[发明专利]电化学元件

说明书

技术领域

本发明涉及电化学元件，更详细而言，涉及双电荷层电容器以及可用于该双电荷层电容器的极化电极。

背景技术

可列举为电化学元件代表的双电荷层电容器利用在活性碳等极化电极与电解液的界面上形成的双电荷层中蓄积电能的技术，是可以快速充电且充放电循环寿命长的电容器。作为该双电荷层电容器的用途，有存储器后备用途、电动汽车的动力辅助用途、代替电力贮存用蓄电池等，从小电容产品到大电容产品被广泛研究。

作为近来的双电荷层电容器，提出了如下方案：为了保持高温稳定性，电解液使用在包括室温附近的广泛温度范围以稳定液体存在的季铵盐(称为离子性液体、离子液体或常温熔融盐)本身或者将其溶解于有机溶剂而成的电解液；为了保持其形状、强度，极化电极通常使用含有聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)等聚氟烯烃作为粘结剂的活性碳(例如，参照特开2004-335702号公报)。但是，离子性液体向极化电极内部浸渗所需的时间较长，因此并未满足在工业上生产上述电化学元件。而且由于上述电化学元件并不能说离子性液体的浸渗充分，因而特别是在离子性液体粘度下降的高温条件下，离子性液体变得易产生渗漏，在高温稳定性方面也难以满足。

发明内容

本发明的目的在于提供改良了上述缺点的电化学元件。

本发明的其它目的在于提供适用于所述电化学元件的极化电极。

本发明人等经过悉心研究后惊讶地发现，通过在极化电极的粘结剂中使用橡胶，离子性液体会在短时间内浸渗到极化电极中，还发现若使用该极化电极则电化学元件的生产率和高温稳定性可得到改善，从而完成了本发明。

即，本发明涉及一种电化学元件，其是至少由作为电解液的离子性液体和极化电极构成的电化学元件，其特征在于，极化电极是含有橡胶的活性碳，本发明还涉及一种极化电极，其特征在于，至少含有橡胶、离子性液体和活性碳。

具体实施方式

以下，以可列举为电化学元件代表的双电荷层电容器为例，对本发明进行详细说明。

本发明的双电荷层电容器含有极化电极、电解液、集电体和隔板作为构成要素。本发明的双电荷层电容器可如下进行制造：在具有集电体且浸渗有本发明的电解液的2片极化电极之间夹入隔板，使本发明的电解液浸渗后，装入不锈钢制包装盒中。

极化电极的构成通常由作为电极活性物质的活性碳、作为粘结剂物质的橡胶和导电剂构成，作为薄涂布膜、片状或板状的成型体使用。

活性碳的比表面积由于碳质种类所决定的每单位面积的静电电容(F/m²)、伴随高比表面积化的堆积密度降低等原因不能一概而言，但通过利用氮吸附的BET法求得的比表面积优选为500～3000m²/g、特别是比表面积为1000～2000m²/g的活性碳由于单位体积的静电电容大而优选。活性碳的制造方法并无特别限定，一般来说，可以将以下各种各样的原料碳化后活化而制造，所述原料有植物类的木材、锯末、椰壳、纸浆废液、化石燃料类的煤、石油重质油、或将它们热裂解后得到的煤及石油类沥青、石油焦炭、碳气凝胶(carbon aerogel)、中间相碳(mesophase carbon)、焦油沥青纺丝而成的纤维、合成高分子、酚醛树脂、呋喃树脂、聚氯乙烯树脂、聚偏氯乙烯树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、离子交换树脂、液晶高分子、塑料废弃物、旧轮胎等。

作为活化法，有气体活化法和化学试剂活化法，气体活化法是使已碳化的原料在高温下与水蒸气、二氧化碳、氧气、其它氧化气体等接触反应的方法，化学试剂活化法是使氯化锌、磷酸、磷酸钠、氯化钙、硫化钾、氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾、碳酸钠、硫酸钠、硫酸钾、碳酸钙、硼酸、硝酸等均匀浸渗到已碳化的原料中，在惰性气体环境下加热，利用化学试剂的脱水和氧化反应来得到活性碳的方法，这些方法都可以使用。

将活化处理后的活性碳在氮气、氩气、氦气、氙气等惰性气体环境下，在500～2500℃、优选700～1500℃下进行热处理，可以除去不需要的表面官能团，也可以使碳的结晶性提高而增加电子传导性。活性碳的形状可以利用破碎、造粒、颗粒、纤维、毡、织物、片状等各种形状等而没有特别限定。为粒状时，在提高电极的堆积密度、降低内部电阻方面，优选平均粒径在30μm以下。并且优选平均微孔径在2.5nm以下。活性碳的平均微孔径由利用氮吸附的BET法来测定。

除活性碳以外还可以使用上述高比表面积的碳材料，例如碳纳米管、用等离子体CVD制成的金刚石等。