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ELECTROCHEMICAL CAPACITOR commons meetings

Patent code P130008825
File No. 321
Posted date Mar 27, 2013
Application number P2011-070762
Publication number P2012-119653A
Patent number P5930260
Date of filing Mar 28, 2011
Date of publication of application Jun 21, 2012
Date of registration May 13, 2016
Priority data
  • P2010-250228 (Nov 8, 2010) JP
Inventor
  • (In Japanese)石川 正司
  • (In Japanese)山縣 雅紀
  • (In Japanese)山崎 穣輝
  • (In Japanese)伊藤 達哉
  • (In Japanese)村雲 由佳
Applicant
  • (In Japanese)学校法人関西大学
Title ELECTROCHEMICAL CAPACITOR commons meetings
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrochemical capacitor capable of achieving high energy density and realizing excellent long-term stability.
SOLUTION: The electrochemical capacitor comprises: a cathode and an anode, having a nonaqueous electrolyte, containing halide, in between; and a pair of electrodes of a cathode and an anode, having an aqueous electrolyte, which is an aqueous solution containing iodide salt, in between.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

電気化学キャパシタは、リチウムイオン二次電池と比較して、長寿命、高出力という点で優れた特徴を有している。さらに、電気自動車や自然エネルギー用途などといった蓄電デバイス市場の拡大から、電気化学キャパシタの要求性が高まっている。特に、電気化学キャパシタについて、従来よりも高いエネルギー密度が求められている。

電気化学キャパシタにおけるエネルギー貯蔵メカニズムは、2つのメカニズムに区分される。すなわち、電極/電解液界面に形成される電気二重層に電荷を蓄積させるメカニズムと、少なくとも1つの電極が金属酸化物等からなり、この電極自体の酸化還元反応を利用して電荷を蓄積させるメカニズムとに区分される。前者のメカニズムとしては、電気二重層キャパシタが挙げられ、後者のメカニズムとしては、シュードキャパシタ、レドックスキャパシタが挙げられる。

上記の高いエネルギー密度の付与は、前者のメカニズムにおいて、電気二重層の形成サイトをより効率的に増加させるために電極構造を最適化することで、高容量化を実現することができる。また、後者のメカニズムでは、キャパシタの性能を向上させるために、酸化還元反応の活性部分を増加させたり、新規の活物質材料を適用したりする等、数多くの方策がなされている。

電気二重層キャパシタでは高比表面積を有する活性炭などを主成分とする分極性電極が用いられる。この分極性電極としては、従来、以下のものが用いられている。例えば、活性炭繊維に集電体を溶射或いは、蒸着法で密着させた電極、活性炭粉末にフッ素樹脂を少量混合して集電体にプレス成形した電極、活性炭粉末に少量のアセチレンブラック、接着剤と、揮発性の溶剤を混入して作製したペーストを集電体に圧着した後加熱、加圧してシート状にした電極等が挙げられる。

上記電極と電解液界面に形成される電気二重層とに電荷を蓄積させるメカニズムを利用した、いわゆる電気二重層キャパシタを高容量するために、例えば、特許文献1に開示されているように、高比表面積を有する活性炭電極などの分極性電極が利用され、またその処理方法による高容量化が挙げられる。

特許文献2に記載の電気二重層キャパシタ用活性炭電極は、石炭由来の活性炭を水蒸気賦活することにより、BET比表面積が1350m2/g以上の高比表面積を有している。

また、特許文献3では、電気二重層キャパシタのエネルギー密度を向上させることが提案されている。その手法は、黒鉛類似の層状構造を持つ微結晶炭素を含有した炭素材料を賦活処理することで、その層間距離が黒鉛よりもやや長い0.343nm以下の構造を持つ微結晶炭素を含む電極を電気二重層キャパシタに用いるというものである。

電極自身の酸化還元反応を利用するシュードキャパシタは、例えば、特許文献4および5に記載されているルテニウム酸化物などを用いることができ、当該ルテニウム酸化物などの形状として粒子状やシート状などが挙げられる。

電気化学キャパシタに含まれる電解液には、水系および非水系の両者があり、電気化学キャパシタの用途に応じて選択されている。両者を比較すると、非水系電解液の方がエネルギー密度および温度特性(特に低温での温度特性)に優れ、より実用に供されている。上記水系電解液として、特許文献6,7の技術では、電解液として、硫酸、塩酸などを含む酸性の水溶液、中性塩を含む水溶液、水酸化ナトリウムなどの塩基性の水溶液が用いられている。一方、正極と負極との間に介在させる上記非水系電解液として、例えば、特許文献8には、プロピレンカーボネートまたはγ-ブチロラクトン等の非プロトン性有機溶媒に、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート、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またはテトラエチルホスホニウムテトラフルオロボレート等を溶解させた非水系有機溶液が挙げられている。また、電解液としてイオン液体を利用し高電圧化することで、エネルギー密度を向上させる技術も知られている。(特許文献8)
また、正極と負極との間に介在する電解液中にはセパレータが配置されている。このセパレータとしては、ガラス繊維不織布、ポリプロピレン不織布等が用いられている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、電気化学キャパシタに関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
正極及び負極からなる一対の電極を備え、該電極間に非水系電解液が介在した電気化学キャパシタであって、
上記非水系電解液は、レドックス反応種としてのハロゲン化物を含有することを特徴とする電気化学キャパシタ。

【請求項2】
 
上記ハロゲン化物は、臭化物またはヨウ化物であることを特徴とする請求項1に記載の電気化学キャパシタ。

【請求項3】
 
上記非水系電解液は、非水系媒体としてのイオン液体を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の電気化学キャパシタ。

【請求項4】
 
上記ハロゲン化物は、上記イオン液体と同一のカチオンを有するハロゲン化塩であることを特徴とする請求項3に記載の電気化学キャパシタ。

【請求項5】
 
上記イオン液体は、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート(EMI-BF4)であることを特徴とする請求項3または4に記載の電気化学キャパシタ。

【請求項6】
 
上記非水系電解液は、非水系媒体としての有機溶媒を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の電気化学キャパシタ。

【請求項7】
 
上記有機溶媒は、プロピレンカーボネート(PC)であることを特徴とする請求項6に記載の電気化学キャパシタ。

【請求項8】
 
上記一対の電極は、活性炭を含む分極性電極であることを特徴とする請求項1~7の何れか1項に記載の電気化学キャパシタ。

【請求項9】
 
請求項8に記載の電気化学キャパシタの製造方法であって
ロゲンを含む水溶液に上記分極性電極のうち少なくとも正極を浸漬する前処理を行うことを特徴とする電気化学キャパシタの製造方法

【請求項10】
 
上記非水系電解液がリチウム塩を含有することを特徴とする請求項1~8の何れか1項に記載の電気化学キャパシタ。

【請求項11】
 
上記リチウム塩は、ハロゲン化リチウムであることを特徴とする請求項10に記載の電気化学キャパシタ。

【請求項12】
 
上記ハロゲン化リチウムが、臭化リチウムまたはヨウ化リチウムであることを特徴とする請求項11に記載の電気化学キャパシタ。

【請求項13】
 
上記分極性電極のうち少なくとも負極は、ハードカーボンによって構成されていることを特徴とする請求項8に記載の電気化学キャパシタ。

【請求項14】
 
正極及び負極からなる一対の電極を備え、該電極間に水系電解液が介在し、上記水系電解液は、臭化物又はヨウ化物を含む水溶液である電気化学キャパシタの製造方法であって、
素又はヨウ素を含む水溶液に上記電極のうち少なくとも正極を浸漬する前処理を行うことを特徴とする電気化学キャパシタの製造方法

【請求項15】
 
上記正極は、細孔構造を有することを特徴とする請求項1~8、10~13の何れか1項に記載の電気化学キャパシタ。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2011070762thum.jpg
State of application right Registered
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