[发明专利]锂离子电容器、蓄电装置、蓄电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有更大容量的锂离子电容器；一种蓄电装置，其中多个这种电容器被组装成复合装置；以及一种蓄电系统，其中该电容器与逆变器、电抗器等组合而构成复合系统。

背景技术

随着环境问题的凸显，人们已经积极开发了蓄电装置，作为（例如）通过太阳能发电或风力发电获得的清洁能源的储存系统、作为电脑等的备用电源、以及作为混合动力汽车、电动汽车等的电源。

作为这种蓄电装置，已知的有锂离子二次电池（LIB）和双电层电容器（EDLC）。

然而，近年来，作为结合了锂离子二次电池（LIB）和双电层电容器（EDLC）的优点的大容量蓄电装置，锂离子电容器（LIC）已经受到了人们的关注。

即，在锂离子电池（LIB）的情况中，例如，使用这样的正极、负极和非水电解液来构造电芯（cell），其中：在正极中，含有钴酸锂（LiCoO₂）粉末等正极活性材料的层被设置于铝（Al）集电体上；在负极中，含有能够吸藏和释放锂离子的石墨粉末等负极活性材料的层被设置于铜（Cu）集电体上；并且该非水电解液含有LiPF₆等锂盐和碳酸亚乙酯（EC）或碳酸二乙酯（DEC）等有机溶剂（参见图2）。有可能获得2.5V至4.2V的电压，并且该LIB具有高能量密度。然而，该LIB难以在高电流密度下运行，并且其输出密度不高。

另一方面，在双电层电容器（EDLC）的情况中，例如，使用这样的正极和负极以及电解液来构造电芯，其中：在该正极和负极中，含有作为活性材料的活性炭的层被设置在Al集电体上；并且该电解液含有(C₂H₅)₄NBF₄等和碳酸丙烯酯（PC）等有机溶剂（参见图3）。EDLC具有高输出密度。然而，所获得的电压为0至3V，且EDLC的能量密度不高。

与此不同，锂离子电容器（LIC）的电芯是采用在EDLC中作为正极使用的正极、在LIB中作为负极使用的负极、以及在LIB中作为电解液使用的非水电解液来构造的，其中：在该正极中，含有活性炭作为活性材料的层被设置于Al集电体上；在该负极中，含有能够吸藏和释放锂离子的石墨粉末等负极活性材料的层被设置于铜（Cu）集电体上；该非水电解液包含LiPF₆等锂盐和EC或DEC等有机溶剂（参见图4）。

将电芯的正极、负极和隔板交替层叠并插入壳体，然后向其中注入电解液。然后，由预先封装在壳体中的锂离子源（锂金属等）产生锂离子，并通过化学或电化学的方法使负极活性材料吸藏（预掺杂）锂离子。由此制造了LIC。在如此制造的LIC中，可获得2.5V至4.2V的电压以及如LIB那样的高能量密度，并且可获得如EDLC那样的高输出密度。

然而，现有LIC的正极一般是通过如下方法制造的：在将乙炔黑等导电助剂和聚四氟乙烯等粘结剂混入作为正极活性材料的活性炭之后，向其中加入N-甲基-2-吡咯烷酮等溶剂以形成正极活性材料糊状物，并将该糊状物涂布至Al箔上以在Al箔上形成活性材料层（例如，专利文献1）。因此，难以提高正极容量（正极的单位面积的容量）。

即，因为在制备正极时使用了为绝缘体的粘结剂，所以当活性材料层的厚度增加时，远离集电体（Al箔）的位置处的电阻增大，活性材料的电子供给量减少。结果，由于电荷平衡，因此远离集电体的活性材料表面上的电荷吸附量下降。

由于电荷的吸附量减少，因而实际蓄积在正极中的电荷量减少。因此，正极容量减小，并且利用率（实际蓄积的电荷量/由所填充的活性材料的量计算出的电荷蓄积量的理论值）降低。

因此，在现有的LIC中，负极容量（负极的单位面积的容量）通常远远高于正极容量（即，大约为正极容量的10倍），正极容量限制了LIC的容量。这在近年来人们所强烈期望的进一步提高LIC的容量方面造成了问题。

引用文献列表

专利文献

专利文献1：日本未审查专利申请公开No.2001-143702

发明内容

技术问题

鉴于上述问题完成了本发明。本发明的目的在于通过制造具有与负极容量相称的大容量的正极，从而提供具有更大容量的锂离子电容器（LIC）。

解决问题的手段