JP2009065074A - Electrolyte for pseudocapacitor, and pseudocapacitor - Google Patents

Electrolyte for pseudocapacitor, and pseudocapacitor Download PDF

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JP2009065074A JP2007233712A JP2007233712A JP2009065074A JP 2009065074 A JP2009065074 A JP 2009065074A JP 2007233712 A JP2007233712 A JP 2007233712A JP 2007233712 A JP2007233712 A JP 2007233712A JP 2009065074 A JP2009065074 A JP 2009065074A
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Tsukasa Ueda
司 上田
Kazumi Chiba
一美 千葉
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrolyte for a pseudocapacitor that has a superior impregnation properties to an electrode and a separator, shows a low viscosity coefficient, high electric conductivity, and a wide potential window, and has excellent electrochemical stability, and to provide the pseudocapacitor that has high capacity, low internal resistance, a small leakage current, superior breakdown voltage characteristics and superior reflow characteristics by using the electrolyte. <P>SOLUTION: As the electrolyte for the pseudocapacitor prepared by incorporating an electrolyte and an additive in a solvent, an electrolyte containing a siloxane derivative as the additive is used for the pseudocapacitor. Consequently, the impregnation properties to the electrode and separator is improved, and then the obtained pseudocapacitor has larger capacity and lower internal resistance to have, especially, a smaller leakage current during voltage application and improved reflow characteristics. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、シュードキャパシタ用電解液に関し、より詳しくは、特定の添加剤を含有したシュードキャパシタ用電解液であって、分極性電極シート及びセパレータ不織布への含浸性を向上させたシュードキャパシタ用電解液及び該電解液を使用し、高容量、低内部抵抗であり、優れた電気特性を有するシュードキャパシタに関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electrolytic solution for a pseudocapacitor, and more particularly, an electrolytic solution for a pseudocapacitor containing a specific additive, which is an electrolytic solution for a pseudocapacitor that has improved impregnation into a polarizable electrode sheet and a separator nonwoven fabric. The present invention relates to a liquid capacitor and a pseudocapacitor using the electrolytic solution, having a high capacity, a low internal resistance, and having excellent electrical characteristics.

近年、シュードキャパシタは、高い安全性と高エネルギー密度を有することから、電気二重層キャパシタやリチウム二次電池に代わる次世代の蓄電デバイスとして注目され、ノートパソコン、携帯電話等のポータブルなデジタル機器の分野、無停電電源装置や電気自動車の補助電源等のパワーエレクトロニクス分野への検討が進められている。   In recent years, pseudocapacitors have been attracting attention as next-generation power storage devices to replace electric double layer capacitors and lithium secondary batteries because of their high safety and high energy density. Research into the field of power electronics such as uninterruptible power supplies and auxiliary power supplies for electric vehicles is underway.

本発明におけるシュードキャパシタとはレドックスキャパシタとも呼ばれ、電極界面での酸化還元反応に伴うファラデー電流の関与した電気化学反応および電極での電気化学的なイオンの吸脱着反応を利用するものであり、より詳しくは、電極構成材料に導電性金属酸化物、π共役系導電性高分子、リチウムイオンインターカレート化合物、超微粉金属酸化物及び有機超分子等の電極活物質が含まれる電極と、電解液、及びセパレータからなる電気化学キャパシタである。   The pseudocapacitor in the present invention is also called a redox capacitor, and utilizes an electrochemical reaction involving an Faraday current accompanying an oxidation-reduction reaction at an electrode interface and an electrochemical ion adsorption / desorption reaction at an electrode. More specifically, an electrode comprising an electrode active material such as a conductive metal oxide, a π-conjugated conductive polymer, a lithium ion intercalate compound, an ultrafine metal oxide, and an organic supramolecule in an electrode constituent material; An electrochemical capacitor comprising a liquid and a separator.

シュードキャパシタは、エネルギー密度向上以外にも、サイクル特性の向上や、出力密度向上のための低内部抵抗化が求められており、そのシュードキャパシタに用いられる電解液は電気化学的安定性、高電気伝導性等の特性が要求される。また、デジタル機器の誤作動防止や低消費電力の観点から、低漏れ電流化が求められている。   In addition to improving energy density, pseudocapacitors are required to have improved cycle characteristics and low internal resistance to improve output density. Electrolytic solutions used in pseudocapacitors are electrochemically stable and have high electrical properties. Characteristics such as conductivity are required. In addition, low leakage current is required from the viewpoint of malfunction of digital equipment and low power consumption.

また、シュードキャパシタは過酷な条件下において使用されることが想定され、その電解液としては、低温から高温に至るまでの広い温度範囲において、シュードキャパシタを安定に作動させることのできる特性も重要である。   In addition, pseudo capacitors are assumed to be used under harsh conditions, and as an electrolyte, characteristics that enable the pseudo capacitors to operate stably over a wide temperature range from low to high are also important. is there.

従来のシュードキャパシタに用いられている電解液は、水系電解液と非水系電解液とに大別される。
水系電解液は、一般に無機酸、有機酸やアルカリ金属の塩を電解質とした水溶液であり、非水系電解液は、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等の非プロトン性有機溶媒に、電解質としてアルカリ金属塩、第4級アンモニウム塩またはそれらの混合物を溶解させたものが多用されている。
Electrolytic solutions used in conventional pseudocapacitors are roughly classified into aqueous electrolytic solutions and non-aqueous electrolytic solutions.
The aqueous electrolyte is generally an aqueous solution containing an inorganic acid, an organic acid or an alkali metal salt as an electrolyte, and the non-aqueous electrolyte is an aprotic organic solvent such as propylene carbonate, ethylene carbonate or vinylene carbonate, and an alkaline as an electrolyte. A solution in which a metal salt, a quaternary ammonium salt or a mixture thereof is dissolved is often used.

上記電解液は、通常、活物質を含んだシート状の電極およびセパレータに注液し、減圧または加圧あるいは減圧と加圧とを繰り返す工程によって電極に含浸されている。しかし、電解液が電極内部の細孔へ充分に行き渡らない場合、又はセパレータに充分に含浸されていない等の未含浸部分が生じると、容量減少、内部抵抗増大および電流レート特性の悪化を招く。また、とりわけリフロー後における静電容量および内部抵抗値のバラツキが大きくなり、安定しないと言う欠点が生じる。   The electrolytic solution is usually impregnated into the electrode by a step of repeating pressure reduction or pressurization or pressure reduction and pressurization by pouring the sheet-like electrode and separator containing the active material. However, when the electrolyte does not sufficiently reach the pores inside the electrode, or when an unimpregnated portion such as not sufficiently impregnated in the separator occurs, the capacity is reduced, the internal resistance is increased, and the current rate characteristics are deteriorated. In particular, the variation in capacitance and internal resistance after reflow increases, resulting in the disadvantage of being unstable.

一方、含浸性向上の目的で、含浸工程で過度に減圧にしすぎると、電解液に使用している水あるいは、プロピレンカーボネートやγ−ブチロラクトン等の非プロトン性有機溶媒が蒸発し、溶質となる無機塩や脂肪族第4級アンモニウム塩の濃度が変化して、本来発現し得る電気的特性が損なわれてしまうおそれがある。   On the other hand, if the pressure is excessively reduced in the impregnation step for the purpose of improving the impregnation property, water used in the electrolyte or an aprotic organic solvent such as propylene carbonate or γ-butyrolactone evaporates and becomes an inorganic solute. The concentration of the salt or the aliphatic quaternary ammonium salt may change, and the electrical characteristics that can be originally expressed may be impaired.

従って、従来知られている電解液より、電極やセパレータへの含浸性に優れ、かつ、電気的特性に優れた特性を有する電解液が望まれている。   Therefore, there is a demand for an electrolyte solution that has superior impregnation into electrodes and separators and superior electrical characteristics than the conventionally known electrolyte solutions.

電解液中に添加剤を加え、電気二重層キャパシタなどの電気化学キャパシタの諸特性を向上させる方法が知られている。例えば、電気二重層キャパシタ用電解液の添加剤として提案されてきた物質としては、ホスファゼン及びその誘導体が挙げられる。(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)   There is known a method for improving various characteristics of an electrochemical capacitor such as an electric double layer capacitor by adding an additive to an electrolytic solution. For example, phosphazenes and their derivatives are listed as substances that have been proposed as additives for electrolytic solutions for electric double layer capacitors. (For example, see Patent Document 1 and Patent Document 2)

しかし、上記ホスファゼン及びその誘導体は、電気二重層キャパシタへの難燃性の付与や、低温での特性改善が主な目的であり、シュードキャパシタの含浸性向上および漏れ電流低減の効果については不明であった。   However, the above phosphazenes and their derivatives are mainly aimed at imparting flame retardancy to electric double layer capacitors and improving characteristics at low temperatures, and the effects of improving the impregnation properties and reducing leakage current of pseudo capacitors are unknown. there were.

特許文献3、特許文献4、特許文献5、特許文献6、及び非特許文献1に、リチウムイオン電池などの負極用電解液添加剤としてポリエーテル変性シロキサンを加えることで、負極に導電性の薄膜を生じさせ、その薄膜によって、溶媒や電解質の分解を抑制し、耐電圧向上及びそれに伴う充放電サイクル特性が向上する旨が開示されている。   By adding polyether-modified siloxane as an electrolyte solution additive for a negative electrode such as a lithium ion battery to Patent Document 3, Patent Document 4, Patent Document 5, Patent Document 6, and Non-Patent Document 1, a conductive thin film on the negative electrode It is disclosed that the thin film suppresses the decomposition of the solvent and the electrolyte and improves the withstand voltage and the accompanying charge / discharge cycle characteristics.

しかし、シュードキャパシタの充放電メカニズムや電極反応はリチウムイオン電池とは異なり、上記添加剤をシュードキャパシタ用電解液に添加することの効果は不明である。   However, the charging / discharging mechanism and electrode reaction of the pseudocapacitor are different from those of the lithium ion battery, and the effect of adding the above additive to the electrolytic solution for the pseudocapacitor is unknown.

特許文献7では、リチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ等の電気化学キャパシタにカーボネ−ト変性シラン及びシロキサン系ケイ素化合物を添加して、温度特性及び出力特性を向上させるという旨が開示されている。   Patent Document 7 discloses that the temperature characteristics and output characteristics are improved by adding a carbonate-modified silane and a siloxane-based silicon compound to an electrochemical capacitor such as a lithium ion battery or an electric double layer capacitor.

しかし、該電解液を使用したシュードキャパシタでの漏れ電流低減効果や大電流応答性や低温での静電容量発現率については不明である。   However, the leakage current reduction effect, large current response, and capacitance development rate at low temperatures in a pseudo capacitor using the electrolytic solution are unknown.

特許文献8、特許文献9では、リチウム二次電池の電解液用添加剤として、環状シロキサンを添加し、大型化した際にも優れた入出力特性とサイクル特性が得られる旨が開示されている。   Patent Document 8 and Patent Document 9 disclose that excellent input / output characteristics and cycle characteristics can be obtained even when a cyclic siloxane is added and the size is increased as an additive for an electrolytic solution of a lithium secondary battery. .

しかし、シュードキャパシタの充放電メカニズムや電極反応はリチウム二次電池とは異なり、上記添加剤を電気二重層キャパシタ用電解液に添加することの効果は不明である。また、実際に該電解液を使用したシュードキャパシタでの漏れ電流低減効果や大電流応答性や低温での静電容量発現率については不明である。   However, the charging / discharging mechanism and electrode reaction of the pseudocapacitor are different from those of the lithium secondary battery, and the effect of adding the above additive to the electrolytic solution for the electric double layer capacitor is unknown. In addition, the leakage current reduction effect, large current response, and capacitance development rate at low temperatures in a pseudo capacitor that actually uses the electrolyte are unknown.

国際公開第WO2002/021631号パンフレットInternational Publication No. WO2002 / 021631 Pamphlet 特開2001−217152号公報JP 2001-217152 A 特開平11−214032号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-214032 特開2004−235141号公報JP 2004-235141 A 特開2006−49266号公報JP 2006-49266 A 特開2006−66095号公報JP 2006-66095 A 特開2006−137741号公報JP 2006-137741 A 特開2004−71458号公報JP 2004-71458 A 特開2006−165301号公報JP 2006-165301 A 猪瀬 耐、多田 覚、山田 直之、森本 英行、鳶島 真一、「第46回電池討論会予稿集」、2005年11月16〜18日、p.442Takeshi Hirose, Satoru Tada, Naoyuki Yamada, Hideyuki Morimoto, Shinichi Kajishima, “The 46th Battery Discussion Meeting Proceedings”, November 16-18, 2005, p. 442

本発明は、電極やセパレータへの含浸性に優れ、低粘性率、高電気伝導性かつ、広い電位窓を示し、電気化学的安定性に優れたシュードキャパシタ用電解液の提供及び該電解液を使用した高容量、低内部抵抗、低漏れ電流、優れた耐電圧特性および優れたリフロー特性を併せ持つシュードキャパシタを提供することである。   The present invention provides an electrolytic solution for a pseudocapacitor that is excellent in impregnation into electrodes and separators, has a low viscosity, high electrical conductivity, a wide potential window, and is excellent in electrochemical stability. The object is to provide a pseudocapacitor having both high capacity, low internal resistance, low leakage current, excellent withstand voltage characteristics and excellent reflow characteristics.

本発明者らは上記課題に鑑み、鋭意検討を行った結果、添加剤として下式で表されるシロキサン誘導体を含んだ電解液をシュードキャパシタに使用することで、電極及びセパレータとの含浸性も向上し、得られるシュードキャパシタの容量が増大し、低内部抵抗化が可能となり、とりわけ電圧印加中の漏れ電流が低減できること、およびリフロー特性が向上できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies in view of the above problems, the present inventors have used an electrolytic solution containing a siloxane derivative represented by the following formula as an additive for a pseudocapacitor. As a result, the capacitance of the obtained pseudo capacitor is increased, the internal resistance can be lowered, the leakage current during voltage application can be reduced, and the reflow characteristics can be improved, and the present invention has been completed.

すなわち本発明は、溶媒中に電解質と添加剤とが含有されてなるシュードキャパシタ用電解液において、該添加剤が下記一般式(1)で示される化合物であることを特徴とするシュードキャパシタ用電解液である。   That is, the present invention provides an electrolytic solution for a pseudocapacitor in which an electrolyte and an additive are contained in a solvent, wherein the additive is a compound represented by the following general formula (1): It is a liquid.

Figure 2009065074
Figure 2009065074

上記(1)式中、R1〜R6はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい有機基を示し、それぞれ置換基を結合できるものは置換されていてもよい。上記有機基とは、より好ましくは水素原子、ハロゲン原子、鎖状アルキル基、鎖状エーテル基、環状アルキル基、アルコキシ基、ベンジルアルコキシ基、フェニルアルコキシ基、フェニル基、ベンジル基、アミノ基、エポキシ基、カルボキシル基、水酸基、スチリル基、含フッ素アルキル基、エステル基を示し、それぞれ置換基を結合できるものは置換されていてもよい。nは1以上10以下の整数を示す。   In the above formula (1), R1 to R6 each represents an organic group which may be the same or different, and those capable of bonding a substituent may be substituted. More preferably, the organic group is a hydrogen atom, halogen atom, chain alkyl group, chain ether group, cyclic alkyl group, alkoxy group, benzylalkoxy group, phenylalkoxy group, phenyl group, benzyl group, amino group, epoxy. A group, a carboxyl group, a hydroxyl group, a styryl group, a fluorine-containing alkyl group, and an ester group, each of which can be bonded to a substituent, may be substituted. n represents an integer of 1 to 10.

また、本発明は溶媒中に電解質と添加剤とが含有されてなるシュードキャパシタ用電解液において、該添加剤が下記一般式(2)で示される化合物であることを特徴とするシュードキャパシタ用電解液である。   The present invention also provides an electrolytic solution for a pseudocapacitor comprising an electrolyte and an additive contained in a solvent, wherein the additive is a compound represented by the following general formula (2): It is a liquid.

Figure 2009065074
Figure 2009065074

上記(2)式中、R7、R8はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい有機基を示し、それぞれ置換基を結合できるものは置換されていてもよい。上記有機基とは、より好ましくは水素原子、ハロゲン原子、鎖状アルキル基、鎖状エーテル基、環状アルキル基、アルコキシ基、ベンジルアルコキシ基、フェニルアルコキシ基、フェニル基、ベンジル基、アミノ基、エポキシ基、カルボキシル基、水酸基、スチリル基、含フッ素アルキル基、エステル基を示し、それぞれ置換基を結合できるものは置換されていてもよい。nは2以上10以下の整数を示す。   In the above formula (2), R7 and R8 each represents an organic group which may be the same or different, and those capable of binding a substituent may be substituted. More preferably, the organic group is a hydrogen atom, halogen atom, chain alkyl group, chain ether group, cyclic alkyl group, alkoxy group, benzylalkoxy group, phenylalkoxy group, phenyl group, benzyl group, amino group, epoxy. A group, a carboxyl group, a hydroxyl group, a styryl group, a fluorine-containing alkyl group, and an ester group, each of which can be bonded to a substituent, may be substituted. n represents an integer of 2 or more and 10 or less.

また、本発明は、上記添加剤の含有量が0.001〜10重量%であることを特徴とするシュードキャパシタ用電解液である。   The present invention also provides an electrolytic solution for a pseudocapacitor, wherein the content of the additive is 0.001 to 10% by weight.

さらに、本発明は、セパレータを挟み込んだ分極性電極に、上記電解液を含浸させ、これを容器に密閉してなるシュードキャパシタである。   Furthermore, the present invention is a pseudocapacitor obtained by impregnating a polarizable electrode sandwiching a separator with the above-described electrolyte solution and sealing it in a container.

上記のシロキサン誘導体が添加された本発明のシュードキャパシタ用電解液は、高電気伝導度を示し、広い電位窓及び高い電気化学安定性を示す。   The electrolytic solution for pseudocapacitors of the present invention to which the above siloxane derivative is added exhibits high electrical conductivity, a wide potential window, and high electrochemical stability.

上記添加剤を電解液に加えることによって、その界面活性剤としての作用から、シート状電極及びセパレータへの電解液の含浸性向上と、それに伴い、高容量化、内部抵抗低減効果、漏れ電流低減効果、電流レート特性向上効果を得ることができる。   By adding the above additives to the electrolyte, it improves the impregnation of the electrolyte into the sheet-like electrode and separator due to its action as a surfactant, and accordingly, increases the capacity, reduces internal resistance, and reduces leakage current. An effect and an effect of improving current rate characteristics can be obtained.

また、電解液の表面張力を下げる働きがあり、上記添加剤を添加した電解液を用いると、シュードキャパシタ製造工程時の電極への含浸性が増加することによるハンドリング向上の効果が得られる。   In addition, there is a function of lowering the surface tension of the electrolytic solution, and the use of the electrolytic solution to which the above-mentioned additive is added provides an effect of improving handling due to an increase in the impregnation property of the electrode during the manufacturing process of the pseudocapacitor.

以下、本発明のシュードキャパシタ用電解液について詳細に説明する。   Hereinafter, the electrolytic solution for pseudocapacitors of the present invention will be described in detail.

本発明のシュードキャパシタ用電解液に添加される添加剤は、下記一般式(1)に示される鎖状シロキサン誘導体である。溶媒中、電解質を含有するシュードキャパシタ用電解液に該添加剤を添加することによって、シュードキャパシタの電極及びセパレータへの含浸性の向上が見られ、低粘性率、および高電気伝導性を示し、かつ広い電位窓及び高い電気化学安定性の電解液が得られる。   The additive added to the electrolytic solution for pseudocapacitors of the present invention is a chain siloxane derivative represented by the following general formula (1). By adding the additive to the electrolytic solution for a pseudocapacitor containing an electrolyte in a solvent, the impregnation of the electrode and separator of the pseudocapacitor is improved, and exhibits a low viscosity and high electrical conductivity. In addition, an electrolytic solution having a wide potential window and high electrochemical stability can be obtained.

Figure 2009065074
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上記(1)式中、R1〜R6はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい有機基を示し、より好ましくは水素原子、ハロゲン原子、鎖状アルキル基、鎖状エーテル基、環状アルキル基、アルコキシ基、ベンジルアルコキシ基、フェニルアルコキシ基、フェニル基、ベンジル基、アミノ基、エポキシ基、カルボキシル基、水酸基、スチリル基、含フッ素アルキル基、エステル基を示し、それぞれ置換基を結合できるものは置換されていてもよい。また、nは1以上10以下の、より好ましくは1以上5以下の整数を示す。nが10を超える場合、著しく粘度が高くなり、電解液に溶解し難く、若しくは、電解液に溶解させたとき、キャパシタの特性が劣化してしまう。   In the above formula (1), R1 to R6 each represents an organic group which may be the same or different, more preferably a hydrogen atom, a halogen atom, a chain alkyl group, a chain ether group, a cyclic alkyl group, An alkoxy group, a benzylalkoxy group, a phenylalkoxy group, a phenyl group, a benzyl group, an amino group, an epoxy group, a carboxyl group, a hydroxyl group, a styryl group, a fluorine-containing alkyl group, or an ester group, each of which can be bonded to a substituent is substituted May be. N represents an integer of 1 to 10, more preferably 1 to 5. When n exceeds 10, the viscosity is remarkably increased, and it is difficult to dissolve in the electrolytic solution, or the characteristics of the capacitor deteriorate when dissolved in the electrolytic solution.

上記R1〜R6の有機基においてさらに好ましいものは、水素原子、炭素数1〜4の飽和炭化水素基、炭素数2〜4の不飽和炭化水素基からなる群から選ばれるいずれか一つをである。
前記炭素数1〜4の飽和炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、1−メチルエチル基(i−プロピル基)、1,1−ジメチルエチル基(t−ブチル基)、1−メチルプロピル基(sec−ブチル基)が挙げられる。
前記炭素数2〜4の不飽和炭化水素基としては、ビニル基、1−プロペニル基、アリル基、イソプロペニル基、1−ブテニル基、2−ブテニル基等のアルケニル基が挙げられる。
More preferable examples of the organic group represented by R1 to R6 include any one selected from the group consisting of a hydrogen atom, a saturated hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, and an unsaturated hydrocarbon group having 2 to 4 carbon atoms. is there.
Examples of the saturated hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms include methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, 1-methylethyl group (i-propyl group), 1,1-dimethylethyl group (t-butyl group). ), 1-methylpropyl group (sec-butyl group).
Examples of the unsaturated hydrocarbon group having 2 to 4 carbon atoms include alkenyl groups such as vinyl group, 1-propenyl group, allyl group, isopropenyl group, 1-butenyl group and 2-butenyl group.

また、本発明のシュードキャパシタ用電解液に添加される添加剤は下記一般式(2)で示される、少なくとも1種類の環状シロキサン誘導体であることを特徴とするシュードキャパシタ用電解液である。   The additive for the pseudocapacitor electrolyte of the present invention is at least one cyclic siloxane derivative represented by the following general formula (2).

Figure 2009065074
Figure 2009065074

上記(2)式中、R7、R8はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい有機基を示し、より好ましくは水素原子、ハロゲン原子、鎖状アルキル基、鎖状エーテル基、環状アルキル基、アルコキシ基、ベンジルアルコキシ基、フェニルアルコキシ基、フェニル基、ベンジル基、アミノ基、エポキシ基、カルボキシル基、水酸基、スチリル基、含フッ素アルキル基、エステル基を示し、それぞれ置換基を結合できるものは置換されていてもよい。また、nは2以上10以下の、より好ましくは3以上8以下の整数を示す。nが10を超える場合、著しく粘度が高くなり、電解液に溶解しない、もしくは、電解液に溶解させたとき、キャパシタの特性が劣化してしまう。   In the formula (2), R7 and R8 each represents an organic group which may be the same or different, more preferably a hydrogen atom, a halogen atom, a chain alkyl group, a chain ether group, a cyclic alkyl group, An alkoxy group, a benzylalkoxy group, a phenylalkoxy group, a phenyl group, a benzyl group, an amino group, an epoxy group, a carboxyl group, a hydroxyl group, a styryl group, a fluorine-containing alkyl group, or an ester group, each of which can be bonded to a substituent is substituted May be. N represents an integer of 2 to 10, more preferably 3 to 8. When n exceeds 10, the viscosity becomes remarkably high and does not dissolve in the electrolytic solution, or when dissolved in the electrolytic solution, the characteristics of the capacitor deteriorate.

上記有機基としてより好ましいものは、炭素数1〜4の鎖状アルキル基である。具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、1−メチルエチル基(i−プロピル基)、1,1−ジメチルエチル基(t−ブチル基)、1−メチルプロピル(sec−ブチル基)が挙げられる。   More preferable as the organic group is a chain alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. Specifically, methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, 1-methylethyl group (i-propyl group), 1,1-dimethylethyl group (t-butyl group), 1-methylpropyl (sec-butyl) Group).

また、上記一般式(1)又は(2)で示されるポリシロキサン誘導体の含有量は0.001〜10重量%であることが好ましく、より好ましくは0.01〜1重量%である。   Moreover, it is preferable that content of the polysiloxane derivative shown by the said General formula (1) or (2) is 0.001 to 10 weight%, More preferably, it is 0.01 to 1 weight%.

溶媒に溶解させる電解質としては、好ましくはリチウムイオンを放出しうる電解質であれば、従来公知のリチウム塩から任意に選択でき、特に限定されない。具体的には、陽イオンとして、リチウムカチオン、陰イオンとして、ClO 、BF 、PF 、CFSO 、N(CFSO 、N(CSO 、N(CFSO)(CSO、C(CFSO 及びC(CSO からなる群から選択されることが好ましい。なお、これらのアニオンは、2種以上が混合されていてもよい。 The electrolyte to be dissolved in the solvent is not particularly limited as long as it is an electrolyte capable of releasing lithium ions, and can be arbitrarily selected from conventionally known lithium salts. Specifically, as a cation, a lithium cation, and as an anion, ClO 4 , BF 4 , PF 6 , CF 3 SO 3 , N (CF 3 SO 2 ) 2 , N (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , N (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ) , C (CF 3 SO 2 ) 3 and C (C 2 F 5 SO 2 ) 3 It is preferable. In addition, 2 or more types of these anions may be mixed.

また上記電解質とともに電解液の電導度を向上せしめるために、第4級アンモニウム塩からなる電解質を含有させてもよい。第4級アンモニウム塩としては、従来公知の第4級アンモニウム塩から任意に選択でき、特に限定されない。具体的には、陽イオンとして、テトラエチルアンモニウムイオン、トリエチルメチルアンモニウムイオンなどの第4級アンモニウムカチオン、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムイオン、ジエチルイミダゾリウムイオンなどの第4級イミダゾリウムカチオン、プロピルピリジニウムイオン、イソプロピルピリジニウムイオンなどの第4級ピリジニウムカチオン、スピロ−(1,1’)−ビピロリジニウムイオンなどのピロリジニウムカチオンからなる群から選択されることが好ましい。なお、これらの陽イオンは、2種以上が混合されていてもよい。陰イオンは、特に限定されないが、非金属元素のみからなるアニオンが好ましい。   Moreover, in order to improve the electrical conductivity of electrolyte solution with the said electrolyte, you may contain the electrolyte which consists of a quaternary ammonium salt. The quaternary ammonium salt can be arbitrarily selected from conventionally known quaternary ammonium salts, and is not particularly limited. Specifically, the cation includes a quaternary ammonium cation such as tetraethylammonium ion or triethylmethylammonium ion, a quaternary imidazolium cation such as 1-ethyl-3-methylimidazolium ion or diethylimidazolium ion, propyl It is preferably selected from the group consisting of quaternary pyridinium cations such as pyridinium ions and isopropylpyridinium ions, and pyrrolidinium cations such as spiro- (1,1 ′)-bipyrrolidinium ions. In addition, 2 or more types of these cations may be mixed. The anion is not particularly limited, but an anion composed only of a nonmetallic element is preferable.

非水系電解液の溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等の環状炭酸エステル類;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状エステル類;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;ギ酸メチル、酢酸メチル、酪酸メチル等の鎖状エステル類;テトラヒドロフランまたはその誘導体;1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,4−ジブトキシエタン、メチルジグライム等のエーテル類;アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類;ジオキソランまたはその誘導体;エチレンスルフィド、スルホラン、スルトンまたはその誘導体;4−エチルフルオロベンゼン、(トリフルオロメチル)エチルカーボネート等のフッ素系溶媒等の単独またはそれら2種以上の混合物等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。   Examples of the solvent for the non-aqueous electrolyte include cyclic carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, chloroethylene carbonate, and vinylene carbonate; cyclic esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; dimethyl carbonate, diethyl carbonate Chain carbonates such as ethyl methyl carbonate; chain esters such as methyl formate, methyl acetate, methyl butyrate; tetrahydrofuran or derivatives thereof; 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, Ethers such as 1,4-dibutoxyethane and methyldiglyme; Nitriles such as acetonitrile and benzonitrile; Dioxolane or derivatives thereof; Ethylene sulfide, sulfolane, sultone or derivatives thereof; 4 -Fluorine solvents such as ethylfluorobenzene and (trifluoromethyl) ethyl carbonate may be used alone or as a mixture of two or more thereof, but are not limited thereto.

本発明のシュードキャパシタ用電解液は、以下の製造方法により調製することができる。   The electrolytic solution for pseudocapacitors of the present invention can be prepared by the following manufacturing method.

すなわち、上記溶媒に任意の濃度でリチウム塩及び必要に応じて第4級アンモニウム塩からなる電解質塩を加え、攪拌して塩が完全に溶解したことを確認してから、添加剤として上記シロキサン誘導体を、好ましくは0.001から10重量%、より好ましくは0.01〜1重量%加える。0.01重量%以下の場合、添加したことによる表面張力の低下およびそれに伴う電気伝導度の向上及び低粘性率化の効果が発揮されない場合があり、10重量%以上の場合、電解液の粘性率、電気伝導性及び電圧保持特性が著しく劣る場合が生じるとともに、経済性にも劣る場合がある。
非水系電解液の調整の場合、得られた電解液を脱水し、電解液中の水分を100ppm以下、好ましくは20ppm以下にまで減少させると、目的とするシュードキャパシタ用電解液が得られる。
That is, an electrolyte salt composed of a lithium salt and optionally a quaternary ammonium salt is added to the solvent at an arbitrary concentration, and after stirring to confirm that the salt is completely dissolved, the siloxane derivative is used as an additive. Is preferably added in an amount of 0.001 to 10% by weight, more preferably 0.01 to 1% by weight. In the case of 0.01% by weight or less, the effect of lowering the surface tension due to the addition and the accompanying improvement in electrical conductivity and lowering the viscosity may not be exhibited. In the case of 10% by weight or more, the viscosity of the electrolyte The rate, electrical conductivity, and voltage holding characteristics may be extremely inferior, and the economy may be inferior.
In the case of adjusting the non-aqueous electrolyte solution, when the obtained electrolyte solution is dehydrated and the water in the electrolyte solution is reduced to 100 ppm or less, preferably 20 ppm or less, the target electrolyte solution for a pseudo capacitor is obtained.

本発明の電解液における電解質塩の濃度は、電解液全体に対して、0.5〜3mol/Lが好ましい。リチウム塩の濃度が0.5mol/L未満では、電気伝導度が不足する場合があり、また、3mol/Lより多い場合は電気化学的安定性が低下するとともに、経済性に劣る場合がある。   The concentration of the electrolyte salt in the electrolytic solution of the present invention is preferably 0.5 to 3 mol / L with respect to the entire electrolytic solution. If the concentration of the lithium salt is less than 0.5 mol / L, the electrical conductivity may be insufficient, and if it is more than 3 mol / L, the electrochemical stability may be lowered and the economy may be inferior.

このようにして調整された電解液を使用してシュードキャパシタを作製することができる。本発明のシュードキャパシタの作製は、一般的なシュードキャパシタの製造方法によることができ、すなわち、セパレータを挟み込んだ分極性電極に、駆動用電解液となる本発明の添加剤を含有させたシュードキャパシタ用電解液を含浸させ、これを容器に密封することにより行われる。   A pseudocapacitor can be produced using the electrolytic solution thus adjusted. The pseudocapacitor of the present invention can be manufactured by a general method of manufacturing a pseudocapacitor, that is, a pseudocapacitor in which a polarizable electrode sandwiching a separator contains the additive of the present invention as a driving electrolyte. It is carried out by impregnating with an electrolytic solution and sealing it in a container.

シュードキャパシタ電極に用いられる分極性電極としては特に制限はなく、活性炭粉末、活性炭繊維などの多孔性炭素材料や、貴金属酸化物材料、あるいは導電性高分子材料、リチウムイオンインターカレート材料、有機超分子材料などが用いられる。また、セパレータとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン系不織布などの素材からなるセパレータを用いることができる。   There are no particular restrictions on the polarizable electrode used for the pseudocapacitor electrode, porous carbon materials such as activated carbon powder and activated carbon fiber, noble metal oxide materials, conductive polymer materials, lithium ion intercalating materials, organic super Molecular materials are used. Moreover, as a separator, the separator which consists of raw materials, such as polyethylene and a polypropylene-type nonwoven fabric, can be used.

本発明のシュードキャパシタの形状としては、特に限定されず、フィルム型、コイン型、円筒型、箱型などの形状に作製することができる。   The shape of the pseudocapacitor of the present invention is not particularly limited, and the pseudocapacitor can be formed into a film shape, a coin shape, a cylindrical shape, a box shape or the like.

図1は上記形状のうち、コイン型シュードキャパシタの例であり、本発明のシュードキャパシタの構成の一例を示す概略断面図である。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a coin-type pseudocapacitor among the above shapes, and showing an example of the configuration of the pseudocapacitor of the present invention.

図1中、負極キャップ1,負極電極2,集電体3からなる負極部と、集電体3,正極電極6,正極ケース7からなる正極部とを有し、正負両電極はセパレータ5を介し対向するよう配置される。電解液4は電極、セパレータ、及び容器中に含浸、充填される。負極キャップ1と正極ケース7とはガスケット8によって絶縁され、嵌合される。   In FIG. 1, it has a negative electrode part composed of a negative electrode cap 1, a negative electrode 2 and a current collector 3, and a positive electrode part composed of a current collector 3, a positive electrode 6 and a positive electrode case 7. It arrange | positions so that it may oppose. The electrolytic solution 4 is impregnated and filled in electrodes, separators, and containers. The negative electrode cap 1 and the positive electrode case 7 are insulated and fitted by a gasket 8.

本発明のシュードキャパシタは、極めて高い耐電圧を有し、少なくとも2.8Vから4.5Vに至るまでを含む範囲で安定した充放電特性を示す。   The pseudocapacitor of the present invention has a very high withstand voltage and exhibits stable charge / discharge characteristics in a range including at least 2.8V to 4.5V.

以下、実施例を挙げ、本発明を更に詳しく説明する。なお、本発明は実施例によりなんら限定されない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. In addition, this invention is not limited at all by the Example.

実施例1
シュードキャパシタ用電解液の調整
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの重量比を1:1とした混合溶媒に濃度1.0mol/LとなるようにLiPFを加え、環状シロキサンであるヘキサメチルシクロトリシロキサン(東京化成工業株式会社製:試薬、下式No.1)を0.1重量%添加し、脱水して水分値を100ppm以下にしたシュードキャパシタ用電解液を得た(以下、この電解液及び電解液を用いたシュードキャパシタを「発明品1」とする)。
Example 1
Preparation of electrolytic solution for pseudocapacitor LiPF 6 was added to a mixed solvent in which the weight ratio of ethylene carbonate and diethyl carbonate was 1: 1 so that the concentration was 1.0 mol / L, and hexamethylcyclotrisiloxane (cyclic siloxane) Tokyo Chemical Industry Co., Ltd .: 0.1% by weight of a reagent, the following formula No. 1) was added and dehydrated to obtain an electrolytic solution for a pseudocapacitor having a moisture value of 100 ppm or less (hereinafter referred to as this electrolytic solution and electrolysis). A pseudocapacitor using a liquid is referred to as “Invention 1”).

同様に、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの重量比を1:1とした混合溶媒に濃度1.0mol/LとなるようにLiPFを加え、環状シロキサンであるオクタメチルシクロテトラシロキサン(東京化成工業株式会社製:試薬、下式No.2)を0.1重量%添加し、脱水して水分値を100ppm以下にしたシュードキャパシタ用電解液を得た(上記同様、「発明品2」とする)。 Similarly, LiPF 6 is added to a mixed solvent in which the weight ratio of ethylene carbonate and diethyl carbonate is 1: 1 so that the concentration becomes 1.0 mol / L, and octamethylcyclotetrasiloxane (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), which is a cyclic siloxane, is added. Company: Reagent, 0.1 wt% of the following formula No. 2) was added and dehydrated to obtain an electrolytic solution for a pseudocapacitor having a moisture value of 100 ppm or less (same as above, “Invention 2”) .

同様に、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの重量比を1:1とした混合溶媒に濃度1.0mol/LとなるようにLiPFを加え、環状シロキサンであるデカメチルシクロペンタシロキサン(東京化成工業株式会社製:試薬、下式No.3)を0.1重量%添加し、脱水して水分値を100ppm以下にしたシュードキャパシタ用電解液を得た(上記同様、「発明品3」とする)。 Similarly, LiPF 6 was added to a mixed solvent in which the weight ratio of ethylene carbonate and diethyl carbonate was 1: 1 so that the concentration was 1.0 mol / L, and decamethylcyclopentasiloxane (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), which is a cyclic siloxane. Company: Reagent, 0.1 wt% of the following formula No. 3) was added and dehydrated to obtain an electrolytic solution for a pseudocapacitor having a moisture value of 100 ppm or less (same as above, “Invention 3”) .

同様に、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの重量比を1:1とした混合溶媒に濃度1.0mol/LとなるようにLiPFを加え、鎖状シロキサンであるヘキサメチルジシロキサン(東京化成工業株式会社製:試薬、下式No.4)を0.1重量%添加し、脱水して水分値を100ppm以下にしたシュードキャパシタ用電解液を得た(上記同様、「発明品4」とする)。 Similarly, LiPF 6 was added to a mixed solvent in which the weight ratio of ethylene carbonate and diethyl carbonate was 1: 1 to a concentration of 1.0 mol / L, and hexamethyldisiloxane, a chain siloxane (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.). Company: Reagent, 0.1 wt% of the following formula No. 4) was added and dehydrated to obtain an electrolytic solution for a pseudocapacitor having a moisture value of 100 ppm or less (same as above, “Invention 4”) .

同様に、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの重量比を1:1とした混合溶媒に濃度1.0mol/LとなるようにLiPFを加え、鎖状シロキサンであるオクタメチルトリシロキサン(東京化成工業株式会社製:試薬、下式No.5)を0.1重量%添加し、脱水して水分値を100ppm以下にしたシュードキャパシタ用電解液を得た(上記同様、「発明品5」とする)。 Similarly, LiPF 6 was added to a mixed solvent in which the weight ratio of ethylene carbonate and diethyl carbonate was 1: 1 so that the concentration was 1.0 mol / L, and octamethyltrisiloxane (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), which is a chain siloxane. Company: Reagent, 0.1 wt% of the following formula No. 5) was added and dehydrated to obtain an electrolytic solution for a pseudocapacitor having a moisture value of 100 ppm or less (same as above, “Invention 5”) .

同様に、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの重量比を1:1とした混合溶媒に濃度1.0mol/LとなるようにLiPFを加え、鎖状シロキサンであるデカメチルテトラシロキサン(東京化成工業株式会社製:試薬、下式No.6)を0.1重量%添加し、脱水して水分値を100ppm以下にしたシュードキャパシタ用電解液を得た(上記同様、「発明品6」とする)。 Similarly, LiPF 6 was added to a mixed solvent in which the weight ratio of ethylene carbonate and diethyl carbonate was 1: 1 so that the concentration was 1.0 mol / L, and decamethyltetrasiloxane (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), which is a chain siloxane. Company: Reagent, 0.1 wt% of the following formula No. 6) was added and dehydrated to obtain an electrolytic solution for a pseudocapacitor having a moisture value of 100 ppm or less (same as above, “Invention 6”) .

同様に、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの重量比を1:1とした混合溶媒に濃度1.0mol/LとなるようにLiPFを加え、さらに0.5mol/Lとなるように、スピロ―(1,1)―ビピロリジニウムヘキサフルオロリン酸(SBPPF)を加えて、さらに環状シロキサンであるヘキサメチルシクロトリシロキサン(東京化成工業株式会社製:試薬、下式No.1)を0.1重量%添加し、脱水して、水分値を100ppm以下にしたシュードキャパシタ用電解液を得た(上記同様、「発明品7」とする)。 Similarly, LiPF 6 is added to a mixed solvent in which the weight ratio of ethylene carbonate and diethyl carbonate is 1: 1 to a concentration of 1.0 mol / L, and spiro- ( 1,1) -bipyrrolidinium hexafluorophosphoric acid (SBPPF 6 ) was added and hexamethylcyclotrisiloxane (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd .: reagent, the following formula No. 1), which is a cyclic siloxane, was further reduced to 0. 1 wt% was added and dehydrated to obtain an electrolytic solution for a pseudocapacitor having a moisture value of 100 ppm or less (same as above, “Invention 7”).

同様にエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの重量比を1:1とした混合溶媒に濃度1.0mol/LとなるようにLiPFを加え、さらに0.5mol/Lとなるように、トリエチルメチルアンモニウムヘキサフルオロリン酸(TEMAPF)を加えて、さらに環状シロキサンであるヘキサメチルシクロトリシロキサン(東京化成工業株式会社製:試薬、下式No.1)を0.1重量%添加し、脱水して、水分値を100ppm以下にしたシュードキャパシタ用電解液を得た(上記同様、「発明品8」とする)。 Similarly, LiPF 6 is added to a mixed solvent in which the weight ratio of ethylene carbonate and diethyl carbonate is 1: 1 so that the concentration is 1.0 mol / L, and further, triethylmethylammonium hexahexadium is added so that the concentration becomes 0.5 mol / L. Add fluorophosphoric acid (TEMMAPF 6 ), add 0.1 wt% of hexamethylcyclotrisiloxane (Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd .: reagent, lower formula No. 1), which is a cyclic siloxane, dehydrate, An electrolytic solution for a pseudocapacitor having a moisture value of 100 ppm or less was obtained (same as above, “Invention 8”).

比較として、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの重量比を1:1とした混合溶媒に濃度1.0mol/LとなるようにLiPFを加えて脱水し、水分値を100ppm以下にした電解液を調整した(上記同様、「比較品1」とする)。 As a comparison, LiPF 6 was added to a mixed solvent in which the weight ratio of ethylene carbonate and diethyl carbonate was 1: 1 so as to have a concentration of 1.0 mol / L and dehydrated to prepare an electrolytic solution having a moisture value of 100 ppm or less. (Same as above, “Comparative product 1”).

また、今回使用した環状シロキサン「ヘキサメチルシクロトリシロキサン(No.1)」「オクタメチルシクロテトラシロキサン(No.2)」「デカメチルシクロペンタンシロキサン(No.3)」および鎖状シロキサン「ヘキサメチルジシロキサン(No.4)」「オクタメチルトリシロキサン(No.5)」「デカメチルテトラシロキサン(No.6)」の化学構造式について、下式に示す。   In addition, the cyclic siloxanes “hexamethylcyclotrisiloxane (No. 1)”, “octamethylcyclotetrasiloxane (No. 2)”, “decamethylcyclopentanesiloxane (No. 3)” and the chain siloxane “hexamethyl” used this time. The chemical structural formulas of disiloxane (No. 4), “octamethyltrisiloxane (No. 5)” and “decamethyltetrasiloxane (No. 6)” are shown in the following formula.

Figure 2009065074
Figure 2009065074

これらの各電解液の25℃のときの粘性率、および電気伝導度測定した結果を表2に示す。   Table 2 shows the viscosity and electrical conductivity measurement results of these electrolyte solutions at 25 ° C.

Figure 2009065074
Figure 2009065074

表1に示すように、電解質にLiPFのみを用いた系(発明品1〜6、比較品1)の比較では、添加剤としてシロキサン誘導体を添加した発明品1〜6は、添加剤を使用しない比較品1と比べて粘性率及び電気伝導度に優れた結果となっている。具体的には粘性率で約12.2〜4.1%低減、電気伝導度で約10.0〜3.3%増大させる効果を得た。また、より好ましい添加剤としては、「発明品1」に使用した「ヘキサメチルシクロトリシロキサン」であることが確認できた。 As shown in Table 1, in the comparison of the system using only LiPF 6 as the electrolyte (Invention products 1 to 6, Comparative product 1), Invention products 1 to 6 added with a siloxane derivative as an additive use the additive. Compared with comparative product 1 that does not, the results are excellent in viscosity and electrical conductivity. Specifically, an effect of reducing the viscosity by about 12.2 to 4.1% and increasing the electric conductivity by about 10.0 to 3.3% was obtained. Further, it was confirmed that the more preferable additive was “hexamethylcyclotrisiloxane” used in “Invention Product 1”.

実施例2
シュードキャパシタの作製
実施例1の電解液(発明品1〜8及び比較品1)を用いてシュードキャパシタを作製した。
Example 2
Production of Pseudocapacitor Pseudocapacitors were produced using the electrolyte solution of Example 1 (Inventions 1 to 8 and Comparative Product 1).

正極は活物質(活性炭:日本エンバイロケミカルズ株式会社、白鷺KA)、導電材(ケッチェンブラック:ライオン株式会社、ECP−600JD)、及びバインダー(PTFE:三井・デュポン フロロケミカル株式会社、30−J)を混合し作製した。その重量組成比は活物質:導電材:バインダー=80部:10部:10部とした。これらの混合物にエタノールを加えながら十分に混錬し、圧延することで平均して厚み0.85mmの活性炭シート電極を得た。この活性炭シート電極をφ15のポンチで打ち抜いたものを、集電体(φ17のSUS316製プレート)が溶接されたケース、キャップ(何れもSUS316製)に導電性接着剤にて接着し、正極部を得た。   The positive electrode is an active material (activated carbon: Nippon Envirochemicals Corporation, Shirasagi KA), conductive material (Ketjen Black: Lion Corporation, ECP-600JD), and binder (PTFE: Mitsui DuPont Fluorochemical Corporation, 30-J). Were prepared. The weight composition ratio was active material: conductive material: binder = 80 parts: 10 parts: 10 parts. These mixtures were sufficiently kneaded while adding ethanol, and rolled to obtain an activated carbon sheet electrode having an average thickness of 0.85 mm. This activated carbon sheet electrode punched out with a φ15 punch is bonded to a case and cap (both made from SUS316) with a current collector (φ17 made of SUS316) with a conductive adhesive, and the positive electrode part is attached Obtained.

負極はポリアセン(PAS)、導電材(ケッチェンブラック:ライオン株式会社、ECP−600JD)、及びバインダー(PTFE:三井・デュポン フロロケミカル株式会社、30−J)を混合し作製した。その重量組成比はPAS:導電材:バインダー=80部:10部:10部とした。これらの混合物にエタノールを加えながら十分に混錬し、圧延することで平均して厚み0.80mmのPASシート電極を得た。この活性炭シート電極をφ15のポンチで打ち抜いたものを、集電体(φ17のSUS316製プレート)が溶接されたケース、キャップ(何れもSUS316製)に導電性接着剤にて接着し、負極部を得た。   The negative electrode was prepared by mixing polyacene (PAS), a conductive material (Ketjen Black: Lion Corporation, ECP-600JD), and a binder (PTFE: Mitsui DuPont Fluorochemical Co., Ltd., 30-J). The weight composition ratio was PAS: conductive material: binder = 80 parts: 10 parts: 10 parts. These mixtures were sufficiently kneaded while adding ethanol, and rolled to obtain a PAS sheet electrode having an average thickness of 0.80 mm. This activated carbon sheet electrode punched out with a φ15 punch is bonded to a case and cap (both made of SUS316) welded with a current collector (φ17 made of SUS316) with a conductive adhesive, and the negative electrode portion is attached. Obtained.

それらの電極に実施例1の電解液をそれぞれ注液し、0.010MPaで10分減圧含浸した後、ポリプロピレン製不織布をセパレータとして介し、ポリプロピレン製ガスケットをキャップに装着して組み立て、カシメ機にて嵌合して2032サイズのコイン型シュードキャパシタを完成した。   Each of these electrodes was injected with the electrolyte solution of Example 1 and impregnated under reduced pressure at 0.010 MPa for 10 minutes, and then assembled by attaching a polypropylene gasket to the cap through a polypropylene non-woven fabric as a separator. The 2032 size coin type pseudo capacitor was completed by fitting.

シュードキャパシタの評価
それぞれのシュードキャパシタについて、20℃において充放電試験を行った。各キャパシタを所定の測定温度下に30分以上放置し、キャパシタが所定温度に達した後、定格電圧として4.0Vを30分印加後、放電電流10mAにて定電流放電し、キャパシタ端子間電圧が3.2Vから1.6Vになるまでの時間より静電容量を算出した。また、放電の下限値を1.5Vとした。漏れ電流は静電容量測定時と同様に、定格電圧として3.0Vを30分印加後、回路中に直列接続した定格1kΩの精密抵抗の抵抗間電圧を測定することで算出した。また、供試サンプル数はn=10個とした。これらの結果を下表3に示す。
Evaluation of pseudocapacitors Each pseudocapacitor was subjected to a charge / discharge test at 20 ° C. Each capacitor is allowed to stand at a predetermined measurement temperature for 30 minutes or more, and after the capacitor reaches a predetermined temperature, 4.0 V is applied as a rated voltage for 30 minutes, and then a constant current discharge is performed at a discharge current of 10 mA. The electrostatic capacity was calculated from the time from 3.2 V to 1.6 V. Moreover, the lower limit of the discharge was set to 1.5V. The leakage current was calculated by measuring the voltage between resistors of a precision resistor with a rating of 1 kΩ connected in series in the circuit after applying 3.0 V as a rated voltage for 30 minutes in the same manner as the capacitance measurement. The number of test samples was n = 10. These results are shown in Table 3 below.

Figure 2009065074
Figure 2009065074

表2に示すように、電解質塩にLiPFを使用し、添加剤としてシロキサン誘導体を添加した発明品1〜6は、添加剤を使用しない比較品1と比べて静電容量が若干優れ、漏れ電流については比較品と比べて、著しく低減せしめた結果となっている。具体的には静電容量で約2.8〜6.1%増大し、内部抵抗では約6.1〜14.6%低減し、漏れ電流については、57.2〜45.4%と、大幅に低減させることができた。 As shown in Table 2, invention products 1 to 6 using LiPF 6 as the electrolyte salt and having a siloxane derivative added as an additive have a slightly higher capacitance and leakage than the comparative product 1 using no additive. As a result, the current is significantly reduced as compared with the comparative product. Specifically, the capacitance increases by about 2.8 to 6.1%, the internal resistance decreases by about 6.1 to 14.6%, and the leakage current is 57.2 to 45.4%. It was possible to greatly reduce.

また、発明品1〜3は、鎖状シロキサン誘導体を添加した発明品4〜6と比べても静電容量、内部抵抗ともに優れ、かつ漏れ電流については比較品と比べて著しく低減せしめた結果となっている。具体的には、静電容量で約3.2〜2.1%増大し、内部抵抗では約2.3〜9.1%低減し、漏れ電流の値が、発明品の方が21.6〜12.3%低減させる事ができ、鎖状シロキサンよりも環状シロキサンの方が、添加剤として優れていることが確認できた。   Inventive products 1 to 3 are superior in both capacitance and internal resistance compared to inventive products 4 to 6 to which a chain siloxane derivative is added, and the leakage current is significantly reduced compared to the comparative product. It has become. Specifically, the capacitance increases by about 3.2 to 2.1%, the internal resistance decreases by about 2.3 to 9.1%, and the leakage current value is 21.6% for the inventive product. It could be reduced by ˜12.3%, and it was confirmed that cyclic siloxane was superior to chain siloxane as an additive.

また、電解質に第4級アンモニウム塩を加えた発明品7と発明品8との比較では、スピロ―(1,1)―ビピロリジニウムヘキサフルオロリン酸を加えた発明品7の方が、トリエチルメチルアンモニウムヘキサフルオロリン酸を加えた発明品8と比べると、静電容量で約3.4%、内部抵抗で22.8%、漏れ電流については28.6%と、大幅に低減させることができた。   Further, in comparison between Invention 7 and Invention 8 in which a quaternary ammonium salt was added to the electrolyte, Invention 7 in which spiro- (1,1) -bipyrrolidinium hexafluorophosphoric acid was added, Compared with Invention 8 to which triethylmethylammonium hexafluorophosphoric acid is added, the capacitance is about 3.4%, the internal resistance is 22.8%, and the leakage current is 28.6%. I was able to.

次に、電解液の電極に対する含浸性を評価するため、得られたシュードキャパシタのリフロー特性を測定した。リフロー処理後のシュードキャパシタの特性、特に静電容量および内部抵抗値が安定し、バラツキが低減していることが確認できれば、より電極の細孔奥深くまで電解液が含浸されているものと判断できる。   Next, in order to evaluate the impregnation property of the electrolytic solution to the electrode, the reflow characteristics of the obtained pseudocapacitor were measured. If it can be confirmed that the characteristics of the pseudo capacitor after reflow treatment, in particular, the capacitance and internal resistance are stable and the variation is reduced, it can be determined that the electrolyte is impregnated deeper into the pores of the electrode. .

リフロー試験条件としては、プレヒート工程として180℃で1分間処理し、次に加熱工程として260℃で1分間処理した後、20℃まで自然冷却させた。その後、セルの静電容量および内部抵抗について、上述した条件にて測定した。供試サンプル数はn=10個とした。これらの結果を下表3(静電容量)および表4(内部抵抗)に示す。   As a reflow test condition, it processed at 180 degreeC for 1 minute as a preheating process, and after processing at 260 degreeC for 1 minute as a heating process next, it naturally cooled to 20 degreeC. Thereafter, the capacitance and internal resistance of the cell were measured under the conditions described above. The number of test samples was n = 10. These results are shown in Table 3 (capacitance) and Table 4 (internal resistance) below.

Figure 2009065074
Figure 2009065074

Figure 2009065074
Figure 2009065074

表3および表4より、シロキサン添加した電解液を用いた発明品1〜6は、静電容量および内部抵抗とも、リフロー後の測定値のバラツキが、リフロー前と比べて約30〜40%前後小さくなって改善されている。その結果に対し、シロキサンを添加していない比較品1は、静電容量および内部抵抗において、測定値のバラツキ改善効果は見られなかった。したがって、シロキサンを添加した発明品1〜6では、電解液の電極への含浸性向上が確認できた。   From Tables 3 and 4, Inventions 1 to 6 using an electrolyte containing siloxane added had a variation in measured values after reflowing of about 30 to 40% compared to before reflowing for both capacitance and internal resistance. Smaller and improved. On the other hand, Comparative Product 1 to which siloxane was not added did not show an effect of improving variation in measured values in terms of capacitance and internal resistance. Therefore, in the inventive products 1 to 6 to which siloxane was added, it was confirmed that the impregnation property of the electrolyte to the electrode was improved.

また、発明品1〜3は、鎖状シロキサン誘導体を添加した比較品4〜6と比べても静電容量、内部抵抗のバラツキが小さく、優れた結果となっている。具体的には、静電容量で約3.1〜10.5%増大し、内部抵抗では約26.5〜40.4%低減させる事ができ、鎖状シロキサンよりも環状シロキサンの方が、添加剤として優れていることが確認できた。   Inventive products 1 to 3 have excellent variations in capacitance and internal resistance as compared with comparative products 4 to 6 to which a chain siloxane derivative is added. Specifically, the capacitance can be increased by about 3.1 to 10.5%, and the internal resistance can be reduced by about 26.5 to 40.4%. The cyclic siloxane is more preferable than the chain siloxane. It was confirmed that it was excellent as an additive.

また、電解質に第4級アンモニウム塩を加えた発明品7と発明品8との比較では、スピロ―(1,1)―ビピロリジニウムヘキサフルオロリン酸を加えた発明品7の方が、トリエチルメチルアンモニウムヘキサフルオロリン酸を加えた発明品8と比べると、静電容量、内部抵抗ともに発明品7の方が、バラツキが小さく、良好である事が分かった。   Further, in comparison between Invention 7 and Invention 8 in which a quaternary ammonium salt was added to the electrolyte, Invention 7 in which spiro- (1,1) -bipyrrolidinium hexafluorophosphoric acid was added, Compared to Invention 8 to which triethylmethylammonium hexafluorophosphoric acid was added, it was found that Invention 7 was better in terms of both capacitance and internal resistance, with less variation.

以上の結果から、より好ましい添加剤としては、「発明品1」に使用した「ヘキサメチルシクロトリシロキサン」であることが確認でき、また、第4級アンモニウム塩であるスピロ―(1,1)―ビピロリジニウムヘキサフルオロリン酸を加えることでさらにシュードキャパシタの特性が向上する事が確認できた。   From the above results, it can be confirmed that the more preferable additive is “hexamethylcyclotrisiloxane” used in “Invention Product 1”, and spiro- (1,1) which is a quaternary ammonium salt. -It was confirmed that the characteristics of pseudocapacitors were further improved by adding bipyrrolidinium hexafluorophosphoric acid.

本発明のシュードキャパシタ用電解液の添加剤であるシロキサン誘導体を用いると、上記したように、ごく少量の添加量でも、シュードキャパシタを試作する際の含浸性が向上し、それに伴い高容量、低漏れ電流が可能になる。また、これらの添加剤に、特に、電解質にスピロ化合物を組み合わせて使用することで、従来のものより格段に優れた諸特性を発揮させることができる。   When the siloxane derivative, which is an additive for the electrolytic solution for the pseudocapacitor of the present invention, is used, as described above, the impregnation property when producing a pseudocapacitor is improved even with a very small amount of addition, and accordingly, a high capacity, low Leakage current is possible. Further, by using these additives in combination with a spiro compound in particular in an electrolyte, it is possible to exhibit various characteristics far superior to conventional ones.

本発明のシュードキャパシタの構成の一例を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows an example of a structure of the pseudocapacitor of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 負極キャップ
2 負極電極
3 集電体
4 電解質
5 セパレータ
6 正極電極
7 正極ケース
8 ガスケット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Negative electrode cap 2 Negative electrode 3 Current collector 4 Electrolyte 5 Separator 6 Positive electrode 7 Positive electrode case 8 Gasket

Claims (4)

溶媒中に電解質と添加剤とが含有されてなるシュードキャパシタ用電解液において、該添加剤が下記一般式(1)で示される化合物であることを特徴とするシュードキャパシタ用電解液。
Figure 2009065074
(式中、R1〜R6はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい有機基を示し、それぞれ置換基を結合できるものは置換されていてもよい。nは1以上10以下の整数を表す。)
An electrolytic solution for a pseudocapacitor in which an electrolyte and an additive are contained in a solvent, wherein the additive is a compound represented by the following general formula (1).
Figure 2009065074
(In the formula, R1 to R6 each represents an organic group that may be the same or different, and those that can be bonded to each substituent may be substituted. N represents an integer of 1 to 10. )
溶媒中に電解質と添加剤とが含有されてなるシュードキャパシタ用電解液において、該添加剤が下記一般式(2)で示される化合物であることを特徴とするシュードキャパシタ用電解液。
Figure 2009065074
(式中、R7、R8はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい有機基を示し、それぞれ置換基を結合できるものは置換されていてもよい。nは2以上10以下の整数を表す。)
An electrolytic solution for a pseudocapacitor in which an electrolyte and an additive are contained in a solvent, wherein the additive is a compound represented by the following general formula (2).
Figure 2009065074
(In the formula, R7 and R8 each represents an organic group which may be the same or different, and those capable of binding a substituent may be substituted. N represents an integer of 2 or more and 10 or less. )
上記添加剤の含有量が、0.001〜10重量%であることを特徴とする請求項1又は2に記載のシュードキャパシタ用電解液。   The electrolytic solution for pseudocapacitors according to claim 1 or 2, wherein the content of the additive is 0.001 to 10% by weight. セパレータを挟み込んだ分極性電極に、請求項1〜3のいずれかに記載の電解液を含浸させ、これを容器に密閉してなるシュードキャパシタ。   A pseudocapacitor obtained by impregnating a polarizable electrode sandwiching a separator with the electrolytic solution according to any one of claims 1 to 3, and sealing the impregnated electrode in a container.
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