JP3195475B2 - 電気化学セル - Google Patents

電気化学セル

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JP3195475B2 JP24159393A JP24159393A JP3195475B2 JP 3195475 B2 JP3195475 B2 JP 3195475B2 JP 24159393 A JP24159393 A JP 24159393A JP 24159393 A JP24159393 A JP 24159393A JP 3195475 B2 JP3195475 B2 JP 3195475B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、小型で大容量の電気化
学セルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、湿式の電気化学セルの正極ケース
材料には、例えば特開昭６２−９４９０８号公報では、
前記ケース内面にアルミニウム層を設けたオーステナイ
ト・フェライト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３２９Ｊ１）が
使用されている（以下Ａｌ−ＳＵＳクラッド材と略
記）。
【０００３】図４には、従来の電気化学セルとして電気
二重層キャパシタの一構成例を示す。図中、分極性電極
２、２’として、各々の片面にアルミニウムのプラズマ
溶射法による集電体層を形成した活性炭繊維布を用い、
さらに前記活性炭繊維を例えばレーザー溶接法などで正
極ケース１、２及び負極ケース５に溶接していた。前記
電極３、３’をセパレータ７を介して対向させ、有機電
解液を注入後、正極ケースの上部を内方にかしめて組立
ていた。また、電解液には、非プロトン性のγ−ブチル
ラクトン、エチレンカーボネイト、プロピレンカーボネ
イト等にテトラアルキルアンモニウム塩やテトラアルキ
ルホスホニウム塩などを溶解した溶液を使用している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の電気化
学セルは、通常２〜２．８Ｖで使用されるが、正極ケー
スがステンレス鋼単体の時、前記ケース内面の陽極酸化
が起こり、金属が溶出し、そのためセルのインピーダン
スの上昇や静電容量の減少が観られるので、前記の金属
イオンの溶出を抑制するために、正極ケースの内面にア
ルミニウム層を設けているのである。
【０００５】つまり、以上の理由により、ＪＩＳ規格品
ＳＵＳ３２９Ｊ１、ＳＵＳ４４７Ｊ１を単体として正極
ケースに使うことができないために、ステンレス鋼とア
ルミニウムの異種金属同士をラミネイトして正極ケース
としているが、アルミニウムを均一な層にすることが難
しく、またいくつかのラミネイト工程を必要とするの
で、ステンレス鋼単体の数倍のコスト高となっている。
【０００６】さらには、正極を抜き絞り加工時に、正極
ケースの上の周縁部にアルミニウム層がかぶさってしま
う場合があり、前述したセル組立時、つまり正極ケース
１、２と負極ケース５を合体させ、正極ケースを内方に
かしめてセルを封口する際に正極ケースの内面のアルミ
ニウムが剥離し、その小片が負極ケース３と接触してシ
ョート原因となっている。なお、正極ケースのアルミニ
ウム層がステンレス鋼側にかぶさらない場合にも、正極
ケースと負極ケースの封口条件の若干のズレにより、前
述したアルミニウムの小片によるショートが発生する。
【０００７】本発明は、以上のように有機電解液を用い
る電気化学セルを２〜２．８Ｖの電圧で使用する時に、
正極ケースの内部にアルミニウム層を設けることなく陽
極酸化を抑制し、正極ケースの製造コストを低減し、さ
らにはセルの生産性向上を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、正極ケースと
してＮｉオーステナイトステンレス鋼又は高耐食オース
テナイト・フェライト二相ステンレス鋼の鋼種の一部を
使用することで、上記の問題点を解決することを目的と
する。
【０００９】
【作用】本発明は、上記手段により最高使用電圧２．８
Ｖを有し、生産ラインで組立が容易で安易な電気化学セ
ルを得ることができる。本発明で使用する高Ｎｉオース
テナイトステンレス鋼は高Ｃｒ高Ｍｏオーステナイトス
テンレス鋼で、一例としてＪＩＳ規格品ＳＵＳ３１７Ｊ
４Ｌは苛酷な環境下でも優れた耐食性を示す。表１に高
クロム高モリブデンオーステナイトステンレス鋼ＳＵＳ
３１７Ｊ４Ｌの化学的成分表を示す。
【００１０】
【表１】
【００１１】また、２５ｃｒ−６Ｎｉ−３．５Ｍｏで代
表されるオーステナイト・フェライト系の二相組織を有
するステンレス鋼の鋼種の一部であるＳＵＳ３２９Ｊ４
Ｌもまた前者のＳＵＳ３１７Ｊ４Ｌよりも若干劣るが、
同様に優れた耐食性を示す。この二相ステンレス鋼ＳＵ
Ｓ３２９Ｊ４Ｌの化学成分を表２に示す。
【００１２】
【表２】
【００１３】以上の二種類の材料で作製した各々の正極
ケースを用いた電気化学セルにおいて、その内面が有機
電解液や正極と直接触れても、高耐食性のため有機電解
液への溶解が抑制される。
【００１４】
【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を参照しなが
ら説明する。 （実施例１）まず、水溶液中での種々ステンレス鋼の腐
食テストを行った。塩化物を含む水溶液中での、各種温
度における孔食電位の測定したものを図２に示した。図
２中、ａおよびｂが本発明に用いるＳＵＳ３１７Ｊ４Ｌ
とＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌであり、ｃがＳＵＳ３２９Ｊ１が
それぞれの特性である。ａは温度を上げても孔食電位が
変化せず、ｂは温度の上昇とともに電位は下がってくる
が、ａ、ｂともに耐孔食性に優れている。ｃは温度の上
昇とともに急激に電位が下がりはじめ、耐孔食性に劣
る。
【００１５】（実施例２）次に、有機電解液中で種々の
ステンレス鋼のアノード側及びカソード側のＣｉ／Ｃｉ
+ 参照電極に対する電圧／電流特性を測定した。なお、
電解液は四フッ化ホウ酸テトラエチルアンモニウム
（（Ｃ2 Ｈ5 ）4 ＮＢＦ4 ）をプロピレンカーボネイト
に溶解したものを用いた。
【００１６】図３中、本発明ＡがＳＵＳ３１７Ｊ４Ｌ、
ＢがＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌがステンレス鋼単体、従来の比
較例として、ＣがＳＵＳ３２９Ｊ１にアルミニウムをラ
ミネートしたもの、ＤがＳＵＳ３２９Ｊ１のステンレス
鋼単体の電圧／電流特性である。金属の溶解反応は、ア
ノード側であり（セルとしてはカソード側）電圧をスイ
ーブさせると、本発明のＡは１．６Ｖ、Ｂは１．７Ｖ、
従来Ｃは＋２．６Ｖ、Ｄは＋１．２Ｖ近辺より、溶解反
応が大きくなる。前述の各々の電圧は、電流密度１μＡ
／ｃｍ2 の時の電圧とした。
【００１７】尚、図３はスイーブ繰り返し、１２回目の
プロフィールである。セルの最高使用電圧２．８Ｖの場
合、セルのカソード側（図３中ではアノード側）にかか
る最大電圧は＋１．２Ｖを実測としていることから（ち
なみにアトード側は１．６Ｖ）Ａ，Ｂいづれもセルカソ
ード側電圧より大きいので、正極ケース内の溶解反応が
起こらない。また、Ｄは＋１．２Ｖより溶解反応が開始
することから、セルのカソード側にかかる電圧１．２Ｖ
と同じなため、ステンレス鋼単体での使用には問題があ
る。Ｃについては、電圧スイーブにより、アルミニウム
表面に酸化膜を形成することから、溶解反応開始電圧が
高くなっている。
【００１８】一般的にステンレス鋼の耐食性は、Ｃｒ，
Ｍｏの量に大きく作用され、他にＮｉ，Ｃｕ，Ｎも耐食
性を上げる成分といわれている。耐食性の指標として、
ピッティングインデックス（ＰＩ）があり、ＰＩ＝Ｃｒ
％＋３×Ｍｏ％＋１６＋Ｎ％で表３に表わされ、高い
程、耐食性に優れている。
【００１９】
【表３】
【００２０】しかし、ＰＩ値４５〜５０以上になると材
料の加工性や機械的特性が悪くなり正極ケースとしての
仕様を十分満足できない。また、ＰＩ値と類似した耐食
性の評価は、J.Kolts, J. B. C. Wu. P. E. Manning, a
nd A. I. Asphahani, "Highly Alloyed Austenitic Mat
erial for Corrosion Resistance", Corrosion Review
s, 6(4), P279〜326(1986).に記載されている。
【００２１】図４は、この文献から抜粋された図で、Ｆ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金の組成とピッティングの臨界
温度の関係を示している。Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金
の腐食は４％ＮａＣｌ＋１％Ｆｅ2 （ＳＯ4 ）3 ＋０．
０１ＭＨＣｌ液中で調べられた。
【００２２】この図４からＣｒ％＋２．４Ｍｏ％の合計
値が高いほど孔食温度が高くなっている。このグラフか
ら本発明のＳＵＳ３１７Ｊ４ＬとＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの
それぞれのＣｒ％とＭｏ％で Picting Temperatune (孔
食温度) を試算してみると、５５〜７０℃となり、腐食
はかなり高温側にあることが推定される。
【００２３】（実施例３）高Ｗｉオーステナイトステン
レス鋼板（厚さ０．２ｍｍ）のＳＵＳ３１７Ｊ４Ｌおよ
び高耐食オーステナイト・フェライト系二相ステンレス
鋼板（厚さ０．２ｍｍ）のＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌを抜き絞
り加工して、正極ケースを作製した。また比較例とし
て、図５に示すように、Ａｌ−ＳＵＳ３２９Ｊ１でアル
ミニウム層４０μｍ、ＳＵＳ３２９Ｊ１層０．１６ｍｍ
及びＳＵＳ３２９Ｊ１ステンレス鋼単体０．２ｍｍの正
極ケースを作製した。上記の正極ケースを用いて図１に
示す電気化学セル（電気二重層キャパシタ）を組立て
た。さらに、詳述すると分極性電極１２、１２’の活性
炭繊維布（比表面積２０００ｍ2 ／ｇ）をディスク状に
打ち抜いておき、次に前述した正極ケース１１と負極ケ
ース１６の各々の内底部に導電ペースト１３、１３’を
塗布した後、前記のディスク状活性炭繊維布を挿入し、
圧着後１００℃で２時間乾燥した。このようにして得た
正極に２００℃で３０分乾燥したガラス繊維口紙からな
るディスク状セパレータ１４を載置し、有機電解液とし
て１モルのテトラエチルリン酸のホウフッ化塩を溶解し
たプロピレンカーボネイトの所定量を注入し、負極ケー
スにはポリピロレン製のガスケット１５を押し込んだ
後、正極ケースと負極ケースを合体させ、セルを組立て
た。
【００２４】上記のセルについて、７０℃の雰囲気中で
２．８Ｖを印加し、５００時間後の容量減少率と交流内
部抵抗（１ｋＨｚで測定）の上昇率を測定した結果と、
上記セルの正極ケース及び負極ケースを合体させて、正
極ケースを内方にかしめて封口する際に発生する前記ケ
ースの周縁部のステンレス鋼又はアルミニウムのバリ発
生率を次表に示す。ＡがＳＵＳ３１７Ｊ４Ｌ、ＢがＳＵ
Ｓ３２９Ｊ４Ｌ、ＣがＡｌ／ＳＵＳ３２９ＪＩ、ＤがＳ
ＵＳ３２９ＪＩを正極ケースとして使用した電気化学セ
ルを示す。
【００２５】
【表４】
【００２６】表４の結果をみると、本発明は正極ケース
にアルミニウム層がなくとも、アルミニウム層があるＣ
と比較すると同等以上の結果が得られている。また従来
のアルミニウム層がない正極ケースでは変化率が顕著と
なり、信頼性に乏しくなる。また、セル封口時のバリは
本発明のＡ，Ｂと比較例には無く、Ｃについてはアルミ
ニウム層の剥離によるアルミニウムのバリ発生率が１０
％程度みられた。
【００２７】（実施例４）電極として、有機半導体であ
るポリアセンを正極及び負極に用いて実施例３と同様に
してセルを組立てた。また、これ等のセルの実施例３と
同様の特性値を表４に示す。なお、表中Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
は各々実施例３と同じ正極ケースを用いている。
【００２８】
【表５】
【００２９】（実施例５）電極として、正極にポリアセ
ン、負極にリチウムイオンをドーピングしたポリアセン
と有機電解液として０．５モルの過塩酸リチウムを溶解
したプロピレンカーボネイトを用いて実施例３と同様に
してセルを組立てた。また、これ等のセルについて、６
０℃の雰囲気中で３．３Ｖを印加し、５００時間後の容
量減少率交流内部抵抗（１ｋＨｚで測定）の上昇率及び
バリ発生率について表６に示す。なお、表中のＡ，Ｂ，
Ｃ，Ｄは各々実施例３と同じ正極ケースを用いている。
【００３０】
【表６】
【００３１】（実施例６）電極として、正極に二酸化マ
ンガン、負極にリチウム金属と有機電解液として、１モ
ルの過塩素酸リチウムを溶解したプロピレンカーボネイ
トとＤＭＥの混合溶液を用いて実施例３と同様にしてセ
ルを組立てた。また、これ等のセルについて、６０℃雰
囲気中で５００時間保存後の特性値について、表７に示
す。なお、表中のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは各々実施例３と同じ
正極ケースを用いている。
【００３２】
【表７】
【００３３】
【発明の効果】本発明により、低コストの高耐食性の材
料でかつセルの生産性を高め、しかも高耐圧性の電気化
学セルを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気化学セルを示す半縦断面図であ
る。
【図２】各種ステンレス鋼の孔食電位の温度依存性であ
る。
【図３】各種金属の電圧−電流曲線を示す図である。
【図４】文献より引用されたＣｒ及びＭｏ含有率と孔食
温度との関係を示す図である。
【図５】従来の電気化学セルの一例の電気二重層キャパ
シタの半縦断面図である。
【図６】従来の正極ケースの縦断面図と一部拡大図であ
る。
【符号の説明】
１ 正極ケースの一部であるステンレス鋼 ２ 正極ケース内面のアルミニウム層 ３、３’電極 ４、４’集電体 ５ 負極ケース ６ ガスケット ７ セパレータ １１ 正極ケース １２、１２’電極 １３、１３’導電性ペースト １４ セパレータ １５ ガスケット １６ 負極ケース
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−236972（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−280946（ＪＰ，Ａ) 特公 昭51−8732（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 2/02 - 2/04 C22C 1/00 - 45/10

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電極が内蔵されている負極ケース及び正
    極ケースとセパレータと非水電解液とから構成された電
    気化学セルにおいて、前記正極ケースがピッティングイ
    ンデックス（ＰＩ）＝Ｃｒ％＋３×Ｍｏ％＋１６×Ｎ％
    が３０．５〜４５であり、且つ組成がＮｉ２４．００〜
    ２６．００％、 Ｃｒ２２．００〜２４．００％、Ｍｏ
    ５．００〜６．００％、Ｎ０．１７０ 〜０．２２０％、
    Ｍｎ≦１．００％、Ｓｉ≦１．００％及びＣ≦０．０３
    ０ ％である高Ｎｉオーステナイトステンレス鋼からなる
    ことを特徴とする電気化学セル。
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