(57)【要約】【課題】  安全性が高く内部抵抗の低い電気二重層キャパシタを提供する。【解決手段】  セパレータ１２と、セパレータ１２を挟む１対の分極性電極１１と、セパレータ１２および分極性電極１１に含浸している電解液１３とを含み、電解液１３がテトラアルキルアンモニウムオキサラトボレートを含有することを特徴とする電気二重層キャパシタ。ここで、電解液中のテトラアルキルアンモニウムオキサラトボレートの含有量を０．８モル／リットル〜１．５モル／リットルとすることができる。また、テトラアルキルアンモニウムオキサラトボレートをテトラメチルアンモニウムオキサラトボレートまたはテトラエチルアンモニウムオキサラトボレートとすることができる。【選択図】        図１
2006173302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータと、前記セパレータを挟む１対の分極性電極と、前記セパレータおよび前記分極性電極に含浸している電解液とを含み、
前記電解液がテトラアルキルアンモニウムオキサラトボレートを含有することを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項２】
前記電解液中の前記テトラアルキルアンモニウムオキサラトボレートの含有量が、０．８モル／リットル〜１．５モル／リットルである請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項３】
前記テトラアルキルアンモニウムオキサラトボレートが、テトラメチルアンモニウムオキサラトボレートまたはテトラエチルアンモニウムオキサラトボレートである請求項１または請求項２に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項４】
前記セパレータおよび前記分極性電極の少なくともいずれかが多孔質材料で形成されている請求項１まから請求項３のいずれかに記載の電気二重層キャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気二重層キャパシタに関し、特に安全性が高く内部抵抗の低い電気二重層キャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタは、分極性電極となる多孔質の炭素材料に電解液を含浸させて、分極性電極と電解液との界面にできる電気二重層の静電容量を利用したキャパシタである。かかる電気二重層キャパシタは、定格電圧は数Ｖと低いが、ファラッドオーダの大きな静電容量が容易に得られることから、Ｄ−ＲＡＭなどの半導体素子のバックアップ用電源、モータの起動時のバックアップ用電源などとして利用されるようになっている。
【０００３】
ここで、従来の電気二重層キャパシタにおいては、電解液としてテトラエチルアンモニウムフルオロボレートなどの硼フッ化物を含有する有機溶液が用いられている（たとえば、特許文献１および特許文献２を参照）。しかし、上記の硼フッ化物は、大気中の水分と反応してフッ化水素（ＨＦ）を発生する性質を有するため、電気二重層キャパシタにおける電解液の封止が、機械的破断または電気化学的負荷によって破られた場合に、電気二重層キャパシタから漏れた電解液が大気中の水分と反応してフッ化水素を発生させる可能性があった。また、かかる電解液は、電気伝導率が比較的低く、電気二重層キャパシタの内部抵抗が大きくなるという問題があった。
【０００４】
したがって、従来の電気二重層キャパシタに比べて、安全性が高く内部抵抗の低い電気二重層キャパシタの開発が望まれていた。
【特許文献１】特開平１１−３０７４０４号公報
【特許文献２】特開２０００−１８２９０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、安全性が高く内部抵抗の低い電気二重層キャパシタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、セパレータと、セパレータを挟む１対の分極性電極と、セパレータおよび分極性電極に含浸している電解液とを含み、電解液がテトラアルキルアンモニウムオキサラトボレートを含有することを特徴とする電気二重層キャパシタである。
【０００７】
本発明にかかる電気二重層キャパシタにおいて、電解液中のテトラアルキルアンモニウムオキサラトボレートの含有量を０．８モル／リットル〜１．５モル／リットルとすることができる。また、テトラアルキルアンモニウムオキサラトボレートをテトラメチルアンモニウムオキサラトボレートまたはテトラエチルアンモニウムオキサラトボレートとすることができる。さらに、セパレータおよび分極性電極の少なくともいずれかを多孔質材料で形成することができる。
【発明の効果】
【０００８】
上記のように、本発明によれば、安全性が高く内部抵抗の低い電気二重層キャパシタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１を参照して、本発明にかかる電気二重層キャパシタ１０は、セパレータ１２と、セパレータ１２を挟む１対の分極性電極１１と、セパレータ１２および分極性電極１１に含浸している電解液１３とを含み、電解液１３がテトラアルキルアンモニウムオキサラトボレートを含有することを特徴とする。
【００１０】
より具体的には、図１を参照して、上記の電気二重層キャパシタ１０は、セパレータ１２の両面側に１対の分極性電極１１が配置され、セパレータ１２および分極性電極１１に、テトラアルキルアンモニウムオキサラトボレートを含有する電解液１３が含浸されている。さらに、上記セパレータ１２、分極性電極１１および電解液１３が、１対の集電極１４および封止材１５によって封止されている。
【００１１】
上記のテトラアルキルアンモニウムオキサラトボレートは、上記の硼フッ化物より化学的に安定な化合物であり、大気中の水分と反応せず、したがってフッ化水素を発生することがない。また、テトラアルキルアンモニウムオキサラトボレートを含有する電解液は、等モル濃度の硼フッ化物を含有する電解液よりも電気伝導率が高くなり、電気二重層キャパシタの内部抵抗を低減することができる。
【００１２】
ここで、テトラアルキルアンモニウムオキサラトボレートとは、以下の化学式（１）に示す化合物をいう。化学式（１）中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3およびＲ4は、同一または異なる炭素数を有するアルキル基を表わす。アルキル基の炭素数には、特に制限はないが、溶媒への溶解性を高める観点から、４以下であることが好ましく、２以下であることがより好ましい。たとえば、テトラアルキルアンモニウムオキサラトボレートは、テトラメチルアンモニウムオキサラトボレート、テトラメチルアンモニウムオキサラトボレートなどが特に好ましい。
【００１３】
【化１】
2006173302.tif 000003
【００１４】
上記電解液中のテトラアルキルアンモニウムオキサラトボレートの含有量は、特に制限はないが、０．８モル／リットル〜１．５モル／リットルであることが好ましい。テトラアルキルアンモニウムオキサラトボレートの含有量が、０．８モル／リットル未満であると、電解液の電気伝導率が低くなり、電気二重層キャパシタの内部抵抗が大きくなり、その実用性が低減する。テトラアルキルアンモニウムオキサラトボレートの含有量が、１．５モル／リットルを超えると、溶媒への溶解性が低下する。
【００１５】
上記電解液においてテトラアルキルアンモニウムオキサラトボレートを溶解させている溶媒は、特に制限はないが、テトラアルキルアンモニウムオキサラトボレートの溶解性および電気伝導率を高める観点から、カーボネート類、アルコール類、ニトリル類、アミド類およびエーテル類から選ばれる少なくともいずれかの有機溶媒が好ましい。ここで、カーボネート類としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネートなどが挙げられる。アルコール類としてはエタノール、メタノール、プロパノールなどが挙げられる。ニトリル類としては、アセトニトリルなどが挙げられる。アミド類としては、ジメチルホルムアミドなどが挙げられる。エーテル類としては、ジエチルエーテルなどが挙げられる。
【００１６】
上記分極性電極は、導電性を有するものであれば特に制限はないが、電気二重層キャパシタの静電容量を増大させる観点から、比表面積の大きい多孔質材料を用いることが好ましい。たとえば、多孔質材料である粒状活性炭または繊維状活性炭、導電性材料である導電性カーボンバインダーである高分子化合物を混合して好適な分極性電極を得ることができる。ここで、導電性カーボンとしては、カーボンブラック、ケッチェンブラックなどが挙げられる。また、バインダーとして用いる高分子化合物としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライドなどのフッ素系高分子が、電解液に対する耐久性が高い観点から、好ましく挙げられる。
【００１７】
上記セパレータは、電気化学的に安定で両分極性電極の電気的な短絡を防止できるものであれば特に制限はないが、イオン透過性および機械的強度が高い観点から、不織布または多孔質のポリプロピレンフィルム、ポリエチレンフィルムもしくはセルロースフィルムなどの多孔質材料が好適である。
【００１８】
さらに、上記集電極は、分極性電極と電気的に接続できるものであれば特に制限はないが、電解液に対する耐久性が高い観点から、アルミニウム箔、発泡ニッケル箔などが好ましい。また、上記封止材は、分極性電極および集電極に対して絶縁性を有するものであれば特に制限はないが、電解液に対する耐久性の高さからアルミニウムが好ましい。
【００１９】
上記の電気二重層キャパシタは、図１を参照して、以下のようにして作製することができる。まず、多孔質材料である活性炭と、導電性材料であるカーボンブラックと、バインダーである高分子化合物とを混合して分極性電極１１を作製する。次に、多孔質の高分子化合物材料により形成されているセパレータ１２の両側に１対の分極性電極１１を配置して内部素子を形成する。この内部素子を所定濃度のテトラアルキルアンモニウムオキサラトボレートを含有する電解液に浸漬しした後、１対の集電極１４および封止材１５により封止する。
【実施例】
【００２０】
（実施例１）
図１を参照して、多孔質材料である活性炭と、導電性材料であるカーボンブラックと、バインダーとしてポリテトラフルオロエチレンとを、質量比で８：１：１の割合で混合して、直径１５ｍｍ×厚さ０．６ｍｍの分極性電極１１を形成した。ここで、活性炭は、アルカリ賦活処理を行なった、ＢＥＴ法による比表面積が２３００ｍ2／ｇ、気相中和法による全酸性基量が１．５ミリモル／ｍ2のものを用いた。セパレータ１２としては、直径２５ｍｍ×厚さ５０μｍのセルロース不織布を用いた。２つの上記分極性電極１１と上記セパレータ１２を、電解液である１モル／リットルのテトラメチルアンモニウムオキサラトボレート（化学構造を、下記の化学式（２）に示す）を含有するプロピレンカーボネート溶液（表１において、１Ｍ−ＴＭＡＯＢ／ＰＣという）に浸漬して、この電解液を含浸させた。
【００２１】
【化２】
2006173302.tif 000004
【００２２】
次に、上記電解液を含浸させたセパレータ１２の両側に、上記電解液を含浸させた１対の分極性電極１１を配置して内部素子を形成し、この内部素子を、エッチドアルミニウム箔から形成される１対の直径１５ｍｍ×厚さ１００μｍの集電極１４およびステンレスから形成される内径１２．５ｍｍ、外径１５ｍｍおよび高さが３．５ｍｍの円筒形の封止材１５により封止して、直径１５ｍｍ×厚さ３．２ｍｍで０．５ｇのコイン型の電気二重層キャパシタを作製した。
【００２３】
得られたの電気二重層キャパシタについて、使用した分極性電極の単位質量（１ｇ）当たり１０ｍＡの電流密度で定電流充放電を行ない、定電圧充電２．３Ｖおける放電曲線より直流静電容量（Ｆ）および内部抵抗（Ω）を求め、分極性電極の単位質量（１ｇ）当たりの静電容量（Ｆ／ｇ）を算出した。これらの電気二重層キャパシタの単位静電容量は１３８．２Ｆ／ｇであり、内部抵抗は７．６Ωであった。なお、単位静電容量および内部抵抗の値は、２０個の電気二重層キャパシタについての平均値である。結果を表１にまとめた。
【００２４】
（実施例２）
電解液として、１モル／リットルのテトラエチルアンモニウムオキサラトボレート（化学構造を下記の化学式（３）に示す）を含有するプロピレンカーボネート溶液（表１において、１Ｍ−ＴＥＡＯＢ／ＰＣという）を用いた以外は、実施例１と同様にして、電気二重層キャパシタを作製した。得られた電気二重層キャパシタの単位静電容量は１４１．５Ｆ／ｇであり、内部抵抗は７．２Ωであった。結果を表１にまとめた。
【００２５】
【化３】
2006173302.tif 000005
【００２６】
（比較例１）
電解液として、１モル／リットルのテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート（化学構造を下記の化学式（４）に示す）を含有するプロピレンカーボネート溶液（表１において、１Ｍ−ＴＥＡＴＦＢ／ＰＣという）を用いた以外は、実施例１と同様にして、電気二重層キャパシタを作製した。得られた電気二重層キャパシタの単位静電容量は１３１．３Ｆ／ｇであり、内部抵抗は１１．１Ωであった。結果を表１にまとめた。
【００２７】
【化４】
2006173302.tif 000006
【００２８】
【表１】
2006173302.tif 000007
【００２９】
表１から明らかなように、テトラアルキルアンモニウムオキサラトボレートを含有する電解液を用いた電気二重層キャパシタは、従来の電気二重層キャパシタに比べて、静電容量が増大し、内部抵抗が著しく低減する。
【００３０】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明にかかる電気二重層キャパシタを示す模式断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  電気二重層キャパシタ、１１  分極性電極、１２  セパレータ、１３  電解液、１４  集電極、１５  封止材。
【図１】
2006173302.tif 000008