負極として動作しない金属と、非金属元素との組み合わせで、4種以上の元素を含むような複雑な化合物も用いることができる。なお、これらの化合物は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。 In addition, compounds in which these complex compounds are complexly bonded to several elements such as simple metals, alloys, and / or non-metallic elements can also be exemplified. Specifically, an alloy of silicon or tin and a metal that does not operate as a negative electrode can be used. In addition, a complex compound containing four or more elements can be used in combination of tin, a metal that acts as a negative electrode other than tin and silicon, a metal that does not operate as a negative electrode, and a nonmetallic element. . In addition, these compounds may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
これらの負極活物質の中でも、電池にしたときに単位重量あたりの容量が大きいことから、特定金属元素から選ばれるいずれか1種の金属単体、特定金属元素から選ばれる2種以上の合金、特定金属元素の酸化物や炭化物、窒化物等が好ましい。特に、珪素及び/又は錫の金属単体、合金、酸化物、炭化物、窒化物等が、単位重量当りの容量及び環境負荷の観点から好ましい。なお、前記の金属単体及び/又は化合物は、1種を単独で用いても良く、また2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。 Among these negative electrode active materials, since the capacity per unit weight is large when a battery is formed, any one metal selected from a specific metal element, two or more alloys selected from a specific metal element, specific Metal element oxides, carbides, nitrides and the like are preferable. In particular, simple metals, alloys, oxides, carbides, nitrides, and the like of silicon and / or tin are preferable from the viewpoint of capacity per unit weight and environmental load. In addition, the said metal simple substance and / or compound may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
また、金属単体又は合金と比較した時に、単位重量当りの容量は劣るが、サイクル特性が優れることから、珪素及び/又は錫と酸素、窒素又は炭素から選ばれる1種以上の元素との化合物が好ましい。この化合物中の金属元素の含有量は、酸素、窒素又は炭素からなる群より選ばれる1種以上の元素に対して、通常0.5モル倍以上、好ましくは0.7モル倍以上、より好ましくは0.9モル倍以上である。また、その上限は、通常1.5モル倍以下、好ましくは1.3モル倍以下、さらに好ましくは1.1モル倍以下である。金属元素が少なすぎる場合、単位重量当りの容量が低下しすぎる可能性があり、多すぎる場合、金属単体又は合金に対する優位性が薄れる可能性がある。なお、これらの化合物は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。また、2種以上の酸素、窒素及び炭素からなる群より選ばれる元素を用いる場合には、上記の群に含まれる元素の総モル数に対して、当該金属元素の総含有量が上記の範囲内にあることが好ましい。 In addition, when compared with a single metal or an alloy, the capacity per unit weight is inferior, but since the cycle characteristics are excellent, a compound of silicon and / or tin and one or more elements selected from oxygen, nitrogen or carbon is used. preferable. The content of the metal element in this compound is usually 0.5 mol times or more, preferably 0.7 mol times or more, more preferably 1 mol or more selected from the group consisting of oxygen, nitrogen or carbon. Is 0.9 mole times or more. Moreover, the upper limit is 1.5 mol times or less normally, Preferably it is 1.3 mol times or less, More preferably, it is 1.1 mol times or less. When the amount of the metal element is too small, the capacity per unit weight may be excessively decreased, and when the amount is too large, the superiority over the simple metal or the alloy may be reduced. In addition, these compounds may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations. Further, when an element selected from the group consisting of two or more kinds of oxygen, nitrogen, and carbon is used, the total content of the metal element is within the above range with respect to the total number of moles of the elements included in the group. It is preferable to be within.
また、合金系材料の中でも、リチウム含有金属複合酸化物を用いる場合、リチウム含有金属複合酸化物は、本発明の効果を著しく損なわず、リチウムを吸蔵・放出可能であれば特には制限されない。ただし、構成成分としてチタン及び/又はリチウムを含有していることが、高電流密度充放電特性の観点で好ましい。また、リチウム含有金属複合酸化物は、1種を単独で用いても良く、また2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。 Further, among the alloy-based materials, when a lithium-containing metal composite oxide is used, the lithium-containing metal composite oxide is not particularly limited as long as the effect of the present invention is not significantly impaired and lithium can be occluded / released. However, it is preferable that titanium and / or lithium is contained as a constituent component from the viewpoint of high current density charge / discharge characteristics. Moreover, a lithium containing metal complex oxide may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
前記化合物の好ましい例は、Li4/3Ti5/3O4、Li1Ti2O4、Li4/5Ti11/5O4、Li4/3Ti4/3Al1/3O4が挙げられる。 Preferred examples of the compound include Li 4/3 Ti 5/3 O 4 , Li 1 Ti 2 O 4 , Li 4/5 Ti 11/5 O 4 , Li 4/3 Ti 4/3 Al 1/3 O 4. Is mentioned.
さらに、前記の負極活物質には、本発明の効果を著しく損なわない限り、その他の物質を任意の比率及び組み合わせで混合させることができる。 Furthermore, other materials can be mixed in the negative electrode active material in any ratio and combination as long as the effects of the present invention are not significantly impaired.
[III−3.正極活物質]
リチウム二次電池正極の正極活物質としては、本発明の効果を著しく損なわず、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵・放出可能なものであれば特に制限はない。その中でも、リチウムと少なくとも1種の遷移金属を含有する物質が好ましい。具体例としては、リチウム遷移金属複合酸化物、リチウム含有遷移金属リン酸化合物が挙げられる。なお、これらの正極活物質は、1種のみを用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。
[III-3. Cathode active material]
The positive electrode active material of the lithium secondary battery positive electrode is not particularly limited as long as it does not significantly impair the effects of the present invention and can electrochemically occlude and release lithium ions. Among these, a substance containing lithium and at least one transition metal is preferable. Specific examples include lithium transition metal composite oxides and lithium-containing transition metal phosphate compounds. In addition, these positive electrode active materials may use only 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
リチウム遷移金属複合酸化物に含まれる遷移金属としては、例えば、V、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等がリチウム二次電池用正極としての性能の観点から好ましい。なお、これらの遷移金属は、1種のみを含んでいても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで含んでいても良い。 As the transition metal contained in the lithium transition metal composite oxide, for example, V, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu and the like are preferable from the viewpoint of performance as a positive electrode for a lithium secondary battery. In addition, these transition metals may contain only 1 type and may contain 2 or more types by arbitrary ratios and combinations.
これらの遷移金属を含む、リチウム遷移金属複合酸化物の具体例としては、LiCoO2等のリチウム・コバルト複合酸化物、LiNiO2等のリチウム・ニッケル複合酸化物、LiMnO2、LiMn2O4、Li2MnO4等のリチウム・マンガン複合酸化物、これらのリチウム遷移金属複合酸化物の主体となる遷移金属原子の一部をAl、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Si等の他の金属で置換した化合物等が挙げられる。なお、これらの酸化物は、1種のみを用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。 Specific examples of lithium transition metal composite oxides containing these transition metals include lithium-cobalt composite oxides such as LiCoO 2 , lithium-nickel composite oxides such as LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li 2 Lithium-manganese composite oxides such as MnO 4 , and some of the transition metal atoms that are the main components of these lithium transition metal composite oxides are Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Li, Ni, Cu , Compounds substituted with other metals such as Zn, Mg, Ga, Zr and Si. In addition, these oxides may use only 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
置換された化合物の具体例としては、LiNi0.5Mn0.5O2、LiNi0.85Co0.10Al0.05O2、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、LiMn1.8Al0.2O4、LiMn1.5Ni0.5O4等が挙げられる。なお、これらの化合物は、1種のみを用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。 Specific examples of the substituted compound include LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 , LiNi 0.85 Co 0.10 Al 0.05 O 2 , LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 , LiMn 1.8 Al 0.2 O 4 , LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 and the like. Can be mentioned. In addition, these compounds may use only 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
リチウム含有遷移金属リン酸化合物の遷移金属としては、例えば、V、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等が好ましい。なお、これらの遷移金属は、1種のみを含んでいても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで含んでいても良い。 As the transition metal of the lithium-containing transition metal phosphate compound, for example, V, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu and the like are preferable. In addition, these transition metals may contain only 1 type and may contain 2 or more types by arbitrary ratios and combinations.
これらの遷移金属を含む、リチウム含有遷移金属リン酸化合物の具体例としては、LiFePO4、Li3Fe2(PO4)3、LiFeP2O7等のリン酸鉄類、LiCoPO4等のリン酸コバルト類、これらのリチウム遷移金属リン酸化合物の主体となる遷移金属原子の一部をAl、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Nb、Si等の他の金属で置換した化合物等が挙げられる。なお、これらの化合物は、1種のみを用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。 Specific examples of lithium-containing transition metal phosphate compounds containing these transition metals include iron phosphates such as LiFePO 4 , Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 , and LiFeP 2 O 7 , and phosphoric acids such as LiCoPO 4. Cobalt, a part of transition metal atoms that are the main components of these lithium transition metal phosphate compounds are Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Li, Ni, Cu, Zn, Mg, Ga, Zr, Examples include compounds substituted with other metals such as Nb and Si. In addition, these compounds may use only 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
正極活物質の製造法としては、本発明の要旨を超えない範囲で特には制限されないが、無機化合物の製造法として一般的な方法が用いられる。 Although it does not restrict | limit especially as a manufacturing method of a positive electrode active material in the range which does not exceed the summary of this invention, A general method is used as a manufacturing method of an inorganic compound.
なお、正極活物質には、本発明の効果を著しく損なわない限り、その他の物質を任意の比率及び組み合わせで混合させることができる。 Note that other materials can be mixed in the positive electrode active material in any ratio and combination as long as the effects of the present invention are not significantly impaired.
[III−4.電極の製造方法]
リチウム二次電池正極及び負極は、本発明の効果を著しく損なわない限り、公知のいずれの方法を用いて製造することができる。具体的には、前記の正極活物質及び負極活物質(以下、両者を特に区別せずに表す場合、単に「活物質」と言うことがある。)に、それぞれ結着剤や導電材等を加えたものを、そのままロール成型してシート電極とする方法や、圧縮成形してペレット電極とする方法等が挙げられる。ただし、通常は集電体上に塗布法、蒸着法、スパッタ法、メッキ法等の手法により、前記の活物質を含有する薄膜層(即ち活物質層)を形成する方法が用いられる。この場合、活物質のそれぞれに、結着剤、増粘剤、導電材、溶媒等を加えてスラリー状とし、これを集電体に塗布、乾燥した後にプレスして高密度化することにより、集電体上に正極活物質層及び負極活物質層(以下、両者を特に区別せずに表す場合、単に「活物質層」と言うことがある。)を形成する。なお、上記の方法は、1種のみを用いても良く、2種以上を任意の組み合わせで併用しても良い。
[III-4. Electrode manufacturing method]
The lithium secondary battery positive electrode and negative electrode can be produced using any known method as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Specifically, the positive electrode active material and the negative electrode active material (hereinafter referred to as “active material” when both are expressed without particular distinction) are respectively bound with a binder, a conductive material, and the like. Examples include a method in which the added material is directly roll-molded to form a sheet electrode, and a method in which compression-molded is used to form a pellet electrode. However, a method of forming a thin film layer (that is, an active material layer) containing the active material on the current collector by a method such as a coating method, a vapor deposition method, a sputtering method, or a plating method is usually used. In this case, by adding a binder, a thickener, a conductive material, a solvent, etc. to each of the active materials to form a slurry, applying this to a current collector, drying, and pressing to increase the density, A positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer (hereinafter sometimes referred to simply as “active material layer” when they are expressed without distinction) are formed on a current collector. In addition, said method may use only 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations.
集電体の材料としては、本発明の効果を著しく損なわない限り、任意である。集電体の材料の具体例としては、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス、アルミニウム等が挙げられる。中でも、薄膜に加工し易いという点、それぞれの電極の集電体として用いた時の電気化学的な安定性及びコストの点から、負極では銅が、正極ではアルミニウムが好ましい。なお、これらの材料は、1種のみを用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。 The material for the current collector is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Specific examples of the current collector material include copper, copper alloy, nickel, nickel alloy, stainless steel, and aluminum. Among these, copper is preferable for the negative electrode and aluminum is preferable for the positive electrode from the viewpoint of easy processing into a thin film and electrochemical stability and cost when used as a current collector for each electrode. In addition, these materials may use only 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
活物質層を形成するためのスラリーには、本発明の効果を著しく損なわない限り、任意の物質を混合させることができる。ただし、通常は活物質に対して導電剤、結着剤及び/又は増粘剤等を加えて作製される。なお、混合する物質としては、1種のみを用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。 Any material can be mixed in the slurry for forming the active material layer as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. However, it is usually produced by adding a conductive agent, a binder and / or a thickener to the active material. In addition, as a substance to mix, only 1 type may be used and 2 or more types may be used together by arbitrary ratios and combinations.
[III−4−1.導電剤]
導電剤の具体例として黒鉛、カーボンブラック等の炭素材料が挙げられる。また、負極活物質に混合させる導電剤としては、銅やニッケル等の金属材料などが挙げられる。特に、導電剤として炭素材料を用いると、負極において活物質としても作用するため好ましい。なお、導電剤は1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。
[III-4-1. Conductive agent]
Specific examples of the conductive agent include carbon materials such as graphite and carbon black. Examples of the conductive agent mixed with the negative electrode active material include metal materials such as copper and nickel. In particular, it is preferable to use a carbon material as the conductive agent because it also acts as an active material in the negative electrode. In addition, a electrically conductive agent may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
[III−4−2.結着剤]
結着剤は、本発明の効果を著しく損なわず、電極製造時に使用する溶媒や電解液に対して安全な材料であれば、任意のものを用いることができる。具体例として、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、スチレン・ブタジエンゴム・イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン・メタクリル酸共重合体等が挙げられる。なお、結着剤は1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。
[III-4-2. Binder]
Any binder can be used as long as it is a material that does not significantly impair the effects of the present invention and is safe with respect to the solvent and electrolyte used in the production of the electrode. Specific examples include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, styrene / butadiene rubber / isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene-acrylic acid copolymer, ethylene / methacrylic acid copolymer, and the like. In addition, a binder may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
[III−4−3.増粘剤]
増粘剤は、本発明の効果を著しく損なわない限り、任意のものを用いることができる。具体例としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン等が挙げられる。なお、増粘剤は1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。
[III-4-3. Thickener]
Any thickener can be used as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Specific examples include carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxymethylcellulose, ethylcellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, and casein. In addition, a thickener may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
[III−4−4.スラリー]
[III−4−4−1.分散媒]
活物質層を形成するためのスラリーは、前記活物質に、必要に応じて導電剤、結着剤及び/又は増粘剤を混合し、水系溶媒及び/又は有機溶媒を分散媒として用いて調製される。分散媒の種類は、通常、水系溶媒及び/又は有機系溶媒が用いられる。なお、分散媒は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。
[III-4-4. slurry]
[III-4-4-1. Dispersion medium]
The slurry for forming the active material layer is prepared by mixing a conductive agent, a binder and / or a thickener as necessary with the active material, and using an aqueous solvent and / or an organic solvent as a dispersion medium. Is done. As the type of the dispersion medium, an aqueous solvent and / or an organic solvent is usually used. In addition, a dispersion medium may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
水系溶媒として、本発明の効果を著しく損なわない限り、任意のものを用いることができる。水系溶媒として、通常は水が用いられるが、エタノール等のアルコール類、N−メチルピロリドン等の環状アミド類などの水以外の溶媒を、水に対して30重量%以下程度の割合で併用することもできる。なお、水系溶媒は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。 Any aqueous solvent can be used as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. As the aqueous solvent, water is usually used, but a solvent other than water such as alcohols such as ethanol and cyclic amides such as N-methylpyrrolidone should be used in a ratio of about 30% by weight or less with respect to water. You can also. In addition, an aqueous solvent may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
また、有機溶媒として、本発明の効果を著しく損なわない限り、任意のものを用いることができる。通常、N−メチルピロリドン等の環状アミド類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等の直鎖状アミド類、アニソール、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、ブタノール、シクロヘキサノール等のアルコール類が挙げられる。中でも、N−メチルピロリドン等の環状アミド類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等の直鎖状アミド類等が好ましい。なお、有機溶媒は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。 Any organic solvent can be used as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Usually, cyclic amides such as N-methylpyrrolidone, linear amides such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide, aromatic hydrocarbons such as anisole, toluene and xylene, butanol, cyclohexanol And alcohols. Among these, cyclic amides such as N-methylpyrrolidone, and linear amides such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide are preferable. In addition, an organic solvent may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
[III−4−4−2.その他の性質]
スラリーの粘度は、本発明の効果を著しく損なわず、集電体上に塗布することが可能な粘度であれば、特に制限されない。塗布が可能な粘度となるように、スラリーの調製時に溶媒の使用量等を変えて、適宜調製すれば良い。
[III-4-4-2. Other properties]
The viscosity of the slurry is not particularly limited as long as it does not significantly impair the effects of the present invention and can be applied onto the current collector. What is necessary is just to prepare suitably by changing the usage-amount of a solvent etc. at the time of preparation of a slurry so that it may become the viscosity which can be apply | coated.
前記のスラリーを前記の集電体上に塗布し、乾燥した後、プレスすることにより、活物質層が形成される。塗布の方法は、本発明の効果を著しく損なわない限り、特に制限されず、それ自体既知の方法を用いることができる。塗布は1種の方法により単独で行っても良く、2種以上の方法を任意に組み合わせて行っても良い。 The slurry is applied on the current collector, dried, and then pressed to form an active material layer. The coating method is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, and a method known per se can be used. Application may be performed by one method alone, or two or more methods may be arbitrarily combined.
乾燥の方法も、本発明の効果を著しく損なわない限り、特に制限されず、自然乾燥、加熱乾燥、減圧乾燥等の任意の方法を用いることができる。また、乾燥は1種の方法により単独で行っても良く、2種以上の方法を任意に組み合わせて行っても良い。 The drying method is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, and any method such as natural drying, heat drying, and reduced pressure drying can be used. Moreover, drying may be performed independently by one type of method, or two or more types of methods may be arbitrarily combined.
なお、リチウム二次電池の正極及び/又は負極を用いたハイブリッドキャパシタの場合、非水系電解液中には少なくとも1種のリチウム塩を電解質として含んでいなくてはならない。リチウム塩の濃度は、当該ハイブリッドキャパシタが動作可能であれば特に限定されないが、好ましくは0.01mol・dm-3以上、より好ましくは0.1mol・dm-3以上、特に好ましくは0.5mol・dm-3以上である。また、その上限は、好ましくは10mol・dm-3以下、より好ましくは5mol・dm-3以下、特に好ましくは3mol・dm-3以下である。濃度が低すぎると、電解液抵抗が上昇し、また電気化学キャパシタの動作に十分なイオン量が不足する可能性がある。また、濃度が高すぎると、粘度が高くなり過ぎたり、低温でリチウム塩が析出したりする可能性がある。 In the case of a hybrid capacitor using a positive electrode and / or a negative electrode of a lithium secondary battery, the non-aqueous electrolyte solution must contain at least one lithium salt as an electrolyte. The concentration of the lithium salt is not particularly limited as long as the hybrid capacitor can operate, but is preferably 0.01 mol · dm −3 or more, more preferably 0.1 mol · dm −3 or more, particularly preferably 0.5 mol · dm −3 or more. The upper limit thereof is preferably 10 mol · dm −3 or less, more preferably 5 mol · dm −3 or less, and particularly preferably 3 mol · dm −3 or less. If the concentration is too low, the resistance of the electrolytic solution increases, and there is a possibility that the amount of ions sufficient for the operation of the electrochemical capacitor is insufficient. On the other hand, if the concentration is too high, the viscosity may become too high, or the lithium salt may precipitate at a low temperature.
また、電極の寸法に制限は無く、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。ただし、通常は、電極は後述するセパレータを介して対向して設けられるため、電極間の距離は、後述するセパレータの厚みと等しくなる。 Moreover, there is no restriction | limiting in the dimension of an electrode and it is arbitrary unless the effect of this invention is impaired remarkably. However, since the electrodes are usually provided facing each other via a separator described later, the distance between the electrodes is equal to the thickness of the separator described later.
[IV.セパレータ]
電極間には、短絡を防止するために、通常はセパレータを介在させる。この場合、本発明の非水系電解液は、通常は電極およびこのセパレータに含浸させて用いる。
[IV. Separator]
Usually, a separator is interposed between the electrodes in order to prevent a short circuit. In this case, the nonaqueous electrolytic solution of the present invention is usually used by impregnating the electrode and this separator.
セパレータの材料や形状については特に制限は無く、本発明の効果を著しく損なわない限り、任意に設置することができる。中でも、本発明の非水系電解液に対し安定な材料で形成された、樹脂、ガラス繊維、無機物等が用いられ、保液性に優れた多孔性シート又は不織布状の形態のもの等を用いることが好ましい。なお、セパレータは、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。 There is no restriction | limiting in particular about the material and shape of a separator, As long as the effect of this invention is not impaired remarkably, it can install arbitrarily. Among these, a resin, glass fiber, inorganic material, etc., which is formed of a material that is stable with respect to the non-aqueous electrolyte solution of the present invention is used, and a porous sheet or a non-woven fabric in which liquid retention is excellent is used. Is preferred. In addition, a separator may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
樹脂、ガラス繊維セパレータの材料としては、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルスルホン、ガラスフィルター等が挙げられる。中でも、好ましくはガラスフィルター、ポリオレフィンであり、より好ましくはポリオレフィンである。これらの材料は1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。 The material of the resin and the glass fiber separator is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Examples thereof include polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyethersulfone, and glass filters. Among these, glass filters and polyolefins are preferable, and polyolefins are more preferable. These materials may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
前記セパレータの厚さは、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常1μm以上であり、5μm以上が好ましく、10μm以上がより好ましい。また、その上限は、通常50μm以下であり、40μm以下が好ましく、30μm以下がより好ましい。セパレータが薄すぎる場合、絶縁性や機械的強度が低下する可能性がある。また、厚すぎる場合、大電流での充放電特性等の性能が低下する可能性、及び/又は電気化学キャパシタ全体としてのエネルギー密度が低下する可能性がある。 Although the thickness of the said separator is arbitrary unless the effect of this invention is impaired remarkably, it is 1 micrometer or more normally, 5 micrometers or more are preferable and 10 micrometers or more are more preferable. Moreover, the upper limit is 50 micrometers or less normally, 40 micrometers or less are preferable and 30 micrometers or less are more preferable. If the separator is too thin, the insulation and mechanical strength may be reduced. Moreover, when too thick, performance, such as a charge / discharge characteristic in a large current, may fall, and / or the energy density as a whole electrochemical capacitor may fall.
さらに、セパレータとして多孔性シートや不織布等の多孔質のものを用いる場合、セパレータの空孔率は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常20%以上であり、35%以上が好ましく、45%以上がより好ましい。また、その上限は、通常90%以下であり、85%以下が好ましく、75%以下がより好ましい。空孔率が小さすぎる場合、膜抵抗が大きくなって大電流での充放電特性が悪化する可能性がある。また、大きすぎる場合、セパレータの機械的強度が低下し、絶縁性が低下する可能性がある。 Furthermore, when a porous material such as a porous sheet or a nonwoven fabric is used as the separator, the porosity of the separator is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but is usually 20% or more and 35% or more. Is preferable, and 45% or more is more preferable. Moreover, the upper limit is 90% or less normally, 85% or less is preferable and 75% or less is more preferable. If the porosity is too small, the membrane resistance may increase and charge / discharge characteristics at a large current may be deteriorated. Moreover, when too large, the mechanical strength of a separator falls and insulation may fall.
また、セパレータの平均孔径も、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常0.05μm以上である。また、その上限は、通常0.5μm以下であり、0.2μm以下が好ましい。平均孔径が短すぎる場合、膜抵抗が大きくなり大電流での充放電特性が低下する可能性があり、長すぎる場合、短絡が生じ易くなる可能性がある。 The average pore diameter of the separator is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but is usually 0.05 μm or more. Moreover, the upper limit is 0.5 micrometer or less normally, and 0.2 micrometer or less is preferable. If the average pore diameter is too short, the membrane resistance may increase and the charge / discharge characteristics at a large current may decrease, and if it is too long, a short circuit may occur easily.
一方、無機物の材料としては、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、例えば、アルミナや二酸化珪素等の酸化物類、窒化アルミや窒化珪素等の窒化物類、硫酸バリウムや硫酸カルシウム等の硫酸塩類が用いられる。なお、これらの材料は1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の比率及び組み合わせで併用しても良い。 On the other hand, the inorganic material is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Examples thereof include oxides such as alumina and silicon dioxide, nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride, barium sulfate and calcium sulfate. Sulfates such as are used. In addition, these materials may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary ratios and combinations.
また、形状としても、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、粒子形状又は繊維形状のものが好適に用いられる。 Also, the shape is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, but those having a particle shape or fiber shape are preferably used.
形態としては、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、不織布、織布、微多孔性フィルム等の薄膜形状のものが用いられる。薄膜形状の場合、その孔径は任意であるが、通常0.01μm以上である。また、その上限は、通常1μmである。薄膜形状を有する材料は1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせで併用しても良い。 The form is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but a thin film form such as a nonwoven fabric, a woven fabric, or a microporous film is used. In the case of a thin film shape, the pore diameter is arbitrary, but is usually 0.01 μm or more. The upper limit is usually 1 μm. A material having a thin film shape may be used alone, or two or more materials may be used in any combination.
さらに、厚さも任意であるが、通常5μm以上である。また、その上限は、通常50μm以下である。 Furthermore, although thickness is also arbitrary, it is usually 5 micrometers or more. Moreover, the upper limit is 50 micrometers or less normally.
前記の独立した薄膜形状以外に、樹脂製の結着剤を用いて前記無機物の粒子を含有する複合多孔層を電極の表層に形成させてなるセパレータを用いることができる。例えば、正極の両面に90%粒径が1μm未満のアルミナ粒子を、フッ素樹脂を結着剤として多孔層を形成させたものが挙げられる。 In addition to the independent thin film shape, a separator in which a composite porous layer containing the inorganic particles is formed on the surface layer of the electrode using a resin binder can be used. For example, a porous layer is formed by using alumina particles having a 90% particle size of less than 1 μm on both surfaces of a positive electrode and using a fluororesin as a binder.
[V.その他の構成材料]
本発明の電気化学キャパシタの構成は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常、前記の非水系電解液、電極、セパレータ等を外装体に収納して構成される。この外装体に制限は無く、本発明の効果を著しく損なわない限り任意のものを用いることができる。
[V. Other components]
The configuration of the electrochemical capacitor of the present invention is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Usually, the non-aqueous electrolyte solution, the electrode, the separator and the like are housed in an exterior body. There is no restriction | limiting in this exterior body, As long as the effect of this invention is not impaired remarkably, arbitrary things can be used.
外装体はコイン型、円筒型、角型、アルミラミネート型等のいずれの形状でも良く、またこれらの形状に限定されるものではない。 The exterior body may have any shape such as a coin shape, a cylindrical shape, a square shape, and an aluminum laminate shape, and is not limited to these shapes.
具体的には、表面にニッケルメッキを施した鉄、ステンレス、アルミニウム又はその合金、ニッケル、チタン等が挙げられるが、これらの材料に限定されるものではない。 Specifically, iron, stainless steel, aluminum or an alloy thereof, nickel, titanium, or the like whose surface is nickel-plated may be used, but the material is not limited to these materials.
また、内部の素子についても、本発明の効果を著しく損なわない限り任意に配置できるが、コイン型においては、一対の電極を、セパレータを介して対向させたものが一般的である。また、それ以外の外装体においては、前記の電極と前記のセパレータを介してなる積層構造のもの、及び前記の電極を一対、前記のセパレータを介して渦巻き状に捲回した構造のものが一般的である。ただし、いずれの場合も、その構造に限定されるものではない。 In addition, the internal elements can be arbitrarily arranged as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. However, in the coin type, a pair of electrodes are generally opposed to each other with a separator interposed therebetween. In addition, other exterior bodies generally have a laminated structure including the electrode and the separator, and a structure in which a pair of the electrodes are wound spirally via the separator. Is. However, in any case, the structure is not limited.
これらの組み合わせの中でも、正極活物質及び/又は負極活物質に活性炭を用いた電気二重層キャパシタが好ましい。また、当該電極と、電解質として前記の好ましい有機オニウム塩及び/又はアルカリ金属塩を1種以上溶解した非水系電解液とを組み合わせて用いることが好ましい。 Among these combinations, an electric double layer capacitor using activated carbon as the positive electrode active material and / or the negative electrode active material is preferable. Further, it is preferable to use the electrode in combination with a non-aqueous electrolyte solution in which one or more of the preferable organic onium salts and / or alkali metal salts are dissolved as an electrolyte.
本発明の電気化学キャパシタによれば、高い耐電圧性、即ち高いエネルギー密度を有するという利点を得ることが可能となる。 According to the electrochemical capacitor of the present invention, it is possible to obtain the advantage of having a high voltage resistance, that is, having a high energy density.
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、これらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated further more concretely, this invention is not limited to these Examples, unless the summary is exceeded.
<電解液の調整>
(実施例1)
テトラエチルアンモニウムBF4塩を、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンに、25℃において、1mol・dm-3の濃度になるように溶解した。
<Adjustment of electrolyte>
Example 1
Tetraethylammonium BF 4 salt was dissolved in 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one at 25 ° C. to a concentration of 1 mol · dm −3 .
(比較例1)
4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンに代えて、4−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オンを用いた以外は実施例1と同様にして電解液を調製した。
(Comparative Example 1)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that 4-methyl-1,3-dioxolan-2-one was used instead of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one.
(比較例2)
4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンに代えて、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを用いた以外は実施例1と同様にして電解液を調製した。
(Comparative Example 2)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one was used instead of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one.
(比較例3)
テトラエチルアンモニウムBF4塩を、40℃強で溶融した1,3−ジオキソラン−2−オンに溶解し、25℃まで冷却して、1mol・dm-3の濃度になるように調整した。
(Comparative Example 3)
Tetraethylammonium BF 4 salt was dissolved in 1,3-dioxolan-2-one melted at a little over 40 ° C., cooled to 25 ° C., and adjusted to a concentration of 1 mol · dm −3 .
(比較例4)
テトラエチルアンモニウムBF4塩を、1,3−ジオキソラン−2−オンと、炭酸ジメチルとの体積比7:3の混合溶媒に25℃において1mol・dm-3の濃度になるように溶解した。
(Comparative Example 4)
Tetraethylammonium BF 4 salt was dissolved in a mixed solvent of 1,3-dioxolan-2-one and dimethyl carbonate in a volume ratio of 7: 3 so as to have a concentration of 1 mol · dm −3 at 25 ° C.
<電気二重層キャパシタの静電容量測定>
分極性電極の作成は、以下に示す方法に従って行った。
ヤシガラ系の粉末活性炭(比表面積:1700m2/g、平均粒径:10μm、水蒸気賦活品):80重量%、アセチレンブラック:10重量%、及びポリテトラフルオロエチレン:10重量%の割合で含む混合物を水で混練した後、50kgf/cm2の圧力で加圧成型して厚さ:0.5mmの板状体とし、この板より直径:13mmφの円盤を打抜いた。この円盤を、0.1torr以下の真空中、300℃で3時間保持した後、窒素雰囲気下で放冷した。
<Capacitance measurement of electric double layer capacitor>
The production of the polarizable electrode was performed according to the method shown below.
Coconut powder based activated carbon (specific surface area: 1700 m 2 / g, average particle size: 10 μm, steam activated product): 80% by weight, acetylene black: 10% by weight, and polytetrafluoroethylene: 10% by weight After kneading with water, it was pressure-molded with a pressure of 50 kgf / cm 2 to form a plate having a thickness of 0.5 mm, and a disk having a diameter of 13 mmφ was punched from this plate. This disk was held at 300 ° C. for 3 hours in a vacuum of 0.1 torr or less, and then allowed to cool in a nitrogen atmosphere.
前記で作製した2枚の分極性電極に、前記の各非水電解液をそれぞれ含浸させた。この2枚の電極を、間にポリエチレン製のセパレータを挟んで、ステンレススチール製の外装体に収容し、該外装体をポリプロピレン製のガスケットを介してかしめて、コイン型電気二重層キャパシタセルを作成した。 Each of the two polarizable electrodes prepared above was impregnated with each of the non-aqueous electrolytes. The two electrodes are placed in a stainless steel outer case with a polyethylene separator in between, and the outer case is caulked through a polypropylene gasket to produce a coin-type electric double layer capacitor cell. did.
このセルを用い、電流値1mA・cm-2となる値で、市販の電気二重層キャパシタの耐電圧として一般的な2.5Vで定電流−定電圧充電(CCCV充電)を行い、電極の単位重量あたりの静電容量(F・g-1)を求めた。 Using this cell, constant current-constant voltage charging (CCCV charging) is performed at a current value of 1 mA · cm −2 at a typical withstand voltage of 2.5 V as a withstand voltage of a commercially available electric double layer capacitor. The capacitance per weight (F · g −1 ) was determined.
表.1の結果から、電気二重層キャパシタ用電解液溶媒として最も一般的な4−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オン(比較例1)と比較すると、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(実施例1)を用いると、静電容量が向上していることがわかる。 table. From the result of 1, when compared with the most common 4-methyl-1,3-dioxolan-2-one (Comparative Example 1) as an electrolyte solvent for an electric double layer capacitor, 4-fluoro-1,3-dioxolane- When 2-one (Example 1) is used, it turns out that the electrostatic capacitance is improving.
また、フッ素を二つ導入した、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(比較例2)を溶媒として用いた電気二重層キャパシタは安定して動作しなかった。耐酸化性が向上する一方で、耐還元性が低下し、結果としてキャパシタの耐電圧は低下し、動作が不安定になったと考えられる。 In addition, the electric double layer capacitor using 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one (Comparative Example 2) into which two fluorine atoms were introduced as a solvent did not operate stably. While the oxidation resistance is improved, the reduction resistance is lowered. As a result, the withstand voltage of the capacitor is lowered and the operation becomes unstable.
さらに、1,3−ジオキソラン−2−オン(比較例3)を用いた電解液は、25℃では過冷却状態でありセル中で固化したと考えられる。 Furthermore, the electrolytic solution using 1,3-dioxolan-2-one (Comparative Example 3) is considered to be in a supercooled state at 25 ° C. and solidified in the cell.
そして、1,3−ジオキソラン−2−オンを液体として用いるために、混合溶媒として炭酸ジメチルを含む電解液を用いた場合(比較例4)、キャパシタは動作したが、静電容量は比較例1とほとんど変わらなかった。 Then, in order to use 1,3-dioxolan-2-one as a liquid, when an electrolytic solution containing dimethyl carbonate as a mixed solvent was used (Comparative Example 4), the capacitor operated, but the capacitance was Comparative Example 1. It was almost the same.
本発明は電気化学キャパシタを用いる産業上の任意の分野で用いることが可能である。例えば、小型化の要求される民生用電子機器のバックアップ電源や携帯機器の駆動電源等に利用される。さらに、電気自動車、ハイブリッド車や電力貯蔵等のパワー用途として用いることも可能である。 The present invention can be used in any industrial field using an electrochemical capacitor. For example, it is used as a backup power source for consumer electronic devices that are required to be miniaturized, and as a drive power source for portable devices. Furthermore, it can also be used for power applications such as electric vehicles, hybrid vehicles, and power storage.
Claims (8)
該非水系電解液が、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを10重量%以上含む
ことを特徴とする、電気化学キャパシタ用非水系電解液。 A non-aqueous electrolyte solution contained in the electrode element of an electrochemical capacitor, comprising an electrode element comprising a separator and a pair of electrodes opposed to each other with the separator interposed therebetween,
The nonaqueous electrolytic solution for electrochemical capacitors, wherein the nonaqueous electrolytic solution contains 10% by weight or more of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one.
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用非水系電解液。 2. The non-aqueous electrolyte for an electrochemical capacitor according to claim 1, comprising at least one electrolyte selected from the group consisting of organic onium salts and alkali metal salts.
ことを特徴とする、請求項2に記載の電気化学キャパシタ用非水系電解液。 The nonaqueous electrolytic solution for an electrochemical capacitor according to claim 2, wherein the organic onium salt is a quaternary ammonium salt and / or a quaternary phosphonium salt.
ことを特徴とする、請求項2又は3に記載の電気化学キャパシタ用非水系電解液。 The non-aqueous electrolyte for an electrochemical capacitor according to claim 2 or 3, wherein the alkali metal salt is a lithium salt.
ことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の電気化学キャパシタ用非水系電解液。 Containing at least one compound formed by combining an organic onium cation with one or more anions selected from the group consisting of a BF 4 anion, a PF 6 anion, a bis (oxalato) borate anion, and a difluorooxalatoborate anion. The nonaqueous electrolytic solution for an electrochemical capacitor according to any one of claims 1 to 4, characterized in that
ことを特徴とする、請求項5に記載の電気化学キャパシタ用非水系電解液。 6. The nonaqueous electrolytic solution for an electrochemical capacitor according to claim 5, wherein the organic onium cation is a tetraalkylammonium cation.
ことを特徴とする、電気化学キャパシタ。 An electrochemical capacitor comprising the nonaqueous electrolytic solution according to any one of claims 1 to 6.
ことを特徴とする、請求項7に記載の電気化学キャパシタ。 The electrochemical capacitor according to claim 7, further comprising a polarizable electrode containing activated carbon.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015122393A (en) * | 2013-12-24 | 2015-07-02 | 日本ケミコン株式会社 | Electric double layer capacitor |
EP2879144A4 (en) * | 2012-07-26 | 2016-05-25 | Adeka Corp | Electricity storage device |
CN115724805A (en) * | 2021-08-26 | 2023-03-03 | 江苏国泰超威新材料有限公司 | N, N-dimethylpyrrolidinium difluoro oxalato borate, application and preparation |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000223368A (en) * | 1999-02-01 | 2000-08-11 | Asahi Glass Co Ltd | Secondary power source |
JP2000228222A (en) * | 1999-02-05 | 2000-08-15 | Asahi Glass Co Ltd | Secondary power supply |
WO2007043624A1 (en) * | 2005-10-12 | 2007-04-19 | Mitsui Chemicals, Inc. | Nonaqueous electrolyte solution and lithium secondary battery using same |
-
2007
- 2007-07-02 JP JP2007174233A patent/JP2009016441A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000223368A (en) * | 1999-02-01 | 2000-08-11 | Asahi Glass Co Ltd | Secondary power source |
JP2000228222A (en) * | 1999-02-05 | 2000-08-15 | Asahi Glass Co Ltd | Secondary power supply |
WO2007043624A1 (en) * | 2005-10-12 | 2007-04-19 | Mitsui Chemicals, Inc. | Nonaqueous electrolyte solution and lithium secondary battery using same |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2879144A4 (en) * | 2012-07-26 | 2016-05-25 | Adeka Corp | Electricity storage device |
US9583280B2 (en) | 2012-07-26 | 2017-02-28 | Adeka Corporation | Electricity storage device |
JP2015122393A (en) * | 2013-12-24 | 2015-07-02 | 日本ケミコン株式会社 | Electric double layer capacitor |
CN115724805A (en) * | 2021-08-26 | 2023-03-03 | 江苏国泰超威新材料有限公司 | N, N-dimethylpyrrolidinium difluoro oxalato borate, application and preparation |
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