JP2014063789A

JP2014063789A - 電気二重層コンデンサ

Info

Publication number: JP2014063789A
Application number: JP2012206522A
Authority: JP
Inventors: Tomonori Ito; 智紀伊東
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2014-04-10

Abstract

【課題】高温雰囲気下において劣化し難い電気二重層コンデンサを提供する。
【解決手段】電気二重層コンデンサ１は、正極１２と、負極１１と、外装体１０と、電解質とを備える。正極１２は、正極側集電極１２ａと、正極側分極性電極１２ｂとを有する。正極側分極性電極１２ｂは、正極側集電極１２ａの上に設けられている。負極１１は、負極側集電極１１ａと、負極側分極性電極１１ｂとを有する。負極側分極性電極１１ｂは、負極側集電極１１ａの上に設けられている。負極１１は、正極１２と対向している。外装体１０は、正極１２及び負極１１を収納している。負極側分極性電極１１ｂの電極容量が、正極側分極性電極１２ｂの電極容量よりも大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気二重層コンデンサに関する。

従来、例えば携帯電話機などの種々の電子機器にコンデンサが広く用いられている。コンデンサとしては、例えば特許文献１に記載のような電気二重層コンデンサ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃｄｏｕｂｌｅ−ｌａｙｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ：ＥＤＬＣ）が知られている。電気二重層コンデンサは、二次電池とは異なり、充放電に際して化学反応を伴わないため、長い製品寿命を有するというメリット、大電流で短時間のうちに充放電させることができるというメリットなどを有する。従って、長い製品寿命が求められる用途や、大電流が必要な用途などに電気二重層コンデンサを適用する試みがなされている。

特開２０１２−２３２１９号公報

電気二重層コンデンサは、例えば固体電解コンデンサに比べて高温雰囲気下において劣化しやすいという問題がある。

本発明の主な目的は、高温雰囲気下において劣化し難い電気二重層コンデンサを提供することである。

本発明に係る電気二重層コンデンサは、正極と、負極と、外装体と、電解質とを備える。正極は、正極側集電極と、正極側分極性電極とを有する。正極側分極性電極は、正極側集電極の上に設けられている。負極は、負極側集電極と、負極側分極性電極とを有する。負極側分極性電極は、負極側集電極の上に設けられている。負極は、正極と対向している。外装体は、正極及び負極を収納している。電解質は外装体内に充填されている。負極側分極性電極の電極容量が、正極側分極性電極の電極容量よりも大きい。

本発明に係る電気二重層コンデンサのある特定の局面では、負極側分極性電極と正極側分極性電極とは、それぞれ、多孔質体により構成されている。負極側分極性電極の表面積が、正極側分極性電極の表面積よりも大きい。

本発明に係る電気二重層コンデンサの別の特定の局面では、負極側分極性電極と正極側分極性電極とは、それぞれ、多孔質体により構成されている。負極側分極性電極が正極側分極性電極よりも厚い。

本発明に係る電気二重層コンデンサの他の特定の局面では、負極側分極性電極が炭素材料を含む。

本発明によれば、高温雰囲気下において劣化し難い電気二重層コンデンサを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る電気二重層コンデンサの模式的断面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

図１は、本実施形態に係る電気二重層コンデンサの模式的断面図である。図１に示されるように電気二重層コンデンサ１は、負極１１と、正極１２と、セパレータ１３と、外装体１０とを有する。

負極１１は、負極側集電極１１ａを備える。負極側集電極１１ａは、例えば、アルミニウム箔等により構成することができる。負極側集電極１１ａの厚みは、例えば、１０μｍ〜３０μｍ程度とすることができる。

負極側集電極１１ａの上には、負極側分極性電極１１ｂが設けられている。具体的には、負極側分極性電極１１ｂは、負極側集電極１１ａの両面の上に設けられている。負極側分極性電極１１ｂは、多孔質体からなる。負極側分極性電極１１ｂは、例えば、炭素材料、白金、金等を含むことが好ましく、炭素材料を含むことがより好ましい。好ましく用いられる炭素材料としては、活性炭が挙げられる。負極側分極性電極１１ｂの厚みは、例えば、１０μｍ〜３０μｍ程度とすることができる。

正極１２は、正極側集電極１２ａを備える。正極側集電極１２ａは、例えば、アルミニウム箔等により構成することができる。正極側集電極１２ａの厚みは、例えば、１０μｍ〜３０μｍ程度とすることができる。

正極側集電極１２ａの上には、正極側分極性電極１２ｂが設けられている。具体的には、正極側分極性電極１２ｂは、正極側集電極１２ａの両面の上に設けられている。正極側分極性電極１２ｂは、多孔質体からなる。正極側分極性電極１２ｂは、例えば、炭素材料、白金、金等を含むことが好ましく、炭素材料を含むことがより好ましい。好ましく用いられる炭素材料としては、活性炭が挙げられる。正極側分極性電極１２ｂの厚みは、例えば、１０μｍ〜３０μｍ程度とすることができる。

負極１１と正極１２とは、負極１１の負極側分極性電極１１ｂと、正極１２の正極側分極性電極１２ｂとが対向するように設けられている。具体的には、複数の負極１１と複数の正極１２とが、交互に積層されている。複数の負極１１は、図示しない負極側配線材により電気的に接続されており、外装体１０外に引き出されている。複数の正極１２は、図示しない正極側配線材により電気的に接続されており、外装体１０外に引き出されている。

隣り合う負極１１と正極１２との間にはセパレータ１３が設けられている。具体的には、セパレータ１３は、負極１１を覆うように設けられており、これにより、負極１１と正極１２とを隔離している。

負極１１と正極１２とセパレータ１３とは、外装体１０内に収納されている。外装体１０内には、電解質が充填されている。電解質は、陽イオンと、陰イオンと溶媒とを含む。好ましく用いられる陽イオンとしては、例えば、テトラエチルアンモニウム塩などが挙げられる。好ましく用いられる陰イオンとしては、例えば、四フッ化ホウ酸イオン（ＢＦ^４−）や、ビストリフルオロメチルスルホニルイミド（（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ⁻）などが挙げられる。好ましく用いられる溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネートなどの非水系溶媒や、水などの水系溶媒などが挙げられる。

負極１１と正極１２とはそれぞれ、外装体外部に設けられる負極用引き出し端子（図示しない）と正極用引き出し端子（図示しない）に接続されている。

電気二重層コンデンサ１では、負極側分極性電極１１ｂの電極容量が、正極側分極性電極１２ｂの電極容量よりも大きくされている。このため、電気二重層コンデンサ１は、例えば、６０℃〜８５℃という高温雰囲気下においても劣化し難い。この理由は、定かではないが、負極側分極性電極１１ｂの還元電位が卑になりにくく、還元反応による負極側分極性電極１１ｂの劣化が抑制されたためであると考えられる。

高温雰囲気下における電気二重層コンデンサ１の劣化をさらに抑制する観点からは、負極側分極性電極１１ｂの表面積が、正極側分極性電極１２ｂの表面積の１．１倍以上であることが好ましく、１．２倍以上であることがより好ましい。但し、負極側分極性電極１１ｂの表面積が大きくなりすぎると正極側分極性電極１２ｂの酸化電位がより貴になり、酸化反応による正極側分極性電位１２ｂの劣化が促進される場合がある。従って、負極側分極性電極１１ｂの表面積が、正極側分極性電極１２ｂの表面積の１．５倍以下であることが好ましく、１．４倍以下であることがより好ましい。

なお、本発明において、分極性電極の表面積は、分極性電極の外表面に加え、空孔の表面などの内表面を含んだ全表面の面積をいう。分極性電極の表面積は、分極性電極の任意の断面における分極性電極の表面の長さから見積もることができる。負極側分極性電極１１ｂの表面積が、正極側分極性電極１２ｂの表面積よりも大きいとは、負極側分極性電極１１ｂの任意の一断面における負極側分極性電極１１ｂの表面の長さが、正極側分極性電極１２ｂの任意の一断面における正極側分極性電極１２ｂの表面の長さよりも長いことを意味する。

負極側分極性電極１１ｂの電極容量を、正極側分極性電極１２ｂの電極容量よりも大きくする観点からは、負極側分極性電極１１ｂの表面積が、正極側分極性電極１２ｂの表面積よりも大きいことが好ましい。

負極側分極性電極１１ｂの表面積を、正極側分極性電極１２ｂの表面積よりも大きくする観点からは、負極側分極性電極１１ｂを正極側分極性電極１２ｂよりも厚くすることが好ましい。負極側分極性電極１１ｂの厚みは、正極側分極性電極１２ｂの厚みの１．１倍以上であることが好ましく、１．２倍以上であることがより好ましい。但し、負極側分極性電極１１ｂが厚すぎると、正極側分極性電極１２ｂの酸化電位がより貴になり、酸化反応による正極側分極性電位１２ｂの劣化が促進される場合がある。従って、負極側分極性電極１１ｂの厚みは、正極側分極性電極１２ｂの厚みの１．５倍以下であることが好ましく、１．４倍以下であることがより好ましい。

（実施例）
以下の条件で、電気二重層コンデンサ１と実質的に同様の構成を有する電気二重層コンデンサを作製した。

負極側集電極：アルミニウム箔
負極側分極性電極：活性炭からなる厚み２７μｍの多孔質体
正極側集電極：アルミニウム箔
正極側分極性電極：活性炭からなる厚み２２μｍの多孔質体
正極及び負極の積層数：１０層
電解質：５−アゾニアスピロ［４，４］ノナンテトラフルオロボラート（ＳＢＰＢＦ４）を１．５モル／リットル含むプロピレンカーボネート（ＰＣ）
設計静電容量（ＣＡＰ）：７００ｍＦ±２０％
設計等価直列抵抗（ＥｑｕｉｖａｌｅｎｔＳｅｒｉｅｓＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ：ＥＳＲ）：７０ｍΩ

（比較例）
正極側分極性電極の厚みを２７μｍとしたこと以外は実施例と同様の条件で電気二重層コンデンサを作製した。

（ＥＳＲとＣＡＰとの評価）
７０℃の雰囲気下において、２．１Ｖの電圧を２０００時間または４０００時間印加する負荷試験を行った。負荷試験を実施する前の電気二重層コンデンサのＥＳＲとＣＡＰとをＥＩＡＪＲＣ−２３７７に準拠して測定した。また、負荷試験を２０００時間実施した後のＥＳＲ，ＣＡＰ、並びに負荷試験を４０００時間実施した後のＥＳＲ，ＣＡＰを同様にして測定した。負荷試験実施後のＥＳＲ、ＣＡＰの変化率（（実施後の値−実施前の値）／実施前の値）を表１に示す。

（電極容量の評価）
上記実施例及び比較例のそれぞれにおいて作製した電気二重層コンデンサに参照極を挿入した。参照極としては、分極性電極に使用した活性炭電極と同様のものを使用した。その後、ＥＩＡＪＲＣ−２３７７に準拠して定電流放電を行い、その間の正極側分極性電極または負極側分極性電極と参照極との間における電位変化から、正極側分極性電極及び負極側分極性電極のそれぞれの電極容量を求めた。結果を、表１に示す。

表１に示す結果から、負極側分極性電極１１ｂの電極容量を、正極側分極性電極１２ｂの電極容量よりも大きくすることにより、７０℃の雰囲気下におけるＥＳＲの増大や静電容量（ＣＡＰ）の低下を抑制できることが分かる。

１…電気二重層コンデンサ
１０…外装体
１１…負極
１１ａ…負極側集電極
１１ｂ…負極側分極性電極
１２…正極
１２ａ…正極側集電極
１２ｂ…正極側分極性電極
１３…セパレータ

Claims

正極側集電極と、前記正極側集電極の上に設けられた正極側分極性電極とを有する正極と、
負極側集電極と、前記負極側集電極の上に設けられた負極側分極性電極とを有し、前記正極と対向している負極と、
前記正極及び前記負極を収納している外装体と、
前記外装体内に充填された電解質と、
を備え、
前記負極側分極性電極の電極容量が、前記正極側分極性電極の電極容量よりも大きい、電気二重層コンデンサ。
前記負極側分極性電極と前記正極側分極性電極とは、それぞれ、多孔質体により構成されており、
前記負極側分極性電極の表面積が、前記正極側分極性電極の表面積よりも大きい、請求項１に記載の電気二重層コンデンサ。
前記負極側分極性電極と前記正極側分極性電極とは、それぞれ、多孔質体により構成されており、
前記負極側分極性電極が前記正極側分極性電極よりも厚い、請求項１または２に記載の電気二重層コンデンサ。
前記負極側分極性電極が炭素材料を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気二重層コンデンサ。