JP2012054552A - リチウムイオンキャパシタ - Google Patents
リチウムイオンキャパシタ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012054552A JP2012054552A JP2011186041A JP2011186041A JP2012054552A JP 2012054552 A JP2012054552 A JP 2012054552A JP 2011186041 A JP2011186041 A JP 2011186041A JP 2011186041 A JP2011186041 A JP 2011186041A JP 2012054552 A JP2012054552 A JP 2012054552A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- active material
- negative electrode
- lithium ion
- material particles
- ion capacitor
- 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
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 49
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 49
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 85
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims abstract description 75
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims abstract description 29
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims description 11
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 7
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 claims description 3
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011357 graphitized carbon fiber Substances 0.000 claims description 3
- 229910021470 non-graphitizable carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract 1
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 8
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 4
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 4
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 4
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 4
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 4
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 4
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 4
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 4
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 4
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 4
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 4
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 4
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 4
- 238000012983 electrochemical energy storage Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004962 Polyamide-imide Substances 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 239000012461 cellulose resin Substances 0.000 description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 2
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 2
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003287 bathing Methods 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000005001 laminate film Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-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
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-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]
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
【課題】負極の容量増加に伴ってエネルギー密度を増大させることができるリチウムイオンキャパシタを提供する。
【解決手段】負極集電体112aと、該負極集電体112aの少なくとも一面に配置され、第1の活物質粒子及び該第1の活物質粒子間の空隙に配置される第2の活物質粒子を有する負極活物質層112bとを備える負極112を含む。活物質粒子は天然黒鉛、カーボンナノチューブなどの炭素系粒子とシリコン酸化物粒子とからなる。
【選択図】図2
【解決手段】負極集電体112aと、該負極集電体112aの少なくとも一面に配置され、第1の活物質粒子及び該第1の活物質粒子間の空隙に配置される第2の活物質粒子を有する負極活物質層112bとを備える負極112を含む。活物質粒子は天然黒鉛、カーボンナノチューブなどの炭素系粒子とシリコン酸化物粒子とからなる。
【選択図】図2
Description
本発明は、リチウムイオンキャパシタに関するもので、第1の活物質粒子と該第1の活物質粒子間の空隙に配置される第2の活物質粒子とを含む負極活物質層を有するリチウムイオンキャパシタに関するものである。
一般に、電気化学的エネルギー保存装置は、全ての携帯用情報通信機器や電子機器において必須な、完成品機器の核心部品として用いられている。また、該電気化学的エネルギー保存装置は、未来型電気自動車や携帯用電子装置等に適用されることができる新再生エネルギー分野における高品質なエネルギー源として用いられるはずである。
電気化学的エネルギー保存装置は、電気化学的原理を用いるもので、リチウムイオン電池及び電気化学キャパシタが代表的なものである。
該リチウムイオン電池は、リチウムイオンを用いて連続して充放電可能なエネルギー装置であって、単位重さあるいは体積当りの蓄積可能なエネルギー密度が電気化学キャパシタに比べて優れて有力な電源として研究されてきている。しかしながら、該リチウムイオン電池は、安全性の低下、短い使用期間、長い充電時間、小さい出力密度などの短所があって、商用化において多くの困難さを有している。
最近、電気化学キャパシタは、リチウムイオン電池に比べてエネルギー密度は小さいが、優れた瞬間出力を有すると共に長寿命特性を有して、リチウムイオン電池に取って代わることができる新たな対案として注目を浴びている。
特に、電気化学キャパシタのうちリチウムイオンキャパシタは、他の電気化学キャパシタに比べて出力を減少させることなくエネルギー密度を増大させることができ、多くの注目を浴びている。
しかしながら、依然として商用化するための電気二重層キャパシタ(Electric double Layer capacitor)に次ぐ出力密度を維持したままで、エネルギー密度を獲得できなく、これに関する研究がなされている。
しかしながら、依然として商用化するための電気二重層キャパシタ(Electric double Layer capacitor)に次ぐ出力密度を維持したままで、エネルギー密度を獲得できなく、これに関する研究がなされている。
現在、リチウムイオンキャパシタは、エネルギー密度を高めるために他の活物質に比べて高容量の黒鉛を用いているが、黒鉛の最大理論容量が372mAh/gで負極の容量を増大させるのに限界があった。さらに、実質的に黒鉛の最大理論容量を最大に用いることができないという問題があった。
本発明は上記の問題点に鑑みて成されたものであって、第1の活物質粒子と該第1の活物質粒子間の空隙に配置される第2の活物質粒子とを含む負極活物質層を有することによって、負極の容量増加に伴ってエネルギー密度を増大させることができるリチウムイオンキャパシタを提供するにその目的がある。
上記目的を解決するために、本発明の好適な実施形態によるリチウムイオンキャパシタは、セパレータを挟んで互いに交互に配置される正極及び負極を含むリチウムイオンキャパシタであって、前記負極は、負極集電体と、該負極集電体の少なくとも一面に配置され、第1の活物質粒子及び該第1の活物質粒子間の空隙に配置される第2の活物質粒子を含む負極活物質層とを有することができる。
ここで、前記第1の活物質粒子は、天然黒鉛、人造黒鉛、黒鉛化炭素繊維、難黒鉛性カーボン及びカーボンナノチューブのうち少なくともいずれか1つを含むことができる。
また、前記第2の活物質粒子は、シリコン酸化物を含むことができる。
また、前記第2の活物質粒子は、10〜100nmの粒径範囲を有することができる。
また、前記負極活物質層は、導電材をさらに含むことができる。
また、前記導電材は、アセチレンブラックを含むことができる。
また、前記第1及び第2の活物質粒子には、リチウムイオンがドーピングされることができる。
また、前記第2の活物質粒子は、前記第1の活物質粒子を基準に1/10倍〜1/3倍の体積比で混合されることができる。
また、前記正極は、集電体と該集電体の少なくとも一面に配置される正極活物質層とを含むことができる。
また、前記正極活物質層は、活性炭を含むことができる。
本発明の実施形態によれば、第1の活物質粒子と該第1の活物質粒子間の空隙に配置される第2の活物質粒子とを含む負極活物質層を有することによって、活物質粒子の容量を増大し、リチウムイオンキャパシタのエネルギー密度を増大させることができる。
また、本発明の実施形態によれば、第1の活物質粒子と該第1の活物質粒子間の空隙に配置される第2の活物質粒子とを含む負極活物質層を有することによって、リチウムイオンキャパシタの信頼性及び安定性を確保することができる。
以下、本発明の好適な実施の形態は図面を参考にして詳細に説明する。次に示される各実施の形態は当業者にとって本発明の思想が十分に伝達されることができるようにするために例として挙げられるものである。従って、本発明は以下示している各実施の形態に限定されることなく他の形態で具体化されることができる。そして、図面において、装置の大きさ及び厚さなどは便宜上誇張して表現されることができる。明細書全体に渡って同一の参照符号は同一の構成要素を示している。
図1は、本発明の実施形態によるリチウムイオンキャパシタの分解斜視図である。
図2は、図1中の電極セルの断面図である。図3は、図2中のA領域の拡大図である。
図1〜図3を参照して、本発明の第1の実施形態によるリチウムイオンキヤパシタ100は、電解液を含浸している電極セル110と、該電極セル110を外部から封止するハウジング150とを含むことができる。
電極セル110は、セパレータ113を介して互いに交互に配置される正極111及び負極112を含むことができる。正極111及び負極112は互いに一部で重畳していてもよい。正極111はカソード(cathode)またはポジティブ電極(positive electrode)と呼ばれる。また、負極は、アノード(Anode)またはネガティブ電極(negative electrode)と呼ばれる。
負極112は、負極集電体112aと、負極集電体112aの少なくとも一面に順次配置される負極活物質層112bとを含むことができる。
負極集電体112aは、金属、例えば銅、ニッケル及びステンレスのうちいずれか1つまたは2つ以上の合金によって形成されることができる。負極集電体112aは薄膜の形態を有するか、またはイオンの移動を効率よく行って均一なドーピング工程のために多数の貫通孔を有するメッシュの形態を有することができる。
負極活物質層112bは、リチウムイオンを可逆的にドーピング及び脱ドーピングできる活物質粒子を含むことができる。該活物質粒子は、異なる粒径サイズを有する第1及び第2の活物質粒子A1、A2を含むことができる。第1の活物質粒子A1間の空隙は、第2の活物質粒子A2によって充填されることができる。これにより、負極活物質層112b内で活物質粒子の充填密度を増大させ、負極活物質層112bの容量を増大させることができる。そのため、負極活物質層112bの容量を増大させ、リチウムイオンキャパシタのエネルギー密度を増大させることができる。
第1の活物質粒子A1は天然黒鉛、人造黒鉛、黒鉛化炭素繊維、難黒鉛性カーボン及びカーボンナノチューブのうち少なくともいずれか1つを含むことができる。
ここで、第1の活物質粒子A1は2〜20μmの粒径範囲を有することができる。第1の活物質粒子A1が2μm未満の粒径サイズを有する場合、第1の活物質粒子A1間の充放電サイクルの特性が低下することになり、一方、第1の活物質粒子A1が20μm超の粒径サイズを有する場合、負極の平滑性を低下させることになる。
第2の活物質粒子A2はシリコン酸化物からなることができる。該シリコン酸化物は、黒鉛に比べて大きい理論容量を有することができる。さらに、該シリコン酸化物は、ナノサイズの直径を有することができる。これは、該シリコン酸化物がマイクロサイズよりナノサイズの大きさを有する場合、理論容量をより増大させることができるためである。
第2の活物質粒子A2は10〜100nmの粒径範囲を有することができる。第2の活物質粒子A2が10nm未満の粒径サイズを有する場合、第1の活物質粒子A1間の空隙を充填するために多量の第2の活物質粒子A2を必要とする。また、第2の活物質粒子A2が100nm超の粒径範囲を有する場合、第1の活物質粒子A1間の空隙を充填するのに効果がないだけでなく充放電時に第2の活物質粒子A2の収縮及び膨張によって、リチウムイオンキャパシタのサイクル寿命特性を低下させることになる。
これにより、負極活物質層112bは炭素系材料の第1の活物質粒子のみを含む場合より第2の活物質粒子をさらに含み、負極活物質層112bにおいて活物質粒子の充填密度を高めることができる。これにより、第1の活物質粒子A1の理論容量に近く用いることができる。さらに、第2の活物質粒子A2は第1の活物質粒子A1に比べて高い理論容量を有することによって、負極活物質層112bの容量をより増大させることができる。これにより、リチウムイオンキャパシタ100のエネルギー密度を増大させることができる。これは、リチウムイオンキャパシタ100のエネルギー密度は、電極の容量によって増加することができるためである。
また、第1及び第2の活物質粒子A1、A2の充填密度の増加に伴って、負極集電体112aと負極活物質層112bとの間の接合力を向上させ、従来と対比してバインダの含量を減らして、リチウムイオンキャパシタ100の内部抵抗を低くすることができる。
また、第1及び第2の活物質粒子A1、A2の充填密度の増加にと伴って、負極集電体112aと負極活物質層112bとの間の接合力を向上させ、リチウムイオンキャパシタ100の信頼性及び安定性を確保することができる。
これに加えて、負極活物質層112bの電気伝導度を増大させるために、導電材をさらに含むことができる。該導電材の例としては、アセチレンブラックが挙げられる。
第2の活物質粒子A2は、第1の活物質粒子A1を基準に1/10倍〜1/3倍の体積比で混合されてもよい。該第2の活物質粒子A2が1/10倍未満に混合される場合、第1の活物質粒子A1間の空隙を充填するのに容量増加の効果がなく、1/3倍超の場合、充放電時に第2の活物質粒子A2の収縮及び膨張によってリチウムイオンキャパシタのサイクル寿命特性を低下させることになる。
負極活物質層112bはバインダをさらに含むことができる。該バインダを形成する材料の例としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等のフッ素系樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエチレン(PE)及びポリプロピレン(PP)等の熱可塑性樹脂、カルボキシメチルセルロース(CMC)等のセルロース系樹脂、スチレンブタジエンゴム(SBR)等のゴム系樹脂、エチレンプロピレンジエン共重合体(EPDM)、ポリジメチルシロキサン(PDMS)及びポリビニリピロリドン(PVP)等のうちのいずれか一つまたは2つ以上であってもよい。
第1の負極活物質層112bにリチウムイオンがプレドーピングされており、第1の負極活物質層112bの電位は、リチウムを基準に0Vに近接して、リチウムイオンキャパシタのエネルギー密度を増大させて充放電サイクルの信頼性を向上させることができる。ここで、第1の負極活物質層112bの電位は、リチウムイオンのプレドーピング工程の制御で適用製品によって多様に変更されてもよい。
これに加えて、負極112は、外部電源と接続するための負極端子130を備えることができる。負極端子130は負極集電体112aから延びている。負極端子130はそれぞれの負極集電体112aから延びて多数積層され、該外部電源と容易に接触するために積層された負極端子130は超音波融着により一体化されることができる。これに加えて、負極端子130は別途の外部端子を備え、外部端子と融着または溶接により接続されることができる。
正極111は、正極集電体111aと正極集電体111aの少なくとも一面に配置される正極活物質層111bとを含むことができる。
ここで、正極集電体111aは金属、例えばアルミニウム、ステンレス、銅、ニッケル、チタン、タンタル、ニオブのうちいずれか1つまたはこれらの合金によって形成されることができる。正極集電体111aは、薄膜またはメッシュの形態を有することができる。
また、正極活物質層111bはイオンを可逆的にドーピング及び脱ドーピングできる炭素材料、即ち活性炭を含むことができる。また、正極活物質層111bはバインダをさらに含むことができる。該バインダを形成する材料の例としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)及びポリフッ化ピニリデン(PVDF)等のフッ素系樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエチレン(PE)及びポリプロピレン(PP)等の熱可塑性樹脂、カルボキシメチルセルロース(CMC)等のセルロース系樹脂、スチレンブタジエンゴム(SBR)等のゴム系樹脂、エチレンプロピレンジエン共重合体(EPDM)、ポリジメチルシロキサン(PDMS)及びポリビニリピロリドン(PVP)等のうちのいずれか一つまたは2つ以上であってもよい。また、正極活物質層111bは導電材、例えばカーボンブラック、溶媒などをさらに含むことができる。
本発明の実施形態においては、正極活物質層111bの材料に対して限定するわけではない。
正極111は、外部電源と接続するための正極端子120を備えることができる。正極端子112は別途の端子を融着して形成されるか、または正極111の正極集電体111aから延びて形成されることができる。
また、正極端子120及び負極端子130それぞれの上下部の一部領域に絶縁部材140がさらに設けられる。該絶縁部材140は、正極端子120及び負極端子130と後述のハウジング150との間の絶縁性を確保する役割をする。
セパレータ113は、正極111と負極112とを電気的に分離する役割をすることができる。該セパレータ113は紙または不織布であってもよいが、本発明の実施形態においてはセパレータ113の種類に対して限定するわけではない。
本発明の実施形態において、電極セル110はパウチタイプであると示したが、これに限定されるわけではなく、正極111、負極112及びセパレータ113がロール形態で巻き取られた巻取タイプであってもよい。
電極セル110は電解液に含浸されている。該電解液は、正極111の正極活物質層111bと、負極112の第1及び第2の負極活物質層112b、112cと、セパレータ113とに含浸されていてもよい。
電解液は、リチウムイオンを移動可能な媒質の役割をするもので、電解質及び溶媒を含むことができる。ここで、電解質は、LiPF6、LiBF4及びLiCIO4のうちのいずれか1つのリチウム塩を含むことができる。該リチウム塩は、リチウムイオンキャパシタの充電時に負極としてドーピングされるリチウムイオンの供給源になる。また、電解液の溶媒として用いられる材料の例としては、プロピレンカーボネート(propylene carbonate)、エチレンカーボネート(ethylene carbonate)、ジエチルカーボネート(diethyl carbonate)、ジメチルカーボネート(dimethyl carbonate)及びエチルメチルカーボネート(ethylmethyl carbonate)のうちいずれか1つまたは2つ以上の混合溶媒であってもよい。
電解液に含浸された電極セル110は、ハウジング150によって封止される。該ハウジング150は、2枚のラミネートフィルムを熱融着して形成されることができる。本発明の実施形態で、ハウジング150の形態に対して限定するわけではなく、他の例としてハウジング150は金属缶で設けられることができる。
従って、本発明の実施形態でのように、第1の活物質粒子と該第1の活物質粒子間の空隙に配置される第2の活物質粒子とを含む負極活物質層を有することによって、活物質粒子の容量を増大して、リチウムイオンキャパシタのエネルギー密度を増大させることができる。
また、第1の活物質粒子と該第1の活物質粒子間の空隙に配置される第2の活物質粒子とを含む負極活物質層を有することによって、リチウムイオンキャパシタの信頼性及び安定性を確保することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、前記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
100 リチウムイオンキャパシタ
110 電極セル
111 正極
111a 正極集電体
111b 正極活物質層
112 負極
112a 負極集電体
112b 第1の負極活物質層
112c 第2の負極活物質層
113 セパレータ
120 正極端子
130 負極端子
140 絶縁部材
150 ハウジング
110 電極セル
111 正極
111a 正極集電体
111b 正極活物質層
112 負極
112a 負極集電体
112b 第1の負極活物質層
112c 第2の負極活物質層
113 セパレータ
120 正極端子
130 負極端子
140 絶縁部材
150 ハウジング
Claims (10)
- セパレータを挟んで互いに交互に配置される正極及び負極を含むリチウムイオンキャパシタにおいて、
前記負極は、負極集電体と、該負極集電体の少なくとも一面に配置され、第1の活物質粒子及び該第1の活物質粒子間の空隙に配置される第2の活物質粒子を有する負極活物質層とを備えるリチウムイオンキャパシタ。 - 前記第1の活物質粒子は、天然黒鉛、人造黒鉛、黒鉛化炭素繊維、難黒鉛性カーボン及びカーボンナノチューブのうち少なくともいずれか1つを含む請求項1に記載のリチウムイオンキャパシタ。
- 前記第2の活物質粒子は、シリコン酸化物を含む請求項1に記載のリチウムイオンキャパシタ。
- 前記第2の活物質粒子は、10〜100nmの粒径範囲を有する請求項1に記載のリチウムイオンキャパシタ。
- 前記負極活物質層は、導電材をさらに含む請求項1に記載のリチウムイオンキャパシタ。
- 前記導電材は、アセチレンブラックを含む請求項5に記載のリチウムイオンキャパシタ。
- 前記第1及び第2の活物質粒子には、リチウムイオンがドーピングされている請求項1に記載のリチウムイオンキャパシタ。
- 前記第2の活物質粒子は、前記第1の活物質粒子を基準に1/10倍〜1/3倍の体積比で混合される請求項1に記載のリチウムイオンキャパシタ。
- 前記正極は、集電体と該集電体の少なくとも一面に配置される正極活物質層とを含む請求項1に記載のリチウムイオンキャパシタ。
- 前記正極活物質層は、活性炭を含む請求項9に記載のリチウムイオンキャパシタ。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR10-2010-0084816 | 2010-08-31 | ||
KR20100084816 | 2010-08-31 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012054552A true JP2012054552A (ja) | 2012-03-15 |
Family
ID=45696991
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011186041A Pending JP2012054552A (ja) | 2010-08-31 | 2011-08-29 | リチウムイオンキャパシタ |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8526166B2 (ja) |
JP (1) | JP2012054552A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014049991A1 (ja) * | 2012-09-28 | 2014-04-03 | パナソニック株式会社 | キャパシタ用電極およびそれを用いたキャパシタ |
TWI618103B (zh) * | 2016-08-08 | 2018-03-11 | 鈺冠科技股份有限公司 | 使用奈米材料的固態電解電容器封裝結構及其電容單元、以及電容單元的製作方法 |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2492167C (en) | 2011-06-24 | 2018-12-05 | Nexeon Ltd | Structured particles |
JP2015510666A (ja) | 2012-01-30 | 2015-04-09 | ネクソン リミテッドNexeon Limited | Si/C電気活性材料組成物 |
GB2499984B (en) | 2012-02-28 | 2014-08-06 | Nexeon Ltd | Composite particles comprising a removable filler |
GB2502625B (en) | 2012-06-06 | 2015-07-29 | Nexeon Ltd | Method of forming silicon |
GB2507535B (en) | 2012-11-02 | 2015-07-15 | Nexeon Ltd | Multilayer electrode |
US9779885B2 (en) * | 2012-11-09 | 2017-10-03 | Corning Incorporated | Method of pre-doping a lithium ion capacitor |
USD758328S1 (en) * | 2012-12-18 | 2016-06-07 | Jm Energy Corporation | Lithium ion capacitor |
US9129756B2 (en) | 2013-03-28 | 2015-09-08 | Corning Incorporated | Composite electrode for lithium ion capacitor |
KR101567203B1 (ko) | 2014-04-09 | 2015-11-09 | (주)오렌지파워 | 이차 전지용 음극 활물질 및 이의 방법 |
KR101604352B1 (ko) | 2014-04-22 | 2016-03-18 | (주)오렌지파워 | 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 |
KR101550781B1 (ko) | 2014-07-23 | 2015-09-08 | (주)오렌지파워 | 2 차 전지용 실리콘계 활물질 입자의 제조 방법 |
GB2533161C (en) | 2014-12-12 | 2019-07-24 | Nexeon Ltd | Electrodes for metal-ion batteries |
JP6995786B2 (ja) | 2016-06-14 | 2022-01-17 | ネクシオン リミテッド | 金属イオン電池用電極 |
GB2563455B (en) | 2017-06-16 | 2019-06-19 | Nexeon Ltd | Particulate electroactive materials for use in metal-ion batteries |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008177346A (ja) * | 2007-01-18 | 2008-07-31 | Sanyo Electric Co Ltd | エネルギー貯蔵デバイス |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05290888A (ja) | 1992-04-07 | 1993-11-05 | Mitsubishi Petrochem Co Ltd | 非水溶媒二次電池 |
JP4393610B2 (ja) * | 1999-01-26 | 2010-01-06 | 日本コークス工業株式会社 | リチウム二次電池用負極材料、リチウム二次電池、及び同二次電池の充電方法 |
CA2451634C (en) * | 2001-06-29 | 2009-06-30 | Kanebo, Limited | Organic electrolytic capacitor |
JP3744462B2 (ja) * | 2002-05-08 | 2006-02-08 | ソニー株式会社 | 非水電解質電池 |
US7052803B2 (en) * | 2002-07-31 | 2006-05-30 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Lithium rechargeable battery |
WO2005020354A1 (ja) * | 2003-08-21 | 2005-03-03 | Seimi Chemical Co., Ltd. | リチウム二次電池用の正極活物質粉末 |
JP5058494B2 (ja) | 2006-02-15 | 2012-10-24 | 株式会社クラレ | 複合体およびその製造方法、並びに蓄電デバイス用電極材料 |
JP4857073B2 (ja) * | 2006-10-20 | 2012-01-18 | 富士重工業株式会社 | リチウムイオンキャパシタ |
US7851089B2 (en) * | 2006-10-26 | 2010-12-14 | Panasonic Corporation | Electrode plate for battery and lithium secondary battery including the same |
JP4466674B2 (ja) | 2007-03-30 | 2010-05-26 | Tdk株式会社 | 電極及び電気化学デバイス |
JP2009043747A (ja) | 2007-08-06 | 2009-02-26 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | ハイブリットキャパシタおよびその製造方法 |
KR101139426B1 (ko) * | 2010-09-28 | 2012-04-27 | 한국에너지기술연구원 | 리튬 이온 커패시터 |
-
2011
- 2011-08-25 US US13/137,559 patent/US8526166B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2011-08-29 JP JP2011186041A patent/JP2012054552A/ja active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008177346A (ja) * | 2007-01-18 | 2008-07-31 | Sanyo Electric Co Ltd | エネルギー貯蔵デバイス |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014049991A1 (ja) * | 2012-09-28 | 2014-04-03 | パナソニック株式会社 | キャパシタ用電極およびそれを用いたキャパシタ |
JPWO2014049991A1 (ja) * | 2012-09-28 | 2016-08-22 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | キャパシタ用電極およびそれを用いたキャパシタ |
US9799458B2 (en) | 2012-09-28 | 2017-10-24 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Electrode for capacitor and capacitor using same |
TWI618103B (zh) * | 2016-08-08 | 2018-03-11 | 鈺冠科技股份有限公司 | 使用奈米材料的固態電解電容器封裝結構及其電容單元、以及電容單元的製作方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20120050952A1 (en) | 2012-03-01 |
US8526166B2 (en) | 2013-09-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2012054552A (ja) | リチウムイオンキャパシタ | |
KR101138594B1 (ko) | 리튬 이온 커패시터 | |
JP4751199B2 (ja) | 有機電解質キャパシタ | |
JP5532806B2 (ja) | リチウムイオン二次電池の容量回復方法 | |
WO2004059672A1 (ja) | 蓄電装置および蓄電装置の製造方法 | |
JP2012169576A (ja) | 電気化学デバイス | |
JP2019021805A (ja) | 電極体及び蓄電デバイス | |
JP2008252013A (ja) | リチウムイオンキャパシタ | |
JP2012059396A (ja) | 蓄電デバイス用負極及び蓄電デバイス並びにそれらの製造方法 | |
US9030804B2 (en) | Accumulator device | |
JP5308646B2 (ja) | リチウムイオンキャパシタ | |
JP2004335889A (ja) | 電気化学キャパシタ | |
KR101138477B1 (ko) | 리튬 이온 커패시터 및 이의 제조 방법 | |
JP2009188141A (ja) | 蓄電デバイス | |
JP4731974B2 (ja) | リチウムイオンキャパシタ | |
JP2012019187A (ja) | リチウムイオンキャパシタの製造方法及びこれにより製造されたリチウムイオンキャパシタ | |
CN106170883B (zh) | 扁平型二次电池 | |
JP2009199962A (ja) | セパレータ合体型の電極およびその製造方法、並びにそれを用いた蓄電装置 | |
JP2004253562A (ja) | 電気化学キャパシタ | |
JP2012028366A (ja) | 蓄電デバイス | |
KR101138482B1 (ko) | 리튬 이온 커패시터 | |
KR102028677B1 (ko) | 그래핀 전극을 적용한 적층형 리튬 이온 커패시터 | |
JP2010141065A (ja) | 蓄電デバイス | |
JP2005109199A (ja) | フィルム型蓄電装置 | |
JP6100473B2 (ja) | 電気化学デバイス |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130122 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130903 |