KR20080031911A - 전기 화학 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 전해액으로서의 이온성 액체 및 분극성 전극으로 구성되는 전기 화학 소자에 있어서, 분극성 전극이 고무를 함유하는 활성탄인 것을 특징으로 하는 전기 화학 소자, 및 적어도 고무, 이온성 액체 및 활성탄을 함유하는 것을 특징으로 하는 분극성 전극에 관한 것이다.
전해액, 이온성 액체, 분극성 전극, 전기 화학 소자, 활성탄

Description

전기 화학 소자 {ELECTROCHEMICAL DEVICE}
본 발명은 전기 화학 소자에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 전기 이중층 캐패시터 및 그것에 이용할 수 있는 분극성 전극에 관한 것이다.
전기 화학 소자의 대표로서 들 수 있는 전기 이중층 캐패시터는, 활성탄 등의 분극성 전극과 전해액과의 계면에 형성되는 전기 이중층에 전기 에너지를 축적하는 기술을 이용한 것이고, 급속 충전이 가능하며 충방전 사이클 수명이 긴 콘덴서이다. 이러한 전기 이중층 캐패시터의 용도로서, 메모리 백업용이나 전기 자동차의 파워 어시스트용이나 전력 저장용 축전지 대체용 등이 있고, 소용량품으로부터 대용량품까지 폭넓게 검토되었다.
최근의 전기 이중층 캐패시터로서, 전해액으로는, 고온 안정성을 유지하기 위해서 실온 부근을 포함하는 넓은 온도 범위에서 안정한 액체로서 존재하는 제4급 암모늄염(이온성 액체, 이온 액체 또는 상온 용융염이라 함)을 그대로 또는 유기 용매에 용해시킨 것을 이용하고, 분극성 전극으로는, 그의 형상이나 강도를 유지하기 위해서 통상 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리불화비닐리덴(PVDF) 등의 폴리불소올레핀을 결합제로서 함유하는 활성탄을 이용하는 것이 제안되었다(예를 들면 일본 특허 공개 제2004-335702호 공보 참조). 그러나, 분극성 전극 내부로의 이온성 액체의 함침에 소요되는 시간이 비교적 길고, 상술한 전기 화학 소자를 공업적으로 생산하기 위해서는 아직 만족할만한 것은 아니었다. 또한, 상술한 전기 화학 소자는 이온성 액체의 함침이 충분하다고 할 수는 없기 때문에, 특히 이온성 액체의 점도가 저하되는 고온하에서는 이온성 액체의 누출이 생기기 쉬워져 고온 안정성의 관점에서도 만족시키기 어려웠다.
<발명의 개시>
본 발명의 목적은 상술한 결점을 개량한 전기 화학 소자를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 이러한 전기 화학 소자에 이용하기에 바람직한 분극성 전극을 제공하는 것에 있다.
본 발명자들이 예의 검토한 결과, 놀랍게도 분극성 전극의 결합제로 고무를 이용함으로써, 이온성 액체가 단시간에 분극성 전극에 함침되는 것을 발견하고, 또한 이 분극성 전극을 사용하면 전기 화학 소자의 생산성 및 고온 안정성이 개선되는 것도 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은, 적어도 전해액으로서의 이온성 액체 및 분극성 전극으로 구성되는 전기 화학 소자에 있어서, 분극성 전극이 고무를 함유하는 활성탄인 것을 특징으로 하는 전기 화학 소자, 및 적어도 고무, 이온성 액체 및 활성탄을 함유하는 것을 특징으로 하는 분극성 전극에 관한 것이다.
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
이하, 본 발명을, 전기 화학 소자의 대표로서 전기 이중층 캐패시터를 예로 들어 상세하게 설명한다.
본 발명의 전기 이중층 캐패시터는 분극성 전극, 전해액, 집전체 및 세퍼레이터를 구성 요소로서 포함하는 것이다. 본 발명의 전기 이중층 캐패시터는 집전체를 가지면서 본 발명의 전해액을 함침시킨 분극성 전극 2매 사이에 세퍼레이터를 끼워 넣고, 본 발명의 전해액을 함침시킨 후, 스테인레스제 외장 케이스에 수용시켜 제조된다.
분극성 전극의 구성은 통상 전극 활성 물질로서의 활성탄, 결합제 물질로서의 고무 및 도전제로 구성되고, 얇은 도포막, 시트형 또는 판형의 성형체로서 사용한다.
활성탄의 비표면적은, 탄소질종에 따른 단위 면적당 정전 용량(F/m2), 높은 비표면적화에 따른 부피 밀도의 저하 등의 이유 때문에 일률적으로 말할 수는 없지만, 질소 흡착에 의한 BET법에 의해 구한 비표면적은 500 내지 3000 m2/g인 것이 바람직하고, 특히 비표면적이 1000 내지 2000 m2/g인 활성탄은, 부피당 정전 용량이 커서 바람직하다. 이러한 활성탄의 제조 방법은 특별히 한정되지 않지만, 일반적으로는 식물계의 목재, 톱밥, 야자 껍질, 펄프 폐액, 화석 연료계 석탄, 석유 중질유, 또는 이들을 열 분해시킨 석탄 및 석유계 피치, 석유 코우크스, 카본 에어로겔, 메소상 카본, 타르피치를 방사한 섬유, 합성 고분자, 페놀 수지, 푸란 수지, 폴리염화비닐 수지, 폴리염화비닐리덴 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 이온 교환 수지, 액정 고분자, 플라스틱 폐기물, 폐 타이어 등 다종 다용의 원료를 탄화시킨 후, 부활(賦活)하여 제조된다.
부활법으로서는, 탄화된 원료를 고온에서 수증기, 탄산 가스, 산소, 그 밖의 산화 가스 등과 접촉 반응시키는 가스 부활법과 탄화된 원료에 염화아연, 인산, 인산나트륨, 염화칼슘, 황화칼륨, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 탄산칼륨, 탄산나트륨, 황산나트륨, 황산칼륨, 탄산칼슘, 붕산, 질산 등을 균등하게 함침시키고, 불활성 가스 분위기 중에서 가열하여 약품의 탈수 및 산화 반응에 의해 활성탄을 얻는 약품 부활법이 있으며, 모두 사용할 수 있다.
부활 처리 후의 활성탄을 질소, 아르곤, 헬륨, 크세논 등의 불활성 가스 분위기하에서 500 내지 2500 ℃, 바람직하게는 700 내지 1500 ℃에서 열 처리하여 불필요한 표면 관능기를 제거할 수도 있고, 탄소의 결정성을 발달시켜 전자 전도성을 증가시킬 수도 있다. 활성탄의 형상은 파쇄, 조립, 과립, 섬유, 펠트, 직물, 시트형 등 각종 형상 등 특별히 한정없이 이용할 수 있지만, 입자형의 경우, 전극의 부피 밀도의 향상, 내부 저항의 감소라는 점에서, 평균 입경은 30 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 평균 세공 직경이 2.5 nm 이하인 것이 바람직하다. 활성탄의 평균 세공 직경은 질소 흡착에 의한 BET법에 의해서 측정된다.
활성탄 이외에도 상술한 높은 비표면적의 탄소 재료, 예를 들면 카본 나노튜브나 플라즈마 CVD에 의해 제조한 다이아몬드 등을 사용하는 것도 가능하다.
본 발명의 분극성 전극의 결합제 물질로서 사용되는 고무는, 예를 들면 일본 특허 공개 제2001-076731호, 일본 특허 공개 제2005-064288호 등에 개시되는 공액 디엔류, 아크릴산에스테르류, 메타크릴산에스테르류 등으로부터 선택되는 1종 이상을 원료 유래로 하는 공중합체 가교 중합체 등이 사용된다. 분극성 전극 중의 결합제 물질의 배합량은 탄소질 물질의 종류와 형상에 의해서도 다르지만, 너무 많으면 활성탄의 비율이 감소되어 용량이 감소되고, 너무 적으면 결착성이 나빠져 강도가 저하되기 때문에, 활성탄 중량의 0.5 내지 30 ％인 것이 바람직하고, 2 내지 30 ％인 것이 특히 바람직하다. 이러한 고무를 사용하면, 이온성 액체를 단시간에 함침시킬 수 있는 분극성 전극을 제조할 수 있다. 또한, 필요에 따라서 불소계 결합제 등과 혼합하여 이용할 수도 있다.
도전제로서는 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙 등의 카본 블랙, 천연 흑연, 열 팽창 흑연, 탄소 섬유, 산화루테늄, 산화티탄, 알루미늄, 니켈 등의 금속 섬유로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 도전제가 바람직하다. 소량으로 효과적으로 도전성이 향상되는 점에서, 아세틸렌 블랙 및 케첸 블랙이 특히 바람직하고, 활성탄과의 배합량은, 활성탄의 부피 밀도에 의해 다르지만 너무 많으면 활성탄의 비율이 감소되어 용량이 감소되기 때문에, 활성탄 중량의 1 내지 50 ％, 특히 3 내지 30 ％ 정도인 것이 바람직하다.
분극성 전극은, 종래부터 알려져 있는 방법에 의해 성형하는 것이 가능하며, 예를 들면 압연, 압출, 코팅 등으로 성형된다. 구체적으로는, 예를 들면 활성탄과 도전제의 혼합물에, 고무를 첨가 혼합한 후, 프레스 성형하여 얻어진다. 또한, 활성탄과 고무를 혼합 및 성형한 후 불활성 분위기하에서 열 처리하여 소결체가 얻어진다. 또한, 활성탄과 고무를 소결하여 전극으로 하는 것도 가능하다. 성형된 분극성 전극의 막 두께는 통상 80 내지 3000 ㎛ 정도인 것이 바람직하다.
본 발명의 전기 이중층 캐패시터에는 이온성 액체를 주성분으로 하는 전해액이 사용된다. 이러한 이온성 액체로서는 공지된 것을 사용할 수 있고, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 화학식 1로 표시되는 4급염(이하, 4급염(1)이라 함)을 들 수 있다.
Q+A-
(식 중, Q+는 제4급 암모늄 양이온을 나타내고, A-는 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미데이트 이온[N(SO2CF3)-], 테트라플루오로보레이트 이온[BF4 -] 또는 헥사플루오로포스페이트 이온[PF6 -]을 나타낸다.)
Q+로 표시되는 제4급 암모늄 양이온으로서는, 예를 들면 화학식 2로 표시되는 지방족 암모늄 양이온(이하, 지방족 암모늄 양이온(2)라 함), 화학식 3으로 표시되는 지환식 암모늄 양이온(이하, 지환식 암모늄 양이온(3)이라 함) 또는 화학식 4로 표시되는 질소 함유 헤테로 방향족 암모늄 양이온(이하, 질소 함유 헤테로 방향족 암모늄 양이온(4)라 함) 등을 들 수 있다.
Figure 112008006933700-PCT00001
(식 중, R1 내지 R4는 각각 서로 동일하거나 다를 수도 있고, 치환될 수도 있는 알킬기를 나타낸다.)
Figure 112008006933700-PCT00002
(식 중, Q1은 치환될 수도 있는 질소 함유 지방족 환기를 나타낸다. R1 및 R2는 상기와 동일하다.)
Figure 112008006933700-PCT00003
(식 중, Q2는 치환될 수도 있는 질소 함유 헤테로 방향족 환기를 나타낸다. R1은 상기와 동일하다.)
치환될 수도 있는 알킬기로서는, 예를 들면 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 네오펜틸기, 헥실기, 이소헥실기, 데실기, 도데실기, 옥타데실기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등 의 탄소수 1 내지 18의 직쇄상, 분지쇄상 또는 환상의 비치환 알킬기, 또는 이러한 비치환 알킬기를 구성하는 1개 또는 2개 이상의 수소 원자가, 예를 들면 페닐기 등의 아릴기, 예를 들면 디메틸아미노기 등의 이치환 아미노기, 니트로기, 시아노기, 카르복실기, 예를 들면 포르밀기, 아세틸기 등의 아실기, 예를 들면 메톡시기, 에톡시기, 2-메톡시에톡시기 등의 알콕시기, 예를 들면 비닐기 등의 알케닐기, 수산기 등의 치환기로 치환된, 예를 들면 1-메톡시에틸기, 2-(디메틸아미노)메틸기, 벤질기, 1-페닐에틸기, 2-페닐에틸기, 2-메톡시에틸기, 2-(2-메톡시에톡시)에틸기, 알릴기 등을 들 수 있다.
치환될 수도 있는 질소 함유 지방족 환기로서는, 예를 들면 피롤리딜기, 2-메틸피롤리딜기, 3-메틸피롤리딜기, 2-에틸피롤리딜기, 3-에틸피롤리딜기, 2,2-디메틸피롤리딜기, 2,3-디메틸피롤리딜기, 피페리딜기, 2-메틸피페리딜기, 3-메틸피페리딜기, 4-메틸피페리딜기, 2,6-디메틸피페리딜기, 2,2,6,6-테트라메틸피페리딜기, 모르폴리노기, 2-메틸모르폴리노기, 3-메틸모르폴리노기 등을 들 수 있다. 치환될 수도 있는 질소 함유 헤테로 방향족기로서는, 예를 들면 피리딜기, 2-메틸피리딜기, 3-메틸피리딜기, 4-메틸피리딜기, 2,6-디메틸피리딜기, 2-메틸-6-에틸피리딜기, 1-메틸이미다졸릴기, 1,2-디메틸이미다졸릴기, 1-에틸이미다졸릴기, 1-프로필이미다졸릴기, 1-부틸이미다졸릴기, 1-펜틸이미다졸릴기, 1-헥실이미다졸릴기 등을 들 수 있다.
지방족 암모늄 양이온(2)로서는, 예를 들면 테트라펜틸암모늄 양이온, 테트라헥실암모늄 양이온, 트리메틸프로필암모늄 양이온, tert-부틸트리에틸암모늄 양 이온, 벤질트리메틸암모늄 양이온, 벤질트리에틸암모늄 양이온, 트리메틸(2-메톡시에틸)암모늄 양이온, 디메틸에틸(2-메톡시에틸)암모늄 양이온, 디에틸메틸(2-메톡시에틸)암모늄 양이온, 트리메틸[2-(2-메톡시에톡시)에틸]암모늄 양이온, 디메틸에틸[2-(2-메톡시에톡시)에틸]암모늄 양이온, 디에틸메틸[2-(2-메톡시에톡시)에틸]암모늄 양이온, 디알릴메틸헥실암모늄 양이온, 디알릴메틸옥틸암모늄 양이온 등을 들 수 있다.
지환식 암모늄 양이온(3)으로서는, 예를 들면 1,1-디메틸피롤리디늄 양이온, 1,1-디에틸피롤리디늄 양이온, 1-에틸-1-메틸피롤리디늄 양이온, 1-프로필-1-메틸피롤리디늄 양이온, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄 양이온, 1-헥실-1-메틸피롤리디늄 양이온, 1-옥틸-1-메틸피롤리디늄 양이온, 1-(2-메톡시에틸)-1-메틸피롤리디늄 양이온, 1-[2-(2-메톡시에톡시)에틸]-1-메틸피롤리디늄 양이온, 1,1,2-트리메틸피롤리디늄 양이온, 1,1,3-트리에틸피롤리디늄 양이온, 1,1-디프로필피롤리디늄 양이온, 1,1-디부틸피롤리디늄 양이온, 1,1-디펜틸피롤리디늄 양이온, 1,1-디헥실피롤리디늄 양이온, 1,1-디메틸피페리디늄 양이온, 1,1-디에틸피페리디늄 양이온, 1-에틸-1-메틸피페리디늄 양이온, 1-프로필-1-메틸피페리디늄 양이온, 1-부틸-1-메틸피페리디늄 양이온, 1-헥실-1-메틸피페리디늄 양이온, 1-옥틸-1-메틸피페리디늄 양이온, 1-(2-메톡시에틸)-1-메틸피페리디늄 양이온, 1-[2-(2-메톡시에톡시)에틸]-1-메틸피페리디늄 양이온, 1,1,4-트리메틸피페리디늄 양이온, 1,1-디메틸모르폴리늄 양이온, 1,1-디에틸모르폴리늄 양이온, 1-에틸-1-메틸모르폴리늄 양이온, 1-프로필-1-메틸모르폴리늄 양이온, 1-부틸-1-메틸모르폴리늄 양이온, 1-헥실-1-메틸모르폴 리늄 양이온, 1-옥틸-1-메틸모르폴리늄 양이온, 1-(2-메톡시에틸)-1-메틸모르폴리늄 양이온, 1-[2-(2-메톡시에톡시)에틸]-1-메틸모르폴리늄 양이온 등을 들 수 있다.
질소 함유 헤테로 방향족 암모늄 양이온(4)로서는, 예를 들면 1-메틸피리디늄 양이온, 1-에틸피리디늄 양이온, 1,2-디메틸피리디늄 양이온, 1,3-디메틸피리디늄 양이온, 1,4-디메틸피리디늄 양이온, 1,2,6-트리메틸피리디늄 양이온, 1-프로필피리디늄 양이온, 1-부틸피리디늄 양이온, 1-펜틸피리디늄 양이온, 1-헥실피리디늄 양이온, 1,3-디메틸이미다졸륨 양이온, 1,3-디에틸이미다졸륨 양이온, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 양이온, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 양이온, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨 양이온, 1-옥틸-3-메틸이미다졸륨 양이온, 1,3-디프로필이미다졸륨 양이온, 1,3-디부틸이미다졸륨 양이온, 1,3-디펜틸이미다졸륨 양이온, 1,3-디헥실이미다졸륨 양이온 등을 들 수 있다.
4급염(1)로서는, 예를 들면 1-부틸-1-메틸피롤리디늄=비스(트리플루오로메탄술포닐)이미데이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨=비스(트리플루오로메탄술포닐)이미데이트, 1-부틸피리디늄=비스(트리플루오로메탄술포닐)이미데이트, 1-헥실피리디늄=비스(트리플루오로메탄술포닐)이미데이트, 1-헥실-4-메틸피리디늄=비스(트리플루오로메탄술포닐)이미데이트, 1,1,1-트리옥틸-1-메틸암모늄=비스(트리플루오로메탄술포닐)이미데이트, 1,1,1-트리메틸-1-헥실암모늄=비스(트리플루오로메탄술포닐)이미데이트, 1,1,1-트리메틸-1-(2-메톡시에틸)암모늄=비스(트리플루오로메탄술포닐)이미데이트, 1,1-디메틸-1-에틸-1-(2-메톡시에틸)암모늄=비스(트리플루오로메탄술포 닐)이미데이트, 1,1-디에틸-1-메틸-1-(2-메톡시에틸)암모늄=비스(트리플루오로메탄술포닐)이미데이트, 1,1,1-트리메틸-1-[2-(2-메톡시에톡시)에틸]암모늄=비스(트리플루오로메탄술포닐)이미데이트, 1,1-디메틸-1-에틸-1-[2-(2-메톡시에톡시)에틸]암모늄=비스(트리플루오로메탄술포닐)이미데이트, 1,1-디에틸-1-메틸-1-[2-(2-메톡시에톡시)에틸]암모늄=비스(트리플루오로메탄술포닐)이미데이트, 1,1-디알릴-1-메틸-1-헥실암모늄=비스(트리플루오로메탄술포닐)이미데이트, 1,1-디알릴-1-메틸-1-옥틸암모늄=비스(트리플루오로메탄술포닐)이미데이트, 1,1,1-트리옥틸-1-메틸암모늄=테트라플루오로보레이트, 1,1,1-트리메틸-1-(2-메톡시에틸)암모늄=테트라플루오로보레이트, 1,1-디메틸-1-에틸-1-(2-메톡시에틸)암모늄=테트라플루오로보레이트, 1,1-디에틸-1-메틸-1-(2-메톡시에틸)암모늄=테트라플루오로보레이트, 1,1,1-트리메틸-1-[2-(2-메톡시에톡시)에틸]암모늄=테트라플루오로보레이트, 1,1-디메틸-1-에틸-1-[2-(2-메톡시에톡시)에틸]암모늄=테트라플루오로보레이트, 1,1-디에틸-1-메틸-1-[2-(2-메톡시에톡시)에틸]암모늄=테트라플루오로보레이트, 1,1-디알릴-1-메틸-1-헥실암모늄=테트라플루오로보레이트, 1,1-디알릴-1-메틸-1-옥틸암모늄=테트라플루오로보레이트, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄=테트라플루오로보레이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨=테트라플루오로보레이트, 1-부틸피리디늄=테트라플루오로보레이트, 1-헥실피리디늄=테트라플루오로보레이트, 1-헥실-4-메틸피리디늄=테트라플루오로보레이트, 1,1-디메틸-1-에틸-1-[2-(2-메톡시에톡시)에틸]암모늄=헥사플루오로포스페이트, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄=헥사플루오로포스페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨=헥사플루오로포스페이트, 1-부틸피리디늄=헥사플루오로포스페이트, 1-헥실피리디늄 =헥사플루오로포스페이트, 1-헥실-4-메틸피리디늄=헥사플루오로포스페이트, 1,1,1-트리옥틸-1-메틸암모늄=헥사플루오로포스페이트 등을 들 수 있다.
이온성 액체 중의 혼입 수분은 전기 이중층 캐패시터의 내전압 저하를 야기하기 때문에, 함수량은 통상 1 ％ 이하, 바람직하게는 1000 ppm 이하, 더욱 바람직하게는 500 ppm 이하, 특히 100 ppm 이하이다.
본 발명에서 사용되는 전해액에는, 통상적으로 용매가 포함되지 않지만, 필요하다면 프로필렌카르보네이트, 아세토니트릴 등의 유기계 용제 등을 첨가할 수도 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 이들 첨가량이 많은 경우에는 전기 이중층 캐패시터의 안전성이나 안정성이 불리해진다. 또한, 계면 활성제 등의 첨가제를 첨가할 수도 있다.
본 발명의 캐패시터 소자에 사용되는 세퍼레이터의 재질로서는, 종이제, 폴리프로필렌제, 폴리에틸렌제, 유리 섬유제 등이 이용된다. 또한, 전기 이중층 캐패시터의 형상은 코인형, 권회(卷回)형, 각형, 알루미늄 적층형 등 어느 형상일 수도 있으며, 이들 형상으로 안정되는 것은 아니다.
집전체는, 도전성이 우수하고, 전기 화학적으로 내구성이 있는 재료가 바람직하고, 알루미늄이나 티탄 등의 밸브 금속, 스테인레스강, 금이나 백금 등의 귀금속, 흑연 등의 탄소 재료나, 도전재를 혼입시킨 도전성 고무 등을 들 수 있다. 특히 경량이며 도전성이 우수하고, 전기 화학적으로 안정하기 때문에, 알루미늄이 바람직하다.
또한, 정극과 부극의 활성탄 및 성형 방법은 동일하거나 상이할 수도 있고, 부극과 정극이 동일한 정도의 비표면적을 구비하는 것이면 된다.
이하에 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
[분극성 전극의 제조]
비표면적이 1500 m2/g인 야자각계 활성탄, 카본 블랙, CMC 및 결합제로서 BM-400B(니혼 제온사 제조; 부타디엔 고무계 결합제)를, 중량비로 86:9:1:4가 되도록 칭량한 혼합물에 에탄올을 첨가하여 혼련시킨 후, 시트형으로 성형하고, 건조시켜 두께 2 mm의 분극성 전극 시트를 얻었다. 이 분극성 전극 시트를, 전해 에칭한 알루미늄박(20 ㎛)으로 이루어지는 집전체의 한쪽면에 접합시킨 후, 이것을 프레스하여 열 처리하여, 집전체를 갖는 분극성 전극을 얻었다.
[분극성 전극의 평가(이온성 액체 함침 시험)]
상기에 의해 얻어진 집전체를 갖는 분극성 전극의 표면에, 이온성 액체로서 1-에틸-3-메틸이미다졸륨=테트라플루오로보레이트(점도: 43 mPaㆍs/25 ℃) 1 ㎕를 주사기로 적하하고, 그의 한 방울이 분극성 전극 표면에서 습윤 및 확산되어 보이지 않게 될 때까지의 시간을 25 ℃ 및 60 ℃에서 계측하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
[분극성 전극의 평가(최소 굴곡 R 시험)]
상기에 의해 얻어진 집전체를 갖는 분극성 전극을, 직경 2 mm의 스테인레스 막대 형상을 따라서 10회 굴곡시키고, 집전체와 분극성 전극과의 접착 강도를 판정하는 시험을 실시하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다. 10회의 굴곡 R 시험에서 ○는 박리 또는 균열 발생 없음, △는 1 내지 2 부분 발생, ×는 3 부분 이상 발생을 나타낸다.
[분극성 전극의 평가(박리 시험)]
상기에 의해 얻어진 집전체를 갖는 분극성 전극의 표면에 10 mm 폭의 스카치(scotch)를 3 cm 접착시켜 테이프 박리 시험을 행하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다. ○는 박리 없음, ×는 균열 또는 일부 박리된 경우를 나타낸다.
[코인형 전기 이중층 캐패시터의 평가(땜납 내열누출액 시험)]
상기에 의해 얻어진 집전체를 갖는 분극성 전극을 이용하고, 이온성 액체로서 1-에틸-3-메틸이미다졸륨=테트라플루오로보레이트를 전해액으로 이용하여, 일본 특허 공고(평)2-13453호에 기재되어 있는 코인형 전기 이중층 캐패시터를 제조하고, 땜납 리플로우 내열 시험을 행하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다. 무연 땜납의 땜납 리플로우로의 표준 온도 프로파일은 260 ℃×4 분이다. 이 환경 온도에 코인형 전기 이중층 캐패시터를 각각 100개 단위로 넣고, 260 ℃에서 4 분 경과 후에 실온으로 복귀시켜, 30 분 후에 광학 현미경으로 코인형 가스켓부로부터의 전해액의 누출액 상태를 관찰하였다. 그 누출액 개수를 나타낸다.
<실시예 2 내지 15, 비교예 1 내지 4>
실시예 1의 결합제 및 이온성 액체를 표 1에 나타내는 것 대신에, 또한 이온 성 액체에 불소계 계면 활성제(다이킨 고교 가부시끼가이샤 제조) 또는 프로필렌카르보네이트(PC)를, 이온성 액체에 대하여 표 1에 나타내는 양으로 첨가한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 행하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
Figure 112008006933700-PCT00004
Figure 112008006933700-PCT00005
본 발명에 따르면, 단시간에 전해액인 이온성 액체를 함침시킬 수 있는 분극성 전극을 제공할 수 있다. 또한, 이러한 분극성 전극을 이용하기 때문에, 단시간에 이온성 액체가 함침되면서 고온하에서의 이온성 액체의 누출이 적어져, 생산성 및 고온 안정성을 향상시킨 전기 화학 소자를 제공할 수 있다.

Claims (5)

  1. 적어도 전해액으로서의 이온성 액체 및 분극성 전극으로 구성되는 전기 화학 소자에 있어서, 분극성 전극이 고무를 함유하는 활성탄인 것을 특징으로 하는 전기 화학 소자.
  2. 제1항에 있어서, 전해액이 용매를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 전기 화학 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전기 이중층 캐패시터인 전기 화학 소자.
  4. 적어도 고무, 이온성 액체 및 활성탄을 함유하는 것을 특징으로 하는 분극성 전극.
  5. 제4항에 있어서, 용매를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 분극성 전극.
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