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JPH0351284B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0351284B2
JPH0351284B2 JP61155028A JP15502886A JPH0351284B2 JP H0351284 B2 JPH0351284 B2 JP H0351284B2 JP 61155028 A JP61155028 A JP 61155028A JP 15502886 A JP15502886 A JP 15502886A JP H0351284 B2 JPH0351284 B2 JP H0351284B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
double layer
electric double
layer capacitor
acid
electrolyte
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP61155028A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6312122A (en
Inventor
Takeshi Morimoto
Kazuya Hiratsuka
Yasuhiro Sanada
Hiroshi Ariga
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Glass Co Ltd filed Critical Asahi Glass Co Ltd
Priority to JP61155028A priority Critical patent/JPS6312122A/en
Priority to US07/035,866 priority patent/US4725927A/en
Publication of JPS6312122A publication Critical patent/JPS6312122A/en
Publication of JPH0351284B2 publication Critical patent/JPH0351284B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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

Landscapes

  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

(産業上の利用分野) 本発明は、電気二重層コンデンサ、詳しくは耐
高温負荷特性および低温特性の優れた電気二重層
コンデンサに関するものである。 (従来の技術) このような電気二重層コンデンサに用いる電解
液としは従来、過塩素酸、6フツ化リン酸、4フ
ツ化ホウ酸または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、アンモニウム
塩またはアルカリ金属塩などの電解質を、プロピ
レンカーボネート、γ−ブチロラクトン、アセト
ニル、ジメチルホルムアミドなどの有機溶媒に溶
解させて得られる電解液が知られている(特開昭
48−50255号、特開昭49−68254号、特開昭59−
232409号などの公報)。 (発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このような従来の電気二重層コ
ンデンサにおいては、一般にユニツトセルの耐電
圧は1.8V前後であり、主な用途であるメモリバ
ツクアツプ電源として用いる際には5.5Vの耐電
圧が必要とされるので3セルを直列に積層した状
態で製品化されていた。ユニツトセルの耐電圧を
2.75V以上に向上させれば2セルの積層で済み、
コストの低減が可能になるが、一方、従来の電気
二重層コンデンサでは2.75V以上の電圧を印加す
ると電解液の溶媒の分解が起るためコンデンサの
容量が低下したり、ガスの発生によつて外装ケー
スが膨張するために内部抵抗が増大したり、さら
には電解液がセルから漏れたりすることがあり、
特に高温度の下で使用したときに、このような劣
化現象が顕著にあらわれるという問題点があつ
た。 (問題点を解決するための手段) 前記問題点を解決するため本発明は、分極性電
極と電極液との界面において形成される電気二重
層を利用する電気二重層コンデンサにおいて、電
解液としてスルホラン、およびスルホラン誘導体
の中から選ばれた少なくとも1種類の溶媒と、プ
ロピレンカーボネートとの混合溶媒に電解質を溶
解させた溶液を用いることを特徴とする電気二重
層コンデンサを提供するものであり、本発明によ
るコンデンサは耐高温負荷特性および低温特性が
優れたものである。 本発明において使用されるスルホラン、および
スルホラン誘導体、たとえば3−メチルスルホラ
ンまたは2,4−ジメチルスルホランは電気化学
的な安定性が高く、電解酸化あるいは電解還元を
受けにくく、使用可能な電位領域が最も広い溶媒
の1つである。このため、電気二重層コンデンサ
に用いる電解液の溶媒として好適であり、3V以
上の高い電圧を印加しても溶媒の分解が起らず、
信頼性の高い耐電圧特性の優れた電気二重層コン
デンサを提供し得るものである。 しかし、一方ではスルホラン系溶媒は粘性が高
く、かつ凝固点も比較的高いために電解質溶液と
したときの電気伝導度が低く、特に低温領域にお
いてはコンデンサの内部抵抗が上昇することによ
り容量が低下してしまうという欠点があつた。本
発明は、凝固点が低く低温特性および電気化学的
安定性も優れた溶媒であるプロピレンカーボネー
トを、スルホラン系溶媒に混合することによつて
前記の欠点を解消したものである。 本発明において使用する混合溶媒中のプロピレ
ンカーボネートの含有率としては、高い電圧を印
加したときの電気化学安定性と低温特性を両立さ
せるためには、10〜80容量%とすることが好まし
く、さらに好ましくは15〜60容量%、最も好まし
くは20〜50容量%である。 本発明における電解液の電解質としては、通常
使用されているもの、たとえばアルカリ金属、ア
ルカリ土類金属、テトラアルキルアンモニウム、
テトラアルキルホスホニウムなどのカチオンと、
4塩化アルミン酸、4フツ化ホウ酸、6フツ化リ
ン酸、6フツ化ヒ酸、過塩素酸、パーフルオロメ
タンスルホン酸などのアニオンとを組合せてなる
塩が好適に使用される。これらの塩の中で、溶媒
に対する溶解度、溶液の電気伝導度および電気化
学安定性などの点で、テトラアルキルホスホニウ
ムまたはテトラアルキルアンモニウムの4フツ化
ホウ酸塩、6フツ化リン酸塩、6フツ化ヒ酸塩、
過塩素塩またはトリフルオロメタンスルホン酸塩
などは本発明における電解質として特に好適であ
る。 本発明において使用する分極電極の材質につい
ては、特に限定されないが、電解液に対して電気
化学的に不活性で、かつ比表面積の大きな活性炭
あるいは活性炭繊維を使用するのが好ましい。特
に、活性炭にポリテトラフルオロエチレン
(PTFE)等の結着剤を添加し、ロール成型して
シート化し、また必要に応じて延伸処理などを施
した電極は、単位体積当たりの容量、強度、長期
信頼性に優れており好ましい。 (実施例) 次に、実施例および比較例を図面に基づいて具
体的に説明する。 本発明の実施例および比較的に共通したものと
して第1図に示すようなコイン型の電気二重層コ
ンデンサのユニツトセル(直径20mm、厚み2.0mm)
を次のようにして作製した。まず、活性炭粉末
(比表面積約2000m2/g)に10重量%のポリテト
ラフルオロエチレンを添加して湿式混練によつて
シート化した。このようにして得られたシートを
円板状に打ち抜いて分極性電極1(直径15mm、厚
さ0.7mm)とし、分極性電極1とこれと同一の組
成、形状を有する分極電極2とをポリプロピレン
繊維不織布よりなるセパレータ3介してステンレ
ス鋼製のキヤツプ4およびステンレス鋼製の缶5
からなる外装容器中に収納する。次に、ユニツト
セル中に所定の電解液を注入して分極性電極1,
2およびセパレータ3中にこの電解液を充分に含
浸させた後、ポリプロピレン製パツキング6を介
してキヤツプ4および缶5の端部をかしめて封口
した。 前述のようにして作製した電気二重層コンデン
サのユニツトセルを使用し、第1表に示すような
種々の電解液を用いた各セルについて、2.8Vの
電圧を印加したときの初期容量(Fo)および内
部抵抗を測定した後、引続いてこのセルに2.8V
の電圧を印加しながら70℃で1000時間貯蔵した後
の容量(F)および内部抵抗を測定し、これらの測定
値を初期値と比較できるように第1表に示した。
内部抵抗は、交流二端子法(周波数1KHz)によ
つて20℃および−10℃において測定した。実施例
1〜10および比較例1、2における測定結果は第
1表に示した。
(Industrial Application Field) The present invention relates to an electric double layer capacitor, and more particularly to an electric double layer capacitor having excellent high-temperature load resistance and low-temperature characteristics. (Prior Art) Electrolytes used in such electric double layer capacitors have traditionally been perchloric acid, hexafluorophosphoric acid, tetrafluoroboric acid, or trifluoromethanesulfonic acid tetraalkylammonium salts, ammonium salts, or alkali. Electrolytes obtained by dissolving electrolytes such as metal salts in organic solvents such as propylene carbonate, γ-butyrolactone, acetonyl, and dimethylformamide are known (Japanese Patent Laid-Open No.
No. 48-50255, JP-A-49-68254, JP-A-59-
Publications such as No. 232409). (Problems to be Solved by the Invention) However, in such conventional electric double layer capacitors, the withstand voltage of the unit cell is generally around 1.8V, and when used as a memory backup power supply, which is the main application, Since it required a withstand voltage of 5.5V, it was commercialized with three cells stacked in series. The withstand voltage of the unit cell
If you increase it to 2.75V or more, you can stack 2 cells,
However, with conventional electric double layer capacitors, when a voltage of 2.75V or more is applied, the solvent in the electrolyte decomposes, reducing the capacity of the capacitor and causing gas generation. Internal resistance may increase due to expansion of the outer case, and electrolyte may leak from the cell.
There was a problem in that such deterioration phenomenon was particularly noticeable when used at high temperatures. (Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the present invention provides an electric double layer capacitor that utilizes an electric double layer formed at the interface between a polarizable electrode and an electrode solution, in which sulfolane is used as an electrolyte. The present invention provides an electric double layer capacitor characterized by using a solution in which an electrolyte is dissolved in a mixed solvent of propylene carbonate and at least one type of solvent selected from among Capacitors manufactured by the company have excellent high-temperature load resistance and low-temperature characteristics. Sulfolane and sulfolane derivatives used in the present invention, such as 3-methylsulfolane or 2,4-dimethylsulfolane, have high electrochemical stability, are resistant to electrolytic oxidation or electrolytic reduction, and have the highest usable potential range. It is one of the widest range of solvents. For this reason, it is suitable as a solvent for the electrolyte used in electric double layer capacitors, and the solvent does not decompose even when a high voltage of 3V or more is applied.
It is possible to provide an electric double layer capacitor that is highly reliable and has excellent withstand voltage characteristics. However, on the other hand, sulfolane solvents have a high viscosity and a relatively high freezing point, so when used as an electrolyte solution, the electrical conductivity is low, and the internal resistance of the capacitor increases, particularly in low temperature regions, resulting in a decrease in capacitance. There was a drawback that it was difficult to use. The present invention solves the above-mentioned drawbacks by mixing propylene carbonate, which is a solvent with a low freezing point and excellent low-temperature properties and electrochemical stability, with a sulfolane solvent. The content of propylene carbonate in the mixed solvent used in the present invention is preferably 10 to 80% by volume in order to achieve both electrochemical stability and low-temperature properties when a high voltage is applied. Preferably it is 15-60% by volume, most preferably 20-50% by volume. The electrolytes of the electrolyte in the present invention include those commonly used, such as alkali metals, alkaline earth metals, tetraalkylammonium,
Cations such as tetraalkylphosphonium,
Salts formed in combination with anions such as tetrachloroaluminic acid, tetrafluoroboric acid, hexafluorophosphoric acid, hexafluoroarsenic acid, perchloric acid, and perfluoromethanesulfonic acid are preferably used. Among these salts, tetrafluoroborates, hexafluorophosphates, and hexafluorophosphates of tetraalkylphosphonium or tetraalkylammonium are preferred in terms of solubility in solvents, electrical conductivity of solutions, and electrochemical stability. arsenate,
Perchlorate salts or trifluoromethanesulfonate salts are particularly suitable as electrolytes in the present invention. The material of the polarized electrode used in the present invention is not particularly limited, but it is preferable to use activated carbon or activated carbon fibers that are electrochemically inert to the electrolyte and have a large specific surface area. In particular, electrodes made by adding a binder such as polytetrafluoroethylene (PTFE) to activated carbon, roll-forming it into a sheet, and subjecting it to stretching treatment as necessary, have excellent capacity per unit volume, strength, and long-term performance. It is preferable because it has excellent reliability. (Example) Next, Examples and Comparative Examples will be specifically described based on the drawings. As an example of the present invention and a relatively common unit cell of a coin-shaped electric double layer capacitor (diameter 20 mm, thickness 2.0 mm) as shown in FIG.
was produced as follows. First, 10% by weight of polytetrafluoroethylene was added to activated carbon powder (specific surface area: approximately 2000 m 2 /g) and formed into a sheet by wet kneading. The sheet thus obtained was punched out into a disk shape to obtain polarizable electrode 1 (diameter 15 mm, thickness 0.7 mm), and polarizable electrode 1 and polarizable electrode 2 having the same composition and shape were made of polypropylene. A stainless steel cap 4 and a stainless steel can 5 are inserted through a separator 3 made of fiber nonwoven fabric.
Stored in an outer container consisting of Next, a predetermined electrolyte is injected into the unit cell, and the polarizable electrode 1,
After the electrolytic solution was sufficiently impregnated into the cap 4 and the separator 3, the ends of the cap 4 and the can 5 were caulked and sealed with a polypropylene packing 6 interposed therebetween. Using the electric double layer capacitor unit cell manufactured as described above, the initial capacitance (Fo) and After measuring the internal resistance, subsequently apply 2.8V to this cell.
The capacitance (F) and internal resistance after storage at 70° C. for 1000 hours while applying a voltage of 100° C. were measured, and these measured values are shown in Table 1 so that they can be compared with the initial values.
Internal resistance was measured at 20°C and -10°C by the AC two terminal method (frequency 1KHz). The measurement results for Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in Table 1.

【表】 第1表から明らかなように、本発明によれば、
高温下において2.75V以上の高い電圧を印加して
も、従来のものと比較して容量の劣化が少なく、
かつ内部抵抗の温度依存性が小さい高信頼性の電
気二重層コンデンサを提供することができる。し
たがつて、メモリーバツクアツプ電源として
5.5Vの定格で使用するときには、従来の3セル
積層から2セル積層にしてコストを低減ることが
できる。また、2セル積層にすれば3セル積層の
場合と比べて容量を1.5倍にすることができるの
で実用的に極めて有利である。 (発明の効果) 以上説明したように本発明によれば、高温条件
下での容量劣化が少なく、内部抵抗の温度依存性
が小さい高信頼性の電気二重層コンデンサが得ら
れる。
[Table] As is clear from Table 1, according to the present invention,
Even when high voltages of 2.75V or higher are applied at high temperatures, there is less deterioration in capacity compared to conventional products.
Moreover, it is possible to provide a highly reliable electric double layer capacitor whose internal resistance has small temperature dependence. Therefore, it can be used as a memory backup power source.
When used with a 5.5V rating, costs can be reduced by changing from the conventional 3-cell stack to a 2-cell stack. Furthermore, if two cells are stacked, the capacity can be increased by 1.5 times compared to the case where three cells are stacked, which is extremely advantageous in practical terms. (Effects of the Invention) As explained above, according to the present invention, a highly reliable electric double layer capacitor with little capacity deterioration under high temperature conditions and low temperature dependence of internal resistance can be obtained.

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

第1図は本発明による電気二重層コンデンサの
一実施例を示す部分断面図である。 1,2……分極性電極、3……セパレータ、4
……キヤツプ、5……缶、6……パツキング。
FIG. 1 is a partial sectional view showing an embodiment of an electric double layer capacitor according to the present invention. 1, 2...Polarizable electrode, 3...Separator, 4
... Cap, 5... Can, 6... Packing.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 分極性電極と電解液との界面において形成さ
れる電気二重層を利用する電気二重層コンデンサ
において、前記電解液としてスルホラン、および
スルホラン誘導体の中から選ばれた少なくとも1
種類の溶媒と、プロピレンカーボネートとの混合
溶媒に電解質を溶解させた溶液を用いることを特
徴とする電気二重層コンデンサ。 2 前記混合溶媒におけるプロピレンカーボネー
トの含有率が、10〜80容量%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 前記電解質が、テトラアルキルホスホニウム
またはテトラアルキルアンモニウムよりなるカチ
オンと、4フツ化ホウ酸、6フツ化リン酸、6フ
ツ化ヒ酸、過塩素酸またはトリフルオロメタンス
ルホン酸よりなるアニオンとを組合せた塩である
特許請求の範囲第2項記載の電気二重層コンデン
サ。
[Claims] 1. An electric double layer capacitor that utilizes an electric double layer formed at the interface between a polarizable electrode and an electrolytic solution, wherein the electrolytic solution is at least one selected from sulfolane and sulfolane derivatives.
An electric double layer capacitor characterized by using a solution in which an electrolyte is dissolved in a mixed solvent of various types of solvents and propylene carbonate. 2. The electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the content of propylene carbonate in the mixed solvent is 10 to 80% by volume. 3. The electrolyte is a combination of a cation made of tetraalkylphosphonium or tetraalkylammonium and an anion made of tetrafluoroboric acid, hexafluorophosphoric acid, hexafluoroarsenic acid, perchloric acid or trifluoromethanesulfonic acid. The electric double layer capacitor according to claim 2, which is a salt.
JP61155028A 1986-04-08 1986-07-03 Electric double-layer capacitor Granted JPS6312122A (en)

Priority Applications (2)

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JP61155028A JPS6312122A (en) 1986-07-03 1986-07-03 Electric double-layer capacitor
US07/035,866 US4725927A (en) 1986-04-08 1987-04-08 Electric double layer capacitor

Applications Claiming Priority (1)

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JP61155028A JPS6312122A (en) 1986-07-03 1986-07-03 Electric double-layer capacitor

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JPS6312122A JPS6312122A (en) 1988-01-19
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CN104067361A (en) 2012-03-29 2014-09-24 住友精化株式会社 Electrolyte solution for electrochemical devices, aluminum electrolytic capacitor, and electric double layer capacitor
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