JP2014099443A - Electrolyte and electric double-layer capacitor using the same - Google Patents

Electrolyte and electric double-layer capacitor using the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrolyte and an electric double-layer capacitor using the same capable of ensuring a high reliability by preventing changes in pH and/or creeping-up even when charging/discharging under severe conditions such as high temperature.SOLUTION: The electrolyte of the electric double-layer capacitor contains quaternary ammonium salt expressed by a general formula (1) below and carbonyl compound expressed by a general formula (2) below. (General formula 1)(General formula 2)

Description

本発明は各種電子機器や車載用蓄電装置などに用いられる電解液およびそれを用いた電気二重層キャパシタに関するものである。   The present invention relates to an electrolytic solution used for various electronic devices and in-vehicle power storage devices, and an electric double layer capacitor using the electrolytic solution.

図3は、従来の電気二重層キャパシタに用いられる集電体とゴム封口体とを示した模式断面図である。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a current collector and a rubber seal used in a conventional electric double layer capacitor.

従来、電気二重層キャパシタは、金属箔の上に活性炭を含んだ電極層が形成された正極および負極をセパレータを介在させた状態で対向させてキャパシタ素子を構成し、このキャパシタ素子が電解液と共に金属ケース内に収容され、この金属ケースの開口部をゴム封口体が封止している。そして、キャパシタ素子から電極を引き出すために、正極、負極それぞれにリード線などの接続部材を接合し、上記ゴム封口体を貫通して引き出された構成である。   Conventionally, an electric double layer capacitor has a positive electrode and a negative electrode in which an electrode layer containing activated carbon is formed on a metal foil, facing each other with a separator interposed therebetween, and the capacitor element is formed together with an electrolyte. It is accommodated in a metal case, and a rubber sealing body seals the opening of the metal case. And in order to pull out an electrode from a capacitor element, connecting members, such as a lead wire, are joined to each of a positive electrode and a negative electrode, and it is the structure pulled through the said rubber sealing body.

この電気二重層キャパシタに用いられる電解液には、第4級アンモニウム塩や第4級ホスホニウム塩が溶質として使用されている。   A quaternary ammonium salt or a quaternary phosphonium salt is used as a solute in the electrolytic solution used for the electric double layer capacitor.

しかし、これらの溶質は、化学的に活性であるという特質を持っている。そのため、これら溶質を用いた電気二重層キャパシタを、特に高温などの厳しい条件下で充放電を繰り返し行うと、負極近傍の電解液のpHがアルカリに偏り、負極の電極の表面を電解液が這い上がり、ゴム封口体より外部へ漏液してしまうという可能性がある。また、這い上がっていく電解液と接触することにより、ゴム封口体や負極から電極を引き出すリード線が腐食される可能性がある。   However, these solutes have the property of being chemically active. Therefore, when electric double layer capacitors using these solutes are repeatedly charged and discharged under severe conditions such as high temperatures, the pH of the electrolyte in the vicinity of the negative electrode is biased to alkali, and the electrolyte is scuffing the surface of the negative electrode. There is a possibility that it will rise and leak outside from the rubber seal. Moreover, the lead wire which pulls out an electrode from a rubber sealing body or a negative electrode may be corroded by contacting with the electrolyte which goes up.

この漏液による腐食の耐性を高めるために、正極および負極の電極の引き出し方法としてリード線を用いる電気二重層キャパシタにおいて、負極を構成する集電体101とタブ端子102の表面に酸化性を有する化学的薬剤を用いた化成皮膜を形成すると共に、このタブ端子102にはめ込まれる透孔103aを有したゴム封口体103にブチルゴムを樹脂加硫またはパーオキサイド加硫したものを使用し、このゴム封口体103の硬度が60〜90(ウォーレス硬度計による)の範囲にある構成が提案されている。   In order to enhance the resistance to corrosion due to this leakage, in the electric double layer capacitor using lead wires as a method for drawing out the positive electrode and the negative electrode, the surfaces of the current collector 101 and the tab terminal 102 constituting the negative electrode have oxidation properties. A rubber sealing body 103 having a through hole 103a fitted into the tab terminal 102 and formed by vulcanization of butyl rubber with resin or peroxide is used to form a chemical film using a chemical agent. A configuration in which the hardness of the body 103 is in the range of 60 to 90 (according to a Wallace hardness meter) has been proposed.

これにより、電解液の溶質に第4級アンモニウム塩や第4級ホスホニウム塩を用いたとしても、ゴム封口体103から外部へ電解液が漏液することを抑制することができる。   Thereby, even if a quaternary ammonium salt or a quaternary phosphonium salt is used as a solute of the electrolytic solution, the electrolytic solution can be prevented from leaking from the rubber sealing body 103 to the outside.

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。   As prior art document information relating to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.

特開平7−122467号公報JP-A-7-122467

このように、電気二重層キャパシタの電解液に、第4級アンモニウム塩や第4級ホスホニウム塩を溶質として用いるには、電解液中のpHの変動や液漏れなどの対策を講じる必要があった。しかし、電気二重層キャパシタとして、さらに上記課題を克服して信頼性を高めていくために、pHの変動や電解液の這い上がりが抑制された電解液が必要となっている。   As described above, in order to use a quaternary ammonium salt or a quaternary phosphonium salt as a solute in the electrolytic solution of the electric double layer capacitor, it is necessary to take measures such as pH fluctuation or liquid leakage in the electrolytic solution. . However, as an electric double layer capacitor, in order to further overcome the above-described problems and improve reliability, an electrolytic solution in which fluctuations in pH and creeping up of the electrolytic solution are suppressed is required.

そこで、本発明では、高温などの厳しい条件における充放電を行っても、pHの変動や電解液の這い上がりが抑制されて信頼性を高められた電解液およ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。   Therefore, in the present invention, there is provided an electrolytic solution and an electric double layer capacitor using the same, in which the fluctuation of pH and the rising of the electrolytic solution are suppressed even when charging / discharging under severe conditions such as high temperature is performed. The purpose is to provide.

上記課題を解決するために、本発明の電解液およびそれを用いた電気二重層キャパシタは、下記の(化1)で表される第4級アンモニウムカチオンを有する溶質と、下記の(化2)で表されるカルボニル化合物を含んでいる。   In order to solve the above problems, an electrolytic solution of the present invention and an electric double layer capacitor using the same include a solute having a quaternary ammonium cation represented by the following (Chemical Formula 1), and the following (Chemical Formula 2): The carbonyl compound represented by these is included.

Figure 2014099443
Figure 2014099443

(R1〜R4は炭素数が1または2の置換基であるとともに炭素数1の置換基の数が1または2であり、前記炭素数1の置換基の炭素原子は少なくとも一つ水素原子と結合しており、Nは窒素原子を表す。) (R 1 to R 4 are a substituent having 1 or 2 carbon atoms and 1 or 2 substituents having 1 carbon atom, and the carbon atom of the substituent having 1 carbon atom is at least one hydrogen atom. And N represents a nitrogen atom.)

Figure 2014099443
Figure 2014099443

(R5は炭素数が1以上の主鎖と水素原子、ハロゲン原子、水酸基いずれかからなる側鎖から成る置換基であり、R6は水素原子、エステル、炭素数1以上の有機官能基のいずれか一つから成る置換基であり、または、R5とR5が結合して形成された環状構造を形成している) (R 5 is a substituent composed of a main chain having 1 or more carbon atoms and a side chain consisting of any one of a hydrogen atom, a halogen atom, and a hydroxyl group, and R 6 is a hydrogen atom, an ester, or an organic functional group having 1 or more carbon atoms. Any one of the substituents or a cyclic structure formed by combining R 5 and R 5 )

この構成により、本発明の電解液および電気二重層キャパシタは、pHの変動を抑えることができる。これは、電解液中に含まれる上記(化1)で表される第4級アンモニウムカチオンと上記(化2)で表されるカルボニル化合物のカルボニル基が反応する際に、電解液中の水酸化物イオンを消費して反応するため、電解液中に存在する水酸化物イオンが減り、電解液のアルカリ化が抑制されるためである。   With this configuration, the electrolytic solution and the electric double layer capacitor of the present invention can suppress fluctuations in pH. This is because when the quaternary ammonium cation represented by the above (Chemical Formula 1) contained in the electrolytic solution reacts with the carbonyl group of the carbonyl compound represented by the above (Chemical Formula 2), the hydroxylation in the electrolytic solution is performed. This is because the product ions are consumed and reacted, so that hydroxide ions present in the electrolytic solution are reduced and alkalinization of the electrolytic solution is suppressed.

本発明の実施例における電気二重層キャパシタを表した部分切り欠き斜視図The partial notch perspective view showing the electric double layer capacitor in the example of the present invention 本発明における性能評価試験に用いたH型セルの模式図Schematic diagram of H-type cell used for performance evaluation test in the present invention 従来の電気二重層キャパシタに用いられるタブ端子を備えた負極とゴム封口体を示した模式断面図Schematic sectional view showing a negative electrode with a tab terminal and a rubber seal used in a conventional electric double layer capacitor

以下に図面を用いながら本発明の実施例および全請求項について説明を行うが、本発明は以下の内容に限定されない。   Hereinafter, embodiments of the present invention and all claims will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following contents.

図1は本発明の実施例によるキャパシタの部分切り欠き斜視図である。   FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of a capacitor according to an embodiment of the present invention.

図1において、キャパシタ素子1は金属から成る集電体2a、3aの表面に、イオンを吸脱着する電極層2b、3bをそれぞれ形成した正極2および負極3とを一対の電極とし、対向した正極2および負極3の間にセパレータ4を介在させた状態で、巻回、又は積層されたものであり、正極2および負極3の表面には引出部材としてリード線5a、5bがそれぞれ接続された状態で、このキャパシタ素子1と電解液(図示なし)とが外装体である有底状の外装ケース6に収容されており、外装ケース6の開口端部をリード線5a、5bが表出するように封口部材7によって封止されている。   In FIG. 1, a capacitor element 1 has a positive electrode 2 and a negative electrode 3 each having electrode layers 2b and 3b for absorbing and desorbing ions formed on the surfaces of current collectors 2a and 3a made of metal as a pair of electrodes. The separator 4 is wound or laminated with the separator 4 interposed between the anode 2 and the anode 3, and lead wires 5a and 5b are connected to the surfaces of the cathode 2 and the anode 3 as lead members, respectively. Thus, the capacitor element 1 and the electrolytic solution (not shown) are accommodated in a bottomed outer casing 6 that is an outer casing, and the lead wires 5a and 5b expose the opening end of the outer casing 6. It is sealed by the sealing member 7.

正極2および負極3は、集電体2a、3aとして例えば厚さ約15μmの高純度アルミニウム箔(Alを99%以上含有)を用い、このアルミニウム箔を塩素系のエッチング液中で電解エッチングをして表面を粗面化する。   For the positive electrode 2 and the negative electrode 3, for example, a high-purity aluminum foil having a thickness of about 15 μm (containing 99% or more Al) is used as the current collectors 2a and 3a, and this aluminum foil is subjected to electrolytic etching in a chlorine-based etching solution. To roughen the surface.

そして、電極層2b、3bを粗面化した集電体2a、3aの表裏面へそれぞれ形成する。この電極層2bを構成する材料として、活性炭、結着剤や導電助剤などがある。   Then, the electrode layers 2b and 3b are formed on the front and back surfaces of the roughened current collectors 2a and 3a, respectively. Examples of the material constituting the electrode layer 2b include activated carbon, a binder, and a conductive additive.

活性炭は例えば平均粒径5μmのフェノール樹脂系活性炭を、結着剤には例えばカルボキシメチルセルロース(CMC)の水溶液を、導電助剤として例えばアセチレンブラックを、それぞれ10:2:1の重量比で混合したものを用いる。この混合物を混練機で練合して所定の粘度に調整する。   The activated carbon is, for example, a phenol resin activated carbon having an average particle diameter of 5 μm, the binder is, for example, an aqueous solution of carboxymethyl cellulose (CMC), and the conductive assistant is, for example, acetylene black, mixed in a weight ratio of 10: 2: 1. Use things. This mixture is kneaded with a kneader to adjust to a predetermined viscosity.

このペーストを集電体2a、3aの表裏面に塗布し、100℃の大気雰囲気中において乾燥することにより厚さ40μmの電極層2bを形成する。その後、集電体2aおよび3aに電極層2bおよび3bを設けたものを所定の幅になるようスリット加工を施す。   This paste is applied to the front and back surfaces of the current collectors 2a and 3a, and dried in an air atmosphere at 100 ° C. to form an electrode layer 2b having a thickness of 40 μm. Thereafter, the current collectors 2a and 3a provided with the electrode layers 2b and 3b are slit so as to have a predetermined width.

さらに、集電体2a、3aの表裏面上へ形成した電極層2b、3bをそれぞれ一部取り除き、この電極層2b、3bの未形成部へリード線5aおよび5bを針かしめなどの方法で接続する。   Further, the electrode layers 2b and 3b formed on the front and back surfaces of the current collectors 2a and 3a are partially removed, and the lead wires 5a and 5b are connected to the unformed portions of the electrode layers 2b and 3b by a method such as needle caulking. To do.

上記の正極2および負極3を対向させ、この正極2と負極3の間にセパレータ4を介在させて巻回しキャパシタ素子1を完成させる。セパレータ4には例えば厚さ約35μm、密度0.45g/cm3であるセルロース系の紙やPTFEなどが用いられる。 The positive electrode 2 and the negative electrode 3 are made to face each other, and a separator 4 is interposed between the positive electrode 2 and the negative electrode 3 and wound to complete the capacitor element 1. For the separator 4, for example, cellulosic paper or PTFE having a thickness of about 35 μm and a density of 0.45 g / cm 3 is used.

電解液には、溶質として例えば第4級アンモニウム塩であるエチルトリメチルアンモニウムテトラフルオロボレートを用いる。そして、溶質のアニオンとしてはフッ素原子を含んだものが耐電圧特性が向上するため好ましく、特にBF4 -あるいはPF6 -がよい。溶媒には、有機溶媒である例えばプロピレンカーボネートを用い、溶質の濃度が0.5〜2.0mol/lとなるように混合する。 For the electrolyte, for example, ethyltrimethylammonium tetrafluoroborate, which is a quaternary ammonium salt, is used as a solute. As the solute anion, those containing fluorine atoms are preferable because the withstand voltage characteristics are improved, and BF 4 or PF 6 is particularly preferable. As the solvent, for example, propylene carbonate, which is an organic solvent, is used and mixed so that the concentration of the solute is 0.5 to 2.0 mol / l.

そしてこの電解液に、本実施例ではカルボニル化合物の一例としてベンゾフェノンを上記電解液の重量に対して、0.1wt%以上5wt%以下だけ含ませる。   In this embodiment, benzophenone as an example of a carbonyl compound is contained in the electrolyte solution by not less than 0.1 wt% and not more than 5 wt% with respect to the weight of the electrolyte solution.

外装ケース6には放熱性の観点から例えばアルミニウムや銅やニッケルなどの金属を用いるが、電解液と反応を生じる恐れの低い材料であれば特に限定されず、形状も角柱ケースやラミネートタイプでもよい。   For example, aluminum, copper, or nickel is used for the outer case 6 from the viewpoint of heat dissipation. However, the outer case 6 is not particularly limited as long as it is a material that is unlikely to react with the electrolytic solution, and the shape may be a prismatic case or a laminate type. .

封口部材7は、例えばブチルゴムなどが挙げられるが弾性を備えたゴム材であれば、特に限定されない。キャパシタ素子1から突出したリード線5a、5bを封口部材7に設けた貫通孔7aの中を通した状態で、封口部材7を有底筒状である外装ケース6の開口部へ配設し、封口部材7が位置する外装ケース6の開口部外周面から外装ケース6内部へ向かって絞り加工を施し、外装ケース6の開口端部にカーリング加工を施すことにより、封口部材7を圧着および握着し固定する。これにより、外装ケース6の開口部の封止が完成する。   The sealing member 7 may be, for example, butyl rubber, but is not particularly limited as long as it is a rubber material having elasticity. In a state where the lead wires 5a and 5b protruding from the capacitor element 1 are passed through the through holes 7a provided in the sealing member 7, the sealing member 7 is disposed in the opening of the outer case 6 having a bottomed cylindrical shape, The sealing member 7 is crimped and gripped by drawing from the outer peripheral surface of the opening of the outer case 6 where the sealing member 7 is located toward the inside of the outer case 6 and by curling the opening end of the outer case 6. And fix. Thereby, sealing of the opening part of the exterior case 6 is completed.

以上で本発明の電気二重層キャパシタが完成する。   Thus, the electric double layer capacitor of the present invention is completed.

本発明における電解液およびそれを用いた電気二重層キャパシタは、電解液中に上記(化1)で表される第4級アンモニウム塩を含むと共に上記(化2)で表されるカルボニル化合物を含む構成である。   The electrolytic solution and the electric double layer capacitor using the same according to the present invention include the quaternary ammonium salt represented by the above (Chemical Formula 1) and the carbonyl compound represented by the above (Chemical Formula 2) in the electrolytic solution. It is a configuration.

この構成により、電解液のアルカリ化が抑制され、電気二重層キャパシタにおいて負極3表面での電解液の這い上がりを抑制することができ、電気二重層キャパシタとして信頼性を向上させることができる。   With this configuration, the alkalinization of the electrolytic solution is suppressed, and the creeping of the electrolytic solution on the surface of the negative electrode 3 in the electric double layer capacitor can be suppressed, and the reliability of the electric double layer capacitor can be improved.

これは、カルボニル化合物に備わっているカルボニル基によって、本発明の電解液に用いられるカチオンが反応し、この反応において水酸化物イオンを消費するため、電解液中の水酸化物イオンが減り、結果的に電解液中のアルカリ性を弱めるためである。   This is because the carbonyl group provided in the carbonyl compound reacts with the cation used in the electrolytic solution of the present invention, and in this reaction, hydroxide ions are consumed, resulting in a decrease in hydroxide ions in the electrolytic solution. This is to weaken the alkalinity in the electrolytic solution.

上記カチオンがこのカルボニル化合物と反応するために、予め上記カチオンが下記の(化3)のように窒素イリドを形成する必要がある。   In order for the cation to react with the carbonyl compound, the cation must previously form a nitrogen ylide as shown in the following (Chemical Formula 3).

Figure 2014099443
Figure 2014099443

(Cは炭素、Nは窒素、Ra〜eは有機または無機の置換基を表す。)
この窒素イリドは電解液中のカチオンと水酸化物イオンとが反応して生じる。さらにこのイリドが電解液中に含まれるカルボニル化合物のカルボニル基と反応する。つまり、この一連の反応によって電解液中の水酸化物イオンが消費されるのである。
(C represents carbon, N represents nitrogen, and Ra to e represent organic or inorganic substituents.)
This nitrogen ylide is generated by a reaction between a cation and a hydroxide ion in the electrolytic solution. Further, this ylide reacts with the carbonyl group of the carbonyl compound contained in the electrolytic solution. That is, hydroxide ions in the electrolytic solution are consumed by this series of reactions.

この窒素イリドを形成するためには、上記カチオンを構成する窒素原子の周囲に存在する置換基R1〜4のうち少なくとも一つの置換基には、窒素原子と直接結合した炭素原子に、水素原子が設けられており、この水素イオンが電解液中の水酸化物イオンと反応する必要がある。この水酸化物イオンとの反応を容易にするため、本発明の電解液には、第4級アンモニウムカチオンの中で水素イオンが上記炭素原子から引き抜かれやすいエチルトリメチルアンモニウムカチオンやジメチルジエチルアンモニウムカチオンを含んだ塩を用いることが好ましい。 In order to form the nitrogen ylide, the carbon atoms at least one of the substituents, attached directly to the nitrogen atom of the substituents R 1 to 4 existing around the nitrogen atoms constituting the cation, a hydrogen atom This hydrogen ion needs to react with hydroxide ions in the electrolyte. In order to facilitate the reaction with this hydroxide ion, the electrolyte solution of the present invention contains an ethyltrimethylammonium cation or a dimethyldiethylammonium cation, in which hydrogen ions are easily extracted from the carbon atom among the quaternary ammonium cations. It is preferable to use a salt containing.

本発明に用いられるカルボニル化合物には、アルデヒド化合物、ケトン化合物、カルボン酸化合物、エステル化合物、アミド化合物、エノン化合物、酸塩化物、酸無水物などがある。   Examples of the carbonyl compound used in the present invention include aldehyde compounds, ketone compounds, carboxylic acid compounds, ester compounds, amide compounds, enone compounds, acid chlorides, and acid anhydrides.

本発明の電解液に用いるカルボニル化合物の中で、アルデヒド化合物には、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ビニルアルデヒド、ベンズアルデヒド、シンナムアルデヒド、ベリルアルデヒドなどがあり、ケトン化合物には、特にアセトンやメチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどがあり、カルボン酸化合物には、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸、ドコサヘキサエン酸、エイコサペンタエン酸、乳酸、リンゴ酸、クエン酸、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、サリチル酸、没食子酸、メリト酸、ケイ皮酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、フマル酸、マレイン酸、ピルビン酸、アコニット酸、アミノ酸、ニトロカルボン酸であり、エステル化合物には、酪酸メチル、サリチル酸メチル、蟻酸エチル、酪酸エチル、カプロン酸エチル、酢酸イソペンチル、酪酸ペンチル、酢酸オクチルなどがあり、アミド化合物にはジメチルホルムアミド、N−メチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−エチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、ジメチルプロピオンアミド、N−メチルピロリドンなどがあり、エノン化合物には、ニトロアセトフエノン、ベンゾフエノンなどがあり、カルボン酸塩化物には、上記カルボン酸化合物の一例として挙げた化合物のカルボキシル基の水素を塩素により置換したものなどがあり、酸無水物には、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、3,34.4″−ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、無水マレイン酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキザヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、無水コハク酸、アルケニル無水コハク酸、メチルシクロヘキセンテトラカルボン酸、ポリアジピン酸無水物、ポリアゼライン酸無水物、ポリセバシン酸無水物などがある。   Among the carbonyl compounds used in the electrolytic solution of the present invention, aldehyde compounds include formaldehyde, acetaldehyde, propionaldehyde, vinyl aldehyde, benzaldehyde, cinnamaldehyde, berylaldehyde and the like, and ketone compounds include acetone, methyl ethyl ketone, and diethyl in particular. There are ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, etc., and carboxylic acid compounds include formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, caproic acid, enanthic acid, caprylic acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, margaric acid, Stearic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, arachidonic acid, docosahexaenoic acid, eicosapentaenoic acid, lactic acid, malic acid, citric acid, benzoic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, salicy Ester, oxalic acid, malic acid, citric acid, cinnamic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, fumaric acid, maleic acid, pyruvic acid, aconitic acid, amino acid, nitrocarboxylic acid, ester compound Include methyl butyrate, methyl salicylate, ethyl formate, ethyl butyrate, ethyl caproate, isopentyl acetate, pentyl butyrate, octyl acetate, etc., and amide compounds include dimethylformamide, N-methylformamide, dimethylacetamide, N-ethylformamide , Diethylformamide, dimethylpropionamide, N-methylpyrrolidone, etc., enone compounds include nitroacetophenone, benzophenone, etc., and carboxylic acid chlorides include carboxyls of the compounds mentioned as examples of the carboxylic acid compounds. Group hydrogen And acid anhydrides include phthalic anhydride, trimellitic anhydride, pyromellitic anhydride, 3,34.4 ″ -benzophenonetetracarboxylic anhydride, maleic anhydride, methyltetrahydroanhydride Phthalic acid, tetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, methyl nadic anhydride, succinic anhydride, alkenyl succinic anhydride, methylcyclohexene tetracarboxylic acid, polyadipic anhydride, polyazelinic anhydride And poly sebacic anhydride.

これら化合物の中でも特に、アルデヒド化合物、ケトン化合物が好ましい。これは、有機溶媒などに対して溶解性が優れているためである。   Among these compounds, aldehyde compounds and ketone compounds are particularly preferable. This is because the solubility in an organic solvent is excellent.

そして、上記窒素イリドの生成を促すために本発明に用いられる第4級アンモニウムカチオンを構成する置換に電子求引性基を設けることが好ましい。この電子求引性基を設けることにより、窒素イリドの形成に関わる水素原子の電子密度を下げ、その水素原子を引き抜きやすくしている。   And it is preferable to provide an electron withdrawing group in the substitution which comprises the quaternary ammonium cation used for this invention in order to promote the production | generation of the said nitrogen ylide. By providing this electron withdrawing group, the electron density of the hydrogen atom involved in the formation of the nitrogen ylide is lowered to facilitate the extraction of the hydrogen atom.

この電子求引性基には、例えば−F、−Cl、−Br、−OR、=O、−COR、−CO2R、−NO2、−SO2R、−CN、−CR=CR2、−C≡R、−CHxy、−CHvw−CHxy(ただし、−、=、≡は原子または分子の結合状態を表し、Rは無機または有機の置換基を表し、それ以外は周期表に基づいた原子を表す。また、v、wは0以上2以下の整数でありv+w=2を満たし、x、yは0以上3以下の整数でありx+y=3を満たす。)が挙げられる。 The electron-withdrawing group, for example -F, -Cl, -Br, -OR, = O, -COR, -CO 2 R, -NO 2, -SO 2 R, -CN, -CR = CR 2 , —C≡R, —CH x F y , —CH v F w —CH x F y (where —, =, ≡ represents an atomic or molecular bonding state, and R represents an inorganic or organic substituent. , And others represent atoms based on the periodic table, and v and w are integers of 0 or more and 2 or less and satisfy v + w = 2, and x and y are integers of 0 or more and 3 or less and satisfy x + y = 3. .).

(性能評価試験)
以下に上記実施例で説明された電解液および電気二重層キャパシタを用いて発明の効果を確認する特性評価試験の内容を示す。
(Performance evaluation test)
The contents of the characteristic evaluation test for confirming the effect of the invention using the electrolytic solution and the electric double layer capacitor described in the above examples are shown below.

サンプル1の電解液28は本実施例の電解液であり、溶質に第4級アンモニウム塩であるエチルトリメチルアンモニウムテトラフルオロボレートを用い、溶媒にプロピレンカーボネートを用いて濃度が0.1mol/lである電解液を用い、上記カルボニル化合物の一例として、ベンゾフェノンを用い、その含有量を1.0wt%とした。   The electrolyte solution 28 of sample 1 is the electrolyte solution of this example, and ethyltrimethylammonium tetrafluoroborate, which is a quaternary ammonium salt, is used as a solute, and propylene carbonate is used as a solvent, and the concentration is 0.1 mol / l. Using an electrolytic solution, benzophenone was used as an example of the carbonyl compound, and its content was 1.0 wt%.

サンプル2は上記化合物を添加しない点を除いてサンプル1と同じ構成の電解液である。   Sample 2 is an electrolytic solution having the same structure as Sample 1 except that the above compound is not added.

サンプル3は溶質としてテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレートを用いた電解液に、上記化合物を添加しないことを除いて、上記サンプル1と同じ構成の電解液である。   Sample 3 is an electrolytic solution having the same structure as Sample 1 except that the above compound is not added to an electrolytic solution using tetraethylammonium tetrafluoroborate as a solute.

これらサンプル1〜3を用いて、以下の条件で試験を行った。   These samples 1 to 3 were used for the test under the following conditions.

図2は電解液のpHの変動を測るために用いたH型セルの模式図である。   FIG. 2 is a schematic diagram of an H-type cell used for measuring the pH variation of the electrolyte.

本試験に用いたH型セルは、一対の有低筒状のセル部26aとこの2つのセル部26aを繋ぐ筒状の中継部26bからなるH型のガラスケース26と、このガラスケース26内に収容された電解液28と上記セル部26aへそれぞれ収容されたPt箔から成る正極22および負極23と、上記中継部26b内に配置されて正極22および負極23を隔離するガラスセパレータ24とからなり、正極22および負極23は電源29と電気的に接続している。   The H-type cell used in this test is composed of an H-type glass case 26 including a pair of low and low-cylindrical cell portions 26a and a cylindrical relay portion 26b connecting the two cell portions 26a. And the positive electrode 22 and the negative electrode 23 made of Pt foil respectively accommodated in the cell part 26a, and the glass separator 24 arranged in the relay part 26b to isolate the positive electrode 22 and the negative electrode 23 from each other. Thus, the positive electrode 22 and the negative electrode 23 are electrically connected to the power source 29.

本試験は、ドライルーム下において、このH型セルを用いてサンプル1〜3に対して電流密度を1mA/cm2で60分間印加し続けた。そして、電解液28中の負極23のpHを印加開始時刻から、60分時点まで測定し、20分と60分経過段階での負極pHをそれぞれのサンプルにおいて比較した。 In this test, a current density of 1 mA / cm 2 was continuously applied for 60 minutes to Samples 1 to 3 using this H-type cell in a dry room. Then, the pH of the negative electrode 23 in the electrolytic solution 28 was measured from the application start time to the 60 minute point, and the negative electrode pH at the stage where 20 minutes and 60 minutes had elapsed was compared in each sample.

その結果を以下に(表1)として示す。   The results are shown as (Table 1) below.

Figure 2014099443
Figure 2014099443

(表1)より、上記化合物を添加したサンプル1は、化合物を添加していないサンプル2、3に比べてpHの変動が抑制されている。   From Table 1, the change in pH of sample 1 to which the above compound was added was suppressed compared to samples 2 and 3 to which no compound was added.

次に、上記電解液1〜3を用いた電気二重層キャパシタを使って、60℃、2.5V、250時間の条件下でライフ試験を実施し、250時間後のそれぞれの電気二重層キャパシタの容量保持率を比較した。その結果を以下に(表2)として示す。   Next, a life test was conducted under the conditions of 60 ° C., 2.5 V, and 250 hours using the electric double layer capacitors using the electrolytes 1 to 3, and 250 hours later, each electric double layer capacitor Capacity retention was compared. The results are shown as (Table 2) below.

Figure 2014099443
Figure 2014099443

(表2)より、本実施例の電解液を用いたサンプル1の電気二重層キャパシタは、他のサンプル2、3の電気二重層キャパシタに比べて容量の劣化が抑制されていることがわかる。   From Table 2, it can be seen that the electric double layer capacitor of Sample 1 using the electrolytic solution of this example has suppressed capacitance deterioration compared to the electric double layer capacitors of Samples 2 and 3.

このように、本発明の効果として第4級アンモニウム塩を用いる上で格別の効果を奏するものであることが確かめられた。   As described above, it was confirmed that the effect of the present invention is particularly remarkable when a quaternary ammonium salt is used.

なお、本発明の構成は上記実施例の構成に限定されず、上記第4級アンモニウム塩を電気二重層キャパシタの充放電に寄与するカチオンとして用いたが、上記第4級アンモニウム塩およびカルボニウム化合物を両方とも添加剤として電解液中に加えた構成であってもよい。そのときには電解液の溶質としてオニウム塩やイミダゾリウム塩などが好ましく、添加する上記第4級アンモニウム塩の量は上記カルボニル化合物とモル比が1:1となるように添加をすることが好ましい。また逆に、本実施例において添加物として電解液中に添加したカルボニル化合物を電解液の溶媒として用いてもよい。   The configuration of the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment, and the quaternary ammonium salt is used as a cation contributing to charge / discharge of the electric double layer capacitor. However, the quaternary ammonium salt and the carbonium compound are used. Both may be configured to be added to the electrolyte as an additive. At that time, an onium salt, an imidazolium salt, or the like is preferable as a solute of the electrolytic solution, and the amount of the quaternary ammonium salt to be added is preferably added so that the molar ratio with the carbonyl compound is 1: 1. Conversely, in this embodiment, a carbonyl compound added to the electrolytic solution as an additive may be used as a solvent for the electrolytic solution.

そして、電解液に用いる有機溶媒も、上記プロピレンカーボネートに限定されず、γ―ブチロラクトン、γ−カプロラクトン、γ−バレロラクトンなどでもよく、ラクトン類以外にはプロピレンカーボネートやエチレンカーボーネートなどのカーボネート類や、スルホラン類などでも同様の効果を奏することができる。同様に、正極および負極に用いる活性炭についても、本実施例では、フェノール樹脂系活性炭を用いて説明を行ったが、これに限定されず、ヤシ殻、木粉、紙、石油コークス、石油ピッチ、などを原料にした炭素材料など、その表面においてイオンを吸脱着させる多孔質体であれば特に限定されない。   The organic solvent used in the electrolytic solution is not limited to the above-mentioned propylene carbonate, and may be γ-butyrolactone, γ-caprolactone, γ-valerolactone, etc. Other than lactones, carbonates such as propylene carbonate and ethylene carbonate In addition, similar effects can be obtained with sulfolanes. Similarly, the activated carbon used for the positive electrode and the negative electrode has also been described using a phenol resin-based activated carbon in this example, but is not limited thereto, and is not limited to this, coconut shell, wood powder, paper, petroleum coke, petroleum pitch, The material is not particularly limited as long as it is a porous material that adsorbs and desorbs ions on the surface thereof, such as a carbon material made from a raw material.

以上のように、本発明の電解液およびそれを用いた電気二重層キャパシタは、電解液中に、エチルトリメチルアンモニウムやジメチルジエチルなどのイリド生成に優れたカチオンと電子求引性に優れたカルボニル化合物を含ませた構成である。これにより、上記化合物が電解液中の水分に作用することにより、加水分解を抑制し、充放電を繰り返す中で起こる恐れがある電解液中のpHの変動を抑制することができる。   As described above, the electrolytic solution of the present invention and the electric double layer capacitor using the same include a cation excellent in ylide formation such as ethyltrimethylammonium and dimethyldiethyl and a carbonyl compound excellent in electron withdrawing property in the electrolytic solution. Is included. Thereby, when the said compound acts on the water | moisture content in electrolyte solution, a hydrolysis can be suppressed and the fluctuation | variation of pH in electrolyte solution which may occur in repeating charging / discharging can be suppressed.

本発明における電解液および電気二重層キャパシタは、pHの変動が抑制され、電解液が外部へ漏出することが抑制されるため、蓄電装置として信頼性を高めることができる。これにより、高い信頼性が求められる、車載用や電子機器用において利用されることが期待される。   In the electrolytic solution and the electric double layer capacitor in the present invention, fluctuations in pH are suppressed, and leakage of the electrolytic solution to the outside is suppressed. Therefore, reliability as a power storage device can be improved. As a result, it is expected to be used in in-vehicle or electronic devices where high reliability is required.

1 キャパシタ素子
2 正極
2a、3a 集電体
2b、3b 電極層
3 負極
4 セパレータ
5a、5b リード線
6 外装ケース
7 封口部材
7a 貫通孔
22 正極
23 負極
24 ガラスセパレータ
26 ガラスケース
26a セル部
26b 中継部
28 電解液
29 電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Capacitor element 2 Positive electrode 2a, 3a Current collector 2b, 3b Electrode layer 3 Negative electrode 4 Separator 5a, 5b Lead wire 6 Exterior case 7 Sealing member 7a Through-hole 22 Positive electrode 23 Negative electrode 24 Glass separator 26 Glass case 26a Cell part 26b Relay part 28 Electrolyte 29 Power supply

Claims (5)

下記の(化1)で表される第4級アンモニウムカチオンを有する溶質と、下記の(化2)で表されるカルボニル化合物を含む電解液。
Figure 2014099443
(R1〜R4は炭素数が1または2の置換基であるとともに炭素数1の置換基の数が1または2であり、前記炭素数1の置換基の炭素原子は少なくとも一つ水素原子と結合しており、Nは窒素原子を表す。)
Figure 2014099443
(R5は炭素数が1以上の主鎖と水素原子、ハロゲン原子、水酸基いずれかからなる側鎖から成る置換基であり、R6は水素原子、エステル、炭素数1以上の有機官能基のいずれか一つから成る置換基であり、または、R5およびR5から成る環状構造を有している)
An electrolytic solution containing a solute having a quaternary ammonium cation represented by the following (Chemical Formula 1) and a carbonyl compound represented by the following (Chemical Formula 2).
Figure 2014099443
(R 1 to R 4 are a substituent having 1 or 2 carbon atoms and 1 or 2 substituents having 1 carbon atom, and the carbon atom of the substituent having 1 carbon atom is at least one hydrogen atom. And N represents a nitrogen atom.)
Figure 2014099443
(R 5 is a substituent composed of a main chain having 1 or more carbon atoms and a side chain consisting of any one of a hydrogen atom, a halogen atom, and a hydroxyl group, and R 6 is a hydrogen atom, an ester, or an organic functional group having 1 or more carbon atoms. Any one of the substituents or a cyclic structure consisting of R 5 and R 5 )
前記電解液のカルボニル化合物がケトン化合物である請求項1に記載の電解液。 The electrolytic solution according to claim 1, wherein the carbonyl compound of the electrolytic solution is a ketone compound. 前記電解液のケトン化合物がベンゾフェノンである請求項2に記載の電解液。 The electrolytic solution according to claim 2, wherein the ketone compound of the electrolytic solution is benzophenone. 前記第4級アンモニウムカチオンの置換基を構成する炭素原子のうち少なくとも一つが電子求引性基を有し、この電子求引性基が、−F、−Cl、−Br、−OR、=O、−COR、−CO2R、−NO2、−SO2R、−CN、−CR=CR2、−C≡R、−CHxy、−CHvw−CHxy(ただし、−、=、≡は原子または分子の結合状態を表し、Rは無機または有機の置換基を表し、それ以外は周期表に基づいた原子を表す)のうちいずれかである請求項1に記載の電解液。 At least one of the carbon atoms constituting the substituent of the quaternary ammonium cation has an electron withdrawing group, and this electron withdrawing group is represented by -F, -Cl, -Br, -OR, = O. , -COR, -CO 2 R, -NO 2, -SO 2 R, -CN, -CR = CR 2, -C≡R, -CH x F y, -CH v F w -CH x F y ( provided that 2,-, =, ≡ represents an atomic or molecular bond state, R represents an inorganic or organic substituent, and the other represents an atom based on the periodic table. Electrolyte. アニオンを吸脱着できる正極とカチオンを吸脱着できる負極とがセパレータが介在した状態で対向したキャパシタ素子と、このキャパシタ素子を電解液と共に収容した外装体と、この外装体の開口部を封止する封口部材とを少なくとも備え、
前記電解液は、請求項1に記載の電解液からなる電気二重層キャパシタ。
Capacitor element in which a positive electrode capable of adsorbing / desorbing anions and a negative electrode capable of adsorbing / desorbing cations are opposed to each other with a separator interposed therebetween, an exterior body containing the capacitor element together with an electrolyte, and an opening of the exterior body is sealed A sealing member at least,
The electric double layer capacitor comprising the electrolytic solution according to claim 1.
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