JP5724875B2 - 電気二重層キャパシタ - Google Patents
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Description
本発明の電気二重層キャパシタは、アルミニウムからなる金属集電体箔に分極性電極層を形成した電極を、セパレータを介して対向させてコンデンサ素子を作製し、このコンデンサ素子に電解液を含浸して、電気二重層キャパシタとしたものである。
[実施例]
分散材としてのカルボキシメチルセルロース−ナトリウム塩(CMC−Na)と、溶剤としての純水を混合し(図中符号2)、撹拌機1によって撹拌する。ここで、CMC−Naは粉末のため、次の工程において扱いやすいようにするために予め水に溶解させるものである(図1(A))。
比較例では、結合材として、実施例のスチレンブタジエン系ゴムに代えて、γ−ブチロラクトン中での膨張率が30%のアクリル系ゴムを用いて、上記実施例と同様にして、同様な方法にて電気二重層キャパシタ用電極体を作製した。
上記のような実施例と比較例の電極を用い、1M四フッ化ホウ素トリエチルメチルアンモニウム、γ−ブチロラクトン溶液(1MTEMABF4/GBL)を電解液として用いて、巻回型の電気二重層キャパシタを作製して、85℃、2.3V負荷試験を行った。その結果を図2(A)(B)に示す。
(2−1)集電体の含水量について
続いて、含フッ素アニオンを含む電解液を用いる電気二重層キャパシタについて、寿命試験中の劣化について検討したところ、以下のようなメカニズムが考えられた。すなわち、負荷状態における正極においては、BF4 -が加水分解してF-が発生し、このF-が正極のアルミニウムと反応して、絶縁皮膜であるAlF3が生成して、内部抵抗が上昇する。
さらに、検討を重ねた結果、負荷状態における正極及び負極の反応を抑制するために、集電体に被覆層を設けると、劣化抑制効果が大幅に向上することが分かった。
(2−3−1)集電体の含水量とカーボン粒径−その1
保有する水分量が異なる集電体に対して、導電性被覆層を構成するカーボンの粒子径を変化させて導電性被覆層を形成し、その上に主剤として活性炭、導電性助剤としてケッチェンブラック、分散材としてカルボキシメチルセルロース−ナトリウム塩(CMC−Na)、結合材としてSBR系バインダー(スチレンブタジエンゴム)を用いたスラリーを塗布し電極を作製した。これらの電極を用い、電解液の水分率を変化させて巻回型の電気二重層キャパシタを作製し、これら電気二重層キャパシタを2.3Vの電圧負荷を与えている状態で85℃で保存した。電解液の溶媒にはGBLもしくはPCを使用した。その後、2000時間まで2.3Vを印加しながら85℃で保存し、DCIRを測定し、初期からのDCIRの変化率を求めたところ、表1に示すような結果が得られた。
保有する水分量が異なる集電体に対して、導電性被覆層を構成するカーボンの粒子径を変化させて導電性被覆層を形成し、その上に主剤として活性炭、導電性助剤としてケッチェンブラック、結合材としてSBR系バインダー(スチレンブタジエンゴム)を用いたスラリーを塗布し電極を作製した。これら電極を用いて巻回型の電気二重層キャパシタを作製し、これら電気二重層キャパシタを無負荷、85℃で保存した。電解液の溶媒にはPCを使用した。その後、2000時間まで85℃で保存し、DCIRを測定し、初期からのDCIRの変化率を求めたところ、表2に示すような結果が得られた。
(付記)
(付記1)
溶媒としてγ−ブチロラクトンを含む電解液と、
電極材料と、導電性助剤と、結合材として85℃のγ−ブチロラクトンにおける100時間後の膨張率が50%以下であるエラストマーを水に分散させたスラリーを集電体に塗布してなるコーティング電極を備えたことを特徴とする電気二重層キャパシタ。
(付記2)
含フッ素アニオンを含む電解液を用いる電気二重層キャパシタ用集電体であって、
含水量が30μg/cm 2 以下のアルミニウム基材と、
該アルミニウム基材の上に、径が5μm以上のカーボンを含有する被覆層用スラリーを用いて形成された導電性被覆層と、を有することを特徴とする電気二重層キャパシタ用集電体。
(付記3)
前記径が5μm以上のカーボンを含有する被覆層用スラリーが、黒鉛と、カーボンブラックと、結合材として85℃のγ−ブチロラクトン中における100時間後の膨張率が50%以下であるエラストマーとを水に分散させてなるスラリーであることを特徴とする付記2に記載の電気二重層キャパシタ用集電体。
(付記4)
付記2又は付記3に記載の電気二重層キャパシタ用集電体を備え、含フッ素アニオンを含む電解液を用いたことを特徴とする電気二重層キャパシタ。
(付記5)
前記電気二重層キャパシタ用集電体の表面に、電極材料と、導電性助剤と、コーティング用結合材として85℃のγ−ブチロラクトン中における100時間後の膨張率が50%以下であるエラストマーとを水に分散させてなるコーティング用スラリーを塗布してなるコーティング電極が形成されていることを特徴とする付記4に記載の電気二重層キャパシタ。
(付記6)
溶媒としてγ−ブチロラクトンを含む電解液を用いたことを特徴とする付記5に記載の電気二重層キャパシタ。
(付記7)
前記85℃のγ−ブチロラクトン中における100時間後の膨張率が50%以下であるエラストマーが、スチレンブタジエン系エラストマーであることを特徴とする付記1、付記5又は付記6のいずれか1項に記載の電気二重層キャパシタ。
2…純水+分散材
3…ミキサー
4…活性炭
5…コーティング機
6…アルミニウムエッチング箔
Claims (3)
- 溶媒としてγ−ブチロラクトンを含む電解液と、
電極材料と、導電性助剤と、結合材として85℃のγ−ブチロラクトンにおける100時間後の膨張率が50%以下であるスチレンブタジエン系エラストマーを水に分散させたスラリーを、エッチング箔からなる集電体に塗布してなるコーティング電極を備えることを特徴とする使用温度が70℃を超える電気二重層キャパシタ。 - 含フッ素アニオンを含む電解液を用いる電気二重層キャパシタ用の集電体であって、
含水量が30μg/cm2以下のアルミニウム基材と、
該アルミニウム基材の上に、径が5μm以上のカーボンを含有する被覆層用スラリーを用いて形成された導電性被覆層と、を有する集電体を備えたことを特徴とする請求項1に記載の電気二重層キャパシタ。 - 前記径が5μm以上のカーボンを含有する被覆層用スラリーが、黒鉛と、カーボンブラックと、結合材として85℃のγ−ブチロラクトン中における100時間後の膨張率が50%以下であるエラストマーとを水に分散させてなるスラリーであることを特徴とする請求項2に記載の電気二重層キャパシタ。
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