JP2004228148A - Paint for forming electrode and electrode using the same - Google Patents

Paint for forming electrode and electrode using the same Download PDF

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Norio Miura
浦 則 雄 三
Nobuaki Yoshida
田 宣 昭 吉
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a paint for forming an electrode, wherein an electro-chemical capacitor having excellent strength and higher capacitance value is obtained at the lower price. <P>SOLUTION: The paint for forming electrode of electro-chemical capacitor comprises: fine particles of carbon; fine particles of metal oxide having the particle size which is smaller than that of the fine particles of carbon; a binder; and water, and/or organic solvent, and the average particle size of fine particle of metal oxide is ranged from 5 to 100 nm. The fine particles of metal oxide are formed of an oxide/composite oxide of at least an element selected from a group including In, Sn, Cu, Mo, Ta, Ni, W, Mn, Sb, Ti, Zr, Co, and Fe or of a mixture of these elements. Particularly, such fine particles of metal oxide are formed of an oxide indium to which Sn or F is doped. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の技術分野】
本発明は、新規な電気化学キャパシタ用電極形成用塗料、該塗料を用いて形成された電気化学キャパシタ用電極、および該電極を用いた電気化学キャパシタに関する。
さらに詳しくは、強度が高く、高静電容量の電気化学キャパシタを製造可能な電気キャパシタ用電極形成用塗料およびその用途に関する。
【0002】
【発明の技術的背景】
近年、小型、軽量、大容量かつ急速充放電可能な蓄電デバイスが求められている。特に、電気自動車等には、従来のキャパシタや二次電池では対応できず、高性能なエネルギー貯蔵デバイスとしての電気化学キャパシタの開発が急がれている。
【0003】
従来、電気化学キャパシタとしては、高比表面積の炭素材料を電極材料として用いる電気二重層型電気化学キャパシタ(EDLC)を中心に開発が展開される一方で、高い出力密度、エネルギー密度が得られる金属酸化物系や、金属窒化物系、金属炭化物系の電気化学キャパシタにも関心が寄せられている。
高比表面積(約1000m/g)の炭素材料を電極材料とするEDLCでは、電極材料として活性炭、活性炭素繊維、カーボンブラック等が提案されている。特に、活性炭及び活性炭素繊維は、比較的大きな電気容量を発現することからEDLC用電極材料として注目されている。
【0004】
一方、金属酸化物系の電極材料としては、貴金属の酸化物である、Ru、Irの酸化物が検討されている。これら貴金属の酸化物は電気化学的な可逆性が高いために優れた充放電サイクル特性を示すことが知られている。
しかしながら、貴金属酸化物は高価であることから実用上問題があり、このため、炭素材料に貴金属酸化物を担持させたり、代わりに安価な高性能酸化物材料と炭素材料との複合化が行われている。
【0005】
Electrochem. and Solid−state Lett. Vol4, No.9, 2001, p.145−147には、炭素材料にRuO、MoOを担持した電極が報告されている。
また、電気化学キャパシタ用電極材料としてNi,V,Mo,Mn等の酸化物、或いはV,Nb、Mo,Wなどの窒化物や炭化物の超微粒子を用いて電気化学キャパシタを作製できることも報告されている。例えば、J.Electrochem.Soc., 143, 124(1996)には、多孔質NiO/Niを電気化学キャパシタ用電極材料として用いることが報告されている。また、The Electrochemical Society PV95−29, p.86 (1996)にはVゲルを用いることが報告されている。
【0006】
上記において、例えば酸化ルテニウムを3.2重量%担持したカーボン複合電極では、電気容量が約25%増加することが報告されている。また酸化モリブデンを1.4重量%担持したカーボン複合電極では、静電容量が約35%増加することが報告されている。
また、電気二重層キャパシタに用いる分極性電極の製造に導電性を有し、無機結合材としても作用する酸化インジウムまたは酸化インジウムと酸化錫との混合物を用いることが開示されている(特許文献1、特開平5−304048号公報)。具体的には、インジウムアルコキシドのアルコール溶液に活性炭微粒子を分散させ、これに触媒を加えて加水分解し、40〜60℃で加熱してゲル化を進行させ、150℃〜200℃で加熱して乾燥し、ついで400〜450℃で加熱して有機物を除去して得られる分極性電極が記載されている。
【0007】
また、上記以外にも五酸化バナジウムを炭素粉末に担持させた電気エネルギー貯蔵素子(特許文献2、特開2000−36303号公報)、水酸化ルテニウムなどの水酸化金属水和物を炭素粉末に担持させた電気エネルギー貯蔵素子(特許文献3、特開2000−36441号公報)も開示されている。さらにモリブデン化合物を多孔性炭素材料に担持させた電極材料も知られている(特許文献4、特開2002−289468号公報)。
【0008】
しかしながら、上記のように単に金属酸化物を炭素粉末の細孔内に担持させる方法は、電気容量の向上が不充分であったり、経済性に劣る等の問題がある。
本願発明者らは、上記問題点に鑑み鋭意検討した結果、炭素粉末に担持させるのではなく、炭素粉末にそれより粒径の小さな高導電性を有する結晶性金属酸化物微粒子を混合して得られた電極は強度に優れ、この電極を用いたキャパシタは電気容量が大きく向上できることを見出して本発明を完成するに至った。
【0009】
【特許文献1】
特開平5−304048号公報
【特許文献2】
特開2000−36303号公報
【特許文献3】
特開2000−36441号公報
【特許文献4】
特開2002−289468号公報
【0010】
【発明の目的】
本発明は、上記従来技術に伴う問題点を解消するためになされたものであり、電気化学キャパシタ用電極の形成に好適に使用される塗料、該塗料を用いて形成された電気化学キャパシタ用電極および該電極を用いた電気化学キャパシタを提供することを目的としている。
【0011】
【発明の概要】
本発明に係る電気化学キャパシタ用電極形成用塗料は、
カーボン微粒子と、カーボン微粒子より粒径の小さい金属酸化物微粒子と、バインダーと水および/または有機溶媒とからなり、
金属酸化物微粒子の平均粒子径が5〜100nmの範囲にあることを特徴とする。
【0012】
前記金属酸化物微粒子がIn、Sn、Cu、Mo、Ta、Ni、W、Mn、Sb、Ti、Zr、Co、Feからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物・複合酸化物またはこれらの混合物が好ましく、特に、SnまたはFがドーピングされた酸化インジウムが好ましい。
本発明に係る電気化学キャパシタ用電極は、前記塗料を用いて形成されてなる。
【0013】
【0014】
【発明の具体的説明】
以下、先ず、本発明に係る電気化学キャパシタ用電極形成用塗料について説明する。
電気化学キャパシタ用電極形成用塗料
本発明に係る電気化学キャパシタ用電極形成用塗料は、カーボン微粒子と、金属酸化物微粒子と、バインダーと、水および/または有機溶媒とからなり、金属酸化物微粒子の平均粒子径が5〜100nmの範囲にあることを特徴とする。
【0015】
カーボン微粒子
カーボン微粒子としては、従来公知の活性炭、活性炭素繊維、カーボンアエロゲル、カーボンブラック等を用いることができる。なかでも、比表面積の高い活性炭、活性炭素繊維等は、比較的大きな電気容量を発現するので好ましい。
本発明で用いることができる活性炭及び活性炭素繊維の原料は、植物系の木材、のこくず、ヤシ殻、パルプ廃液、化石燃料系の石炭、石油重質油、或いはそれらを熱分解した石炭及び石油系ピッチ、石油コークス、カーボンアエロゲル、タールピッチを紡糸した繊維、合成高分子、フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、液晶高分子、プラスチック廃棄物、廃タイヤ等、多種多用である。活性炭及び活性炭素繊維は、これらの原料を炭化後、賦活処理して得られるが、この賦活法は、ガス賦活法と薬品賦活法に大別される。ガス賦活法は、薬品賦活法が化学的な活性化であるのに対して、物理的な活性化とも言われ、炭化された原料を高温で水蒸気、炭酸ガス、酸素、その他の酸化ガスなどと接触反応させて、活性炭を得るものである。薬品賦活法は、原料に賦活薬品を均一に含浸させて、不活性ガス雰囲気中で加熱し、薬品の脱水及び酸化反応により活性炭を得る方法である。薬品賦活法で使用される薬品としては、塩化亜鉛、りん酸、りん酸ナトリウム、塩化カルシウム、硫化カリウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、炭酸カルシウム等がある。ただし、活性炭及び活性炭素繊維の製法に関しては、特に制限はなく、何ら上記の方法に限定されるものではない。
【0016】
また、活性炭ないし活性炭素繊維の形状は、破砕、造粒、顆粒、繊維、フェルト、織物、シート状等各種の形状があるが、いずれも本発明に使用することができる。これらの活性炭ないし活性炭素繊維のうち、ガス賦活法において、ヤシ殻、石炭、又はフェノール樹脂を炭化したものを原料として得られる活性炭ないし活性炭素繊維は、比較的高い静電容量を示し、かつ工業的に大量生産可能であり、安価であるため本発明に好適である。
【0017】
粒状のカーボン微粒子を用いる場合、平均粒子径は0.005〜50μm、さらには0.01〜10μmの範囲にあることが好ましい。なお、ここでいうカーボン微粒子は一次粒子であってもよく、二次粒子であってもよい。
平均粒子径が0.005μm未満のカーボン微粒子自体は入手が困難であり、カーボン微粒子の平均粒子径が50μmを越えると、得られる電極の強度が低下したり、カーボン微粒子が電極から脱離することがある。
【0018】
電気化学キャパシタ用電極形成用塗料中のカーボン微粒子の含有量は、得られる電極中のカーボン微粒子の含有量が60〜95重量%、さらには70〜90重量%の範囲にあることが好ましい。
電極中のカーボン微粒子の含有量が60重量%未満の場合は、電気化学キャパシタの電気容量が不充分となることがある。
【0019】
電極中のカーボン微粒子の含有量が95重量%を越えると、バインダー成分の不足によって電極がもろくなり、実用に耐え得るような電極を得るのが困難となる。
金属酸化物微粒子
本発明に使用される金属酸化物微粒子としては、導電性を有するものが使用される。
【0020】
このうち、In、Sn、Cu、Mo、Ta、Ni、W、Mn、Sb、Ti、Zr、Co、Feからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物・複合酸化物またはこれらの混合物が好適である。これらにはドープ酸化物や固溶体も含む。たとえばスズドープ酸化インジウム、Fドープ酸化インジウム、アンチモンドープ酸化スズなどのドープ酸化物を使用することができる。
【0021】
前述したように金属酸化物を炭素粉末の細孔内に担持させる方法は、従来より広く知られていたものの、電気容量の向上が不充分であったり、経済性に劣ったりするほか、急速な充放電特性が得られにくいという問題がある。これに対して、本発明のように炭素粒子とそれより細かい金属酸化物微粒子を使用すれば、低コストで大容量の電極材料を得ることができる。また、このような金属酸化物微粒子を含むことで得られる電極の強度および密着性を高めることができる。
【0022】
このように金属酸化物微粒子を使用すると、金属酸化物微粒子が、炭素粒子表面に均一に分散するので、炭素電極の電気二重層容量にとともに金属酸化物微粒子による疑似容量が加算され、それにより電気容量の大きいキャパシタ用の電極が得られるものと思料される。
本発明で使用される金属酸化物は、導電性を有しており、このため電極の内部抵抗を有効に下げることができるとともに、また電気化学的擬似容量に類似した電気容量の増加効果を得ることができる。
【0023】
本発明に係る金属酸化物を使用することで、電気容量を増加させる効果は、図1にも明確に示されている。図1は、炭素微粒子と各種導電性金属酸化物微粒子とバインダー(後述)とを重量比(炭素:酸化物:バインダー)、85:5:10で混合して形成された電極を使用した電気化学キャパシタの100mV/sの一定電位走査速度における電気容量を比較したものである。図1から明らかなように、炭素微粒子単独のもの同等またはそれより高い電気容量を得ることができる。
【0024】
本発明では、金属酸化物のなかでも、SnまたはFがドーピングされた酸化インジウム微粒子が好ましく、このようなSnまたはFドープ酸化インジウムは導電性が高く、大きな電気容量を有する電気化学キャパシタを得ることができる。このようなSnまたはFドープ酸化インジウムは、ドープされていない酸化インジウム、または酸化錫に比べて、さらに両者を単に混合する場合に比べて、著しく電気容量を増大させる効果が大きい。その理由は明確ではないものの、SnまたはFドープ酸化インジウムは、導電性が高く、このため電荷蓄積に寄与する機能が高いことによるものと推量される。また、図2は、電極中に各金属酸化物粒子を添加した場合の容量走査速度依存性を表すものである。いずれもバインダーを10重量%含み、かつ金属酸化物を図2に表示された量で含み、バインダー、金属酸化物微粒子およびカーボン粒子の合計量が100重量%となるにように構成されている。
【0025】
金属酸化物微粒子を添加したものは、カーボン単独からなるものに比べてキャパシタの容量も高くなっている。特に、SnまたはFドープ酸化インジウムを使用すると、高い容量走査速度であっても高いキャパシタ容量のものが得られており、急速充放電が可能であることがわかる。
酸化インジウム微粒子中のSnまたはFのドープ量は微粒子中に0.5〜16重量%、さらには1〜12重量%の範囲にあることが好ましい。
【0026】
このような金属酸化物微粒子は、カーボン微粒子より粒径が小さく平均粒子径が5〜100nm、さらには10〜50nmの範囲にあることが好ましい。
このような粒径範囲の金属酸化物粒子であれば、カーボン粒子から形成された電極の細孔内に金属酸化物微粒子が進入することもなく、カーボン粒子表面に均一に金属酸化物が分散・付着し、容量増加効果を高めることができる。この範囲内でもより粒子径の細かい方が、容量増加効果が大きい。
【0027】
金属酸化物微粒子の粒径は、前記したカーボン粒子よりも小さく、その粒径比は、(1/10000)〜(1/10)、好ましくは(1/5000)〜(1/100)の範囲にあることが望ましい。
金属酸化物微粒子の平均粒子径が5nm未満の場合は得ることが困難である。
金属酸化物微粒子の平均粒子径が100nmを越えるとカーボン微粒子の周りに均一に分散し難くなるため、電極が粗となるとともに強度が低下したり、基材との密着性が低下することがある。また、電気容量の増加が不充分となることがある。
【0028】
このような金属酸化物微粒子の製造方法としては特に制限されるものではないが、適度な導電性を有し、平均粒子径が上記範囲にあるものが得られれば従来公知の方法を採用することができる。例えば、上記金属元素の金属塩水溶液に酸またはアルカリを加えて沈殿を生成させ、必要に応じて熟成し、洗浄、乾燥した後、加熱処理することによって得ることができる。
【0029】
SnまたはFがドーピングされた酸化インジウム微粒子の場合は、例えば硝酸インジウムなどインジウム塩水溶液に、酢酸錫などの錫化合物、あるいは(フッ化錫)などフッ素化合物を加えて加水分解し、必要に応じて熟成し、洗浄、乾燥した後、加熱処理することによって得ることができる。
金属酸化物微粒子には、組成が均一であり、塗料中で高分散性に優れていることが好ましい。このためには、アンモニウムヒドロキシド水溶液に四級アンモニウム塩が溶解された水溶液に、前記したインジウム塩水溶液および錫化合物、フッ素化合物を添加して、加水分解分解し、必要に応じて熟成、洗浄、乾燥させたのち加熱処理してもよい。この方法は逆均一沈殿法と言い、より微粒子化が可能となる。
【0030】
なお、加熱処理する際の温度は概ね400〜1100℃、さらには450〜650℃の範囲にあることが好ましい。
加熱処理温度が400℃未満の場合は、SnまたはFがドーピングされた酸化インジウム微粒子の結晶性が低く導電性が不充分となることがあり、このため電気容量向上効果が不充分となることがある。
【0031】
加熱処理温度が1100℃を越えると酸化インジウム微粒子が強く凝集したり、焼結したりする傾向があり、カーボン微粒子の周りに均一に分散し難くなるため電気容量が低下することがある。
このようにして得られた金属酸化物微粒子はX線回折により、高い結晶性を有している。
【0032】
得られた結晶性金属酸化物微粒子は、必要に応じて粉砕し、前記平均粒子径範囲として用いることができる。粉砕方法としては、従来公知の方法を採用することができ、例えばサンドミル法、ボールミル法、高圧衝突粉砕法等が挙げられる。また、この粉砕を酸、またはアルカリの存在下、湿式で処理を行うと分散性に優れた金属酸化物微粒子分散液を得ることができる。
【0033】
さらに、分散液はイオン交換樹脂法、限外濾過膜法等によって酸、アルカリ等を除去して用いることができる。また、分散媒を有機溶媒に溶媒置換して用いることもできる。
なお、本発明でいう金属酸化物粒子の平均粒子径は、(1)高温で焼成した後粉砕工程を経ないで用いる場合は、例えば上記調製工程に於いて、乾燥、焼成する前即ち、沈殿生成物粒子を洗浄する際の沈殿生成物粒子の水分散液を用い、動的光散乱式粒度分布測定装置((株)堀場製作所製:LB−500)にて測定された値である。また(2)高温で焼成した後粉砕工程を経て用いる場合は、例えば上記調製工程に於いて、乾燥、焼成した後、サンドミル等で粉砕した後の水あるいは有機溶媒分散液を用い、動的光散乱式粒度分布測定装置((株)堀場製作所製:LB−500)にて測定された値である。
【0034】
電気化学キャパシタ用電極形成用塗料中の金属酸化物微粒子の含有量は、得られる電極中の金属酸化物微粒子の含有量が0.5〜35重量%、さらには1〜20重量%の範囲にあることが好ましい。このような範囲にあれば、容量の大きいキャパシタを得ることが可能である。
電極中の金属酸化物微粒子の含有量が0.5重量%未満の場合は、キャパシタの電気容量の増加が不充分となることがある。
【0035】
電極中の金属酸化物微粒子の含有量が35重量%を越えると、カーボン微粒子の含有量が少なくなりすぎてキャパシタの電気容量が不充分となる。
金属酸化物微粒子とカーボン微粒子との重量比は、(金属酸化物/カーボン)比で、1/200〜1/2、好ましくは1/100〜1/3の範囲にあることが望ましい。
【0036】
具体的に、電極中の金属酸化物微粒子含有量を変化させたときの容量変化を、図3に、金属酸化物微粒子が、Snドーピングされた酸化インジウム微粒子(ITO)の場合を例にとって説明する。なお、図3の試料はいずれもバインダーを10重量%含み、かつITO微粒子を図3に表示された量で含み、バインダー、ITO微粒子およびカーボン粒子の合計量が100重量%となるにように構成される。
【0037】
図3から明らかなように、ITO微粒子の含有量が多くなるにつれて、容量は増大し、5重量%近傍で最大となり、カーボン単独電極に比べて著しく高い容量増加効果を示した。
また、図4は、電極中のITO微粒子含有量が0、5、10重量%における、100mV/Sの走査速度における電位(ポテンシャル)と電流との関係を示すCV曲線を示す。なおいずれもバインダーを電極中に10重量%の量で含む。図4より、炭素単独の電極に比べて、CV曲線の形状は上下に広がっており、すなわち容量が増加していることが明らかである。
【0038】
このように、電極中に、金属酸化物微粒子、特に、SnまたはFがドーピングされた酸化インジウム微粒子をカーボン粒子とともに含ませることで、このように容量が著しく増加する理由について明確ではないものの、大きなカーボン粒子表面に、均一に微細な金属酸化物微粒子が付着し、電気容量を増大するものと考えられる。またこれらの金属酸化物量が少ないと、その効果が少なく、また多すぎるとカーボン粒子全体を被覆し電気二重層容量を小さくしてしまったり、カーボン粒子表面ではなく、隙間に凝集した粒子群が存在したりして、効果が低下するものと考えられる。
【0039】
特にSnドープ、Fドープ酸化インジウム微粒子は安価に、しかも微粒子状のものを容易に、かつ制御よく製造できるので、経済性に優れ、しかも容量の高いキャパシタ用電極を形成することができる。
バインダー
つぎに、本発明に用いるバインダーとしては:ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、カルボキシメチルセルロース、フルオロオレフィン共重合体架橋ポリマー、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリイミド、石油ピッチ、石炭ピッチ、ポリスチレン、フェノール樹脂等が挙げられ、これらのうちの1種以上を用いるのが好ましい。
【0040】
電気化学キャパシタ用電極形成用塗料中のバインダーの含有量は、得られる電極中のバインダーの含有量が5〜20重量%、さらには8〜15重量%の範囲にあることが好ましい。
電極中のバインダーの含有量が5重量%未満の場合は、電極の強度が不充分となり、電極中のバインダーの含有量が20重量%を越えると、キャパシタの電気容量が低下することがある。
【0041】
有機溶媒
本発明の電気化学キャパシタ用電極形成用塗料には、必要に応じて、有機溶媒を含んでいてもよい。有機溶媒としては、バインダーを溶解または分散させることができ、乾燥、加熱等により容易に除去できるものであれば特に制限はなく、従来公知の有機溶媒を用いることができる。
【0042】
このような有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、ジアセトンアルコール、フルフリルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコール、エチレングリコール、ヘキシレングリコール、イソプロピルグリコール、酢酸メチルエステル、酢酸エチルエステル、ジエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、アセトン、メチルエチルケトン、アセチルアセトン、アセト酢酸エステルなどのほかN−メチル−2−ピロリドン、シクロヘキサン等が挙げられる。これらは単独で使用してもよく、また2種以上混合して使用してもよい。
【0043】
電気化学キャパシタ用電極形成用塗料中の固形分(カーボン微粒子と金属酸化物とバインダーの合計)濃度は1〜50重量%、さらには5〜20重量%の範囲にあることが好ましい。
塗料中の固形分濃度が1重量%未満の場合は、1回の塗布等では厚膜の電極の形成ができない場合があり、このため成膜回数を複数回とする必要が生じ、生産効率が低下する問題がある。
【0044】
塗料中の固形分濃度が50重量%を越えると、粘度が高くなりすぎて塗料化が困難となることがあり、得られたとしても塗布法が制限されたり、得られる電極の強度が不充分となることがある。
このような電気化学キャパシタ用電極形成用塗料は、金属酸化物微粒子の有機溶媒分散液を調製し、バインダーを必要に応じて有機溶媒とともにさらに撹拌したのち、カーボン微粒子を均一に撹拌分散させればよい。
【0045】
電極・電極の調製
本発明に係る電気化学キャパシタ用電極は、前記塗料を、例えば集電体基材上にディッピング法、スピナー法、スプレー法、ロールコーター法、フレキソ印刷法などの方法で、基材上に塗布したのち、常温〜約150℃の範囲の温度で乾燥することによって得ることができる。
【0046】
集電体基材としては、銅、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、Al−Cd合金、グラッシーカーボン等を用いることができる。これらは、通常シート状、フィルム状、棒状等で使用することができる。
このときの電極の厚さは1〜500μm、さらには10〜300μmの範囲にあることが好ましい。
【0047】
電極の厚さが1μm未満の場合は、キャパシタの電気容量が低下し、出力が不充分となることがある。
電極の厚さが500μmを越えると、充放電速度が低下し、例えば急速充放電が可能な高電気容量のキャパシタを得ることが困難となることがある。
また前記塗料を単に容器内充填したものであってもよい。
【0048】
前記電極を対向させ、必要に応じてセパレータなどによって両電極が接触しないように隔離し、所定の容器・缶内に載置したのち、電極間に電解液を充満させれば、電気化学キャパシタを得ることができる。1対の電極のうち、片方のみが本発明に係る電極で構成されていればよく、他方は、公知の電極を使用することもできる。また両方とも本発明に係る電極で構成されていてもよい。
【0049】
電解液としては、水溶液と有機溶液(非水電解液)のいずれも使用できる。
水溶液では、KOH、NaOH、LiOH等のアルカリ水溶液、KCl、NaCl、LiCl等の中性水溶液、HSO、HNO等の酸性水溶液が使用可能である。また電解質濃度は、電解質種、作動温度等により一概には言えないが、0.5〜3モル/リットルの範囲にあれば電気伝導度が大きくすることができるので望ましい。これらの水溶液系電解液の場合、水溶液中のプロトン(水素イオン)の電極材料への吸蔵、脱離により静電容量が発現される。
【0050】
一方、非水電解液の場合では、カチオンとしてリチウムイオンを発生するリチウム塩を溶質として用いる。リチウム塩としては、LiBF,LiClO、LiPF、LiSbF、LiAsF、LiCFSO、LiC(CFSO、LiB(C、LiCSO、LiCF1SO,LiB(C,LiN(CFSO等が例示される。また電解質としては、R、R(ただし、RはC2n+1(好ましくはn=1〜3)で示されるアルキル基である)などの第4級オニウムカチオンと、BF 、PF 、ClO 、SbF 又はCFSO のようなアニオンとを組み合わせた塩から選ばれる1種又は2種以上の物質が挙げられる。非水電解液中の溶質濃度は、リチウム塩、第4級オニウム塩を各々単独、又はこれらを混合した場合のいずれの場合でも、電気化学キャパシタの特性が十分引き出せるように、0.5〜2.0モル/リットルが好ましい。溶媒としては、特に限定するものではないが、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、スルホラン、メチルスルホラン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、N−メチルオキサゾリジノン、ジメチルスルホキシド、及びトリメチルスルホキシドなどが例示される。
【0051】
【発明の効果】
本発明によれば、電気キャパシタ用電極形成用塗料中に導電性に優れかつ微細な金属酸化物微粒子が含まれているために、得られる電極は(基板との密着性や)強度に優れ、また高電気容量の電気化学キャパシタを得ることができる。
また従来の貴金属酸化物を使用することなく安価に電気化学キャパシタを得ることができる。
【0052】
特に、金属酸化物微粒子が、SnドープあるいはFドープ酸化インジウムの場合、電気容量を極めて大きくできるとともに、安価であり、しかも粒径の制御も容易のであるのでより好適である。こうして得られる電気化学キャパシタを用いると、各種電子機器の小型化・軽量化、大容量化をはかることが可能であり、その公表的有用性は非常に大きい。
【0053】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【0054】
【実施例1】
金属酸化物微粒子 (1) の調製
濃度2重量%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(キシダ化学(株)製)水溶液60mlにテトラプロピルアンモニウムブロミド(東京化成(株)製)1.5gを添加した強アルカリ水溶液中に、硝酸インジウム(キシダ化学(株)製)6.3gと酢酸スズ(キシダ化学(株)製)0.2gを溶解した水溶液100mlを1ml/minの速度で混合水溶液のpHが11になるまで滴下した。その後、1時間撹拌した後、遠心分離を繰り返して沈殿生成物粒子を洗浄した。このときの沈殿生成物粒子の平均粒子径は44nmであった。スズドープ量は酸化物換算で、5重量%であった。
【0055】
ついで120℃で乾燥した後、600℃で3時間焼成してスズをドープした酸化インジウム(ITO)の金属酸化物微粒子(1)を調製した。
電気キャパシタ用電極形成用塗料 (1) の調製
金属酸化物微粒子(1)0.65gにエタノール50gを配合し、超音波分散を行った後、N−メチル−2−ピロリドン(キシダ化学(株)製)を50g混合攪拌した(分散液1)。別途、N−メチル−2−ピロリドン1.3gとポリフッ化ビニリデン(呉羽化学(株)製:KF−ポリマーL)1.3gとを混合した溶液を分散液1に配合する。ついで、カーボン微粒子(関西熱化学(株)製:MSP−20、平均粒子径4μm)11.1gを配合し、充分攪拌して電気キャパシタ用電極形成用塗料(1)を調製した。
【0056】
電気キャパシタ用電極 (1) の調製
集電体基板としてニッケルシート(ニラコ(株)製:310428、20×30×0.3tmm)上に電気キャパシタ用電極形成用塗料(1)を15mm四方にロールコート法にて塗布した後、120℃で12時間乾燥して電気キャパシタ用電極(1)を調製した。電極の厚さは30μmであった。
【0057】
電気キャパシタ用電極(1)について、硬度および密着性を評価し、結果を表1に示した。
鉛筆硬度の測定
JIS−K−5400に準じて鉛筆硬度試験器により測定した。結果を表1に示した。
【0058】
密着性の評価
電気キャパシタ用電極(1)の表面にナイフで縦横1mmの間隔で11本の平行な傷を付けて100個の升目を作り、これにセロハンテープを接着し、ついで、セロハンテープを剥離したときに電極が剥離せず残存している升目の数を、以下の4段階に分類することによって密着性を評価した。結果を表に示した。
【0059】
残存升目の数98個以上 :◎
残存升目の数95〜97個:○
残存升目の数90〜94個:△
残存升目の数89個以下 :×
測定セル (1) の組立と電気容量の測定
上記電気キャパシタ用電極(1)を作用極(1)として用い、対極として白金板(15×20×0.1tmm)を、参照極としてAg/AgCl電極(北斗電工(株)製:HX−R2)を用い、1M−KOH水溶液を電解質溶液として測定セル(1)を組み立てた。これを用い、サイクリックボルタメトリー法(北斗電工(株)製:スタンダードボルタメトリーツール、HSV−100)により電気化学測定(10mV/s、100mV/s)を25±1℃で行い、得られたCV曲線から電気容量(F/g)を計算し、結果を表1に示した。
【0060】
【実施例2】
金属酸化物微粒子 (2) の調製
濃度2重量%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液60mlにテトラプロピルアンモニウムブロミド1.5gを添加した強アルカリ水溶液中に、濃度0.2mol/Lの硝酸インジウム水溶液100mlを1ml/minの速度で混合水溶液のpHが11になるまで滴下した。その後、1時間撹拌した後、遠心分離を繰り返して沈殿生成物粒子を洗浄した。このときの沈殿生成物粒子の平均粒子径は58nmであった。
【0061】
ついで120℃で乾燥した後、600℃で3時間焼成して酸化インジウムの金属酸化物微粒子(2)を調製した。
測定セル (2) の組立と電気容量の測定
実施例1において、金属酸化物微粒子(2)を用いた以外は同様にして電気キャパシタ用電極形成用塗料(2)の調製、電気キャパシタ用電極(2)の調製を行い、硬度および密着性を評価し、結果を表1に示した。
【0062】
ついで測定セル(2)を組立て、電気化学測定を行い、得られた電気容量を表1に示した。
【0063】
【実施例3】
電気キャパシタ用電極形成用塗料 (3) の調製
金属酸化物微粒子(1)0.39gにエタノール50gを配合し、超音波分散を行った後、N−メチル−2−ピロリドンを50g混合攪拌する(分散液(2))。別途、N−メチル−2−ピロリドン1.3gとポリフッカビニリデン1.3gとを混合した溶液を分散液(2)に配合する。ついで、カーボン微粒子(関西熱化学(株)製:MSP−20、平均粒子径4μm)11.3gを配合し、充分攪拌して電気キャパシタ用電極形成用塗料(3)を調製した。
【0064】
測定セル (3) の組立と電気容量の測定
実施例1において、電気キャパシタ用電極形成用塗料(3)を用いた以外は同様にして電気キャパシタ用電極(3)の調製を行い、ついで測定セル(3)を組立て、電気化学測定を行い、得られた電気容量を表1に示した。
【0065】
【実施例4】
電気キャパシタ用電極形成用塗料 (4) の調製
金属酸化物微粒子(1)1.3gにエタノール50gを配合し、超音波分散を行った後、N−メチル−2−ピロリドンを50g混合攪拌した(分散液(3))。別途、N−メチル−2−ピロリドン1.3gとポリフッ化ビニリデン1.3gとを混合した溶液を分散液3に配合した。ついで、カーボン微粒子(関西熱化学(株)製:MSP−20、平均粒子径4μm)10.5gを配合し、充分攪拌して電気キャパシタ用電極形成用塗料(4)を調製した。
【0066】
測定セル (4) の組立と電気容量の測定
実施例1において、電気キャパシタ用電極形成用塗料(4)を用いた以外は同様にして電気キャパシタ用電極(4)の調製を行い、ついで測定セル(4)を組立て、電気化学測定を行い、得られた電気容量を表に示した。
【0067】
【実施例5】
金属酸化物微粒子 (3) の調製
硝酸インジウム三水和物79.7gを水686gに溶解して得られた溶液と、錫酸カリウム3水和物5.4gを濃度10重量%の水酸化カリウム溶液414gに溶解して得られた溶液とを調製し、これらの溶液を、50℃に保持された1000gの純水に2時間かけて添加した。この間、系内のpHを11に保持した。得られたスズドープ酸化インジウム水和物分散液からスズドープ酸化インジウム水和物を濾別・洗浄した後、乾燥し、次いで空気中で350℃の温度で3時間焼成し、さらに空気中で600℃の温度で2時間焼成することによりスズドープ酸化インジウム微粒子を得た。スズドープ量は、酸化物換算で8重量%であった。
【0068】
これを濃度が30重量%となるように純水に分散させ、さらに硝酸水溶液でpHを3.5に調製した後、この混合液を30℃に保持しながらサンドミルで、3時間粉砕してゾルを調製した。次に、このゾルをイオン交換樹脂で処理して硝酸イオンを除去し、純水を加えて、濃度20重量%のスズをドープした酸化インジウム(ITO)の金属酸化物微粒子(3)の分散液を調製した。ついで、限外濾過膜にて溶媒置換を行い、濃度20重量%の金属酸化物微粒子(3)のエタノール分散液を調製した。このときの金属酸化物微粒子(3)の平均粒子径は40nmであった。
【0069】
電気キャパシタ用電極形成用塗料 (5) の調製
金属酸化物微粒子(3)のエタノール分散液3.25gにエタノール47.4gを配合し、超音波分散を行った後、N−メチル−2−ピロリドンを50g混合攪拌する(分散液(4))。別途、N−メチル−2−ピロリドン1.3gとポリフッ化ビニリデン1.3gとを混合した溶液を分散液(4)に配合した。ついで、カーボン微粒子(関西熱化学(株)製:MSP−20、平均粒子径4μm)11.1gを配合し、充分攪拌して電気キャパシタ用電極形成用塗料(5)を調製した。
【0070】
測定セル (5) の組立と電気容量の測定
実施例1において、電気キャパシタ用電極形成用塗料(5)を用いた以外は同様にして電気キャパシタ用電極(5)の調製を行い、ついで測定セル(5)を組立て、電気化学測定を行い、得られた電気容量を表1に示した。
【0071】
【実施例6】
金属酸化物微粒子 (4) の調製
塩化スズ57.7gと塩化アンチモン7.0gとをメタノール100g溶解して溶液を調製した。得られた溶液を4時間かけて、90℃、攪拌下の純水1000gに添加して加水分解を行い、生成した沈殿を濾別・洗浄し、乾燥空気中、500℃で2時間焼成してアンチモンドープの酸化スズ微粒子粉末を得た。この粉末30gを水酸化カリウム水溶液(KOHとして3.0g)70gに加え、混合液を30℃に保持しながらサンドミルで3時間粉砕してゾルを調製した。次いで、このゾルをイオン交換樹脂処理して、脱アルカリし、純水を加えて濃度20重量%のアンチモンをドープした酸化スズ(ATO)の金属酸化物微粒子(4)の分散液を調製した。
【0072】
ついで、限外濾過膜にて溶媒置換を行い、濃度20重量%の金属酸化物微粒子(4)のエタノール分散液を調製した。このときの金属酸化物微粒子(4)の平均粒子径は10nmであった。
電気キャパシタ用電極形成用塗料 (6)
金属酸化物微粒子(4)のエタノール分散液3.25gにエタノール47.4gを配合し、超音波分散を行った後、N−メチル−2−ピロリドンを50g混合攪拌する(分散液(5))。別途、N−メチル−2−ピロリドン1.3gとポリフッカビニリデン1.3gとを混合した溶液を分散液(5)に配合する。ついで、カーボン微粒子(関西熱化学(株)製:MSP−20、平均粒子径4μm)11.1gを配合し、充分攪拌して電気キャパシタ用電極形成用塗料(6)を調製した。
【0073】
測定セル (6) の組立と電気容量の測定
実施例1において、電気キャパシタ用電極形成用塗料(6)を用いた以外は同様にして電気キャパシタ用電極(6)の調製を行い、ついで測定セル(6)を組立て、電気化学測定を行い、得られた電気容量を表1に示した。
【0074】
【比較例1】
電気キャパシタ用電極形成用塗料 (R1) の調製
N−メチル−2−ピロリドン1.3gとポリフッ化ビニリデン1.3gとを混合した溶液にエタノール50g、N−メチル−2−ピロリドン50gを配合する。ついで、カーボン微粒子(関西熱化学(株)製:MSP−20、平均粒子径4μm)11.8gを配合し、充分攪拌して電気キャパシタ用電極形成用塗料(R1)を調製した。
【0075】
測定セル (R1) の組立と電気容量の測定
実施例1において、電気キャパシタ用電極形成用塗料(R1)を用いた以外は同様にして電気キャパシタ用電極(R1)の調製を行い、ついで測定セル(R1)を組立て、電気化学測定を行い、得られた電気容量を表1に示した。
【0076】
【表1】

Figure 2004228148

【図面の簡単な説明】
【図1】100mV/sの一定電位走査速度における各種金属酸化物を含有した電極の電気容量を示す。
【図2】電極中に各金属酸化物粒子を添加した場合の容量走査速度依存性を表す。
【図3】電極中の金属酸化物微粒子含有量を変化させたときの容量変化を示す。
【図4】電極中のITO微粒子含有量が0、5、10重量%の場合の100mV/Sの走査速度における電位(ポテンシャル)と電流との関係を示すCV曲線を示す。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a novel paint for forming an electrode for an electrochemical capacitor, an electrode for an electrochemical capacitor formed using the paint, and an electrochemical capacitor using the electrode.
More specifically, the present invention relates to a paint for forming an electrode for an electric capacitor capable of producing an electrochemical capacitor having a high strength and a high capacitance, and a use thereof.
[0002]
TECHNICAL BACKGROUND OF THE INVENTION
In recent years, there has been a demand for a power storage device that is small, lightweight, large-capacity, and capable of rapidly charging and discharging. In particular, for an electric vehicle or the like, a conventional capacitor or secondary battery cannot be used, and the development of an electrochemical capacitor as a high-performance energy storage device is urgently required.
[0003]
Conventionally, as an electrochemical capacitor, while a development centered on an electric double layer electrochemical capacitor (EDLC) using a carbon material having a high specific surface area as an electrode material has been developed, a metal capable of obtaining a high output density and an energy density has been developed. There is also interest in electrochemical capacitors based on oxides, metal nitrides, and metal carbides.
High specific surface area (about 1000m2In EDLC using a carbon material of / g) as an electrode material, activated carbon, activated carbon fiber, carbon black and the like have been proposed as electrode materials. In particular, activated carbon and activated carbon fiber have attracted attention as electrode materials for EDLC because they exhibit a relatively large electric capacity.
[0004]
On the other hand, as a metal oxide-based electrode material, oxides of Ru and Ir, which are oxides of noble metals, are being studied. It is known that these noble metal oxides exhibit excellent charge / discharge cycle characteristics because of their high electrochemical reversibility.
However, since noble metal oxides are expensive, there is a problem in practical use. For this reason, noble metal oxides are supported on carbon materials, or composites of inexpensive high-performance oxide materials and carbon materials are used instead. ing.
[0005]
Electrochem. and Solid-state Lett. Vol4, No. 9, 2001, p. Nos. 145-147 show that the carbon material is RuO2, MoO3Have been reported.
It has also been reported that an electrochemical capacitor can be manufactured using oxides such as Ni, V, Mo, Mn, or ultrafine particles of a nitride or carbide such as V, Nb, Mo, W, etc. as an electrode material for the electrochemical capacitor. ing. For example, J. Electrochem. Soc. , 143, 124 (1996) report the use of porous NiO / Ni as an electrode material for electrochemical capacitors. In addition, The Electrochemical Society PV95-29, p. 86 (1996) has V2O5The use of gels has been reported.
[0006]
In the above, for example, it has been reported that the electric capacity of a carbon composite electrode carrying 3.2% by weight of ruthenium oxide is increased by about 25%. In addition, it has been reported that the capacitance of a carbon composite electrode supporting 1.4% by weight of molybdenum oxide increases by about 35%.
In addition, the use of indium oxide or a mixture of indium oxide and tin oxide, which has conductivity and also serves as an inorganic binder, in the production of a polarizable electrode used for an electric double layer capacitor is disclosed (Patent Document 1). And JP-A-5-304048). Specifically, activated carbon fine particles are dispersed in an alcohol solution of indium alkoxide, a catalyst is added thereto, and the mixture is hydrolyzed, heated at 40 to 60 ° C. to promote gelation, and heated at 150 to 200 ° C. A polarizable electrode obtained by drying and then heating at 400 to 450 ° C. to remove organic substances is described.
[0007]
In addition to the above, an electric energy storage element in which vanadium pentoxide is supported on carbon powder (Patent Document 2, JP-A-2000-36303), and a metal hydroxide hydrate such as ruthenium hydroxide is supported on carbon powder. A disclosed electric energy storage element (Patent Document 3, JP-A-2000-36441) is also disclosed. Further, an electrode material in which a molybdenum compound is supported on a porous carbon material is also known (Patent Document 4, JP-A-2002-289468).
[0008]
However, the method of simply supporting the metal oxide in the pores of the carbon powder as described above has problems such as insufficient improvement of electric capacity and poor economic efficiency.
The inventors of the present application have conducted intensive studies in view of the above problems, and as a result of mixing the carbon metal powder with highly conductive crystalline metal oxide fine particles having a smaller particle size than the carbon powder, instead of supporting the carbon powder on the carbon powder. The obtained electrode was excellent in strength, and it was found that a capacitor using this electrode could greatly improve the electric capacity, and completed the present invention.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-5-304048
[Patent Document 2]
JP-A-2000-36303
[Patent Document 3]
JP-A-2000-36441
[Patent Document 4]
JP-A-2002-289468
[0010]
[Object of the invention]
The present invention has been made in order to solve the problems associated with the above-described conventional technology, and a paint that is preferably used for forming an electrode for an electrochemical capacitor, and an electrode for an electrochemical capacitor formed using the paint. And an electrochemical capacitor using the electrode.
[0011]
Summary of the Invention
The electrode forming paint for an electrochemical capacitor according to the present invention,
Carbon fine particles, metal oxide fine particles having a smaller particle diameter than the carbon fine particles, a binder and water and / or an organic solvent,
The average particle size of the metal oxide fine particles is in the range of 5 to 100 nm.
[0012]
The metal oxide fine particles are oxides / composite oxides of at least one element selected from the group consisting of In, Sn, Cu, Mo, Ta, Ni, W, Mn, Sb, Ti, Zr, Co, and Fe; Mixtures of these are preferred, and in particular, indium oxide doped with Sn or F is preferred.
The electrode for an electrochemical capacitor according to the present invention is formed using the paint.
[0013]
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, first, the paint for forming an electrode for an electrochemical capacitor according to the present invention will be described.
Paint for forming electrodes for electrochemical capacitors
The electrode forming coating for an electrochemical capacitor according to the present invention comprises carbon fine particles, metal oxide fine particles, a binder, water and / or an organic solvent, and has an average particle diameter of 5 to 100 nm. It is characterized by being in the range.
[0015]
Carbon fine particles
As the carbon fine particles, conventionally known activated carbon, activated carbon fiber, carbon aerogel, carbon black and the like can be used. Among them, activated carbon and activated carbon fiber having a high specific surface area are preferable because they exhibit a relatively large electric capacity.
Raw materials of activated carbon and activated carbon fiber that can be used in the present invention include plant-based wood, sawdust, coconut shell, pulp waste liquor, fossil fuel-based coal, petroleum heavy oil, or coal obtained by thermally decomposing them. Petroleum pitch, petroleum coke, carbon aerogel, fiber spun from tar pitch, synthetic polymer, phenolic resin, furan resin, polyvinyl chloride resin, polyvinylidene chloride resin, polyimide resin, polyamide resin, liquid crystal polymer, plastic waste It is used for a wide variety of items, waste tires, etc. Activated carbon and activated carbon fiber are obtained by carbonizing these raw materials and then performing an activation treatment. This activation method is roughly classified into a gas activation method and a chemical activation method. The gas activation method is also called physical activation, while the chemical activation method is a chemical activation, and the carbonized raw material is converted to steam, carbon dioxide, oxygen, and other oxidizing gases at high temperatures. Activated carbon is obtained by contact reaction. The chemical activation method is a method in which a raw material is uniformly impregnated with an activation chemical, heated in an inert gas atmosphere, and activated carbon is obtained by a dehydration and oxidation reaction of the chemical. Chemicals used in the chemical activation method include zinc chloride, phosphoric acid, sodium phosphate, calcium chloride, potassium sulfide, potassium hydroxide, sodium hydroxide, potassium carbonate, sodium carbonate, sodium sulfate, potassium sulfate, calcium carbonate, etc. There is. However, the method for producing activated carbon and activated carbon fiber is not particularly limited, and is not limited to the above method.
[0016]
The activated carbon or activated carbon fiber may be in any of various shapes such as crushed, granulated, granulated, fiber, felt, woven, and sheet shapes, and any of them can be used in the present invention. Among these activated carbons or activated carbon fibers, activated carbon or activated carbon fibers obtained from carbonized coconut shell, coal, or phenol resin in the gas activation method have a relatively high capacitance, It is suitable for the present invention because it can be mass-produced and inexpensive.
[0017]
When granular carbon fine particles are used, the average particle diameter is preferably in the range of 0.005 to 50 μm, more preferably 0.01 to 10 μm. Here, the carbon fine particles may be primary particles or secondary particles.
It is difficult to obtain carbon fine particles having an average particle diameter of less than 0.005 μm. If the average particle diameter of the carbon fine particles exceeds 50 μm, the strength of the obtained electrode is reduced or the carbon fine particles are detached from the electrode. There is.
[0018]
The content of the carbon fine particles in the coating for forming an electrode for an electrochemical capacitor is preferably such that the content of the carbon fine particles in the obtained electrode is in the range of 60 to 95% by weight, more preferably 70 to 90% by weight.
When the content of the carbon fine particles in the electrode is less than 60% by weight, the electric capacity of the electrochemical capacitor may be insufficient.
[0019]
When the content of the carbon fine particles in the electrode exceeds 95% by weight, the electrode becomes brittle due to a shortage of the binder component, and it is difficult to obtain an electrode that can withstand practical use.
Metal oxide fine particles
As the metal oxide fine particles used in the present invention, those having conductivity are used.
[0020]
Among them, oxides / composite oxides of at least one element selected from the group consisting of In, Sn, Cu, Mo, Ta, Ni, W, Mn, Sb, Ti, Zr, Co and Fe, or a mixture thereof Is preferred. These include doped oxides and solid solutions. For example, a doped oxide such as tin-doped indium oxide, F-doped indium oxide, and antimony-doped tin oxide can be used.
[0021]
As described above, the method of supporting the metal oxide in the fine pores of the carbon powder has been widely known, but the improvement of the electric capacity is insufficient or the economical efficiency is poor, and the method is rapidly increasing. There is a problem that it is difficult to obtain charge / discharge characteristics. On the other hand, if carbon particles and finer metal oxide particles are used as in the present invention, a large-capacity electrode material can be obtained at low cost. Further, the strength and adhesion of the electrode obtained by including such metal oxide fine particles can be increased.
[0022]
When the metal oxide fine particles are used in this manner, the metal oxide fine particles are uniformly dispersed on the surface of the carbon particles, so that the pseudo capacitance due to the metal oxide fine particles is added to the electric double layer capacity of the carbon electrode, thereby increasing the electric power. It is considered that an electrode for a capacitor having a large capacity is obtained.
The metal oxide used in the present invention has conductivity, so that the internal resistance of the electrode can be effectively reduced, and the effect of increasing the capacitance similar to the electrochemical pseudo capacitance is obtained. be able to.
[0023]
The effect of increasing the electric capacity by using the metal oxide according to the present invention is clearly shown in FIG. FIG. 1 is an electrochemical diagram using an electrode formed by mixing carbon fine particles, various conductive metal oxide fine particles, and a binder (described later) in a weight ratio (carbon: oxide: binder) of 85: 5: 10. FIG. 9 compares the capacitances of the capacitors at a constant potential scanning speed of 100 mV / s. As is clear from FIG. 1, an electric capacity equivalent to or higher than that of the carbon fine particles alone can be obtained.
[0024]
In the present invention, among the metal oxides, Sn or F-doped indium oxide fine particles are preferable, and such Sn or F-doped indium oxide has high conductivity and provides an electrochemical capacitor having a large electric capacity. Can be. Such Sn or F-doped indium oxide has a significant effect of significantly increasing the electric capacity as compared to undoped indium oxide or tin oxide, as compared to a case where both are simply mixed. Although the reason is not clear, it is presumed that Sn or F-doped indium oxide has high conductivity and therefore has a high function of contributing to charge accumulation. FIG. 2 shows the capacitance scanning speed dependency when each metal oxide particle is added to the electrode. Each of them contains 10% by weight of a binder and metal oxide in the amount shown in FIG. 2, so that the total amount of the binder, metal oxide fine particles and carbon particles is 100% by weight.
[0025]
In the case where the metal oxide fine particles are added, the capacity of the capacitor is higher than that in the case where only carbon is used. In particular, when Sn or F-doped indium oxide is used, a capacitor having a high capacitance is obtained even at a high capacitance scanning speed, and it can be seen that rapid charge and discharge are possible.
The doping amount of Sn or F in the indium oxide fine particles is preferably in the range of 0.5 to 16% by weight, more preferably 1 to 12% by weight in the fine particles.
[0026]
Such metal oxide fine particles have a smaller particle diameter than the carbon fine particles, and preferably have an average particle diameter of 5 to 100 nm, more preferably 10 to 50 nm.
With metal oxide particles having such a particle size range, the metal oxide particles are uniformly dispersed on the surface of the carbon particles without the metal oxide fine particles entering the pores of the electrode formed from the carbon particles. It can adhere and increase the capacity increasing effect. Even within this range, the smaller the particle size, the greater the capacity increasing effect.
[0027]
The particle size of the metal oxide fine particles is smaller than the carbon particles described above, and the particle size ratio is in the range of (1/10000) to (1/10), preferably (1/5000) to (1/100). Is desirable.
When the average particle diameter of the metal oxide fine particles is less than 5 nm, it is difficult to obtain.
When the average particle diameter of the metal oxide fine particles exceeds 100 nm, it is difficult to uniformly disperse the particles around the carbon fine particles, so that the electrode becomes coarse and the strength is reduced, or the adhesion to the base material may be reduced. . In addition, the increase in electric capacity may be insufficient.
[0028]
The method for producing such metal oxide fine particles is not particularly limited, but a conventionally known method may be employed as long as it has a proper conductivity and an average particle diameter in the above range. Can be. For example, it can be obtained by adding an acid or an alkali to an aqueous solution of a metal salt of the above metal element to form a precipitate, aging, washing and drying as necessary, and then performing a heat treatment.
[0029]
In the case of indium oxide fine particles doped with Sn or F, for example, a tin compound such as tin acetate or a fluorine compound such as (tin fluoride) is added to an aqueous solution of an indium salt such as indium nitrate and hydrolyzed. It can be obtained by aging, washing and drying, followed by heat treatment.
It is preferable that the metal oxide fine particles have a uniform composition and have excellent dispersibility in a coating material. For this purpose, to the aqueous solution in which the quaternary ammonium salt is dissolved in the aqueous ammonium hydroxide solution, the above-mentioned indium salt aqueous solution and the tin compound and the fluorine compound are added, hydrolyzed and decomposed, and if necessary, ripened, washed, After drying, heat treatment may be performed. This method is called an inverse uniform precipitation method, and can be made finer.
[0030]
The temperature at the time of the heat treatment is preferably in the range of about 400 to 1100 ° C, and more preferably in the range of 450 to 650 ° C.
When the heat treatment temperature is lower than 400 ° C., the crystallinity of the indium oxide fine particles doped with Sn or F may be low and the conductivity may be insufficient, and therefore, the effect of improving the electric capacity may be insufficient. is there.
[0031]
When the heat treatment temperature exceeds 1100 ° C., the indium oxide fine particles tend to strongly agglomerate or sinter, and it is difficult to uniformly disperse the particles around the carbon fine particles, so that the electric capacity may decrease.
The metal oxide fine particles thus obtained have high crystallinity by X-ray diffraction.
[0032]
The obtained crystalline metal oxide fine particles can be pulverized, if necessary, and used as the average particle diameter range. As a pulverizing method, a conventionally known method can be employed, and examples thereof include a sand mill method, a ball mill method, and a high-pressure collision pulverizing method. When the pulverization is performed in the presence of an acid or an alkali in a wet process, a dispersion of metal oxide fine particles having excellent dispersibility can be obtained.
[0033]
Further, the dispersion can be used after removing acids, alkalis and the like by an ion exchange resin method, an ultrafiltration membrane method or the like. Further, the dispersion medium can be used after replacing the solvent with an organic solvent.
The average particle diameter of the metal oxide particles referred to in the present invention may be determined as follows: (1) When the metal oxide particles are fired at a high temperature and used without passing through a pulverizing step, for example, in the above-mentioned preparation step, before drying and firing, It is a value measured by a dynamic light scattering type particle size distribution analyzer (LB-500, manufactured by Horiba, Ltd.) using an aqueous dispersion of precipitated product particles when washing the product particles. (2) In the case of using after passing through a pulverizing step after firing at a high temperature, for example, using the water or organic solvent dispersion liquid after drying, firing and pulverizing with a sand mill in the above-mentioned preparation step, This is a value measured by a scattering type particle size distribution analyzer (LB-500, manufactured by Horiba, Ltd.).
[0034]
The content of the metal oxide fine particles in the coating for forming an electrode for an electrochemical capacitor is such that the content of the metal oxide fine particles in the obtained electrode is in the range of 0.5 to 35% by weight, and more preferably 1 to 20% by weight. Preferably, there is. Within such a range, a capacitor having a large capacity can be obtained.
If the content of the metal oxide fine particles in the electrode is less than 0.5% by weight, the increase in the electric capacity of the capacitor may be insufficient.
[0035]
If the content of the metal oxide fine particles in the electrode exceeds 35% by weight, the content of the carbon fine particles becomes too small and the electric capacity of the capacitor becomes insufficient.
The weight ratio between the metal oxide fine particles and the carbon fine particles is preferably in the range of 1/200 to 1/2, and more preferably 1/100 to 1/3, in terms of the ratio of (metal oxide / carbon).
[0036]
Specifically, the change in capacitance when the content of the metal oxide fine particles in the electrode is changed will be described with reference to FIG. 3, taking the case where the metal oxide fine particles are Sn-doped indium oxide fine particles (ITO) as an example. . Each of the samples in FIG. 3 contains 10% by weight of a binder, contains ITO fine particles in the amount shown in FIG. 3, and is configured so that the total amount of the binder, the ITO fine particles and the carbon particles becomes 100% by weight. Is done.
[0037]
As is clear from FIG. 3, as the content of the ITO fine particles increased, the capacity increased, and reached a maximum near 5% by weight, showing a remarkably higher capacity increasing effect than the carbon single electrode.
FIG. 4 shows a CV curve showing a relationship between a potential (potential) and a current at a scanning speed of 100 mV / S when the content of the ITO fine particles in the electrode is 0, 5, and 10% by weight. In each case, the binder is contained in the electrode in an amount of 10% by weight. From FIG. 4, it is clear that the shape of the CV curve spreads up and down, that is, the capacity is increased, as compared with the carbon-only electrode.
[0038]
As described above, it is not clear why the capacity is remarkably increased by including metal oxide fine particles, particularly Sn or F-doped indium oxide fine particles together with carbon particles in the electrode, but it is not clear. It is considered that fine metal oxide particles are uniformly attached to the surface of the carbon particles to increase the electric capacity. In addition, if the amount of these metal oxides is small, the effect is small, and if the amount is too large, the entire carbon particles are covered and the electric double layer capacity is reduced, or particles aggregated in the gaps, not on the carbon particle surface. It is thought that the effect is reduced.
[0039]
In particular, Sn-doped and F-doped indium oxide fine particles can be manufactured inexpensively and in a fine particle state easily and in a controlled manner, so that a capacitor electrode having excellent economy and high capacity can be formed.
binder
Next, the binder used in the present invention includes: polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, carboxymethylcellulose, crosslinked polymer of fluoroolefin copolymer, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polyimide, petroleum pitch, coal pitch, polystyrene, phenol resin And the like, and it is preferable to use one or more of these.
[0040]
The content of the binder in the paint for forming an electrode for an electrochemical capacitor is preferably such that the content of the binder in the obtained electrode is in the range of 5 to 20% by weight, more preferably 8 to 15% by weight.
When the content of the binder in the electrode is less than 5% by weight, the strength of the electrode becomes insufficient, and when the content of the binder in the electrode exceeds 20% by weight, the electric capacity of the capacitor may be reduced.
[0041]
Organic solvent
The electrode forming paint for an electrochemical capacitor of the present invention may contain an organic solvent, if necessary. The organic solvent is not particularly limited as long as it can dissolve or disperse the binder and can be easily removed by drying, heating, or the like, and a conventionally known organic solvent can be used.
[0042]
Such organic solvents include methanol, ethanol, propanol, isopropyl alcohol, butanol, diacetone alcohol, furfuryl alcohol, tetrahydrofurfuryl alcohol, ethylene glycol, hexylene glycol, isopropyl glycol, acetic acid methyl ester, acetic acid ethyl ester, N-methyl-2-pyrrolidone, cyclohexane, etc. in addition to diethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, acetone, methyl ethyl ketone, acetylacetone, acetoacetate, etc. Is mentioned. These may be used alone or as a mixture of two or more.
[0043]
The concentration of the solid content (total of carbon fine particles, metal oxide, and binder) in the paint for forming an electrode for an electrochemical capacitor is preferably in the range of 1 to 50% by weight, more preferably 5 to 20% by weight.
When the solid content concentration in the paint is less than 1% by weight, it may not be possible to form a thick-film electrode by one application or the like. There is a problem of decline.
[0044]
If the solids concentration in the coating exceeds 50% by weight, the viscosity may be too high to make the coating difficult, and even if obtained, the coating method is limited or the strength of the obtained electrode is insufficient. It may be.
Such an electrode coating for electrochemical capacitors is prepared by preparing an organic solvent dispersion of metal oxide fine particles, further stirring the binder with an organic solvent as needed, and then uniformly stirring and dispersing the carbon fine particles. Good.
[0045]
Preparation of electrodes and electrodes
The electrode for an electrochemical capacitor according to the present invention was coated with the coating material on a current collector substrate, for example, by a dipping method, a spinner method, a spray method, a roll coater method, or a flexographic printing method. Thereafter, it can be obtained by drying at a temperature in the range of ordinary temperature to about 150 ° C.
[0046]
As the current collector substrate, copper, nickel, iron, stainless steel, titanium, aluminum, calcined carbon, conductive polymer, conductive glass, Al-Cd alloy, glassy carbon, or the like can be used. These can be used usually in the form of a sheet, a film, a rod, and the like.
At this time, the thickness of the electrode is preferably in the range of 1 to 500 μm, more preferably 10 to 300 μm.
[0047]
When the thickness of the electrode is less than 1 μm, the electric capacity of the capacitor is reduced, and the output may be insufficient.
When the thickness of the electrode exceeds 500 μm, the charge / discharge speed is reduced, and for example, it may be difficult to obtain a capacitor having a high electric capacity capable of rapid charge / discharge.
Further, the paint may be simply filled in a container.
[0048]
The electrodes are opposed to each other, if necessary, separated by a separator or the like so that the two electrodes are not in contact with each other, placed in a predetermined container / can, and then filled with an electrolytic solution between the electrodes. Obtainable. It is sufficient that only one of the pair of electrodes is formed of the electrode according to the present invention, and the other can be a known electrode. Further, both may be constituted by the electrode according to the present invention.
[0049]
As the electrolytic solution, either an aqueous solution or an organic solution (a non-aqueous electrolytic solution) can be used.
Examples of the aqueous solution include an alkaline aqueous solution such as KOH, NaOH, and LiOH; a neutral aqueous solution such as KCl, NaCl, and LiCl;2SO4, HNO3And the like. The concentration of the electrolyte cannot be determined unconditionally depending on the type of the electrolyte, the operating temperature, and the like, but is preferably in the range of 0.5 to 3 mol / l because the electric conductivity can be increased. In the case of these aqueous electrolytes, capacitance is developed by the occlusion and desorption of protons (hydrogen ions) in the aqueous solution to and from the electrode material.
[0050]
On the other hand, in the case of a non-aqueous electrolyte, a lithium salt that generates lithium ions as a cation is used as a solute. As the lithium salt, LiBF4, LiClO4, LiPF6, LiSbF6, LiAsF6, LiCF3SO3, LiC (CF3SO2)3, LiB (C6H5)4, LiC4F9SO3, LiC8F17SO3, LiB (C6H5)4, LiN (CF3SO2)2Etc. are exemplified. As the electrolyte, R4N+, R4P+(However, R is CnH2n + 1(Preferably an alkyl group represented by n = 1 to 3), and BF4 , PF6 , ClO4 , SbF6 Or CF3SO3 And one or more substances selected from salts in combination with anions such as The concentration of the solute in the non-aqueous electrolyte is 0.5 to 2 so that the characteristics of the electrochemical capacitor can be sufficiently obtained regardless of whether the lithium salt or the quaternary onium salt is used alone or in the case where they are mixed. 0.0 mol / l is preferred. Although it does not specifically limit as a solvent, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, sulfolane, methyl sulfolane, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, N-methyloxazolidinone, Dimethyl sulfoxide, trimethyl sulfoxide and the like are exemplified.
[0051]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the coating for forming an electrode for an electric capacitor has excellent conductivity and fine metal oxide fine particles, the obtained electrode has excellent strength (adhesion to a substrate and the like), In addition, an electrochemical capacitor having a high electric capacity can be obtained.
Further, an electrochemical capacitor can be obtained at low cost without using a conventional noble metal oxide.
[0052]
In particular, when the metal oxide fine particles are Sn-doped or F-doped indium oxide, the electric capacity can be extremely increased, the cost is low, and the particle size can be easily controlled. The use of the electrochemical capacitor obtained in this way makes it possible to reduce the size, weight, and capacity of various electronic devices, and their public utility is extremely large.
[0053]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
[0054]
Embodiment 1
Metal oxide fine particles (1) Preparation of
Indium nitrate (Kishida Chemical Co., Ltd.) was added to a strong alkaline aqueous solution obtained by adding 1.5 g of tetrapropylammonium bromide (Tokyo Chemical Co., Ltd.) to 60 ml of a 2% by weight aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (Kishida Chemical Co., Ltd.). 100 ml of an aqueous solution in which 6.3 g of (manufactured by K.K.) and 0.2 g of tin acetate (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) were added dropwise at a rate of 1 ml / min until the pH of the mixed aqueous solution became 11. Thereafter, after stirring for 1 hour, centrifugation was repeated to wash the precipitated product particles. At this time, the average particle diameter of the precipitated product particles was 44 nm. The tin doping amount was 5% by weight in terms of oxide.
[0055]
Then, after drying at 120 ° C., it was baked at 600 ° C. for 3 hours to prepare tin-doped indium oxide (ITO) metal oxide fine particles (1).
Paint for forming electrodes for electric capacitors (1) Preparation of
After mixing 50 g of ethanol with 0.65 g of the metal oxide fine particles (1) and performing ultrasonic dispersion, 50 g of N-methyl-2-pyrrolidone (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) was mixed and stirred (dispersion liquid 1). . Separately, a solution obtained by mixing 1.3 g of N-methyl-2-pyrrolidone and 1.3 g of polyvinylidene fluoride (KF-Polymer L, manufactured by Kureha Chemical Co., Ltd.) is blended in the dispersion liquid 1. Then, 11.1 g of carbon fine particles (manufactured by Kansai Thermochemical Co., Ltd .: MSP-20, average particle size: 4 μm) were blended and sufficiently stirred to prepare an electrode forming coating for an electric capacitor (1).
[0056]
Electrode for electric capacitor (1) Preparation of
After a paint (1) for forming an electrode for an electric capacitor is applied on a nickel sheet (Nirako Co., Ltd .: 310428, 20 × 30 × 0.3 tmm) as a current collector substrate in a 15 mm square by a roll coating method, 120 It dried at 12 degreeC for 12 hours, and prepared the electrode (1) for electric capacitors. The thickness of the electrode was 30 μm.
[0057]
The hardness and adhesion of the electrode (1) for an electric capacitor were evaluated, and the results are shown in Table 1.
Pencil hardness measurement
It measured with the pencil hardness tester according to JIS-K-5400. The results are shown in Table 1.
[0058]
Evaluation of adhesion
Eleven parallel scratches were made on the surface of the electrode for an electric capacitor (1) at intervals of 1 mm vertically and horizontally to make 100 squares, and a cellophane tape was adhered to this, and then the cellophane tape was peeled off. The adhesion was evaluated by classifying the number of squares in which the electrode did not peel off and remained in the following four stages. The results are shown in the table.
[0059]
98 or more remaining squares: ◎
Number of remaining squares 95 to 97: ○
Number of remaining squares 90-94: △
Number of remaining squares 89 or less: ×
Measurement cell (1) Assembly and electric capacity measurement
The electrode (1) for an electric capacitor is used as a working electrode (1), a platinum plate (15 × 20 × 0.1 tmm) is used as a counter electrode, and an Ag / AgCl electrode (HX-R2 manufactured by Hokuto Denko KK) is used as a reference electrode. ) Was used to assemble the measurement cell (1) using a 1M-KOH aqueous solution as an electrolyte solution. Using this, an electrochemical measurement (10 mV / s, 100 mV / s) was performed at 25 ± 1 ° C. by a cyclic voltammetry method (manufactured by Hokuto Denko Corporation: standard voltammetry tool, HSV-100). The electric capacity (F / g) was calculated from the CV curve, and the results are shown in Table 1.
[0060]
Embodiment 2
Metal oxide fine particles (2) Preparation of
In a strong alkaline aqueous solution obtained by adding 1.5 g of tetrapropylammonium bromide to 60 ml of a 2% by weight aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide, 100 ml of an aqueous solution of indium nitrate having a concentration of 0.2 mol / L was mixed at a rate of 1 ml / min. It was added dropwise until the pH reached 11. Thereafter, after stirring for 1 hour, centrifugation was repeated to wash the precipitated product particles. At this time, the average particle diameter of the precipitated product particles was 58 nm.
[0061]
Then, after drying at 120 ° C., it was baked at 600 ° C. for 3 hours to prepare metal oxide fine particles (2) of indium oxide.
Measurement cell (2) Assembly and electric capacity measurement
In Example 1, a coating (2) for forming an electrode for an electric capacitor and an electrode (2) for an electric capacitor were prepared in the same manner except that the metal oxide fine particles (2) were used. The results were evaluated and the results are shown in Table 1.
[0062]
Then, the measurement cell (2) was assembled and electrochemical measurement was performed. The obtained electric capacity is shown in Table 1.
[0063]
Embodiment 3
Paint for forming electrodes for electric capacitors (3) Preparation of
After mixing 50 g of ethanol with 0.39 g of the metal oxide fine particles (1) and performing ultrasonic dispersion, 50 g of N-methyl-2-pyrrolidone is mixed and stirred (dispersion liquid (2)). Separately, a solution obtained by mixing 1.3 g of N-methyl-2-pyrrolidone and 1.3 g of polyfukkavinylidene is blended into the dispersion liquid (2). Then, 11.3 g of carbon fine particles (manufactured by Kansai Thermochemical Co., Ltd .: MSP-20, average particle size: 4 μm) were blended and sufficiently stirred to prepare a coating (3) for forming an electrode for an electric capacitor.
[0064]
Measurement cell (3) Assembly and electric capacity measurement
In Example 1, an electrode (3) for an electric capacitor was prepared in the same manner except that the paint (3) for forming an electrode for an electric capacitor was used. Then, a measurement cell (3) was assembled, and an electrochemical measurement was performed. Table 1 shows the obtained electric capacities.
[0065]
Embodiment 4
Paint for forming electrodes for electric capacitors (4) Preparation of
After mixing 50 g of ethanol with 1.3 g of the metal oxide fine particles (1) and performing ultrasonic dispersion, 50 g of N-methyl-2-pyrrolidone was mixed and stirred (dispersion liquid (3)). Separately, a solution obtained by mixing 1.3 g of N-methyl-2-pyrrolidone and 1.3 g of polyvinylidene fluoride was blended in the dispersion liquid 3. Then, 10.5 g of carbon fine particles (manufactured by Kansai Thermochemical Co., Ltd .: MSP-20, average particle size: 4 μm) were blended and sufficiently stirred to prepare an electrode-forming paint (4) for an electric capacitor.
[0066]
Measurement cell (4) Assembly and electric capacity measurement
In Example 1, an electrode (4) for an electric capacitor was prepared in the same manner except that the paint (4) for forming an electrode for an electric capacitor was used. Then, a measurement cell (4) was assembled, and an electrochemical measurement was performed. The obtained electric capacity is shown in the table.
[0067]
Embodiment 5
Metal oxide fine particles (3) Preparation of
A solution obtained by dissolving 79.7 g of indium nitrate trihydrate in 686 g of water and a solution obtained by dissolving 5.4 g of potassium stannate trihydrate in 414 g of a 10% by weight potassium hydroxide solution. Solutions were prepared, and these solutions were added to 1000 g of pure water maintained at 50 ° C. over 2 hours. During this time, the pH in the system was maintained at 11. The tin-doped indium oxide hydrate dispersion was filtered and washed from the tin-doped indium oxide hydrate dispersion, dried, then calcined at 350 ° C. for 3 hours in air, and further heated at 600 ° C. in air. By firing at a temperature for 2 hours, tin-doped indium oxide fine particles were obtained. The tin doping amount was 8% by weight in terms of oxide.
[0068]
This was dispersed in pure water so as to have a concentration of 30% by weight, and the pH was adjusted to 3.5 with an aqueous nitric acid solution. Was prepared. Next, this sol is treated with an ion exchange resin to remove nitrate ions, pure water is added, and a dispersion of metal oxide fine particles (3) of indium oxide (ITO) doped with tin at a concentration of 20% by weight. Was prepared. Subsequently, the solvent was replaced with an ultrafiltration membrane to prepare an ethanol dispersion of metal oxide fine particles (3) having a concentration of 20% by weight. At this time, the average particle size of the metal oxide fine particles (3) was 40 nm.
[0069]
Paint for forming electrodes for electric capacitors (5) Preparation of
After mixing 47.4 g of ethanol with 3.25 g of an ethanol dispersion of the metal oxide fine particles (3) and performing ultrasonic dispersion, 50 g of N-methyl-2-pyrrolidone is mixed and stirred (dispersion (4)). . Separately, a solution obtained by mixing 1.3 g of N-methyl-2-pyrrolidone and 1.3 g of polyvinylidene fluoride was blended in the dispersion liquid (4). Then, 11.1 g of carbon fine particles (manufactured by Kansai Thermochemical Co., Ltd .: MSP-20, average particle size: 4 μm) were blended and sufficiently stirred to prepare an electrode-forming paint (5) for an electric capacitor.
[0070]
Measurement cell (5) Assembly and electric capacity measurement
In Example 1, an electrode (5) for an electric capacitor was prepared in the same manner except that the paint (5) for forming an electrode for an electric capacitor was used. Then, a measurement cell (5) was assembled, and an electrochemical measurement was performed. Table 1 shows the obtained electric capacities.
[0071]
Embodiment 6
Metal oxide fine particles (4) Preparation of
A solution was prepared by dissolving 57.7 g of tin chloride and 7.0 g of antimony chloride in 100 g of methanol. The obtained solution was added to 1000 g of pure water with stirring at 90 ° C. for 4 hours to perform hydrolysis, and the formed precipitate was separated by filtration and washed, and calcined at 500 ° C. for 2 hours in dry air. Antimony-doped tin oxide fine powder was obtained. 30 g of this powder was added to 70 g of an aqueous potassium hydroxide solution (3.0 g as KOH), and the mixture was pulverized with a sand mill for 3 hours while maintaining the mixture at 30 ° C. to prepare a sol. Next, the sol was treated with an ion-exchange resin, dealkalized, and pure water was added to prepare a dispersion of metal oxide fine particles (4) of tin oxide (ATO) doped with antimony at a concentration of 20% by weight.
[0072]
Subsequently, the solvent was replaced with an ultrafiltration membrane to prepare an ethanol dispersion of metal oxide fine particles (4) having a concentration of 20% by weight. At this time, the average particle diameter of the metal oxide fine particles (4) was 10 nm.
Paint for forming electrodes for electric capacitors (6)
After mixing 47.4 g of ethanol with 3.25 g of an ethanol dispersion of the metal oxide fine particles (4) and performing ultrasonic dispersion, 50 g of N-methyl-2-pyrrolidone is mixed and stirred (dispersion (5)). . Separately, a solution obtained by mixing 1.3 g of N-methyl-2-pyrrolidone and 1.3 g of polyfukkavinylidene is blended in the dispersion liquid (5). Then, 11.1 g of carbon fine particles (manufactured by Kansai Thermochemical Co., Ltd .: MSP-20, average particle diameter: 4 μm) were blended and sufficiently stirred to prepare an electrode-forming paint (6) for an electric capacitor.
[0073]
Measurement cell (6) Assembly and electric capacity measurement
In Example 1, an electrode (6) for an electric capacitor was prepared in the same manner except that the paint (6) for forming an electrode for an electric capacitor was used. Then, a measurement cell (6) was assembled, and an electrochemical measurement was performed. Table 1 shows the obtained electric capacities.
[0074]
[Comparative Example 1]
Paint for forming electrodes for electric capacitors (R1) Preparation of
A solution obtained by mixing 1.3 g of N-methyl-2-pyrrolidone and 1.3 g of polyvinylidene fluoride is mixed with 50 g of ethanol and 50 g of N-methyl-2-pyrrolidone. Next, 11.8 g of carbon fine particles (manufactured by Kansai Thermochemical Co., Ltd .: MSP-20, average particle size: 4 μm) were blended and sufficiently stirred to prepare an electrode forming coating for an electric capacitor (R1).
[0075]
Measurement cell (R1) Assembly and electric capacity measurement
In Example 1, an electrode (R1) for an electric capacitor was prepared in the same manner except that the paint (R1) for forming an electrode for an electric capacitor was used. Then, a measurement cell (R1) was assembled, and an electrochemical measurement was performed. Table 1 shows the obtained electric capacities.
[0076]
[Table 1]
Figure 2004228148

[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the electric capacity of an electrode containing various metal oxides at a constant potential scanning speed of 100 mV / s.
FIG. 2 shows the capacity scanning speed dependency when each metal oxide particle is added to an electrode.
FIG. 3 shows a change in capacitance when the content of metal oxide fine particles in an electrode is changed.
FIG. 4 is a CV curve showing a relationship between a potential (potential) and a current at a scanning speed of 100 mV / S when the content of ITO fine particles in an electrode is 0, 5, and 10% by weight.

Claims (4)

カーボン微粒子と、カーボン微粒子より粒径の小さい金属酸化物微粒子と、バインダーと水および/または有機溶媒とからなり、金属酸化物微粒子の平均粒子径が5〜100nmの範囲にあることを特徴とする電気化学キャパシタ用電極形成用塗料。It comprises carbon fine particles, metal oxide fine particles having a smaller particle diameter than the carbon fine particles, a binder and water and / or an organic solvent, and the average particle diameter of the metal oxide fine particles is in the range of 5 to 100 nm. Paint for forming electrodes for electrochemical capacitors. 前記金属酸化物微粒子がIn、Sn、Cu、Mo、Ta、Ni、W、Mn、Sb、Ti、Zr、Co、Feからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物・複合酸化物またはこれらの混合物であることを特徴とする請求項1に記載の電気化学キャパシタ用電極形成用塗料。The metal oxide fine particles are oxides / composite oxides of at least one element selected from the group consisting of In, Sn, Cu, Mo, Ta, Ni, W, Mn, Sb, Ti, Zr, Co, and Fe; The paint for forming an electrode for an electrochemical capacitor according to claim 1, which is a mixture of these. 前記金属酸化物微粒子がSnまたはFがドーピングされた酸化インジウムであることを特徴とする請求項1または2に記載の電気化学キャパシタ用電極形成用塗料。The paint for forming an electrode for an electrochemical capacitor according to claim 1 or 2, wherein the metal oxide fine particles are indium oxide doped with Sn or F. 請求項1〜3のいずれかに記載の電気化学キャパシタ用電極形成用塗料を用いて形成されたことを特徴とする電気化学キャパシタ用電極。An electrode for an electrochemical capacitor formed using the paint for forming an electrode for an electrochemical capacitor according to claim 1.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007242796A (en) * 2006-03-07 2007-09-20 Univ Kansai Electric double layer capacitor
JP2008184718A (en) * 2007-01-31 2008-08-14 Fuji Electric Holdings Co Ltd Activated carbon sheet and method for producing the same
WO2009107875A1 (en) * 2008-02-29 2009-09-03 住友化学株式会社 Ionic liquid-containing electrode membrane and electrode, process for producing the electrode membrane and the electrode, and electric storage device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007242796A (en) * 2006-03-07 2007-09-20 Univ Kansai Electric double layer capacitor
JP4739067B2 (en) * 2006-03-07 2011-08-03 学校法人 関西大学 Electric double layer capacitor
JP2008184718A (en) * 2007-01-31 2008-08-14 Fuji Electric Holdings Co Ltd Activated carbon sheet and method for producing the same
WO2009107875A1 (en) * 2008-02-29 2009-09-03 住友化学株式会社 Ionic liquid-containing electrode membrane and electrode, process for producing the electrode membrane and the electrode, and electric storage device

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