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キャパシタ及びその製造方法

国内特許コード P190016201
整理番号 S2018-0150-N0
掲載日 2019年7月25日
出願番号 特願2017-232758
公開番号 特開2019-102666
出願日 平成29年12月4日(2017.12.4)
公開日 令和元年6月24日(2019.6.24)
発明者
  • 白石 壮志
  • 畠山 義清
  • 片桐 規晟
  • 島袋 出
出願人
  • 国立大学法人群馬大学
発明の名称 キャパシタ及びその製造方法
発明の概要 【課題】エネルギー密度を更に改善することにより高容量化したキャパシタをより低コストで製造する方法を提供する。
【解決手段】炭素酸化物を主成分として形成された一次電池正極1と、リチウムを主成分として形成された一次電池負極2と、一次電池電解液3と、を備えたリチウム一次電池7を放電させることにより、一次電池正極1を電解質イオン吸蔵可能な炭素材料に変換して得られたキャパシタ正極11と、一次電池負極2から一次電池電解液3中にリチウムイオンを放出させて得られたキャパシタ負極12と、一次電池負極2から放出されたリチウムイオンを溶解させたキャパシタ電解液13とを備えたキャパシタ17である。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要

電気化学キャパシタの1つである電気二重層キャパシタ(EDLC)は、活性炭などの多孔質炭素電極内の細孔に形成されるイオンの吸着層、即ち電気二重層に電荷を蓄えるコンデンサであり、長寿命で高出力であるため、コンピュータのメモリのバックアップ用電源として普及している。そして、最近では鉄道車両に搭載した電力貯蔵システムやハイブリッド車の補助電源として急激に注目されている。しかし、この電気二重層キャパシタは、エネルギー密度、つまり重量あるいは体積当たりどれだけの電気が蓄電できるかという点で二次電池に遠く及ばない。

この電気二重層キャパシタのエネルギー密度を改善すべく、新たな電力供給源として現在は、正極に電気二重層キャパシタ用の活性炭電極、負極にリチウムイオン電池用の黒鉛電極を用いることで構成される、二次電池と同等のエネルギー密度を持たせたキャパシタ、即ちハイブリッドキャパシタ(リチウムイオンキャパシタ(LIC))が注目されている。

一方、フッ化黒鉛を正極に用いたフッ化黒鉛リチウム電池は、高くかつ安定した放電電圧、高いエネルギー密度、貯蔵性の良さなど、優れた特性を示す一次電池である。この電池の放電生成物は、LiFとCである。
(CF)n + nLi → nC + nLiF
この電池は、従来から一次電池として使用され、放電後(使用後)は、そのまま廃棄されている。

この使用後に廃棄されるという課題を解決するために、本出願人は、特許文献1記載のキャパシタの製造方法を提案した。

特許文献1に記載されたリチウム一次電池では、フッ化炭素を主成分として形成される一次電池正極と、リチウムを主成分として形成される一次電池負極と一次電池電解液とを備え、一次電池正極及び一次電池負極において下記反応が進行する。

一次電池正極:(CF)n + nLi+ +ne- → nC + nLiF
一次電池負極: nLi → nLi+ + ne-

前記リチウム一次電池は、放電により、前記一次電池正極を電解質イオン吸蔵可能な炭素材料に変換するとともに、前記一次電池負極から前記一次電池電解液中にリチウムイオンを放出させることができる。そのことにより、前記リチウム一次電池の全体構成を変えることなく、単に放電後に充電するだけで、キャパシタとして機能させることができた。

その結果、特許文献1に記載された発明によれば、使用後に廃棄されていたリチウム一次電池をキャパシタとして使用できることになる。したがって、簡便な製造形態で再利用することができ、省資源にも寄与することができた。

産業上の利用分野

本発明は、炭素材料を主成分とする電極と、前記電極との界面に電気二重層を形成するリチウムイオンを含有してなる電解液を有するキャパシタ及びその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
炭素酸化物を主成分として形成された一次電池正極とリチウムを主成分として形成された一次電池負極と一次電池電解液とを備えたリチウム一次電池を放電させることにより、
前記一次電池正極を電解質イオン吸蔵可能な炭素材料に変換して得られたキャパシタ正極と、
前記一次電池負極から前記一次電池電解液中にリチウムイオンを放出させて得られたキャパシタ負極と、
前記一次電池電解液に前記一次電池負極から放出されたリチウムイオンを溶解させたキャパシタ電解液と、
を備えたことを特徴とするキャパシタ。

【請求項2】
前記炭素酸化物が、酸化黒鉛である請求項1記載のキャパシタ。

【請求項3】
炭素酸化物を主成分として形成された一次電池正極とリチウムを主成分として形成された一次電池負極と一次電池電解液とを備えたリチウム一次電池を形成する工程と、
前記リチウム一次電池を放電させることにより、前記一次電池正極を電解質イオン吸蔵可能な炭素材料に変換して放電後の前記一次電池正極をキャパシタ正極とし、前記一次電池負極から前記一次電池電解液中にリチウムイオンを放出させて放電後の前記一次電池負極をキャパシタ負極とし、かつ前記一次電池電解液に前記一次電池負極から放出されたリチウムイオンを溶解させてキャパシタ電解液とする工程と、
を含むキャパシタの製造方法。

【請求項4】
前記炭素酸化物が、酸化黒鉛である請求項3記載のキャパシタの製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2017232758thum.jpg
出願権利状態 公開
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