JPH02267912A - 電気二重層コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は各種電子機器にメモリーバックアップ用などと
して用いられる電気二重層コンデンサに関するものであ
る。

従来の技術 従来におけるこの種の電気二重層コンデンサは活性炭粒
子をプレス成型したり適当なバインダーとして練合した
ものを集電体金属上に塗布したり、活性炭繊維上にアル
ミニウムの溶射層を形成して分極性電極とし、この分極
性電極をそれぞれステンレススチールからなる金属ケー
スに収納し、２つの分極性電極を間に電解液とセパレー
タを介して対向させ、両金属ケースの開口周縁部をガス
ケットを介して封口して構成していた。

ここで電解液は大きく２つの系に分類される。

すなわち一つは硫酸あるいは水酸化カリウムの水溶液系
電解液であり二つめはプロピレンカーボネートやγ−ブ
チロラクトン等の有機溶媒にテトラエチルアンモニウム
のホウフッ化塩や過塩素酸塩を溶質とした非水系電解液
である。

前者の水溶液系のものは水の理論分解電圧である１、２
３Ｖにより規制されて、単セル当りでは耐電圧の高い素
子を得ることは不可能である。

従って半導体メモリーに必要なバックアップ電圧を得る
ためには５〜６個以上の単セルを積層直列化する必要が
あった。

一方、後者の非水溶液の電解液を用いた場合は、水溶液
系の場合に比べ単セル当りの耐電圧が２倍以上であり、
積層個数も水溶液系のものに比べて１／２〜１／３です
むため、小形、軽量化が可能である。

代表的な非水系の電解液組成としては、テトラエチルア
ンモニウムのホウフッ化塩とプロピレンカーボネートが
挙げられ、この電解液を使用した場合、７０℃の高温度
下で約２０００時間の連続電圧印加が可能である。

しかし、上記と同一構成にて８５℃中で使用した場合、
内部直流抵抗の増加あるいは静電容量の減少が短時間で
発生する。このため８５℃で使用するためには更に積層
枚数を増やして使用しなければならないという欠点を有
していた。

発明が解決しようとする課題 従来の電気二重層コンデンサ用の非水系電解液は、溶質
として用いていたテトラアルキルアンモニウム塩の分解
電圧が低く、またその分解生成物が反応性に冨んでいる
ため、８５℃の高温下での連続電圧印加によって、ガス
発生あるいは分極性電極表面上への反応生成物の付着が
原因で、著しい内部直流抵抗の増加あるいは容量の減少
を招くという欠点を有していた。

本発明は、従来技術における上記問題点を解決しようと
するもので、電解液組成の溶質の分解電圧を向上させる
ことにより、高温度下で長時間使用できる電気二重層コ
ンデンサの提供を目的とするものである。

課題を解決するための手段 この問題を解決するために本発明は、電解液の溶質のカ
チオンにＮ、Ｎ−ジアルキルモルフオリ作用 このような本発明によれば、溶媒中に溶解した溶質は■
イオンであるカチオンとｅイオンのアニオンに電離する
。式（１）にテトラアルキルアンモニウムのホウフッ化
塩のその電離イオンを示す。

Ｒ４ＮＢＦ４＋溶媒 →（Ｒ４Ｎ”）溶媒＋（ＢＦ４−）溶媒　・・・・・・
（１）そしてこのカチオンが一極で電気化学的な還元反
応を起こした場合、次の■及び（３）式で示される。

Ｒ４Ｎ”＋　ｅ−−＋Ｒ４Ｎ　・　　　　　　　　　　
＝■Ｒ４Ｎ・→Ｂ３Ｎ＋Ｒ・　　　　　　　　・・・・
・・（３）ＲＯ（ラジカル）はそれ同志がカップリング
反応を起こしたり（式４）、溶媒分子を攻撃するような
後続反応（式５）を伴う。

Ｒｏ　　＋　Ｒｏ　　−＋Ｒ−Ｒ−・・−（４）Ｒ・十
溶媒分子→ポリマー　　　　　　・・・・・・（５）式
■から式（５）までの一連の反応により一極の電極表面
上にポリマーが生成するため、電極を構成する活性炭粒
子あるいは繊維同志の接触が悪（なったり、あるいは容
量に寄与する有効面槽が減少するなどの理由から、内部
直流抵抗が増大したり、容量が減少しコンデンサの劣化
となる。更にこの劣化反応は素子を高温下に置くことで
より低い電圧で発生する。

この劣化反応を抑制するため次の３つの方法が考えられ
る。

（１）　　アルキル基を長くすることで被還元元素の窒
素と電極間の距離を遠くし、還元されにくくする。

Ｃ）側鎖の多いアルキル基を導入することでカチオン構
造をバルキーにして窒素原子を覆い、還元されにくくす
る。

（３）電子供与性の高いアルキル基を導入することで窒
素原子上の電子密度を高くし、還元されにくくする。

しかし、分子構造を大きくしたりすると、イオンの拡散
係数が小さくなり電導度が悪くなったり、分子自体の立
体Ｆｉ！害により不安定となり分解し易（なる。

そこで低分子量でかつ中心元素の窒素原子を置換基で包
みこみ電極と接触しにくい構造としてＮ、Ｎ−ジアルキ
ルモルフオリラムイオンをアニオンとする溶質を用いる
こ七により耐電圧が高く、８５℃の高温度下で使用して
も内部直流抵抗の増加や容量減少の小さなコンデンサが
得られるようになる。

実施例 １七して、活性炭繊維の片側表面にアルミニウムの金属
層をプラズマ溶射法により導電性電極２を形成して構成
し、この分極性電極１を間にポリプロピレン製のセパレ
ータ３を介して電子的短絡を防止し、電解液を注入した
後、コイン型のステンレスケース４に上記構成物を入れ
、ガスケット５で両極を絶縁するとともに封口した。

このような構成をしたコンデンサの電解液として表１に
示すものを検討した。表中歯１〜９までが本発明のコン
デンサ、Ｎｏ１Ｏ〜１１までが従来のものである。

また、嵐１〜１１までの初期内部直流抵抗値き、８５℃
にて定格電圧（単セルに２．８Ｖ）を印加し２０００時
間を経過したコンデンサの内部直流抵抗値及び初期静電
容量値を基準とする静電容量変化率を同じ（表１に示し
た。

表１から、嵐１０〜１１の従来の電解液を使用したもの
より、Ｉｔｌ〜９のＮ、Ｎ−ジアルキルモルフオリラム
イオンをカチオンとする電解液を用いた本発明のコンデ
ンサの特性が良好であることがわかる。これはＮ、Ｎ−
ジアルキルモルフオリラムイオンの電気化学的安定性に
帰因すると考えられる。

（以　　下　　余　　白　　） 発明の効果 以上のように本発明によれば、電解液の溶質のカチオン
にＮ、Ｎ−ジアルキルモルフオリラムイオンを用いるこ
とにより、８５℃中でも長時間特性の安定した電気二重
層コンデンサを得ることができる。

ンサを断面にて示す正面図である。

１・・・・・・分極性電極、２・・・・・・導電性電極
、３・旧・・セパレータ、４・・・・・・ステンレスケ
ース、５・・・・・・ガスケット。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）分極性電極と電解液との界面で形成される電気二
   重層を利用し、かつ電解液の溶質のカチオンに、Ｎ，Ｎ
   −ジアルキルモルフォリウムイオン（▲数式、化学式、
   表等があります▼）を用いたことを特徴とする電気二重
   層コンデンサ。
2. （２）Ｎ，Ｎ−ジアルキルモルフォリウムイオンの一般
   式（▲数式、化学式、表等があります▼）のＲとＲ’は
   それぞれ Ｈか炭素数が１〜１５のアルキル基である請求項１記載
   の電気二重層コンデンサ。
3. （３）電解液の溶質のアニオンとして、４フッカホウ素
   イオン，６フッ化リンイオン，過塩素酸イオン、あるい
   は６フッ化ヒ素イオンのいずれからかなる請求項１記載
   の電気二重層コンデンサ。
4. （４）分極性電極を活性炭で構成した請求項１記載の電
   気二重層コンデンサ。
5. （５）少なくとも一方の電極が非分極性電極からなる請
   求項１記載の電気二重層コンデンサ。