JPH08306591A - 電気二重層コンデンサ - Google Patents
電気二重層コンデンサInfo
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Abstract
による性能劣化が少ない低温特性に優れた電気二重層コ
ンデンサを提供する。 【解決手段】一対の分極性電極と該分極性電極上に電気
二重層を形成する電解液とを有する電気二重層コンデン
サにおいて、電解液の溶媒を、スルホラン又はその誘導
体とR1 OC(=O)OR2 で表される鎖状炭酸エステ
ル(ただし、R1とR2 は異なる一価の有機基)とを含
む有機系混合溶媒とする。
Description
サ、特に使用電圧が高く、エネルギ密度の大きい電気二
重層コンデンサに関する。
型、かつ軽量とするには、電気二重層コンデンサに蓄え
うるエネルギ密度を高める必要がある。電気二重層コン
デンサが蓄えうるエネルギは、その静電容量に比例し使
用電圧の2乗に比例する。したがって電気二重層コンデ
ンサのエネルギ密度を向上させるには、分解電圧の高い
電解液を用いて使用電圧を高めるのが効果的である。
は、硫酸などの鉱酸、アルカリ金属塩又はアルカリを含
む水系電解液の他、各種非水系電解液が用いられてい
る。この場合水系電解液の分解電圧が約1.2Vである
のに対し、非水系(有機系)電解液は2Vから3Vの分
解電圧を有するので有利である。
ピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、アセトニト
リル、ジメチルホルムアミド(特開昭49−6825
4)や、スルホランとその誘導体など(特開昭62−2
37715)が知られている。
優れ、高い分解電圧を有する溶媒であるが、凝固点が高
いことに起因して、低温度域における電気電導性の低下
が著しいため、低温時に充電すると充電に長い時間がか
かり、また大電流で放電する際には内部抵抗による出力
電圧の低下が大きいという問題があった。
るため、凝固点の低いスルホラン誘導体とスルホランの
混合溶媒を非水電解液の溶媒に用いる提案(特開昭62
−237715)もあるが、その電解液の低温時におけ
る電気伝導度は充分に低くなかった。また、電解液の溶
媒にスルホランとプロピレンカーボネートなどの環状炭
酸エステルとの混合溶媒を用いた電気二重層コンデンサ
が提案(特公平3−51284)されているが、その使
用電圧は3.0Vを超え得ない。
技術の前記問題点を解決して、低温でも出力電圧が低下
せず、かつ高エネルギ密度の電気二重層コンデンサを提
供することにある。
デンサは、一対の分極性電極と該分極性電極上に電気二
重層を形成する電解液とを有する電気二重層コンデンサ
において、該電解液の溶媒が、スルホラン又はその誘導
体と一般式R1 OC(=O)OR2 (ただし、R1 とR
2 は異なる一価の有機基)で表される鎖状炭酸エステル
とを含む有機系混合溶媒であることを特徴とする。
溶媒の一部に使用される鎖状炭酸エステルは、凝固点が
低くて低温になっても粘度の上昇が少なく、電気化学的
に安定な溶媒である。R1 とR2 が異なる一価の有機基
であるとき、電解質の濃度を高くできるので電解液の電
気伝導度を高くでき、低温における電気伝導性が良好と
なる。このような特性をもつ鎖状炭酸エステルに、分解
電圧が高いスルホラン又はその誘導体を混合した溶媒を
用いると低温度域における電気伝導度が良好で、分解電
圧が高く、かつ安定性に優れた電解液が得られる。
R1 とR2 はアルキル基、アリール基などの一価の有機
基から適宜選択される。この一価の有機基はハロゲン置
換された有機基であってもよい。得られる混合溶媒の融
点、粘度及び誘電率を考慮すると、有機基R1 とR2 は
CH3 、C2 H5 、(CH3 )2 CH、CH3 (CH
2 )2 、CF3 CH2 のいずれかであることが好まし
い。より好ましい鎖状炭酸エステルとしては、以下のも
のが例示できる。
(TFEMC) CH3 OC(=O)OCH2 CF3 。
ホランは鎖状炭酸エステルとの相溶性、耐酸化性及び高
い分解電圧の点で好ましい溶媒成分である。スルホラン
誘導体としては3−メチルスルホラン、2,4−ジメチ
ルスルホラン等の置換基誘導体が挙げられる。混合溶媒
のスルホラン又はその誘導体と鎖状炭酸エステルの混合
割合は、混合溶媒に対する電解質の溶解度や使用温度範
囲、特に低温で要求される電気伝導度を考慮して適宜選
択する。
抗、耐電圧及び安定性から、電解液の溶媒は好ましくは
スルホラン又はその誘導体を15〜85体積%、鎖状炭
酸エステルを85〜15体積%含む混合溶媒とする。さ
らに好ましくは、スルホラン又はその誘導体を25〜7
5体積%、鎖状炭酸エステルを75〜25体積%含む混
合溶媒とする。
ン、ナトリウムイオン等のアルカリ金属イオン、アルカ
リ土類金属イオン又はR4 N+ 、R4 P+ (ただし、R
はアルキル基、又はアリール基)等の第4級オニウム陽
イオンと、BF4 -、PF6 -、Cl- 、CF3 SO3 -、A
s F6 -、N(SO2 CF3 )2 -、NO3 -、ClO4 -、B
r-、SO4 2- 等の陰イオンとを組合わせた塩であるのが
好ましい。
溶液の電気伝導度及び電気化学的安定性などの点で第4
級オニウム陽イオンであるR4 N+ (第4級アンモニウ
ムイオン)又はR4 P+ (第4級ホスホニウムイオン)
の塩を用いるのが好ましい。特に、第4級オニウム陽イ
オンのテトラフルオロホウ酸塩、ヘキサフルオロリン酸
塩、ヘキサフルオロヒ酸塩、過塩素酸塩及びトリフルオ
ロメタンスルホン酸塩を電解質とするのが好ましい。ま
た、得られる電解液の電気伝導度と低温における安定性
を勘案し、電解液に含まれるこれら電解質の濃度は0.
3〜2.0モル/リットル、特には0.5〜1.2モル
/リットル、とするのが好ましい。
る分極性電極は、電気化学的に不活性な高比表面積の材
料を主体とするものであればよく、主として活性炭、カ
ーボンブラック、金属微粒子、導電性金属酸化物微粒子
からなるものとするのが好ましい。通常、分極性電極を
正極と負極の両極に用いて電気二重層コンデンサを構成
するが、正極又は負極の一方のみを分極性電極とし、他
方を充放電可能な非分極性電極、すなわち二次電池用活
物質材料を含む非分極性電極としても電気二重層コンデ
ンサを構成できる。
5、16、19)及び比較例(例1〜9、14、17、
18、20〜24)によって詳しく説明するが、本発明
はこれらの実施例によって限定されない。
重量%、ポリテトラフルオロエチレン10重量%及びカ
ーボンブラック10重量%からなる混合物にエタノール
を加えて混練し、シート状に成形後厚さ0.6mmにロ
ール圧延し、得られた分極性電極のシートを直径12m
mの円盤に打ち抜いた。
デンサセルの集電体兼ハウジング部材とするステンレス
製ケースの正極側及び負極側の内側に、それぞれ黒鉛系
導電性接着剤を用いて接着した。次にこのステンレス製
ケースごと減圧下で加熱処理して水分等を除き、表1と
表3に示した組成の低水分の非水系(有機系)電解液を
分極性電極中に含浸させ、両分極性電極の間にポリプロ
ピレン繊維不織布製のセパレータ紙を挟み、ステンレス
ケースを絶縁体であるガスケットを介してかしめ封口
し、直径18.4mm、厚さ2.0mmのコイン型電気
二重層コンデンサを得た。
ルオロエチル)カーボネート(BTFEC)、ジメチル
カーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DE
C)、ジイソプロピルカーボネート(DIPC)、ジ−
n−プロピルカーボネート(DNPC)がそれぞれ略号
で表示してある。
電容量と内部抵抗を測定した後、55℃に保持した恒温
槽中で3.3Vの電圧を印加し、500時間経過後の放
電容量及び内部抵抗を測定した。この初期と電圧印加試
験後の放電容量及び内部抵抗の変化を調べて、高い使用
電圧域における長期的な作動性能と信頼性を加速度的に
評価し、その結果を表2と表4に示した。
る電気二重層コンデンサは常温と低温における内部抵抗
が低く、かつ3.3Vという高い電圧を印加したときの
容量低下と内部抵抗の増加が少ないので、使用電圧を高
くでき長期間使用時の信頼性に優れる。
電解液の溶媒をスルホランと特定の鎖状炭酸エステルと
を含む有機系混合溶媒としていることによって単位セル
で3.3Vという高い使用電圧を可能とし、使用電圧が
高い分エネルギ密度が高く、使用に際しての容量低下と
内部抵抗の増加が少ないという優れた特性を有する。こ
れによって、3.0VによるICのバックアップが単位
セルで対応でき、その信頼性も高い。
Claims (4)
- 【請求項1】一対の分極性電極と該分極性電極上に電気
二重層を形成する電解液とを有する電気二重層コンデン
サにおいて、該電解液の溶媒が、スルホラン又はその誘
導体と一般式R1 OC(=O)OR2 (ただし、R1 と
R2 は異なる一価の有機基)で表される鎖状炭酸エステ
ルとを含む有機系混合溶媒であることを特徴とする電気
二重層コンデンサ。 - 【請求項2】R1 とR2 がCH3 、C2 H5 、(CH
3 )2 CH、CH3 (CH2 )2 及びCF3 CH2 から
選ばれた有機基のいずれかである請求項1記載の電気二
重層コンデンサ。 - 【請求項3】溶媒がスルホラン又はその誘導体を15〜
85体積%、鎖状炭酸エステルを85〜15体積%含む
ものである請求項1又は2記載の電気二重層コンデン
サ。 - 【請求項4】該電解液が第4級ホスホニウム塩又は第4
級アンモニウム塩を含むものである請求項1、2又は3
記載の電気二重層コンデンサ。
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