JPH11297580A - Electric double-layer capacitor - Google Patents

Electric double-layer capacitor

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JPH11297580A
JPH11297580A JP10106046A JP10604698A JPH11297580A JP H11297580 A JPH11297580 A JP H11297580A JP 10106046 A JP10106046 A JP 10106046A JP 10604698 A JP10604698 A JP 10604698A JP H11297580 A JPH11297580 A JP H11297580A
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JP
Japan
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activated carbon
electric double
layer capacitor
double layer
voltage
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Pending
Application number
JP10106046A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Hirahara
聡 平原
Kazushi Matsuura
一志 松浦
Shoichi Hashiguchi
正一 橋口
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the durability of an electric double-layer capacitor which exhibits a high breakdown voltage. SOLUTION: An electric double-layer capacitor is provided with a nonaqueous electrolytic solution and active carbon electrodes for both the poles and its applied voltage is 3.35 V or higher. In this case, the active carbon electrodes do not contain a binder material having carbon-fluorine combination. Also, the solute of the electrolytic solution is a nonaqueous electrolytic solution, containing a salt of combination of quarternary onium cation chosen from among a group of R4 N<+> , R4 P<+> (where R is an alkyl group represented by the expression Cn H2n+1 ) and triethylmethyl ammomnium ion and anion containing at least one of BF4 <-> , PF6 <-> , ClO4 <-> , SbF6 <-> and CF3 CO3 <-> or a lithium salt, in which the cation is lithium ion. Also, the rest potential of the active carbon electrodes in the electrolytic solution is in the range of 1.7 V or higher to -2.5 V or lower, when its counter electrode is set as Li/Li<+> .

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、耐電圧、エネルギ
ー密度が大きく、急速充放電でき、耐久性に優れた電気
二重層キャパシターに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric double layer capacitor which has a high withstand voltage, a high energy density, can be rapidly charged and discharged, and has excellent durability.

【0002】[0002]

【従来の技術】大電流で充放電できる電気二重層キャパ
シターは、電気自動車、補助電源等の用途に有望であ
る。そのために、エネルギー密度が高く、急速充放電が
可能であり、高電圧印加時の耐久性及び充放電サイクル
耐久性に優れた電気二重層キャパシターの実現が望まれ
ている。キャパシターのセルに蓄積されるエネルギー
は、1/2・C・V2 で算出され、Cはセル当たりの容量
(F)、Vはセルに印加可能な電圧(V)である。印可
可能電圧Vは、その値の二乗がエネルギーに反映される
ため、エネルギー密度の向上にはキャパシターに印加す
る電圧を上げるの効果的であるが、大きな電圧では電解
液の分解が起こる。
2. Description of the Related Art Electric double layer capacitors which can be charged and discharged with a large current are promising for applications such as electric vehicles and auxiliary power supplies. Therefore, it is desired to realize an electric double layer capacitor having a high energy density, capable of rapid charge / discharge, and having excellent durability when a high voltage is applied and charge / discharge cycle durability. The energy stored in the cell of the capacitor is calculated as ・ · C · V 2 , where C is the capacity per cell (F) and V is the voltage (V) that can be applied to the cell. Since the square of the value of the applicable voltage V is reflected in the energy, it is effective to increase the voltage applied to the capacitor to improve the energy density. However, at a large voltage, the decomposition of the electrolytic solution occurs.

【0003】そのため、従来の電気二重層キャパシター
では使用する電解液の溶媒と溶質の種類にもよるが、単
位セルあたりの耐電圧は、非水系電解液の電気二重層キ
ャパシターの場合、約2.4Vであり(特開平7-145001号公
報)、2.5V以上の高電圧で使用すると、内部直列抵抗の
増加あるいは静電容量の減少が短時間で発生する。そこ
で、正負側の主材料である活性炭、セパレータ、電解
液、容器等を検討し、耐電圧を向上する試みなされてい
る。例えば、活性炭中の金属不純物の低減、金属不純物
の少ないフェノール樹脂、フラン樹脂等の原料を賦活す
ることによる活性炭中の不純物の低減(特開平8-162375
号公報)、賦活後の活性炭を熱処理することによる含酸
素官能基の低減、キャパシターの集電体に多孔質アルミ
ニウムを用いて耐久性向上を図る手法(特開平8-339941
号公報)、分解電圧の高い2−メチルスルホランを溶媒
とした電解液を使用する(特開平9-205041号公報)等の
試みがなされていた。このような試みにより耐電圧は
2.8Vまで向上したが、ここで頭打ちになっている。
Therefore, in the conventional electric double layer capacitor, the withstand voltage per unit cell is about 2.4 V in the case of the non-aqueous electrolyte electric double layer capacitor, depending on the type of solvent and solute of the electrolytic solution used. (Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 7-145001), when used at a high voltage of 2.5 V or more, an increase in internal series resistance or a decrease in capacitance occurs in a short time. Therefore, an active carbon, a separator, an electrolytic solution, a container, and the like, which are main materials on the positive and negative sides, are examined, and attempts have been made to improve the withstand voltage. For example, reduction of metal impurities in activated carbon, reduction of impurities in activated carbon by activating raw materials such as phenolic resin and furan resin containing less metal impurities (JP-A-8-162375)
JP-A-8-339941), a method of reducing the oxygen-containing functional groups by heat-treating activated carbon after activation and improving the durability by using porous aluminum as a current collector of a capacitor
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-205041), and attempts to use an electrolytic solution using 2-methylsulfolane having a high decomposition voltage as a solvent have been made. With such an attempt, the withstand voltage was improved to 2.8 V, but has reached a plateau here.

【0004】また、活性炭電極の主な製造法には、活性
炭粉末に、アセチレンブラック等の導電性物質及びポリ
テトラフルオロエチレン、四フッ化エチレン樹脂等のテ
フロン樹脂を添加して混合した後、加圧成型する方法が
挙げられる(特開昭62−200715号公報、特開昭
62−17311号、特開平5−121269号公報、
特開平5−283287号公報)。これらのテフロン樹
脂バインダーは、他のバインダー物質と比べて比較的少
量でバインダー効果を有するという特長があるため、好
んで使用される傾向にある。
[0004] The main method of producing an activated carbon electrode is to add a conductive substance such as acetylene black and a Teflon resin such as polytetrafluoroethylene and tetrafluoroethylene resin to activated carbon powder and mix them. Press molding methods (JP-A-62-200715, JP-A-62-17311, JP-A-5-121269,
JP-A-5-283287). These Teflon resin binders have a feature that they have a binder effect in a relatively small amount as compared with other binder substances, and thus tend to be used favorably.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】近年、本発明者らは、
特願平9−183670号公報において、炭素質電極の自然電
位を任意に調節して充電時の電位を、電解液の高電位側
(酸化側)の実質的な分解開始電圧以下にすることによ
り、電解液の分解が抑制され、電気二重層キャパシター
の印加可能電圧、及び耐久性が改善できることを提案し
てる。これについて、簡単に説明する。代表的な非水系
の電解液である4級アルキルアンモニウム塩のプロピレ
ンカーボネート溶液の実質的に炭素質物質からなる電極
を用いた場合、電解液の酸化側の分解開始電圧は4.4V
(対Li/Li + )付近であると言われている。一方、通常
の活性炭電極の自然電位は3V(対Li/Li + )付近であ
り、キャパシターの印加電圧が2.8Vの場合、充電後の正
極側の分極は約1.4Vとなり、酸化側の電位は4.4V(対
Li/Li + )以上を示し、電解液の電気化学的分解がおこ
ると考えられる。その結果、従来の活性炭電極を用いた
場合、その電解液の分解により発生するガス等により容
量は低下するため、長期間使用した場合に耐久性が問題
であった。従って、特願平9-183670号の発明では活性炭
電極の自然電位を下げて充電後の正極側の電位が電解液
の酸化分解開始電圧以下とすることによって、キャパシ
ターの実質的な印加可能電圧が大幅に増加し、エネルギ
ー密度を向上できることを提案している。しかしなが
ら、特願平9-183670号の発明において、3.35V以上
の高電圧を印加した場合に、電極の種類によっては、キ
ャパシターのセルがふくらむ等の問題を生じることがあ
った。
In recent years, the present inventors have
In Japanese Patent Application No. 9-183670, the potential at the time of charging is adjusted to be equal to or lower than the substantial decomposition starting voltage on the high potential side (oxidation side) of the electrolyte by arbitrarily adjusting the natural potential of the carbonaceous electrode. It proposes that the decomposition of the electrolytic solution is suppressed, and the applicable voltage and durability of the electric double layer capacitor can be improved. This will be described briefly. When an electrode substantially composed of a carbonaceous substance of a propylene carbonate solution of a quaternary alkylammonium salt, which is a typical non-aqueous electrolyte, is used, the decomposition start voltage on the oxidation side of the electrolyte is 4.4 V
It is said to be near (to Li / Li + ). On the other hand, the natural potential of a normal activated carbon electrode is around 3 V (vs. Li / Li + ), and when the voltage applied to the capacitor is 2.8 V, the polarization on the positive electrode side after charging is about 1.4 V, and the potential on the oxidation side Is 4.4V (vs.
Li / Li + ) or more, and it is considered that electrochemical decomposition of the electrolytic solution occurs. As a result, when a conventional activated carbon electrode is used, the capacity is reduced due to a gas or the like generated by the decomposition of the electrolytic solution, and thus there has been a problem of durability when used for a long period of time. Therefore, in the invention of Japanese Patent Application No. Hei 9-183670, by lowering the natural potential of the activated carbon electrode so that the potential on the positive electrode side after charging is equal to or lower than the oxidative decomposition starting voltage of the electrolytic solution, the practically applicable voltage of the capacitor is reduced. It proposes that the energy density can be greatly increased and the energy density can be improved. However, in the invention of Japanese Patent Application No. 9-183670, when a high voltage of 3.35 V or more is applied, depending on the type of electrode, a problem such as swelling of a capacitor cell may occur.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
上記の課題を検討すべく鋭意検討した結果、印加電圧が
3.35V以上となると、負極側の対Li/Li + 電位が0.6
〜0.9V(対Li/Li + )より低い電位領域に入ってし
まうためC−F結合が還元分解反応を引き起こすことが
原因であることを見出し、本発明に到達した。すなわ
ち、本発明の目的は、3.35V以上の高電圧印加時の耐久
性及び充放電耐久性に優れ、低抵抗かつエネルギー密度
の大きい電気二重層キャパシターを提供することにあ
り、かかる目的は、非水系電解液と両極に活性炭電極を
用いた印加電圧が3.35V以上の電気二重層キャパシター
において、活性炭電極中に炭素−フッ素結合を有するバ
インダー物質を含有せず、かつ、該電解液の溶質が、R
4 + 、R4 + (ただし、RはC n H2n+1 で示される
アルキル基)、トリエチルメチルアンモニウムイオンか
らなる群より選ばれる少なくとも1つを含む第4級オニ
ウムカチオンとBF4 - 、PF6 - 、ClO4 -、SbF6 -、CF3S
O3 -からなる群より選ばれる少なくとも1つを含むアニ
オンとを組み合わせた塩、または、カチオンがリチウム
イオンであるリチウム塩を含有した非水系電解液であ
り、かつ、活性炭電極体の該電解液中での自然電位がLi
/Li + を対極とした場合、1.7V以上2.5V以下とする
ことにより容易に達成される。
Means for Solving the Problems Accordingly, the present inventors have:
As a result of intensive studies to study the above issues, the applied voltage
When the voltage exceeds 3.35V, the negative electrode side+Potential is 0.6
~ 0.9V (vs. Li / Li +Enter the lower potential area
Can cause reductive decomposition reaction
They found that this was the cause and arrived at the present invention. Sand
That is, the object of the present invention is to provide a high durability when applying a high voltage of 3.35 V or more.
Excellent resistance and charge / discharge durability, low resistance and energy density
To provide large electric double layer capacitors.
For this purpose, an activated carbon electrode is used for the non-aqueous electrolyte and both electrodes.
Electric double layer capacitor with applied voltage of 3.35V or more
In the above, a bag having a carbon-fluorine bond in the activated carbon electrode
Containing no inder substance, and the solute of the electrolytic solution is R
FourN+, RFourP+(However, R is CnH2n + 1Indicated by
Alkyl group), triethylmethylammonium ion
Quaternary oni containing at least one selected from the group consisting of
Um cation and BFFour -, PF6 -, ClOFour -, SbF6 -, CFThreeS
OThree -Containing at least one selected from the group consisting of
Salt in combination with on, or the cation is lithium
Non-aqueous electrolyte containing lithium ion
And the natural potential of the activated carbon electrode body in the electrolyte is Li
/ Li+1.7V or more and 2.5V or less when
This is easily achieved.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の最大の特徴は、非水系電解液系電気二重層キャ
パシターにおいて、活性炭電極体に、炭素−フッ素結合
を有する物質を含有せず、実質的に炭素−炭素結合のみ
を有するバインダー物質で成型した活性炭成型体を使用
することにより、3.35V以上の高電圧印加時に、高いエ
ネルギー密度かつ低内部抵抗を示し、かつ長時間電圧印
加時の耐久性及びサイクル耐久性が大幅に改善される点
にある。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail.
The greatest feature of the present invention is that, in a non-aqueous electrolyte solution electric double layer capacitor, the activated carbon electrode body does not contain a substance having a carbon-fluorine bond, and is formed of a binder substance having substantially only a carbon-carbon bond. By using the activated carbon molded body, high energy density and low internal resistance are shown when a high voltage of 3.35 V or more is applied, and durability and cycle durability when a long-time voltage is applied are greatly improved. is there.

【0008】具体的には、本発明は、非水系電解液と両
極に活性炭を実質的に主とする電極体を用いた電気二重
層キャパシターにおいて、活性炭電極体に炭素−フッ素
結合を有する物質を含有せず、実質的に炭素−炭素結合
のみを有するバインダー物質で成型した活性炭成型体を
使用し、該電解液がR4 + 、R4 + (ただし、Rは
C n H2n+1 で示されるアルキル基)、トリエチルメチル
アンモニウムイオンからなる群より選ばれる少なくとも
1つを含む第4級オニウムカチオンとBF4 - 、PF6 -
ClO4 -、SbF6 -、CF3SO3 -からなる群より選ばれる少な
くとも1つを含むアニオンとを組み合わせた塩が溶質で
ある非水系電解液であり、かつ、活性炭電極体の該電解
液中での自然電位がLi/Li + を対極とした場合、1.7V
以上2.5V以下であること特徴とする電気二重層キャパ
シターであり、特に、活性炭電極体の自然電位を調節す
る物質として、該電極体中にリチウム等のアルカリ金
属、アルカリ土類金属、または希土類金属を含有するも
のである。
More specifically, the present invention relates to an electric double layer capacitor using a non-aqueous electrolyte and an electrode body substantially containing activated carbon on both electrodes, wherein the activated carbon electrode body contains a substance having a carbon-fluorine bond. An activated carbon molded body molded with a binder material having substantially only a carbon-carbon bond without using the same was used, and the electrolyte was R 4 N + , R 4 P + (where R is
C n H 2n + 1 alkyl groups represented by) quaternary containing at least one selected from the group consisting of triethyl-ammonium ion onium cation and BF 4 -, PF 6 -,
A non-aqueous electrolyte in which a salt in combination with an anion containing at least one selected from the group consisting of ClO 4 , SbF 6 , and CF 3 SO 3 is a solute, and the electrolyte of an activated carbon electrode body When the natural potential inside is Li / Li + as the counter electrode, 1.7V
An electric double layer capacitor characterized by having a voltage of not less than 2.5 V or less, and in particular, an alkali metal such as lithium, an alkaline earth metal, or a rare earth It contains metal.

【0009】活性炭を主体とする電極は、活性炭粉末と
導電剤とバインダーから構成される。バインダーとし
て、一般に広く使用されているポリテトラフルオロエチ
レン、四フッ化エチレン等の含フッ素重合体樹脂は、い
ずれも、炭素−フッ素結合を含有するため本発明の活性
炭電極に使用することはできない。炭素−フッ素結合が
なぜ特に問題になるかについては、炭素−フッ素結合が
切れることの外に、電解液中のイオン又は分子がフッ素
と反応して分解生成物を生じるためと考えられる。炭素
−炭素結合を主とするバインダー物質として、コールタ
ールピッチ、石油ピッチ、フェノール樹脂、フラン樹脂
等の多環芳香族化合物が挙げられる。ただし、これらの
多環芳香族化合物に多く含まれている含酸素官能基、含
窒素官能基等の揮発分成分が、プロピレンカーボネート
等の電解液溶媒に一部可溶である等の理由から、そのま
まバインダーとして使用した場合、電気二重層キャパシ
ターの耐久性が低下する。したがって、これらの多環芳
香族化合物と活性炭粉末の混合物を成型後、成型体を窒
素、アルゴン等の不活性ガス中で多環芳香族化合物の熱
分解温度以上である700℃〜1300℃で熱処理し
て、揮発成分を除去することにより、炭素質のみがバイ
ンダー物質となり本発明の電気二重層キャパシターの活
性炭電極として好適に使用できる。1300℃以上で熱
処理すると活性炭の細孔の収縮による比表面積の低下が
生じ、電気二重層キャパシターの容量が低下する。該成
型体の熱処理をホットプレス器等を使用して加圧下で行
い、成型の嵩密度を上げて電気二重層キャパシターの容
量を増加させても良い。これらの多環芳香族化合物の配
合量は、揮発分組成、軟化点等により異なるものの、1
0重量%以上70重量%以下が好ましい。配合量が多い
と成型体強度は増加するものの、成型体中の活性炭含有
量が減少し、電気二重層キャパシターの容量が低下す
る。また、コールタールピッチ、石油ピッチは、軟化点
が220℃以上の高軟化点ピッチを使用するほうが、熱
処理時に、軟化したピッチが活性炭の細孔を塞がないた
め好ましい。同様な理由で、フェノール樹脂の場合も、
熱可塑性型より熱硬化性型が好ましい。
The electrode mainly composed of activated carbon is composed of activated carbon powder, a conductive agent and a binder. Fluorine-containing polymer resins such as polytetrafluoroethylene and tetrafluoroethylene, which are generally widely used as binders, cannot be used for the activated carbon electrode of the present invention because they contain carbon-fluorine bonds. It is considered that the reason why the carbon-fluorine bond is particularly problematic is that, apart from the breakage of the carbon-fluorine bond, ions or molecules in the electrolytic solution react with fluorine to generate decomposition products. Examples of the binder substance mainly containing a carbon-carbon bond include polycyclic aromatic compounds such as coal tar pitch, petroleum pitch, phenol resin, and furan resin. However, for the reason that volatile components such as oxygen-containing functional groups and nitrogen-containing functional groups, which are often contained in these polycyclic aromatic compounds, are partially soluble in electrolyte solvents such as propylene carbonate. When used directly as a binder, the durability of the electric double layer capacitor is reduced. Therefore, after molding a mixture of the polycyclic aromatic compound and the activated carbon powder, the molded body is heat-treated in an inert gas such as nitrogen or argon at 700 ° C. to 1300 ° C., which is higher than the thermal decomposition temperature of the polycyclic aromatic compound. Then, by removing the volatile components, only carbonaceous material becomes a binder material and can be suitably used as an activated carbon electrode of the electric double layer capacitor of the present invention. When the heat treatment is performed at 1300 ° C. or more, the specific surface area is reduced due to the contraction of the pores of the activated carbon, and the capacity of the electric double layer capacitor is reduced. The heat treatment of the molded body may be performed under pressure using a hot press or the like to increase the bulk density of the molding to increase the capacity of the electric double layer capacitor. The amount of these polycyclic aromatic compounds varies depending on the volatile composition, the softening point, and the like.
The content is preferably from 0% by weight to 70% by weight. If the blending amount is large, the strength of the molded body increases, but the content of activated carbon in the molded body decreases, and the capacity of the electric double layer capacitor decreases. It is preferable to use a high softening point pitch having a softening point of 220 ° C. or higher for the coal tar pitch and petroleum pitch because the softened pitch does not block the pores of the activated carbon during the heat treatment. For the same reason, in the case of phenolic resin,
Thermosetting types are preferred over thermoplastic types.

【0010】上記の多環芳香族化合物等の有機バインダ
ー物質に加えて、成型時の活性炭粒子とバインダーとの
接着性を増加させるために、ポリエチレングリコール、
ポリビニルアルコール、エチレングリコール、プロピレ
ングリコール、カルボキシメチルセルロース等の熱可塑
性樹脂の1〜30重量%水溶液、または、ポリオレフィ
ン系ポリマー、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ
エチレン樹脂等の熱分解性樹脂を2〜40重量%含む、
アセトン、ジメチルスルホキシド等の有機溶剤中に2〜
40重量%溶解させた溶液を、活性炭粉末と該有機バイ
ンダーの合計重量に対し、10〜40重量%添加した
後、熱処理して活性炭成型体を得ても良い。
In order to increase the adhesiveness between the activated carbon particles and the binder at the time of molding, polyethylene glycol,
1 to 30% by weight aqueous solution of thermoplastic resin such as polyvinyl alcohol, ethylene glycol, propylene glycol, carboxymethyl cellulose, or 2 to 40% by weight of thermally decomposable resin such as polyolefin polymer, acrylic resin, polystyrene resin and polyethylene resin Including,
2 to 2 in organic solvents such as acetone and dimethyl sulfoxide
A solution in which 40% by weight is dissolved may be added in an amount of 10 to 40% by weight based on the total weight of the activated carbon powder and the organic binder, and then heat-treated to obtain an activated carbon molded body.

【0011】活性炭粉末の粒子径は、平均粒子径が5〜
40μm程度が好ましい。平均粒径40μm以上では、
バインダーの配合量を少なくできるが、活性炭粒子内へ
の電解液の含浸性が低下する等の要因により、電気二重
層キャパシターの内部抵抗が増加する。平均粒径が3μ
m以下では、十分な成型体強度を得るにはバインダーを
約70重量%以上配合する必要があり、電気二重層キャ
パシターの容量が低下する。また、活性炭のみを熱焼結
または放電焼結する、電気化学的に安定なアルミニウム
を活性炭に溶射する等の方法によりバインダーを使用せ
ずに作製した活性炭成型体も電気二重層キャパシター用
電極体とすることが可能である。電極は、シート状また
は板状の成形体、さらには複合物からなる板状成形体の
いずれであっても良い。
The activated carbon powder has an average particle diameter of 5 to 5.
It is preferably about 40 μm. With an average particle size of 40 μm or more,
Although the amount of the binder can be reduced, the internal resistance of the electric double layer capacitor increases due to factors such as a decrease in the impregnation of the electrolyte into the activated carbon particles. Average particle size is 3μ
If it is less than m, it is necessary to add about 70% by weight or more of a binder in order to obtain a sufficient strength of the molded body, and the capacity of the electric double layer capacitor is reduced. In addition, an activated carbon molded body produced without using a binder by a method such as thermal sintering or spark sintering only activated carbon, or spraying electrochemically stable aluminum onto activated carbon is also referred to as an electrode body for an electric double layer capacitor. It is possible to The electrode may be a sheet-shaped or plate-shaped formed body, or a plate-shaped formed body made of a composite.

【0012】上記の成型方法で得た活性炭成型体は、ポ
リテトラフルオロエチレンの様な絶縁性物質を含まず、
かつ、高温で熱処理しているため、比較的その電気導電
性は高いものの、さらに導電性を向上させるために、導
電剤として、アセチレンブラック、ケッチェンブラック
等のカーボンブラック、天然黒鉛、熱膨張黒鉛、炭素繊
維、酸化ルテニウム、酸化チタン、アルミニウム、ニッ
ケル等の金属ファイバーからなる群より選ばれる少なく
とも一種の導電剤を添加しても良い。少量で効果的に導
電性が向上する点で、アセチレンブラック及びケッチェ
ンブラックが特に好ましく、その配合量は、活性炭粉末
と該有機バインダーの合計重量に対し、10〜30重量%が
好ましい。集電体は電気化学的及び化学的に耐食性があ
ればよく、特に限定するものではないが、例えば、正極
ではステンレス、アルミニウム、チタン、タンタルがあ
り、負極では、ステンレス、ニッケル、銅等が好適に使
用される。
[0012] The activated carbon molded body obtained by the above molding method does not contain an insulating substance such as polytetrafluoroethylene,
In addition, since it is heat-treated at high temperature, its electrical conductivity is relatively high, but in order to further improve conductivity, carbon black such as acetylene black and Ketjen black, natural graphite, and thermal expansion graphite are used as conductive agents. And at least one conductive agent selected from the group consisting of carbon fibers, metal fibers such as ruthenium oxide, titanium oxide, aluminum and nickel. Acetylene black and Ketjen black are particularly preferred from the viewpoint that conductivity is effectively improved with a small amount, and the blending amount thereof is preferably 10 to 30% by weight based on the total weight of the activated carbon powder and the organic binder. The current collector is not particularly limited as long as it has electrochemical and chemical corrosion resistance.Examples include, but are not limited to, stainless steel, aluminum, titanium, and tantalum for a positive electrode, and stainless steel, nickel, and copper for a negative electrode. Used for

【0013】本発明における活性炭電極体の自然電位の
測定は、通常の電気化学的手法を用いて行われる。非水
系での電位測定は、水溶液での標準水素電極のような電
位基準は厳密には定義されていないが、実際には、銀−
塩化銀電極、白金電極、リチウム電極等の電極を用いて
一般に広く行われている。本発明においても同様な方法
で測定可能である。
In the present invention, the measurement of the spontaneous potential of the activated carbon electrode body is performed by a usual electrochemical technique. In the measurement of potential in a non-aqueous system, a potential reference such as a standard hydrogen electrode in an aqueous solution is not strictly defined, but in practice, silver-
It is generally widely used using electrodes such as a silver chloride electrode, a platinum electrode, and a lithium electrode. In the present invention, it can be measured by a similar method.

【0014】本発明で用いる分極性電極体の実質的に主
な材料である活性炭だけでは、自然電位が1.7V以上2.
5V以下(対Li/Li + )の範囲にならないため、何らか
の調節が必要となる。活性炭電極の自然電位を1.7V以
上2.5V以下(対Li/Li + )に調節する手法は特に限定
するものではないが、アルカリ金属、アルカリ土類金
属、希土類金属から選ばれる少なくとも一つ以上の物質
を、電気化学的手法、化学的手法、物理的手法等により
電極体に添加することが好ましい。例えば、簡便な方法
の一つとして、非常に卑な金属である金属リチウムまた
はリチウムを含む物質からなるリチウム含有電極、活性
炭を主とする炭素質電極、セパレータ及び非水系電解液
で構成される電気化学セルにおいて、リチウム含有電極
と炭素質電極を短絡またはリチウム含有電極を正極、炭
素質電極を負極として充電することにより活性炭電極中
にリチウムを導入させることができる。リチウムを含む
物質としては、特に限定するものではないが、例えば、
リチウム−アルミニウム合金、リチウム−マグネシウム
合金等のリチウムを含む合金、リチウム金属間化合物、
リチウムを含むマンガン酸化物、コバルト酸化物、ニッ
ケル酸化物、バナジウム酸化物等の複合酸化物、リチウ
ムを含む硫化チタン、セレン化ニオブ、硫化モリブデン
等のカルコゲナイト、リチウムを含む炭素から選ばれる
少なくとも1つ以上の物質を用いることが好ましい。卑
な電位をもつ金属として、リチウム以外に、ナトリウ
ム、カリウム等のアルカリ金属、カルシウム、マグネシ
ウム等のアルカリ土類金属、イットリウム、ネオジウム
等の希土類金属または、これらの金属を含む物質をリチ
ウムの場合と同様に自然電位を下げる物質として用いて
もよい。電極電位を下げすぎて1.7V未満にすると、印加
電圧3.35V以上の場合、電解液の分解が起こるため初期
エネルギー密度及び耐久性が低下する場合があり好まし
くない。
[0014] Only activated carbon, which is substantially the main material of the polarizable electrode body used in the present invention, has a natural potential of 1.7 V or more and 2.7 V or more.
Since the voltage does not fall within the range of 5 V or less (vs. Li / Li + ), some adjustment is required. The method of adjusting the natural potential of the activated carbon electrode to 1.7 V or more and 2.5 V or less (vs. Li / Li + ) is not particularly limited, but at least one selected from alkali metals, alkaline earth metals, and rare earth metals. It is preferable to add the above substances to the electrode body by an electrochemical method, a chemical method, a physical method, or the like. For example, as one of the simple methods, there is a lithium-containing electrode made of a substance containing lithium or lithium, which is a very noble metal, a carbonaceous electrode mainly composed of activated carbon, a separator and a non-aqueous electrolyte. In a chemical cell, lithium can be introduced into an activated carbon electrode by short-circuiting a lithium-containing electrode and a carbonaceous electrode or charging the lithium-containing electrode as a positive electrode and the carbonaceous electrode as a negative electrode. The material containing lithium is not particularly limited, for example,
Lithium-aluminum alloys, lithium-containing alloys such as lithium-magnesium alloys, lithium intermetallic compounds,
At least one selected from composite oxides such as manganese oxides, cobalt oxides, nickel oxides, and vanadium oxides containing lithium, titanium sulfide containing lithium, niobium selenide, chalcogenite such as molybdenum sulfide, and carbon containing lithium. It is preferable to use the above substances. As a metal having a low potential, in addition to lithium, an alkali metal such as sodium and potassium, an alkaline earth metal such as calcium and magnesium, a rare earth metal such as yttrium and neodymium, or a substance containing these metals is referred to as lithium. Similarly, it may be used as a substance that lowers the natural potential. If the electrode potential is excessively lowered to be less than 1.7 V, when the applied voltage is 3.35 V or more, decomposition of the electrolytic solution occurs, which may lower the initial energy density and durability, which is not preferable.

【0015】こうして自然電位を調節した活性炭電極を
両極に用いて、電気二重層キャパシターを組み立てる。
活性炭電極両極間の自然電位の差が大きすぎると、動作
が不安定になるため好ましくない。電極中のリチウムの
含有量は、活性炭の嵩密度、比表面積、表面性状等によ
り若干異なるが、0.02重量%以上2重量%以下程度とな
る。自然電位を調節する前の活性炭は、電気二重層キャ
パシターを大容量とするために比表面積の大きな活性炭
を用いるのが好ましい。活性炭の比表面積は大きすぎる
と嵩密度が低下してエネルギー密度が低下するので、20
0 〜3000m2/gが好ましく、さらに好ましくは300 〜2300
m2/gである。活性炭の原料としては、植物系の木材、の
こくず、ヤシ殻、パルプ廃液、化石燃料系の石炭、石油
重質油、あるいはそれらを熱分解した石炭および石油系
ピッチ、タールピッチを紡糸した繊維、合成高分子、フ
ェノール樹脂、フラン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ
塩化ビニリデン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹
脂、液晶高分子、プラスチック廃棄物、廃タイヤ等多種
多用である。これらの原料を炭化後、賦活するが、賦活
法は、ガス賦活と薬品賦活に大別される。ガス賦活法
は、薬品賦活が化学的な活性化であるのに対して、物理
的な活性化ともいわれ、炭化された原料を高温で水蒸
気、炭酸ガス、酸素、その他の酸化ガスなどと接触反応
させて、活性炭が得られる。薬品賦活法は、原料に賦活
薬品を均等に含侵させて、不活性ガス雰囲気中で加熱
し、薬品の脱水および酸化反応により活性炭を得る方法
である。使用される薬品としては、塩化亜鉛、りん酸、
りん酸ナトリウム、塩化カルシウム、硫化カリウム、水
酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸
ナトリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、炭酸カル
シウム等がある。活性炭の製法に関しては、上記に各種
あげたが、特に問わない。活性炭の形状は、破砕、造
粒、顆粒、繊維、フェルト、織物、シート状等各種の形
状があるが、いずれも本発明に使用することができる。
これらの活性炭のうち、KOH を用いた薬品賦活で得られ
る活性炭は、水蒸気賦活品と比べて容量が大きい傾向に
あることから、特に好ましい。賦活処理後の活性炭を、
窒素、アルゴン、ヘリウム、キセノン等の不活性雰囲気
下で、500 〜2500℃、好ましくは700 〜1500℃で熱処理
し、不要な表面官能基を除去したり、炭素の結晶性を発
達させて電子伝導性を増加させても良い。
An electric double layer capacitor is assembled using the activated carbon electrodes whose natural potential has been adjusted in this way for both electrodes.
If the difference in the natural potential between the two electrodes of the activated carbon electrode is too large, the operation becomes unstable, which is not preferable. The content of lithium in the electrode slightly varies depending on the bulk density, specific surface area, surface properties and the like of the activated carbon, but is about 0.02% by weight or more and 2% by weight or less. As the activated carbon before adjusting the natural potential, it is preferable to use activated carbon having a large specific surface area in order to increase the capacity of the electric double layer capacitor. If the specific surface area of the activated carbon is too large, the bulk density is reduced and the energy density is reduced.
0 to 3000 m 2 / g is preferred, and more preferably 300 to 2300
m 2 / g. Raw materials for activated carbon include plant-based wood, sawdust, coconut husk, pulp waste liquor, fossil fuel-based coal, heavy petroleum oil, or coal obtained by thermally decomposing them, and fibers spun from petroleum-based pitch and tar pitch. , Synthetic polymers, phenolic resins, furan resins, polyvinyl chloride resins, polyvinylidene chloride resins, polyimide resins, polyamide resins, liquid crystal polymers, plastic waste, waste tires and many other uses. These carbonized materials are activated after carbonization. Activation methods are roughly classified into gas activation and chemical activation. In the gas activation method, chemical activation is chemical activation, whereas physical activation is also called physical activation, and the carbonized raw material is contact-reacted with steam, carbon dioxide, oxygen, and other oxidizing gases at high temperatures. Then, activated carbon is obtained. The chemical activation method is a method in which a raw material is uniformly impregnated with an activation chemical, heated in an inert gas atmosphere, and activated carbon is obtained by a dehydration and oxidation reaction of the chemical. The chemicals used are zinc chloride, phosphoric acid,
Examples include sodium phosphate, calcium chloride, potassium sulfide, potassium hydroxide, sodium hydroxide, potassium carbonate, sodium carbonate, sodium sulfate, potassium sulfate, calcium carbonate, and the like. Various methods for producing activated carbon have been described above, but are not particularly limited. The activated carbon has various shapes such as crushing, granulation, granule, fiber, felt, woven fabric and sheet shape, and any of them can be used in the present invention.
Among these activated carbons, activated carbons obtained by chemical activation using KOH are particularly preferable because they tend to have larger capacities than steam activated products. Activated carbon after activation treatment,
Heat treatment at 500 to 2500 ° C, preferably 700 to 1500 ° C in an inert atmosphere of nitrogen, argon, helium, xenon, etc. to remove unnecessary surface functional groups or to develop carbon crystallinity May be increased.

【0016】電解液は非水系電解液が好ましい。非水系
電解液の溶質は、R4 + 、R4 + (ただし、RはC
n H2n+1 で示されるアルキル基)、トリエチルメチルア
ンモニウムイオン等からなる群より選ばれる少なくとも
1つを含む第4級オニウムカチオンと、BF4 - 、P
F6 - 、ClO4 -、SbF6 -、CF3SO3 -からなる群より選ば
れる少なくとも1つを含むアニオンとを組み合わせた
塩、または、カチオンがリチウムイオンであるリチウム
塩を用いる。リチウム塩は、LiBF4 ,LiCl
4,LiPF6 ,LiSbF6 ,LiAsF6 ,Li
CF3 SO3 ,LiC(CF 3 SO2 3 ,LiB(C
6 5 4 ,LiC4 9 SO3 ,LiC8 17
3 ,LiB(C6 5 4 ,LiN(CF3 SO2
2 から選ばれる1つ以上の物質が好ましい。特に、電気
導電性、安定性、及び低コスト性という点から、カチオ
ンが、R4 + (ただし、RはC n H2n+1 で示されるア
ルキル基)及びトリエチルメチルアンモニウムイオン、
アニオンが、BF4 - 、PF6 - 、ClO4 -、及びSbF6 -を組
み合わせた塩が好ましい。
The electrolyte is preferably a non-aqueous electrolyte. Non-aqueous
The solute of the electrolyte is RFourN+, RFourP +(However, R is C
nH2n + 1), Triethylmethyla
At least one selected from the group consisting of ammonium ions, etc.
A quaternary onium cation containing one and BFFour -, P
F6 -, ClOFour -, SbF6 -, CFThreeSOThree -Selected from the group consisting of
Combined with an anion containing at least one of
Salt or lithium whose cation is lithium ion
Use salt. Lithium salt is LiBFFour, LiCl
OFour, LiPF6, LiSbF6, LiAsF6, Li
CFThreeSOThree, LiC (CF ThreeSOTwo)Three, LiB (C
6HFive)Four, LiCFourF9SOThree, LiC8F17S
O Three, LiB (C6HFive)Four, LiN (CFThreeSOTwo)
TwoOne or more substances selected from are preferred. In particular, electricity
In terms of conductivity, stability, and low cost,
Is RFourN+(However, R is CnH2n + 1A shown by
Alkyl group) and triethylmethylammonium ion,
The anion is BFFour -, PF6 -, ClOFour -, And SbF6 -Group
Combined salts are preferred.

【0017】これらの非水系電解液中の溶質濃度は電気
二重層キャパシターの特性が十分引き出せるように、1
〜2.1モル/リットルが好ましい。非水系電解液の溶媒
は特に限定するものではないが、プロピレンカーボネー
ト、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジ
メチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエ
チルカーボネート、スルホラン、メチルスルホラン、γ
−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、N-メチルオキ
サゾリジノン、ジメチルスルホキシド、及びトリメチル
スルホキシドから選ばれる1種類以上からなる有機溶媒
が好ましい。電気化学的及び化学的安定性、電気伝導性
に優れる点から、プロピレンカーボネート、エチレンカ
ーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネ
ート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネー
ト、スルホラン、メチルスルホラン、γ−ブチロラクト
ンから選ばれる1種類以上の有機溶媒が特に好ましい。
ただし、エチレンカーボネート等の高融点溶媒は、単独
では低温下では固体となるため使用できず、プロピレン
カーボネート等の低融点溶媒との混合溶媒とする必要が
ある。非水系電解液中の水分は、高い耐電圧が得られる
ように200ppm以下、さらには50ppm 以下が好ましい。
The solute concentration in these non-aqueous electrolytes is adjusted so that the characteristics of the electric double layer capacitor can be sufficiently obtained.
~ 2.1 mol / l is preferred. Although the solvent of the non-aqueous electrolyte is not particularly limited, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, sulfolane, methyl sulfolane, γ
Preferred is an organic solvent comprising at least one selected from -butyrolactone, γ-valerolactone, N-methyloxazolidinone, dimethylsulfoxide, and trimethylsulfoxide. At least one selected from propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, sulfolane, methyl sulfolane, and γ-butyrolactone from the viewpoint of excellent electrochemical and chemical stability and electric conductivity. Is especially preferred.
However, a high melting point solvent such as ethylene carbonate alone cannot be used because it becomes a solid at a low temperature and must be a mixed solvent with a low melting point solvent such as propylene carbonate. The water content in the non-aqueous electrolyte is preferably 200 ppm or less, more preferably 50 ppm or less, so as to obtain a high withstand voltage.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例で説明する
が、本発明は以下の実施例により限定されない。 〔実施例1〕やしがら水蒸気賦活活性炭粉末(比表面積
1680m2/g、平均粒径28μm、純度99.8%)7gとコール
タールピッチ粉末(軟化点300℃、平均粒径30μm)
3gの混合物に、さらに、ポリエチレングリコールの2
重量%水溶液2mlを少量づつ滴下しながら、乳鉢中で
十分に混合した。得た混合物の一部を、日本分光製錠剤
成型器を用い、油圧プレスで直径10mm、厚さ0.5mm とな
るように400 kgf/cm2 の圧力で加圧成形して円盤状
の成型体を2枚得た。これらの成型体を窒素ガスを流通
させた管状型加熱炉中で、昇温速度3℃/分で室温から
850℃まで昇温して、850℃を2時間保持した後、
室温まで放冷して本発明の電気二重層キャパシターに使
用される2枚の活性炭成型体を得た。次に、この2枚の
活性炭成型体を、0.1torr 以下の真空中、300 ℃で3時
間乾燥した後、アルゴン雰囲気下のグローブボックスへ
移した。2枚の活性炭成型体の間にポリエチレン製セパ
レータを挟み込み、さらにその外側に集電体として使用
する白金板2枚で全体を挟み込んだ。その後、集電体、
活性炭電極、セパレータがよく接触するように一番外側
から2枚の厚さ5mmで4個のボルト孔をもつテフロン板
で挟み込んで、オープンセル型キャパシターを組み立て
た。こうして得たオープンセル型キャパシターと白金板
の先端に金属リチウム箔を圧着することにより作製した
リチウム極をビーカー内の1モル/リットルの濃度のLi
BF4 のプロピレンカーボネート溶液中に浸漬させた。次
に、リチウム極と活性炭電極をリード線でつなぎ、約1
時間短絡させた。短絡させた後、活性炭電極とリチウム
極との間に電圧計を接続して測定した活性炭電極の自然
電位は、2枚とも2.18V(対Li/Li + )であった。その
後、電極部を分解して活性炭電極体2枚を取り出した。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described with reference to specific examples, but the present invention is not limited to the following examples. [Example 1] Potato steam activated carbon powder (specific surface area)
1680m 2 / g, average particle size 28μm, purity 99.8%) 7g and coal tar pitch powder (softening point 300 ° C, average particle size 30μm)
3 g of the mixture, plus 2 parts of polyethylene glycol
The mixture was thoroughly mixed in a mortar while dropping 2 ml of a weight% aqueous solution little by little. A part of the obtained mixture was press-formed at a pressure of 400 kgf / cm 2 to a diameter of 10 mm and a thickness of 0.5 mm by a hydraulic press using a tablet press made by JASCO to form a disc-shaped molded body. Two were obtained. After heating these molded bodies from room temperature to 850 ° C. at a heating rate of 3 ° C./min in a tubular heating furnace through which nitrogen gas was passed, and maintaining the temperature at 850 ° C. for 2 hours,
It was allowed to cool to room temperature to obtain two activated carbon molded articles used for the electric double layer capacitor of the present invention. Next, the two activated carbon molded bodies were dried at 300 ° C. for 3 hours in a vacuum of 0.1 torr or less, and then transferred to a glove box under an argon atmosphere. A polyethylene separator was sandwiched between the two activated carbon moldings, and the entire body was sandwiched between two platinum plates used as current collectors outside the separator. Then the current collector,
An open-cell capacitor was assembled by sandwiching between two Teflon plates having a thickness of 5 mm and four bolt holes from the outside so that the activated carbon electrode and the separator were in good contact with each other. The thus obtained open cell type capacitor and a lithium electrode produced by pressing metal lithium foil on the tip of a platinum plate were connected to a 1 mol / liter Li in a beaker.
BF 4 was immersed in a propylene carbonate solution. Next, connect the lithium electrode and the activated carbon electrode with a lead wire.
Short-circuited for hours. After short-circuiting, the natural potential of the activated carbon electrodes measured by connecting a voltmeter between the activated carbon electrode and the lithium electrode was 2.18 V (vs. Li / Li + ) for both of them. Thereafter, the electrode portion was disassembled and two activated carbon electrode bodies were taken out.

【0019】上記の方法で得た自然電位2.18Vの活性炭
電極2枚に1.3モル/リットルの濃度のトリエチルメチ
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+エチレンカーボネート(体積混合比1+
1)溶液を充分に含浸させたものを各々正極、負極と
し、ポリエチレンセパレータを両極間に配置して図1に
示すようなコイン型セルを組立てることにより電気二重
層キャパシターを得た。得た電気二重層キャパシターの
内部抵抗は、1.90Ω、であり、また、北斗電工製充放電
装置「HJ201-B 」を用いて、室温下で3.8 Vの電圧を1
時間印加した後、1.16mAで1.0Vまで定電流放電して求め
た初期静電容量は、1.29F、また初期エネルギー密度
は、5.01Jであった。電圧印加条件下におけるキャパシ
ターの長期的な作動信頼性を評価するため、室温下で、
3.8Vの電圧を800 時間印加した後のエネルギー密度の変
化率は−9%であった。
The propylene carbonate of triethylmethylammonium tetrafluoroborate at a concentration of 1.3 mol / liter + ethylene carbonate (volume mixing ratio of 1+
1) An electric double layer capacitor was obtained by assembling a coin-type cell as shown in FIG. 1 with a solution impregnated sufficiently as a positive electrode and a negative electrode, respectively, and a polyethylene separator disposed between both electrodes. The internal resistance of the obtained electric double layer capacitor was 1.90 Ω, and a voltage of 3.8 V was applied at room temperature to 1 using a charging / discharging device “HJ201-B” manufactured by Hokuto Denko.
After the application for a period of time, the initial capacitance obtained by discharging at a constant current of 1.0 V at 1.16 mA was 1.29 F, and the initial energy density was 5.01 J. At room temperature, to evaluate the long-term operation reliability of the capacitor under voltage application conditions,
The rate of change in energy density after applying a voltage of 3.8 V for 800 hours was -9%.

【0020】〔実施例2〕活性炭粉末を石炭ピッチをKO
H 賦活して得られたもの(比表面積550m2/g 、平均粒子
径18μm)とし、調節した活性炭電極体の自然電位を2.
11Vとした以外は実施例1と同様な電気二重層キャパシ
ターを構成した。得た電気二重層キャパシターの初期内
部抵抗は、2.1Ωであり、3.8Vの電圧を1時間印加し
た後、1.16mAで1.0Vまで定電流放電して求めた初期静電
容量は、1.81F、初期エネルギー密度は、6.80Jであっ
た。また、室温下で、3.8Vの電圧を800 時間印加した後
のエネルギー密度の変化率は−10%であった。
[Example 2] Activated carbon powder was converted to KO using coal pitch.
H was obtained by activation (specific surface area 550 m 2 / g, average particle diameter 18 μm), and the adjusted natural potential of the activated carbon electrode body was 2.
An electric double layer capacitor similar to that of Example 1 was configured except that the voltage was set to 11V. The initial internal resistance of the obtained electric double layer capacitor was 2.1 Ω, and after applying a voltage of 3.8 V for 1 hour, a constant current discharge at 1.16 mA to 1.0 V resulted in an initial capacitance of 1.81. F, the initial energy density was 6.80 J. The rate of change in energy density after applying a voltage of 3.8 V for 800 hours at room temperature was -10%.

【0021】〔実施例3〕実施例2の活性炭粉末7.5
gと石油ピッチ粉末2.5g(軟化点230℃、平均粒
径40μm)の混合物にポリエチレングリコールの2重
量%水溶液1.5mlを添加したこと、及び、調節した
活性炭電極体の自然電位を2.28Vとしたこと以外は、実
施例1と同様な電気二重層キャパシターを構成した。得
た電気二重層キャパシターの初期内部抵抗は、2.2Ωで
あり、3.8Vの電圧を1時間印加した後、1.16mAで1.0V
まで定電流放電して求めた初期静電容量は、1.82F、初
期エネルギー密度は、6.76Jであった。また、室温下
で、3.8Vの電圧を800 時間印加した後のエネルギー密度
の変化率は−10%であった。
Example 3 Activated carbon powder 7.5 of Example 2
g and 2.5 g of petroleum pitch powder (softening point: 230 ° C., average particle size: 40 μm) to which 1.5 ml of a 2% by weight aqueous solution of polyethylene glycol was added. An electric double-layer capacitor similar to that of Example 1 was formed except that the above-mentioned was adopted. The initial internal resistance of the obtained electric double layer capacitor was 2.2 Ω, and after applying a voltage of 3.8 V for 1 hour, 1.0 V was applied at 1.16 mA.
The initial capacitance was 1.82 F, and the initial energy density was 6.76 J, obtained by constant-current discharge until the discharge. The rate of change in energy density after applying a voltage of 3.8 V for 800 hours at room temperature was -10%.

【0022】〔実施例4〕活性炭粉末を石油コークスを
KOH 賦活して得られたもの(比表面積1095m2/g、平均粒
子径25μm)とし、調節した活性炭電極体の自然電位を
2.12Vとした以外は実施例1と同様な電気二重層キャパ
シターを構成した。得た電気二重層キャパシターの初期
内部抵抗は、2.3Ωであり、3.8Vの電圧を1時間印加
した後、1.16mAで1.0Vまで定電流放電して求めた初期静
電容量は、1.58F、初期エネルギー密度は、5.99Jであ
った。また、室温下で、3.8Vの電圧を800 時間印加した
後のエネルギー密度の変化率は−11%であった。
Example 4 Activated carbon powder was converted to petroleum coke.
It was obtained by KOH activation (specific surface area 1095m 2 / g, average particle size 25μm), and the adjusted natural potential of the activated carbon electrode body was
An electric double layer capacitor similar to that of Example 1 was configured except that the voltage was changed to 2.12 V. The initial internal resistance of the obtained electric double layer capacitor was 2.3Ω, and after applying a voltage of 3.8 V for one hour, a constant current discharge at 1.16 mA to 1.0 V resulted in an initial capacitance of 1.58. F, the initial energy density was 5.99J. The rate of change of the energy density after applying a voltage of 3.8 V for 800 hours at room temperature was -11%.

【0023】〔比較例1〕実施例1の活性炭粉末80重量
%、アセチレンブラック10重量%、ポリテトラフルオロ
エチレン10重量%からなる混合物を混練した後、日本分
光製錠剤成型器を用い、油圧プレスで直径10.5mm、厚さ
0.5mm となるように50kgf/cm2 の圧力で加圧成形し
て得た2枚の成型体を活性炭電極としたこと、活性炭電
極の自然電位を2.18Vとしたこと以外は、実施例1と同
様な電気二重層キャパシターを構成した。得た電気二重
層キャパシターの初期内部抵抗は、4.9Ωであり、3.8
Vの電圧を1時間印加した後、1.16mAで1.0Vまで定電流
放電して求めた初期静電容量は、1.28F、初期エネルギ
ー密度は、4.91Jであった。また、室温下で、3.8Vの電
圧を800 時間印加した後のエネルギー密度の変化率は−
40%であった。
[Comparative Example 1] A mixture comprising 80% by weight of activated carbon powder, 10% by weight of acetylene black and 10% by weight of polytetrafluoroethylene of Example 1 was kneaded, and then hydraulically pressed using a tablet press made by JASCO. With diameter 10.5mm, thickness
Example 1 was the same as Example 1 except that two molded bodies obtained by pressure molding at a pressure of 50 kgf / cm 2 so as to be 0.5 mm were used as activated carbon electrodes and the natural potential of the activated carbon electrodes was 2.18 V. A similar electric double layer capacitor was constructed. The initial internal resistance of the obtained electric double layer capacitor was 4.9Ω, and 3.8
After applying a voltage of V for 1 hour, the initial capacitance was 1.28 F and the initial energy density was 4.91 J, which was obtained by discharging at a constant current of 1.16 mA to 1.0 V. At room temperature, the rate of change in energy density after applying a voltage of 3.8 V for 800 hours is-
40%.

【0024】〔比較例2〕実施例2の活性炭粉末を用い
て、比較例1と同様な手法により2枚の活性炭電極を得
たこと、及び、活性炭電極の自然電位を2.22Vとしたこ
と以外は、実施例2と同様な電気二重層キャパシターを
構成した。得た電気二重層キャパシターの初期内部抵抗
は、5.1Ωであり、3.8Vの電圧を1時間印加した後、
1.16mAで1.0Vまで定電流放電して求めた初期静電容量
は、1.77F、初期エネルギー密度は、6.45Jであった。
また、室温下で、3.8Vの電圧を800 時間印加した後のエ
ネルギー密度の変化率は−45%であった。
Comparative Example 2 Two activated carbon electrodes were obtained using the activated carbon powder of Example 2 in the same manner as in Comparative Example 1, and the natural potential of the activated carbon electrode was 2.22 V. Formed an electric double layer capacitor similar to that of Example 2. The initial internal resistance of the obtained electric double layer capacitor is 5.1Ω, and after applying a voltage of 3.8 V for 1 hour,
The initial capacitance obtained by discharging at a constant current of 1.0 V at 1.16 mA was 1.77 F, and the initial energy density was 6.45 J.
At room temperature, the rate of change of the energy density after applying a voltage of 3.8 V for 800 hours was -45%.

【0025】〔比較例3〕実施例1において、リチウム
極と活性炭極の短時間の短絡処理により自然電位を2.90
Vに調節した以外は実施例1と同様な電気二重層キャパ
シターを構成した。得た電気二重層キャパシターの初期
内部抵抗は、1.9Ωであり、3.8Vの電圧を1時間印加
した後、1.16mAで1.0Vまで定電流放電して求めた初期静
電容量は、1.30F、初期エネルギー密度は、4.95Jであ
った。また、室温下で、3.8Vの電圧を800 時間印加した
後のエネルギー密度の変化率は−35%であった。
Comparative Example 3 In Example 1, the natural potential was set to 2.90 by short-circuiting the lithium electrode and the activated carbon electrode for a short time.
An electric double layer capacitor was formed in the same manner as in Example 1 except that the voltage was adjusted to V. The initial internal resistance of the obtained electric double layer capacitor was 1.9 Ω, and after applying a voltage of 3.8 V for 1 hour, a constant current discharge at 1.16 mA to 1.0 V resulted in an initial capacitance of 1.30. F, the initial energy density was 4.95J. At room temperature, the rate of change of the energy density after applying a voltage of 3.8 V for 800 hours was -35%.

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明により、3.35V以上の高電圧
を印加しても問題なく作動する電気二重層キャパシター
を得ることができる。
According to the present invention, it is possible to obtain an electric double layer capacitor that operates without any problem even when a high voltage of 3.35 V or more is applied.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例で用いたコイン型セルの説明図
である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a coin cell used in an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ステンレス製容器のケース 2 活性炭成型体 3 ガスケット 4 セパレータ 5 活性炭成型体 6 ステンレス製容器の上蓋 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Case of stainless steel container 2 Activated carbon molding 3 Gasket 4 Separator 5 Activated carbon molding 6 Stainless steel container top lid

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 非水系電解液と両極に活性炭電極を用い
た印加電圧が3.35V以上の電気二重層キャパシターにお
いて、活性炭電極中に炭素−フッ素結合を有するバイン
ダー物質を含有せず、かつ、該電解液の溶質が、R4
+ 、R4 +(ただし、RはC n H2n+1 で示されるアル
キル基)、トリエチルメチルアンモニウムイオンからな
る群より選ばれる少なくとも1つを含む第4級オニウム
カチオンとBF4 - 、PF6 - 、ClO4 -、SbF6 -、CF3SO3 -
からなる群より選ばれる少なくとも1つを含むアニオン
とを組み合わせた塩、または、カチオンがリチウムイオ
ンであるリチウム塩を含有した非水系電解液であり、か
つ、活性炭電極体の該電解液中での自然電位がLi/Li +
を対極とした場合、1.7V以上2.5V以下であること特
徴とする電気二重層キャパシター。
1. An electric double layer capacitor in which a non-aqueous electrolyte and an activated carbon electrode are used for both electrodes and an applied voltage of 3.35 V or more does not contain a binder substance having a carbon-fluorine bond in the activated carbon electrode, and The solute of the electrolyte is R 4 N
+ , R 4 P + (where R is an alkyl group represented by C n H 2n + 1 ), a quaternary onium cation containing at least one selected from the group consisting of triethylmethylammonium ions, and BF 4 , PF 6 -, ClO 4 -, SbF 6 -, CF 3 SO 3 -
Or a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt whose cation is a lithium ion, and the activated carbon electrode body in the electrolyte is a salt in combination with an anion containing at least one selected from the group consisting of: Natural potential is Li / Li +
An electric double layer capacitor characterized by having a voltage of 1.7 V or more and 2.5 V or less, when.
【請求項2】 電解液中の溶質の濃度が1モル/リット
ル以上2.1モル/リットル以下であることを特徴とする
請求項1記載の電気二重層キャパシター。
2. The electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the concentration of the solute in the electrolyte is not less than 1 mol / l and not more than 2.1 mol / l.
【請求項3】 該活性炭電極が、活性炭粉末と炭素−炭
素結合を有するバインダー物質を含有することを特徴と
する請求項1又は請求項2のいずれか記載の電気二重層
キャパシター。
3. The electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the activated carbon electrode contains an activated carbon powder and a binder material having a carbon-carbon bond.
【請求項4】 活性炭電極体中にアルカリ金属、アルカ
リ土類金属、及び希土類金属から選ばれる少なくとも1
つ以上の物質を含む請求項1乃至請求項3のいずれか記
載の電気二重層キャパシター。
4. An activated carbon electrode body comprising at least one selected from an alkali metal, an alkaline earth metal, and a rare earth metal.
The electric double layer capacitor according to claim 1, comprising at least one substance.
【請求項5】 活性炭電極体にリチウムを含むことを特
徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか記載の電気二
重層キャパシター。
5. The electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the activated carbon electrode body contains lithium.
【請求項6】 該活性炭電極体が、活性炭粉末と軟化点
が220℃以上である石炭ピッチ、石油ピッチから選ば
れる少なくとも1つ以上のバインダー物質との混合物を
成型した後、700℃以上1300℃以下で熱処理して
得られたものであること特徴とする請求項1乃至請求項
5のいずれか記載の電気二重層キャパシター。
6. The activated carbon electrode body is formed by molding a mixture of activated carbon powder and at least one binder substance selected from coal pitch and petroleum pitch having a softening point of 220 ° C. or higher, and then 700 ° C. to 1300 ° C. The electric double layer capacitor according to any one of claims 1 to 5, wherein the electric double layer capacitor is obtained by heat treatment as follows.
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