JP2009059774A - Method of manufacturing electrochemical capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電気化学キャパシタの製造方法に関する。さらに詳しくは、腐食が発生することなく低抵抗で出力密度が大きく、高い信頼性を有し、かつ所定の電圧に高電圧化が可能な電気化学キャパシタの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an electrochemical capacitor. More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing an electrochemical capacitor that has low resistance, high output density, high reliability, and high voltage to a predetermined voltage without causing corrosion.
電気二重層キャパシタなどの電気化学素子は、小型化、軽量化が容易であるため、電池に替わるバックアップ電源として小型機器に使われ、さらに燃料電池車やハイブリッド車用の大型電池の補助電源としての検討も盛んに行われている。 Electrochemical elements such as electric double layer capacitors are easy to reduce in size and weight, so they are used in small equipment as backup power sources to replace batteries, and as auxiliary power sources for large batteries for fuel cell vehicles and hybrid vehicles. Studies are also being actively conducted.
そこで、近年エネルギー貯蔵デバイスとして大容量電気化学素子技術が注目されている。大容量電気化学素子としては、主に電極/電解質の界面に生ずる電気二重層を蓄電に利用する電気二重層キャパシタと、金属酸化物や導電性高分子を電極として使用し、電極表面の酸化還元反応(擬似電気二重層容量)を利用するレドックスキャパシタとがあり、これらを総称して電気化学キャパシタと呼ばれることが多い。 Therefore, in recent years, large-capacity electrochemical element technology has attracted attention as an energy storage device. The large-capacity electrochemical device uses an electric double layer capacitor that uses the electric double layer generated at the electrode / electrolyte interface mainly for power storage, and a metal oxide or conductive polymer as the electrode. There are redox capacitors that utilize reaction (pseudo electric double layer capacitance), and these are often collectively referred to as electrochemical capacitors.
これらのうち、金属酸化物を利用するレドックスキャパシタはエネルギー密度が高い。たとえば、金属酸化物として酸化ルテニウム水和物を用い、電解質として硫酸水溶液を使用したレドックスキャパシタは、通常の活性炭を用いた電気二重層キャパシタの数倍のエネルギー密度を有することが知られている。 Among these, a redox capacitor using a metal oxide has a high energy density. For example, it is known that a redox capacitor using ruthenium oxide hydrate as a metal oxide and using an aqueous sulfuric acid solution as an electrolyte has an energy density several times that of an electric double layer capacitor using ordinary activated carbon.
金属酸化物を電極に用いる電気化学キャパシタは大きな容量が得られるが、電解質として高濃度の硫酸水溶液を使用する場合、腐食対策が必要である。たとえば、活性炭を電極とし、高濃度硫酸水溶液を電解質として用いる従来の電気二重層キャパシタの場合、集電体としてゴムと導電性カーボンとの複合材を用いる方法が広く用いられている。この種の複合材は、腐食対策としては有効なものの、金属に比べ抵抗が大きく、充放電時の抵抗損失を発生させるため、大きな入出力密度を得ることが困難であるという問題があった。 An electrochemical capacitor using a metal oxide as an electrode can provide a large capacity, but when a high-concentration sulfuric acid aqueous solution is used as an electrolyte, a countermeasure against corrosion is necessary. For example, in the case of a conventional electric double layer capacitor using activated carbon as an electrode and a high-concentration sulfuric acid aqueous solution as an electrolyte, a method using a composite material of rubber and conductive carbon as a current collector is widely used. Although this type of composite material is effective as a countermeasure against corrosion, it has a problem that it is difficult to obtain a large input / output density because it has higher resistance than metal and generates resistance loss during charging and discharging.
そこで、電解質としては、使用部材の材質に制限が加わる濃硫酸水溶液に代わりうる、高いプロトン伝導性を有し、電極との電気的接合も良好で腐食のおそれがない材料が必要となる。 Therefore, as the electrolyte, a material having high proton conductivity, good electrical connection with the electrode, and no risk of corrosion, which can replace the concentrated sulfuric acid aqueous solution in which the material used is restricted, is required.
また、金属酸化物を電極として形成するためには、結着材が必要である。一般的に用いられる結着材として、テフロン(登録商標)、ポリフッ化ビニリデン、ゴム系エマルジョン等が知られているが、これらの材料はプロトン導電性を有さないため、上記と同様に充放電時の抵抗損失を発生させる大きな要因となっており、高いプロトン伝導性を有し、電極の結着作用が強く腐食のおそれがない材料が必要となる。 Moreover, in order to form a metal oxide as an electrode, a binder is required. Commonly used binders include Teflon (registered trademark), polyvinylidene fluoride, and rubber-based emulsions. However, since these materials do not have proton conductivity, they are charged and discharged as described above. It is a major factor that causes resistance loss at the time, and a material having high proton conductivity, strong electrode binding, and no risk of corrosion is required.
さらに、実用化の観点から、金属酸化物として酸化ルテニウム水和物を用いる場合はルテニウムが高価であること、電気化学キャパシタ単セルでの電圧が1V以下であるため、直列に数個のセルを接続する必要があり構造的に複雑になることなどが問題となる。上記のような理由から、酸化ルテニウム水和物を用いるレドックスキャパシタの実用化例はまだ報告されていない。 Furthermore, from the viewpoint of practical use, when ruthenium oxide hydrate is used as a metal oxide, ruthenium is expensive, and the voltage in an electrochemical capacitor single cell is 1 V or less. There is a problem in that it needs to be connected and becomes structurally complicated. For the above reasons, no practical application example of a redox capacitor using ruthenium oxide hydrate has been reported yet.
また、通常の活性炭を用いた電気二重層キャパシタは、ニッケル−水素二次電池やリチウムイオン二次電池等の二次電池に比べ、はるかに優れた耐久寿命および信頼性を有することが知られている。なお、耐久寿命および信頼性は、70℃でのフロート充電試験によ
って評価することが一般的である。
In addition, it is known that electric double layer capacitors using ordinary activated carbon have much superior durability and reliability compared to secondary batteries such as nickel-hydrogen secondary batteries and lithium ion secondary batteries. Yes. The durability life and reliability are generally evaluated by a float charge test at 70 ° C.
一方、金属酸化物を利用するレドックスキャパシタの耐久寿命および信頼性についてはあまり知られておらず、二次電池と同様に酸化還元による物質移動を伴う充放電過程を有することから、耐久寿命および信頼性が懸念材料となっている。
本発明の課題は、前述のような耐腐食性、入出力特性および製造工程の複雑化に対する問題点を解決して、優れた蓄電性能および耐久寿命を有し、高信頼性であり、所定の電圧に高電圧化が可能な電気化学キャパシタの製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems with respect to corrosion resistance, input / output characteristics and complexity of the manufacturing process, have excellent power storage performance and durable life, high reliability, An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an electrochemical capacitor capable of increasing the voltage.
上記問題点を解決するために、本発明者らは積層型の電気化学キャパシタについて鋭意検討した。その結果、腐食性のない芳香族系高分子電解質膜を電解質層として用い、電極層と集電体との間に電子伝導性を有する層を介在させ、あらかじめ電子伝導層−電極−電解質膜−電極−電子伝導層からなる構造体を形成し、それを積層することにより、耐腐食性、入出力特性に優れ、所定の電圧に高電圧化が可能な電気化学キャパシタの製造方法を見出した。 In order to solve the above problems, the present inventors have intensively studied a multilayer electrochemical capacitor. As a result, a non-corrosive aromatic polymer electrolyte membrane was used as the electrolyte layer, and an electron conductive layer was interposed between the electrode layer and the current collector, and the electron conductive layer-electrode-electrolyte membrane- The present inventors have found a method for producing an electrochemical capacitor which is excellent in corrosion resistance and input / output characteristics by forming a structure composed of an electrode-electron conductive layer and laminating it, and capable of increasing the voltage to a predetermined voltage.
すなわち、本発明に係る電気化学キャパシタの製造方法は、離型シート上に電子伝導層用ペーストを塗布して電子伝導層を形成する工程と、該電子伝導層上に電極用ペーストを塗布して電極−電子伝導層接合体を形成する工程と、得られた1対の電極−電子伝導層接合体で芳香族系高分子電解質膜を挟持して接合した後、離型シートを剥離して、電子伝導層−電極−電解質膜−電極−電子伝導層からなる構造体を形成する工程とを含むことを特徴とする。 That is, the method for manufacturing an electrochemical capacitor according to the present invention includes a step of applying an electron conductive layer paste on a release sheet to form an electron conductive layer, and applying an electrode paste on the electron conductive layer. After the step of forming the electrode-electron conducting layer assembly and the aromatic polymer electrolyte membrane sandwiched and joined with the obtained pair of electrode-electron conducting layer assemblies, the release sheet is peeled off, And a step of forming a structure composed of an electron conductive layer-electrode-electrolyte membrane-electrode-electron conductive layer.
上記芳香族系高分子電解質膜が、下記式(A)で表される構成単位と下記式(B)で表される構成単位とを含むスルホン酸基含有ポリアリーレンであることが好ましい。 It is preferable that the aromatic polymer electrolyte membrane is a sulfonic acid group-containing polyarylene including a structural unit represented by the following formula (A) and a structural unit represented by the following formula (B).
式(A)中、Yは−CO−、−SO2−、−SO−、−CONH−、−COO−、−(
CF2)i−(iは1〜10の整数を示す。)および−C(CF3)2−からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を示し、Zは直接結合、または−(CH2)j−(jは1〜10の整数を示す。)、−C(CH3)2−、−O−および−S−からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を示し、Arは−SO3H、−O(CH2)pSO3Hまたは−O(CF2
)pSO3Hで表される置換基(pは1〜12の整数を示す。)を有する芳香族基を示し、mは0〜10の整数を示し、nは0〜10の整数を示し、kは1〜4の整数を示す。
In the formula (A), Y represents —CO—, —SO 2 —, —SO—, —CONH—, —COO—, — (
CF 2 ) i — (wherein i represents an integer of 1 to 10) and at least one structure selected from the group consisting of —C (CF 3 ) 2 —, Z is a direct bond, or — (CH 2 ) J — (j represents an integer of 1 to 10), —C (CH 3 ) 2 —, —O— and —S— represent at least one structure, and Ar represents —SO 3 H, —O (CH 2 ) p SO 3 H or —O (CF 2
) P represents an aromatic group having a substituent represented by SO 3 H (p represents an integer of 1 to 12), m represents an integer of 0 to 10, and n represents an integer of 0 to 10. , K represents an integer of 1 to 4.
式(B)中、AおよびDは、それぞれ独立に直接結合、または−CO−、−SO2−、
−SO−、−CONH−、−COO−、−(CF2)i−(iは1〜10の整数を示す。)、−(CH2)j−(jは1〜10の整数を示す。)、−CR’2−(R’は脂肪族炭化水
素基、芳香族炭化水素基またはハロゲン化炭化水素基を示す。)、シクロヘキシリデン基、フルオレニリデン基、−O−および−S−からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を示し、Bは独立に酸素原子または硫黄原子であり、R1〜R16は、互いに同一でも異
なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、アルキル基、一部もしくは全部がハロゲン化されたハロゲン化アルキル基、アリル基、アリール基、ニトロ基およびニトリル基からなる群より選ばれる少なくとも1種の原子または基を示し、sは0〜4の整数を示し、tは0〜4の整数を示し、rは0または1以上の整数を示す。
In the formula (B), A and D are each independently a direct bond, or —CO—, —SO 2 —,
—SO—, —CONH—, —COO—, — (CF 2 ) i — (i represents an integer of 1 to 10), — (CH 2 ) j — (j represents an integer of 1 to 10). ), —CR ′ 2 — (R ′ represents an aliphatic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group or a halogenated hydrocarbon group), a cyclohexylidene group, a fluorenylidene group, —O— and —S—. 1 represents at least one structure selected from the group, B is independently an oxygen atom or a sulfur atom, R 1 to R 16 may be the same or different from each other, and may be a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group, one Represents at least one atom or group selected from the group consisting of halogenated alkyl groups, allyl groups, aryl groups, nitro groups, and nitrile groups, all or part of which is halogenated, and s represents an integer of 0 to 4, t represents an integer of 0 to 4, r is Or an integer of 1 or more.
上記電極用ペーストが、二酸化ルテニウム水和物を含むことが好ましい。
上記離型シートの塗布面が、離型性を示すフッ素材料であることが好ましい。
本発明に係る電気化学キャパシタの製造方法は、上記電子伝導層−電極−電解質膜−電極−電子伝導層からなる構造体から所定の大きさに切抜いた複数の構造体と複数の集電体とを、最外部が集電体となるように交互に積層して一体化させた積層体を形成する工程をさらに含むことが好ましい。
The electrode paste preferably contains ruthenium dioxide hydrate.
The application surface of the release sheet is preferably a fluorine material exhibiting releasability.
A method for producing an electrochemical capacitor according to the present invention includes a plurality of structures cut out to a predetermined size from a structure composed of the electron conductive layer-electrode-electrolyte membrane-electrode-electron conductive layer, and a plurality of current collectors. Preferably, the method further includes a step of forming a laminated body in which the outermost layers are alternately laminated and integrated so that the outermost portion is a current collector.
本発明に係る電気化学キャパシタの製造方法は、上記積層体を熱水中に浸漬して含水処理する工程をさらに含むことが好ましい。 The method for producing an electrochemical capacitor according to the present invention preferably further includes a step of immersing the laminate in hot water to perform a water treatment.
本発明によれば、製造が簡便で、耐腐食性および出力特性に優れた良好な蓄電性能を示し、高耐久寿命であり、かつ所定の電圧に高電圧化が可能な電気化学キャパシタの製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the electrochemical capacitor which is easy to manufacture, shows the favorable electrical storage performance excellent in corrosion resistance and output characteristics, has a high durability life, and can increase the voltage to a predetermined voltage. Can be provided.
以下、本発明に係る電気化学キャパシタの製造方法について詳細に説明する。
本発明の電気化学キャパシタの製造方法は、(A)離型シート上に電子伝導層用ペーストを塗布して電子伝導層を形成する工程と、(B)該電子伝導層上に電極用ペーストを塗布して電極−電子伝導層接合体を形成する工程と、(C)得られた1対の電極−電子伝導層接合体で高分子電解質膜を挟持して接合した後、離型シートを剥離して、電子伝導層−電極−電解質膜−電極−電子伝導層からなる構造体を形成する工程とを含む。
Hereinafter, the method for producing an electrochemical capacitor according to the present invention will be described in detail.
The method for producing an electrochemical capacitor of the present invention comprises (A) a step of applying an electron conductive layer paste on a release sheet to form an electron conductive layer, and (B) an electrode paste on the electron conductive layer. A step of forming an electrode-electron conductive layer assembly by coating, and (C) sandwiching and joining the polymer electrolyte membrane between the obtained pair of electrode-electron conductive layer assemblies, and then releasing the release sheet And a step of forming a structure composed of an electron conductive layer-electrode-electrolyte membrane-electrode-electron conductive layer.
本発明に係る電気化学キャパシタの製造方法は、必要に応じて、(D)上記電子伝導層−電極−電解質膜−電極−電子伝導層からなる構造体から所定の大きさに切抜いた複数の構造体と複数の集電体とを、最外部が集電体となるように交互に積層して一体化させた積層体を形成する工程を含む。 The electrochemical capacitor manufacturing method according to the present invention includes a plurality of structures cut out to a predetermined size from a structure comprising (D) the electron conductive layer-electrode-electrolyte film-electrode-electron conductive layer, if necessary. Forming a laminated body in which the body and the plurality of current collectors are alternately laminated and integrated so that the outermost portion is the current collector.
本発明に係る電気化学キャパシタの製造方法は、必要に応じて、さらに、(E)上記積層体の端部を切除する工程、(F)前記積層体を熱水中に浸漬して含水処理する工程、および/または(G)前記積層体を水に浸漬して超音波洗浄する工程、を含む。 The method for producing an electrochemical capacitor according to the present invention further includes (E) a step of cutting off the end of the laminate, and (F) immersing the laminate in hot water as necessary. And / or (G) a step of ultrasonically cleaning the laminate by immersing the laminate in water.
[工程(A)]
本工程では、離型シート上に電子伝導層用ペーストを塗布することにより電子伝導層を形成する。ここで、電子伝導層用ペーストを離型シート上に塗布して電子伝導層を形成した後、該電子伝導層を乾燥することが好ましい。
[Step (A)]
In this step, the electron conductive layer is formed by applying an electron conductive layer paste on the release sheet. Here, it is preferable to dry the electron conductive layer after applying the electron conductive layer paste on the release sheet to form the electron conductive layer.
このように、後述する電極層と集電体との間に上記電子伝導層を設けることにより導電性を損なうことなく、電極層と集電体との密着性が改善され、電気化学キャパシタの劣化を抑制することができる。 Thus, by providing the electron conductive layer between the electrode layer and the current collector, which will be described later, the adhesion between the electrode layer and the current collector is improved without impairing the conductivity, and the electrochemical capacitor is deteriorated. Can be suppressed.
良好な電気化学キャパシタ特性を発現させるためには、薄層の電子伝導層を形成することが好ましい。このような観点から、上記電子伝導層の厚みは、好ましくは1〜30μm、より好ましくは3〜20μm、さらに好ましくは5〜10μmである。 In order to develop good electrochemical capacitor characteristics, it is preferable to form a thin electron conductive layer. From such a viewpoint, the thickness of the electron conductive layer is preferably 1 to 30 μm, more preferably 3 to 20 μm, and still more preferably 5 to 10 μm.
<離型シート>
上記離型シートは、離型性の高いシートであることが好ましく、たとえば、フッ素樹脂シート、フッ素樹脂を表面コートしたポリエチレンテレフタレートなどの塗布面が離型性を示すフッ素材料が挙げられる。これらの中では、確実な離型性を得るためにはフッ素樹脂シートを用いることが好ましい。
<Release sheet>
The release sheet is preferably a sheet having high releasability, and examples thereof include a fluororesin sheet and a fluorine material on which a coating surface such as polyethylene terephthalate coated with a fluororesin exhibits releasability. In these, in order to acquire reliable mold release property, it is preferable to use a fluororesin sheet.
上記フッ素樹脂シートとしては、たとえば、ポリテトラフルオロエチレンシート、テトラフルオロエチレン共重合体シート、ポリビニリデンフルオライドシートなどが挙げられる。これらの中では、シートとしての強靭さ、薄膜品の入手の容易さのため、ポリテトラフルオロエチレンシートを用いることが好ましい。また、上記フッ素樹脂シートとしては、テフロン(登録商標)シート(ナフロンテープ、ニチアス(株)製)などの市販品も好適に使用することができる。 Examples of the fluororesin sheet include a polytetrafluoroethylene sheet, a tetrafluoroethylene copolymer sheet, and a polyvinylidene fluoride sheet. In these, it is preferable to use a polytetrafluoroethylene sheet for the toughness as a sheet | seat and the availability of a thin film product. Moreover, as the fluororesin sheet, commercially available products such as a Teflon (registered trademark) sheet (Naflon tape, manufactured by Nichias Co., Ltd.) can be suitably used.
上記離型シートの厚みは、好ましくは10〜500μm、より好ましくは20〜200μm、さらに好ましくは50〜100μmである。
<電子伝導層用ペースト>
上記電子伝導層用ペーストは、電極層と集電体との密着性および電気化学キャパシタの劣化を抑制するという観点から、熱可塑性エラストマーと電子伝導性粉体とを含むことが好ましい。上記電子伝導層用ペーストは、たとえば、熱可塑性エラストマーと電子伝導性粉体とを低沸点溶媒に分散または溶解させて調製することができる。
The thickness of the release sheet is preferably 10 to 500 μm, more preferably 20 to 200 μm, and still more preferably 50 to 100 μm.
<Electroconductive layer paste>
The above-mentioned paste for an electron conductive layer preferably contains a thermoplastic elastomer and an electron conductive powder from the viewpoint of suppressing the adhesion between the electrode layer and the current collector and the deterioration of the electrochemical capacitor. The electron conductive layer paste can be prepared, for example, by dispersing or dissolving a thermoplastic elastomer and electron conductive powder in a low boiling point solvent.
また、上記電子伝導層用ペーストとしては、導電性を有する接着剤を用いることができ、たとえば、バニーハイトUCC(日本黒鉛製)のように乾燥後にゴム性を示す市販品をそのまま用いることもできる。 Moreover, as the above-mentioned paste for the electron conductive layer, a conductive adhesive can be used. For example, a commercially available product that exhibits rubber properties after drying, such as Bunny Height UCC (manufactured by Nippon Graphite), can also be used as it is.
上記熱可塑性エラストマーとしては、たとえば、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体(SBS)、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体(SIS)、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体(SEBS)、官能基付与型SEBS(f-SEBS)、スチレン−エチレン−プロピレン−スチレンブロック共重
合体(SEPS)、ランダムタイプの水素添加型スチレン−ブタジエン共重合体(HSBR)、シンジオタクチック1,2ポリブタジエン(RB)、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー(TPO)、ポリ塩化ビニル系熱可塑性エラストマー(TPVC)、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー(TPU)、ポリエステル系熱可塑性エラストマー(TPEE)、ポリアミド系熱可塑性エラストマー(TPA)などが挙げられる。上記熱可塑性エラストマーは、剥離時やその後の取り扱い時の破損を避ける強度と柔軟性とを有するためには、樹脂相のガラス転移点が、好ましくは80℃以上、より好ましくは80〜150℃
、さらに好ましくは80〜100℃である。
Examples of the thermoplastic elastomer include styrene-butadiene-styrene block copolymer (SBS), styrene-isoprene-styrene block copolymer (SIS), styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer (SEBS), Functional group-added SEBS (f-SEBS), styrene-ethylene-propylene-styrene block copolymer (SEPS), random type hydrogenated styrene-butadiene copolymer (HSBR), syndiotactic 1,2 polybutadiene ( RB), polyolefin-based thermoplastic elastomer (TPO), polyvinyl chloride-based thermoplastic elastomer (TPVC), polyurethane-based thermoplastic elastomer (TPU), polyester-based thermoplastic elastomer (TPEE), polyamide-based thermoplastic elastomer Stoma (TPA) is exemplified. In order for the thermoplastic elastomer to have strength and flexibility to avoid breakage during peeling or subsequent handling, the glass transition point of the resin phase is preferably 80 ° C. or higher, more preferably 80 to 150 ° C.
More preferably, it is 80-100 degreeC.
さらに、上記熱可塑性エラストマーはトルエンなどの低沸点溶媒に可溶のものが、電子伝導性粉体と混合し薄層を形成する上で好適である。このような観点から、スチレンを含む熱可塑性エラストマーが好ましい。さらに、スチレンを含む熱可塑性エラストマーの中でも、熱安定性の高い不飽和結合を含まないSEBS、f−SEBS、SEPS、HSBRを用いることがより好ましく、SEBSが特に好ましい。 Further, the thermoplastic elastomer which is soluble in a low boiling point solvent such as toluene is suitable for mixing with the electron conductive powder to form a thin layer. From such a viewpoint, a thermoplastic elastomer containing styrene is preferable. Furthermore, among thermoplastic elastomers containing styrene, it is more preferable to use SEBS, f-SEBS, SEPS, and HSBR that do not contain highly heat-stable unsaturated bonds, and SEBS is particularly preferable.
上記電子伝導性粉体としては、たとえば、カーボンブラック、グラファイトなどの炭素材料、金、銀などの貴金属粉末、あるいはニッケル、コバルトなどの磁性粉末に貴金属をメッキしたものなどが挙げられる。 Examples of the electron conductive powder include a carbon material such as carbon black and graphite, a noble metal powder such as gold and silver, or a magnetic powder such as nickel and cobalt plated with a noble metal.
さらに、薄層の電子伝導層を形成するため、上記電子伝導性粉体としては、粒子径が小さくても高電子伝導性の確保ができるカーボンブラック、具体的には、ケッチェンブラックEC、アセチレンブラック、バルカンXC72などが好ましいが、他の電子伝導性粉体と混合して用いてもよい。 Furthermore, in order to form a thin electron conductive layer, the electron conductive powder includes carbon black that can ensure high electron conductivity even when the particle diameter is small, specifically, ketjen black EC, acetylene. Black, Vulcan XC72 and the like are preferable, but they may be mixed with other electron conductive powders.
上記低沸点溶媒としては、たとえば、トルエン、キシレンなどを挙げることができる。
電子伝導性粉体の熱可塑性エラストマーに対する混合比は熱可塑性エラストマー100重量部に対し、好ましくは20〜200重量部、より好ましくは20〜150重量部、さらに好ましくは30〜100重量部である。20重量部未満の場合は充分な電子伝導性を確保することが困難になる傾向があり、200重量部を越えると薄層の形成が困難になる傾向がある。
Examples of the low boiling point solvent include toluene and xylene.
The mixing ratio of the electron conductive powder to the thermoplastic elastomer is preferably 20 to 200 parts by weight, more preferably 20 to 150 parts by weight, and further preferably 30 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the thermoplastic elastomer. If it is less than 20 parts by weight, it tends to be difficult to ensure sufficient electron conductivity, and if it exceeds 200 parts by weight, it tends to be difficult to form a thin layer.
<塗布・乾燥>
本工程における、電子伝導層用ペーストを離型シート上に塗布する方法としては、公知である種々の方法を特に制限なく使用することができる。たとえば、ブレードコーター、バーコーター、ロールコーターなどを使用できるが、膜厚の均一性を簡便に確保するためには、ブレードコーターを使用することが好ましい。
<Coating / Drying>
As a method for applying the electron conductive layer paste on the release sheet in this step, various known methods can be used without particular limitation. For example, a blade coater, a bar coater, a roll coater or the like can be used, but it is preferable to use a blade coater in order to easily ensure the uniformity of the film thickness.
また、本工程においては、上記電子伝導層を乾燥することが好ましい。上記電子伝導層の乾燥は、所定時間の加熱によって行うことができる。具体的には、乾燥温度が40〜150℃、乾燥時間が5〜120分間の条件で乾燥することが好ましく、乾燥温度が60〜120℃、乾燥時間が10〜90分間の条件で乾燥することがより好ましく、乾燥温度が80〜100℃、乾燥時間が30〜60分間の条件で乾燥することが特に好ましい。 In the present step, it is preferable to dry the electron conductive layer. The electron conductive layer can be dried by heating for a predetermined time. Specifically, the drying is preferably performed under the conditions of a drying temperature of 40 to 150 ° C. and a drying time of 5 to 120 minutes, and the drying temperature of 60 to 120 ° C. and a drying time of 10 to 90 minutes. Is more preferable, and it is particularly preferable that the drying is performed under the conditions of a drying temperature of 80 to 100 ° C. and a drying time of 30 to 60 minutes.
[工程(B)]
本工程では、上記電子伝導層上に電極用ペーストを塗布することにより電極−電子伝導層接合体を形成する。ここで、前記電極−電子伝導層接合体を形成した後、該接合体を乾燥することが好ましい。このようにして形成された電極層は、上記電子伝導層を介して後述する集電体に接続される。
[Step (B)]
In this step, an electrode-electron conductive layer assembly is formed by applying an electrode paste on the electron conductive layer. Here, after forming the electrode-electron conductive layer assembly, the assembly is preferably dried. The electrode layer thus formed is connected to a current collector described later via the electron conductive layer.
良好な電気化学キャパシタ特性を発現するためには、製造する電気化学キャパシタの厚みおよび容量の要求に応じて電極層を形成することが好ましい。また、電極材としてルテニウム酸化物を用いる場合は、高価なルテニウム酸化物の使用量を低減するため、電極層は薄層とすることが好ましい。このような観点から、前記電極層の厚みは好ましくは200〜0.1μm、より好ましくは80〜0.5μm、さらに好ましくは60〜1μmである。 In order to develop good electrochemical capacitor characteristics, it is preferable to form an electrode layer according to the requirements of the thickness and capacity of the electrochemical capacitor to be manufactured. When ruthenium oxide is used as the electrode material, the electrode layer is preferably a thin layer in order to reduce the amount of expensive ruthenium oxide used. From such a viewpoint, the thickness of the electrode layer is preferably 200 to 0.1 μm, more preferably 80 to 0.5 μm, and still more preferably 60 to 1 μm.
<電極用ペースト>
上記電極用ペーストは、金属酸化物を含む。さらに金属酸化物を電極として形成し、充放電時の抵抗損失を抑えるため、プロトン伝導性を有する高分子結着材を含むことが好ましい。上記電極用ペーストは、たとえば、前記高分子結着材と金属酸化物とを揮発性溶媒に分散または溶解させて調製することができる。
<Paste for electrodes>
The electrode paste includes a metal oxide. Further, in order to form a metal oxide as an electrode and suppress resistance loss during charge and discharge, it is preferable to include a polymer binder having proton conductivity. The electrode paste can be prepared, for example, by dispersing or dissolving the polymer binder and metal oxide in a volatile solvent.
上記金属酸化物としては、レドックスキャパシタに使用される金属酸化物であれば、貴金属酸化物および非貴金属酸化物のいずれも使用することができる。
貴金属酸化物としては、たとえば、RuO2、IrO2、RuO2とIrO2の複合物、R
uO2とTiO2の複合物、RuO2とZrO2の複合物、RuO2とNb2O5の複合物、R
uO2とSnO2の複合物、ルテニウムとバナジウムの複合酸化物、ルテニウムとモリブデンの複合酸化物、ルテニウムとカルシウムの複合酸化物などが挙げられる。
As the metal oxide, any noble metal oxide or non-noble metal oxide can be used as long as it is a metal oxide used in a redox capacitor.
Examples of the noble metal oxide include RuO 2 , IrO 2 , a composite of RuO 2 and IrO 2 , R
a composite of uO 2 and TiO 2, a composite of RuO 2 and ZrO 2, a composite of RuO 2 and Nb 2 O 5 , R
Examples include a composite of uO 2 and SnO 2 , a composite oxide of ruthenium and vanadium, a composite oxide of ruthenium and molybdenum, and a composite oxide of ruthenium and calcium.
非貴金属酸化物としては、たとえば、NiO、WO3、Co3O4、MoO3、TiO2、Fe3O4などを挙げることができる。
上記金属酸化物は水和物であってもよい。具体的には、RuO2・nH2O、(Ru+Ir)OX・nH2O、Ru(1-y)CryO2・nH2O、MnO2・nH2O、V2O5・nH2O、NiO・nH2Oなどが挙げられる。
Examples of the non-noble metal oxide include NiO, WO 3 , Co 3 O 4 , MoO 3 , TiO 2 , and Fe 3 O 4 .
The metal oxide may be a hydrate. Specifically, RuO 2 · nH 2 O, (Ru + Ir) O X · nH 2 O, Ru (1-y) Cr y O 2 · nH 2 O, MnO 2 · nH 2 O, V 2 O 5 · nH 2 O, NiO.nH 2 O and the like can be mentioned.
上記金属酸化物の中では、高容量が得られることから非結晶性の水和金属酸化物系が好ましく、特に非結晶性のRuO2・nH2Oおよび(Ru+Ir)OX・nH2Oが好ましい。
金属酸化物は、通常、粒子状のものが使用され、粒径が好ましくは0.01〜5μm、より好ましくは0.05〜5μm、さらに好ましくは0.1〜5μmである。また、金属酸化物の電子伝導性を増強するために、カーボンブラックやグラファイトなどの導電性付与剤を同時に加えてもよい。
Among the above metal oxides, a non-crystalline hydrated metal oxide system is preferable because a high capacity can be obtained. In particular, non-crystalline RuO 2 .nH 2 O and (Ru + Ir) O x .nH 2 O are used. preferable.
The metal oxide is usually in the form of particles, and the particle size is preferably 0.01 to 5 μm, more preferably 0.05 to 5 μm, and still more preferably 0.1 to 5 μm. In order to enhance the electronic conductivity of the metal oxide, a conductivity imparting agent such as carbon black or graphite may be added simultaneously.
上記プロトン伝導性を有する高分子結着材としては、下記式(A)で表されるスルホン酸基を有する構成単位(以下「構成単位(A)」または「スルホン酸ユニット」ともいう。)と、下記式(B)で表されるスルホン酸基を有さない構成単位(以下「構成単位(B)」または「疎水性ユニット」ともいう。)とを含む下記式(C)で表されるスルホン酸基含有ポリアリーレンが好ましい。 Examples of the polymer binder having proton conductivity include a structural unit having a sulfonic acid group represented by the following formula (A) (hereinafter also referred to as “structural unit (A)” or “sulfonic acid unit”). And a structural unit having no sulfonic acid group represented by the following formula (B) (hereinafter also referred to as “structural unit (B)” or “hydrophobic unit”). A sulfonic acid group-containing polyarylene is preferred.
上記式(A)中、Yは−CO−、−SO2−、−SO−、−CONH−、−COO−、
−(CF2)i−(iは1〜10の整数を示す。)および−C(CF3)2−からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を示す。これらの中では、−CO−および−SO2−が好
ましい。
In the above formula (A), Y represents —CO—, —SO 2 —, —SO—, —CONH—, —COO—,
- (CF 2) i - ( i is an integer from 1 to 10.) And -C (CF 3) 2 - exhibits at least one structure selected from the group consisting of. Of these, —CO— and —SO 2 — are preferable.
Zは直接結合、または−(CH2)j−(jは1〜10の整数を示す。)、−C(CH3
)2−、−O−および−S−からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を示す。これ
らの中では、直接結合および−O−が好ましい。
Z is a direct bond, or — (CH 2 ) j — (j represents an integer of 1 to 10), —C (CH 3
) Shows at least one structure selected from the group consisting of 2- , -O- and -S-. Among these, a direct bond and —O— are preferable.
Arは−SO3H、−O(CH2)pSO3Hまたは−O(CF2)pSO3Hで表される置
換基(pは1〜12の整数を示す。)を有する芳香族基を示す。芳香族基としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基などが挙げられ、フェニル基およ
びナフチル基が好ましい。また、Arは、−SO3H、−O(CH2)pSO3Hまたは−O(
CF2)pSO3Hで表される置換基を少なくとも1個有していることが必要であり、ナフチル基の場合には2個以上有することが好ましい。
Ar is an aromatic having a substituent represented by —SO 3 H, —O (CH 2 ) p SO 3 H or —O (CF 2 ) p SO 3 H (p represents an integer of 1 to 12). Indicates a group. Examples of the aromatic group include a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, and a phenanthryl group, and a phenyl group and a naphthyl group are preferable. Ar represents —SO 3 H, —O (CH 2 ) p SO 3 H or —O (
It is necessary to have at least one substituent represented by CF 2 ) p SO 3 H, and in the case of a naphthyl group, it is preferable to have two or more.
mは0〜10、好ましくは0〜2の整数であり、nは0〜10、好ましくは0〜2の整数であり、kは1〜4の整数を示す。
上記構成単位(A)の好ましい構造としては、上記式(A)において、
(1)m=0、n=0であり、Yが−CO−であり、Arが置換基として−SO3Hを有
するフェニル基である構造、
(2)m=1、n=0であり、Yが−CO−であり、Zが−O−であり、Arが置換基として−SO3Hを有するフェニル基である構造、
(3)m=1、n=1、k=1であり、Yが−CO−であり、Zが−O−であり、Arが置換基として−SO3Hを有するフェニル基である構造、
(4)m=1、n=0であり、Yが−CO−であり、Arが置換基として2個の−SO3
Hを有するナフチル基である構造、
(5)m=1、n=0であり、Yが−CO−であり、Zが−O−であり、Arが置換基として−O(CH2)4SO3Hを有するフェニル基である構造
などを挙げることができる。
m is an integer of 0 to 10, preferably 0 to 2, n is an integer of 0 to 10, preferably 0 to 2, and k is an integer of 1 to 4.
As a preferred structure of the structural unit (A), in the above formula (A),
(1) a structure in which m = 0, n = 0, Y is —CO—, and Ar is a phenyl group having —SO 3 H as a substituent;
(2) a structure in which m = 1, n = 0, Y is —CO—, Z is —O—, and Ar is a phenyl group having —SO 3 H as a substituent;
(3) A structure in which m = 1, n = 1, k = 1, Y is —CO—, Z is —O—, and Ar is a phenyl group having —SO 3 H as a substituent;
(4) m = 1, n = 0, Y is —CO—, and Ar is two substituents —SO 3.
A structure which is a naphthyl group having H,
(5) m = 1, n = 0, Y is —CO—, Z is —O—, and Ar is a phenyl group having —O (CH 2 ) 4 SO 3 H as a substituent. Examples include structures.
上記式(B)中、AおよびDは、それぞれ独立に直接結合、または−CO−、−SO2
−、−SO−、−CONH−、−COO−、−(CF2)i−(iは1〜10の整数を示す。)、−(CH2)j−(jは1〜10の整数を示す。)、−CR’2−(R’は脂肪族炭
化水素基、芳香族炭化水素基またはハロゲン化炭化水素基を示す。)、シクロヘキシリデン基、フルオレニリデン基、−O−および−S−からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を示す。これらの中では、直接結合、−CO−、−SO2−、−CR’2−、シクロヘキシリデン基、フルオレニリデン基および−O−が好ましい。なお、R’は脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基またはハロゲン化炭化水素基を示し、たとえば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、プロピル基、オクチル基、デシル基、オクタデシル基、フェニル基、トリフルオロメチル基などが挙げられる。
In the above formula (B), A and D are each independently a direct bond, or —CO—, —SO 2.
-, - SO -, - CONH -, - COO -, - (CF 2) i -, (i is an integer from 1 to 10.) - a (j is an integer of from 1 to 10 - (CH 2) j -CR ' 2- (R' represents an aliphatic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group or a halogenated hydrocarbon group), a cyclohexylidene group, a fluorenylidene group, -O- and -S- At least one structure selected from the group consisting of Among these, a direct bond, —CO—, —SO 2 —, —CR ′ 2 —, a cyclohexylidene group, a fluorenylidene group, and —O— are preferable. R ′ represents an aliphatic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group or a halogenated hydrocarbon group. For example, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, t-butyl group, A propyl group, an octyl group, a decyl group, an octadecyl group, a phenyl group, a trifluoromethyl group, etc. are mentioned.
Bは独立に酸素原子または硫黄原子であり、酸素原子が好ましい。
R1〜R16は、互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、アルキル
基、一部もしくは全部がハロゲン化されたハロゲン化アルキル基、アリル基、アリール基、ニトロ基およびニトリル基からなる群より選ばれる少なくとも1種の原子または基を示す。
B is independently an oxygen atom or a sulfur atom, preferably an oxygen atom.
R 1 to R 16 may be the same as or different from each other, and are a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group, a halogenated alkyl group partially or wholly halogenated, an allyl group, an aryl group, a nitro group, and a nitrile group. At least one atom or group selected from the group consisting of
上記R1〜R16におけるアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチ
ル基、アミル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基などが挙げられる。ハロゲン化アルキル基としては、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、パーフルオロプロピル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロペンチル基、パーフルオロヘキシル基などが挙げられる。アリル基としては、プロペニル基などが挙げられる。アリール基と
しては、フェニル基、ペンタフルオロフェニル基などが挙げられる。
Examples of the alkyl group in R 1 to R 16 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, an amyl group, a hexyl group, a cyclohexyl group, and an octyl group. Examples of the halogenated alkyl group include a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, a perfluoropropyl group, a perfluorobutyl group, a perfluoropentyl group, and a perfluorohexyl group. Examples of the allyl group include a propenyl group. Examples of the aryl group include a phenyl group and a pentafluorophenyl group.
sは0〜4の整数を示し、tは0〜4の整数を示す。rは0または1以上の整数を示し、上限は通常100、好ましくは1〜80である。
上記構成単位(B)の好ましい構造としては、上記式(B)において、
(1)s=1、t=1であり、Aが−CR’2−、シクロヘキシリデン基またはフルオレ
ニリデン基であり、Bが酸素原子であり、Dが−CO−または−SO2−であり、R1〜R16が水素原子またはフッ素原子である構造、
(2)s=1、t=0であり、Bが酸素原子であり、Dが−CO−または−SO2−であ
り、R1〜R16が水素原子またはフッ素原子である構造、
(3)s=0、t=1であり、Aが−CR’2−、シクロヘキシリデン基またはフルオレ
ニリデン基、Bが酸素原子であり、R1〜R16が水素原子、フッ素原子またはニトリル基
である構造
などが挙げられる。
s represents an integer of 0 to 4, and t represents an integer of 0 to 4. r shows 0 or an integer greater than or equal to 1, and an upper limit is 100 normally, Preferably it is 1-80.
As a preferred structure of the structural unit (B), in the above formula (B),
(1) s = 1, t = 1, A is —CR ′ 2 —, a cyclohexylidene group or a fluorenylidene group, B is an oxygen atom, and D is —CO— or —SO 2 —. , R 1 to R 16 are hydrogen atoms or fluorine atoms,
(2) a structure in which s = 1, t = 0, B is an oxygen atom, D is —CO— or —SO 2 —, and R 1 to R 16 are hydrogen atoms or fluorine atoms,
(3) s = 0, t = 1, A is —CR ′ 2 —, a cyclohexylidene group or a fluorenylidene group, B is an oxygen atom, and R 1 to R 16 are a hydrogen atom, a fluorine atom, or a nitrile group. The structure etc. which are are mentioned.
上記式(C)中、A、B、D、Y、Z、Ar、k、m、n、r、s、tおよびR1〜R16は、それぞれ上記式(A)および(B)中で定義した通りである。xおよびyは、x+
y=100モル%とした場合のモル比を示す。
In the above formula (C), A, B, D, Y, Z, Ar, k, m, n, r, s, t and R 1 to R 16 are respectively in the above formulas (A) and (B). As defined. x and y are x +
The molar ratio when y = 100 mol% is shown.
上記スルホン酸基含有ポリアリーレンは、構成単位(A)を0.5〜100モル%、好ましくは10〜99.999モル%の割合で含有し、構成単位(B)を99.5〜0モル%、好ましくは90〜0.001モル%の割合で含有する。 The sulfonic acid group-containing polyarylene contains the structural unit (A) in a proportion of 0.5 to 100 mol%, preferably 10 to 99.999 mol%, and contains 99.5 to 0 mol of the structural unit (B). %, Preferably 90 to 0.001 mol%.
上記スルホン酸基含有ポリアリーレンの製造方法としては、たとえば、下記に示すA法、B法およびC法が挙げられる。
(A法)たとえば、特開2004−137444号公報に記載の方法で、上記構成単位(A)となりうるスルホン酸エステル基を有するモノマーと、上記構成単位(B)となりうるモノマーまたはオリゴマーとを共重合させ、スルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを製造し、該スルホン酸エステル基を脱エステル化して、スルホン酸エステル基をスルホン酸基に変換する方法。
Examples of the method for producing the sulfonic acid group-containing polyarylene include the following methods A, B and C.
(Method A) For example, in the method described in JP-A No. 2004-137444, a monomer having a sulfonate group that can be the structural unit (A) and a monomer or oligomer that can be the structural unit (B) are combined. A method of polymerizing to produce a polyarylene having a sulfonic acid ester group, deesterifying the sulfonic acid ester group, and converting the sulfonic acid ester group into a sulfonic acid group.
(B法)たとえば、特開2001−342241号公報に記載の方法で、上記式(A)で表される骨格を有するが、スルホン酸基およびスルホン酸エステル基のいずれも有しないモノマーと、上記構成単位(B)となりうるモノマーまたはオリゴマーとを共重合させ、得られた共重合体を、スルホン化剤を用いてスルホン化する方法。 (Method B) For example, in the method described in JP-A-2001-342241, a monomer having a skeleton represented by the above formula (A) but having neither a sulfonic acid group nor a sulfonic acid ester group; A method in which a monomer or an oligomer that can be the structural unit (B) is copolymerized, and the resulting copolymer is sulfonated using a sulfonating agent.
(C法)上記式(A)中のArが、−O(CH2)pSO3Hまたは−O(CF2)pSO3Hで表される置換基を有する芳香族基である場合には、たとえば、特開2005−60625号公報に記載の方法で、上記構成単位(A)となりうる前駆体のモノマーと、上記構成単位(B)となりうるモノマーまたはオリゴマーとを共重合させ、次いで、アルキルスルホン酸またはフッ素置換されたアルキルスルホン酸を導入する方法。 (Method C) When Ar in the above formula (A) is an aromatic group having a substituent represented by —O (CH 2 ) p SO 3 H or —O (CF 2 ) p SO 3 H Is, for example, copolymerized a precursor monomer that can be the structural unit (A) and a monomer or oligomer that can be the structural unit (B) by the method described in JP-A-2005-60625, A method of introducing an alkyl sulfonic acid or a fluorine-substituted alkyl sulfonic acid.
上記A法で用いることができる、上記構成単位(A)となりうるスルホン酸エステル基を有するモノマーとしては、たとえば、特開2004−137444号公報、特開2004−345997号公報、特開2004−346163号公報に記載されているスルホン酸エステル類を挙げることができる。 Examples of the monomer having a sulfonate group that can be the structural unit (A) that can be used in the method A include, for example, JP-A Nos. 2004-137444, 2004-345997, and 2004-346163. Examples thereof include sulfonic acid esters described in Japanese Patent Publication No. Gazette.
上記B法で用いることができる、上記構成単位(B)となりうるスルホン酸基およびスルホン酸エステル基のいずれも有しないモノマーとしては、たとえば、特開2001−342241号公報、特開2002−293889号公報に記載されているジハロゲン化物を挙げることができる。 Examples of the monomer that can be used in the above-mentioned method B and has neither a sulfonic acid group or a sulfonic acid ester group that can be the structural unit (B) include, for example, JP-A Nos. 2001-342241 and 2002-293889. Mention may be made of the dihalides described in the publication.
上記C法で用いることができる、上記構成単位(A)となりうる前駆体のモノマーとしては、たとえば、特開2005−36125号公報に記載されているジハロゲン化物を挙げることができる。 Examples of the precursor monomer that can be the structural unit (A) that can be used in the method C include dihalides described in JP-A-2005-36125.
上記A法で用いられるスルホン酸エステルの具体例としては、以下の様な化合物が挙げられる。 Specific examples of the sulfonic acid ester used in the method A include the following compounds.
また、上記B法で用いられるスルホン酸基およびスルホン酸エステル基のいずれも有しない化合物の具体例としては、下記の様な化合物が挙げられる。 Moreover, the following compounds are mentioned as a specific example of the compound which does not have any of the sulfonic acid group and sulfonic acid ester group which are used by the said B method.
また、いずれの方法においても用いられる、上記構成単位(B)となりうるモノマーまたはオリゴマーとしては、
r=0の場合、たとえば、4,4’−ジクロロベンゾフェノン、4,4’−ジクロロベンズアニリド、2,2−ビス(4−クロロフェニル)ジフルオロメタン、2,2−ビス(4−クロロフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、4−クロロ安息香酸−4−クロロフェニルエステル、ビス(4−クロロフェニル)スルホキシド、ビス(4−クロロフェニル)スルホン、2,6−ジクロロベンゾニトリルなどが挙げられる。これらの化合物において、塩素原子が臭素原子またはヨウ素原子に置き換わった化合物なども用いることができる。
Moreover, as a monomer or oligomer that can be the structural unit (B) used in any method,
When r = 0, for example, 4,4′-dichlorobenzophenone, 4,4′-dichlorobenzanilide, 2,2-bis (4-chlorophenyl) difluoromethane, 2,2-bis (4-chlorophenyl) -1 , 1,1,3,3,3-hexafluoropropane, 4-chlorobenzoic acid-4-chlorophenyl ester, bis (4-chlorophenyl) sulfoxide, bis (4-chlorophenyl) sulfone, 2,6-dichlorobenzonitrile, etc. Is mentioned. Among these compounds, compounds in which a chlorine atom is replaced with a bromine atom or an iodine atom can also be used.
r=1の場合、たとえば、特開2003−113136号公報に記載の化合物を挙げることができる。
r≧2の場合、たとえば、特開2004−137444号公報、特開2004−244517号公報、特開2004−346164号公報、特開2005−112985号公報
、特開2006−28414号公報、特開2006−28415号公報に記載の化合物を挙げることができる。
In the case of r = 1, for example, compounds described in JP-A-2003-113136 can be exemplified.
In the case of r ≧ 2, for example, JP 2004-137444 A, JP 2004-244517 A, JP 2004-346164 A, JP 2005-112985 A, JP 2006-28414 A, JP The compounds described in 2006-28415 can be mentioned.
上記構成単位(B)となりうるモノマーまたはオリゴマーの例示としては、下記式で表される化合物などを挙げることができる。 Examples of the monomer or oligomer that can be the structural unit (B) include compounds represented by the following formulas.
スルホン酸基を有するポリアリーレンを得るためは、まず、上記構成単位(A)となりうるモノマーと上記構成単位(B)となりうるモノマーまたはオリゴマーとを触媒の存在下に共重合させ、前駆体のポリアリーレンを得ることが必要である。この際使用される触媒は、遷移金属化合物を含む触媒系であり、このような触媒系としては、(i)遷移金属
塩および配位子となる化合物(以下「配位子成分」という)、または、配位子が配位された遷移金属錯体(銅塩を含む)と、(ii)還元剤とを必須成分とし、さらに、重合速度を上げるために「塩」を添加してもよい。これらの触媒成分の具体例、各成分の使用割合、反応溶媒、濃度、温度、時間などの重合条件は、たとえば、特開2001−342241号公報に記載されている条件を採用することができる。
In order to obtain a polyarylene having a sulfonic acid group, first, a monomer that can be the structural unit (A) and a monomer or oligomer that can be the structural unit (B) are copolymerized in the presence of a catalyst, It is necessary to obtain arylene. The catalyst used in this case is a catalyst system containing a transition metal compound, and as such a catalyst system, (i) a compound that becomes a transition metal salt and a ligand (hereinafter referred to as “ligand component”), Alternatively, a transition metal complex coordinated with a ligand (including a copper salt) and (ii) a reducing agent may be essential components, and a “salt” may be added to increase the polymerization rate. For example, the conditions described in JP-A-2001-342241 can be adopted as specific examples of these catalyst components, the use ratio of each component, the reaction solvent, concentration, temperature, time and other polymerization conditions.
上記スルホン酸基含有ポリアリーレンは、上記のようにして得られた前駆体のポリアリーレンを、スルホン酸基を有するポリアリーレンに変換することにより得ることができる。この方法としては、下記の3通りの方法がある。 The sulfonic acid group-containing polyarylene can be obtained by converting the precursor polyarylene obtained as described above into a polyarylene having a sulfonic acid group. As this method, there are the following three methods.
(a法)上記A法で得られた、前駆体のスルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを、特開2004−137444号公報に記載の方法で脱エステル化する方法。
(b法)上記B法で得られた前駆体のポリアリーレンを、特開2001−342241号公報に記載の方法でスルホン化する方法。
(Method a) A method of deesterifying the precursor polyarylene having a sulfonate group obtained by Method A by the method described in JP-A-2004-137444.
(Method b) A method of sulfonating the precursor polyarylene obtained in Method B by the method described in JP-A-2001-342241.
(c法)上記C法で得られた前駆体のポリアリーレンに、特開2005−60625号公報に記載の方法で、アルキルスルホン酸基を導入する方法。
上記のような方法により製造される、上記式(C)で表されるスルホン酸基含有ポリアリーレンは、スルホン酸基を、通常、0.3〜5meq/g、好ましくは0.5〜3meq/g、さらに好ましくは0.8〜2.8meq/gの範囲で含有する。スルホン酸基量(イオン交換容量)が上記範囲よりも低いと、プロトン伝導度が低くなり出力特性が低下する傾向にある。一方、スルホン酸基量が上記範囲を超えると、耐水性が大幅に低下してしまうことがある。
(Method c) A method of introducing an alkylsulfonic acid group into the precursor polyarylene obtained by the method C by the method described in JP-A-2005-60625.
The sulfonic acid group-containing polyarylene represented by the above formula (C) produced by the method as described above usually has a sulfonic acid group of 0.3 to 5 meq / g, preferably 0.5 to 3 meq / g. g, and more preferably 0.8 to 2.8 meq / g. When the amount of sulfonic acid group (ion exchange capacity) is lower than the above range, proton conductivity tends to be low and output characteristics tend to be lowered. On the other hand, if the amount of the sulfonic acid group exceeds the above range, the water resistance may be significantly lowered.
上記スルホン酸基量は、たとえば、上記構成単位(A)となりうる前駆体のモノマーと、上記構成単位(B)となりうるモノマーまたはオリゴマーの種類、使用割合、組み合わせを変えることにより、調整することができる。 The amount of the sulfonic acid group can be adjusted, for example, by changing the type, use ratio, and combination of the precursor monomer that can be the structural unit (A) and the monomer or oligomer that can be the structural unit (B). it can.
このようにして得られるスルホン酸基含有ポリアリーレンの分子量は、ゲルパーミエションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量で、1万〜100万、好ましくは1万〜80万、より好ましくは2万〜20万である。 The molecular weight of the sulfonic acid group-containing polyarylene obtained as described above is 10,000 to 1,000,000, preferably 10,000 to 800,000, more preferably 2 in terms of polystyrene-equivalent weight average molecular weight by gel permeation chromatography (GPC). 10,000 to 200,000.
プロトン伝導性を有する高分子結着材として、上記スルホン酸基含有ポリアリーレンを用いることにより、電極と電解質の界面における水素イオンの交換反応が円滑に進み、良好な蓄電特性が得られる。 By using the sulfonic acid group-containing polyarylene as the polymer binder having proton conductivity, the exchange reaction of hydrogen ions at the interface between the electrode and the electrolyte proceeds smoothly, and good power storage characteristics are obtained.
また、上記高分子結着材は、電極材への添加量が少量であっても電極粒子間の良好な結着性が確保でき、良好なプロトン伝導性および電子伝導性が得られるため、高エネルギー密度の良好な充放電性能が得られる。 In addition, the polymer binder can ensure good binding between the electrode particles even when the amount added to the electrode material is small, and can provide good proton conductivity and electron conductivity. Charge / discharge performance with good energy density can be obtained.
さらに、上記高分子結着材の使用により、電子伝導層との良好な接着性が確保できるため、電子伝導層−電極界面での抵抗損失も最小限に抑えることができる。
電極中に含まれる高分子結着材の量は、上記金属酸化物100重量部に対して好ましくは2.5〜50重量部、より好ましくは5〜25重量部である。前記範囲の下限未満では電子伝導層との接着性が低下することがあり、上限を超えた場合、電極粒子間の電子伝導性が低下するため、充放電特性の低下を招くことがある。
Furthermore, since the use of the polymer binder can ensure good adhesion with the electron conductive layer, resistance loss at the electron conductive layer-electrode interface can be minimized.
The amount of the polymer binder contained in the electrode is preferably 2.5 to 50 parts by weight, more preferably 5 to 25 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the metal oxide. If it is less than the lower limit of the above range, the adhesiveness with the electron conductive layer may be lowered, and if it exceeds the upper limit, the electron conductivity between the electrode particles is lowered, so that the charge / discharge characteristics may be lowered.
上記揮発性溶媒としては、たとえば、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、γ−ブチロラクトン、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチル尿素、ジメチルイミダゾリジノン(DMI)などの非プロトン系極性溶剤
、ジメトキシエタン、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジオキサンなどのエーテル系溶剤などが挙げられ、特に溶解性および溶液粘度の面から、N−メチル−2−ピロリドンが好ましい。上記溶媒は、1種単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
Examples of the volatile solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, γ-butyrolactone, N, N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, dimethylurea, and dimethylimidazolidinone (DMI). Examples include aprotic polar solvents, ether solvents such as dimethoxyethane, diethylene glycol monomethyl ether, and dioxane. N-methyl-2-pyrrolidone is particularly preferred from the viewpoint of solubility and solution viscosity. The said solvent may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more type.
また、スルホン酸基含有ポリアリーレンを溶解させる溶媒として、上記非プロトン系極性溶剤とアルコールとの混合物を用いてもよい。アルコールとしては、具体的には、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、iso−プロピルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコールなどが挙げられ、特にメタノールが幅広い組成範囲で溶液粘度を下げる効果があり好ましい。アルコールは、1種単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Further, as a solvent for dissolving the sulfonic acid group-containing polyarylene, a mixture of the above aprotic polar solvent and alcohol may be used. Specific examples of alcohol include methanol, ethanol, propyl alcohol, iso-propyl alcohol, sec-butyl alcohol, tert-butyl alcohol and the like, and methanol is particularly preferable because it has an effect of lowering the solution viscosity in a wide composition range. . Alcohol may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more type.
さらに、スルホン酸基含有ポリアリーレンを溶解させる溶媒として、上記エーテル系溶剤と水との混合物を用いてもよい。特にジメトキシエタンと水との混合物は電極材料が親水性の高い材料の場合には好ましい。 Furthermore, as a solvent for dissolving the sulfonic acid group-containing polyarylene, a mixture of the ether solvent and water may be used. In particular, a mixture of dimethoxyethane and water is preferable when the electrode material is a highly hydrophilic material.
なお、電極用ペーストが下地層である電子伝導層を塗布の際に溶解させぬように、溶媒の選択を行う必要がある。
<塗布・乾燥>
本工程における、電極用ペーストを上記電子伝導層上に塗布する方法としては、公知である種々の方法を特に制限なく使用することができる。たとえば、ブレードコーター、バーコーター、ロールコーターなどを使用できるが、膜厚の均一性を簡便に確保するためには、ブレードコーターを使用することが好ましい。
In addition, it is necessary to select a solvent so that the electrode paste does not dissolve the electron conductive layer, which is a base layer, at the time of application.
<Coating / Drying>
As a method of applying the electrode paste on the electron conductive layer in this step, various known methods can be used without particular limitation. For example, a blade coater, a bar coater, a roll coater or the like can be used, but it is preferable to use a blade coater in order to easily ensure the uniformity of the film thickness.
また、本工程においては、上記電極−電子伝導層接合体を乾燥することが好ましい。上記電極−電子伝導層接合体の乾燥は、所定時間の加熱によって行うことができる。具体的には、乾燥温度が40〜150℃、乾燥時間が5〜120分間の条件で乾燥することが好ましく、乾燥温度が60〜120℃、乾燥時間が10〜90分間の条件で乾燥することがより好ましく、乾燥温度が80〜100℃、乾燥時間が30〜60分間の条件で乾燥することが特に好ましい。 In this step, the electrode-electron conductive layer assembly is preferably dried. The electrode-electron conductive layer assembly can be dried by heating for a predetermined time. Specifically, the drying is preferably performed under the conditions of a drying temperature of 40 to 150 ° C. and a drying time of 5 to 120 minutes, and the drying temperature of 60 to 120 ° C. and a drying time of 10 to 90 minutes. Is more preferable, and it is particularly preferable that the drying is performed under the conditions of a drying temperature of 80 to 100 ° C. and a drying time of 30 to 60 minutes.
[工程(C)]
本工程では、上記のように形成した1対の電極−電子伝導層接合体で、接合面が電子伝導層と芳香族系高分子電解質膜となるように、該芳香族系高分子電解質膜を挟持して接合した後、離型シートを剥離することにより、電子伝導層−電極−電解質膜−電極−電子伝導層からなる構造体を形成する。ここで、前記電極−電子伝導層接合体および芳香族系高分子電解質膜は、以降の工程を考慮してあらかじめ任意の大きさ、形に切抜かれていてもよい。
[Step (C)]
In this step, the aromatic polymer electrolyte membrane is formed so that the bonding surface is the electron conductive layer and the aromatic polymer electrolyte membrane in the pair of electrode-electron conductive layer assemblies formed as described above. After sandwiching and joining, the release sheet is peeled off to form a structure composed of an electron conductive layer-electrode-electrolyte membrane-electrode-electron conductive layer. Here, the electrode-electron conductive layer assembly and the aromatic polymer electrolyte membrane may be cut into an arbitrary size and shape in advance in consideration of the subsequent steps.
<芳香族系高分子電解質膜>
上記芳香族系高分子電解質膜は、上記高分子結着材として好適に用いることができるスルホン酸基含有ポリアリーレンを含むことが好ましい。前記芳香族系高分子電解質膜は、たとえば、上記スルホン酸基含有ポリマーを溶媒に溶解した後、必要に応じて添加剤を加えた後、基体上に流延してフィルム状に成形する方法(キャスティング法)などにより、調整することができる。
<Aromatic polymer electrolyte membrane>
The aromatic polymer electrolyte membrane preferably contains a sulfonic acid group-containing polyarylene that can be suitably used as the polymer binder. The aromatic polymer electrolyte membrane is obtained, for example, by dissolving the sulfonic acid group-containing polymer in a solvent, adding an additive as necessary, and then casting it on a substrate to form a film ( It can be adjusted by a casting method).
このようにして調整された芳香族系高分子電解質膜の膜厚は、大きさ、出力などにより適宜選択されるが、好ましくは15〜150μm、より好ましくは20〜100μm、さらに好ましくは20〜40μmである。 The thickness of the aromatic polymer electrolyte membrane thus adjusted is appropriately selected depending on the size, output, etc., but is preferably 15 to 150 μm, more preferably 20 to 100 μm, still more preferably 20 to 40 μm. It is.
上記基体としては、通常の溶液キャスティング法に用いられる基体であれば特に限定されず、たとえば、プラスチック製、金属製などの基体が用いられ、好ましくは、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムなどの熱可塑性樹脂からなる基体が用いられる。 The substrate is not particularly limited as long as it is a substrate used in a normal solution casting method. For example, a substrate made of plastic or metal is used, and preferably a thermoplastic resin such as a polyethylene terephthalate (PET) film. A substrate made of is used.
上記溶媒としては、たとえば、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、γ−ブチロラクトン、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチル尿素、ジメチルイミダゾリジノン(DMI)などの非プロトン系極性溶剤が挙げられ、特に溶解性および溶液粘度の面から、N−メチル−2−ピロリドンが好ましい。上記溶媒は、1種単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Examples of the solvent include non-protons such as N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, γ-butyrolactone, N, N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, dimethylurea, and dimethylimidazolidinone (DMI). Examples thereof include N-methyl-2-pyrrolidone, particularly from the viewpoint of solubility and solution viscosity. The said solvent may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more type.
また、スルホン酸基含有ポリアリーレンを溶解させる溶媒として、上記非プロトン系極性溶剤とアルコールとの混合物を用いてもよい。アルコールとしては、具体的には、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、iso−プロピルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコールなどが挙げられ、特にメタノールが幅広い組成範囲で溶液粘度を下げる効果があり好ましい。アルコールは、1種単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Further, as a solvent for dissolving the sulfonic acid group-containing polyarylene, a mixture of the above aprotic polar solvent and alcohol may be used. Specific examples of alcohol include methanol, ethanol, propyl alcohol, iso-propyl alcohol, sec-butyl alcohol, tert-butyl alcohol and the like, and methanol is particularly preferable because it has an effect of lowering the solution viscosity in a wide composition range. . Alcohol may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more type.
上記芳香族系高分子電解質膜を調製する際には、酸性イオン伝導性成分を含有する高分子化合物や、上記溶媒以外に、硫酸、リン酸などの無機酸、カルボン酸を含む有機酸、適量の水などを併用してもよい。 When preparing the aromatic polymer electrolyte membrane, in addition to the polymer compound containing an acidic ion-conducting component, an inorganic acid such as sulfuric acid and phosphoric acid, an organic acid containing a carboxylic acid, an appropriate amount Water may be used in combination.
また、芳香族系高分子電解質膜を調製する際には、酸性イオン伝導性成分を含有する高分子化合物、上記溶媒および有機酸以外に、ポリマー中の酸性イオン伝導性成分(スルホン酸基)と相互作用する添加剤を併用してもよい。スルホン酸基含有ポリアリーレンを含有する溶液に加える添加剤は、スルホン酸基含有ポリアリーレンに対して酸−塩基相互作用、すなわち塩形成可能であり、水もしくは極性溶媒に可溶な有機もしくは無機化合物が選択される。 In addition, when preparing an aromatic polymer electrolyte membrane, in addition to the polymer compound containing an acidic ion conductive component, the solvent and the organic acid, the acidic ion conductive component (sulfonic acid group) in the polymer and You may use together the additive which interacts. The additive added to the solution containing the sulfonic acid group-containing polyarylene is an organic or inorganic compound capable of forming an acid-base interaction with the sulfonic acid group-containing polyarylene, that is, a salt, and soluble in water or a polar solvent. Is selected.
<接合>
本工程における接合方法としては、たとえば、熱プレスや熱圧延などを挙げることができる。確実に全面が均一な密着性を確保するためには熱プレスが好ましく、温度が60〜250℃、圧力が1〜1000kg/cm2、プレス時間が1〜60分間の条件で熱プレ
スすることが好ましく、温度が80〜200℃、圧力が10〜800kg/cm2、プレ
ス時間が2〜30分間の条件で熱プレスすることがより好ましく、温度が120〜180℃、圧力が100〜600kg/cm2、プレス時間が5〜20分間の条件で熱プレスす
ることがさらに好ましい。
<Joint>
Examples of the joining method in this step include hot pressing and hot rolling. In order to ensure uniform adhesion over the entire surface, hot pressing is preferable, and hot pressing should be performed under conditions of a temperature of 60 to 250 ° C., a pressure of 1 to 1000 kg / cm 2 , and a pressing time of 1 to 60 minutes. Preferably, it is more preferable to perform hot pressing under the conditions of a temperature of 80 to 200 ° C., a pressure of 10 to 800 kg / cm 2 , and a pressing time of 2 to 30 minutes, a temperature of 120 to 180 ° C., and a pressure of 100 to 600 kg / cm. 2 , It is more preferable to perform hot pressing under conditions where the pressing time is 5 to 20 minutes.
[工程(D)]
本工程では、必要に応じて、上記電子伝導層−電極−電解質膜−電極−電子伝導層からなる構造体から所定の大きさに切抜いた複数の構造体と複数の集電体とを、最外部が集電体となるように交互に積層して一体化させた積層体を形成する。このように、構造体を1体毎に積層して積層体を形成することと比べ、1体の前記構造体から所定の大きさの構造体を複数切抜いて積層体を形成することができるため、構造体毎の特性のバラツキを低減することができ、均一な特性をもった積層体を形成することができる。前記の切抜かれた構造体の大きさ、形などは、電気化学キャパシタの用途に応じて調節すればよい。
[Step (D)]
In this step, if necessary, a plurality of structures cut out to a predetermined size from a structure composed of the electron conductive layer-electrode-electrolyte membrane-electrode-electron conductive layer and a plurality of current collectors are A laminated body is formed by alternately laminating and integrating so that the outside becomes a current collector. In this way, since a stacked body can be formed by cutting out a plurality of structures having a predetermined size from one structure, as compared to forming a stacked body by stacking structures one by one. Thus, variation in characteristics between structures can be reduced, and a laminate having uniform characteristics can be formed. What is necessary is just to adjust the magnitude | size, shape, etc. of the said cut-out structure according to the use of an electrochemical capacitor.
積層数は製造する電気化学キャパシタの厚み、容量の要求に応じて調節すればよい。ここで積層数とは、電子伝導層−電極−膜−電極−電子伝導層からなる構造体を1単位(以下「1セル」ともいう)として、積層したときの該構造体数をいう。 The number of layers may be adjusted according to the thickness and capacity requirements of the electrochemical capacitor to be manufactured. Here, the number of stacked layers refers to the number of stacked structures when a structure composed of an electron conductive layer-electrode-membrane-electrode-electron conductive layer is regarded as one unit (hereinafter also referred to as “one cell”).
<集電体>
上記集電体としては、たとえば、チタン、ニッケル、ステンレス、ニオブなどの金属箔を挙げることができる。これらの中では、サイクル特性および経時変化などの安定性からチタン、ステンレスおよびニオブが好ましく、箔への加工性やコストなどの観点からチタンおよびステンレスが特に好ましい。前記集電体の厚みは、好ましくは5〜100μm、より好ましくは10〜80μm、さらに好ましくは10〜50μmである。
<Current collector>
Examples of the current collector include metal foils such as titanium, nickel, stainless steel, and niobium. Among these, titanium, stainless steel, and niobium are preferable from the viewpoint of stability such as cycle characteristics and change with time, and titanium and stainless steel are particularly preferable from the viewpoint of processability to foil and cost. The thickness of the current collector is preferably 5 to 100 μm, more preferably 10 to 80 μm, and still more preferably 10 to 50 μm.
<接合>
本工程における接合方法としては、たとえば、熱プレスや熱圧延などを挙げることができる。確実に全面が均一な密着性を確保するためには熱プレスが好ましく、温度が60〜250℃、圧力が1〜1000kg/cm2、プレス時間が1〜60分間の条件で熱プレ
スすることが好ましく、温度が80〜200℃、圧力が10〜800kg/cm2、プレ
ス時間が2〜30分間の条件で熱プレスすることがより好ましく、温度が120〜180℃、圧力が100〜600kg/cm2、プレス時間が5〜20分間の条件で熱プレスす
ることがさらに好ましい。
<Joint>
Examples of the joining method in this step include hot pressing and hot rolling. In order to ensure uniform adhesion over the entire surface, hot pressing is preferable, and hot pressing should be performed under conditions of a temperature of 60 to 250 ° C., a pressure of 1 to 1000 kg / cm 2 , and a pressing time of 1 to 60 minutes. Preferably, it is more preferable to perform hot pressing under the conditions of a temperature of 80 to 200 ° C., a pressure of 10 to 800 kg / cm 2 , and a pressing time of 2 to 30 minutes, a temperature of 120 to 180 ° C., and a pressure of 100 to 600 kg / cm. 2 , It is more preferable to perform hot pressing under conditions where the pressing time is 5 to 20 minutes.
[工程(E)]
本工程では、必要に応じて、上記積層体の端部で短絡が起こらないように、上記積層体の端部を切除する。ここで、端部の切断は、電気化学キャパシタの用途に応じて行えばよいが、短絡防止の観点から、上記積層体の端部全てを切除することが好ましい。
[Step (E)]
In this step, the end of the laminate is cut as necessary so that a short circuit does not occur at the end of the laminate. Here, the end may be cut according to the use of the electrochemical capacitor, but it is preferable to cut off all the ends of the laminate from the viewpoint of preventing a short circuit.
上記切除に用いる装置としては、たとえば、ダイシングソー、打抜きプレスなどが挙げられる。
[工程(F)]
本工程では、必要に応じて、上記積層体を熱水中に浸漬して含水処理する。プロトン伝導性を有する高分子電解質を使用した電気化学キャパシタは、高出力を得るために含水処理することが好ましい。ここで、好ましくは温度が20〜90℃、浸漬時間が1〜300分間の条件、より好ましくは温度が50〜90℃、浸漬時間が5〜200分間の条件、さらに好ましくは温度が60〜90℃、浸漬時間が10〜180分間の条件で含水処理する。
Examples of the apparatus used for the excision include a dicing saw and a punching press.
[Step (F)]
In this step, if necessary, the laminate is immersed in hot water for water treatment. An electrochemical capacitor using a polymer electrolyte having proton conductivity is preferably treated with water to obtain a high output. Here, the temperature is preferably 20 to 90 ° C. and the immersion time is 1 to 300 minutes, more preferably the temperature is 50 to 90 ° C. and the immersion time is 5 to 200 minutes, and more preferably the temperature is 60 to 90. Water treatment is performed under the conditions of C and immersion time of 10 to 180 minutes.
[工程(G)]
本工程では、必要に応じて、上記積層体の端部切除後に残る電極粉、金属などの残渣洗浄のために、上記積層体を洗浄液に浸漬して超音波洗浄する。ここで、好ましくは温度が20〜60℃、浸漬時間が1〜60分間の条件、より好ましくは温度が20〜50℃、浸漬時間が2〜40分間の条件、さらに好ましくは温度が20〜40℃、浸漬時間が5〜20分間の条件で超音波洗浄する。
[Step (G)]
In this step, if necessary, the laminate is immersed in a cleaning solution and subjected to ultrasonic cleaning for cleaning residues of electrode powder, metal, and the like remaining after the end of the laminate is excised. Here, the temperature is preferably 20 to 60 ° C. and the immersion time is 1 to 60 minutes, more preferably the temperature is 20 to 50 ° C. and the immersion time is 2 to 40 minutes, further preferably the temperature is 20 to 40. Ultrasonic cleaning is performed under the conditions of C and immersion time of 5 to 20 minutes.
また、超音波洗浄に用いる洗浄液としては、たとえば、水や、メタノール等のアルコールなどが挙げられ、好ましくは水を用いる。
以上のようにして形成された積層体は、電気化学キャパシタとして良好な特性を示し、たとえば封止缶にセット・封口されることにより、電気化学キャパシタが形成される。封止缶の材質は、硫酸による腐食防止の観点からSUSを使用することができる。また、所定のセル数を直列に積層一体化した電気化学キャパシタは、積層数に応じて所定の電圧を示し、大容量、大電流放電が可能な電気化学キャパシタとしての特徴を持つ。本発明の電気化学キャパシタは使用目的に応じて積層数、厚みを調節することができ、超小型チップキャパシタや薄型低抵抗キャパシタなどにも用いることができる。
In addition, examples of the cleaning liquid used for ultrasonic cleaning include water and alcohols such as methanol. Preferably, water is used.
The laminated body formed as described above exhibits good characteristics as an electrochemical capacitor. For example, an electrochemical capacitor is formed by being set and sealed in a sealing can. As the material of the sealing can, SUS can be used from the viewpoint of preventing corrosion by sulfuric acid. An electrochemical capacitor in which a predetermined number of cells are stacked and integrated in series exhibits a predetermined voltage according to the number of stacked layers, and has a feature as an electrochemical capacitor capable of large capacity and large current discharge. The number and the thickness of the electrochemical capacitor of the present invention can be adjusted according to the purpose of use, and can also be used for ultra-small chip capacitors, thin low resistance capacitors, and the like.
以下、実施例に基いて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定
されるものではない。なお、以下の実施例において、スルホン化当量、分子量およびプロトン伝導度は下記のようにして求めた。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples. In the following examples, the sulfonation equivalent, molecular weight, and proton conductivity were determined as follows.
1.分子量の測定
スルホン酸基を有しないポリアリーレンの分子量は、溶剤としてテトラヒドロフラン(THF)を用い、GPCによってポリスチレン換算の分子量を求めた。スルホン酸基を有するポリアリーレンの分子量は、臭化リチウムおよび燐酸を添加したN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を溶離液として用い、GPCによってポリスチレン換算の分子量を求めた。
1. Measurement of Molecular Weight The molecular weight of polyarylene having no sulfonic acid group was determined by GPC using polystyrene (THF) as a solvent and the molecular weight in terms of polystyrene. The molecular weight of polyarylene having a sulfonic acid group was determined by GPC using polystyrene as a molecular weight using N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to which lithium bromide and phosphoric acid were added as an eluent.
2.スルホン酸当量
得られたスルホン酸基を有する重合体を、水洗水が中性になるまで十分に洗浄してフリーに残存している酸を除去し、乾燥した。次いで、所定量の重合体を秤量し、THF/水の混合溶剤に溶解したフェノールフタレインを指示薬とし、NaOHの標準液を用いて滴定を行い、中和点からスルホン酸当量を求めた。
2. Sulfonic acid equivalent The obtained polymer having a sulfonic acid group was thoroughly washed until the washing water became neutral to remove free remaining acid and dried. Next, a predetermined amount of polymer was weighed, and titration was performed using a standard solution of NaOH using phenolphthalein dissolved in a THF / water mixed solvent as an indicator, and the sulfonic acid equivalent was determined from the neutralization point.
3.プロトン伝導度の測定
交流抵抗は、5mm幅の短冊状の高分子電解質膜試料の表面に、白金線(直径0.5mm)を押し当て、恒温恒湿装置中に試料を保持し、白金線間の交流インピーダンス測定から求めた。具体的な条件としては、25℃、相対湿度100%の環境下で交流10kHzにおけるインピーダンスを測定した。抵抗測定装置として、(株)NF回路設計ブロック製のケミカルインピーダンス測定システムを用い、恒温恒湿装置には(株)ヤマト科学製のJW241を使用した。白金線を5mm間隔に5本押し当てて、線間距離を5〜20mmに変化させて交流抵抗を測定した。下記式に示すように、線間距離と抵抗の勾配から膜の比抵抗を算出した。
3. Measurement of proton conductivity AC resistance is measured by pressing a platinum wire (diameter 0.5 mm) against the surface of a strip-shaped polymer electrolyte membrane sample with a width of 5 mm, holding the sample in a constant temperature and humidity device, and between the platinum wires It was obtained from AC impedance measurement. As specific conditions, impedance at AC 10 kHz was measured in an environment of 25 ° C. and relative humidity 100%. A chemical impedance measurement system manufactured by NF Circuit Design Block Co., Ltd. was used as the resistance measurement device, and JW241 manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd. was used as the temperature and humidity control device. Five platinum wires were pressed at intervals of 5 mm, and the AC resistance was measured while changing the distance between the wires to 5 to 20 mm. As shown in the following formula, the specific resistance of the film was calculated from the distance between lines and the gradient of resistance.
比抵抗R(Ω・cm)=0.5(cm)×膜厚(cm)×抵抗線間勾配(Ω/cm)
この比抵抗の逆数から交流インピーダンスを算出し、このインピーダンスからプロトン伝導度を算出した。
Specific resistance R (Ω · cm) = 0.5 (cm) × film thickness (cm) × resistance-to-resistance gradient (Ω / cm)
AC impedance was calculated from the reciprocal of this specific resistance, and proton conductivity was calculated from this impedance.
<合成例1>
撹拌機、温度計、冷却管、Dean−Stark管および窒素導入の三方コックを取り付けた1Lの三つ口のフラスコに、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン(ビスフェノールAF)67.3g(0.20モル)、4,4'−ジクロロベンゾフェノン(4,4'−DCBP)60.3g(0.24モル)、炭酸カリウム71.9g(0.52モル)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)300mLおよびトルエン150mLをとり、オイルバス中、窒素雰囲気下で加熱し、撹拌下130℃で反応させた。反応により生成する水をトルエンと共沸させ、Dean−Stark管で系外に除去しながら反応させると、約3時間で水の生成がほとんど認められなくなった。反応温度を130から徐々に150℃まで上げながら大部分のトルエンを除去し、150℃で10時間反応を続けた後、4,4'−DCBP10.0g(0
.040モル)を加え、さらに5時間反応させた。得られた反応液を放冷後、副生した無機化合物の沈殿物を濾過して除去し、濾液を4Lのメタノール中に投入した。沈殿した生成物を濾過して乾燥後、テトラヒドロフラン300mLに溶解させた。これをメタノール4Lで再沈殿させることにより、目的の化合物95g(収率85%)を得た。
<Synthesis Example 1>
To a 1 L three-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, cooling pipe, Dean-Stark pipe and nitrogen-introduced three-way cock, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,1,1,3 , 3,3-hexafluoropropane (bisphenol AF) 67.3 g (0.20 mol), 4,4′-dichlorobenzophenone (4,4′-DCBP) 60.3 g (0.24 mol), potassium carbonate 71 .9 g (0.52 mol), N, N-dimethylacetamide (DMAc) 300 mL, and toluene 150 mL were taken, heated in an oil bath under a nitrogen atmosphere, and reacted at 130 ° C. with stirring. When water produced by the reaction was azeotroped with toluene and reacted while being removed from the system with a Dean-Stark tube, almost no water was observed in about 3 hours. Most of the toluene was removed while the reaction temperature was gradually increased from 130 to 150 ° C., and the reaction was continued at 150 ° C. for 10 hours, and then 10.0 g of 4,4′-DCBP (0
. 040 mol) was added and the reaction was allowed to proceed for a further 5 hours. The resulting reaction solution was allowed to cool, and then the by-product inorganic compound precipitate was removed by filtration, and the filtrate was put into 4 L of methanol. The precipitated product was filtered and dried, and then dissolved in 300 mL of tetrahydrofuran. This was reprecipitated with 4 L of methanol to obtain 95 g (yield 85%) of the target compound.
得られた化合物のGPC(THF溶媒)で求めたポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)は11,200であった。また、得られた化合物はTHF、NMP、DMAc、スルホランなどに可溶で、ガラス転移温度(Tg)は110℃、熱分解温度は498℃であった。得られた化合物は、下記式(I)で表されるオリゴマー(以下「BCPAFオリゴマ
ー」ともいう。)であることを確認した。
The number average molecular weight (Mn) in terms of polystyrene determined by GPC (THF solvent) of the obtained compound was 11,200. The obtained compound was soluble in THF, NMP, DMAc, sulfolane and the like, and had a glass transition temperature (Tg) of 110 ° C. and a thermal decomposition temperature of 498 ° C. It was confirmed that the obtained compound was an oligomer represented by the following formula (I) (hereinafter also referred to as “BCPAF oligomer”).
<合成例2>
撹拌機、温度計、冷却管、Dean−Stark管および窒素導入の三方コックを取り付けた500mLの三つ口のフラスコに、4−[4−(2,5−ジクロロベンゾイル)フ
ェノキシ]ベンゼンスルホン酸neo−ペンチル(A−SO3 neo-Pe)39.58g(98.64ミリモル)、合成例1で得られたBCPAFオリゴマー(Mn=11,200)15.23g(0.136ミリモル)、Ni(PPh3)2Cl2 1.67g(0.26ミリモル)、PPh3 10.49g(4.00ミリモル)、NaI 0.45g(0.3
0ミリモル)、亜鉛末15.69g(24.0ミリモル)および乾燥NMP129mLを窒素下で加えた。反応系を攪拌下に加熱し(最終的には75℃まで加温)、3時間反応させた。重合反応液をTHF250mLで希釈し、30分攪拌し、セライトを濾過助剤に用いて濾過し、濾液を大過剰のメタノール1500mLに注いで凝固させた。凝固物を濾集、風乾し、さらにTHF/NMP(それぞれ200/300mL)に再溶解させ、大過剰のメタノール1500mLで凝固析出させた。風乾後、加熱乾燥により目的の黄色繊維状のネオペンチル基で保護されたスルホン酸誘導体からなる共重合体(PolyAB−SO3neo−Pe)47.0g(収率92%)を得た。GPCによる分子量は、Mn(数平均
子量)が47,600、Mwが159,000であった。
<Synthesis Example 2>
In a 500 mL three-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, condenser, Dean-Stark tube and nitrogen-introduced three-way cock, 4- [4- (2,5-dichlorobenzoyl) phenoxy] benzenesulfonic acid neo -39.58 g (98.64 mmol) of pentyl (A-SO 3 neo-Pe), 15.23 g (0.136 mmol) of the BCPAF oligomer (Mn = 11,200) obtained in Synthesis Example 1, Ni (PPh 3 ) 1.67 g (0.26 mmol) of 2 Cl 2 , 10.49 g (4.00 mmol) of PPh 3 , 0.45 g of NaI (0.3
0 mmol), 15.69 g (24.0 mmol) zinc dust and 129 mL dry NMP were added under nitrogen. The reaction system was heated with stirring (finally heated to 75 ° C.) and allowed to react for 3 hours. The polymerization reaction solution was diluted with 250 mL of THF, stirred for 30 minutes, filtered using Celite as a filter aid, and the filtrate was poured into a large excess of 1500 mL of methanol to coagulate. The coagulated product was collected by filtration, air-dried, further redissolved in THF / NMP (200/300 mL each), and coagulated with 1500 mL of a large excess of methanol. After air drying, 47.0 g (yield 92%) of a copolymer (PolyAB-SO 3 neo-Pe) composed of a sulfonic acid derivative protected with a target yellow fibrous neopentyl group was obtained by heat drying. The molecular weight by GPC was 47,600 for Mn (number average molecular weight) and 159,000 for Mw.
得られたPolyAB−SO3neo−Pe5.1gをNMP60mLに溶解し、90
℃に加温した。反応系にメタノール50mLと濃塩酸8mLの混合物を一時に加えて懸濁状態とし、温和な還流条件で10時間反応させた。蒸留装置を設置し、過剰のメタノールを溜去させ、淡緑色の透明溶液を得た。この溶液を大量の水/メタノール(1:1重量比)中に注いでポリマーを凝固させた後、洗浄水のpHが6以上となるまで、イオン交換水でポリマーを洗浄した。こうして得られたポリマーのIRスペクトルおよびイオン交換容量の定量分析から、スルホン酸エステル基(−SO3R)は定量的にスルホン酸基(−S
O3H)に転換していることがわかった。
The obtained PolyAB-SO 3 neo-Pe (5.1 g) was dissolved in NMP (60 mL).
Warmed to ° C. To the reaction system, a mixture of 50 mL of methanol and 8 mL of concentrated hydrochloric acid was added at a time to form a suspension, and the mixture was reacted for 10 hours under mild reflux conditions. A distillation apparatus was installed, and excess methanol was distilled off to obtain a light green transparent solution. This solution was poured into a large amount of water / methanol (1: 1 weight ratio) to solidify the polymer, and then the polymer was washed with ion-exchanged water until the pH of the washing water became 6 or more. From quantitative analysis of the IR spectrum and ion exchange capacity of the polymer thus obtained, the sulfonate group (—SO 3 R) was quantitatively determined to be a sulfonate group (—S
O 3 H) was found to be converted.
得られたスルホン酸基含有ポリマーのGPCによる分子量は、Mnが53,200、M
wが185,000であり、スルホン酸当量は2.2meq/gであった。
[実施例1]
合成例2で得られたスルホン酸基含有ポリアリーレンをN−メチル−2−ピロリドンに溶解し、キャスティング法により乾燥膜厚40μmの高分子電解質膜を調製した。得られた高分子電解質膜のプロトン伝導度を、25℃、100%RH下で測定したところ4.0×10-1Scm-1であった。
The molecular weight of the obtained sulfonic acid group-containing polymer by GPC was 53,200 for Mn, M
w was 185,000, and the sulfonic acid equivalent was 2.2 meq / g.
[Example 1]
The sulfonic acid group-containing polyarylene obtained in Synthesis Example 2 was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone, and a polymer electrolyte membrane having a dry film thickness of 40 μm was prepared by a casting method. When the proton conductivity of the obtained polymer electrolyte membrane was measured at 25 ° C. and 100% RH, it was 4.0 × 10 −1 Scm −1 .
次に、導電性接着剤バニーハイトUCC(日本黒鉛製)をブレードコーターで塗布厚みが50μmとなるように、50μm厚のテフロン(登録商標)シート(ナフロンテープ、ニチアス(株)製)上に塗布し、90℃で30分間乾燥して電子伝導層を形成した。 Next, conductive adhesive bunny height UCC (made by Nippon Graphite) was applied onto a 50 μm thick Teflon (registered trademark) sheet (Naflon tape, manufactured by Nichias Co., Ltd.) with a blade coater so that the coating thickness was 50 μm. And dried at 90 ° C. for 30 minutes to form an electron conductive layer.
その後、二酸化ルテニウム水和物(アルドリッチ製)粒子と、アセチレンブラック(電気化学工業社製)と、合成例2で得られたスルホン酸基含有ポリアリーレンをジメトキシエタン/水=80/20(重量比)の混合物に溶解してなるイオン伝導性高分子バインダ
ーとを、粒子:アセチレンブラック:バインダー=1:0.05:0.10の重量比で均一に混合して電極用ペーストを調製した。
Thereafter, ruthenium dioxide hydrate (manufactured by Aldrich) particles, acetylene black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.), and sulfonic acid group-containing polyarylene obtained in Synthesis Example 2 were mixed with dimethoxyethane / water = 80/20 (weight ratio). And an ion conductive polymer binder dissolved in a mixture of particles) in a weight ratio of particles: acetylene black: binder = 1: 0.05: 0.10 to prepare an electrode paste.
次に、上記電極ペーストを5mg/cm2の二酸化ルテニウム水和物量となるようにブレードコーターにて電子伝導層上に塗布し、90℃で60分間乾燥し、二酸化ルテニウム水和物層を備える電極−電子伝導層接合体を上記テフロン(登録商標)シート上に形成した。 Next, the electrode paste is applied onto the electron conductive layer with a blade coater so as to have a ruthenium dioxide hydrate amount of 5 mg / cm 2 , dried at 90 ° C. for 60 minutes, and an electrode provided with a ruthenium dioxide hydrate layer -The electron conductive layer assembly was formed on the Teflon (registered trademark) sheet.
次に、上記高分子電解質膜、テフロン(登録商標)シート上に形成した電極−電子伝導層接合体をそれぞれ35mm角に切抜いた。
これらを正極および負極の電極−電子伝導層接合体に高分子電解質膜が挟持された状態で、160℃、200kg/cm2のプレス条件で5分間加圧し、その後、両面のテフロン(登録商標)シートを剥離することで、電解質膜−電極界面が接合された構造体を得た。
Next, the electrode-electron conductive layer assembly formed on the polymer electrolyte membrane and the Teflon (registered trademark) sheet was cut into 35 mm squares.
These were pressed for 5 minutes under a pressing condition of 160 ° C. and 200 kg / cm 2 with the polymer electrolyte membrane sandwiched between the positive electrode and negative electrode electrode-electron conductive layer assembly, and then Teflon (registered trademark) on both sides. By peeling the sheet, a structure in which the electrolyte membrane-electrode interface was joined was obtained.
次に、得られた構造体を15mm角4枚に切抜いた。それらの構造体4枚と、同様に15mm角に切抜いた厚さ10μmの表面を粗化したSUS箔の集電体5枚とを、最外部が
集電体となるように交互に重ねた状態で、160℃、400kg/cm2のプレス条件で10分間加圧し、4セルのキャパシタが直列に積層され一体化した積層体を形成した。
Next, the obtained structure was cut into four 15 mm squares. A state in which four of these structures and five current collectors of SUS foil having a 10 μm thick surface cut out in a 15 mm square are alternately stacked so that the outermost current collector is used. Then, pressing was performed for 10 minutes under a pressing condition of 160 ° C. and 400 kg / cm 2 to form a laminated body in which capacitors of 4 cells were laminated in series.
次に、上記積層体の端部で短絡が起こらないように、4辺それぞれをダイシングソーで切断して10mm角とし、90℃の熱水中に30分間浸漬して、含水処理を行った。
更にその後、端部の洗浄のために水に浸漬して超音波洗浄を行った。
Next, so as not to cause a short circuit at the end of the laminate, each of the four sides was cut with a dicing saw to form a 10 mm square, and immersed in hot water at 90 ° C. for 30 minutes for water treatment.
Further, ultrasonic cleaning was performed by immersing in water for cleaning the edge.
表面の余剰の水分を除去し、該積層体をSUS製の封止缶にセットし、かしめ装置にて封口し、4セル直列キャパシタを形成した。
なお、同様の方法で3個のキャパシタ((a)〜(c))を形成し、評価に用いた。
Excess water on the surface was removed, and the laminate was set in a SUS sealing can and sealed with a caulking device to form a 4-cell series capacitor.
Three capacitors ((a) to (c)) were formed by the same method and used for evaluation.
電気化学キャパシタの性能として、以下に示すインピーダンス評価を行った。
インピーダンス測定装置として(株)NF回路設計ブロック製のケミカルインピーダンス測定システムを用い、100mVの測定電圧で1kHzのインピーダンスをキャパシタのインピーダンスとして求めた。形成した3個のキャパシタ((a)〜(c))の評価結果を表1に示す。
The following impedance evaluation was performed as the performance of the electrochemical capacitor.
A chemical impedance measurement system manufactured by NF Circuit Design Block Co., Ltd. was used as the impedance measurement device, and an impedance of 1 kHz was obtained as a capacitor impedance at a measurement voltage of 100 mV. Table 1 shows the evaluation results of the formed three capacitors ((a) to (c)).
また、キャパシタの初期放電容量を求めるため、(株)北斗電工製 充放電試験機MJ−201Bを用い、充放電電流1mAで0−3.4Vでの充放電を行った。充電は3000秒行い、定電流で放電を行い、放電時間により放電容量を求めた。作製した3個のキャパシタ((a)〜(c))の評価結果を表1に示す。 Moreover, in order to obtain | require the initial stage discharge capacity of a capacitor, charge / discharge at 0-3.4V was performed by charge / discharge current 1mA using the charge / discharge test machine MJ-201B by Hokuto Denko. Charging was performed for 3000 seconds, discharging was performed at a constant current, and the discharge capacity was determined from the discharge time. Table 1 shows the evaluation results of the three capacitors produced ((a) to (c)).
また、キャパシタの出力性能を求めるため、(株)北斗電工製 充放電試験機MJ−201Bを用い、充放電電流を1mA/cm2、5mA/cm2、10mA/cm2、20mA/
cm2、50mA/cm2、100mA/cm2の電流密度でそれぞれ0−3.4Vでの充放
電を行った。充電は定時間行い(1mA/cm2;3000秒、5mA/cm2;600秒、10mA/cm2;300秒、20mA/cm2;150秒、50mA/cm2;60秒、100mA/cm2;30秒)、定電流で放電を行い、容量保持率(1mAの放電での放電容量100%としたときの各放電電流での相対値)を評価した。評価結果(3個のキャパシタの平均値)を表1に示す。
Moreover, in order to obtain the output performance of the capacitor, a charge / discharge tester MJ-201B manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd. was used, and the charge / discharge current was 1 mA / cm 2 , 5 mA / cm 2 , 10 mA / cm 2 , 20 mA /
Charging / discharging at 0-3.4V was performed at current densities of cm 2 , 50 mA / cm 2 , and 100 mA / cm 2 , respectively. Charging is performed for a fixed time (1 mA / cm 2 ; 3000 seconds, 5 mA / cm 2 ; 600 seconds, 10 mA / cm 2 ; 300 seconds, 20 mA / cm 2 ; 150 seconds, 50 mA / cm 2 ; 60 seconds, 100 mA / cm 2 For 30 seconds), the battery was discharged at a constant current, and the capacity retention rate (relative value at each discharge current when the discharge capacity was 100% at 1 mA discharge) was evaluated. The evaluation results (average value of three capacitors) are shown in Table 1.
次いで、信頼性を評価するために、70℃でのフロート充電による評価を行った。70℃の環境下で、3.4Vの電圧を連続して加え、1000hr電圧印加後に、室温下で
のインピーダンス、放電容量を上記と同様の方法で評価し、初期インピーダンス、初期放
電容量(10mA放電)を基準として性能の劣化の度合を評価した。結果を表1に示す。
Subsequently, in order to evaluate reliability, evaluation by float charging at 70 ° C. was performed. Under an environment of 70 ° C., a voltage of 3.4 V was continuously applied, and after applying a voltage of 1000 hr, the impedance and discharge capacity at room temperature were evaluated in the same manner as described above, and the initial impedance and initial discharge capacity (10 mA discharge) ) As a standard, the degree of performance degradation was evaluated. The results are shown in Table 1.
[実施例2]
熱可塑性エラストマー スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体(SEBS)/ケッチェンブラック=100/30(重量比)の5%トルエン溶液からなる
ペーストを用い、塗布厚みが25μmとなるように、ブレードコーターで表面がフッ素樹脂でコートされたポリエステルフィルム上に塗布し、90℃で15分間乾燥して電子伝導層を形成した。
[Example 2]
Thermoplastic elastomer Styrene-Ethylene-Butylene-Styrene Block Copolymer (SEBS) / Ketjen Black = 100/30 (weight ratio) A paste made of 5% toluene solution is used so that the coating thickness is 25 μm. The surface was coated on a polyester film coated with a fluororesin with a coater and dried at 90 ° C. for 15 minutes to form an electron conductive layer.
その後、二酸化ルテニウム水和物(アルドリッチ製)粒子と、アセチレンブラック(電気化学工業社製)と、合成例2で得られたスルホン酸基含有ポリアリーレンをジメトキシエタン/水=80/20(重量比)の混合物に溶解してなるイオン伝導性高分子バインダーとを、粒子:アセチレンブラック:バインダー=1:0.10:0.10の重量比で均一に混合して電極用ペーストを調製した。 Thereafter, ruthenium dioxide hydrate (manufactured by Aldrich) particles, acetylene black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.), and sulfonic acid group-containing polyarylene obtained in Synthesis Example 2 were mixed with dimethoxyethane / water = 80/20 (weight ratio). And an ion conductive polymer binder dissolved in a mixture of particles) in a weight ratio of particles: acetylene black: binder = 1: 0.10: 0.10 to prepare an electrode paste.
次に、上記電極ペーストを1mg/cm2の二酸化ルテニウム水和物量となるようにブレードコーターにて電子伝導層上に塗布し、90℃で60分間乾燥し、二酸化ルテニウム水和物層を備える電極−電子伝導層接合体を上記ポリエステルフィルム上に形成した。 Next, the electrode paste is applied on the electron conductive layer with a blade coater so as to have a ruthenium dioxide hydrate amount of 1 mg / cm 2 , dried at 90 ° C. for 60 minutes, and an electrode provided with a ruthenium dioxide hydrate layer -An electron conductive layer assembly was formed on the polyester film.
その後は実施例1と同様にして4セル直列キャパシタを形成し、評価に用いた。評価結果を表1に示す。
[比較例1]
実施例1と同様にして得た高分子電解質膜、電極−電子伝導層接合体を15mm角に切抜いた。その後、電極−電子伝導層接合体から、基材のテフロン(登録商標)シートを剥離した。次に集電体、電極−電子伝導層接合体、高分子電解質膜、電極−電子伝導層接合体、集電体の順に4セル直列キャパシタを構成できるような順番、枚数でそれぞれの部材を重ねた後、160℃、400kg/cm2のプレス条件で10分間加圧して、4セルのキャパシタが直列に積層され一体化した積層体を形成した。
Thereafter, a 4-cell series capacitor was formed in the same manner as in Example 1 and used for evaluation. The evaluation results are shown in Table 1.
[Comparative Example 1]
A polymer electrolyte membrane / electrode-electron conductive layer assembly obtained in the same manner as in Example 1 was cut into a 15 mm square. Then, the Teflon (trademark) sheet | seat of the base material was peeled from the electrode-electron conductive layer assembly. Next, each member is stacked in the order and number of sheets that can form a 4-cell series capacitor in the order of current collector, electrode-electron conductive layer assembly, polymer electrolyte membrane, electrode-electron conductive layer assembly, and current collector. After that, pressing was performed for 10 minutes under a pressing condition of 160 ° C. and 400 kg / cm 2 to form a laminated body in which capacitors of 4 cells were laminated in series.
その後、実施例1と同様に、切断、含水処理、超音波洗浄した後、SUS製の封止缶にセットし、評価用の4セル直列キャパシタを形成し、評価に用いた。評価結果を表1に示す。 Thereafter, in the same manner as in Example 1, after cutting, water-containing treatment, and ultrasonic cleaning, it was set in a SUS sealing can to form a 4-cell series capacitor for evaluation and used for evaluation. The evaluation results are shown in Table 1.
[比較例2]
実施例1と同様にして調製した電極用ペーストを30μm厚のチタン箔上の片面もしくは、両面に塗布し、集電体上に直接電極層を形成し、集電体−電極接合体ならびに電極−集電体−電極接合体を得た。これらの接合体を乾燥後、15mm角に切抜いた。その後、これらの積層体を同様に15mm角に切抜いた高分子電解質膜、集電体とともに、集電体−電極接合体、高分子電解質膜、電極−集電体−電極接合体、高分子電解質膜、集電体の順に、4セル直列キャパシタを構成できるような、順番、枚数でそれぞれの部材を重ねた後、160℃、400kg/cm2のプレス条件で10分間加熱して4セルのキャパシタが直列に積層され一体化した積層体を形成した。
[Comparative Example 2]
An electrode paste prepared in the same manner as in Example 1 was applied to one or both surfaces of a 30 μm-thick titanium foil to form an electrode layer directly on the current collector, and the current collector-electrode assembly and electrode- A current collector-electrode assembly was obtained. After drying these joined bodies, they were cut into 15 mm squares. Thereafter, these laminates were similarly cut into 15 mm squares, and together with a polymer electrolyte membrane and a current collector, a current collector-electrode assembly, a polymer electrolyte membrane, an electrode-current collector-electrode assembly, and a polymer electrolyte. After stacking each member in the order and number of sheets so that a 4-cell series capacitor can be constructed in the order of film and current collector, the 4-cell capacitor is heated for 10 minutes at 160 ° C. and 400 kg / cm 2 press condition. Were laminated in series to form an integrated laminate.
その後、実施例1と同様に、切断、含水処理、超音波洗浄した後、SUS製の封止缶にセットし、評価用の4セル直列キャパシタを形成し、評価に用いた。評価結果を表1に示す。 Thereafter, in the same manner as in Example 1, after cutting, water-containing treatment, and ultrasonic cleaning, it was set in a SUS sealing can to form a 4-cell series capacitor for evaluation and used for evaluation. The evaluation results are shown in Table 1.
[比較例3]
実施例2と同様にして調製した電極用ペーストをテフロン(登録商標)シート上に形成したが、90℃、60分間乾燥すると、細かなひびが入るとともに剥がれてしまい、直列
キャパシタを作成することができなかった。
[Comparative Example 3]
An electrode paste prepared in the same manner as in Example 2 was formed on a Teflon (registered trademark) sheet, but when dried at 90 ° C. for 60 minutes, fine cracks occurred and peeled off, creating a series capacitor. could not.
Claims (6)
該電子伝導層上に電極用ペーストを塗布して電極−電子伝導層接合体を形成する工程と、
得られた1対の電極−電子伝導層接合体で芳香族系高分子電解質膜を挟持して接合した後、離型シートを剥離して、電子伝導層−電極−電解質膜−電極−電子伝導層からなる構造体を形成する工程と
を含むことを特徴とする電気化学キャパシタの製造方法。 Applying an electron conductive layer paste on a release sheet to form an electron conductive layer;
Applying an electrode paste on the electron conductive layer to form an electrode-electron conductive layer assembly;
After sandwiching and bonding the aromatic polymer electrolyte membrane with the obtained pair of electrode-electron conductive layer assembly, the release sheet was peeled off, and the electron conductive layer-electrode-electrolyte membrane-electrode-electron conduction And a step of forming a structure composed of layers.
CF2)i−(iは1〜10の整数を示す。)および−C(CF3)2−からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を示し、
Zは直接結合、または−(CH2)j−(jは1〜10の整数を示す。)、−C(CH3)2−、−O−および−S−からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を示し、
Arは−SO3H、−O(CH2)pSO3Hまたは−O(CF2)pSO3Hで表される置換
基(pは1〜12の整数を示す。)を有する芳香族基を示し、
mは0〜10の整数を示し、nは0〜10の整数を示し、kは1〜4の整数を示す。]
−SO−、−CONH−、−COO−、−(CF2)i−(iは1〜10の整数を示す。)、−(CH2)j−(jは1〜10の整数を示す。)、−CR’2−(R’は脂肪族炭化水
素基、芳香族炭化水素基またはハロゲン化炭化水素基を示す。)、シクロヘキシリデン基、フルオレニリデン基、−O−および−S−からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を示し、Bは独立に酸素原子または硫黄原子であり、
R1〜R16は、互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、アルキル基
、一部もしくは全部がハロゲン化されたハロゲン化アルキル基、アリル基、アリール基、ニトロ基およびニトリル基からなる群より選ばれる少なくとも1種の原子または基を示し、
sは0〜4の整数を示し、tは0〜4の整数を示し、rは0または1以上の整数を示す。] The aromatic polymer electrolyte membrane is a sulfonic acid group-containing polyarylene containing a structural unit represented by the following formula (A) and a structural unit represented by the following formula (B). Item 2. A method for producing an electrochemical capacitor according to Item 1.
CF 2 ) i — (i represents an integer of 1 to 10) and at least one structure selected from the group consisting of —C (CF 3 ) 2 —,
Z is a direct bond, or at least one selected from the group consisting of — (CH 2 ) j — (j represents an integer of 1 to 10), —C (CH 3 ) 2 —, —O—, and —S—. Show the structure of the species,
Ar is an aromatic having a substituent represented by —SO 3 H, —O (CH 2 ) p SO 3 H or —O (CF 2 ) p SO 3 H (p represents an integer of 1 to 12). Group,
m shows the integer of 0-10, n shows the integer of 0-10, k shows the integer of 1-4. ]
—SO—, —CONH—, —COO—, — (CF 2 ) i — (i represents an integer of 1 to 10), — (CH 2 ) j — (j represents an integer of 1 to 10). ), —CR ′ 2 — (R ′ represents an aliphatic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group or a halogenated hydrocarbon group), a cyclohexylidene group, a fluorenylidene group, —O— and —S—. At least one structure selected from the group, B is independently an oxygen atom or a sulfur atom,
R 1 to R 16 may be the same as or different from each other, and are a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group, a halogenated alkyl group partially or wholly halogenated, an allyl group, an aryl group, a nitro group, and a nitrile group. At least one atom or group selected from the group consisting of
s represents an integer of 0 to 4, t represents an integer of 0 to 4, and r represents 0 or an integer of 1 or more. ]
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Cited By (1)
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JP2012049500A (en) * | 2010-08-27 | 2012-03-08 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | Manufacturing method of lithium ion capacitor |
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2007
- 2007-08-30 JP JP2007223984A patent/JP2009059774A/en active Pending
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