JP2007251025A - 電気二重層キャパシタ用電極および電気二重層キャパシタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】黒鉛類似の微結晶性炭素を有する炭素材を含む分極性電極層をシート状集電体の少なくとも片面上に積層してなる電気二重層キャパシタ用電極であって、
該炭素材は、窒素吸着法によるBET比表面積が800m2/g以下であり、
該シート状集電体は、該分極性電極層と接する面に空隙部を有する
ことを特徴とする電気二重層キャパシタ用電極。
【選択図】図1
Description
(1)黒鉛類似の微結晶性炭素を有する炭素材を含む分極性電極層をシート状集電体の少なくとも片面上に積層してなる電気二重層キャパシタ用電極であって、
該炭素材は、窒素吸着法によるBET比表面積が800m2/g以下であり、
該シート状集電体は、該分極性電極層と接する面に空隙部を有する
ことを特徴とする電気二重層キャパシタ用電極が提供される。
(2)該空隙部の容積が、該シート状集電体の単位面積当り、0.0002〜0.008cm3/cm2の範囲内にある、(1)に記載の電気二重層キャパシタ用電極が提供される。
(3)該空隙部が、該シート状集電体に形成された開口部である、(1)または(2)に記載の電気二重層キャパシタ用電極が提供される。
(4)該開口部の開口率が10〜80%の範囲内にある、(3)に記載の電気二重層キャパシタ用電極が提供される。
(5)該開口部が、ほぼ均等に配列された複数の貫通孔である、(3)または(4)に記載の電気二重層キャパシタ用電極が提供される。
(6)該黒鉛類似の微結晶性炭素を有する炭素材は、X線回折法による未充電時の層間距離d002が0.350〜0.385nmの範囲内にある、(1)〜(5)のいずれか1項に記載の電気二重層キャパシタ用電極が提供される。
(7)(1)〜(6)のいずれかに記載の電極と、該電極の充電時の膨張を抑制するための手段とを含む電気二重層キャパシタが提供される。
(8)充電時に該電極にかかる圧力が0.2MPa以上である、(7)に記載の電気二重層キャパシタが提供される。
(9)下記測定条件のサイクル試験を100回施した時点において、エネルギー換算法による分極性電極部に基づく静電容量密度が20F/cm3より高く、かつ当該1サイクル目の静電容量密度の95%以上を維持する、(7)または(8)に記載の電気二重層キャパシタが提供される。
充電条件:定電流定電圧法
放電条件:定電流法
充放電電流:5mA/cm2
充電電圧:定格電圧
充電時間:定格電圧に到達する時間以上
放電電圧:0V
温度:25℃
本発明によれば、電気二重層キャパシタとして充放電を繰り返しても、該分極性電極層へ電解液が十分に供給されるために、静電容量が維持され、内部抵抗の上昇も抑えられるものと考えられる。
実施例1
石油ピッチ系炭素材料500gを粉砕機で粉砕し、D50が20μmの粉末を作製し、これを不活性雰囲気中で800℃の温度で焼成し炭化した材料を得た。この炭化した材料に質量比で2倍量の水酸化カリウムを混合し、不活性雰囲気中700℃において賦活処理を行った。その後室温まで冷却して水洗し、アルカリ分を除去して乾燥させた。得られた黒鉛類似炭素材は、BET比表面積が100m2/gであり、また微結晶性炭素のX線回折法による層間距離d002が0.365nmであった。この黒鉛類似炭素材85質量%と、導電補助材としてケッチェンブラック粉末(ケッチェンブラックインターナショナル株式会社製「EC600JD」)5質量%と、バインダーとしてポリテトラフルオロエチレン粉末(三井デュポンフロロケミカル株式会社製「テフロン(登録商標)6J」)10質量%とからなる混合物にエタノールを加えて混錬後、テープ状にペースト押出しした。その後、得られたテープ状物にロール圧延を3回実施してシート化し、さらに150℃で1時間乾燥させてエタノールを除去することにより、幅100mm、厚さ200μmの分極性シートを得た。幅160mm、厚さ50μmのプレーンアルミ箔(昭和電工株式会社製「A1N30H−H18」)にパンチング加工を施したパンチングアルミニウム箔(孔径1mm、ピッチ2mm、開口率23%、空隙容積0.0012cm3/cm2、60°千鳥配列、リード部分60mmにはパンチング加工なし)を集電体とし、その片面に、導電性接着剤液(日立粉末冶金株式会社製「GA−37」)を孔が完全には埋まらないように刷毛で塗布(接着剤塗布量1.0g/m2:電極なしで分散媒乾燥時)して分極性シートとアルミ箔の一方の端部が重なるように重ね、これを圧縮ロールに通して圧着し、接触界面同士を貼り合わせたアルミ一体化電極を得た。このアルミ一体化電極を、温度150℃に設定したオーブンに入れて10分間保持し、導電性接着剤液層から分散媒を蒸発除去することにより分極性電極を得た。
SUS板による加圧力を0.4MPaにしたことを除き、実施例1と同様にキャパシタを組み立てた。
集電体として、パンチングアルミニウム箔(孔径5mm、ピッチ10mm、開口率23%、空隙容積0.0012cm3/cm2、60°千鳥配列、リード部分はパンチング加工なし)を使用したことを除き、実施例1と同様にキャパシタを組み立てた。
集電体として、パンチングアルミニウム箔(孔径1mm、ピッチ1.5mm、開口率40%、空隙容積0.002cm3/cm2、60°千鳥配列、リード部分はパンチング加工なし)を使用したことを除き、実施例1と同様にキャパシタを組み立てた。
集電体として、厚さ50μmのエッチドアルミニウム箔(KDK株式会社製「C512」)を使用したことを除き、実施例1と同様にキャパシタを組み立てた。
集電体として、厚さ50μmのエッチドアルミニウム箔(KDK株式会社製「C512」)を使用し、加圧力を0.4MPaにしたことを除き、実施例1と同様にキャパシタを組み立てた。
加圧力を0.05MPaにしたことを除き、実施例1と同様にキャパシタを組み立てた。
集電体として、厚さ30μmのパンチングアルミニウム箔(孔径0.1mm、ピッチ0.4mm、開口率4.8%、空隙容積0.0001cm3/cm2、60°千鳥配列、リード部分はパンチング加工なし)を使用したことを除き、実施例1と同様にキャパシタを組み立てた。
炭素材として、椰子殻を原料にした水蒸気賦活活性炭(比表面積1700m2/g)を使用したことを除き、実施例1と同様にキャパシタを組み立てた。
炭素材として、椰子殻を原料にした水蒸気賦活活性炭(比表面積1700m2/g)を使用したことを除き、比較例1と同様にキャパシタを組み立てた。
1サイクル目の電界賦活およびサイクル試験条件
(電界賦活)
充電:1mA/cm2、3.5V、21600秒
放電:1mA/cm2、0V
温度:25℃
(サイクル試験)
充電:5mA/cm2、3.0V、1000秒
放電:5mA/cm2、0V
温度:25℃
(静電容量密度)
100サイクル目の静電容量をエネルギー換算法により求め、それを膨張後における集電体を含まない正負極の炭素電極部の体積で除して算出した。
(内部抵抗)
100サイクル目の放電曲線において、放電開始から放電終了までの時間に対して10%の範囲を直線近似することにより算出した。
(静電容量維持率)
100サイクル目の静電容量密度が電界賦活後1サイクル目の静電容量密度の何%を維持しているか算出した。
(膨張率)
試験終了後、加圧を開放してアルミパックの外部厚を測定し、試験前の外部厚と比較することで算出した。
(試験終了後の電極観察)
試験終了後、セルを解体し、電極/集電体界面に変化がないか観察した。
(装置)
充放電試験装置 株式会社パワーシステム社製「CDT5R2−4」
解析用ソフトウェア 株式会社パワーシステム製「CDT Utility Ver.2.02」
Claims (9)
- 黒鉛類似の微結晶性炭素を有する炭素材を含む分極性電極層をシート状集電体の少なくとも片面上に積層してなる電気二重層キャパシタ用電極であって、
該炭素材は、窒素吸着法によるBET比表面積が800m2/g以下であり、
該シート状集電体は、該分極性電極層と接する面に空隙部を有する
ことを特徴とする電気二重層キャパシタ用電極。 - 該空隙部の容積が、該シート状集電体の単位面積当り、0.0002〜0.008cm3/cm2の範囲内にある、請求項1に記載の電気二重層キャパシタ用電極。
- 該空隙部が、該シート状集電体に形成された開口部である、請求項1または2に記載の電気二重層キャパシタ用電極。
- 該開口部の開口率が10〜80%の範囲内にある、請求項3に記載の電気二重層キャパシタ用電極。
- 該開口部が、ほぼ均等に配列された複数の貫通孔である、請求項3または4に記載の電気二重層キャパシタ用電極。
- 該黒鉛類似の微結晶性炭素を有する炭素材は、X線回折法による未充電時の層間距離d002が0.350〜0.385nmの範囲内にある、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電気二重層キャパシタ用電極。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の電極と、該電極の充電時の膨張を抑制するための手段とを含む電気二重層キャパシタ。
- 充電時に該電極にかかる圧力が0.2MPa以上である、請求項7に記載の電気二重層キャパシタ。
- 下記測定条件のサイクル試験を100回施した時点において、エネルギー換算法による分極性電極部に基づく静電容量密度が20F/cm3より高く、かつ当該1サイクル目の静電容量密度の95%以上を維持する、請求項7または8に記載の電気二重層キャパシタ。
充電条件:定電流定電圧法
放電条件:定電流法
充放電電流:5mA/cm2
充電電圧:定格電圧
充電時間:定格電圧に到達する時間以上
放電電圧:0V
温度:25℃
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