(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明は、高エネルギー密度キャパシタの実現のため、充放電を繰り返しても静電容量が劣化（低下）しない電解液、当該電解液の製造方法、及び当該電解液を用いたキャパシタを提供することを目的とする。【解決手段】本発明の電解液は、非水系溶液中に金属イオンを分散させたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非水系溶液中に金属イオンを分散させたことを特徴とする電解液。
【請求項２】
前記金属イオンが、2価金属イオンである請求項１記載の電解液。
【請求項３】
前記2価金属イオンが、Cu2+、Mn2+、Ni２+からなる群から選択される少なくとも１種である請求項２記載の電解液。
【請求項４】
非水系溶液が、炭酸プロピレン（PC）、アセトニトリルからなる群から選択される少なくとも１種である請求項1又は2項に記載の電解液。
【請求項５】
さらに、有機溶媒を含有する請求項１〜４項のいずれか1項に記載の電解液。
【請求項６】
前記有機溶媒が、メタノールである請求項１〜５項のいずれか１項に記載の電解液。
【請求項７】
請求項１〜６項のいずれか１項に記載の電解液の製造方法であって、有機溶媒に金属塩化物を溶解し、その後、非水系溶液を添加することを特徴とする電解液の製造方法。
【請求項８】
前記有機溶媒が、メタノールである請求項７記載の方法。
【請求項９】
非水系溶液が、炭酸プロピレン、アセトニトリルからなる群から選択される少なくとも1種である請求項８記載の方法。
【請求項１０】
請求項１〜６項のいずれか1項に記載の電解液を用いたキャパシタ。
【請求項１１】
さらに、メソ孔及び/又はミクロ孔を有する炭素電極を用いた請求項９記載のキャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解液、当該電解液の製造方法、及び当該電解液を用いたキャパシタに関し、特に、非水系溶液と金属イオンとを含む電解液、当該電解液の製造方法、及び当該電解液を用いたキャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気二重層キャパシタ及び電気化学キャパシタが、電子機器におけるバックアップ電源、電話機やＡＶ機器などの通信機器におけるメモリーバックアップ、或いは、太陽電池と組み合わせた電源等の幅広い用途に用いられ、注目されている。
【０００３】
電気二重層キャパシタは、分極性電極材料と電解液との界面に形成される電気二重層を貯蔵デバイスとして構成するもので、分極性電極材料と電解液 との界面に形成される電気二重層を静電容量として蓄電する電源である。例えば、活性炭などの分極性電極からなる正負極とセパレータと集電体と電解液とを有する電気二重層キャパシタが知られている（特開２００２−２３１５９０号公報）。また、電気化学キャパシタは、当該電気二重層キャパシタをも含めて総称される場合もあるが、例えば、金属バナジウムなどの金属酸化物及びポリアセチレンなどの導電性高分子を電極材料として用い、同様に構成した電気化学キャパシタが知られている（特開２００２−２８０２６２号公報）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２３１５９０号公報
【特許文献２】特開２００２−２８０２６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の電気二重層キャパシタ及び電気化学キャパシタは、高耐電圧でかつ高容量の双方を満足することが困難であるという問題を有していた。特に、非水系電解液を利用するキャパシタの静電容量の向上には、電極（活性炭）の比表面積の増大や電解質の移動・吸着に適した細孔構造の制御が主たる改善手段であったが、比表面積を増大しても単位容積の静電容量の向上は難しく、細孔の構造制御も著しい効果があるまでに至っていない。
【０００６】
したがって、高い静電容量を有するとともに、高耐電圧を実現する電解液が望まれている。
【０００７】
そこで、本発明は、高エネルギー密度キャパシタの実現のため、充放電を繰り返しても静電容量が劣化（低下）しない電解液、当該電解液の製造方法、及び当該電解液を用いた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】
【０００８】
上記目的を達成するために、発明者らは、非水溶媒へのイオンの溶解について鋭意研究した結果、本発明の電解液、当該電解液の製造方法及び当該電解液を用いたキャパシタを発明するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の電解液は、非水系溶液中に金属イオンを分散させたことを特徴とする電解液であって、キャパシタにも使用できるものである。
【００１０】
また、本発明の電解液の好適な実施態様によれば、前記金属イオンが、2価金属イオンであることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の電解液の好適な実施態様によれば、前記2価金属イオンが、Cu2+、Mn2+、Ni２+からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の電解液の好適な実施態様によれば、非水系溶液が、炭酸プロピレン（PC）、アセトニトリルからなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の電解液の好適な実施態様によれば、さらに、有機溶媒を含有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の電解液の好適な実施態様によれば、前記有機溶媒が、メタノールであることを特徴とする。
【００１５】
本発明の電解液の製造方法は、有機溶媒に金属塩化物を溶解し、その後、非水系溶液を添加することを特徴とする。
【００１６】
ここで有機溶媒としては、好適にはメタノールを使用することができる。
【００１７】
また、本発明の電解液の製造方法の好ましい実施態様において、非水系溶液が、炭酸プロピレン、アセトニトリルからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする。
【００１８】
本発明のキャパシタは、上記本発明の電解液を用いたことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明のキャパシタの好ましい実施態様において、さらに、メソ孔及び/又はミクロ孔を有する炭素電極を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、金属イオンの非水溶媒（濃厚溶液）への溶解を達成できるので、ひいては、非水系キャパシタの高静電容量化を達成できるという有利な効果を奏する。
本発明によれば、高電圧・高静電容量のキャパシタを実現することができ、ひいては、高エネルギー密度の電気エネルギーの貯蔵および供給装置（デバイス）を提供することができるという有利な効果を奏する。本発明によれば、非水系電解液（有機電解液系）のキャパシタの短所である低い静電容量を、電解液に工夫を施し電気化学反応を伴う電気化学キャパシタとしての効果を付与し静電容量を向上させることを可能にするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の電解液は、非水系溶液中に金属イオンを分散させたことを特徴とする。本発明の電解液を適用可能なキャパシタとしては、特に限定されないが、例えば、電気二重層キャパシタ、電気化学キャパシタ等を挙げることができる。
【００２２】
非水溶液としては、金属イオンを分散させることが可能であれば、特に限定されるものではない。このような非水溶液として、例えば、炭酸プロピレン（ＰＣ）、炭酸エチレン（ＥＣ）、炭酸ジメチル（ＤＭＣ）、炭酸エチルメチル（ＭＥＣ）、炭酸ジエチル（ＤＥＣ）、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、酢酸エチル（ＥＡ）、プロピオン酸メチル（ＭＰＲ）、プロピオン酸エチル（ＥＰＲ）、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、１，２−ジエトキシエタン（ＤＥＥ）、２−メチルテトラヒドロフラン（２−ＭｅＴＨＦ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、スルホラン（ＳＬ）、３−メチルスルホラン（３−ＭｅＳＬ）、アセトニトリル（ＡＮ）等を使用することができ、これらは二種以上を混合して用いてもよい。
【００２３】
また、本発明において、金属イオンを分散させることとしたのは、主として、静電容量を向上させる目的からである。
【００２４】
金属イオンとしても特に限定されるものではないが、好ましくは、2価金属イオンを挙げることができる。好適には、2価金属イオンが、Cu2+、Mn2+、Ni２+からなる群から選択される少なくとも１種である。
【００２５】
また、好適な実施態様によれば、電解液には、さらに有機溶媒を含有することができる。このような有機溶媒の使用は、金属塩化物などを比較的容易に非水系溶液中に溶解させることができるという利点を有する。
【００２６】
有機溶媒としては、金属を溶解することが可能であれば、特に限定されるものではないが、好適には、メタノールを挙げることができる。  
【００２７】
次に、本発明の電解液の製造方法について説明する。本発明の電解液の製造方法は、有機溶媒、好ましくはメタノールに金属塩化物を溶解し、その後、非水系溶液を添加する。
【００２８】
金属塩化物としては、好ましくはCuCl2、MnCl2、NiCl2を挙げることができる。
また、非系溶液としては、特に限定されるものではないが、例えば、炭酸プロピレン、炭酸エチレン（ＥＣ）、炭酸ジメチル（ＤＭＣ）、炭酸エチルメチル（ＭＥＣ）、炭酸ジエチル（ＤＥＣ）、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、酢酸エチル（ＥＡ）、プロピオン酸メチル（ＭＰＲ）、プロピオン酸エチル（ＥＰＲ）、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、１，２−ジエトキシエタン（ＤＥＥ）、２−メチルテトラヒドロフラン（２−ＭｅＴＨＦ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、スルホラン（ＳＬ）、３−メチルスルホラン（３−ＭｅＳＬ）、アセトニトリル（ＡＮ）等を使用することができ、これらは二種以上を混合して用いてもよい。
【００２９】
次に、本発明のキャパシタは、上記本発明の電解液を用いることを特徴とする。上述の本発明の電解液についての説明を、そのまま本発明のキャパシタに適用することができる。
【００３０】
キャパシタの好適な実施態様において、メソ孔及び/又はミクロ孔を有する炭素電極を用いてもよい。メソ孔及び/又はミクロ孔を有する炭素電極を用いることにより、電極の比表面積を増大させるととともに、孔チャネルの存在により電気二重層の形成可能箇所を増大させ、ひいては、静電容量が増大させることが可能であるという利点を有する。
【００３１】
また、本発明のキャパシタの好ましい実施態様において、特に限定されるものではないが、非水系溶液へより効率的に金属を溶解させるという観点から、前記電解液中の、非水系溶液と金属イオンとの重量比が、９：１であることが好ましい。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明は、下記実施例に限定して解釈される意図ではない。
【００３３】
実施例１
メタノールに金属塩化物（CuCl2、MnCl2、NiCl2）を溶かし、これをプロピレンカーボネート溶液に溶解させて電解液を調製した。金属塩の脱水メタノールへの溶解は塩化物が最も大きかった。例えば銅イオンで約17wt%、マンガンで約5wt%まで溶解可能であった。これらの各金属イオンを溶解させたメタノールとプロピレンカーボネート溶液を１：９（重量比）で混合することにより沈殿を生じない電解液を調製することができた。この電解液を用いてキャパシタの静電容量を測定すると、特にマンガンイオンでは静電容量が55F/gまで増大した。（金属イオンが存在しない場合（電気二重層キャパシタ）の静電容量は、30F/g程度。）ニッケル、銅、マンガンなどに適用可能なことを確認している。PC+Mｎ+電解液（MはCu、Mnを使用した例）を用いた電気化学キャパシタの静電容量に及ぼす充電電位の影響を、図1に示す。
図１から明らかなように、金属を含まない場合に比較して、Cu、Mnのいずれの場合も静電容量が増大していることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の利用可能な分野は、2次電池が使われている多くの分野に該当し、例えばハイブリッド自動車（ガソリン車、ディーゼル車）、燃料自動車、電車、自転車などの移動体、太陽光発電・風力発電などの自然エネルギーの蓄電および電圧平滑化、コンピューター、携帯電話のバックアップ電源など、分散型発電および蓄電エネルギー分野において広範に使用することが可能であり、エネルギーならびに環境問題の解決に地球規模での適用が期待できる。
また、蓄電機能を生かした主要用途として、メモリ・クロックのバックアップ、さらに、太陽電池と組み合わせた表示装置としても使用できる。電池とキャパシタの併用により、携帯電話、ノートPC、デジタルカメラなどの携帯機器における電池寿命の延長も達成し得る。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、PC+Mｎ+電解液（MはCu、Mnを使用した例）を用いた電気化学キャパシタの静電容量に及ぼす充電電位の影響を示す。  なお、試験は、DVB架橋度２０％、イオン交換量0.44[meq/cc],の前駆体樹脂構造の炭素多孔体を用いて、4時間の水蒸気賦活で行った(電極材：１-H2OB)。
【図１】
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