(57)【要約】【課題】イオン性水溶液電解液の長所である高出力に加えて、低温でも使用可能な高出力の電気二重層キャパシタを提供する。【解決手段】分極性電極として活性化炭素を備えた電気二重層キャパシタであって、電解液として、イオン性物質と、水及び水と相溶性がある有機化合物を含む。前記有機化合物は、多価アルコール、２量体以上のポリアルキレングリコール、及び非プロトン性溶媒から選ばれる少なくとも一つの化合物であることが好ましい。多価アルコールとしては例えばエチレングリコール等である。電解液は−２０℃以下、好ましくは−３０℃以下でも氷結せずに使用可能である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
分極性電極として活性化炭素を備えた電気二重層キャパシタであって、
電解液として、イオン性物質と、水及び水と相溶性がある有機化合物を含むことを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項２】
水と相溶性がある有機化合物が、多価アルコール、２量体以上のポリアルキレングリコール、及び非プロトン性溶媒から選ばれる少なくとも一つの化合物である請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項３】
電解液全体を１００質量部としたとき、
イオン性物質が５〜４０質量部の範囲、
水に相溶性がある有機化合物が１５〜９０質量部の範囲、
残部が水である請求項１又は２に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項４】
イオン性物質が、硫酸、塩酸、リン酸及び又は過塩素酸を含む請求項１〜３のいずれかに記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項５】
イオン性物質が、塩基性化合物を含む請求項１〜３のいずれかに記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項６】
イオン性物質が、酸と塩基から生成される塩を含む請求項１〜３のいずれかに記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項７】
電解液が−２０℃以下でも氷結しない請求項１〜６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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分極性電極と電解液の界面で形成される電気二重層を利用する電気二重層キャパシタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気二重層キャパシタは、分極性電極と電解液からなり、対向した正負の電極の間に存在する電解液とで形成される電極と電解液界面の電気二重層に電荷を蓄積するキャパシタの一種である。
【０００３】
この電気二重層キャパシタは、電子機器のバックアップ電源として用いられ、或いは電池とハイブリッド化して用いられており、サイクル寿命が長いという長所を有するため、近年では益々その需要が高まっている。
【０００４】
しかし、実用性をより高め、広い用途に適用する観点から、さらに高容量化、高出力化することが求められている。
【０００５】
正極及び負極に用いる活性化炭素を用いた分極性電極としては、従来では、たとえば活性化炭素粉末にフッ素樹脂を少量混合して集電体にプレス成形した電極、活性化炭素粉末ペーストを導電性ゴム電極に圧着した電極、活性化炭素繊維に集電体を溶射法或いは蒸着法等で密着させた電極等が用いられている。
【０００６】
正極と負極の間に介在させる電解液としては、プロピレンカーボネート若しくはγ−ブチロラクトン等の非プロトン性有機溶媒に、テトラアルキルアンモニウムテトラフロオルボレート、或いは過塩素酸テトラアルキルアンモニウムなどを溶解させた非水系有機溶液（下記特許文献１）、または硫酸水溶液、塩酸水溶液、塩基性水溶液等のイオン性水溶液が用いられている（下記特許文献２〜３）。
【０００７】
しかし、前記非水系有機溶媒を用いる場合は、水分の混入を防ぐため、極度に乾燥した雰囲気中における取り扱いが必要となり、電気二重層キャパシタの製造コストが高いという問題があった。
【０００８】
また、前記イオン性水溶液を使用する場合は、製造コストは安いが、低温において氷結し易いという問題があった。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−２０３７４９号公報
【００１０】
【特許文献２】
特開２００２−２８９４７７号公報
【００１１】
【特許文献３】
特開平９−２９３６４９号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の問題を解決するため、イオン性水溶液電解液の長所である高出力に加えて、低温でも使用可能な高出力の電気二重層キャパシタを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の電気二重層キャパシタは、分極性電極として活性化炭素を備えた電気二重層キャパシタであって、電解液として、イオン性物質と、水及び水と相溶性がある有機化合物を含むことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の電気二重層キャパシタは、分極性電極として活性化炭素を備え、電解液として、イオン性物質と、水及び水と相溶性がある有機化合物を含む。これにより、イオン性水溶液を用いて製造コストを安くすると同時に、高出力であり、かつ低温でも使用可能な電気二重層キャパシタを提供できる。
【００１５】
水と相溶性がある有機化合物は、多価アルコール、２量体以上のポリアルキレングリコール、及び非プロトン性溶媒から選ばれる少なくとも一つの化合物であることが好ましい。多価アルコールとしては例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、グリセリン等を挙げることができる。この中でもエチレングリコールはコスト的に最も好ましい。２量体以上のポリアルキレングリコールとしては、例えばジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール等を挙げることができる。非プロトン性溶媒としては、例えばプロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ラクトン類等を挙げることができる。
【００１６】
次に各成分の添加割合は、電解液全体を１００質量部としたとき、イオン性物質が５〜４０質量部の範囲、水に相溶性がある有機化合物が１５〜９０質量部の範囲、残部が水であることが好ましい。
【００１７】
酸性イオン性物質は、硫酸、塩酸、リン酸、及び又は過塩素酸を含むことが好ましい。またイオン性物質は、塩基性化合物を含んでいてもよい。例えばＫＯＨ等である。またイオン性物質が、酸と塩基から生成される塩であってもよい。このような塩としては、過塩素酸テトラエチルアンモニウム等を挙げることができる。前記酸又は塩基性化合物は、多価アルコール類等の水に相溶性がある有機化合物と、塩、エステル又はその他の化合物を形成していてもよい。
【００１８】
本発明の電気二重層キャパシタの電解液は、−２０℃以下でも氷結せず使用可能である。さらに好ましくは−３０℃以下でも氷結せずに使用可能である。
【００１９】
【実施例】
以下実施例を用いてさらに具体的に説明する。
【００２０】
（電解液の検討）
まず、電気二重層キャパシタに適用するための電解液について検討した。表１は、電解液を冷却槽にて一定温度の下で状態を観察し、常温（２５℃）から−２０℃まで使用可能な電解液と、−３０℃まで使用可能な電解液を調べた。
【００２１】
【表１】
2004288871.tif 000002
【００２２】
表１から明らかなとおり、Ａ−１，３，４，６，７，９，１２，１３は−３０℃まで使用することができ、Ａ−１０は−２０℃まで使用することができる。さらに、熱分析法による測定ではＡ−１，６，７，１２は−５０℃でも液体であった。以上から、−２０℃、−３０℃、−５０℃まで使用可能な電解液を低温要求特性に応じて選択できることが確認できた。
【００２３】
（実施例１）
分極性電極として、縦：１ｃｍ、横：１ｃｍの白金集電体に直径１０〜３０μｍの活性化炭素繊維の不織布１８ｍｇを炭素系接着シートで接着した２枚の電極対の間に、表面をスルホン化したポリプロピレン繊維不織布製セパレータを挟み、電解液を含浸させて電気二重層キャパシタを作成した。活性化炭素繊維の比表面積は１１５０ｍ２／ｇ、かさ密度は０．４２ｇ／ｍｌ、１〜３０μｍの細孔径の細孔体積０．７３５ｍｌ／ｇ、酸性基量は１．６５ｍｍｏｌ／ｇであった。
【００２４】
２５℃にて、３ｍＡの電流（充電電流）でキャパシタの両端子間の電圧が０．８Ｖに達するまで充電し、その後、５ｍＡの電流（放電電流）でキャパシタの両極端子間の電圧が０．８Ｖから０．２Ｖに至るまで放電し、電気二重層キャパシタの容量を測定した。
【００２５】
次に測定温度を−２０℃に設定したほかは同じ方法にて電気二重層キャパシタの容量を測定した。−２０℃にて測定した電気容量と２５℃にて測定した電気容量との比率（−２０℃における電気容量／２５℃における電気容量）を百分率にて表し、容量保持率とした。
【００２６】
電解液としては水とエチレングリコールの混合溶媒（容積比１：１）に２．０ｍｏｌＨ２ＳＯ４／リットルを含む溶液を用いた。
【００２７】
高温（Ｉ）側および低温（ＩＩ）側の温度、放電電流、電気容量保持率の測定値を表２に示す。表２において、放電容量の数値は、測定値が安定する充放電２０回目の正極と負極に使用した合計の活性化炭素１ｇ当りの温度Ｉ（２５℃）とＩＩ（−２０℃又は−３０℃）で、３ｍＡの電流で充電した後、所定の放電電流で測定した電気容量から算出した温度Ｉの電気容量に対する温度ＩＩにおける電気容量保持率である。
【００２８】
【表２】
2004288871.tif 000003
【００２９】
なお、表２の実験番号Ｂ−１７は、電極として活性化炭素ブロック（ＣＢ）を用いた。これは、平均粒子径２４μｍの活性化炭素粒子９６ｍｇと１１ｍｇのフッ素樹脂の混合物を直径１．３ｃｍの白金集電体に２ｔ／ｃｍ２の圧力で圧着して活性炭ブロックとしたものである。この実験番号Ｂ−１７の充電電流は４ｍＡであった。
【００３０】
表２から明らかなとおり、実験番号Ｂ−４，７，９，１３，１５，１６は温度−３０℃まで使用可能であることが確認できた。また、実験番号Ｂ−１，３，５，１０−１２，１４，１７−２２は温度−２０℃まで使用可能であることが確認できた。
【００３１】
以上から、イオン性水溶液電解液の長所である高出力に加えて、低温でも使用可能な電気二重層キャパシタを実現できた。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したとおり本発明は、イオン性水溶液電解液の長所である高出力に加えて、低温でも使用可能な高出力の電気二重層キャパシタを提供できる。