JP2012129270A - Electrolytic solution for electric double layer capacitor and electric double layer capacitor - Google Patents

Electrolytic solution for electric double layer capacitor and electric double layer capacitor Download PDF

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英司 国府
Kiyotaka Naito
清貴 内藤
Shigenobu Takahashi
茂信 高橋
Minoru Fukuda
実 福田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrolytic solution for an electric double layer capacitor, high in withstand voltage characteristics, and an electric double layer capacitor.SOLUTION: In an electrolytic solution for an electric double layer capacitor, a compound such as tetrafluoroboric acid spiro-(1,1')-bipiperidinium is dissolved in a solvent as an electrolyte. The electrolytic solution for an electric double layer capacitor includes a salt comprising a cation of alkyl quaternary ammonium, ammonium having a spiro structure, alkyl imidazolium or alkyl imidazolinium, and an anion of a boron compound ion having a specific structure.

Description

本発明は、耐圧性が高い電気二重層キャパシタ用電解液及び電気二重層キャパシタに関する。   The present invention relates to an electrolytic solution for an electric double layer capacitor and an electric double layer capacitor having high pressure resistance.

近年、電気二重層キャパシタ、電解キャパシタ等の電気化学キャパシタは、電子機器や電気機器等におけるメモリーのバックアップ電源として、また、電話機、携帯電話、AV機器等におけるメモリーバックアップとして、幅広い用途に用いられている。   In recent years, electrochemical capacitors such as electric double layer capacitors and electrolytic capacitors have been used in a wide range of applications as a memory backup power source for electronic devices and electric devices, and as a memory backup for telephones, mobile phones, AV devices and the like. Yes.

電気二重層キャパシタは、分極性電極と電解液との界面に形成される電気二重層を利用した電荷蓄積デバイスである。   An electric double layer capacitor is a charge storage device using an electric double layer formed at the interface between a polarizable electrode and an electrolyte.

電気二重層キャパシタに用いられる電解液は、電導度が低いとキャパシタの内部抵抗が大きくなり、充放電時に電圧が降下する等の不都合が生じる欠点がある。   The electrolytic solution used for the electric double layer capacitor has a drawback that when the conductivity is low, the internal resistance of the capacitor increases, and there is a disadvantage that the voltage drops during charging and discharging.

また、電解液中の電解質濃度が低く、イオン量が不足すると、大電流密度の充電時に内部抵抗が上昇するため、電解液中の電解質濃度はできるだけ高い方が望ましい。   Also, if the electrolyte concentration in the electrolyte solution is low and the amount of ions is insufficient, the internal resistance increases during charging at a large current density, and therefore it is desirable that the electrolyte concentration in the electrolyte solution be as high as possible.

従来、電気二重層キャパシタ用電解液としては、γ−ブチロラクトン(以下、「GBL」と略記する。)、プロピレンカーボネート(以下、「PC」と略記する。)等の非プロトン性溶媒中に、第四級オニウム塩からなる電解質を溶解させたものが知られている。   Conventionally, as an electrolytic solution for an electric double layer capacitor, an aprotic solvent such as γ-butyrolactone (hereinafter abbreviated as “GBL”), propylene carbonate (hereinafter abbreviated as “PC”) or the like is used. A solution in which an electrolyte composed of a quaternary onium salt is dissolved is known.

しかしながら、特許文献1又は2に開示されているように、溶媒として前項記載のものを用いた電気二重層キャパシタは、活性炭電極由来の水分から発生するハロゲン化物や高い電圧の印加の影響によって溶媒が分解し、ガス発生によるキャパシタの膨張やライフ特性の悪化に至ることが問題となっている。   However, as disclosed in Patent Document 1 or 2, the electric double layer capacitor using the solvent described in the preceding paragraph as a solvent has a solvent caused by the influence of halides generated from moisture derived from activated carbon electrodes or application of high voltage. It has become a problem that it decomposes and leads to expansion of the capacitor due to gas generation and deterioration of life characteristics.

特開2009−302121号公報JP 2009-302121 A 特開2010−111597号公報JP 2010-1111597 A

本発明の目的は、耐圧性が高い電気二重層キャパシタ用電解液及び電気二重層キャパシタを提供することにある。   An object of the present invention is to provide an electrolytic solution for an electric double layer capacitor and an electric double layer capacitor having high pressure resistance.

前記課題に鑑み、本発明者らは鋭意検討した結果、一般式(1)で表される化合物を溶解させた電気二重層キャパシタ用電解液において、一般式(2)〜(5)で表されるホウ素化合物塩を含有させた電気二重層キャパシタ用電解液と、それを用いた電気二重層キャパシタが、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。   In view of the said subject, as a result of intensive studies, the present inventors have expressed the general formulas (2) to (5) in the electrolytic solution for an electric double layer capacitor in which the compound represented by the general formula (1) is dissolved. The present inventors have found that an electrolytic solution for an electric double layer capacitor containing a boron compound salt and an electric double layer capacitor using the same can solve the above problems, and have completed the present invention.

第一の発明は、有機溶媒に下記一般式(1)で表される化合物を溶解させた電気二重層キャパシタ用電解液において、下記一般式(2)〜(5)で表されるホウ素化合物塩のいずれか1種を含有することを特徴とする電気二重層キャパシタ用電解液である。   A first invention is an electrolytic solution for an electric double layer capacitor in which a compound represented by the following general formula (1) is dissolved in an organic solvent, and a boron compound salt represented by the following general formulas (2) to (5) Any one of these is contained, The electrolyte solution for electric double layer capacitors characterized by the above-mentioned.

Figure 2012129270
(式(1)中、Aは、アルキル第四級アンモニウム、スピロ構造を有するアンモニウム、アルキルイミダゾリウム、アルキルイミダゾリニウムである。Xはアニオンを示す。)
Figure 2012129270
(In Formula (1), A is alkyl quaternary ammonium, ammonium which has a spiro structure, alkyl imidazolium, and alkyl imidazolinium. X < - > shows an anion.)

Figure 2012129270
(式(2)中、R〜Rは、それぞれ同一でも異なっていてもよい水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基、フルオロアルキル基、アリール基を表す。Aは、アルキル第四級アンモニウム、スピロ構造を有するアンモニウム、アルキルイミダゾリウム、アルキルイミダゾリニウムである。)
Figure 2012129270
(In Formula (2), R < 1 > -R < 4 > represents the hydrogen atom which may be same or different, respectively, a C1-C4 alkyl group, a halogen atom, a nitro group, a fluoroalkyl group, and an aryl group. Are alkyl quaternary ammonium, ammonium having a spiro structure, alkyl imidazolium, and alkyl imidazolinium.)

Figure 2012129270
(式(3)中、R、Rは、それぞれ同一でも異なっていてもよい水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基、フルオロアルキル基、アリール基を表す。Aは、アルキル第四級アンモニウム、スピロ構造を有するアンモニウム、アルキルイミダゾリウム、アルキルイミダゾリニウムである。)
Figure 2012129270
(In formula (3), R 5 and R 6 each represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a halogen atom, a nitro group, a fluoroalkyl group, or an aryl group, which may be the same or different. Are alkyl quaternary ammonium, ammonium having a spiro structure, alkyl imidazolium, and alkyl imidazolinium.)

Figure 2012129270
(式(4)中、R、Rは、それぞれ同一でも異なっていてもよい水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基、フルオロアルキル基、アリール基を表す。Aは、アルキル第四級アンモニウム、スピロ構造を有するアンモニウム、アルキルイミダゾリウム、アルキルイミダゾリニウムである。)
Figure 2012129270
(In Formula (4), R <7> , R < 8 > represents the hydrogen atom which may be same or different, respectively, a C1-C4 alkyl group, a halogen atom, a nitro group, a fluoroalkyl group, and an aryl group. Are alkyl quaternary ammonium, ammonium having a spiro structure, alkyl imidazolium, and alkyl imidazolinium.)

Figure 2012129270
(式(5)中、Aは、アルキル第四級アンモニウム、スピロ構造を有するアンモニウム、アルキルイミダゾリウム、アルキルイミダゾリニウムである。)
Figure 2012129270
(In the formula (5), A represents alkyl quaternary ammonium, ammonium having a spiro structure, alkyl imidazolium, or alkyl imidazolinium.)

第二の発明は、ホウ素化合物塩の含有量が、電気二重層キャパシタ用電解液中に0.01〜30質量%含有していることを特徴とする第一の発明に記載の電気二重層キャパシタ用電解液である。   2nd invention is 0.01-30 mass% of content of boron compound salt in the electrolyte solution for electrical double layer capacitors, The electrical double layer capacitor as described in 1st invention characterized by the above-mentioned Electrolytic solution.

第三の発明は、第一又は第二の発明に記載の電気二重層キャパシタ用電解液を用いて作製した電気二重層キャパシタである。   3rd invention is the electrical double layer capacitor produced using the electrolyte solution for electrical double layer capacitors as described in 1st or 2nd invention.

本発明は、電導度と耐圧性が高い電気二重層キャパシタ用電解液及び電気二重層キャパシタを得ることができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can provide an electrolytic solution for an electric double layer capacitor and an electric double layer capacitor that have high electrical conductivity and high pressure resistance.

以下、電気二重層キャパシタ用電解液及び電気二重層キャパシタについて詳細に説明する。   Hereinafter, the electrolytic solution for the electric double layer capacitor and the electric double layer capacitor will be described in detail.

本発明は、有機溶媒中に、下記一般式(1)で表される化合物を溶解させた電気二重層キャパシタ用電解液に、下記一般式(2)〜(5)で表されるホウ素化合物塩のいずれか1種を含有することを特徴とする電気二重層キャパシタ用電解液である。   The present invention provides a boron compound salt represented by the following general formulas (2) to (5) in an electrolytic solution for an electric double layer capacitor in which a compound represented by the following general formula (1) is dissolved in an organic solvent. Any one of these is contained, The electrolyte solution for electric double layer capacitors characterized by the above-mentioned.

Figure 2012129270
Figure 2012129270

一般式(1)中、Aとしては、アルキル第四級アンモニウム、スピロ構造を有するアンモニウム、アルキルイミダゾリウム、アルキルイミダゾリニウムが挙げられる。   In the general formula (1), examples of A include alkyl quaternary ammonium, ammonium having a spiro structure, alkyl imidazolium, and alkyl imidazolinium.

アルキル第四級アンモニウムとしては、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、ジメチルジエチルアンモニウム、ジメチルジブチルアンモニウム、メチルトリエチルアンモニウム、メチルトリプロピルアンモニウム、メチルトリブチルアンモニウム等が挙げられる。   Examples of the alkyl quaternary ammonium include tetramethylammonium, tetraethylammonium, tetrapropylammonium, tetrabutylammonium, dimethyldiethylammonium, dimethyldibutylammonium, methyltriethylammonium, methyltripropylammonium, methyltributylammonium and the like.

スピロ構造を有するアンモニウムとしては、アザシクロブタン−1−スピロ−1’−アザシクロブチル、ピロリジン−1−スピロ−1’−アザシクロブチル、スピロ−(1,1’)−ビピロリジニウム、ピペリジン−1−スピロ−1’−ピロリジニウム、スピロ−(1,1’)−ビピペリジニウム、3−エチルピロリジニウム−1−スピロ−1’−ピロリジニウム、3−エチルピロリジニウム−1−スピロ−1’−(3’−エチル)ピロリジニウム、2,4−ジフルオロピロリジニウム−1−スピロ−1’−ピロリジニウム、2,4−ジフルオロピロリジニウム−1−スピロ−1’−(2’,4’−ジフルオロ)ピロリジニウム等が挙げられる。   Examples of ammonium having a spiro structure include azacyclobutane-1-spiro-1′-azacyclobutyl, pyrrolidine-1-spiro-1′-azacyclobutyl, spiro- (1,1 ′)-bipyrrolidinium, piperidine-1- Spiro-1′-pyrrolidinium, spiro- (1,1 ′)-bipiperidinium, 3-ethylpyrrolidinium-1-spiro-1′-pyrrolidinium, 3-ethylpyrrolidinium-1-spiro-1 ′-(3 '-Ethyl) pyrrolidinium, 2,4-difluoropyrrolidinium-1-spiro-1'-pyrrolidinium, 2,4-difluoropyrrolidinium-1-spiro-1'-(2 ', 4'-difluoro) pyrrolidinium Etc.

アルキルイミダゾリウムとしては、1,3−ジメチルイミダゾリウム、1,3−ジエチルイミダゾリウム、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム、1,2,3−トリメチルイミダゾリウム、1,2,3,4−テトラメチルイミダゾリウム、1,3−ジメチル−2−エチルイミダゾリウム、1,2−ジメチル−3−エチル−イミダゾリウム、1,2,3−トリエチルイミダゾリウム、1,2,3,4−テトラエチルイミダゾリウム、1,3−ジメチル−2−フェニルイミダゾリウム、1,3−ジメチル−2−ベンジルイミダゾリウム、1−ベンジル−2,3−ジメチル−イミダゾリウム、4−シアノ−1,2,3−トリメチルイミダゾリウム、3−シアノメチル−1,2−ジメチルイミダゾリウム、2−シアノメチル−1,3−ジメチル−イミダゾリウム、4−アセチル−1,2,3−トリメチルイミダゾリウム、3−アセチルメチル−1,2−ジメチルイミダゾリウム、4−メチルカルボオキシメチル−1,2,3−トリメチルイミダゾリウム、3−メチルカルボオキシメチル−1,2−ジメチルイミダゾリウム、4−メトキシ−1,2,3−トリメチルイミダゾリウム、3−メトキシメチル−1,2−ジメチルイミダゾリウム、4−ホルミル−1,2,3−トリメチルイミダゾリウム、3−ホルミルメチル−1,2−ジメチルイミダゾリウム、3−ヒドロキシエチル−1,2−ジメチルイミダゾリウム、4−ヒドロキシメチル−1,2,3−トリメチルイミダゾリウム、2−ヒドロキシエチル−1,3−ジメチルイミダゾリウム等が挙げられる。   Examples of the alkyl imidazolium include 1,3-dimethylimidazolium, 1,3-diethylimidazolium, 1-ethyl-3-methylimidazolium, 1,2,3-trimethylimidazolium, 1,2,3,4- Tetramethylimidazolium, 1,3-dimethyl-2-ethylimidazolium, 1,2-dimethyl-3-ethyl-imidazolium, 1,2,3-triethylimidazolium, 1,2,3,4-tetraethylimidazolium Lithium, 1,3-dimethyl-2-phenylimidazolium, 1,3-dimethyl-2-benzylimidazolium, 1-benzyl-2,3-dimethyl-imidazolium, 4-cyano-1,2,3-trimethyl Imidazolium, 3-cyanomethyl-1,2-dimethylimidazolium, 2-cyanomethyl-1,3-dimethyl-i Dazolium, 4-acetyl-1,2,3-trimethylimidazolium, 3-acetylmethyl-1,2-dimethylimidazolium, 4-methylcarbooxymethyl-1,2,3-trimethylimidazolium, 3-methylcarbo Oxymethyl-1,2-dimethylimidazolium, 4-methoxy-1,2,3-trimethylimidazolium, 3-methoxymethyl-1,2-dimethylimidazolium, 4-formyl-1,2,3-trimethylimidazolium Rium, 3-formylmethyl-1,2-dimethylimidazolium, 3-hydroxyethyl-1,2-dimethylimidazolium, 4-hydroxymethyl-1,2,3-trimethylimidazolium, 2-hydroxyethyl-1, 3-dimethylimidazolium etc. are mentioned.

アルキルイミダゾリニウムとしては、1,2,3,4−テトラメチルイミダゾリニウム、1,3,4−トリメチル−2−エチルイミダゾリニウム、1,3−ジメチル−2,4−ジエチルイミダゾリニウム、1,2−ジメチル−3,4−ジエチルイミダゾリニウム、1−メチル−2,3,4−トリエチルイミダゾリニウム、1,2,3,4−テトラエチルイミダゾリニウム、1,2,3−トリメチルイミダゾリニウム、1,3−ジメチル−2−エチルイミダゾリニウム、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウム、1,2,3−トリエチルイミダゾリニウム、4−シアノ−1,2,3−トリメチルイミダゾリニウム、3−シアノメチル−1,2−ジメチルイミダゾリニウム、2−シアノメチル−1,3−ジメチルイミダゾリニウム、4−アセチル−1,2,3−トリメチルイミダゾリニウム、3−アセチルメチル−1,2−ジメチルイミダゾリニウム、4−メチルカルボオキシメチル−1,2,3−トリメチルイミダゾリニウム、3−メチルカルボオキシメチル−1,2−ジメチルイミダゾリニウム、4−メトキシ−1,2,3−トリメチルイミダゾリニウム、3−メトキシメチル−1,2−ジメチルイミダゾリニウム、4−ホルミル−1,2,3−トリメチルイミダゾリニウム、3−ホルミルメチル−1,2−ジメチルイミダゾリニウム、3−ヒドロキシエチル−1,2−ジメチルイミダゾリニウム、4−ヒドロキシメチル−1,2,3−トリメチルイミダゾリニウム、2−ヒドロキシエチル−1,3−ジメチルイミダゾリニウム等が挙げられる。   Examples of the alkyl imidazolinium include 1,2,3,4-tetramethylimidazolinium, 1,3,4-trimethyl-2-ethylimidazolinium, and 1,3-dimethyl-2,4-diethylimidazolinium. 1,2-dimethyl-3,4-diethylimidazolinium, 1-methyl-2,3,4-triethylimidazolinium, 1,2,3,4-tetraethylimidazolinium, 1,2,3- Trimethylimidazolinium, 1,3-dimethyl-2-ethylimidazolinium, 1-ethyl-2,3-dimethylimidazolinium, 1,2,3-triethylimidazolinium, 4-cyano-1,2, 3-trimethylimidazolinium, 3-cyanomethyl-1,2-dimethylimidazolinium, 2-cyanomethyl-1,3-dimethylimidazolinium, 4- Cetyl-1,2,3-trimethylimidazolinium, 3-acetylmethyl-1,2-dimethylimidazolinium, 4-methylcarbooxymethyl-1,2,3-trimethylimidazolinium, 3-methylcarbooxy Methyl-1,2-dimethylimidazolinium, 4-methoxy-1,2,3-trimethylimidazolinium, 3-methoxymethyl-1,2-dimethylimidazolinium, 4-formyl-1,2,3- Trimethylimidazolinium, 3-formylmethyl-1,2-dimethylimidazolinium, 3-hydroxyethyl-1,2-dimethylimidazolinium, 4-hydroxymethyl-1,2,3-trimethylimidazolinium, 2 -Hydroxyethyl-1,3-dimethylimidazolinium etc. are mentioned.

一般式(1)中、Xとしては、ヘキサフルオロリン酸イオン(PF )、ヘキサフルオロアンチモン酸イオン(SbF )、テトラフルオロホウ酸イオン(BF )、トリフルオロメタンスルホン酸イオン(CFSO )、トリフルオロ酢酸イオン(CFCO )、ビストリフルオロメタンスルホニルイミド酸イオン((CFSO)、ペルフルオロブタンスルホン酸イオン(CSO )、トリストリフルオロメタンスルホニルメチド酸イオン((CFSO)が挙げられ、テトラフルオロホウ酸イオン(BF )が特に好ましく挙げられる。 In general formula (1), X includes hexafluorophosphate ion (PF 6 ), hexafluoroantimonate ion (SbF 6 ), tetrafluoroborate ion (BF 4 ), and trifluoromethanesulfonate ion. (CF 3 SO 3 ), trifluoroacetate ion (CF 3 CO 2 ), bistrifluoromethanesulfonyl imido ion ((CF 3 SO 2 ) 2 N ), perfluorobutane sulfonate ion (C 4 F 9 SO 3 -), tris trifluoromethane sulfonyl methide acid ion ((CF 3 SO 2) 3 C -) can be mentioned, tetrafluoroborate ion (BF 4 -), among others preferred.

一般式(1)として、具体的には、下記化合物(ア)〜(ク)が挙げられる。   Specific examples of the general formula (1) include the following compounds (a) to (c).

Figure 2012129270
Figure 2012129270

有機溶媒としては、例えば、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、リン酸エステル、環状エーチル、鎖状エーテル、ラクトン化合物、鎖状エステル、ニトリル化合物、アミド化合物、スルホン化合物等を挙げることができる。   Examples of the organic solvent include cyclic carbonate ester, chain carbonate ester, phosphate ester, cyclic ether, chain ether, lactone compound, chain ester, nitrile compound, amide compound, sulfone compound and the like.

環状炭酸エステルとしては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−(トリフルオロメチル)−1,3−ジオキソラン−2−オン等が挙げられ、好ましくは、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートが挙げられる。
鎖状炭酸エステルとしては、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルn−プロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、n−ブチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルn−プロピルカーボネート、エチルイソプロピルカーボネート、n−ブチルエチルカーボネート、ジn−プロピルカーボネート、ジイソプロピルカーボネート、ジn−ブチルカーボネート、フルオロエチルメチルカーボネート、ジフルオロエチルメチルカーボネート、トリフルオロエチルメチルカーボネート等が挙げられ、好ましくは、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートが挙げられる。
リン酸エステルとしては、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸エチルジメチル、リン酸ジエチルメチル等が挙げられる。
環状エーテルとしては、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等が挙げられる。
鎖状エーテルとしては、ジメトキシエタン等が挙げられる。
ラクトン化合物としては、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等が挙げられる。
鎖状エステルとしては、メチルホルメート、メチルアセテート、エチルアセテート、メチルプロピオネート等が挙げられる。
ニトリル化合物としては、アセトニトリル等が挙げられる。
アミド化合物としては、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド等が挙げられる。
スルホン化合物としては、スルホラン、メチルスルホラン、エチルスルホラン等が挙げられる。
これらの中で、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、ラクトン化合物、スルホン化合物が好ましく挙げられる。これらの溶媒は1種類でも2種類以上を混合してもよい。
Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4- (trifluoromethyl) -1,3-dioxolan-2-one, and the like. Preferably, ethylene carbonate and propylene carbonate are used.
Examples of chain carbonates include dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl n-propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, n-butyl methyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl n-propyl carbonate, ethyl isopropyl carbonate, n-butyl ethyl carbonate, di- Examples include n-propyl carbonate, diisopropyl carbonate, di n-butyl carbonate, fluoroethyl methyl carbonate, difluoroethyl methyl carbonate, trifluoroethyl methyl carbonate, and preferably dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate.
Examples of the phosphate ester include trimethyl phosphate, triethyl phosphate, ethyldimethyl phosphate, diethylmethyl phosphate, and the like.
Examples of the cyclic ether include tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran.
Examples of the chain ether include dimethoxyethane.
Examples of the lactone compound include γ-butyrolactone and γ-valerolactone.
Examples of chain esters include methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, and methyl propionate.
Examples of the nitrile compound include acetonitrile.
Examples of the amide compound include dimethylformamide and diethylformamide.
Examples of the sulfone compound include sulfolane, methyl sulfolane, and ethyl sulfolane.
Of these, preferred are cyclic carbonates, chain carbonates, lactone compounds, and sulfone compounds. These solvents may be used alone or in combination of two or more.

ホウ素化合物塩は、下記一般式(2)〜(5)で表される化合物である。   The boron compound salt is a compound represented by the following general formulas (2) to (5).

Figure 2012129270
Figure 2012129270

一般式(2)中、R〜Rは、それぞれ同一でも異なっていてもよい水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基、フルオロアルキル基、アリール基を表す。Aは、アルキル第四級アンモニウム、スピロ構造を有するアンモニウム、アルキルイミダゾリウム、アルキルイミダゾリニウムである。 In General Formula (2), R 1 to R 4 each represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a halogen atom, a nitro group, a fluoroalkyl group, or an aryl group, which may be the same or different. A is alkyl quaternary ammonium, ammonium having a spiro structure, alkyl imidazolium, or alkyl imidazolinium.

Figure 2012129270
Figure 2012129270

一般式(3)中、R、Rは、それぞれ同一でも異なっていてもよい水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基、フルオロアルキル基、アリール基を表す。Aは、アルキル第四級アンモニウム、スピロ構造を有するアンモニウム、アルキルイミダゾリウム、アルキルイミダゾリニウムである。 In General Formula (3), R 5 and R 6 each represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a halogen atom, a nitro group, a fluoroalkyl group, or an aryl group, which may be the same or different. A is alkyl quaternary ammonium, ammonium having a spiro structure, alkyl imidazolium, or alkyl imidazolinium.

Figure 2012129270
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一般式(4)中、R、Rは、それぞれ同一でも異なっていてもよい水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基、フルオロアルキル基、アリール基を表す。Aは、アルキル第四級アンモニウム、スピロ構造を有するアンモニウム、アルキルイミダゾリウム、アルキルイミダゾリニウムである。 In general formula (4), R <7> , R < 8 > represents the hydrogen atom which may be same or different, respectively, a C1-C4 alkyl group, a halogen atom, a nitro group, a fluoroalkyl group, and an aryl group. A is alkyl quaternary ammonium, ammonium having a spiro structure, alkyl imidazolium, or alkyl imidazolinium.

Figure 2012129270
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一般式(5)中、Aは、アルキル第四級アンモニウム、アルキル第四級アンモニウム、スピロ構造を有するアンモニウム、アルキルイミダゾリウム、アルキルイミダゾリニウムである。   In general formula (5), A is alkyl quaternary ammonium, alkyl quaternary ammonium, ammonium having a spiro structure, alkyl imidazolium, and alkyl imidazolinium.

一般式(2)〜(5)中のAは、一般式(1)中のAと同様のものである。   A in the general formulas (2) to (5) is the same as A in the general formula (1).

上記一般式(2)〜(5)で表されるホウ素化合物塩として、具体的には、下記化合物(ケ)〜(ヒ)が挙げられる。   Specific examples of the boron compound salts represented by the general formulas (2) to (5) include the following compounds (ke) to (v).

Figure 2012129270
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電気二重層キャパシタ用電解液における電解質の含有量は、0.01〜40質量%が好ましく、0.1〜30質量%がより好ましく挙げられる。
電気二重層キャパシタ用電解液における一般式(2)〜(5)で表されるホウ素化合物塩の含有量は、0.01〜30質量%が好ましく、0.1〜20質量%がより好ましく、0.5〜2質量%が特に好ましく挙げられる。
0.01-40 mass% is preferable and, as for content of the electrolyte in the electrolyte solution for electrical double layer capacitors, 0.1-30 mass% is mentioned more preferably.
The content of the boron compound salt represented by the general formulas (2) to (5) in the electrolytic solution for an electric double layer capacitor is preferably 0.01 to 30% by mass, more preferably 0.1 to 20% by mass, 0.5-2 mass% is particularly preferable.

本発明のホウ素化合物塩を添加することで、電解液中のハロゲン化水素(HF等)によるキャパシタ劣化の影響を軽減することができ、ハロゲン化水素による着色を防ぐことができ、かつ、電気二重層キャパシタの耐圧性を向上させることができる。   By adding the boron compound salt of the present invention, it is possible to reduce the effect of capacitor deterioration due to hydrogen halide (HF or the like) in the electrolytic solution, to prevent coloring due to hydrogen halide, The breakdown voltage of the multilayer capacitor can be improved.

電気二重層キャパシタ用電解液の含有水量は少ないほど好ましく、その含水量は電気化学的安定性の観点から100ppm以下が好ましく、50ppm以下がより好ましく、10ppm以下が特に好ましく挙げられる。
100ppm超の場合、キャパシタの電気特性が低下する欠点がある。
The content of water in the electrolytic solution for electric double layer capacitors is preferably as small as possible, and the water content is preferably 100 ppm or less, more preferably 50 ppm or less, and particularly preferably 10 ppm or less from the viewpoint of electrochemical stability.
If it exceeds 100 ppm, there is a drawback that the electrical characteristics of the capacitor are degraded.

本発明の電気二重層キャパシタは、キャパシタの分極性電極に、駆動用電解液として、本発明の電気二重層キャパシタ用電解液を含浸させて作製される。   The electric double layer capacitor of the present invention is produced by impregnating the polarizable electrode of the capacitor with the electrolyte for electric double layer capacitor of the present invention as a driving electrolyte.

分極性電極としては、活性炭粉末、活性炭繊維等の炭素材料や、貴金属酸化物材料、あるいは導電性高分子材料等を用いることができる。   As the polarizable electrode, carbon materials such as activated carbon powder and activated carbon fibers, noble metal oxide materials, conductive polymer materials, and the like can be used.

分極性電極2枚の間に、セパレータを挟み込み、本発明の電気二重層キャパシタ用電解液を含浸させた後、ステンレス製外装ケースに収容させて、本発明の電気二重層キャパシタを得ることができる。   The electric double layer capacitor of the present invention can be obtained by sandwiching a separator between two polarizable electrodes and impregnating the electrolytic solution for the electric double layer capacitor of the present invention and then storing the separator in a stainless outer case. .

本発明の電気二重層キャパシタ用電解液は、アルミ電解コンデンサにも用いることができる。アルミ電解コンデンサの基本構造としては、電極となるアルミ箔の表面に電気化学処理で酸化膜をつくってこれを誘電体とし、もう一方の電極となるアルミ箔との間に電解液を含浸させた電解紙を挟んだものである。   The electrolytic solution for an electric double layer capacitor of the present invention can also be used for an aluminum electrolytic capacitor. The basic structure of an aluminum electrolytic capacitor is that an oxide film is formed by electrochemical treatment on the surface of the aluminum foil that becomes the electrode, and this is used as a dielectric, and the electrolytic solution is impregnated between the aluminum foil that becomes the other electrode. Electrolytic paper is sandwiched between them.

上記アルミ電解コンデンサの態様としては、コイン型、捲回型、角形のものがあげられる。本発明の電解液は、いずれのアルミ電解コンデンサにも適用できる。   Examples of the aluminum electrolytic capacitor include a coin type, a wound type, and a rectangular type. The electrolytic solution of the present invention can be applied to any aluminum electrolytic capacitor.

以下、本発明について実施例を挙げより具体的に説明する。本発明は実施例により何ら制限されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. The present invention is not limited in any way by the examples.

(実施例1)
溶媒としてプロピレンカーボネートを用い、電解質としてテトラフルオロホウ酸スピロ−(1,1’)−ビピペリジニウムが26質量%、ホウ素化合物塩として、化合物(ケ)を0.1質量%となるように調整し、電気二重層キャパシタ用電解液を得た。該電解液の温度−40℃及び30℃における電導度の測定値を表1に示す。
Example 1
Using propylene carbonate as the solvent, adjusting the electrolyte (ke) to 0.1% by mass as the electrolyte, 26% by mass of spiro- (1,1 ′)-bipiperidinium tetrafluoroborate as the boron compound salt, An electrolytic solution for an electric double layer capacitor was obtained. Table 1 shows measured values of the conductivity of the electrolyte at temperatures of -40 ° C and 30 ° C.

分極性電極として、活性炭粉末(粒度20μm、比表面積2000m/g)90質量%とポリテトラフルオロエチレン粉末10質量%をロールで混練、圧延して厚さ0.4mmのシートを作製した。このシートを、直径13mmφに打ち抜いて、円板状電極を得た。 As a polarizable electrode, 90% by mass of activated carbon powder (particle size 20 μm, specific surface area 2000 m 2 / g) and 10% by mass of polytetrafluoroethylene powder were kneaded and rolled with a roll to prepare a sheet having a thickness of 0.4 mm. This sheet was punched out to a diameter of 13 mmφ to obtain a disk electrode.

上記円板状電極2枚に、ポリプロピレン製セパレータを挟み込み、先に調整した電解液を真空含浸させ、次に該電極をステンレス製ケースに載置した後、ガスケットを介してステンレス製蓋を一体的に加締めて封口し、定格3.3V、静電容量1.5Fのコイン型電気二重層キャパシタを作製した。   A polypropylene separator is sandwiched between the two disc-shaped electrodes, the previously prepared electrolyte is vacuum impregnated, and then the electrode is placed on a stainless steel case, and then a stainless steel lid is integrated via a gasket. The coin-type electric double layer capacitor having a rating of 3.3 V and a capacitance of 1.5 F was produced.

得られた電気二重層キャパシタに、温度70℃の恒温槽中、3.3Vを1000時間印加させて耐圧試験を行った。初期及び耐電圧試験後の静電容量値と、静電容量の変化率(%)を表1に示す。なお、電気二重層キャパシタの静電容量は、電圧3.3Vで1時間充電後、1mAで放電したときの電圧勾配から求めた。   The obtained electric double layer capacitor was subjected to a withstand voltage test by applying 3.3 V for 1000 hours in a constant temperature bath at a temperature of 70 ° C. Table 1 shows the capacitance values after initial and withstand voltage tests and the rate of change (%) in capacitance. The capacitance of the electric double layer capacitor was obtained from a voltage gradient when charged at 1 mA after being charged at a voltage of 3.3 V for 1 hour.

(実施例2〜9、比較例1)
実施例1に記載の化合物(ケ)に代えて、表1に対応した化合物と含有量にした以外は、実施例1と同様にして電気二重層キャパシタ用電解液と電気二重層キャパシタを作製し、キャパシタ特性を評価した。
(Examples 2 to 9, Comparative Example 1)
An electrolytic solution for an electric double layer capacitor and an electric double layer capacitor were prepared in the same manner as in Example 1, except that the compounds and contents corresponding to Table 1 were used instead of the compounds (examples) described in Example 1. The capacitor characteristics were evaluated.

Figure 2012129270
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表1より、実施例1〜9の方が、静電容量の低下率が小さいので、耐圧性に優れていることがわかった。   From Table 1, it was found that Examples 1 to 9 were superior in pressure resistance because the rate of decrease in capacitance was smaller.

本発明の電気二重層キャパシタ用電解液及びそれを用いた電気二重層キャパシタは、ライフ特性に優れるため、小型電子機器から大型自動車用途まで、広範囲な産業分野において使用が可能である。   The electrolytic solution for an electric double layer capacitor and the electric double layer capacitor using the same of the present invention have excellent life characteristics, and can be used in a wide range of industrial fields from small electronic devices to large automobiles.

Claims (3)

有機溶媒に下記一般式(1)で表される化合物を溶解させた電気二重層キャパシタ用電解液において、下記一般式(2)〜(5)で表されることホウ素化合物塩のいずれか1種を含有することを特徴とする電気二重層キャパシタ用電解液。
Figure 2012129270
(式(1)中、Aは、アルキル第四級アンモニウム、スピロ構造を有するアンモニウム、アルキルイミダゾリウム、アルキルイミダゾリニウムである。Xはアニオンを示す。)
Figure 2012129270
(式(2)中、R〜Rは、それぞれ同一でも異なっていてもよい水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基、フルオロアルキル基、アリール基を表す。Aは、アルキル第四級アンモニウム、スピロ構造を有するアンモニウム、アルキルイミダゾリウム、アルキルイミダゾリニウムである。)
Figure 2012129270
(式(3)中、R、Rは、それぞれ同一でも異なっていてもよい水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基、フルオロアルキル基、アリール基を表す。Aは、アルキル第四級アンモニウム、スピロ構造を有するアンモニウム、アルキルイミダゾリウム、アルキルイミダゾリニウムである。)
Figure 2012129270
(式(4)中、R、Rは、それぞれ同一でも異なっていてもよい水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基、フルオロアルキル基、アリール基を表す。Aは、アルキル第四級アンモニウム、スピロ構造を有するアンモニウム、アルキルイミダゾリウム、アルキルイミダゾリニウムである。)
Figure 2012129270
(式(5)中、Aは、アルキル第四級アンモニウム、スピロ構造を有するアンモニウム、アルキルイミダゾリウム、アルキルイミダゾリニウムである。)
In an electrolytic solution for an electric double layer capacitor in which a compound represented by the following general formula (1) is dissolved in an organic solvent, any one of boron compound salts represented by the following general formulas (2) to (5) An electrolytic solution for an electric double layer capacitor, comprising:
Figure 2012129270
(In Formula (1), A is alkyl quaternary ammonium, ammonium which has a spiro structure, alkyl imidazolium, and alkyl imidazolinium. X < - > shows an anion.)
Figure 2012129270
(In Formula (2), R < 1 > -R < 4 > represents the hydrogen atom which may be same or different, respectively, a C1-C4 alkyl group, a halogen atom, a nitro group, a fluoroalkyl group, and an aryl group. Are alkyl quaternary ammonium, ammonium having a spiro structure, alkyl imidazolium, and alkyl imidazolinium.)
Figure 2012129270
(In formula (3), R 5 and R 6 each represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a halogen atom, a nitro group, a fluoroalkyl group, or an aryl group, which may be the same or different. Are alkyl quaternary ammonium, ammonium having a spiro structure, alkyl imidazolium, and alkyl imidazolinium.)
Figure 2012129270
(In Formula (4), R <7> , R < 8 > represents the hydrogen atom which may be same or different, respectively, a C1-C4 alkyl group, a halogen atom, a nitro group, a fluoroalkyl group, and an aryl group. Are alkyl quaternary ammonium, ammonium having a spiro structure, alkyl imidazolium, and alkyl imidazolinium.)
Figure 2012129270
(In the formula (5), A represents alkyl quaternary ammonium, ammonium having a spiro structure, alkyl imidazolium, or alkyl imidazolinium.)
ホウ素化合物塩の含有量が、電気二重層キャパシタ用電解液中に0.01〜30質量%含有していることを特徴とする請求項1に記載の電気二重層キャパシタ用電解液。   2. The electrolytic solution for an electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the content of the boron compound salt is 0.01 to 30% by mass in the electrolytic solution for an electric double layer capacitor. 請求項1又は2に記載の電気二重層キャパシタ用電解液を用いて作製した電気二重層キャパシタ。   The electric double layer capacitor produced using the electrolyte solution for electric double layer capacitors of Claim 1 or 2.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023032702A1 (en) * 2021-09-03 2023-03-09 ルビコン株式会社 Power storage device, and manufacturing method therefor

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