DE112013001750T5 - Elektrodenmaterial sowie Kondensator und Sekundärbatterie, die das Elektrodenmaterial verwenden - Google Patents

Elektrodenmaterial sowie Kondensator und Sekundärbatterie, die das Elektrodenmaterial verwenden Download PDF

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c/o Osaka Works of Sumitomo Ele Sakaida Hideaki
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c/o Osaka Works of Sumitomo Ele Hosoe Akihisa
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Abstract

Es wird ein Elektrodenmaterial bereitgestellt, das als Elektrode in einem elektrischen Doppelschichtkondensator, einem Lithium-Ionen-Kondensator und einer Lithiumsekundärbatterie verwendet wird und einen verringerten Innenwiderstand zur Verbesserung der Leistung aufweist. Das Elektrodenmaterial ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Metall in die Poren in einem Oberflächenbereich an einer Oberfläche eines Pulver-Formkörpers, der mindestens ein Aktivmaterialpulver enthält, angebracht ist und ein Metallfilm auf der einen Oberfläche gebildet ist. Das Elektrodenmaterial kann gebildet werden, indem eine Plattierungsbehandlung auf dem Pulver-Formkörper durchgeführt wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrodenmaterial zur Verwendung in einem elektrischen Doppelschichtkondensator, einem Lithium-Ionen-Kondensator und einer Lithiumsekundärbatterie.
  • STAND DER TECHNIK
  • In den letzten Jahren haben elektrische Doppelschichtkondensatoren und Lithium-Ionen-Kondensatoren als Energiespeichervorrichtungen Aufmerksamkeit erlangt.
  • Unter den verschiedenen Kondensatoren weist der elektrische Doppelschichtkondensator eine hohe Kapazität auf und wird daher häufig als Speicher für elektronische Geräte verwendet, und außerdem wird ein hoher Bedarf für Fahrzeuge, wie Hybridfahrzeuge, kraftstoffbetriebene Fahrzeuge und dergleichen, erwartet.
  • Wie bei Batterien, schließen elektrische Doppelschichtkondensatoren verschiedene Typen, wie den Knopftyp, Zylindertyp, Quadertyp und dergleichen, ein. Ein Knopftyp wird z. B. hergestellt durch Anbringen eines Separators zwischen einem Paar polarisierbarer Elektroden, in denen jeweils eine Aktivkohle-Elektrodenschicht auf einem Stromkollektor vorgesehen ist, zur Bildung eines elektrischen Doppelschichtkondensatorelements, Unterbringen des elektrischen Doppelschichtkondensatorelements in einem Metallgehäuse zusammen mit einem Elektrolyt und Versiegeln des Metallgehäuses mit einer Versiegelungsplatte und einer Dichtung, die das Metallgehäuse und die Versiegelungsplatte voneinander isoliert. Ein Zylindertyp wird hergestellt durch Stapeln oder Wickeln eines Paars polarisierbarer Elektroden und des Separators zur Bildung eines elektrischen Doppelschichtkondensatorelements, Unterbringen des elektrischen Doppelschichtkondensatorelements in einem Aluminiumgehäuse, so dass das elektrische Doppelschichtkondensatorelement mit einer elektrolytischen Lösung imprägniert ist und Versiegeln des Aluminiumgehäuses mit einem Versiegelungsmaterial. Ferner weist der Quadertyp dieselbe Grundstruktur wie die eines Knopftyps oder eines Zylindertyps auf.
  • Als elektrolytische Lösung, die in diesem Fall verwendet wird, wird ähnlich wie bei einer Lithiumsekundärbatterie hauptsächlich eine Lösung, die durch Lösen eines Metallsalzes in einem organischen Lösungsmittel erhalten wird, d. h. ein nicht-wässriger Elektrolyt, verwendet.
  • Jede der in dem elektrischen Doppelschichtkondensator verwendeten polarisierbaren Elektroden wird gewöhnlich durch Auftragen von Aktivkohle auf einen Stromkollektor, der eine Aluminiumfolie ist, ähnlich wie bei der Lithiumsekundärbatterie hergestellt. Als Stromkollektor zur Bildung der polarisierbaren Elektrode offenbaren die Patentliteratur 1 bis Patentliteratur 3 verschiedene Stromkollektoren für einen elektrischen Doppelschichtkondensator mit nicht-wässrigem Elektrolyt. Patentliteratur 1 offenbart einen metallischen Stromkollektor, wie Aluminium, Edelstahl oder dergleichen. Patentliteratur 2 offenbart einen Stromkollektor, der durch elektrisches Schweißen einer Edelstahlfasermatte an eine Edelstahlfolie erhalten wird. Patentliteratur 3 offenbart einen netzartigen Stromkollektor, der aus mindestens einem Metall von Tantal, Aluminium und Titan gebildet ist.
  • Patentliteratur 4 führt aus, dass ein poröser Aluminiumkörper als Stromkollektor verwendet wird, der mittels Durchführung einer Leitfähigkeitsbehandlung an einem porösen Vliesstoff und Aufschichten einer Aluminiumplattierungsschicht darauf erhalten wird. Patentliteratur 5 führt aus, dass ein poröser Aluminiumkörper als Stromkollektor verwendet wird, der mittels Durchführung einer Leitfähigkeitsbehandlung an einem porösen Harzkörper, Bildung einer Aluminiumplattierungsschicht darauf durch Schmelzsalzelektrolyse und Entfernen des porösen Harzkörpers erhalten wird.
  • Derweil ist ein Lithium-Ionen-Kondensator eine Energiespeichervorrichtung, die eine positive Elektrode, die aus einer polarisierbaren Elektrode unter Verwendung von Aktivkohle zusammengesetzt ist, eine negative Elektrode, die als Elektrodenmaterial ein Material verwendet, das erhalten wird, indem ein Kohlenstoffmaterial, wie Graphit, das fähig ist, Lithiumionen zu okkludieren und freizusetzen, dazu gebracht wird, Lithiumionen zu okkludieren, eine nicht-wässrige elektrolytische Lösung, die ein Lithiumsalz als geöste Subtsanz enthält, einschließt und ein Verhalten mit den Eigenschaften einer Lithiumionen-Sekundärbatterie und eines elektrischen Doppelschichtkondensators aufweist. Der Lithium-Ionen-Kondensator ist dadurch gekennzeichnet, dass er eine hohe Leistungsdichte und bessere Lebensdauereigenschaften aufweist als eine Lithiumionen-Sekundärbatterie und eine höhere Energiedichte als ein elektrischer Doppelschichtkondensator aufweist. Der Lithium-Ionen-Kondensator ist für Hochleistungsanwendungen geeignet, für die eine Lithiumionen-Sekundärbatterie nicht geeignet ist, und soll in einer Energiequelle eines Hybridfahrzeugs usw. verwendet wird.
  • Patentliteratur 6 führt aus, dass in einem Lithium-Ionen-Kondensator, in dem vor dem Laden Lithiumionen zuvor in einer negativen Elektrode und/oder einer positiven Elektrode dotiert werden, so dass das Potential der positiven Elektrode und der negativen Elektrode, nachdem die positive Elektrode und die negative Elektrode kurzgeschlossen wurden, gleich oder niedriger als 2,0 V ist, ein Aktivmaterial für eine negative Elektrode aus einem Carbid eines leicht graphitierbaren Kohlenstoffvorläufers gebildet ist, wodurch die Kapazität und Energiedichte erhöht werden.
  • Außerdem führt aus Patentliteratur 7, dass sowohl der Stromkollektor einer positiven Elektrode als auch der Stromkollektor einer negativen Elektrode Poren aufweist, die deren Vorder- und Rückseite durchdringen, die sich gegenüberstehende Fläche einer Lithium-Ionen-Quelle und der negativen Elektrode gleich oder größer als 75% der Fläche der negativen Elektrode und weniger als 100% der Fläche der negativen Elektrode ist und es ermöglicht wird, die negative Elektrode mit Lithiumionen zu dotieren, ohne die Lithium-Ionen-Quelle innerhalb der Zelle zu lassen, wodurch die Sicherheit und die Qualität eines Lithium-Ionen-Kondensators erhöht werden.
  • Patentliteratur 8 führt aus, dass eine vliesstoffartige Nickel-Chrom-Legierung mit einem Porositätsgrad von 80 bis 97% als Stromkollektor für eine positive Elektrode eines Lithium-Ionen-Kondensators verwendet wird.
  • Darüber hinaus wurde auf verschiedenen Gebieten hinsichtlich Lithiumionen-Sekundärbatterien ausgiebig Forschung betrieben, da Lithiumionen-Sekundärbatterien eine hohe Energiedichte aufweisen können. Patentliteratur 5 führt aus, dass ein poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk als Stromkollektor für eine Lithiumionen-Sekundärbatterie verwendet wird.
  • Wie oben beschrieben, weist eine Elektrode, die unter Verwendung eines porösen Metallkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk als Stromkollektor für eine Elektrode und durch Füllen der Poren des porösen Körpers mit einem Aktivmaterial erhalten wird, eine vergrößerte Kontaktfläche des Stromkollektors und des Aktivmaterials auf und ermöglicht auf diese Weise, dass der Innenwiderstand der Batterie verringert wird, um die Effizienz der Batterie zu verbessern. Eine weitere Verringerung des Innenwiderstands ist allerdings wünschenswert.
  • ZITATLISTE
  • [PATENTLITERATUR]
    • Patentliteratur 1: japanische Offenlegungsschrift Nr. 11-274012
    • Patentliteratur 2: japanische Offenlegungsschrift Nr. 09-232190
    • Patentliteratur 3: japanische Offenlegungsschrift Nr. 11-150042
    • Patentliteratur 4: japanische Offenlegungsschrift Nr. 2010-10364
    • Patentliteratur 5: Internationale Veröffentlichung WO 98/033227
    • Patentliteratur 6: japanische Offenlegungsschrift Nr. 2006-303118
    • Patentliteratur 7: japanische Offenlegungsschrift Nr. 2006-286919
    • Patentliteratur 8: japanische Offenlegungsschrift Nr. 2011-181972
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • [TECHNISCHE AUFGABE]
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Elektrodenmaterial bereitzustellen, das in einem elektrischen Doppelschichtkondensator, einem Lithium-Ionen-Kondensator und einer Lithiumionen-Sekundärbatterie verwendet werden kann und einen verringerten Innenwiderstand aufweist, um die Leistung eines elektrischen Doppelschichtkondensators, eines Lithium-Ionen-Kondensators und einer Lithiumionen-Sekundärbatterie zu verbessern.
  • LÖSUNG DER AUFGABE
    • (1) Elektrodenmaterial, in dem ein Metall in die Poren in einem Oberflächenbereich an einer Oberfläche eines Pulver-Formkörpers, der mindestens ein Aktivmaterialpulver enthält, eingebracht ist und ein Metallfilm auf der einen Oberfläche gebildet ist.
    • (2) Elektrodenmaterial gemäß (1), wobei das Metall in den Poren und der Metallfilm auf der einen Oberfläche mittels Durchführung einer Plattierungsbehandlung an dem Pulver-Formkörper gebildet sind.
    • (3) Elektrischer Doppelschichtkondensator, umfassend eine positive Elektrode, eine negative Elektrode, einen zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode befindlichen Separator und eine elektrolytische Lösung, wobei sowohl die positive Elektrode als auch die negative Elektrode aus dem Elektrodenmaterial gemäß Anspruch 1 oder 2 zusammengesetzt ist, worin Aktivkohle als Aktivmaterialpulver verwendet wird.
    • (4) Elektrischer Doppelschichtkondensator gemäß (3), wobei das Metall sowohl in der positiven Elektrode als auch in der negativen Elektrode Aluminium ist.
    • (5) Lithium-Ionen-Kondensator, umfassend eine positive Elektrode, eine negative Elektrode, einen zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode befindlichen Separator und eine elektrolytische Lösung, wobei die positive Elektrode aus dem Elektrodenmaterial gemäß (1) oder (2) zusammengesetzt ist, worin Aktivkohle als Aktivmaterialpulver verwendet wird, und die negative Elektrode aus dem Elektrodenmaterial gemäß Anspruch 1 oder 2 zusammengesetzt ist, worin ein Material als Aktivmaterialpulver verwendet wird, das zum Okkludieren und Freisetzen von Lithiumionen geeignet ist.
    • (6) Lithium-Ionen-Kondensator gemäß (5), wobei das Aktivmaterial der negativen Elektrode im Voraus dazu veranlasst wird, Lithiumionen zu okkludieren.
    • (7) Lithium-Ionen-Kondensator gemäß (5) oder (6), wobei das Metall der positiven Elektrode Aluminium ist und das Metall der negativen Elektrode Kupfer ist.
    • (8) Lithium-Sekundärbatterie, umfassend eine positive Elektrode, eine negative Elektrode, ein zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode befindlicher Separator und eine elektrolytische Lösung, wobei sowohl die positive Elektrode als auch die negative Elektrode aus dem Elektrodenmaterial gemäß (1) oder (2) zusammengesetzt ist, worin ein Material als Aktivmaterialpulver verwendet wird, das in der Lage ist, Lithiumionen zu okkludieren und freizusetzen.
    • (9) Lithiumionensekundärbatterie gemäß (8), wobei das Metall der positiven Elektrode Aluminium ist und das Metall der negativen Elektrode Kupfer ist.
    • (10) Lithiumsekundärbatterie gemäß (8), wobei sowohl das Metall in der positiven Elektrode als auch das Metall in der negativen Elektrode Aluminium ist.
  • VORTEILHAFTE ERFINDUNGSGEMÄSSE WIRKUNGEN
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Innenwiderstand zu reduzieren, und auf diese Weise ist es möglich, die Leistung zu verbessern.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Graphik, die eine Grundkonfiguration eines Kondensators zeigt.
  • 2 ist eine Graphik, die schematisch einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Elektrodenmaterials zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Eine Elektrode, die durch Verwendung eines porösen Metallkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk als Stromkollektor und Füllen der Poren des porösen Körpers mit einem Aktivmaterial für eine Elektrode (nachfolgend als „Aktivmaterial” bezeichnet) erhalten wird, weist eine erhöhte Kontaktfläche zwischen dem Stromkollektor und dem Aktivmaterial auf, und ermöglicht auf diese Weise, dass der Innenwiderstand verringert wird, so dass die Leistung verbessert wird. Außerdem wird die Umwälzung der elektrolytischen Lösung verbessert, so dass es möglich ist, eine Stromkonzentration zu verhindern und die Zuverlässigkeit eines Kondensators und einer Batterie zu verbessern.
  • Der poröse Metallkörper mit dreidimensionalem Netzwerk wird allerdings beispielsweise durch Verwendung eines Urethanschaums als Basismaterial, Bilden eines Metallfilms auf seiner Oberfläche und anschließende Entfernung des Basismaterials erhalten. Als Urethanschaum wird gewöhnlich ein Urethanschaum mit einem Zellendurchmesser von 400 bis 500 μm verwendet. Daher liegen die Durchmesser der Zellen, die durch das Skelett eines porösen Metalls gebildet werden, das durch Bildung eines Metallfilms auf der Oberfläche des Urethanschaums gebildet wird, ebenso bei etwa 400 bis 500 μm.
  • Das in den Zellen des porösen metallischen Körpers eingebrachte Aktivmaterial weist einen Partikeldurchmesser von 20 μm oder kleiner auf, so dass eine große Anzahl von Partikeln eines Aktivmaterials in einer einzigen Zelle eingebracht sind und der Abstand zwischen dem Skelett der Zelle und den Partikeln aus dem Aktivmaterial im Zentrum der Zelle und in der Nähe davon groß ist. Der Innenwiderstand wird daher erhöht, und die Leistung wird nicht verbessert.
  • Die Gegenwart einer Leithilfe, wie Acetylen-Ruß, in den Zellen zusammen mit dem Aktivmaterial ermöglicht, dass der Innenwiderstand verringert wird, der Effekt ist jedoch nicht ausreichend.
  • Das erfindungsgemäße Elektrodenmaterial löst die oben beschriebenen Aufgaben, indem kein poröser Metallkörper mit dreidimensionalem Netzwerk verwendet wird. In dem erfindungsgemäßen Elektrodenmaterial wird eine Plattierungsbehandlung auf einem Pulver-Formkörper als Basismaterial durchgeführt, der mindestens ein Aktivmaterialpulver enthält, wodurch ein Metall in die Poren in einem Oberflächenbereich an einer Oberfläche des Pulver-Formkörpers eingebracht wird und ein Metallfilm mit einer vorbestimmten Dicke auf der einen Oberfläche des Pulver-Formkörpers gebildet wird, und der Metallfilm wird als Stromkollektor verwendet, wodurch der elektrische Kontakt zwischen dem Stromkollektor und dem Aktivmaterial verbessert wird, und auf diese Weise ist es möglich, den Innenwiderstand zu verringern.
  • Da das erfindungsgemäße Elektrodenmaterial keinen porösen Metallkörper mit dreidimensionalem Netzwerk verwendet, ist es außerdem möglich, die Materialkosten zu reduzieren, und da es möglich ist, den Stromkollektor mit einer Elektrode zu integrieren, ist es möglich, die Kosten für den Zusammenbau einer Batterie zu reduzieren.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung hauptsächlich mit einem Elektrodenmaterial für einen elektrischen Doppelschichtkondensator und einem Elektrodenmaterial für einen Lithium-Ionen-Kondensator als Beispiele beschrieben. Es sollte erwähnt werden, dass sich bei einer Lithiumionen-Sekundärbatterie lediglich das Aktivmaterial eines Elektrodenmaterials unterscheidet und dass als Verfahren zur Herstellung des Elektrodenmaterials das unten beschriebene Verfahren zur Herstellung des Elektrodenmaterials für einen elektrischen Doppelschichtkondensator und des Elektrodenmaterials für einen Lithium-Ionen-Kondensator verwendet werden kann.
  • Nachfolgend wird ein elektrischer Doppelschichtkondensator auch als „EDLC” bezeichnet, und ein Lithium-Ionen-Kondensator wird auch als „LIC” bezeichnet.
  • [Elektrischer Doppelschichtkondensator]
  • (Struktur des elektrischen Doppelschichtkondensators)
  • 1 zeigt eine Grundkonfiguration eines elektrischen Doppelschichtkondensators (dieselbe gilt für einen Lithium-Ionen-Kondensator).
  • Eine positive Elektrode 1 und eine negative Elektrode 2, von denen jede ein Elektrodenmaterial ist, das ein Aktivmaterial enthält, sind in einer organischen elektrolytischen Lösung 4 gelagert, die mit einem Separator 3 unterteilt ist. Die positive Elektrode 1 ist mit einer Anschlussleitung 6 verbunden, die negative Elektrode 2 ist mit einer Anschlussleitung 7 verbunden, und alle Komponenten sind in einem Gehäuse 5 untergebracht.
  • In dem elektrischen Doppelschichtkondensator wird Aktivkohle als Aktivmaterial der positiven Elektrode und Aktivmaterial der negativen Elektrode verwendet. Außerdem wird als zu plattierendes Metall Al vorzugsweise sowohl für die positive Elektrode als auch für die negative Elektrode verwendet.
  • Nachfolgend werden das Elektrodenmaterial und der elektrische Doppelschichtkondensator gemäß der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.
  • (Aktivmaterial)
  • Als Aktivmaterial der jeweiligen Elektroden für den elektrischen Doppelschichtkondensator wird sowohl für die positive Elektrode als auch für die negative Elektrode Aktivkohle verwendet.
  • Als Aktivkohle kann kommerziell erhältliche Aktivkohle für einen elektrischen Doppelschichtkondensator verwendet werden.
  • Beispiele für das Material der Aktivkohle schließen Holz, Palmenschale, Aufschlussablauge, Kohle- und Erdöl-Schweröl oder Kohle- und Petrolpeche, die durch deren thermische Zersetzung erhalten werden, und weitere Harze, wie z. B. ein Phenolharz, ein. Das obige Material wird gewöhnlich aktiviert, nachdem es karbonisiert wurde, und Beispiele für ein Aktivierungsverfahren schließen ein Gasaktivierungsverfahren und ein chemisches Aktivierungsverfahren ein. Das Gasaktivierungsverfahren ist ein Verfahren zum Erhalten von Aktivkohle durch Herbeiführen einer katalytischen Reaktion mit Wasserdampf, Kohlendioxidgas, Sauerstoff oder dergleichen bei einer hohen Temperatur. Das chemische Aktivierungsverfahren ist ein Verfahren zum Erhalten von Aktivkohle durch Imprägnieren des Materials mit einer bekannten Aktivierungschemikalie und Erhitzen des Materials in einer Inertgasatmosphäre, um Dehydrations- und Oxidationsreaktionen der Aktivierungschemikalie herbeizuführen. Beispiele für die Aktivierungschemikalie schließen Zinkchlorid und Natriumhydroxid ein.
  • Der Partikeldurchmesser der Aktivkohle ist nicht beschränkt, ist jedoch vorzugsweise nicht größer als etwa 20 μm. Die spezifische Oberfläche der Aktivkohle ist ebenso nicht beschränkt, beträgt jedoch vorzugsweise etwa 800 bis 3000 m2/g. Wenn der Partikeldurchmesser und die spezifische Oberfläche innerhalb dieser Bereiche liegen, ist es möglich, die Kapazität des Kondensators zu erhöhen und es ist möglich, den Innenwiderstand des Kondensators zu verringern.
  • (Leithilfe)
  • Das Elektrodenmaterial kann je nach Bedarf eine Leithilfe enthalten.
  • Die Leithilfe ist nicht beschränkt, und eine bekannte oder kommerziell erhältliche Leithilfe kann verwendet werden. Beispiele für die Leithilfe schließen Acetylen-Ruß, Ketjen-Ruß, Kohlenstofffasern, natürlicher Graphit (flockiger Graphit, erdiger Graphit, usw.), künstlicher Graphit und Rutheniumoxid ein. Unter diesen werden Acetylen-Ruß, Ketjen-Ruß, Kohlenstofffasern usw. bevorzugt. Auf diese Weise ist es möglich, die Leitfähigkeitseigenschaften des Kondensators zu verbessern. Die Menge an Leithilfe ist nicht beschränkt, jedoch beträgt die Menge an Leithilfe pro 100 Gewichtsteile Aktivkohle vorzugsweise etwa 0,1 bis 10 Gewichtsteile und besonders bevorzugt 0,2 bis 5 Gewichtsteile. Wenn die Menge an Leithilfe 10 Gewichtsteile übersteigt, besteht die Befürchtung, dass die Kapazität abnimmt.
  • (Bindemittel)
  • Das Bindemittel ist nicht beschränkt, und ein bekanntes oder kommerziell erhältliches Bindemittel kann verwendet werden. Beispiele für das Bindemittel schließen Polyvinylidenfluorid, Polytetrafluorethylen, Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylchlorid, Polyolefin, Styrol-Butadien-Kautschuk, Polyvinylalkohol und Carboxymethylcellulose ein.
  • Die Bindemittelmenge ist nicht beschränkt, jedoch beträgt die Bindemittelmenge pro 100 Gewichtsteile Aktivkohle vorzugsweise 0,2 bis 10 Gewichtsteile und besonders bevorzugt 0,5 bis 5 Gewichtsteile. Wenn die Bindemittelmenge innerhalb dieses Bereichs liegt, ist es möglich, die Bindungsfestigkeit zu erhöhen, während eine Zunahme des elektrischen Widerstands und eine Abnahme der Entladekapazität verhindert werden.
  • (Formen des Aktivmaterial-haltigen Pulver-Formkörpers)
  • – Formmischung –
  • Das erfindungsgemäße Elektrodenmaterial wird erhalten, indem eine Plattierungsbehandlung an dem Pulver-Formkörper vorgenommen wird, der das Aktivmaterial enthält.
  • Dafür wird zunächst eine Formmischung zur Herstellung des Pulver-Formkörpers hergestellt, die das Aktivmaterial enthält.
  • Zur Herstellung des Pulver-Formkörpers werden eine Leithilfe und ein Bindemittel je nach Bedarf zu dem Aktivmaterial hinzugefügt, und ein organisches Lösungsmittel oder Wasser werden mit dieser Mischung gemischt, um eine Formmischung herzustellen.
  • Beispiele für das organische Lösungsmittel, das zur Herstellung der Formmischung verwendet wird, schließen n-Hexan, Cyclohexan, Heptan, Toluol, Xylol, Trimethylbenzol, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, Propylencarbonat, Ethylencarbonat, Butylencarbonat, Vinylencarbonat, Vinylethylencarbonat, Tetrahydrofuran, 1,4-Dioxan, 1,3-Dioxolan, Ethylenglykol und N-Methyl-2-pyrrolidon ein. Wenn Wasser als Lösungsmittel verwendet wird, kann außerdem ein Tensid zur Erhöhung der Füllleistung verwendet werden.
  • Das Bindemittel kann bei der Bildung der Formmischung zusammen mit einem Lösungsmittel beigemengt werden, jedoch kann das Bindemittel auch vorher in dem Lösungsmittel dispergiert oder gelöst werden. Zum Beispiel kann ein Bindemittel auf Wasserbasis, eine wässrige Fluorharzdispersion, die durch Dispergieren eines Fluorharzes in Wasser erhalten wird, eine wässrige Carboxymethylcelluloselösung, eine NMP-Lösung aus PVDF, die gewöhnlich verwendet wird, wenn eine Metallfolie als Stromkollektor verwendet wird, oder dergleichen verwendet werden.
  • – Formen –
  • Die Formmischung wird zu einer Blattform mittels Formpressen, Extrusionsformen oder dergleichen geformt, und dann wird das Lösungsmittel entfernt, um einen Pulver-Formkörper herzustellen. Je nach Bedarf kann eine Wärmebehandlung durchgeführt werden. Mittels Durchführung der Wärmebehandlung wird das Bindemittel geschmolzen und die Festigkeit des Pulver-Formkörpers erhöht. Außerdem kann ein Pulver-Formkörper auch durch ein Verfahren erhalten werden, in dem eine Aufschlämmung aus der Formmischung auf ein Basisblatt aufgetragen wird, eine Wärmebehandlung durchgeführt wird und dann das Basisblatt abgelöst wird.
  • Die Temperatur der Wärmebehandlung ist nicht niedriger als 80°C und vorzugsweise 100°C bis 200°C.
  • Der Druck bei der Wärmebehandlung kann Normaldruck sein oder auch reduziert werden, jedoch wird die Wärmebehandlung vorzugsweise unter reduziertem Druck durchgeführt. Wenn die Wärmebehandlung bei reduziertem Druck durchgeführt wird, ist der Druck beispielsweise nicht höher als 1000 Pa und vorzugsweise 1 bis 500 Pa.
  • Die Dauer der Wärmebehandlung wird in geeigneter Weise anhand der Erwärmungsatmosphäre, des Drucks oder dergleichen bestimmt, beträgt jedoch im Allgemeinen 1 bis 20 Stunden, vorzugsweise 5 bis 15 Stunden.
  • (Herstellung des Elektrodenmaterials)
  • Der oben erhaltene Pulver-Formkörper wird als Basismaterial verwendet, und eine Plattierungsbehandlung wird auf dem Pulver-Formkörper durchgeführt.
  • 2 zeigt schematisch einen Querschnitt einer Elektrode 20, die mittels Durchführung einer Plattierungsbehandlung auf einem Pulver-Formkörper erhalten wurde, der ein Aktivmaterial 21 enthält. Indem die Plattierungsbehandlung durchgeführt wird, wird ein Metall 22 in die Poren eines Oberflächenbereichs an einer Oberfläche des Pulver-Formkörpers eingebracht, und außerdem wird ein Metallfilm 23 auf der einen Oberfläche des Pulver-Formkörpers gebildet, wodurch eine positive Elektrode oder eine negative Elektrode hergestellt wird.
  • Wenn der Metallfilm 23 auf der Oberfläche des Pulver-Formkörpers so ausgebildet ist, dass er eine gewisse Filmdicke aufweist, fungiert der Metallfilm 23 als Stromkollektor.
  • Zu diesem Zeitpunkt ist es notwendig, lediglich eine Oberfläche des Pulver-Formkörpers zu plattieren. Dafür ist ein Verfahren, in dem eine Anode zur Plattierung lediglich auf einer Seite angebracht ist, wo die Plattierung gewünscht wird, und die Plattierung ohne Rühren der Plattierungsflüssigkeit durchgeführt wird, oder ein Verfahren, in dem eine Seite des Pulver-Formkörpers, wo die Plattierung nicht erwünscht ist, je nach Bedarf versiegelt wird, effektiv. Ein Film aus einem Metall, das von Aluminium verschieden ist, kann durch ein allgemeines wasserbasiertes Plattierungsverfahren hergestellt werden. Es ist allerdings schwierig, einen Film aus Aluminium durch ein wasserbasiertes Plattierungsverfahren herzustellen, und ein Film aus Aluminium kann unter Verwendung eines Plattierungsverfahrens gebildet werden, das ein Schmelzsalzbad verwendet, wie in der internationalen Veröffentlichung WO 2011/118460 beschrieben wird.
  • Nachfolgend wird die Schmelzsalzplattierung beschrieben.
  • (Schmelzsalzplattierung)
  • Ein Gleichstrom wird in einem Schmelzsalz mit dem Pulver-Formkörper als Kathode und Aluminium mit einer Reinheit von 99,0% als Anode angelegt. Als Schmelzsalz kann ein organisches Schmelzsalz, das ein eutektisches Schmelzsalz eines organischen Halogenids und eines Aluminiumhalogenids ist, oder ein anorganisches Schmelzsalz verwendet werden, das ein eutektisches Salz eines Alkalimetallhalogenids und eines Aluminiumhalogenids ist. Die Verwendung eines organischen Schmelzsalzbades, das bei relativ niedrigen Temperaturen schmilzt, wird bevorzugt, da keine Zersetzung des Bindemittelharzes, das in dem Pulver-Formkörper eingeschlossen ist, verursacht wird. Als organisches Halogenid können ein Imidazoliumsalz, ein Pyridiniumsalz oder dergleichen verwendet werden, und insbesondere werden 1-Ethyl-3-methylimidazoliumchlorid (EMIC) und Butylpyridiniumchlorid (BPC) bevorzugt.
  • Die Verunreinigung des Schmelzsalzes mit Wasser oder Sauerstoff verursacht die Zersetzung des Schmelzsalzes, und daher wird die Plattierung vorzugsweise in einer Inertgasatmosphäre, wie Stickstoff oder Argon, und in einer abgeschlossenen Umgebung durchgeführt.
  • Als Schmelzsalzbad werden stickstoffhaltige Schmelzsalzbäder bevorzugt, und unter diesen wird ein Imidazoliumsalzbad bevorzugt verwendet. Das Imidazoliumsalzbad wird bevorzugt, da es ermöglicht, die Plattierung bei einer relativ niedrigen Temperatur durchzuführen. Als Imidazoliumsalz wird vorzugsweise ein Salz verwendet, das ein Imidazoliumkation mit Alkylgruppen an den 1,3-Positionen enthält, und besonders bevorzugt wird ein Aluminiumchlorid + 1-Ethyl-3-methylimidazoliumchlorid(AlCl3 + EMIC)-basiertes Schmelzsalz verwendet, da es eine hohe Stabilität aufweist, und es unwahrscheinlich ist, das es sich zersetzt. Die Temperatur des Schmelzsalzbades beträgt 10°C bis 60°C und vorzugsweise 25°C bis 45°C. Mit einer Abnahme der Temperatur verengt sich der Stromdichtebereich, in dem Plattierung möglich ist, und eine Plattierung wird schwierig. Wenn die Temperatur 60°C übersteigt, besteht die Möglichkeit, dass sich das Bindemittelharz in dem Pulver-Formkörper zersetzt. Die Temperatur ist daher vorzugsweise nicht höher als 60°C.
  • (Separator)
  • Als Separator kann ein bekannter oder kommerziell erhältlicher Separator verwendet werden. Zum Beispiel wird eine isolierende Folie, die aus Polyolefin, Polyethylenterephthalat, Polyamid, Polyimid, Cellulose, Glasfasern oder dergleichen gebildet wird, bevorzugt. Der durchschnittliche Porendurchmesser des Separators ist nicht besonders beschränkt und beträgt im Allgemeinen etwa 0,01 bis 5 μm, und die durchschnittliche Dicke des Separators beträgt im Allgemeinen etwa 10 bis 150 μm.
  • (Elektrolytische Lösung)
  • Als elektrolytische Lösung kann eine bekannte oder kommerziell erhältliche elektrolytische Lösung verwendet werden, und es können sowohl eine nicht-wässrige elektrolytische Lösung als auch eine wässrige elektrolytische Lösung verwendet werden. Beispiele für die nicht-wässrige elektrolytische Lösung schließen eine Propylencarbonatlösung mit darin gelöstem Tetraalkylphosphoniumtetrafluorborat, eine Propylencarbonatlösung oder eine Sulfolanlösung mit darin gelöstem Tetraalkylammoniumtetrafluorborat und eine Propylencarbonatlösung mit darin gelöstem Triethylammoniumtetrafluorborat ein. Beispiele für die wässrige elektrolytische Lösung schließen alkalische wässrige Lösungen, wie eine wässrige Kaliumhydroxidlösung und eine wässrige Natriumhydroxidlösung, ein. Unter diesen wird in der vorliegenden Erfindung eine nicht-wässrige elektrolytische Lösung bevorzugt. Wenn eine solche elektrolytische Lösung verwendet wird, ist es möglich, die Kapazität zu erhöhen.
  • (Herstellung des elektrischen Doppelschichtkondensators)
  • Der Separator wird zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode gelagert, die mittels Durchführung der Plattierungsbehandlung erhalten werden, und die positive Elektrode, die negative Elektrode und der Separator werden unter Erhalt des erfindungsgemäßen elektrischen Doppelschichtkondensators mit der elektrolytischen Lösung imprägniert.
  • [Lithium-Ionen-Kondensator]
  • (Struktur des Lithium-Ionen-Kondensators)
  • Der erfindungsgemäße Lithium-Ionen-Kondensator wird erhalten, indem ein Separator zwischen einem Paar von Elektrodenmaterialien gelagert wird, das aus einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode zusammengesetzt ist, und die Elektrodenmaterialien und der Separator ferner mit einer elektrolytischen Lösung imprägniert werden.
  • (Aktivmaterial für die positive Elektrode)
  • Als Aktivmaterial für die positive Elektrode für einen Lithium-Ionen-Kondensator kann Aktivkohle verwendet werden, die dieselbe ist, wie die, die als Aktivmaterial für jede der Elektroden für den elektrischen Doppelschichtkondensator verwendet wurde.
  • (Aktivmaterial für die negative Elektrode)
  • Als Aktivmaterial für die negative Elektrode kann ein Aktivmaterial für die negative Elektrode verwendet werden, das als Hauptkomponente ein Metall enthält, das in der Lage ist, Lithiumionen zu okkludieren und freizusetzen (z. B. Graphit, Lithiumtitanoxid (Li4Ti5O12)). Aluminium wird als Plattierungsmetall für die positive Elektrode verwendet, Kupfer wird als Plattierungsmetall für die negative Elektrode verwendet, und es wird veranlasst, dass das Aktivmaterial der negativen Elektrode Lithiumionen okkludiert, wodurch das Potential der negativen Elektrode verringert wird und es möglich ist, die Zellspannung zu erhöhen. Die Energie eines Kondensators ist proportional zum Quadrat der Spannung, und daher kann ein Kondensator mit einer hohen Energie erhalten werden.
  • Beispiele für ein Verfahren, um herbeizuführen, dass das Aktivmaterial der negativen Elektrode Lithium okkludiert, schließen ein Verfahren, in dem die negative Elektrode in eine elektrolytische Lösung in einem Zustand getaucht wird, in dem sie mit einer erforderlichen Menge an Lithiummetall in Kontakt steht und zum Okkludieren von Lithiumionen erhitzt wird, und Verfahren ein, in dem die negative Elektrode und ein Lithiummetall über einen Separator einander gegenüber gestellt werden und eine Aufladung mit einem konstanten Strom in der elektrolytischen Lösung zur Okkludierung von Lithiumionen durchgeführt wird.
  • In der vorliegenden Erfindung werden Lithiumionen als elektrische Ladung mittels einer nicht-wässrigen elektrolytischen Lösung verwendet, die ein Lithiumsalz enthält, und daher besteht das Risiko eines Dendrit-Wachstums oder Kurzschlusses aufgrund der Abscheidung von Lithium. Was die Menge an durch die negative Elektrode okkludierten Lithiumionen betrifft, so muss die Summe aus der Menge an zuvor okkludierten Lithiumionen und der Menge an Lithiumionen als Ladungsträger gleich oder kleiner sein als die durch die negative Elektrode okkludierbaren Menge.
  • (Leithilfe)
  • Sowohl die positive Elektrode als auch die negative Elektrode kann je nach Bedarf eine Leithilfe enthalten.
  • Als Leithilfe kann eine Leithilfe verwendet werden, die dieselbe ist wie die, welche für den elektrischen Doppelschichtkondensator beschrieben wurde.
  • (Bindemittel)
  • Als Bindemittel kann dasselbe verwendet werden, wie das, welches für den elektrischen Doppelschichtkondensator beschrieben wurde.
  • (Formen des Pulver-Formkörpers für die positive Elektrode und des Pulver-Formkörpers für die negative Elektrode, die das Aktivmaterial enthalten)
  • Ein Pulver-Formkörper für die positive Elektrode des Lithium-Ionen-Kondensators und ein Pulver-Formkörper für die negative Elektrode des Lithium-Ionen-Kondensators können in derselben Weise geformt werden wie für die Herstellung des Elektrodenmaterials für den elektrischen Doppelschichtkondensator beschrieben wurde.
  • (Herstellung des Elektrodenmaterials)
  • Die positive Elektrode und die negative Elektrode des Lithium-Ionen-Kondensators können hergestellt werden, indem eine Plattierungsbehandlung an dem oben erhaltenen Pulver-Formkörper für die positive Elektrode und dem oben erhaltenen Pulver-Formkörper für die negative Elektrode in derselben Weise durchgeführt wird wie für die Herstellung des Elektrodenmaterials für den elektrischen Doppelschichtkondensator beschrieben wurde.
  • (Separator)
  • Als Separator kann ein Separator verwendet werden, der derselbe ist wie der, welcher für den elektrischen Doppelschichtkondensator beschrieben wurde.
  • (Elektrolytische Lösung)
  • Als elektrolytische Lösung für die negative Elektrode kann eine elektrolytische Lösung verwendet werden, die durch Lösen eines Lithiumsalzes, das zum Laden und Entladen benötigt wird, in einem organischen Lösungsmittel erhalten wird.
  • Zum Beispiel können LiClO4, LiBF4, LiPF6 oder dergleichen als Lithiumsalz verwendet werden. Jedes von diesen kann einzeln verwendet werden, oder zwei oder mehr von diesen können gemischt und verwendet werden.
  • Als Lösungsmittel, in dem das Lithiumsalz gelöst wird, kann z. B. eines oder mehrere Lösungsmittel ausgewählt aus Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Butylencarbonat, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat und Ethylmethylcarbonat bevorzugt verwendet werden.
  • Besonders bevorzugt wird LiPF6 als Lithiumsalz verwendet und ein Lösungsgemisch aus Ethylencarbonat und Diethylcarbonat als Lösungsmittel verwendet. In diesem Fall wird die Ionenleitfähigkeit der elektrolytischen Lösung erhöht, und es ist möglich, den Innenwiderstand des Kondensators zu verringern.
  • (Herstellung des Lithium-Ionen-Kondensators)
  • Der erfindungsgemäße Lithium-Ionen-Kondensator wird erhalten durch Einfügen des Separators zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode, die mittels Durchführung der Plattierungsbehandlung erhalten werden, und Imprägnieren der positiven Elektrode, der negativen Elektrode und des Separators mit der elektrolytischen Lösung.
  • BEISPIELE
  • Nachfolgend werden Beispiele für das Elektrodenmaterial für die erfindungsgemäße Lithiumionen-Sekundärbatterie beschrieben. Diese Beispiele sind allerdings veranschaulichend, die vorliegende Erfindung wird durch diese Beispiele in keiner Weise beschränkt, der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch den Umfang der Ansprüche definiert, und alle Modifikationen, die innerhalb des Umfangs der Ansprüche fallen, und Äquivalente davon sind darin eingeschlossen.
  • [Beispiel 1]
  • (Herstellung einer positiven Elektrode 1 für einen EDLC)
  • – Herstellung des Pulver-Formkörpers für eine positive Elektrode –
  • Zu einer Mischung, die 80 Masse-% Aktivkohlepulver (spezifische Oberfläche: etwa 2200 m2/g, durchschnittlicher Partikeldurchmesser: etwa 6 μm), 10 Masse-% Ketjen-Ruß als Leithilfe und 10 Masse-% PTFE wurde Ethanol hinzugefügt, und die Mischung wurde geknetet und zu einem Blatt mit einer Breite von 10 cm, einer Länge von 10 cm und einer Dicke von 1,2 mm gewalzt. Als Nächstes wurde das Blatt bei 200°C für 2 Stunden unter Erhalt eines „Pulver-Formkörpers 1 für eine positive Elektrode eines EDLC” getrocknet.
  • – Schmelzsalzplattierung –
  • Der oben erhaltene „Pulver-Formkörper 1 für eine positive Elektrode für einen EDLC” wurde als Arbeitsstück in eine Haltevorrichtung mit einer Stromzufuhrfunktion gesetzt. Dann wurde die Haltevorrichtung in eine Glovebox gestellt, deren Inneres unter einer Argonatmosphäre und bei geringer Feuchtigkeit (Taupunkt: –30°C oder niedriger) gehalten wurde, und in ein Schmelzsalz-Aluminiumplattierbad (33 mol% EMIC-67 mol% AlCl3) bei einer Temperatur von 40°C getaucht. Die Haltevorrichtung, in die das Arbeitsstück gesetzt wurde, wurde mit der Kathodenseite eines Gleichrichters verbunden, und eine Aluminiumplatte (Reinheit: 99,99%), bei der es um die Gegenelektrode handelte, wurde mit der Anodenseite des Gleichrichters verbunden. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Aluminiumplatte, bei der es um die Gegenelektrode handelte, lediglich an der Seite angebracht, wo die Plattierung gewünscht war, so dass eine Plattierung lediglich auf einer Oberfläche des „Pulver-Formkörpers 1 für die positive Elektrode des EDLC” gebildet wurde, und die Plattierung wurde ohne Rühren einer Plattierungsflüssigkeit durchgeführt.
  • Die Plattierung wurde durchgeführt, indem ein Gleichstrom mit einer Stromdichte von 3,6 A/dm2 für 90 Minuten unter Erhalt einer „positiven EDLC-Elektrode 1” angelegt wurde. Das Rühren des Plattierbades wurde mit einem Rührer unter Verwendung eines Teflon (eingetragene Handelsmarke)-Rotors durchgeführt.
  • Bei Betrachtung eines Querschnitts der erhaltenen „positiven EDLC-Elektrode 1” war Aluminiummetall in die Poren in einem Oberflächenbereich an der einen Oberfläche des Pulver-Formkörpers eingebracht, und ein Aluminiumfilm mit einer Filmdicke von 20 μm war auf der einen Oberfläche des Pulver-Formkörpers ausgebildet.
  • [Beispiel 2]
  • (Herstellung der negativen EDLC-Elektrode 1)
  • Eine „negative EDLC-Elektrode 1” wurde durch dasselbe Herstellungsverfahren wie für die „positive EDLC-Elektrode 1” hergestellt.
  • [Beispiel 3]
  • (Herstellung einer positiven LIC-Elektrode 1)
  • Eine „positive LIC-Elektrode 1” wurde durch dasselbe Herstellungsverfahren wie für die „positive EDLC-Elektrode 1” hergestellt.
  • Bei Betrachtung eines Querschnitts der erhaltenen „positiven LIC-Elektrode 1” war Aluminiummetall auf den Oberflächen des Aktivmaterials und des Festelektrolyten an der Seite beschichtet, wo sich die Aluminiumplatte befand, bei der es um die Gegenelektrode handelte, und ein Aluminiumfilm mit einer Filmdicke von 5 μm war auf der äußersten Oberfläche des Pulver-Formkörpers ausgebildet.
  • [Beispiel 4]
  • (Herstellung einer negativen LIC-Elektrode 1)
  • – Herstellung des Pulver-Formkörpers für die negative Elektrode –
  • Ein Graphitpulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 10 μm wurde als Aktivmaterial hergestellt, und das Graphitpulver wurde mit PTFE und Ketjen-Ruß (Leithilfe) bei einem prozentualen Masseverhältnis von 80:10:10 gemischt. Zu der Mischung wurde tropfenweise Ethanol hinzugefügt, um eine Pulvermischung für einen Pulver-Formkörper für eine negative Elektrode herzustellen. Die Pulvermischung wurde zu einem Blatt mit einer Breite von 10 cm, einer Länge von 10 cm und einer Dicke von 1,2 mm gewalzt. Als Nächstes wurde das Blatt unter Erhalt eines „Pulver-Formkörpers 1 für eine negative LIC-Elektrode” bei 200°C für 2 Stunden getrocknet.
  • – Kupferplattierung –
  • Der „Pulver-Formkörper 1 für eine negative LIC-Elektrode” wurde in ein bekanntes Kupfersulfat-Plattierbad getaucht, und eine Elektroplattierung wurde durchgeführt. In der Badzusammensetzung wurde Kupfersulfat auf 200 g/l eingestellt, und Schwefelsäure wurde auf 50 g/l eingestellt. Eine Kupferplatte, die Phosphor enthielt, wurde als Gegenelektrode verwendet. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Kupferplatte, bei der es um die Gegenelektrode handelte, lediglich an der Seite gelagert, wo die Plattierung gewünscht war, so dass eine Plattierung lediglich auf einer Oberfläche des „Pulver-Formkörpers 1 für eine negative LIC-Elektrode” gebildet wurde, und die Plattierung wurde ohne Rühren der Plattierungsflüssigkeit durchgeführt.
  • In der erhaltenen „negativen LIC-Elektrode 1” war Kupfer auf der Aktivkohle-Oberfläche an der Seite beschichtet, wo sich die Kupferplatte befand, bei der es sich um die Gegenelektrode handelte, und ein Aluminiumfilm mit einer Filmdicke von 5 μm war auf der äußersten Oberfläche des Pulver-Formkörpers ausgebildet.
  • [Beispiel 5]
  • (Herstellung eines elektrischen Doppelschichtkondensators 1”
  • Die „positive EDLC-Elektrode 1” und die „negative EDLC-Elektrode 1” wurden bei 180°C unter reduziertem Druck für 5 Stunden getrocknet. Sowohl die „positive EDLC-Elektrode 1” als auch die „negative EDLC-Elektrode 1” wurde zu 3 cm × 3 cm zugeschnitten, und ein Fahnenanschluss wurde damit verbunden. Die Oberflächen dieser Elektroden, auf denen kein Plattierungsfilm ausgebildet war, wurden einander gegenüber gestellt und ein aus Cellulose gebildeter Separator (Dicke: 40 μm, Dichte: 0,45 g/cm3, Porositätsgrad: 70%) wurde dazwischen gelagert. Als Nächstes wurde der Stapelkörper in einen Aluminiumlaminatbeutel gesetzt, und die Elektroden und der Separator wurden mit einer nicht-wässrigen elektrolytischen Lösung (Propylencarbonatlösung, die 1 mol/l darin gelöstes Tetraethylphosphoniumtetrafluorborat aufwies) imprägniert. Ferner wurde der Druck in der Zelle reduziert, und die Zelle wurde für einen Test zur Herstellung eines „elektrischen Doppelschichtkondensators 1” versiegelt. Die Nennspannung wurde auf 2,5 V gesetzt.
  • Insgesamt wurden zehn Doppelschichtkondensatoren mit denselben Spezifikationen durch dasselbe Verfahren hergestellt.
  • [Beispiel 6]
  • (Herstellung des Lithium-Ionen-Kondensators 1)
  • Die „positive LIC-Elektrode 1” und die „negative LIC-Elektrode 1” wurden bei 180°C unter reduziertem Druck für 5 Stunden getrocknet. Sowohl die „positive LIC-Elektrode 1” als auch die „negative LIC-Elektrode 1” wurde zu 3 cm × 3 cm zugeschnitten, und ein Fahnenanschluss wurde damit verbunden. Die Oberflächen dieser Elektroden, auf denen kein Plattierungsfilm ausgebildet war, wurden einander gegenüber gestellt und ein aus Cellulose gebildeter Separator (Dicke: 40 μm, Dichte: 0,45 g/cm3, Porositätsgrad: 70%) wurde dazwischen gelagert. Als Nächstes wurden die „negative LIC-Elektrode 1” und eine Lithiummetallfolie mit einer Dicke von 10 μm, die mit einem Fahnenanschluss verbunden war, einander gegenüber gestellt und ein aus Polyolefinharz gebildeter Separator (Dicke: 20 μm, Porositätsgrad: 50%) wurde dazwischen gelagert. Der Stapelkörper wurde in einen Aluminiumlaminatbeutel gesetzt, und eine nicht-wässrige elektrolytische Lösung (elektrolytische Lösung, die 1 mol/l darin gelöstes LiPF6 aufwies und erhalten wurde, indem Ethylencarbonat (EC) und Diethylcarbonat (DEC) bei einem Volumenverhältnis von 1:1 gemischt wurden) darin injiziert, um die Elektroden und den Separator mit der nicht-wässrigen elektrolytischen Lösung zu imprägnieren. Der Druck in der Zelle wurde reduziert, und die Zelle wurde zur Herstellung eines „Lithium-Ionen-Kondensators 1” für einen Test versiegelt.
  • Insgesamt wurden zehn Lithium-Ionen-Kondensatoren mit denselben Spezifikationen durch dasselbe Verfahren hergestellt.
  • [Vergleichsbeispiel 1]
  • Eine Aluminiumfolie (Dicke: 25 μm) wurde als Stromkollektor verwendet. Ein leitfähiges Haftmittel wurde auf einer Oberfläche des oben beschriebenen „Pulver-Formkörpers 1 für eine positive EDLC-Elektrode” und des oben beschriebenen „Pulver-Formkörpers 1 für eine negative EDLC-Elektrode” aufgetragen, und die Aluminiumfolie wurde an jeder Oberfläche unter Erhalt einer „positive EDLC-Elektrode 2” und einer „negative EDLC-Elektrode 2” angebracht.
  • Als Nächstes wurde ein „elektrischer Doppelschichtkondensator 2” in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, mit der Ausnahme, dass diese Elektroden verwendet wurden.
  • [Vergleichsbeispiel 2]
  • Eine Aluminiumfolie (Dicke: 25 μm) wurde als Stromkollektor für eine positive Elektrode verwendet, und eine Kupferfolie (Dicke: 25 μm) wurde als Stromkollektor für eine negative Elektrode verwendet. Die Aluminiumfolie und die Kupferfolie wurden an einer Oberfläche des oben beschriebenen „Pulver-Formkörpers 1 für eine positive LIC-Elektrode” bzw. einer Oberfläche des oben beschriebenen „Pulver-Formkörpers 1 für eine negative LIC-Elektrode” angebracht, indem ein leitfähiges Haftmittel verwendet wurde, um eine „positive LIC-Elektrode 2” und eine „negative LIC-Elektrode 2” zu erhalten.
  • Als Nächstes wurde ein „Lithium-Ionen-Kondensator 2” in derselben Weise wie in Beispiel 6 hergestellt, mit der Ausnahme, dass diese Elektroden verwendet wurden.
  • <Auswertung der Kapazität>
  • Die Kondensatoren und Lithium-Ionen-Kondensatoren der Beispiele 5 und 6 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 wurden bei 2 mA/cm2 für 2 Stunden geladen und bei 1 mA/cm2 entladen, und eine Anfangskapazität sowie der Bereich der Ladespannung/Betriebsspannung wurden untersucht. Deren Durchschnittswerte werden in Tabelle 1 gezeigt. [TABELLE 1]
    Kapazität (F) Ladespannung (V)
    Beispiel 5 13,2 2,5
    Beispiel 6 13,4 4
    Vergleichsbeispiel 1 7,5 2,5
    Vergleichsbeispiel 2 7,8 4
  • Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, weisen die Kondensatoren der Beispiele 5 und 6 eine höhere Kapazität auf als die Kondensatoren der Vergleichsbeispiele 1 und 2, die eine Al-Folie verwenden, und sind daher im Stande, ihre Energiedichte zu verbessern.
  • <Haltbarkeitstest>
  • Als Haltbarkeitstestverfahren wurde die Lade- und Entladezyklus-Charakteristik untersucht. Die Zykluscharakteristik ist ein wichtiger Index, der die Lebensdauer einer Zelle repräsentiert. Ein Lade- und Entladezyklus wurde 10.000 mal bei einer Atmosphärentemperatur von 45°C und einem konstanten Strom von 1 mA zwischen 0,5 und 3,0 V wiederholt, und nach den 10.000 Zyklen wurde eine Entladekapazität gemessen und zur Auswertung mit der Anfangskapazität verglichen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 dargestellt. [TABELLE 2]
    Kapazität (F)
    Anfang nach 10.000 Zyklen Aufrechterhaltungsanteil (%)
    Beispiel 5 13,2 12,5 94,7
    Beispiel 6 13,4 12,6 94,0
    Vergleichsbeispiel 1 7,5 6,9 92,0
    Vergleichsbeispiel 2 7,8 7,2 92,0
  • Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, war in den Kondensatoren der Beispiele 5 und 6 die Kapazitätsänderung selbst nach Ablauf der 10.000 Zyklen ähnlich gering wie bei den Vergleichsbeispielen 1 und 2. Es ist daher anzuerkennen, dass der erfindungsgemäße elektrische Doppelschichtkondensator eine hohe Kapazität aufweist und außerdem hinsichtlich der Lebensdauer ausgezeichnet ist.
  • Aufgrund des Obigen ist anzuerkennen, dass, wenn der erfindungsgemäße Stromkollektor in den jeweiligen Elektroden für einen Kondensator verwendet wird, es möglich ist, einen Kondensator bereitzustellen, der verglichen mit einem existierenden Kondensator eine ausgezeichnete Kapazität und Haltbarkeit aufweist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    positive Elektrode
    2
    negative Elektrode
    3
    Separator
    4
    organische elektrolytische Lösung
    5
    Gehäuse
    6
    Anschlussleitung
    7
    Anschlussleitung
    20
    Elektrode
    21
    Aktivmaterial
    22
    Metall
    23
    Metallfilm

Claims (10)

  1. Elektrodenmaterial, in dem ein Metall in die Poren in einem Oberflächenbereich an einer Oberfläche eines Pulver-Formkörpers, der mindestens ein Aktivmaterialpulver enthält, eingebracht ist und ein Metallfilm auf der einen Oberfläche gebildet ist.
  2. Elektrodenmaterial gemäß Anspruch 1, wobei das Metall in den Poren und der Metallfilm auf der einen Oberfläche mittels Durchführung einer Plattierungsbehandlung an dem Pulver-Formkörper gebildet sind.
  3. Elektrischer Doppelschichtkondensator, umfassend eine positive Elektrode, eine negative Elektrode, einen zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode befindlichen Separator und eine elektrolytische Lösung, wobei sowohl die positive Elektrode als auch die negative Elektrode aus dem Elektrodenmaterial gemäß Anspruch 1 oder 2 zusammengesetzt ist, worin Aktivkohle als Aktivmaterialpulver verwendet wird.
  4. Elektrischer Doppelschichtkondensator gemäß Anspruch 3, wobei das Metall sowohl in der positiven Elektrode als auch in der negativen Elektrode Aluminium ist.
  5. Lithium-Ionen-Kondensator, umfassend eine positive Elektrode, eine negative Elektrode, einen zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode befindlichen Separator und eine elektrolytische Lösung, wobei die positive Elektrode aus dem Elektrodenmaterial gemäß Anspruch 1 oder 2 zusammengesetzt ist, worin Aktivkohle als Aktivmaterialpulver verwendet wird, und die negative Elektrode aus dem Elektrodenmaterial gemäß Anspruch 1 oder 2 zusammengesetzt ist, worin ein Material als Aktivmaterialpulver verwendet wird, das zum Okkludieren und Freisetzen von Lithiumionen geeignet ist.
  6. Lithium-Ionen-Kondensator gemäß Anspruch 5, wobei das Aktivmaterial der negativen Elektrode im Voraus dazu veranlasst wird, Lithiumionen zu okkludieren.
  7. Lithium-Ionen-Kondensator gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei das Metall der positiven Elektrode Aluminium ist und das Metall der negativen Elektrode Kupfer ist.
  8. Lithium-Sekundärbatterie, umfassend eine positive Elektrode, eine negative Elektrode, einen zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode befindlicher Separator und eine elektrolytische Lösung, wobei sowohl die positive Elektrode als auch die negative Elektrode aus dem Elektrodenmaterial gemäß Anspruch 1 oder 2 zusammengesetzt ist, worin ein Material als Aktivmaterialpulver verwendet wird, das in der Lage ist, Lithiumionen zu okkludieren und freizusetzen.
  9. Lithiumsekundärbatterie gemäß Anspruch 8, wobei das Metall der positiven Elektrode Aluminium ist und das Metall der negativen Elektrode Kupfer ist.
  10. Lithiumsekundärbatterie gemäß Anspruch 8, wobei sowohl das Metall in der positiven Elektrode als auch das Metall in der negativen Elektrode Aluminium ist.
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