JP2006286803A - Electrochemical capacitor - Google Patents

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正義 渡邉
Seiichiro Tabata
誠一郎 田畑
Taira Aida
平 相田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrochemical capacitor capable of efficiently charging/discharging with a high output. <P>SOLUTION: A hybrid capacitor 1 includes a positive electrode 2 with a specific surface area of 100 m<SP>2</SP>/g or more, a negative electrode 3 made of a material capable of reversibly absorbing and discharging lithium ions, and an electrolyte 5 made of a lithium-ion-containing organic solvent. The negative electrode 3 is formed of an amorphous carbon material including holes with three-dimensional regularity and arranged in an array macroscopically corresponding to a crystalline structure, preferably an amorphous carbon material including holes exhibiting a spherical or approximately spherical form and successively arranged in an array corresponding to a face-centered cube with a size of the hole in the maximum longitudinal direction of 1-1,000 nm. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、電気化学キャパシタ、詳しくは、電気二重層による蓄電と、酸化還元反応による蓄電とを併有するハイブリッドキャパシタに関する。   The present invention relates to an electrochemical capacitor, and more particularly, to a hybrid capacitor having both power storage by an electric double layer and power storage by an oxidation-reduction reaction.

現在まで、ハイブリッド自動車用の蓄電デバイスとして、ニッケル水素電池が市販されているが、よりエネルギー密度や出力密度が高く、寿命の長いリチウムイオン電池の適用が検討されている。しかし、リチウムイオン電池を含む2次電池は、充放電の過程において電極材料の化学反応(酸化還元反応)を伴なうため、比較的寿命が短く、高出力を得ることが困難である。   To date, nickel-metal hydride batteries have been commercially available as power storage devices for hybrid vehicles. However, application of lithium ion batteries with higher energy density and higher output density and longer life is being studied. However, secondary batteries including lithium ion batteries involve a chemical reaction (oxidation-reduction reaction) of electrode materials in the process of charging and discharging, so that their lifetime is relatively short and it is difficult to obtain a high output.

一方、電気二重層キャパシタは、イオンの吸着・脱離によって充放電が進むため、充放電の過程において電極材料の化学反応(酸化還元反応)を伴なわず、比較的寿命が長く、高出力を得ることができる。しかし、その一方で、容量が小さいという不具合がある。
以上のことから、ハイブリッド自動車用の蓄電デバイスとして、長寿命、高出力、大容量の蓄電デバイスが求められている。そして、近年、このような要求に応えるべく、正極に活性炭を、負極にリチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出可能な炭素材料を用いるハイブリッドキャパシタが検討されている(たとえば、特許文献1参照。)。
On the other hand, the electric double layer capacitor is charged and discharged by the adsorption and desorption of ions, so it does not involve the chemical reaction (oxidation-reduction reaction) of the electrode material in the charge and discharge process, has a relatively long life and high output. Obtainable. However, on the other hand, there is a problem that the capacity is small.
From the above, a long-life, high-output, large-capacity power storage device is required as a power storage device for hybrid vehicles. In recent years, a hybrid capacitor using activated carbon for the positive electrode and a carbon material capable of reversibly occluding and releasing lithium ions for the negative electrode has been studied in order to meet such demands (see, for example, Patent Document 1). .

このようなハイブリッドキャパシタは、正極に活性炭を用いているので、高出力を得ることができ、また、負極にリチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出可能な炭素材料を用いているので、大容量である。
特開平8−107048号公報
Since such a hybrid capacitor uses activated carbon for the positive electrode, high output can be obtained, and a carbon material capable of reversibly occluding and releasing lithium ions is used for the negative electrode. is there.
Japanese Patent Laid-Open No. 8-1007048

しかし、ハイブリッドキャパシタでは、高出力の充放電においては、負極でのリチウムイオンの可逆的な吸蔵・放出が、正極のイオンの吸着・脱離よりも遅いため、負極での充放電が、律速となる。そのため、ハイブリッドキャパシタでは、高出力の充放電においても容量の大きな負極材料の開発が切望されている。
そこで、本発明の目的は、高出力の充放電を効率よく実施することのできる、電気化学キャパシタを提供することにある。
However, in a high-capacity charge / discharge cycle, the reversible insertion / desorption of lithium ions at the negative electrode is slower than the adsorption / desorption of positive electrode ions, so charge / discharge at the negative electrode is rate limiting. Become. Therefore, in a hybrid capacitor, development of a negative electrode material having a large capacity even in charge and discharge of high output is eagerly desired.
Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrochemical capacitor capable of efficiently performing high-power charge / discharge.

上記目的を達成するため、本発明の電気化学キャパシタは、比表面積100m2/g以上の正極と、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出可能な材料からなる負極と、リチウムイオンを含む有機溶媒からなる電解液とを備える電気化学キャパシタにおいて、前記負極が、空孔が、3次元的規則性を有し、マクロ的に結晶構造に相当する配置で配列している非晶質炭素材料からなることを特徴としている。 In order to achieve the above object, an electrochemical capacitor of the present invention comprises a positive electrode having a specific surface area of 100 m 2 / g or more, a negative electrode made of a material capable of reversibly occluding and releasing lithium ions, and an organic solvent containing lithium ions. In the electrochemical capacitor comprising the electrolyte solution, the negative electrode is made of an amorphous carbon material in which vacancies have three-dimensional regularity and are arranged in a macroscopic arrangement corresponding to the crystal structure It is characterized by.

また、本発明の電気化学キャパシタでは、前記空孔は、球形または略球形をなし、面心立方に相当する配置で連続的に配列されていることが好適である。
また、本発明の電気化学キャパシタでは、前記空孔の最大長さ方向の大きさが、1〜1000nmの範囲であることが好適である。
In the electrochemical capacitor of the present invention, it is preferable that the holes are spherical or substantially spherical and are continuously arranged in an arrangement corresponding to a face-centered cube.
In the electrochemical capacitor of the present invention, it is preferable that the size of the pores in the maximum length direction is in a range of 1 to 1000 nm.

本発明の電気化学キャパシタでは、負極が上記した非晶質炭素材料からなるので、高出力の充放電において大きな容量を確保することができる。そのため、高出力の充放電を効率よく実施することができる。   In the electrochemical capacitor of the present invention, since the negative electrode is made of the above-described amorphous carbon material, a large capacity can be ensured in high output charge / discharge. Therefore, high output charge / discharge can be performed efficiently.

図1は、本発明の電気化学キャパシタの一実施形態を模式的に示すハイブリッドキャパシタ1の概略構成図である。
図1において、このハイブリッドキャパシタ1は、正極2と、その正極2と間隔を隔てて対向配置される負極3と、それら正極2と負極3との間に介在されるセパレータ4と、それら正極2、負極3およびセパレータ4を収容し、それらを浸漬するように電解液5が満たされているセル槽6とを備えている。なお、このハイブリッドキャパシタ1は、ラボスケールで採用される電池セルを模式的に示したものであって、工業的には、このハイブリッドキャパシタ1を、公知の技術によって適宜スケールアップしたものが採用される。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hybrid capacitor 1 schematically showing one embodiment of an electrochemical capacitor of the present invention.
In FIG. 1, the hybrid capacitor 1 includes a positive electrode 2, a negative electrode 3 disposed opposite to the positive electrode 2 with a space therebetween, a separator 4 interposed between the positive electrode 2 and the negative electrode 3, and the positive electrode 2. And a cell tank 6 containing a negative electrode 3 and a separator 4 and filled with an electrolytic solution 5 so as to immerse them. The hybrid capacitor 1 schematically shows battery cells employed on a lab scale. Industrially, the hybrid capacitor 1 is appropriately scaled up by a known technique. The

正極2は、アニオンを可逆的に吸着・脱離(もしくは、吸蔵・放出)するものであって、比表面積100m2/g以上の電極材料から形成されている。このような電極材料は、特に制限されないが、たとえば、比表面積100m2/g以上、好ましくは、1000m2/g以上、さらに好ましくは、1500〜3000m2/gの活性炭が用いられる。
正極2は、たとえば、活性炭、導電剤および結合剤を配合した混合物を、電極形状に成形した後、乾燥させることにより、形成する。
The positive electrode 2 reversibly adsorbs / desorbs (or occludes / releases) anions, and is formed from an electrode material having a specific surface area of 100 m 2 / g or more. Such electrode material is not particularly limited, for example, a specific surface area of 100 m 2 / g or more, preferably 1000 m 2 / g or more, more preferably, activated carbon 1500~3000m 2 / g is used.
The positive electrode 2 is formed, for example, by forming a mixture containing activated carbon, a conductive agent and a binder into an electrode shape and then drying it.

活性炭としては、たとえば、やしがら系活性炭、石油コークス系活性炭などが挙げられる。活性炭の配合割合は、混合物中、たとえば、30〜98.5重量%である。
導電剤としては、たとえば、カーボンブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラックなどが挙げられる。また、導電剤の配合割合は、混合物中、たとえば、1〜50重量%である。
Examples of the activated carbon include ashigara activated carbon and petroleum coke activated carbon. The mixing ratio of the activated carbon is, for example, 30 to 98.5% by weight in the mixture.
Examples of the conductive agent include carbon black, ketjen black, and acetylene black. Moreover, the mixture ratio of a electrically conductive agent is 1 to 50 weight% in a mixture, for example.

結合剤としては、たとえば、ポリフッ化ビニリデン、フルオロオレフィン共重合体架橋ポリマー、フルオロオレフィンビニルエーテル共重合体架橋ポリマー、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸などが挙げられる。また、結合剤の配合割合は、混合物中、たとえば、0.5〜30重量%である。
電極形状に成形するには、たとえば、活性炭、導電剤および結合剤を配合した混合物を、溶媒中で攪拌混合し、それを金属箔上に塗布後、乾燥し、電極形状に打ち抜いた後、乾燥させる。なお、金属箔は、アルミニウム箔などからなり、集電体として用いられる。
Examples of the binder include polyvinylidene fluoride, fluoroolefin copolymer crosslinked polymer, fluoroolefin vinyl ether copolymer crosslinked polymer, carboxymethylcellulose, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, and polyacrylic acid. Moreover, the mixture ratio of a binder is 0.5-30 weight% in a mixture, for example.
To form into an electrode shape, for example, a mixture containing activated carbon, a conductive agent and a binder is stirred and mixed in a solvent, applied onto a metal foil, dried, punched into an electrode shape, and then dried. Let In addition, metal foil consists of aluminum foil etc. and is used as a collector.

なお、溶媒としては、たとえば、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、トルエン、キシレン、イソホロン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、フタル酸ジメチル、エタノール、メタノール、ブタノール、水などが挙げられる。
負極3は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出するものであって、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出可能な電極材料から形成されている。この負極3では、このような電極材料として、空孔が、3次元的規則性を有し、マクロ的に結晶構造に相当する配置で配列している非晶質炭素材料が用いられる。
Examples of the solvent include N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, toluene, xylene, isophorone, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, methyl acetate, ethyl acetate, dimethyl phthalate, ethanol, methanol, butanol, water, and the like.
The negative electrode 3 reversibly occludes / releases lithium ions, and is formed of an electrode material that can reversibly occlude / release lithium ions. In the negative electrode 3, an amorphous carbon material in which vacancies have a three-dimensional regularity and are arranged in an arrangement corresponding to a crystal structure macroscopically is used as such an electrode material.

このような非晶質炭素材料は、たとえば、特開平9−67405号公報や特開2001−213992号公報に記載されている方法に準拠して、重合可能な単量体を、コロイド結晶に混合した後、まず、単量体を重合させ、次いで、800〜3000℃で焼成し、その後、コロイド結晶を除去することによって、得ることができる。
重合可能な単量体としては、焼成により炭素材料に変換できる高分子(樹脂)を重合できるものであれば、特に制限されないが、たとえば、重合によりフルフリルアルコール樹脂を得ることのできるフルフリルアルコール、重合によりフェノール−アルデヒド樹脂を得ることのできるフェノールおよびホルムアルデヒド、重合によりスチレン−ジビニルベンゼン樹脂を得ることのできるスチレンおよびジビニルベンゼン、重合によりフルフリルアルコール−フェノール樹脂を得ることのできるフルフリルアルコールおよびフェノールが挙げられる。
Such an amorphous carbon material is prepared by mixing a polymerizable monomer into a colloidal crystal in accordance with, for example, the methods described in JP-A-9-67405 and JP-A-2001-2131992. Then, the monomer can be polymerized first, then calcined at 800 to 3000 ° C., and then the colloidal crystals can be removed.
The polymerizable monomer is not particularly limited as long as it can polymerize a polymer (resin) that can be converted into a carbon material by firing. For example, furfuryl alcohol capable of obtaining a furfuryl alcohol resin by polymerization. Phenol and formaldehyde capable of obtaining a phenol-aldehyde resin by polymerization, styrene and divinylbenzene capable of obtaining a styrene-divinylbenzene resin by polymerization, furfuryl alcohol capable of obtaining a phenol resin by polymerization, and Phenol is mentioned.

コロイド結晶は、コロイド粒子が分散媒に分散されてなるコロイド溶液から、後述する方法によって調製することができる。
コロイド粒子としては、たとえば、アルカリ土類金属の炭酸塩、珪酸塩、燐酸塩、金属酸化物、金属水酸化物、その他の金属珪酸塩あるいはその他の金属炭酸塩、さらには天然物の粒子などの無機化合物が挙げられる。より具体的には、アルカリ土類金属の炭酸塩としては、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マグネウムなどが挙げられる。アルカリ土類金属の珪酸塩としては、珪酸カルシウム、珪酸バリウム、珪酸マグネシウムが挙げられる。アルカリ土類金属の燐酸塩としては、燐酸カルシウム、燐酸バリウム、燐酸マグネシウムなどが挙げられる。金属酸化物としては、シリカ、酸化チタン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化マンガン、酸化アルミニウムなどが挙げられる。金属水酸化物としては、水酸化鉄、水酸化ニッケル、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化クロムなどが挙げられる。その他の金属珪酸塩としては、珪酸亜鉛、珪酸アルミニウムなどが挙げられる。その他の金属炭酸塩としては、炭酸亜鉛、塩基性炭酸銅などが挙げられる。天然物としては、シラスバルーン、パーライトなどが挙げられる。
The colloidal crystal can be prepared by a method described later from a colloidal solution in which colloidal particles are dispersed in a dispersion medium.
Examples of colloidal particles include alkaline earth metal carbonates, silicates, phosphates, metal oxides, metal hydroxides, other metal silicates or other metal carbonates, and natural product particles. An inorganic compound is mentioned. More specifically, examples of the alkaline earth metal carbonate include calcium carbonate, barium carbonate, and magnesium carbonate. Examples of alkaline earth metal silicates include calcium silicate, barium silicate, and magnesium silicate. Examples of alkaline earth metal phosphates include calcium phosphate, barium phosphate, and magnesium phosphate. Examples of the metal oxide include silica, titanium oxide, iron oxide, cobalt oxide, zinc oxide, nickel oxide, manganese oxide, and aluminum oxide. Examples of the metal hydroxide include iron hydroxide, nickel hydroxide, aluminum hydroxide, calcium hydroxide, and chromium hydroxide. Examples of other metal silicates include zinc silicate and aluminum silicate. Examples of other metal carbonates include zinc carbonate and basic copper carbonate. Examples of natural products include shirasu balloon and perlite.

コロイド粒子は、その形状が、好ましくは、球形(真球)または略球形であり、その大きさが、最大長さ方向の大きさとして、たとえば、1〜1000nmの範囲、好ましくは、100〜500nmの範囲である。
また、コロイド粒子の分散媒としては、たとえば、弗化水素酸などの弗素化合物溶液、アルカリ性水溶液、酸性水溶液などが挙げられる。
The shape of the colloidal particles is preferably spherical (true sphere) or substantially spherical, and the size is, for example, in the range of 1 to 1000 nm, preferably 100 to 500 nm as the size in the maximum length direction. Range.
Examples of the colloidal particle dispersion medium include a fluorine compound solution such as hydrofluoric acid, an alkaline aqueous solution, and an acidic aqueous solution.

そして、コロイド溶液は、コロイド粒子を、分散媒に混合することにより調製する。コロイド溶液の固形分濃度(粒子濃度)は、たとえば、1重量%以上、好ましくは、10重量%以上である。
コロイド結晶は、コロイド粒子が集合して、3次元的に規則正しくマクロ的な結晶構造を形成している状態のものであって、たとえば、コロイド溶液に電場をかけた後、分散媒を除去することにより得ることができる。また、たとえば、固形分濃度が1〜5重量%の比較的希薄なコロイド溶液に、平滑な基板2枚を数十μの間隔を隔てて対向させつつそれら基板の下部を浸漬させ、毛細管現象によりコロイド溶液が基板間を上昇するとともに、分散媒を蒸発除去させて、基板間にコロイド結晶を析出させることにより得ることができる。また、たとえば、コロイド溶液を静置し、コロイド粒子を自然沈降させて堆積させた後、分散媒を除去することにより得ることができる。また、たとえば、移流集積法などの公知の方法により得ることができる。
The colloid solution is prepared by mixing colloidal particles with a dispersion medium. The solid content concentration (particle concentration) of the colloidal solution is, for example, 1% by weight or more, preferably 10% by weight or more.
A colloidal crystal is a state in which colloidal particles are aggregated to form a three-dimensionally ordered macroscopic crystal structure. For example, after applying an electric field to a colloidal solution, the dispersion medium is removed. Can be obtained. Also, for example, the lower part of the substrate is immersed in a relatively dilute colloidal solution having a solid content concentration of 1 to 5% by weight with a gap of several tens of μ, and a capillary phenomenon causes The colloidal solution can be obtained by rising between the substrates and evaporating and removing the dispersion medium to precipitate colloidal crystals between the substrates. Alternatively, for example, the colloidal solution can be left standing, the colloidal particles can be naturally settled and deposited, and then the dispersion medium can be removed. Moreover, it can obtain by well-known methods, such as an advection accumulation method.

さらに、別の方法として、コロイド溶液を、基板上に滴下し、分散媒を留去することにより得ることができる。分散媒の留去は、室温で、もしくは、分散媒の沸点と同等以上の温度に加熱して、乾燥する。また、予め加熱した基板上に、コロイド溶液を滴下して、溶媒を留去することもできる。なお、コロイド溶液を基板上に滴下する際または滴下後に、基板を回転させることもできる。   Furthermore, as another method, the colloidal solution can be dropped on the substrate and the dispersion medium can be distilled off. The dispersion medium is distilled off at room temperature or by heating to a temperature equal to or higher than the boiling point of the dispersion medium. Alternatively, the colloidal solution can be dropped on a preheated substrate to distill off the solvent. The substrate can also be rotated when or after the colloidal solution is dropped onto the substrate.

この方法では、コロイド溶液の滴下および分散媒除去の操作を繰り返すことにより、コロイド溶液の濃度を調製することにより、滴下するコロイド溶液の滴量を調製することにより、また、以上を任意に組み合わせることにより、得られるコロイド結晶の膜厚、面積を自由に制御することができる。この方法では、規則性を保持したまま、大面積化または大容積化が容易に可能であることから、非晶質炭素材料を、それに合わせて大面積化または大容積化することができる。   In this method, the operation of dropping the colloid solution and removing the dispersion medium is repeated, the concentration of the colloid solution is adjusted, the amount of colloid solution to be dropped is adjusted, and the above is arbitrarily combined. Thus, the film thickness and area of the obtained colloidal crystal can be freely controlled. In this method, it is possible to easily increase the area or the volume while maintaining regularity. Therefore, it is possible to increase the area or the volume of the amorphous carbon material in accordance with it.

また、この方法では、固形分濃度として10重量%以上のコロイド溶液を用いれば、一度の滴下でかなりの膜厚のコロイド結晶を基板上に形成することができ、滴下、乾燥を繰り返すことにより、膜厚を自由に制御することができる。さらにこの方法では、たとえば、単分散コロイド溶液を用いることにより、得られるコロイド結晶を単結晶構造のコロイド結晶(コロイド単結晶)とすることができる。コロイド単結晶を用いて得られる非晶質炭素材料は、マクロに空孔の配列に規則性および連続性があり、反射光の波長に全体でばらつきがなく、全体として選択反射光波長を統一することができる。   Further, in this method, if a colloid solution having a solid content concentration of 10% by weight or more is used, a colloidal crystal having a considerable film thickness can be formed on the substrate by one dropping, and by repeating the dropping and drying, The film thickness can be freely controlled. Further, in this method, for example, by using a monodispersed colloidal solution, the obtained colloidal crystal can be made into a colloidal crystal having a single crystal structure (colloidal single crystal). Amorphous carbon material obtained using colloidal single crystal has regularity and continuity in the arrangement of pores in the macro, and there is no variation in the wavelength of reflected light, and the wavelength of selective reflected light is unified as a whole. be able to.

また、別の方法として、コロイド溶液を、吸引ロートなどを用いて減圧吸引することにより、分散媒を吸引除去して、吸引ロート上の濾紙または濾布上に、コロイド粒子を堆積させることにより、得ることもできる。この方法においても、たとえば、単分散コロイド溶液を用いることで、コロイド単結晶を得ることができる。
吸引除去に用いる分散媒の濃度は、一度の操作で得ようとするコロイド結晶の容積により適宜選択することができる。また、一度すべての溶媒を吸引除去した後、再度分散媒を追加して同様の操作を繰り返すことにより、任意の容積のコロイド結晶を得ることができる。この方法でも、上記した方法と同様に、規則性を保持したまま、大面積化または大容積化することができる。
As another method, the colloidal solution is sucked under reduced pressure using a suction funnel or the like, the dispersion medium is sucked and removed, and colloidal particles are deposited on the filter paper or filter cloth on the suction funnel. It can also be obtained. Also in this method, for example, a colloidal single crystal can be obtained by using a monodispersed colloidal solution.
The concentration of the dispersion medium used for suction and removal can be appropriately selected depending on the volume of the colloidal crystal to be obtained by one operation. Further, once all the solvent is removed by suction, a dispersion medium is added again and the same operation is repeated, whereby a colloidal crystal having an arbitrary volume can be obtained. In this method, as in the above-described method, it is possible to increase the area or volume while maintaining regularity.

吸引方法は、特に制限されないが、たとえば、アスピレータまたはポンプなどにより吸引する。吸引速度は、特に制限されないが、たとえば、5320Pa程度の減圧度で、ロート内の分散媒の界面が一定に降下する速度が挙げられる。
また、別の方法として、コロイド溶液に基板を浸積させ、これを引き上げるか、または、分散媒を蒸発させることにより、得ることができる。コロイド溶液の濃度の調整、または同様の操作を繰り返し実施することにより、任意の面積、容積のコロイド結晶を得ることができる。引き上げ速度は、特に制限されないが、分散媒と大気との界面において結晶が成長するため、好ましくは、遅い速度で引き上げる。また、分散媒を蒸発させる速度も、特に制限されないが、同様の理由で、好ましくは、遅い速度で蒸発させる。また、単分散コロイド溶液を用いることにより、コロイド単結晶を得ることができる。
The suction method is not particularly limited, but suction is performed by, for example, an aspirator or a pump. The suction speed is not particularly limited, and examples thereof include a speed at which the interface of the dispersion medium in the funnel is constantly lowered at a reduced pressure of about 5320 Pa.
Alternatively, the substrate can be obtained by immersing the substrate in a colloidal solution and pulling it up or evaporating the dispersion medium. By adjusting the concentration of the colloid solution or repeatedly performing the same operation, a colloidal crystal having an arbitrary area and volume can be obtained. The pulling speed is not particularly limited, but is preferably pulled at a slow speed because crystals grow at the interface between the dispersion medium and the atmosphere. The speed of evaporating the dispersion medium is not particularly limited, but for the same reason, it is preferably evaporated at a slow speed. A colloidal single crystal can be obtained by using a monodispersed colloidal solution.

そして、上記した方法において、上記した単量体を、上記したコロイド結晶に混合する。コロイド結晶および単量体の合計に対する単量体の濃度は0.1重量%〜99.9重量%である。その後、重合の種類に対応して、公知の触媒、重合開始剤、架橋剤などを窒素置換した有機溶媒に溶解し、これをコロイド結晶と単量体との混合物に含浸させ、その後、適当な温度に加熱するか、または、光照射する。そうすると、コロイド粒子が3次元的に規則正しく配列したコロイド結晶内で、単量体が重合して高分子が得られ、これによって、コロイド結晶−高分子複合体が得られる。なお、重合は、ラジカル重合法、酸による重縮合法など公知の溶液、塊状、乳化、逆相懸濁重合などであり、重合温度は、たとえば、0〜100℃、重合時間は、たとえば、10分〜48時間である。   In the above-described method, the above-described monomer is mixed with the above-described colloidal crystal. The concentration of the monomer with respect to the sum of the colloidal crystals and the monomer is 0.1% by weight to 99.9% by weight. Then, according to the type of polymerization, a known catalyst, polymerization initiator, crosslinking agent, etc. are dissolved in an organic solvent substituted with nitrogen, and this is impregnated in a mixture of colloidal crystals and monomers, and then an appropriate Heat to temperature or light. Then, in the colloidal crystal in which colloidal particles are regularly arranged three-dimensionally, the monomers are polymerized to obtain a polymer, thereby obtaining a colloidal crystal-polymer complex. The polymerization is a known solution such as a radical polymerization method or a polycondensation method using an acid, a block shape, an emulsification, a reverse phase suspension polymerization or the like. The polymerization temperature is, for example, 0 to 100 ° C., and the polymerization time is, for example, 10 Min to 48 hours.

次いで、コロイド結晶−高分子複合体を、800〜3000℃で焼成する。焼成は、不活性雰囲気下、800〜3000℃の範囲の温度で実施することができる。焼成する温度までの昇温速度は、局部的な加熱により、構造が崩壊しない範囲に設定される。
その後、得られた焼成物からコロイド結晶を除去する。コロイド結晶の除去は、たとえば、コロイド結晶を溶解除去する。コロイド結晶を溶解除去するには、たとえば、コロイド粒子が無機化合物の場合には、溶解する溶液として、弗素化合物の酸性溶液、アルカリ性溶液、酸性溶液など用いることができる。たとえば、コロイド粒子が、シリカ、シラスバルーンまたは珪酸塩の場合は、弗化水素酸水溶液、弗化アンモニウム、弗化カルシウム、弗化ナトリウムなどの酸性溶液あるいは水酸化ナトリウムなどのアルカリ性溶液に、得られた焼成物を浸漬する。溶液は、焼成物の珪素元素に対して弗素元素が4倍量以上であればよく、濃度は、好ましくは、10重量%以上である。また、アルカリ性溶液は、好ましくは、pH11以上である。コロイド粒子が、金属酸化物、金属水酸化物の場合は、塩酸などの酸性溶液に焼成物を浸漬する。酸性溶液は、好ましくは、pH3以下である。
Next, the colloidal crystal-polymer complex is fired at 800 to 3000 ° C. Firing can be carried out at a temperature in the range of 800 to 3000 ° C. in an inert atmosphere. The rate of temperature increase up to the firing temperature is set in a range where the structure does not collapse due to local heating.
Then, colloidal crystals are removed from the obtained fired product. For example, the colloidal crystal is removed by dissolving and removing the colloidal crystal. In order to dissolve and remove the colloidal crystals, for example, when the colloidal particles are inorganic compounds, an acidic solution, an alkaline solution, an acidic solution, or the like of a fluorine compound can be used as a solution for dissolution. For example, when the colloidal particles are silica, shirasu balloon or silicate, it can be obtained in an aqueous solution of hydrofluoric acid, an acidic solution such as ammonium fluoride, calcium fluoride or sodium fluoride or an alkaline solution such as sodium hydroxide. Immerse the fired product. The solution may be at least four times the amount of fluorine element relative to the silicon element of the fired product, and the concentration is preferably at least 10% by weight. The alkaline solution preferably has a pH of 11 or higher. When the colloidal particles are metal oxide or metal hydroxide, the fired product is immersed in an acidic solution such as hydrochloric acid. The acidic solution is preferably pH 3 or lower.

このようにして得られた非晶質炭素材料は、多孔質であって、除去されたナノスケールのコロイド粒子に起因する空孔が、3次元的規則性を有し、マクロ的に結晶構造に相当する配置で配列している。
なお、マクロ的とは、微少な領域でのみ、そのように配列されていること除外することを意味し、たとえば、反射スペクトルが、得られた非晶質炭素材料のどの部分をとってもほぼ単一波長の吸収を示し、非晶質炭素材料が単色であることを意味する。
The amorphous carbon material obtained in this way is porous, and the pores resulting from the removed nanoscale colloidal particles have three-dimensional regularity and have a macroscopic crystalline structure. They are arranged in a corresponding arrangement.
Note that macroscopic means to exclude such arrangement only in a very small region. For example, the reflection spectrum is almost single regardless of the portion of the obtained amorphous carbon material. It exhibits wavelength absorption, meaning that the amorphous carbon material is monochromatic.

空孔は、コロイド粒子に対応する球形(真球)または略球形をなし、結晶構造に相当する規則性を有していれば、閉鎖された空隙であってもよいが、表面積を拡大し、光学的特性を発現する観点から、好ましくは、連続的に配列されている。連続的に配列されている場合には、空孔は、その周囲が非晶質炭素材料で閉鎖された空隙でもよく、また、隣接する空孔と連通する部分を有する空隙でもよい。   The vacancies may be closed voids as long as they have a spherical shape (true sphere) or a substantially spherical shape corresponding to the colloidal particles and have regularity corresponding to the crystal structure. From the viewpoint of expressing optical characteristics, preferably they are continuously arranged. When the holes are continuously arranged, the voids may be voids whose periphery is closed with an amorphous carbon material, or voids having portions communicating with adjacent voids.

また、空孔の大きさは、特に制限されないが、最大長さ方向の大きさとして、好ましくは、1〜1000nmの範囲である。1nm未満では、空隙が過度に小さく、バルク炭素材料と顕著な差がなくなり、一方、1000nmを超えると、空隙が過度に大きくなり、電極中のカーボンの密度を低下させる場合がある。表面積や電極の密度などを考慮すると、空孔の最大長さ方向の大きさは、さらに好ましくは、50〜500nmの範囲である。   The size of the holes is not particularly limited, but the size in the maximum length direction is preferably in the range of 1 to 1000 nm. If it is less than 1 nm, the void is excessively small and there is no significant difference from the bulk carbon material. On the other hand, if it exceeds 1000 nm, the void is excessively large, and the density of carbon in the electrode may be reduced. In consideration of the surface area, the electrode density, and the like, the size of the pores in the maximum length direction is more preferably in the range of 50 to 500 nm.

また、空孔の配列における規則性は、結晶構造に相当する配置であれば、特に制限されないが、たとえば、面心立方、体心立方、単純立方などが挙げられる。好ましくは、面心立方に相当する配置で連続的に配列されている。面心立方は、最密充填構造であるので、表面積が大きく、緻密に空孔が配列する。
また、異なる大きさの空孔を含む場合には、さらに、複雑なパターンを形成させることもできる。上記した調製方法においては、コロイド粒子の充填配列により、空孔の配列が決定されることになり、コロイド粒子の配列が可能な構造は、空孔の配列の規則性に反映される。
Further, the regularity in the arrangement of the holes is not particularly limited as long as it is an arrangement corresponding to the crystal structure, and examples thereof include a face-centered cube, a body-centered cube, and a simple cube. Preferably, they are continuously arranged in an arrangement corresponding to a face-centered cubic. Since the face-centered cubic has a close-packed structure, the surface area is large and pores are densely arranged.
Further, in the case of including holes of different sizes, a more complicated pattern can be formed. In the preparation method described above, the arrangement of the holes is determined by the colloidal particle packing arrangement, and the structure capable of arranging the colloidal particles is reflected in the regularity of the arrangement of the holes.

そして、得られた非晶質炭素材料は、より具体的には、非晶質炭素材料の表面において、好ましくは、空孔がマクロ的に面心立方格子の(1,1,1)面配向を有して配列している。このことは、たとえば、非晶質炭素材料を、任意の面で切断した場合であっても、その表面が、常に上記配向性を有することを意味する。
そして、負極3は、たとえば、上記により得られた非晶質炭素材料、導電剤および結合剤を配合した混合物を、電極形状に成形した後、乾燥させることにより、形成する。
More specifically, the obtained amorphous carbon material preferably has a (1,1,1) plane orientation in which the vacancies are macroscopically face-centered cubic lattices on the surface of the amorphous carbon material. Are arranged. This means that, for example, even when an amorphous carbon material is cut on an arbitrary surface, the surface always has the above orientation.
The negative electrode 3 is formed, for example, by forming a mixture containing the amorphous carbon material, the conductive agent and the binder obtained as described above into an electrode shape and then drying the mixture.

導電剤は、上記と同様の導電剤が用いられる。また、導電剤の配合割合は、混合物中、たとえば、1〜50重量%である。
結合剤は、上記と同様の結合剤が用いられる。また、結合剤の配合割合は、混合物中、たとえば、0.5〜20重量%である。
電極形状に成形するには、たとえば、非晶質炭素材料、導電剤および結合剤を配合した混合物を、溶媒中で攪拌混合し、それを金属箔上に塗布後、乾燥し、電極形状に打ち抜いた後、乾燥させる。なお、溶媒としては、上記と同様のものが挙げられる。また、金属箔は、銅箔などからなり、集電体として用いられる。
As the conductive agent, the same conductive agent as described above is used. Moreover, the mixture ratio of a electrically conductive agent is 1 to 50 weight% in a mixture, for example.
As the binder, the same binder as described above is used. Moreover, the mixture ratio of a binder is 0.5-20 weight% in a mixture, for example.
In order to form an electrode shape, for example, a mixture containing an amorphous carbon material, a conductive agent and a binder is stirred and mixed in a solvent, applied onto a metal foil, dried, and punched into an electrode shape. Then dry. In addition, as a solvent, the thing similar to the above is mentioned. The metal foil is made of copper foil or the like and used as a current collector.

セパレータ4は、絶縁材料が用いられ、そのような絶縁材料として、たとえば、ガラス繊維、シリカやアルミナの繊維やウイスカなどの無機繊維、たとえば、セルロースなどの天然繊維、たとえば、ポリオレフィン、ポリエステルなどの有機繊維などが挙げられる。
また、セパレータ4は、たとえば、板状に成形されている。
電解液5は、リチウムイオンを含む有機溶媒からなり、リチウム塩を有機溶媒に溶解させることにより、調製されている。
The separator 4 is made of an insulating material. Examples of the insulating material include glass fibers, silica and alumina fibers, whisker and other inorganic fibers, for example, natural fibers such as cellulose, and organic materials such as polyolefin and polyester. Examples include fibers.
Moreover, the separator 4 is shape | molded, for example in plate shape.
The electrolytic solution 5 is made of an organic solvent containing lithium ions, and is prepared by dissolving a lithium salt in the organic solvent.

リチウム塩としては、たとえば、LiClO4、LiCF3SO3、LiC(SO2CF33、LiB(C654、LiC49SO3、LiC817SO3、LiB[C63(CF32−3,5]4、LiB(C654、LiB[C64(CF3)−4]4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiCF3CO2、LiN(CF3SO22。なお、上式中[C63(CF32−3,5]は,フェニル基の3位と5位に、[C64(CF3)−4]はフェニル基の4位に、それぞれ−CF3が置換されているものを意味する。 Examples of the lithium salt include LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiC 8 F 17 SO 3 , LiB [C 6 H 3 (CF 3) 2 -3,5] 4, LiB (C 6 F 5) 4, LiB [C 6 H 4 (CF 3) -4] 4, LiBF 4, LiPF 6, LiAsF 6, LiSbF 6 LiCF 3 CO 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 . In the above formula, [C 6 H 3 (CF 3 ) 2 -3, 5] is the 3rd and 5th positions of the phenyl group, and [C 6 H 4 (CF 3 ) -4] is the 4th position of the phenyl group. Each of which is substituted with —CF 3 .

有機溶媒としては、たとえば、プロピレンカーボネート、プロピレンカーボネート誘導体、エチレンカーボネート、エチレンカーボネート誘導体、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、1,3−ジオキソラン、ジメチルスルホキシド、スルホラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジオキソラン、リン酸トリエステル、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸、1,3−プロパンスルトン、4,5−ジヒドロピラン誘導体、ニトロベンゼン、1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロフラン誘導体、シドノン化合物、アセトニトリル、ニトロメタン、アルコキシエタン、トルエンなどが挙げられる。これらは、単独または2種以上併用することができる。   Examples of the organic solvent include propylene carbonate, propylene carbonate derivatives, ethylene carbonate, ethylene carbonate derivatives, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, γ-butyrolactone, 1,3-dioxolane, dimethyl sulfoxide, sulfolane, and formamide. , Dimethylformamide, dimethylacetamide, dioxolane, phosphate triester, maleic anhydride, succinic anhydride, phthalic anhydride, 1,3-propane sultone, 4,5-dihydropyran derivative, nitrobenzene, 1,3-dioxane, 1 , 4-dioxane, 3-methyl-2-oxazolidinone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydro Rofuran derivatives, sydnone compounds, acetonitrile, nitromethane, alkoxy ethane, and toluene. These can be used alone or in combination of two or more.

電解液5は、リチウム塩の有機溶媒中の濃度が、たとえば、0.1〜2.5モル/リットル、好ましくは、0.2〜2.0モル/リットルとなるように調製する。また、高い耐電圧が得られるように、電解液5中の水分量が、たとえば、150ppm以下、好ましくは、50ppm以下となるように調製する。
そして、このハイブリッドキャパシタ1では、負極3が上記した非晶質炭素材料からなるので、高出力の充放電において大きな容量を確保することができる。そのため、高出力の充放電を効率よく実施することができる。
The electrolytic solution 5 is prepared so that the concentration of the lithium salt in the organic solvent is, for example, 0.1 to 2.5 mol / liter, preferably 0.2 to 2.0 mol / liter. Moreover, it prepares so that the moisture content in the electrolyte solution 5 may be 150 ppm or less, for example, Preferably it is 50 ppm or less so that a high withstand voltage may be obtained.
And in this hybrid capacitor 1, since the negative electrode 3 consists of an amorphous carbon material mentioned above, a big capacity | capacitance can be ensured in charge / discharge of high output. Therefore, high output charge / discharge can be performed efficiently.

[非晶質炭素材料の製造]
1)非晶質炭素材料Aの製造
シリカコロイド懸濁水溶液(日産化学社製、シリカ球状微粒子、コロイド粒子径(40〜50nm))から、固形分濃度3%水溶液としてコロイド溶液を調製した。
コロイド溶液を、濾布(MILLIPORE社製ニトロセルロースメンブレンフィルタ、フィルタ孔径:25nm)を敷いた直径30mmのSPCフィルタホルダ(柴田科学製)に入れ、アスピレータで減圧吸引(約5320Pa)することにより、濾布上にシリカ薄膜を得た。濾布を剥がした後、空気中にて、1000℃で2時間焼結し、シリカコロイド単結晶膜を得た。
[Production of amorphous carbon material]
1) Production of Amorphous Carbon Material A A colloidal solution was prepared from a silica colloid suspension aqueous solution (manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd., silica spherical fine particles, colloid particle diameter (40-50 nm)) as a 3% solid content aqueous solution.
The colloidal solution is put in a 30 mm diameter SPC filter holder (manufactured by Shibata Kagaku) covered with a filter cloth (nitrocellulose membrane filter manufactured by MILLIPORE, filter pore size: 25 nm), and filtered under reduced pressure with an aspirator (about 5320 Pa). A silica thin film was obtained on the cloth. After peeling off the filter cloth, it was sintered in air at 1000 ° C. for 2 hours to obtain a silica colloid single crystal film.

フルフリルアルコール10.0g、シュウ酸六水和物0.0500g(いずれも和光純薬製)の混合物を、テフロン(登録商標)シート上にて、シリカコロイド単結晶膜上に滴下し、シリカコロイド結晶から溢れ出た余分な混合物を拭き取り、空気中にて、80℃で48時間重合した。得られたシリカ−フルフリルアルコール樹脂複合体を、管状炉にてアルゴン雰囲気下、200℃で1時間水分の除去・高分子の再硬化過程を経た後、5℃/分で1000℃まで昇温して、1000℃で1時間焼成させ、自然冷却することでシリカ−フルフリルアルコール樹脂複合体を焼成した。   A mixture of 10.0 g of furfuryl alcohol and 0.0500 g of oxalic acid hexahydrate (both manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dropped onto a silica colloid single crystal film on a Teflon (registered trademark) sheet, and silica colloid The excess mixture overflowing from the crystals was wiped off and polymerized in the air at 80 ° C. for 48 hours. The obtained silica-furfuryl alcohol resin composite was subjected to moisture removal and polymer re-curing process at 200 ° C. for 1 hour in a tube furnace under an argon atmosphere, and then heated to 1000 ° C. at 5 ° C./min. Then, the silica-furfuryl alcohol resin composite was fired by firing at 1000 ° C. for 1 hour and naturally cooling.

その後、得られた焼成物を、48重量%弗化水素酸溶液に、室温で1晩浸漬させ、シリカコロイド単結晶を溶解させた。なお、弗化水素酸溶液は、12時間毎に交換した。その後中性になるまで純水で洗浄を繰り返し、非晶質炭素材料Aを得た。
得られた非晶質炭素材料Aの表面の走査型電子顕微鏡(SEM)写真を図2に示す。図2より、空孔は、直径約50nmの球形である。
2)非晶質炭素材料Bの製造
単分散シリカコロイド懸濁水溶液(日本触媒社製、単分散シリカ球状微粒子KE−P30、コロイド粒子径(280nm))を用いた以外は、非晶質炭素材料Aと同様の操作により、非晶質炭素材料Bを得た。
Thereafter, the obtained fired product was immersed in a 48 wt% hydrofluoric acid solution overnight at room temperature to dissolve the silica colloid single crystal. The hydrofluoric acid solution was changed every 12 hours. Thereafter, washing with pure water was repeated until neutrality, and amorphous carbon material A was obtained.
A scanning electron microscope (SEM) photograph of the surface of the obtained amorphous carbon material A is shown in FIG. From FIG. 2, the holes are spherical with a diameter of about 50 nm.
2) Manufacture of amorphous carbon material B Amorphous carbon material except that monodispersed silica colloid suspension aqueous solution (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., monodispersed silica spherical fine particles KE-P30, colloidal particle size (280 nm)) was used. By the same operation as A, an amorphous carbon material B was obtained.

得られた非晶質炭素材料Bの表面の走査型電子顕微鏡(SEM)写真を図3に示す。図3より、空孔は、直径280nmの球形であり、隣接する空孔とは、ほぼ40nmの貫通孔を介して連結されており、さらに、空孔は、面心立方で配列され、その表面において、(1,1,1)面配向で配列していることを確認した。
さらに、非晶質炭素材料Bを暗所におき、視斜角0°で白色光の光を照射し、反射光の波長を測定した。得られた反射スペクトルは、450nm付近のみに単峰性の吸収を示すことから、非晶質炭素材料Bの内部においても、空孔が、3次元的規則性を有し、マクロ的に規則正しく配列していることが確認された。
[カーボン電極の製造]
下記に示すカーボン材A〜Dを用いて、それらに対応する実施例1、2および比較例1、2のカーボン電極を、以下に述べる方法により作製した。
A scanning electron microscope (SEM) photograph of the surface of the obtained amorphous carbon material B is shown in FIG. From FIG. 3, the holes are spherical with a diameter of 280 nm, and are connected to adjacent holes through through holes of approximately 40 nm. Further, the holes are arranged in a face-centered cubic shape, In FIG. 2, it was confirmed that the layers were arranged in (1,1,1) plane orientation.
Further, the amorphous carbon material B was placed in a dark place, irradiated with white light at a viewing angle of 0 °, and the wavelength of reflected light was measured. Since the obtained reflection spectrum shows unimodal absorption only in the vicinity of 450 nm, even in the amorphous carbon material B, the vacancies have three-dimensional regularity and are regularly arranged macroscopically. It was confirmed that
[Manufacture of carbon electrodes]
Using the carbon materials A to D shown below, carbon electrodes of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 corresponding to them were produced by the method described below.

カーボン材、導電剤(ライオン社製:ケッチェンブラック)、結合剤(ダイキン社製:PVDFディスパージョン)を、カーボン材:導電剤:結合剤(固形分)=85:5:10となるように配合し、乳鉢で加圧・混合した後、混合物を、ハンドプレスを用いて100μmに圧延し、直径5mmの円板状に打ち抜き、さらに100℃で12時間真空乾燥して、カーボン電極を作製した。
実施例1:カーボン材A(非晶質炭素材料A)
実施例2:カーボン材B(非晶質炭素材料B)
比較例1:カーボン材C(呉羽化学社製:カーボトロンPS(F)、参考としてSEM写真を図4に示す。)
比較例2:カーボン材D(大阪ガス:MCMB25−28、参考としてSEM写真を図5に示す。)
[試験セルの組立]
対極(兼参照極)としてリチウムメタル箔、作用極として実施例1、2および比較例1、2のカーボン電極、セパレータとして厚さ50μmのセルロース系セパレータ(日本高度紙製)を24mmφに打ち抜いたもの、電解液として1M LiPF6のエチレンカーボネート/ジエチレンカーボネート溶媒(1:1体積比)1mLを用いて、図6に示す2極式試験セル(東洋システム社製)を組み立てた。
[充放電試験]
TOSCAT(東洋システム社製)を用いて、電位範囲:3〜0V・vs・Li/Li+、電流密度:1〜20mA/cm2の条件で充放電試験を実施し、カーボン電極単極の評価を行なった。実施例1、2および比較例1、2の各カーボン電極を用いた各試験セルでの充放電における電流密度と容量との関係を図7に示す。
[試験結果]
図7から、比較例1、2(カーボン材C、D)は、高出力充放電時に極めて低い容量しか得られないのに対して、実施例1、2(カーボン材A、B)は、高出力充放電時においても、高い容量が得られることがわかる。
Carbon material, conductive agent (manufactured by Lion: Ketjen black), binder (manufactured by Daikin: PVDF dispersion), carbon material: conductive agent: binder (solid content) = 85: 5: 10 After blending, pressing and mixing in a mortar, the mixture was rolled to 100 μm using a hand press, punched into a disk shape with a diameter of 5 mm, and further vacuum dried at 100 ° C. for 12 hours to produce a carbon electrode. .
Example 1: Carbon material A (amorphous carbon material A)
Example 2: Carbon material B (amorphous carbon material B)
Comparative Example 1: Carbon material C (manufactured by Kureha Chemical Co., Ltd .: Carbotron PS (F), SEM photograph is shown in FIG. 4 for reference)
Comparative Example 2: Carbon material D (Osaka Gas: MCMB25-28, SEM photograph is shown in FIG. 5 for reference)
[Assembly of test cell]
A lithium metal foil as a counter electrode (also serving as a reference electrode), carbon electrodes of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 as working electrodes, and a 50 μm thick cellulose separator (manufactured by Nippon Kogyo Paper Co., Ltd.) punched to 24 mmφ A bipolar test cell (manufactured by Toyo System Co., Ltd.) shown in FIG. 6 was assembled using 1 mL of 1M LiPF 6 ethylene carbonate / diethylene carbonate solvent (1: 1 volume ratio) as an electrolytic solution.
[Charge / discharge test]
Using TOSCAT (manufactured by Toyo System Co., Ltd.), a charge / discharge test was conducted under the conditions of potential range: 3 to 0 V · vs · Li / Li + , current density: 1 to 20 mA / cm 2 , and evaluation of the carbon electrode single electrode Was done. FIG. 7 shows the relationship between current density and capacity in charge and discharge in each test cell using the carbon electrodes of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2.
[Test results]
From FIG. 7, Comparative Examples 1 and 2 (carbon materials C and D) can obtain only a very low capacity during high output charge / discharge, while Examples 1 and 2 (carbon materials A and B) are high. It can be seen that a high capacity can be obtained even during output charging and discharging.

本発明の電気化学キャパシタの一実施形態を模式的に示すハイブリッドキャパシタの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the hybrid capacitor which shows typically one Embodiment of the electrochemical capacitor of this invention. 実施例1に用いるカーボン材AのSEM写真の画像処理図である。3 is an image processing diagram of an SEM photograph of a carbon material A used in Example 1. FIG. 実施例2に用いるカーボン材BのSEM写真の画像処理図である。6 is an image processing diagram of an SEM photograph of carbon material B used in Example 2. FIG. 比較例1に用いるカーボン材CのSEM写真の画像処理図である。6 is an image processing diagram of an SEM photograph of a carbon material C used in Comparative Example 1. FIG. 比較例2に用いるカーボン材DのSEM写真の画像処理図である。6 is an image processing diagram of an SEM photograph of a carbon material D used in Comparative Example 2. FIG. 充放電試験に用いる2極式試験セルを示す中央断面図である。It is a center sectional view showing a bipolar test cell used for a charge / discharge test. 電流密度と容量との関係を示す相関図である。It is a correlation diagram which shows the relationship between a current density and a capacity | capacitance.

符号の説明Explanation of symbols

1 ハイブリッドキャパシタ
2 正極
3 負極
4 セパレータ
5 電解液
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hybrid capacitor 2 Positive electrode 3 Negative electrode 4 Separator 5 Electrolyte

Claims (3)

比表面積100m2/g以上の正極と、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出可能な材料からなる負極と、リチウムイオンを含む有機溶媒からなる電解液とを備える電気化学キャパシタにおいて、
前記負極が、空孔が、3次元的規則性を有し、マクロ的に結晶構造に相当する配置で配列している非晶質炭素材料からなることを特徴とする、電気化学キャパシタ。
In an electrochemical capacitor comprising a positive electrode having a specific surface area of 100 m 2 / g or more, a negative electrode made of a material capable of reversibly occluding and releasing lithium ions, and an electrolytic solution made of an organic solvent containing lithium ions,
The electrochemical capacitor characterized in that the negative electrode is made of an amorphous carbon material in which vacancies have three-dimensional regularity and are arranged in an arrangement corresponding to a crystal structure macroscopically.
前記空孔は、球形または略球形をなし、面心立方に相当する配置で連続的に配列されてい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。   2. The electrochemical capacitor according to claim 1, wherein the holes have a spherical shape or a substantially spherical shape, and are continuously arranged in an arrangement corresponding to a face-centered cube. 前記空孔の最大長さ方向の大きさが、1〜1000nmの範囲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。   3. The electrochemical capacitor according to claim 1, wherein a size of the vacancies in a maximum length direction is in a range of 1 to 1000 nm.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012049280A (en) * 2010-08-26 2012-03-08 Daihatsu Motor Co Ltd Electrochemical cell

Cited By (1)

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JP2012049280A (en) * 2010-08-26 2012-03-08 Daihatsu Motor Co Ltd Electrochemical cell

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