双电层电容器及其电极制造技术

本发明专利技术的双电层电容器用电极具备表面上具有含磷的保护层的集电体和形成在该集电体上且能够嵌入、脱嵌离子的极化电极层。在将集电体浸渍于水时溶解析出的磷化合物的量相对于集电体的每单位表面积以磷换算计为1.35mg/m2以下。双电层电容器具有该电极作为正极、负极中的至少一个。

【技术实现步骤摘要】
双电层电容器及其电极
本专利技术涉及各种电子设备、电气设备、产业设备、机动车等中所使用的双电层电容器及其电极。
技术介绍
双电层电容器是作为用于电子设备的辅助动力或备用动力等的蓄电装置进行开发的。其中，为了提高双电层电容器的功率密度，需要降低双电层电容器的内部电阻。对于构成双电层电容器的正负一对电极而言，也需要降低极化电极层与集电体的接触部分处的界面电阻（interfaceresistance）。作为降低该界面电阻的方式之一，提出了在集电体与极化电极层之间形成导电性和粘接性优异的导电层的方案。该导电层由导电性优异的炭黑和粘接性优异的粘合剂构成，能够提高极化电极层与集电体之间的密合强度，并且降低界面电阻（例如日本特开平11-154630号公报）。
技术实现思路
本专利技术为高温特性优异的双电层电容器用电极和双电层电容器。本专利技术的双电层电容器用电极具备表面上具有含磷的保护层的集电体和形成在该集电体上且能够可逆地嵌入、脱嵌离子的极化电极层。在将集电体浸渍在水中时溶解析出的磷化合物的量相对于集电体的每单位表面积以磷换算计为1.35mg/m2以下。就使用了该构成的电极作为正极、负极中的至少一个的双电层电容器而言，其能够抑制高温下的劣化。附图说明图1是表示本实施方式的双电层电容器的部分切开的立体图。图2是表示图1所示的双电层电容器中所使用的电极的构成的示意剖视图。图3是表示图1所示的双电层电容器中所使用的电极的另一构成的示意剖视图。图4是表示本专利技术的实施方式的双电层电容器中从集电体溶解析出到水中的磷化合物的量与长时间充放电中的电阻增大之间的关系的图。具体实施方式在对本专利技术的实施方式进行说明之前，简单对现有的双电层电容器中的问题进行说明。将现有的双电层电容器在高温环境下长时间使用时，伴随时间的经过而特性会降低。具体而言，构成电极的集电体的表面会发生腐蚀，极化电极层与集电体的接触界面处的电阻会增大。以下，参照附图对本专利技术的实施方式进行说明。图1是表示本实施方式的双电层电容器的构成的部分切开的立体图。该双电层电容器具有电容器元件1、浸渗在电容器元件1中的电解液（未图示）、收容电容器元件1和电解液的外包装体10。电容器元件1具有正极2、与正极2对置的负极3和介于正极2与负极3之间的隔膜4。正极2、负极3和隔膜4卷绕在一起。除了这种构成以外，还可以通过将它们层叠来构成电容器元件1。正极2具有集电体2A和形成在集电体2A上且能够嵌入、脱嵌离子的极化电极层（以下称为电极层）2B。同样地，负极3具有集电体3A和形成在集电体3A上且能够可逆地嵌入、脱嵌离子的极化电极层（以下称为电极层）3B。正极2、负极3分别与作为引出构件的引线5A、5B连接。电容器元件1和电解液收容在有底圆筒状的壳体6中，利用封口构件7，将壳体6的开口端部以使引线5A、5B外露的方式进行密封。壳体6和封口构件7构成外包装体10。图2是表示正极2、负极3的构成的示意剖视图。正极2具有由金属等导电材料构成的片状的集电体2A、形成在集电体2A的表面上的导电层2C和形成在导电层2C上的电极层2B。在与导电层2C对置的集电体2A的表面上，形成有含磷的保护层8和存在于保护层8的周围的未固定磷化合物9。同样地，负极3具有由金属等导电材料构成的片状的集电体3A、形成在集电体3A的表面上的导电层3C和形成在导电层3C上的电极层3B。在与导电层3C对置的集电体3A的表面上，形成有含磷的保护层8和存在于保护层8的周围的未固定磷化合物9。由于正极2和负极3是同样形成的，所以以下作为代表对正极2进行说明。集电体2A例如由厚度约为15μm的高纯度铝制素箔（Al含量为99%以上）构成。除此以外，还可以是实施了蚀刻处理的铝箔或在大气中或不活泼性气体等各种气体气氛中实施了等离子体处理的金属箔等。构成集电体2A的材料不限于铝，还可以为铜、镍、铁、不锈钢、铂等中的任意材料。导电层2C包含导电材料和粘合剂（均没有图示），其提高了集电体2A与电极层2B之间的导电性。导电层2C介于集电体2A与电极层2B之间，由此其还能起到作为粘接材料来固定集电体2A和电极层2B的作用。作为导电材料，例如能够使用乙炔黑等炭黑。为了减小导电层2C的厚度，优选炭黑的平均粒径为10nm～300nm左右的纳米级。另外，作为粘合剂，优选使用纤维素等水溶性树脂。将这些导电材料与粘合剂以例如4∶1的重量比进行混合来形成导电层2C。即，将该混合物与溶剂混合来制备涂覆液，将该涂覆液涂覆在集电体2A上，并且除去溶剂，由此能够形成导电层2C。作为溶剂，例如能够使用水。此外，为了形成保护集电体2A的含磷的保护层8，向上述涂覆液中添加磷化合物来作为磷的来源。相对于上述涂覆液的重量，磷化合物的添加量例如为0.2重量%。磷化合物例如为磷酸二氢铵。磷酸二氢铵的纯度优选为98%以上。另外，磷酸二氢铵的pH优选为3.8以上，更优选为4.4以下。此外，上述pH是指在20℃下将50g磷酸二氢铵溶解到1升水中时的值。另外，用于形成保护层8的磷化合物不限于磷酸二氢铵。此外，还能够使用磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾等磷酸盐、焦磷酸钠等焦磷酸盐、多聚磷酸盐、六偏磷酸钠等偏磷酸盐、亚磷酸盐等。将这样含有了磷化合物的涂覆液形成为含有水等溶剂的锚定（anchor）液，并且以使厚度例如为0.2μm～1.2μm的范围的方式涂布在集电体2A上。然后，为了除去溶剂，在100℃的大气气氛下进行干燥。并且，将电极层2B形成到干燥后的导电层2C上。电极层2B包含活性炭、粘结剂、导电助剂（均没有图示）等。作为活性炭，例如使用平均粒径为5μm的酚醛树脂系活性炭。除此以外，还可以使用以椰子壳、木粉、纸、石油焦炭、石油沥青等为原料的碳材料。活性炭只要是其表面能嵌入、脱嵌离子的多孔质体就行，没有特别限定。作为粘结剂，例如使用羧甲基纤维素的钠盐（CMC）的水溶液。作为导电助剂，例如使用乙炔黑。将活性炭、粘结剂、导电助剂依次以10∶2∶1的重量比进行混合，将该混合物用混炼机进行混炼，调节到规定的粘度，从而制备膏糊。将该膏糊涂布在表面上形成有导电层2C的集电体2A的表背面上，并且在100℃的大气气氛中进行干燥。通过这样操作，形成厚度为40μm的电极层2B。然后，对集电体2A、导电层2C与电极层2B的层叠体实施切缝加工，制成规定的宽度。另外，如图1所示，分别取除形成在集电体2A的两面上的导电层2C和电极层2B的一部分，并且通过插针铆接（插针嵌缝）等方法将引线5A与集电体2A的露出部连接。另外，图2中仅表示了集电体2A的单面。使通过如上操作而制作得到的正极2与负极3对置，并且使隔膜4介于正极2与负极3之间来进行卷绕，从而完成电容器元件1。隔膜4例如可以使用厚度约为35μm、密度为0.45g/cm3的纤维素系的纸或PTFE等。作为电解液的溶质，例如能够使用乙基二甲基咪唑鎓四氟硼酸盐（EDMI+BF4-）。作为溶质的阴离子，含有氟原子的阴离子在耐电压特性方面是优选的，特别优选为BF4-或PF6-。另外，作为溶剂，使用有机溶剂。例如，能够使用碳酸亚丙酯（PC）。溶质的浓度为0.5～2.0摩尔/l。除此以外，就溶质而言，只要不是季铵盐或咪唑鎓盐等容易在规定的电压范围内发生分解等化学反应的化合物就可以没有特别限定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双电层电容器用电极，其具备表面上具有含磷的保护层的集电体和形成在所述集电体上且能够可逆地嵌入、脱嵌离子的极化电极层，并且在将所述集电体浸渍于水中时溶解析出的磷化合物的量相对于所述集电体的每单位表面积以磷换算计为1.35mg/m2以下。

【技术特征摘要】
2012.06.11 JP 2012-1316121.一种双电层电容器用电极，其具备表面上具有含磷的保护层的集电体和形成在所述集电体上且能够可逆地嵌入、脱嵌离子的极化电极层，并且在将所述集电体浸渍于水中时溶解析出的磷化合物的量相对于所述集电体的每单位表面积以磷换算计为1.35mg/m2以下。2.根据权利要求1所述的双电层电容器用电极，其还具备与所述集电体抵接的导电层，并且所述极化电极层与所述导电层抵接。3.根据权利要求1所述的双电层电容器用电极，其中，所述极化电极层与所述集电体抵接。4.一种双电层电容器，其具有：电容器元件，...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥泽智宏，森数真典，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：