JP2012182263A - Electrode for electric double-layer capacitor and electric double-layer capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は分極性電極を有する電気二重層キャパシタ用電極の構造とその電極を用いた電気二重層キャパシタに関する。 The present invention relates to an electrode structure for an electric double layer capacitor having a polarizable electrode and an electric double layer capacitor using the electrode.
電気二重層キャパシタで有機系の電解液を用いたものの代表的なものに筒型のセルがある。 A typical example of an electric double layer capacitor using an organic electrolyte is a cylindrical cell.
この筒型の代表的な構造を図2に示す。
正極となる複数枚のシート状の分極性電極1と負極となる複数枚のシート状の分極性電極2はセパレータ3を介在させた状態で、交互に積層され、電解液4を含浸させた状態で、筒形の金属製のケース5内に収容されている。
なお、分極性電極1、2は活性炭を主成分としたカーボンブラックの微粉やバインダを混合してシ−ト状に形成された活性炭シートをアルミ箔製の集電体に接着させて構成されている。
A typical structure of this cylindrical shape is shown in FIG.
A plurality of sheet-shaped
The
そして、前記各分極性電極1はリード線6に、各分極性電極2はリード線7にそれぞれ接続され、それらリード線6及び7が、合成樹脂製の端子台8に設けられた正極端子9及び負極端子10にそれぞれ接続されている。
また、端子台8にはケース5内の内部圧力が増大すると開く圧力放出弁12が取り付かられている。
Each
The
前記分極性電極1,2等は、真空加熱乾燥機により乾燥された後、真空チャンバー内に収納され、そのチャンバー内が真空にされた後に高純度の窒素ガス雰囲気とされ、その中でケース11内に組付けられ、更に電解液4が注入され、端子台8が取付けられるようになっている。なお、この場合、前記電解液4としては有機系電解液、例えば溶媒としてのプロピレンカーボネート(PC)に、電解質としてのテトラエチルアンモニウム・テトラフルオロボレート(Et4NBF4)を溶解したものが用いられる。
The
上記分極性電極1,2の材質としては、粒径20〜30μmの活性炭粉末に、粒径数μmのメソカーボンを混合して、焼結成形したものが知られている(例えば特許文献1参照)。活性炭は、その表面に、0.1nm〜100nmと非常に小さい無数のポアと呼ぶ穴が存在するため、2000〜3000m2/gもの広い表面積を有している。電気二重層キャパシタは、この膨大な比表面積を利用して、従来のコンデンサには見られない大きな静電容量を得ている。
As a material of the
しかし、上記分極性電極1,2を構成する活性炭のポアは、環境中に存在する水蒸気やガスなども吸着してしまうことがあり、またそのような活性炭による吸着以外にも、いくつかの要因で電気二重層キャパシタ内に水(水蒸気)が供給されてしまう問題がある。この水の混入が、電気二重層キャパシタの寿命を著しく低下させる(劣化により静電容量が短期間で低下する)ことが、明らかとなっている。
However, the pores of the activated carbon constituting the
以上のような活性炭の水分吸着等の問題を解決するため、特許文献2では吸着剤(モレキュラシ−ブ4A等)をセパレータやその他セル内の部品に混合することが開示されている。
In order to solve the problems such as moisture adsorption of activated carbon as described above,
ところが、上記特許文献2において用いられる吸着剤によると、吸着剤の使用段階において、既に水分を吸着した状態にあり、水分吸着性能はあまり高くないと考えられる。さらに、吸着剤をセパレータや分極性電極内に混合する工程で、水を分散媒として用いているため、折角の吸着剤の吸着性能が著しく低下するという問題がある。
However, according to the adsorbent used in the above-mentioned
従って、本発明は上記電気二重層キャパシタ内における水分による悪影響をさらになくすキャパシタ用電極及びそれを用いた電気二重層キャパシタを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrode for a capacitor that further eliminates the adverse effects of moisture in the electric double layer capacitor and an electric double layer capacitor using the same.
以上の課題に鑑み、本発明は、分極性電極を有する電気二重層キャパシタ用電極において、前記分極性電極の上層に水分吸着層を積層することを特徴としている。 In view of the above problems, the present invention is characterized in that, in an electrode for an electric double layer capacitor having a polarizable electrode, a moisture adsorption layer is laminated on the polarizable electrode.
また、より具体的には、前記分極性電極の上層に積層する水分吸着層を構成する水分吸着剤は、孔径0.4nm以下、粒径μm以下の水分吸着材料であり、該水分吸着材料を300℃以上の温度で活性化処理した後、有機溶剤及び有機溶剤系バインダによりスラリーとし、該スラリーを前記分極性電極上に塗布、乾燥して形成されてなることを特徴としている。 More specifically, the moisture adsorbent constituting the moisture adsorption layer laminated on the polarizable electrode is a moisture adsorption material having a pore size of 0.4 nm or less and a particle size of μm or less. After the activation treatment at a temperature of not lower than ° C., a slurry is formed with an organic solvent and an organic solvent binder, and the slurry is formed on the polarizable electrode and dried.
また、以上の電気二重層キャパシタ用電極を用いた電気二重層キャパシタであることを特徴としている。 Further, the present invention is characterized by being an electric double layer capacitor using the above electrode for electric double layer capacitor.
なお、上記した水分吸着剤としては、モレキュラーシーブ(商品名)〔A型ゼオライト〕等を採用することができる。 In addition, as the above-described moisture adsorbent, molecular sieve (trade name) [A-type zeolite] or the like can be employed.
本発明によると、水分吸着材料を活性化処理した後、有機溶剤及び有機溶剤系バインダによりスラリーとして、水分吸着剤を作製し、分極性電極上に塗布、乾燥するので、水との接触がほとんどなく、したがって、水分吸着能が高い状態を保持したまま分極性電極上に水分吸着層を積層できる。
また、分極性電極を構成する活性炭に水分(水蒸気)などが吸着することがないので、電気二重層キャパシタの寿命が著しく低下することを抑制することができる。
According to the present invention, after the moisture adsorbing material is activated, the moisture adsorbent is prepared as a slurry with an organic solvent and an organic solvent-based binder, applied onto the polarizable electrode, and dried, so that there is almost no contact with water. Therefore, a moisture adsorption layer can be laminated on the polarizable electrode while maintaining a high moisture adsorption capacity.
In addition, since moisture (water vapor) or the like is not adsorbed on the activated carbon constituting the polarizable electrode, it is possible to suppress the life of the electric double layer capacitor from being significantly reduced.
本発明の実施の形態について添付の図に基づいて説明する。
1.電気二重層キャパシタ用電極
図1は本発明に係る電気二重層キャパシタ用電極の概略図を示す。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
1. Electric Double Layer Capacitor Electrode FIG. 1 shows a schematic diagram of an electric double layer capacitor electrode according to the present invention.
本発明の電気二重層キャパシタ用電極21はアルミ箔製の集電体22上にスラリー状の活性炭を塗布した活性炭層23からなる分極性電極24の活性炭層23上に塗布した水分吸着剤を主成分とする水分吸着層25から構成されている。
The
前記水分吸着剤は孔径0.4nm以下、粒径10μm以下の水分吸着材料であり、例えばモレキュラーシーブ(A型ゼオライト)である。 The moisture adsorbent is a moisture adsorbing material having a pore size of 0.4 nm or less and a particle size of 10 μm or less, such as molecular sieve (A-type zeolite).
前記電気二重層キャパシタ用電極21の作製方法としては、水分吸着材料を300℃以上の温度で活性化処理した後、有機溶剤及び有機溶剤系バインダによりスラリーとし、該スラリーを前記分極性電極24上に塗布、乾燥して作製する。
As a method for producing the electric double
なお、乾燥の過程で、有機溶剤系バインダに対して貧溶媒であるアルコール(プロパノールやブタノール)等に浸漬し、水分吸着層を多孔質にしてもよい。 In the course of drying, the moisture adsorbing layer may be made porous by immersing it in alcohol (propanol or butanol) which is a poor solvent with respect to the organic solvent binder.
以下、水分吸着層を有する場合と有しない場合の電気二重層キャパシタ電極およびそれを用いた電気二重層キャパシタの作製方法及び性能試験結果について説明する。 Hereinafter, an electric double layer capacitor electrode with and without a moisture adsorption layer, an electric double layer capacitor manufacturing method using the electrode, and a performance test result will be described.
(実施例1)
(1)分極性電極の作製
ヤシガラ活性炭100重量部、アセチレンブラック5重量部、カルボキシメチルセルロース及びスチレンブタジエンゴムのそれぞれ3重量部を適量の蒸留水で分散混合した分散液の3種類を混合したスラリーを、電解エッチングを施したアルミ箔集電体22上に塗布乾燥し、厚さ50μmの分極性電極24を作製した。
Example 1
(1) Production of polarizable electrode A slurry prepared by mixing three kinds of dispersions in which 100 parts by weight of coconut husk activated carbon, 5 parts by weight of acetylene black, 3 parts by weight of carboxymethyl cellulose and styrene butadiene rubber were dispersed and mixed with an appropriate amount of distilled water. The aluminum foil
(2)水分吸着層の形成
粉末状(粒径10μm以下)のモレキュラーシーブ3Aを300℃にて8時間熱処理し、窒素雰囲気下で冷却した後、n-メチルピロドロン(NMP)にポリビニリデンフルオイド(PVDF)を溶解させた溶液と混合し、有機溶剤系のスラリーを作製した後、前記分極性電極24上に塗布し、厚み30μmの水分吸着層25を形成した。
(2) Formation of moisture adsorption layer The molecular sieve 3A in powder form (particle size of 10 μm or less) was heat-treated at 300 ° C. for 8 hours, cooled in a nitrogen atmosphere, and then into polyvinylideneful in n-methylpyrodrone (NMP). After mixing with a solution in which Euid (PVDF) was dissolved to prepare an organic solvent-based slurry, the slurry was applied on the
(3)電気二重層キャパシタセルの作製
前記分極性電極24上に前記水分吸着層25を積層した電気二重層キャパシタ用電極21を2枚対抗させ、市販のセルロース製セパレータを挟んで積層し、引き出し用の外部電極を取り付けた後、アルミラミネートパックし、電解液としてトリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボートをプロピレンカーボネート溶媒に溶解させたもの(TEMA・BF4/PC)を注液し、封止して電気二重層キャパシタセルを製作した。
(3) Production of an electric double layer capacitor cell Two electric double
(比較例1)
実施例1と同様な方法で分極性電極24を作製した後、水分吸着層25を形成しないで、電気二重層キャパシタ用電極とし、電気キャパシタセルを作製した。
(Comparative Example 1)
After the
(比較例2)
(1)分極性電極の作製
ヤシガラ活性炭100重量部、アセチレンブラック5重量部、あらかじめ300℃にて8時間熱処理した粉末状(粒径10μm以下)のモレキュラーシーブ3A重量部、カルボキシメチルセルロース及びスチレンブタジエンゴムをそれぞれ4重量部を適量の蒸留水で分散混合した分散液の4種を混合したスラリーを、電解エッチングを施したアルミ箔上に塗布乾燥し、厚さ50μmの分極性電極24を作製した。
(Comparative Example 2)
(1) Production of polarizable electrode 100 parts by weight of coconut husk activated carbon, 5 parts by weight of acetylene black, 3A parts by weight of molecular sieve in a powder form (particle size of 10 μm or less) previously heat-treated at 300 ° C. for 8 hours, carboxymethylcellulose and styrene butadiene rubber A slurry obtained by mixing 4 types of each of the dispersions obtained by dispersing and mixing 4 parts by weight with an appropriate amount of distilled water was applied onto an aluminum foil subjected to electrolytic etching and dried to prepare a
(2)電気二重層キャパシタセルの作製
前記分極性電極24を用い、実施例1と同様の方法で電気二重層キャパシタセルを作製した。
(2) Production of Electric Double Layer Capacitor Cell Using the
以上の実施例1及び比較例1及び2の電気二重層キャパシタセルについて60℃、2.5Vにて1000時間課電した後の静電容量の変化を調べ初期値に対する低下率を調べた。その結果を以下に示す。 With respect to the electric double layer capacitor cells of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 described above, the change in capacitance after applying 1000 hours at 60 ° C. and 2.5 V was examined, and the rate of decrease relative to the initial value was examined. The results are shown below.
低下率
実施例1 3%
比較例1 10%
比較例2 6%
Decrease rate Example 1 3%
Comparative Example 1 10%
Comparative Example 2 6%
以上の結果、本発明の水分吸着層25を積層した分極性電極を用いた電気二重層キャパシタセルの静電容量の劣化率が低いことわかる。
From the above results, it can be seen that the rate of deterioration of the capacitance of the electric double layer capacitor cell using the polarizable electrode in which the
長期性能低下を抑えることのできる電気二重層キャパシタとして利用できる。 It can be used as an electric double layer capacitor that can suppress long-term performance degradation.
1、2 分極性電極
3 セパレータ
4 電解液
5 ケース
6、7 リード線
8 端子台
9 正極端子
10 負極端子
11 ガスケット
12 圧力放出弁
21 電気二重層キャパシタ電極
22 集電体
23 活性炭層
24 分極性電極
25 水分吸着層
1, 2
Claims (3)
An electric double layer capacitor using the capacitor electrode according to claim 1.
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