(57)【要約】      （修正有）【課題】キャパシタの内部抵抗を低下させて充放電の効率を向上させた電気二重層キャパシタを提供する。【解決手段】電解液を分極性電極間に介在させてなる電気二重層キャパシタであって、前記電解液は、溶質としてスピロビピロリジニウムを含有させ、溶媒としてエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合溶媒、またはプロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとからなり、少なくとも前記プロピレンカーボネートの混合比率を２０％以上とした混合溶媒を含有させることで、イオン電導度を向上させ、キャパシタの内部抵抗を低減させて充放電の効率を向上させるようにした。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液を分極性電極間に介在させてなる電気二重層キャパシタであって、
前記電解液は、溶質としてスピロビピロリジニウムを含有し、溶媒としてエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合溶媒、またはプロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとからなり、少なくとも前記プロピレンカーボネートの混合比率を２０％以上とした混合溶媒を含有した
ことを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項２】
請求項１に記載された電気二重層キャパシタであって、
前記電解液がプロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを含有する場合、この混合比率を２〜３：３〜４：３〜４とする
ことを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項３】
請求項１に記載された電気二重層キャパシタであって、
前記電解液がプロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを含有する場合、この混合比率を２７：３３：４０とする
ことを特徴とする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、特にバイポーラ型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、分極性電極に電解質中のアニオン、カチオンを正極、負極表面に物理吸着させて電気を蓄えることを原理としている。
【０００３】
バイポーラ型電気二重層キャパシタ（以後、キャパシタと呼称する）は、活性炭電極（分極性電極）を接着した２枚の集電極の間に、分極基材の両面に接着した活性炭電極と、イオンが通過可能なセパレータとを交互に重ねた積層型である。対向した活性炭電極に挟まれるセパレートの最小単位をセルと呼称する。
【０００４】
積層されたセルの階層にシール機能を有するパッキンが挟み込まれており、キャパシタ内の前記活性炭電極に含浸された電解液を漏れ出さないようにしている。また、このパッキンは、積層されたセル間にて絶縁する機能も有する。
【０００５】
キャパシタでは、必要な耐電圧分のセル（単セル耐電圧２．５Ｖ程度）およびパッキンを積み重ねてなるモジュールの両面からエンドプレートにて挟み込まれ、絶縁体を介してボルトで締め付けられることにより、密閉構造が保たれている。
【０００６】
前記キャパシタを積層してなる積層型キャパシタユニットは、各キャパシタの前記集電極の端面にリード線が取り付けられ、各キャパシタがユニット内にて直列に接続されて、（単セル耐電圧）×（積層数）だけの耐電圧を持たされている。この積層型キャパシタユニットは、一般的な巻取り方式を用いた同一容量のキャパシタと比較してケーブル等を必要とせず、コンパクトに耐電圧を高く設計できるため設置面積を小さくすることができる。
【０００７】
前述したキャパシタは、前記活性炭電極、前記セパレータ、前記集電極、および前記パッキン等が交互に積み重ねられ、各セル間がシールされた後に、その内部に電解液が導入されて、活性炭電極、およびセパレータに電解液を含浸させることで製造されている。前記キャパシタの一箇所に設けられた電解液導入口に前記電解液が導入されて、前記導入口、各セルを仕切る分極基材の穴を介して全てのセル内に行き渡せられている。
【０００８】
前記電解液として、溶媒にプロピレンカーボネート（ＰＣ）を用い、電解質にトリエチルアンモニウム塩（ＴＥＡ）、テトラエチルメチルアンモニウム塩（ＴＥＭＡ）などが用いられている。これら電解質塩は、一般に幅広く用いられており、キャパシタ用電解質塩としては標準的なものである。
【０００９】
プロピレンカーボネート溶媒に対するトリエチルアンモニウム塩の飽和濃度は、常温では１．０ｍｏｌ／Ｌ程度となる。この電解質を前記溶媒に飽和まで溶解させると、その電導度は２５℃で１３ｍＳ／ｃｍ程度となる。一方、プロピレンカーボネート溶媒に対する非対称塩であるテトラエチルメチルアンモニウム塩の飽和濃度は、２ｍｏｌ／Ｌ以上と高い。この電解塩を前記溶媒に飽和まで溶解させると、その電導度は１４．８ｍＳ／ｃｍ程度となる。よって、前記テトラエチルメチルアンモニウム塩を用いた場合では、前記トリエチルアンモニウム塩を用いた場合と比較して、キャパシタの内部抵抗を１０％以上低減させている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−１００７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
キャパシタの内部抵抗は、電解液の電気電導度と反比例しており、一般的に溶媒に対する電解質濃度が高くイオン電導度が高いほど低くなっている。キャパシタは、その内部抵抗が低いほど、より高い効率にて充放電できるようになり、高性能で使い勝手の良いものとなる。
【００１２】
そこで、本発明は、前述した問題に鑑み提案されたもので、キャパシタの内部抵抗を低下させて充放電の効率を向上させた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】
【００１３】
前述した課題を解決する第１の発明に係る電気二重層キャパシタは、電解液を分極性電極間に介在させてなる電気二重層キャパシタであって、前記電解液が、溶質としてスピロビピロリジニウムを含有し、溶媒としてエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合溶媒、またはプロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとからなり、少なくとも前記プロピレンカーボネートの混合比率を２０％以上とした混合溶媒を含有したことを特徴とする。
【００１４】
前述した課題を解決する第２の発明に係る電気二重層キャパシタは、第１の発明に記載された電気二重層キャパシタであって、前記電解液がプロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを含有する場合、この混合比率を２〜３：３〜４：３〜４とすることを特徴とする。
【００１５】
前述した課題を解決する第３の発明に係る電気二重層キャパシタは、第１の発明に記載された電気二重層キャパシタであって、前記電解液がプロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを含有する場合、この混合比率を２７：３３：４０とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る電気二重層キャパシタによれば、電解液を分極性電極間に介在させてなる電気二重層キャパシタであって、前記電解液は、溶質としてスピロビピロリジニウムを含有し、溶媒としてエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合溶媒、またはプロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとからなり、少なくとも前記プロピレンカーボネートの混合比率を２０％以上とした混合溶媒を含有したことで、電解液のイオン電導度を向上させ、キャパシタの内部抵抗を低減させて充放電の効率を向上させることができる。また、プロピレンカーボネートの混合比率を２０％以上とすることにより、電解液のイオン電導度を向上させることに加えて、−４０℃でも使用可能な電気二重層キャパシタとすることができる。
【００１７】
本発明に係る電気二重層キャパシタによれば、プロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合比率を２〜３：３〜４：３〜４とすることにより、電解液のイオン電導度をさらに向上させ、キャパシタの内部抵抗を低減させて充放電の効率をさらに向上させることができる。また、プロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合比率を２７：３３：４０とすることにより、−４０℃でも使用可能な電気二重層キャパシタとすることができ、イオン電導度をより一層向上させ、キャパシタの内部抵抗を低減させてその充放電の効率をより一層向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明を実施するための最良の形態に係る電気二重層キャパシタについて説明する。
【００１９】
本発明を実施するための最良の形態に係る電気二重層キャパシタは、電解液を分極性電極間に介在させてなる電気二重層キャパシタであって、前記電解液が、溶質としてスピロビピロリジニウムを含有し、溶媒としてエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合溶媒、またはプロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとからなり、少なくとも前記プロピレンカーボネートの混合比率を２０％以上とした混合溶媒を含有する。
【００２０】
前記混合溶媒がプロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを含有する場合、この混合比率を２〜３：３〜４：３〜４とし、好適には、２７：３３：４０とする。
【００２１】
したがって、本発明の最良の形態に係る電気二重層キャパシタによれば、電解液が所定の溶質および溶媒を含有することで、電解液のイオン電導度を向上させ、キャパシタの内部抵抗を低減させて充放電の効率を向上させることができる。また、プロピレンカーボネートの混合比率を２０％以上とすることにより、電解液のイオン電導度を向上させることに加えて、−４０℃でも使用可能な電気二重層キャパシタとすることができる。
【００２２】
さらに、プロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合比率を２〜３：３〜４：３〜４とすることにより、電解液のイオン電導度をさらに向上させ、キャパシタの内部抵抗を低減させて充放電の効率をさらに向上させることができる。また、プロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合比率を２７：３３：４０とすることにより、−４０℃でも使用可能な電気二重層キャパシタとすることができ、イオン電導度をより一層向上させ、キャパシタの内部抵抗を低減させてその充放電の効率をより一層向上させることができる。
【００２３】
以下に、上述した本発明の最良の形態に係る電気二重層キャパシタについて、実施例に基づき具体的に説明する。図１は、本発明に係る電気二重層キャパシタの電解液温度に対するイオン電導特性を示す図であり、図２は、本発明に係る電気二重層キャパシタの電解質塩濃度に対するキャパシタ抵抗特性を示す図である。図１，２中にて、菱形印は電解液の溶媒がプロピレンカーボネート（ＰＣ）の場合を示し、三角形印はエチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）の重量比が１：１の場合を示し、バツ印は電解液の溶媒であるプロピレンカーボネート（ＰＣ）とエチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）の重量比が２：４：４の場合を示し、丸印は電解液の溶媒であるプロピレンカーボネート（ＰＣ）とエチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）の重量比が２７：３３：４０の場合を示す。
【実施例１】
【００２４】
以下に、本発明の第１の実施例に係る電気二重層キャパシタについて具体的に説明する。
【００２５】
本発明の第１の実施例に係る電気二重層キャパシタは、バイポーラ型電気二重層キャパシタである。このキャパシタの電解液では、その電解質塩として既知の電解質塩であるスピロビピロリジニウム（ＳＢＰ−ＢＦ４）アンモニア塩が用いられ、その溶媒としてエチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とをその重量比５：５にて混合した混合溶媒が用いられる。
【００２６】
前記電気二重層キャパシタにおいて、電解質塩の濃度が１．５ｍｏｌ／Ｌのときのイオン電導度を測定したところ、図１に示すように、イオン電導度が２５℃にて２２．０ｍＳ／ｃｍとなり、溶媒としてプロピレンカーボネート単体を用いた場合よりも３５％程度向上することが分かった。
【００２７】
また、キャパシタの内部抵抗を測定したところ、図２に示すように、電解質塩濃度が１．５ｍｏｌ／Ｌにおいて、キャパシタの内部抵抗が、溶媒としてプロピレンカーボネート単体を用いた場合では、７．２Ωｃｍ2となり、溶媒としてエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとをその重量比で５：５にて混合した混合溶媒を用いた場合では、４．３Ωｃｍ2となることが分かった。よって、溶媒として前記混合溶媒を用いたことにより、プロピレンカーボネート単体を用いた場合と比べて４０％程度キャパシタの内部抵抗を低減でき、充放電の効率を向上させることができることが分かった。
【００２８】
なお、電解質塩濃度を１．５ｍｏｌ／Ｌより高めるとイオン電導度は若干向上するが、キャパシタの内部抵抗は電解液粘度が高くなることからキャパシタの内部抵抗の低減に結びつかない。よって、電解液の電解質塩濃度を１．２ｍｏｌ／Ｌ以上１．５ｍｏｌ／Ｌ以下の濃度範囲に調整することで、キャパシタの内部抵抗が低くなり、この電解液の電解質塩濃度を１．５ｍｏｌ／Ｌの濃度に調整することで、キャパシタの内部抵抗が最も低くなり好適となる。
【実施例２】
【００２９】
以下に、本発明の第２の実施例に係る電気二重層キャパシタについて、具体的に説明する。
【００３０】
本発明の第２の実施例に係る電気二重層キャパシタは、バイポーラ型電気二重層キャパシタである。このキャパシタの電解液では、その電解質塩としてスピロビピロリジニウム（ＳＢＰ−ＢＦ４）アンモニア塩が用いられ、その溶媒としてプロピレンカーボネート（ＰＣ）とエチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とをその重量比２：４：４にて混合した混合溶媒が用いられる。
【００３１】
前記電気二重層キャパシタにおいて、電解質塩の濃度が１．５ｍｏｌ／Ｌのときのイオン電導度を測定したところ、図１に示すように、イオン電導度が２５℃にて２０．５ｍＳ／ｃｍとなり、溶媒としてプロピレンカーボネート単体を用いた場合よりも３０％程度向上することが分かった。
【００３２】
また、キャパシタの内部抵抗を測定したところ、図２に示すように、電解質塩濃度が１．５ｍｏｌ／Ｌにおいて、キャパシタの内部抵抗が、溶媒としてプロピレンカーボネート単体を用いた場合では、７．２Ωｃｍ2となり、溶媒としてプロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとをその重量比で２：４：４にて混合した混合溶媒を用いた場合では、４．５Ωｃｍ2となることが分かった。よって、溶媒として前記混合溶媒を用いたことにより、プロピレンカーボネート単体を用いた場合と比べて３７％程度キャパシタの内部抵抗を低減でき、充放電の効率を向上させることができることが分かった。
【００３３】
なお、電解質濃度を１．８ｍｏｌ／Ｌより高めるとイオン電導は若干向上するが、キャパシタの内部抵抗は電解液粘度が高くなることからキャパシタの内部抵抗の低減に結びつかない。よって、電解液の電解質塩濃度を１．２ｍｏｌ／Ｌ以上１．８ｍｏｌ／Ｌ以下の濃度範囲に調整することで、キャパシタの内部抵抗が低くなり、この電解液の電解質塩濃度を１．５ｍｏｌ／Ｌの濃度に調整することで、キャパシタの内部抵抗が最も低くなり好適となる。
【００３４】
また、ポリカーボネートの混合比率を２０％以上とすることで、電解液の融点を０℃以下とすることができ、電解質液溶媒の凝固が起こらず電気二重層キャパシタとして使用することができる。さらに、ポリカーボネートの混合比率を３０％以上に増加させることで、−４０℃まで凝固が起こらずイオン電導度が高い電解液とすることができる。
【実施例３】
【００３５】
以下に、本発明の第３の実施例に係る電気二重層キャパシタについて、具体的に説明する。
【００３６】
本発明の第３の実施例に係る電気二重層キャパシタは、バイポーラ型電気二重層キャパシタである。このキャパシタの電解液では、その電解質塩としてスピロビピロリジニウム（ＳＢＰ−ＢＦ４）アンモニア塩が用いられ、その溶媒としてプロピレンカーボネート（ＰＣ）とエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＭＣ）をその重量比２７：３３：４０にて混合した混合溶媒が用いられる。
【００３７】
前記電気二重層キャパシタにおいて、電解質塩の濃度が１．５ｍｏｌ／Ｌのときのイオン電導度を測定したところ、図１に示すように、イオン電導度が２５℃にて２２．０ｍＳ／ｃｍとなり、溶媒としてプロピレンカーボネート単体を用いた場合よりも３７％程度向上することが分かった。
【００３８】
また、キャパシタの内部抵抗を測定したところ、図２に示すように、電解質塩濃度が１．５ｍｏｌ／Ｌにおいて、キャパシタの内部抵抗が、溶媒としてプロピレンカーボネート単体を用いた場合では、７．２Ωｃｍ2となり、溶媒としてプロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとをその重量比で２７：３３：４０にて混合した混合溶媒を用いた場合では、４．１Ωｃｍ2となることが分かった。よって、溶媒として前記混合溶媒を用いたことにより、プロピレンカーボネート単体を用いた場合と比べて４３％程度キャパシタの内部抵抗を低減でき、充放電の効率を向上させることができることが分かった。
【００３９】
なお、電解質濃度を１．８ｍｏｌ／Ｌより高めるとイオン電導は若干向上するが、キャパシタの内部抵抗は電解液粘度が高くなることからキャパシタの内部抵抗の低減に結びつかない。よって、電解液の電解質塩濃度を１．２ｍｏｌ／Ｌ以上１．８ｍｏｌ／Ｌ以下の濃度範囲に調整することで、キャパシタの内部抵抗が低くなりこの電解液の電解質塩濃度を１．５ｍｏｌ／Ｌの濃度に調整することで、キャパシタの内部抵抗が最も低くなり好適となる。
【００４０】
また、ポリカーボネートの混合比率を２０％以上とすることで、電解液の融点を０℃以下とすることができ、電解質液溶媒の凝固が起こらず電気二重層キャパシタとして使用することができる。さらに、上述した混合比の混合溶媒とすることで、−４０℃まで凝固が起こらずイオン電導度が高く、キャパシタの内部抵抗が低い電解液とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、電気二重層キャパシタに利用することが可能であり、特にバイポーラ型電気二重層キャパシタに利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る電気二重層キャパシタの電解液温度に対するイオン電導特性を示す図である。
【図２】本発明に係る電気二重層キャパシタの電解質塩濃度に対するキャパシタ抵抗特性を示す図である。
【図１】
2008117939.tif 000002
【図２】
2008117939.tif 000003