JP2010087315A - Electric double layer capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水電解液を用いた電気二重層キャパシタに関する。 The present invention relates to an electric double layer capacitor using a non-aqueous electrolyte.
電気二重層キャパシタは、例えばアルミニウムである金属箔の表面に分極性電極層を設けた分極性電極間にセパレ−タを介在させて巻回し、または積層したコンデンサ素子に電解液を含浸し、このコンデンサ素子を金属ケ−ス内に収納して、開口端部を密封した構造を有する。 An electric double layer capacitor is wound with a separator interposed between polarizable electrodes in which a polarizable electrode layer is provided on the surface of a metal foil made of aluminum, for example, or a laminated capacitor element is impregnated with an electrolytic solution. The capacitor element is housed in a metal case and the opening end is sealed.
以上の電気二重層キャパシタは、高容量で長期信頼性に優れたものが要求され、従来の電気二重層キャパシタの電解液に、プロピレンカーボネートなどのカーボネート系溶媒を使用することが行われている。これによれば、高容量で、しかも高温負荷に優れる電気二重層キャパシタを得ることができる。 The electric double layer capacitor described above is required to have a high capacity and excellent long-term reliability, and a carbonate-based solvent such as propylene carbonate is used as an electrolytic solution of a conventional electric double layer capacitor. According to this, an electric double layer capacitor having a high capacity and excellent in high temperature load can be obtained.
ところが、カーボネート系溶媒を用いた電解液では、高温下では溶媒の分解により一酸化炭素(CO)ガスが発生するため、分極性電極や電解液等を収容している容器の内圧が上昇するという問題が生じる。このため、60℃が限界であり、70〜85℃というさらなる高温使用には対応することができないという問題点があった。これに対して、γ−ブチロラクトンを用いて70℃使用を可能にしようという試みがある。(特許文献1)。
しかしながら、さらに85℃使用と可能にしようとすると特性の劣化を抑えることができない。そこで、本発明は、この問題を解決し、85℃で使用可能な電気二重層キャパシタを提供することを目的とする。 However, if it is further possible to use at 85 ° C., deterioration of characteristics cannot be suppressed. Therefore, an object of the present invention is to solve this problem and provide an electric double layer capacitor that can be used at 85 ° C.
本発明の電気二重層キャパシタは、一対の分極性電極体とこの一対の分極性電極体の間に介在されたセパレータとにより構成されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子に含浸されるγ−ブチロラクトンを主溶媒とする電解液と、前記コンデンサ素子を収納するケースと、このケースの開口部を封口する封口部材とを備え、前記封口部材に穿設されている透孔にエチレンプロピレンターポリマーからなる安全弁を嵌着してなることを特徴とする。 The electric double layer capacitor of the present invention comprises a capacitor element constituted by a pair of polarizable electrode bodies and a separator interposed between the pair of polarizable electrode bodies, and γ-butyrolactone impregnated in the capacitor element. A safety valve comprising an electrolytic solution as a main solvent, a case for housing the capacitor element, and a sealing member for sealing an opening of the case, and an ethylene propylene terpolymer formed in a through hole formed in the sealing member It is characterized by being fitted.
本発明の電気二重層キャパシタは、γ−ブチロラクトンを主溶媒とする電解液を用い、開口部を封口する封口部材とを備え、この封口部材に穿設されている透孔にエチレンプロピレンターポリマーからなる安全弁を嵌着しているので、85℃使用においても、溶媒の分解による特性の劣化がなく、さらに安全弁からの水分の浸入が抑制されるためと思われるが、水分による劣化が抑制され、85℃使用において良好な特性を有する電気二重層キャパシタを提供することができる。 The electric double layer capacitor of the present invention comprises an electrolytic solution containing γ-butyrolactone as a main solvent, and a sealing member that seals the opening. From the ethylene propylene terpolymer to the through-hole formed in the sealing member. It seems that there is no deterioration of the characteristics due to the decomposition of the solvent even when used at 85 ° C., and further the infiltration of moisture from the safety valve is suppressed, but the deterioration due to moisture is suppressed, An electric double layer capacitor having good characteristics when used at 85 ° C. can be provided.
この発明の電気二重層キャパシタは、アルミニウムからなる金属集電体箔に分極性電極層を形成した電極をセパレータを介して対向させてコンデンサ素子を作製し、このコンデンサ素子に電解液を含浸して、電気二重層キャパシタとしたものである。 In the electric double layer capacitor of the present invention, a capacitor element is manufactured by facing a metal current collector foil made of aluminum with a polarizable electrode layer facing through a separator, and the capacitor element is impregnated with an electrolytic solution. An electric double layer capacitor is obtained.
電極に用いる金属集電体箔としては、アルミニウムエッチング箔を用いる。アルミニウム箔としては純度99.9%以上の高純度のアルミニウムを用いる。その厚さとしては、通常10〜50μm程度の厚さのアルミニウム箔を用いる。 An aluminum etching foil is used as the metal current collector foil used for the electrode. As the aluminum foil, high-purity aluminum having a purity of 99.9% or more is used. As the thickness, an aluminum foil having a thickness of about 10 to 50 μm is usually used.
この金属集電体箔に、例えば活性炭粉末と導電助剤とバインダと、有機溶剤または水などの溶媒とを混合してなるペーストを塗布する。または、ぺーストをシート状に成形して、このシートを集電体に圧接して分極性電極とする。 For example, a paste obtained by mixing activated carbon powder, a conductive additive, a binder, and a solvent such as an organic solvent or water is applied to the metal current collector foil. Alternatively, the paste is formed into a sheet shape, and this sheet is pressed against a current collector to form a polarizable electrode.
活性炭の原料は、植物系の木材、のこくず、ヤシ殻、パルプ廃液、化石燃料系の石炭、石油重質油、或いはそれらを熱分解した石炭及び石油系ピッチ、石油コークス等である。活性炭は、これらの原料を炭化後、賦活処理して得られる。 The raw material of the activated carbon is plant-based wood, sawdust, coconut husk, pulp waste liquid, fossil fuel-based coal, heavy petroleum oil, or coal and petroleum-based pitch, petroleum coke obtained by pyrolyzing them. Activated carbon is obtained by carbonizing these raw materials and then activating them.
導電助剤としては、伝導性を有する炭素材料である、カーボンブラック、グラファイトを用いることができる。前記カーボンブラックとしては、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、サーマルブラック等が挙げられ、これらの中でも、ケッチェンブラックが好ましい。グラファイトとしては、例えば、天然グラファイト、人造グラファイト等が挙げられる。
バインダとしては、通常用いられるものであればいずれであってもよく、例えばフッ素系ゴム、ジエン系ゴム、スチレン系ゴム等のゴム類、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなどの含フッ素ポリマー、その他、ポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、ニトリル樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、エポキシ樹脂などを挙げることができる。
この電極をセパレータを介して対向させてコンデンサ素子を作製し、このコンデンサ素子に電解液を含浸して、電気二重層キャパシタとする。
As the conductive assistant, carbon black and graphite, which are carbon materials having conductivity, can be used. Examples of the carbon black include acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, and thermal black. Among these, ketjen black is preferable. Examples of graphite include natural graphite and artificial graphite.
Any binder may be used as long as it is usually used, for example, rubbers such as fluorine rubber, diene rubber and styrene rubber, fluorine-containing polymers such as polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride, and the like. , Polyolefin resin, acrylic resin, nitrile resin, polyester resin, phenol resin, polyvinyl acetate resin, polyvinyl alcohol resin, epoxy resin and the like.
A capacitor element is produced by making the electrodes face each other via a separator, and the capacitor element is impregnated with an electrolytic solution to obtain an electric double layer capacitor.
この分極性電極に含有される水分含有率を70〜150ppm、好ましくは80〜120ppmである。 The water content contained in this polarizable electrode is 70 to 150 ppm, preferably 80 to 120 ppm.
本発明においては電解液として、その主溶媒として、γ−ブチロラクトンを用いる。また、副溶媒として、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどのカーボネート類;トリメトキシメタン、1,2−ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、2−エトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどのエーテル類;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類;1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソランなどのオキソラン類;アセトニトリルやニトロメタンなどの含窒素類;ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの有機酸エステル類;リン酸トリエステルや炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸ジプロピルのような炭酸ジエステルなどの無機酸エステル類;ジグライム類;トリグライム類;スルホラン;3−メチル−2−オキサゾリジノンなどのオキサゾリジノン類;1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、ナフタスルトンなどのスルトン類等を用いることができる。 In the present invention, γ-butyrolactone is used as the main solvent as the electrolytic solution. In addition, as a co-solvent, carbonates such as ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate and diethyl carbonate; ethers such as trimethoxymethane, 1,2-dimethoxyethane, diethyl ether, 2-ethoxyethane, tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran Sulfoxides such as dimethyl sulfoxide; oxolanes such as 1,3-dioxolane and 4-methyl-1,3-dioxolane; nitrogen-containing compounds such as acetonitrile and nitromethane; methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, Organic acid esters such as methyl propionate and ethyl propionate; inorganic acid esters such as phosphoric acid triester and diester carbonate such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate and dipropyl carbonate; diglyme ; Triglyme like; sulfolane; oxazolidinones such as 3-methyl-2-oxazolidinone; 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone can be used sultone like such Nafutasuruton.
有機溶媒中に溶解する電解質としては、金属の陽イオン、4級アンモニウムカチオン、カルボニウムカチオン等のカチオンと、BF4 -、PF6 -、ClO4 -、AsF6 -、SbF6 -、AlCl4 -、またはRfSO3 -、(RfSO2)2N-、RfCO2 -(Rfは炭素数1〜8のフルオロアルキル基)から選ばれるアニオンの塩を挙げることができる。 Examples of the electrolyte dissolved in the organic solvent include metal cations, quaternary ammonium cations, carbonium cations, and the like, BF 4 − , PF 6 − , ClO 4 − , AsF 6 − , SbF 6 − , and AlCl 4. -, or RfSO 3 -, (RfSO 2) 2 N -, RfCO 2 - (Rf is a fluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms) can be exemplified salts of anions selected from.
以上のγ−ブチロラクトンを主体とする電解液に含有される水分含有率は10〜40ppm、好ましくは20〜30ppmである。 The water content contained in the electrolytic solution mainly composed of γ-butyrolactone is 10 to 40 ppm, preferably 20 to 30 ppm.
そして、本発明の電気二重層キャパシタは、巻回型、積層型等の形状の何れであってもよい。このような電気二重層キャパシタは、例えば、電極シートを所望の大きさ、形状に切断し、セパレータを両極の間に介在させた状態で積層または巻回し、容器に挿入後電解液を注入し、封口部材、すなわち封口板、ガスケット等を用いて封口をかしめて製造できる。 The electric double layer capacitor of the present invention may have any shape such as a wound type and a laminated type. Such an electric double layer capacitor is obtained by, for example, cutting an electrode sheet into a desired size and shape, stacking or winding the separator sheet between both electrodes, inserting the electrolyte into the container, It can be manufactured by caulking the seal using a sealing member, that is, a sealing plate, a gasket or the like.
ここで、本発明においては、封口部材に穿設されている透孔にエチレンプロピレンターポリマーからなる安全弁を嵌着している。 Here, in the present invention, a safety valve made of ethylene propylene terpolymer is fitted into a through hole formed in the sealing member.
以下に実施例により本発明をさらに具体的に説明する。 The present invention will be described more specifically with reference to the following examples.
(実施例1)
活性炭(AC)52g、ケッチェンブラック(KB)5.6g、イソプロピルアルコール(IPA)110gを撹拌し、このAC−KB−IPA混合物に、60%ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)水溶液5.2gを混合して混練物を作製した。この混練物を圧延用ローラーにより圧延して、150μmのシートを作製した。
Example 1
Activated carbon (AC) 52 g, Ketjen black (KB) 5.6 g, isopropyl alcohol (IPA) 110 g are stirred, and 60% polytetrafluoroethylene (PTFE) aqueous solution 5.2 g is mixed with this AC-KB-IPA mixture. Thus, a kneaded product was prepared. The kneaded product was rolled with a rolling roller to produce a 150 μm sheet.
このシートを、外部端子を設けたアルミニウムエッチング箔に、カーボン系接着剤を用いて接着し、これを電極とした。 This sheet was bonded to an aluminum etching foil provided with external terminals using a carbon-based adhesive, and this was used as an electrode.
このようにして作製した正極及び負極を、セルロース系セパレータを介して配置することにより電気二重層キャパシタ素子を作製した。この素子に電解液として1.8M四フッ化ホウ素トリエチルメチルアンモニウム/ガンマブチロラクトン溶液(1.8MTEMABF4/GBL)を含浸し、アルミケースに封口板で封口し、電圧印加して巻回型電気二重層キャパシタセルを作製した。 An electric double layer capacitor element was produced by disposing the positive electrode and the negative electrode thus produced via a cellulose-based separator. This element was impregnated with 1.8M boron tetrafluoride triethylmethylammonium / gamma-butyrolactone solution (1.8MTEMABF4 / GBL) as an electrolyte, sealed in an aluminum case with a sealing plate, and applied with voltage to form a wound electric double layer. A capacitor cell was produced.
ここで、封口板には穿設されている透孔にエチレンプロピレンターポリマーからなる安全弁を嵌着した。 Here, a safety valve made of ethylene propylene terpolymer was fitted into a through-hole formed in the sealing plate.
(比較例)
安全弁として、シリコンを用いた以外は、実施例と同様にして電気二重層キャパシタを作製した。
(Comparative example)
An electric double layer capacitor was produced in the same manner as in the example except that silicon was used as a safety valve.
上記の方法により得られた実施例及び従来例の電気二重層キャパシタについて、2.3V、85℃負荷放置試験を行い、静電容量の減少率、内部抵抗の増加率を測定した。結果を(表1)に示す。 The electric double layer capacitors of Examples and Conventional Examples obtained by the above methods were subjected to a 2.3V, 85 ° C. load standing test, and the rate of decrease in capacitance and the rate of increase in internal resistance were measured. The results are shown in (Table 1).
( 表1)から分かるように、実施例は比較例にくらべて、DCIRの変化率が低減されており、本発明の効果が分かる。 As can be seen from (Table 1), the change rate of DCIR is reduced in the example as compared with the comparative example, and the effect of the present invention is understood.
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2008
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