JP2008066053A - 蓄電デバイス用負極活物質およびその製造方法 - Google Patents
蓄電デバイス用負極活物質およびその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008066053A JP2008066053A JP2006241105A JP2006241105A JP2008066053A JP 2008066053 A JP2008066053 A JP 2008066053A JP 2006241105 A JP2006241105 A JP 2006241105A JP 2006241105 A JP2006241105 A JP 2006241105A JP 2008066053 A JP2008066053 A JP 2008066053A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- negative electrode
- carbon
- active material
- electrode active
- storage device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
- C04B38/0022—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof obtained by a chemical conversion or reaction other than those relating to the setting or hardening of cement-like material or to the formation of a sol or a gel, e.g. by carbonising or pyrolysing preformed cellular materials based on polymers, organo-metallic or organo-silicon precursors
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
- C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
- C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
- C04B35/83—Carbon fibres in a carbon matrix
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/04—Hybrid capacitors
- H01G11/06—Hybrid capacitors with one of the electrodes allowing ions to be reversibly doped thereinto, e.g. lithium ion capacitors [LIC]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
- H01G11/36—Nanostructures, e.g. nanofibres, nanotubes or fullerenes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
- H01G11/42—Powders or particles, e.g. composition thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/50—Electrodes characterised by their material specially adapted for lithium-ion capacitors, e.g. for lithium-doping or for intercalation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
- H01M4/366—Composites as layered products
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
- H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/00853—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 in electrochemical cells or batteries, e.g. fuel cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
- Y10T428/249953—Composite having voids in a component [e.g., porous, cellular, etc.]
Abstract
【課題】低温特性、エネルギー密度のさらなる向上および高出力化が図られた蓄電デバイス用負極活物質を提供する。
【解決手段】コアとなる炭素粒子と、該炭素粒子の表面および/または内部に形成されたグラフェン構造を有する繊維状炭素との炭素複合体からなり、前記炭素複合体が、全メソ孔容積が0.005〜1.0cm3/g、細孔径100〜400Åのメソ孔が全メソ孔容積の25%以上を占めるように構成された負極活物質を用いる。
【選択図】図1
【解決手段】コアとなる炭素粒子と、該炭素粒子の表面および/または内部に形成されたグラフェン構造を有する繊維状炭素との炭素複合体からなり、前記炭素複合体が、全メソ孔容積が0.005〜1.0cm3/g、細孔径100〜400Åのメソ孔が全メソ孔容積の25%以上を占めるように構成された負極活物質を用いる。
【選択図】図1
Description
本発明は、リチウム塩を含む非プロトン性有機溶媒を電解液とする蓄電デバイス用負極活物質およびその製造方法に関する。
リチウム塩を含む非プロトン性有機溶媒を電解液とするリチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度および高出力という特長を備えた蓄電デバイスとして、携帯電話、ノートパソコン等の携帯機器に使用されている。
また、近年、リチウムイオン二次電池と電気二重層キャパシタの蓄電原理を組み合わせたハイブリッドタイプの蓄電デバイスであるリチウムイオンキャパシタも注目されている。
このリチウムイオンキャパシタは、リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能な炭素系材料と金属リチウムとを接触させる等、予め化学的方法または電気化学的方法でリチウムイオンをドープすることにより、負極電位を低下させ、耐電圧を高くし、エネルギー密度を大幅に向上させることを意図した蓄電デバイスであり、ハイブリッド車、電気自動車等への応用も検討されている。
また、近年、リチウムイオン二次電池と電気二重層キャパシタの蓄電原理を組み合わせたハイブリッドタイプの蓄電デバイスであるリチウムイオンキャパシタも注目されている。
このリチウムイオンキャパシタは、リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能な炭素系材料と金属リチウムとを接触させる等、予め化学的方法または電気化学的方法でリチウムイオンをドープすることにより、負極電位を低下させ、耐電圧を高くし、エネルギー密度を大幅に向上させることを意図した蓄電デバイスであり、ハイブリッド車、電気自動車等への応用も検討されている。
上記のようなリチウムイオン二次電池やリチウムイオンキャパシタ等の蓄電デバイスの負極活物質には、主に、炭素系材料が用いられている。この炭素系材料の特性には、その黒鉛構造の有無等の結晶構造も影響するが、それに加えて、細孔構造も大きく影響する。
例えば、特許文献1には、特定の細孔径および細孔容積を有するメソポーラスな炭素粒子からなる電極材が記載されており、このようなメソポーラスな炭素粒子からは、優れた出力特性が得られるとされている。
また、導電性が高く、電解液の保液性が高いことから、カーボンナノチューブ等の炭素繊維も、電極用途への適用が期待されているが、このような繊維状炭素は、凝集力が強い、かさ密度が小さい、高価である、不純物が多い等の理由から、単体での使用は困難とされており、添加剤としての使用が一般的である。
また、特許文献2には、カーボンナノファイバをフェノール樹脂と複合化して炭化した材料が開示されている。
WO00/11688号再公表特許公報
特開2006−117461号公報
例えば、自動車用電源としてリチウムイオン二次電池やリチウムイオンキャパシタを適用するには、優れた出力特性や低温特性が必要とされている。特許文献1により得られる電極材は、適度なメソ孔を有しており、高出力で低温特性にも優れた活物質と考えられるが、自動車用電源としては、さらなる出力特性、低温特性の向上が望まれる。
このため、従来の電極材を用いて出力特性および低温特性を高めるためには、電極の作製においては、導電性向上または電解液保液性向上を目的として、所定量のアセチレンブラック、ケッチェンブラック等の導電材の添加による改善が必要であった。
しかしながら、導電材の添加は、電極全体の容積もしくは重量を固定している場合、その添加量に相応して、電極中に占める負極活物質の体積比率および重量比率を小さくするため、セル全体のエネルギー密度の観点からは好ましくない。
また、上記のような導電材は、凝集しやすく、分散性が悪く、電極密度の低下の原因となり、体積当たりのエネルギー密度の低下を招いたり、期待値ほどの導電性は付与されない。
さらに、導電材を添加する場合には、通常、分散性向上のため、カルボキシメチルセルロース(CMC)等の増粘分散剤を添加して用いられるが、このような増粘分散剤は、抵抗上昇の要因となるため導電材の添加効果と相反する作用を奏するものであった。
したがって、導電材はできるだけ少ない添加量で十分な効果を出すことが求められている。
また、上記のような導電材は、凝集しやすく、分散性が悪く、電極密度の低下の原因となり、体積当たりのエネルギー密度の低下を招いたり、期待値ほどの導電性は付与されない。
さらに、導電材を添加する場合には、通常、分散性向上のため、カルボキシメチルセルロース(CMC)等の増粘分散剤を添加して用いられるが、このような増粘分散剤は、抵抗上昇の要因となるため導電材の添加効果と相反する作用を奏するものであった。
したがって、導電材はできるだけ少ない添加量で十分な効果を出すことが求められている。
一方、上記特許文献2においては、気相法炭素繊維(VGCF)をフェノール樹脂と複合化させ、これを熱処理して複合炭化材料としているが、高出力化という目的が十分に達成されているものではない。
本発明は、上記のような従来技術を踏まえて、特に、炭素系材料の細孔構造に着目して検討を重ねながら開発を進めたころ、メソポーラスな構造と、グラフェン構造を有する繊維状炭素を併せ持つ炭素複合体が、優れた特性を示すことを見出したことに基づくものであり、低温特性、エネルギー密度の向上および高出力化が図られた蓄電デバイス用負極活物質を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意研究を行った結果、コアとなる炭素粒子と、該炭素粒子の表面および/または内部に形成されたグラフェン構造を有する繊維状炭素との炭素複合体からなり、前記炭素複合体は、全メソ孔容積が0.005〜1.0cm3/g、細孔径100〜400Åのメソ孔が全メソ孔容積の25%以上を占めていることを特徴とする炭素複合体を、リチウム塩を含む非プロトン性有機溶媒を電解液とする蓄電デバイス用負極活物質とすることにより、上記目的を達成することができることを見出し、本発明に到達した。
本発明では、炭素系負極活物質を、炭素粒子と、グラフェン構造を有する繊維状炭素との複合体とし、かつ、特定のメソ孔を有する構造とすることにより、低温特性、エネルギー密度の向上および高出力化を図ることを可能としたものである。
すなわち、本発明の要旨は、以下のとおりである。
本発明に係る蓄電デバイス用負極活物質は、リチウム塩を含む非プロトン性有機溶媒を電解液とする蓄電デバイス用の負極活物質であって、コアとなる炭素粒子と、該炭素粒子の表面および/または内部に形成されたグラフェン構造を有する繊維状炭素との炭素複合体からなり、前記炭素複合体は、全メソ孔容積が0.005〜1.0cm3/g、細孔径100〜400Åのメソ孔が全メソ孔容積の25%以上を占めていることを特徴とする。
本発明に係る蓄電デバイス用負極活物質は、リチウム塩を含む非プロトン性有機溶媒を電解液とする蓄電デバイス用の負極活物質であって、コアとなる炭素粒子と、該炭素粒子の表面および/または内部に形成されたグラフェン構造を有する繊維状炭素との炭素複合体からなり、前記炭素複合体は、全メソ孔容積が0.005〜1.0cm3/g、細孔径100〜400Åのメソ孔が全メソ孔容積の25%以上を占めていることを特徴とする。
前記蓄電デバイス用負極活物質においては、前記繊維状炭素の重量比率が、炭素複合体の1〜50重量%であることが好ましい。
また、前記炭素複合体の比表面積が0.01〜2000m2/gであることが好ましい。
また、前記炭素複合体の比表面積が0.01〜2000m2/gであることが好ましい。
また、前記炭素粒子は、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素、黒鉛およびポリアセン系物質のうちの少なくとも一つからなることが好ましい。
また、前記繊維状炭素は、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ、カーボンナノホーン、カーボンマイクロコイル、ヘリンボーンタイプの炭素繊維およびプレートレットタイプの炭素繊維のうちの少なくともいずれかを含むものであることが好ましい。
さらに、前記繊維状炭素は、外径1〜100nmの中空状炭素繊維であること、また、竹状の節を有していることが好ましい。
また、前記繊維状炭素は、多層壁から構成され、その格子像が繊維軸に対して角度を有するヘリンボーン(Herring-bone)構造を有していることが好ましく、前記多層壁は、厚さ1〜100nmであり、3層以上の多層構造を有していることが好ましい。
上記のような繊維状炭素は、前記炭素粒子および/またはその前駆体を、遷移金属含有化合物の存在下、600〜2000℃で熱処理することにより生成したものであることが好ましい。前記遷移金属としては、ニッケルおよび/または鉄が好ましい。
上記のようにして生成した繊維状炭素は、熱処理時に発生するガスを原料として生成したものであることが好ましい。
あるいはまた、熱処理時に、系外から直接炭化水素ガスを吹き込む、または、キャリアガスを用いて炭化水素を含有するガスを吹き込むことによって生成したものであってもよい。
あるいはまた、熱処理時に、系外から直接炭化水素ガスを吹き込む、または、キャリアガスを用いて炭化水素を含有するガスを吹き込むことによって生成したものであってもよい。
上記のようにして生成した繊維状炭素は、その根元部分が、コア炭素粒子に接着している、および/または、コア炭素粒子から離れて、該コア炭素粒子近傍に存在していることが好ましく、また、その先端には、遷移金属粒子を包含しているものであってもよい。
また、本発明に係る蓄電デバイス用負極活物質の製造方法は、炭素粒子および/またはその前駆体を、遷移金属含有化合物の存在下、600〜2000℃で熱処理することを特徴とするものであり、前記遷移金属としては、ニッケルおよび/または鉄であることが好ましい。
また、本発明によれば、負極活物質に上記のような本発明に係る蓄電デバイス用負極活物質が用いられ、電解液がリチウム塩を含む非プロトン性有機溶媒であることを特徴とするリチウムイオン二次電池が提供される。
さらに、本発明によれば、正極活物質にリチウムイオンおよび/またはアニオンを可逆的にドープ・脱ドープ可能な活物質が用いられ、負極活物質に上記のような本発明に係る蓄電デバイス用負極活物質が用いられ、電解液がリチウム塩を含む非プロトン性有機溶媒であり、かつ、正極と負極とを短絡させた後の正極電位が2.0V(対Li/Li+)以下になるように、予め負極および/または正極にリチウムイオンがドープされていることを特徴とするリチウムイオンキャパシタが提供される。
上述したとおり、本発明に係る蓄電デバイス用負極活物質によれば、炭素系負極活物質を、炭素粒子とグラフェン構造を有する繊維状炭素との炭素複合体とし、かつ、前記炭素複合体が特定のメソ孔を有する構造とすることにより、出力特性および低温特性の向上が図られる。
また、繊維状炭素が存在することにより、アセチレンブラック等の導電材を添加することなく、電極の抵抗が小さくなるため、エネルギー密度を向上させることができる。
したがって、本発明に係る負極活物質を用いれば、高エネルギー密度、高出力で低温特性にも優れたリチウムイオン二次電池やリチウムイオンキャパシタ等の蓄電デバイスを提供することができる。
また、繊維状炭素が存在することにより、アセチレンブラック等の導電材を添加することなく、電極の抵抗が小さくなるため、エネルギー密度を向上させることができる。
したがって、本発明に係る負極活物質を用いれば、高エネルギー密度、高出力で低温特性にも優れたリチウムイオン二次電池やリチウムイオンキャパシタ等の蓄電デバイスを提供することができる。
以下、本発明について、より詳細に説明する。
本発明に係る蓄電デバイス用負極活物質は、コアとなる炭素粒子と、該炭素粒子の表面および/または内部に形成されたグラフェン構造を有する繊維状炭素との炭素複合体からなるものである。そして、本発明においては、前記炭素複合体が、全メソ孔容積が0.005〜1.0cm3/g、細孔径100〜400Åのメソ孔が全メソ孔容積の25%以上を占めていることを特徴としている。
本発明に係る蓄電デバイス用負極活物質は、コアとなる炭素粒子と、該炭素粒子の表面および/または内部に形成されたグラフェン構造を有する繊維状炭素との炭素複合体からなるものである。そして、本発明においては、前記炭素複合体が、全メソ孔容積が0.005〜1.0cm3/g、細孔径100〜400Åのメソ孔が全メソ孔容積の25%以上を占めていることを特徴としている。
なお、ここでいうメソ孔とは、IUPACによって定義されている細孔径の分類に従うものであり、細孔径20〜500Åの細孔を言う。この分類によれば、細孔径20Å以下をミクロ孔、細孔径500Å以上をマクロ孔と言う。
本発明におけるメソ孔の細孔容積は、77Kにおける窒素脱着等温線のDH(Dollimore‐Heal)法による解析により求めたものである。
本発明におけるメソ孔の細孔容積は、77Kにおける窒素脱着等温線のDH(Dollimore‐Heal)法による解析により求めたものである。
前記炭素複合体は、特定のメソ孔を有しているものであり、全メソ孔容積は0.005〜1.0cm3/gである。
前記全メソ孔容積が0.005cm3/g未満である場合、リチウムイオンの易動度が低下し、イオン伝導性が低下するため、高出力時や低温時には、負極活物質の界面付近のリチウムイオン濃度が追随しにくくなり好ましくない。
一方、全メソ孔容積が1.0cm3/gを超える場合、炭素複合体の真密度が低下し、容量が低下するため好ましくない。
前記全メソ孔容積は、好ましくは、0.006〜0.8cm3/gである。
前記全メソ孔容積が0.005cm3/g未満である場合、リチウムイオンの易動度が低下し、イオン伝導性が低下するため、高出力時や低温時には、負極活物質の界面付近のリチウムイオン濃度が追随しにくくなり好ましくない。
一方、全メソ孔容積が1.0cm3/gを超える場合、炭素複合体の真密度が低下し、容量が低下するため好ましくない。
前記全メソ孔容積は、好ましくは、0.006〜0.8cm3/gである。
また、前記炭素複合体においては、細孔径100〜400Åのメソ孔が全メソ孔容積の25%以上を占めている。
上記細孔径のメソ孔が、全メソ孔容積に占める割合が25%未満である場合、リチウムイオンまたは溶媒和したリチウムイオンの易動度が低下し、イオン伝導性が低下するため好ましくない。
上記細孔径のメソ孔の割合は、大きい方が好ましいが、細孔径400〜500Åのメソ孔の存在も考慮すれば、好ましくは90%程度以下である。
上記細孔径のメソ孔の割合は、より好ましくは、全メソ孔容積の30〜80%である。
上記細孔径のメソ孔が、全メソ孔容積に占める割合が25%未満である場合、リチウムイオンまたは溶媒和したリチウムイオンの易動度が低下し、イオン伝導性が低下するため好ましくない。
上記細孔径のメソ孔の割合は、大きい方が好ましいが、細孔径400〜500Åのメソ孔の存在も考慮すれば、好ましくは90%程度以下である。
上記細孔径のメソ孔の割合は、より好ましくは、全メソ孔容積の30〜80%である。
前記メソ孔は、後述する遷移金属化合物を添加して熱処理する工程で形成されるものであってもよく、また、予めメソ孔またはマクロ孔を保有している炭素原料に対して、熱処理時に系外から直接炭化水素ガスを吹き込むこと、または、キャリアガスを用いて炭化水素を含有するガスを吹き込むことによって形成されるものであってもよい。
前記炭素複合体の粒径は、特に限定されるものではないが、通常、平均粒径0.5〜30μmである。
平均粒径が0.5μm未満である場合は、粉体がかさ高くなるため、電極密度が小さくなり、体積当たりのエネルギー密度が低下しやすいため好ましくない。また、粒子同士を結着させるためのバインダーが多く必要となり、内部抵抗が大きくなるおそれがある。
一方、平均粒径が30μmを超える場合、電極の厚さを薄く設計することが困難となり、また、複合炭素体の内部で溶媒和したリチウムイオンが拡散して出入りする際の速度が遅くなるため好ましくない。
前記平均粒径は、好ましくは、0.5〜10μmであり、さらに好ましくは、0.5〜5μmである。
平均粒径が0.5μm未満である場合は、粉体がかさ高くなるため、電極密度が小さくなり、体積当たりのエネルギー密度が低下しやすいため好ましくない。また、粒子同士を結着させるためのバインダーが多く必要となり、内部抵抗が大きくなるおそれがある。
一方、平均粒径が30μmを超える場合、電極の厚さを薄く設計することが困難となり、また、複合炭素体の内部で溶媒和したリチウムイオンが拡散して出入りする際の速度が遅くなるため好ましくない。
前記平均粒径は、好ましくは、0.5〜10μmであり、さらに好ましくは、0.5〜5μmである。
また、前記繊維状炭素の重量比率は、炭素複合体の1〜50重量%であることが好ましい。
前記重量比率が1重量%未満である場合は、炭素複合体表面および/または内部に繊維状体が形成されていることによる抵抗の低減化、クーロン効率の向上等の効果が十分に得られないため好ましくない。
一方、前記重量比率が50重量%を超える場合は、繊維量が多すぎて、分散が不十分となり、毛玉状に凝集したり、また、かさ密度が小さくなり、電極密度が小さくなるため好ましくない。
前記重量比率が1重量%未満である場合は、炭素複合体表面および/または内部に繊維状体が形成されていることによる抵抗の低減化、クーロン効率の向上等の効果が十分に得られないため好ましくない。
一方、前記重量比率が50重量%を超える場合は、繊維量が多すぎて、分散が不十分となり、毛玉状に凝集したり、また、かさ密度が小さくなり、電極密度が小さくなるため好ましくない。
また、前記炭素複合体の比表面積は0.01〜2000m2/gであることが好ましい。
前記比表面積が0.01m2/g未満である場合、電解液の保液量が不十分となり、抵抗が大きくなる。
一方、前記比表面積が2000m2/gを超える場合、充放電の繰り返しにおけるクーロン効率が低下するため好ましくない。
前記比表面積は、0.1〜1000m2/gであり、0.1〜500m2/gであることがより好ましい。
なお、本発明における比表面積は、BET法により求めたものである。
前記比表面積が0.01m2/g未満である場合、電解液の保液量が不十分となり、抵抗が大きくなる。
一方、前記比表面積が2000m2/gを超える場合、充放電の繰り返しにおけるクーロン効率が低下するため好ましくない。
前記比表面積は、0.1〜1000m2/gであり、0.1〜500m2/gであることがより好ましい。
なお、本発明における比表面積は、BET法により求めたものである。
上記のような構成からなる本発明に係る蓄電デバイス用負極活物質は、繊維状炭素がグラフェン構造を有していることにより、コア炭素粒子間の接触抵抗が低減され、また、特定のメソ孔を有する炭素粒子の近傍に繊維状炭素が存在することから、炭素粒子界面における電解液の保液性とイオン伝導性が高められ、電荷移動抵抗や拡散抵抗が小さくなり、蓄電デバイスの出力特性および低温特性を向上させることができると推測される。
本発明に係る負極活物質は、リチウム塩を含む非プロトン性有機溶媒を電解液とする蓄電デバイスに用いられるものであり、前記負極活物質となる炭素複合体は、リチウムイオンを可逆的にドープ可能であることを要する。このため、前記炭素複合体のコアとなる炭素粒子は、リチウムイオンを安定してドープ、脱ドープ可能であるものが好ましい。具体的には、石油コークス、石炭ピッチコークス、ポリ塩化ビニル炭等の易黒鉛化性炭素、フェノール樹脂炭、フラン樹脂炭等の難黒鉛化性炭素、黒鉛またはポリアセン系物質等が挙げられる。
ここで、本発明において、ドープとは、吸蔵、担持、吸着または挿入をも意味し、正極活物質にリチウムイオンまたはアニオンが入る現象、あるいはまた、負極活物質にリチウムイオンが入る現象を言う。また、脱ドープとは、脱離、放出をも意味し、正極活物質からリチウムイオンまたはアニオンが脱離する現象、あるいはまた、負極活物質からリチウムイオンが脱離する現象をいう。
上記のような本発明に係る負極活物質となる炭素複合体は、反応炉内にて、前記炭素粒子またはその前駆体を、遷移金属含有化合物の存在下、窒素などの不活性ガスを系内に導入して、熱処理することにより得ることができる。
前記熱処理温度は、遷移金属化合物の種類や使用量によって、最適温度は異なるが、600〜2000℃が好ましい。
前記熱処理温度が600℃未満である場合は、ミクロ孔主体の細孔分布となり、所望のメソ孔を有する炭素複合体が得られないため好ましくない。
一方、前記処理温度が2000℃を超えても、それ以上のメソ孔の形成または繊維状炭素の生成効果は見られないため、効率的でない。
前記熱処理温度は800〜1500℃であることがより好ましい。
前記熱処理温度が600℃未満である場合は、ミクロ孔主体の細孔分布となり、所望のメソ孔を有する炭素複合体が得られないため好ましくない。
一方、前記処理温度が2000℃を超えても、それ以上のメソ孔の形成または繊維状炭素の生成効果は見られないため、効率的でない。
前記熱処理温度は800〜1500℃であることがより好ましい。
熱処理時の不活性ガス流量は、炉の容積が10Lの場合、0.01〜20L/minが好ましい。
不活性ガス流量が20L/minより多い場合、反応炉内に留まるガスが不十分となり好ましくない。
一方、流量が0.01L/minより少ない場合、発生ガスに含まれる酸化性ガス成分の排出が不十分となり、非酸化性雰囲気を保てなくなるおそれがあるため好ましくない。
不活性ガス流量が20L/minより多い場合、反応炉内に留まるガスが不十分となり好ましくない。
一方、流量が0.01L/minより少ない場合、発生ガスに含まれる酸化性ガス成分の排出が不十分となり、非酸化性雰囲気を保てなくなるおそれがあるため好ましくない。
前記遷移金属含有化合物の添加量は、特に限定されるものではないが、炭素粒子またはその前駆体に対して均一に分散し、反応が均一に進行するようにするため、媒体に対する飽和溶解度の範囲内で添加することが好ましい。通常は、炭素粒子またはその前駆体に対して金属換算で1〜30重量%程度使用される。
前記遷移金属含有化合物の使用量が1重量%未満である場合は、メソ孔付与の影響が小さくなり好ましくない。
一方、前記使用量が30重量%を超える場合は、遷移金属含有化合物が析出しやすくなり、反応が不均一となるため好ましくない。
前記遷移金属含有化合物の使用量が1重量%未満である場合は、メソ孔付与の影響が小さくなり好ましくない。
一方、前記使用量が30重量%を超える場合は、遷移金属含有化合物が析出しやすくなり、反応が不均一となるため好ましくない。
また、前記熱処理前の処理としては、例えば、上記のような遷移金属塩を溶解または均一に分散させた水系またはエタノール等の有機溶媒系の液を、炭素粒子またはその前駆体に均一に含浸させた後、媒体を蒸発させ、乾燥させる。
この乾燥は、媒体蒸発時に、炭素粒子またはその前駆体中に取り込まれた遷移金属塩の濃度分布が不均一になることを防止する観点から、撹拌等により、できる限り均等に加熱しながら、ゆっくりと媒体を蒸発させることが好ましい。あるいはまた、炭素粒子またはその前駆体に、直接、遷移金属塩を混ぜ込み、ボールミル等によるメカニカルアロイングを施しておいてもよい。
この乾燥は、媒体蒸発時に、炭素粒子またはその前駆体中に取り込まれた遷移金属塩の濃度分布が不均一になることを防止する観点から、撹拌等により、できる限り均等に加熱しながら、ゆっくりと媒体を蒸発させることが好ましい。あるいはまた、炭素粒子またはその前駆体に、直接、遷移金属塩を混ぜ込み、ボールミル等によるメカニカルアロイングを施しておいてもよい。
前記熱処理後、得られた炭素複合体は、そのままで負極活物質として使用することもできるが、余分な遷移金属および遷移金属化合物を除去するために酸洗浄を施す場合もある。
この余分な遷移金属および遷移金属化合物とは、イオンまたはイオンになり得るような遷移金属または遷移金属化合物、すなわち、裸で存在しているような遷移金属または遷移金属化合物、あるいはまた、繊維状炭素が遷移金属を包含しる場合でも、包含部分に亀裂等があり、その亀裂箇所等からイオンになり得るようなものを意味する。
完全に炭素により包含されている場合は、酸洗浄しても、金属は除去されずに、炭素複合体の表面または内部に残存すると推測される。
この酸洗浄は、通常、60〜80℃の2N HClで数回洗浄することにより行う。
この余分な遷移金属および遷移金属化合物とは、イオンまたはイオンになり得るような遷移金属または遷移金属化合物、すなわち、裸で存在しているような遷移金属または遷移金属化合物、あるいはまた、繊維状炭素が遷移金属を包含しる場合でも、包含部分に亀裂等があり、その亀裂箇所等からイオンになり得るようなものを意味する。
完全に炭素により包含されている場合は、酸洗浄しても、金属は除去されずに、炭素複合体の表面または内部に残存すると推測される。
この酸洗浄は、通常、60〜80℃の2N HClで数回洗浄することにより行う。
前記遷移金属としては、鉄、ルテニウム、オスミニウム、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、銅等を用いることができるが、特に、ニッケルおよび/または鉄が好適に用いられる。
これらの遷移金属含有化合物としては、遷移金属塩が好ましく、例えば、硝酸塩、硫酸塩等が挙げられ、使用する媒体に対する溶解性、分散性等を考慮して、適宜選択して用いられる。
これらの遷移金属含有化合物としては、遷移金属塩が好ましく、例えば、硝酸塩、硫酸塩等が挙げられ、使用する媒体に対する溶解性、分散性等を考慮して、適宜選択して用いられる。
前記熱処理による繊維状炭素の生成は、上記のような炭素粒子またはその前駆体由来のガスが、炭素粒子またはその前駆体に接触している遷移金属含有化合物を核として繊維状に炭化して成長する、すなわち、熱処理時に発生するガスによるいわゆる自己CVD(Chemical vapor deposition)によるもの、または、熱処理の際、トルエン、キシレン等の炭化水素系ガスを別途供給して生成するものでもよい。
供給ガスによるCVDによって、繊維状炭素の生成を促進することができるが、自己CVDのみで十分な繊維状炭素が得られる場合は、炭化水素ガスを別途供給する必要がないため、生産コストの低減を図ることが可能となる。
供給ガスによるCVDによって、繊維状炭素の生成を促進することができるが、自己CVDのみで十分な繊維状炭素が得られる場合は、炭化水素ガスを別途供給する必要がないため、生産コストの低減を図ることが可能となる。
前記繊維状炭素は、根元部分がコア炭素粒子から直接生えているものが好ましいが、根元部分がコア炭素粒子から離れて、該コア炭素粒子近傍に存在しているものでもよい。
また、繊維状炭素の先端には遷移金属粒子を包含していることが好ましい。
ここでいう包含とは、前述したように、遷移金属または遷移金属化合物が、炭素に完全に包まれており、イオンになり得ないような状態を意味する。
前記遷移金属粒子の大きさは、特に限定されるものではないが、通常、直径1〜100μm、好ましくは、10〜50μm程度である。また、この遷移金属粒子から複数本の繊維状炭素が出ているものも存在する。
また、繊維状炭素の先端には遷移金属粒子を包含していることが好ましい。
ここでいう包含とは、前述したように、遷移金属または遷移金属化合物が、炭素に完全に包まれており、イオンになり得ないような状態を意味する。
前記遷移金属粒子の大きさは、特に限定されるものではないが、通常、直径1〜100μm、好ましくは、10〜50μm程度である。また、この遷移金属粒子から複数本の繊維状炭素が出ているものも存在する。
また、前記繊維状炭素は、外径1〜100nmの中空状炭素繊維であること、また、竹状の節を有していることが好ましい。
図2に、自己CVDにより生成した繊維状炭素の格子像を示す。この繊維状炭素は、均一径の円柱状繊維ではなく、歪んだ部位が見られ、外径は、40nm程度である。
前記外径は、通常、1〜100nm、好ましくは、30〜60nm程度である。作製条件にもよるが、比較的狭い範囲の直径分布となる場合もある。
また、この繊維状炭素は中空であり、その内径は、通常、10〜40nm程度であるが、遷移金属粒子の大きさや外径の大きさの影響を受けるものと思われる。この中空部には、竹状の節1が存在し、その間隔は必ずしも一定ではないが、通常、5〜20nm程度である。
また、この節1には、数層の格子像が観察されることから、完全に中空部を区切っていない場合もあるものと思われる。この部分が、低電位でのリチウムイオンの効率的かつスムーズなドープ、脱ドープに寄与しているものと考えられる。また、クラスター状のボイドとして機能している可能性も考えられる。
図2に、自己CVDにより生成した繊維状炭素の格子像を示す。この繊維状炭素は、均一径の円柱状繊維ではなく、歪んだ部位が見られ、外径は、40nm程度である。
前記外径は、通常、1〜100nm、好ましくは、30〜60nm程度である。作製条件にもよるが、比較的狭い範囲の直径分布となる場合もある。
また、この繊維状炭素は中空であり、その内径は、通常、10〜40nm程度であるが、遷移金属粒子の大きさや外径の大きさの影響を受けるものと思われる。この中空部には、竹状の節1が存在し、その間隔は必ずしも一定ではないが、通常、5〜20nm程度である。
また、この節1には、数層の格子像が観察されることから、完全に中空部を区切っていない場合もあるものと思われる。この部分が、低電位でのリチウムイオンの効率的かつスムーズなドープ、脱ドープに寄与しているものと考えられる。また、クラスター状のボイドとして機能している可能性も考えられる。
また、前記繊維状炭素は、図2に示されているように、多層壁2からなり、その格子像が繊維軸と平行でなく、角度を有するヘリンボーンタイプの構造を有していることが好ましい。
例えば、カーボンナノチューブは、欠陥がないと、チューブ内部にリチウムイオンが入れないが、これに対して、ヘリンボーンタイプの繊維状炭素は、内部の中空部分と外部とが通じているため、スムーズなリチウムイオンの出入りが可能になると考えられる。また、この格子間にリチウムイオンが蓄えられる可能性もある。
例えば、カーボンナノチューブは、欠陥がないと、チューブ内部にリチウムイオンが入れないが、これに対して、ヘリンボーンタイプの繊維状炭素は、内部の中空部分と外部とが通じているため、スムーズなリチウムイオンの出入りが可能になると考えられる。また、この格子間にリチウムイオンが蓄えられる可能性もある。
また、前記繊維状炭素の多層壁2は、厚さが1〜100nmであり、3層以上の多層構造を有していることが好ましい。この多層構造が、リチウムイオンのドープする場と仮定した場合、層数が多いほど、容量は大きくなると考えられる。
前記繊維状炭素は、グラフェン構造を有するものとして、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ、カーボンナノホーン、カーボンマイクロコイル、ヘリンボーンタイプの炭素繊維およびプレートレットタイプの炭素繊維のうちのいずれかであることが好ましい。
メソ孔を有する構造またはその前駆体に対して、これらの繊維状炭素を用いる場合は、その繊維の有する導電性や凝集性、保液性、価格等を考慮して用いることが重要となる。
メソ孔を有する構造またはその前駆体に対して、これらの繊維状炭素を用いる場合は、その繊維の有する導電性や凝集性、保液性、価格等を考慮して用いることが重要となる。
上述したような熱処理によって、メソ孔が形成されると同時に、発生したガスによるCVDによって、コアの炭素粒子表面近傍にグラフェン構造を有する繊維状炭素が生成する。
この繊維状炭素は、後述する実施例におけるTEM写真(図3)に示すように、先端に遷移金属粒子3(黒色部分)を包含しているものも存在する。
また、繊維状炭素は、根元部分がコア炭素粒子に接着しているものの他に、根元から離れてコア炭素粒子近傍に存在しているものもある。
この繊維状炭素は、後述する実施例におけるTEM写真(図3)に示すように、先端に遷移金属粒子3(黒色部分)を包含しているものも存在する。
また、繊維状炭素は、根元部分がコア炭素粒子に接着しているものの他に、根元から離れてコア炭素粒子近傍に存在しているものもある。
また、図1に、本発明に係る炭素複合体の全体像の一例を示す。図1のSEM写真から、コア炭素粒子の表面に、繊維状炭素が成長している様子が確認される。さらに、表面には粒子内部に通じていると思われる孔も多数確認される。
また、この炭素複合体粒子を、包埋処理後、ミクロトーム処理を行い、その切断面をSEM観察すると、粒子内部に無数のメソ孔が形成されていることが確認される。
また、この炭素複合体粒子を、包埋処理後、ミクロトーム処理を行い、その切断面をSEM観察すると、粒子内部に無数のメソ孔が形成されていることが確認される。
上述したような本発明に係る負極活物質を用いた負極の作製は、通常の方法により行うことができる。例えば、前記負極活物質と、バインダー、必要に応じて、導電材、CMC等の増粘剤等の添加剤とを、水または有機溶媒に加えて混合し、得られたスラリーを集電体基板に塗布する、あるいはまた、前記スラリーをシート状に成形したものを集電体基板に貼付することにより、負極を作製することができる。
前記バインダーとしては、例えば、SBR等のゴム系バインダー、ポリ四フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、アクリル系樹脂等を用いることができる。該バインダーの添加量は、負極活物質の電気伝導度、電極形状等により異なるが、通常、負極活物質に対して2〜40重量%の範囲である。
前記導電材としては、例えば、アセチレンブラック、黒鉛、カーボンナノチューブ、金属粉末等が挙げられる。
ただし、本発明に係る負極活物質は、それを構成する炭素複合体の上述したような特徴ある構造により、導電性の向上が図られるため、必ずしも、導電材を添加する必要はない。
ただし、本発明に係る負極活物質は、それを構成する炭素複合体の上述したような特徴ある構造により、導電性の向上が図られるため、必ずしも、導電材を添加する必要はない。
前記負極活物質を支持する集電体基板は、導電性活物質である金属、金属酸化物、カーボン等により構成することができ、特に、銅、ニッケル、カーボン、金またはこれらの合金からなるものであることが好ましい。
前記基板の形状は、特に限定されるものではないが、前記負極活物質との接触面積が大きいことから、表面に凹凸を有するもの、または、表裏面を貫通する孔を備えたもの等が好ましい。
前記基板の形状は、特に限定されるものではないが、前記負極活物質との接触面積が大きいことから、表面に凹凸を有するもの、または、表裏面を貫通する孔を備えたもの等が好ましい。
本発明に係る負極活物質が用いられる蓄電デバイスとしては、リチウムイオン二次電池、ハイブリッドキャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等が挙げられ、これらの蓄電デバイスは、リチウム塩を含む非プロトン性有機溶媒を電解液とするものである。
前記有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、エンカメチレン、スルホラン等が挙げられ、これらのうちの2種以上を混合した混合溶液でもよい。
前記有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、エンカメチレン、スルホラン等が挙げられ、これらのうちの2種以上を混合した混合溶液でもよい。
また、電解質のリチウム塩には、例えば、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiPF6等を用いることができる。
前記電解液の濃度は、内部抵抗を小さくするため、0.1mol/l以上であることが好ましく、より好ましくは、0.5〜1.5mol/lの範囲である。
前記電解液の濃度は、内部抵抗を小さくするため、0.1mol/l以上であることが好ましく、より好ましくは、0.5〜1.5mol/lの範囲である。
本発明に係るリチウムイオン二次電池においては、正極活物質は、特に限定されるものではないが、例えば、リチウムイオンを電気化学的にドープ・脱ドープ可能なリチウム含有複合酸化物、または、マンガン、ニッケル、バナジウム等の遷移金属酸化物もしくは硫化物等や、テトラフルオロボレート等のアニオンを可逆的にドープ・脱ドープ可能なポリアニリン等の導電性高分子を用いることができる。
一方、本発明の負極活物質を用いるハイブリッドキャパシタ、リチウムイオンキャパシタにおいては、正極活物質にリチウムイオンおよび/またはテトラフルオロボレート等のアニオンを可逆的にドープ・脱ドープ可能な活物質が用いられる。
このような正極活物質としては、例えば、活性炭粉末を用いることができ、D50が2μm以上であることが好ましく、より好ましくは、2〜50μm、特に、2〜20μmが好適である。また、平均細孔径が10nm以下であるものが好ましく、比表面積が、好ましくは、600〜3000m2/g、より好ましくは、1300〜2500m2/gであるものを用いる。
このような正極活物質を用いた正極の作製は、上述した負極の作製と同様の方法により行うことができる。
このような正極活物質としては、例えば、活性炭粉末を用いることができ、D50が2μm以上であることが好ましく、より好ましくは、2〜50μm、特に、2〜20μmが好適である。また、平均細孔径が10nm以下であるものが好ましく、比表面積が、好ましくは、600〜3000m2/g、より好ましくは、1300〜2500m2/gであるものを用いる。
このような正極活物質を用いた正極の作製は、上述した負極の作製と同様の方法により行うことができる。
本発明の負極活物質が使用される好ましい蓄電デバイスとしては、特に、正極と負極とを短絡させた後の正極電位が2.0V(対Li/Li+)以下になるように、予め負極および/または正極にリチウムイオンがドープされているリチウムイオンキャパシタが挙げられる。
このリチウムイオンキャパシタは、特に、大電流充放電で用いられることが多いため、本発明に係る負極活物質の作用と併せて、高エネルギー密度、高出力であり、低温特性に優れたものとすることができる。特に、本発明に係る負極活物質は、特定のメソ孔を有しており、さらに、繊維状炭素の作用により導電性の向上も図られていることから、高出力用途の蓄電デバイスに有効である。
このリチウムイオンキャパシタは、特に、大電流充放電で用いられることが多いため、本発明に係る負極活物質の作用と併せて、高エネルギー密度、高出力であり、低温特性に優れたものとすることができる。特に、本発明に係る負極活物質は、特定のメソ孔を有しており、さらに、繊維状炭素の作用により導電性の向上も図られていることから、高出力用途の蓄電デバイスに有効である。
なお、このリチウムイオンキャパシタにおいて、正極と負極を短絡させた後の正極電位が2.0V(対Li/Li+)以下とは、(A)リチウムイオンをドープ後、リチウムイオンキャパシタの正極端子と負極端子を導線で直接結合させた状態で12時間以上放置する、あるいはまた、(B)充放電試験機にて12時間以上かけて0Vまで定電流放電させた場合の(A)、(B)いずれかの後に、短絡を解除し、0.5〜1.5時間以内に測定した正極電位が2.0V(対Li/Li+)以下であることを意味する。
また、上記のような正極電位の値は、リチウムイオンがドープされた直後のみに限られず、充電状態、放電状態または充放電を繰り返した後のいずれかの状態で求められた値であってもよい。
また、上記のような正極電位の値は、リチウムイオンがドープされた直後のみに限られず、充電状態、放電状態または充放電を繰り返した後のいずれかの状態で求められた値であってもよい。
前記リチウムイオンキャパシタにおいて、予め負極および/または正極にリチウムイオンをドープし、正極と負極を短絡させた後の正極電位を2.0V(対Li/Li+)以下にすることにより、正極の利用容量が高くなるため、高容量となり、高エネルギー密度が得られる。
また、正極と負極を短絡させた後の正極電位は、リチウムイオンのドープ量が多いほど低くなり、エネルギー密度は高くなる。より高いエネルギー密度を得る観点から、正極と負極を短絡させた後の正極電位が1.5V(対Li/Li+)以下であることが好ましく、1.0V(対Li/Li+)以下であることがより好ましい。しかしながら、前記正極電位が1.0V(対Li/Li+)を下回る場合には、正極活物質にもよるが、ガス発生や、リチウムイオンを不可逆的に消費する等の不具合が生じる場合があり、正極電位の測定が困難となる。
一方、前記正極電位が低くなりすぎる場合は、負極の電極重量が過剰であり、逆にエネルギー密度は低下する。
一般的には、0.1V(対Li/Li+)以上であることが好ましく、より好ましくは、0.3V以上である。
また、正極と負極を短絡させた後の正極電位は、リチウムイオンのドープ量が多いほど低くなり、エネルギー密度は高くなる。より高いエネルギー密度を得る観点から、正極と負極を短絡させた後の正極電位が1.5V(対Li/Li+)以下であることが好ましく、1.0V(対Li/Li+)以下であることがより好ましい。しかしながら、前記正極電位が1.0V(対Li/Li+)を下回る場合には、正極活物質にもよるが、ガス発生や、リチウムイオンを不可逆的に消費する等の不具合が生じる場合があり、正極電位の測定が困難となる。
一方、前記正極電位が低くなりすぎる場合は、負極の電極重量が過剰であり、逆にエネルギー密度は低下する。
一般的には、0.1V(対Li/Li+)以上であることが好ましく、より好ましくは、0.3V以上である。
一方、正極および/または負極にドープしたリチウムイオンの量が少ないと、正極と負極を短絡させた後の正極電位が2.0V(対Li/Li+)を超え、リチウムイオンキャパシタのエネルギー密度が低くなる。
リチウムイオンのドープは、負極および正極の一方または両方のいずれでもよいが、例えば、正極活物質に活性炭を用いた場合、リチウムイオンのドープ量が多くなり、正極電位が低くなると、リチウムイオンを不可逆的に消費する等の不具合が生じる。
このため、負極活物質および/または正極活物質にドープするリチウムイオンの量は、それぞれ電極活物質を考慮し、これらの不具合を生じない量にすることが好ましい。
本発明においては、正極活物質および負極活物質の両方へのドープ量を制御することは、工程上煩雑となるため、リチウムイオンのドープは、好ましくは、負極活物質に対して行われる。
このため、負極活物質および/または正極活物質にドープするリチウムイオンの量は、それぞれ電極活物質を考慮し、これらの不具合を生じない量にすることが好ましい。
本発明においては、正極活物質および負極活物質の両方へのドープ量を制御することは、工程上煩雑となるため、リチウムイオンのドープは、好ましくは、負極活物質に対して行われる。
また、前記リチウムイオンキャパシタにおいては、特に、負極活性物質の単位重量当たりの静電容量が正極活物質の単位重量当たりの静電容量の3倍以上であり、かつ、正極活物質重量が負極活物質重量よりも大きいことにより、高電圧かつ高容量のリチウムイオンキャパシタとすることができる。
上記のように、正極と比較して、単位重量当たりの静電容量が大きい負極を用いれば、負極の電位変化量を変えることなく、負極活物質重量を低減させることが可能となるため、正極活物質充填量が多くなり、リチウムイオンキャパシタの静電容量および容量を大きくすることができる。
上記のように、正極と比較して、単位重量当たりの静電容量が大きい負極を用いれば、負極の電位変化量を変えることなく、負極活物質重量を低減させることが可能となるため、正極活物質充填量が多くなり、リチウムイオンキャパシタの静電容量および容量を大きくすることができる。
また、正極活物質は、負極活物質よりも重量が大きいことが好ましく、1.1〜10倍であることがより好ましい。
前記重量比が1.1倍未満の場合は、容量差が小さくなり、一方、10倍を超える場合は、容量が小さくなることがあり、また、正極との厚み差が大きくなりすぎるため、いずれの場合も、リチウムイオンキャパシタの構成上好ましくない。
前記重量比が1.1倍未満の場合は、容量差が小さくなり、一方、10倍を超える場合は、容量が小さくなることがあり、また、正極との厚み差が大きくなりすぎるため、いずれの場合も、リチウムイオンキャパシタの構成上好ましくない。
また、前記リチウムイオンキャパシタの構造としては、特に、帯状の負極とセパレータを介して捲回させる円筒型、板状の正極と負極とを、セパレータを介して各3層以上積層ユニットを外装フィルムに封入したフィルム型等が挙げられる。
これらのリチウムイオンキャパシタの構造は、特開2004−266091号公報等により既に知られており、本発明においても、これらの既存のリチウムイオンキャパシタと同様の構成とすることができる。
これらのリチウムイオンキャパシタの構造は、特開2004−266091号公報等により既に知られており、本発明においても、これらの既存のリチウムイオンキャパシタと同様の構成とすることができる。
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明は、下記実施例により制限されるものではない。
(炭素複合体の作製および物性評価)
[実施例1]
炭素粒子前駆体に対してニッケル金属換算で5重量%の硝酸ニッケル六水和物塩を溶解したエタノール溶液を調整した。このエタノール溶液に、炭素原料として平均粒径D50が18μmの粒状フェノール樹脂(べルパールR800 エア・ウォーター社製)を入れて撹拌してスラリーとし、さらに撹拌しながら70℃に加熱しエタノールを蒸発させて、前駆体を作製した。
得られた前駆体を、静置式電気炉(内容積10L)に仕込み、窒素流量0.2L/min下にて、3時間で1000℃まで昇温し、2時間保持した後、放冷した。
得られた粒子について、余分なニッケルを除去するため、2N HClにより80℃で3時間酸洗浄し、これを5回繰り返した。この粒子を乾燥させた後、ボールミルにて粉砕し、平均粒径D50が5μmの炭素複合体試料1(実施例1)を得た。
(炭素複合体の作製および物性評価)
[実施例1]
炭素粒子前駆体に対してニッケル金属換算で5重量%の硝酸ニッケル六水和物塩を溶解したエタノール溶液を調整した。このエタノール溶液に、炭素原料として平均粒径D50が18μmの粒状フェノール樹脂(べルパールR800 エア・ウォーター社製)を入れて撹拌してスラリーとし、さらに撹拌しながら70℃に加熱しエタノールを蒸発させて、前駆体を作製した。
得られた前駆体を、静置式電気炉(内容積10L)に仕込み、窒素流量0.2L/min下にて、3時間で1000℃まで昇温し、2時間保持した後、放冷した。
得られた粒子について、余分なニッケルを除去するため、2N HClにより80℃で3時間酸洗浄し、これを5回繰り返した。この粒子を乾燥させた後、ボールミルにて粉砕し、平均粒径D50が5μmの炭素複合体試料1(実施例1)を得た。
得られた試料1についてのSEM観察(10000倍)したところ、炭素粒子の表面近傍に繊維状炭素を有する炭素複合体であることが確認された。この炭素複合体粒子全体のSEM写真を図1に示す。
また、生成した繊維状炭素の格子像観察写真を図2に示す。図2の写真に示されている繊維状炭素は、外径が約40nm程度で中空状であり、該中空部に、竹のように節1が存在している。また、通常のカーボンナノチューブとは異なり、多層からなる壁部分(多層壁)2の格子像が、繊維軸と平行でなく、角度を有しており、歪んだ部位が多く見られる。
また、この繊維状炭素の先端部のTEM写真を図3に示す。図3の写真から、グラフェン構造を有しており、繊維状炭素の先端にニッケル金属粒子3が包含されていることが確認された。
また、生成した繊維状炭素の格子像観察写真を図2に示す。図2の写真に示されている繊維状炭素は、外径が約40nm程度で中空状であり、該中空部に、竹のように節1が存在している。また、通常のカーボンナノチューブとは異なり、多層からなる壁部分(多層壁)2の格子像が、繊維軸と平行でなく、角度を有しており、歪んだ部位が多く見られる。
また、この繊維状炭素の先端部のTEM写真を図3に示す。図3の写真から、グラフェン構造を有しており、繊維状炭素の先端にニッケル金属粒子3が包含されていることが確認された。
この炭素複合体はBET法により比表面積が33m2/g、また脱着等温線のDH(Dollimore‐Heal)法による解析から全メソ孔容積が0.081cm3/g、細孔径100〜400Åのメソ孔が全メソ孔容積の47%を占めていることが確認された。なお、生成した繊維状炭素の重量を測定した結果、炭素複合体中10.5重量%であった。
[比較例1,2]
熱処理時の窒素流量を25L/minとし、また、熱処理温度を500℃とし、それ以外は実施例1と同様にして、試料2(比較例1)および試料3(比較例2)を作製した。
熱処理時の窒素流量を25L/minとし、また、熱処理温度を500℃とし、それ以外は実施例1と同様にして、試料2(比較例1)および試料3(比較例2)を作製した。
[実施例2]
比較例1で得られた試料2に対して、単層カーボンナノチューブを10.5重量%となるように添加して、ボールミルでメカニカルアロイングを施し、試料4を作製した。
比較例1で得られた試料2に対して、単層カーボンナノチューブを10.5重量%となるように添加して、ボールミルでメカニカルアロイングを施し、試料4を作製した。
[実施例3]
比較例1で得られた試料2を前駆体として、実施例1と同様に、静置式電気炉(内容積10L)に仕込み、窒素流量2L/min下、3時間で1000℃まで昇温した後、窒素をトルエン溶液中にバブリングして、CVD処理を行い、試料1と繊維状炭素の重量比率が同じになるようにし、その後の処理は実施例1同様にして、試料5を作製した。
比較例1で得られた試料2を前駆体として、実施例1と同様に、静置式電気炉(内容積10L)に仕込み、窒素流量2L/min下、3時間で1000℃まで昇温した後、窒素をトルエン溶液中にバブリングして、CVD処理を行い、試料1と繊維状炭素の重量比率が同じになるようにし、その後の処理は実施例1同様にして、試料5を作製した。
[実施例4〜6]
熱処理温度を800℃、窒素流量を1L/minとし、それ以外は実施例1と同様にして、また、熱処理温度を1500℃、窒素流量を1L/minとし、それ以外は実施例1と同様にして、また、硝酸ニッケル六水和物塩の代わりに硝酸鉄九水和物塩を用いて、それ以外は実施例1と同様にして、試料6〜8(実施例4〜6)をそれぞれ作製した。
熱処理温度を800℃、窒素流量を1L/minとし、それ以外は実施例1と同様にして、また、熱処理温度を1500℃、窒素流量を1L/minとし、それ以外は実施例1と同様にして、また、硝酸ニッケル六水和物塩の代わりに硝酸鉄九水和物塩を用いて、それ以外は実施例1と同様にして、試料6〜8(実施例4〜6)をそれぞれ作製した。
試料1〜8(実施例1〜6および比較例1,2)の作製条件および物性値をまとめて表1に示す。
表1に示したように、実施例1および比較例1から、窒素流量を制御することにより、メソ孔を有したコア炭素粒子の近傍に繊維状炭素が生成した炭素複合体を得られることが認められた。
また、比較例2および実施例4,5から、反応温度が1100℃以上ではメソ孔は十分発達しているが、500℃ではメソ孔は十分に形成が進行していないことが認められた。
さらに、実施例3から、トルエンをガス化させて、炉内にフローして熱処理することにより、繊維状炭素が生成し、また、比表面積が小さくなることが認められた。
また、実施例6から、鉄硝酸塩を添加して熱処理した試料8においても、メソ孔を有するコア炭素粒子の近傍に繊維状炭素が生成した炭素複合体が得られ、硝酸ニッケル塩を用いた場合と同等の効果が得られることが認められた。
また、比較例2および実施例4,5から、反応温度が1100℃以上ではメソ孔は十分発達しているが、500℃ではメソ孔は十分に形成が進行していないことが認められた。
さらに、実施例3から、トルエンをガス化させて、炉内にフローして熱処理することにより、繊維状炭素が生成し、また、比表面積が小さくなることが認められた。
また、実施例6から、鉄硝酸塩を添加して熱処理した試料8においても、メソ孔を有するコア炭素粒子の近傍に繊維状炭素が生成した炭素複合体が得られ、硝酸ニッケル塩を用いた場合と同等の効果が得られることが認められた。
(負極の作製および物性評価)
[実施例7〜12および比較例3〜4]
92重量部の試料1〜8に対して、それぞれアクリレート系共重合体バインダー4重量部、CMC2重量部、イオン交換水200重量部を加えて、混合撹拌機にて十分混合し、負極スラリー1〜8を得た。
得られた負極スラリー1〜8を、厚さ18μmの銅箔片面に対して、固形分目付量にして2.5mg/cm2になるよう塗工し、150℃で20時間真空乾燥して負極を得た。この負極を2.4cm×3.8cmサイズに切り出して負極箔電極1〜8を作製した。
作製した電極の物性として、電極密度および電気伝導度の測定結果を表2に示す。
[実施例7〜12および比較例3〜4]
92重量部の試料1〜8に対して、それぞれアクリレート系共重合体バインダー4重量部、CMC2重量部、イオン交換水200重量部を加えて、混合撹拌機にて十分混合し、負極スラリー1〜8を得た。
得られた負極スラリー1〜8を、厚さ18μmの銅箔片面に対して、固形分目付量にして2.5mg/cm2になるよう塗工し、150℃で20時間真空乾燥して負極を得た。この負極を2.4cm×3.8cmサイズに切り出して負極箔電極1〜8を作製した。
作製した電極の物性として、電極密度および電気伝導度の測定結果を表2に示す。
表2に示した結果から、繊維状炭素の有無のみ異なり、負極活物質の細孔特性がほぼ同等である試料1,4と試料2を用いた負極箔電極の物性を比較すると、負極箔電極1(実施例7)および負極箔電極4(実施例8)は、ともに、負極箔電極2(比較例3)よりも電極密度が大きい。これは、発生した反応ガスのCVD効果によってコア炭素粒子の密度が上昇したこと、および、繊維状炭素がグラフェン構造であり真比重が大きいことによるものと考えられる。また、電気伝導度も、約2倍であり、これも、高い導電性を有する繊維状炭素により、炭素粒子間の接触抵抗が小さくなっているためと考えられる。
なお、負極箔電極4(実施例8)の電極密度が、負極箔電極1(実施例7)よりやや小さいのは、試料1の繊維状炭素は、熱処理の際にコア炭素粒子に直接形成されるのに対して、試料4の繊維状炭素は、後から添加して混合しているため、スラリー作製時におおける分散性が低下していることが原因であると考えられる。負極箔電極4(実施例8)の電気伝導度が、負極箔電極1(実施例7)に比べて若干小さいのも、同様に、分散性の影響であると考えられる。
なお、負極箔電極4(実施例8)の電極密度が、負極箔電極1(実施例7)よりやや小さいのは、試料1の繊維状炭素は、熱処理の際にコア炭素粒子に直接形成されるのに対して、試料4の繊維状炭素は、後から添加して混合しているため、スラリー作製時におおける分散性が低下していることが原因であると考えられる。負極箔電極4(実施例8)の電気伝導度が、負極箔電極1(実施例7)に比べて若干小さいのも、同様に、分散性の影響であると考えられる。
また、試料3を用いた負極箔電極3(比較例4)、試料1を用いた負極箔電極1(実施例7)、試料6を用いた負極箔電極6(実施例10)、試料7を用いた負極箔電極7(実施例11)から、熱処理温度が高いほど、電極密度、電気伝導度ともに高いことが認められる。これは、熱処理温度が高いほど、コア炭素粒子自体の電気伝導度が高くなるとともに、発生した反応ガスのCVD効果によりコア炭素粒子の密度の上昇につれて、繊維状炭素の生成量も多くなるためと考えられる。
また、負極箔電極5(実施例9)に用いた試料5は、試料1と物性がほぼ同じであり、繊維状炭素を有していない試料2に対してCVD処理を行っているため、比表面積、全メソ孔容積ともに、試料1より小さい。
しかしながら、細孔の小さいミクロ孔が、細孔の大きいメソ孔よりも先に、CVD効果によって埋まり、試料1と同じ比率まで繊維状炭素を添着した時点においても、メソ孔は、元のメソ孔容積の9割程度が残っている。
この試料5を用いた負極箔電極5(実施例9)は、電極密度、電気伝導度ともに、負極箔電極1(実施例7)と同様に高い値であった。
しかしながら、細孔の小さいミクロ孔が、細孔の大きいメソ孔よりも先に、CVD効果によって埋まり、試料1と同じ比率まで繊維状炭素を添着した時点においても、メソ孔は、元のメソ孔容積の9割程度が残っている。
この試料5を用いた負極箔電極5(実施例9)は、電極密度、電気伝導度ともに、負極箔電極1(実施例7)と同様に高い値であった。
また、負極箔電極8(実施例12)に用いた試料8は、試料1に添加された硝酸ニッケル塩六水和物塩を硝酸鉄九水和物塩に代えて得られた炭素複合体であるが、負極箔電極1(実施例7)と同様に、電極密度、電気伝導度ともに高いことから、鉄もニッケルと同様の効果を奏することが認められた。
(導電材未添加の効果)
[比較例5]
試料2の電極密度および電気伝導度を高めるため、負極スラリー2に対して、導電材としてアセチレンブラックを10重量部添加した。
さらに、アセチレンブラックを十分に分散させるため、CMCを2重量部から4重量部に増量し、それ以外は実施例7と同様にして、負極スラリー9を作製し、負極箔電極9(比較例5)を作製した。
活物質が電極中に占める割合を示す活物質比率、電極密度および電気伝導度の評価結果を、実施例7とともに、表3に示す。
[比較例5]
試料2の電極密度および電気伝導度を高めるため、負極スラリー2に対して、導電材としてアセチレンブラックを10重量部添加した。
さらに、アセチレンブラックを十分に分散させるため、CMCを2重量部から4重量部に増量し、それ以外は実施例7と同様にして、負極スラリー9を作製し、負極箔電極9(比較例5)を作製した。
活物質が電極中に占める割合を示す活物質比率、電極密度および電気伝導度の評価結果を、実施例7とともに、表3に示す。
表3に示した結果から、比較例5においては、試料2に対して導電材であるアセチレンブラックを10重量部添加し、かつ、CMCを増量して分散性を向上させた効果により、比較例3よりも、電極密度、電気伝導度ともに向上したものの、実施例7(試料1)よりも劣っていた。これは、試料1の繊維状炭素が、効果的にコア炭素粒子を被覆し、導電性が高くなっていること、および、抵抗成分となるCMCの添加量が少量であっても、高い分散性が得られるためと考えられる。
また、結果的に、負極箔電極1は、活物質比率が、負極箔電極9よりも約10%高めることが可能となった。
また、結果的に、負極箔電極1は、活物質比率が、負極箔電極9よりも約10%高めることが可能となった。
(負極の低温特性評価)
[実施例13〜18および比較例6〜7]
上記負極箔電極1〜8を、同サイズで厚さ250μmの金属リチウムを対極として、厚さ50μmのポリエチレン製不織布をセパレータとして介し、それぞれ、ラミネートセルを組み立てた。参照極には、金属リチウムを用いた。
電解液には、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネートおよびプロピレンカーボネートを重量比で3:4:1とした混合溶媒に、1mol/lの濃度にLiPF6を溶解した溶液を用いた。
ラミネートセル各1セルを、25℃および−20℃でそれぞれ24時間放置した後に、3mAの定電流でセル電圧が20mVになるまで充電し、その後3mAの定電流にて1.0Vまで放電する、定電流充放電を行った。この20mV−1.0Vのサイクルを繰り返し、6回目の放電容量を測定した。
25℃、−20℃の放電容量測定結果とその容量保持率を表4に示す。
[実施例13〜18および比較例6〜7]
上記負極箔電極1〜8を、同サイズで厚さ250μmの金属リチウムを対極として、厚さ50μmのポリエチレン製不織布をセパレータとして介し、それぞれ、ラミネートセルを組み立てた。参照極には、金属リチウムを用いた。
電解液には、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネートおよびプロピレンカーボネートを重量比で3:4:1とした混合溶媒に、1mol/lの濃度にLiPF6を溶解した溶液を用いた。
ラミネートセル各1セルを、25℃および−20℃でそれぞれ24時間放置した後に、3mAの定電流でセル電圧が20mVになるまで充電し、その後3mAの定電流にて1.0Vまで放電する、定電流充放電を行った。この20mV−1.0Vのサイクルを繰り返し、6回目の放電容量を測定した。
25℃、−20℃の放電容量測定結果とその容量保持率を表4に示す。
表4に示した結果から、全メソ孔容積が0.005〜1.0cm3/gの範囲内であり、かつ、細孔径100〜400Åのメソ孔容積が全メソ孔容積の25%以上である試料1(実施例13)、試料2(比較例6)および試料4〜8(実施例14〜18)は、試料3(比較例7)に比べて、25℃での容量に対する−20℃の容量比率が高い。
中でも、所定量のメソ孔を有する炭素粒子とグラフェン構造を有する繊維状炭素との炭素複合体である試料1(実施例13)および試料4〜8(実施例14〜18)の容量保持率は、特に高い。これは、メソ孔を有する炭素粒子の近傍に繊維状炭素が存在することから、炭素粒子界面、特に、メソ孔内における電解液の保液性とイオン伝導性が高められ、電荷移動抵抗や拡散抵抗が小さくなり、低温特性が向上したためであると考えられる。
これらのことから、本発明に係る負極活物質は低温特性に優れていることが認められる。
中でも、所定量のメソ孔を有する炭素粒子とグラフェン構造を有する繊維状炭素との炭素複合体である試料1(実施例13)および試料4〜8(実施例14〜18)の容量保持率は、特に高い。これは、メソ孔を有する炭素粒子の近傍に繊維状炭素が存在することから、炭素粒子界面、特に、メソ孔内における電解液の保液性とイオン伝導性が高められ、電荷移動抵抗や拡散抵抗が小さくなり、低温特性が向上したためであると考えられる。
これらのことから、本発明に係る負極活物質は低温特性に優れていることが認められる。
[実施例19および比較例8]
(リチウムイオン二次電池の負極の作製)
上記負極スラリー1を、縦型両面同時ダイコータにて、厚さ32μm(開口率57%)の銅製エキスパンドメタル(日本金属工業社製)に、両面同時塗工した後、乾燥し、総厚さ206μmの負極エキスパンドメタル電極1を得た。
(リチウムイオン二次電池の負極の作製)
上記負極スラリー1を、縦型両面同時ダイコータにて、厚さ32μm(開口率57%)の銅製エキスパンドメタル(日本金属工業社製)に、両面同時塗工した後、乾燥し、総厚さ206μmの負極エキスパンドメタル電極1を得た。
一方、92重量部の試料2に対し、アセチレンブラック粉体6重量部、アクリレート系共重合体バインダー5重量部、CMC4重量部、イオン交換水200重量部を加えて混合撹拌機にて十分混合し、負極スラリー10を得た。該負極スラリー10を、縦型両面同時ダイコータにて、厚さ16μm(開口率57%)の銅製エキスパンドメタル(日本金属工業社製)に、両面同時塗工した後、乾燥し、総厚さ215μmの負極エキスパンドメタル電極2を得た。
(リチウムイオン二次電池の正極の作製)
ポリフッ化ビニリデン粉末3.5重量部をN−メチルピロリドン50重量部に溶解した溶液に、粒径が5μmの市販のコバルト酸リチウム(LiCoO2)粉末を100重量部、グラファイト粉末5重量部を添加して十分混合し、正極スラリー1を得た。
一方、水系のカーボン系導電塗料を、厚さ38μm(開口率45%)のアルミニウム製エキスパンドメタル(日本金属工業社製)の両面に、縦型両面同時ダイコータにて、両面同時塗工した後、乾燥し、導電層が形成された正極集電体を得た。この正極集電体の総厚さ(集電体厚さと導電層厚さの合計)は52μmであり、該集電体の貫通孔は、導電塗料によりほぼ閉塞された。
この正極集電体の両面に、前記正極スラリー1を、コンマコータにて、片面ずつ塗工、乾燥し、厚さ189μmの正極エキスパンドメタル電極1を作製した。
ポリフッ化ビニリデン粉末3.5重量部をN−メチルピロリドン50重量部に溶解した溶液に、粒径が5μmの市販のコバルト酸リチウム(LiCoO2)粉末を100重量部、グラファイト粉末5重量部を添加して十分混合し、正極スラリー1を得た。
一方、水系のカーボン系導電塗料を、厚さ38μm(開口率45%)のアルミニウム製エキスパンドメタル(日本金属工業社製)の両面に、縦型両面同時ダイコータにて、両面同時塗工した後、乾燥し、導電層が形成された正極集電体を得た。この正極集電体の総厚さ(集電体厚さと導電層厚さの合計)は52μmであり、該集電体の貫通孔は、導電塗料によりほぼ閉塞された。
この正極集電体の両面に、前記正極スラリー1を、コンマコータにて、片面ずつ塗工、乾燥し、厚さ189μmの正極エキスパンドメタル電極1を作製した。
(リチウムイオン二次電池の作製)
上記において作製した厚さ52μmの負極エキスパンドメタル電極1および2を、それぞれ、2.6cm×4.0cmの矩形状にカットし、また、上記により作製した厚さ189μmの正極エキスパンドメタル電極1を、2.4cm×3.8cmの矩形状にカットし、セパレータとして厚さ25μmのポリプロピレン製微多孔膜を用いて、負極集電体および正極集電体の各接続端子との溶接部(以下、端子溶接部という)が、それぞれ交互に反対側になるように配置し、それぞれ、負極6枚、正極5枚を積層させた。
最上部と最下部には、セパレータを配置し、4辺をテープ留めして、電極ユニット1および2を得た。負極エキスパンドメタル電極1中の試料1の重量に対して191mAh/g相当の金属リチウム箔を厚さ80μmのステンレス網に圧着したものを作製し、負極エキスパンドメタル電極2中の試料2の重量に対して223mAh/g相当の金属リチウム箔をそれぞれ厚さ80μmのステンレス網に圧着したものを作製し、これを負極と対向するように電極積層ユニット1および2の最外部に1枚配置した。負極(6枚)とリチウム金属を圧着したステンレス網はそれぞれ溶接して接触させ、負極と金属リチウム箔がショートした形の三極積層ユニット1および2を得た。
次に、前記3極積層ユニット1および2の正極集電体の端子溶接部(5枚)に、予めシール部分にシーラントフィルムを熱融着させた幅5mm、長さ30mm、厚さ0.2mmのアルミニウム製正極端子を重ねて超音波溶接した。同様に負極集電体の端子溶接部(6枚)に、予めシール部分にシーラントフィルムを熱融着した巾5mm、長さ30mm、厚さ0.2mmのニッケル製負極端子を重ねて抵抗溶接し、縦60mm、横30mm、深さ1.3mmに深絞りした外装ラミネートフィルム2枚の内部へ配置した。
前記外装ラミネートフィルムの端子部2辺と他の1辺を熱融着した後、電解液としてエチレンカーボネート、ジエチルカーボネートおよびプロピレンカーボネートを重量比で3:4:1とした混合溶媒に、LiPF6を濃度1mol/lで溶解した溶液を真空含浸させた。
そして、残り1辺を減圧下にて熱融着し、真空封止し、フィルム型リチウムイオン二次電池1(実施例19)および2(比較例8)を各2セル組み立てた。
上記において作製した厚さ52μmの負極エキスパンドメタル電極1および2を、それぞれ、2.6cm×4.0cmの矩形状にカットし、また、上記により作製した厚さ189μmの正極エキスパンドメタル電極1を、2.4cm×3.8cmの矩形状にカットし、セパレータとして厚さ25μmのポリプロピレン製微多孔膜を用いて、負極集電体および正極集電体の各接続端子との溶接部(以下、端子溶接部という)が、それぞれ交互に反対側になるように配置し、それぞれ、負極6枚、正極5枚を積層させた。
最上部と最下部には、セパレータを配置し、4辺をテープ留めして、電極ユニット1および2を得た。負極エキスパンドメタル電極1中の試料1の重量に対して191mAh/g相当の金属リチウム箔を厚さ80μmのステンレス網に圧着したものを作製し、負極エキスパンドメタル電極2中の試料2の重量に対して223mAh/g相当の金属リチウム箔をそれぞれ厚さ80μmのステンレス網に圧着したものを作製し、これを負極と対向するように電極積層ユニット1および2の最外部に1枚配置した。負極(6枚)とリチウム金属を圧着したステンレス網はそれぞれ溶接して接触させ、負極と金属リチウム箔がショートした形の三極積層ユニット1および2を得た。
次に、前記3極積層ユニット1および2の正極集電体の端子溶接部(5枚)に、予めシール部分にシーラントフィルムを熱融着させた幅5mm、長さ30mm、厚さ0.2mmのアルミニウム製正極端子を重ねて超音波溶接した。同様に負極集電体の端子溶接部(6枚)に、予めシール部分にシーラントフィルムを熱融着した巾5mm、長さ30mm、厚さ0.2mmのニッケル製負極端子を重ねて抵抗溶接し、縦60mm、横30mm、深さ1.3mmに深絞りした外装ラミネートフィルム2枚の内部へ配置した。
前記外装ラミネートフィルムの端子部2辺と他の1辺を熱融着した後、電解液としてエチレンカーボネート、ジエチルカーボネートおよびプロピレンカーボネートを重量比で3:4:1とした混合溶媒に、LiPF6を濃度1mol/lで溶解した溶液を真空含浸させた。
そして、残り1辺を減圧下にて熱融着し、真空封止し、フィルム型リチウムイオン二次電池1(実施例19)および2(比較例8)を各2セル組み立てた。
(リチウムイオン二次電池特性評価)
14日間室温にて放置後各1セルを分解したところ、金属リチウム箔はいずれも完全に無くなっていたことから、負極エキスパンドメタル電極1中の試料1重量に対して191mAh/g、負極エキスパンドメタル電極2中の試料2重量に対して223mAh/gのリチウムイオンがドープされたと判断した。
残りのフィルム型リチウムイオン二次電池1および2を、25℃にて250mAの定電流でセル電圧が4.2Vになるまで充電し、その後、4.2Vの定電圧を印加する定電流−定電圧充電を6時間行った。
そして、125mAの定電流でセル電圧が3.0Vになるまで放電した。更に、同様の充電後、1250mAの定電流でセル電圧が3.0Vになるまで放電し、125mA放電時の容量と比較して容量保持率を求めた。結果を表5に示す。
14日間室温にて放置後各1セルを分解したところ、金属リチウム箔はいずれも完全に無くなっていたことから、負極エキスパンドメタル電極1中の試料1重量に対して191mAh/g、負極エキスパンドメタル電極2中の試料2重量に対して223mAh/gのリチウムイオンがドープされたと判断した。
残りのフィルム型リチウムイオン二次電池1および2を、25℃にて250mAの定電流でセル電圧が4.2Vになるまで充電し、その後、4.2Vの定電圧を印加する定電流−定電圧充電を6時間行った。
そして、125mAの定電流でセル電圧が3.0Vになるまで放電した。更に、同様の充電後、1250mAの定電流でセル電圧が3.0Vになるまで放電し、125mA放電時の容量と比較して容量保持率を求めた。結果を表5に示す。
表4に示した結果から、全メソ孔容積が0.005〜1.0cm3/gの範囲内であり、細孔径100〜400Åのメソ孔容積が全メソ孔容積の25%以上、かつ、グラフェン構造を有する繊維状炭素を10.5%含有する炭素複合体である試料1を用いた実施例19は、繊維状炭素を含有しない試料2を用いた比較例8に比べて少ない金属リチウム箔の使用で高い容量を有し、また、高い電流密度での容量保持率も高い。これは、熱処理によって発生した反応ガスのCVD効果により、コア炭素粒子の比表面積が低下し、充放電効率が高くなったこと、および、メソ孔を有する炭素粒子の近傍に繊維状炭素が存在することから、炭素粒子界面、特に、メソ孔内における電解液の保液性とイオン伝導性が高められることにより、電荷移動抵抗や拡散抵抗が小さくなり、出力特性が向上したためと考えられる。
これらのことから、本発明に係る負極活物質は、リチウムイオン二次電池用負極活物質として出力特性に優れていることが認められる。
これらのことから、本発明に係る負極活物質は、リチウムイオン二次電池用負極活物質として出力特性に優れていることが認められる。
[実施例20および比較例9]
(リチウムイオンキャパシタの負極の作製)
厚さ32μm(開口率57%)の銅製エキスパンドメタル(日本金属工業)を用いて、上記の負極エキスパンドメタル電極1および2と同様にして、総厚さ94μmの負極エキスパンドメタル電極3および4を作製した。
(リチウムイオンキャパシタの負極の作製)
厚さ32μm(開口率57%)の銅製エキスパンドメタル(日本金属工業)を用いて、上記の負極エキスパンドメタル電極1および2と同様にして、総厚さ94μmの負極エキスパンドメタル電極3および4を作製した。
(負極エキスパンドメタル電極3および4の単位重量当たりの静電容量測定)
前記負極エキスパンドメタル電極3および4を1.5cm×2.0cmのサイズに1枚切り出し、評価用負極とした。1.5cm×2.0cm、厚さ250μmの金属リチウム板を対極とし、厚さ50μmのポリエチレン製不織布をセパレータとして介して、負極エキスパンドメタル電極3および4の両面に配置し、それぞれ模擬セルを1セル組んだ。参照極として金属リチウムを用いた。電解液には、プロピレンカーボネートに、1.2モル/lの濃度にLiPF6を溶解した溶液を用いた。
充電電流1mAにて負極エキスパンドメタル電極3および4の負極活物質重量に対して600mAh/g分のリチウムイオンをドープし、その後、1mAにて1.5Vまで放電を行った。
放電開始1分後の負極電位から0.2V電位変化する間の放電時間より負極エキスパンドメタル電極3および4の単位重量当たりの静電容量を求めたところ負極エキスパンドメタル電極3が4532F/g、負極エキスパンドメタル電極4が2893F/gであった。
前記負極エキスパンドメタル電極3および4を1.5cm×2.0cmのサイズに1枚切り出し、評価用負極とした。1.5cm×2.0cm、厚さ250μmの金属リチウム板を対極とし、厚さ50μmのポリエチレン製不織布をセパレータとして介して、負極エキスパンドメタル電極3および4の両面に配置し、それぞれ模擬セルを1セル組んだ。参照極として金属リチウムを用いた。電解液には、プロピレンカーボネートに、1.2モル/lの濃度にLiPF6を溶解した溶液を用いた。
充電電流1mAにて負極エキスパンドメタル電極3および4の負極活物質重量に対して600mAh/g分のリチウムイオンをドープし、その後、1mAにて1.5Vまで放電を行った。
放電開始1分後の負極電位から0.2V電位変化する間の放電時間より負極エキスパンドメタル電極3および4の単位重量当たりの静電容量を求めたところ負極エキスパンドメタル電極3が4532F/g、負極エキスパンドメタル電極4が2893F/gであった。
(リチウムイオンキャパシタの正極の作製)
比表面積2000m2/gの市販活性炭粉末85重量部、アセチレンブラック粉体5重量部、アクリル系樹脂バインダー6重量部、CMC4重量部、水200重量部となる組成にて十分混合することにより正極スラリー2を得た。
厚さ35μm(気孔率50%)のアルミニウム製エキスパンドメタル(日本金属工業株式会社製)の両面に非水系のカーボン系導電塗料(日本アチソン株式会社製:EB−815)をスプレー方式にてコーティングし、乾燥することにより導電層が形成された正極用集電体を得た。全体の厚さ(集電体厚さと導電層厚さの合計)は52μmであり貫通孔はほぼ導電塗料により閉塞された。正極スラリー2をロールコーターにて上記正極集電体の両面に塗工し、乾燥、プレス後厚さ202μmの正極エキスパンドメタル電極2を作製した。
比表面積2000m2/gの市販活性炭粉末85重量部、アセチレンブラック粉体5重量部、アクリル系樹脂バインダー6重量部、CMC4重量部、水200重量部となる組成にて十分混合することにより正極スラリー2を得た。
厚さ35μm(気孔率50%)のアルミニウム製エキスパンドメタル(日本金属工業株式会社製)の両面に非水系のカーボン系導電塗料(日本アチソン株式会社製:EB−815)をスプレー方式にてコーティングし、乾燥することにより導電層が形成された正極用集電体を得た。全体の厚さ(集電体厚さと導電層厚さの合計)は52μmであり貫通孔はほぼ導電塗料により閉塞された。正極スラリー2をロールコーターにて上記正極集電体の両面に塗工し、乾燥、プレス後厚さ202μmの正極エキスパンドメタル電極2を作製した。
(正極エキスパンドメタル電極2の単位重量当たりの静電容量測定)
前記正極エキスパンドメタル電極2を1.5cm×2.0cmのサイズで1枚切り出し、評価用正極とした。1.5cm×2.0cm、厚さ200μmの金属リチウムを対極とし、厚さ50μmのポリエチレン製不織布をセパレータとして介し、正極エキスパンドメタル電極2の両面に配置させ模擬セルを組んだ。参照極として金属リチウムを用いた。電解液には、プロピレンカーボネートに、1.2mol/lの濃度にLiPF6を溶解した溶液を用いた。
充電電流1mAにて3.6Vまで充電しその後定電圧充電を行い、総充電時間1時間の後、1mAにて2.5Vまで放電を行った。
3.5V〜2.5V間の放電時間より正極エキスパンドメタル電極2の単位重量当たりの静電容量を求めたところ、141F/gであった。
前記正極エキスパンドメタル電極2を1.5cm×2.0cmのサイズで1枚切り出し、評価用正極とした。1.5cm×2.0cm、厚さ200μmの金属リチウムを対極とし、厚さ50μmのポリエチレン製不織布をセパレータとして介し、正極エキスパンドメタル電極2の両面に配置させ模擬セルを組んだ。参照極として金属リチウムを用いた。電解液には、プロピレンカーボネートに、1.2mol/lの濃度にLiPF6を溶解した溶液を用いた。
充電電流1mAにて3.6Vまで充電しその後定電圧充電を行い、総充電時間1時間の後、1mAにて2.5Vまで放電を行った。
3.5V〜2.5V間の放電時間より正極エキスパンドメタル電極2の単位重量当たりの静電容量を求めたところ、141F/gであった。
(リチウムイオンキャパシタの作成)
上記において作製した厚さ94μmの負極エキスパンドメタル電極3および4と、上記により作製した厚さ202μmの正極エキスパンドメタル電極2を用いて、負極エキスパンドメタル電極3および4を6.0cm×7.5cm(端子溶接部を除く)にカットし、また、正極エキスパンドメタル電極2を5.8cm×7.3cm(端子溶接部を除く)にカットし、セパレータとして厚さ35μmのセルロース/レーヨン混合不織布を用いて、正極集電体と負極集電体の端子溶接部がそれぞれ反対側になるよう配置した。正極と負極の対向面は20層とし、最外部の電極が負極となるように積層した。最上部と最下部にはセパレータを配置し、4辺をテープ留めして、電極積層ユニット3および4を作製した。
上記において作製した厚さ94μmの負極エキスパンドメタル電極3および4と、上記により作製した厚さ202μmの正極エキスパンドメタル電極2を用いて、負極エキスパンドメタル電極3および4を6.0cm×7.5cm(端子溶接部を除く)にカットし、また、正極エキスパンドメタル電極2を5.8cm×7.3cm(端子溶接部を除く)にカットし、セパレータとして厚さ35μmのセルロース/レーヨン混合不織布を用いて、正極集電体と負極集電体の端子溶接部がそれぞれ反対側になるよう配置した。正極と負極の対向面は20層とし、最外部の電極が負極となるように積層した。最上部と最下部にはセパレータを配置し、4辺をテープ留めして、電極積層ユニット3および4を作製した。
さらに、負極エキスパンドメタル電極3および4の負極活物質重量当たり300mAh/g相当分の金属リチウム箔を厚さ80μmのステンレス網に圧着させてリチウム極とし、最外部の負極と完全に対向するように電極積層ユニットの上部および下部に各1枚配置した。負極11枚とリチウム金属を圧着したステンレス網は、それぞれ溶接により接触させ、負極とリチウム極がショートした状態の三極積層ユニット3および4を作製した。
次に、前記三極積層ユニット3および4の正極集電体の端子溶接部(10枚)に、予めシール部分にシーラントフィルムを熱融着した幅30mm、長さ30mm、厚さ0.2mmのアルミニウム製正極端子を重ねて超音波溶接した。
また、負極集電体の端子溶接部(11枚)に、予めシール部分にシーラントフィルムを熱融着した幅30mm、長さ30mm、厚さ0.2mmの銅製負極端子を重ねて抵抗溶接し、縦75mm、横65mm、深さ5mmに深絞りした外装ラミネートフィルム2枚の内部に設置した。
前記外装ラミネートフィルムの端子部2辺と他の1辺を熱融着した後、電解液としてエチレンカーボネート、ジエチルカーボネートおよびプロピレンカーボネートを重量比で3:4:1とした混合溶媒に、LiPF6を濃度1mol/lで溶解した溶液を真空含浸させた。
そして、残り1辺を減圧下にて熱融着し、真空封止し、フィルム型リチウムイオンキャパシタ1(実施例20)および2(比較例9)を各3セル組み立てた。
また、負極集電体の端子溶接部(11枚)に、予めシール部分にシーラントフィルムを熱融着した幅30mm、長さ30mm、厚さ0.2mmの銅製負極端子を重ねて抵抗溶接し、縦75mm、横65mm、深さ5mmに深絞りした外装ラミネートフィルム2枚の内部に設置した。
前記外装ラミネートフィルムの端子部2辺と他の1辺を熱融着した後、電解液としてエチレンカーボネート、ジエチルカーボネートおよびプロピレンカーボネートを重量比で3:4:1とした混合溶媒に、LiPF6を濃度1mol/lで溶解した溶液を真空含浸させた。
そして、残り1辺を減圧下にて熱融着し、真空封止し、フィルム型リチウムイオンキャパシタ1(実施例20)および2(比較例9)を各3セル組み立てた。
(リチウムイオンキャパシタのセル特性評価)
上記により作製したフィルム型リチウムイオンキャパシタ1および2の各1セルを14日間室温にて放置後、分解したところ、金属リチウム箔がいずれのセルも完全に消失していた。このことから、金属リチウム箔からイオン化したリチウムイオンすべてが、負極にドープされたことが認められた。
また、各2セルのフィルム型リチウムイオンキャパシタを25℃および−20℃でそれぞれ24時間放置後、300mAの定電流でセル電圧が3.8Vになるまで充電した。そして、3.8Vの定電圧を印加する定電流−定電圧充電を1時間行った後、300mAの定電流でセル電圧が2.2Vになるまで放電した。この3.8−2.2Vの充放電サイクルを繰り返し、3回目の放電容量を測定した。
25℃および−20℃の放電容量測定結果とその容量保持率および体積当たりのエネルギー密度を表6に示す。
上記により作製したフィルム型リチウムイオンキャパシタ1および2の各1セルを14日間室温にて放置後、分解したところ、金属リチウム箔がいずれのセルも完全に消失していた。このことから、金属リチウム箔からイオン化したリチウムイオンすべてが、負極にドープされたことが認められた。
また、各2セルのフィルム型リチウムイオンキャパシタを25℃および−20℃でそれぞれ24時間放置後、300mAの定電流でセル電圧が3.8Vになるまで充電した。そして、3.8Vの定電圧を印加する定電流−定電圧充電を1時間行った後、300mAの定電流でセル電圧が2.2Vになるまで放電した。この3.8−2.2Vの充放電サイクルを繰り返し、3回目の放電容量を測定した。
25℃および−20℃の放電容量測定結果とその容量保持率および体積当たりのエネルギー密度を表6に示す。
表6に示した結果から、全メソ孔容積が0.005〜1.0cm3/gの範囲内であり、細孔直径100〜400Åのメソ孔容積が全メソ孔容積の25%以上、かつ、グラフェン構造を有する繊維状炭素を10.5%含有する炭素複合体である試料1を用いた実施例20は、繊維状炭素を含有していない試料2を用いた比較例9に比べて、低温における放電容量および容量保持率が大きいことが認められた。これは、メソ孔を有する炭素粒子の近傍に繊維状炭素が存在することから、炭素粒子界面、特に、メソ孔内における電解液の保液性とイオン伝導性が高められる、電荷移動抵抗や拡散抵抗が小さくなり、低温特性が向上したためと考えられる。
これらのことから、本発明に係る負極活物質は、リチウムイオンキャパシタ用負極活物質として、低温特性に優れていることが認められる。
これらのことから、本発明に係る負極活物質は、リチウムイオンキャパシタ用負極活物質として、低温特性に優れていることが認められる。
また、実施例20および比較例9に係る各1セルのフィルム型リチウムイオンキャパシタについて、正極と負極を短絡させた後、正極電位を測定したところ、いずれも0.95V程度であり、2.0V以下であった。
正極と負極を短絡させた時の正極電位が2.0V以下になるように負極および/または正極に予めリチウムイオンをドープさせることにより、20Wh/l以上の高いエネルギー密度を有するリチウムイオンキャパシタが得られた。
正極と負極を短絡させた時の正極電位が2.0V以下になるように負極および/または正極に予めリチウムイオンをドープさせることにより、20Wh/l以上の高いエネルギー密度を有するリチウムイオンキャパシタが得られた。
1 節
2 多層壁
3 遷移金属粒子(ニッケル金属粒子)
2 多層壁
3 遷移金属粒子(ニッケル金属粒子)
Claims (19)
- リチウム塩を含む非プロトン性有機溶媒を電解液とする蓄電デバイス用の負極活物質であって、コアとなる炭素粒子と、該炭素粒子の表面および/または内部に形成されたグラフェン構造を有する繊維状炭素との炭素複合体からなり、前記炭素複合体は、全メソ孔容積が0.005〜1.0cm3/g、細孔径100〜400Åのメソ孔が全メソ孔容積の25%以上を占めていることを特徴とする蓄電デバイス用負極活物質。
- 前記繊維状炭素の重量比率が、炭素複合体の1〜50重量%であることを特徴とする請求項1記載の蓄電デバイス用負極活物質。
- 前記炭素複合体の比表面積が0.01〜2000m2/gであることを特徴とする請求項1または請求項2記載の蓄電デバイス用負極活物質。
- 前記炭素粒子が、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素、黒鉛およびポリアセン系物質のうちの少なくとも一つからなることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかに記載の蓄電デバイス用負極活物質。
- 前記繊維状炭素が、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ、カーボンナノホーン、カーボンマイクロコイル、ヘリンボーンタイプの炭素繊維およびプレートレットタイプの炭素繊維のうちの少なくともいずれかを含むものであることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれかに記載の蓄電デバイス用負極活物質。
- 前記繊維状炭素が、外径1〜100nmの中空状炭素繊維であることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれかに記載の蓄電デバイス用負極活物質。
- 前記繊維状炭素が、竹状の節を有していることを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれかに記載の蓄電デバイス用負極活物質。
- 前記繊維状炭素が、多層壁から構成され、その格子像が繊維軸に対して角度を有するヘリンボーン構造を有していることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれかに記載の蓄電デバイス用負極活物質。
- 前記繊維状炭素の多層壁が、厚さ1〜100nmであり、3層以上の多層構造を有していることを特徴とする請求項8記載の蓄電デバイス用負極活物質。
- 前記繊維状炭素が、前記炭素粒子および/またはその前駆体を、遷移金属含有化合物の存在下、600〜2000℃で熱処理することにより生成したものであることを特徴とする請求項1から請求項9までのいずれかに記載の蓄電デバイス用負極活物質。
- 前記遷移金属が、ニッケルおよび/または鉄であることを特徴とする請求項10記載の蓄電デバイス用負極活物質。
- 前記繊維状炭素が、前記熱処理時に発生するガスを原料として生成したものであることを特徴とする請求項10または請求項11記載の蓄電デバイス用負極活物質。
- 前記繊維状炭素が、前記熱処理時に、系外から直接炭化水素ガスを吹き込む、または、キャリアガスを用いて炭化水素を含有するガスを吹き込むことによって生成したものであることを特徴とする請求項10から請求項12までのいずれかに記載の蓄電デバイス用負極活物質。
- 前記繊維状炭素の根元部分が、コア炭素粒子に接着している、および/または、コア炭素粒子から離れて、該コア炭素粒子近傍に存在していることを特徴とする請求項10から請求項13までのいずれかに記載の蓄電デバイス用負極活物質。
- 前記繊維状炭素が、その先端に遷移金属粒子を包含していることを特徴とする請求項10から請求項14までのいずれかに記載の蓄電デバイス用負極活物質。
- 請求項1から請求項9までのいずれかに記載の蓄電デバイス用負極活物質を製造する方法において、炭素粒子および/またはその前駆体を、遷移金属含有化合物の存在下、600〜2000℃で熱処理することを特徴とする蓄電デバイス用負極活物質の製造方法。
- 前記遷移金属が、ニッケルおよび/または鉄であることを特徴とする請求項16記載の蓄電デバイス用負極活物質の製造方法。
- 負極活物質に請求項1から請求項15までのいずれかに記載の蓄電デバイス用負極活物質が用いられ、電解液がリチウム塩を含む非プロトン性有機溶媒であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
- 正極活物質にリチウムイオンおよび/またはアニオンを可逆的にドープ・脱ドープ可能な活物質が用いられ、負極活物質に請求項1から請求項15までのいずれかに記載の蓄電デバイス用負極活物質が用いられ、電解液がリチウム塩を含む非プロトン性有機溶媒であり、かつ、正極と負極とを短絡させた後の正極電位が2.0V(対Li/Li+)以下になるように、予め負極および/または正極にリチウムイオンがドープされていることを特徴とするリチウムイオンキャパシタ。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006241105A JP2008066053A (ja) | 2006-09-06 | 2006-09-06 | 蓄電デバイス用負極活物質およびその製造方法 |
KR1020070074176A KR20080022494A (ko) | 2006-09-06 | 2007-07-24 | 축전 디바이스용 부극 활물질 및 그 제조 방법 |
US11/849,023 US20080220329A1 (en) | 2006-09-06 | 2007-08-31 | Negative electrode active material for an electricity storage device and method for manufacturing the same |
EP20070115814 EP1903628A3 (en) | 2006-09-06 | 2007-09-06 | A Negative Electrode Active Material for an Electricity Storage Device and Method for Manufacturing the Same |
CNA2007101495459A CN101140986A (zh) | 2006-09-06 | 2007-09-06 | 蓄电装置用负极活性物质及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006241105A JP2008066053A (ja) | 2006-09-06 | 2006-09-06 | 蓄電デバイス用負極活物質およびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008066053A true JP2008066053A (ja) | 2008-03-21 |
Family
ID=39032116
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006241105A Pending JP2008066053A (ja) | 2006-09-06 | 2006-09-06 | 蓄電デバイス用負極活物質およびその製造方法 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20080220329A1 (ja) |
EP (1) | EP1903628A3 (ja) |
JP (1) | JP2008066053A (ja) |
KR (1) | KR20080022494A (ja) |
CN (1) | CN101140986A (ja) |
Cited By (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008098155A (ja) * | 2006-09-12 | 2008-04-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | リチウム二次電池用負極の製造法 |
WO2009133807A1 (ja) * | 2008-04-30 | 2009-11-05 | 住友ベークライト株式会社 | リチウム二次電池負極用炭素材、その製造方法、リチウム二次電池負極およびリチウム二次電池 |
JP2010232077A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Toyota Industries Corp | 非水系二次電池用電極およびその製造方法 |
KR101138021B1 (ko) | 2010-11-29 | 2012-04-20 | 전자부품연구원 | 리튬이온커패시터용 음극 활물질 및 그의 제조 방법 |
JP2012533498A (ja) * | 2009-07-17 | 2012-12-27 | エボニック デグサ ゲーエムベーハー | バッテリ電極のためのナノ構造化ケイ素−炭素複合材料 |
JP2013011017A (ja) * | 2011-06-03 | 2013-01-17 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 単層および多層グラフェンとその作製方法、単層および多層グラフェンを有する物体あるいは電気機器 |
JP2013028525A (ja) * | 2011-06-24 | 2013-02-07 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | グラフェン、蓄電装置および電気機器 |
JP2013191548A (ja) * | 2012-02-17 | 2013-09-26 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 蓄電装置 |
JP2015005721A (ja) * | 2013-02-20 | 2015-01-08 | 日本ケミコン株式会社 | 電極、その電極を用いた電気二重層キャパシタ、及び電極の製造方法 |
CN104332323A (zh) * | 2014-07-31 | 2015-02-04 | 洛阳力容新能源科技有限公司 | 一种多孔电极、制备方法及其在制备锂离子电容器、超级电容器方面的应用 |
JP2015044737A (ja) * | 2010-02-19 | 2015-03-12 | 株式会社インキュベーション・アライアンス | 炭素材料及びその製造方法 |
JP2015146328A (ja) * | 2011-06-24 | 2015-08-13 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 二次電池 |
JP2016509757A (ja) * | 2013-02-08 | 2016-03-31 | エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド | グラフェンリチウムイオンキャパシタ |
JP2016195103A (ja) * | 2015-03-31 | 2016-11-17 | 東レ株式会社 | 複合導電性粒子およびその製造方法ならびに導電性樹脂 |
JP2017168406A (ja) * | 2016-03-18 | 2017-09-21 | 信越化学工業株式会社 | 非水電解質二次電池負極活物質、負極及び電池の製造方法 |
US10038191B2 (en) | 2013-08-23 | 2018-07-31 | Nec Corporation | Carbonous anode material, method for producing the same, and lithium-ion battery containing the anode material |
WO2018147080A1 (ja) * | 2017-02-13 | 2018-08-16 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | リチウムイオンキャパシタ |
WO2021066174A1 (ja) | 2019-10-04 | 2021-04-08 | 旭化成株式会社 | 非水系リチウム蓄電素子 |
US11296322B2 (en) | 2011-06-03 | 2022-04-05 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Single-layer and multilayer graphene, method of manufacturing the same, object including the same, and electric device including the same |
Families Citing this family (57)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10056602B2 (en) | 2009-02-25 | 2018-08-21 | Cf Traverse Llc | Hybrid energy storage device production |
US9705136B2 (en) | 2008-02-25 | 2017-07-11 | Traverse Technologies Corp. | High capacity energy storage |
US9431181B2 (en) | 2009-02-25 | 2016-08-30 | Catalyst Power Technologies | Energy storage devices including silicon and graphite |
US9917300B2 (en) | 2009-02-25 | 2018-03-13 | Cf Traverse Llc | Hybrid energy storage devices including surface effect dominant sites |
US10193142B2 (en) | 2008-02-25 | 2019-01-29 | Cf Traverse Llc | Lithium-ion battery anode including preloaded lithium |
US9412998B2 (en) * | 2009-02-25 | 2016-08-09 | Ronald A. Rojeski | Energy storage devices |
US11233234B2 (en) | 2008-02-25 | 2022-01-25 | Cf Traverse Llc | Energy storage devices |
US9979017B2 (en) | 2009-02-25 | 2018-05-22 | Cf Traverse Llc | Energy storage devices |
US10727481B2 (en) | 2009-02-25 | 2020-07-28 | Cf Traverse Llc | Energy storage devices |
US9966197B2 (en) | 2009-02-25 | 2018-05-08 | Cf Traverse Llc | Energy storage devices including support filaments |
US10205166B2 (en) | 2008-02-25 | 2019-02-12 | Cf Traverse Llc | Energy storage devices including stabilized silicon |
US9941709B2 (en) | 2009-02-25 | 2018-04-10 | Cf Traverse Llc | Hybrid energy storage device charging |
JP5219571B2 (ja) * | 2008-03-24 | 2013-06-26 | 三洋電機株式会社 | 膜電極接合体および燃料電池 |
WO2009134707A2 (en) * | 2008-04-27 | 2009-11-05 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Ultracapacitors and methods of making and using |
US9190667B2 (en) * | 2008-07-28 | 2015-11-17 | Nanotek Instruments, Inc. | Graphene nanocomposites for electrochemical cell electrodes |
FR2934718B1 (fr) | 2008-07-29 | 2011-05-20 | Univ Nancy 1 Henri Poincare | Utilisation d'un oxyhydroxysel apparente a la famille des hydroxydes doubles lamellaires pour la conception et fabrication d'une electrode en vue de stockage d'energie electrique |
US20110200874A1 (en) * | 2008-09-30 | 2011-08-18 | Tetsushi Ono | Anodic carbon material for lithium secondary battery, lithium secondary battery anode, lithium secondary battery, and method for manufacturing anodic carbon material for lithium secondary battery |
KR101057162B1 (ko) * | 2008-12-01 | 2011-08-16 | 삼성에스디아이 주식회사 | 음극활물질, 이를 구비하는 음극 및 리튬이차전지 |
US9406985B2 (en) | 2009-01-13 | 2016-08-02 | Nokia Technologies Oy | High efficiency energy conversion and storage systems using carbon nanostructured materials |
US20100216023A1 (en) * | 2009-01-13 | 2010-08-26 | Di Wei | Process for producing carbon nanostructure on a flexible substrate, and energy storage devices comprising flexible carbon nanostructure electrodes |
KR101203277B1 (ko) * | 2009-09-28 | 2012-11-21 | 도요타지도샤가부시키가이샤 | 리튬 2차 전지 및 그 제조 방법 |
CN102282715B (zh) * | 2009-12-16 | 2014-03-19 | 丰田自动车株式会社 | 锂离子二次电池 |
WO2011116369A2 (en) * | 2010-03-19 | 2011-09-22 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Electrophoretic deposition and reduction of graphene oxide to make graphene film coatings and electrode structures |
US8593787B2 (en) | 2010-04-21 | 2013-11-26 | Corning Incorporated | Electrochemical capacitor having lithium containing electrolyte |
KR101213477B1 (ko) * | 2010-05-04 | 2012-12-24 | 삼성에스디아이 주식회사 | 고용량 음극 물질이 코팅된 수퍼 도전성 나노 입자를 포함하는 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 전지 |
KR101181851B1 (ko) | 2010-08-09 | 2012-09-11 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬 이차 전지용 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 |
US8576541B2 (en) | 2010-10-04 | 2013-11-05 | Corning Incorporated | Electrolyte system |
KR101037766B1 (ko) * | 2010-10-11 | 2011-05-27 | 아이비그라핀주식회사 | 그라핀을 이용한 이차전지의 제조 방법 |
KR101173868B1 (ko) | 2010-12-03 | 2012-08-14 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬 이차 전지용 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 |
KR101862430B1 (ko) * | 2010-12-20 | 2018-05-29 | 제이에스알 가부시끼가이샤 | 축전 디바이스, 리튬 이온 캐패시터 및 리튬 이온 캐패시터용 부극 |
WO2012169030A1 (ja) * | 2011-06-08 | 2012-12-13 | トヨタ自動車株式会社 | リチウムイオン二次電池 |
KR101199177B1 (ko) | 2011-06-15 | 2012-11-07 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이차 전지 |
DE102011116046B4 (de) * | 2011-10-17 | 2017-08-03 | Johnson Controls Autobatterie Gmbh & Co. Kgaa | Recycling von Produkten sowie Recyclinganlage |
US8568924B2 (en) | 2011-11-30 | 2013-10-29 | CNano Technology Limited | Modified battery anode with carbon nanotubes |
US20130164611A1 (en) * | 2011-12-23 | 2013-06-27 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Power storage device |
US8828533B2 (en) * | 2012-01-12 | 2014-09-09 | Ut-Battelle, Llc | Mesoporous carbon materials |
JP6161328B2 (ja) * | 2012-05-18 | 2017-07-12 | Jsr株式会社 | 電極活物質、電極及び蓄電デバイス |
WO2013183187A1 (ja) | 2012-06-06 | 2013-12-12 | 日本電気株式会社 | 負極活物質及びその製造方法 |
CN102760878A (zh) * | 2012-07-23 | 2012-10-31 | 浙江大学 | 过渡金属二锑化物/石墨烯复合材料及其制备方法和应用 |
US8920925B2 (en) | 2012-11-09 | 2014-12-30 | Corning Incorporated | Stabilized lithium composite particles |
US9183994B2 (en) | 2012-11-28 | 2015-11-10 | Corning Incorporated | Lithium ion capacitors and methods of production |
JP6485999B2 (ja) * | 2013-09-20 | 2019-03-20 | アイオン株式会社 | 蓄電デバイスの電極及びその製造方法 |
KR102209822B1 (ko) * | 2014-01-28 | 2021-01-29 | 삼성에스디아이 주식회사 | 양극, 이를 채용한 리튬전지 및 양극제조방법 |
CN106165041A (zh) * | 2014-04-08 | 2016-11-23 | 麦斯韦尔技术股份有限公司 | 储能器件、其负极、以及制造储能器件的方法 |
US20170263386A1 (en) * | 2014-08-29 | 2017-09-14 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Negative electrode material for power storage device, manufacturing method thereof, and lithium ion power storage device |
JP6630071B2 (ja) * | 2014-09-01 | 2020-01-15 | Jsr株式会社 | 電極材料、電極及び蓄電デバイス |
CN105088416B (zh) * | 2015-07-10 | 2017-06-06 | 中国工程物理研究院化工材料研究所 | 石墨烯基空心纤维及其制备方法 |
WO2017029692A1 (en) * | 2015-08-18 | 2017-02-23 | Nec Corporation | Porous Graphene Coated Oxygen-Containing Carbon Material for High Capacity and Fast Chargeable Anode of Lithium Ion Battery |
JP6558441B2 (ja) * | 2015-09-16 | 2019-08-14 | 株式会社リコー | 非水電解液蓄電素子 |
CN105355457B (zh) * | 2015-12-16 | 2018-01-19 | 上海奥威科技开发有限公司 | 锂离子电容器及其化成方法 |
US10177375B2 (en) | 2016-08-10 | 2019-01-08 | Energizer Brands, Llc | Alkaline battery cathode structures incorporating multiple carbon materials and orientations |
WO2019065004A1 (ja) * | 2017-09-27 | 2019-04-04 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | グラフェンを含有する電極、その製造方法およびそれを用いた蓄電デバイス |
US20210028442A1 (en) * | 2017-10-16 | 2021-01-28 | Sekisui Chemical Co., Ltd. | Composite body, electrode material for electricity storage devices, and electricity storage device |
CN110085852A (zh) * | 2019-05-28 | 2019-08-02 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 导电结构及电极 |
KR20220161217A (ko) * | 2021-05-28 | 2022-12-06 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 전고체 리튬 이차전지 및 이의 제조 방법 |
KR20220162077A (ko) * | 2021-05-28 | 2022-12-07 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 전고체 리튬 이차전지 및 이의 제조 방법 |
WO2022255745A1 (ko) * | 2021-06-01 | 2022-12-08 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 전고체 리튬 이차전지 및 이의 제조 방법 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000011688A1 (en) * | 1998-08-25 | 2000-03-02 | Kanebo, Limited | Electrode material and method for producing the same |
JP2001135304A (ja) * | 1999-11-09 | 2001-05-18 | Kyushu Electric Power Co Inc | リチウムイオン二次電池の負極及びリチウムイオン二次電池 |
EP1406834A1 (en) * | 2001-07-13 | 2004-04-14 | Kent State University | Imprinted mesoporous carbons and a method of manufacture thereof |
JP4064351B2 (ja) * | 2002-01-25 | 2008-03-19 | 東洋炭素株式会社 | リチウムイオン二次電池用負極材 |
JP4105897B2 (ja) * | 2002-05-27 | 2008-06-25 | 旭化成株式会社 | 負極材料、その製造方法及び蓄電素子 |
US7541312B2 (en) * | 2004-03-18 | 2009-06-02 | Tda Research, Inc. | Porous carbons from carbohydrates |
US7548409B2 (en) * | 2004-03-31 | 2009-06-16 | Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha | Organic electrolyte capacitor using a mesopore carbon material as a negative electrode |
CN101167208B (zh) | 2005-04-26 | 2012-09-19 | 富士重工业株式会社 | 蓄电装置用负极活性物质 |
-
2006
- 2006-09-06 JP JP2006241105A patent/JP2008066053A/ja active Pending
-
2007
- 2007-07-24 KR KR1020070074176A patent/KR20080022494A/ko not_active Application Discontinuation
- 2007-08-31 US US11/849,023 patent/US20080220329A1/en not_active Abandoned
- 2007-09-06 EP EP20070115814 patent/EP1903628A3/en not_active Withdrawn
- 2007-09-06 CN CNA2007101495459A patent/CN101140986A/zh active Pending
Cited By (26)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008098155A (ja) * | 2006-09-12 | 2008-04-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | リチウム二次電池用負極の製造法 |
WO2009133807A1 (ja) * | 2008-04-30 | 2009-11-05 | 住友ベークライト株式会社 | リチウム二次電池負極用炭素材、その製造方法、リチウム二次電池負極およびリチウム二次電池 |
JPWO2009133807A1 (ja) * | 2008-04-30 | 2011-09-01 | 住友ベークライト株式会社 | リチウム二次電池負極用炭素材、その製造方法、リチウム二次電池負極およびリチウム二次電池 |
KR101571917B1 (ko) | 2008-04-30 | 2015-11-25 | 스미토모 베이클리트 컴퍼니 리미티드 | 리튬 2차 전지 부극용 탄소재, 그 제조 방법, 리튬 2차 전지 부극 및 리튬 2차 전지 |
JP2010232077A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Toyota Industries Corp | 非水系二次電池用電極およびその製造方法 |
JP2012533498A (ja) * | 2009-07-17 | 2012-12-27 | エボニック デグサ ゲーエムベーハー | バッテリ電極のためのナノ構造化ケイ素−炭素複合材料 |
JP2015044737A (ja) * | 2010-02-19 | 2015-03-12 | 株式会社インキュベーション・アライアンス | 炭素材料及びその製造方法 |
KR101138021B1 (ko) | 2010-11-29 | 2012-04-20 | 전자부품연구원 | 리튬이온커패시터용 음극 활물질 및 그의 제조 방법 |
JP2013011017A (ja) * | 2011-06-03 | 2013-01-17 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 単層および多層グラフェンとその作製方法、単層および多層グラフェンを有する物体あるいは電気機器 |
US11699790B2 (en) | 2011-06-03 | 2023-07-11 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Single-layer and multilayer graphene, method of manufacturing the same, object including the same, and electric device including the same |
US11296322B2 (en) | 2011-06-03 | 2022-04-05 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Single-layer and multilayer graphene, method of manufacturing the same, object including the same, and electric device including the same |
US10644315B2 (en) | 2011-06-03 | 2020-05-05 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Single-layer and multilayer graphene, method of manufacturing the same, object including the same, and electric device including the same |
JP2015146328A (ja) * | 2011-06-24 | 2015-08-13 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 二次電池 |
JP2013028525A (ja) * | 2011-06-24 | 2013-02-07 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | グラフェン、蓄電装置および電気機器 |
JP2013191548A (ja) * | 2012-02-17 | 2013-09-26 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 蓄電装置 |
JP2016509757A (ja) * | 2013-02-08 | 2016-03-31 | エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド | グラフェンリチウムイオンキャパシタ |
JP2015005721A (ja) * | 2013-02-20 | 2015-01-08 | 日本ケミコン株式会社 | 電極、その電極を用いた電気二重層キャパシタ、及び電極の製造方法 |
US10038191B2 (en) | 2013-08-23 | 2018-07-31 | Nec Corporation | Carbonous anode material, method for producing the same, and lithium-ion battery containing the anode material |
CN104332323A (zh) * | 2014-07-31 | 2015-02-04 | 洛阳力容新能源科技有限公司 | 一种多孔电极、制备方法及其在制备锂离子电容器、超级电容器方面的应用 |
JP2016195103A (ja) * | 2015-03-31 | 2016-11-17 | 東レ株式会社 | 複合導電性粒子およびその製造方法ならびに導電性樹脂 |
JP2017168406A (ja) * | 2016-03-18 | 2017-09-21 | 信越化学工業株式会社 | 非水電解質二次電池負極活物質、負極及び電池の製造方法 |
CN110249401A (zh) * | 2017-02-13 | 2019-09-17 | 国立研究开发法人物质材料研究机构 | 锂离子电容器 |
JPWO2018147080A1 (ja) * | 2017-02-13 | 2019-11-21 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | リチウムイオンキャパシタ |
WO2018147080A1 (ja) * | 2017-02-13 | 2018-08-16 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | リチウムイオンキャパシタ |
WO2021066174A1 (ja) | 2019-10-04 | 2021-04-08 | 旭化成株式会社 | 非水系リチウム蓄電素子 |
KR20220044994A (ko) | 2019-10-04 | 2022-04-12 | 아사히 가세이 가부시키가이샤 | 비수계 리튬 축전 소자 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1903628A2 (en) | 2008-03-26 |
CN101140986A (zh) | 2008-03-12 |
US20080220329A1 (en) | 2008-09-11 |
KR20080022494A (ko) | 2008-03-11 |
EP1903628A3 (en) | 2008-04-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2008066053A (ja) | 蓄電デバイス用負極活物質およびその製造方法 | |
US10741335B2 (en) | Partially surface-mediated lithium ion-exchanging cells and method for operating same | |
US10236500B2 (en) | Lithium-ion cell having a high-capacity cathode | |
JP4971729B2 (ja) | リチウムイオンキャパシタ | |
JP5322435B2 (ja) | 蓄電デバイス用負極活物質 | |
US9190667B2 (en) | Graphene nanocomposites for electrochemical cell electrodes | |
US9349542B2 (en) | Stacks of internally connected surface-mediated cells and methods of operating same | |
US8765303B2 (en) | Lithium-ion cell having a high energy density and high power density | |
Qian et al. | A free-standing Li4Ti5O12/graphene foam composite as anode material for Li-ion hybrid supercapacitor | |
US20130171502A1 (en) | Hybrid electrode and surface-mediated cell-based super-hybrid energy storage device containing same | |
WO2013073526A1 (ja) | 蓄電デバイス用電極、蓄電デバイスおよび蓄電デバイス用電極の製造方法 | |
US20130052489A1 (en) | Surface-mediated lithium ion-exchanging energy storage device | |
JP2013258392A (ja) | 電極活物質、電極及び蓄電デバイス | |
JP2008103596A (ja) | リチウムイオンキャパシタ | |
JP2007180431A (ja) | リチウムイオンキャパシタ | |
JP5302646B2 (ja) | プレドープ型蓄電デバイス | |
JP2006338963A (ja) | リチウムイオンキャパシタ | |
JP2006286923A (ja) | リチウムイオンキャパシタ | |
JP7462066B2 (ja) | 非水系アルカリ金属蓄電素子および正極塗工液 | |
JP4731974B2 (ja) | リチウムイオンキャパシタ | |
JP2013098575A (ja) | 電極活物質組成物、その製造方法、及びこれを用いた電気化学キャパシタ | |
JP4705404B2 (ja) | リチウムイオンキャパシタ | |
JP2007294539A (ja) | リチウムイオンハイブリッドキャパシタ | |
JP2007180429A (ja) | リチウムイオンキャパシタ | |
JP6161272B2 (ja) | 蓄電デバイス |