双电层电容器制造技术

本发明专利技术提供了一种双电层电容器，具有一对集电器；正极可极化电极，设于该一对集电器中的一个集电器上，被构造成含有重量为Ｗ↓［＋］的活性炭，电容为Ｃ↓［＋］；负极可极化电极，设于该一对集电器中的另外一个集电器上，被构造成含有重量为Ｗ↓［－］的活性炭，电容为Ｃ↓［－］；隔板，插入正负可极化电极之间；和有机电解质溶液，至少浸渍正负可极化电极和隔板；其中，正极可极化电极的电容Ｃ↓［＋］与负极可极化电极的电容Ｃ↓［－］满足条件Ｃ↓［－］／Ｃ↓［＋］＝０．６～１．０，而且，正极可极化电极含有的活性炭重量Ｗ↓［＋］和负极可极化电极含有的活性炭重量Ｗ↓［－］满足条件Ｗ↓［－］／Ｗ↓［＋］＝１．１～２．０。本发明专利技术的双电层电容器即使在高外加电压下连续充电时，也具有优异的耐久性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及双电层电容器。
技术介绍
双电层电容器的储能与电容器外加电压的平方成正比。理论上说，通过增大电容器上的外加电压，应该可能增大电容器的储能。但是，在采用有机电解质溶液的传统的双电层电容器中，当外加约2.5V或更高的相对高电压时，正极和负极全都达到它们的反应电势，致使电解质溶液的分解，因而引发很多问题，例如电容器的耐久性和循环性能下降。鉴于此，采取了很多努力，以期找到在一定程度内增加电容器额定电压(voltage rating)的方法、通过将正负可极化电极的电容比控制在合适范围内，使得正负极达不到各自的反应电势(分解电势)。例如，JP-B 6-65206公开了一种双电层电容器，其中，通过根据电势-电流特征曲线的零电势来调节正负可极化电极的电容至一个比率，该比率即正负极反应电势之比的倒数，就能够使外加电压时正负极达到各自反应电势所需的时间相同。JP-A 8-107047公开了一种双电层电容器，其中，正负可极化电极所采用的活性炭比表面积和活性炭重量比都被控制在合适的范围内。JP-A 9-92583公开了一种双电层电容器，其中，通过控制正负可极化电极的涂布重量比，就能根据正极和负极产生不可逆电流时各自的电势，来设定正负可极化电极的电容比。JP-A 10-270293公开了一种双电层电容器，其中，例如通过改变正负可极化电极的表面积，使得每个正负极的电容彼此不同。JP-A 2000-188244公开了一种双电层电容器，其中，用作可极化电极的正极和负极的电容比为1.5或更高。JP-A 2003-289022公开了一种双电层电容器，其中优化了可极化正负极的固体体积或重量分布。众所周知，在采用有机电解质溶液的常规双电层电容器中，当外加高电压时，正极侧将首先达到反应电势。上述和本领域已知的其它电容器中采用的溶液是为了使活性炭在正极侧的涂布重量大于其在负极侧的涂布重量，以便增大正极的电容，降低正极可极化电极的电势，从而延缓正极侧达到反应电势。但是，控制正负电极电势是暂时性的。仅仅通过将正负可极化电极的电容比或涂布重量比设定成某一表示正极过量的数值，并不总能得到具有优良耐久性和循环特性的电容器。JP-A 11-67608公开了一种双电层电容器，其中，正负可极化电极采用孔尺寸分布彼此不同的活性炭。但是，该公开文件没有提到与所用电解质有关的任何内容，也没有对正负孔尺寸分布和电容器性能二者的结合给出任何启示或暗示。而且，正负极采用的活性炭的涂布重量相同。无论如何，迄今为止没有一种已知的双电层电容器能在外加约3V的高电压下连续充电时，明显地抑制电容降低和内阻增加，从而具备优异的耐久性。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种双电层电容器，即使在高外加电压下连续充电时，该电容器也具有高百分比的电容保持率和低的内阻增加度，并因此具有优异的耐久性。申请人已经发现，通过将正极可极化电极的电容与负极可极化电极的电容之比控制在特定范围内，并将正极侧活性炭和负极侧活性炭的重量比控制在特定范围内，就能够得到即使在高外加电压下连续充电时，也具有高百分比的电容保持率和低的内阻增加度，并因此具有优异耐久性的双电层电容器。因此，本专利技术提供了一种双电层电容器，包括一对集电器；一个正极可极化电极，其位于该一对集电器中的一个集电器上，被构造成含有重量为W+的活性炭，电容为C+；一个负极可极化电极，其位于该一对集电器中的另外一个集电器上，被构造成含有重量为W-的活性炭，电容为C-；隔板，其插入正负可极化电极之间；和有机电解质溶液，其至少浸渍正负可极化电极和隔板。正极可极化电极的电容C+与负极可极化电极的电容C-满足条件C-/C+＝0.6～1.0，而且，正极可极化电极所含活性炭的重量W+和负极可极化电极所含活性炭的重量W-满足条件W-/W+＝1.1～2.0。优选地，有机电解质溶液至少包含式(1)的离子性液体 其中，R1～R4各自独立地是1～5个碳原子的烷基，或是具有式R’-O-(CH2)n-的烷氧基烷基(R’是甲基或乙基，n是整数1～4)，而且R1、R2、R3和R4中的任两个可与X成环，条件是R1～R4中至少一个是上式的烷氧基烷基；X是氮原子或磷原子；Y是一价阴离子。有机电解质溶液可以包括非水有机溶剂。负极可极化电极所含的活性炭可以主要由蒸汽活化碳构成，并且具有微孔，微孔的孔半径分布峰根据MP方法测得在4.0×10-10～1.0×10-9m。正极可极化电极所含的活性炭可以主要由碱活化碳构成。本专利技术可以得到即使在高外加电压下连续充电时也具有高百分比的电容保持率和低的内阻增加度，并因此具有优异耐久性的双电层电容器。而且，本专利技术的双电层电容器具有低温环境下的低内阻，还具有优异的高电流充/放电特征。附图说明图1是根据本专利技术一个实施方案的双电层电容器的局剖透视图。图2是表示该实施方案中电极组的局部放大剖视图。具体实施例方式本专利技术的双电层电容器包括一对集电器；一个正极可极化电极，其位于该一对集电器中的一个集电器上，被构造成含有重量为W+的活性炭，电容为C+；一个负极可极化电极，其位于该一对集电器中的另外一个集电器上，被构造成含有重量为W-的活性炭，电容为C-；隔板，其插入正负可极化电极之间；和有机电解质溶液，其至少浸渍正负可极化电极和隔板。正极可极化电极的电容C+与负极可极化电极的电容C-满足条件C-/C+＝0.6～1.0，而且，正极可极化电极所含有的活性炭重量W+和负极可极化电极所含有的活性炭重量W-满足条件W-/W+＝1.1～2.0。本专利技术的电容器中，如果正负可极化电极各自的电容比C-/C+超出0.6～1.0的范围，那么在高的外加电压下连续充电之后，电容器的耐久性将差强人意，这是因为例如电容保持率的降低和内阻的增大。C-/C+比例优选为0.67～0.97，更优选为0.70～0.95。正极可极化电极的电容C+和负极可极化电极的电容C-是在将参考电极如Ag/Ag+离子参考电极插入双电层电容器中，并在对应于1小时率的电流值时从额定电压恒定电流放电到0V的情况下，由各自正负放电曲线的斜率计算而得。而且，本专利技术的电容器中，当正负可极化电极各自含有的活性炭重量之比W-/W+超过1.1～2.0时，得不到具有足够耐久性的电容器。W-/W+比例优选为1.2～1.9，更优选为1.3～1.8。正极可极化电极所含有的活性炭重量W+和负极可极化电极所含有的活性炭重量W-分别表示正极可极化电极所含活性炭的总重量和负极可极化电极所含活性炭的总重量。这些重量包括在集电器两侧作为外层形成的可极化电极中的活性炭。负极可极化电极所采用的活性炭可以选择通常被双电层电容器采用的任何活性炭，用作负极可极化电极的活性炭(下面还称为“负极活性炭”)，但是优选一种主要由蒸汽活化碳构成，且具有微孔，微孔的孔半径分布峰根据MP方法测得为4.0×10-10～1.0×10-9m(4.0～10)的活性炭。如果该峰低于4.0×10-10m，高电流充放电特征将下降，而且低温下的充放电特征可能恶化。另一方面，当高于1.0×10-9m时，活性炭中很难得到高比表面积；因此，比表面积变小，可能降低电容。特别地，上述峰优选为4.5×10-10～9.0×10-10m(4.5～9.0)，更优选为5.0×10-10～8本文档来自技高网...

【技术保护点】
双电层电容器，具有：－一对集电器；－正极可极化电极，设于该一对集电器中的一个集电器上，被构造成含有重量为Ｗ↓［＋］的活性炭，电容为Ｃ↓［＋］；－负极可极化电极，设于该一对集电器中的另外一个集电器上，被构造成含有重量为Ｗ↓［－］的活性炭，电容为Ｃ↓［－］；－隔板，插入正负可极化电极之间；和－有机电解质溶液，至少浸渍正负可极化电极和隔板；其中，正极可极化电极的电容Ｃ↓［＋］与负极可极化电极的电容Ｃ↓［－］满足条件Ｃ↓［－］／Ｃ↓［＋］＝０．６～１．０，而且，正极可极化电极含有的活性炭重量Ｗ↓［＋］和负极可极化电极含有的活性炭重量Ｗ↓［－］满足条件Ｗ↓［－］／Ｗ↓［＋］＝１．１～２．０。

【技术特征摘要】
JP 2005-9-26 2005-2774611.双电层电容器，具有-一对集电器；-正极可极化电极，设于该一对集电器中的一个集电器上，被构造成含有重量为W+的活性炭，电容为C+；-负极可极化电极，设于该一对集电器中的另外一个集电器上，被构造成含有重量为W-的活性炭，电容为C-；-隔板，插入正负可极化电极之间；和-有机电解质溶液，至少浸渍正负可极化电极和隔板；其中，正极可极化电极的电容C+与负极可极化电极的电容C-满足条件C-/C+＝0.6～1.0，而且，正极可极化电极含有的活性炭重量W+和负极可极化电极含有的活性炭重量W-满足条件W-/W+＝1.1～2.0。2.根据权利要求1所述的双电层电容器，其中，有机...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉田浩，中田英宪，
申请(专利权)人：日清纺织株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]