JP2013243205A - 電気化学セル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】収納容器2の内部に電気化学素子15を備え、外部端子60,70を介して充放電が可能な電気二重層キャパシタ1であって、電気化学素子15は、一対の電極42,44と、一対の電極間42,44に配置されたセパレータ46と、一対の電極42,44およびセパレータ46に含浸された電解液50と、を備え、一対の電極42,44間の体積をVeとし、一対の電極42,44間に配置されたセパレータ46の電極間部46aにおける空隙の体積をSeとして、電極間部空隙率ReをRe=Se/Ve×100(%)と定義し、さらに電極間部46aの厚さをL2(μm)として、セパレータ評価指数IeをIe=L2/Re(μm/%)と定義したときに、Ie≦1.0(μm/%)を満たしている。
【選択図】図1
Description
特に環境発電機器に搭載される電気二重層キャパシタには、微小電圧を効率的に蓄電することが求められている。またスマートフォン等の携帯機器に搭載される電気二重層キャパシタには、メイン電池の電流をアシストするための瞬時発電と瞬時放電の性能が求められている。このため、これらの電気二重層キャパシタには、小型化および薄型化に加えて、抵抗値の低減に関する要求が強い。
電極間部の厚さL2が小さいほど、一対の電極間の距離が小さくなるので、電極間部の抵抗値が小さくなる。また電極間部空隙率Reが大きいほど、電極間部46aに電解液が流入しやすくなってイオン導電性が向上するので、電極間部の抵抗値が小さくなる。そこで、L2/Reで定義されるセパレータ評価指数Ieを1.0(μm/%)以下とすることにより、電気化学セルの抵抗値を十分に(例えば50Ω以下に)低減することができる。
繊維径の細いガラス繊維の積層体でセパレータを形成することにより、セパレータの内部に大きな空隙が形成されるので、電極間部空隙率Reが大きくなる。これにより、セパレータ評価指数Ieが小さくなり、電極間部の抵抗値を低減することができる。
一対の電極により圧縮荷重が付与されてセパレータが圧縮されると、電極間部の厚さL2が小さくなる。これにより、セパレータ評価指数Ieが小さくなり、電気化学セルの抵抗値を低減することができる。
この場合、収納容器内で一対の電極が膨張してセパレータを圧縮するので、圧縮されたセパレータを収納容器内に備えた電気化学セルを簡単に製造することができる。
この場合、電気化学セルの抵抗値を大幅に低減することができる。
この場合、誘電率(導電性)の高いプロピレンカーボネートおよびエチレンカーボネートを含むので、電気化学セルの抵抗値を大幅に低減することができる。
本発明の第1実施形態にかかる電気二重層キャパシタについて、以下に図面を参照して説明する。
図1に示す第1実施形態の電気二重層キャパシタ1は、いわゆるチップ型のもので、長さ2〜3mm×幅2〜3mm×高さ0.2〜1mmの略直方体のものである。電気二重層キャパシタ1は、収納容器2の内部に電気化学素子15を備えている。電気化学素子15は、負極側電極42と正極側電極44とからなる一対の分極性電極40がセパレータ46を介して対向配置され、電解液50が収納されたものである。そして、分極性電極40とセパレータ46には、収納容器2内に収納された電解液50が含浸されている。
中間層26の略中央には、中間層26を貫通する導電性の保護層27が設けられている。
シールリング30は、容器本体20の開口部周縁、即ち側壁部24の上端面23に、ろう材32により接合されている。
電解液50は、支持塩を非水溶媒に溶解させたものである。非水溶媒は、主溶媒として環状カーボネートを含んでいる。環状カーボネートとして、少なくとも、プロピレンカーボネート(PC)およびエチレンカーボネート(EC)を含有している。誘電率(導電率)が高いPCおよびECを含有することで、電解液の抵抗値を低減することができる。なお本実施形態の電気二重層キャパシタは、電解液にPCおよびECを含有しているため、電極材料として用いる活性炭にもよるが、印加する電圧を3.1V以下とすることが望ましい。また非水溶媒は、副溶媒として、対称または非対称の鎖状カーボネートを1種類以上含有している。特に、対称の鎖状カーボネートで脂肪族鎖の短いものが好ましい。常温(25℃)で固体であるエチレンカーボネート(MP=約40℃)は、対称形状の鎖状カーボネート(例えば、ジメチルカーボネート(DMC))と混合することで、室温でも溶液として取り扱うことが出来る。この非水溶媒に適当な支持塩を溶解させた電解液50は、分極性電極40及びセパレータ46に含浸できる。
空隙率は、例えば、後述する注入工程における電解液50の注入量を調節したり、予め低沸点(200℃未満)の溶媒や水を電解液50に配合し、後述する予備加熱工程で前記の低沸点の溶媒を蒸発させたりすることで、調整することができる。
上記(i)式中、「収納容器の容積」は、蓋体10と容器本体20とで囲われた空間の体積である。「収納容器の空隙の体積」は、収納容器2の内部に生じた空隙3の体積である。
塩を構成する対イオンとしては、PF6−、BF4−、N(CF3SO3)2−、C(CF3SO3)3−等が挙げられる。
このような4級アンモニウム塩の内、脂肪鎖のみを有する化合物としては、下記(1)式で表されるトリエチルメチルアンモニウム(TEMA)塩、(2)式で表されるテトラエチルアンモニウム(TEA)塩等が挙げられる(式(1)、(2)中、X−は対イオンを表す)。スピロ化合物としては、例えば、下記(3)式で表される5−アゾニアスピロ[4,4]ノナンテトラフルオロボレート(スピロ−(1,1’)−ビピロリジニウム:SBP−BF4)、(4)式で表される6−アゾニアスピロ[5,5]ウンデカンテトラフルオロボレート、(5)式で表される3−アゾニアスピロ[2,6]ノナンテトラフルオロボレート、(6)式で表される4−アゾニアスピロ[3,5]ノナンテトラフルオロボレート等が挙げられる。また、4級フォスフォニウム塩としては、下記(7)式で表される5−フォスフォニルスピロ[4,4]ノナンテトラフルオロボレートが挙げられる。
支持塩としては、4級アンモニウム塩が好ましく、スピロ化合物がより好ましく、5−アゾニアスピロ[4,4]ノナンテトラフルオロボレートがさらに好ましい。4級アンモニウム塩のスピロ化合物は電気伝導率が高いため、放電容量を増大できる。
また、非水溶媒及び支持塩は、後述する予備加熱工程や密封工程で蒸発する。この際、非水溶媒中の環状カーボネート、鎖状カーボネート、任意溶媒は、支持塩に比べて容易に蒸発するため、最終製品の電気二重層キャパシタ1における電解液50中の支持塩の含有量が高まる。このため、注入工程で充填される電解液50中の支持塩の含有量は、非水溶媒の種類等を勘案して、最終製品の電気二重層キャパシタ1における電解液50中の支持塩の含有量が、好ましくは1.0〜3.6mol/dm3、より好ましくは1.5〜3.6mol/dm3となるように調節されていてもよい。
なお、支持塩は、電気二重層キャパシタ1に電圧を印加すると、分解し減少する。このため、高電圧を印加する用途においては、支持塩が過剰(過飽和)な状態にあってもよい。あるいは、後述する予備加熱工程や密封工程の加熱条件によって、収納容器2に密封された電解液50中の支持塩が、過飽和状態を経た後、溶解できずに一時的に析出した状態であってもよい。この際、電解液50は、過飽和状態にある支持塩と分解生成物とによって支持塩の溶解度が変化し、支持塩が再溶解し、支持塩の濃度が高められ、低温環境下での高い放電容量を確保できる。このように、支持塩を過飽和状態とすることで、分解した分の支持塩を補給することができる。
負極側電極42は、例えば、おが屑、椰子殻、ピッチ、コークス、フェノール樹脂等の有機系物質を水蒸気又はアルカリ等を単独もしくは併用した賦活処理にて得られる粉末状の活性炭を、バインダーと共に圧延ロール又はプレス成形したものが挙げられる。また、例えば、フェノール系、レーヨン系、アクリル系、ピッチ系等の繊維を不融化及び炭化賦活処理して活性炭もしくは活性炭素繊維とし、これをフェルト状、繊維状、紙状又は焼結体状にしたものが挙げられる。
負極側電極42の密度は、特に限定されず、0.1〜0.9g/cm3が好ましく、0.40〜0.75g/cm3がより好ましい。0.1g/cm3未満であると負極側電極42のエネルギー密度が低下すると共に、負極側電極42が電解液50の含浸により膨張した際に、電極粒子間の距離が広がり電気抵抗が増加するおそれがある。0.9g/cm3超であると負極側電極42を成形する際に、多大な圧力を要するばかりでなく、負極側電極42への電解液50の含浸量が著しく低下するためである。
活性炭の細孔容積は、0.4cm3/g以上が好ましく、0.7cm3/g以上がより好ましい。細孔容積が0.4cm3/g以上であれば、十分な静電容量を得られる。
また、活性炭の細孔は、細孔半径1nm未満の細孔が全細孔中に占める割合(微小細孔割合)である(細孔半径1nm未満の細孔数)/(全細孔数)で表される値が、好ましくは75%以下、より好ましくは50%以下、さらに好ましくは30%以下である。75%以下であれば、十分な静電容量を得られるためである。
また、活性炭の細孔は、細孔半径1〜3nmの細孔が全細孔中に占める割合(中細孔割合)である(細孔半径1〜3nmの細孔数)/(全細孔数)で表される値が、好ましくは20%以上、より好ましくは50%以上、さらに好ましくは70%以上である。20%以上であれば、十分な静電容量を得られ、70%以上であれば、環状カーボネートを含有する電解液50との組み合わせにより、2.3V以上の電圧の連続印加に対する劣化防止性能がさらに向上する。
活性炭と導電助剤との配合比(活性炭/導電助剤)は、90/4以下が好ましく70/24以下がより好ましく、50/44以下が特に好ましい。
バインダーの配合比を小さくした場合には、バインダーのPTFEに十分なせん断をかけてPTFEを糸状に伸ばし、活性炭の粒子に絡める必要がある。そのため導電助剤としては、十分なせん断をかけた際においてもカーボンブラックのストラクチャー構造を保持することができるカーボンブラックで、特に、中空シェル状の構造を有するオイルファーネスブラックが望ましい。
カーボンブラックの中では、電極の膨張作用に優れた中空シェル状の構造を有するファーネスブラックを採用することが望ましい。
負極側電極42と正極側電極44とは、同じであっても異なっていてもよく、支持塩の種類等を勘案して決定できる。ここで、電気二重層キャパシタ1の充電時の印加電圧が高い場合には、支持塩中のカチオンは、負極側電極42に吸着し、電極表面で分解され、電解液50中の濃度が低下したものとなる。この支持塩の濃度の低下に伴い、電気二重層キャパシタ1の放電容量が低下する。同様に、支持塩中のアニオンは、正極側電極44に吸着し、電極表面で分解され、電解液50中の濃度が低下したものとなる。この支持塩の濃度の低下に伴い、電気二重層キャパシタ1の放電容量が低下する。このため、[負極側電極42の表面積]/[正極側電極44の表面積]で表される表面積比は、0.8〜1.2の範囲が好ましく、適時調整される。
セパレータ46は、ホウ珪酸ガラス、アルカリガラス、石英ガラス、鉛ガラス、ソーダ石灰シリカガラス、無アルカリガラス等のガラスの繊維積層体(ガラス繊維積層体)、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン等の樹脂やセルロースからなる不織布、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)のマイクロポーラスフィルム等が挙げられる。中でも、ガラス繊維積層体が好ましく、ホウ珪酸ガラス、アルカリガラス、石英ガラスの繊維積層体がより好ましく、アルカリガラスの繊維積層体がさらに好ましい。ガラス繊維積層体は、機械強度に優れると共に、大きなイオン透過度を有するため、内部抵抗を低減して放電容量の向上を図れる。
バインダーは、水溶性であれば特に限定されず、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリアクリル酸ナトリウム(PAS)、ポリアクリル酸(PAA)、ポリビニルアルコール(PVA)、変性ポリアクリル樹脂等が挙げられる。バインダーとしてポリアクリル酸を用いる場合、架橋型アクリル酸を用いることが好ましい。なお、バインダーは、親水性を有するものであるが、熱処理後に撥水性を発揮してもよい。
加えて、ガラス繊維積層体を構成するガラス繊維は、繊維径0.5μm超1.0μm以下のガラス繊維と、繊維径0.5μm以下のガラス繊維とが、混在していてもよい。この場合、ガラス繊維は、繊維径0.5μm以下のガラス繊維を80質量%以上含むことが好ましい。繊維径0.5μm以下のガラス繊維を80質量%以上含むことで、電解液50がセパレータ46へさらに含浸しやすくなり、かつ電極間の抵抗をさらに低減できる。
ガラス繊維積層体の単位面積あたりの質量(以下、単位質量と言う。)は、24g/m2以下が好ましく、16g/m2以下がより好ましい。
電極間部空隙率Re(体積%)=[(電極間部の空隙の体積Se)/(電極間部の体積Ve)]×100・・・・(ii)
セパレータ評価指数Ie(μm/%)=電極間部の厚さL2(μm)/電極間部空隙率Re(体積%)・・・・(iii)
ただし、電極間部46aの厚さL2が極端に小さくなると、電極間を隔離する機能が損なわれる可能性がある。この観点から、セパレータ評価指数Ieは0.33(μm/%)以上であることが好ましい。
外周部空隙率Ro(体積%)=[(外周部の空隙の体積So)/(外周部の体積Vo)]×100・・・・(iv)
蓋体10は、コバール(鉄、ニッケル及びコバルトの合金)や、ニッケルを50質量%程度含有するニッケル鉄合金等の導電性の金属製の平板に、ニッケルメッキが施されたものである。
シールリング30は、コバール等にニッケルメッキが施されたもの等が挙げられる。
蓋体10とシールリング30とは、接合時の材質の膨張度と、接合後の冷却によって生じる収縮時の応力とにより、封止部が脆弱することを防止するため、同じ線膨張係数を有する材料を用いることが好ましい。同様に、シールリング30と容器本体20とは、熱による残留応力によって容器本体20が損壊するのを防止するため、線膨張係数の近い材質を選択することが好ましい。ここで、例えば、収納容器2の主成分として用いられるアルミナ(Al2O3)は、線膨張係数の代表値(400℃)が7.1×10−6K−1であり、蓋体10又はシールリング30の主成分として用いられるコバールは、線膨張係数の代表値が4.9×10−6K−1である。
ろう材32は、金ろう、銀ろう等、従来公知のろう材が挙げられる。
側壁部24は、基材22と同様の材質である。側壁部24は、例えば、グリーンシートを焼成することにより得られる。
中間層26は、基材22と同様の材質である。中間層26は、例えば、側壁部24と同様にグリーンシートを用い、基材22に第二の金属層72を設けた後、第二の金属層72を覆うようにセラミック、ガラス、アルミナ等のグリーンシートを塗布し、焼成することにより設けることもできる。
保護層27は、アルミニウム、タングステン、金、銀等の導電性の金属、又は導電性フィラーである炭素を含有する導電性樹脂等が挙げられ、中でもアルミニウム、導電性樹脂が好ましい。保護層27は、中間層26を設ける際に、導電性の金属や導電性樹脂等を任意の位置に、任意の数量を設け、焼結することで設けることができる。
第二の外部端子70は、第一の外部端子60と同様である。
次に、電気二重層キャパシタ1の製造方法を説明する。
まず、中間層26、保護層27、第一の外部端子60、第一の金属層62、第二の外部端子70及び第二の金属層72が設けられた容器本体20を用意する。容器本体20の開口部周縁、即ち側壁部24の上端面23に、ろう材32によりシールリング30を接合する。次いで、シールリング30とろう材32と上端面23とを覆うようにニッケルメッキを施す。ニッケルメッキとしては、例えば、電解ニッケルメッキや無電解ニッケルメッキが挙げられる。
加熱時間は、非水溶媒の種類や加熱方法等を勘案して決定でき、例えば、1msec以上が好ましい。この際、電解液50は、比較的沸点の高い環状カーボネートを含有するため、容易に電解液50の全量が揮発したりすることなく、収納容器2内に適量の電解液50が残る。加えて、予備加熱工程で、低沸点の不純物を除去することで、後述する密封工程やリフローハンダ付けにて、低沸点の不純物が気化して電気二重層キャパシタ1が損壊するのを防止できる。
密封工程において、電解液50は、ニッケルメッキの融点(800〜1455℃)に晒されるものの、比較的沸点の高い環状カーボネートを含有するため、容易に電解液50の全量が揮発したりすることなく、収納容器2内に適量の電解液50が残る。加えて、電解液50の全量が容易に揮発しないため、密封工程中に収納容器2が破損するのを防止できる。
こうして、電解液50の量が均一な電気二重層キャパシタ1を得ることができる。
本実施形態の電気二重層キャパシタは、セパレータ46の電極間部46aの厚さをL2(μm)とし、電極間部空隙率をRe(%)としたときに、L2/Reで定義されるセパレータ評価指数Ieが、1.0(μm/%)以下である構成とした。
電極間部46aの厚さL2が小さいほど、一対の電極間の距離が小さくなるので、電極間部46aの抵抗値が小さくなる。また電極間部空隙率Reが大きいほど、電極間部46aに電解液が流入しやすくなってイオン導電性が向上するので、電極間部46aの抵抗値が小さくなる。そこで、L2/Reで定義されるセパレータ評価指数Ieを1.0(μm/%)以下とすることにより、電極間部46aの抵抗値を50Ω以下に低減することができる。好ましくはセパレータ評価指数Ieを0.65(μm/%)以下とすることにより、電極間部46aの抵抗値を40Ω以下に低減することができる。
繊維径の細いガラス繊維の積層体でセパレータを形成することにより、セパレータの内部に大きな空隙が形成されるので、電極間部空隙率Reが大きくなる。また、一対の電極により圧縮荷重が付与されてセパレータが圧縮されると、電極間部46aの厚さL2が小さくなる。これらにより、セパレータ評価指数Ieが小さくなり、電極間部の抵抗値を低減することができる。
上述の実施形態の電気二重層キャパシタ1は、チップ型のものであるが、本発明はこれに限定されず、例えば、ボタン型のものであってもよい。
上述の実施形態では、有底四角筒状の容器本体と平板状の蓋体とを備え、容器本体に外部端子が設けられたチップ型のものであるが、本発明はこれに限定されず、例えば、図2に示すチップ型のものであってもよい。
容器本体110は、平面視略矩形の平板状の天壁部112と、天壁部112の周縁から下方に延設された矩形筒状の側壁部114と、側壁部114の下端に、側壁部114の軸線から離れる方向に延設された鍔部116とを備えるものである。
蓋体120は、上層122と下層124とからなる二層構造とされている。上層122面の略中央には、平面視略矩形の第一の導体部145が設けられ、上層122の周縁近傍には、ロ字状の第二の導体部132が設けられている。下層124には、側面から底面にかけて第一の外部端子160と第二の外部端子170とが設けられ、上層122と下層124との間には、蓋体120の略中央から周縁に向かって延びる引出導体部172が設けられている。第一の外部端子160は第一の導体部132と接続され、第二の外部端子170は引出導体部172と接続されている。引出導体部172は、上層122を貫通するビア導体部174により第二の導体部145と接続されている。
蓋体120の材質は、基材22の材質と同様である。
シールリング130の材質は、シールリング30の材質と同様である。
第一の外部端子160は、第一の外部端子60と同様であり、第二の外部端子170は、第二の外部端子70と同様である。
第一の導体部132は、第一の金属層62と同様であり、第二の導体部145は、正極集電体45と同様である。
引出導体部172は、第二の金属層72と同様である。
ビア導体部174は、保護層27と同様である。
図2に示す第2実施形態の電気二重層キャパシタ100においても、図1に示す第1実施形態の電気二重層キャパシタ1と同様の効果を得ることができる。
各実施例および各比較例では、図1に示す電気二重層キャパシタと同様の電気二重層キャパシタを次のように作製した。
市販の活性炭(比表面積:1900m2/g、細孔容積:0.85cm3/g、微小細孔割合:4%、中細孔割合:95%、個数平均粒径:12μm(レーザー式により測定))を厚さ0.25mm±0.05mmのシート状に圧延し、1.7mm×1.0mmに切断したものを正極側電極及び負極側電極とした。コバールの平板に電解ニッケルメッキを施した蓋体に、負極側電極を導電性接着剤により接着した。セラミックの基材とセラミックの中間層からなる底壁部と、セラミックの側壁部とを備えた容器本体の開口部周縁に、コバールのシールリングを銀ろうにより接合した。容器本体の内底面に、正極側電極を導電性接着剤により接着し、後述するセパレータ(2.25mm×1.72mm)を正極側電極上に載置した。正極側電極上に容器本体内に電解液2μLを注入し、負極側電極がセパレータに当接するように蓋体をシールリング上に載置した。次いで、スポット溶接により蓋体とシールリングとを部分的に溶接して非密封体とした。この際、蓋体を250℃、5msecで加熱した(予備加熱工程)。
次いで、抵抗溶接法のシーム溶接により、収納容器を密封し、電気二重層キャパシタを得た。なお、得られた電気二重層キャパシタの空隙率は25体積%、表面積比=1.0であった。
セパレータをアルカリガラスのガラス繊維積層体で形成した。実施例2では、ガラス繊維の密度は2.351g/ccであり、ガラス繊維積層体の単位質量は22.0g/m2である。セパレータは、圧縮前の厚みL1=150μmから、圧縮後の厚みL2=30μmまで圧縮した。圧縮後の電極間部空隙率Reは68.8%であり、セパレータ評価指数Ieは0.436である。上記以外は実施例1と同様にして、電気二重層キャパシタを作成した。
表1に示すように、測定された抵抗値は25Ωであった。
セパレータをアルカリガラスのガラス繊維積層体で形成した。実施例3では、ガラス繊維の密度は2.345g/ccであり、ガラス繊維積層体の単位質量は23.7g/m2である。セパレータは、圧縮前の厚みL1=150μmから、圧縮後の厚みL2=32μmまで圧縮した。圧縮後の電極間部空隙率Reは68.7%であり、セパレータ評価指数Ieは0.470である。上記以外は実施例1と同様にして、電気二重層キャパシタを作成した。
表1に示すように、測定された抵抗値は26Ωであった。
セパレータをアルカリガラスのガラス繊維積層体で形成した。実施例4では、ガラス繊維の密度は2.349g/ccであり、ガラス繊維積層体の単位質量は26.0g/m2である。セパレータは、圧縮前の厚みL1=150μmから、圧縮後の厚みL2=35μmまで圧縮した。圧縮後の電極間部空隙率Reは68.8%であり、セパレータ評価指数Ieは0.515である。上記以外は実施例1と同様にして、電気二重層キャパシタを作成した。
表1に示すように、測定された抵抗値は26Ωであった。
セパレータをアルカリガラスのガラス繊維積層体で形成した。実施例5では、ガラス繊維の密度は2.349g/ccであり、ガラス繊維積層体の単位質量は31.0g/m2である。セパレータは、圧縮前の厚みL1=200μmから、圧縮後の厚みL2=42μmまで圧縮した。圧縮後の電極間部空隙率Reは68.8%であり、セパレータ評価指数Ieは0.615である。上記以外は実施例1と同様にして、電気二重層キャパシタを作成した。
表1に示すように、測定された抵抗値は31Ωであった。
セパレータをホウケイ酸ガラスのガラス繊維積層体で形成した。実施例6では、ガラス繊維の密度は2.3g/ccであり、ガラス繊維積層体の単位質量は29.3g/m2である。セパレータは、圧縮前の厚みL1=41μmから、圧縮後の厚みL2=20μmまで圧縮した。圧縮後の電極間部空隙率Reは57.4%であり、セパレータ評価指数Ieは0.356である。上記以外は実施例1と同様にして、電気二重層キャパシタを作成した。
表1に示すように、測定された抵抗値は20Ωであった。
セパレータをホウケイ酸ガラスのガラス繊維積層体で形成した。実施例7では、ガラス繊維の密度は2.3g/ccであり、ガラス繊維積層体の単位質量は28.2g/m2である。セパレータは、圧縮前の厚みL1=51μmから、圧縮後の厚みL2=26μmまで圧縮した。圧縮後の電極間部空隙率Reは51.9%であり、セパレータ評価指数Ieは0.492である。上記以外は実施例1と同様にして、電気二重層キャパシタを作成した。
表1に示すように、測定された抵抗値は27Ωであった。
セパレータをホウケイ酸ガラスのガラス繊維積層体で形成した。実施例8では、ガラス繊維の密度は2.3g/ccであり、ガラス繊維積層体の単位質量は20.0g/m2である。セパレータは、圧縮前の厚みL1=27μmから、圧縮後の厚みL2=13μmまで圧縮した。圧縮後の電極間部空隙率Reは21.7%であり、セパレータ評価指数Ieは0.613である。上記以外は実施例1と同様にして、電気二重層キャパシタを作成した。
表1に示すように、測定された抵抗値は23Ωであった。
セパレータをホウケイ酸ガラスのガラス繊維積層体で形成した。実施例9では、ガラス繊維の密度は2.3g/ccであり、ガラス繊維積層体の単位質量は24.0g/m2である。セパレータは、圧縮前の厚みL1=41μmから、圧縮後の厚みL2=20μmまで圧縮した。圧縮後の電極間部空隙率Reは57.4%であり、セパレータ評価指数Ieは0.356である。上記以外は実施例1と同様にして、電気二重層キャパシタを作成した。
表1に示すように、測定された抵抗値は20Ωであった。
セパレータをセルロース積層体で形成した。実施例10では、セルロースの密度は1.4g/ccであり、セルロース積層体の単位質量は14.9g/m2である。セパレータは、厚み19.8μmのまま圧縮していない。電極間部空隙率Reは46.2%であり、セパレータ評価指数Ieは0.428である。上記以外は実施例1と同様にして、電気二重層キャパシタを作成した。
表1に示すように、測定された抵抗値は23Ωであった。
セパレータをセルロース積層体で形成した。実施例11では、セルロースの密度は1.4g/ccであり、セルロース積層体の単位質量は18.3g/m2である。セパレータは、厚み25.4μmのまま圧縮していない。電極間部空隙率Reは48.4%であり、セパレータ評価指数Ieは0.524である。上記以外は実施例1と同様にして、電気二重層キャパシタを作成した。
表1に示すように、測定された抵抗値は32Ωであった。
セパレータをセルロース積層体で形成した。実施例12では、セルロースの密度は1.4g/ccであり、セルロース積層体の単位質量は21.3g/m2である。セパレータは、厚み30.7μmのまま圧縮していない。電極間部空隙率Reは50.4%であり、セパレータ評価指数Ieは0.609である。上記以外は実施例1と同様にして、電気二重層キャパシタを作成した。
表1に示すように、測定された抵抗値は38Ωであった。
セパレータをポリテトラフルオロエチレン(PTFE)のマイクロポーラスフィルムで形成した。セパレータは、厚み25.0μmのまま圧縮していない。電極間部空隙率Reは61.0%であり、セパレータ評価指数Ieは0.410である。上記以外は実施例1と同様にして、電気二重層キャパシタを作成した。
表1に示すように、測定された抵抗値は25Ωであった。
セパレータをポリテトラフルオロエチレン(PTFE)のマイクロポーラスフィルムで形成した。セパレータは、厚み50.0μmのまま圧縮していない。電極間部空隙率Reは65.0%であり、セパレータ評価指数Ieは0.769である。上記以外は実施例1と同様にして、電気二重層キャパシタを作成した。
表1に示すように、測定された抵抗値は48Ωであった。
セパレータをホウケイ酸ガラスのガラス繊維積層体で形成した。比較例1では、ガラス繊維の密度は2.3g/ccであり、ガラス繊維積層体の単位質量は46.0g/m2である。セパレータは、圧縮前の厚みL1=150μmから、圧縮後の厚みL2=75μmまで圧縮した。圧縮後の電極間部空隙率Reは73.3%であり、セパレータ評価指数Ieは1.023である。上記以外は実施例1と同様にして、電気二重層キャパシタを作成した。
表1に示すように、測定された抵抗値は63Ωであった。
セパレータをホウケイ酸ガラスのガラス繊維積層体で形成した。比較例2では、ガラス繊維の密度は2.3g/ccであり、ガラス繊維積層体の単位質量は70.0g/m2である。セパレータは、圧縮前の厚みL1=230μmから、圧縮後の厚みL2=115μmまで圧縮した。圧縮後の電極間部空隙率Reは73.5%であり、セパレータ評価指数Ieは1.564である。上記以外は実施例1と同様にして、電気二重層キャパシタを作成した。
表1に示すように、測定された抵抗値は94Ωであった。
以上の各実施例および各比較例により、セパレータ評価指数Ieを1.0μm/%以下(または0.77μm/%以下、好ましくは0.62μm/%以下、より好ましくは0.50μm/%以下、特に好ましくは0.35μm/%以下)とすることで、抵抗値を低減できることが確認された。
2、102…収納容器
10、120…蓋体
15…電気化学素子
20、110…容器本体
40…分極性電極
42…負極側電極
44…正極側電極
46…セパレータ
46a…電極間部
50…電解液
60、160…第一の外部端子
70、170…第二の外部端子
Claims (6)
- 収納容器の内部に電気化学素子を備え、外部端子を介して充放電が可能な電気化学セルであって、
前記電気化学素子は、一対の電極と、前記一対の電極間に配置されたセパレータと、前記一対の電極および前記セパレータに含浸された電解液と、を備え、
前記一対の電極間の体積をVeとし、前記一対の電極間に配置された前記セパレータの電極間部における空隙の体積をSeとして、電極間部空隙率ReをRe=Se/Ve×100(%)と定義し、
前記電極間部の厚さをL2(μm)として、セパレータ評価指数IeをIe=L2/Re(μm/%)と定義したときに、
Ie≦1.0(μm/%)
を満たしていることを特徴とする電気化学セル。 - 前記セパレータは、ガラス繊維の積層体であることを特徴とする請求項1に記載の電気化学セル。
- 前記一対の電極により、前記セパレータに圧縮荷重が付与されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電気化学セル。
- 前記電解液が含浸されて膨張した前記一対の電極により、前記セパレータに圧縮荷重が付与されていることを特徴とする請求項3に記載の電気化学セル。
- 前記一対の電極のうち少なくとも一方の前記電極には、導電助剤として黒鉛が付与されていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の電気化学セル。
- 前記電解液は、溶媒としてプロピレンカーボネートおよびエチレンカーボネートを含んでいることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の電気化学セル。
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