JP4529683B2 - Electrochemical devices - Google Patents

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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22Electrodes
    • H01G11/30Electrodes characterised by their material

Description

本発明は、電気化学デバイスに関する。   The present invention relates to an electrochemical device.

非水電解液(nonaqueous electrolytic solutions)を用いた電気二重層キャパシタ(EDLC)が知られている。非水電解液は、電解質を有機溶媒に溶解させたものであり、例えば、有機溶媒としてのポリカーボネート(PC)に電解質としてトリエチルモノメチルアンモニウムテトラフルオロボレート(TEMA−BF)を溶解させた非水電解液等が知られている。 An electric double layer capacitor (EDLC) using nonaqueous electrolytic solutions is known. The non-aqueous electrolyte is obtained by dissolving an electrolyte in an organic solvent. For example, non-aqueous electrolysis in which triethyl monomethyl ammonium tetrafluoroborate (TEMA-BF 4 ) is dissolved as an electrolyte in polycarbonate (PC) as an organic solvent. Liquids and the like are known.

このような非水電解液は電解質に由来する微量のフッ素イオンを含有しており、フッ素イオンがアミンやアンモニウム塩等と共存すると電気化学デバイスにおける耐電圧特性の低下及びインピーダンス増加等、特性低下の原因になるとされている。   Such a non-aqueous electrolyte contains a small amount of fluorine ions derived from the electrolyte. When fluorine ions coexist with amines or ammonium salts, the characteristics of the electrochemical device such as a decrease in withstand voltage and an increase in impedance are reduced. It is supposed to be the cause.

そして、このような電気化学デバイスの耐電圧特性やインピーダンス特性を向上させるためには、フッ化水素やフッ素イオンの量をなるべく少なくした非水電解液を用意し、これを用いて電気化学デバイスを製造することが好ましいとされている(例えば特許文献1,2参照)。
特開2000−114107号公報 特異2004−47957号公報
And in order to improve the withstand voltage characteristic and impedance characteristic of such an electrochemical device, a non-aqueous electrolyte solution in which the amount of hydrogen fluoride and fluorine ions is reduced as much as possible is prepared, and the electrochemical device is used with this. It is said that it is preferable to manufacture (for example, refer patent document 1, 2).
JP 2000-114107 A No. 2004-47957

近年では、電気化学デバイスに対してさらなる特性の向上が求められている。例えば、電気二重層キャパシタに対しては、長時間の使用後でもインピーダンスや電気化学デバイスの厚みが増加せず、かつ、静電容量が十分維持されることが望まれている。   In recent years, further improvement in characteristics has been demanded for electrochemical devices. For example, for an electric double layer capacitor, it is desired that the impedance and the thickness of the electrochemical device do not increase even after long-term use and that the capacitance is sufficiently maintained.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、非水電解液を用いた電気化学デバイスの特性を十分に向上させることを目的とする。   This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at fully improving the characteristic of the electrochemical device using a non-aqueous electrolyte.

本発明者らが検討したところ、外装袋内に収容する前の非水電解液のフッ素イオンの濃度をいくら所定の範囲に設定しても、非水電解液を積層体と共に外装袋内に収容すると、積層体や外装袋内壁に予め不可避的に含まれていた微少な水分の影響によって非水電解液中のフッ素イオン濃度が上昇すること、さらに、外装袋内における非水電解液のフッ素イオン濃度が多すぎても少なすぎても電気化学デバイスとして好ましくないことを見出して本発明に想到するに至った。   As a result of studies by the present inventors, the non-aqueous electrolyte is accommodated in the exterior bag together with the laminate, no matter how much the fluorine ion concentration of the non-aqueous electrolyte before being accommodated in the exterior bag is set to a predetermined range. Then, the fluorine ion concentration in the non-aqueous electrolyte increases due to the influence of minute moisture that is inevitably contained in the laminated body and the inner wall of the outer bag, and further, the fluorine ions of the non-aqueous electrolyte in the outer bag. The inventors have found that an excessively low concentration or an excessively low concentration is not preferable as an electrochemical device, and arrived at the present invention.

本発明に係る電気化学デバイスは、セパレータ及びセパレータを挟んで設けられた一対の電極を有する積層体と、積層体を収容する外装袋と、積層体に含浸された非水電解液とを備える。非水電解液は、有機溶媒、Qで表される電解質、及びFイオンを含む。非水電解液中のFイオン濃度は3〜180質量ppmである。 The electrochemical device according to the present invention includes a separator and a laminate having a pair of electrodes provided with the separator interposed therebetween, an exterior bag that accommodates the laminate, and a non-aqueous electrolyte impregnated in the laminate. The nonaqueous electrolytic solution contains an organic solvent, an electrolyte represented by Q + X , and F ions. The F ion concentration in the non-aqueous electrolyte is 3 to 180 ppm by mass.

ここで、Qは4級アンモニウムカチオン又は4級ホスホニウムカチオン、XはBF 、PF 、AsF 、SbF 、N(RfSO 、C(RfSO 、及び、RfSO からなる群から選ばれたアニオンである。Rfは炭素数1〜12のフルオロアルキル基である。 Here, Q + is a quaternary ammonium cation or quaternary phosphonium cation, X is BF 4 , PF 6 , AsF 6 , SbF 6 , N (RfSO 3 ) 2 , C (RfSO 3 ) 3 −. And an anion selected from the group consisting of RfSO 3 . Rf is a C1-C12 fluoroalkyl group.

このような電気化学デバイスは、使用時間の経過に伴うインピーダンスの増加、電気化学デバイスのふくれ、及び静電容量の低下が十分に抑制される。また、耐電圧性も十分なものとなる。   In such an electrochemical device, an increase in impedance, a swelling of the electrochemical device, and a decrease in capacitance with the passage of time of use are sufficiently suppressed. In addition, the withstand voltage is sufficient.

これに対して、非水電解液中のフッ素イオン濃度が180質量ppmを超えると、使用時間の経過に伴うインピーダンスの増加、電気化学デバイスのふくれ、及び静電容量の劣化が著しい。この理由は明らかではないが、例えば、フッ素イオン濃度が高すぎるために、電解液の溶媒等を劣化させたり、電極等を劣化させたりすることが考えられる。   On the other hand, when the fluorine ion concentration in the non-aqueous electrolyte exceeds 180 ppm by mass, the increase in impedance, the swelling of the electrochemical device, and the deterioration of the capacitance with the passage of time of use are remarkable. The reason for this is not clear, but it is conceivable that, for example, the fluorine ion concentration is too high, so that the solvent of the electrolytic solution or the like is deteriorated or the electrode or the like is deteriorated.

また、非水電解液中のフッ素イオン濃度が3質量ppmを下回ると、電気化学デバイスとして機能させることが困難となる。この理由は明らかではないが、例えば、フッ素イオン濃度が低すぎるために十分に低いインピーダンスの電極被膜が電極上に形成され無いことが考えられる。   Moreover, if the fluorine ion concentration in the non-aqueous electrolyte is less than 3 mass ppm, it becomes difficult to function as an electrochemical device. The reason for this is not clear, but it is conceivable that, for example, an electrode film having a sufficiently low impedance is not formed on the electrode because the fluorine ion concentration is too low.

ここで、有機溶媒としてプロピレンカーボネートを含むことが好ましい。   Here, it is preferable to contain propylene carbonate as the organic solvent.

また、電極は、アセチレンブラック及びポリビニリデンフルオライドを含むことが好ましい。例えば、電極としては、金属箔等の集電体上に、アセチレンブラック及びポリビニリデンフルオライドを含む電極層が形成されたものが挙げられる。   The electrode preferably contains acetylene black and polyvinylidene fluoride. For example, as an electrode, what formed the electrode layer containing acetylene black and polyvinylidene fluoride on collectors, such as metal foil, is mentioned.

また、外装袋は、内側から順に、合成樹脂膜、アルミニウム箔、及び合成樹脂膜を積層したものであることが好ましい。   Moreover, it is preferable that an exterior bag is what laminated | stacked the synthetic resin film, the aluminum foil, and the synthetic resin film in order from the inner side.

このような外装袋を用いると、使用に伴って外界から電気化学デバイス内部に水分等が混入することを防ぐことができ、電極及びセパレータに含浸された非水電解液のフッ素イオン濃度を維持しやすい。   Use of such an outer bag can prevent moisture and the like from being mixed into the electrochemical device from the outside during use, and maintain the fluorine ion concentration of the nonaqueous electrolytic solution impregnated in the electrode and separator. Cheap.

特に典型的な電気化学デバイスは、電気二重層キャパシタである。   A particularly typical electrochemical device is an electric double layer capacitor.

続いて、本発明に係る電気化学デバイスの製造方法は、準備工程とシール工程とを備える。準備工程では、セパレータ及びセパレータを挟んで設けられた一対の電極を有する積層体と、外装袋と、Qで表される電解質が有機溶媒に溶解された非水電解液と、を準備する。シール工程では、積層体及び非水電解液を外装袋内に収容した後外装袋をシールする。 Subsequently, the method for producing an electrochemical device according to the present invention includes a preparation step and a sealing step. In the preparation step, a laminate having a separator and a pair of electrodes provided across the separator, an exterior bag, and a nonaqueous electrolyte solution in which an electrolyte represented by Q + X is dissolved in an organic solvent are prepared. To do. In the sealing step, the outer bag is sealed after the laminate and the non-aqueous electrolyte are accommodated in the outer bag.

そして、準備工程では、シール工程後における外装袋内の非水電解液中のフッ素イオン濃度が3〜180質量ppmとなるように非水電解液中の水分量を調節しておく。   And in a preparatory process, the moisture content in a non-aqueous electrolyte solution is adjusted so that the fluorine ion concentration in the non-aqueous electrolyte solution in the exterior bag after a sealing process may be 3-180 mass ppm.

ここで、Qは4級アンモニウムカチオン又は4級ホスホニウムカチオン、XはBF 、PF 、AsF 、SbF 、N(RfSO 、C(RfSO 、及び、RfSO からなる群から選ばれたアニオンである。Rfは炭素数1〜12のフルオロアルキル基である。 Here, Q + is a quaternary ammonium cation or quaternary phosphonium cation, X is BF 4 , PF 6 , AsF 6 , SbF 6 , N (RfSO 3 ) 2 , C (RfSO 3 ) 3 −. And an anion selected from the group consisting of RfSO 3 . Rf is a C1-C12 fluoroalkyl group.

これによって、上述の電気化学デバイスを好適に作成できる。   Thereby, the above-mentioned electrochemical device can be suitably produced.

ここで、具体的には、非水電解液に対して水分を添加することにより非水電解液の水分量を調節することができる。   Here, specifically, the water content of the non-aqueous electrolyte can be adjusted by adding water to the non-aqueous electrolyte.

本発明によれば、非水電解液を用いた電気化学デバイスの特性を十分に向上させられる。   According to the present invention, the characteristics of an electrochemical device using a non-aqueous electrolyte can be sufficiently improved.

本実施形態に係る電気化学デバイスの例として、電気二重層キャパシタについて説明する。   As an example of the electrochemical device according to the present embodiment, an electric double layer capacitor will be described.

図1は、本実施形態に係る電気二重層キャパシタ100を示す断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing an electric double layer capacitor 100 according to the present embodiment.

電気二重層キャパシタ(電気化学デバイス)100は、主として、積層体20、積層体を収容する外装袋50、及び積層体20に接続された一対のリード60,62を備えている。   The electric double layer capacitor (electrochemical device) 100 mainly includes a multilayer body 20, an outer bag 50 for housing the multilayer body, and a pair of leads 60 and 62 connected to the multilayer body 20.

積層体20は、一対の電極10がセパレータ18を挟んで対向配置されたものである。電極10は、それぞれ、集電体12上に活物質含有層14が設けられた物である。各活物質含有層14,14がセパレータ18の両側に接触している。集電体12,12の端部には、それぞれリード60,62が接続されており、リード60,62の端部は外装袋50の外部にまで延びている。   The stacked body 20 is a structure in which a pair of electrodes 10 are arranged to face each other with a separator 18 interposed therebetween. Each of the electrodes 10 is a product in which an active material-containing layer 14 is provided on a current collector 12. The active material containing layers 14 and 14 are in contact with both sides of the separator 18. Leads 60 and 62 are connected to the ends of the current collectors 12 and 12, respectively, and the ends of the leads 60 and 62 extend to the outside of the outer bag 50.

集電体12は、例えば、アルミ箔等の金属箔により形成されている。   The current collector 12 is formed of a metal foil such as an aluminum foil, for example.

活物質含有層14は、例えば、活物質とバインダとの混合物により形成される。活物質としては、例えば、アセチレンブラック、グラファイト、黒鉛、活性炭などを選択して、あるいは、これらを任意の比率で混合して用いることができる。バインダとしては、例えば、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)等のフッ素樹脂等を利用できる。   The active material-containing layer 14 is formed of, for example, a mixture of an active material and a binder. As the active material, for example, acetylene black, graphite, graphite, activated carbon, or the like can be selected, or these can be mixed and used at an arbitrary ratio. As the binder, for example, a fluororesin such as polyvinylidene fluoride (PVDF) can be used.

セパレータ18は、絶縁性の多孔体で構成されている。絶縁性の多孔体としては、例えばセルロース不織布が挙げられる。   The separator 18 is made of an insulating porous body. Examples of the insulating porous material include cellulose nonwoven fabric.

そして、積層体20には非水電解液が含浸されている。非水電解液は、主として、セパレータ18、及び、電極10内の活物質含有層14に含浸されている。非水電解液については後述する。   The laminate 20 is impregnated with a non-aqueous electrolyte. The nonaqueous electrolytic solution is mainly impregnated in the separator 18 and the active material-containing layer 14 in the electrode 10. The non-aqueous electrolyte will be described later.

外装袋50は、その内部に積層体20及び非水電解液を密封する。外装袋50は、電解液の外部への漏出や電気二重層キャパシタ100内部への水分等の侵入等を抑止できる物であれば特に限定されない。例えば、外装袋50として、図1に示すように、金属箔52を合成樹脂膜54で両側からコーティングした金属ラミネートフィルムを利用できる。金属箔としては例えばアルミ箔を、合成樹脂膜としてはポリプロピレン等の膜を利用できる。   The exterior bag 50 seals the laminate 20 and the non-aqueous electrolyte therein. The outer bag 50 is not particularly limited as long as it can prevent leakage of the electrolytic solution to the outside and entry of moisture and the like into the electric double layer capacitor 100. For example, as the outer bag 50, as shown in FIG. 1, a metal laminate film in which a metal foil 52 is coated with a synthetic resin film 54 from both sides can be used. For example, an aluminum foil can be used as the metal foil, and a film such as polypropylene can be used as the synthetic resin film.

リード60,62は、アルミ等の導電材料から形成されている。   The leads 60 and 62 are made of a conductive material such as aluminum.

続いて、非水電解液について説明する。この非水電解液は、電解質が溶媒に溶解されたものである。
電解質は、Qで表される。ここで、Qは4級アンモニウムカチオン又は4級ホスホニウムカチオンである。4級アンモニウムカチオンとしては、任意の3級アミンをアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基などで4級化したものが挙げられる。例えば、トリエチルモノメチルアンモニウムカチオン、テトラエチルアンモニウムカチオン等のテトラアルキルアンモニウムカチオン、エチルメチルイミダゾリウムカチオン等のイミダゾリウムカチオン等である。
Subsequently, the non-aqueous electrolyte will be described. This nonaqueous electrolytic solution is obtained by dissolving an electrolyte in a solvent.
The electrolyte is represented by Q + X . Here, Q + is a quaternary ammonium cation or a quaternary phosphonium cation. Examples of the quaternary ammonium cation include those obtained by quaternizing an arbitrary tertiary amine with an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, an aralkyl group, or the like. Examples thereof include tetraalkylammonium cations such as triethylmonomethylammonium cation and tetraethylammonium cation, and imidazolium cations such as ethylmethylimidazolium cation.

はBF 、PF 、AsF 、SbF 、N(RfSO 、C(RfSO 、及び、RfSO からなる群から選ばれた対アニオンである。Rfは炭素数1〜12のフルオロアルキル基である。このようなアニオンは、フッ化水素を原料として製造されることが多く、水と反応してFイオンを発生しやすいフッ化水素等の不純物を含む場合が多い。 X is a counter anion selected from the group consisting of BF 4 , PF 6 , AsF 6 , SbF 6 , N (RfSO 3 ) 2 , C (RfSO 3 ) 3 , and RfSO 3 −. is there. Rf is a C1-C12 fluoroalkyl group. Such anions are often produced using hydrogen fluoride as a raw material, and often contain impurities such as hydrogen fluoride that easily react with water to generate F ions.

好ましい電解質は、例えば、トリエチルモノメチルアンモニウムテトラフルオロボレート(TEMA−BF)、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート(TEA−BF)、エチルメチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート(EMI−BF)等である。 Preferred electrolytes are, for example, triethylmonomethylammonium tetrafluoroborate (TEMA-BF 4 ), tetraethylammonium tetrafluoroborate (TEA-BF 4 ), ethylmethylimidazolium tetrafluoroborate (EMI-BF 4 ), and the like.

溶媒は、有機溶媒であり、例えば、プロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、及びジメチルカーボネート(DMC)等を単独で又は任意の比率で混合することができる。ここでは、特にPCの単独使用が好ましい。   The solvent is an organic solvent, and for example, propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), dimethyl carbonate (DMC) and the like can be mixed alone or in any ratio. Here, it is particularly preferable to use PC alone.

また、非水電解液中の電解質濃度は、0.7〜3.0mol/Lの範囲内であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the electrolyte concentration in a nonaqueous electrolyte solution exists in the range of 0.7-3.0 mol / L.

このような非水電解液には、さらに、電解質等に由来するFイオン(フッ素イオン)が含まれる。そして、本実施形態に係る電気二重層キャパシタ100においては、外装袋50内にシールされた状態における、非水電解液中のフッ素イオン濃度が3〜180質量ppmである。 Such non-aqueous electrolyte solution, further, F derived from the electrolytes - include ionic (fluorine ion). And in the electric double layer capacitor 100 which concerns on this embodiment, the fluorine ion density | concentration in a non-aqueous electrolyte in the state sealed in the exterior bag 50 is 3-180 mass ppm.

さらに、本実施形態において、外装袋50内には水が含まれる。外装袋50内に存在する水の質量は、非水電解液の質量に対して50〜1000ppmであることが好ましい。水は、例えば、予め、活物質含有層14、セパレータ18、集電体12、外装袋50の内壁、及び非水電解質等に含まれていたものであり、電気二重層キャパシタ100の完成後には水は殆ど非水電解質内に含まれる。   Further, in the present embodiment, the outer bag 50 contains water. It is preferable that the mass of the water which exists in the exterior bag 50 is 50-1000 ppm with respect to the mass of a non-aqueous electrolyte. For example, the water is contained in advance in the active material-containing layer 14, the separator 18, the current collector 12, the inner wall of the outer bag 50, the nonaqueous electrolyte, and the like. Most of the water is contained in the non-aqueous electrolyte.

このような電気二重層キャパシタ100は、使用時間の経過に伴うインピーダンスの増加、電気化学デバイスのふくれ、及び静電容量の低下が十分に低減される。また、耐電圧性も十分なものとなる。   In such an electric double layer capacitor 100, an increase in impedance, a swelling of an electrochemical device, and a decrease in capacitance with the passage of time of use are sufficiently reduced. In addition, the withstand voltage is sufficient.

これに対して、非水電解液中のフッ素イオン濃度が180質量ppmを超えると、使用時間の経過に伴うインピーダンスの増加、電気化学デバイスのふくれ、及び静電容量の劣化が著しい。この理由は明らかではないが、例えば、フッ素イオン濃度が高すぎるために、電解液の溶媒等を劣化させたり、アルミニウム等の集電体やリードを腐食させたりすることが考えられる。   On the other hand, when the fluorine ion concentration in the non-aqueous electrolyte exceeds 180 ppm by mass, the increase in impedance, the swelling of the electrochemical device, and the deterioration of the capacitance with the passage of time of use are remarkable. The reason for this is not clear, but it is conceivable that, for example, the fluorine ion concentration is too high, so that the solvent or the like of the electrolytic solution is deteriorated or the current collector or lead such as aluminum is corroded.

また、非水電解液中のフッ素イオン濃度が3質量ppmを下回ると、電気化学デバイスとして機能させることが困難となる。この理由は明らかではないが、例えば、フッ素イオン濃度が低すぎるために、アルミニウム等の集電体12の表面に十分にフッ素含有量の高い不動態皮膜ができないことが考えられる。   Moreover, if the fluorine ion concentration in the non-aqueous electrolyte is less than 3 mass ppm, it becomes difficult to function as an electrochemical device. The reason for this is not clear. For example, it is considered that a passive film having a sufficiently high fluorine content cannot be formed on the surface of the current collector 12 such as aluminum because the fluorine ion concentration is too low.

このような電気二重層キャパシタ100は以下のように製造すればよい。まず、リード60,62の接続された積層体20、外装袋50、及び非水電解液をそれぞれ用意する。このとき、積層体20、外装袋50は、それぞれ、十分に乾燥処理を施しておく。例えば、空気中での加熱の後、さらに、真空中で加熱等することにより、これらの水分を十分に低減させることができる。ここでは、積層体20、外装袋50の水分量は、それぞれ、外装袋50内に供給するべき非水電解質の質量に対して1ppm<x<500ppm程度とすることが好ましい。   Such an electric double layer capacitor 100 may be manufactured as follows. First, the laminated body 20 to which the leads 60 and 62 are connected, the exterior bag 50, and the non-aqueous electrolyte are prepared. At this time, the laminated body 20 and the exterior bag 50 are each sufficiently dried. For example, after heating in air, the moisture can be sufficiently reduced by heating in vacuum. Here, it is preferable that the moisture content of the laminated body 20 and the exterior bag 50 is about 1 ppm <x <500 ppm with respect to the mass of the nonaqueous electrolyte to be supplied into the exterior bag 50, respectively.

また、非水電解液については、外装袋50を密封した後での非水電解液中のフッ素イオン濃度が3〜180ppmの範囲内となるように、積層体20、外装袋50等の乾燥度合い等に応じて、水分濃度を所定の値に調節する。具体的な調節方法としては、例えば、非水電解液を十分に乾燥させた後に、水分を添加することによって所定の水分濃度にできる。また、この所定の水分濃度は、例えば、予め、種々の水分濃度に調節した非水電解液を用いて電気二重層キャパシタを各種作成し、シール後の非水電解質のフッ素イオン濃度をそれぞれ測定することにより試行錯誤的に求めることができる。   For the non-aqueous electrolyte, the degree of drying of the laminate 20, the outer bag 50, etc. so that the fluorine ion concentration in the non-aqueous electrolyte after sealing the outer bag 50 is in the range of 3 to 180 ppm. The water concentration is adjusted to a predetermined value according to the above. As a specific adjustment method, for example, after the non-aqueous electrolyte is sufficiently dried, a predetermined water concentration can be obtained by adding water. In addition, for example, the predetermined water concentration is prepared by using various non-aqueous electrolytes previously adjusted to various water concentrations to produce various electric double layer capacitors, and measuring the fluorine ion concentration of the non-aqueous electrolyte after sealing. This can be determined by trial and error.

続いて、外装袋50内に積層体20を収容し、この積層体20に非水電解液を滴下し、その後、外装袋50を密封すれば上述の電気二重層キャパシタが完成する。   Subsequently, the multilayer body 20 is accommodated in the exterior bag 50, a nonaqueous electrolyte is dropped into the multilayer body 20, and then the exterior bag 50 is sealed to complete the above-described electric double layer capacitor.

なお、電気二重層キャパシタ100は、上述の形態に限定されず、例えば、積層体20が多数積層されたもの等でもよい。   In addition, the electric double layer capacitor 100 is not limited to the above-mentioned form, For example, what laminated | stacked many laminated bodies 20 etc. may be sufficient.

また、一次電池や二次電池等の電気二重層キャパシタ以外の電気化学デバイスであっても、外装袋内の非水電解質のフッ素イオン濃度が上述のように規定されていると、特性が向上する。   In addition, even in an electrochemical device other than an electric double layer capacitor such as a primary battery or a secondary battery, the characteristics are improved when the fluorine ion concentration of the nonaqueous electrolyte in the outer bag is specified as described above. .

<実施例1>
以下のようにして実施例1の電気二重層キャパシタを作成した。
<Example 1>
The electric double layer capacitor of Example 1 was produced as follows.

<電極の作製>
活物質としてアセチレンブラックを、バインダとしてPVDFを用い、活物質:バインダ=80:20となるようにこれらを混合し、得られた混合物にN−メチルピロリドンを加えて混練することにより、塗料を調製した。
<Production of electrode>
Using acetylene black as the active material and PVDF as the binder, these were mixed so that the active material: binder = 80: 20, and the resulting mixture was kneaded with N-methylpyrrolidone to prepare a coating material. did.

この塗料をドクターブレード法でエッチングアルミ箔の片面上に塗布した後、空気中においてこのアルミ箔を150℃で30分間、引き続き真空下において150℃で8時間加熱することにより塗膜を乾燥させた。次いで、塗膜形成領域を中心としてアルミ箔をタブ部を持った長方形状に打ち抜き、電気二重層キャパシタ用の電極を得た。乾燥後の作業は全て露点−35℃以下のドライルームで行った。   After this paint was applied on one side of the etched aluminum foil by the doctor blade method, the coating film was dried by heating the aluminum foil in air at 150 ° C. for 30 minutes and subsequently in vacuum at 150 ° C. for 8 hours. . Next, an aluminum foil was punched out into a rectangular shape having a tab portion around the coating film formation region to obtain an electrode for an electric double layer capacitor. All operations after drying were performed in a dry room with a dew point of -35 ° C or lower.

<セルの作成>
打抜いた電極2枚をセルロース製セパレータを介して対向させ、熱圧着し、積層体を得た。この積層体のタブ部に超音波溶接でアルミ製のリードを溶着した。リードを付けた積層体を、4方のうち2方を開けた袋状アルミラミネートフイルムに入れ、一方の開口部からリードを取り出し、リード部を挟んで熱圧着した。積層体が入ったアルミラミネート外装袋の最後に残った開口部から積層体に対して非水電解液を滴下し、真空熱圧着により残った開口部をシールし、図1の如き形態の実施例1の電気二重層キャパシタを3つ得た。なお、電気二重層キャパシタの厚みは0.3mm程度であった。
<Creating a cell>
Two punched electrodes were opposed to each other through a cellulose separator and thermocompression bonded to obtain a laminate. Aluminum leads were welded to the tab portion of the laminate by ultrasonic welding. The laminate with the leads was placed in a bag-like aluminum laminate film having two of the four sides opened, the lead was taken out from one opening, and thermocompression bonded with the lead sandwiched therebetween. The non-aqueous electrolyte is dropped onto the laminate from the last remaining opening of the aluminum laminate outer bag containing the laminate, and the remaining opening is sealed by vacuum thermocompression bonding. Three electric double layer capacitors of 1 were obtained. The thickness of the electric double layer capacitor was about 0.3 mm.

<非水電解液の調整>
非水電解液としては、TEA−BFを1.0mol/L含むPC溶液であって、水分含有量が10質量ppm、フッ素イオン含有量が10質量ppmであるものを用いた。フッ素イオン量の定量はイオンクロマトグラフィー法により、水分量の測定はカールフィッシャー法、具体的には、電量滴定法により行った。
<Adjustment of non-aqueous electrolyte>
As the non-aqueous electrolyte, a PC solution containing 1.0 mol / L of TEA-BF 4 and having a water content of 10 mass ppm and a fluorine ion content of 10 mass ppm was used. The amount of fluorine ions was determined by ion chromatography, and the amount of water was determined by the Karl Fischer method, specifically, coulometric titration.

<実施例2>
実施例2では、実施例1の非水電解液にさらに水分を添加して水分量を500質量ppmとした非水電解液を積層体に滴下した以外は実施例1と同様にして電気二重層キャパシタを3つ得た。
<Example 2>
In Example 2, an electric double layer was formed in the same manner as in Example 1 except that water was further added to the nonaqueous electrolyte solution of Example 1 to add a nonaqueous electrolyte solution having a water content of 500 ppm by mass to the laminate. Three capacitors were obtained.

<実施例3>
実施例3では、アラミド樹脂製のセパレータを用い、露点−80℃以下の乾燥アルゴン雰囲気化のグローブボックス内で積層体の乾燥、セルの作成を行い、TEA−BFを1mol/L含むPC溶液であって、フッ素イオン含有量が1質量ppm、水分含有量が10質量ppmである非水電解液を積層体に滴下した以外は実施例1と同様にして電気二重層キャパシタを3つ得た。
<Example 3>
In Example 3, using a separator made of an aramid resin, a laminate was dried and a cell was prepared in a glove box having a dew point of −80 ° C. or less in a dry argon atmosphere, and a PC solution containing 1 mol / L of TEA-BF 4 was used. Then, three electric double layer capacitors were obtained in the same manner as in Example 1 except that a nonaqueous electrolytic solution having a fluorine ion content of 1 mass ppm and a water content of 10 mass ppm was dropped onto the laminate. .

<比較例1>
比較例1では、実施例1の電解液に対して水分を添加して水分量1000質量ppmとした非水電解液を積層体に滴下した以外は実施例1と同様とした。
<Comparative Example 1>
In Comparative Example 1, the same procedure as in Example 1 was performed, except that a nonaqueous electrolytic solution having a water content of 1000 ppm by mass was added to the laminate by adding water to the electrolytic solution of Example 1.

<比較例2>
比較例2では、実施例1の電解液に対して水分を添加して水分量5000質量ppmとした非水電解液を積層体に滴下した以外は実施例1と同様とした。
<Comparative example 2>
In Comparative Example 2, the same procedure as in Example 1 was performed except that a non-aqueous electrolyte solution having a moisture content of 5000 ppm by mass was added to the laminate by adding water to the electrolyte solution of Example 1.

<比較例3>
比較例5では、アラミド樹脂製のセパレータを用い、露点−80℃以下の乾燥アルゴン雰囲気化のグローブボックス内で積層体の乾燥、セルの作成を行った。さらに、TEA−BFを1mol/L含むPC溶液であって、フッ素イオン量が1重量ppm、水分含有量を10質量ppmとした非水電解液で積層体を繰り返し洗浄した後、積層体にこの非水電解液を滴下した以外は実施例1と同様にして電気二重層キャパシタを3つ得た。
<Comparative Example 3>
In Comparative Example 5, an aramid resin separator was used, and the laminate was dried and a cell was prepared in a glove box having a dew point of −80 ° C. or less and a dry argon atmosphere. Furthermore, the PC solution containing 1 mol / L of TEA-BF 4 was repeatedly washed with a non-aqueous electrolyte solution having a fluorine ion amount of 1 ppm by weight and a water content of 10 ppm by mass, Three electric double layer capacitors were obtained in the same manner as in Example 1 except that this non-aqueous electrolyte was dropped.

<電気二重層キャパシタにおける非水電解液中のフッ素イオン量及び外装袋内の水分量の測定>
各実施例及び各比較例の電気二重層キャパシタについて、シール後の外装袋内における非水電解液中のフッ素イオン量及び外装袋内の水分量(外装袋内の非水電解液の重量に対する割合)について測定した。
<Measurement of the amount of fluorine ions in the non-aqueous electrolyte and the amount of moisture in the outer bag in the electric double layer capacitor>
About the electric double layer capacitor of each example and each comparative example, the amount of fluorine ions in the non-aqueous electrolyte in the outer bag after sealing and the amount of water in the outer bag (ratio to the weight of the non-aqueous electrolyte in the outer bag) ).

具体的には、フッ素イオン量の測定は、露点−35℃以下のドライルームでアルミラミネート外装袋の一端を開封し、積層体から非水電解液をピペットで吸い上げ、この非水電解液中のフッ素イオン濃度を測定した。   Specifically, the amount of fluorine ions is measured by opening one end of an aluminum laminate outer bag in a dry room having a dew point of −35 ° C. or less, sucking up a non-aqueous electrolyte from the laminate with a pipette, The fluorine ion concentration was measured.

また、外装袋内の水分量の測定については、露点−35℃以下のドライルームで、外装袋の一端を開封し、リードを切断して積層体及び非水電解液を所定量のPC(水分量既知)が入った容器に入れ、密封してドライルーム内の恒温槽で70℃1時間放置し、その後PCについてカールフィッシャー法によって水分の質量を求め、非水電解質の質量で除することにより外装袋内の水分量を求めた。   In addition, regarding the measurement of the moisture content in the outer bag, one end of the outer bag is opened in a dry room having a dew point of −35 ° C. or lower, the lead is cut, and the laminate and the non-aqueous electrolyte are placed in a predetermined amount of PC (water In a container with a known amount), sealed, and left in a thermostatic chamber in a dry room at 70 ° C. for 1 hour, after which the moisture content of the PC is determined by the Karl Fischer method and divided by the mass of the nonaqueous electrolyte. The amount of water in the outer bag was determined.

結果を図2に示す。シール後の外装袋内の水分量は、あらかじめ用意した電解液中の水分量に比べて増える。これは、積層体や外装袋内壁等に含まれる水分等の影響と考えられる。従って、シール後の非水電解液中のフッ素イオン量も、あらかじめ用意した非水電解質フッ素イオン量よりも増えると考えられる。   The results are shown in FIG. The amount of water in the outer bag after sealing is increased compared to the amount of water in the electrolyte prepared in advance. This is considered to be the influence of moisture or the like contained in the laminated body or the inner wall of the outer bag. Therefore, it is considered that the amount of fluorine ions in the non-aqueous electrolyte after sealing is also larger than the amount of non-aqueous electrolyte fluorine ions prepared in advance.

<電気二重層キャパシタの特性評価>
各実施例及び各比較例について電気二重層キャパシタを用いて、初期インピーダンス(1kHzでの値)、初期静電容量、及び、初期セル厚みを測定した後、70℃で2.7Vの通電を1000時間行った後のインピーダンス、静電容量、及びセルの厚みを測定した。初期値を100とした時の1000時間経過後のそれぞれの値を図2に示す。
<Characteristic evaluation of electric double layer capacitor>
After measuring the initial impedance (value at 1 kHz), initial capacitance, and initial cell thickness using an electric double layer capacitor for each example and each comparative example, a current of 2.7 V was applied at 70 ° C. to 1000 The impedance, capacitance, and cell thickness after time were measured. The respective values after 1000 hours have elapsed when the initial value is set to 100 are shown in FIG.

実施例1〜3では、それ以外の比較例1〜3に比べて、インピーダンス、静電容量、セルの厚みとも良い傾向を示した。なお、比較例3では安定した通電ができず、初期値すら得ることができなかった。これにより本発明は、小型薄型かつ高寿命の電気化学デバイスの実現に大きく寄与することが確かめられた。   In Examples 1-3, compared with the other Comparative Examples 1-3, the tendency which was good also in the impedance, the electrostatic capacitance, and the thickness of the cell was shown. In Comparative Example 3, stable energization was not possible, and even an initial value could not be obtained. Thus, it was confirmed that the present invention greatly contributes to the realization of a small, thin and long-life electrochemical device.

図1は、実施形態に係る電気二重層キャパシタを示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an electric double layer capacitor according to an embodiment. 図2は、実施例1〜3,比較例1〜3について、予め用意した非水電解液中のフッ素イオン濃度、予め用意した非水電解質の水分量、シール後の外装袋内の水分量、シール後の非水電解液のフッ素イオン濃度、1000時間通電後のインピーダンス、静電容量、セルの厚さを示す表である。FIG. 2 shows the fluorine ion concentration in the non-aqueous electrolyte prepared in advance for Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, the moisture content of the non-aqueous electrolyte prepared in advance, the moisture content in the outer bag after sealing, It is a table | surface which shows the fluorine ion concentration of the non-aqueous electrolyte after sealing, the impedance after 1000-hour electricity supply, an electrostatic capacitance, and the thickness of a cell.

符号の説明Explanation of symbols

10…電極、18…セパレータ、20…積層体、50…外装袋、80…電解液、100…電気二重層キャパシタ(電気化学デバイス)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Electrode, 18 ... Separator, 20 ... Laminated body, 50 ... Exterior bag, 80 ... Electrolyte, 100 ... Electric double layer capacitor (electrochemical device).

Claims (5)

セパレータ及び前記セパレータを挟んで設けられた一対の電極を有する積層体と、外装袋と、Qで表される電解質が有機溶媒に溶解された非水電解液と、を準備する準備工程と、
前記積層体及び前記非水電解液を前記外装袋内に収容した後前記外装袋をシールするシール工程と、
を備える電気化学デバイスの製造方法であって、
前記シール工程後における前記外装袋内の非水電解液中のフッ素イオン濃度が3〜180質量ppmとなるように、前記準備工程において非水電解液中の水分量を調節し、
前記非水電解液に対して水分を添加することにより前記非水電解液の水分量を調節する 電気化学デバイスの製造方法。
ここで、Qは4級アンモニウムカチオン又は4級ホスホニウムカチオン、XはBF 、PF 、AsF 、SbF 、N(RfSO 、C(RfSO 、及び、RfSO からなる群から選ばれたアニオンである。Rfは炭素数1〜12のフルオロアルキル基である。
A preparation step of preparing a laminate having a separator and a pair of electrodes provided with the separator interposed therebetween, an exterior bag, and a non-aqueous electrolyte in which an electrolyte represented by Q + X is dissolved in an organic solvent When,
A sealing step of sealing the outer bag after the laminate and the non-aqueous electrolyte are contained in the outer bag;
A method for producing an electrochemical device comprising:
Adjust the amount of water in the non-aqueous electrolyte in the preparation step so that the fluorine ion concentration in the non-aqueous electrolyte in the outer bag after the sealing step is 3 to 180 ppm by mass,
The manufacturing method of the electrochemical device which adjusts the water | moisture content of the said non-aqueous electrolyte by adding a water | moisture content with respect to the said non-aqueous electrolyte .
Here, Q + is a quaternary ammonium cation or quaternary phosphonium cation, X is BF 4 , PF 6 , AsF 6 , SbF 6 , N (RfSO 3 ) 2 , C (RfSO 3 ) 3 −. And an anion selected from the group consisting of RfSO 3 . Rf is a C1-C12 fluoroalkyl group.
前記有機溶媒はプロピレンカーボネートを含む請求項1に記載の電気化学デバイスの製造方法The method for producing an electrochemical device according to claim 1, wherein the organic solvent contains propylene carbonate. 前記電極は、アセチレンブラック及びポリビニリデンフルオライドを含む請求項1又は2に記載の電気化学デバイスの製造方法The method for producing an electrochemical device according to claim 1, wherein the electrode contains acetylene black and polyvinylidene fluoride. 前記外装袋は、内側から順に、合成樹脂膜、アルミニウム箔、及び合成樹脂膜を積層したものである請求項1〜3のいずれか一項記載の電気化学デバイスの製造方法The method for producing an electrochemical device according to any one of claims 1 to 3, wherein the outer bag is a laminate of a synthetic resin film, an aluminum foil, and a synthetic resin film in order from the inside. 前記電気化学デバイスが電気二重層キャパシタである請求項1〜4の何れか一項記載の電気化学デバイスの製造方法
The method for producing an electrochemical device according to any one of claims 1 to 4, wherein the electrochemical device is an electric double layer capacitor.
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