JP2008103697A - Electrochemical capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気化学キャパシタ、詳しくは、電気二重層による蓄電と、酸化還元反応による蓄電とを併有するハイブリッドキャパシタに関する。 The present invention relates to an electrochemical capacitor, and more particularly, to a hybrid capacitor having both power storage by an electric double layer and power storage by an oxidation-reduction reaction.
従来より、ハイブリッド車両や燃料電池車両に搭載される蓄電デバイスとして、高出力かつ長寿命である、電気二重層キャパシタの検討および開発が進められている。
電気二重層キャパシタは、正極および負極へそれぞれアニオンおよびカチオンが吸着することによってエネルギーを蓄える。蓄えられるエネルギーはCV2/2で表され、電圧を高めることによって、より大きなエネルギーを蓄えることができるが、電圧を高くしすぎると正極および負極で化学反応(酸化還元反応)が起こり、各電極が劣化する。
Conventionally, investigation and development of an electric double layer capacitor having a high output and a long life as an electric storage device mounted on a hybrid vehicle or a fuel cell vehicle have been advanced.
The electric double layer capacitor stores energy by adsorbing anions and cations on the positive electrode and the negative electrode, respectively. Stored energy is represented by CV 2/2, by increasing the voltage, it is possible to store more energy, too high a voltage chemical reaction positive and negative electrodes (redox reaction) occurs, the electrodes Deteriorates.
そのため、電圧の上限を、正極および負極での化学反応が起こらない範囲内にとどめなくてはならず、そうすると電位範囲が狭くなり、エネルギー密度を向上させることが困難となる。
そこで、近年、電気二重層キャパシタのエネルギー密度を向上させるべく、負極の材料としてリチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出可能な材料を用いることによって、電気二重層による蓄電に加え、酸化還元反応による蓄電をも併有するハイブリッドキャパシタが提案されている。
For this reason, the upper limit of the voltage must be kept within a range where no chemical reaction occurs at the positive electrode and the negative electrode, so that the potential range becomes narrow and it is difficult to improve the energy density.
Therefore, in recent years, in order to improve the energy density of the electric double layer capacitor, by using a material capable of reversibly occluding and releasing lithium ions as a negative electrode material, in addition to electric double layer power storage, power storage by oxidation-reduction reaction is also possible. A hybrid capacitor having both of these has been proposed.
しかし、ハイブリッドキャパシタであっても、充放電サイクルにおいて負極に生じる不可逆容量に起因して、正極の電位範囲が狭くなるため、正極が有する電気容量を十分に発現できない場合がある。すなわち、正極の電気容量が十分活用されず、エネルギー密度の向上を十分に達成できない場合がある。
そこで、上記した不具合を解決するために、例えば、特許文献1には、活性炭を主体とする分極性電極材料とアルミニウム又はステンレスからなる集電体とからなる正極と、リチウムイオンを吸蔵、脱離しうる炭素材料に化学的方法又は電気化学的方法でリチウムイオンを吸蔵させた炭素質材料と、リチウムと合金を形成しない集電体とからなる負極と、リチウム塩を含む非水系電解液とを有する電気二重層キャパシタが開示されている。
However, even in the case of a hybrid capacitor, the potential range of the positive electrode is narrowed due to the irreversible capacity generated at the negative electrode in the charge / discharge cycle, and thus the electric capacity of the positive electrode may not be sufficiently developed. That is, the electric capacity of the positive electrode is not fully utilized, and the energy density may not be sufficiently improved.
Therefore, in order to solve the above-described problems, for example,
また、特許文献2には、正極、負極並びに電解液としてリチウム塩の非プロトン性有機溶媒溶液を備えた有機電解質キャパシタであって、正極活物質がリチウムイオンおよびアニオンを可逆的に担持可能な活物質であり、また負極活物質がリチウムイオンを可逆的に担持可能な活物質であり、負極活物質の単位重量当りの静電容量が正極活物質の単位重量当りの静電容量の3倍以上を有し、かつ正極活物質重量が負極活物質重量よりも大きく、負極には予めリチウムイオンが担持されている有機電解質キャパシタが開示されている。
特許文献1に記載される電気二重層キャパシタおよび特許文献2に記載される有機電解質キャパシタでは、例えば、負極を予備充電することによって、負極にリチウムイオンを予め吸蔵して、不可逆容量に相当する電気容量を補償することができる。そのため、正極が有する電気容量を十分に活用することができ、キャパシタのエネルギー密度を向上させることができる。
In the electric double layer capacitor described in
また、吸蔵されるリチウムイオンの電気量が多ければ、さらに、正極において、リチウムイオンの吸着・脱着による電気容量を発現させ、正極の放電電位を卑側にシフトさせて電位範囲を広げることができるため、エネルギー密度をいっそう向上させることができる。
しかし、負極を予備充電してリチウムイオンを吸蔵するためには、リチウムイオンを供給するためのリチウム電極などの第3電極を、キャパシタ内に設けなくてはならないため、キャパシタ構造の複雑化、キャパシタの大型化、およびこれらに伴うコストの増加など、別の不具合が発生する。
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、簡単な構成で、エネルギー密度を向上させることができる電気化学キャパシタを提供することにある。
However, in order to precharge the negative electrode and occlude lithium ions, a third electrode such as a lithium electrode for supplying lithium ions must be provided in the capacitor. Another problem occurs, such as an increase in size and an associated increase in costs.
This invention is made | formed in view of such a situation, The place made into the objective is providing the electrochemical capacitor which can improve an energy density with a simple structure.
上記目的を達成するために、本発明の電気化学キャパシタは、充放電サイクルにおいて、電位範囲を拡大するための不可逆容量を発現する正極と、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出可能な材料からなる負極と、リチウムイオンを含む有機溶媒からなる電解液とを備えることを特徴としている。
また、本発明の電気化学キャパシタでは、前記正極の不可逆容量の発現に起因して前記電解液に含まれるアニオンから誘導される負極活性阻害物質を捕捉する捕捉剤を含むことが好適である。
In order to achieve the above object, the electrochemical capacitor of the present invention comprises a positive electrode that develops an irreversible capacity for expanding a potential range in a charge / discharge cycle, and a material that can reversibly store and release lithium ions. It has a negative electrode and an electrolytic solution made of an organic solvent containing lithium ions.
In the electrochemical capacitor of the present invention, it is preferable that the electrochemical capacitor includes a scavenger that captures a negative electrode activity inhibiting substance derived from an anion contained in the electrolytic solution due to the irreversible capacity of the positive electrode.
さらに、本発明の電気化学キャパシタでは、前記捕捉剤が、前記不可逆容量1mAhに対して、2×10-5mol〜175×10-5molの割合で含まれていることが好適である。
Further, the electrochemical capacitor of the present invention, the scavenger, to the
本発明の電気化学キャパシタでは、充放電サイクルにおいて、正極に電位範囲を拡大するための不可逆容量を発現させることによって、正極の電気容量を十分に活用することができるため、キャパシタのエネルギー密度を向上させることができる。また、負極を予備充電するためのリチウム電極などを必要としないため、キャパシタを簡単な構成にすることができる。さらに、キャパシタを簡単な構成にすることができるため、コストを低減することもできる。 In the electrochemical capacitor of the present invention, in the charge / discharge cycle, the positive electrode can fully utilize the capacitance of the positive electrode by developing an irreversible capacity for expanding the potential range, thereby improving the energy density of the capacitor. Can be made. Further, since a lithium electrode or the like for precharging the negative electrode is not required, the capacitor can be configured simply. Furthermore, since the capacitor can be configured simply, the cost can be reduced.
図1は、本発明の電気化学キャパシタの一実施形態を示すハイブリッドキャパシタの概略構成図である。
図1において、このハイブリッドキャパシタ1は、正極2と、その正極2と間隔を隔てて対向配置される負極3と、正極2と負極3との間に介在されるセパレータ4と、正極2、負極3およびセパレータ4を収容し、これらを浸漬するように電解液5が満たされているセル槽6とを備えている。なお、このハイブリッドキャパシタ1は、ラボスケールで採用される電池セルであって、工業的には、このハイブリッドキャパシタ1を、公知の技術によって適宜スケールアップしたものが採用される。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hybrid capacitor showing an embodiment of an electrochemical capacitor of the present invention.
In FIG. 1, the
正極2は、例えば、活性炭、導電剤および結合剤を配合した混合物を、電極形状に成形した後、乾燥させることにより、形成する。
活性炭は、例えば、活性炭原料に対して、賦活処理を施すことにより得られる。
活性炭原料としては、特に制限されないが、例えば、石油系ピッチ、石炭系ピッチ、メソフェーズ系ピッチなどのピッチ系原料、これらピッチ系材料を熱処理することにより得られるコークス系原料、やしがら、木粉などの植物系原料、フェノール系樹脂、塩化ビニル系樹脂、レゾルシノール系樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリブチラール、ポリアセタール、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリビニルアセテートなどの合成樹脂系原料およびこれらの炭化物が挙げられ、好ましくは、易黒鉛化炭素(ソフトカーボン)である、ピッチ系原料、コークス系原料、合成樹脂系原料(とりわけ、塩化ビニル系、ポリアクリロニトリル)が挙げられる。
The
Activated carbon is obtained, for example, by subjecting the activated carbon raw material to activation treatment.
The activated carbon raw material is not particularly limited. For example, pitch-based raw materials such as petroleum pitch, coal-based pitch, and mesophase pitch, coke-based raw materials obtained by heat-treating these pitch-based materials, palms, wood flour Plant-based raw materials such as, phenol-based resins, vinyl chloride-based resins, resorcinol-based resins, polyacrylonitrile, polybutyral, polyacetal, polyethylene, polycarbonate, polyvinyl acetate, and the like, and carbides thereof, preferably Examples thereof include pitch-based raw materials, coke-based raw materials, and synthetic resin-based raw materials (in particular, vinyl chloride-based and polyacrylonitrile), which are graphitizable carbon (soft carbon).
賦活処理としては、例えば、水酸化カリウム(KOH)、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化リチウム(LiOH)、水酸化セシウム(CsOH)、水酸化ルビジウム(RbOH)などを賦活剤として用いるアルカリ賦活処理、塩化亜鉛(ZnCl2)、リン酸(H3PO4)などを賦活剤として用いる薬品賦活処理、二酸化炭素(CO2)、空気などを賦活剤として用いるガス賦活処理、および、水蒸気(H2O)を賦活剤として用いる水蒸気賦活処理などが挙げられ、好ましくは、アルカリ賦活処理が挙げられ、さらに好ましくは、水酸化カリウム(KOH)を賦活剤として用いるアルカリ賦活処理が挙げられる。このような賦活処理は、例えば、上記したKOH賦活処理を行なう場合、ソフトカーボンを窒素雰囲気下、例えば、500〜800℃で予備焼成した後、窒素雰囲気下、700〜1000℃で、ソフトカーボン1重量部に対して、例えば、0.5〜5重量部のKOHとともに焼成することにより行なわれる。
As the activation treatment, for example, alkaline activation treatment using potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), lithium hydroxide (LiOH), cesium hydroxide (CsOH), rubidium hydroxide (RbOH) or the like as an activator. Chemical activation treatment using zinc chloride (ZnCl 2 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ) or the like as an activator, gas activation treatment using carbon dioxide (CO 2 ), air or the like as an activator, and water vapor (H 2 A steam activation treatment using O) as an activator, and the like, preferably an alkali activation treatment, and more preferably an alkali activation treatment using potassium hydroxide (KOH) as an activator. For example, in the case where the above KOH activation treatment is performed, such activation treatment is performed by pre-calcining soft carbon in a nitrogen atmosphere, for example, 500 to 800 ° C., and then in a nitrogen atmosphere at 700 to 1000 ° C., in the
活性炭原料にこのような賦活処理を施すと、とりわけ正極2の電位が4V vs.Li/Li+以上となる充放電サイクルにおいて、正極2に比較的大きな不可逆容量を発現させることができるため、正極2の電気容量を十分に活用することができる。
このようにして得られる活性炭の配合割合は、混合物中、例えば、80〜99重量%である。
When the activated carbon raw material is subjected to such activation treatment, the potential of the
The blending ratio of the activated carbon thus obtained is, for example, 80 to 99% by weight in the mixture.
導電剤としては、例えば、カーボンブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラックなどが挙げられる。また、導電剤の配合割合は、混合物中、例えば、0〜20重量%である。つまり、導電剤は、配合しても配合しなくてもよい。
結合剤としては、例えば、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)、フルオロオレフィン共重合体架橋ポリマー、フルオロオレフィンビニルエーテル共重合体架橋ポリマー、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸などが挙げられる。また、結合剤の配合割合は、混合物中、例えば、1〜10重量%である。
Examples of the conductive agent include carbon black, ketjen black, and acetylene black. Moreover, the mixture ratio of a electrically conductive agent is 0 to 20 weight% in a mixture, for example. That is, the conductive agent may or may not be blended.
Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluoroolefin copolymer crosslinked polymer, fluoroolefin vinyl ether copolymer crosslinked polymer, carboxymethyl cellulose, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, and polyacryl. An acid etc. are mentioned. Moreover, the mixture ratio of a binder is 1 to 10 weight% in a mixture, for example.
そして、正極2を電極形状に成形するには、例えば、上記した活性炭、導電剤および結合剤を配合した混合物を、例えば、ロールプレスを用いて加圧・圧延し、これにより得られる電極シートを電極形状に打ち抜いた後、乾燥させ、集電体となる金属箔に圧着させる。
金属箔としては、例えば、アルミニウム箔、銅箔、ステンレス箔、ニッケル箔などが挙げられる。
And in order to shape | mold the
Examples of the metal foil include aluminum foil, copper foil, stainless steel foil, and nickel foil.
負極3は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出する電極であって、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出可能な電極材料から形成されている。このような電極材料は、特に制限されないが、例えば、難黒鉛化炭素材料(ハードカーボン)や易黒鉛化炭素材料(ソフトカーボン)やグラファイトが用いられる。そして、負極3は、例えば、ハードカーボン、ソフトカーボンもしくはグラファイト、導電剤および結合剤を配合した混合物を、電極形状に成形した後、乾燥させることにより、形成する。
The
ハードカーボンは、一般的な熱硬化性樹脂、例えば、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フルフラール樹脂、シリコーン樹脂、キシレン樹脂、ウレタン樹脂などを焼成することにより得ることができる。
ソフトカーボンとしては、例えば、ピッチ系原料、コークス系原料および合成樹脂系原料など、上記したソフトカーボンが挙げられる。
Hard carbon is a general thermosetting resin such as phenol resin, melamine resin, urea resin, furan resin, epoxy resin, alkyd resin, unsaturated polyester resin, diallyl phthalate resin, furfural resin, silicone resin, xylene resin, It can be obtained by firing a urethane resin or the like.
Examples of the soft carbon include the above-mentioned soft carbon such as a pitch-based material, a coke-based material, and a synthetic resin-based material.
グラファイトとしては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、黒鉛化メソフェーズカーボン小球体、黒鉛化メソフェーズカーボン繊維、黒鉛ウィスカ、黒鉛化炭素繊維、ピッチ、コークスなどの縮合多環炭化水素化合物の熱分解物などのグラファイト系炭素材料が挙げられる。このようなグラファイト系炭素材料は、その平均粒径が、好ましくは、25μm以下の粉末が用いられる。 Examples of graphite include pyrolytic products of condensed polycyclic hydrocarbon compounds such as natural graphite, artificial graphite, graphitized mesophase carbon microspheres, graphitized mesophase carbon fibers, graphite whiskers, graphitized carbon fibers, pitch, and coke. A graphite-type carbon material is mentioned. Such a graphite-based carbon material is preferably a powder having an average particle diameter of 25 μm or less.
また、ハードカーボン、ソフトカーボンもしくはグラファイトの配合割合は、混合物中、例えば、80〜99重量%である。
導電剤としては、例えば、上記した導電剤が挙げられる。また、導電剤の配合割合は、混合物中、例えば、0〜20重量%である。つまり、導電剤は、配合しても配合しなくてもよい。
The blending ratio of hard carbon, soft carbon or graphite is, for example, 80 to 99% by weight in the mixture.
Examples of the conductive agent include the above-described conductive agents. Moreover, the mixture ratio of a electrically conductive agent is 0 to 20 weight% in a mixture, for example. That is, the conductive agent may or may not be blended.
結合剤としては、例えば、上記した結合剤が挙げられる。また、結合剤の配合割合は、混合物中、例えば、1〜10重量%である。
そして、負極3を電極形状に成形するには、例えば、ハードカーボン、ソフトカーボンもしくはグラファイト、導電剤および結合剤を配合した混合物を、溶媒中で攪拌混合し、それを集電体となる金属箔上に塗布後、乾燥し、電極形状に打ち抜いた後、乾燥させる。
Examples of the binder include the above-described binders. Moreover, the mixture ratio of a binder is 1 to 10 weight% in a mixture, for example.
In order to mold the
溶媒としては、例えば、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、トルエン、キシレン、イソホロン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、フタル酸ジメチル、エタノール、メタノール、ブタノール、水などが挙げられる。
金属箔としては、例えば、上記した金属箔が挙げられる。
セパレータ4には、絶縁材料が用いられ、例えば、ガラス繊維、シリカやアルミナの繊維、セラミックス繊維、ウィスカなどの無機繊維、例えば、セルロースなどの天然繊維、例えば、ポリオレフィン、ポリエステルなどの有機繊維などが挙げられる。また、セパレータ4は、例えば、板状に成形されている。
Examples of the solvent include N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, toluene, xylene, isophorone, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, methyl acetate, ethyl acetate, dimethyl phthalate, ethanol, methanol, butanol, water, and the like.
Examples of the metal foil include the above-described metal foil.
The
電解液5は、リチウムイオンを含む有機溶媒からなり、リチウム塩を有機溶媒に溶解させることにより、調製されている。
リチウム塩としては、例えば、LiClO4、LiCF3SO3、LiC(SO2CF3)3、LiB(C6H5)4、LiC4F9SO3、LiC8F17SO3、LiB[C6H3(CF3)2−3,5]4、LiB(C6F5)4、LiB[C6H4(CF3)−4]4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiCF3CO2、LiN(CF3SO2)2などが挙げられる。なお、上式中[C6H3(CF3)2−3,5]は,フェニル基の3位と5位に、[C6H4(CF3)−4]はフェニル基の4位に、それぞれ−CF3が置換されているものを意味する。
The
Examples of the lithium salt include LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiC 8 F 17 SO 3 , LiB [C 6 H 3 (CF 3) 2 -3,5] 4, LiB (C 6 F 5) 4, LiB [C 6 H 4 (CF 3) -4] 4,
有機溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、プロピレンカーボネート誘導体、エチレンカーボネート、エチレンカーボネート誘導体、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、1,3−ジオキソラン、ジメチルスルホキシド、スルホラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジオキソラン、リン酸トリエステル、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸、1,3−プロパンスルトン、4,5−ジヒドロピラン誘導体、ニトロベンゼン、1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロフラン誘導体、シドノン化合物、アセトニトリル、ニトロメタン、アルコキシエタン、トルエンなどが挙げられる。これらは、単独または2種以上併用することができる。 Examples of the organic solvent include propylene carbonate, propylene carbonate derivatives, ethylene carbonate, ethylene carbonate derivatives, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, γ-butyrolactone, 1,3-dioxolane, dimethyl sulfoxide, sulfolane, and formamide. , Dimethylformamide, dimethylacetamide, dioxolane, phosphoric acid triester, maleic anhydride, succinic anhydride, phthalic anhydride, 1,3-propane sultone, 4,5-dihydropyran derivative, nitrobenzene, 1,3-dioxane, 1 , 4-dioxane, 3-methyl-2-oxazolidinone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydride Furan derivatives, sydnone compounds, acetonitrile, nitromethane, alkoxy ethane, and toluene. These can be used alone or in combination of two or more.
電解液5は、有機溶媒中のリチウム塩の濃度が、例えば、0.5〜5mol/L、好ましくは、1〜3mol/Lとなるように調製する。また、高い耐電圧が得られるように、電解液5中の水分量が、例えば、50ppm以下、好ましくは、10ppm以下となるように調製する。
また、このハイブリッドキャパシタ1においては、正極2に電位範囲を拡大するための不可逆容量を発現させるための方法として、上述したように、充放電サイクルにおいて、正極2の電位を4V vs.Li/Li+以上とする方法のほか、例えば、電解液5に電気化学的に酸化分解し易い添加剤を添加することができる。
The
In the
添加剤としては、例えば、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、LiCF3SO4、LiFSIなどが挙げられる。このような添加剤を電解液5に添加することによって、充放電サイクルにおいて、正極2に不可逆容量を発現させることができるため、正極2の電気容量を十分に活用することができる。
そして、このハイブリッドキャパシタ1では、充放電サイクルにおいて、正極2が電位範囲を拡大するための不可逆容量を発現する。
Examples of the additive include dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), LiCF 3 SO 4 , LiFSI, and the like. By adding such an additive to the
And in this
正極2に不可逆容量を発現させるには、特に制限されないが、例えば、ハイブリッドキャパシタ1の充放電サイクルにおける、1サイクル目(ここで1サイクルとは、充電および放電が各1回行なわれる充放電のことである。)に、正極2および負極3に印加するセル電圧が所定電圧になるまで第1の電流値で定電流充電した後、第2の電流値になるまで、上記した所定電圧で定電圧保持する。
Although there is no particular limitation on causing the
上記した所定電圧の大きさとしては、例えば、2.5〜5V、好ましくは、4〜5V(このときの正極2の電位は、4〜5V vs.Li/Li+、好ましくは、4.5〜4.8V vs.Li/Li+)である。
第1の電流値としては、例えば、0.1〜10mA/cm2、好ましくは、1〜5mA/cm2である。
The magnitude of the predetermined voltage is, for example, 2.5 to 5 V, preferably 4 to 5 V (the potential of the
As a 1st electric current value, it is 0.1-10 mA / cm < 2 >, for example, Preferably, it is 1-5 mA / cm < 2 >.
第2の電流値としては、0.05〜1mA/cm2、好ましくは、0.2〜0.5mA/cm2である。
次いで、セル電圧が、0〜4V、好ましくは、1〜3V(このときの正極2の電位は、1.5〜4V vs.Li/Li+、好ましくは、2〜3V vs.Li/Li+)に達するまで、0.1〜10mA/cm2、好ましくは、1〜5mA/cm2の電流値で定電流放電する。そして、2サイクル目以降は、例えば、セル電圧が、0〜5V、好ましくは、1〜5V(このときの正極2の電位は、1.5〜5V vs.Li/Li+、好ましくは、2〜4.6V vs.Li/Li+)となるように充放電する。
The second current value, 0.05~1mA / cm 2, preferably from 0.2~0.5mA / cm 2.
Next, the cell voltage is 0 to 4 V, preferably 1 to 3 V (the potential of the
このように、充放電サイクルの1サイクル目に、上記のように充電することによって、正極2に不可逆容量を発現させることができるため、1サイクル目の放電および2サイクル目以降の充放電においては、正極2の電気容量を十分に活用することができる。
すなわち、従来のハイブリットキャパシタでは、図2に、その充放電の一般的なプロファイルが示されるように、負極3に生じる不可逆容量(例えば、QNc1−QNd1)に起因して、正極2の電位範囲がV1からV1´へと小さくなる結果、正極2の電気容量がC1V1(C1:正極2における電気二重層の静電容量)からC1V1´へと低下する。このように、正極2は、本来C1V1の電気容量を有しているにもかかわらず、その電気容量を十分に活用できず、C1V1´分の電気容量しか発現することができず、比較的低いエネルギー密度しか得られない。そのため、このようなハイブリッドキャパシタにおいては、正極2において負極3と同様に十分な電気容量を得ようとすると、極めて多量の正極2(活性炭)が必要となり、これがエネルギー密度の向上を図る上で、大きな障害となる。
Thus, in the first cycle of the charge / discharge cycle, irreversible capacity can be expressed in the
That is, in the conventional hybrid capacitor, the potential of the
そこで、図3に、その充放電のプロファイルが示されるように、負極3の不可逆容量(例えば、QNc1−QNd1)に相当する電気容量を、負極3に予備充電することによって、正極2の使用量を増加させずとも、正極2本来の電気容量C1V1を得ることができるが、この場合は、負極3を予備充電するための第3電極(例えば、リチウム電極など)を、ハイブリッドキャパシタ1内に設けなくてはならないため、キャパシタ構造の複雑化、キャパシタの大型化、およびこれらに伴うコストの増加など、別の不具合が発生する。
Therefore, as shown in FIG. 3, the charge / discharge profile is shown by precharging the
しかし、本実施形態のハイブリッドキャパシタ1では、正極2の使用量を増加させず、さらに、上記した第3電極を設けずとも、図4に、その充放電のプロファイルが示されるように、正極2本来の電気容量C1V1を得ることができる。つまり、充放電サイクルの1サイクル目において、正極2に負極3の不可逆容量に相当する不可逆容量を発現させることによって、負極3の不可逆容量を補償することができ、正極2の電気容量を十分に活用することができるため、ハイブリッドキャパシタ1のエネルギー密度を向上させることができる。
However, in the
また、図5に、その充放電のプロファイルが示されるように、正極2に、負極3の不可逆容量を超える不可逆容量を発現させると、充放電サイクルにおいて、正極2に、アニオンの吸着・脱離による電気容量C1V1に加えて、リチウムイオンの吸着・脱着による電気容量C1V2を発現させ、正極2の放電電位を卑側にシフトさせて、正極2電位範囲をV1+V2まで広げることができるため、エネルギー密度をいっそう向上させることができる。
Further, as shown in FIG. 5, the charge / discharge profile shows that when the irreversible capacity exceeding the irreversible capacity of the
一方、ハイブリッドキャパシタ1では、正極2の不可逆容量の発現に起因して、電解液5に含まれるアニオン(例えば、LiPF6に含まれるPF6 -など)から誘導される負極活性阻害物質が生成する場合がある。
負極活性阻害物質が生成する過程として、例えば、正極2の不可逆容量の発現に起因してHFが生成する過程を、以下説明する。
On the other hand, in the
As a process of generating the negative electrode activity inhibitor, for example, a process of generating HF due to the irreversible capacity of the
まず、正極2および負極3に上記した所定電圧を印加すると、電解液5内では、例えば、正極2や電解液5に含まれる水分や有機物から、下記式(1)(2)に示すように、プロトン(H+)が生成する。
(1)2H2O→O2+4H++4e-
(2)R−H→R+H++e-(Rは、アルキル基)
そして、生成したプロトンが、電解液5に含まれるアニオン(例えば、LiPF6に含まれるPF6 -など)と反応し、HFが生成する(下記式(3)参照)。
(3)PF6 -+H+→PF5+HF
First, when the predetermined voltage described above is applied to the
(1) 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e −
(2) R−H → R + H + + e − (R is an alkyl group)
Then, the generated protons, anion contained in the electrolytic solution 5 (e.g., PF 6 contained in LiPF 6 -, etc.) and react, HF is generated (see the following formula (3)).
(3) PF 6 − + H + → PF 5 + HF
HFのような負極活性阻害物質は、負極3の電気容量を低下させて、ハイブリッドキャパシタ1のエネルギー密度を低下させるおそれがある。そのため、ハイブリッドキャパシタ1では、負極活性阻害物質を捕捉するための捕捉剤または捕捉部材を含むことが好適である。
A negative electrode activity-inhibiting substance such as HF may reduce the electric capacity of the
例えば、セパレータ4として、正極2側に配置されるセパレータ4aと負極3側に配置されるセパレータ4bとを設け、これらセパレータ4aと4bとの間に、捕捉剤(捕捉部材)としてのリチウム箔7を設けることが好適である。リチウム箔7を設けることによって、例えば、正極2の不可逆容量の発現に起因して負極活性阻害物質が生成しても、その負極活性阻害物質をリチウム箔7で捕捉することができる。
For example, as the
リチウム箔7としては、公知のリチウム箔を用いることができ、例えば、円形状、角形状に形成されている。
また、リチウム箔7の表面積は、正極2および負極3の表面積と略同一面積、または、より広い面積であることが好ましい。リチウム箔7の表面積がこのような面積であると、負極活性阻害物質(例えば、HFなど)を、効率よく捕捉することができる。
As the
The surface area of the
さらに、その厚みは、例えば、0.01〜0.1mmであり、好ましくは、0.01〜0.05mmである。
また、リチウム箔7には、その厚み方向に複数の孔が形成されている。このような孔が形成されることによって、電解液5が、セパレータ4aとセパレータ4bとの間を通過することができ、充放電することができる。
Furthermore, the thickness is 0.01-0.1 mm, for example, Preferably, it is 0.01-0.05 mm.
The
なお、リチウム箔7は、リチウム金属であればよいので、例えば、捕捉剤として、リチウム粉末やペースト状のリチウムを設けることもできる。
また、上記したリチウム金属のほか、Si−N結合を有する化合物(例えば、ペルヒドロポリシラザン、メチルポリシラザンなど)をセル槽6内に含めることによっても、負極活性阻害物質を捕捉することができる。この場合、負極活性阻害物質は、Si−N結合を有する化合物に捕捉されて安定化する。
In addition, since the
In addition to the lithium metal described above, the negative electrode activity inhibitor can also be captured by including in the cell tank 6 a compound having a Si—N bond (for example, perhydropolysilazane, methylpolysilazane, etc.). In this case, the negative electrode activity inhibiting substance is captured and stabilized by the compound having a Si—N bond.
また、リチウム金属に代えて、捕捉剤として、Li2CO3(炭酸リチウム)、Na2CO3(炭酸ナトリウム)およびK2CO3(炭酸カリウム)などの炭酸塩を用いることが好適である。これらは、単独または2種以上併用してもよい。
炭酸塩は、例えば、セパレータ4aとセパレータ4bとの間に配置されていてもよく、また、セパレータ4を兼ねていてもよい。また、炭酸塩は、正極2および/または負極3の表面にコーティングされていてもよい。
Moreover, it is preferable to use carbonates such as Li 2 CO 3 (lithium carbonate), Na 2 CO 3 (sodium carbonate) and K 2 CO 3 (potassium carbonate) instead of lithium metal. These may be used alone or in combination of two or more.
For example, the carbonate may be disposed between the separator 4 a and the separator 4 b, and may also serve as the
炭酸塩をセパレータ4aとセパレータ4bとの間に配置するには、例えば、粉末状の炭酸塩をセパレータ4aまたはセパレータ4bの一方の表面に添加し、当該表面と他方のセパレータ4a(4b)の表面とで、炭酸塩を挟み込む。
炭酸塩がセパレータ4を兼ねるには、例えば、炭酸塩および結合剤を配合した混合物を、例えば、セパレータ4と同様に板状に形成する。
In order to arrange the carbonate between the separator 4a and the separator 4b, for example, powdery carbonate is added to one surface of the separator 4a or the separator 4b, and the surface and the surface of the other separator 4a (4b) are added. And sandwich the carbonate.
In order for the carbonate to also serve as the
結合剤としては、例えば、上記した結合剤が挙げられる。また、炭酸塩と結合剤との重量比は、用いられる炭酸塩により異なるが、例えば、Li2CO3:PVdF(ポリフッ化ビニリデン)=5〜9:1〜5であることが好ましく、Li2CO3:PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)=5〜9:1〜5であることが好ましい。
炭酸塩を正極2および/または負極3の表面にコーティングするには、例えば、炭酸塩および結合剤を配合した混合物を、溶媒中で攪拌混合し、それを正極2および/または負極3上に塗布後、乾燥させる。
Examples of the binder include the above-described binders. The weight ratio of the carbonate and the binder varies depending on the carbonate used, for example, Li 2 CO 3: PVdF (polyvinylidene fluoride) = 5-9: is preferably 1 to 5, Li 2 CO 3: PTFE (polytetrafluoroethylene) = 5-9: is preferably 1-5.
In order to coat the carbonate on the surface of the
結合剤としては、例えば、上記した結合剤が挙げられ、好ましくは、ゴム系バインダー(例えば、スチレン−ブタジエンゴム)が挙げられる。
溶媒としては、例えば、上記した溶媒が挙げられ、好ましくは、NMP(N−メチルピロリドン)や水が挙げられる。
そして、上記した捕捉剤および捕捉部材は、正極2で発現する不可逆容量1mAhに対して、2×10-5mol〜175×10-5molの割合で含まれていることが好ましい。捕捉剤の量が、このような範囲であると、より一層優れたエネルギー密度を発現することができる。
Examples of the binder include the above-described binders, and preferably a rubber-based binder (for example, styrene-butadiene rubber).
Examples of the solvent include the above-mentioned solvents, preferably NMP (N-methylpyrrolidone) and water.
The scavengers and trapping member described above, to the irreversible capacity 1mAh expressed in the
例えば、上記式(1)〜(3)を参照すると、電子1molの流れに伴い、HFが1mol生成する。すなわち、正極2で発現する不可逆容量をQ(mAh)とし、ファラデー定数を96500(C/mol)すると、ハイブリッドキャパシタ1で発生するHFの発生量MHFは、MHF=3.6×Q×F-1(mol)となる。
また、Li2CO3を捕捉剤として用いた場合、下記式(4)に示すように、HFがLi2CO3に捕捉されて(Li2CO3と反応して)、LiFおよびH2CO3が生成する。
(4)Li2CO3+2HF→2LiF+H2CO3
For example, referring to the above formulas (1) to (3), 1 mol of HF is generated with the flow of 1 mol of electrons. In other words, the irreversible capacity expressed in
In the case of using the Li 2 CO 3 as a scavenger, as shown in the following formula (4), HF is (reacts with Li 2 CO 3) is trapped in Li 2 CO 3, LiF and H 2 CO 3 produces.
(4) Li 2 CO 3 + 2HF → 2LiF + H 2 CO 3
上記式(4)に示すように、1molのHFを捕捉するためには、0.5molのLi2CO3が必要である。より具体的には、Li2CO3の必要量MLi2CO3は、MLi2CO3=0.5MHF=1.8×Q×F-1(mol)であり、F=96500を代入すると、MLi2CO3=2×10-5×Q(mol)である。すなわち、Li2CO3が、不可逆容量Q(mAh)に対して2×10-5×Qmol以上含まれることによって、HFを十分捕捉することができる。その結果、負極活性阻害物質(HF)に起因するエネルギー密度の低下を抑制できるので、より一層優れたエネルギー密度を発現することができる。 As shown in the above formula (4), 0.5 mol of Li 2 CO 3 is required to capture 1 mol of HF. More specifically, the required amount M Li2CO3 of Li 2 CO 3 is M Li2CO3 = 0.5 M HF = 1.8 × Q × F −1 (mol), and when F = 96500 is substituted, M Li2CO3 = 2 × 10 −5 × Q (mol). That is, when Li 2 CO 3 is contained 2 × 10 −5 × Qmol or more with respect to the irreversible capacity Q (mAh), HF can be sufficiently captured. As a result, since a decrease in energy density due to the negative electrode activity inhibitor (HF) can be suppressed, a further excellent energy density can be expressed.
次に、本発明を実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。
実施例1
(正極)メソフェーズ系ピッチ(三菱ガス化学株式会社製 AR樹脂)を窒素雰囲気下、750℃で焼成し、易黒鉛化炭素(ソフトカーボン)を得た。得られたソフトカーボンに水酸化カリウム(KOH)を、ソフトカーボン:KOH=1:4の配合重量比で混合し、窒素雰囲気下、800℃で焼成(KOH賦活)した後、純水で洗浄することにより、KOH賦活ソフトカーボンを得た。
Next, although this invention is demonstrated based on an Example and a comparative example, this invention is not limited by the following Example.
Example 1
(Positive electrode) Mesophase pitch (AR resin manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Inc.) was fired at 750 ° C. in a nitrogen atmosphere to obtain graphitizable carbon (soft carbon). Potassium hydroxide (KOH) is mixed with the obtained soft carbon at a blending weight ratio of soft carbon: KOH = 1: 4, fired at 800 ° C. in a nitrogen atmosphere (KOH activation), and then washed with pure water. As a result, KOH activated soft carbon was obtained.
次いで、KOH賦活ソフトカーボン:カーボンブラック:PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)を85:5:10の配合重量比で混合し、ロールプレスを用いて加圧・圧延することにより、厚み75μmの電極シートを得た。この電極シートをφ10のサイズに打ち抜き、さらに100℃で12時間真空乾燥することにより、正極を作製した。
(負極)ハードカーボン(株式会社クレハ製 カーボトロンPS(F)):PVdF(ポリフッ化ビニリデン)を9:1の配合重量比で混合し、NMP(1−メチル−2−ピロリドン)中で十分攪拌した後、アルミ箔に約50μmの厚さに塗工し、乾燥した後、φ10のサイズに打ち抜き、さらに100℃で12時間真空乾燥することにより、負極を作製した。
(セパレータ)厚さ400μmのセラミックスフィルタ(ADVANTEC社製 GB−100R)を、φ24に打ち抜くことにより、セパレータを作製した。
(電解液)LiPF6のエチレンカーボネート/ジエチレンカーボネート溶媒(1:1体積比)を調製することにより、LiPF6濃度が1mol/Lの電解液を作製した。
Next, KOH-activated soft carbon: carbon black: PTFE (polytetrafluoroethylene) is mixed at a blending weight ratio of 85: 5: 10, and pressed and rolled using a roll press to form an electrode sheet having a thickness of 75 μm. Obtained. This electrode sheet was punched into a size of φ10 and further vacuum-dried at 100 ° C. for 12 hours to produce a positive electrode.
(Negative electrode) Hard carbon (Carbotron PS (F) manufactured by Kureha Co., Ltd.): PVdF (polyvinylidene fluoride) was mixed at a blending weight ratio of 9: 1 and sufficiently stirred in NMP (1-methyl-2-pyrrolidone). Thereafter, the film was applied to an aluminum foil to a thickness of about 50 μm, dried, then punched out to a size of φ10, and further vacuum dried at 100 ° C. for 12 hours to produce a negative electrode.
(Separator) A 400 μm thick ceramic filter (GB-100R manufactured by ADVANTEC) was punched into φ24 to produce a separator.
(Electrolyte) of LiPF 6 ethylene carbonate / diethylene carbonate solvent: by preparing (1 1 by volume), LiPF 6 concentration to prepare an electrolyte solution of 1 mol / L.
上記の正極1枚、負極1枚、セパレータ1枚、電解液1ccを用いて、試験セルを組み立て、以下の充放電条件で充放電試験を実施した。その充放電曲線を図6に示す。なお、単極の電位はLi参照極を基準として測定した。また、図6の横軸において「mAh/cc−carbon electrodes」で示される単位は、正極と負極との総和(正極材および負極材を担持する集電体(例えば、Al箔やCu箔)の体積を除いた正極材と負極材との総和)の単位体積(1cc)当りの容量(mAh)を示す。
(充放電条件)
1サイクル目
セル電圧が4.8Vになるまで1mA/cm2で定電流充電した後、電流値が0.2mA/cm2に下がるまで4.8Vで定電圧保持した。次いで、セル電圧が2Vになるまで1mA/cm2で定電流放電した。
2サイクル目以降
2.0〜4.6Vの電圧範囲で充放電した。
比較例1
(正極)活性炭(クラレケミカル株式会社製 RP−15):カーボンブラック:PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)を85:5:10の配合重量比で混合し、ロールプレスを用いて加圧・圧延することにより、厚み520μmの電極シートを得た。この電極シートをφ10のサイズに打ち抜き、さらに100℃で12時間真空乾燥することにより、正極を作製した。
(負極)ハードカーボン(株式会社クレハ製 カーボトロンPS(F)):PVdF(ポリフッ化ビニリデン)を9:1の配合重量比で混合し、NMP(1−メチル−2−ピロリドン)中で十分攪拌した後、アルミ箔に約50μmの厚さに塗工し、乾燥した後、φ10のサイズに打ち抜き、さらに100℃で12時間真空乾燥することにより、負極を作製した。
(セパレータ)厚さ400μmのセラミックスフィルタ(ADVANTEC社製 GB−100R)を、φ24に打ち抜くことにより、セパレータを作製した。
(電解液)LiPF6のエチレンカーボネート/ジエチレンカーボネート溶媒(1:1体積比)を調製することにより、LiPF6濃度が1mol/Lの電解液を作製した。
A test cell was assembled using one positive electrode, one negative electrode, one separator, and 1 cc of the electrolyte, and a charge / discharge test was performed under the following charge / discharge conditions. The charge / discharge curve is shown in FIG. The monopolar potential was measured based on the Li reference electrode. The unit indicated by “mAh / cc-carbon electrodes” on the horizontal axis of FIG. 6 is the sum of the positive electrode and the negative electrode (the current collector (for example, Al foil or Cu foil) carrying the positive electrode material and the negative electrode material). The capacity (mAh) per unit volume (1 cc) of the sum of the positive electrode material and the negative electrode material excluding the volume is shown.
(Charge / discharge conditions)
First cycle After constant-current charging at 1 mA / cm 2 until the cell voltage reached 4.8 V, the constant voltage was maintained at 4.8 V until the current value decreased to 0.2 mA / cm 2 . Next, constant current discharge was performed at 1 mA / cm 2 until the cell voltage reached 2V.
The second and subsequent cycles were charged and discharged in a voltage range of 2.0 to 4.6V.
Comparative Example 1
(Positive electrode) Activated carbon (RP-15 manufactured by Kuraray Chemical Co., Ltd.): Carbon black: PTFE (polytetrafluoroethylene) is mixed at a mixing weight ratio of 85: 5: 10, and is pressed and rolled using a roll press. Thus, an electrode sheet having a thickness of 520 μm was obtained. This electrode sheet was punched into a size of φ10 and further vacuum-dried at 100 ° C. for 12 hours to produce a positive electrode.
(Negative electrode) Hard carbon (Carbotron PS (F) manufactured by Kureha Co., Ltd.): PVdF (polyvinylidene fluoride) was mixed at a blending weight ratio of 9: 1 and sufficiently stirred in NMP (1-methyl-2-pyrrolidone). Thereafter, the film was applied to an aluminum foil to a thickness of about 50 μm, dried, then punched out to a size of φ10, and further vacuum dried at 100 ° C. for 12 hours to produce a negative electrode.
(Separator) A 400 μm thick ceramic filter (GB-100R manufactured by ADVANTEC) was punched into φ24 to produce a separator.
(Electrolyte) of LiPF 6 ethylene carbonate / diethylene carbonate solvent: by preparing (1 1 by volume), LiPF 6 concentration to prepare an electrolyte solution of 1 mol / L.
上記の正極1枚、負極1枚、セパレータ1枚、電解液1ccを用いて、試験セルを組み立て、セル電圧が3.8Vになるまで1mA/cm2で定電流充電した後、セル電圧が1.9Vに下がるまで1mA/cm2で定電流放電をするというサイクルを繰り返す充放電試験を実施した。その充放電曲線を図7に示す。なお、単極の電位はLi参照極を基準として測定した。また、図7の横軸において「mAh/cc−carbon electrodes」で示される単位は、正極と負極との総和(正極材および負極材を担持する集電体(例えば、Al箔やCu箔)の体積を除いた正極材と負極材との総和)の単位体積(1cc)当りの容量(mAh)を示す。 A test cell was assembled using one positive electrode, one negative electrode, one separator, and 1 cc of the above electrolyte, and after charging at a constant current of 1 mA / cm 2 until the cell voltage reached 3.8 V, the cell voltage was 1 A charge / discharge test was repeated in which a cycle of constant current discharge at 1 mA / cm 2 was performed until the voltage dropped to 9 V. The charge / discharge curve is shown in FIG. The monopolar potential was measured based on the Li reference electrode. Further, the unit indicated by “mAh / cc-carbon electrodes” on the horizontal axis of FIG. 7 is the sum of the positive electrode and the negative electrode (the current collector carrying the positive electrode material and the negative electrode material (for example, Al foil or Cu foil)). The capacity (mAh) per unit volume (1 cc) of the sum of the positive electrode material and the negative electrode material excluding the volume is shown.
考察
比較例1では、図7に示すように、負極に生じる不可逆容量に起因して、正極の電位範囲が約1V vs.Li/Li+(正極電位が3〜4V vs.Li/Li+の範囲)から約0.5V vs.Li/Li+(正極電位が3.5〜4V vs.Li/Li+の範囲)へと小さくなっている。
Discussion In Comparative Example 1, as shown in FIG. 7, the potential range of the positive electrode is about 1 V vs. Li / Li + (range potential of the positive electrode of 3~4V vs.Li/Li +) from about 0.5V vs. Li / Li + (the positive electrode potential is 3.5~4V vs.Li/Li + range) is smaller to.
一方、実施例1では、図6に示すように、充放電サイクルの1サイクル目において、正極に不可逆容量が発現し、正極の電位が卑電位側にシフトして、正極の電位範囲が約2V vs.Li/Li+(正極電位が2.5〜4.5V vs.Li/Li+の範囲)となっている。
すなわち、実施例1のハイブリッドキャパシタにおいては、比較例1のハイブリッドキャパシタでは活用できない、正極の2.5〜3.5V vs.Li/Li+および4〜4.5V vs.Li/Li+の電位範囲を活用できることによって、正極の使用量を低減できるため、セル全体としてのエネルギー密度が向上する。
実施例2
(正極)
メソフェーズ系ピッチ(三菱ガス化学株式会社製 AR樹脂)を大気中350℃で2時間加熱し、次いで、窒素雰囲気下800℃で2時間予備焼成し、ソフトカーボンを得た。得られたソフトカーボンをアルミナ坩堝に入れ、ソフトカーボン1重量部に対して4重量部のKOHを加えた。そして、ソフトカーボンをKOHとともに、窒素雰囲気下800℃で、2時間焼成(KOH賦活)した。次いで、KOH賦活したソフトカーボンを超純水で洗浄した。この洗浄は、洗浄による廃液が中性になるまで行なった。これにより、KOH賦活ソフトカーボン(正極材)を得た。洗浄後、KOH賦活ソフトカーボンを乳鉢で粉砕し、篩(32μm)で分級した。篩を通過しなかった粉末は、再度乳鉢で粉砕し、分級を繰り返した。
On the other hand, in Example 1, as shown in FIG. 6, in the first charge / discharge cycle, irreversible capacity appears in the positive electrode, the potential of the positive electrode shifts to the base potential side, and the potential range of the positive electrode is about 2V. vs. Li / Li + (the positive electrode potential is 2.5~4.5V vs.Li/Li + range) has become.
That is, in the hybrid capacitor of Example 1, 2.5 to 3.5 V vs. positive electrode, which cannot be used in the hybrid capacitor of Comparative Example 1, is used. Li / Li + and 4 to 4.5 V vs. By utilizing the potential range of Li / Li + , the usage amount of the positive electrode can be reduced, so that the energy density of the entire cell is improved.
Example 2
(Positive electrode)
Mesophase pitch (AR resin manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.) was heated in the atmosphere at 350 ° C. for 2 hours, and then pre-fired at 800 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere to obtain soft carbon. The obtained soft carbon was put into an alumina crucible, and 4 parts by weight of KOH was added to 1 part by weight of the soft carbon. And soft carbon was baked with KOH at 800 degreeC by nitrogen atmosphere for 2 hours (KOH activation). Next, the KOH activated soft carbon was washed with ultrapure water. This washing was performed until the waste liquid from washing became neutral. Thereby, KOH activated soft carbon (positive electrode material) was obtained. After washing, KOH activated soft carbon was pulverized in a mortar and classified with a sieve (32 μm). The powder that did not pass through the sieve was pulverized again in a mortar and repeated classification.
次いで、得られたKOH賦活ソフトカーボンと導電助剤(ライオン株式会社製 ケッチェンブラックECP)と結合剤(ダイキン工業株式会社製 PTFEディスパーション)とを、固形分85:5:10の配合重量比で、乳鉢で混練し、ロールプレスを用いて加圧・圧延することにより、厚み100μmの電極シートを得た。この電極シートを、φ10のサイズに打ち抜き、さらに乾燥機に搬入し、120℃で12時間真空乾燥した。そして、乾燥機内を窒素パージした後、電極シートを、大気に触れないように、ドライAr雰囲気のグローブボックスへ搬入することにより、正極を作製した。
(負極)
人造黒鉛とソフトカーボンと結合剤(株式会社クレハ製 PVdF)とを、固形分22.5:67.5:10の配合重量比で、NMP(N−メチルピロリドン)に投入し、室温(25℃〜30℃)で12時間攪拌した。攪拌により得られたスラリー(負極材)を銅箔に塗工し、その後、80℃で12時間乾燥した。乾燥後の銅箔を、ハンドプレスで加圧・圧延することにより、厚み29μmの電極シートを得た。この電極シートを、φ10のサイズに打ち抜き、さらに乾燥機に搬入し、120℃で12時間真空乾燥した。そして、乾燥機内を窒素パージした後、電極シートを、大気に触れないように、ドライAr雰囲気のグローブボックスへ搬入することにより、負極を作製した。
(セパレータ)厚さ400μmのセラミックスフィルタ(ADVANTEC社製 GB−100R)を、φ13に打ち抜くことにより、セパレータを作製した。
(電解液)1mol/LのLiPF6/エチレンカーボネート+ジエチレンカーボネート溶媒(1:1体積比)を調製することにより、電解液を作製した。
(捕捉剤)
Li2CO3粉末とPTFEとを、80:20の配合重量比で混合し、ロールプレスを用いて加圧・圧延することにより、厚み30μmのシートを得た。このシートを、φ13のサイズに打ち抜き、さらに乾燥機に搬入し、120℃で12時間真空乾燥した。そして、乾燥機内を窒素パージした後、電極シートを、大気に触れないように、ドライAr雰囲気のグローブボックスへ搬入することにより、捕捉剤シートを作製した。
Next, the obtained KOH-activated soft carbon, the conductive additive (Ketjen Black ECP manufactured by Lion Corporation), and the binder (PTFE dispersion manufactured by Daikin Industries, Ltd.) were mixed in a weight ratio of 85: 5: 10 solids. Thus, an electrode sheet having a thickness of 100 μm was obtained by kneading in a mortar and pressing and rolling using a roll press. This electrode sheet was punched out to a size of φ10, further carried into a dryer, and vacuum-dried at 120 ° C. for 12 hours. Then, after the inside of the dryer was purged with nitrogen, the electrode sheet was carried into a glove box in a dry Ar atmosphere so as not to be exposed to the atmosphere, thereby producing a positive electrode.
(Negative electrode)
Artificial graphite, soft carbon, and binder (PVdF manufactured by Kureha Co., Ltd.) were added to NMP (N-methylpyrrolidone) at a blending weight ratio of 22.5: 67.5: 10 at a room temperature (25 ° C. ˜30 ° C.) for 12 hours. The slurry (negative electrode material) obtained by stirring was applied to a copper foil, and then dried at 80 ° C. for 12 hours. The copper foil after drying was pressed and rolled with a hand press to obtain an electrode sheet with a thickness of 29 μm. This electrode sheet was punched out to a size of φ10, further carried into a dryer, and vacuum dried at 120 ° C. for 12 hours. Then, after the inside of the dryer was purged with nitrogen, the electrode sheet was carried into a glove box in a dry Ar atmosphere so that the electrode sheet was not exposed to the atmosphere, thereby producing a negative electrode.
(Separator) A 400 μm thick ceramic filter (GB-100R manufactured by ADVANTEC) was punched into φ13 to produce a separator.
(Electrolytic Solution) An electrolytic solution was prepared by preparing 1 mol / L LiPF 6 / ethylene carbonate + diethylene carbonate solvent (1: 1 volume ratio).
(Scavenger)
Li 2 CO 3 powder and PTFE were mixed at a blending weight ratio of 80:20, and pressed and rolled using a roll press to obtain a sheet having a thickness of 30 μm. This sheet was punched out to a size of φ13, further carried into a dryer, and vacuum-dried at 120 ° C. for 12 hours. Then, after purging the inside of the dryer with nitrogen, the electrode sheet was carried into a glove box in a dry Ar atmosphere so as not to be exposed to the atmosphere, thereby preparing a scavenger sheet.
上記の正極1枚、負極1枚、セパレータ2枚、電解液1.5ccおよび捕捉剤シート1枚を用いて、試験セルを組み立てた。なお、捕捉剤シートについては、セパレータで挟んだ。そして、組み立てた試験セルに対して、以下の充放電条件で充放電試験を実施した。
(充放電条件)
1サイクル目
セル電圧が4.8Vになるまで1mA/cm2で定電流充電した後、電流値が0.5mA/cm2に下がるまで4.8Vで定電圧保持した。次いで、セル電圧が2.3Vになるまで1mA/cm2で定電流放電した。
2サイクル目以降
2.3〜4.6Vの電圧範囲で充放電した。
A test cell was assembled using one positive electrode, one negative electrode, two separators, 1.5 cc of electrolyte, and one scavenger sheet. The scavenger sheet was sandwiched between separators. And the charging / discharging test was implemented with respect to the assembled test cell on the following charging / discharging conditions.
(Charge / discharge conditions)
First cycle After constant-current charging at 1 mA / cm 2 until the cell voltage reached 4.8 V, the constant voltage was maintained at 4.8 V until the current value dropped to 0.5 mA / cm 2 . Next, constant current discharge was performed at 1 mA / cm 2 until the cell voltage reached 2.3V.
The second and subsequent cycles were charged and discharged in a voltage range of 2.3 to 4.6V.
上記充放電条件による充放電により得られた充放電曲線を図8に示す。なお、単極の電位はLi参照極を基準として測定した。また、図8の横軸において「mAh/cc−carbon electrodes」で示される単位は、正極と負極との総和(正極材および負極材を担持する集電体(例えば、Al箔やCu箔)の体積を除いた正極材と負極材との総和)の単位体積(1cc)当りの容量(mAh)を示す。また、この試験により正極に発現された不可逆容量は、67.2mAh/cc−carbon electrodesだった。
比較例2
(正極)正極材としての活性炭(クラレケミカル株式会社製 RP−15)と導電剤(ライオン株式会社製 ケッチェンブラックECP)と結合剤(ダイキン工業株式会社製 PTFEディスパーション)とを、固形分85:5:10の配合重量比で、乳鉢で混練し、ロールプレスを用いて加圧・圧延することにより、厚み270μmの電極シートを得た。この電極シートを、φ10のサイズに打ち抜き、さらに乾燥機に搬入し、120℃で12時間真空乾燥した。そして、乾燥機内を窒素パージした後、電極シートを、大気に触れないように、ドライAr雰囲気のグローブボックスへ搬入することにより、正極を作製した。
(負極)難黒鉛化炭素(株式会社クレハ製)と結合剤(株式会社クレハ製 PVdF)とを、固形分90:10の配合重量比で、NMP(N−メチルピロリドン)に投入し、室温(25℃〜30℃)で12時間攪拌した。攪拌により得られたスラリー(負極材)を銅箔に塗工し、その後、80℃で12時間乾燥した。乾燥後の銅箔を、ハンドプレスで加圧・圧延することにより、厚み25μmの電極シートを得た。この電極シートを、φ10のサイズに打ち抜き、さらに乾燥機に搬入し、120℃で12時間真空乾燥した。そして、乾燥機内を窒素パージした後、電極シートを、大気に触れないように、ドライAr雰囲気のグローブボックスへ搬入することにより、負極を作製した。
(セパレータ)厚さ400μmのセラミックスフィルタ(ADVANTEC社製 GB−100R)を、φ24に打ち抜くことにより、セパレータを作製した。
(電解液)1mol/LのLiPF6/エチレンカーボネート+ジエチレンカーボネート溶媒(1:1体積比)を調製することにより、電解液を作製した。
FIG. 8 shows a charge / discharge curve obtained by charge / discharge under the above charge / discharge conditions. The monopolar potential was measured based on the Li reference electrode. Further, the unit indicated by “mAh / cc-carbon electrodes” on the horizontal axis of FIG. 8 is the sum of the positive electrode and the negative electrode (the current collector carrying the positive electrode material and the negative electrode material (for example, Al foil or Cu foil)). The capacity (mAh) per unit volume (1 cc) of the sum of the positive electrode material and the negative electrode material excluding the volume is shown. Moreover, the irreversible capacity expressed in the positive electrode by this test was 67.2 mAh / cc-carbon electrodes.
Comparative Example 2
(Positive electrode) Activated carbon (RP-15 manufactured by Kuraray Chemical Co., Ltd.), a conductive agent (Ketjen Black ECP manufactured by Lion Co., Ltd.), and a binder (PTFE dispersion manufactured by Daikin Industries, Ltd.) as a positive electrode material, solid content 85 The electrode sheet having a thickness of 270 μm was obtained by kneading in a mortar at a blending weight ratio of 5:10 and pressing and rolling using a roll press. This electrode sheet was punched out to a size of φ10, further carried into a dryer, and vacuum dried at 120 ° C. for 12 hours. Then, after the inside of the dryer was purged with nitrogen, the electrode sheet was carried into a glove box in a dry Ar atmosphere so as not to be exposed to the atmosphere, thereby producing a positive electrode.
(Negative electrode) A non-graphitizable carbon (manufactured by Kureha Co., Ltd.) and a binder (PVdF made by Kureha Co., Ltd.) were added to NMP (N-methylpyrrolidone) at a blending weight ratio of 90:10 solids and room temperature ( The mixture was stirred at 25 ° C to 30 ° C for 12 hours. The slurry (negative electrode material) obtained by stirring was applied to a copper foil, and then dried at 80 ° C. for 12 hours. By pressing and rolling the dried copper foil with a hand press, an electrode sheet having a thickness of 25 μm was obtained. This electrode sheet was punched out to a size of φ10, further carried into a dryer, and vacuum-dried at 120 ° C. for 12 hours. Then, after the inside of the dryer was purged with nitrogen, the electrode sheet was carried into a glove box in a dry Ar atmosphere so that the electrode sheet was not exposed to the atmosphere, thereby producing a negative electrode.
(Separator) A 400 μm thick ceramic filter (GB-100R manufactured by ADVANTEC) was punched into φ24 to produce a separator.
(Electrolytic Solution) An electrolytic solution was prepared by preparing 1 mol / L LiPF 6 / ethylene carbonate + diethylene carbonate solvent (1: 1 volume ratio).
上記の正極1枚、負極1枚、セパレータ2枚および電解液1.5ccを用いて、試験セルを組み立てた。そして、組み立てた試験セルに対して、以下の充放電条件で充放電試験を実施した。
(充放電条件)
セル電圧を1.9〜3.8Vの電圧範囲、電流1mA/cm2で充放電した。
A test cell was assembled using one positive electrode, one negative electrode, two separators, and 1.5 cc of the electrolyte. And the charging / discharging test was implemented with respect to the assembled test cell on the following charging / discharging conditions.
(Charge / discharge conditions)
The cell voltage was charged / discharged at a voltage range of 1.9 to 3.8 V and a current of 1 mA / cm 2 .
上記充放電条件による充放電により得られた充放電曲線を図9に示す。なお、単極の電位はLi参照極を基準として測定した。また、図9の横軸において「mAh/cc−carbon electrodes」で示される単位は、正極と負極との総和(正極材および負極材を担持する集電体(例えば、Al箔やCu箔)の体積を除いた正極材と負極材との総和)の単位体積(1cc)当りの容量(mAh)を示す。
測定結果
図10は、実施例2の充放電サイクルにおけるエネルギー密度を示すグラフである。また、図11は、比較例2の充放電サイクルにおけるエネルギー密度を示すグラフである。なお、図10および図11の縦軸において「Wh/L−carbon electrodes」で示される単位は、正極と負極との総和(正極材および負極材を担持する集電体(例えば、Al箔やCu箔)の体積を除いた正極材と負極材との総和(電極層))の単位体積(1L)当りのエネルギー(Wh)を示す。
FIG. 9 shows a charge / discharge curve obtained by charge / discharge under the above charge / discharge conditions. The monopolar potential was measured based on the Li reference electrode. In addition, the unit indicated by “mAh / cc-carbon electrodes” on the horizontal axis of FIG. 9 is the sum of the positive electrode and the negative electrode (the current collector carrying the positive electrode material and the negative electrode material (for example, Al foil or Cu foil)). The capacity (mAh) per unit volume (1 cc) of the sum of the positive electrode material and the negative electrode material excluding the volume is shown.
Measurement Results FIG. 10 is a graph showing the energy density in the charge / discharge cycle of Example 2. FIG. 11 is a graph showing the energy density in the charge / discharge cycle of Comparative Example 2. 10 and FIG. 11, the unit indicated by “Wh / L-carbon electrodes” is the sum of the positive electrode and the negative electrode (the current collector carrying the positive electrode material and the negative electrode material (for example, Al foil or Cu The energy (Wh) per unit volume (1 L) of the sum of the positive electrode material and the negative electrode material (electrode layer) excluding the volume of the foil) is shown.
図10に示すように、実施例2の試験セルのエネルギー密度は、例えば、比較的充放電が安定する5サイクル目では、145.0Wh/L−carbon electrodesである。一方、図11に示すように、比較例2の試験セルのエネルギー密度は、例えば、比較的充放電が安定する5サイクル目では、28.2Wh/L−carbon electrodesである。 As shown in FIG. 10, the energy density of the test cell of Example 2 is, for example, 145.0 Wh / L-carbon electrodes in the fifth cycle in which charging / discharging is relatively stable. On the other hand, as shown in FIG. 11, the energy density of the test cell of Comparative Example 2 is, for example, 28.2 Wh / L-carbon electrodes in the fifth cycle in which charging / discharging is relatively stable.
これにより、実施例2の方が、比較例2よりも、優れたエネルギー密度を発現することが確認された。
試算例1〜2
次に、正極で発現する不可逆容量に対する捕捉剤の添加量によって、ハイブリッドキャパシタのエネルギー密度がどのように変化するかを確認するため、試算例1〜2を実施した。試算例1〜2は、実施例2および比較例2のエネルギー密度(実測値)に基づき、図12に示すセルを組み立てた場合のエネルギー密度を、以下の試算条件で計算することにより行なった。
(試算条件)
試算例1(実施例2)
正極:Al箔の両面に正極材が塗工されることにより形成されたものを正極とする。
Thereby, it was confirmed that Example 2 expresses an energy density superior to that of Comparative Example 2.
Trial calculation examples 1-2
Next, in order to confirm how the energy density of the hybrid capacitor changes depending on the amount of the scavenger added to the irreversible capacity developed at the positive electrode, trial calculation examples 1 and 2 were performed. Trial calculation examples 1 and 2 were performed by calculating the energy density in the case where the cell shown in FIG. 12 was assembled based on the energy density (measured value) of Example 2 and Comparative Example 2 under the following trial calculation conditions.
(Calculation conditions)
Trial calculation example 1 (Example 2)
Positive electrode: A positive electrode is formed by coating a positive electrode material on both sides of an Al foil.
負極:Cu箔の両面に負極材が塗工されることにより形成されたものを負極とする。
捕捉剤:Li2CO3
捕捉剤の形状:Li2CO3粉末とPTFEとを、80:20の配合重量比で混合し、ロールプレスを用いて加圧・圧延することによりシート化されたものを捕捉剤シートとする。この捕捉剤シートは、セパレータを兼ねる。
Negative electrode: A negative electrode is formed by coating a negative electrode material on both sides of a Cu foil.
Scavenger: Li 2 CO 3
Shape of scavenger: Li 2 CO 3 powder and PTFE are mixed at a blending weight ratio of 80:20, and a sheet formed by pressing and rolling using a roll press is used as a scavenger sheet. This scavenger sheet also serves as a separator.
電極層の厚みT2+T3:120μm
電極層のエネルギー密度:145Wh/L−carbon electrodes
セパレータ(捕捉剤を含む)の厚みT1:Li2CO3の添加量により変動する。
Cu箔の厚みT4:15μm
Al箔の厚みT5:15μm
試算例2(比較例2)
正極:Al箔の両面に正極材が塗工されることにより形成されたものを正極とする。
Electrode layer thickness T 2 + T 3 : 120 μm
Energy density of electrode layer: 145 Wh / L-carbon electrodes
The thickness of the separator (including the trapping agent) T 1 varies depending on the amount of Li 2 CO 3 added.
Cu foil thickness T 4 : 15 μm
Al foil thickness T 5 : 15 μm
Trial calculation example 2 (Comparative example 2)
Positive electrode: A positive electrode is formed by coating a positive electrode material on both sides of an Al foil.
負極:Cu箔の両面に負極材が塗工されることにより形成されたものを負極とする。
捕捉剤:なし
電極層の厚みT2+T3:120μm
電極層のエネルギー密度:28.2Wh/L−carbon electrodes
セパレータの厚みT1:30μm
Cu箔の厚みT4:15μm
Al箔の厚みT5:15μm
測定結果
図13は、試算例1〜2において、不可逆容量に対するLi2CO3の添加量(係数)を変化させたときのエネルギー密度の変化を示すグラフである。なお、図13の縦軸において「Wh/L−cell」で示される単位は、セル1ユニット(電極層(正極材+負極材)+セパレータ+Cu箔の厚み方向中央よりもセパレータ側半分+Al箔の厚み方向中央よりもセパレータ側半分)の単位体積(1L)当りのエネルギー(Wh)を示す。
Negative electrode: A negative electrode is formed by coating a negative electrode material on both sides of a Cu foil.
Capture agent: None Thickness of electrode layer T 2 + T 3 : 120 μm
Energy density of electrode layer: 28.2Wh / L-carbon electrodes
Separator thickness T 1 : 30 μm
Cu foil thickness T 4 : 15 μm
Al foil thickness T 5 : 15 μm
Measurement Results FIG. 13 is a graph showing changes in energy density when the addition amount (coefficient) of Li 2 CO 3 with respect to the irreversible capacity is changed in the trial calculation examples 1 and 2. The unit indicated by “Wh / L-cell” on the vertical axis in FIG. 13 is the unit of cell 1 (electrode layer (positive electrode material + negative electrode material) + separator + half of the separator side from the center in the thickness direction of the Cu foil + Al foil). The energy (Wh) per unit volume (1 L) of the separator side half from the center in the thickness direction is shown.
図13に示すように、試算例1のエネルギー密度は、例えば、係数が2×10-5mol/mAh−cellのときに122Wh/L−cellであり、係数が175×10-5mol/mAh−cellのときに20.5Wh/L−cellである。一方、試算例2のセルには、捕捉剤が含有されていないので、試算例2のエネルギー密度は、係数に関わらず、20.5Wh/L−cellで一定である。 As shown in FIG. 13, the energy density of the trial calculation example 1 is 122 Wh / L-cell when the coefficient is 2 × 10 −5 mol / mAh-cell, for example, and the coefficient is 175 × 10 −5 mol / mAh. It is 20.5 Wh / L-cell at the time of -cell. On the other hand, since the scavenger is not contained in the cell of the trial calculation example 2, the energy density of the trial calculation example 2 is constant at 20.5 Wh / L-cell regardless of the coefficient.
これにより、試算例1では、係数が、2×10-5mol/mAh〜175×10-5mol/mAhのとき、すなわち、捕捉剤が、不可逆容量1mAhに対して、2×10-5mol〜175×10-5molの割合で添加されている場合、そのエネルギー密度が、常に試算例2のエネルギー密度以上であることが確認された。すなわち、捕捉剤の添加量が、上記した範囲であれば、負極活性物質を良好に捕捉することができ、より一層優れたエネルギー密度を発現できることが確認された。 Thus, the calculations Example 1, the coefficient is, when 2 × 10 -5 mol / mAh~175 × 10 -5 mol / mAh, i.e., scavenger, with respect to irreversible capacity 1mAh, 2 × 10 -5 mol When added at a ratio of ˜175 × 10 −5 mol, it was confirmed that the energy density was always equal to or higher than the energy density of Trial Calculation Example 2. That is, it was confirmed that when the addition amount of the scavenger is in the above-described range, the negative electrode active material can be satisfactorily captured and a further excellent energy density can be expressed.
試験例1〜7
次に、捕捉剤の種類により、負極の電気容量がどのように変化するかを確認するため、試験例1〜7を実施した。
(正極)活性炭(クラレケミカル株式会社製 RP−15)と導電剤(ライオン株式会社製 ケッチェンブラックECP)と結合剤(ダイキン工業株式会社製 PTFEディスパーション)とを、固形分85:5:10の配合重量比で、乳鉢で混練し、ロールプレスを用いて加圧・圧延することにより、厚み130μmの電極シートを得た。この電極シートを、φ10のサイズに打ち抜き、さらに乾燥機に搬入し、120℃で12時間真空乾燥した。そして、乾燥機内を窒素パージした後、電極シートを、大気に触れないように、ドライAr雰囲気のグローブボックスへ搬入することにより、正極を作製した。
(負極)難黒鉛化炭素(株式会社クレハ製)と結合剤(株式会社クレハ製 PVdF)とを、固形分9:1の配合重量比で、NMP(N−メチルピロリドン)に投入し、室温(25℃〜30℃)で12時間攪拌した。攪拌により得られたスラリーを銅箔に塗工し、その後、80℃で12時間乾燥した。乾燥後の銅箔を、φ10のサイズに打ち抜き、さらに乾燥機に搬入し、120℃で12時間真空乾燥した。そして、乾燥機内を窒素パージした後、電極シートを、大気に触れないように、ドライAr雰囲気のグローブボックスへ搬入することにより、負極を作製した。
(セパレータ)厚さ400μmのセラミックスフィルタ(ADVANTEC社製 GB−100R)を、φ24に打ち抜くことにより、セパレータを作製した。
(電解液)1mol/LのLiPF6/エチレンカーボネート+ジエチレンカーボネート溶媒(1:1体積比)を調製することにより、電解液を作製した。
(捕捉剤)各試験例について、下記表1に示す捕捉剤を、負極活性阻害物質を捕捉することができる十分な量で用いた。
Test Examples 1-7
Next, Test Examples 1 to 7 were carried out in order to confirm how the electric capacity of the negative electrode changes depending on the type of scavenger.
(Positive electrode) Activated carbon (RP-15 manufactured by Kuraray Chemical Co., Ltd.), conductive agent (Ketjen Black ECP manufactured by Lion Corporation), and binder (PTFE dispersion manufactured by Daikin Industries, Ltd.) with a solid content of 85: 5: 10 The electrode sheet having a thickness of 130 μm was obtained by kneading in a mortar at a blending weight ratio of, and pressing and rolling using a roll press. This electrode sheet was punched out to a size of φ10, further carried into a dryer, and vacuum-dried at 120 ° C. for 12 hours. Then, after the inside of the dryer was purged with nitrogen, the electrode sheet was carried into a glove box in a dry Ar atmosphere so as not to be exposed to the atmosphere, thereby producing a positive electrode.
(Negative electrode) A non-graphitizable carbon (manufactured by Kureha Co., Ltd.) and a binder (PVdF made by Kureha Co., Ltd.) were added to NMP (N-methylpyrrolidone) at a blending weight ratio of a solid content of 9: 1 and room temperature ( The mixture was stirred at 25 ° C to 30 ° C for 12 hours. The slurry obtained by stirring was applied to a copper foil, and then dried at 80 ° C. for 12 hours. The dried copper foil was punched out to a size of φ10, further carried into a dryer, and vacuum-dried at 120 ° C. for 12 hours. Then, after the inside of the dryer was purged with nitrogen, the electrode sheet was carried into a glove box in a dry Ar atmosphere so that the electrode sheet was not exposed to the atmosphere, thereby producing a negative electrode.
(Separator) A 400 μm thick ceramic filter (GB-100R manufactured by ADVANTEC) was punched into φ24 to produce a separator.
(Electrolytic Solution) An electrolytic solution was prepared by preparing 1 mol / L LiPF 6 / ethylene carbonate + diethylene carbonate solvent (1: 1 volume ratio).
(Capturing agent) For each test example, the capturing agent shown in Table 1 below was used in an amount sufficient to capture the negative electrode activity inhibitor.
上記の正極1枚、負極1枚、セパレータ2枚、電解液1.5ccを用いて、試験セルを組み立てた。なお、試験例1を除く試験例の捕捉剤については、粉末状の捕捉剤を一方のセパレータの表面に添加し、当該表面と他方のセパレータの表面とで挟み込んだ。これに対し、試験例1の捕捉剤については、箔状の捕捉剤(Li)を2枚のセパレータで挟んだ。そして、組み立てた試験セルに対して、0〜1.5V(vs.Li/Li+)の電圧範囲(電流密度:1mA/cm2)で充放電試験を実施した。 A test cell was assembled using one positive electrode, one negative electrode, two separators, and 1.5 cc of the electrolyte. In addition, about the capture | acquisition agent of the test examples except the test example 1, the powdery capture agent was added to the surface of one separator, and it was pinched | interposed by the said surface and the surface of the other separator. In contrast, for the scavenger of Test Example 1, a foil-like scavenger (Li) was sandwiched between two separators. Then, the assembled test cell, the voltage range (current density: 1mA / cm 2) of 0~1.5V (vs.Li/Li +) was subjected to a charge and discharge test with.
考察
図14に、試験例1〜7の充放電サイクルにおける負極の電気容量の変化を示す。なお、図14の縦軸において「mAh/cc−negative electrode」で示される単位は、負極(負極材を担持する集電体(例えば、Cu箔)の体積を除いた負極材)の単位体積(1cc)当りの容量(mAh)を示す。
Discussion FIG. 14 shows changes in the capacitance of the negative electrode in the charge / discharge cycles of Test Examples 1 to 7. Note that the unit indicated by “mAh / cc-negative electrode” on the vertical axis in FIG. 14 is the unit volume of the negative electrode (negative electrode material excluding the volume of the current collector (eg, Cu foil) carrying the negative electrode material). The capacity per 1 cc) (mAh) is shown.
図14に示すように、捕捉剤として、Li、Li2CO3、Na2CO3およびK2CO3が含まれている試験例1〜4では、充放電サイクルを繰り返しても、平均した電気容量を発現できることが確認された。例えば、試験例2では、比較的充放電が安定する5サイクル目では、140.4mAh/cc−negative electrodeの電気容量が発現されていることが確認された。 As shown in FIG. 14, in Test Examples 1 to 4 in which Li, Li 2 CO 3 , Na 2 CO 3, and K 2 CO 3 are included as a scavenger, the averaged electric power is obtained even when the charge / discharge cycle is repeated. It was confirmed that the capacity could be expressed. For example, in Test Example 2, it was confirmed that an electric capacity of 140.4 mAh / cc-negative electrode was developed in the fifth cycle in which charging / discharging was relatively stable.
すなわち、図14により、試験例1〜4では、充放電サイクルを繰り返すことにより負極の電気容量が徐々に低下する試験例5〜7よりも、一層優れたエネルギー密度を発現できることが確認された。 That is, FIG. 14 confirmed that in Test Examples 1 to 4, it was possible to develop a more excellent energy density than Test Examples 5 to 7 in which the electric capacity of the negative electrode gradually decreased by repeating the charge / discharge cycle.
1 ハイブリッドキャパシタ
2 正極
3 負極
4 セパレータ
5 電解液
7 リチウム箔
1
Claims (3)
リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出可能な材料からなる負極と、
リチウムイオンを含む有機溶媒からなる電解液とを備えることを特徴とする、電気化学キャパシタ。 In the charge / discharge cycle, a positive electrode that expresses an irreversible capacity for expanding the potential range;
A negative electrode made of a material capable of reversibly inserting and extracting lithium ions;
An electrochemical capacitor comprising an electrolyte solution made of an organic solvent containing lithium ions.
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