[发明专利]电极材料及采用该电极材料的电容器和二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及用于电双层电容器、锂离子电容器及锂二次电池的电极材料。

背景技术

近年来，作为能量存储设备的电双层电容器和锂离子电容器引起关注。

在各种电容器中，电双层电容器具有较大的容量，因此被广泛用于电子设备的存储器备份，近来也已预期到对于诸如混合动力车辆、燃料车辆等的车辆而言也对其存在较高需求。

与电池类似，电双层电容器包括诸如纽扣型、圆柱型、方型等类型。例如，通过以下方式来制造纽扣型：在一对极化电极(在每个极化电极中，在集流体上设置活性碳电极层)之间设置分隔物以形成电双层电容器元件；将电双层电容器元件与电解质一起置入金属壳体；以及用密封板和垫圈密封金属壳体，其中垫圈使金属壳体与密封板相互绝缘。通过以下方式来制造圆柱型：堆叠和缠绕一对极化电极和分隔物以形成电双层电容器元件；将电双层电容器元件置于铝壳中，使得电双层电容器元件浸入电解溶液；以及利用密封材料来密封铝壳。方型也具有与纽扣型和圆柱型相同的基本结构。

作为在这种情况下使用的电解溶液，与锂二次电池类似地，主要使用通过在非水电解质的有机溶剂中溶解金属盐获得的溶液。

与锂二次电池类似，在电双层电容器中使用的每个极化电极通常都通过向作为铝箔的集流体施加活性炭来制造。例如，作为用于形成极化电极的集流体，专利文献1至3公开了用于非水电解质电双层电容器的各种集流体。专利文献1公开了诸如铝、不锈钢等的金属集流体。专利文献2公开了通过将不锈钢纤维垫电焊接至不锈钢箔而获得的集流体。专利文献3公开了由钽、铝和钛中的至少一种金属形成的网状集流体。

专利文献4公开了将通过在多孔质无纺布上执行导电处理并在其上堆叠铝板层获得的铝多孔体用作集流体。专利文献5公开了将通过在树脂多孔体上进行导电处理、通过熔盐电解在其上形成铝板层并去除树脂多孔体获得的铝多孔体用作集流体。

同时，锂离子电容器是包括正电极、负电极和非水电解溶液的能量存储设备，其中，正电极由采用活性炭的极化电极组成，负电极将通过使诸如石墨的碳材料(其能够吸附和释放锂离子)吸附锂离子而获得的材料用作电极材料，非水电解溶液包含锂盐作为溶质，并且锂离子电容器具有锂离子二次电池和电双层电容器的特性的性能。锂离子电容器的特征在于比锂离子二次电池具有更高的能量密度和更好的寿命特性，以及比电双层电容器具有更高的能量密度。锂离子电容器适合于锂离子二次电池所不适合的高能量输出应用，并且期望其能够用于混合汽车等的电源。

专利文献6公开了一种锂离子电容器，其中，在充电之前，锂离子先被掺杂到负电极和/或正电极中，使得正电极和负电极在正电极和负电极被短路之后的电位均等于或低于2.0V，负电极活性材料由易碳化的碳前体的碳化物形成，从而增加了容量和能量密度。

此外，专利文献7公开了正电极的集流体和负电极的集流体的每一个均具有从其正面延伸到背面的孔，锂离子源和负电极相对的面积等于或大于负电极面积的75％且小于负电极面积的100％，这使得可以不将锂离子源遗留在单元内地将锂离子掺杂到负电极中，从而增加了锂离子电容器的安全性和品质。

专利文献8公开了将具有80％至97％的多孔度的类似无纺布的镍-铬合金用作锂离子电容器的正电极。

此外，由于锂离子二次电池可具有高能量密度，所以在各领域中都在积极地进行关于锂离子二次电池的研究。专利文献5公开了将三维网状铝多孔体用作锂离子二次电池的集流体。

如上所述，通过将三维网状金属多孔体用作电极的集流体并利用活性材料填充多孔体的孔而获得的电极增加了集流体和活性材料的接触面积，因此允许减小电池的内电阻来提高电池的效率。然而，期望内电阻进一步地减小。

引用列表

[专利文献]

专利文献1:日本专利公开第11-274012号

专利文献2:日本专利公开第09-232190号

专利文献3:日本专利公开第11-150042号

专利文献4:日本专利公开第2010-10364号

专利文献5:国际公开WO98/033227

专利文献6:日本专利公开第2006-303118号

专利文献7:日本专利公开第2006-286919号

专利文献8:日本专利公开第2011-181972号

发明内容

[技术问题]

本发明的目的在于提供一种用于电双层电容器、锂离子电容器和锂离子二次电池的电极材料，其具有减小的内电阻，用于改进电双层电容器、锂离子电容器和锂离子二次电池的输出。

[技术方案]