JP3348810B2 - Ion conductive polymer electrolyte, method for producing the same, and capacitor using the same - Google Patents
Ion conductive polymer electrolyte, method for producing the same, and capacitor using the sameInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、イオン伝導性高分
子電解質、その製造方法ならびにイオン伝導性高分子電
解質を用いた電解コンデンサおよび電気二重層コンデン
サに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion conductive polymer electrolyte, a method for producing the same, and an electrolytic capacitor and an electric double layer capacitor using the ion conductive polymer electrolyte.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、電解コンデンサ駆動用電解質に
は、エチレングリコール等の有機溶媒にアンモニウム塩
を主溶質として溶解したものが用いられてきた。しか
し、このような液体状の電解質を使用したコンデンサ
は、漏液や電解液の蒸発散逸のため、長期信頼性を得る
ことは困難であった。そこで、従来の液体状の電解質に
代わりシロキサン−アルキレンオキサイド・コポリマー
とポリエチレンオキサイドの混合物よりなるポリマーを
母材とし、これにアルカリ金属塩を溶解したイオン伝導
性高分子電解質を用いることにより、素子を固体化し、
漏液や電解液の蒸発散逸のない電解コンデンサとする提
案がされている。2. Description of the Related Art Conventionally, an electrolyte for driving an electrolytic capacitor has been used in which an ammonium salt is dissolved as a main solute in an organic solvent such as ethylene glycol. However, it has been difficult to obtain long-term reliability of a capacitor using such a liquid electrolyte due to leakage or evaporation of the electrolyte. Therefore, instead of the conventional liquid electrolyte, a device made of a polymer made of a mixture of a siloxane-alkylene oxide copolymer and polyethylene oxide is used as a base material, and an ion conductive polymer electrolyte in which an alkali metal salt is dissolved is used. Solidified,
There has been proposed an electrolytic capacitor that does not cause leakage or evaporation of the electrolytic solution.
【0003】前記のアルカリ金属を可動イオンとするイ
オン伝導性高分子電解質を用いた電解コンデンサは、ア
ルカリ金属イオンが電解コンデンサの構成材料である誘
電体中に拡散し、これにより誘電体の誘電率が低下し、
最終的には電気的に短絡するという問題を有していた。
このような問題を解決するため、電解コンデンサを構成
する電解質の可動イオンとして、アンモニウムイオン等
の非金属イオンを用いることが考えられる。しかし、一
般的に、アンモニウム塩を溶解したイオン伝導性高分子
電解質は、イオン伝導度が極めて低いという欠点を有す
る。また、これまで提案されてきた様々の高分子電解質
は、室温から0℃以下に温度を下げたとき、イオン伝導
度が極端に低下するという問題を有していた。In an electrolytic capacitor using an ion-conductive polymer electrolyte having the above-mentioned alkali metal as mobile ions, an alkali metal ion diffuses into a dielectric which is a constituent material of the electrolytic capacitor. Decreases,
Eventually, there was a problem of an electrical short circuit.
In order to solve such a problem, it is conceivable to use non-metal ions such as ammonium ions as mobile ions of the electrolyte constituting the electrolytic capacitor. However, in general, an ion conductive polymer electrolyte in which an ammonium salt is dissolved has a disadvantage that the ion conductivity is extremely low. Further, various polymer electrolytes proposed so far have a problem that when the temperature is lowered from room temperature to 0 ° C. or lower, the ionic conductivity is extremely lowered.
【0004】このようなイオン伝導度の小さい高分子電
解質を駆動用として電解コンデンサを構成すると、素子
のインピーダンスが大きくなり、電力損および通電時の
発熱により、使用可能な用途が極端に限定されるので、
未だ実用化には至っていない。イオン伝導性高分子電解
質を電解コンデンサの駆動用として用いる時、ポリマー
母材と電解質塩の組み合わせにより、いかにイオン伝導
度の高いものを実現するかが極めて重要な要件である
が、この具体的事例については、未だ明らかにされてい
ない。また昨今、アルミ電解コンデンサは、使用される
用途が大きく拡大され、これにともない高温保存時の長
期信頼性が重要視されつつある。例えば、105℃にお
いて連続10,000時間にも及ぶ保存性に対する品質
保証が要求される状況にある。高分子電解質をこのよう
な高温雰囲気に置くと、ひび割れ、収縮、溶解などの物
理的または化学的変質を起こし、素子特性を大きく損な
う原因となる。このような過酷な環境試験に対しても性
能劣化を引き起こさない固体電解質の提案は未だなされ
ていない。When an electrolytic capacitor is constructed by using such a polymer electrolyte having a low ionic conductivity for driving, the impedance of the element becomes large, and the usable applications are extremely limited due to power loss and heat generation during energization. So
It has not yet been put to practical use. When using an ion-conductive polymer electrolyte for driving an electrolytic capacitor, it is extremely important to achieve a high ion conductivity by combining a polymer matrix and an electrolyte salt. Has not yet been disclosed. In recent years, the use of aluminum electrolytic capacitors has been greatly expanded, and accordingly, long-term reliability during high-temperature storage has been emphasized. For example, there is a situation where quality assurance for a shelf life of as long as 10,000 hours at 105 ° C. is required. When the polymer electrolyte is placed in such a high-temperature atmosphere, physical or chemical deterioration such as cracking, shrinkage, and dissolution occurs, and the element characteristics are greatly impaired. There has not yet been proposed a solid electrolyte that does not cause performance degradation even in such severe environmental tests.
【0005】近年、硫酸または有機電解液を電解質とし
て構成した電気二重層コンデンサが、各種電子機器に用
いられている。硫酸電解液を用いた電気二重層コンデン
サは、単セル当たりの耐電圧が水の電気分解の電圧以下
である1.2V程度しか得られないと言う問題を有する
ものの、電解液の導電率が0.7S/cmと極めて高
く、この特性を利用して比較的大きい出力電流を必要と
する用途、例えば電源遮断時の機器駆動用電源として使
用されている(NEC技報,第44巻,第10号,19
91年) 他方、有機電解液、例えばプロピレンカーボネートを溶
媒としテトラエチルアンモニウムパークロレートを溶質
とする電解液を用いた電気二重層コンデンサは、2.4
Vと上述の硫酸電解液を用いるコンデンサに較べ2倍の
耐電圧を有する。ただし、この電解液の導電率は0.0
1S/cmと硫酸に較べ約2桁低い。このような特性を
利用して、例えば小型電子機器のメモリーバックアップ
用として用いられている(炭素,第132号,57ペー
ジ,1988年)In recent years, electric double layer capacitors comprising sulfuric acid or an organic electrolyte as an electrolyte have been used for various electronic devices. The electric double layer capacitor using the sulfuric acid electrolyte has a problem that the withstand voltage per unit cell can be obtained only about 1.2 V which is equal to or lower than the electrolysis voltage of water, but the electric conductivity of the electrolyte is zero. It is extremely high at 0.7 S / cm, and is used as an application that requires a relatively large output current by utilizing this characteristic, for example, as a power supply for driving a device when the power is cut off (NEC Technical Report, Vol. 44, No. 10). No. 19
(1991) On the other hand, an electric double layer capacitor using an organic electrolytic solution, for example, an electrolytic solution using propylene carbonate as a solvent and tetraethylammonium perchlorate as a solute, is 2.4.
It has twice the withstand voltage as compared with capacitors using V and the above-mentioned sulfuric acid electrolyte. However, the conductivity of this electrolyte is 0.0
1 S / cm, about two orders of magnitude lower than sulfuric acid. Utilizing such characteristics, it is used, for example, for memory backup of small electronic devices (Carbon, No. 132, p. 57, 1988).
【0006】しかし、これら液体の電解質を用いて構成
したコンデンサは、漏液のおそれがあるため、本質的に
漏液しないものとして、高分子固体電解質を用いたもの
が提案されている。その構成は、例えばポリビニルアル
コールに過塩素酸リチウム等のリチウム塩を含有したも
のを電解質とし、これを多孔質性カーボンに含浸して電
極を作成した例(J.Power Sources,3
6,P87,1991)、またポリエチレンオキサイド
の架橋体に過塩素酸リチウム等のアルカリ金属塩を含有
したものを電解質とし、これを活性炭と混合することに
より電極を作成した例(特開平2−39513号公報)
である。以上のように現在、比較的高い導電率を有する
高分子固体電解質の構成は、ベースとなるポリマーに過
塩素酸リチウム等のリチウム塩を含有したものが提案さ
れている。しかし、素子構成の際、構成材料に過塩素酸
リチウム等のアルカリ金属塩を用いて電解質を構成する
と、同時に用いる他の構成材料から完全に水分を除去す
る必要がある。特に、電極材料である多孔質性カーボン
から完全に水分を除去し、その状態のままで素子を構成
する工程は非常に困難であり、このため実用化が未だな
されていない。However, there is a possibility that a capacitor formed by using these liquid electrolytes leaks. Therefore, a capacitor using a polymer solid electrolyte has been proposed as a device which does not leak substantially. For example, an electrolyte is prepared by using polyvinyl alcohol containing a lithium salt such as lithium perchlorate as an electrolyte and impregnating the resultant with porous carbon to form an electrode (J. Power Sources, 3).
6, P87, 1991), and an example in which a crosslinked polyethylene oxide containing an alkali metal salt such as lithium perchlorate is used as an electrolyte, and this is mixed with activated carbon to form an electrode (JP-A-2-39513). No.)
It is. As described above, at present, as a configuration of a polymer solid electrolyte having a relatively high conductivity, a configuration in which a base polymer contains a lithium salt such as lithium perchlorate has been proposed. However, when an electrolyte is formed by using an alkali metal salt such as lithium perchlorate as a constituent material when forming the element, it is necessary to completely remove water from other constituent materials used at the same time. In particular, it is very difficult to completely remove water from porous carbon as an electrode material and to construct an element in that state, and therefore, practical use has not yet been achieved.
【0007】また、現在薄型素子の封止には、ポリプロ
ピレンなどの電気絶縁シートをアルミニウムなどの金属
箔の内面に被覆したものが一般的に使用される。本発明
者らが確認したところによると、上述のリチウム塩によ
る電解質を用いた素子に、このような形態の封止を行う
と、例えば60℃、湿度90%の雰囲気で放置した場
合、約2カ月で素子の性能劣化が始まる。これは、封止
剤より次第に内部に進入した水分のためと考えられる。
このような、課題を解決する手段として、高分子固体電
解質を構成する塩として、上述の有機電解液に用いられ
たものと同じアンモニウム塩を用いることが考えられ
る。しかし一般的に、アンモニウム塩は、前述のポリビ
ニルアルコールやポリエチレンオキサイドなどの高分子
化合物に多量に溶解することが難しく、その結果、アン
モニウムとポリエチレンオキサイドにより構成された高
分子電解質のイオン伝導度は極めて低くなる(導電性高
分子 緒方直哉著 講談社サイエンチフィック 199
0年)。[0007] At present, a thin element is generally sealed with an electric insulating sheet such as polypropylene coated on the inner surface of a metal foil such as aluminum. According to the confirmation by the present inventors, when a device using the above-described electrolyte made of a lithium salt is sealed in such a form, for example, when the device is left in an atmosphere of 60 ° C. and 90% humidity, about 2% is obtained. Performance degradation of the element starts in a month. This is thought to be due to the moisture that gradually entered the interior from the sealant.
As a means for solving such a problem, it is conceivable to use the same ammonium salt as that used in the above-mentioned organic electrolyte as a salt constituting the solid polymer electrolyte. However, in general, it is difficult to dissolve a large amount of ammonium salt in the above-mentioned polymer compound such as polyvinyl alcohol and polyethylene oxide, and as a result, the ionic conductivity of the polymer electrolyte composed of ammonium and polyethylene oxide is extremely high. (Lower conductive polymer by Naoya Ogata Kodansha Scientific 199
0 years).
【0008】コンデンサを構成する電解質のイオン伝導
度は、コンデンサとしての電気抵抗として作用し、電解
質のイオン伝導度があまり小さいと微弱な出力電流しか
得ることができず、実用上使用することは困難である。
さらに重要なことは、電気二重層コンデンサの容量は、
電解質中のイオン濃度に比例することから、前述のよう
な少量のアンモニウム塩により構成された電解質による
電気二重層コンデンサの容量は大きくならないという問
題を有していた。また、電気二重層コンデンサに使用す
る電解質塩は、電極材料である活性炭等の多孔性カーボ
ンに存在する数10オングストローム程度の微孔に入り
込む必要があり、できる限り小さいイオン半径を有する
分子でなければならない。しかし、アニオンおよびカチ
オンの小さい塩ほど、ベースポリマーに溶解するのが困
難であることは、周知の通りである(基礎電気化学測定
法,社団法人電気化学協会編,P30,1981年)。[0008] The ionic conductivity of the electrolyte constituting the capacitor acts as an electric resistance as a capacitor. If the ionic conductivity of the electrolyte is too small, only a weak output current can be obtained, and it is difficult to use the capacitor in practical use. It is.
More importantly, the capacity of the electric double layer capacitor is
Since it is proportional to the ion concentration in the electrolyte, there has been a problem that the capacity of the electric double layer capacitor made of the electrolyte composed of a small amount of ammonium salt as described above does not increase. In addition, the electrolyte salt used in the electric double layer capacitor needs to enter micropores of about several tens of angstroms existing in porous carbon such as activated carbon as an electrode material, and unless the molecule has an ion radius as small as possible. No. However, it is well known that the smaller the salt of an anion and a cation, the more difficult it is to dissolve in the base polymer (Basic Electrochemical Measurement, edited by The Electrochemical Society, P30, 1981).
【0009】以上のように、リチウム塩による高分子電
解質を構成材料として用いると、製造工程における水分
除去工程の繁雑さおよび高温高湿雰囲気でも水分を透過
しない封止剤が必要となる。また、このような課題を解
決する施策として、アンモニウム塩を用いた高分子電解
質をコンデンサの電解質として用いる時、ポリマー母材
とアンモニウム塩の組み合わせにより、いかに小さいカ
チオン/アニオンを持つ塩を多量にポリマー中に溶解
し、イオン伝導度の高いものを実現するかが極めて重要
な要件であるが、上述の要望を全て満足する具体的な構
成の提案はなされていない。As described above, when a polymer electrolyte made of a lithium salt is used as a constituent material, a complicated water removing step in the manufacturing process and a sealing agent that does not transmit moisture even in a high-temperature and high-humidity atmosphere are required. As a measure to solve such a problem, when a polymer electrolyte using an ammonium salt is used as an electrolyte for a capacitor, a large amount of a salt having a small cation / anion can be produced by a combination of a polymer base material and an ammonium salt. It is an extremely important requirement to realize a material having high ionic conductivity by dissolving in the material, but no specific configuration has been proposed which satisfies all the above-mentioned demands.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、充
分なイオン伝導度を有し、かつ物理的、化学的にも極め
て高い安定性を有するイオン伝導性高分子電解質を提供
することを目的とする。本発明は、また、液体状の電解
液を用いたものと同等の電気特性を有すると共に、従来
の電解液では実現できなかった極めて高い信頼性を有す
るアルミ電解コンデンサを提供することを目的とする。
さらに、本発明は、液体状の電解液を用いたものと同等
の電気特性を有し、信頼性の高い電気二重層コンデンサ
を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an ion-conductive polymer electrolyte having sufficient ionic conductivity and extremely high physical and chemical stability. And Another object of the present invention is to provide an aluminum electrolytic capacitor having the same electrical characteristics as those using a liquid electrolyte and having extremely high reliability that could not be realized with a conventional electrolyte. .
Still another object of the present invention is to provide a highly reliable electric double layer capacitor having the same electrical characteristics as those using a liquid electrolyte.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明は、アクリル酸ヒ
ドロキシアルキル、メタクリル酸ヒドロキシアルキルお
よび炭酸ビニレンよりなる群から選ばれる少なくとも1
種のモノマーと、分子内に重合可能な二重結合を有する
第1の電解質塩との共重合体からなるイオン伝導性高分
子電解質を提供する。ここで、アクリル酸ヒドロキシア
ルキルおよびメタクリル酸ヒドロキシアルキルのアルキ
ル基は、炭素数1〜5のものが用いられるが、炭素数2
または3のものが好ましい。なかでも炭素数2のものが
好ましい。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a hydroxyalkyl acrylate, a hydroxyalkyl methacrylate and the like.
At least selected from good beauty group consisting of vinylene carbonate 1
With a kind of monomer and a polymerizable double bond in the molecule
To provide an ion conductive polymer electrolyte comprising a copolymer of the first electrolyte salt. Wherein the alkyl group of the hydroxyalkyl acrylates and hydroxyalkyl methacrylates, which can be used those having 1 to 5 carbon atoms, 2 carbon atoms
Or three are preferred. Among them also it is preferably of 2 carbon atoms.
【0012】前記イオン伝導性高分子電解質を構成する
重合体には、前記モノマーの単独重合体もあるが、本発
明においては、前記モノマーと分子内に重合可能な二重
結合を有する第1の電解質塩との共重合体を用いる。本
発明のイオン伝導性高分子電解質に含有される前記第2
の電解質塩は、カルボン酸アンモニウム塩、ジカルボン
酸アンモニウム塩、ジカルボン酸モルホリニウム塩、カ
ルボン酸四級アンモニウム塩およびジカルボン酸四級ア
ンモニウム塩よりなる群から選択されるものが好まし
い。この第2の電解質塩は、前記共重合体を構成する第
1の電解質塩と同じであってもよい。[0012] <br/> polymer constituting the ionic conductive polymer electrolyte includes, among homopolymer of the monomer, the onset
In the bright, Ru using the copolymer of the first electrolyte salt having a polymerizable double bond in the monomer and molecules. The second component contained in the ion-conductive polymer electrolyte of the present invention .
The electrolyte salt of a carboxylic acid ammonium salt, a dicarboxylic acid salt, a dicarboxylic acid morpholinium salt, those selected from the group consisting of carboxylic acid quaternary ammonium salts and dicarboxylic acid quaternary ammonium salt. The second electrolyte salt is a second electrolyte salt that constitutes the copolymer .
1 of electrolyte may be the same as the salt.
【0013】分子内に重合可能な二重結合を有する第1
の電解質塩としては、マレイン酸塩またはフマル酸塩が
好ましく用いられる。また、前記共重合体の共重合モル
比(第1の電解質塩/モノマー)は0.1以上であり、
かつ前記共重合体の平均分子量が1000以上100万
以下であることが好ましい。前記共重合体を母材とする
イオン伝導性高分子電解質においては、さらに、第2の
電解質塩として、マレイン酸水素四級アンモニウム、マ
レイン酸水素N,N−ジメチルモルホリニウム、フマル
酸水素四級アンモニウムおよびフマル酸水素N,N−ジ
メチルモルホリニウムよりなる群から選択される少なく
とも1種の塩を含むことが好ましい。A first compound having a polymerizable double bond in the molecule ;
As an electrolyte salt of the above, maleate or fumarate is preferably used. The copolymerization molar ratio of the copolymer ( first electrolyte salt / monomer) is 0.1 or more;
In addition, the average molecular weight of the copolymer is preferably 1,000 or more and one million or less. In the ion conductive polymer electrolyte to the previous SL copolymer matrix, further, as a second <br/> electrolyte salt, hydrogen maleate quaternary ammonium, hydrogen maleate N, N - dimethyl morpholinium , ammonium hydrogen fumarate quaternary and hydrogen fumarate N, N - at least <br/> selected from the group consisting of dimethyl morpholinium preferably contains one salt.
【0014】本発明は、またアクリル酸ヒドロキシアル
キル、メタクリル酸ヒドロキシアルキルおよび炭酸ビニ
レンよりなる群から選ばれる少なくとも1種のモノマー
に分子内に重合可能な二重結合を有する第1の電解質塩
を溶解する工程、および前記で得られた溶液に活性光線
を照射するか熱を与えることにより前記溶液を硬化させ
る工程を有するイオン伝導性高分子電解質の製造方法を
提供する。前記第1の電解質塩が、マレイン酸塩または
フマル酸塩のように、分子内に重合可能な二重結合を有
する化合物であるため、前記活性光線または熱により、
前記第1の電解質塩が前記モノマーと共重合体を形成し
て硬化する。なお、前記電解質塩が、分子内に重合可能
な二重結合を有しない化合物であるときは、前記活性光
線または熱により、前記モノマーが単独重合体を形成し
て硬化する。[0014] The present invention is also the first electrolyte salt having the hydroxyalkyl acrylates, the polymerizable double bonds in the molecule at least one monomer selected from the group consisting of hydroxyalkyl methacrylate and vinylene carbonate And a method of irradiating the solution obtained above with actinic rays or applying heat to cure the solution. Since the first electrolyte salt is a compound having a polymerizable double bond in a molecule, such as a maleate or a fumarate , the actinic ray or heat causes
The first electrolyte salt forms a copolymer with the monomer and cures. Incidentally, the electrolyte salt, when a compound having no polymerizable double bond in a molecule, by the active light or heat, the monomer is cured to form a homopolymer.
【0015】本発明は、さらに上記のイオン伝導性高分
子電解質を備えたコンデンサを提供する。すなわち、ア
ルミニウムからなる負極、酸化アルミニウムからなる誘
電体層を有する陽極、および前記両電極間に介在するイ
オン伝導性高分子電解質からなる電解コンデンサであ
る。The present invention further provides a capacitor provided with the above-mentioned ion-conductive polymer electrolyte. That is, an electrolytic capacitor comprising an anode made of aluminum, an anode having a dielectric layer made of aluminum oxide, and an ion-conductive polymer electrolyte interposed between the two electrodes.
【0016】もう1つのコンデンサは、少なくとも活性
炭を含む一対の分極性電極、および前記両電極間に介在
するイオン伝導性高分子電解質からなる電気二重層コン
デンサである。この電気二重層コンデンサにおいては、
水分を含むイオン伝導性高分子電解質は用いない。ま
た、電気二重層コンデンサに用いるイオン伝導性高分子
電解質は、その重合体が、マレイン酸アンモニウム塩ま
たはマレイン酸四級アンモニウム塩と前記モノマーとの
共重合体であり、マレイン酸アンモニウム塩またはマレ
イン酸四級アンモニウム塩の共重合割合は前記モノマー
1モルに対し、0.5モル以上であることが好ましい。Another capacitor is an electric double layer capacitor comprising a pair of polarizable electrodes containing at least activated carbon and an ion-conductive polymer electrolyte interposed between the two electrodes. In this electric double layer capacitor,
No ion conductive polymer electrolyte containing water is used. Further, the ion conductive polymer electrolyte used for the electric double layer capacitor is a copolymer of an ammonium maleate or a quaternary ammonium maleate and the above-mentioned monomer, and the polymer is an ammonium maleate or a maleic acid. The copolymerization ratio of the quaternary ammonium salt is preferably 0.5 mol or more based on 1 mol of the monomer.
【0017】アクリル酸ヒドロキシアルキル、メタクリ
ル酸ヒドロキシアルキルおよび炭酸ビニレンは、単体で
は液体状の物質であるが、これに重合開始剤を加え、紫
外線等の活性光線を照射するかまたは加熱すると、重合
反応により固体化させることができる。また、アクリル
酸ヒドロキシアルキルおよびメタクリル酸ヒドロキシア
ルキルは、末端基OHの作用により様々な電解質塩を溶
解し、イオン伝導性となる。一方、炭酸ビニレンは、末
端基C=Oの作用により様々な電解質塩を溶解し、イオ
ン伝導性となる。そこで、アクリル酸ヒドロキシアルキ
ル、メタクリル酸ヒドロキシアルキルまたは炭酸ビニレ
ンに電解質塩を溶解した後、活性光線照射または加熱に
より固体化すると、イオン伝導性を有する固体状の電解
質を形成することができる。通常液体状態では高いイオ
ン伝導性を有するものでも、それを固化すると極端に伝
導性が低下するものが多いが、本発明に従うと実用上充
分な伝導性を有する固体状の電解質を得ることができ
る。Hydroxyalkyl acrylate, hydroxyalkyl methacrylate and vinylene carbonate are liquid substances by themselves, but when a polymerization initiator is added thereto and irradiated with actinic rays such as ultraviolet rays or heated, the polymerization reaction occurs. Can be solidified. Further, hydroxyalkyl acrylate and hydroxyalkyl methacrylate dissolve various electrolyte salts by the action of the terminal group OH, and become ion-conductive. On the other hand, vinylene carbonate dissolves various electrolyte salts by the action of the terminal group C = O, and becomes ion conductive. Therefore, when an electrolyte salt is dissolved in hydroxyalkyl acrylate, hydroxyalkyl methacrylate or vinylene carbonate, and solidified by irradiation with actinic light or heating, a solid electrolyte having ion conductivity can be formed. In general, even in the liquid state, even those having high ionic conductivity, many of which have extremely reduced conductivity when solidified, but according to the present invention, a solid electrolyte having practically sufficient conductivity can be obtained. .
【0018】また、電解質塩としては、アクリル酸ヒド
ロキシアルキル、メタクリル酸ヒドロキシアルキルまた
は炭酸ビニレンに溶解するカルボン酸アンモニウム塩、
ジカルボン酸アンモニウム塩、カルボン酸四級アンモニ
ウム塩、ジカルボン酸四級アンモニウム塩等を用いるこ
とが可能である。特に、アルミ電解コンデンサ駆動用と
して用いるときは、アクリル酸ヒドロキシアルキル、メ
タクリル酸ヒドロキシアルキルに対してマレイン酸四級
アンモニウム塩またはマレイン酸モルホリニウム塩など
が特に有用である。これらの塩を用いて構成した高分子
電解質によりアルミ電解コンデンサを作成すると、中・
高圧級コンデンサとして実用上充分なインピーダンス特
性を有し、かつこれまでにない格段の高温信頼性を実現
することができる。Examples of the electrolyte salt include hydroxyalkyl acrylate, hydroxyalkyl methacrylate or ammonium carboxylate dissolved in vinylene carbonate.
It is possible to use ammonium dicarboxylate, quaternary ammonium carboxylate, quaternary ammonium dicarboxylate and the like. In particular, when used for driving an aluminum electrolytic capacitor, quaternary ammonium maleate or morpholinium maleate is particularly useful for hydroxyalkyl acrylate and hydroxyalkyl methacrylate. When an aluminum electrolytic capacitor is made with a polymer electrolyte composed of these salts,
It has practically sufficient impedance characteristics as a high-voltage class capacitor, and can realize unprecedented high-temperature reliability.
【0019】また、炭酸ビニレンに対してマレイン酸四
級アンモニウム塩、マレイン酸モルホリニウム塩、シュ
ウ酸四級アンモニウム塩、アジピン酸四級アンモニウム
塩、アゼライン酸四級アンモニウム塩、安息香酸四級ア
ンモニウム塩、蟻酸四級アンモニウム塩、クエン酸四級
アンモニウム塩、コハク酸四級アンモニウム塩、サリチ
ル酸四級アンモニウム塩、酒石酸四級アンモニウム塩、
セバシン酸アンモニウム、ボロジサリチル酸アンモニウ
ム、γ−レゾルシル酸アンモニウム、乳酸アンモニウ
ム、グリコール酸アンモニウム、ジフェニル酢酸アンモ
ニウムなどが特に有用である。これらの塩を用い構成し
た高分子電解質によりアルミ電解コンデンサを作成する
と、低圧級コンデンサとして実用上充分なインピーダン
ス特性を有し、かつこれまでにない格段の高温信頼性を
実現することができる。本発明のイオン伝導性高分子電
解質は、前記の共重合体を母材とし、この母材中に第2
の電解質塩が分散した構成を有する。そして、前記電解
質塩より解離されたイオンが電導に携わる。第2の電解
質塩としては、共重合に用いた第1の電解質塩ではな
く、別途用意したものを共重合体に加えてもよい。Further, quaternary ammonium maleate, morpholinium maleate, quaternary ammonium oxalate, quaternary ammonium adipic acid salt, quaternary ammonium azelate, quaternary ammonium benzoate with respect to vinylene carbonate, Quaternary ammonium formate, quaternary ammonium citrate, quaternary ammonium succinate, quaternary ammonium salicylate, quaternary ammonium tartrate,
Particularly useful are ammonium sebacate, ammonium borodisalicylate, ammonium γ - resorcylate, ammonium lactate, ammonium glycolate, ammonium diphenylacetate, and the like. When an aluminum electrolytic capacitor is made of a polymer electrolyte composed of these salts, it has practically sufficient impedance characteristics as a low-voltage class capacitor, and can realize much higher-temperature reliability than ever before. The ion-conductive polymer electrolyte of the present invention comprises the above - mentioned copolymer as a base material and a second base material in the base material .
Has a configuration in which the electrolyte salt is dispersed. Then, the dissociated from the electrolyte salt ions Ru engaged in conductivity. The second electrolytic <br/> Shitsushio, rather than the first electrolyte salt used in the copolymerization, may be added to the copolymer obtained by separately prepared.
【0020】一般に、電解質のイオン伝導度は、解離し
たイオンの濃度と移動度との積に比例する。本発明のイ
オン伝導性高分子電解質が、充分なイオン伝導度を有
し、かつ物理的ないし化学的にも高い安定性を有するた
めには、以下の点を満たすことが好ましい。 (1)モノマーの誘電率を高くし、モノマーに電解質塩
を溶解したとき、電解質塩がカチオンとアニオンとに充
分にイオン解離され、それらイオンの濃度を高く維持す
ること。 (2)共重合反応により電解質塩のアニオンがモノマー
に結合され、物理的ないし化学的に高い安定性を有する
こと。Generally, the ionic conductivity of an electrolyte is proportional to the product of the concentration of dissociated ions and the mobility. In order for the ion-conductive polymer electrolyte of the present invention to have sufficient ionic conductivity and high physical and chemical stability, it is preferable that the following points are satisfied. (1) When the dielectric constant of the monomer is increased and the electrolyte salt is dissolved in the monomer, the electrolyte salt is sufficiently ion-dissociated into cations and anions, and the concentration of these ions is maintained at a high level. (2) The anion of the electrolyte salt is bonded to the monomer by the copolymerization reaction, and has high physical or chemical stability.
【0021】本発明に従う高分子電解質は、上記(1)
の要件を満足し、共重合体を用いるものは、さらに
(2)の要件を満足する。例えば、上述のモノマーにお
ける重合可能な二重結合にはアクリロイル基CH2=C
HCOO−が、また高誘電率を発現させる官能基にはヒ
ドロキシエチル基−C2H4OHがそれぞれ該当する。ま
た、前記電解質塩において、イオン解離しかつ分子内に
重合可能な二重結合を有する基とは、マレイン酸または
フマル酸塩の分子内にあるC=Cの二重結合が該当す
る。モノマーと電解質塩を混合すると、前記電解質塩は
アクリル酸ヒドロキシエチルのヒドロキシエチル基がも
たらす高い誘電率により、マレイン酸よりなるアニオン
部分とアンモニウム塩よりなるカチオン部分とにイオン
解離された状態になる。この時、紫外線や電子線等の活
性光線を照射すると、モノマーのアクリロイル基と電解
質塩のアニオン部分にあるC=C二重結合とが一部共重
合反応を起こし、以下の式(1)においてq=2で表さ
れる高分子化合物を形成することができる。これを骨格
とし、前記電解質塩マレイン酸水素モノメチルトリエチ
ルアンモニウムより解離したイオンを電導種として、本
発明の高分子電解質を作成することができる。The polymer electrolyte according to the present invention has the above (1)
Those satisfying the requirement (1) and using a copolymer further satisfy the requirement (2). For example, the polymerizable double bond in the above monomer has an acryloyl group CH 2 CC
HCOO- is also hydroxyethyl group -C 2 H 4 OH corresponds respectively to the functional group expressing a high dielectric constant. In the electrolyte salt, the group having an ion dissociable and polymerizable double bond in the molecule corresponds to a C = C double bond in the molecule of maleic acid or fumarate. When the monomer and the electrolyte salt are mixed, the electrolyte salt is ionically dissociated into an anion portion composed of maleic acid and a cation portion composed of an ammonium salt due to the high dielectric constant provided by the hydroxyethyl group of hydroxyethyl acrylate. At this time, when an actinic ray such as an ultraviolet ray or an electron beam is irradiated, the acryloyl group of the monomer and a C = C double bond in the anion portion of the electrolyte salt partially undergo a copolymerization reaction, and in the following formula (1) A polymer compound represented by q = 2 can be formed. Using this as a skeleton, the polymer electrolyte of the present invention can be prepared using ions dissociated from the electrolyte salt monomethyltriethylammonium hydrogen maleate as a conductive species.
【0022】[0022]
【化1】 Embedded image
【0023】式中li、mi、niは1以上の整数、qは
1ないし5の整数である。また、前述のように、従来提
案されてきた高分子電解質のイオン伝導度の温度特性
は、絶対温度の逆数に対しイオン伝導度の対数(イオン
伝導度のアレニウスプロット)は上に凸の曲線を示し、
低温度領域で特にイオン伝導度の低下率が大きいもので
あった。これに比べ本発明の高分子電解質は、前記アレ
ニウスプロットにおいて良好な直線性を示すことが判明
した。これは、本発明の電解質の骨格部分にある−OH
基がイオンの運搬性を良化する作用を有するためと考え
られる。この作用は、モノマーとして炭酸ビニレンを用
いたときも同様である。この場合、炭酸ビニレン分子の
C=O基が前記アクリル酸ヒドロキシエチルの−OH基
と同様の作用をするためと考えられる。また、本発明の
イオン伝導性高分子電解質をアルミ電解コンデンサの駆
動用として使用する際、水分を10重量%を越えない量
含有させると、耐電圧が向上する。これは、水分添加に
よりアルミ電極の酸化物皮膜の修復性が向上することに
よるものと考えられる。In the formula, l i , m i , and n i are integers of 1 or more, and q is an integer of 1 to 5. Further, as described above, the temperature characteristic of the ionic conductivity of the conventionally proposed polymer electrolyte is such that the logarithm of the ionic conductivity (Arrhenius plot of the ionic conductivity) is an upwardly convex curve with respect to the reciprocal of the absolute temperature. Show,
In the low temperature range, the rate of decrease in ionic conductivity was particularly large. In contrast, it was found that the polymer electrolyte of the present invention showed good linearity in the Arrhenius plot. This is because -OH in the skeleton portion of the electrolyte of the present invention.
It is considered that the group has an effect of improving the ion transportability. This effect is the same when vinylene carbonate is used as a monomer. In this case, it is considered that the C = O group of the vinylene carbonate molecule acts similarly to the —OH group of the hydroxyethyl acrylate. Further, when the ion-conductive polymer electrolyte of the present invention is used for driving an aluminum electrolytic capacitor, if the water content is not more than 10% by weight, the withstand voltage is improved. This is considered to be due to the improvement of the repairability of the oxide film of the aluminum electrode due to the addition of water.
【0024】また、本発明の電解質を用いて構成した電
気二重層コンデンサは、電解質中に多量のイオンを含有
しているため、これまでにない高い容量を得ることがで
きる。さらに、本発明による電解質は、液体成分を全く
有していないため、従来の液体電解質による素子に比
べ、信頼性が格段に向上する。本発明により電気二重層
コンデンサの高容量化と高電圧化を実現することができ
る。Further, the electric double layer capacitor formed by using the electrolyte of the present invention can obtain an unprecedentedly high capacity because the electrolyte contains a large amount of ions. Furthermore, since the electrolyte according to the present invention has no liquid component, the reliability is remarkably improved as compared with a conventional device using a liquid electrolyte. According to the present invention, a higher capacity and a higher voltage of an electric double layer capacitor can be realized.
【0025】[0025]
【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施例により
さらに詳しく説明する。 [実施例1]アクリル酸ヒドロキシエチルと、マレイン
酸塩により構成したイオン伝導性高分子電解質のイオン
伝導度および高温保存信頼性について説明する。まず、
アクリル酸ヒドロキシエチル10gに、表1に示したマ
レイン酸塩を溶解した溶液を作成する。次にこの溶液
に、重合反応の開始剤としてベンジルジメチルケタール
を100mg加え、充分攪拌して溶解する。これをステ
ンレス鋼製のバットに0.5mmの厚さに流延し、空気
中において高圧水銀ランプにより5Jの光照射を行った
後、100℃で1時間加熱することによりイオン伝導性
高分子電解質シートを得た。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. Example 1 The ionic conductivity and high-temperature storage reliability of an ion-conductive polymer electrolyte composed of hydroxyethyl acrylate and maleate will be described. First,
A solution is prepared by dissolving the maleate shown in Table 1 in 10 g of hydroxyethyl acrylate. Next, 100 mg of benzyldimethyl ketal as a polymerization reaction initiator is added to this solution, and the mixture is sufficiently stirred to be dissolved. This was cast into a stainless steel vat to a thickness of 0.5 mm, irradiated with 5 J of light by a high-pressure mercury lamp in the air, and then heated at 100 ° C. for 1 hour to obtain an ion-conductive polymer electrolyte. I got a sheet.
【0026】以上の方法により作成した電解質のイオン
伝導度の温度特性を、公知の複素インピーダンス法によ
り測定した。その結果を図1に示した。また、電解質の
高温保存信頼性の評価として、空気中105℃の雰囲気
において無封止状態で保存したときのイオン伝導度の経
時変化を測定した。その結果を図2に示した。ここに用
いた評価用電解質は、厚さ0.5mm、直径13mmの
円盤に整形した高分子電解質シートで、イオン伝導度の
測定は30℃で行った。図1は、縦軸をイオン伝導度の
対数、横軸を絶対温度の逆数で示した伝導度のアレニウ
スプロットである。図1から明らかなように、本発明に
従うと、室温で1×10-4S/cm以上、また−10℃
でも1×10-5S/cm以上と、これまでにない高い伝
導性を有する高分子電解質を構成することができる。ま
た、図2から明らかなように、無封止状態での高温(1
05℃)保存という極めて過酷な条件であるにも拘ら
ず、500時間保存後においても初期値の20%以上の
イオン伝導度を有している。The temperature characteristics of the ionic conductivity of the electrolyte prepared by the above method were measured by a known complex impedance method. The result is shown in FIG. Further, as an evaluation of the high-temperature storage reliability of the electrolyte, a change with time in ionic conductivity when stored in an unsealed state in an atmosphere of 105 ° C. in air was measured. The result is shown in FIG. The electrolyte for evaluation used here was a polymer electrolyte sheet shaped into a disk having a thickness of 0.5 mm and a diameter of 13 mm, and the ionic conductivity was measured at 30 ° C. FIG. 1 is an Arrhenius plot of conductivity in which the vertical axis is the logarithm of ionic conductivity and the horizontal axis is the reciprocal of the absolute temperature. As is clear from FIG. 1, according to the present invention, at room temperature, 1 × 10 −4 S / cm or more, and −10 ° C.
However, a polymer electrolyte having an unprecedentedly high conductivity of 1 × 10 −5 S / cm or more can be formed. Also, as is clear from FIG. 2, the high temperature (1
Despite the extremely harsh condition of storage (05 ° C.), it has an ion conductivity of 20% or more of the initial value even after storage for 500 hours.
【0027】[0027]
【表1】 [Table 1]
【0028】本実施例においては、重合反応の開始剤と
してベンジルジメチルケタールを加え、紫外線照射によ
り重合反応を行わせたが、加熱により重合反応を行わせ
ることもできる。例えば、重合反応の開始剤としてベン
ジルジメチルケタールの代わりにα,α’ーアゾビスイ
ソブチロニトリルを10mg加え、窒素ガス雰囲気中に
おいて80℃で20時間加熱することにより作成した高
分子電解質もイオン伝導性および高温保存特性において
同様の効果を得ることができた。In the present embodiment, benzyldimethyl ketal was added as a polymerization reaction initiator, and the polymerization reaction was carried out by irradiating ultraviolet rays. However, the polymerization reaction can be carried out by heating. For example, a polymer electrolyte prepared by adding 10 mg of α, α′-azobisisobutyronitrile instead of benzyldimethyl ketal as a polymerization reaction initiator and heating the mixture at 80 ° C. for 20 hours in a nitrogen gas atmosphere also has an ionic property. Similar effects were obtained in conductivity and high-temperature storage characteristics.
【0029】次に、前記電解質の構造を核磁気共鳴(以
下NMRで表す。)及び炭素、水素、窒素の元素分析
(以下CHN元素分析で表す。)により解析した。その
結果、前記電解質は、アクリル酸ヒドロキシエチルとマ
レイン酸水素トリエチルモノメチルアンモニウムが共重
合体を形成し、これを骨格構造としてマレイン酸水素ト
リエチルモノメチルアンモニウムより解離したイオンを
伝導種とすることが判明した。この構造確定の根拠とな
るNMRスペクトル及びCHN元素分析の1例として、
前記試料Aのデータをそれぞれ図3、4、5及び6に示
した。図3及び図4はそれぞれ反応原材料であるアクリ
ル酸ヒドロキシエチル及びマレイン酸水素トリエチルモ
ノメチルアンモニウムのNMRスペクトルである。ま
た、図5及び図6はそれぞれ上述の反応後生成した電解
質をクロロホルムを溶剤とするソクスレー抽出法により
分離した抽出分及び抽出残固形分のNMRスペクトルで
ある。NMRスペクトル図3及び図4では、それぞれア
クリル基及びマレイン酸の二重結合に基ずくピークが1
31ppm及び136ppmに観測されるのに比べ、N
MRスペクトル図6では、これらのピークが消失してい
ることわかる。これにより、アクリル酸ヒドロキシエチ
ルのアクリル基とマレイン酸水素トリエチルモノメチル
アンモニウムのマレイン酸が二重結合の開裂反応を起こ
したことが確認された。次に、前記ソクスレー抽出法に
おける抽出残固形分に対するCHN元素分析の結果を表
2に示す。また、アクリル酸ヒドロキシエチル(HE
A)及びマレイン酸水素トリエチルモノメチルアンモニ
ウム(MaH3E1M)の元素構成(原子数比、重量
比)を表3に示す。Next, the structure of the electrolyte was analyzed by nuclear magnetic resonance (hereinafter referred to as NMR) and elemental analysis of carbon, hydrogen and nitrogen (hereinafter referred to as CHN elemental analysis). As a result, it was found that the electrolyte formed a copolymer of hydroxyethyl acrylate and triethylmonomethylammonium hydrogen maleate, and used as a conductive species ions dissociated from triethylmonomethylammonium hydrogen maleate using this as a skeleton structure. . As an example of the NMR spectrum and CHN elemental analysis that are the basis of this structure determination,
The data of the sample A are shown in FIGS. 3, 4, 5 and 6, respectively. FIGS. 3 and 4 are NMR spectra of hydroxyethyl acrylate and triethylmonomethylammonium hydrogen maleate as reaction raw materials, respectively. FIGS. 5 and 6 are NMR spectra of an extract and a solid remaining after extraction, respectively, obtained by separating the electrolyte produced after the above-described reaction by the Soxhlet extraction method using chloroform as a solvent. In FIGS. 3 and 4, the peaks based on the double bond of the acrylic group and the maleic acid were 1 respectively.
N compared to those observed at 31 ppm and 136 ppm
FIG. 6 shows that these peaks have disappeared. This confirmed that the acrylic group of hydroxyethyl acrylate and maleic acid of triethyl monomethyl ammonium hydrogen maleate caused a double bond cleavage reaction. Next, Table 2 shows the results of CHN elemental analysis on solids remaining after extraction in the Soxhlet extraction method. Also, hydroxyethyl acrylate (HE
Table 3 shows the element configurations (atomic ratio, weight ratio) of A) and triethylmonomethylammonium hydrogen maleate (MaH3E1M).
【0030】[0030]
【表2】 [Table 2]
【0031】[0031]
【表3】 [Table 3]
【0032】ここで、前記の分析試料が、MaH3E1
MとHEAのモル比がx:1−xで構成されているとす
ると、窒素Nの分析値2.57%から以下の式が成立す
る。 100×14x/{(60+8+48)(1−x)+
(132+21+64+14)×x}=2.57 これからx=0.27、1−x=0.73となる。つま
り、ここに用いた試料はMaH3E1MとHEAのモル
比が0.27:0.73、すなわち1:3で構成されて
いることになる。また、ソクスレー抽出法により分離し
た抽出分のNMRスペクトル図5は、マレイン酸水素ト
リエチルモノメチルアンモニウムのNMRスペクトル図
4と一致した。以上の解析結果から、本実施例の電解質
は、アクリル酸ヒドロキシエチルとマレイン酸水素トリ
エチルモノメチルアンモニウムとの共重合体を高分子骨
格とし、マレイン酸水素トリエチルモノメチルアンモニ
ウムより解離したイオンを電導種として有するイオン伝
導性高分子電解質であると判断される。Here, the analysis sample is MaH3E1
Assuming that the molar ratio of M to HEA is x: 1−x, the following equation is established from the analyzed value of nitrogen N of 2.57%. 100 × 14x / {(60 + 8 + 48) (1-x) +
(132 + 21 + 64 + 14) × x} = 2.57 From this, x = 0.27 and 1−x = 0.73. That is, the sample used here has a molar ratio of MaH3E1M to HEA of 0.27: 0.73, that is, 1: 3. The NMR spectrum of the extract separated by the Soxhlet extraction method was identical to the NMR spectrum of triethylmonomethylammonium hydrogen maleate in FIG. From the above analysis results, the electrolyte of the present example has a polymer skeleton of a copolymer of hydroxyethyl acrylate and triethyl monomethyl ammonium hydrogen maleate, and has an ion dissociated from triethyl monomethyl ammonium hydrogen maleate as a conductive species. It is determined that the electrolyte is an ion conductive polymer electrolyte.
【0033】[実施例2]本実施例では、アクリル酸ヒ
ドロキシエチルとマレイン酸水素トリエチルモノメチル
アンモニウムを用い、これらの混合するモル比を変える
ことにより共重合比の異なる電解質を作成した。まず、
アクリル酸ヒドロキシエチルの1モル(116g)に、
表4に示すように各種の量のマレイン酸水素トリエチル
モノメチルアンモニウムを溶解した溶液を作成する。次
に、この溶液に、重合反応の開始剤としてベンジルジメ
チルケタールを前記溶液の1重量%相当を加え、充分攪
拌して溶解する。この液をステンレス鋼製のバットに
0.5mmの厚さに流延し、空気中において、高圧水銀
ランプにより30mW/cm2の強度で1Jの光照射を
行う。次に、これを空気中において110℃で1時間加
熱した後、同じく110℃の温度で20時間真空乾燥す
る。こうして、重合未反応のアクリル酸ヒドロキシエチ
ルを除去することにより、イオン伝導性高分子電解質の
シートを得た。Example 2 In this example, electrolytes having different copolymerization ratios were prepared by using hydroxyethyl acrylate and triethylmonomethylammonium hydrogen maleate by changing the molar ratio of mixing them. First,
To 1 mole (116 g) of hydroxyethyl acrylate,
As shown in Table 4, solutions were prepared in which various amounts of triethyl monomethyl ammonium hydrogen maleate were dissolved. Next, benzyldimethyl ketal as an initiator of a polymerization reaction is added to this solution in an amount corresponding to 1% by weight of the solution, and the mixture is sufficiently stirred and dissolved. This solution is cast into a stainless steel vat to a thickness of 0.5 mm, and is irradiated with 1 J of light at 30 mW / cm 2 in air by a high-pressure mercury lamp. Next, this is heated in air at 110 ° C. for 1 hour, and then vacuum dried at 110 ° C. for 20 hours. Thus, a sheet of the ion-conductive polymer electrolyte was obtained by removing the unreacted hydroxyethyl acrylate.
【0034】[0034]
【表4】 [Table 4]
【0035】以上の方法により作成した電解質の構造を
実施例1と同様にNMR及びCHN元素分析により解析
した。その結果、前記電解質は表4に記載したモル比率
(MaH3E1M/HEA)でアクリル酸ヒドロキシエ
チルとマレイン酸水素トリエチルモノメチルアンモニウ
ムが共重合体を形成し、これを骨格構造としてマレイン
酸水素イオン及びトリエチルモノメチルアンモニウムイ
オンを伝導種とする構造であることが判明した。これに
より、前記共重合比が0.1よりも大きいところで実用
上必要な伝導性が得られることが判明した。The structure of the electrolyte prepared by the above method was analyzed by NMR and CHN elemental analysis in the same manner as in Example 1. As a result, the electrolyte formed a copolymer of hydroxyethyl acrylate and triethylmonomethylammonium hydrogen maleate in a molar ratio (MaH3E1M / HEA) shown in Table 4, and used this as a skeleton structure to form a hydrogen maleate ion and triethyl monomethyl ammonium. It has been found that the structure has ammonium ions as a conductive species. As a result, it was found that practically necessary conductivity was obtained when the copolymerization ratio was larger than 0.1.
【0036】次に、前記電解質のイオン伝導度を、公知
の複素インピーダンス法により測定した。その結果を図
7に示した。図7は、縦軸をイオン伝導度の対数、横軸
を絶対温度の逆数で示した伝導度のアレニウスプロット
である。図7に示したように、本発明に従うと、電解質
塩の組成比が50モル%以上の試料G、H、I、J、K
は、実用上充分高い伝導性を有し、かつ必要とする温度
領域で特に大きい伝導度低下はないことが判明した。ま
た、上述の電解質G、H、I、J、Kの高温保存信頼性
の評価として、110℃の窒素雰囲気中に無封止状態で
保存したときのイオン伝導度の経時変化を測定した。そ
の結果を図8に示した。この測定には、厚さ0.5m
m、直径13mmに整形した高分子電解質シートを用
い、イオン伝導度は30℃で測定した。図8からわかる
ように、高温に無封止状態で保存するという極めて過酷
な条件であるにも関わらず、110℃保存で500時間
を経た後でも初期値の50%以上のイオン伝導度を有し
ていることが判明した。Next, the ionic conductivity of the electrolyte was measured by a known complex impedance method. The result is shown in FIG. FIG. 7 is an Arrhenius plot of the conductivity in which the vertical axis is the logarithm of the ion conductivity and the horizontal axis is the reciprocal of the absolute temperature. As shown in FIG. 7, according to the present invention, samples G, H, I, J, and K in which the composition ratio of the electrolyte salt is 50 mol% or more.
It has been found that has a sufficiently high conductivity for practical use and does not have a particularly large decrease in conductivity in a required temperature range. Further, as an evaluation of the high-temperature storage reliability of the above-mentioned electrolytes G, H, I, J, and K, a change with time in ionic conductivity when stored in a nitrogen atmosphere at 110 ° C. in an unsealed state was measured. The result is shown in FIG. For this measurement, a thickness of 0.5 m
The ionic conductivity was measured at 30 ° C. using a polymer electrolyte sheet shaped to m and 13 mm in diameter. As can be seen from FIG. 8, despite the extremely harsh condition of storing at a high temperature in an unsealed state, even after 500 hours of storage at 110 ° C., it has an ion conductivity of 50% or more of the initial value. Turned out to be.
【0037】[実施例3]実施例1では、アクリル酸ヒ
ドロキシエチル及びマレイン酸水素トリエチルモノメチ
ルアンモニウムを用い、重合反応の開始剤としてベンジ
ルジメチルケタールを添加し、30mW/cm2の強度
で1Jの紫外線光照射を行うことにより反応を行った。
本実施例では、反応条件を変え、得られる骨格構造の分
子量を変えたときのイオン伝導度と高温保存特性につい
て記載する。なお、本実施例では重合反応の開始剤であ
るベンジルジメチルケタールの添加量及び紫外線の照射
強度を変えた以外の作成工程は実施例1と同一とした。
また、高温保存特性についても、実施例1と同様に11
0℃無封止状態で500時間を経た後の伝導度を評価し
た。その結果を表5に記載した。Example 3 In Example 1, hydroxyethyl acrylate and triethylmonomethylammonium hydrogen maleate were used, benzyldimethyl ketal was added as a polymerization initiator, and 1 J ultraviolet light at an intensity of 30 mW / cm 2 was used. The reaction was performed by light irradiation.
In this example, ionic conductivity and high-temperature storage characteristics when the reaction conditions are changed and the molecular weight of the obtained skeleton structure is changed will be described. In this example, the preparation steps were the same as in Example 1 except that the amount of benzyl dimethyl ketal, which was the initiator of the polymerization reaction, and the irradiation intensity of ultraviolet rays were changed.
Further, the high-temperature storage characteristics were 11
The conductivity after 500 hours without sealing at 0 ° C. was evaluated. The results are shown in Table 5.
【0038】[0038]
【表5】 [Table 5]
【0039】表5からわかるように、紫外線の照射量及
び重合反応の開始剤濃度が低く、得られる共重合体の平
均分子量が小さいものは、保存信頼性は低いものの初期
伝導度は高い。また、逆に共重合体の平均分子量の大き
いものは、初期伝導度は小さいものの保存信頼性は高い
ことことが判明した。これにより、実用上優れた特性を
有するものは、平均分子量が1000以上100万以下
のものであることが判明した。As can be seen from Table 5, those having a low irradiation amount of ultraviolet rays and a low polymerization initiator concentration and having a small average molecular weight of the obtained copolymer have low storage reliability but high initial conductivity. Conversely, it was found that those having a large average molecular weight of the copolymer had low initial conductivity but high storage reliability. As a result, it was found that those having practically excellent characteristics had an average molecular weight of 1,000 to 1,000,000.
【0040】[実施例4]炭酸ビニレンと、マレイン酸
塩により構成したイオン伝導性高分子電解質のイオン伝
導度および高温保存信頼性について説明する。まず、炭
酸ビニレン10gに、表6に示したマレイン酸塩を溶解
した溶液を作成する。次にこの溶液に、重合反応の開始
剤としてベンジルジメチルケタールを10mg加え、充
分攪拌溶解する。これをステンレス鋼製のバットに0.
5mmの厚さに流延し、空気中において高圧水銀ランプ
により5Jの光照射を行った後、100℃で1時間加熱
することによりイオン伝導性高分子電解質シートを得
た。Example 4 The ionic conductivity and high-temperature storage reliability of an ionic conductive polymer electrolyte composed of vinylene carbonate and maleate will be described. First, a solution in which maleate shown in Table 6 was dissolved in 10 g of vinylene carbonate was prepared. Next, 10 mg of benzyldimethyl ketal as an initiator of the polymerization reaction is added to this solution, and the mixture is sufficiently stirred and dissolved. Put this in a stainless steel vat.
The film was cast to a thickness of 5 mm, irradiated with 5 J of light from a high-pressure mercury lamp in the air, and then heated at 100 ° C. for 1 hour to obtain an ion-conductive polymer electrolyte sheet.
【0041】以上の方法により作成した電解質のイオン
伝導度の温度特性を、公知の複素インピーダンス法によ
り測定した。その結果を図9に示した。また、この電解
質の高温保存信頼性の評価として、空気中110℃の雰
囲気において無封止状態で保存したときのイオン伝導度
の経時変化を測定した。その結果を図10に示した。こ
こに用いた評価用電解質は、厚さ0.5mm、直径13
mmの円盤に整形した高分子電解質シートで、イオン伝
導度の測定は30℃で行った。図9は、縦軸をイオン伝
導度の対数、横軸を絶対温度の逆数で示した伝導度のア
レニウスプロットである。図9から明らかなように、本
発明に従うと、室温で1×10-4S/cm以上、また−
10℃でも1×10-5S/cm以上のこれまでにない高
い伝導性を有する高分子電解質を構成することができ
る。また、図10から明らかなように、無封止状態にお
ける高温保存という極めて過酷な条件であるにも拘ら
ず、500時間を経た後でも初期値の20%以上のイオ
ン伝導度を有していることが判明した。The temperature characteristics of the ionic conductivity of the electrolyte prepared by the above method were measured by a known complex impedance method. The result is shown in FIG. In addition, as an evaluation of the high-temperature storage reliability of the electrolyte, a change with time in ionic conductivity when stored in an atmosphere of 110 ° C. in air without sealing was measured. The results are shown in FIG. The evaluation electrolyte used here has a thickness of 0.5 mm and a diameter of 13 mm.
The ion conductivity was measured at 30 ° C. using a polymer electrolyte sheet shaped into a mm disk. FIG. 9 is an Arrhenius plot of the conductivity in which the vertical axis is the logarithm of the ionic conductivity and the horizontal axis is the reciprocal of the absolute temperature. As apparent from FIG. 9, according to the present invention, at room temperature, 1 × 10 −4 S / cm or more, and −
Even at 10 ° C., a polymer electrolyte having an unprecedented high conductivity of 1 × 10 −5 S / cm or more can be constituted. Further, as is clear from FIG. 10, despite the extremely severe condition of high-temperature storage in an unsealed state, it has an ion conductivity of 20% or more of the initial value even after 500 hours. It has been found.
【0042】[0042]
【表6】 [Table 6]
【0043】本実施例においては、重合反応の開始剤と
してベンジルジメチルケタールを加え、紫外線照射によ
り重合反応を行わせたが、加熱により重合反応を行わせ
ることもできる。例えば、重合反応の開始剤としてベン
ジルジメチルケタールの代わりにα,α’ーアゾビスイ
ソブチロニトリルを10mgを加え、窒素ガス雰囲気中
において50℃で20時間加熱することにより作成した
高分子電解質もイオン伝導性および高温保存特性におい
て同様の効果を得ることができた。In this example, benzyldimethyl ketal was added as a polymerization reaction initiator, and the polymerization reaction was carried out by irradiating ultraviolet rays. However, the polymerization reaction can be carried out by heating. For example, a polymer electrolyte prepared by adding 10 mg of α, α′-azobisisobutyronitrile instead of benzyldimethyl ketal as a polymerization reaction initiator and heating the mixture at 50 ° C. for 20 hours in a nitrogen gas atmosphere may be used. Similar effects were obtained in ionic conductivity and high-temperature storage characteristics.
【0044】[実施例5]イオン伝導性電解質を駆動用
電解質として作成したアルミ電解コンデンサの具体例に
ついて説明する。図11は、本発明の電解質を用いて構
成したアルミ電解コンデンサの一部を断面にした正面図
である。厚さ0.05mm、エッチング孔の直径約1か
ら5ミクロン、大きさ3cm×100cmのアルミニウ
ム箔で作られた電極に陽極用コネクタ1をスポット溶接
する。つぎに、これを90℃の温度に保たれたホウ酸/
ホウ砂水溶液(ホウ酸80g+ホウ砂8g/水1000
ml)に浸し、30Aの電流を15分間通電した後、6
00Vで電圧を5時間印加することにより化成し、陽極
箔2とした。さらに、厚さ0.05mm、エッチング孔
の直径約1から5ミクロン、大きさ3cm×100cm
のアルミニウム箔で作られた電極3に陰極用コネクタ4
をスポット溶接することにより、陰極を作成した。Embodiment 5 A specific example of an aluminum electrolytic capacitor prepared by using an ion conductive electrolyte as a driving electrolyte will be described. FIG. 11 is a front view showing a cross section of a part of an aluminum electrolytic capacitor formed by using the electrolyte of the present invention. The anode connector 1 is spot-welded to an electrode made of aluminum foil having a thickness of 0.05 mm, an etching hole diameter of about 1 to 5 μm, and a size of 3 cm × 100 cm. Next, boric acid kept at a temperature of 90 ° C /
Borax aqueous solution (boric acid 80 g + borax 8 g / water 1000
ml), and a current of 30 A is applied for 15 minutes.
Anode foil 2 was formed by applying a voltage of 00 V for 5 hours. Further, the thickness is 0.05 mm, the diameter of the etching hole is about 1 to 5 microns, and the size is 3 cm × 100 cm.
Electrode 3 made of aluminum foil
Was spot-welded to produce a cathode.
【0045】次に、高分子電解質の原液を作成する。ア
クリル酸ヒドロキシエチル10gに、マレイン酸N,N
−ジメチルモルホリニウム5gおよび水0.5gを溶解
した溶液を作成する。次にこの溶液に、重合反応の開始
剤としてベンジルジメチルケタールを100mg加え、
充分攪拌して溶解する。ひき続き、高分子電解質原液を
陽極箔2の両面にそれぞれ0.1mmの厚みに塗布した
後、空気中において高圧水銀ランプにより300mW/
cm2の照射強度で20秒間光照射を行うことにより、
イオン伝導性高分子電解質層5を形成した。次に、負極
用アルミ電極3を前記陽極の一方の面の電解質5の表面
に圧着した。最後に、これをロール状に巻き取ることに
より、イオン伝導性高分子電解質を用いたアルミ電解コ
ンデンサaを作成した。次に、比較例として、1,6ー
デカンジカルボン酸アンモニウム20gをエチレングリ
コール80gに溶かした公知の電解質を用い、コンデン
サaと同じく無封止のアルミ電解コンデンサbを作成し
た。作成方法は、アルミ電解コンデンサaで使用したも
のと同一の陽極箔および陰極箔を用い、これとクラフト
紙よりなる密度0.7g/cm3、厚さ50μm、大き
さ3cm×4cmのセパレータ とともにロール状に巻
いた後、室温において5Torrの圧力で1分間、電解
液を減圧含侵することにより行った。エージング工程
は、素子aは80℃で400Vを2時間、素子bは室温
で400Vを24時間それぞれ印加することにより行っ
た。Next, a stock solution of a polymer electrolyte is prepared. N, N maleic acid to 10 g of hydroxyethyl acrylate
Make a solution of 5 g of dimethylmorpholinium and 0.5 g of water. Next, 100 mg of benzyldimethyl ketal was added to this solution as a polymerization initiator,
Dissolve with sufficient stirring. Subsequently, the undiluted polymer electrolyte solution was applied to both sides of the anode foil 2 to a thickness of 0.1 mm, respectively, and then 300 mW / air in air by a high-pressure mercury lamp.
By performing light irradiation for 20 seconds at an irradiation intensity of cm 2 ,
An ion conductive polymer electrolyte layer 5 was formed. Next, the negative electrode aluminum electrode 3 was pressed on the surface of the electrolyte 5 on one side of the anode. Finally, this was wound into a roll, thereby producing an aluminum electrolytic capacitor a using an ion-conductive polymer electrolyte. Next, as a comparative example, an unsealed aluminum electrolytic capacitor b was prepared in the same manner as the capacitor a using a known electrolyte obtained by dissolving 20 g of ammonium 1,6-decanedicarboxylate in 80 g of ethylene glycol. The production method is the same as that used for the aluminum electrolytic capacitor a, using the same anode foil and cathode foil, and a roll of kraft paper with a separator having a density of 0.7 g / cm 3 , a thickness of 50 μm, and a size of 3 cm × 4 cm. After that, the electrolyte solution was impregnated under reduced pressure at room temperature under a pressure of 5 Torr for 1 minute. The aging step was performed by applying 400 V at 80 ° C. for 2 hours to the element a, and applying 400 V to the element b at room temperature for 24 hours.
【0046】以上の方法で作成した実施例のアルミ電解
コンデンサaおよび比較例のコンデンサbについて、高
温保存時の電解質の安定性を評価する加速試験として、
無封止状態の105℃保存における静電容量およびta
nδの経時変化の測定を行い、その結果をそれぞれ図1
2および図13に示した。測定は、30℃、120Hz
で行った。図12および図13から明らかなように、従
来より使用されているエチレングリコールを溶媒に使用
した電解質を用いた比較例のコンデンサbは、高温保存
により早期に特性が劣化するのに較べ、本発明の電解質
により構成したコンデンサaは、充分な信頼性を有する
ことがわかる。For the aluminum electrolytic capacitor a of the example and the capacitor b of the comparative example prepared by the above method, as an accelerated test for evaluating the stability of the electrolyte during high-temperature storage,
Capacitance and ta in unsealed storage at 105 ° C
The change over time of nδ was measured, and the results were shown in FIG.
2 and FIG. Measurement is 30 ° C, 120Hz
I went in. As is clear from FIGS. 12 and 13, the capacitor b of the comparative example using the conventionally used electrolyte using ethylene glycol as a solvent deteriorates the characteristics early due to high-temperature storage. It can be seen that the capacitor "a" made of the above electrolyte has sufficient reliability.
【0047】[実施例6]実施例5で作成した電解質
は、3.2重量%の水分を含有している。本実施例で
は、電解質の含有水分量を様々に変えた際のコンデンサ
耐電圧およびtanδの高温保存後の劣化の評価を行
い、実用上効果的な水分量を検討した。本実施例の素子
の構成および材料は、実施例5で用いたものと同一であ
る。耐電圧の評価は、30mAの定電流通電を行ったと
きの火花発生電圧を測定することにより行った。エージ
ング処理は、それぞれの素子の火花発生電圧を80℃で
2時間印加することにより行った。高温保存試験は、実
施例4と同じく、無封止状態で105℃の空気中に10
0時間保存することにより行った。その結果を表7に示
した。表7から明らかなように、水分を添加しない電解
質(実測値で0.3重量%含有)に比べ、水分添加を施
した電解質は耐電圧、tanδともに大幅な良化を得る
ことができた。しかし、水分添加量が10重量%を越え
ると、耐電圧は低下する傾向にあった。この結果から、
本発明の電解質をアルミ電解コンデンサに適用すると
き、電解質に10重量%を越えない範囲の水分を添加す
ることにより、耐電圧並びにtanδが良化される。本
実施例においては、電解質塩としてマレイン酸N,N−
ジメチルモルホリニウムを用いたが、これ以外に実施例
1で示したマレイン酸塩を用いても添加する水分の量は
上述の重量範囲が適することが確認された。Example 6 The electrolyte prepared in Example 5 contains 3.2% by weight of water. In this example, deterioration of the capacitor withstand voltage and tan δ after high-temperature storage when the water content of the electrolyte was variously changed were evaluated, and a practically effective water content was examined. The structure and material of the device of this embodiment are the same as those used in the fifth embodiment. The withstand voltage was evaluated by measuring the spark generation voltage when a constant current of 30 mA was applied. The aging treatment was performed by applying a spark generation voltage of each element at 80 ° C. for 2 hours. The high-temperature preservation test was performed in the same manner as in Example 4 in an unsealed state at 105 ° C.
Performed by storing for 0 hours. Table 7 shows the results. As is evident from Table 7, the electrolyte to which water was added was able to obtain significantly improved withstand voltage and tan δ as compared with the electrolyte to which water was not added (containing 0.3% by weight as measured). However, when the amount of water added exceeds 10% by weight, the withstand voltage tends to decrease. from this result,
When the electrolyte of the present invention is applied to an aluminum electrolytic capacitor, the withstand voltage and tan δ are improved by adding water in a range not exceeding 10% by weight to the electrolyte. In this embodiment, maleic acid N, N-
Although dimethylmorpholinium was used, it was confirmed that, even when the maleate shown in Example 1 was used, the amount of water to be added was within the above-mentioned weight range.
【0048】[0048]
【表7】 [Table 7]
【0049】[実施例7]実施例5では、アクリル酸ヒ
ドロキシエチルとマレイン酸塩により構成した高分子電
解質をコンデンサ駆動用として用いたが、本実施例では
炭酸ビニレンと様々のカルボン酸塩またはジカルボン酸
塩により構成した高分子電解質を駆動用として用いたコ
ンデンサの例を示す。本実施例の高分子電解質の構成
は、炭酸ビニレンを10g用い、表8および表9に記載
した塩を所定量用いた。これ以外の構成および材料は、
実施例5で用いたものと同じである。耐電圧の評価は、
30mAの定電流通電を行ったときの火花発生電圧を測
定することにより行った。エージング処理は、それぞれ
の素子の火花発生電圧を80℃で2時間印加することに
より行った。高温保存試験は、実施例4と同じく、無封
止状態で105℃の空気中に100時間保存することに
より行い、保存前後のtanδの増加率を表8および表
9に示した。表8および表9から明らかなように、本実
施例で示した高分子電解質により構成したアルミ電解コ
ンデンサは、いずれも優れた信頼性を有することが確認
された。なお、本実施例では高分子電解質中に残存する
水分量はいずれも1重量%以下とした。Embodiment 7 In Embodiment 5, a polymer electrolyte composed of hydroxyethyl acrylate and maleate was used for driving a capacitor. In this embodiment, vinylene carbonate and various carboxylates or dicarboxylates were used. An example of a capacitor using a polymer electrolyte composed of an acid salt for driving is shown. In the configuration of the polymer electrolyte of this example, 10 g of vinylene carbonate was used, and predetermined amounts of the salts shown in Tables 8 and 9 were used. Other configurations and materials
This is the same as that used in the fifth embodiment. Evaluation of withstand voltage
The measurement was performed by measuring the spark generation voltage when a constant current of 30 mA was applied. The aging treatment was performed by applying a spark generation voltage of each element at 80 ° C. for 2 hours. The high-temperature preservation test was performed by storing in an unsealed state at 105 ° C. for 100 hours in the same manner as in Example 4. Table 8 and Table 9 show the increase rate of tan δ before and after storage. As is clear from Tables 8 and 9, it was confirmed that each of the aluminum electrolytic capacitors composed of the polymer electrolyte shown in this example had excellent reliability. In this example, the amount of water remaining in the polymer electrolyte was 1% by weight or less.
【0050】[0050]
【表8】 [Table 8]
【0051】[0051]
【表9】 [Table 9]
【0052】[実施例8]本実施例以下では、イオン伝
導性高分子電解質を電気二重層コンデンサに適用した例
を説明する。図14は、本実施例の電気二重層コンデン
サの代表的な構成を示す。図中11は、活性炭およびイ
オン伝導性高分子電解質よりなる電極、12は前記イオ
ン伝導性高分子電解質と同一の材料により構成される電
解質層、13は金属箔よりなる集電電極である。集電電
極の金属材料には、アルミニウム、ステンレス鋼などを
用いることができる。しかし、特にこれらの材料に限定
するものではない。14はシール材で、一般にアルミニ
ウムなどの金属箔の内面にポリプロピレンなどの電気絶
縁性フィルムを熱圧着したものを用いる。電解質層12
は、ポリプロピレン等の電気絶縁性材料により作られた
多孔性フィルムを担持体として形成することにより、機
械的強度および耐ショート性を向上することができる。[Embodiment 8] In the following, an example in which an ion-conductive polymer electrolyte is applied to an electric double layer capacitor will be described. FIG. 14 shows a typical configuration of the electric double layer capacitor of the present embodiment. In the figure, 11 is an electrode made of activated carbon and an ion conductive polymer electrolyte, 12 is an electrolyte layer made of the same material as the ion conductive polymer electrolyte, and 13 is a current collecting electrode made of a metal foil. Aluminum, stainless steel, or the like can be used as the metal material of the current collecting electrode. However, it is not particularly limited to these materials. Reference numeral 14 denotes a sealing material which is generally obtained by thermocompression bonding an electrically insulating film such as polypropylene on the inner surface of a metal foil such as aluminum. Electrolyte layer 12
By forming a porous film made of an electrically insulating material such as polypropylene as a carrier, mechanical strength and short-circuit resistance can be improved.
【0053】まず、本実施例のイオン伝導性高分子電解
質、およびこれと活性炭からなる分極性電極の作製方法
について説明する。アクリル酸ヒドロキシエチル10g
(0.086モル)とマレイン酸水素トリエチルモノメ
チルアンモニウム20g(0.087モル)を攪拌混合
し、これをステンレス鋼製のバットに0.5mmの厚さ
に流延する。また、平均粒径2μm、比表面積2500
m2/g、マイクロポアーの平均直径20オングストロ
ームの活性炭10g、アクリル酸ヒドロキシエチル10
g、マレイン酸水素トリエチルモノメチルアンモニウム
20g、およびメチルエチルケトン35gをアルミナ製
ボールミルに入れ、24時間攪拌して粉砕する。次に、
これをステンレス鋼製のバットに20cm×80cmの
大きさに流延する。以上2種類の原液を窒素雰囲気中
で、電子線を照射することによりそれぞれ電解質シート
および電極シートを得た。なお、電極シートについて
は、電子線照射後、10mmHgの減圧下において11
0℃で1時間保存することによりシート中に存在するメ
チルエチルケトンを除去した。電子線の照射条件は、加
速電圧は共に750keV、照射線量はそれぞれ3Mr
adおよび8Mradとした。First, a method for producing the ion-conductive polymer electrolyte of this embodiment and a polarizable electrode comprising the same and activated carbon will be described. Hydroxyethyl acrylate 10g
(0.086 mol) and 20 g (0.087 mol) of triethylmonomethylammonium hydrogen maleate are stirred and mixed, and cast into a stainless steel vat to a thickness of 0.5 mm. Further, the average particle diameter is 2 μm, the specific surface area is 2500.
m 2 / g, 10 g of activated carbon having an average micropore diameter of 20 Å, 10 g of hydroxyethyl acrylate
g, triethylmonomethylammonium hydrogen maleate 20 g, and methyl ethyl ketone 35 g are placed in an alumina ball mill and stirred for 24 hours to be pulverized. next,
This is cast into a stainless steel bat to a size of 20 cm × 80 cm. The above two kinds of stock solutions were irradiated with an electron beam in a nitrogen atmosphere to obtain an electrolyte sheet and an electrode sheet, respectively. In addition, about the electrode sheet, after irradiation with an electron beam, 11 mm
By storing at 0 ° C. for 1 hour, methyl ethyl ketone present in the sheet was removed. The irradiation conditions of the electron beam were 750 keV for the accelerating voltage and 3 Mr for each of the irradiation doses.
ad and 8Mrad.
【0054】このようにして作成した電極シートから2
0cm×10cmの大きさの2枚の電極を切取り、また
電解質シートから21cm×11cmの大きさの電解質
層を切取る。この電解質層の両面にそれぞれ前記の電極
を圧着する。さらに、厚さ50μmのアルミニウム箔を
前記電極の裏面側に圧着した後、厚さ0.1mmのポリ
プロピレンをアルミニウム箔の内面にシールした封止用
シール材で全体を封止することにより、本実施例の電気
二重層コンデンサを作成した。封止方法は、シール材の
端面を170℃の温度で5秒間加圧することにより行っ
た。以上のようにして作製したコンデンサについて、2
0℃において10mAの定電流で0から2.5Vの充放
電試験を行った。試験開始後100サイクル目の充放電
曲線を図15に示した。この試験から活性炭1g当たり
の放電容量は38Fと算出された。計算式を数1に示
す。From the electrode sheet thus prepared, 2
Two electrodes having a size of 0 cm × 10 cm are cut out, and an electrolyte layer having a size of 21 cm × 11 cm is cut out of the electrolyte sheet. The above-mentioned electrodes are pressed on both surfaces of the electrolyte layer. Further, a 50-μm-thick aluminum foil was pressed against the back side of the electrode, and the whole was sealed with a sealing material for sealing a 0.1-mm-thick polypropylene on the inner surface of the aluminum foil. An example electric double layer capacitor was made. The sealing method was performed by pressing the end surface of the sealing material at a temperature of 170 ° C. for 5 seconds. For the capacitor manufactured as described above,
A charge / discharge test of 0 to 2.5 V was performed at 0 ° C. at a constant current of 10 mA. FIG. 15 shows a charge / discharge curve at the 100th cycle after the start of the test. From this test, the discharge capacity per g of activated carbon was calculated to be 38F. Equation 1 shows the calculation formula.
【0055】[0055]
【数1】 (Equation 1)
【0056】次に、上記充放電試験を85℃の空気中で
行い、放電容量のサイクル変化を測定した。充放電電流
は10mAとした。その結果を図16に示した。図16
において、横軸はサイクル数、縦軸は放電容量を示し
た。図16から明らかなように、実施例の素子は、50
00サイクルに渡る試験で大きい劣化を起こさないこと
が判明した。本実施例においては、電子線の照射により
重合反応を行わせたが、加熱により重合反応を行わせる
こともできる。例えば、重合開始剤としてα,α’−ア
ゾビスイソブチロニトリルを30mg加え、窒素ガス雰
囲気中において80℃で20時間加熱することにより硬
化させた高分子電解質シートおよび電極シートを用いて
構成したコンデンサも、静電容量およびサイクル試験に
おいて同様の特性を示した。Next, the above-mentioned charge / discharge test was performed in air at 85 ° C., and the cycle change of the discharge capacity was measured. The charge / discharge current was 10 mA. FIG. 16 shows the result. FIG.
In the graph, the horizontal axis represents the number of cycles, and the vertical axis represents the discharge capacity. As is clear from FIG.
Tests over 00 cycles have shown that no significant degradation occurs. In this embodiment, the polymerization reaction is performed by irradiation with an electron beam, but the polymerization reaction can be performed by heating. For example, 30 mg of α, α′-azobisisobutyronitrile was added as a polymerization initiator, and the polymer electrolyte sheet and the electrode sheet were cured by heating at 80 ° C. for 20 hours in a nitrogen gas atmosphere. The capacitor also showed similar characteristics in the capacitance and cycle tests.
【0057】[実施例9]まず、本実施例のイオン伝導
性高分子電解質、およびこれと活性炭からなる分極性電
極の作製方法について説明する。炭酸ビニレン10g
(0.12モル)とマレイン酸水素トリメチルモノエチ
ルアンモニウム20g(0.098モル)を攪拌混合
し、これをステンレス鋼製のバットに0.5mmの厚さ
に流延する。また、平均粒径2μm、比表面積2500
m2/g、マイクロポアーの平均直径20オングストロ
ームの活性炭10g、炭酸ビニレン10g、マレイン酸
トリメチルモノエチルアンモニウム20g、およびメチ
ルエチルケトン35gをアルミナ製ボールミルに入れ、
24時間攪拌粉砕し、これをステンレス鋼製のバットに
20cm×80cmの大きさに流延する。以上2種類の
原液を窒素雰囲気中で、電子線を照射することによりそ
れぞれ電解質シートおよび電極シートを得た。なお、電
極シートについては、電子線照射後、10mmHgの減
圧下において110℃で1時間保存することによりシー
ト中に存在するメチルエチルケトンを除去した。電子線
の照射条件は、加速電圧は共に750keV、照射線量
はそれぞれ3Mradおよび8Mradとした。[Embodiment 9] First, a method of manufacturing an ion-conductive polymer electrolyte of this embodiment and a polarizable electrode comprising the same and activated carbon will be described. 10 g of vinylene carbonate
(0.12 mol) and 20 g (0.098 mol) of trimethylmonoethylammonium hydrogen maleate are stirred and mixed, and cast into a stainless steel vat to a thickness of 0.5 mm. Further, the average particle diameter is 2 μm, the specific surface area is 2500.
m 2 / g, 10 g of activated carbon having a micropore average diameter of 20 Å, 10 g of vinylene carbonate, 20 g of trimethyl monoethyl ammonium maleate, and 35 g of methyl ethyl ketone were placed in an alumina ball mill,
The mixture is stirred and pulverized for 24 hours, and cast into a stainless steel vat to a size of 20 cm × 80 cm. The above two kinds of stock solutions were irradiated with an electron beam in a nitrogen atmosphere to obtain an electrolyte sheet and an electrode sheet, respectively. After the electron beam irradiation, the electrode sheet was stored at 110 ° C. for 1 hour under a reduced pressure of 10 mmHg to remove methyl ethyl ketone present in the sheet. The irradiation conditions of the electron beam were such that the acceleration voltage was 750 keV and the irradiation dose was 3 Mrad and 8 Mrad, respectively.
【0058】このようにして作成した電極シートから2
0cm×10cmの大きさの2枚の電極を切取り、また
電解質シートから21cm×11cmの大きさの電解質
層を切取る。この電解質層の両面にそれぞれ前記の電極
を圧着する。さらに、厚さ50μmのアルミニウム箔を
前記電極の裏面側に圧着した後、厚さ0.1mmのポリ
プロピレンをアルミニウム箔の内面にシールした封止用
シール材で全体を封止することにより、本実施例の電気
二重層コンデンサを作成した。封止方法は、シール材の
端面を170℃の温度で5秒間加圧することにより行っ
た。以上のようにして作製したコンデンサについて、2
0℃において10mAの定電流で0から2.5Vの充放
電試験を行った。試験開始後100サイクル目の充放電
曲線を図17に示した。この試験から活性炭1g当たり
の放電容量は40Fと算出された。次に、上記充放電試
験を85℃の空気中で行い、放電容量のサイクル変化を
測定した。充放電電流は10mAとした。その結果を図
18に示した。図18より実施例の素子は、5000サ
イクルに渡る試験で大きい劣化を起こさないことが判明
した。本実施例においては、電子線の照射により重合反
応を行わせたが、加熱により重合反応を行わせることも
できる。例えば、重合開始剤としてα,α’−アゾビス
イソブチロニトリルを30mg加え、窒素ガス雰囲気中
において80℃で20時間加熱することにより硬化させ
た高分子電解質シートおよび電極シートを用いて構成し
たコンデンサも、静電容量およびサイクル試験において
同様の特性を示した。From the electrode sheet thus prepared, 2
Two electrodes having a size of 0 cm × 10 cm are cut out, and an electrolyte layer having a size of 21 cm × 11 cm is cut out of the electrolyte sheet. The above-mentioned electrodes are pressed on both surfaces of the electrolyte layer. Further, a 50-μm-thick aluminum foil was pressed against the back side of the electrode, and the whole was sealed with a sealing material for sealing a 0.1-mm-thick polypropylene on the inner surface of the aluminum foil. An example electric double layer capacitor was made. The sealing method was performed by pressing the end surface of the sealing material at a temperature of 170 ° C. for 5 seconds. For the capacitor manufactured as described above,
A charge / discharge test of 0 to 2.5 V was performed at 0 ° C. at a constant current of 10 mA. The charge / discharge curve at the 100th cycle after the start of the test is shown in FIG. From this test, the discharge capacity per 1 g of activated carbon was calculated to be 40F. Next, the charge / discharge test was performed in air at 85 ° C., and the cycle change of the discharge capacity was measured. The charge / discharge current was 10 mA. FIG. 18 shows the result. From FIG. 18, it was found that the element of the example did not cause significant deterioration in a test over 5000 cycles. In this embodiment, the polymerization reaction is performed by irradiation with an electron beam, but the polymerization reaction can be performed by heating. For example, 30 mg of α, α′-azobisisobutyronitrile was added as a polymerization initiator, and the polymer electrolyte sheet and the electrode sheet were cured by heating at 80 ° C. for 20 hours in a nitrogen gas atmosphere. The capacitor also showed similar characteristics in the capacitance and cycle tests.
【0059】[実施例10]実施例8に示した高分子電
解質においてはポリマー原料であるアクリル酸ヒドロキ
シエチル1モルに対しマレイン酸塩を1モル、また実施
例9では炭酸ビニレン1モルに対し0.82モルのマレ
イン酸塩を用いた。本実施例では、使用するポリマー原
料およびマレイン酸塩の種類と混合比を変えて電解質を
作製してコンデンサを構成し、前記実施例と同様に10
0サイクル目の放電容量を評価した。高分子電解質の組
成以外は全て実施例1および2と同一の構成とした。そ
の結果を表10に示した。Example 10 In the polymer electrolyte shown in Example 8, 1 mole of maleate was added to 1 mole of hydroxyethyl acrylate as a polymer raw material, and in Example 9, 0 mole was added to 1 mole of vinylene carbonate. 0.82 mole of maleate was used. In this embodiment, a capacitor is formed by preparing an electrolyte by changing the types and mixing ratios of the polymer raw materials and maleate used, and a capacitor is formed in the same manner as in the previous embodiment.
The discharge capacity at the 0th cycle was evaluated. Except for the composition of the polymer electrolyte, all configurations were the same as those in Examples 1 and 2. Table 10 shows the results.
【0060】[0060]
【表10】 [Table 10]
【0061】表10において、略記号は以下の化合物を
表す。 AHE:アクリル酸ヒドロキシエチル、 TV:炭酸ビニレン、 Ma3E1M:マレイン酸水素トリエチルモノメチルア
ンモニウム、 Ma3M1E:マレイン酸水素トリメチルモノエチルア
ンモニウム、 Ma4E:マレイン酸水素テトラエチルアンモニウム、 MaA:マレイン酸水素アンモニウム。 表1から、高分子電解質の構成ではポリマー原料1モル
に対し、マレイン酸塩が0.5モル以上のものを用いた
場合に、充分な容量を得ることができることがわかる。In Table 10, abbreviations represent the following compounds. AHE: hydroxyethyl acrylate, TV: vinylene carbonate, Ma3E1M: triethylmonomethylammonium hydrogen maleate, Ma3M1E: trimethylmonoethylammonium hydrogen maleate, Ma4E: tetraethylammonium hydrogen maleate, MaA: ammonium hydrogen maleate. Table 1 shows that a sufficient capacity can be obtained when the maleic acid salt is used in an amount of 0.5 mol or more per 1 mol of the polymer raw material in the constitution of the polymer electrolyte.
【0062】[0062]
【発明の効果】本発明のイオン伝導性高分子電解質は、
充分なイオン伝導度を有し、かつ物理的、化学的にも極
めて高い安定性を有し、これを駆動用として構成したア
ルミ電解コンデンサは、液体状の電解液を用いたものと
同等の電気特性を有すると共に、従来の電解液では実現
できなかった極めて高い信頼性を有する。本発明に従う
と、液成分を全く含まず、特に長期信頼性を有する電気
二重層コンデンサを得ることができる。The ion-conductive polymer electrolyte of the present invention comprises:
An aluminum electrolytic capacitor that has sufficient ionic conductivity and extremely high physical and chemical stability, and that is used for driving, has the same electrical conductivity as that using a liquid electrolyte. In addition to having characteristics, it has extremely high reliability that could not be realized with a conventional electrolytic solution. According to the present invention, it is possible to obtain an electric double-layer capacitor containing no liquid component and having particularly long-term reliability.
【図1】本発明の実施例1におけるイオン伝導性高分子
電解質のイオン伝導度の温度特性を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing temperature characteristics of ionic conductivity of an ion-conductive polymer electrolyte in Example 1 of the present invention.
【図2】実施例1におけるイオン伝導性高分子電解質の
イオン伝導度の高温保存特性を示す図である。FIG. 2 is a graph showing the high-temperature storage characteristics of the ionic conductivity of the ion-conductive polymer electrolyte in Example 1.
【図3】本発明の実施例に用いたモノマーのアクリル酸
ヒドロキシエチルのNMRスペクトルを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an NMR spectrum of hydroxyethyl acrylate as a monomer used in Examples of the present invention.
【図4】本発明の実施例に用いた電解質塩のマレイン酸
水素トリエチルモノメチルアンモニウムのNMRスペク
トルを示す図である。FIG. 4 is a view showing an NMR spectrum of an electrolyte salt of triethylmonomethylammonium hydrogen maleate used in an example of the present invention.
【図5】上記モノマーと電解質塩の反応により生成した
電解質をクロロホルムを溶剤とするソクスレー抽出法に
より分離した抽出分のNMRスペクルを示す図である。FIG. 5 is a view showing an NMR spectrum of an extract obtained by separating an electrolyte produced by a reaction between the above-mentioned monomer and an electrolyte salt by a Soxhlet extraction method using chloroform as a solvent.
【図6】上記モノマーと電解質塩の反応により生成した
電解質をクロロホルムを溶剤とするソクスレー抽出法に
より分離した抽出残固形分のNMRスペクルを示す図で
ある。FIG. 6 is a diagram showing an NMR spectrum of a solid remaining after extraction obtained by separating the electrolyte produced by the reaction between the monomer and an electrolyte salt by Soxhlet extraction using chloroform as a solvent.
【図7】実施例2の各種電解質のイオン伝導度を示す図
である。FIG. 7 is a diagram showing the ionic conductivity of various electrolytes of Example 2.
【図8】同じく各種電解質のイオン伝導度の経時変化を
示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a change over time in the ionic conductivity of various electrolytes.
【図9】実施例4におけるイオン伝導性高分子電解質の
イオン伝導度の温度特性を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing temperature characteristics of ionic conductivity of an ion-conductive polymer electrolyte in Example 4.
【図10】実施例4におけるイオン伝導性高分子電解質
のイオン伝導度の高温保存特性を示す図である。FIG. 10 is a graph showing the high-temperature storage characteristics of the ionic conductivity of the ion-conductive polymer electrolyte in Example 4.
【図11】実施例5におけるアルミ電解コンデンサの一
部を断面にした正面図である。FIG. 11 is a front view showing a part of an aluminum electrolytic capacitor in a cross section in Example 5;
【図12】実施例5におけるアルミ電解コンデンサの静
電容量の高温保存特性を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the high-temperature storage characteristics of the capacitance of the aluminum electrolytic capacitor in Example 5.
【図13】実施例5におけるアルミ電解コンデンサのt
anδの高温保存特性を示す図である。FIG. 13 shows t of the aluminum electrolytic capacitor in the fifth embodiment.
It is a figure which shows the high temperature storage characteristic of an (delta).
【図14】本発明の実施例における電気二重層コンデン
サの縦断面図である。FIG. 14 is a longitudinal sectional view of the electric double layer capacitor in the embodiment of the present invention.
【図15】実施例8の電気二重層コンデンサの充放電曲
線を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a charge / discharge curve of the electric double layer capacitor of Example 8.
【図16】実施例8の電気二重層コンデンサの放電容量
のサイクル特性を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing the cycle characteristics of the discharge capacity of the electric double layer capacitor of Example 8.
【図17】実施例9の電気二重層コンデンサの充放電曲
線を示す図である。FIG. 17 is a view showing a charge / discharge curve of the electric double layer capacitor of Example 9.
【図18】実施例9の電気二重層コンデンサの放電容量
のサイクル特性を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing the cycle characteristics of the discharge capacity of the electric double layer capacitor of Example 9.
1 陽極用コネクタ 2 陽極 3 陰極 4 陰極用コネクタ 5 電解質層 11 分極性電極 12 電解質層 13 集電電極 14 シール材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Anode connector 2 Anode 3 Cathode 4 Cathode connector 5 Electrolyte layer 11 Polarized electrode 12 Electrolyte layer 13 Collector electrode 14 Sealing material
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−37014(JP,A) 特開 昭54−115147(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01G 9/02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-4-37014 (JP, A) JP-A-54-115147 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01G 9/02
Claims (12)
リル酸ヒドロキシアルキルおよび炭酸ビニレンよりなる
群から選ばれる少なくとも1種のモノマーと、分子内に
重合可能な二重結合を有する第1の電解質塩との共重合
体からなることを特徴とするイオン伝導性高分子電解
質。1. A hydroxyalkyl acrylates, and at least one monomer selected from the group consisting of hydroxyalkyl methacrylate and vinylene carbonate, in the molecule
Ion-conductive polymer electrolyte which is characterized by comprising a copolymer of a first electrolyte salt having a polymerizable double bond.
ニウム塩、ジカルボン酸アンモニウム塩、ジカルボン酸
モルホリニウム塩、カルボン酸四級アンモニウム塩およ
びジカルボン酸四級アンモニウム塩よりなる群から選択
される請求項1記載のイオン伝導性高分子電解質。2. The method according to claim 1, wherein said first electrolyte salt is selected from the group consisting of ammonium carboxylate, ammonium dicarboxylate, morpholinium dicarboxylate, quaternary ammonium carboxylate and quaternary ammonium dicarboxylate. The ion-conductive polymer electrolyte according to the above.
はフマル酸塩であり、前記共重合体の共重合モル比(第
1の電解質塩/モノマー)が0.1以上であり、かつ前
記共重合体の平均分子量が1000以上100万以下で
ある請求項1記載のイオン伝導性高分子電解質。Wherein a first electrolyte salt maleate or fumarate, the copolymerization molar ratio of the copolymer (a
2. The ion-conductive polymer electrolyte according to claim 1, wherein ( 1 ) the electrolyte salt / monomer) is 0.1 or more, and the average molecular weight of the copolymer is 1,000 to 1,000,000.
ム、マレイン酸水素N,N−ジメチルモルホリニウム、
フマル酸水素四級アンモニウムおよびフマル酸水素N,
N−ジメチルモルホリニウムよりなる群から選ばれる少
なくとも1種の第2の電解質塩を含む請求項1〜3のい
ずれかに記載のイオン伝導性高分子電解質。 4. A further, Ma maleic acid hydrogen quaternary ammonium, hydrogen maleate N, N - dimethyl morpholinium,
Quaternary ammonium hydrogen fumarate and hydrogen fumarate N,
4. The method according to claim 1, further comprising at least one second electrolyte salt selected from the group consisting of N - dimethylmorpholinium.
An ion-conductive polymer electrolyte according to any of the above.
る請求項1〜4のいずれかに記載のイオン伝導性高分子
電解質。5. The ion conductive polymer electrolyte according to any one of claims 1-4 for the 10 wt% water in an amount not exceed.
リル酸ヒドロキシアルキルおよび炭酸ビニレンよりなる
群から選ばれる少なくとも1種のモノマーに分子内に重
合可能な二重結合を有する第1の電解質塩を溶解する工
程、前記で得られた溶液に活性光線を照射するか熱を与
えることにより前記溶液を硬化させる工程を有すること
を特徴とするイオン伝導性高分子電解質の製造方法。6. hydroxyalkyl acrylates, heavy in the molecule at least one monomer selected from the group consisting of hydroxyalkyl methacrylate and vinylene carbonate
Dissolving a first electrolyte salt having a compatible double bond, and irradiating the solution obtained above with actinic rays or applying heat to cure the solution. A method for producing a conductive polymer electrolyte.
ニウム塩、ジカルボン酸アンモニウム塩、ジカルボン酸
モルホリニウム塩、カルボン酸四級アンモニウム塩およ
びジカルボン酸四級アンモニウム塩よりなる群から選択
される請求項6記載のイオン伝導性高分子電解質の製造
方法。Wherein said first electrolyte salt ammonium carboxylate salt, claim is selected dicarboxylic acid ammonium salts, dicarboxylic acid morpholinium salt, carboxylic acid quaternary ammonium salt, and the group consisting of dicarboxylic acid quaternary ammonium salt 6 A method for producing the ion-conductive polymer electrolyte according to the above.
はフマル酸塩であり、前記共重合体の共重合モル比(第
1の電解質塩/モノマー)が0.1以上であり、かつ前
記共重合体の平均分子量が1000以上100万以下で
ある請求項6記載のイオン伝導性高分子電解質の製造方
法。 8. The method according to claim 1, wherein the first electrolyte salt is a maleate salt.
Is a fumarate, and the copolymerization molar ratio of the copolymer (the
1 electrolyte salt / monomer) is 0.1 or more and
The average molecular weight of the copolymer is 1000 or more and 1,000,000 or less
7. A method for producing an ion-conductive polymer electrolyte according to claim 6 .
ム、マレイン酸水素N,N−ジメチルモルホリニウム、
フマル酸水素四級アンモニウムおよびおよびフマル酸水
素N,N−ジメチルモルホリニウムよりなる群から選択
される第2の電解質塩を添加する工程を有する請求項6
〜8のいずれかに記載のイオン伝導性高分子電解質の製
造方法。9. A quaternary ammonium hydrogen maleate.
N, N-dimethylmorpholinium hydrogen maleate;
Quaternary ammonium hydrogen fumarate and aqueous fumaric acid
Selected from the group consisting of elemental N, N-dimethylmorpholinium
6. that having a step of adding a second electrolyte salts
9. The method for producing an ion-conductive polymer electrolyte according to any one of items 1 to 8 .
ミニウムからなる誘電体層を有する陽極、および前記両
電極間に介在する電解質を具備し、前記電解質が、請求
項1〜5のいずれかに記載のイオン伝導性高分子電解質
である電解コンデンサ。10. A negative electrode made of aluminum, an anode having a dielectric layer made of aluminum oxide, and includes an electrolyte interposed between both electrodes, the electrolyte, according to any of claims 1 to 5 ions An electrolytic capacitor that is a conductive polymer electrolyte.
電極、および前記両電極間に介在する電解質を具備し、
前記電解質が、請求項1〜5のいずれかに記載のイオン
伝導性高分子電解質である電気二重層コンデンサ。11. A pair of polarizable electrodes including at least activated carbon, and an electrolyte interposed between the two electrodes,
An electric double layer capacitor, wherein the electrolyte is the ion-conductive polymer electrolyte according to any one of claims 1 to 5 .
る重合体が、マレイン酸アンモニウム塩またはマレイン
酸四級アンモニウム塩と前記モノマーとの共重合体であ
り、マレイン酸アンモニウム塩またはマレイン酸四級ア
ンモニウム塩の共重合割合は前記モノマー1モルに対
し、0.5モル以上である請求項11記載の電気二重層
コンデンサ。12. The polymer in the ion conductive polymer electrolyte is a copolymer of an ammonium maleate salt or a quaternary ammonium maleate salt and the monomer, and the ammonium maleate salt or the quaternary ammonium maleate salt is used. The electric double layer capacitor according to claim 11 , wherein a copolymerization ratio of the monomer is 0.5 mol or more with respect to 1 mol of the monomer.
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