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JP2017118136A - Polarizable electrode for double layer capacitor - Google Patents

Polarizable electrode for double layer capacitor Download PDF

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JP2017118136A
JP2017118136A JP2017031251A JP2017031251A JP2017118136A JP 2017118136 A JP2017118136 A JP 2017118136A JP 2017031251 A JP2017031251 A JP 2017031251A JP 2017031251 A JP2017031251 A JP 2017031251A JP 2017118136 A JP2017118136 A JP 2017118136A
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electric double
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layer capacitor
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Shuhei Toshinari
修平 俊成
則枝 博之
Hiroyuki Norieda
博之 則枝
小林 康太郎
Kotaro Kobayashi
康太郎 小林
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode for double layer capacitor, capable of achieving high energy density even at a high voltage and little time degradation of a capacitance or a resistor, that is, excellent long-term reliability.SOLUTION: The electrode for double layer capacitor includes: a polarizable electrode material containing porous carbon particles, conductive auxiliary material, tungsten oxide powder and binder; conductive adhesive containing conductive material and poly-N-vinyl acetamide (PNVA) system binder; a sheet-like collector.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、エネルギー密度および長期信頼性の向上を目的とした、耐電圧性を向上させた電気二重層キャパシタ用の分極性電極、に関係する。   The present invention relates to a polarizable electrode for an electric double layer capacitor with improved voltage resistance for the purpose of improving energy density and long-term reliability.

電気二重層キャパシタは、正負一対の分極性電極と電解質溶液との界面で電解質イオンが吸着/脱着することにより形成される電気二重層の静電容量を利用した蓄電素子である。   An electric double layer capacitor is a power storage element that utilizes the capacitance of an electric double layer formed by adsorption / desorption of electrolyte ions at the interface between a pair of positive and negative polarizable electrodes and an electrolyte solution.

電気二重層キャパシタの用途としては、メモリーバックアップ用等の小容量タイプから、電気自動車の補助電源、太陽電池用補助電源、風力発電用補助電源および瞬停補償装置等の中容量タイプおよび大容量タイプまで幅広く検討されている。特に近年では、自動車や建機等において、回生エネルギーを活用することで更なる低燃費化の検討が行われており、急速充放電が可能なデバイスとして電気二重層キャパシタが検討されている。   Electric double layer capacitors can be used for small capacity types such as for memory backup, medium power types and large capacity types such as auxiliary power sources for electric vehicles, auxiliary power sources for solar cells, auxiliary power sources for wind power generation and instantaneous power failure compensation devices. Has been widely studied. In particular, in recent years, in automobiles and construction machinery, etc., studies have been made on further reducing fuel consumption by utilizing regenerative energy, and electric double layer capacitors have been studied as devices capable of rapid charge / discharge.

電気二重層キャパシタの評価すべき特性として、静電容量(C)、使用電圧(V)、エネルギー密度(E)、内部抵抗、および使用寿命等がある。いずれの特性の向上も重要であるが、最近では特に、電気二重層キャパシタの短所であるエネルギー密度の向上と、長所である使用寿命のさらなる延長(長期信頼性の向上)が、上述した小容量タイプから大容量タイプの用途においても求められるようになっている。   Characteristics to be evaluated of the electric double layer capacitor include capacitance (C), operating voltage (V), energy density (E), internal resistance, service life, and the like. Improvement of both characteristics is important, but recently, especially the improvement of energy density, which is a disadvantage of electric double layer capacitors, and further extension of the service life (improvement of long-term reliability) are the small capacity mentioned above. It is also required for applications from types to large capacity types.

特許文献1は、酸化タングステン粉末を含むことを特徴とする分極性電極材を提供している。これにより、エネルギー密度が高く、かつ、静電容量や抵抗の経時劣化が少ない、すなわち長期信頼性に優れた高耐電圧タイプの電気二重層キャパシタ用の分極性電極材、およびこれを用いた電気二重層キャパシタを実現している。
なお、この電気二重層キャパシタ用の分極性電極材は、水ガラスをベースとする導電性接着剤で集電体に接合されている。
Patent Document 1 provides a polarizable electrode material containing tungsten oxide powder. As a result, a polarizable electrode material for a high withstand voltage type electric double layer capacitor having a high energy density and little deterioration of capacitance and resistance with time, that is, excellent long-term reliability, and electricity using the same A double layer capacitor is realized.
The polarizable electrode material for the electric double layer capacitor is joined to the current collector with a conductive adhesive based on water glass.

特許文献1では、その電極材に含まれる酸化タングステンにより、エネルギー密度が高く、かつ、静電容量や抵抗の経時劣化が少ない、すなわち長期信頼性に優れた、電気二重層キャパシタが得られている。酸化タングステンを含むことにより高い効果が認められる原因は定かではないが、以下のように考えられている。電気二重層キャパシタ内部には、電解質溶液中の残存水分、組み立て時に混入する水分がある。また、電極層に使用した活性炭、導電補助剤、バインダーおよびセパレータ等の表面および内部に物理吸着水や化学結合型吸着水が存在する。これらの水分は、充放電を繰り返し行う間に、水として脱離し、電圧印加により電気分解し、ガスを発生するとともに、OH等を生成する。さらに、これらの水分は電解質(溶液)の分解も引き起こすことがあり、とくに有機系電解質で、かつ電解質アニオンとしてフッ素を含んでいる場合には、電気二重層キャパシタ中の残存水分と電解質の反応によりフッ酸(HF)が生成されるため、集電体の腐食が激しい。また、これらの分解生成物は活性炭の表面を被覆したり、活性炭の細孔を閉塞したりすることによって、活性炭の表面積を低下させ、静電容量の低下を引き起こす。また、これらの分解生成物はセパレータの開口部を閉塞することにより抵抗の上昇も引き起こす。内部抵抗の上昇は、放電可能なエネルギーを経時的に低下させる。特許文献1では、電極材に含まれた酸化タングステンが水分および分解生成物を吸着除去することにより、多孔質炭素粒子の細孔およびセパレータの開口部の閉塞を防ぐと考えられている。 In Patent Document 1, an electric double layer capacitor having a high energy density and little deterioration with time of capacitance and resistance, that is, excellent long-term reliability, is obtained by tungsten oxide contained in the electrode material. . The reason why high effect is recognized by including tungsten oxide is not clear, but is considered as follows. Inside the electric double layer capacitor, there are residual moisture in the electrolyte solution and moisture mixed during assembly. Further, physically adsorbed water and chemically bonded adsorbed water exist on the surface and inside of the activated carbon, conductive additive, binder and separator used for the electrode layer. These waters are desorbed as water during repeated charging and discharging, and are electrolyzed by applying a voltage to generate gas and generate OH − and the like. In addition, these waters may cause decomposition of the electrolyte (solution). Especially when it is an organic electrolyte and contains fluorine as the electrolyte anion, the reaction of the residual water in the electric double layer capacitor with the electrolyte Since hydrofluoric acid (HF) is generated, corrosion of the current collector is severe. In addition, these decomposition products coat the surface of the activated carbon or block the pores of the activated carbon, thereby reducing the surface area of the activated carbon and causing a decrease in capacitance. These decomposition products also cause an increase in resistance by closing the opening of the separator. The increase in internal resistance decreases the energy that can be discharged over time. In Patent Document 1, it is considered that tungsten oxide contained in the electrode material adsorbs and removes moisture and decomposition products, thereby preventing the pores of the porous carbon particles and the opening of the separator from being blocked.

特許文献2は、電気二重層キャパシタ用電極の構成部材である分極性電極層とシート状集電体とを接合するための導電性接着剤として、導電材およびポリ−N−ビニルアセトアミド系バインダーを含むことを特徴とする導電性接着剤を提供している。これにより、導電性接着剤に、水分除去のための乾燥処理を250℃以上とすることができる耐熱接着性をもたらしている。
なお、特許文献2では、この接着剤を、酸化タングステンを含む電極材とシート状集電体とを接合するための導電性接着剤として使用することについては、何ら記載されていない。
Patent Document 2 discloses a conductive material and a poly-N-vinylacetamide-based binder as a conductive adhesive for joining a polarizable electrode layer, which is a component of an electrode for an electric double layer capacitor, and a sheet-like current collector. An electrically conductive adhesive is provided. Thereby, the heat-resistant adhesive which can make the drying process for a water | moisture content removal 250 degreeC or more is provided to the conductive adhesive.
In Patent Document 2, there is no description about using this adhesive as a conductive adhesive for joining an electrode material containing tungsten oxide and a sheet-like current collector.

特開2011−233845号明細書JP2011-233845A 特開2009−277783号明細書JP 2009-277783 A

上記の特許文献1、2により、長期信頼性に優れた電気二重層キャパシタの開発がなされているが、さらに長期信頼性を向上させた電気二重層キャパシタが求められている。特に、過酷な条件である3.0Vを超える高電圧使用条件下においては、電気二重層キャパシタの経時劣化(静電容量の経時劣化、内部抵抗の経時上昇)が加速しやすく、高電圧使用条件下における長期信頼性をさらに高めた電気二重層キャパシタが強く求められている。   According to Patent Documents 1 and 2 described above, an electric double layer capacitor having excellent long-term reliability has been developed. However, an electric double layer capacitor having further improved long-term reliability is demanded. In particular, under conditions of high voltage exceeding 3.0V, which is a severe condition, deterioration with time of the electric double layer capacitor (degradation of capacitance with time, increase of internal resistance with time) is likely to accelerate. There is a strong demand for an electric double layer capacitor that further enhances long-term reliability below.

本発明では、3.0V以上の高電圧においても、エネルギー密度が高く、かつ、静電容量や抵抗の経時劣化が少ない、すなわち長期信頼性に優れた、電気二重層キャパシタ用電極を提供することを目的とする。   The present invention provides an electrode for an electric double layer capacitor that has a high energy density and little deterioration with time of capacitance and resistance even at a high voltage of 3.0 V or more, that is, excellent long-term reliability. With the goal.

本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、3.0V以上の高電圧で電気二重層キャパシタに用いた場合に、電気二重層キャパシタの内部抵抗が経時上昇した一因が、電極材と集電体の接合状態の不良であることを見出した。この接合状態の不良は、電気二重層キャパシタ内での水分や電解質の分解により発生するHF、OH等による、従来の使用電圧(2.5-2.7V程度)では影響が少なかった集電体の腐食/電極の剥離が顕著に生じたためと考えられる。その結果、集電体と電極材との界面抵抗が上昇する。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have contributed to an increase in the internal resistance of the electric double layer capacitor over time when used in an electric double layer capacitor at a high voltage of 3.0 V or higher. It was found that the bonding state between the electrode material and the current collector was poor. The failure of this bonded state, HF generated by decomposition of water and electrolytes in the electric double layer capacitor, OH - or the like by the corrosion of the conventional operating voltage (approximately 2.5-2.7V) the effect was less current collector / This is probably due to the significant peeling of the electrode. As a result, the interface resistance between the current collector and the electrode material increases.

そして、本発明者らは、酸化タングステンを含む電極材と、ポリNビニルアセトアミド(PNVA)系バインダーを含む導電性接着剤と、シート状集電体とを含んでなる電気二重層キャパシタ用電極は、3.0Vを超える高電圧においても、電極材とシート状集電体を強固に接着することができ、それにより、水分や電解質の分解により発生するHF、OH等が集電体と電極材との間に侵入することがないので、集電体の腐食/電極材の剥離を抑制できることを見出した。結果として、この電気二重層キャパシタ用電極は、3.0Vを超える高電圧においても、エネルギー密度が高く、かつ、静電容量や内部抵抗の経時劣化が少ない、すなわち長期信頼性を有する。特許文献1においても、高電圧における長期信頼性が得られているが、本発明ではさらに長期信頼性が向上しており、特に内部抵抗上昇抑制が顕著に向上している。 The inventors of the present invention provide an electrode for an electric double layer capacitor comprising an electrode material containing tungsten oxide, a conductive adhesive containing a poly-N vinylacetamide (PNVA) binder, and a sheet-like current collector. , even at high voltage exceeding 3.0 V, the electrode material and the sheet-like current collector can be firmly adhered, whereby, HF generated by decomposition of moisture and electrolytes, OH - or the like current collector and the electrode It has been found that corrosion of the current collector / exfoliation of the electrode material can be suppressed because it does not intrude into the material. As a result, the electrode for the electric double layer capacitor has high energy density and little deterioration with time of capacitance and internal resistance even at a high voltage exceeding 3.0 V, that is, has long-term reliability. Also in Patent Document 1, long-term reliability at a high voltage is obtained. However, in the present invention, long-term reliability is further improved, and in particular, suppression of increase in internal resistance is remarkably improved.

かくして本発明によれば、下記(1)〜(7)が提供される。   Thus, according to the present invention, the following (1) to (7) are provided.

(1) 多孔質炭素粒子、導電助材、酸化タングステン粉末、およびバインダーを含む分極性電極材と、導電材およびポリ−N−ビニルアセトアミド(PNVA)系バインダーを含む導電性接着剤と、シート状集電体と、を含むことを特徴とする電気二重層キャパシタ用電極。   (1) Polarizable electrode material including porous carbon particles, conductive additive, tungsten oxide powder, and binder, conductive adhesive including conductive material and poly-N-vinylacetamide (PNVA) binder, and sheet-like An electrode for an electric double layer capacitor, comprising: a current collector.

(2) 該分極性電極材、該導電性接着剤、および該シート状集電体が、この順で、積層されることを特徴とする、(1)に記載の電気二重層キャパシタ用電極。   (2) The electrode for an electric double layer capacitor according to (1), wherein the polarizable electrode material, the conductive adhesive, and the sheet-like current collector are laminated in this order.

(3) 該ポリ−N−ビニルアセトアミド系バインダーは、N−ビニルアセトアミド単独重合体およびN−ビニルアセトアミド共重合体からなる群より選択されることを特徴とする、(1)または(2)に記載の電気二重層キャパシタ用電極。   (3) In (1) or (2), the poly-N-vinylacetamide-based binder is selected from the group consisting of N-vinylacetamide homopolymers and N-vinylacetamide copolymers. The electrode for electrical double layer capacitors as described.

(4) 該N−ビニルアセトアミド共重合体が、ポリ−N−ビニルアセトアミドおよびアクリル酸ナトリウムの共重合体であることを特徴とする、(3)に記載の電気二重層キャパシタ用電極。   (4) The electric double layer capacitor electrode according to (3), wherein the N-vinylacetamide copolymer is a copolymer of poly-N-vinylacetamide and sodium acrylate.

(5) 該ポリ−N−ビニルアセトアミドおよび該アクリル酸ナトリウムの重合比が、9/1〜5/5であることを特徴とする、(4)に記載の電気二重層キャパシタ用電極。   (5) The electric double layer capacitor electrode according to (4), wherein the polymerization ratio of the poly-N-vinylacetamide and the sodium acrylate is 9/1 to 5/5.

(6) 該導電材がカーボンブラックを含むことを特徴とする、(1)〜(5)のいずれか1項に記載の電気二重層キャパシタ用電極。   (6) The electric double layer capacitor electrode according to any one of (1) to (5), wherein the conductive material contains carbon black.

(7) 該シート状集電体がプレーンアルミニウム箔を含んでなることを特徴とする、(1)〜(6)のいずれか1項に記載の電気二重層キャパシタ用電極。   (7) The electrode for an electric double layer capacitor according to any one of (1) to (6), wherein the sheet-like current collector comprises a plain aluminum foil.

本発明の、酸化タングステンを含む電極材と、ポリNビニルアセトアミド(PNVA)系バインダーを含む導電性接着剤と、シート状集電体とを含んでなる電気二重層キャパシタ用電極を用いることにより、電極材とシート状集電体を強固に接着することができ、それにより、水分や電解質の分解により発生するHF、OH等が集電体と電極材との間に侵入することがない。また、電極材に含まれた酸化タングステンが水分や電解質の分解により発生するHF、OH等を吸着除去することができる。そのため、集電体の腐食/電極材の剥離を抑制でき、3.0Vを超える高電圧においても、エネルギー密度が高く、かつ、静電容量や内部抵抗の経時劣化が少ない、すなわち長期信頼性を有する電気二重層キャパシタが得られる。特許文献1においても、高電圧における長期信頼性が得られているが、本発明ではさらに長期信頼性が向上しており、特に内部抵抗上昇抑制が顕著に向上している。 By using an electrode for an electric double layer capacitor comprising an electrode material containing tungsten oxide, a conductive adhesive containing a poly-N vinylacetamide (PNVA) binder, and a sheet-like current collector of the present invention, The electrode material and the sheet-like current collector can be firmly bonded, so that HF, OH − and the like generated by the decomposition of moisture and electrolyte do not enter between the current collector and the electrode material. Further, tungsten oxide contained in the electrode material can adsorb and remove HF, OH − and the like generated by the decomposition of moisture and electrolyte. Therefore, corrosion of the current collector / detachment of the electrode material can be suppressed, and even at a high voltage exceeding 3.0 V, the energy density is high and the capacitance and internal resistance are less deteriorated with time, that is, long-term reliability is achieved. The electric double layer capacitor is obtained. Also in Patent Document 1, long-term reliability at a high voltage is obtained. However, in the present invention, long-term reliability is further improved, and in particular, suppression of increase in internal resistance is remarkably improved.

図1は、本発明の電気二重層キャパシタ用電極の一例を示す拡大断面模式図である。FIG. 1 is an enlarged schematic cross-sectional view showing an example of an electrode for an electric double layer capacitor of the present invention. 図2は、本発明の電気二重層キャパシタ用電極(集電体の両面に電極層を接着したもの)の一例を示す拡大断面模式図である。FIG. 2 is an enlarged schematic cross-sectional view showing an example of an electrode for an electric double layer capacitor of the present invention (in which an electrode layer is bonded to both sides of a current collector). 図3は、実施例および比較例において作製した電極の打ち抜き方法を示す略状面図である。FIG. 3 is a schematic plane view showing a method of punching electrodes produced in Examples and Comparative Examples. 図4は、本発明の電極部材とセパレータを組み合わせた構成を示す概略斜視図である。FIG. 4 is a schematic perspective view showing a configuration in which the electrode member of the present invention and a separator are combined. 図5は、酸化タングステンの存在位置を変えた3種類の電極の構造を示す、概略模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing the structure of three types of electrodes with different positions of tungsten oxide.

本発明による電気二重層キャパシタ用電極は、多孔質炭素粒子、導電助材、酸化タングステン粉末、およびバインダーを含む分極性電極材と、導電材およびポリ−N−ビニルアセトアミド(PNVA)系バインダーを含む導電性接着剤と、シート状集電体と、を含むことを特徴とする。   An electrode for an electric double layer capacitor according to the present invention includes a polarizable electrode material containing porous carbon particles, a conductive additive, tungsten oxide powder, and a binder, and a conductive material and a poly-N-vinylacetamide (PNVA) binder. It includes a conductive adhesive and a sheet-like current collector.

本発明による電気二重層キャパシタ用電極を構成する各要素について、以下に説明する。   Each element which comprises the electrode for electric double layer capacitors by this invention is demonstrated below.

分極性電極材に含まれる多孔質炭素粒子は、電気二重層を形成し得る炭素質物質である限り特に限定されず、活性炭などを用いることが可能である。活性炭のBET比表面積が、500m/g以上、好ましくは1000m/g以上であり、3000m/g以下、好ましくは2500m/g以下である活性炭を用いることが可能である。活性炭の原料としては特に制限はない。具体的に例示すると、植物系の木材、椰子殻、パルプ廃液、化石燃料系の石炭、石油重質油、それらを熱分解した石炭、石油系ピッチ、コークス、合成樹脂であるフェノール樹脂、フラン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニルビニリデン樹脂等の種々の材料を用いることができる。 The porous carbon particles contained in the polarizable electrode material are not particularly limited as long as they are carbonaceous substances that can form an electric double layer, and activated carbon or the like can be used. Activated carbon having a BET specific surface area of 500 m 2 / g or more, preferably 1000 m 2 / g or more, and 3000 m 2 / g or less, preferably 2500 m 2 / g or less can be used. There is no restriction | limiting in particular as a raw material of activated carbon. Specific examples include plant-based wood, coconut husk, pulp waste liquor, fossil fuel-based coal, heavy petroleum oil, coal pyrolyzed, petroleum-based pitch, coke, synthetic resin phenol resin, furan resin Various materials such as a polyvinyl chloride resin and a polyvinylidene chloride resin can be used.

活性炭の賦活法はガス賦活、薬品賦活等の種々の方法を適用できる。ガス賦活で用いるガスは水蒸気、二酸化炭素、酸素、塩素、二酸化硫黄、硫黄蒸気等が使用できる。薬品賦活で用いる薬品は塩化亜鉛、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、リン酸、塩化カルシウム、硫化カリウム等が使用できる。   As the activation method of activated carbon, various methods such as gas activation and chemical activation can be applied. Water, carbon dioxide, oxygen, chlorine, sulfur dioxide, sulfur vapor, etc. can be used as the gas used for gas activation. As chemicals used for chemical activation, zinc chloride, potassium hydroxide, sodium hydroxide, potassium carbonate, sodium carbonate, phosphoric acid, calcium chloride, potassium sulfide and the like can be used.

活性炭の粉砕はボールミル、ジェットミル、ハンマーミル等種々の方法で行うことができる。粉砕により目標の粒度に整えることができなければ、分級により粒度を調整しても良い。   The activated carbon can be pulverized by various methods such as a ball mill, a jet mill, and a hammer mill. If the target particle size cannot be adjusted by pulverization, the particle size may be adjusted by classification.

また前記多孔質炭素は、炭素材料に賦活処理を施して製造される黒鉛類似の微結晶炭素であってもよい。この微結晶炭素は、電圧印加時に結晶層間にイオン等が入り込むことによって電気二重層を形成するものであり、例えば、特開平11−317333号公報に開示の技術に従って入手することができる。   The porous carbon may be graphite-like microcrystalline carbon produced by subjecting a carbon material to activation treatment. This microcrystalline carbon forms an electric double layer when ions or the like enter between crystal layers when a voltage is applied, and can be obtained, for example, according to the technique disclosed in JP-A-11-317333.

分極性電極材に含まれる導電助材は、非局在化したπ電子の存在によって高い導電性を有する黒鉛;黒鉛質の炭素微結晶が数層集まって乱層構造を形成した球状集合体であるカーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラック、その他のファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラックなど);メタン、プロパン、アセチレンなどの炭化水素を気相熱分解し、基板となる黒鉛上に薄膜の状態で析出させてなる熱分解黒鉛などが挙げられる。中でも、金属不純物の含有量が低く且つ高い導電性確保が可能な点で、人造黒鉛、特に、高純度人造黒鉛が、また、比較的小粒径であり且つ導電性も比較的良好な点で、ケッチェンブラック、アセチレンブラックが好ましい。ここで「高純度」とは、灰分が0.5質量%以下であることを意味する。   The conductive material contained in the polarizable electrode material is a graphite that has high conductivity due to the presence of delocalized π electrons; a spherical aggregate in which several layers of graphitic carbon microcrystals gather to form a turbulent structure. Certain carbon blacks (acetylene black, ketjen black, other furnace blacks, channel blacks, thermal lamp blacks, etc.); hydrocarbons such as methane, propane, acetylene, etc. are vapor-phase pyrolyzed to form a thin film on graphite as a substrate And pyrolytic graphite formed by precipitation. Among them, artificial graphite, particularly high-purity artificial graphite, has a relatively small particle size and has a relatively good conductivity in that the metal impurity content is low and high conductivity can be ensured. Ketjen black and acetylene black are preferable. Here, “high purity” means that the ash content is 0.5 mass% or less.

導電助材の配合量は、分極性電極材の主要成分である多孔質炭素粒子、導電助材、およびバインダーを合わせた合計質量を100質量部として、10質量部以下が好ましい。前記合計質量は、それらの主要成分を配合する際に用いた成形助剤を除去した後の乾燥質量である。導電助材は多孔質炭素粒子間の接触抵抗を下げるために使用され、従来の分極性電極層(本明細書において、電極層とは、特に断りのない限り、電極材から構成される層、または電極材と導電性接着剤との混合物から構成される層を指し、集電体を含まない。)では通常10質量部以上の配合がされていた。しかしながら導電助材の量が増えると分極性電極層の加工性が悪化し、ひび割れ、クラック、圧延性の悪化等の問題が発生する。また粒子の大きさが活性炭と比較すると小さいため、均一に分散されていないと分極性電極層の粒子間空隙を埋めてしまい、電解質溶液の拡散を妨げるという問題もある。   The blending amount of the conductive additive is preferably 10 parts by mass or less, where the total mass of the porous carbon particles, the conductive additive, and the binder, which are the main components of the polarizable electrode material, is 100 parts by mass. The said total mass is a dry mass after removing the shaping | molding adjuvant used when mix | blending those main components. The conductive additive is used to lower the contact resistance between the porous carbon particles, and a conventional polarizable electrode layer (in this specification, unless otherwise specified, an electrode layer is a layer composed of an electrode material, Or the layer comprised from the mixture of an electrode material and a conductive adhesive is pointed out, and a current collector is not included. However, when the amount of the conductive additive is increased, the workability of the polarizable electrode layer is deteriorated, and problems such as cracks, cracks, and deterioration in rollability occur. In addition, since the size of the particles is smaller than that of the activated carbon, if the particles are not uniformly dispersed, the inter-particle voids of the polarizable electrode layer are filled, and there is a problem that the diffusion of the electrolyte solution is hindered.

分極性電極材に含まれる酸化タングステン粉末により、エネルギー密度が高く、かつ、静電容量や抵抗の経時劣化が少ない、すなわち長期信頼性に優れた、電気二重層キャパシタが得られる。酸化タングステン粉末を含むことにより高い効果が認められる原因は定かではないが、水分および分解生成物を吸着除去することにより、多孔質炭素粒子やセパレータの細孔の閉塞を防ぐためだと考えられる。   With the tungsten oxide powder contained in the polarizable electrode material, it is possible to obtain an electric double layer capacitor having high energy density and little deterioration of capacitance and resistance with time, that is, excellent long-term reliability. The reason why the high effect is recognized by including the tungsten oxide powder is not clear, but it is considered to prevent the porous carbon particles and the pores of the separator from being blocked by adsorbing and removing moisture and decomposition products.

酸化タングステン粉末の添加量としては、分極性電極材の主要成分である多孔質炭素粒子、導電助材、およびバインダーを合わせた合計質量を100質量部(合計質量は、これらの主要成分を配合する際に用いた成形助剤を除去した後の乾燥質量)として、2質量部以上40質量部以下の比率であることが好ましく、4質量部以上30質量部以下の比率であることがさらに好ましい。添加量が2質量部未満の場合は、水分や分解生成物の吸着除去効果が不十分であり、効果が十分でない。一方、酸化タングステン粉末の添加量が多くなるにともなって電極材体積あたりの多孔質炭素粒子の比率が低下するため、キャパシタセルの初期静電容量が低下する。添加量が4質量部以上30質量部以下であると、水分や分解生成物を吸着除去する効果が顕著であると同時に初期静電容量を確保できるため、より好ましい。   As the addition amount of the tungsten oxide powder, the total mass of the porous carbon particles, the conductive additive, and the binder, which are the main components of the polarizable electrode material, is 100 parts by mass (the total mass is a combination of these main components) The dry mass after removing the molding aid used at the time is preferably a ratio of 2 to 40 parts by mass, more preferably 4 to 30 parts by mass. When the addition amount is less than 2 parts by mass, the effect of removing moisture and decomposition products by adsorption is insufficient, and the effect is not sufficient. On the other hand, as the added amount of tungsten oxide powder increases, the ratio of the porous carbon particles per volume of the electrode material decreases, so the initial capacitance of the capacitor cell decreases. When the addition amount is 4 parts by mass or more and 30 parts by mass or less, the effect of adsorbing and removing moisture and decomposition products is remarkable, and at the same time the initial capacitance can be secured, which is more preferable.

酸化タングステン粉末の粒子径に関しては、電気二重層キャパシタ用電極層を形成する場合に電極層の厚みに影響を与えない範囲のものであればどのような粒子径でも使用可能である。実際には、酸化タングステン粉末の粒子径は、0.1μm〜50μm程度のものが、電極層の厚みに影響を及ばさず、かつ粉砕・分級工程にあまり費用がかからなくて好ましい。   Regarding the particle diameter of the tungsten oxide powder, any particle diameter can be used as long as it does not affect the thickness of the electrode layer when forming the electrode layer for an electric double layer capacitor. Actually, it is preferable that the particle diameter of the tungsten oxide powder is about 0.1 μm to 50 μm because it does not affect the thickness of the electrode layer and the pulverization / classification process does not cost much.

酸化タングステン粉末は一般的に数十μmの粒子径で市販されている。この粒子径よりもさらに小さいものに関しては、粉砕・分級といった工程が必要であり、粒子径を小さくするに従い、粉砕時間が長くなり、また収率も低下することからコストが高くなる。このため、0.1μm程度が工業的に使用できる最小粒子径と考えられる。電気二重キャパシタ用電極層は通常0.01〜5mm程度の厚みからなる。このため、添加する酸化タングステン粉末の粒子径は電極層の厚み以下に抑える必要があるが、市販品の酸化タングステンの粒子径から考えて、最大粒子径は30μm程度までが実用的な最大粒子径と考えられる。   Tungsten oxide powder is generally commercially available with a particle size of several tens of μm. For those having a particle size smaller than this particle size, steps such as pulverization and classification are required. As the particle size is reduced, the pulverization time becomes longer and the yield decreases, resulting in higher costs. For this reason, about 0.1 micrometer is considered to be the minimum particle diameter which can be used industrially. The electrode layer for an electric double capacitor usually has a thickness of about 0.01 to 5 mm. For this reason, it is necessary to keep the particle size of the tungsten oxide powder to be added below the thickness of the electrode layer, but considering the particle size of commercially available tungsten oxide, the maximum particle size is practically about 30 μm. it is conceivable that.

酸化タングステン粉末の粉砕に関しては活性炭の粉砕と同様にボールミル、ジェットミル、ハンマーミル等種々の方法で行うことができる。粉砕により目標の粒度に整えることができなければ、分級により粒度を調整しても良い。また、酸化タングステンと多孔質炭素粒子との混合方法としては、均一に分散させるための混合方法に制限はなく、例えば、酸化タングステンおよび多孔質炭素粒子を固体の状態どうしで混合する固(体)−固(体)混合でも、あるいはすくなくともどちらか一方を予め水、有機溶剤等の液体に分散させたスラリー状の分散液を使用することも可能である。さらには、これらの混合時に分散性を向上させるために、超音波混合や水流を用いて混合することも可能である。   The tungsten oxide powder can be pulverized by various methods such as ball milling, jet milling, hammer milling, etc. as in the case of pulverizing activated carbon. If the target particle size cannot be adjusted by pulverization, the particle size may be adjusted by classification. Moreover, as a mixing method of tungsten oxide and porous carbon particles, there is no limitation on the mixing method for uniformly dispersing, for example, solid (body) in which tungsten oxide and porous carbon particles are mixed in a solid state. -It is also possible to use a solid dispersion or a slurry dispersion in which at least one of them is previously dispersed in a liquid such as water or an organic solvent. Furthermore, in order to improve dispersibility at the time of mixing these, it is also possible to mix using ultrasonic mixing or a water flow.

分極性電極材に含まれるバインダーは、分極性電極材に含まれる多孔質炭素粒子、導電助材および酸化タングステン粉末を結着する。バインダーとしては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)等を用いることができる。   The binder contained in the polarizable electrode material binds the porous carbon particles, the conductive additive, and the tungsten oxide powder contained in the polarizable electrode material. As the binder, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene (PE), polypropylene (PP), styrene butadiene rubber (SBR), acrylonitrile butadiene rubber (NBR), or the like can be used.

バインダーの配合量は、分極性電極材の主要成分である多孔質炭素粒子、導電助材、およびバインダーを合わせた合計質量を100質量部として、好ましくは1〜30質量部、より好ましくは3〜20質量部である。前記合計質量は、それらの主要成分を配合する際に用いた成形助剤を除去した後の乾燥質量である。このバインダーの配合量が1質量部より少ないと多孔質炭素粒子を分極性電極材に保持することが困難になる。反対に配合量が30質量部を超えると電気二重層キャパシタのエネルギー密度が低くなり、また内部抵抗が高くなる。   The blending amount of the binder is preferably 1 to 30 parts by mass, more preferably 3 to 100 parts by mass, with the total mass of the porous carbon particles, the conductive additive, and the binder as the main components of the polarizable electrode material being 100 parts by mass. 20 parts by mass. The said total mass is a dry mass after removing the shaping | molding adjuvant used when mix | blending those main components. When the blending amount of the binder is less than 1 part by mass, it becomes difficult to hold the porous carbon particles on the polarizable electrode material. On the other hand, when the blending amount exceeds 30 parts by mass, the energy density of the electric double layer capacitor is lowered and the internal resistance is increased.

分極性電極材の各要素、すなわち、電気二重層形成材料である多孔質炭素粒子、導電性確保のための導電助剤、およびこれらを結着させるバインダーに、必要に応じて成形助剤[水、アルコール(メタノール、エタノールなど)、オイル(石油、その他のオイル)など]を加えて混合し、これを圧延加工、押出加工または塗工(コーティング)などしてシート形状に成形し、成形助剤を除去して、所望の平均孔径および空孔率を有する分極性電極層とすることができる。例えば、成形助剤にエタノールを用いる場合には、混合比を、電気二重層形成材料:100質量部に対し、上記炭素材:3〜15質量部、結着剤:5〜15質量部、エタノール:50〜300質量部とし、温度:50〜100℃で、ロール押出しすることで、上記の分極性電極層を得ることができる。場合により、導電性接着剤を分極性電極材の各要素と混合して、分極性電極層としてもよい。   Each component of the polarizable electrode material, that is, the porous carbon particles that are the material for forming the electric double layer, the conductive auxiliary agent for ensuring conductivity, and the binder for binding them, the forming auxiliary agent [water , Alcohol (methanol, ethanol, etc.), oil (petroleum, other oils, etc.)] are added and mixed, and this is formed into a sheet shape by rolling, extruding, or coating (coating). The polarizable electrode layer having a desired average pore diameter and porosity can be obtained. For example, when ethanol is used as the molding aid, the mixing ratio is 3 to 15 parts by mass of the carbon material, 5 to 15 parts by mass of the binder, and 100 parts by mass of the electric double layer forming material. The above polarizable electrode layer can be obtained by roll extrusion at a temperature of 50 to 100 ° C .: 50 to 300 parts by mass. In some cases, a conductive adhesive may be mixed with each element of the polarizable electrode material to form a polarizable electrode layer.

分極性電極層の平均孔径は0.1μm以上5μm以下であることが好ましく、0.5μm以上3μm以下であることがより好ましい。平均孔径が上記範囲を下回ると、導電性接着剤が、分極性電極層の空孔内に進入し難くなる場合があり、他方、上記範囲を超えると、導電性接着剤が分極性電極層の空孔内の奥深くまで進入し、集電体と分極性電極層の界面に残る導電性接着剤が非常に薄くなって接合強度が低下することがある。また、分極性電極層の多孔質炭素粒子が活性炭で構成されている場合、この活性炭の細孔が導電性接着剤成分で覆われてしまう結果、キャパシタ性能が低下する虞がある。なお、本明細書でいう平均孔径は、水銀圧入式のポロシメーター(マイクロメトリックス社製「ポアサイザー9310」)を用いて測定した値である。   The average pore diameter of the polarizable electrode layer is preferably from 0.1 μm to 5 μm, and more preferably from 0.5 μm to 3 μm. If the average pore diameter is less than the above range, the conductive adhesive may not easily enter the pores of the polarizable electrode layer. On the other hand, if the average pore diameter exceeds the above range, the conductive adhesive may be in the polarizable electrode layer. The conductive adhesive that penetrates deep into the pores and remains at the interface between the current collector and the polarizable electrode layer may become very thin and the bonding strength may be reduced. In addition, when the porous carbon particles of the polarizable electrode layer are made of activated carbon, the pores of the activated carbon are covered with the conductive adhesive component, so that the capacitor performance may be deteriorated. In addition, the average pore diameter referred to in the present specification is a value measured using a mercury intrusion porosimeter (“Pore Sizer 9310” manufactured by Micrometrics).

分極性電極層の空孔率は、40%以上90%以下であることが好ましく、60%以上80%以下であることがより好ましい。空孔率が上記範囲を下回ると、キャパシタに用いた場合に十分な量の電解液を保持し得ない場合があり、内部抵抗が増大することがある。また、分極性電極層の空孔に進入できる導電性接着剤が少なくなるため、アンカー効果や内部抵抗低減効果が十分に確保できない場合がある。他方、空孔率が上記範囲を超えると、導電性接着剤の量が不足している場合には、導電性接着剤が進入していない空孔が多く存在するようになり、やはり、アンカー効果が不十分となることがある。また、空隙部(キャパシタとした場合には電解液が注入されて液相部分となる)として存在したままになり、内部抵抗低減効果が十分に確保できないことがある。逆に導電性接着剤の量が多すぎる場合には、分極性電極層の空孔の奥深くにまで導電性接着剤が進入する。従って、分極性電極層に活性炭が使用されている場合、該活性炭の細孔の大部分が接着剤で覆われることとなって活性炭の比表面積が低下し、キャパシタ性能低下の原因となることがある。   The porosity of the polarizable electrode layer is preferably 40% or more and 90% or less, and more preferably 60% or more and 80% or less. If the porosity is below the above range, a sufficient amount of electrolyte may not be retained when used in a capacitor, and the internal resistance may increase. In addition, since the conductive adhesive that can enter the pores of the polarizable electrode layer is reduced, the anchor effect and the internal resistance reduction effect may not be sufficiently ensured. On the other hand, if the porosity exceeds the above range, if the amount of the conductive adhesive is insufficient, there will be a lot of pores into which the conductive adhesive has not entered, and again the anchor effect May be insufficient. In addition, it may remain as a void portion (in the case of a capacitor, an electrolytic solution is injected to become a liquid phase portion), and the internal resistance reduction effect may not be sufficiently ensured. Conversely, when the amount of the conductive adhesive is too large, the conductive adhesive enters deeply into the pores of the polarizable electrode layer. Therefore, when activated carbon is used for the polarizable electrode layer, most of the pores of the activated carbon are covered with an adhesive, which reduces the specific surface area of the activated carbon and may cause a decrease in capacitor performance. is there.

ここで、本明細書にいう空孔率(%)は、分極性電極層全体の容積(V)に対する空孔容積(V0)の割合〔(V0/V)×100〕として求められる値をいう。空孔容積は、分極性電極層の真密度(ρ)と分極性電極層の質量(W)を測定し、下記式により求めることができる。
0=V−(W/ρ)
分極性電極層の空孔率および平均孔径は、分極性電極層の構成素材である電気二重層形成材料の種類、バインダー量、分極性電極層作製時のロール圧力などにより調整することができる。なお、分極性電極層の厚みは、0.05〜1mmであることが一般的であり、0.08〜0.5mmであることがより好ましい。
Here, the porosity (%) referred to in the present specification is a value obtained as a ratio [(V 0 / V) × 100] of the pore volume (V 0 ) to the volume (V) of the entire polarizable electrode layer. Say. The pore volume can be obtained by the following equation by measuring the true density (ρ) of the polarizable electrode layer and the mass (W) of the polarizable electrode layer.
V 0 = V− (W / ρ)
The porosity and average pore diameter of the polarizable electrode layer can be adjusted by the type of the electric double layer forming material that is a constituent material of the polarizable electrode layer, the amount of binder, the roll pressure at the time of preparing the polarizable electrode layer, and the like. The thickness of the polarizable electrode layer is generally 0.05 to 1 mm, and more preferably 0.08 to 0.5 mm.

導電性接着剤に含まれる、ポリ−N−ビニルアセトアミド(PNVA)系バインダーとしては、下記式(1):   As a poly-N-vinylacetamide (PNVA) binder contained in the conductive adhesive, the following formula (1):

Figure 2017118136
Figure 2017118136

(式中、RおよびRは、各々独立に水素原子または炭素数1以上10以下のアルキル基、好ましくは1以上6以下のアルキル基を表す。アルキル基の鎖中には、任意にエーテル結合、エステル結合、チオエーテル結合またはアミド結合を含んでもよい。)で表されるアミド構造を有する繰り返し構造単位を含む重合体が好ましい。RおよびRは、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、2−メチルプロピル基、t−ブチル基、メトキシメチル基であることが好ましく、さらにRが水素原子であり、かつ、Rがメチル基またはエチル基であることがより好ましい。 (In the formula, R 1 and R 2 each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. A polymer containing a repeating structural unit having an amide structure represented by a bond, an ester bond, a thioether bond or an amide bond is preferred. R 1 and R 2 are preferably a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, a 2-methylpropyl group, a t-butyl group, or a methoxymethyl group, and further R 1 is a hydrogen atom. More preferably, it is an atom and R 2 is a methyl group or an ethyl group.

また、アミド構造を有する繰り返し構造単位を含む重合体としては、下記式(2)で表される化合物: Moreover, as a polymer containing the repeating structural unit which has an amide structure, the compound represented by following formula (2):

Figure 2017118136
Figure 2017118136

(式中、RおよびRは、各々独立に水素原子または炭素数1以上10以下、好ましくは1以上6以下のアルキル基を表す。アルキル基の鎖中には、任意にエーテル結合、エステル結合、チオエーテル結合またはアミド結合を含んでもよい。)を重合させた重合体が好適に用いられる。RおよびRは、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、2−メチルプロピル基、t−ブチル基、メトキシメチル基であることが好ましく、さらにRが水素原子であり、かつ、Rがメチル基またはエチル基であることがより好ましい。 (In the formula, R 1 and R 2 each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, preferably 1 to 6 carbon atoms. A polymer obtained by polymerizing a bond, a thioether bond or an amide bond) is preferably used. R 1 and R 2 are preferably a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, a 2-methylpropyl group, a t-butyl group, or a methoxymethyl group, and further R 1 is a hydrogen atom. More preferably, it is an atom and R 2 is a methyl group or an ethyl group.

その中でN−ビニルアセトアミド(一般式(2)において、R=H、R=CHの場合)の重合体は、酸、アルカリ等のpH(水素イオン濃度)に関係なく水溶液を安定に吸収することができるので好適に用いられる。 Among them, the polymer of N-vinylacetamide (in the case of R 1 = H and R 2 = CH 3 in the general formula (2)) stabilizes the aqueous solution irrespective of the pH (hydrogen ion concentration) of acid, alkali, etc. It is preferably used because it can be absorbed in

N−ビニルアセトアミド系バインダーは、耐熱性のみならず、塗布性、分散性が高い。塗布性が高いため、集電体への接着が、点接着ではなく、面接着となりやすく、電極材層と集電体を均一に接着することができる。そのため、集電体と電極材層との間に空隙が生じず、空隙に水分や分解生成物(OH、HF等)が侵入することなく、集電体の腐食/電極材層と集電体との剥離が抑えられる。特に表面が平滑なプレーンアルミ箔のようなシート状集電体に対して十分な接着性、およびこれに起因する長期耐久性を維持することができる。また、分散性が高いため、導電性接着剤中に導電材を均質に分散させることができる。そのため、導電性接着剤の導電性を高め、低抵抗をもたらす。 The N-vinylacetamide-based binder has not only heat resistance but also high coating properties and dispersibility. Since the applicability is high, the adhesion to the current collector is not a point adhesion but a surface adhesion, and the electrode material layer and the current collector can be uniformly adhered. Therefore, no gap is formed between the current collector and the electrode material layer, and moisture or decomposition products (OH , HF, etc.) do not enter the gap, and the current collector is corroded / electrode material layer and the current collector. Detachment from the body is suppressed. In particular, sufficient adhesion to a sheet-like current collector such as a plain aluminum foil having a smooth surface and long-term durability resulting therefrom can be maintained. Further, since the dispersibility is high, the conductive material can be uniformly dispersed in the conductive adhesive. Therefore, the conductivity of the conductive adhesive is increased, resulting in low resistance.

本発明において、N−ビニルアセトアミド系バインダーは、N−ビニルアセトアミド単独重合体およびN−ビニルアセトアミド共重合体をいう。N−ビニルアセトアミドと共重合可能なモノマーとしては、(メタ)アクリル酸またはその塩、例えばアクリル酸ナトリウム、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸(イソ)プロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸メトキシエチル、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ポリオキシアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸系モノマー;(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチル(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸またはその塩、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド等の(メタ)アクリルアミド系モノマー;酢酸ビニル、酪酸ビニル、吉草酸ビニル等のビニルエステル系モノマー;スチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−メトキシスチレン、m−クロロスチレン等のスチレン系モノマー;メチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、ビニルベンジルエーテル等のビニルエーテル系モノマー;無水マレイン酸、マレイン酸またはその塩、フマル酸またはその塩、マレイン酸ジメチルエステル、フマル酸ジエチルエステル等のジカルボン酸系モノマー;アリルアルコール、アリルフェニルエーテル、アリルアセテート等のアリル系モノマー等の他、(メタ)アクリロニトリル、塩化ビニル、エチレン、プロピレン等のモノマーを例示することができる。また、上記例示モノマーを二種類以上組み合わせて共重合することも可能である。   In the present invention, the N-vinylacetamide-based binder refers to an N-vinylacetamide homopolymer and an N-vinylacetamide copolymer. Monomers copolymerizable with N-vinylacetamide include (meth) acrylic acid or a salt thereof such as sodium acrylate, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, (iso) propyl (meth) acrylate. Butyl (meth) acrylate, octyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, methoxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, (Meth) acrylic acid monomers such as polyoxyalkylene glycol mono (meth) acrylate; (meth) acrylamide, N, N-dimethyl (meth) acrylamide, N, N-diethyl (meth) acrylamide, N-methylol (meth) Acrylamide, 2- (meth) acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid or a salt thereof (Meth) acrylamide monomers such as N-isopropyl (meth) acrylamide; vinyl ester monomers such as vinyl acetate, vinyl butyrate and vinyl valerate; styrene, α-methylstyrene, p-methylstyrene, p-methoxystyrene, Styrenic monomers such as m-chlorostyrene; vinyl ether monomers such as methyl vinyl ether, butyl vinyl ether, vinyl benzyl ether; maleic anhydride, maleic acid or salt thereof, fumaric acid or salt thereof, maleic acid dimethyl ester, fumaric acid diethyl ester Examples include dicarboxylic acid monomers such as allyl monomers such as allyl alcohol, allyl phenyl ether, and allyl acetate, and monomers such as (meth) acrylonitrile, vinyl chloride, ethylene, and propylene. It is also possible to copolymerize a combination of two or more of the above exemplary monomers.

N−ビニルアセトアミド共重合体とすることにより、N−ビニルアセトアミドの基本的性質(耐熱性、塗布性、分散性)に、共重合成分の性質を加えることができる。N−ビニルアセトアミド共重合体の中でも、ポリ−N−ビニルアセトアミドおよびアクリル酸ナトリウムの共重合体は、電解質溶液(溶媒)に対する耐膨潤性を向上させる点で好ましい。接着部が全体的に膨潤すると、概して、電極材層と集電体との接着性が低下し、剥離が生じやすくなり、剥離部分は導電経路とならないので、結果として内部抵抗が上昇する。また、電解質溶液が部分的に浸透し、一部の接着部のみが膨潤すると、周囲の接着部との膨潤差により空隙が生じて、導電経路が減少する、さらに、その空隙に水分や分解生成物(OH、HF等)が侵入し、集電体の腐食が促進され、結果として内部抵抗が上昇する。ポリ−N−ビニルアセトアミドおよびアクリル酸ナトリウムの共重合体は、電解質溶液(溶媒)に対する耐膨潤性が高いので、電極材層と集電体との剥離が抑えられる。 By using an N-vinylacetamide copolymer, the properties of the copolymer component can be added to the basic properties (heat resistance, coating properties, dispersibility) of N-vinylacetamide. Among the N-vinylacetamide copolymers, a copolymer of poly-N-vinylacetamide and sodium acrylate is preferable in terms of improving the swelling resistance against the electrolyte solution (solvent). When the bonded portion swells as a whole, generally, the adhesiveness between the electrode material layer and the current collector is lowered, peeling is likely to occur, and the peeled portion does not become a conductive path, resulting in an increase in internal resistance. In addition, if the electrolyte solution partially penetrates and only a part of the adhesive part swells, a gap is generated due to a difference in swelling with the surrounding adhesive part, and the conductive path is reduced. Furthermore, moisture and decomposition are generated in the gap. Objects (OH , HF, etc.) invade, and corrosion of the current collector is promoted, resulting in an increase in internal resistance. Since the copolymer of poly-N-vinylacetamide and sodium acrylate has high swelling resistance to the electrolyte solution (solvent), peeling between the electrode material layer and the current collector can be suppressed.

これら、共重合可能なモノマーの使用割合は、重合性モノマー全量に対して、本発明の目的性能を損なわない程度、概ね60質量%以下、好ましくは50質量%以下、好ましくは40質量%以下、さらに好ましくは30質量%以下である。   The proportion of these copolymerizable monomers used is generally 60% by mass or less, preferably 50% by mass or less, preferably 40% by mass or less, so as not to impair the target performance of the present invention with respect to the total amount of polymerizable monomers. More preferably, it is 30 mass% or less.

重合比で規定すると、ポリ−N−ビニルアセトアミドおよびアクリル酸ナトリウムの重合比が、9/1〜5/5であることが好ましい。アクリル酸ナトリウムの含有量が多いほど、電解質溶液(溶媒)に対する耐膨潤性およびこれに起因する接着力が向上するが、一方で、ポリ−N−ビニルアセトアミドの含有量が少なくなるので、耐熱性、分散性、塗布性が低下する。電気二重層キャパシタ用途では、耐久性(接着性に起因する)、および加工性(分散性、塗布性に起因する)のバランスを考慮して、重合比を上記の範囲にすることが好ましい。   When defined by the polymerization ratio, the polymerization ratio of poly-N-vinylacetamide and sodium acrylate is preferably 9/1 to 5/5. The higher the sodium acrylate content, the better the swelling resistance to the electrolyte solution (solvent) and the resulting adhesive strength, but the lower the poly-N-vinylacetamide content, the higher the heat resistance. , Dispersibility and applicability deteriorate. For electric double layer capacitor applications, it is preferable to set the polymerization ratio within the above range in consideration of the balance between durability (caused by adhesion) and processability (caused by dispersibility and applicability).

本発明において、N−ビニルアセトアミドの重合体が三次元架橋構造を含んだ三次元架橋体であるものは、1分子内に重合性二重結合を2個以上もつ架橋剤の存在下でN−ビニルアセトアミドを、必要により上記他のコモノマーと共に、重合架橋したもの、または未架橋である前駆重合体を予め製造しておき、これを重合体中の官能基と反応させ化学結合を形成させる方法、例えば放射線や過酸化物等で架橋する方法などにより製造されたものである。   In the present invention, the N-vinylacetamide polymer is a three-dimensional crosslinked product containing a three-dimensional crosslinked structure. N-vinylacetamide is a N-vinyl acetate in the presence of a crosslinking agent having two or more polymerizable double bonds in one molecule. A method in which vinylacetamide is polymerized and cross-linked with the above-mentioned other comonomer as necessary, or a precursor polymer that is not cross-linked is previously produced, and this is reacted with a functional group in the polymer to form a chemical bond, For example, it is produced by a method of crosslinking with radiation or peroxide.

ここで架橋する際に使用する1分子内に重合性二重結合を2個以上もつ架橋剤としては、テトラアリルオキシエタン、ペンタエリスリトールテトラアリルエーテル、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル、トリメチロールプロパントリアリルエーテル、エチレングリコールジアリルエーテル、ジエチレングリコールジアリルエーテル、トリエチレングリコールジアリルエーテル、ジアリルエーテル、単糖類、二糖類、多糖類、セルロースなどの水酸基を1分子内に2個以上有する化合物から誘導されるポリアリルエーテル;トリメリット酸トリアリル、クエン酸トリアリル、シュウ酸ジアリル、コハク酸ジアリル、アジピン酸ジアリル、マレイン酸ジアリル等の1分子中にカルボキシル基を2個以上有する化合物から誘導されるポリアリルエステル;ジアリルアミン、トリアリルイソシアヌレートなどの1分子内にアリル基を2個以上有する化合物;シュウ酸ジビニル、マロン酸ジビニル、コハク酸ジビニル、グルタル酸ジビニル、アジピン酸ジビニル、マレイン酸ジビニル、フマル酸ジビニル、クエン酸トリビニルなどの1分子内にビニルエステル構造を2個以上有する化合物;N,N'−ブチレンビス(N−ビニルアセトアミド)、N,N'−ジアセチル−N,N'−ジビニル−1,4−ビスアミノメチルシクロヘキサンなどのビス(N−ビニルカルボン酸アミド)化合物;N,N'−メチレンビスアクリルアミド、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等の複数個のアクリルアミド構造や(メタ)アクリル基を有する化合物;ジビニルベンゼン、ジビニルエーテル、(メタ)アクリル酸アリル等のあらゆる公知の架橋剤が使用可能である。また、これらの架橋剤は一種または二種以上用いることもできる。   The crosslinking agent having two or more polymerizable double bonds in one molecule used for crosslinking here is tetraallyloxyethane, pentaerythritol tetraallyl ether, pentaerythritol triallyl ether, trimethylolpropane triallyl ether. A polyallyl ether derived from a compound having two or more hydroxyl groups in one molecule, such as ethylene glycol diallyl ether, diethylene glycol diallyl ether, triethylene glycol diallyl ether, diallyl ether, monosaccharide, disaccharide, polysaccharide and cellulose; Polyaryls derived from compounds having two or more carboxyl groups in one molecule such as triallyl trimelliate, triallyl citrate, diallyl oxalate, diallyl succinate, diallyl adipate, diallyl maleate Esters; compounds having two or more allyl groups in one molecule such as diallylamine and triallyl isocyanurate; divinyl oxalate, divinyl malonate, divinyl succinate, divinyl glutarate, divinyl adipate, divinyl maleate, divinyl fumarate , Compounds having two or more vinyl ester structures in one molecule such as trivinyl citrate; N, N′-butylenebis (N-vinylacetamide), N, N′-diacetyl-N, N′-divinyl-1,4 -Bis (N-vinylcarboxylic acid amide) compounds such as bisaminomethylcyclohexane; N, N'-methylenebisacrylamide, ethylene glycol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate, Trimethylol group Compounds having a plurality of acrylamide structures such as lopantri (meth) acrylate and pentaerythritol tri (meth) acrylate and (meth) acrylic groups; all known cross-linking agents such as divinylbenzene, divinyl ether and allyl (meth) acrylate It can be used. These crosslinking agents can be used alone or in combination of two or more.

上記架橋剤の使用量は、N−ビニルアセトアミドを含む重合性モノマー全量に対して10質量%以下が好適であり、6質量%以下がより好ましい。   10 mass% or less is suitable with respect to the polymerizable monomer whole quantity containing N-vinyl acetamide, and, as for the usage-amount of the said crosslinking agent, 6 mass% or less is more preferable.

未架橋である前駆重合体中の官能基(例えば、水酸基、アミノ基、カルボキシル基等)と反応して化学結合を生成し得る架橋剤としては、その官能基に応じて、ポリグリシジルエーテル、ポリイソシアヌレート、ポリアミン、ポリオール、ポリカルボン酸などが挙げられる。これらの架橋剤の使用量は、通常架橋物前駆重合体総量を基準として、重合体:架橋剤の比が質量比で90:10〜99.999:0.001の範囲が好ましく、95:5〜99.995:0.005の範囲がより好ましい。   As a crosslinking agent that can generate a chemical bond by reacting with a functional group (for example, a hydroxyl group, an amino group, a carboxyl group, etc.) in an uncrosslinked precursor polymer, polyglycidyl ether, poly Examples include isocyanurates, polyamines, polyols, and polycarboxylic acids. The amount of these crosslinking agents used is preferably such that the ratio of polymer: crosslinking agent is 90:10 to 99.999: 0.001 in terms of mass ratio based on the total amount of the crosslinked precursor polymer. The range of ˜99.995: 0.005 is more preferable.

N−ビニルアセトアミドの重合体の分子量は、質量平均分子量として5000以上が好ましく、5000以上1000万以下がより好ましく、3万以上1000万以下がさらに好ましく、10万以上500万以下が特に好ましい。分子量が小さすぎると、耐熱接着性が低下し、また機械的強度も小さくなり好ましくない。分子量が高すぎると、作製した導電性接着剤の液粘度が高くなりすぎるため好ましくない。   The molecular weight of the N-vinylacetamide polymer is preferably 5000 or more, more preferably 5000 or more and 10 million or less, further preferably 30,000 or more and 10 million or less, and particularly preferably 100,000 or more and 5 million or less. If the molecular weight is too small, the heat resistant adhesiveness is lowered and the mechanical strength is also reduced, which is not preferable. If the molecular weight is too high, the liquid viscosity of the produced conductive adhesive becomes too high, which is not preferable.

本発明のN−ビニルアセトアミドの重合体の具体例としては昭和電工製のポリ−N−ビニルアセトアミドが挙げられ、例えば架橋タイプのNA−150F、NA−010F、NA−010S、非架橋タイプのGE−191、GE−191LH、GE−191L、GE−191LL、GE−191L34、及び、GE−167(アクリル酸ナトリウム共重合体)、GE−167L、GE−163LM、及び、XGC−330(酢酸ビニル共重合体)、及び、XGC−265(アクリルアミド共重合体)等が挙げられる。   Specific examples of the polymer of N-vinylacetamide of the present invention include poly-N-vinylacetamide manufactured by Showa Denko. For example, crosslinked NA-150F, NA-010F, NA-010S, non-crosslinked GE -191, GE-191LH, GE-191L, GE-191LL, GE-191L34, and GE-167 (sodium acrylate copolymer), GE-167L, GE-163LM, and XGC-330 (co-vinyl acetate) Polymer) and XGC-265 (acrylamide copolymer).

導電性接着剤に含まれる導電材は、分極性電極材に含まれる導電助材と同様のものを用いることができる。具体的には、非局在化したπ電子の存在によって高い導電性を有する黒鉛;黒鉛質の炭素微結晶が数層集まって乱層構造を形成した球状集合体であるカーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラック、その他のファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラックなど);メタン、プロパン、アセチレンなどの炭化水素を気相熱分解し、基板となる黒鉛上に薄膜の状態で析出させてなる熱分解黒鉛などが挙げられる。中でも、比較的小粒径であり且つ導電性も比較的良好な点で、カーボンブラック、が好ましい。また、金属不純物の含有量が低く且つ高い導電性確保が可能な点で、人造黒鉛、特に、高純度人造黒鉛も好ましい。ここで「高純度」とは、灰分が0.5質量%以下であることを意味する。   As the conductive material contained in the conductive adhesive, the same conductive material as that contained in the polarizable electrode material can be used. Specifically, graphite having high conductivity due to the presence of delocalized π electrons; carbon black (acetylene black, which is a spherical aggregate in which several layers of graphitic carbon microcrystals gather to form a turbulent structure. Ketjen black, other furnace blacks, channel blacks, thermal lamp blacks, etc.); hydrocarbons such as methane, propane, acetylene, etc. are vapor-phase pyrolyzed and deposited in the form of a thin film on the substrate graphite Examples thereof include graphite. Among these, carbon black is preferable because it has a relatively small particle size and relatively good conductivity. In addition, artificial graphite, particularly high-purity artificial graphite, is preferable in that the content of metal impurities is low and high conductivity can be ensured. Here, “high purity” means that the ash content is 0.5 mass% or less.

なお、導電性接着剤に含まれる導電材は、分極性電極材に含まれる導電助材と同様のものを用いることができるが、本明細書において、用語の混同を避けるため、特に断りのない限り、分極性電極材に含まれるもの「導電助材」と称し、導電性接着剤に含まれるものを「導電材」と称する。   Note that the conductive material contained in the conductive adhesive can be the same as the conductive aid contained in the polarizable electrode material. However, in this specification, there is no particular notice in order to avoid confusion of terms. As long as the material is included in the polarizable electrode material, it is referred to as “conductive aid”, and the material included in the conductive adhesive is referred to as “conductive material”.

導電材は、導電性接着剤の低内部抵抗と耐熱接着性の両立を容易にするため、粒径の異なる2種類以上のものを併用することが好ましい。例えば、高純度人造黒鉛粉末とアセチレンブラックとの混合物を好適に使用することができる。   In order to facilitate the coexistence of the low internal resistance and the heat resistant adhesiveness of the conductive adhesive, it is preferable to use two or more types of conductive materials having different particle diameters in combination. For example, a mixture of high-purity artificial graphite powder and acetylene black can be suitably used.

導電材として、アセチレンブラックなどのカーボンブラックと、高純度人造黒鉛を用いる場合について説明する。アセチレンブラックの粒径は平均粒径(一次粒子径)で通常、10〜50nm程度である。また、高純度人造黒鉛の粒径は平均粒径で0.5〜20μmのものを用いることが好ましく、1〜10μmのものを用いることがより好ましい。導電性接着剤が、このような平均粒径の高純度人造黒鉛とアセチレンブラックを併用した導電材を含むことにより、導電性接着剤自体の導電性を高めつつ、分極性電極材層の空孔に導電性接着剤の一部を進入させ、いわゆるアンカー効果を得て、優れた接合強度と内部抵抗低減効果を確保することができる。   A case where carbon black such as acetylene black and high-purity artificial graphite are used as the conductive material will be described. The particle diameter of acetylene black is usually about 10 to 50 nm as an average particle diameter (primary particle diameter). Moreover, it is preferable to use a high purity artificial graphite having an average particle diameter of 0.5 to 20 μm, and more preferably 1 to 10 μm. By including a conductive material in which the conductive adhesive is a combination of high-purity artificial graphite having such an average particle size and acetylene black, the conductivity of the conductive adhesive itself is increased, and the pores of the polarizable electrode material layer A part of the conductive adhesive can be allowed to enter to obtain a so-called anchor effect, and an excellent bonding strength and internal resistance reduction effect can be ensured.

このように、導電材としてアセチレンブラックなどのカーボンブラックと、人造黒鉛とを用いていることは、電極の断面、特に導電性接着剤の部分、についてX線回折法により得られる回折強度曲線から、人造黒鉛に基づく結晶性の回折線形状と、カーボンブラックに基づく非晶質性の回折線形状とが観察されるため、確認できる。   Thus, the use of carbon black such as acetylene black and artificial graphite as the conductive material, from the diffraction intensity curve obtained by the X-ray diffraction method for the cross section of the electrode, particularly the conductive adhesive portion, Since a crystalline diffraction line shape based on artificial graphite and an amorphous diffraction line shape based on carbon black are observed, it can be confirmed.

アセチレンブラックと高純度人造黒鉛との混合比は、質量比で1:10〜1:1とすることが好ましく、1:3〜1:1とすることがより好ましい。このような混合比とすることで、十分な接着性と高度な内部抵抗低減効果を同時に確保することができる。   The mixing ratio of acetylene black and high-purity artificial graphite is preferably 1:10 to 1: 1 by mass ratio, and more preferably 1: 3 to 1: 1. By setting it as such a mixing ratio, sufficient adhesiveness and the high internal resistance reduction effect can be ensured simultaneously.

なお、高純度人造黒鉛の平均粒径は、レーザー式粒度分布測定装置(島津製作所社製「SALD−2000」)によって測定した値である。また、平均粒径が上記範囲内のアセチレンブラックは、アセチレンブラックのメーカーの公称値に従って選択すればよい。   The average particle size of the high-purity artificial graphite is a value measured by a laser particle size distribution measuring device (“SALD-2000” manufactured by Shimadzu Corporation). Moreover, what is necessary is just to select the acetylene black whose average particle diameter is in the said range according to the nominal value of the manufacturer of acetylene black.

なお、これらの導電材は、その種類を問わず、灰分が0.5%以下であることが望ましい。灰分量がこのように低い炭素材を用いた電極を電気二重層キャパシタに適用した場合には、該キャパシタの寿命を長期化させることができる。   These conductive materials are preferably 0.5% or less in ash regardless of the type. When an electrode using a carbon material having such a low ash content is applied to an electric double layer capacitor, the life of the capacitor can be extended.

上記導電性接着剤中における全導電材の量は、3質量%以上30質量%以下であることが好ましい。より好ましくは5質量%以上15質量%以下である。導電材の量が上記範囲を下回ると、導電性接着剤の導電性が不十分となる場合がある。他方、上記範囲を超えると、導電性接着剤を形成するためのバインダー(ポリ−N−ビニルアセトアミド系バインダー)との量バランスが崩れ、接着性が低下する傾向にある。   The amount of the total conductive material in the conductive adhesive is preferably 3% by mass or more and 30% by mass or less. More preferably, it is 5 mass% or more and 15 mass% or less. When the amount of the conductive material is less than the above range, the conductivity of the conductive adhesive may be insufficient. On the other hand, when the above range is exceeded, the amount balance with the binder (poly-N-vinylacetamide binder) for forming the conductive adhesive is lost, and the adhesiveness tends to be lowered.

また、導電性接着剤中におけるポリ−N−ビニルアセトアミド系バインダーの量は、15質量%以下とすることが好ましく、10質量%以下とすることがより好ましい。ポリ−N−ビニルアセトアミド系バインダー量が上記範囲を超えると、内部抵抗が増大しすぎる場合がある。なお、導電性接着剤による接着性を十分に確保する観点からは、導電性接着剤中のポリ−N−ビニルアセトアミド系バインダー量を0.5質量%以上とすることが好ましく、2質量%以上とすることがより好ましい。   In addition, the amount of the poly-N-vinylacetamide binder in the conductive adhesive is preferably 15% by mass or less, and more preferably 10% by mass or less. When the amount of the poly-N-vinylacetamide binder exceeds the above range, the internal resistance may increase excessively. In addition, from the viewpoint of sufficiently securing the adhesiveness with the conductive adhesive, the amount of the poly-N-vinylacetamide binder in the conductive adhesive is preferably 0.5% by mass or more, and preferably 2% by mass or more. More preferably.

また、本発明の導電性接着剤は、粒径の異なる2種類以上の導電材を含有する構成の採用により、分極性電極層の空孔中に良好に進入し得る小粒径の導電材(例えばアセチレンブラックなどのカーボンブラック)と共に、大粒径の導電材(例えば高純度人造黒鉛)を含有し得る。よって、小粒径の導電材を減量しつつ、導電性の良好な導電性接着剤を形成し得るため、分散媒中のポリ−N−ビニルアセトアミド系バインダー粒子表面が、小粒径の導電材で覆われてしまうことを抑制でき、導電性接着剤としたときに、良好な耐熱接着性を確保できる。   In addition, the conductive adhesive of the present invention has a small particle size conductive material that can enter the pores of the polarizable electrode layer by adopting a configuration containing two or more types of conductive materials having different particle sizes ( For example, a conductive material having a large particle size (for example, high-purity artificial graphite) can be contained together with carbon black such as acetylene black. Therefore, since the conductive adhesive having good conductivity can be formed while reducing the conductive material having a small particle size, the surface of the poly-N-vinylacetamide binder particles in the dispersion medium is reduced to the conductive material having a small particle size. It is possible to prevent the resin from being covered with, and when the conductive adhesive is used, good heat-resistant adhesiveness can be secured.

電気二重層キャパシタ用電極の構成部材であるシート状集電体には、アルミニウム、チタン、タンタル、ニッケル、鉄、ステンレス、銅などの金属材料を用いることができるが、アルミニウムが電気伝導性に優れ、安定性が高い(電解液中で溶解析出しない)こと、またコストも安いことから特に好ましい。これらの金属は、箔、板、シートのいずれかの形状のものを用いることができる。   Metal materials such as aluminum, titanium, tantalum, nickel, iron, stainless steel, and copper can be used for the sheet-like current collector that is a component of the electrode for the electric double layer capacitor, but aluminum is excellent in electrical conductivity. It is particularly preferable because of its high stability (it does not dissolve and precipitate in the electrolyte) and its cost is low. These metals can be used in any shape of foil, plate and sheet.

シート状集電体は、表面に凹凸が形成されるように表面が粗面化処理されたものであってもよいが、表面が平滑なプレーンアルミ箔のようなシート状集電体であってもよい。シート状集電体の表面を粗面化処理する場合、その方法としては特に制限はなく、サンドブラスト、エッチング(電解エッチングや、化学エッチングなど)などの公知の手法が採用可能である。中でも、化学薬品を用いる化学エッチングによれば、シート状集電体表面に形成される細孔や凹凸を、接着剤のアンカー効果に適した形状に制御し易いという理由から好ましい。表面に形成された凹凸は、接着剤のアンカー効果を生じさせやすく、密着性向上・低抵抗という利点を有する。一方、表面が平滑なプレーンアルミ箔のようなシート状集電体は、粗面化処理が不要であるので、低コストである。本発明によれば、シート状集電体がプレーンアルミ箔の場合に、シート状集電体と分極性電極材との点接触によって空隙部分が存在したとしても、その空隙部分は導電性接着剤により充填され(空隙部は消失する)、また、導電性接着剤は分極性電極材の空孔にまで侵入することができ、十分な接着性を維持することができる。すなわち、本発明によれば、シート状集電体がプレーンアルミニウム箔を含む場合でも、十分な接着性、およびこれに起因する長期耐久性、を維持することができ、低コスト化も実現することができる。   The sheet-shaped current collector may be a sheet-shaped current collector such as a plain aluminum foil having a smooth surface, although the surface may be roughened so that irregularities are formed on the surface. Also good. When the surface of the sheet-like current collector is roughened, the method is not particularly limited, and known methods such as sand blasting and etching (electrolytic etching, chemical etching, etc.) can be employed. Among these, chemical etching using chemicals is preferable because the pores and irregularities formed on the surface of the sheet-like current collector can be easily controlled to a shape suitable for the anchor effect of the adhesive. The unevenness formed on the surface is easy to cause the anchor effect of the adhesive, and has the advantages of improved adhesion and low resistance. On the other hand, a sheet-like current collector such as a plain aluminum foil having a smooth surface does not require a roughening treatment and is low in cost. According to the present invention, when the sheet-shaped current collector is a plain aluminum foil, even if a void portion exists due to point contact between the sheet-shaped current collector and the polarizable electrode material, the void portion is a conductive adhesive. (The void portion disappears), and the conductive adhesive can penetrate into the pores of the polarizable electrode material and maintain sufficient adhesiveness. That is, according to the present invention, even when the sheet-like current collector includes a plain aluminum foil, it is possible to maintain sufficient adhesiveness and long-term durability resulting from this, and to realize cost reduction. Can do.

集電体の厚み(粗面化処理を施す場合は、該処理前の厚みで)は、10〜100μmであることが一般的であり、20〜50μmであることがより好ましい。   The thickness of the current collector (when the surface is roughened, the thickness before the treatment) is generally 10 to 100 μm, and more preferably 20 to 50 μm.

上記の構成する各要素を用いて、本発明の電気二重層キャパシタ用電極が組み立てられる。本発明の電気二重層キャパシタ用電極は、酸化タングステンを含む電極材と、ポリNビニルアセトアミド(PNVA)系バインダーを含む導電性接着剤と、シート状集電体とを含んでいる。ポリNビニルアセトアミド(PNVA)系バインダーが、高電圧においても、電極材とシート状集電体を強固に接着し、電極材の剥離を抑制することにより、水分や電解質の分解により発生するHF、OH等の侵入する余地をなくし、HF、OH等による集電体の腐食が抑制される。また、仮にHF、OH等が集電体に接近した場合、HF、OH等は酸化タングステンによって吸着除去されるので、HF、OH等が集電体と接触して反応することを防ぎ、集電体の腐食がさらに抑制される。腐食が抑制されることは、電極材の剥離の抑制につながり、長期にわたって電気二重層キャパシタの低抵抗を保つことができる。すなわち、本発明により、集電体の腐食/電極材の剥離を抑制でき、高電圧においても、エネルギー密度が高く、かつ、静電容量や内部抵抗の経時劣化が少ない、すなわち長期信頼性を有する電気二重層キャパシタが得られる。 The electrode for an electric double layer capacitor of the present invention is assembled using each of the above constituent elements. The electrode for an electric double layer capacitor of the present invention includes an electrode material containing tungsten oxide, a conductive adhesive containing a poly-N vinylacetamide (PNVA) binder, and a sheet-like current collector. Poly N vinylacetamide (PNVA) -based binder, even at high voltage, strongly adheres the electrode material and the sheet-like current collector, and suppresses peeling of the electrode material, so that HF generated by decomposition of moisture and electrolyte, There is no room for OH or the like to enter, and corrosion of the current collector due to HF, OH or the like is suppressed. Also, if HF, OH - or the like when close to the current collector, HF, OH - since such is adsorbed and removed by the tungsten oxide, HF, OH - or the like is prevented to react in contact with the current collector Further, corrosion of the current collector is further suppressed. Suppression of corrosion leads to suppression of peeling of the electrode material, and the low resistance of the electric double layer capacitor can be maintained over a long period of time. That is, according to the present invention, corrosion of the current collector / debonding of the electrode material can be suppressed, the energy density is high even at high voltage, and the capacitance and internal resistance are less deteriorated with time, that is, have long-term reliability. An electric double layer capacitor is obtained.

分極性電極材は、シート製法、塗工法(コーティング法)等により層状に製造して、分極性電極層とすることができる。シート製法では、予め電極材のシート(電極層)を成形した後に、導電性接着剤を介して、シート状集電体に接着してもよい。また、電極材と導電性接着剤を混合して、シート(電極層)を形成した後に、シート状集電体に接着してもよい。塗工法(コーティング法)は、集電体上に分極性電極材をコーティングして電極層を形成する製法である。コーティング法では、集電体に導電性接着剤を塗布し、次いで、分極性電極材をコーティングしてもよい。また、導電性接着剤と分極性電極材を混合し、集電体に混合物をコーティングしてもよい。   A polarizable electrode material can be made into a polarizable electrode layer by producing it in layers by a sheet manufacturing method, a coating method (coating method) or the like. In the sheet manufacturing method, a sheet of electrode material (electrode layer) may be formed in advance and then adhered to a sheet-like current collector via a conductive adhesive. Moreover, after mixing an electrode material and a conductive adhesive to form a sheet (electrode layer), it may be adhered to a sheet-like current collector. The coating method (coating method) is a production method in which a polarizable electrode material is coated on a current collector to form an electrode layer. In the coating method, a conductive adhesive may be applied to the current collector, and then the polarizable electrode material may be coated. Alternatively, a conductive adhesive and a polarizable electrode material may be mixed and the current collector may be coated with the mixture.

シート製法の場合、例えば、上述の方法で得られた多孔質炭素粒子を平均粒径D50が5〜200μm程度になるように粒度を整えた後、これに導電助材と、酸化タングステン粉末と、バインダーとを添加して混錬し、圧延処理してシート状に成形することができる。混錬に際して、水、エタノール、アセトニトリル等の液体助剤を単独または混合して適宜使用してもよい。圧延処理をするため、分極性電極材の多孔質炭素粒子として、同じ活性炭を使用した場合には、シート製法がコーティング法より、活性炭を均質に圧密化しやすく、そのため高静電容量のものを得られる。   In the case of the sheet manufacturing method, for example, after adjusting the particle size of the porous carbon particles obtained by the above-described method so that the average particle size D50 is about 5 to 200 μm, the conductive auxiliary agent, tungsten oxide powder, It can be kneaded by adding a binder, and rolled to form a sheet. In kneading, liquid auxiliaries such as water, ethanol and acetonitrile may be used alone or in combination as appropriate. When the same activated carbon is used as the porous carbon particles of the polarizable electrode material for rolling treatment, the sheet manufacturing method is easier to consolidate the activated carbon than the coating method. It is done.

コーティング法の場合、多孔質炭素粒子と、導電補助剤と、酸化タングステンを含む混合物に、導電性接着剤および、必要に応じて分散媒(例えば、水、エタノール等)を加えたものを撹拌器を用いて混合し、コーティング液としてもよい。このコーティング液をロールコーターを用いて、集電体に塗工し、その後、この塗工された集電体を、オーブンに入れて、コーティング液層から分散媒を蒸発除去することにより分極性電極層を得ることができる。   In the case of the coating method, a stirrer obtained by adding a conductive adhesive and, if necessary, a dispersion medium (for example, water, ethanol, etc.) to a mixture containing porous carbon particles, a conductive auxiliary agent, and tungsten oxide. It is good also as a coating liquid by mixing using. The coating liquid is applied to a current collector using a roll coater, and then the coated current collector is placed in an oven to evaporate and remove the dispersion medium from the coating liquid layer. A layer can be obtained.

導電性接着剤は、シート状集電体および/または分極性電極層の表面(接合面)に塗布する。塗布面は、シート状集電体、分極性電極層のいずれか一方の接合面でよいが、両者に塗布してもよい。導電性接着剤の塗布量は、乾燥後の量(すなわち、導電性接着剤成分量)で、2〜15g/mとすることが好ましく、2〜10g/mとすることがより好ましい。 The conductive adhesive is applied to the surface (bonding surface) of the sheet-like current collector and / or polarizable electrode layer. The application surface may be a joint surface of either the sheet-like current collector or the polarizable electrode layer, but may be applied to both. The coating amount of the conductive adhesive, the amount of dried (i.e., the conductive adhesive component amounts) with is preferably to 2 to 15 g / m 2, and more preferably set to 2 to 10 g / m 2.

分極性電極材、該導電性接着剤、および該シート状集電体は、この順で、積層してもよい。分極性電極材とシート状集電体の間に導電性接着剤が介在するように、分極性電極材とシート状集電体は積層される。積層方法は、単に重ね合わせるだけでもよいが、重ね合わせた後加圧して圧縮することが好ましい。後者のようにすることで、接合をより確実なものとすると共に、分極性電極層の孔内に、導電性接着剤の一部を確実に圧入することができる。また、分極性電極層が圧縮、高密度化されることから、分極性電極層の高容量化も可能となる。加圧方法は特に限定されないが、例えば、一対のロール間に通す方法が比較的簡便である。この際、積層体の総厚みに対するロール間のクリアランスは、例えば、30〜90%とすることが好ましく、50〜70%とすることがより好ましい。このようなクリアランスとすることで、分極性電極層の高容量化が達成できる。クリアランスが上記範囲を下回ると、集電体の変形や、それに伴う分極性電極層の剥離が発生する虞がある。   The polarizable electrode material, the conductive adhesive, and the sheet-like current collector may be laminated in this order. The polarizable electrode material and the sheet current collector are laminated so that the conductive adhesive is interposed between the polarizable electrode material and the sheet current collector. The laminating method may be simply superimposing, but it is preferable to compress and compress after superimposing. By making it like the latter, while joining more reliably, a part of conductive adhesive can be reliably press-fitted in the hole of a polarizable electrode layer. In addition, since the polarizable electrode layer is compressed and densified, it is possible to increase the capacity of the polarizable electrode layer. Although the pressurization method is not particularly limited, for example, a method of passing between a pair of rolls is relatively simple. At this time, the clearance between the rolls with respect to the total thickness of the laminate is preferably, for example, 30 to 90%, and more preferably 50 to 70%. By setting it as such clearance, the increase in capacity | capacitance of a polarizable electrode layer can be achieved. If the clearance is less than the above range, the current collector may be deformed and the polarizable electrode layer may be peeled off.

分極性電極材とシート状集電体の間に導電性接着剤が介在するように、分極性電極材とシート状集電体は積層させた場合、分極性電極材と導電性接着剤を混合してシート状集電体に接合した場合よりも、内部抵抗の上昇が抑制される。この原因としては、特定の理論に拘束されるものではないが、分極性電極材に含まれる酸化タングステンがシート状集電体と直接接触すると、酸化タングステンが触媒として、集電体の腐食反応を促進する場合があることが考えられる。   When the polarizable electrode material and the sheet current collector are laminated so that the conductive adhesive is interposed between the polarizable electrode material and the sheet current collector, the polarizable electrode material and the conductive adhesive are mixed. Thus, the increase in internal resistance is suppressed as compared with the case where the sheet-shaped current collector is joined. The reason for this is not limited by a specific theory, but when tungsten oxide contained in the polarizable electrode material comes into direct contact with the sheet-like current collector, the tungsten oxide acts as a catalyst to cause the corrosion reaction of the current collector. It may be possible to promote.

分極性電極材、該導電性接着剤、および該シート状集電体を組み合わせた後、導電性接着剤中に揮発成分(分散媒など)が含まれる場合、それを除去する。除去方法は特に限定されないが、例えば、誘導加熱、遠赤外線加熱、熱風乾燥法が好適である。乾燥温度は、分散媒の沸点付近とすることが好ましい。分散媒の除去後、本発明の電気二重層キャパシタ用電極の一例として、図1に示したような電気二重層キャパシタ用電極が得られる。図1中、電極10は、集電体11の上面に、電気二重層形成材料である多孔質炭素粒子、導電性を確保するための導電助材、酸化タングステン、およびバインダーを含む構成素材からなる分極性電極材層12が、導電性接着材層13を介して接着されている。図1に示すように、上記の構成素材からなる分極性電極材層12は多孔質体であり、その空孔12a中に、導電性接着剤層13の一部が進入している。   After combining the polarizable electrode material, the conductive adhesive, and the sheet-like current collector, if a volatile component (such as a dispersion medium) is contained in the conductive adhesive, it is removed. Although the removal method is not particularly limited, for example, induction heating, far-infrared heating, and hot air drying are suitable. The drying temperature is preferably around the boiling point of the dispersion medium. After removal of the dispersion medium, an electric double layer capacitor electrode as shown in FIG. 1 is obtained as an example of the electric double layer capacitor electrode of the present invention. In FIG. 1, an electrode 10 is made of a constituent material including, on the upper surface of a current collector 11, porous carbon particles that are an electric double layer forming material, a conductive aid for ensuring conductivity, tungsten oxide, and a binder. A polarizable electrode material layer 12 is bonded via a conductive adhesive layer 13. As shown in FIG. 1, the polarizable electrode material layer 12 made of the above-described constituent material is a porous body, and a part of the conductive adhesive layer 13 enters the pores 12a.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施をすることは、全て本発明の技術的範囲に包含される。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples are not intended to limit the present invention, and all modifications made without departing from the spirit of the preceding and following descriptions are included in the technical scope of the present invention.

<電気二重層キャパシタの作製>
実施例および比較例で用いる電気二重層キャパシタは、以下の手順により作製した。
<Production of electric double layer capacitor>
The electric double layer capacitors used in Examples and Comparative Examples were produced by the following procedure.

[分極性電極材]
多孔質炭素粒子としてBET法による比表面積が約1700m/g の水蒸気賦活の椰子殻活性炭(クラレケミカル社製「YP−50F」)80質量部と、導電補助剤としてアセチレンブラック粉末(電気化学工業株式会社製「デンカブラック 粉状品」)10質量部と、バインダーとしてポリテトラフルオロエチレン粉末(三井デュポンフロロケミカル株式会社製「テフロン6J」)10質量部と、三酸化タングステン(関東化学社製 酸化タングステン(鹿1級) 平均粒子径 30 μm)10質量部からなる混合物にエタノール30質量部を加えて混錬後、テープ状にペースト押出した。その後、得られたテープ状物にロール圧延を3回実施してシート化し、更に150℃で1時間乾燥させてエタノールを除去することにより幅100mm、厚さ150μmの分極性電極材のシートを得た。
[Polarizable electrode material]
80 parts by mass of steam activated activated coconut shell activated carbon (“YP-50F” manufactured by Kuraray Chemical Co., Ltd.) having a specific surface area of about 1700 m 2 / g by BET method as porous carbon particles, and acetylene black powder (Electrochemical Industry) as a conductive auxiliary agent 10 parts by mass of “Denka Black powder product” manufactured by Co., Ltd., 10 parts by mass of polytetrafluoroethylene powder (“Teflon 6J” manufactured by Mitsui DuPont Fluorochemical Co., Ltd.) as a binder, and tungsten trioxide (oxidized by Kanto Chemical Co., Inc.) 30 parts by mass of ethanol was added to a mixture composed of 10 parts by mass of tungsten (deer grade 1 average particle size 30 μm), kneaded, and then paste extruded into a tape shape. Thereafter, the obtained tape-like material is rolled and rolled three times to form a sheet, and further dried at 150 ° C. for 1 hour to remove ethanol to obtain a sheet of polarizable electrode material having a width of 100 mm and a thickness of 150 μm. It was.

[導電性接着剤]
導電材として、平均粒径:8μmの高純度人造黒鉛(日本黒鉛工業社製「SP−270」)および平均粒径(一次粒子径):35nmのアセチレンブラック(電気化学工業社製「デンカブラック」)を用いた。また、ポリN-ビニルアセトアミド(PNVA)系バインダーとして、ポリN-ビニルアセトアミド(昭和電工社製「PNVA GE191−203」)またはアクリル酸ナトリウム共重合体(昭和電工社製「PNVA GE167−103」)を用いて、導電性接着剤を得た。
比較例では、PNVAの代わりに、合成ゴム(SBR(スチレンブタジエンゴム))を用いた。
[Conductive adhesive]
As conductive materials, high-purity artificial graphite having an average particle size of 8 μm (“SP-270” manufactured by Nippon Graphite Industry Co., Ltd.) and average particle size (primary particle size): 35 nm of acetylene black (“DENKA BLACK” manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) ) Was used. As poly N-vinylacetamide (PNVA) binder, polyN-vinylacetamide ("PNVA GE191-203" manufactured by Showa Denko KK) or sodium acrylate copolymer ("PNVA GE167-103" manufactured by Showa Denko KK) Was used to obtain a conductive adhesive.
In the comparative example, synthetic rubber (SBR (styrene butadiene rubber)) was used instead of PNVA.

[集電体]
集電体には、幅:150mm、厚み:30μmのプレーンアルミニウム箔(日本製箔社製「A1N30H-H18」)を用いた。
[Current collector]
As the current collector, a plain aluminum foil (“A1N30H-H18” manufactured by Nihon Foil Co., Ltd.) having a width of 150 mm and a thickness of 30 μm was used.

[電極の製造]
集電体の両面に導電性接着剤を、塗布ロールを用いて塗布した。塗布量は、片面当たり12g/m(乾燥後の量で約2g/m)とした。塗布後、集電体の導電性接着剤塗布面(両面)に、長尺の分極性電極層を重ね、圧縮ロールを通して(クリアランス:70%)積層シートとした。この積層シートを、温度:150℃ に設定した乾燥機内を3分で通過させ、導電性接着剤から分散媒を除去して、図2に示す、長尺の電極を得た。この積層シートを、図3に示したように、分極性電極材シートが積層された部分の寸法が3cm角で、リード部(集電体上に分極性電極が積層されていない部分)が1×5cmの形状になるように打ち抜いて方形状の分極性電極とした。
[Manufacture of electrodes]
A conductive adhesive was applied to both sides of the current collector using an application roll. The coating amount was 12 g / m 2 per side (about 2 g / m 2 after drying). After application, a long polar electrode layer was layered on the conductive adhesive application surface (both sides) of the current collector, and a laminated sheet was formed through a compression roll (clearance: 70%). The laminated sheet was passed through a dryer set at a temperature of 150 ° C. in 3 minutes, and the dispersion medium was removed from the conductive adhesive to obtain a long electrode shown in FIG. As shown in FIG. 3, in this laminated sheet, the dimension of the portion where the polarizable electrode material sheet is laminated is 3 cm square, and the lead portion (the portion where the polarizable electrode is not laminated on the current collector) is 1 A square-shaped polarizable electrode was punched out in a shape of × 5 cm.

[電気二重層キャパシタの製造]
二枚の分極性電極を正極、負極とし、その間にセパレータとして厚さ80μm、3.5cm角の親水化処理した多孔質PTFEシート(日本ゴア株式会社製「BSP0708070−2」)を1枚挿入して、5×10cmの二枚のアルミラミネート材(昭和電工パッケージング株式会社製「PET12/A120/PET12/CPP30ドライラミネート品」)で電極およびセパレータ部を覆い、リード部を含む3辺を熱融着によりシールしてアルミパックセルを作成した。(図4に、アルミラミネート材を熱融着する前の電気二重層キャパシタを示す。)熱融着の際、リード部の一部をアルミパックセルの外部に導き出し、リード部とアルミパックセルとの接合部がリード部とアルミラミネート材の熱融着によりシールされるようにした。このアルミパックセルを150℃で24時間真空乾燥した後、アルゴン雰囲気で−60℃以下の露点を保ったグローブボックス内に持ち込み、開口部(シールされていない辺)を上に向けて1.5モル/Lのトリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレートの炭酸プロピレン溶液(1.5mol/L TEMA/PC)4mLを電解質溶液としてアルミパックに注入し、−0.05MPaの減圧下に10分間静置して、電極内部のガスを電解質溶液で置換した。最後にアルミパックの開口部を融着密封することにより、単積層型の電気二重層キャパシタを作製した。この電気二重層キャパシタを40℃において24時間保存し、電極内部まで電解質溶液をエージングした。その後キャパシタを5×5cm、厚さ5mmのSUS板で挟み、面方向から1MPaで加圧した。
[Manufacture of electric double layer capacitors]
Two polarizable electrodes are used as a positive electrode and a negative electrode, and a porous PTFE sheet (“BSP070080-2” manufactured by Japan Gore Co., Ltd.) with a thickness of 80 μm and a 3.5 cm square is inserted as a separator between them. Cover the electrodes and separator with two 5 x 10 cm aluminum laminates ("PET12 / A120 / PET12 / CPP30 dry laminate" manufactured by Showa Denko Packaging Co., Ltd.) and heat-melt the three sides including the lead The aluminum pack cell was made by sealing by wearing. (FIG. 4 shows the electric double layer capacitor before the aluminum laminate material is heat-sealed.) At the time of heat-sealing, a part of the lead portion is led out of the aluminum pack cell, and the lead portion and the aluminum pack cell The joint portion was sealed by thermal fusion between the lead portion and the aluminum laminate material. This aluminum pack cell was vacuum-dried at 150 ° C. for 24 hours, and then brought into a glove box that maintained a dew point of −60 ° C. or lower in an argon atmosphere, and the opening (unsealed side) faced upward. 4 mL of a propylene carbonate solution of 1.5 mol / L triethylmethylammonium tetrafluoroborate (1.5 mol / L TEMA / PC) was poured into an aluminum pack as an electrolyte solution, and allowed to stand for 10 minutes under a reduced pressure of -0.05 MPa. The gas inside the electrode was replaced with an electrolyte solution. Finally, a single-layer electric double layer capacitor was fabricated by fusing and sealing the opening of the aluminum pack. This electric double layer capacitor was stored at 40 ° C. for 24 hours, and the electrolyte solution was aged to the inside of the electrode. Thereafter, the capacitor was sandwiched between 5 × 5 cm and 5 mm thick SUS plates, and pressurized at 1 MPa from the surface direction.

上記の実施例および比較例の電気二重層キャパシタについて、以下の評価を行った。   The following evaluation was performed on the electric double layer capacitors of the above-described Examples and Comparative Examples.

<耐久性能評価試験>
作製した電気二重層キャパシタについて、2.7Vより高い電圧で運転を行った。運転開始時と、およそ1000時間運転後に、静電容量および内部抵抗を測定し、それらを比較し、どの程度容量が維持されるか、および、どの程度内部抵抗が上昇するかを評価した。
<Durability evaluation test>
The produced electric double layer capacitor was operated at a voltage higher than 2.7V. At the start of operation and after approximately 1000 hours of operation, the capacitance and internal resistance were measured and compared to evaluate how much capacity was maintained and how much the internal resistance increased.

より具体的な測定事項は以下である。
[静電容量密度]
上記電気二重層キャパシタについて、10mA/cm、3.0Vの条件で1500秒充電し、10mA/cmの条件で0Vになるまで放電を行う操作を1サイクルとし、これを10サイクル連続して行った際の、10サイクル目の放電開始から0Vになるまでの放電曲線を積分して、該10サイクル目の充電時における電気二重層キャパシタの静電容量を求め、これを電極体積で除して静電容量密度として算出した。
More specific measurement items are as follows.
[Capacitance density]
For the electric double layer capacitor, an operation of charging for 1500 seconds under the conditions of 10 mA / cm 2 and 3.0 V and discharging until reaching 0 V under the condition of 10 mA / cm 2 is defined as one cycle, and this is continuously performed for 10 cycles. The discharge curve from the start of the discharge at the 10th cycle to 0 V was integrated to obtain the capacitance of the electric double layer capacitor at the time of the 10th charge, and this was divided by the electrode volume. The capacitance density was calculated.

[直流内部抵抗]
上記静電容量密度測定時に、式「V=IR」を用いて算出することにより求めた。
[DC internal resistance]
It calculated | required by calculating using a formula "V = IR" at the time of the said capacitance density measurement.

[静電容量維持率]
上記電気二重層キャパシタについて、60℃または70℃の温度下で、10mA/cm、3.0Vの条件で、100時間フロート充電した後、10mA/cm条件で0Vになるまで放電を行う操作を1サイクルとし、この操作を繰り返した。1サイクル目と所定時間(1000時間)経過時のサイクルでの静電容量を、静電容量密度について上記した方法で求め、結果は、測定スタート時(1サイクル目)に対する所定時間経過時の静電容量の維持率[100×(所定時間経過時のサイクルの静電容量)/(1サイクル目の静電容量)](%)で静電容量維持率を評価した。
[Capacitance maintenance rate]
Operation for discharging the electric double layer capacitor at 60 ° C. or 70 ° C. under conditions of 10 mA / cm 2 and 3.0 V for 100 hours and then discharging until 0 V under the condition of 10 mA / cm 2 This cycle was repeated for 1 cycle. The capacitance at the first cycle and the cycle at the time when a predetermined time (1000 hours) has elapsed is obtained by the method described above for the capacitance density, and the result is the static value at the time when the predetermined time has elapsed from the start of measurement (the first cycle). The capacitance retention rate was evaluated by the capacitance retention rate [100 × (capacitance of the cycle when a predetermined time elapses) / (capacitance at the first cycle)] (%).

[内部抵抗上昇率]
上記静電容量維持率測定時に、直流内部抵抗も測定し、(所定時間経過時の内部抵抗)/(初期の内部抵抗)×100で内部抵抗上昇率を評価した。
[Internal resistance increase rate]
At the time of measuring the capacitance maintenance rate, the DC internal resistance was also measured, and the internal resistance increase rate was evaluated by (internal resistance after a predetermined time) / (initial internal resistance) × 100.

結果を表1に示す。

Figure 2017118136
The results are shown in Table 1.
Figure 2017118136

表1から、PNVAを用いた場合に、SBRを用いた場合に比べて、内部抵抗上昇率が小さく、3.0Vという高電圧においても耐久性が高いことが分かる。PNVAの中でも、PNVA共重合体を用いた場合に、内部抵抗上昇率がさらに小さく、3.0Vという高電圧においても耐久性が高いことが分かる。 From Table 1, it can be seen that when PNVA is used, the rate of increase in internal resistance is small compared to when SBR is used, and durability is high even at a high voltage of 3.0V. Among PNVA, it can be seen that when a PNVA copolymer is used, the rate of increase in internal resistance is further small and durability is high even at a high voltage of 3.0V.

<電解液浸漬剥離試験(耐熱試験)>
導電性接着剤中の接着成分を変化させて、上記電極を作成した(PNVA、PNVA共重合体(重合比9/1)、SBR)。それらの電極を、100℃の模擬電解液、1.5モル/Lのトリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレートの炭酸プロピレン溶液(1.5mol/L TEMA/PC)に浸漬させ、所定時間(1、5、10および24時間)経過後の電極層部分の剥離状況を観察した。
結果を表2に示す。
<Electrolytic solution immersion peel test (heat resistance test)>
The electrode was prepared by changing the adhesive component in the conductive adhesive (PNVA, PNVA copolymer (polymerization ratio 9/1), SBR). These electrodes were immersed in a simulated electrolyte at 100 ° C. and a propylene carbonate solution of 1.5 mol / L triethylmethylammonium tetrafluoroborate (1.5 mol / L TEMA / PC) for a predetermined time (1, 5, The peeling state of the electrode layer portion after 10 and 24 hours) was observed.
The results are shown in Table 2.

Figure 2017118136
Figure 2017118136

表2から、導電性接着剤の接着成分として、SBRを用いた場合に比べて、PNVAを用いることにより、剥離が抑制され、つまり接着性が向上することが分かる。中でも、PNVA共重合体において、接着力の顕著な向上が見られた。   From Table 2, it can be seen that by using PNVA as an adhesive component of the conductive adhesive, peeling is suppressed, that is, the adhesiveness is improved, by using PNVA. Especially, the remarkable improvement of adhesive force was seen in the PNVA copolymer.

接着力の高かったPNVA共重合体について、重合比を変化させて、電極を作成し、それらの電極の剥離試験を行った。重合比はPNVA/アクリル酸ナトリウム:9/1、7/3、5/5とした。また、剥離を加速するために、模擬電解液を200℃とした。結果を、表3に示す。   About the PNVA copolymer with high adhesive force, the polymerization ratio was changed, electrodes were prepared, and a peel test of these electrodes was performed. The polymerization ratio was PNVA / sodium acrylate: 9/1, 7/3, 5/5. Moreover, in order to accelerate peeling, the simulation electrolyte solution was 200 degreeC. The results are shown in Table 3.

Figure 2017118136
Figure 2017118136

表3から、アクリル酸ナトリウム含有量が多くなるにつれて、剥離が抑制され、つまり接着性が向上することが分かる。   From Table 3, it can be seen that as the sodium acrylate content increases, peeling is suppressed, that is, the adhesiveness is improved.

これらの共重合体を用いた導電性接着剤について、その粘度も測定したところ、以下の結果が得られた。粘度は、BL型粘度計を用いて測定した。測定温度は、25℃とし、ローターの回転速度を30rpmとした。
9/1 : 12000mPa・s
7/3 : 20000mPa・s以上
5/5 : 20000mPa・s以上
(PNVA単独:9000mPa・s)
電極製造の観点では、良好な分散性・塗布性を有する重合比が好ましい。接着性と加工性の両面を考慮して、適当な重合比を選択することができる。
When the viscosity of the conductive adhesive using these copolymers was also measured, the following results were obtained. The viscosity was measured using a BL type viscometer. The measurement temperature was 25 ° C., and the rotation speed of the rotor was 30 rpm.
9/1: 12000 mPa · s
7/3: 20000 mPa · s or more 5/5: 20000 mPa · s or more (PNVA alone: 9000 mPa · s)
From the viewpoint of electrode production, a polymerization ratio having good dispersibility and coating properties is preferred. An appropriate polymerization ratio can be selected in consideration of both adhesiveness and processability.

<酸化タングステンの存在場所による耐久性への影響>
上記の電極をベースとして、図5に示すような、酸化タングステンの存在場所を変化させた、<電極表面側>、<接着層側>、<均一分散>と称する3種類の電極を用意した。<電極表面側>と称する電極は、導電性接着剤と酸化タングステンを含む電極材の間に活性炭シートを挟んで、酸化タングステンが電極の表面側に存在するように、すなわち酸化タングステンを集電体から遠ざけるように、したものである。<接着層側>と称する電極は、接着剤層の上に酸化タングステンを含む電極材を重ね、その上活性炭シートを重ねて、酸化タングステンが(電極表面側ではなく)接着剤層側に存在するように、すなわち酸化タングステンを集電体に近づけるように、したものである。なお、<電極表面側>、<接着層側>での活性炭シート厚み、電極材厚みはそれぞれ100μmであり、電極材中の酸化タングステン濃度は10質量部(電極材の合計質量を100質量部)とした。<均一分散>と称する電極は、<電極表面側>および<接着層側>で用いた活性炭シートの部分まで、電極材に含まれる酸化タングステンを均一に分散させたものである。これにより、電極の全厚み、酸化タングステン量を、3種類の電極間で揃えている。
なお、ここでは、酸化タングステンの存在場所が、キャパシタの耐久性能へどの程度影響するかを明確にするために、導電性接着剤の接着成分として、SBR系バインダーを使用した。
<Effect of the location of tungsten oxide on durability>
Based on the above electrodes, three types of electrodes called <electrode surface side>, <adhesive layer side>, and <uniform dispersion> were prepared as shown in FIG. The electrode referred to as <electrode surface side> has an activated carbon sheet sandwiched between an electrode material containing a conductive adhesive and tungsten oxide so that tungsten oxide exists on the surface side of the electrode, that is, tungsten oxide is a current collector. It was made to keep away from. The electrode referred to as <adhesive layer side> is obtained by stacking an electrode material containing tungsten oxide on the adhesive layer, and further overlaying an activated carbon sheet thereon, so that tungsten oxide is present on the adhesive layer side (not on the electrode surface side). That is, tungsten oxide is brought close to the current collector. The activated carbon sheet thickness and the electrode material thickness at <electrode surface side> and <adhesion layer side> are each 100 μm, and the tungsten oxide concentration in the electrode material is 10 parts by mass (the total mass of the electrode material is 100 parts by mass). It was. The electrode referred to as <uniform dispersion> is obtained by uniformly dispersing tungsten oxide contained in the electrode material up to the activated carbon sheet used in <electrode surface side> and <adhesion layer side>. Thereby, the total thickness of the electrode and the amount of tungsten oxide are made uniform among the three types of electrodes.
Here, in order to clarify how much the location of tungsten oxide affects the durability performance of the capacitor, an SBR binder was used as an adhesive component of the conductive adhesive.

これらの3種類の電極について、上述した耐久性能評価試験を行った。キャパシタの運転条件は、3.0V、70℃、1000時間とし、電解液として、1.5モル/Lのトリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレートの炭酸プロピレン溶液(1.5mol/L TEMA/PC)を用いた。結果を表4に示す。   These three types of electrodes were subjected to the durability performance evaluation test described above. The operating conditions of the capacitor were 3.0 V, 70 ° C., 1000 hours, and 1.5 mol / L of propylene carbonate solution of triethylmethylammonium tetrafluoroborate (1.5 mol / L TEMA / PC) was used as the electrolyte. It was. The results are shown in Table 4.

Figure 2017118136
Figure 2017118136

表4から、酸化タングステンが集電体に近いほど、耐久性向上の効果が低下し、特に抵抗上昇率が高くなることが分かる。均一分散の場合に、耐久性向上の効果が最も高かった。   From Table 4, it can be seen that the closer the tungsten oxide is to the current collector, the lower the effect of improving durability, and the higher the rate of resistance increase. In the case of uniform dispersion, the effect of improving the durability was the highest.

9 集電端子
10 電気二重層キャパシタ用電極
11 集電体
12 分極性電極層
12a 空孔
13 導電性接着剤層
15 セパレータ
16 アルミラミネート材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 Current collection terminal 10 Electric double layer capacitor electrode 11 Current collector 12 Polarization electrode layer 12a Hole 13 Conductive adhesive layer 15 Separator 16 Aluminum laminate material

Claims (7)

多孔質炭素粒子、導電助材、酸化タングステン粉末、およびバインダーを含む分極性電極材と、導電材およびポリ−N−ビニルアセトアミド(PNVA)系バインダーを含む導電性接着剤と、シート状集電体と、を含むことを特徴とする電気二重層キャパシタ用電極。   Polarizable electrode material including porous carbon particles, conductive additive, tungsten oxide powder, and binder, conductive adhesive including conductive material and poly-N-vinylacetamide (PNVA) binder, and sheet-like current collector And an electrode for an electric double layer capacitor. 該分極性電極材、該導電性接着剤、および該シート状集電体が、この順で、積層されることを特徴とする、請求項1に記載の電気二重層キャパシタ用電極。   The electrode for an electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the polarizable electrode material, the conductive adhesive, and the sheet-like current collector are laminated in this order. 該ポリ−N−ビニルアセトアミド系バインダーは、N−ビニルアセトアミド単独重合体およびN−ビニルアセトアミド共重合体からなる群より選択されることを特徴とする、請求項1または2に記載の電気二重層キャパシタ用電極。   The electric double layer according to claim 1 or 2, wherein the poly-N-vinylacetamide-based binder is selected from the group consisting of an N-vinylacetamide homopolymer and an N-vinylacetamide copolymer. Capacitor electrode. 該N−ビニルアセトアミド共重合体が、ポリ−N−ビニルアセトアミドおよびアクリル酸ナトリウムの共重合体であることを特徴とする、請求項3に記載の電気二重層キャパシタ用電極。   The electrode for an electric double layer capacitor according to claim 3, wherein the N-vinylacetamide copolymer is a copolymer of poly-N-vinylacetamide and sodium acrylate. 該ポリ−N−ビニルアセトアミドおよび該アクリル酸ナトリウムの重合比が、9/1〜5/5であることを特徴とする、請求項4に記載の電気二重層キャパシタ用電極。   The electrode for an electric double layer capacitor according to claim 4, wherein a polymerization ratio of the poly-N-vinylacetamide and the sodium acrylate is 9/1 to 5/5. 該導電材がカーボンブラックを含むことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電気二重層キャパシタ用電極。   The electrode for an electric double layer capacitor according to any one of claims 1 to 5, wherein the conductive material contains carbon black. 該シート状集電体がプレーンアルミニウム箔を含んでなることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電気二重層キャパシタ用電極。   The electrode for an electric double layer capacitor according to any one of claims 1 to 6, wherein the sheet-like current collector comprises a plain aluminum foil.
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