JPH0666231B2 - 電気二重層コンデンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はエネルギー・ストレージ用素子として用いられ
る電気二重層コンデンサに関するものである。

従来の技術 近年、電気二重層コンデンサは半導体メモリーの急速な
需要の伸びに伴い、瞬時停電時のメモリーのバック・ア
ップ用素子として注目されている。

以下図面を参照しながら、前述したような従来の電気二
重層コンデンサについて説明する。

第１図は、一般的な電気二重層コンデンサの概略を示す
ものである。第１図において、１は炭素繊維や活性炭繊
維からなる一対の分極性電極、２は導電電極である。３
は一対の分極性電極１間の絶縁を保ち、かつ電解液の保
持の役目を兼ねたセパレータである。この分極性電極１
と導電電極２とからなる電極間に、プロピレンカーボネ
ート、γ−ブチロラクトン、１，３−ジオキソランのう
ちから選択された１種もしくはそれ以上からなる有機溶
媒にテトラアルキルアンモニウム塩を溶解させた電解液
を含浸させ、セパレータ３を介在させて巻回又は積層し
ている。

以上のように構成された電気二重層コンデンサについ
て、以下その原理について説明する。

一般に、電極系を構成している電極と溶液の界面をミク
ロ的にみると、異なった性質をもった層が形成されてい
るといわれている。相異なる二相が接触すると、界面に
正負の電荷が極めて短い距離を隔てて相対して分布す
る。この界面近傍の電荷の分布した層を電気二重層と呼
んでいる。電気二重層コンデンサは、この電気二重層に
電圧を加え、電荷を蓄積させる構成にしたものである。

発明が解決しようとする問題点 ここで従来の電気二重層コンデンサに用いられるテトラ
アルキルアンモニウム塩の溶媒に対する溶解度はアルキ
ル基によって異なり、一般にメチル基＜エチル基＜プロ
ピル基＜ブチル基の順に溶解度は高くなる。しかし高級
アルキル基になるに従って、イオンの拡散係数が小さく
なるため電導度が低くなり電気二重層コンデンサの内部
インピーダンスや直流抵抗が高くなる。更にテトラアル
キルアンモニウム塩は合成や精製に手間を要するため高
価である。

本発明は上記欠点に鑑み、電導度を高くして電気特性が
優れた電気二重層コンデンサを提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記の目的を達成するために本発明の電気二重層コンデ
ンサは、それぞれの片面に導電極を形成した炭素繊維や
活性炭繊維からなる一対の分極性電極に、リチウムやカ
リウムの四弗化ホウ酸塩の電解質をプロピレンカーボネ
ートやγ−ブチロラクトンからなる有機溶媒に溶解し、
さらに溶解助剤として環状ポリエーテルを添加してなる
電解質を含浸させて構成したものである。

作用 一般に無機電解質の溶媒に対する溶解性は、溶媒の持つ
誘電率εに依存し、εが大きいほど無機電解質の溶解性
は大きくなる。しかし電気二重層コンデンサに用いられ
ている電解液の溶媒であるプロピレンカーボネート、γ
−ブチロラクトンのεはそれぞれ６４，３９であるが、
電気二重層コンデンサ用電解液に必要な１０ms／cm以上
の電導度をリチウム及びカリウムの四弗化ホウ酸塩で得
られることができない。

しかしながら、この電解液系にデカリルー１５−クラウ
ン−５（以下単に１５−クラウン−５という）、あるい
はブチルシクロヘキシル−１８−クラウン−６（以下単
に１８−クラウン−６という）などからなる環状ポリエ
ーテルを加えることにより、リチウム塩及びカリウム塩
の溶解量が増し、十分な電導度を得ることができる。こ
れは第１式に示すようにリチウムイオンやカリウムイオ
ンが環状ポリエーテル内にとりこまれ、更にこの環状ポ
リエーテルと有機溶剤の親和性が良いためにイオンが安
定に溶液中に存在することに起因している。

リチウム、カリウムはイオン半径がそれぞれ異なるた
め、各イオンをとりこめる環状ポリエーテルの構造は自
ずと異なり、リチウムイオンは１５−クラウン−５、カ
リウムイオンは１８−クラウン−６の添加により溶解度
が増す。このようにして得られた高電導電解液により電
気二重層コンデンサの電気特性を向上させることができ
る。

実施例 以下、具体的実施例により本発明を説明する。

〔実施例１〕 第１図に示すようにフェノール系活性炭繊維製の布（厚
さ0.5mm，比表面積2000m²／gr）からなる一対の分極性
電極１の表面に、厚さ５μｍのアルミニウム層をプラズ
マ溶射して導電電極２を形成する。この２層構造物を直
径２cmの円板状に打抜き型で抜き取り電極体を得る。こ
の電極体にプロピレンカーボネートにリチウムの四弗化
ホウ酸塩（LiBF₄）１０wt%を加え溶解し、更に１５−ク
ラウン−５、２wt%を加えた組成を含浸させた後、間に
セパレータ３を介在させて重ね合わせ、更にこれをステ
ンレスケース４内に収納するとともに、ケース４の開口
端にガスケット５を配置して、かしめにより封口を行
う。第１表に、この発明による電気二重層コンデンサに
用いた電解液の電導度及び一対の分極性電極１のインピ
ーダンスと直流抵抗を測定した結果を示す。

同じく第１表には、比較のために従来の電解液としてプ
ロピレンカーボネートにリチウムの四弗化ホウ酸塩１０
wt%を加え溶解したものとテトラエチルアンモニウムの
四弗化ホウ化酸塩１０wt%をプロピレンカーボネートに
溶解したものを含浸させた電気二重層コンデンサについ
ても同上の測定を行いその結果を示す。

〔実施例２〕 実施例１の電解液の部分を変更し、プロピレンカーボネ
ートにカリウムの四弗化ホウ酸塩（KBF₄）１０wt%と１
８−クラウン−６，２wt%を加え溶解してなる電解液と
した。

比較のための電解液はプロピレンカーボネートにカリウ
ムの四弗化ホウ酸塩１０wt%を加え溶解して成る電解液
とし、実施例１と同様の測定を行った。結果を第１表に
示す。

〔実施例３〕 実施例１の電解液の部分を変更し、γ−ブチロラクトン
にリチウムの四弗化ホウ酸塩１０wt%と１５−クラウン
−５，２wt%を加え溶解してなる電解液とした。

比較のための電解液はγ−ブチロラクトンにリチウムの
四弗化ホウ酸１０wt%を加え溶解したものと、テトラエ
チルアンモニウムの四弗化ホウ酸１０wt%をγ−ブチロ
ラクトン溶解したものを含浸した電気二重層コンデンサ
について、実施例１と同様の測定を行った。結果を第１
表に示す。

〔実施例４〕 実施例１の電解液の部分を変更し、γ−ブチロラクトン
にカリウムの四弗化ホウ酸塩１０wt%と１８−クラウン
６，２wt%を加え溶解してなる電解液とした。

比較のための電解液はγ−ブチロラクトンにカリウムの
四弗化ホウ酸１０wt%を加え溶解してなる電解液とし、
実施例１と同様の測定を行った。

結果を第１表に示す。

実施例１，２，３及び４の結果から判るように、無機の
電解質を用いた場合いずれの場合も各特性は本発明品の
方が従来品に比べ優れており、更にテトラエチルアンモ
ニウムの四弗化ホウ酸塩同等以上の特性を得た。

つまり環状ポリエーテルの添加により、リチウム及びカ
リウムの四弗化ホウ酸塩の溶解度が上がり、電解液の導
電度が高くなる。このため電気二重層コンデンサのイン
ピーダンスと直流抵抗が低下していることを示してい
る。

このように本実施例によれば、環状ポリーエーテルの添
加により電解液の電導度を上げ、その結果内部インピー
ダンス及び直流抵抗の各特性の向上を図ることができ
る。

発明の効果 以上のような本発明によれば、それぞれの片面に導電電
極を形成した炭素繊維や活性炭繊維からなる一対の分極
性電極に、リチウムやカリウムの四弗化ホウ酸塩の電解
質をプロピレンカーボネートやγ−ブチロラクトンから
なる有機溶媒に溶解し、さらに溶解助剤として環状ポリ
エーテルを添加してなる電解液を含浸させて構成したも
ので、溶解助剤としての環状ポリエーテルの添加によ、
リチウム塩やカリウム塩の溶解度を上げることができる
ため、電解液の導電度も高まり、さらに内部インピーダ
ンスや直流抵抗の電気特性も向上させることができるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における電気二重層コンデン
サの断面図、第２図は一般的な電気二重層コンデンサの
概略図である。 １……分極性電極、２……導電電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】それぞれの片面に導電電極を形成した炭素
   繊維や活性炭繊維からなる一対の分極性電極に、リチウ
   ムやカリウムの四弗化ホウ酸塩の電解質をプロピレンカ
   ーボネートやγ−ブチロラクトンからなる有機溶媒に溶
   解し、さらに溶解助剤として環状ポリエーテルを添加し
   てなる電解液を含浸させて構成したことを特徴とする電
   気二重層コンデンサ。