JP2010103152A - Electrode material for electric double layer capacitor, electrode for electric double layer capacitor and electric double layer capacitor - Google Patents

Electrode material for electric double layer capacitor, electrode for electric double layer capacitor and electric double layer capacitor Download PDF

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博子 野田
Masayuki Kozu
将之 神頭
Koichi Takei
康一 武井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode material for an electric double layer capacitor, which produces less gas and has superior long-period life characteristics, and to provide an electrode for the electric double layer capacitor and an electric double layer capacitor that use the same. <P>SOLUTION: The electrode material for the electric double layer capacitor has a surface function group concentration of 0.3 to 0.6 mmol/g, a half-value width (Δν) of 68 to 75 at a peak (G1) of approximately 1,580 cm-1 observed in a Raman spectrum, and an average pore diameter of ≥1.73 nm. It is preferable that the electrode for the electric double layer capacitor has a surface area of 1,800 to 2,800 m<SP>2</SP>/g, a pore capacity of 0.5 to 1.5 ml/g, and an average particle size of 1 to 10 μm. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電気二重層キャパシタ用電極材及びこれを用いた電気二重層キャパシタ用電極、電気二重層キャパシタに関する。   The present invention relates to an electrode material for an electric double layer capacitor, an electrode for an electric double layer capacitor using the same, and an electric double layer capacitor.

電気二重層キャパシタは充放電時に化学反応を伴わないため、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などと比較し、入出力特性、寿命特性、安全性の点で優れているという特長を有する。電気二重層キャパシタの主用途は、従来、メモリバックアップ向けなどの小型品であったが、近年ではその特長を活かし、中・大型品の開発、製品化が進められている。中・大型品としては、コピー機や瞬間停電補償用電源、建築機械といった産業用途、また自動車の電子制御系補償用やハイブリッド用電源といった車載用途向けがある。
このような産業用、車載用の電気二重層キャパシタは、小型品に比べ更に優れた寿命特性が必要とされている。従来、寿命特性を向上させるためには、電極材である活性炭の表面官能基濃度を低減することが重要視されてきた。これは、電池の充放電により電極材に付随する表面官能基が電解液を分解し、ガスを発生させる、または官能基自身が分解してガス化することにより、長期寿命特性を低下させると考えられているからである(例えば、特許文献1〜3)
確かに、表面官能基量の低減は寿命特性向上に効果が見られる一方、前駆体種の異なる活性炭、例えば、ソフト系カーボンを前駆体とする活性炭では、膨張収縮することで寿命特性が著しく低下することが知られている。すなわち、表面官能基量の低減のみでは寿命特性向上には限界がある(例えば、特許文献4)
電気二重層キャパシタは溶媒や電解質が活性炭上で電気化学的に作用することにより容量を発現する。そのため、活性炭の物性、細孔構造及び表面特性によって電気二重層キャパシタの性能が大きく左右される。
Since electric double layer capacitors do not involve chemical reactions during charging and discharging, they have the advantage of superior input / output characteristics, life characteristics, and safety compared to lithium ion secondary batteries and nickel metal hydride secondary batteries. . Conventionally, the main application of electric double layer capacitors has been for small products such as memory backup, but in recent years, taking advantage of these features, development and commercialization of medium and large products have been promoted. Medium and large products include industrial applications such as copiers, instantaneous power failure compensation power supplies, and construction machinery, and automotive applications such as automotive electronic control system compensation and hybrid power supplies.
Such industrial and in-vehicle electric double layer capacitors are required to have better life characteristics than small products. Conventionally, in order to improve the life characteristics, it has been regarded as important to reduce the surface functional group concentration of activated carbon as an electrode material. This is because the surface functional group attached to the electrode material decomposes the electrolyte solution due to charging / discharging of the battery to generate gas, or the functional group itself decomposes and gasifies, thereby reducing the long-term life characteristics. (For example, Patent Documents 1 to 3)
Certainly, reducing the amount of functional groups on the surface is effective for improving the life characteristics, but activated carbons with different precursor types, such as activated carbon with a precursor of soft carbon, will significantly reduce the life characteristics due to expansion and contraction. It is known to do. That is, there is a limit to improving the life characteristics only by reducing the surface functional group amount (for example, Patent Document 4).
The electric double layer capacitor exhibits a capacity when a solvent or an electrolyte acts electrochemically on activated carbon. Therefore, the performance of the electric double layer capacitor greatly depends on the physical properties, pore structure and surface characteristics of the activated carbon.

高性能電気二重層キャパシタを作製するためには、活性炭の物性である比表面積、細孔構造等を改良することが重要である。活性炭比表面積の増加は、吸着する電解質イオンの量を増加させるため、電極密度や静電容量を向上させる可能性があると期待され、試みられている手法である。しかし、近年、電気二重層キャパシタは、車載用など使用分野が拡大しており、これまで以上の高容量の電極材、高出力化が求められている。キャパシタ用電極材を高容量、高出力化するために、活性炭のメソポアを発達させるなど、細孔径を制御する手法を用いるのが一般的である。しかし、細孔径を拡大させると必然的にかさ密度の低下を招き、体積容量の低いキャパシタが得られてしまうという問題があった。   In order to produce a high performance electric double layer capacitor, it is important to improve the specific surface area, pore structure, etc., which are the physical properties of activated carbon. The increase in the specific surface area of the activated carbon is a technique which is expected and attempted to increase the electrode density and the capacitance because it increases the amount of adsorbed electrolyte ions. However, in recent years, electric double layer capacitors have been used in various fields such as in-vehicle use, and there is a demand for higher capacity electrode materials and higher output. In order to increase the capacity and output of the capacitor electrode material, it is common to use a technique for controlling the pore diameter, such as developing mesopores of activated carbon. However, when the pore diameter is enlarged, the bulk density is inevitably lowered, and there is a problem that a capacitor having a low volume capacity is obtained.

このように従来は活性炭の性能向上には、賦活条件の制御により比表面積及び細孔径を最適化させる手法が主とされていた。しかし、電気二重層キャパシタを設計するにあたり、充放電前の電極材の構造設計のみでは性能発現は不十分である。電気二重層キャパシタ電極材には炭素電極材に付随する表面官能基が充放電においてキャパシタ内部でガスとして発生することで内部の圧力上昇を引き起こし、金属ケースの破裂を引き起こす可能性がある。また、ソフト系カーボンを前駆体とする材料では充放電時に膨張収縮し、キャパシタ内部の圧力上昇を引き起こす(例えば特許文献4)。特に、表面官能基は初期特性及びサイクル特性に変化が現れることがある。表面官能基を制御することにより、初期特性、サイクル特性を向上させようとする試みがある(例えば特許文献3参照)。   As described above, conventionally, in order to improve the performance of activated carbon, a method of optimizing the specific surface area and the pore diameter by controlling the activation conditions has been mainly used. However, in designing an electric double layer capacitor, performance development is insufficient only by the structural design of the electrode material before charging and discharging. In the electric double layer capacitor electrode material, surface functional groups attached to the carbon electrode material are generated as a gas inside the capacitor during charge and discharge, thereby causing an internal pressure increase and possibly rupturing the metal case. Further, a material having soft carbon as a precursor expands and contracts during charge and discharge, and causes an increase in pressure inside the capacitor (for example, Patent Document 4). In particular, the surface functional group may change in initial characteristics and cycle characteristics. There is an attempt to improve initial characteristics and cycle characteristics by controlling surface functional groups (see, for example, Patent Document 3).

特開2004−67498号公報JP 2004-67498 A 特開2000−235939号公報JP 2000-235939 A 特開2003−243265号公報JP 2003-243265 A 特開2002−265215号公報JP 2002-265215 A

本発明は、前記記載の問題点から、以下の目的を達成することを課題としている。
本発明の目的は、ガス発生の少ない、長期寿命特性に優れる電気二重層キャパシタ用電極材、それを用いた電気二重層キャパシタ用電極及び電気二重層キャパシタを提供することにある。
This invention makes it a subject to achieve the following objectives from the problem of the said description.
An object of the present invention is to provide an electrode material for an electric double layer capacitor that generates less gas and has excellent long-term life characteristics, an electrode for an electric double layer capacitor, and an electric double layer capacitor using the electrode material.

発明者らは鋭意検討した結果、電極材の表面官能基量と電極材が長期寿命特性に対して影響することを見出した。すなわち、電極材の表面官能基量を低減制御することで、寿命初期における電解液分解を抑制することができ、更に電極材の結晶性を高めることで、寿命長期に渡って電解液分解反応を抑制することが出来ることを見出した。   As a result of intensive studies, the inventors have found that the amount of surface functional groups of the electrode material and the electrode material affect the long-term life characteristics. That is, by controlling the amount of functional groups on the surface of the electrode material to be reduced, it is possible to suppress the decomposition of the electrolyte solution at the beginning of the lifetime, and by further increasing the crystallinity of the electrode material, It was found that it can be suppressed.

すなわち、具体的には下記の[1]〜[5]に記載の事項を特徴とするものである。
[1]表面官能基濃度が0.3〜0.6mmol/g、ラマンスペクトルに観察される1580cm−1付近のピーク(G1)の半値幅(Δν)が68〜75であり、平均細孔径が1.73nm以上である電気二重層キャパシタ用電極材。
[2]比表面積が1800〜2800m/g、細孔容量0.5〜1.5ml/g、平均粒径が1〜10μmである上記[1]記載の電気二重層キャパシタ用電極材。
[3]難黒鉛化性炭素をアルカリ賦活して作製される上記[1]又は[2]に記載の電気二重層キャパシタ用電極材。
[4]上記[1]〜[3]のいずれかに記載の電気二重層キャパシタ用電極材を用いた電気二重層キャパシタ用電極。
[5]上記[1]〜[4]のいずれかに記載の電気二重層キャパシタ用電極を用いてなる電気二重層キャパシタ。
That is, specifically, the features described in the following [1] to [5] are characterized.
[1] The surface functional group concentration is 0.3 to 0.6 mmol / g, the half-width (Δν) of the peak (G1) near 1580 cm −1 observed in the Raman spectrum is 68 to 75, and the average pore diameter is An electrode material for an electric double layer capacitor having a thickness of 1.73 nm or more.
[2] The electrode material for an electric double layer capacitor according to [1], wherein the specific surface area is 1800 to 2800 m 2 / g, the pore volume is 0.5 to 1.5 ml / g, and the average particle size is 1 to 10 μm.
[3] The electrode material for an electric double layer capacitor according to the above [1] or [2], which is produced by alkali activation of non-graphitizable carbon.
[4] An electric double layer capacitor electrode using the electric double layer capacitor electrode material according to any one of [1] to [3].
[5] An electric double layer capacitor using the electric double layer capacitor electrode according to any one of [1] to [4].

本発明によれば、ガス発生の少ない、長期寿命特性に優れる電気二重層キャパシタ用電極材、電気二重層キャパシタ用電極及び電池二重層キャパシタを得ることができる。   According to the present invention, it is possible to obtain an electrode material for an electric double layer capacitor, an electrode for an electric double layer capacitor, and a battery double layer capacitor that generate less gas and have excellent long-term life characteristics.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の電気二重層キャパシタ用電極材は、表面官能基濃度が0.3〜0.6mmol/gであり、ラマンスペクトルに観察される1580cm−1付近のピーク(G1)の半値幅(Δν1)が68〜75であり、平均細孔径が1.73nm以上であることを特徴とする。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The electrode material for an electric double layer capacitor of the present invention has a surface functional group concentration of 0.3 to 0.6 mmol / g, and a half-value width (Δν1) of a peak (G1) near 1580 cm −1 observed in a Raman spectrum. Is 68 to 75, and the average pore diameter is 1.73 nm or more.

本発明における電気二重層キャパシタ用電極材は、表面官能基濃度が0.3〜0.6mmol/gであるが、0.35〜0.55mmol/gであることが好ましく、0.4〜0.5mmol/gであることがより好ましい。表面官能基濃度0.6mmol/gを超えると、充放電時に大量にガスが発生し、電気二重層キャパシタの寿命特性が低下する傾向がある。0.3mmol/g未満だと電極作製がしづらく結果として電池特性を低下させる傾向がある。表面官能基濃度は、例えば得られた活性炭に不活性雰囲気下において熱処理を加えることにより低減することが可能である。   The electrode material for electric double layer capacitors in the present invention has a surface functional group concentration of 0.3 to 0.6 mmol / g, preferably 0.35 to 0.55 mmol / g, 0.4 to 0 More preferably, it is 5 mmol / g. When the surface functional group concentration exceeds 0.6 mmol / g, a large amount of gas is generated during charge and discharge, and the life characteristics of the electric double layer capacitor tend to be deteriorated. If it is less than 0.3 mmol / g, it is difficult to produce an electrode, and as a result, battery characteristics tend to be lowered. The surface functional group concentration can be reduced, for example, by subjecting the obtained activated carbon to a heat treatment in an inert atmosphere.

本発明における表面官能基濃度は、下記の方法で測定されるものとする。
電極材1gと0.1mol/l水酸化ナトリウム100mlをメスフラスコに入れ、25℃で20時間攪拌する。この電極材と水酸化ナトリウム混合液をろ過後、ろ液50mlをホールピペットで正確に量り、メスフラスコに入れる。指示薬としてメチルオレンジ3滴をろ液に適下し、この水溶液を0.1mol/lの塩酸で逆滴定する。電極材の表面官能基量(表面官能基濃度)は次式より評価できる。
The surface functional group concentration in the present invention is measured by the following method.
1 g of electrode material and 100 ml of 0.1 mol / l sodium hydroxide are placed in a volumetric flask and stirred at 25 ° C. for 20 hours. After filtering this electrode material and sodium hydroxide mixed solution, 50 ml of the filtrate is accurately weighed with a whole pipette and put into a volumetric flask. As an indicator, 3 drops of methyl orange are appropriately applied to the filtrate, and this aqueous solution is back titrated with 0.1 mol / l hydrochloric acid. The amount of surface functional groups (surface functional group concentration) of the electrode material can be evaluated from the following formula.

電極材表面官能基量(mmol/g)=(50−塩酸滴下量(ml))×0.1×2
なお、本方法において算出される表面官能基量は、炭素網面に付着及び付随する官能基の量であり、例えば、電極材表面に存在するラクトン基、水酸基、カルボキシル基等の官能基の総量となる。
Electrode material surface functional group amount (mmol / g) = (50-hydrochloric acid dropping amount (ml)) × 0.1 × 2
The amount of surface functional groups calculated in this method is the amount of functional groups attached to and attached to the carbon network surface. For example, the total amount of functional groups such as lactone groups, hydroxyl groups, and carboxyl groups present on the electrode material surface. It becomes.

本発明の電気二重層キャパシタ用電極材は、ラマンスペクトルに観察される1580cm−1付近のピーク(G1)の半値幅(Δν)の値が68〜75であり、70〜74であることが好ましい。ラマンスペクトルに観察される1580cm−1付近のピーク(G1)の半値幅(Δν)は、炭素結晶子の結晶構造を表しており、この値を見ることで炭素の微細構造を判断することが可能である。Δνの値が75を超えると結晶性が低くなるため、電解液と電極材の反応性が高くなり、EDLC(電気二重層コンデンサ)の寿命特性が低下する傾向がある。Δνの下限を68とする理由は、賦活前炭素の値が68であり、賦活することによりΔνの値が増加するため、68を下限値としている。 In the electrode material for an electric double layer capacitor of the present invention, the half-value width (Δν) of the peak (G1) near 1580 cm −1 observed in the Raman spectrum is 68 to 75, preferably 70 to 74. . The full width at half maximum (Δν) of the peak (G1) near 1580 cm −1 observed in the Raman spectrum represents the crystal structure of the carbon crystallite, and it is possible to determine the fine structure of carbon by looking at this value. It is. When the value of Δν exceeds 75, the crystallinity is lowered, and the reactivity between the electrolytic solution and the electrode material is increased, and the life characteristics of EDLC (electric double layer capacitor) tend to be lowered. The reason why the lower limit of Δν is set to 68 is that the value of carbon before activation is 68, and since the value of Δν increases by activation, 68 is set as the lower limit value.

(半値幅(Δν)測定方法)
プレパラート上にサンプル粉末(本発明の電極材)を載せ、スライドガラスで粉末表面を平らにする。これを測定ポートにセットし、プログラムの手順に従い波長範囲830cm−1〜1940cm−1で測定を行う。測定は、レーザラマン分光光度計(励起光:アルゴンイオンレーザ514.5nm)を用いる。得られたスペクトルについて、解析ソフト(spectra manager)のフィッティング解析ソフトを用い、成分a(ピーク:1595cm−1 半値幅:75cm−1)、成分b(ピーク:1510cm−1 半値幅:65cm−1)、成分c(ピーク:1355cm−1 半値幅:175cm−1)、成分d(ピーク:1200cm−1 半値幅:200cm−1)の4成分を仮設定し、4成分フィッティングを行い、1580cm−1付近とのピークをGバンドとして半値幅を算出し(図1参照)、3回測定の平均値を目的の値とする。
(Half width (Δν) measurement method)
The sample powder (electrode material of the present invention) is placed on the preparation, and the powder surface is flattened with a slide glass. Set this to measurement port, the measurement is carried out in the wavelength range 830cm -1 ~1940cm -1 according to the procedure of the program. For the measurement, a laser Raman spectrophotometer (excitation light: argon ion laser 514.5 nm) is used. The obtained spectra, using a fitting analysis software analysis software (spectra manager), component a (peak: 1595cm -1 half-width: 75 cm -1), component b (peak: 1510 cm -1 half width: 65cm -1) , Component c (peak: 1355 cm −1 half-value width: 175 cm −1 ), component d (peak: 1200 cm −1 half-value width: 200 cm −1 ) are temporarily set, four-component fitting is performed, and around 1580 cm −1 The half width is calculated using the peak of G as the G band (see FIG. 1), and the average value of the three measurements is set as the target value.

本発明における電気二重層キャパシタ用電極材は、平均細孔径が1.73以上であることを特長とする。電解液の溶媒和したイオン径は1nmほどであり、平均細孔径が1.73nm未満だとイオン拡散が不十分であるため、長期における充放電反応で劣化が大きく寿命特性が悪い。平均細孔径の上限は、制限するものではないが、1.9nmを超えると、かさ密度が低くなり、体積容量が低下する傾向があることから1.9nmとすることが好ましい。なお、本発明における平均細孔径は、窒素ガス吸着測定のBET比表面積と細孔容量から次式により算出することが可能である。   The electrode material for electric double layer capacitors in the present invention is characterized in that the average pore diameter is 1.73 or more. The solvated ion diameter of the electrolytic solution is about 1 nm, and if the average pore diameter is less than 1.73 nm, the ion diffusion is insufficient. The upper limit of the average pore diameter is not limited, but if it exceeds 1.9 nm, the bulk density tends to decrease and the volume capacity tends to decrease, and therefore it is preferably 1.9 nm. In addition, the average pore diameter in the present invention can be calculated by the following formula from the BET specific surface area and the pore volume measured by nitrogen gas adsorption.

平均細孔径 D(nm)=4V/S (V:細孔容量、S:BET比表面積)
本発明における電気二重層キャパシタ用電極材は、BET比表面積が1800〜2800m/gであることが好ましく、1900〜2500m/gであることがより好ましく、2000〜2500m/gであることが更に好ましい。BET比表面積が1800m/g未満であると十分な静電容量が得られない傾向があり、2500m/gを超えるとかさ密度が低くなり、電気二重層キャパシタの体積容量が低下する。なお、本発明におけるBET比表面積は窒素ガス吸着測定によって測定することが可能である。
Average pore diameter D (nm) = 4 V / S (V: pore volume, S: BET specific surface area)
It electric double layer capacitor electrode material in the present invention preferably has a BET specific surface area of 1800~2800m 2 / g, more preferably 1900~2500m 2 / g, a 2000~2500m 2 / g Is more preferable. When the BET specific surface area is less than 1800 m 2 / g, there is a tendency that sufficient capacitance cannot be obtained, and when it exceeds 2500 m 2 / g, the bulk density decreases and the volume capacity of the electric double layer capacitor decreases. In addition, the BET specific surface area in this invention can be measured by nitrogen gas adsorption measurement.

細孔容量は0.5〜1.5ml/gであることが好ましく、0.9〜1.2ml/gであることがより好ましく、0.95〜1.15ml/gであることがさらに好ましい。細孔容量が0.5ml/g未満であると、細孔発達が不充分であり、イオンの拡散性が低下し、十分な出力特性が得られない傾向がある。1.5ml/gを超えるとかさ密度の低下から体積容量が低下する傾向がある。なお、本発明における細孔容量は、窒素ガス吸着測定によって測定することが可能であり、相対圧値0.995での窒素吸着量から細孔容量を算出することとする。   The pore volume is preferably 0.5 to 1.5 ml / g, more preferably 0.9 to 1.2 ml / g, and still more preferably 0.95 to 1.15 ml / g. . When the pore volume is less than 0.5 ml / g, pore development is insufficient, ion diffusibility is lowered, and sufficient output characteristics tend not to be obtained. If it exceeds 1.5 ml / g, the volume capacity tends to decrease due to the decrease in bulk density. The pore volume in the present invention can be measured by nitrogen gas adsorption measurement, and the pore volume is calculated from the nitrogen adsorption amount at a relative pressure value of 0.995.

電極材の平均粒子径は1〜10μmであることが好ましく、1〜9μmであることがより好ましく、2〜8μmであることがさらに好ましい。平均粒子径が1μm未満であると、かさ密度が著しく低下し、体積容量が低下する傾向がある。10μmを超えると寿命特性が低下する傾向がある。なお、電極材の平均粒子径は、例えば、レーザー回折粒度測定装置を用いて測定することができる。また、平均粒子径は体積基準に基づいた累積粒度分布の50%値とする。   The average particle diameter of the electrode material is preferably 1 to 10 μm, more preferably 1 to 9 μm, and even more preferably 2 to 8 μm. When the average particle size is less than 1 μm, the bulk density is remarkably lowered and the volume capacity tends to be lowered. When it exceeds 10 μm, the life characteristics tend to be lowered. In addition, the average particle diameter of an electrode material can be measured using a laser diffraction particle size measuring apparatus, for example. The average particle diameter is set to 50% of the cumulative particle size distribution based on the volume standard.

本発明の電気二重層キャパシタ用電極材の製造法は、特に制限はないが、以下のようにして得ることが可能である。
原料は難黒鉛化性炭素となる前駆体を用いることが好ましく、前駆体にはフェノール樹脂を用いることがより好ましく、ノボラック型フェノール樹脂を用いることさらに好ましい。ノボラック型フェノール樹脂については硬化剤によって硬化処理を施すことが好ましく、ノボラック型フェノール樹脂を炭化して得られた炭素を用いて作製された電極材は、充電時に起こる構造変化が抑制され、出力特性の悪化が抑制されるので好ましい。
Although there is no restriction | limiting in particular in the manufacturing method of the electrode material for electric double layer capacitors of this invention, It can obtain as follows.
The raw material is preferably a precursor that becomes non-graphitizable carbon, more preferably a phenol resin is used as the precursor, and even more preferably a novolac type phenol resin. The novolac type phenolic resin is preferably subjected to a curing treatment with a curing agent. The electrode material produced using carbon obtained by carbonizing the novolak type phenolic resin suppresses structural changes that occur during charging, and outputs characteristics. It is preferable because deterioration of is suppressed.

ノボラック型フェノール樹脂の硬化剤としては特に制限はないが、具体的にはヘキサメチレンテトラミン、パラホルムアルデヒド等のホルムアルデヒド供給源が挙げられる。これらは、単独又は2種以上を組み合わせて使用される。また、硬化の手法としてはノボラック型フェノール樹脂を溶融させ硬化剤と混合する溶融硬化が一般的であるが、ノボラック型フェノール樹脂を水溶液中に縣濁させた後硬化剤を添加し、水溶液中で熱処理する縣濁硬化法、また、乾燥機等の加熱処理装置を用いた加熱硬化等が挙げられる。これらは、単独で又は2種以上を組み合わせて使用される。硬化した樹脂は粉砕して用いられることが好ましい。粉砕については、通常の粉砕機が用いられるが、具体的にはカッターミル、ピンミル、ジェットミル等によって粉砕することが挙げられる。これらは、単独行ってもよく又は2種以上の方法を組み合わせて行ってもよい。   Although there is no restriction | limiting in particular as a hardening | curing agent of a novolak type phenol resin, Specifically, formaldehyde supply sources, such as hexamethylenetetramine and paraformaldehyde, are mentioned. These are used individually or in combination of 2 or more types. Also, as a curing method, melt curing in which a novolak type phenol resin is melted and mixed with a curing agent is generally used. After the novolac type phenol resin is suspended in an aqueous solution, a curing agent is added and the aqueous solution is added. Examples thereof include a suspension curing method in which heat treatment is performed, and heat curing using a heat treatment apparatus such as a dryer. These are used alone or in combination of two or more. The cured resin is preferably used after being pulverized. For pulverization, a normal pulverizer is used, and specific examples include pulverization with a cutter mill, a pin mill, a jet mill or the like. These may be performed alone or in combination of two or more methods.

硬化し、粉砕処理を施した樹脂は炭化することが好ましい。炭化については、通常、窒素、アルゴン、ヘリウム、真空等の不活性雰囲気下、500〜1000℃の範囲で行うのが好ましく、600〜900℃で行うのがより好ましく、700〜800℃で行うことがさらに好ましい。炭化温度が500℃未満であると、得られる電極材が低結晶性のため、出力特性が悪い傾向がある。炭化温度が1000℃を超えると、賦活時に多量のアルカリ化合物が必要になるほか、結晶性の向上が出力特性に大きく寄与しなくなる傾向がある。また、得られた炭化物はさらに目的粒子径まで粉砕することが好ましい。粉砕機はピンミル、ジェットミル、ボールミル、ビーズミル等挙げられる。これらは、単独行ってもよく又は2種以上の方法を組み合わせて行ってもよい。   The cured and pulverized resin is preferably carbonized. About carbonization, it is preferable to carry out in the range of 500-1000 degreeC normally in inert atmosphere, such as nitrogen, argon, helium, and a vacuum, it is more preferable to carry out at 600-900 degreeC, and to carry out at 700-800 degreeC. Is more preferable. When the carbonization temperature is less than 500 ° C., the obtained electrode material tends to have poor output characteristics because of low crystallinity. When the carbonization temperature exceeds 1000 ° C., a large amount of alkali compound is required at the time of activation, and the improvement in crystallinity tends not to greatly contribute to the output characteristics. The obtained carbide is preferably further pulverized to the target particle size. Examples of the pulverizer include a pin mill, a jet mill, a ball mill, and a bead mill. These may be performed alone or in combination of two or more methods.

樹脂の炭化後、アルカリ賦活を行う。アルカリ賦活は、通常の方法により行うことができる。アルカリ賦活は下記のようにして行うことが好ましい。以下、賦活とはアルカリ賦活のことである。   After carbonization of the resin, alkali activation is performed. The alkali activation can be performed by a usual method. The alkali activation is preferably performed as follows. Hereinafter, activation refers to alkali activation.

炭化物とアルカリ化合物をプラネタリミキサ等の混合機を用い混合する。本発明において用いられるアルカリ化合物については特に制限はないが、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸カリウム等が挙げられる。中でも水酸化カリウムを用いると、高い比表面積を有する電極材が得られるため好ましい。この混合物をNi製容器に入れ、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性雰囲気下で500〜1000℃の範囲で0.5〜3時間熱処理を行う。この際の賦活温度は600〜900℃がより好ましい。また、賦活時間は1〜2時間がより好ましい。賦活温度は500℃未満であると賦活が進みにくく、所望の比表面積を持つ活性炭が得られない傾向があり、賦活温度が1000℃を超えると、Ni製容器中のアルカリ化合物による容器腐食が著しくなる傾向がある。また、賦活時間が0.5時間未満であると賦活が充分にいきわたらない傾向があり、所望の比表面積を持つ電極材が得られない傾向がある。賦活時間が3時間を超えて行っても細孔形成にほとんど変化はない傾向がある。   The carbide and the alkali compound are mixed using a mixer such as a planetary mixer. Although there is no restriction | limiting in particular about the alkaline compound used in this invention, For example, potassium hydroxide, sodium hydroxide, potassium carbonate etc. are mentioned. Of these, potassium hydroxide is preferable because an electrode material having a high specific surface area can be obtained. This mixture is put into a Ni container and heat-treated at a temperature of 500 to 1000 ° C. for 0.5 to 3 hours under an inert atmosphere such as nitrogen, argon or helium. As for the activation temperature in this case, 600-900 degreeC is more preferable. The activation time is more preferably 1 to 2 hours. If the activation temperature is less than 500 ° C., activation does not proceed easily, and activated carbon having a desired specific surface area tends not to be obtained. If the activation temperature exceeds 1000 ° C., the corrosion of the container due to the alkali compound in the Ni container is remarkable. Tend to be. In addition, if the activation time is less than 0.5 hours, activation tends to be insufficient, and an electrode material having a desired specific surface area tends not to be obtained. Even if the activation time exceeds 3 hours, there is a tendency that the pore formation hardly changes.

賦活後は、アルカリ化合物またはNi容器から混入した金属不純物を、磁洗にて大部分除去した後、酸により溶解抽出する。この方法については特に限定されるものではないが、例えば、賦活後の混合物を4質量%の塩酸中で80℃以上に加熱しながら攪拌し、金属不純物を溶解させる。その後酸溶液をろ過し、再度、同濃度塩酸を用いて前記工程を5回繰り返す。次いで純水を用いて前記同様の工程を5回以上行い、電極材に付着した塩酸を除去することにより、高純度な電極材が得られる。   After activation, the metal impurities mixed from the alkali compound or Ni container are largely removed by magnetic washing, and then dissolved and extracted with an acid. Although this method is not particularly limited, for example, the mixture after activation is stirred in 4% by mass of hydrochloric acid while heating to 80 ° C. or more to dissolve the metal impurities. Thereafter, the acid solution is filtered, and the above process is repeated again 5 times using the same concentration of hydrochloric acid. Subsequently, the same process as described above is performed 5 times or more using pure water, and hydrochloric acid adhering to the electrode material is removed, whereby a high-purity electrode material is obtained.

精製された電極材は、表面官能基を低減させるため、さらに不活性雰囲気下で熱処理を行うことが好ましい。熱処理温度は500〜1000℃が好ましく、600〜900℃がより好ましい。500℃未満の温度では表面官能基が充分低減できない傾向があり、寿命特性が低下する傾向がある。また、熱処理温度1000℃を超えると、比表面積や細孔容量などが低下する傾向があり、静電容量及び出力特性が低下する傾向がある。   The purified electrode material is preferably further heat-treated in an inert atmosphere in order to reduce surface functional groups. The heat treatment temperature is preferably 500 to 1000 ° C, more preferably 600 to 900 ° C. When the temperature is lower than 500 ° C., the surface functional groups tend not to be sufficiently reduced, and the life characteristics tend to be lowered. On the other hand, when the heat treatment temperature exceeds 1000 ° C., the specific surface area and pore volume tend to decrease, and the capacitance and output characteristics tend to decrease.

本発明により得られる電気二重層キャパシタ用電極材は、長期間での高い寿命特性を必要とする電気二重層キャパシタの電極材として好適である。本発明の電極材を使用する電気二重層キャパシタの構成、作製方法などについては特に制限はないが、例えば、以下のようにして電気二重層キャパシタを作製することができる。   The electrode material for electric double layer capacitors obtained by the present invention is suitable as an electrode material for electric double layer capacitors that require high life characteristics over a long period of time. Although there is no restriction | limiting in particular about the structure of the electrical double layer capacitor which uses the electrode material of this invention, a manufacturing method, For example, an electrical double layer capacitor is producible as follows.

電極は、本発明の電気二重層キャパシタ用電極材、バインダー及び各種添加剤等を溶剤などと共に攪拌機、混練機などにより混合分散し、スラリーを作製する。これを集電体に塗布することにより電極を作製することができる。また、ペースト状の塗料をシート状、ペレット状などの形状に成形し、これを集電体と一体化することでも電極を作製することが可能である。塗布後は、必要に応じて、平板プレス、カレンダーロール等による圧延処理を行う。   The electrode is prepared by mixing and dispersing the electrode material for an electric double layer capacitor of the present invention, a binder, various additives, and the like together with a solvent with a stirrer, a kneader, or the like. An electrode can be produced by applying this to a current collector. Further, it is possible to produce an electrode by forming a paste-like paint into a sheet shape, a pellet shape, or the like and integrating it with a current collector. After the application, a rolling process using a flat plate press, a calendar roll, or the like is performed as necessary.

上記バインダーとしては特に制限はないが、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)などのフッ素系樹脂や、スチレンブタジエンゴム(SBR)など用いることが可能である。これらのバインダーは、通常、粉末状として溶媒中に溶解、あるいは分散した状態で使用されるが、溶媒を用いず、粉末状のまま使用することも可能である。また、上記電極には、導電助材を混合することが好ましい。導電助剤としては、黒鉛や、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラックなどを使用することが可能である。   The binder is not particularly limited, but fluorine resins such as polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), and styrene butadiene rubber (SBR). Or the like. These binders are usually used in the form of powder dissolved or dispersed in a solvent, but it is also possible to use the powder as it is without using a solvent. The electrode is preferably mixed with a conductive additive. As the conductive assistant, graphite, carbon black such as acetylene black, ketjen black, or the like can be used.

上記集電体については、例えば、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼などを箔状、穴開け箔状、メッシュ状等にした帯状のものを用いることができる。また、多孔質材料、例えばポーラスメタル(発泡メタル)やカーボンペーパーなども使用可能である。   About the said electrical power collector, the strip | belt-shaped thing which made aluminum, nickel, stainless steel etc. into foil shape, perforated foil shape, mesh shape, etc. can be used, for example. A porous material such as porous metal (foamed metal) or carbon paper can also be used.

上記電極スラリーを塗布する方法として特に制限はないが、例えば、メタルマスク印刷法、静電塗装法、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラビアコート法、スクリーン印刷法など公知の方法が挙げられる。塗布後は、必要に応じて、平板プレス、カレンダーロール等による圧延処理を行う。また、シート状、ペレット状との形状に成形された電極材と集電体との一体化は、ロールプレスなど公知の方法により行うことが可能である。   The method for applying the electrode slurry is not particularly limited. For example, a metal mask printing method, an electrostatic coating method, a dip coating method, a spray coating method, a roll coating method, a doctor blade method, a gravure coating method, a screen printing method, etc. A well-known method is mentioned. After the application, a rolling process using a flat plate press, a calendar roll, or the like is performed as necessary. Further, the integration of the electrode material formed into a sheet shape or a pellet shape and the current collector can be performed by a known method such as a roll press.

本発明の電気二重層キャパシタは、本発明の電極材を用いてなる電極を、セパレータを介して対向配置し、電解液を注入することにより作製することができる。なお、キャパシタセル作製時は水分混入が起こらないように、グローブボックスなどを用いて不活性雰囲気下で行うことが好ましい。また、電極は吸着している水分を十分に除去した後、使用することが好ましい。   The electric double layer capacitor of the present invention can be produced by injecting an electrode using the electrode material of the present invention with a separator interposed therebetween and injecting an electrolytic solution. In addition, it is preferable to carry out in an inert atmosphere using a glove box etc. so that moisture mixing may not occur at the time of capacitor cell production. The electrode is preferably used after sufficiently removing the adsorbed moisture.

上記電解液は、水系、有機系と大別できるが、高電圧で使用できる点から、有機系電解液を使用することが好ましい。電解液及び電解質の種類については特に制限はないが、例えば、(CNBF、(CCHNBF等の第4級アンモニウム塩、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムBF等の常温溶融塩、LiBF等のリチウム含有塩などをプロピレンカーボネート等の有機溶剤に溶解して用いることが可能である。電解質のアニオン種としてはBFのほか、ClO 、PF 、AsF などが用いることができる。電解質を溶解させる有機溶剤としてはPC(プロピレンカーボネート)のほか、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、スルホランなど用いることができる。これら電解液の構成については、使用条件などから適宜選択することが好ましい。上記セパレータとしては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンを主成分とした不織布、クロス、微孔フィルムや紙などを用いることができる。 The electrolytic solution can be broadly classified into an aqueous type and an organic type, but it is preferable to use an organic electrolytic solution from the viewpoint that it can be used at a high voltage. No particular limitation is imposed on the type of electrolyte and the electrolyte, for example, (C 2 H 5) 4 NBF 4, (C 2 H 5) 3 CH 3 NBF 4 quaternary ammonium salts such as, 1-ethyl-3 It is possible to use a room temperature molten salt such as methylimidazolium BF 4 or a lithium-containing salt such as LiBF 4 dissolved in an organic solvent such as propylene carbonate. As the anion species of the electrolyte, in addition to BF 4 , ClO 4 , PF 4 , AsF 6 − and the like can be used. As the organic solvent for dissolving the electrolyte, γ-butyrolactone, acetonitrile, sulfolane and the like can be used in addition to PC (propylene carbonate). About the structure of these electrolyte solutions, it is preferable to select suitably from use conditions. As said separator, the nonwoven fabric, cloth, microporous film, paper, etc. which have polyolefins, such as polyethylene and a polypropylene, as a main component can be used.

本発明の電気二重層キャパシタの構造について特に制限はされないが、通常、正負極及びセパレータを扁平渦巻状に捲回して捲回式極板群としたり、これらを平板状として積層して積層式極板群とし、これら極板群を外装体内に封入した構造とするのが一般的である。   The structure of the electric double layer capacitor of the present invention is not particularly limited. Usually, the positive and negative electrodes and the separator are wound in a flat spiral shape to form a wound electrode plate group, or these are laminated in a flat plate shape to form a laminated electrode. In general, a plate group is used, and the electrode plate group is enclosed in an exterior body.

本発明の電気二重層キャパシタは、コイン型、積層型、円筒型セルなどとして使用される。また、本発明の電気二重層キャパシタ用電極材は、電気二重層キャパシタの他にも各種蓄電デバイス用電極材、電気化学素子等に適用可能である。   The electric double layer capacitor of the present invention is used as a coin type, multilayer type, cylindrical cell or the like. In addition to the electric double layer capacitor, the electrode material for electric double layer capacitor of the present invention can be applied to electrode materials for various power storage devices, electrochemical elements and the like.

以下に実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。
(実施例1)
フェノールホルムアルデヒド樹脂を500g秤量し、ヘキサミン50gとともに粉砕・混合した。混合物をホットプレート上のPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)をコーティングしたバットで溶融混合し、フェノール樹脂の半硬化物を得た。得られたフェノール樹脂半硬化物は熱風乾燥機で180℃、2時間アフターキュアを行い、樹脂硬化物を得た。得られた樹脂硬化物をカッターミルで100μm程度に粉砕し、雰囲気焼成炉にて窒素気流中、300ml/分の流量で室温(25℃)から750℃まで昇温し、2時間保持してフェノール樹脂炭化物を作製した。得られた炭化物は平均粒子径4μmまで粉砕し、これと炭化物重量に対し3.3倍量の水酸化カリウムと混合し、ボックス炉にて窒素気流中、300ml/分の流量で室温(25℃)から800℃まで昇温し、2時間保持してアルカリ賦活を行った。温度が室温(25℃)に戻ったらサンプルを取り出し、前記のアルカリ賦活に記載の酸により溶解抽出する方法により金属不純物を除去し、これを120℃で40時間乾燥し、活性炭を得た。得られた活性炭は窒素雰囲気下で室温(25℃)から600℃まで昇温後、1時間熱処理を行うことにより電極材を得た。
電極材のBET比表面積、細孔容量、平均細孔径については、Nガス吸着測定装置(株式会社島津製作所製ASAP−2010)を用いて測定した。平均粒径については、レーザー回折粒度測定装置(株式会社島津製作所製SALD−3000J)を用いて測定した。表面官能基量(濃度)は前述記載の方法(表面官能基測定法)により評価した。
半値幅(Δν)の値は、得られた電極材及び、窒素雰囲気下、600℃で1時間熱処理をした電極材について、レーザーラマン分光光度計(日本分光株式会社製NRS−1000型)を用いて、前述記載の方法(半値幅(Δν)測定方法)により求めた。静電容量及び出力特性については、以下の方法により電極セルを作製し評価した。結果を表1及び表2に示した。なお、電極材の表面官能基量の変化率は13%、Δν値は72.5であった。
The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
Example 1
500 g of phenol formaldehyde resin was weighed and ground and mixed with 50 g of hexamine. The mixture was melt-mixed with a vat coated with PTFE (polytetrafluoroethylene) on a hot plate to obtain a semi-cured product of a phenol resin. The obtained phenol resin semi-cured product was after-cured at 180 ° C. for 2 hours with a hot air dryer to obtain a cured resin product. The obtained resin cured product is pulverized to about 100 μm with a cutter mill, heated in a nitrogen stream in an atmosphere baking furnace at a flow rate of 300 ml / min from room temperature (25 ° C.) to 750 ° C., and held for 2 hours to phenol. Resin carbide was produced. The obtained carbide was pulverized to an average particle size of 4 μm, mixed with 3.3 times the amount of potassium hydroxide with respect to the weight of the carbide, and room temperature (25 ° C. at a flow rate of 300 ml / min in a nitrogen stream in a box furnace. ) To 800 ° C. and held for 2 hours to activate the alkali. When the temperature returned to room temperature (25 ° C.), a sample was taken out, and metal impurities were removed by the method of dissolving and extracting with the acid described in the above alkali activation, and this was dried at 120 ° C. for 40 hours to obtain activated carbon. The obtained activated carbon was heated from room temperature (25 ° C.) to 600 ° C. in a nitrogen atmosphere and then heat treated for 1 hour to obtain an electrode material.
The BET specific surface area, pore volume, and average pore diameter of the electrode material were measured using an N 2 gas adsorption measuring device (ASAP-2010 manufactured by Shimadzu Corporation). The average particle size was measured using a laser diffraction particle size measuring device (SALD-3000J, manufactured by Shimadzu Corporation). The surface functional group amount (concentration) was evaluated by the method described above (surface functional group measurement method).
The value of half width (Δν) is determined by using a laser Raman spectrophotometer (NRS-1000 type manufactured by JASCO Corporation) for the obtained electrode material and the electrode material heat-treated at 600 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. Then, it was determined by the method described above (half-value width (Δν) measurement method). For the capacitance and output characteristics, an electrode cell was prepared and evaluated by the following method. The results are shown in Tables 1 and 2. The change rate of the surface functional group amount of the electrode material was 13%, and the Δν value was 72.5.

なお、表2中において、「Δν1」の値は、ラマンスペクトルにおいて観察される1580cm−1付近のピーク(G1)の半値幅(Δν)の値である。
(電極セル作製方法)
電極材と導電助剤(電気化学工業株式会社製 HS100)及びカルボキシメチルセルロース(ダイセル化学工業株式会社製 DN−10L)2質量%水溶液、60質量%PTFE水分散液(ダイキン工業株式会社製 M−390)を100:10:200:5の割合(質量比)で混合し、水を加えスラリーを作製した後、アルミエッチング箔(宝泉製 膜厚20μm)に電極厚70μmとなるように塗布した。塗布電極を乾燥機にて80℃、5時間、120℃、3時間で乾燥した後、電極を直径16mmの円形の大きさに打ち抜き、電極を作製した。この電極を正極用、負極用に二枚用意し、紙セパレータ(日本高度紙工業株式会社製 TF40)とSUS製コインセル上下蓋、アルミスペーサーとともに真空乾燥機を用い120℃で3時間真空乾燥を行った。乾燥後はアルゴン置換グローブボックス内にて、コイン型キャパシタセルの作製を行った。セルは、セパレータを介して2枚の電極を対向させた後、セル内の空間を埋めるためアルミスペーサーを入れ、作製した。電解液を約0.03ml入れた後、サイドボックス内で10torr以下の減圧度で10分間減圧含浸処理を行ってからコインセルを密封した。作製したセルは充放電試験機(東陽システム株式会社製 TOSCAT)に接続し、充放電試験を行った。なお、電解液としてトリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボーレートの1.4mol/lプロピレンカーボネート溶液(富山薬品工業株式会社製)を用いたが、本発明の効果は、特に電解液の種類、濃度などに制限はされない。
In Table 2, the value of “Δν1” is the value of the half width (Δν) of the peak (G1) near 1580 cm −1 observed in the Raman spectrum.
(Electrode cell manufacturing method)
Electrode material and conductive additive (HS100 manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) and carboxymethylcellulose (DN-10L manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) 2% by weight aqueous solution, 60% by weight PTFE aqueous dispersion (M-390 manufactured by Daikin Industries, Ltd.) ) Was mixed at a ratio (mass ratio) of 100: 10: 200: 5, and water was added to prepare a slurry, which was then applied to an aluminum etching foil (having a film thickness of 20 μm) to an electrode thickness of 70 μm. The coated electrode was dried with a dryer at 80 ° C. for 5 hours, 120 ° C. for 3 hours, and then the electrode was punched into a circular shape with a diameter of 16 mm to produce an electrode. Prepare two electrodes for the positive electrode and the negative electrode, and vacuum dry at 120 ° C for 3 hours using a vacuum separator together with a paper separator (TF40 manufactured by Nippon Advanced Paper Industries Co., Ltd.), a SUS coin cell upper and lower lid, and an aluminum spacer. It was. After drying, a coin-type capacitor cell was produced in an argon-substituted glove box. The cell was prepared by placing two electrodes facing each other through a separator and then inserting an aluminum spacer to fill the space in the cell. After adding about 0.03 ml of the electrolytic solution, the coin cell was sealed after performing a reduced pressure impregnation treatment in a side box at a reduced pressure of 10 torr or less for 10 minutes. The produced cell was connected to a charge / discharge tester (TOSCAT manufactured by Toyo System Co., Ltd.), and a charge / discharge test was performed. Although a 1.4 mol / l propylene carbonate solution of triethylmethylammonium tetrafluoroborate (manufactured by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) was used as the electrolytic solution, the effects of the present invention are not particularly limited to the type and concentration of the electrolytic solution. Not.

(電極特性の評価方法)
前記で作製したキャパシタセルは、恒温槽にて所定温度で3時間以上放置した後、以下の条件により充放電試験を行い、25℃(常温)及び−30℃(低温)での電極特性評価を行った。結果を表2に示した。
・充電条件:定電流/定電圧
・充電電流:6mA
・充電電圧:2.5V
・充電時間:2時間
・放電条件:定電圧
・放電電流:6mA
・放電電圧:0V
静電容量は、前記記載の充放電試験で得られた放電曲線の1.7V(電圧:V1、時間:T1(秒))から1.3V(電圧:V2、時間:T2(秒))の傾きから算出する(次式参照)。
(Evaluation method of electrode characteristics)
The capacitor cell prepared above was left in a thermostatic chamber at a predetermined temperature for 3 hours or more, and then subjected to a charge / discharge test under the following conditions to evaluate electrode characteristics at 25 ° C. (room temperature) and −30 ° C. (low temperature). went. The results are shown in Table 2.
・ Charging conditions: constant current / constant voltage ・ Charging current: 6 mA
・ Charging voltage: 2.5V
・ Charging time: 2 hours ・ Discharging conditions: constant voltage ・ Discharging current: 6 mA
・ Discharge voltage: 0V
The capacitance is 1.7 V (voltage: V1, time: T1 (seconds)) to 1.3 V (voltage: V2, time: T2 (seconds)) of the discharge curve obtained in the charge / discharge test described above. Calculate from the slope (see next formula).

静電容量(F/g)=(T2−T1)×0.006/(V1−V2)/G
(G:活物質量(g))
また、出力特性は直流抵抗値を指標として評価した。直流抵抗値は放電曲線の10秒から40秒までの曲線について近似直線を引き、この切片値と満充電電圧値の差分を電圧低下ΔVとし、次式により抵抗値を求めた。
Capacitance (F / g) = (T2−T1) × 0.006 / (V1−V2) / G
(G: active material amount (g))
The output characteristics were evaluated using the DC resistance value as an index. For the DC resistance value, an approximate straight line was drawn for the curve from 10 seconds to 40 seconds of the discharge curve, and the difference between the intercept value and the full charge voltage value was defined as a voltage drop ΔV, and the resistance value was obtained by the following equation.

抵抗値(Ω)=ΔV/0.006
また、寿命測定評価は、25℃及び−30℃における前記に示される充放電測定を行った後、60℃にて充放電を繰り返し行うことによって測定した。サイクル特性評価の詳細条件を以下に示す。また、図1にサイクル数に対するクーロン効率(容量保持率)を示した。
・充電条件:定電流/定電圧
・充電電流:6mA
・充電電圧:2.5V
・充電時間:2時間
・放電条件:定電圧
・放電電流:6mA
・放電電圧:0V
充放電におけるクーロン効率は、充電容量(C1)と放電容量(C2)より以下の式によって求めた。
Resistance value (Ω) = ΔV / 0.006
Moreover, lifetime measurement evaluation was measured by repeatedly performing charging / discharging at 60 degreeC, after performing the charging / discharging measurement shown above at 25 degreeC and -30 degreeC. Detailed conditions for cycle characteristic evaluation are shown below. FIG. 1 shows the Coulomb efficiency (capacity retention) with respect to the number of cycles.
・ Charging conditions: constant current / constant voltage ・ Charging current: 6 mA
・ Charging voltage: 2.5V
・ Charging time: 2 hours ・ Discharging conditions: constant voltage ・ Discharging current: 6 mA
・ Discharge voltage: 0V
Coulomb efficiency in charging / discharging was calculated | required with the following formula | equation from the charging capacity (C1) and the discharge capacity (C2).

クーロン効率(%)=(C2/C1)×100
さらに、セル膨張率は試験前のセルの厚み(A1)及び試験後のセルの厚み(A2)を測定し、以下の式によって求めた。
セル膨張率(%)=(A2/A1)×100
Coulomb efficiency (%) = (C2 / C1) × 100
Furthermore, the cell expansion coefficient was obtained by the following equation by measuring the cell thickness (A1) before the test and the cell thickness (A2) after the test.
Cell expansion rate (%) = (A2 / A1) × 100

(実施例2)
熱処理後の温度を700℃とした以外は、実施例1と同様に行った。なお、Δν値は73.0であった。
(実施例3)
熱処理後の温度を800℃とした以外は、実施例1と同様に行った。なお、Δν値は72.7であった。
(実施例4)
樹脂硬化物の炭化温度を700℃とし、アルカリ賦活時の水酸化カリウム量を炭化物重量に対して2.7倍量とした以外は実施例1と同様に行った。なお、Δν値は72.4であった。
(Example 2)
The same operation as in Example 1 was performed except that the temperature after the heat treatment was set to 700 ° C. The Δν value was 73.0.
(Example 3)
The same procedure as in Example 1 was performed except that the temperature after the heat treatment was 800 ° C. The Δν value was 72.7.
Example 4
The same procedure as in Example 1 was performed except that the carbonization temperature of the cured resin was 700 ° C., and the amount of potassium hydroxide during alkali activation was 2.7 times the weight of the carbide. The Δν value was 72.4.

(比較例1)
熱処理を実施しなかった以外は、実施例1と同様に行った。なお、Δν値は72.5であった。
(比較例2)
樹脂硬化物の炭化温度を600℃とし、アルカリ賦活時の水酸化カリウム量を炭化物重量に対して2.15倍量とした以外は実施例1と同様に行った。なお、Δν値は87.6であった。
(比較例3)
アルカリ賦活時の水酸化カリウム量を炭化物重量に対して2.5倍量とした以外は、実施例4と同様に行った。なお、Δν値は72.1であった。
(Comparative Example 1)
The procedure was the same as Example 1 except that no heat treatment was performed. The Δν value was 72.5.
(Comparative Example 2)
The same procedure as in Example 1 was performed except that the carbonization temperature of the cured resin was 600 ° C., and the amount of potassium hydroxide during alkali activation was 2.15 times the amount of the carbide. The Δν value was 87.6.
(Comparative Example 3)
The same operation as in Example 4 was conducted except that the amount of potassium hydroxide at the time of alkali activation was 2.5 times the amount of carbide. The Δν value was 72.1.

Figure 2010103152
Figure 2010103152

Figure 2010103152
Figure 2010103152

表2に示したように、実施例1〜4について、表面官能基濃度は0.6mmol/g以下となり、60℃における寿命評価での初期効率は熱処理を施してない比較例1に比べ、高くなっている。図1より、初期寿命特性は熱処理を施した方が良好であることがわかる。   As shown in Table 2, for Examples 1 to 4, the surface functional group concentration was 0.6 mmol / g or less, and the initial efficiency in life evaluation at 60 ° C. was higher than that of Comparative Example 1 where heat treatment was not performed. It has become. FIG. 1 shows that the initial life characteristics are better when heat treatment is performed.

また、表2に示したようにセル膨張率は官能基濃度の高い比較例1が高いのに対し、実施例は低くなっており、ガス発生が抑えられていることが分かる。さらに、低温にて高容量であり、高い出力特性を示すことがわかる。   Further, as shown in Table 2, the cell expansion coefficient is high in Comparative Example 1 having a high functional group concentration, whereas the Examples are low, and it is understood that gas generation is suppressed. Further, it can be seen that the capacity is high at low temperatures and high output characteristics are exhibited.

表1に示したように、ラマンスペクトルにおいて観察される1580cm−1付近のピーク(G1)の半値幅(Δν1)の値が68〜75である実施例は、寿命測定初期以降(20サイクル目以降)において高い効率を示している。それに対し、比較例2は寿命初期以降でも充放電効率が向上することがなく、実施例より比較的低い充放電効率を示した。すなわち、Δν1の制御が長期寿命特性向上に有効に働くということがわかる。 As shown in Table 1, the examples in which the half-value width (Δν1) of the peak (G1) near 1580 cm −1 observed in the Raman spectrum is 68 to 75 are from the beginning of the lifetime measurement (after the 20th cycle). ) Shows high efficiency. In contrast, Comparative Example 2 did not improve the charge / discharge efficiency even after the beginning of the lifetime, and showed a relatively lower charge / discharge efficiency than the Examples. That is, it can be seen that the control of Δν1 works effectively for improving long-term life characteristics.

本発明によれば、長期寿命特性に優れ、高容量であり低温域において高い出力特性を有する電気二重層キャパシタ用電極材、電気二重層キャパシタを得ることが可能となることが判った。   According to the present invention, it was found that an electrode material for an electric double layer capacitor and an electric double layer capacitor having excellent long-term life characteristics, high capacity, and high output characteristics in a low temperature range can be obtained.

寿命測定を示す図であり、充放電を繰り返した際(横軸;サイクル数)のクーロン効率(容量保持率、縦軸)を示す図である。It is a figure which shows a lifetime measurement, and is a figure which shows the Coulomb efficiency (capacity retention, a vertical axis | shaft) at the time of repeating charging / discharging (horizontal axis; number of cycles). ラマンスペクトルによる1580cm−1付近と1360cm−1付近のピークをGバンドおよびDバンドとして半値幅を算出するための方法を示す図である。It is a diagram illustrating a method for calculating the half value width of the peak around 1580 cm -1 and near 1360 cm -1 by Raman spectra as G-band and D-band.

Claims (5)

表面官能基濃度が0.3〜0.6mmol/g、ラマンスペクトルに観察される1580cm−1付近のピーク(G1)の半値幅(Δν)が68〜75であり、平均細孔径が1.73nm以上である電気二重層キャパシタ用電極材。 The surface functional group concentration is 0.3 to 0.6 mmol / g, the half width (Δν) of the peak (G1) near 1580 cm −1 observed in the Raman spectrum is 68 to 75, and the average pore diameter is 1.73 nm. The electrode material for an electric double layer capacitor as described above. 比表面積が1800〜2800m/g、細孔容量0.5〜1.5ml/g、平均粒径が1〜10μmである請求項1記載の電気二重層キャパシタ用電極材。 2. The electrode material for an electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the specific surface area is 1800 to 2800 m 2 / g, the pore volume is 0.5 to 1.5 ml / g, and the average particle size is 1 to 10 μm. 難黒鉛化性炭素をアルカリ賦活して作製される請求項1または請求項2に記載の電気二重層キャパシタ用電極材。   The electrode material for an electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the electrode material is produced by alkali activation of non-graphitizable carbon. 請求項1〜請求項3のいずれかに記載の電気二重層キャパシタ用電極材を用いた電気二重層キャパシタ用電極。   The electrode for electric double layer capacitors using the electrode material for electric double layer capacitors in any one of Claims 1-3. 請求項1〜請求項4のいずれかに記載の電気二重層キャパシタ用電極を用いてなる電気二重層キャパシタ。   The electric double layer capacitor which uses the electrode for electric double layer capacitors in any one of Claims 1-4.
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