[发明专利]碱金属离子电容器及其制造方法和充放电方法

说明书

技术领域

本发明涉及在高充电上限电压下进行充放电的碱金属离子电容 器，所述碱金属离子电容器的制造方法，和所述碱金属离子电容器的 充放电方法。

背景技术

随着环境问题日益突出，用于将清洁能源如太阳光或风力转化为 电力并且将该电力储存为电能的系统已经被积极开发。这种蓄电装置 的已知实例包括锂离子二次电池，电双层电容器(EDLC)和锂离子电容 器。近年来，从优异的瞬时充放电性质，高输出性质和操作容易性的 观点来看，已经对电容器如EDLC和锂离子电容器予以关注。

这种电容器具有比锂离子二次电池等的容量低的容量，但是锂离 子电容器具有锂离子二次电池和EDLC两者的优势，并且倾向于具有 相对高的容量。因此，对于在各种应用中的用途，这种锂离子电容器 是有前途的。

锂离子电容器通常包含正极、负极和电解质，所述正极含有活性 炭等作为正极活性材料，所述负极含有吸藏和放出锂离子的碳材料等 作为负极活性材料。

锂离子电容器的电解质通常为含有支持盐如锂盐的有机溶剂溶液 (有机电解质)。有机电解质的有机溶剂例如为碳酸亚乙酯或碳酸二乙酯 (专利文献1)。还研究了将除支持盐和有机溶剂外还含有离子液体的有 机电解质用于锂离子电容器(专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-294539号公报

专利文献2：日本特开2012-142340号公报

发明内容

技术问题

在电容器中，锂离子电容器可以具有相对高的充电电压，因此在 高容量化方面是有利的。然而，用作锂离子电容器用正极活性材料的 活性炭具有许多活性位点，并且在充电电压增加时正极的电位在充电 期间增加，因此电解质容易分解。特别地，锂离子电容器含有如在专 利文献1和专利文献2中描述的有机电解质。如果含有有机电解质的 锂离子电容器的充电电压增加，则在正极中显著出现有机电解质中含 有的有机溶剂的氧化分解。这生成大量的气体，其使得难以稳定地进 行充放电。因此，当使用有机电解质时，难以增加碱金属离子电容器 如锂离子电容器的充电上限电压。

技术方案

本发明的目的是提供如下的碱金属离子电容器，即使当所述电容 器充电至大于3.8V的上限电压时，也可以稳定地充放电。

本发明的一个方面涉及碱金属离子电容器，其包含含有正极活性 材料的正极(第一电极)、含有负极活性材料的负极(第二电极)、置于正 极和负极之间的隔膜、和电解质，

其中所述电解质含有碱金属盐和离子液体，在电解质中所述碱金 属盐和所述离子液体的总含量为60质量％以上，并且所述电解质具有 碱金属离子传导性，

所述碱金属盐是作为第一阳离子的第一碱金属离子与第一阴离子 的盐，

所述正极活性材料含有至少可逆地负载所述第一阴离子的材料，

所述负极活性材料含有可逆地负载所述第一碱金属离子的材料，

所述负极活性材料预掺杂有第二碱金属离子直到所述负极的电位 相对于第二碱金属达到0.05V以下，并且

所述碱金属离子电容器具有大于3.8V的充放电上限电压。

本发明的另一个方面涉及碱金属离子电容器的制造方法，所述方 法包括：

第一步：准备具有碱金属离子传导性并且含有离子液体和碱金属 盐的电解质，所述碱金属盐是作为第一阳离子的第一碱金属离子与第 一阴离子的盐，所述碱金属盐和所述离子液体的总含量为60质量％以 上；

第二步：在电池壳中容纳所述电解质和电极组，所述电极组包含 含有正极活性材料的作为第一电极的正极、含有负极活性材料的作为 第二电极的负极、置于所述正极和所述负极之间的隔膜、和电连接至 所述负极并且含有第二碱金属的第三电极；以及

第三步：在将所述电极组浸渍在所述电解质中的同时在70℃～125 ℃的温度下使第二碱金属离子从所述第三电极溶出以利用所述第二碱 金属离子预掺杂所述负极活性材料，直到所述负极的电位相对于所述 第二碱金属达到0.05V以下，从而制造具有大于3.8V的充放电上限电 压的碱金属离子电容器，

其中所述正极活性材料含有至少可逆地负载所述第一阴离子的材 料，并且

所述负极活性材料含有可逆地负载所述第一碱金属离子的材料。