JPS63215032A - 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ターとして棟側した
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１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されていた。

ここで電解液は大きく２つの系に分類される。

すなわち１つは硫酸あるいは水酸化カリウムの水溶液系
電解液で、２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５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イ〜％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７ツ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’Ｃ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８６℃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問題点 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富んでいる
ため、８６℃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。

問題点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−ジアルキルピベリジニする電気二重層
コンデンサである。

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−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。

Ｒ２ＨＢＦ４＋溶媒→（１４Ｎ＋）溶媒＋（Ｂｉ２：）
溶楳曲・（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１次の（２）及び（３）式で
示される。

ＲＮ＋＋　ｅ−→　ＲＮ・　　　・・・・・・・・・・
・・・・・＠）ＲＮ・　→　！ｔＮ＋Ｒ・　　　・・中
・・・・・・・・・・Ｇ３）Ｒ・（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（６）を伴う。

Ｒ・＋Ｒ・→　Ｒ−Ｒ・・・・・・・・・・・・・・（
４）Ｒ・十溶媒分子→ポリマー　　　・・・・・・・・
・・・・・噛）式＠）から式（６）までの二連の反応に
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くな
ったり、あるいは容量に寄与する有効面積が減少するな
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シ、還元されにくくする。

＠）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シ、還元されにくくする。

しかし１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塵が悪くなったり。

分子自体の立体障害により不安定となり分解し易くなる
。

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−ジアルキルピペリジニウムイオンをアニオンとする
溶質を用いること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 以下１本発明の一実施例による電気二重層コンデンサの
構成を図に示す。図において分極性電極１として、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。表中五１〜６までが本発明のコン
デンサ、＆７〜９までが従来のものである。

また、＆１〜９までの初期内部直流抵抗値と。

８５℃にて定格電圧（単セルに２．８Ｖ）を印加し１０
００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く表１
に示した。

表１から、Ａ７，８．９の従来の電解液を使用したもの
より、Ａ１〜６のＮ、Ｎ−ジアルキルピペリジニウムイ
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
アルキルピペリジニウムイオンの電気化学的安定性に帰
因すると考えられる。

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−ジアルキルピペリジニウムイオンを用いるこ
とにより、８６°Ｃ中でも長時間特性の安定した准気二
重層コンデンサを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例による電気二重層コンデンサを断
面にて示す正面図である。 １・・・・・・分極性電極、２・・・・・・導電性電極
、３・・・・・・セパレータ、４・・・・・・ステンレ
スケース、６・・・・・・ガスケット。

Claims (6)

【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−
   ジアルキルピペリジニウムイオン（▲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−ジアルキルピペリジニウムイオンはＮ−
   メチル，Ｎ−エチルピペリジニウム塩である特許請求の
   範囲第１項記載の電気二重層コンデンサ。
3. （３）Ｎ，Ｎ−ジアルキルピペリジニウムイオンはＮ，
   Ｎ−ジエチルピペリジニウム塩である特許請求の範囲第
   １項記載の電気二重層コンデンサ。
4. （４）電解液の溶質のアニオンとして、ホウフッ化塩（
   ＢＦ＿４＾−）、６フッ化リン酸（ＰＦ＿６＾−）、ま
   たは６フッ化ヒ素塩（ＡｓＦ＿６＾−）の中から選ばれ
   たものを用いた特許請求の範囲第１項記載の電気二重層
   コンデンサ。
5. （５）分極性電極を活性炭で構成した特許請求の範囲第
   １項記載の電気二重層コンデンサ。
6. （６）少なくとも一方の電極が非分極性電極からなる特
   許請求の範囲第１項記載の電気二重層コンデンサ。