JPH09148197A - 電気二重層キャパシタ - Google Patents
電気二重層キャパシタInfo
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- JPH09148197A JPH09148197A JP7310378A JP31037895A JPH09148197A JP H09148197 A JPH09148197 A JP H09148197A JP 7310378 A JP7310378 A JP 7310378A JP 31037895 A JP31037895 A JP 31037895A JP H09148197 A JPH09148197 A JP H09148197A
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- layer capacitor
- electrolytic solution
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
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- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐電圧の高い電気二重層キャパシタを提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 分極性電極と電解液とから構成される電
気二重層キャパシタにおいて、電解液の溶媒に、１，３
−ジオキソラン−２−オンの４位にハロゲン化アルキル
基を導入した化合物を用いる。また、前記溶媒には、プ
ロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブ
チロラクトン、１，３−ジオキソラン、アセトニトリ
ル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、ジメチルホル
ムアミド、１，２−ジメトキシエタンおよびスルホラン
を含む混合溶媒を、電解質には、六フッ化リン酸、ホウ
フッ酸およびトリフルオロメタンスルホン酸のテトラア
ルキルアンモニウム塩、テトラアルキルホスホニウム塩
またはＮ，Ｎ−メチルエチルピロリジニウム塩を用い
る。
ることを目的とする。 【解決手段】 分極性電極と電解液とから構成される電
気二重層キャパシタにおいて、電解液の溶媒に、１，３
−ジオキソラン−２−オンの４位にハロゲン化アルキル
基を導入した化合物を用いる。また、前記溶媒には、プ
ロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブ
チロラクトン、１，３−ジオキソラン、アセトニトリ
ル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、ジメチルホル
ムアミド、１，２−ジメトキシエタンおよびスルホラン
を含む混合溶媒を、電解質には、六フッ化リン酸、ホウ
フッ酸およびトリフルオロメタンスルホン酸のテトラア
ルキルアンモニウム塩、テトラアルキルホスホニウム塩
またはＮ，Ｎ−メチルエチルピロリジニウム塩を用い
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、大容量の電気を瞬
時に充放電できる電気二重層キャパシタに関するもの
で、特にその電解液の改良に関するものである。
時に充放電できる電気二重層キャパシタに関するもの
で、特にその電解液の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電気二重層キャパシタの電解液は、水溶
液系と非水系の２つの系に分類される。前者は硫酸ある
いは水酸化カリウムの水溶液系電解液である。後者はプ
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六フッ
化リン酸塩を溶質とした非水系電解液である。この非水
系電解液は、水溶液系のものと比較して単セル当たり２
倍以上の耐電圧が得られるので、電気二重層キャパシタ
の小型、軽量化が可能である。
液系と非水系の２つの系に分類される。前者は硫酸ある
いは水酸化カリウムの水溶液系電解液である。後者はプ
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六フッ
化リン酸塩を溶質とした非水系電解液である。この非水
系電解液は、水溶液系のものと比較して単セル当たり２
倍以上の耐電圧が得られるので、電気二重層キャパシタ
の小型、軽量化が可能である。
【０００３】代表的な非水系の電解液としては、テトラ
エチルアンモニウムテトラフルオロボレートのプロピレ
ンカーボネート溶液が挙げられる。この電解液を使用し
た場合、系全体として２．５Ｖの通電電圧印加が可能で
ある。しかし、２．５Ｖを越える高電圧で使用すると、
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。従って、そのような高電圧で使用するために
は、単セルを積層して使用しなければならない。この場
合、容量値は、同じ容量なら、直列に接続するセルの個
数に反比例して小さくなるため、高耐圧、大容量のキャ
パシタを得るためには、寸法の大きなものになってしま
う。
エチルアンモニウムテトラフルオロボレートのプロピレ
ンカーボネート溶液が挙げられる。この電解液を使用し
た場合、系全体として２．５Ｖの通電電圧印加が可能で
ある。しかし、２．５Ｖを越える高電圧で使用すると、
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。従って、そのような高電圧で使用するために
は、単セルを積層して使用しなければならない。この場
合、容量値は、同じ容量なら、直列に接続するセルの個
数に反比例して小さくなるため、高耐圧、大容量のキャ
パシタを得るためには、寸法の大きなものになってしま
う。
【０００４】また、ボタン型電池代替の用途として、単
セルで３Ｖの耐圧を有するキャパシタも要求されている
ように、キャパシタの耐圧向上は急務である。また、セ
ルに蓄積されるエネルギーは１／２ＣＶ2（ジュール）
で算出される。ここで、Ｃはキャパシタのセル当たりの
容量（ファラッド）、Ｖはセルの印加可能電圧（ボル
ト）である。セル電圧Ｖは、その値の二乗がエネルギー
に反映される。
セルで３Ｖの耐圧を有するキャパシタも要求されている
ように、キャパシタの耐圧向上は急務である。また、セ
ルに蓄積されるエネルギーは１／２ＣＶ2（ジュール）
で算出される。ここで、Ｃはキャパシタのセル当たりの
容量（ファラッド）、Ｖはセルの印加可能電圧（ボル
ト）である。セル電圧Ｖは、その値の二乗がエネルギー
に反映される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の電気二重層キャ
パシタに用いられていた非水系電解液の溶媒γ−ブチロ
ラクトンやプロピレンカーボネートは、２．５Ｖを越え
る高電圧の連続印加によってガス発生あるいは分極性電
極上への反応生成物の付着が発生していた。これが原因
となって、著しい内部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、以上に鑑み、
非水系電解液の溶媒に分解電圧の高い溶媒を用いること
により、耐電圧に優れた電気二重層キャパシタを提供す
ることを目的とする。
パシタに用いられていた非水系電解液の溶媒γ−ブチロ
ラクトンやプロピレンカーボネートは、２．５Ｖを越え
る高電圧の連続印加によってガス発生あるいは分極性電
極上への反応生成物の付着が発生していた。これが原因
となって、著しい内部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、以上に鑑み、
非水系電解液の溶媒に分解電圧の高い溶媒を用いること
により、耐電圧に優れた電気二重層キャパシタを提供す
ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、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た電気
二重層キャパシタにおいて、以下の式（１）で表される
１，３−ジオキソラン−２−オンの４位にハロゲン化ア
ルキル基を導入した化合物を溶媒の主体とする電解液を
用いるものである。ここで、前記ハロゲン化アルキル基
は、フッ素化メチル基であることが好ましい。
電解液との界面で形成される電気二重層を利用した電気
二重層キャパシタにおいて、以下の式（１）で表される
１，３−ジオキソラン−２−オンの４位にハロゲン化ア
ルキル基を導入した化合物を溶媒の主体とする電解液を
用いるものである。ここで、前記ハロゲン化アルキル基
は、フッ素化メチル基であることが好ましい。
【０００７】
【化２】
【０００８】従来の非水系電解液の溶媒として用いられ
ていたγ−ブチロラクトンやプロピレンカーボネート
は、そのカルボニル基の酸素原子と炭素原子が酸化還元
反応にあずかりやすく、耐電圧が低くなっていることに
鑑み、本発明では、１，３−ジオキソラン−２−オンの
４位に電子吸引性のハロゲン化アルキル基を導入するこ
とにより、カルボニル基の電子密度を低くして酸化され
にくくし、これにより分解電圧の向上を図るものであ
る。
ていたγ−ブチロラクトンやプロピレンカーボネート
は、そのカルボニル基の酸素原子と炭素原子が酸化還元
反応にあずかりやすく、耐電圧が低くなっていることに
鑑み、本発明では、１，３−ジオキソラン−２−オンの
４位に電子吸引性のハロゲン化アルキル基を導入するこ
とにより、カルボニル基の電子密度を低くして酸化され
にくくし、これにより分解電圧の向上を図るものであ
る。
【０００９】
【発明の実施の形態】４位にハロゲン化アルキル基を導
入した１，３−ジオキソラン−２−オンの誘導体として
は、式（２）で表される４−モノフルオロメチル−１，
３−ジオキソラン−２−オン、式（３）で表される４−
ジフルオロメチル−１，３−ジオキソラン−２−オン、
式（４）で表される４−トリフルオロメチル−１，３−
ジオキソラン−２−オンが、融点が低く好ましい。ま
た、これらの化合物は、自身の誘電率が高く、電解質溶
解性が高いため、これらの点でも好ましい。
入した１，３−ジオキソラン−２−オンの誘導体として
は、式（２）で表される４−モノフルオロメチル−１，
３−ジオキソラン−２−オン、式（３）で表される４−
ジフルオロメチル−１，３−ジオキソラン−２−オン、
式（４）で表される４−トリフルオロメチル−１，３−
ジオキソラン−２−オンが、融点が低く好ましい。ま
た、これらの化合物は、自身の誘電率が高く、電解質溶
解性が高いため、これらの点でも好ましい。
【００１０】
【化３】
【００１１】また、電解質の溶媒は、プロピレンカーボ
ネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、
１，３−ジオキソラン、アセトニトリル、プロピオニト
リル、ブチロニトリル、ジメチルホルムアミド、１，２
−ジメトキシエタンおよびスルホランよりなる群から選
択される少なくとも一種を含む混合溶媒であることが好
ましい。電解質は、六フッ化リン酸、ホウフッ酸および
トリフルオロメタンスルホン酸よりなる群から選択され
る酸のテトラアルキルアンモニウム塩、テトラアルキル
ホスホニウム塩またはＮ，Ｎ−メチルエチルピロリジニ
ウム塩が好ましく用いられる。
ネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、
１，３−ジオキソラン、アセトニトリル、プロピオニト
リル、ブチロニトリル、ジメチルホルムアミド、１，２
−ジメトキシエタンおよびスルホランよりなる群から選
択される少なくとも一種を含む混合溶媒であることが好
ましい。電解質は、六フッ化リン酸、ホウフッ酸および
トリフルオロメタンスルホン酸よりなる群から選択され
る酸のテトラアルキルアンモニウム塩、テトラアルキル
ホスホニウム塩またはＮ，Ｎ−メチルエチルピロリジニ
ウム塩が好ましく用いられる。
【００１２】
【実施例】次に本発明の具体的な実施例について述べ
る。 ［実施例１］１ｃｍ×５ｃｍの大きさのアルミニウム製
集電体の両面に、活性炭粉末、ポリテトラフルオロエチ
レンおよびアセチレンブラックよりなる混合物のペース
トを塗布して形成した一対の分極性電極をセパレータを
介して巻回し、図１に示すような構成の電気二重層キャ
パシタを作製した。電解液には、４−トリフルオロメチ
ル−１，３−ジオキソラン−２−オンに０．６５ｍｏｌ
／ｌの４フッ化ホウ酸テトラエチルアンモニウムを溶解
させ溶液を用いた。図１において、１、３は集電体、
２、４は集電体１、３の表面に塗着した活性炭を主とす
る分極性電極、５はセパレータであり、これらは渦巻き
状に捲回されてアルミ製ケース６に収容されている。ケ
ース６の開口部はゴム製封口板７により密閉されてい
る。８、９は分極製電極２、４のリードである。
る。 ［実施例１］１ｃｍ×５ｃｍの大きさのアルミニウム製
集電体の両面に、活性炭粉末、ポリテトラフルオロエチ
レンおよびアセチレンブラックよりなる混合物のペース
トを塗布して形成した一対の分極性電極をセパレータを
介して巻回し、図１に示すような構成の電気二重層キャ
パシタを作製した。電解液には、４−トリフルオロメチ
ル−１，３−ジオキソラン−２−オンに０．６５ｍｏｌ
／ｌの４フッ化ホウ酸テトラエチルアンモニウムを溶解
させ溶液を用いた。図１において、１、３は集電体、
２、４は集電体１、３の表面に塗着した活性炭を主とす
る分極性電極、５はセパレータであり、これらは渦巻き
状に捲回されてアルミ製ケース６に収容されている。ケ
ース６の開口部はゴム製封口板７により密閉されてい
る。８、９は分極製電極２、４のリードである。
【００１３】［実施例２］電解液の溶媒として４−ジフ
ルオロメチル−１，３−ジオキソラン−２−オンを用い
た他は実施例１と同様のキャパシタを構成した。 ［実施例３］電解液の溶媒として４−モノフルオロメチ
ル−１，３−ジオキソラン−２−オンを用いた他は実施
例１と同様のキャパシタを構成した。
ルオロメチル−１，３−ジオキソラン−２−オンを用い
た他は実施例１と同様のキャパシタを構成した。 ［実施例３］電解液の溶媒として４−モノフルオロメチ
ル−１，３−ジオキソラン−２−オンを用いた他は実施
例１と同様のキャパシタを構成した。
【００１４】［実施例４］４−トリフルオロメチル−
１，３−ジオキソラン−２−オンとプロピレンカーボネ
ートとを体積比３：１の割合で混合した溶媒を調節し、
これに０．６５ｍｏｌ／ｌの４フッ化ホウ酸テトラエチ
ルアンモニウムを溶解させた電解液を用いた他は実施例
１と同様のキャパシタを構成した。 ［実施例５］４−トリフルオロメチル−１，３−ジオキ
ソラン−２−オンとプロピレンカーボネートとを体積比
１：１の割合で混合した溶媒を調節し、これに０．６５
ｍｏｌ／ｌの４フッ化ホウ酸テトラエチルアンモニウム
を溶解させた電解液を用いた他は実施例１と同様のキャ
パシタを構成した。
１，３−ジオキソラン−２−オンとプロピレンカーボネ
ートとを体積比３：１の割合で混合した溶媒を調節し、
これに０．６５ｍｏｌ／ｌの４フッ化ホウ酸テトラエチ
ルアンモニウムを溶解させた電解液を用いた他は実施例
１と同様のキャパシタを構成した。 ［実施例５］４−トリフルオロメチル−１，３−ジオキ
ソラン−２−オンとプロピレンカーボネートとを体積比
１：１の割合で混合した溶媒を調節し、これに０．６５
ｍｏｌ／ｌの４フッ化ホウ酸テトラエチルアンモニウム
を溶解させた電解液を用いた他は実施例１と同様のキャ
パシタを構成した。
【００１５】［実施例６］４−トリフルオロメチル−
１，３−ジオキソラン−２−オンとγ−ブチロラクトン
とを体積比３：１の割合で混合した溶媒を調節し、これ
に０．６５ｍｏｌ／ｌの４フッ化ホウ酸テトラエチルア
ンモニウムを溶解させた電解液を用いた他は実施例１と
同様のキャパシタを構成した。 ［実施例７］４−トリフルオロメチル−１，３−ジオキ
ソラン−２−オンとγ−ブチロラクトンとを体積比１：
１の割合で混合した溶媒を調節し、これに０．６５ｍｏ
ｌ／ｌの４フッ化ホウ酸テトラエチルアンモニウムを溶
解させた電解液を用いた他は実施例１と同様のキャパシ
タを構成した。
１，３−ジオキソラン−２−オンとγ−ブチロラクトン
とを体積比３：１の割合で混合した溶媒を調節し、これ
に０．６５ｍｏｌ／ｌの４フッ化ホウ酸テトラエチルア
ンモニウムを溶解させた電解液を用いた他は実施例１と
同様のキャパシタを構成した。 ［実施例７］４−トリフルオロメチル−１，３−ジオキ
ソラン−２−オンとγ−ブチロラクトンとを体積比１：
１の割合で混合した溶媒を調節し、これに０．６５ｍｏ
ｌ／ｌの４フッ化ホウ酸テトラエチルアンモニウムを溶
解させた電解液を用いた他は実施例１と同様のキャパシ
タを構成した。
【００１６】［比較例１］電解液としてプロピレンカー
ボネートを用いた他は実施例１と同様のキャパシタを作
製した。
ボネートを用いた他は実施例１と同様のキャパシタを作
製した。
【００１７】上記の各キャパシタについて、初期の容量
とインピーダンス、および７０℃において３Ｖ印加１０
００時間後と２０００時間後の容量変化率（−ΔＣ）と
インピーダンスを表１に示す。
とインピーダンス、および７０℃において３Ｖ印加１０
００時間後と２０００時間後の容量変化率（−ΔＣ）と
インピーダンスを表１に示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、電解液の
耐圧が高く、高耐圧、高容量で小型の電気二重層キャパ
シタを得ることができる。セルの耐電圧を高くできるこ
とで、単位体積当たりのエネルギー密度を画期的に高く
でき、３ＶのＩＣを装着した機器に単セルで対応でき、
高電圧用途に対しても直列接続するセル数を少なくする
ことができるので、充放電の長期信頼性も高くなる。
耐圧が高く、高耐圧、高容量で小型の電気二重層キャパ
シタを得ることができる。セルの耐電圧を高くできるこ
とで、単位体積当たりのエネルギー密度を画期的に高く
でき、３ＶのＩＣを装着した機器に単セルで対応でき、
高電圧用途に対しても直列接続するセル数を少なくする
ことができるので、充放電の長期信頼性も高くなる。
【図１】本発明の一実施例の電気二重層キャパシタの構
成を示す要部を切り欠いた斜視図である。
成を示す要部を切り欠いた斜視図である。
１、３ 集電体 ２、４ 分極性電極 ５ セパレータ ６ ケース ７、８ リード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 正樹 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 吉田 昭彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 分極性電極と電解液を具備し、前記電解
液の溶媒が以下の式（１）で表される１，３−ジオキソ
ラン−２−オンの４位にハロゲン化アルキル基を導入し
た化合物を主体とする電気二重層キャパシタ。 【化１】 - 【請求項２】 前記ハロゲン化アルキル基が、フッ素化
メチル基である請求項１記載の電気二重層キャパシタ。 - 【請求項３】 前記溶媒が、前記化合物に、プロピレン
カーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラク
トン、１，３−ジオキソラン、アセトニトリル、プロピ
オニトリル、ブチロニトリル、ジメチルホルムアミド、
１，２−ジメトキシエタンおよびスルホランよりなる群
から選択される少なくとも一種を添加した混合溶媒であ
る請求項１記載の電気二重層キャパシタ。 - 【請求項４】 電解質が、六フッ化リン酸、ホウフッ酸
およびトリフルオロメタンスルホン酸よりなる群から選
択される酸のテトラアルキルアンモニウム塩、テトラア
ルキルホスホニウム塩またはＮ，Ｎ−メチルエチルピロ
リジニウム塩である請求項１記載の電気二重層キャパシ
タ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7310378A JPH09148197A (ja) | 1995-11-29 | 1995-11-29 | 電気二重層キャパシタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7310378A JPH09148197A (ja) | 1995-11-29 | 1995-11-29 | 電気二重層キャパシタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09148197A true JPH09148197A (ja) | 1997-06-06 |
Family
ID=18004536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7310378A Pending JPH09148197A (ja) | 1995-11-29 | 1995-11-29 | 電気二重層キャパシタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09148197A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0908905A2 (en) * | 1997-09-11 | 1999-04-14 | Mitsui Chemicals, Inc. | Non-aqueous electrolytic solution for capacitor and capacitor containing non-aqueous electrolytic solution |
| FR2793600A1 (fr) * | 1999-05-10 | 2000-11-17 | Europ Accumulateurs | Electrode de supercondensateur, supercondensateur et procede de fabrication |
| DE10103994A1 (de) * | 2001-01-30 | 2002-10-31 | Epcos Ag | Elektrolytlösung für elektrochemische Doppelschichtkondensatoren |
| US20100033899A1 (en) * | 2007-01-12 | 2010-02-11 | Daikin Industries, Ltd. | Electrical double layer capacitor |
| US8435679B2 (en) | 2006-12-20 | 2013-05-07 | 3M Innovative Properties Counsel | Fluorinated compounds for use in lithium battery electrolytes |
-
1995
- 1995-11-29 JP JP7310378A patent/JPH09148197A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP0908905A2 (en) * | 1997-09-11 | 1999-04-14 | Mitsui Chemicals, Inc. | Non-aqueous electrolytic solution for capacitor and capacitor containing non-aqueous electrolytic solution |
| EP0908905A3 (en) * | 1997-09-11 | 2001-07-04 | Mitsui Chemicals, Inc. | Non-aqueous electrolytic solution for capacitor and capacitor containing non-aqueous electrolytic solution |
| US6315918B1 (en) | 1997-09-11 | 2001-11-13 | Mitsui Chemicals Inc. | Non-aqueous electrolytic solution for capacitor and capacitor containing non-aqueous electrolytic solution |
| FR2793600A1 (fr) * | 1999-05-10 | 2000-11-17 | Europ Accumulateurs | Electrode de supercondensateur, supercondensateur et procede de fabrication |
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| DE10103994B4 (de) * | 2001-01-30 | 2005-04-28 | Epcos Ag | Elektrolytlösung für elektrochemische Doppelschichtkondensatoren |
| US8435679B2 (en) | 2006-12-20 | 2013-05-07 | 3M Innovative Properties Counsel | Fluorinated compounds for use in lithium battery electrolytes |
| US9406977B2 (en) | 2006-12-20 | 2016-08-02 | 3M Innovative Properties Company | Fluorinated compounds for use in lithium battery electrolytes |
| US20100033899A1 (en) * | 2007-01-12 | 2010-02-11 | Daikin Industries, Ltd. | Electrical double layer capacitor |
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