JP2009016722A - Capacitor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は各種電子機器やハイブリッド自動車の回生用、あるいは電力貯蔵用等に使用されるキャパシタの中で、特に、長期信頼性に優れたキャパシタに関するものである。 The present invention relates to a capacitor excellent in long-term reliability, among capacitors used for regeneration of various electronic devices and hybrid vehicles, or for power storage.
図4はこの種の従来のキャパシタの一例としての電気二重層キャパシタの構成を示した一部切り欠き斜視図であり、図4において、21はキャパシタ素子を示し、このキャパシタ素子21は正極電極22と負極電極23をその間にセパレータ24を介在させた状態で巻回することにより構成されているものである。
FIG. 4 is a partially cutaway perspective view showing the configuration of an electric double layer capacitor as an example of this type of conventional capacitor. In FIG. 4, 21 indicates a capacitor element, and the
また、上記正極電極22と負極電極23は、アルミニウム箔からなる集電体25の両面にカーボン系電極層26(裏面側は図示せず)を夫々形成することにより構成されたものであり、更に、この正極電極22と負極電極23には正極リード線27と負極リード線28が夫々接続されているものである。
The
そして、このように構成されたキャパシタ素子21は、図示しない駆動用電解液を含浸させた後に有底円筒状の金属ケース29内に挿入され、正極リード線27と負極リード線28が挿通する孔を有したゴム製の封口部材30を金属ケース29の開口部に配設した後、金属ケース29の開口部の外周を内側に絞り加工すると共に、金属ケース29の開口端をカーリング加工することによって封止を行っているものである。
The
また、上記駆動用電解液としては、主にプロピレンカーボネート(PC)を溶媒とし、テトラエチルアンモニウム塩等を電解質とするものが用いられている。 In addition, as the driving electrolytic solution, one using mainly propylene carbonate (PC) as a solvent and tetraethylammonium salt or the like as an electrolyte is used.
また、図5(a)、(b)は上記キャパシタ素子21を示した要部断面図であり、図5(a)は集電体25の表面全体にカーボン系電極層26を形成した正極電極22と負極電極23を同じ位置で重ね合わせて巻回したものを、図5(b)は一端にカーボン系電極層未形成部を形成した正極電極22と負極電極23を互いに逆方向に位置をずらして重ね合わせて巻回することにより、正極電極22と負極電極23の各カーボン系電極層未形成部が夫々相反する方向に突出するようにしたものを示したものである。
5 (a) and 5 (b) are cross-sectional views showing the main part of the
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
しかしながら上記従来のキャパシタでは、キャパシタを充電した後に外部電極端子間をオープン状態にして放置しておくと、キャパシタ固有の自己放電現象によって徐々に電圧が低下するという問題があり、このような電圧低下は一般的には全く問題にならないものではあるが、例えば、自動車のエンジンスタート用として使用する場合等においては、電圧低下によりエンジンが始動できない等、大きな問題になるという課題があった。 However, in the above conventional capacitor, if the external electrode terminals are left open after being charged, there is a problem that the voltage gradually decreases due to the self-discharge phenomenon inherent to the capacitor. In general, there is no problem at all. However, for example, when it is used for starting an engine of an automobile, there is a problem that the engine cannot be started due to a voltage drop.
そこで、このような自己放電現象による電圧低下のメカニズムを推定してみると、図6に示すような反応が正負電極間で起こっているものと考えられる。 Thus, when the mechanism of the voltage drop due to such a self-discharge phenomenon is estimated, it is considered that the reaction shown in FIG. 6 occurs between the positive and negative electrodes.
すなわち、負極側では充電によって電子が電極内に供給された場合、(式1)に示すように負極と駆動用電解液の界面では微量の水と酸素の存在下で電子が作用して水酸化物イオンが生成される。そして、例えば集電体の金属箔としてアルミニウムを使用している場合では、(式2)に示すようにアルミニウムと(式1)で生成した水酸化物イオンが反応し、その結果、アルミン酸が生成する。なお、このとき、水酸化アルミニウムも生成していると思われるが、負極近傍では水酸化物イオンが存在するために、液中の雰囲気がアルカリ性であることから水酸化アルミニウムではなく、主にアルミン酸として存在しているものと思われる。 That is, when electrons are supplied into the electrode by charging on the negative electrode side, as shown in (Equation 1), at the interface between the negative electrode and the driving electrolyte, electrons act in the presence of a small amount of water and oxygen to cause hydroxylation. Product ions are generated. For example, in the case where aluminum is used as the metal foil of the current collector, as shown in (Formula 2), aluminum and hydroxide ions generated in (Formula 1) react, and as a result, aluminate Generate. At this time, it seems that aluminum hydroxide is also generated. However, since hydroxide ions are present near the negative electrode, the atmosphere in the liquid is alkaline. It seems to exist as an acid.
一方、正極側では充電によって(式4)に示すように正極と駆動用電解液の界面では微量の水とアルミニウム箔の存在下で水素イオンと酸化アルミニウムが生成して電子を放出する。また、溶媒中に融解しているテトラフルオロボレートアニオンは、正極の近傍に引き寄せられた水分子と反応した場合、(式5)、(式6)、(式7)に示すようにフッ酸が生成し、更にこのフッ酸は(式8)に示すようにヒドロニウムイオンとフッ素イオンの状態で存在しているものと思われる。 On the other hand, on the positive electrode side, as shown in (Equation 4), hydrogen ions and aluminum oxide are generated and emitted electrons at the interface between the positive electrode and the driving electrolyte in the presence of a small amount of water and aluminum foil. In addition, when the tetrafluoroborate anion melted in the solvent reacts with water molecules attracted in the vicinity of the positive electrode, hydrofluoric acid is generated as shown in (Expression 5), (Expression 6), and (Expression 7). Furthermore, this hydrofluoric acid is considered to exist in the form of hydronium ions and fluorine ions as shown in (Formula 8).
このように、電極と駆動用電解液の界面では、主に上記(式1)及び(式4)の反応過程で電子の授受が発生し、これによって電極内部の電子数が増減し、電圧が徐々に低下していくものと思われる。 As described above, at the interface between the electrode and the driving electrolyte, electrons are exchanged mainly in the reaction process of (Equation 1) and (Equation 4), thereby increasing or decreasing the number of electrons inside the electrode and increasing the voltage. It seems to gradually decrease.
このような推定を基に、従来の構成のキャパシタに種々の負荷を与えた後、製品を分解して調査したところ、主に次に示す3点の現象を確認した。 Based on this estimation, after applying various loads to the conventional capacitor, the product was disassembled and investigated, and the following three phenomena were mainly confirmed.
1点目の現象として、負極のアルミニウム箔の断面露出部分において、水酸化アルミニウムの析出を確認した。これは、(式3)に示すように、負極近傍で生成したアルミン酸が負極近傍に引き寄せられた水素イオンと反応し、水酸化アルミニウムと水を生成したためと思われる。 As the first phenomenon, precipitation of aluminum hydroxide was confirmed in the exposed section of the negative electrode aluminum foil. This is presumably because the aluminate produced in the vicinity of the negative electrode reacted with hydrogen ions attracted in the vicinity of the negative electrode to produce aluminum hydroxide and water, as shown in (Equation 3).
2点目の現象として、セパレータの負極端部と正極面の間に挟まれた部分でセパレータの表裏面にフッ化アルミニウムの存在を確認した。これは、(式9)に示すように、負極で生成したアルミン酸が正極へ泳動中にフッ酸と反応したためと思われる。 As a second phenomenon, the presence of aluminum fluoride was confirmed on the front and back surfaces of the separator at the portion sandwiched between the negative electrode end of the separator and the positive electrode surface. This is probably because the aluminate produced at the negative electrode reacted with hydrofluoric acid during migration to the positive electrode, as shown in (Equation 9).
3点目の現象として、正極のアルミニウム箔の露出部分において、フッ化アルミニウムの存在を確認した。これは、上記(式5)、(式6)、(式7)、(式8)の反応過程を経て正極で生成したフッ素イオンが(式10)に示すようにアルミニウムと反応したためと思われる。 As a third phenomenon, the presence of aluminum fluoride was confirmed in the exposed portion of the positive electrode aluminum foil. This seems to be because the fluorine ions generated at the positive electrode through the reaction process of (Formula 5), (Formula 6), (Formula 7), and (Formula 8) reacted with aluminum as shown in (Formula 10). .
特に、上記(式9)の反応を推察させるフッ化アルミニウムの生成箇所は、セパレータの負極端部と正極面の間に挟まれた部分のセパレータの表裏面に集中している。これは、特に負極のアルミニウム箔の断面露出部分よりアルミン酸が生成して正極側へ泳動しているためであり、アルミン酸の反応起部がアルミニウム箔の断面露出部分であることを示唆しているものと思われる。 In particular, the aluminum fluoride production sites that infer the reaction of (Equation 9) are concentrated on the front and back surfaces of the separator sandwiched between the negative electrode end and the positive electrode surface of the separator. This is particularly because aluminate is generated from the cross-section exposed part of the aluminum foil of the negative electrode and migrates to the positive electrode side, suggesting that the reaction initiation part of the aluminate is the cross-section exposed part of the aluminum foil. It seems that there is.
このような反応の中で、カーボン電極層(バインダー材料としてのカルボキシメチルセルロース)の脱水反応について、参考文献(「ハート基礎有機化学」249〜251頁、倍風館、1986年4月30日発行)による、カルボン酸とアルコールに酸を作用させることによりエステルと水が生成するフィッシャーのエステル化反応を示した(化1)を用いて詳細に説明する。 Among such reactions, the dehydration reaction of the carbon electrode layer (carboxymethyl cellulose as a binder material) is referred to (Reference: “Heart Fundamental Organic Chemistry”, pages 249-251, Baifukan, issued April 30, 1986). This will be described in detail with reference to (Chemical Formula 1) showing the Fischer esterification reaction in which an ester and water are produced by reacting an acid with a carboxylic acid and an alcohol.
(化1)において、反応過程を(1)〜(6)に順を追って1段階ずつ説明すると、第(1)段階は酸の触媒作用を示しており、カルボン酸のカルボニル基にプロトン化が起こる。このプロトン化によってカルボキシル基の炭素原子上の正電荷が増加し、炭素上への求核攻撃が起こり易くなる。 In (Chemical Formula 1), the reaction process is explained step by step in the order of (1) to (6). Step (1) shows acid catalysis, and the carbonyl group of carboxylic acid is protonated. Occur. This protonation increases the positive charge on the carbon atom of the carboxyl group and facilitates nucleophilic attack on the carbon.
第(2)段階はプロトン化された酸へのアルコールが求核攻撃する反応であり、この段階で新たな炭素−酸素結合(エステル結合)が形成され、反応中間体のオルト酸ヘミエステルの生成過程を経由する。第(3)および第(4)段階は3つの酸素にプロトンが付加したり脱離したりする平衡反応である。この平衡反応は可逆的で極めて速く起こり、酸素を含む化合物の酸性溶液中では常に起こる平衡である。第(4)段階で2つのヒドロキシ基は等価であり、どちらにプロトン化しても構わない。 Step (2) is a reaction in which the alcohol to the protonated acid undergoes a nucleophilic attack. In this step, a new carbon-oxygen bond (ester bond) is formed, and the process of formation of the reaction acid ortho acid hemiester Via. Steps (3) and (4) are equilibrium reactions in which protons are added to or removed from three oxygens. This equilibrium reaction is reversible and occurs very quickly, and is an equilibrium that always occurs in acidic solutions of compounds containing oxygen. In step (4), the two hydroxy groups are equivalent and may be protonated to either.
第(5)段階では炭素−酸素結合が開裂し、水が脱離する。この段階はちょうど第(2)段階の逆反応に相当し、これが起きるためにはヒドロキシ基をプロトン化して脱離能を高めておく必要がある。第(6)段階ではプロトン化されたエステルからプロトンが脱離する。 In the step (5), the carbon-oxygen bond is cleaved and water is eliminated. This stage corresponds to the reverse reaction of the second stage (2), and in order for this to occur, it is necessary to protonate the hydroxy group to enhance the elimination ability. In the step (6), protons are eliminated from the protonated ester.
これらの一連の反応は付加脱離反応に分類される脱水縮合反応である。このフィッシャーのエステル化反応の過程はすべて可逆反応で構成され、逆反応にあたる加水分解も並行して存在するが、例えば反応過程で生成する水を反応系外に除去した場合においては、反応が右側へ進行する。 These series of reactions are dehydration condensation reactions classified as addition / elimination reactions. Fischer's esterification reaction process is composed entirely of reversible reactions, and there is also a hydrolysis that is a reverse reaction. For example, when water generated in the reaction process is removed from the reaction system, the reaction is on the right side. Proceed to.
上記図6に示した反応過程において、キャパシタの充電により水が消費されるために反応の進行が予想される。 In the reaction process shown in FIG. 6, the reaction is expected to progress because water is consumed by charging the capacitor.
電極のバインダーとしては(化2)に示すカルボキシメチルセルロースアンモニウム等が主流に使用されているが、カルボキシメチルセルロースアンモニウムは分子内にカルボキシル基の水素をアンモニウムで置換した構成の部位とヒドロキシ基を有する。上記図6に示した反応過程で生じた酸が作用し、(化3)に示すようなフィッシャーのエステル化反応が発生している可能性が考えられる。 As an electrode binder, carboxymethyl cellulose ammonium or the like shown in (Chemical Formula 2) is mainly used. Carboxymethyl cellulose ammonium has a site having a structure in which hydrogen of a carboxyl group is substituted with ammonium in the molecule and a hydroxy group. It is possible that the acid generated in the reaction process shown in FIG. 6 acts to cause the Fischer esterification reaction as shown in (Chemical Formula 3).
また、セパレータ(セルロース)の脱水反応について、同じく参考文献(「ハート基礎有機化学」176〜177頁、倍風館、1986年4月30日発行)による、(化4)を用いて詳細に説明すると、分子内で水分子が脱離することにより進行する脱水反応として分子内脱水が知られている。例えば、エタノールに脱水剤として濃硫酸を加え、160〜180℃に加熱すると、水が脱離して二重結合をもつエチレンを生じる反応である。また、ヒドロキシ基についた炭素に隣接する炭素上の水素なら、どれでも原則として脱離でき、例えば2−メチル−2−ブタノールからは2種類のアルケンが生成する。 Further, the dehydration reaction of the separator (cellulose) is also described in detail using (Chemical Formula 4) according to the same reference (“Heart Fundamental Organic Chemistry”, pages 176 to 177, issued by Baifukan, April 30, 1986). Then, intramolecular dehydration is known as a dehydration reaction that proceeds by desorption of water molecules within the molecule. For example, when concentrated sulfuric acid is added to ethanol as a dehydrating agent and heated to 160 to 180 ° C., water is eliminated to produce ethylene having a double bond. Further, any hydrogen on the carbon adjacent to the carbon attached to the hydroxy group can be eliminated in principle. For example, 2-methyl-2-butanol produces two types of alkenes.
なお、脱水反応は第三>第二>第一アルコールの順で発生し易い。キャパシタ素子を構成するセパレータとしては、(化5)に示すセルロース等が主流に使用されているが、上記図6に示した反応過程で生じた酸が作用し、セルロースは(化6)に示すようにヒドロキシ基がプロトン化を受けて脱水し、分子内に二重結合が発生する可能性がある。 The dehydration reaction tends to occur in the order of third> second> primary alcohol. As the separator constituting the capacitor element, cellulose or the like shown in (Chemical Formula 5) is mainly used, but the acid generated in the reaction process shown in FIG. 6 acts, and cellulose is shown in (Chemical Formula 6). In this way, the hydroxy group is protonated and dehydrated, and a double bond may be generated in the molecule.
以上のようなメカニズムでキャパシタ素子に使用しているセルロース系材料等に酸が作用することにより、水が生成している可能性が高いと思われる。 It is highly likely that water is generated by the action of acid on the cellulose-based material and the like used for the capacitor element by the mechanism as described above.
さらに、上記キャパシタ素子21を金属ケース29内に挿入した際に、図7(a)に示すように(上記図5(a)に示したキャパシタ素子21に対応)、キャパシタ素子21の両端面に夫々突出したセパレータ24が屈曲した場合、ならびに図7(b)に示すように(上記図5(b)に示したキャパシタ素子21に対応)、キャパシタ素子21の両端面に夫々突出した集電体25ならびにセパレータ24が屈曲した場合、また、図7(c)に示すように、最悪の場合として集電体25が屈曲してカーボン系電極層26がセパレータ24に喰い込み、セパレータ24に破れが生じた場合等においては、上記セパレータ24の屈曲部分や破れ部分に電流集中が発生するために上述の反応が更に加速されるようになるという課題を有していた。
Further, when the
本発明はこのような従来の課題を解決し、正負電極間で発生している反応を抑制させることにより自己放電現象を抑制し、充電後に外部電極端子間をオープン状態で長期間放置しても電圧降下が少なく、従来よりも高い電圧を維持することができるキャパシタを提供することを目的とするものである。 The present invention solves such a conventional problem, suppresses the self-discharge phenomenon by suppressing the reaction occurring between the positive and negative electrodes, and can leave the external electrode terminals open for a long time after charging. An object of the present invention is to provide a capacitor that has a small voltage drop and can maintain a higher voltage than conventional ones.
上記課題を解決するために本発明は、金属箔からなる集電体の表面にカーボン系電極層を形成した正負一対の電極をその間にセパレータを介在させて対向させることにより構成された素子と、この素子を駆動用電解液と共に収容した外装部材からなるキャパシタにおいて、上記素子の少なくとも電極端部と接するセパレータの空隙に絶縁性樹脂を充填した構成にしたものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention comprises an element configured by facing a pair of positive and negative electrodes in which a carbon-based electrode layer is formed on the surface of a current collector made of metal foil with a separator interposed therebetween, In a capacitor formed of an exterior member containing this element together with a driving electrolyte, the separator is in contact with at least the electrode end portion of the element and is filled with an insulating resin.
以上のように本発明によるキャパシタは、素子の少なくとも電極端部と接するセパレータの空隙に絶縁性樹脂を充填した構成により、セパレータを構成するセルロース繊維の表面が絶縁性樹脂によって被覆されるためにセパレータと駆動用電解液の反応(脱水反応)を抑制することができるようになり、これにより、自己放電現象を抑制し、充電後に外部電極端子間をオープン状態で長期間放置しても電圧降下が少なく、従来よりも高い電圧を維持することができるという効果が得られるものである。 As described above, the capacitor according to the present invention has a structure in which the surface of the cellulose fiber constituting the separator is covered with the insulating resin due to the structure in which the insulating resin is filled in the gap of the separator that is in contact with at least the electrode end portion of the element. And the drive electrolyte reaction (dehydration reaction) can be suppressed, which suppresses the self-discharge phenomenon and causes a voltage drop even if the external electrode terminals are left open for a long time after charging. There is little effect that the voltage higher than the conventional voltage can be maintained.
(実施の形態1)
以下、実施の形態1を用いて、本発明の特に請求項1に記載の発明について説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the first aspect of the present invention will be described with reference to the first embodiment.
図1は本発明の実施の形態1によるキャパシタの一例としての電気二重層キャパシタの構成を示した一部切り欠き斜視図、図2は同電気二重層キャパシタに使用されるキャパシタ素子を示した要部断面図であり、図1と図2において、1はキャパシタ素子を示し、このキャパシタ素子1は正極電極2と負極電極3を同じ位置で重ね合わせ、その間にセパレータ4を介在させた状態で巻回することにより構成されており、上記正極電極2と負極電極3は、アルミニウム箔からなる集電体5の両面にカーボン系電極層6を夫々形成することにより構成されたものである。更に、正極電極2と負極電極3には正極リード線7と負極リード線8が夫々接続されている。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing a configuration of an electric double layer capacitor as an example of a capacitor according to
そして、このように構成されたキャパシタ素子1は、図示しない駆動用電解液を含浸させた後に有底円筒状の金属ケース9内に挿入され、正極リード線7と負極リード線8が挿通する孔を有したゴム製の封口部材10を金属ケース9の開口部に配設した後、金属ケース9の開口部の外周を内側に絞り加工すると共に、金属ケース9の開口端をカーリング加工することによって封止を行っているものである。
The
また、11は上記キャパシタ素子1を構成するセパレータ4の一部に絶縁性樹脂を充填した樹脂充填部であり、この樹脂充填部11は、少なくとも正極電極2と負極電極3の端部と接するセパレータ4の一部に設けられており、セパレータ4の空隙内に絶縁性樹脂を含浸させるようにして充填したものである。
なお、上記樹脂充填部11を構成する絶縁性樹脂としては、ポリエチレン(PE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、フッ化エチレンプロピレン共重合体(FEP)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)のいずれか、またはこれらの複合材からなるもの等を用いることができるものである。
The insulating resin constituting the resin-filled
また、これらはいずれも駆動用電解液に対して安定な樹脂であり、例えばPPを充填させる場合には、PPの末端を水酸基として変性したものを有機溶媒中に分散し、この分散液をセパレータの表面に塗布後、これを加熱することにより有機溶媒の蒸発と樹脂の粒子を溶着させることで、セパレータ表面近傍の空隙部を充填することができるものである。なお、上記有機溶媒を高沸点溶媒とし、セパレータ表面に塗布後、真空もしくは減圧雰囲気中にセパレータを放置することにより、溶媒と共にPPをセパレータの空隙部に浸入させることができるため、セパレータの空隙部にPPをより密に充填させることができるものである。 Also, these are all resins that are stable with respect to the driving electrolyte. For example, when PP is filled, the PP modified with a terminal hydroxyl group is dispersed in an organic solvent, and this dispersion is used as a separator. After being applied to the surface of the substrate, the voids in the vicinity of the separator surface can be filled by heating this to evaporate the organic solvent and weld the resin particles. Since the organic solvent is a high-boiling solvent and the separator is allowed to stand in a vacuum or a reduced-pressure atmosphere after being applied to the separator surface, PP can enter the separator void together with the solvent. Can be more closely packed with PP.
このように構成された本実施の形態によるキャパシタは、セパレータ4を構成するセルロース繊維の表面を絶縁性樹脂で被覆したことにより、セパレータ4と駆動用電解液の反応(脱水反応)を抑制することができるようになるため、自己放電現象を抑制し、充電後に外部電極端子間をオープン状態で長期間放置しても電圧降下が少なく、従来よりも高い電圧を維持することができるという格別の効果を奏するものである。
The capacitor according to the present embodiment thus configured suppresses the reaction (dehydration reaction) between the
また、図3は本実施の形態によるキャパシタの他の例を示したものであり、図3において、12は正極電極、13は負極電極であり、この正極電極12ならびに負極電極13は夫々アルミニウム箔からなる集電体15の両面に一端を除いてカーボン系電極層16を形成することにより構成されたものであり、上記一端にカーボン系電極層未形成部を形成した正極電極12と負極電極13を互いに逆方向に位置をずらして重ね合わせ、その間にセパレータ14を介在させて巻回することにより、正極電極12と負極電極13の各カーボン系電極層未形成部が夫々相反する方向に突出するようにしてキャパシタ素子を構成したものである。
FIG. 3 shows another example of the capacitor according to the present embodiment. In FIG. 3, 12 is a positive electrode, 13 is a negative electrode, and the
また、11は樹脂充填部であり、上記図2に示した樹脂充填部11と同様に形成された
ものである。
このように構成されたキャパシタは、上記図2に示したキャパシタにより得られる効果に加え、集電体15の一端にカーボン系電極層未形成部を設け、正負の電極の各カーボン系電極層未形成部が夫々相反する方向に突出するようにした構成により、キャパシタ素子の両端面から正極と負極を夫々取り出すことができるようになるため、外部引き出し用のリード線が不要になるばかりでなく、接続抵抗の低減を図ることができるようになるという格別の効果を奏するものである。
In addition to the effects obtained by the capacitor shown in FIG. 2, the capacitor configured as described above is provided with a carbon-based electrode layer non-formed portion at one end of the
なお、本実施の形態においては、キャパシタ素子1は巻回形で構成されたものを例に用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、積層形のキャパシタ素子を用いることも可能であり、この場合にも同様の効果が得られるものである。
In the present embodiment, the
(実施の形態2)
以下、実施の形態2を用いて、本発明の特に請求項2、5に記載の発明について説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, the second and fifth aspects of the present invention will be described with reference to the second embodiment.
本実施の形態は、上記実施の形態1で図1〜図3を用いて説明したキャパシタのキャパシタ素子に設けた樹脂充填部11に代えて、セパレータ4(14)を構成するセルロースの水酸基をフッ素で置換した(化7)の構成にしたものである。
In this embodiment, instead of the
セルロースをフッ素化する方法としては、減圧槽内に配設した陽極と陰極の電極間にセパレータを配置し、アルゴン、フッ化アルゴン、フッ素、フッ化炭素、炭化水素の少なくとも1種以上を減圧槽内に注入し、上記電極に高周波電圧を印加することにより、注入したガスをプラズマ状態としてイオン化した後、さらに上記電極に高電圧パルスを印加することによりセパレータの水酸基をフッ素で置換することができるものである。 As a method for fluorinating cellulose, a separator is disposed between an anode electrode and a cathode electrode disposed in a decompression tank, and at least one of argon, argon fluoride, fluorine, carbon fluoride, and hydrocarbon is decompressed in the decompression tank. By injecting into the electrode and applying a high frequency voltage to the electrode, the injected gas is ionized in a plasma state, and then a high voltage pulse is applied to the electrode to replace the hydroxyl group of the separator with fluorine. Is.
このように構成された本実施の形態によるキャパシタは、上記実施の形態1によるキャパシタと同様に、セパレータと駆動用電解液の反応(脱水反応)を抑制することができるようになるため、自己放電現象を抑制し、充電後に外部電極端子間をオープン状態で長期間放置しても電圧降下が少なく、従来よりも高い電圧を維持することができるという格別の効果を奏するものである。 Since the capacitor according to the present embodiment configured as described above can suppress the reaction (dehydration reaction) between the separator and the driving electrolyte, similarly to the capacitor according to the first embodiment, the self-discharge Even if the phenomenon is suppressed and the external electrode terminals are left in an open state after charging for a long period of time after charging, the voltage drop is small, and an exceptional effect is achieved in that a higher voltage can be maintained than before.
(実施の形態3)
以下、実施の形態3を用いて、本発明の特に請求項3、6に記載の発明について説明する。
(Embodiment 3)
In the following, the third aspect of the present invention will be described with reference to the third and sixth aspects of the present invention.
本実施の形態は、上記実施の形態1で図1〜図3を用いて説明したキャパシタのキャパシタ素子に設けた樹脂充填部11に代えて、キャパシタ素子を構成する集電体5(15)のカーボン系電極層6(16)が多糖類を含み、この多糖類の水酸基を部分的にフッ素で置換した(化8)の構成にしたものである。
In the present embodiment, instead of the
集電体に形成したカーボン系電極層の多糖類をフッ素化する方法としては、減圧槽内に陽極と陰極を配設し、この陰極と集電体を接続した状態で、アルゴン、フッ化アルゴン、フッ素、フッ化炭素、炭化水素の少なくとも1種以上を減圧槽内に注入し、上記電極に高周波電圧を印加することにより、注入したガスをプラズマ状態としてイオン化した後、さらに上記電極に高電圧パルスを印加することにより多糖類の水酸基をフッ素で置換することができるものである。 As a method for fluorinating the polysaccharide of the carbon-based electrode layer formed on the current collector, an anode and a cathode are disposed in a vacuum chamber, and the cathode and the current collector are connected to each other with argon, argon fluoride. Injecting at least one of fluorine, fluorocarbon, and hydrocarbon into a decompression tank and applying a high frequency voltage to the electrode to ionize the injected gas into a plasma state, and then applying a high voltage to the electrode By applying a pulse, the hydroxyl group of the polysaccharide can be substituted with fluorine.
このように構成された本実施の形態によるキャパシタは、多糖類と駆動用電解液の反応(脱水反応、エステル化反応)を抑制することができるようになるため、自己放電現象を抑制し、充電後に外部電極端子間をオープン状態で長期間放置しても電圧降下が少なく、従来よりも高い電圧を維持することができるという格別の効果を奏するものである。 The capacitor according to the present embodiment configured as described above can suppress the reaction between the polysaccharide and the driving electrolyte (dehydration reaction, esterification reaction), thereby suppressing the self-discharge phenomenon and charging. Even if the external electrode terminals are left in an open state for a long period of time later, the voltage drop is small, and it is possible to maintain a higher voltage than before.
(実施の形態4)
以下、実施の形態4を用いて、本発明の特に請求項4に記載の発明について説明する。
(Embodiment 4)
The fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to the fourth embodiment.
本実施の形態は、上記実施の形態1で図1〜図3を用いて説明したキャパシタのキャパシタ素子に設けた樹脂充填部11に代えて、キャパシタ素子を構成する負極電極3(13)の集電体5(15)のカーボン系電極層6(16)が多糖類を含み、正極電極2(12)の集電体5(15)のカーボン系電極層6(16)が多糖類を含まず、ラテックスを含むものとした構成にしたものである。
In this embodiment, instead of the
このように構成された本実施の形態によるキャパシタは、多糖類と駆動用電解液の反応(脱水反応、エステル化反応)を抑制することができるようになるため、自己放電現象を抑制し、充電後に外部電極端子間をオープン状態で長期間放置しても電圧降下が少なく、従来よりも高い電圧を維持することができるという格別の効果を奏するものである。 The capacitor according to the present embodiment configured as described above can suppress the reaction between the polysaccharide and the driving electrolyte (dehydration reaction, esterification reaction), thereby suppressing the self-discharge phenomenon and charging. Even if the external electrode terminals are left in an open state for a long period of time later, the voltage drop is small, and it is possible to maintain a higher voltage than before.
(実施の形態5)
以下、実施の形態5を用いて、本発明の特に請求項7に記載の発明について説明する。
(Embodiment 5)
Hereinafter, the invention according to the seventh aspect of the present invention will be described with reference to the fifth embodiment.
本実施の形態は、上記実施の形態1で図1〜図3を用いて説明したキャパシタのキャパシタ素子に設けたセパレータ4(14)を、正負一対の電極を対向させてキャパシタ素子を作製する前に予めセパレータを加熱した酸性溶液に浸漬し、これにより(化6)に示す脱水反応を発生させることで、この反応に伴う官能基数を減少させ、その後水洗して酸を除去する処理を施すことにより、キャパシタの使用中における脱水反応の抑制ができるようになるため、自己放電現象を抑制し、充電後に外部電極端子間をオープン状態で長期間放置しても電圧降下が少なく、従来よりも高い電圧を維持することができるという格別の効果を奏するものである。
In the present embodiment, the separator 4 (14) provided in the capacitor element of the capacitor described in
本発明によるキャパシタは、自己放電現象を抑制し、充電後に外部電極端子間をオープン状態で長期間放置しても電圧降下が少なく、従来よりも高い電圧を維持することができるという効果を有し、特に自動車のエンジンスタート用等の分野として有用である。 The capacitor according to the present invention suppresses the self-discharge phenomenon, and has an effect that the voltage drop is small even if the external electrode terminals are left in an open state after charging for a long time, and a higher voltage than the conventional one can be maintained. In particular, it is useful as a field for starting an engine of an automobile.
1 キャパシタ素子
2、12 正極電極
3、13 負極電極
4、14 セパレータ
5、15 集電体
6、16 カーボン系電極層
7 正極リード線
8 負極リード線
9 金属ケース
10 封口部材
11 樹脂充填部
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