專利名稱：雙電荷層電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于硬幣結(jié)構(gòu)的雙電荷層電容器中，可以由回流爐進(jìn)行焊錫的耐熱性高的雙電荷層電容器。
背景技術(shù)：
雙電荷層電容器是作為攜帶式通信設(shè)備的存儲(chǔ)器等的備用電源安裝在印刷電路板上的。錫焊到印刷電路板上時(shí)，以往采用的是烙鐵。但是在將雙電荷層電容器逐個(gè)錫焊到印刷電路板上的場(chǎng)合下。存在生產(chǎn)率降低、成本增加等問題。因此，通常采用以下方法在要安裝雙電荷層電容器等電子部件的基板位置上涂布膏狀釬焊料，在該膏狀釬焊料的涂布面上放置雙電荷層電容器等電子部件，然后將所述雙電荷層電容器等電子部件和電路板一起導(dǎo)入回流爐中，在該回流爐內(nèi)用約250℃的高溫短時(shí)間加熱，使焊錫熔融，把所述的雙電荷層電容器等電子部件連接到基板上。
以往，雙電荷層電容器的密封件(gasket)材料采用彈性及耐蠕變性優(yōu)良、成型性優(yōu)良、價(jià)格便宜的聚丙烯(PP)(例如專利文獻(xiàn)1)。但是，由于聚丙烯的耐熱溫度低，因此存在由于回流爐的熱所述聚丙烯構(gòu)成的密封件變形的問題。
作為解決由回流爐熱引起的問題的方法，提出了采用耐熱性優(yōu)良的氟樹脂作為二次電池的密封件、并使用常溫下的沸點(diǎn)在200℃以上的非水溶劑系電解液的方法(例如專利文獻(xiàn)2)。
特開2000-232040號(hào)公報(bào)(第3頁)[專利文獻(xiàn)2]特開2002-56827號(hào)公報(bào)(第2頁)發(fā)明內(nèi)容但是，在把所述專利文獻(xiàn)2中記載的氟樹脂用作雙電荷層電容器的密封件的場(chǎng)合下，根據(jù)電解液的種類，在回流工序的高溫下，所述氟樹脂與所述非水溶劑系電解液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，存在所述密封件發(fā)生變形的問題。
另外，存在由于所述的化學(xué)反應(yīng)非水溶劑系電解液也發(fā)生劣化，雙電荷層電容器的充放電性能下降的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，鑒于所述的問題，本發(fā)明提供一種在回流爐的高溫下抑制密封件的變形，并且充放電性能優(yōu)良的雙電荷層電容器。
本發(fā)明提供一種具有通過介入隔膜對(duì)置的一對(duì)極化電極、有機(jī)溶劑中溶解有支持鹽的電解液、及由氟樹脂構(gòu)成的密封件的硬幣結(jié)構(gòu)的雙電荷層電容器，其特征在于，所述的有機(jī)溶劑含有碳酸丙烯酯(PC)，并且所述的密封件由四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)構(gòu)成。
如上所述，通過特定的密封件材料采用四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)，并且特定的有機(jī)溶劑采用碳酸丙烯酯(PC)，可以抑制高溫下密封件與電解液的反應(yīng)，可以防止密封件的變形和電解液的組織變化。因此可以防止雙電荷層電容器的充放電性能的下降。


圖1是本發(fā)明的具有硬幣結(jié)構(gòu)的雙電荷層電容器的截面圖。
圖2是表示了雙電荷層電容器電解液中碳酸丙烯酯(PC)的體積混合比與容量維持率的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的一實(shí)施方式的雙電荷層電容器進(jìn)行說明。
本發(fā)明的雙電荷層電容器如圖1所示，在極化電極1及2間介入了電解液浸透的隔膜3的狀態(tài)下，收裝于硬幣罐(蓋)4a和硬幣罐(箱)4b中，通過介入集電體6使所述極化電極1與所述硬幣罐(蓋)4a連接，同時(shí)通過介入集電體6使所述極化電極2與所述硬幣罐(箱)4b連接。然后，在介入所述密封件7進(jìn)行電絕緣的狀態(tài)下，將硬幣罐(蓋)4a與所述的硬幣罐(箱)4b鉚接密封，完成雙電荷層電容器。
所述本發(fā)明的雙電荷層電容器中，極化電極1及2是由活性物質(zhì)與粘結(jié)劑構(gòu)成。在所述活性物質(zhì)導(dǎo)電性低的場(chǎng)合下，可以添加導(dǎo)電材料。所述活性物質(zhì)可以使用鋸屑、椰子殼、瀝青等經(jīng)活化處理后得到的粉末狀活性炭。另外也可以采用苯酚類、人造絲類、聚丙烯腈類、瀝青類等纖維經(jīng)過不融化及炭化活化處理后得到的活性炭或活性炭纖維。也可以采用這些纖維形成的氈狀物、纖維狀物、紙狀物、或燒結(jié)狀物等物質(zhì)。還可以采用碳納米管等碳材料或金屬化合物。粘結(jié)劑可以使用雙電荷層電容器中常用的眾知的粘結(jié)劑。比如，可以使用聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氟乙烯丙烯、苯乙烯-丁二烯橡膠、羧甲基纖維素、氟橡膠等。所述導(dǎo)電材料可以使用雙電荷層電容器中一般使用的材料。例如，可以使用鱗片狀石墨、土狀石墨等天然石墨，人工石墨，炭黑，乙炔炭黑，碳纖維等。
所述隔膜3是具有高的離子透過性，并且具有規(guī)定的機(jī)械強(qiáng)度的絕緣性膜，可以采用玻璃纖維、聚苯硫、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚酰亞胺等的樹脂。隔膜的孔徑可以采用一般電容器中使用的范圍，例如，可以使用0.01～10μm。隔膜的厚度可以采用一般使用的范圍，例如，可以使用5～100μm。
浸透到隔膜3中的電解液可以采用，在具有碳酸丙烯酯的有機(jī)溶劑中溶解了支持鹽的電解液。但是，在所述的碳酸丙烯酯中還可以混合其他的有機(jī)溶劑，這樣的有機(jī)溶劑可以使用環(huán)狀酯類、鏈狀酯類、環(huán)狀醚類、鏈狀醚類等，具體可以使用的有碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲基酯、碳酸二乙基酯、γ-丁內(nèi)酯、二甲基γ-丁內(nèi)酯、乙?；?丁內(nèi)酯、γ-戊內(nèi)酯、1，2-二甲氧基乙烷、1，2-乙氧基乙烷、二乙基醚、二甘醇二烷基醚、三甘醇二乙基醚、乙二醇二烷基醚、二甘醇二烷基醚、三甘醇二烷基醚、四甘醇二烷基醚、碳酸二丙酯、碳酸甲基乙基酯、碳酸甲基丁基酯、碳酸乙基丙基酯、碳酸丁基丙基酯、丙酸烷基酯、丙二酸二烷基酯、醋酸烷基酯、四氫呋喃(THF)、烷基四氫呋喃、二烷基四氫呋喃、烷氧基四氫呋喃、二烷氧基四氫化呋喃、1，3-二氧雜戊環(huán)、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二氧雜戊環(huán)、乙睛、硝基甲烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、磷酸三酯、馬來酸酐、環(huán)丁砜、3-甲基環(huán)丁砜等，這些至少可以用一種以上。支持鹽采用四氟硼酸四乙胺，或四氟硼酸三乙基甲基胺是理想的，也可以采用(C2H5)4PBF4、(C3H7)4PBF4，(C2H5)4PPF6、(C2H5)4PCF3SO4、(C2H5)4NPF6、LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiN(CF3SO2)2等中的至少一種以上。
作為所述的集電體5、6，可以在硬幣罐(蓋)4a和硬幣罐(箱)4b內(nèi)側(cè)使用將石墨粉末與水玻璃混合的導(dǎo)電性涂料，或者是由不銹鋼、鋁、鈦等構(gòu)成的網(wǎng)狀材料。
作為所述密封件7，使用四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚共聚物的密封件。另外，為了進(jìn)一步提高密封件的密封性，可以將把瀝青、丁基橡膠等烴類、氟類油劑、氯磺化聚乙烯、環(huán)氧樹脂等的一種以上材料根據(jù)需要用溶劑稀釋而得到的液體密封劑，涂布在密封件上。
具體實(shí)施方式
以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例加以說明。
本發(fā)明的雙電荷層電容器按照以下順序制成。
(極化電極的制作)將活性炭、乙炔炭黑、和聚四氯乙烯按照90∶5∶5的重量比混合，并將該混合物成形為直徑10mm、厚度0.5mm的圓板狀，之后在150℃下真空干燥2小時(shí)而制成極化電極。
(電解液的制作)在碳酸丙烯酯和γ-丁內(nèi)酯按照5∶95的體積比混合而得到的有機(jī)溶劑中，溶解支持鹽四氟硼酸四乙胺((C2H5)4NBF4)，使該支持鹽的濃度為1.0mol/l，制成電解液。
(硬幣型單元(cell)的制作)如圖1所示，在不銹鋼制的硬幣罐(蓋)4a、硬幣罐(箱)4b的底面涂布將黑鉛粉末與水玻璃混合而成的導(dǎo)電涂料，然后放置所述的極化電極。接著，在極化電極2的上表面上放置含有所述電解液的玻璃纖維的隔膜3，在所述硬幣罐(箱)4b的內(nèi)側(cè)安裝由四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚共聚物構(gòu)成的密封件7、蓋上硬幣罐(蓋)4a，鉚接密封后制成雙電荷層電容器。
除了使碳酸丙烯酯和γ-丁內(nèi)酯的體積混合比為20∶80以外，采用與實(shí)施例1同樣的方法制成雙電荷層電容器。
除了使碳酸丙烯酯和γ-丁內(nèi)酯的體積混合比為50∶50以外，采用與實(shí)施例1同樣的方法制成雙電荷層電容器。
除了使碳酸丙烯酯和γ-丁內(nèi)酯的體積混合比為70∶30以外，采用與實(shí)施例1同樣的方法制成雙電荷層電容器。
除了使碳酸丙烯酯和γ-丁內(nèi)酯的體積混合比為80∶20以外，采用與實(shí)施例1同樣的方法制成雙電荷層電容器。
除了使碳酸丙烯酯和γ-丁內(nèi)酯的體積混合比為100∶0以外，采用與實(shí)施例1同樣的方法制成雙電荷層電容器。
除了支持鹽采用四氟硼酸三乙基甲基胺((CH3)(C2H5)3NBF4)以外，采用與實(shí)施例6同樣的方法制成雙電荷層電容器。
除了支持鹽采用六氟化磷酸鋰(LiPF6)以外，采用與實(shí)施例6同樣的方法制成雙電荷層電容器。
除了采用碳納米管(CNT)作為極化電極的活性物質(zhì)以外，采用與實(shí)施例6同樣的方法制成雙電荷層電容器。
(比較例1)除了采用γ-丁內(nèi)酯作為電解液的有機(jī)溶劑以外，采用與實(shí)施例1同樣的方法制成雙電荷層電容器。
(比較例2)除了采用γ-丁內(nèi)酯與3-甲基環(huán)丁砜按照50∶50體積比混合的溶液作為電解液的有機(jī)溶劑以外，采用與實(shí)施例1同樣的方法制成雙電荷層電容器。
(比較例3)除了采用聚酰胺作為密封件的材料以外，采用與實(shí)施例1同樣的方法制成雙電荷層電容器。
對(duì)所述實(shí)施例1～9及比較例1～3的雙電荷層電容器進(jìn)行充放電試驗(yàn)。試驗(yàn)方法是，首先使所述各個(gè)雙電荷層電容器通過回流爐?；亓鳡t的溫度曲線是作為余熱工序使雙電荷層電容器在180℃通過1分鐘，然后作為加熱工序使雙電荷層電容器用1分鐘按180℃→250℃→180℃通過后，自然冷卻到25℃。接著，將各個(gè)雙電荷層電容器用0.01mA的恒定電流充電至充電終止電壓達(dá)到2.5V后，再用0.1mA的恒定電流放電至放電終止電壓達(dá)到0V，并以此作為1個(gè)循環(huán)，進(jìn)行20個(gè)充放電循環(huán)，調(diào)查各雙電荷層電容器的容量維持率([第20次循環(huán)的放電容量]÷[第一次循環(huán)的放電容量]×100)。其結(jié)果表示在表1中。
表1

從表1可知，電解液的有機(jī)溶劑采用碳酸丙烯酯(PC)且密封件采用四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)的實(shí)施例1～9，與沒有同時(shí)采用兩者的比較例1～3相比，容量維持率高。根據(jù)實(shí)施例1～6及比較例1的數(shù)據(jù)，作出容量維持率相對(duì)于有機(jī)溶劑中PC的混合比的圖，并表示在圖2中。從圖2可知，在有機(jī)溶劑中的碳酸丙烯酯的比例在80體積％以上時(shí)，容量維持率會(huì)更高。
另外，可以得到這樣的結(jié)論作為支持鹽采用六氟化磷酸鋰(LiPF6)的實(shí)施例8，與作為支持鹽采用四氟硼酸四乙胺((C2H5)4NBF4)的實(shí)施例6和作為支持鹽采用四氟硼酸三乙基甲基胺(CH3)(C2H5)3NBF4)的實(shí)施例7相比，容量維持率高。再有，通過實(shí)施例6和實(shí)施例9的比較可知，作為活性物質(zhì)采用活性炭時(shí)比采用CNT時(shí)容量維持率高。這認(rèn)為是因?yàn)?，通過采用四氟硼酸四乙胺((C2H5)4NBF4)或四氟硼酸三乙基甲基胺((CH3)(C2H5)3NBF4)作為支持鹽，并采用活性炭作為活性物質(zhì)，在電解液采用碳酸丙烯酯(PC)、密封件采用四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)時(shí)，可以提高抑制高溫狀態(tài)下的密封件與電解液反應(yīng)的效果。
另外，在所述的實(shí)施方式和各實(shí)施例中雖然表示的是具有硬幣結(jié)構(gòu)的雙電荷層電容器，但是對(duì)雙電荷層電容器的形狀和大小沒有限定。
權(quán)利要求
1.一種雙電荷層電容器，具有通過介入隔膜對(duì)置的一對(duì)極化電極、有機(jī)溶劑中溶解有支持鹽的電解液、及由氟樹脂構(gòu)成的密封件的硬幣結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的有機(jī)溶劑含有碳酸丙烯酯(PC)，并且所述的密封件由四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電荷層電容器，其特征是所述支持鹽含有四氟硼酸四乙胺((C2H5)4NBF4)或四氟硼酸三乙基甲基胺((CH3)(C2H5)3NBF4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1及2所述的雙電荷層電容器，其特征是所述的有機(jī)溶劑中碳酸丙烯酯的比例在80％以上。
全文摘要
一種雙電荷層電容器，所述安裝在基板上的雙電荷層電容器中設(shè)有具有電解液的隔膜和密封件，電解液采用碳酸丙烯酯(PC)、密封件采用四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)。根據(jù)本發(fā)明，在用回流方法等將硬幣結(jié)構(gòu)的雙電荷層電容器安裝在電路板上時(shí)，抑制雙電荷層電容器的密封件、電解液的有機(jī)溶劑、和支持鹽等材料間的反應(yīng)，抑制密封件的變形和抑制電解液組織變化，得到的雙電荷層電容器的充放電性能優(yōu)良。
文檔編號(hào)H01G9/00GK1585058SQ20041005747
公開日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2004年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月20日
發(fā)明者河田洋平, 中島宏 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社