JP2003234249A - 電気化学蓄電デバイスおよびその製造方法 - Google Patents
電気化学蓄電デバイスおよびその製造方法Info
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- JP2003234249A JP2003234249A JP2002034384A JP2002034384A JP2003234249A JP 2003234249 A JP2003234249 A JP 2003234249A JP 2002034384 A JP2002034384 A JP 2002034384A JP 2002034384 A JP2002034384 A JP 2002034384A JP 2003234249 A JP2003234249 A JP 2003234249A
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- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
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- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 長寿命かつ高出力密度であり、さらにエネル
ギー密度の高い電気化学蓄電デバイスおよびその製造方
法を提供する。 【解決手段】 導電性ポリマー４が付着した粉体状炭素
材料３が集電体１の表面に埋め込まれ、粉体状炭素材料
３が導電性ポリマー膜４で被われている。集電体１の表
面において、粉体状炭素材料３が存在しない領域は絶縁
皮膜２で被われている。
ギー密度の高い電気化学蓄電デバイスおよびその製造方
法を提供する。 【解決手段】 導電性ポリマー４が付着した粉体状炭素
材料３が集電体１の表面に埋め込まれ、粉体状炭素材料
３が導電性ポリマー膜４で被われている。集電体１の表
面において、粉体状炭素材料３が存在しない領域は絶縁
皮膜２で被われている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気化学蓄電デバ
イスおよびその製造方法に関するものであり、詳しく
は、電気化学キャパシタおよびその製造方法に関する。
イスおよびその製造方法に関するものであり、詳しく
は、電気化学キャパシタおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】いわゆる電気化学蓄電デバイスとして、
電気二重層キャパシタと二次電池が広く利用されてい
る。この内、電気二重層キャパシタは、二次電池より長
寿命であって、高出力密度であるため、高い信頼性が要
求されるバックアップ電源等に使用されている。
電気二重層キャパシタと二次電池が広く利用されてい
る。この内、電気二重層キャパシタは、二次電池より長
寿命であって、高出力密度であるため、高い信頼性が要
求されるバックアップ電源等に使用されている。
【０００３】電気二重層キャパシタと二次電池には、電
気エネルギーの蓄電メカニズムに基づく相違点がある。
即ち、電気二重層キャパシタでは、充放電時には電解液
中に含まれるイオンが移動するのみで電極と電解液の間
の電気化学反応が起こらないため一般に長寿命となり、
また、イオンの移動速度が大きいため高出力密度であ
る。一方、二次電池は、充放電に伴う電気化学反応によ
って劣化することから、電気二重層キャパシタより短寿
命であり、また反応速度が小さいために出力密度も低
い。しかし、電極材料自体にエネルギーが蓄積されるた
め、電極と電解液の界面にのみエネルギーが蓄積される
電気二重層キャパシタより高エネルギー密度である。
気エネルギーの蓄電メカニズムに基づく相違点がある。
即ち、電気二重層キャパシタでは、充放電時には電解液
中に含まれるイオンが移動するのみで電極と電解液の間
の電気化学反応が起こらないため一般に長寿命となり、
また、イオンの移動速度が大きいため高出力密度であ
る。一方、二次電池は、充放電に伴う電気化学反応によ
って劣化することから、電気二重層キャパシタより短寿
命であり、また反応速度が小さいために出力密度も低
い。しかし、電極材料自体にエネルギーが蓄積されるた
め、電極と電解液の界面にのみエネルギーが蓄積される
電気二重層キャパシタより高エネルギー密度である。
【０００４】電気二重層キャパシタの一種である電気化
学キャパシタが、これら電気二重層キャパシタと二次電
池双方の特徴を併せ持ち、長寿命、高出力密度、さらに
エネルギー密度も比較的高いことから近年注目を集めて
いる。この電気化学キャパシタの電極材料には、ポリア
ニリンやポリチオフェン等の導電性ポリマーを用いるの
が代表的であるが、こうした導電性ポリマーは一般に電
気導電性が低く、また導電性ポリマーの電気導電性は電
極電位に左右され易いという欠点があるため、電気化学
キャパシタの電極母材には電気導電性の高い炭素材料が
用いられる。ところが、このような電極母材上に、有機
モノマーを化学重合または電解重合することによって導
電性ポリマーを単に付着することのみでは、電気化学キ
ャパシタの出力密度を十分に高めることは困難であっ
た。
学キャパシタが、これら電気二重層キャパシタと二次電
池双方の特徴を併せ持ち、長寿命、高出力密度、さらに
エネルギー密度も比較的高いことから近年注目を集めて
いる。この電気化学キャパシタの電極材料には、ポリア
ニリンやポリチオフェン等の導電性ポリマーを用いるの
が代表的であるが、こうした導電性ポリマーは一般に電
気導電性が低く、また導電性ポリマーの電気導電性は電
極電位に左右され易いという欠点があるため、電気化学
キャパシタの電極母材には電気導電性の高い炭素材料が
用いられる。ところが、このような電極母材上に、有機
モノマーを化学重合または電解重合することによって導
電性ポリマーを単に付着することのみでは、電気化学キ
ャパシタの出力密度を十分に高めることは困難であっ
た。
【０００５】無機系電解液を用いた電気化学キャパシタ
においては、高出力密度を実現する技術が、例えば、特
許第２９７４０１２号公報に開示されている。一方、有
機系電解液を用いたものは、無機系電解液を用いたもの
より耐電圧が高い点で優れているが、反面、電解液の抵
抗値が高いため、無機系電解液を用いたものより出力密
度が劣っていた。
においては、高出力密度を実現する技術が、例えば、特
許第２９７４０１２号公報に開示されている。一方、有
機系電解液を用いたものは、無機系電解液を用いたもの
より耐電圧が高い点で優れているが、反面、電解液の抵
抗値が高いため、無機系電解液を用いたものより出力密
度が劣っていた。
【０００６】これに対して、本発明者等は、アルミニウ
ムを集電体に用い、その上に粉体状の炭素材料を含むイ
ンクを塗布して乾燥後、有機モノマーを電解重合して導
電性ポリマーを集電体の表面に付着し、得られる電極体
の抵抗値を下げることで、有機系電解液を用いた電気化
学キャパシタに高い出力密度を実現する技術の開発を試
みた。
ムを集電体に用い、その上に粉体状の炭素材料を含むイ
ンクを塗布して乾燥後、有機モノマーを電解重合して導
電性ポリマーを集電体の表面に付着し、得られる電極体
の抵抗値を下げることで、有機系電解液を用いた電気化
学キャパシタに高い出力密度を実現する技術の開発を試
みた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この技術で
は、導電性ポリマーが、粉体状炭素材料よりも導電性の
高いアルミニウムに優先的に付着したり、炭素材料表面
のラフネスによって重合性にバラツキを生じたりして、
得られる導電性ポリマー膜の厚さが不均一となり、厚さ
が増した部分では電極体の抵抗値が高くなる問題を生じ
た。
は、導電性ポリマーが、粉体状炭素材料よりも導電性の
高いアルミニウムに優先的に付着したり、炭素材料表面
のラフネスによって重合性にバラツキを生じたりして、
得られる導電性ポリマー膜の厚さが不均一となり、厚さ
が増した部分では電極体の抵抗値が高くなる問題を生じ
た。
【０００８】本発明は、こうした従来技術の問題点を解
決し、長寿命かつ高出力密度であり、さらにエネルギー
密度も高い電気化学蓄電デバイスおよびその製造方法を
提供することを目的とする。
決し、長寿命かつ高出力密度であり、さらにエネルギー
密度も高い電気化学蓄電デバイスおよびその製造方法を
提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の電気化学蓄電デバイス用集電体において
は、粉体状炭素材料と集電体とを備え、粉体状炭素材料
は、集電体の表面に埋め込まれており、粉体状炭素材料
には導電性ポリマーが付着している。
め、本発明の電気化学蓄電デバイス用集電体において
は、粉体状炭素材料と集電体とを備え、粉体状炭素材料
は、集電体の表面に埋め込まれており、粉体状炭素材料
には導電性ポリマーが付着している。
【００１０】これにより、電極体の抵抗値の上昇が効果
的に抑制される。
的に抑制される。
【００１１】また、本発明の電気化学蓄電デバイス用電
極体においては、針状炭素材料と集電体とを備え、針状
炭素材料は、集電体の表面に付着しており、当該針状炭
素材料は導電性ポリマー膜で被われている。
極体においては、針状炭素材料と集電体とを備え、針状
炭素材料は、集電体の表面に付着しており、当該針状炭
素材料は導電性ポリマー膜で被われている。
【００１２】これにより、電気化学蓄電デバイスのエネ
ルギー密度を高めるため、導電性ポリマーの量を多くし
た場合でも、電極体の抵抗値の上昇が効果的に抑制さ
れ、この電極体を用いることにより、高出力密度かつ高
エネルギー密度の電気化学蓄電デバイスが得られる。
ルギー密度を高めるため、導電性ポリマーの量を多くし
た場合でも、電極体の抵抗値の上昇が効果的に抑制さ
れ、この電極体を用いることにより、高出力密度かつ高
エネルギー密度の電気化学蓄電デバイスが得られる。
【００１３】さらに、本発明では、上記した電気化学蓄
電デバイス用電極体において、炭素材料が存在しない領
域は絶縁皮膜で被われているのが好ましい。
電デバイス用電極体において、炭素材料が存在しない領
域は絶縁皮膜で被われているのが好ましい。
【００１４】これにより、炭素材料に選択的かつ均一に
導電性ポリマーを付着させることができる。
導電性ポリマーを付着させることができる。
【００１５】また、本発明の電気化学蓄電デバイスは、
上記した電極体とセパレーターとを用い、さらに電解液
に有機系電解液を用いるものである。
上記した電極体とセパレーターとを用い、さらに電解液
に有機系電解液を用いるものである。
【００１６】これにより、長寿命、高出力密度、かつエ
ネルギー密度の高い電気化学蓄電デバイスが得られる。
ネルギー密度の高い電気化学蓄電デバイスが得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。
て図面を参照しながら説明する。
【００１８】（第一の実施の形態）図１に、本実施の形
態による電気化学蓄電デバイス用電極体の断面模式図を
示す。このように、粉体状炭素材料３は、その一部を露
出した状態で集電体１の表面に埋め込まれており、粉体
状炭素材料３の露出した部分には、導電性ポリマー４が
付着している。さらに、集電体１の表面において、粉体
状炭素材料３が存在しない領域は、絶縁皮膜２で被われ
ている。
態による電気化学蓄電デバイス用電極体の断面模式図を
示す。このように、粉体状炭素材料３は、その一部を露
出した状態で集電体１の表面に埋め込まれており、粉体
状炭素材料３の露出した部分には、導電性ポリマー４が
付着している。さらに、集電体１の表面において、粉体
状炭素材料３が存在しない領域は、絶縁皮膜２で被われ
ている。
【００１９】図１に示す電極体は、例えば、次のように
して得られる。即ち、粉体状の炭素材料を含む塗料を集
電体１の表面に塗布した後、５〜１００ｋＰａで加圧し
て炭素材料を集電体１に埋め込み、次に、絶縁皮膜２を
形成して集電体１の表面の炭素材料が存在しない領域を
被い、その後、フッ素イオンを含むチオフェン類または
その誘導体等の有機モノマーを化学重合または電解重合
することによって粉体状炭素材料３に導電性ポリマー４
を付着させる。
して得られる。即ち、粉体状の炭素材料を含む塗料を集
電体１の表面に塗布した後、５〜１００ｋＰａで加圧し
て炭素材料を集電体１に埋め込み、次に、絶縁皮膜２を
形成して集電体１の表面の炭素材料が存在しない領域を
被い、その後、フッ素イオンを含むチオフェン類または
その誘導体等の有機モノマーを化学重合または電解重合
することによって粉体状炭素材料３に導電性ポリマー４
を付着させる。
【００２０】なお、このように炭素材料を集電体に埋め
込まず、例えば、粉体状の炭素材料を含むインクを集電
体上に塗布し、乾燥することで炭素材料を集電体の表面
に緩やかに付着させても、炭素材料に導電性ポリマーを
付着することは可能である。しかし、この場合は、炭素
材料と集電体の間の抵抗値が上昇するため集電体の方に
導電性ポリマーが優先して付着し、得られる電気化学蓄
電デバイス全体の抵抗値が上昇してしまい、好ましくな
い。
込まず、例えば、粉体状の炭素材料を含むインクを集電
体上に塗布し、乾燥することで炭素材料を集電体の表面
に緩やかに付着させても、炭素材料に導電性ポリマーを
付着することは可能である。しかし、この場合は、炭素
材料と集電体の間の抵抗値が上昇するため集電体の方に
導電性ポリマーが優先して付着し、得られる電気化学蓄
電デバイス全体の抵抗値が上昇してしまい、好ましくな
い。
【００２１】（第二の実施の形態）図２に、本実施の形
態による電気化学蓄電デバイス用電極体の断面模式図を
示す。このように、針状炭素材料５は、集電体１の表面
に付着しており、針状炭素材料５は、導電性ポリマー４
で被われている。また、集電体１の表面において、針状
炭素材料５が存在しない領域は、絶縁皮膜２で被われて
いる。
態による電気化学蓄電デバイス用電極体の断面模式図を
示す。このように、針状炭素材料５は、集電体１の表面
に付着しており、針状炭素材料５は、導電性ポリマー４
で被われている。また、集電体１の表面において、針状
炭素材料５が存在しない領域は、絶縁皮膜２で被われて
いる。
【００２２】図２に示す電極体は、例えば、次のように
して得られる。即ち、集電体１の表面において、物理的
気相蒸着、化学的気相蒸着、電気化学的反応等によって
炭素材料を針状に成長させ付着した後、フッ素イオンを
含むチオフェン類またはその誘導体等の有機モノマーを
化学重合または電解重合することによって針状炭素材料
５を導電性ポリマー４で被う。なお、物理的気相蒸着の
一種であるスパッタ法は、真空装置を使用する点で若干
の制約があるが、炭素を高純度に成長させるのに有効な
手段である。
して得られる。即ち、集電体１の表面において、物理的
気相蒸着、化学的気相蒸着、電気化学的反応等によって
炭素材料を針状に成長させ付着した後、フッ素イオンを
含むチオフェン類またはその誘導体等の有機モノマーを
化学重合または電解重合することによって針状炭素材料
５を導電性ポリマー４で被う。なお、物理的気相蒸着の
一種であるスパッタ法は、真空装置を使用する点で若干
の制約があるが、炭素を高純度に成長させるのに有効な
手段である。
【００２３】一般に、加圧して炭素材料を集電体に埋め
込んだ場合、用いる有機モノマーの特性や重合条件によ
っては、集電体自体に導電性ポリマーが優先的に付着す
ることがある。また、導電性ポリマーの付着量を増やし
た場合、電気化学蓄電デバイスのエネルギー密度は高め
られるが、炭素材料から充放電部位までの距離が長くな
り、電気化学蓄電デバイス全体の抵抗値が上昇して出力
密度が低下することがある。
込んだ場合、用いる有機モノマーの特性や重合条件によ
っては、集電体自体に導電性ポリマーが優先的に付着す
ることがある。また、導電性ポリマーの付着量を増やし
た場合、電気化学蓄電デバイスのエネルギー密度は高め
られるが、炭素材料から充放電部位までの距離が長くな
り、電気化学蓄電デバイス全体の抵抗値が上昇して出力
密度が低下することがある。
【００２４】ところが、本実施の形態によれば、集電体
に埋め込まれた炭素材料の方に導電性ポリマーが優先的
に付着し、導電性ポリマーの付着量を増やしても炭素材
料から充放電部位までの距離の変化は少ないことから、
そのような問題が効果的に解消される。
に埋め込まれた炭素材料の方に導電性ポリマーが優先的
に付着し、導電性ポリマーの付着量を増やしても炭素材
料から充放電部位までの距離の変化は少ないことから、
そのような問題が効果的に解消される。
【００２５】上述した第一および第二の実施の形態にお
いて、集電体１には、アルミニウムを材料に用いるのが
好ましい。例えば、集電体１にアルミニウム箔を用いる
と、集電体１の表面において、自然酸化皮膜（酸化アル
ミニウム）が形成されて炭素材料が存在しない領域はマ
スクされ、導電性ポリマー４が炭素材料上に選択的かつ
均一に付着するようになる。なお、こうした自然酸化皮
膜の形成が不十分な場合は、酸化アルミニウム皮膜を作
為的に形成するか、または、有機系樹脂等の絶縁皮膜２
を用いて当該領域を被って導電性ポリマー４を粉体状炭
素材料３上に選択的かつ均一に付着させるのが好まし
い。なお、得られる電気化学蓄電デバイスの動作が安定
する限り、集電体１には、アルミニウム以外の金属材
料、例えば、銅、チタニウム、ＳＵＳ等を用いても良
い。
いて、集電体１には、アルミニウムを材料に用いるのが
好ましい。例えば、集電体１にアルミニウム箔を用いる
と、集電体１の表面において、自然酸化皮膜（酸化アル
ミニウム）が形成されて炭素材料が存在しない領域はマ
スクされ、導電性ポリマー４が炭素材料上に選択的かつ
均一に付着するようになる。なお、こうした自然酸化皮
膜の形成が不十分な場合は、酸化アルミニウム皮膜を作
為的に形成するか、または、有機系樹脂等の絶縁皮膜２
を用いて当該領域を被って導電性ポリマー４を粉体状炭
素材料３上に選択的かつ均一に付着させるのが好まし
い。なお、得られる電気化学蓄電デバイスの動作が安定
する限り、集電体１には、アルミニウム以外の金属材
料、例えば、銅、チタニウム、ＳＵＳ等を用いても良
い。
【００２６】酸化アルミニウム皮膜の形成には、電解コ
ンデンサで用いられる、いわゆるアノード酸化法を用い
るのが望ましい。また、炭素材料が集電体１中への埋め
込みが不十分な場合は、酸化アルミニウム皮膜が炭素材
料と集電体の間に介在して電極体の抵抗値が上昇するこ
とがあるため、炭素材料の大きさ（粒子径、全長）は
０．１〜１００μｍとし、かつ、その約半分が集電体１
中に埋め込まれた状態とするのが好ましい。
ンデンサで用いられる、いわゆるアノード酸化法を用い
るのが望ましい。また、炭素材料が集電体１中への埋め
込みが不十分な場合は、酸化アルミニウム皮膜が炭素材
料と集電体の間に介在して電極体の抵抗値が上昇するこ
とがあるため、炭素材料の大きさ（粒子径、全長）は
０．１〜１００μｍとし、かつ、その約半分が集電体１
中に埋め込まれた状態とするのが好ましい。
【００２７】本発明において、集電体上に形成する導電
性ポリマー４には、耐電圧が高くエネルギー密度に優れ
ることから、フッ素系イオンを含むチオフェン類または
その誘導体の重合体が好ましく用いられる。その他、導
電性ポリマー４には、モノマーを化学重合または電解重
合によって集電体上に容易に付着することができ、か
つ、有機系電解液中において安定に存在し、電気化学的
にが蓄積されうるものであれば、その種類は特に限定さ
れずに用いることができる。
性ポリマー４には、耐電圧が高くエネルギー密度に優れ
ることから、フッ素系イオンを含むチオフェン類または
その誘導体の重合体が好ましく用いられる。その他、導
電性ポリマー４には、モノマーを化学重合または電解重
合によって集電体上に容易に付着することができ、か
つ、有機系電解液中において安定に存在し、電気化学的
にが蓄積されうるものであれば、その種類は特に限定さ
れずに用いることができる。
【００２８】なお、本発明においては、電気化学蓄電デ
バイスの正極と負極に用いる導電性ポリマー４は、同種
でも異種でも良い。
バイスの正極と負極に用いる導電性ポリマー４は、同種
でも異種でも良い。
【００２９】
【実施例】以下、実施例によって本発明をさらに具体的
に説明する。なお、本発明は、これら実施例に限定され
ず、本発明の技術的思想に基づいて広くその他実施形態
に適用することができる。
に説明する。なお、本発明は、これら実施例に限定され
ず、本発明の技術的思想に基づいて広くその他実施形態
に適用することができる。
【００３０】（実施例１）粉体状のアセチレンブラック
と界面活性剤を水中に分散させたディスパージョン液を
準備し、これを塗布後の膜厚が１μｍになるように中高
圧電解コンデンサ用アルミエッチド箔（電解エッチング
処理を施したアルミニウム箔、膜厚７５μｍ）上に塗布
し、さらに直径１５ｃｍのロールコーターを用いて線厚
９８ＭＰａで加圧してアルミエッチド箔にアセチレンブ
ラックを埋め込んだ。次に、超音波洗浄を行い、残余の
アセチレンブラックを除去した。さらにアジピン酸アン
モニウムの１５０ｇ／リットル水溶液中で対極に対して
＋３．０Ｖで１時間、陽極酸化を行い、アルミエッチド
箔上に酸化アルミニウムからなる酸化皮膜（陽極酸化
膜）を形成した。次いで、このアルミエッチド箔から１
ｍ四方の測定サンプルを切り出し、これを真空容器中、
１５０℃で一昼夜乾燥して水分を除去した。その後、３
-（４-フルオロフェニル）チオフェンとテトラエチルア
ンモニウムテトラフルオロボレートをそれぞれ０．１ｍ
ｏｌｅ／リットル、１．５ｍｏｌｅ／リットル含むアセ
トニトリル溶液中で、Ａｇ+／ＡｇＮＯ3を参照電極に用
い、ガルバノスタットにより定電流制御しながらサンプ
ルに単位面積当たり３ｍＡ／ｃｍ2の酸化電流を約３３
０秒間通電し、溶液中のポリフルオロフェニルチオフェ
ンを電解重合した。こうして、アルミエッチド箔の表面
にアセチレンブラック粒子が埋め込まれ、アセチレンブ
ラック粒子上にポリフルオロフェニルチオフェンポリマ
ーが付着し、さらにアルミニウム箔の表面においてアセ
チレンブラック粒子の存在しない領域は陽極酸化膜で被
われた電極体を作製した。
と界面活性剤を水中に分散させたディスパージョン液を
準備し、これを塗布後の膜厚が１μｍになるように中高
圧電解コンデンサ用アルミエッチド箔（電解エッチング
処理を施したアルミニウム箔、膜厚７５μｍ）上に塗布
し、さらに直径１５ｃｍのロールコーターを用いて線厚
９８ＭＰａで加圧してアルミエッチド箔にアセチレンブ
ラックを埋め込んだ。次に、超音波洗浄を行い、残余の
アセチレンブラックを除去した。さらにアジピン酸アン
モニウムの１５０ｇ／リットル水溶液中で対極に対して
＋３．０Ｖで１時間、陽極酸化を行い、アルミエッチド
箔上に酸化アルミニウムからなる酸化皮膜（陽極酸化
膜）を形成した。次いで、このアルミエッチド箔から１
ｍ四方の測定サンプルを切り出し、これを真空容器中、
１５０℃で一昼夜乾燥して水分を除去した。その後、３
-（４-フルオロフェニル）チオフェンとテトラエチルア
ンモニウムテトラフルオロボレートをそれぞれ０．１ｍ
ｏｌｅ／リットル、１．５ｍｏｌｅ／リットル含むアセ
トニトリル溶液中で、Ａｇ+／ＡｇＮＯ3を参照電極に用
い、ガルバノスタットにより定電流制御しながらサンプ
ルに単位面積当たり３ｍＡ／ｃｍ2の酸化電流を約３３
０秒間通電し、溶液中のポリフルオロフェニルチオフェ
ンを電解重合した。こうして、アルミエッチド箔の表面
にアセチレンブラック粒子が埋め込まれ、アセチレンブ
ラック粒子上にポリフルオロフェニルチオフェンポリマ
ーが付着し、さらにアルミニウム箔の表面においてアセ
チレンブラック粒子の存在しない領域は陽極酸化膜で被
われた電極体を作製した。
【００３１】（実施例２）アルミエッチド箔上に陽極酸
化膜を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にし
て、アルミエッチド箔の表面にアセチレンブラック粒子
が埋め込まれ、アセチレンブラック粒子上にポリフルオ
ロフェニルチオフェンポリマーが付着した電極体を作製
した。
化膜を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にし
て、アルミエッチド箔の表面にアセチレンブラック粒子
が埋め込まれ、アセチレンブラック粒子上にポリフルオ
ロフェニルチオフェンポリマーが付着した電極体を作製
した。
【００３２】（実施例３）予め表面の自然酸化皮膜を
０．１ｍｏｌｅ／リットルのフッ酸水溶液により除去し
たアルミニウム箔（膜厚７５μｍ）を準備した。次に、
アルゴンガス雰囲気下、１μｍ角の開口部が、１μｍの
間隔で規則的に配列されたパターンを有するマスクを通
して、ターゲットに炭素材料を用いてスパッタリングす
ることにより、アルミニウム箔の表面に当該パターンに
従って針状の炭素を形成した。さらにアジピン酸アンモ
ニウムの１５０ｇ／リットル水溶液中で対極に対して＋
３．０Ｖで１時間、陽極酸化を行い、アルミニウム箔の
表面に陽極酸化膜を形成した。次いで、実施例１と同様
にして、アルミニウム箔の表面に針状炭素材料が付着
し、針状炭素材料がポリフルオロフェニルチオフェンの
ポリマーで被われ、アルミニウム箔の表面において針状
炭素材料の存在しない領域は陽極酸化膜で被われた電極
体を作製した。
０．１ｍｏｌｅ／リットルのフッ酸水溶液により除去し
たアルミニウム箔（膜厚７５μｍ）を準備した。次に、
アルゴンガス雰囲気下、１μｍ角の開口部が、１μｍの
間隔で規則的に配列されたパターンを有するマスクを通
して、ターゲットに炭素材料を用いてスパッタリングす
ることにより、アルミニウム箔の表面に当該パターンに
従って針状の炭素を形成した。さらにアジピン酸アンモ
ニウムの１５０ｇ／リットル水溶液中で対極に対して＋
３．０Ｖで１時間、陽極酸化を行い、アルミニウム箔の
表面に陽極酸化膜を形成した。次いで、実施例１と同様
にして、アルミニウム箔の表面に針状炭素材料が付着
し、針状炭素材料がポリフルオロフェニルチオフェンの
ポリマーで被われ、アルミニウム箔の表面において針状
炭素材料の存在しない領域は陽極酸化膜で被われた電極
体を作製した。
【００３３】（比較例１）アルミエッチド箔にディスパ
ージョン液を塗布した後に加圧しなかったこと以外は実
施例２と同様にして、アルミエッチド箔の表面にアセチ
レンブラック粒子が緩やかに付着し、アセチレンブラッ
ク粒子上にポリフルオロフェニルチオフェンポリマーが
付着した電極体を作製した。
ージョン液を塗布した後に加圧しなかったこと以外は実
施例２と同様にして、アルミエッチド箔の表面にアセチ
レンブラック粒子が緩やかに付着し、アセチレンブラッ
ク粒子上にポリフルオロフェニルチオフェンポリマーが
付着した電極体を作製した。
【００３４】これら実施例と比較例で得られた電極体に
ついて、下記手順によりその特性を測定、評価した。即
ち、得られた電極体をサンプルとし、テトラエチルアン
モニウムテトラフルオロボレートを０．６ｍｏｌｅ／リ
ットル含むプロピレンカーボネート溶液中で、Ａｇ+／
ＡｇＮＯ3を参照電極に用い、速度２０ｍＶ／ｓｅｃで
−２．０〜＋０．７５Ｖの範囲で掃引してサイクリック
ボルタンメトリーを行った。このとき得られたサイクリ
ックボルタモグラムの囲まれた部分の面積から電極体の
容量（Ｗｈ）を求めた。さらにサンプルをＳＥＭ撮像し
て導電性ポリマーの厚みを測定し、この厚みとサンプル
の面積から導電性ポリマーが占有する体積（リットル）
を計算し、電極体の容量（Ｗｈ）をこの体積（リット
ル）で除してエネルギー密度（Ｗｈ／リットル）を算出
した。さらに、いわゆる交流インピーダンス法を用い、
周波数１０ｍＨｚでのインピーダンスを電極体の内部抵
抗とした（電位は、参照電極に対して＋０．６Ｖとし
た）。この結果を表１に示す。
ついて、下記手順によりその特性を測定、評価した。即
ち、得られた電極体をサンプルとし、テトラエチルアン
モニウムテトラフルオロボレートを０．６ｍｏｌｅ／リ
ットル含むプロピレンカーボネート溶液中で、Ａｇ+／
ＡｇＮＯ3を参照電極に用い、速度２０ｍＶ／ｓｅｃで
−２．０〜＋０．７５Ｖの範囲で掃引してサイクリック
ボルタンメトリーを行った。このとき得られたサイクリ
ックボルタモグラムの囲まれた部分の面積から電極体の
容量（Ｗｈ）を求めた。さらにサンプルをＳＥＭ撮像し
て導電性ポリマーの厚みを測定し、この厚みとサンプル
の面積から導電性ポリマーが占有する体積（リットル）
を計算し、電極体の容量（Ｗｈ）をこの体積（リット
ル）で除してエネルギー密度（Ｗｈ／リットル）を算出
した。さらに、いわゆる交流インピーダンス法を用い、
周波数１０ｍＨｚでのインピーダンスを電極体の内部抵
抗とした（電位は、参照電極に対して＋０．６Ｖとし
た）。この結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】上表より、１００サイクル充放電を繰り返
した後において、本発明による電極体では、内部抵抗の
上昇が比較例より大幅に抑制され、エネルギー密度が高
い状態に維持されていることが判る。
した後において、本発明による電極体では、内部抵抗の
上昇が比較例より大幅に抑制され、エネルギー密度が高
い状態に維持されていることが判る。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
粉体状炭素材料が集電体の表面に埋め込まれ、その粉体
状炭素材料には導電性ポリマーが付着している電極体を
用いることから、長寿命かつ高出力密度であり、さらに
エネルギー密度の高い電気化学キャパシタが得られる。
粉体状炭素材料が集電体の表面に埋め込まれ、その粉体
状炭素材料には導電性ポリマーが付着している電極体を
用いることから、長寿命かつ高出力密度であり、さらに
エネルギー密度の高い電気化学キャパシタが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第一の実施の形態による電気化学キャパシタ
用電極体を示す断面模式図
用電極体を示す断面模式図
【図２】 第二の実施の形態による電気化学キャパシタ
用電極体を示す断面模式図
用電極体を示す断面模式図
１ 集電体
２ 絶縁皮膜
３ 粉体状炭素材料
４ 導電性ポリマー
５ 針状炭素材料
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 嶋田 幹也
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
Claims (11)
- 【請求項１】 粉体状炭素材料と集電体とを備えた電気
化学蓄電デバイス用電極体であって、前記粉体状炭素材
料は、前記集電体の表面に埋め込まれており、当該粉体
状炭素材料には導電性ポリマーが付着していることを特
徴とする電気化学蓄電デバイス用電極体。 - 【請求項２】 針状炭素材料と集電体とを備えた電気化
学蓄電デバイス用電極体であって、前記針状炭素材料
は、前記集電体の表面に付着しており、当該針状炭素材
料は導電性ポリマー膜で被われていることを特徴とする
電気化学蓄電デバイス用電極体。 - 【請求項３】 前記集電体の表面において、前記炭素材
料が存在しない領域は絶縁皮膜で被われていることを特
徴とする請求項１または２に記載の電気化学蓄電デバイ
ス用電極体。 - 【請求項４】 前記導電性ポリマーが、フッ素イオンを
含むチオフェン類またはその誘導体の重合体であること
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気化学
蓄電デバイス用電極体。 - 【請求項５】 前記集電体の材料がアルミニウムである
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電気
化学蓄電デバイス用電極体。 - 【請求項６】 前記絶縁皮膜が酸化アルミニウムからな
ることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の電
気化学蓄電デバイス用電極体。 - 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載の電極体
とセパレーターを用い、電解液に有機系電解液を用いた
ことを特徴とする電気化学蓄電デバイス。 - 【請求項８】 集電体の表面に炭素材料を含む塗料を塗
布した後、加圧して前記炭素材料を前記集電体に埋め込
み、さらに有機モノマーを化学重合または電解重合する
ことにより前記集電体に埋め込まれた炭素材料に導電性
ポリマーを付着することを特徴とする電気化学蓄電デバ
イスの製造方法。 - 【請求項９】 集電体の表面に炭素粉体を含む塗料を塗
布した後、加圧して前記炭素材料を前記集電体に埋め込
み、さらに集電体の表面を酸化皮膜で被い、その後有機
モノマーを化学重合または電解重合することにより前記
集電体に埋め込まれた炭素材料に導電性ポリマーを付着
することを特徴とする電気化学蓄電デバイスの製造方
法。 - 【請求項１０】 集電体の表面に炭素材料を気相蒸着に
よって針状に付着した後、前記炭素材料を酸化皮膜で被
い、その後有機モノマーを化学重合または電解重合する
ことにより前記炭素材料に導電性ポリマーを付着するこ
とを特徴とする電気化学蓄電デバイスの製造方法。 - 【請求項１１】 前記集電体が直流または交流電解によ
りエッチング処理を施されたアルミニウム箔であること
を特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の電気化
学蓄電デバイスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002034384A JP4061088B2 (ja) | 2002-02-12 | 2002-02-12 | 電気化学蓄電デバイス用電極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002034384A JP4061088B2 (ja) | 2002-02-12 | 2002-02-12 | 電気化学蓄電デバイス用電極の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003234249A true JP2003234249A (ja) | 2003-08-22 |
| JP4061088B2 JP4061088B2 (ja) | 2008-03-12 |
Family
ID=27776902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002034384A Expired - Fee Related JP4061088B2 (ja) | 2002-02-12 | 2002-02-12 | 電気化学蓄電デバイス用電極の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4061088B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110261502A1 (en) * | 2008-09-04 | 2011-10-27 | The Regents Of The University Of California | Charge storage device architecture for increasing energy and power density |
| JP5906374B2 (ja) * | 2008-09-18 | 2016-04-20 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | キャパシタおよびその製造方法 |
| JP2017073423A (ja) * | 2015-10-05 | 2017-04-13 | 東洋アルミニウム株式会社 | 導電物被覆アルミニウム材及びその製造方法 |
| JP2017084507A (ja) * | 2015-10-23 | 2017-05-18 | 日産自動車株式会社 | 電極およびその製造方法 |
| CN112106160A (zh) * | 2018-05-07 | 2020-12-18 | 松下知识产权经营株式会社 | 电化学器件及其制造方法 |
| CN114758895A (zh) * | 2022-05-05 | 2022-07-15 | 肇庆绿宝石电子科技股份有限公司 | 一种提高电容器耐压的方法 |
-
2002
- 2002-02-12 JP JP2002034384A patent/JP4061088B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110261502A1 (en) * | 2008-09-04 | 2011-10-27 | The Regents Of The University Of California | Charge storage device architecture for increasing energy and power density |
| JP5906374B2 (ja) * | 2008-09-18 | 2016-04-20 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | キャパシタおよびその製造方法 |
| JP2017073423A (ja) * | 2015-10-05 | 2017-04-13 | 東洋アルミニウム株式会社 | 導電物被覆アルミニウム材及びその製造方法 |
| JP2017084507A (ja) * | 2015-10-23 | 2017-05-18 | 日産自動車株式会社 | 電極およびその製造方法 |
| CN112106160A (zh) * | 2018-05-07 | 2020-12-18 | 松下知识产权经营株式会社 | 电化学器件及其制造方法 |
| CN112106160B (zh) * | 2018-05-07 | 2022-11-04 | 松下知识产权经营株式会社 | 电化学器件及其制造方法 |
| CN114758895A (zh) * | 2022-05-05 | 2022-07-15 | 肇庆绿宝石电子科技股份有限公司 | 一种提高电容器耐压的方法 |
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| JP4061088B2 (ja) | 2008-03-12 |
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