JPH04196511A - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、電気二重層コンデンサに関するもので、特
に、電気二重層コンデンサに用いられる電解液に含まれ
る電解質の改良に関するものである。

［従来の技術］ 電気二重層コンデンサは、分極性電極と電解液との界面
に生成する電気二重層に電荷を蓄積する素子である。構
造の一例を、第１図を参照して説明する。

活性炭等の炭素性素材からなる分極性電極１゜２が、セ
パレータ３を介して対向配置されている。

このセパレータ３および分極性電極１，２は、１対の金
属ケース部材４．５により挟持された状態で、これら金
属ケース部材４．５内に収納されている。金属ケース部
材４，５は、耐腐食性に優れたステンレスよりなり、そ
れぞれ、分極性電極１゜２に電気的に接続されており、
集電極として機能するものである。金属ケース部材４，
５間は、絶縁性のガスケット６により電気的に絶縁され
ている。同時に、このガスケット６により、金属ケース
部材４．５で構成されるケース内が密封されている。

上記のような電気二重層コンデンサは、用いる電解液に
より水溶液系と非水溶液系とに大別される。そのうち、
非水系電解液としては、アルカリ金属もしくは４級アン
モニウムの過塩素酸塩、４弗化硼酸塩、または６弗化リ
ン酸塩等の電解質を、プロピレンカーボネート、γ−ブ
チロラクトン、ジメチルホルムアミドまたはアセトニト
リル等の非水系溶媒に溶解したものが用いられる。−例
が、特開昭５９−３９１４号に開示されている。

ところで、電気二重層コンデンサは、機器のメモリ・バ
ックアップ回路等で用いられる。メモリ・バックアップ
回路中で必要とされる耐電圧は、電気二重層コンデンサ
素子の耐電圧よりも高いのが普通である。そのため、電
気二重層コンデンサ素子を、複数個積層し、直列接続し
てなる複合素子の形態で用いられることが多い。しかし
ながら、積層により体積か増加し、かつ直列接続により
静電容量が低下するという問題があった。よって、積層
数は少ないほうが望ましく、積層数を少なくするには、
１個の電気二重層コンデンサ素子の耐電圧を高めること
が必要となる。

電気二重層コンデンサ素子の耐電圧は、電荷移動反応で
ある酸化還元反応が、正極および負極で起こり始める電
位によって規制される。金属ケース部材としては、従来
より、耐腐食性に優れたステンレス系材料が用いられて
いるか、この場合には、電気二重層コンデンサ素子の耐
電圧を決定する反応は、正極におけるステンレスケース
部材の酸化反応と、負極における電解液の還元分解反応
である。

負極側では、電解質および溶媒の双方とも、還元分解を
受ける可能性がある。しかしながら、上述したような非
水系溶媒は、還元反応を起こしにくいため、多（の場合
、電解質中に含まれているカチオンの還元電位が問題と
なる。

単体金属イオンの中では、アルカリ金属イオンの還元電
位が最も低く、たとえば、リチウムイオンは、プロピレ
ンカーボネート中で−３，０ＶＶＳ　　ＳＣＥ付近に還
元波を与える。このようなアルカリ金属塩を、電気二重
層コンデンサの電解質として用いることは、すでに報告
されている（特開昭４８−５０２５５号）。

アルカリ金属塩を電解質として用いた場合、過電圧が印
加されると還元析出反応を生じ、デンドライト結晶が成
長することがある。デンドライト結晶は、セパレータを
貫通して、正極および負極を短絡し、電気二重層コンデ
ンサに回復不能な故障を引起こすことがある。したがっ
て、アルカリ金属塩は、電気二重層コンデンサにはあま
り用いられていない。

他方、４級アンモニウムカチオンは、リチウムイオンよ
りも還元されに＜＜、また過電圧が印加されても析出し
ない。したがって、電気二重層コンデンサの電解質とし
て多用されている（特開昭４９−６８２５４号、特開昭
５０−４４４６３号等）。

また、４級アンモニウムカチオンは、アルキル基を長く
し、かさ高くすることによって、電極面に近づきにくく
なり、耐還元性を向上さぜる。そのため、かさ高い分子
構造を有するテトラブチルアンモニウム塩やＮ、　　Ｎ
−ジエチルピロリジニウム塩などが、電気二重層コンデ
ンサの耐電圧を向上させるために用いられている（特開
昭４９−６８２５４号、特開昭６３−１２７５２０号）
。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述したようなカチオンでは、分子構造
が大きくなりすぎ、イオンの移動が阻害されるため、電
導度が小さくなり、電気二重層コンデンサの等価直列抵
抗（ＥＳＲ）が増大する、という欠点があった。

それゆえに、この発明の目的は、かさ高い構造とより高
い移動度との両者を満足し得る非水系電解液のための電
解質を備え、それによって、耐電圧が高く、かつＥＳＲ
の小さい、電気二重層コンデンサを提供しようとするこ
とである。

［課題を解決するための手段］ この発明は、セパレータと前記セパレータを介して対向
された１対の分極性電極と、前記セパレータおよび分極
性電極を挟持するように配置された１対の集電極と、前
記集電極間に配置された非水系電解液とを備える、電気
二重層コンデンサに向けられるものである。この発明で
は、上述した技術的課題を解決するため、前記非水系電
解液の電解質が次の一般式１またはＩＩで表される塩で
あることを特徴としている。

ここで、Ｘは、ＢＦ４、ＰＦ６、ＣｌＯ４、ＡｓＦ６、
ＳｂＦ６、ＡｌＣｌ４、またはＲｆＳ○３（Ｒｆは炭素
数１〜８のフルオロアルキル基）を示す。

［実施例］ 以下に、実施例に従って、この発明の詳細な説明を行な
う。

第１図に示した構造を有する電気二重層コンデンサを用
い、この発明を実施し、従来例との比較を行なった。

具体的には、それぞれ、負極および正極側集電極となる
金属ケース部材４．５を５ＵＳ４３０で構成し、分極性
電極１，２は、活性炭を粉砕し、バインダを加えてプレ
ス成形したものにより構成した。分極性電極１，２とケ
ース部材４，５とは、それぞれ、カーボンペースト層７
により接着した。

表１に示すような種々の電解質を用いた。これら電解質
の各々を、濃度ＬＭ／ｌのプロピレンカーボネート溶液
とし、これら溶液すなわち非水系電解液の各々を分極性
電極１，２およびセパレータ３に含浸させた電気二重層
コンデンサを作製し、それぞれを従来例１．２ならびに
実施例１〜１０とした。

（以下余白） 表１ このようにして得られた従来例１，２ならびに実施例１
〜１０の電気二重層コンデンサに対して、８５°Ｃにて
２．８Ｖの負荷試験を１０００時間行なった。表１には
、初期ＥＳＲと負荷試験後のＥＳＲおよび初期静電容量
値を基準とする容量変化率とが示されている。

表１より、実施例１〜１０は、従来例１，２に比べて、
負荷試験後のＥＳＲおよび静電容量の変化か小さいこと
がわかる。これは、実施例１〜１０で用いた電解質の耐
電圧か向上したことに起因すると考えられる。

なお、この発明において用いられ得る電解液のための溶
媒としては、どのようなものであってもよく、たとえば
、プロピレンカーボネート、β−ブチロラクトン、アセ
トニトリル、ジメチルホルムアミド、スルホランなどを
単独または適宜混合して有利に用いることができる。

口発明の効果コ このように、この発明によれば、電気二重層コンデンサ
の耐電圧性が向上するため、たとえば高温負荷条件下で
の特性劣化が小さく、信頼性の高い電気二重層コンデン
サが得られる。

したがって、たとえばメモリ・バックアップ回路に用い
た場合、電気二重層コンデンサ素子ノ積層数を低減する
ことができ、複合素子の体積を低減でき、小型で大容量
化された製品を提供することができる。

また、この発明による電気二重層コンデンサは、そのＥ
ＳＲも低く抑えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電気二重層コンデンサの構造を説明するため
の断面図である。 図において、１．２は分極性電極、３はセパレータ、４
，５は金属ケース部材（集電極）、６はガスケット、７
はカーホンペースト層である。 第１図 １１　　ｊ　　　）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 セパレータと、前記セパレータを介して対向された１対
   の分極性電極と、前記セパレータおよび分極性電極を挟
   持するように配置された１対の集電極と、前記１対の集
   電極間に配置された非水系電解液とを備える、電気二重
   層コンデンサにおいて、 前記非水系電解液の電解質が次の一般式ＩまたはIIで表
   される塩であることを特徴とする、電気二重層コンデン
   サ。 I …▲数式、化学式、表等があります▼ II…▲数式、化学式、表等があります▼ ここで、Ｘは、ＢＦ＿４、ＰＦ＿６、ＣｌＯ＿４、Ａｓ
   Ｆ＿６、ＳｂＦ＿６、ＡｌＣｌ＿４、またはＲｆＳＯ＿
   ３（Ｒｆは炭素数１〜８のフルオロアルキル基）を示す
   。