JP2013073961A - Electrochemical capacitor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrochemical capacitor in which energy density can be improved while Coulomb efficiency can be improved.SOLUTION: An electrochemical capacitor of the present invention includes a positive electrode 2, a negative electrode 3 and a separator 4 interposed between the positive electrode 2 and the negative electrode 3. The separator 4 includes: a positive electrode side separator 11 disposed adjacent to the positive electrode 2 and allowing the passage of gas generated at the positive electrode; a negative electrode side separator 12 disposed adjacent to the negative electrode 3 and capturing a negative electrode activity inhibitor derived from anions included in a nonaqueous electrolyte; and an intermediate separator 13 disposed between the positive electrode side separator 11 and the negative electrode side separator 12 and blocking the passage of a lithium deposit deposited at the negative electrode.

Description

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

従来より、ハイブリッド車両や燃料電池車両に搭載される蓄電デバイスとして、リチウムイオン電池などの二次電池、電気二重層キャパシタおよびハイブリッドキャパシタなどの電気化学キャパシタの検討および開発が進められている。蓄電デバイスは、一般的に、正極と、負極と、これら電極間に介在されるセパレータと、電極およびセパレータを収容し、これらを浸漬するように電解液が満たされている外装容器とを備えている。   2. Description of the Related Art Conventionally, studies and development of secondary batteries such as lithium ion batteries, electrochemical capacitors such as electric double layer capacitors and hybrid capacitors have been underway as power storage devices mounted on hybrid vehicles and fuel cell vehicles. An electricity storage device generally includes a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between these electrodes, and an outer container that contains the electrode and the separator and is filled with an electrolyte so as to immerse them. Yes.

このような蓄電デバイスとしては、例えば、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、セパレータが、セルロース、ポリエチレンなどから形成され、正極と負極との間に少なくとも2枚以上挟装されるリチウムイオンキャパシタが提案されている(例えば、特許文献1参照)。   As such an electricity storage device, for example, the electrolytic solution is an aprotic organic solvent containing a lithium salt, the separator is formed of cellulose, polyethylene, or the like, and at least two or more sheets are sandwiched between the positive electrode and the negative electrode. A lithium ion capacitor to be used has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開2009−59732号公報JP 2009-59732 A

しかるに、特許文献1に記載のリチウムイオンキャパシタでは、高い電圧で充放電を繰り返した場合に、負極においてLiデンドライト(Liの樹枝状晶)が析出し、また、正極において、電解液の酸化分解によってガス(例えば、CO)が発生する場合がある。 However, in the lithium ion capacitor described in Patent Document 1, when charging and discharging are repeated at a high voltage, Li dendrite (Li dendrite) is precipitated in the negative electrode, and in the positive electrode, by oxidative decomposition of the electrolytic solution. Gas (eg, CO 2 ) may be generated.

そして、そのようなリチウムイオンキャパシタにおいて、セパレータがセルロースから形成される場合、Liデンドライト(Liの樹枝状晶)がセパレータを貫通し、正極と負極とが短絡してしまう場合がある。その結果、クーロン効率が低下してしまう場合がある。   In such a lithium ion capacitor, when the separator is made of cellulose, Li dendrite (Li dendrites) may penetrate the separator, and the positive electrode and the negative electrode may be short-circuited. As a result, the coulomb efficiency may decrease.

一方、セパレータがポリエチレンから形成される場合、Liデンドライト(Liの樹枝状晶)がセパレータを貫通することを防止できるが、電解液の酸化分解によるガス(例えば、CO)のセパレータの通過が抑制され、そのガスがセル内に滞留する場合がある。その結果、エネルギー密度を良好に維持できない場合がある。 On the other hand, when the separator is made of polyethylene, Li dendrite (Li dendrites) can be prevented from penetrating the separator, but the passage of gas (for example, CO 2 ) due to oxidative decomposition of the electrolyte is suppressed. In some cases, the gas stays in the cell. As a result, the energy density may not be maintained well.

そこで、本発明の目的は、クーロン効率の向上を図ることができながら、エネルギー密度の向上を図ることができる、電気化学キャパシタを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrochemical capacitor that can improve the energy density while improving the coulomb efficiency.

上記目的を達成するために、本発明の電気化学キャパシタは、正極と、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出可能な材料からなる負極と、リチウムイオンを含む非水電解質と、前記正極と前記負極との間に介在されるセパレータとを備える電気化学キャパシタであって、前記セパレータは、前記正極に隣接配置され、前記正極において発生するガスの通過を許容する第1セパレータと、前記負極に隣接配置され、前記非水電解質に含まれるアニオンから誘導される負極活性阻害物質を捕捉する第2セパレータと、前記第1セパレータと前記第2セパレータとの間に配置され、前記非水電解質に含まれるリチウムイオンから誘導され、前記負極において析出するリチウム析出物の通過を遮断する第3セパレータとを備えることを特徴としている。   In order to achieve the above object, an electrochemical capacitor of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode made of a material capable of reversibly occluding and releasing lithium ions, a non-aqueous electrolyte containing lithium ions, the positive electrode, and the negative electrode A separator interposed between the first separator and the positive electrode, the first separator allowing the gas generated in the positive electrode to pass therethrough, and the negative electrode. A second separator that captures a negative electrode activity-inhibiting substance derived from an anion contained in the non-aqueous electrolyte, and the lithium contained in the non-aqueous electrolyte that is disposed between the first separator and the second separator. A third separator that is derived from ions and blocks the passage of lithium precipitates that are deposited in the negative electrode.

本発明の電気化学キャパシタは、第1セパレータが正極に隣接配置され、第3セパレータが第1セパレータと第2セパレータとの間に配置されている。そのため、正極において発生するガスが第1セパレータを通過して、電気化学キャパシタ外に除去されるとともに、負極において析出するリチウム析出物が、セパレータを貫通することを防止できる。   In the electrochemical capacitor of the present invention, the first separator is disposed adjacent to the positive electrode, and the third separator is disposed between the first separator and the second separator. Therefore, gas generated in the positive electrode passes through the first separator and is removed from the electrochemical capacitor, and lithium precipitates precipitated in the negative electrode can be prevented from penetrating the separator.

その結果、正極と負極との短絡を防止できるとともに、電気化学キャパシタ内にガスが滞留することを抑制できる。   As a result, a short circuit between the positive electrode and the negative electrode can be prevented, and gas can be prevented from staying in the electrochemical capacitor.

従って、本発明の電気化学キャパシタは、クーロン効率の向上を図ることができながら、エネルギー密度の向上を図ることができる。これにより、電気化学キャパシタの寿命の向上を図ることができ、コストの低減を図ることができる。   Therefore, the electrochemical capacitor of the present invention can improve the energy density while improving the coulomb efficiency. Thereby, the lifetime of an electrochemical capacitor can be improved and the cost can be reduced.

本発明の電気化学キャパシタの一実施形態を示すハイブリッドキャパシタの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the hybrid capacitor which shows one Embodiment of the electrochemical capacitor of this invention. 実施例および比較例の充放電サイクルにおけるハイブリッドキャパシタ(試験セル)のクーロン効率の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the Coulomb efficiency of the hybrid capacitor (test cell) in the charging / discharging cycle of an Example and a comparative example. 実施例および比較例の充放電サイクルにおけるハイブリッドキャパシタ(試験セル)のエネルギー密度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the energy density of the hybrid capacitor (test cell) in the charging / discharging cycle of an Example and a comparative example.

図1は、本発明の電気化学キャパシタの一実施形態を示すハイブリッドキャパシタの概略構成図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hybrid capacitor showing an embodiment of an electrochemical capacitor of the present invention.

図1において、電気化学キャパシタの一例としてのハイブリッドキャパシタ1は、正極2と、正極2に対して間隔を隔てて対向配置される負極3と、正極2と負極3との間に介在されるセパレータ4と、正極2、負極3およびセパレータ4を収容するセル槽6と、セル槽6に貯留され、正極2、負極3およびセパレータ4が浸漬される非水電解質5とを備えている。なお、ハイブリッドキャパシタ1は、ラボスケールで採用される電池セルであって、工業的には、このハイブリッドキャパシタ1を、公知の技術によって適宜スケールアップしたものが採用される。   In FIG. 1, a hybrid capacitor 1 as an example of an electrochemical capacitor includes a positive electrode 2, a negative electrode 3 disposed opposite to the positive electrode 2 with a space therebetween, and a separator interposed between the positive electrode 2 and the negative electrode 3. 4, a cell tank 6 that accommodates the positive electrode 2, the negative electrode 3, and the separator 4, and a nonaqueous electrolyte 5 that is stored in the cell tank 6 and in which the positive electrode 2, the negative electrode 3, and the separator 4 are immersed. The hybrid capacitor 1 is a battery cell employed on a lab scale, and industrially a hybrid capacitor 1 that is appropriately scaled up by a known technique is employed.

正極2は、分極性電極であって、正極側塗工層8と、正極側集電体7とを備えている。   The positive electrode 2 is a polarizable electrode and includes a positive electrode side coating layer 8 and a positive electrode side current collector 7.

正極側塗工層8は、所定の形状(例えば、矩形状)に形成され、例えば、分極性カーボンからなる正極材料と、ポリマーバインダとを含有し、さらに必要に応じて、導電剤を含有している。   The positive electrode side coating layer 8 is formed in a predetermined shape (for example, a rectangular shape) and contains, for example, a positive electrode material made of polarizable carbon and a polymer binder, and further contains a conductive agent as necessary. ing.

正極材料は、例えば、カーボン材を賦活処理することにより得られる。   The positive electrode material is obtained by, for example, activating a carbon material.

カーボン材としては、例えば、ソフトカーボン、ハードカーボンなどが挙げられる。   Examples of the carbon material include soft carbon and hard carbon.

ソフトカーボンは、例えば、不活性雰囲気中での熱処理によって、炭素原子で構成される六角網面が、ハードカーボンの六角網面よりも相対的に規則的な積層構造(黒鉛構造)を形成しやすいカーボンの総称である。具体的には、不活性雰囲気中、2000〜3000℃、好ましくは、2500℃で熱処理されたときに、(002)面の平均面間隔d002が3.40Å以下、好ましくは、3.35〜3.40Åとなる結晶構造を形成するカーボンの総称である。 With soft carbon, for example, by heat treatment in an inert atmosphere, the hexagonal network surface composed of carbon atoms tends to form a relatively regular laminated structure (graphite structure) than the hexagonal network surface of hard carbon. A general term for carbon. Specifically, when heat-treated in an inert atmosphere at 2000 to 3000 ° C., preferably 2500 ° C., the (002) plane average plane distance d 002 is 3.40 mm or less, preferably 3.35 to It is a general term for carbon that forms a crystal structure of 3.40%.

具体的なソフトカーボンとしては、例えば、石油系ピッチ、石炭系ピッチ、メソフェーズ系ピッチなどのピッチ類、例えば、石油系ニードルコークス、石炭系ニードルコークス、アントラセン、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリルなどの易黒鉛化性コークス類などの熱分解物などが挙げられる。   Specific soft carbons include, for example, pitches such as petroleum pitches, coal pitches, and mesophase pitches, and graphites such as petroleum needle cokes, coal needle cokes, anthracene, polyvinyl chloride, polyacrylonitrile, etc. Thermally decomposed products such as chemical coke.

ハードカーボンは、例えば、不活性雰囲気中、2500℃で熱処理されたときに、(002)面の平均面間隔d002が3.40Åを超える結晶構造を形成するカーボンの総称である。 Hard carbon, for example, in an inert atmosphere, when it is heat treated at 2500 ° C., is a general term for carbon to form a crystal structure of greater than 3.40Å average spacing d 002 of (002) plane.

具体的なハードカーボンとしては、例えば、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フルフラール樹脂、レゾルシノール樹脂、シリコーン樹脂、キシレン樹脂、ウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂、例えば、サーマルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、チャネルブラック、アセチレンブラックなどのカーボンブラック、例えば、フリュードコークス、ギルソナイトコークスなど易黒鉛化性コークスとは異なる難黒鉛化性コークス、例えば、やしがら、木粉などの植物系原料、例えば、ガラス状炭素などの熱分解物などが挙げられる。   Specific hard carbons include, for example, phenol resins, melamine resins, urea resins, furan resins, epoxy resins, alkyd resins, unsaturated polyester resins, diallyl phthalate resins, furfural resins, resorcinol resins, silicone resins, xylene resins, urethanes. Thermosetting resin such as resin, for example, carbon black such as thermal black, furnace black, lamp black, channel black, acetylene black, for example, non-graphitizable coke such as flue coke and gilsonite coke Examples include coke, for example, plant raw materials such as palm, wood flour, and the like, for example, pyrolysates such as glassy carbon.

これらカーボン材は、単独で使用してもよく、あるいは、併用することもできる。   These carbon materials may be used alone or in combination.

これらカーボン材のなかでは、好ましくは、ソフトカーボンが挙げられ、さらに好ましくは、メソフェーズ系ピッチが挙げられる。   Among these carbon materials, soft carbon is preferable, and mesophase pitch is more preferable.

賦活処理としては、例えば、水酸化カリウム(KOH)、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化リチウム(LiOH)、水酸化セシウム(CsOH)、水酸化ルビジウム(RbOH)などを賦活剤として用いるアルカリ賦活処理、例えば、塩化亜鉛(ZnCl)、リン酸(HPO)などを賦活剤として用いる薬品賦活処理、例えば、二酸化炭素(CO)、空気などを賦活剤として用いるガス賦活処理、例えば、水蒸気(HO)を賦活剤として用いる水蒸気賦活処理などが挙げられる。 As the activation treatment, for example, alkaline activation treatment using potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), lithium hydroxide (LiOH), cesium hydroxide (CsOH), rubidium hydroxide (RbOH) or the like as an activator. For example, chemical activation treatment using zinc chloride (ZnCl 2 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ) or the like as an activator, for example, gas activation treatment using carbon dioxide (CO 2 ), air or the like as an activator, for example, Examples include steam activation treatment using steam (H 2 O) as an activator.

これら賦活処理のなかでは、好ましくは、アルカリ賦活処理が挙げられ、さらに好ましくは、水酸化カリウム(KOH)を賦活剤として用いるアルカリ賦活処理(KOH賦活処理)が挙げられる。   Among these activation treatments, an alkali activation treatment is preferable, and an alkali activation treatment (KOH activation treatment) using potassium hydroxide (KOH) as an activator is more preferable.

賦活処理は、例えば、KOH賦活処理の場合、窒素雰囲気下において、カーボン材を、例えば、500〜800℃で予備焼成し、次いで、700〜1000℃でKOHとともに焼成する。用いられるKOHの量は、例えば、カーボン材1質量部に対して、0.5〜5質量部である。   In the activation treatment, for example, in the case of KOH activation treatment, the carbon material is pre-fired at 500 to 800 ° C., for example, and then fired together with KOH at 700 to 1000 ° C. in a nitrogen atmosphere. The quantity of KOH used is 0.5-5 mass parts with respect to 1 mass part of carbon materials, for example.

上記賦活処理によって得られる正極材料を正極2に用いたハイブリッドキャパシタ1では、例えば、正極2の電位が4.2V vs.Li/Li以上となる充放電サイクルにおいて、正極2に比較的大きな不可逆容量を発現させることができる。そのため、放電過程において、より低い電位にまで正極の放電が可能となる。その結果、正極2の電気容量を拡大することができる。 In the hybrid capacitor 1 using the positive electrode material obtained by the activation process as the positive electrode 2, for example, the potential of the positive electrode 2 is 4.2 V vs. A relatively large irreversible capacity can be developed in the positive electrode 2 in a charge / discharge cycle of Li / Li + or more. Therefore, in the discharge process, the positive electrode can be discharged to a lower potential. As a result, the electric capacity of the positive electrode 2 can be increased.

正極材料の含有割合は、正極側集電体100質量部に対して、例えば、65〜99質量部、好ましくは、70〜90質量部である。   The content rate of positive electrode material is 65-99 mass parts with respect to 100 mass parts of positive electrode side collectors, Preferably, it is 70-90 mass parts.

ポリマーバインダとしては、例えば、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)、フルオロオレフィン共重合体架橋ポリマー、フルオロオレフィンビニルエーテル共重合体架橋ポリマー、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸などが挙げられる。   Examples of the polymer binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluoroolefin copolymer crosslinked polymer, fluoroolefin vinyl ether copolymer crosslinked polymer, carboxymethyl cellulose, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, and polyacryl. An acid etc. are mentioned.

これらポリマーバインダは、単独で使用してもよく、あるいは、併用することもできる。   These polymer binders may be used alone or in combination.

また、これらポリマーバインダのなかでは、好ましくは、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)が挙げられる。   Of these polymer binders, preferably, polyvinylidene fluoride (PVdF) is used.

ポリマーバインダの含有割合は、正極側集電体100質量部に対して、例えば、1〜25質量部、好ましくは、5〜20質量部である。   The content rate of a polymer binder is 1-25 mass parts with respect to 100 mass parts of positive electrode side collectors, Preferably, it is 5-20 mass parts.

導電剤としては、例えば、カーボンブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラックなどが挙げられる。   Examples of the conductive agent include carbon black, ketjen black, and acetylene black.

これら導電剤は、単独で使用してもよく、あるいは、併用することもできる。   These conductive agents may be used alone or in combination.

また、これら導電剤のなかでは、好ましくは、カーボンブラックが挙げられる。   Of these conductive agents, carbon black is preferable.

導電剤の含有割合は、正極側集電体100質量部に対して、例えば、0〜20質量部、好ましくは、5〜10質量部である。   The content rate of a electrically conductive agent is 0-20 mass parts with respect to 100 mass parts of positive electrode side collectors, Preferably, it is 5-10 mass parts.

正極側集電体7は、例えば、金属箔などから形成され、金属箔としては、例えば、アルミニウム箔、銅箔、ステンレス箔、ニッケル箔などが挙げられる。   The positive electrode side current collector 7 is formed of, for example, a metal foil, and examples of the metal foil include an aluminum foil, a copper foil, a stainless steel foil, and a nickel foil.

これら金属箔のなかでは、好ましくは、アルミニウム箔が挙げられる。   Among these metal foils, aluminum foil is preferable.

また、これら金属箔の厚みは、ハイブリッドキャパシタ1のスケールにより異なるが、例えば、ラボスケールでは、10〜50μmである。   Moreover, although the thickness of these metal foils changes with the scales of the hybrid capacitor 1, it is 10-50 micrometers in a lab scale, for example.

そして、正極2を形成するには、例えば、上記した正極材料、ポリマーバインダ、さらに、必要に応じて、導電剤などを、上記した割合で配合し、溶媒中で攪拌してスラリー(固形分:10〜60質量%)を得る。次いで、スラリーを正極側集電体7の表面に塗工し、正極側塗工層8を形成した後、例えば、ロールプレスを用いて加圧延伸して電極シートを得る。次いで、電極シートを所定の形状(例えば、矩形状、円形状)に裁断した後、必要によりさらに乾燥させる。これにより、正極2が得られる。   In order to form the positive electrode 2, for example, the above-described positive electrode material, polymer binder, and, if necessary, a conductive agent and the like are blended in the above-described ratio, and stirred in a solvent to obtain a slurry (solid content: 10 to 60% by mass). Next, the slurry is applied to the surface of the positive electrode current collector 7 to form the positive electrode side coating layer 8, and then subjected to pressure stretching using, for example, a roll press to obtain an electrode sheet. Next, the electrode sheet is cut into a predetermined shape (for example, a rectangular shape or a circular shape) and then further dried as necessary. Thereby, the positive electrode 2 is obtained.

溶媒としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド(DMF)などの非プロトン性極性溶媒、例えば、エタノール、メタノール、プロパノール、ブタノール、水などのプロトン性極性溶媒、例えば、トルエン、キシレン、イソホロン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、酢酸メチル、フタル酸ジメチルなどの低極性溶媒が挙げられる。   Examples of the solvent include aprotic polar solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and dimethylformamide (DMF), for example, protic polar solvents such as ethanol, methanol, propanol, butanol, and water, for example, Low polar solvents such as toluene, xylene, isophorone, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, methyl acetate, dimethyl phthalate and the like can be mentioned.

これら溶媒は、単独で使用してもよく、あるいは、併用することもできる。   These solvents may be used alone or in combination.

また、これら溶媒のなかでは、好ましくは、非プロトン性極性溶媒が挙げられ、さらに好ましくは、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)が挙げられる。   Of these solvents, aprotic polar solvents are preferable, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) is more preferable.

このような方法により得られる正極2の厚みは、ハイブリッドキャパシタ1のスケールにより異なるが、例えば、ラボスケールでは、厚みが30〜150μmである。   Although the thickness of the positive electrode 2 obtained by such a method varies depending on the scale of the hybrid capacitor 1, for example, in the lab scale, the thickness is 30 to 150 μm.

また、正極2の大きさは、ハイブリッドキャパシタ1のスケールにより異なるが、例えば、ラボスケールでは、例えば、矩形状の場合には、長手方向長さが、例えば、10〜200mm、好ましくは、10〜100mm、長手方向と直交する方向(幅方向)長さが、例えば、10〜200mm、好ましくは、10〜100mmであり、例えば、円形状の場合には、直径が、例えば、5〜30mm、好ましくは、5〜15mmである。   Moreover, although the magnitude | size of the positive electrode 2 changes with scales of the hybrid capacitor 1, for example, in a lab scale, for example, in the case of a rectangular shape, the length in the longitudinal direction is, for example, 10 to 200 mm, preferably 10 to 10 mm. The length (direction in the direction perpendicular to the longitudinal direction) is, for example, 10 to 200 mm, preferably 10 to 100 mm. For example, in the case of a circular shape, the diameter is, for example, 5 to 30 mm, preferably Is 5 to 15 mm.

負極3は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出する電極であって、負極側塗工層10と、負極側集電体9とを備えている。   The negative electrode 3 is an electrode that reversibly occludes / releases lithium ions, and includes a negative electrode side coating layer 10 and a negative electrode side current collector 9.

負極側塗工層10は、所定の形状(例えば、矩形状)に形成され、例えば、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出可能な負極材料と、ポリマーバインダとを含有し、さらに必要に応じて導電剤を含有している。   The negative electrode side coating layer 10 is formed in a predetermined shape (for example, rectangular shape), and includes, for example, a negative electrode material capable of reversibly occluding and releasing lithium ions and a polymer binder, and further, if necessary. Contains a conductive agent.

負極材料としては、例えば、上記したハードカーボンおよびソフトカーボンや、グラファイトなどが挙げられる。   Examples of the negative electrode material include hard carbon and soft carbon described above, and graphite.

グラファイトとしては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、黒鉛化メソフェーズカーボン小球体、黒鉛化メソフェーズカーボン繊維、黒鉛ウィスカ、黒鉛化炭素繊維、ピッチ、コークスなどの縮合多環炭化水素化合物の熱分解物などのグラファイト系炭素材料が挙げられる。また、グラファイトは、粉末状のもの(例えば、平均粒径が25μm以下のもの)が好ましく用いられる。   Examples of graphite include pyrolytic products of condensed polycyclic hydrocarbon compounds such as natural graphite, artificial graphite, graphitized mesophase carbon microspheres, graphitized mesophase carbon fiber, graphite whisker, graphitized carbon fiber, pitch, and coke. A graphite-type carbon material is mentioned. Further, graphite is preferably used in the form of powder (for example, having an average particle size of 25 μm or less).

これら負極材料は、単独で使用してもよく、あるいは、併用することもできる。   These negative electrode materials may be used alone or in combination.

また、これら負極材料のなかでは、好ましくは、ソフトカーボンと、グラファイトとが挙げられ、さらに好ましくは、ソフトカーボンとグラファイトとの併用が挙げられる。   Of these negative electrode materials, soft carbon and graphite are preferable, and a combination of soft carbon and graphite is more preferable.

負極材料の含有割合は、負極側塗工層100質量部に対して、例えば、80〜99質量部、好ましくは、85〜95質量部である。   The content rate of negative electrode material is 80-99 mass parts with respect to 100 mass parts of negative electrode side coating layers, Preferably, it is 85-95 mass parts.

ポリマーバインダとしては、例えば、上記したポリマーバインダが挙げられる。   Examples of the polymer binder include the polymer binder described above.

これらポリマーバインダは、単独で使用してもよく、あるいは、併用することもできる。   These polymer binders may be used alone or in combination.

また、これらポリマーバインダのなかでは、好ましくは、PVdFが挙げられる。   Of these polymer binders, PVdF is preferable.

ポリマーバインダの含有割合は、負極側塗工層100質量部に対して、例えば、1〜20質量部、好ましくは、5〜15質量部である。   The content rate of a polymer binder is 1-20 mass parts with respect to 100 mass parts of negative electrode side coating layers, Preferably, it is 5-15 mass parts.

導電剤としては、例えば、上記した導電剤が挙げられる。   Examples of the conductive agent include the above-described conductive agents.

これら導電剤は、単独で使用してもよく、あるいは、併用することもできる。   These conductive agents may be used alone or in combination.

導電剤の含有割合は、負極側塗工層100質量部に対して、例えば、0〜20質量部、好ましくは、1〜10質量部である。   The content rate of a electrically conductive agent is 0-20 mass parts with respect to 100 mass parts of negative electrode side coating layers, Preferably, it is 1-10 mass parts.

負極側集電体9は、例えば、上記した金属箔から形成される。   The negative electrode side current collector 9 is formed from, for example, the metal foil described above.

これら金属箔のなかでは、好ましくは、銅箔が挙げられる。   Among these metal foils, copper foil is preferable.

金属箔の厚みは、ハイブリッドキャパシタ1のスケールにより異なるが、例えば、ラボスケールでは、5〜50μmである。   Although the thickness of metal foil changes with the scales of the hybrid capacitor 1, it is 5-50 micrometers in a lab scale, for example.

そして、負極3を形成するには、例えば、上記した負極材料、ポリマーバインダ、さらに、必要に応じて、導電剤などを、上記した割合で配合し、溶媒中で攪拌してスラリー(固形分:10〜60質量%)を得る。   In order to form the negative electrode 3, for example, the above-described negative electrode material, polymer binder, and, if necessary, a conductive agent and the like are blended in the above ratio, and stirred in a solvent to obtain a slurry (solid content: 10 to 60% by mass).

次いで、スラリーを負極側集電体9上に塗工(塗布)し、負極側塗工層10を形成した後、例えば、ロールプレスを用いて加圧延伸して電極シートを得る。次いで、電極シートを所定の形状(例えば、矩形状、円形状)に裁断した後、必要によりさらに乾燥させる。これにより、負極3が得られる。   Next, the slurry is applied (applied) onto the negative electrode side current collector 9 to form the negative electrode side coating layer 10, and then subjected to pressure stretching using, for example, a roll press to obtain an electrode sheet. Next, the electrode sheet is cut into a predetermined shape (for example, a rectangular shape or a circular shape) and then further dried as necessary. Thereby, the negative electrode 3 is obtained.

溶媒としては、例えば、上記した溶媒が挙げられ、好ましくは、非プロトン性極性溶媒が挙げられ、さらに好ましくは、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)が挙げられる。   Examples of the solvent include the above-mentioned solvents, preferably an aprotic polar solvent, and more preferably N-methyl-2-pyrrolidone (NMP).

負極3の厚みは、ハイブリッドキャパシタ1のスケールにより異なるが、例えば、ラボスケールでは、5〜70μmである。   The thickness of the negative electrode 3 varies depending on the scale of the hybrid capacitor 1, but is, for example, 5 to 70 μm on the lab scale.

また、負極3の大きさは、ハイブリッドキャパシタ1のスケールにより異なるが、例えば、ラボスケールでは、例えば、矩形状の場合には、長手方向長さが、例えば、10〜200mm、長手方向と直交する方向(幅方向)長さが、例えば、10〜200mmであり、例えば、円形状の場合には、直径が、例えば、5〜30mm、好ましくは、5〜15mmである。   Moreover, although the magnitude | size of the negative electrode 3 changes with scales of the hybrid capacitor 1, for example, in a lab scale, for example, in the case of a rectangular shape, the length in the longitudinal direction is, for example, 10 to 200 mm and orthogonal to the longitudinal direction. The direction (width direction) length is, for example, 10 to 200 mm. For example, in the case of a circular shape, the diameter is, for example, 5 to 30 mm, preferably 5 to 15 mm.

セパレータ4は、第1セパレータの一例としての正極側セパレータ11と、第2セパレータの一例としての負極側セパレータ12と、第3セパレータの一例としての中間セパレータ13とを備えている。   The separator 4 includes a positive separator 11 as an example of a first separator, a negative separator 12 as an example of a second separator, and an intermediate separator 13 as an example of a third separator.

正極側セパレータ11は、正極側塗工層8に隣接配置され、例えば、セルロースなどの天然繊維などから形成されている。   The positive electrode side separator 11 is disposed adjacent to the positive electrode side coating layer 8 and is formed of, for example, natural fibers such as cellulose.

このような正極側セパレータ11のなかでは、好ましくは、セルロースから形成されるセパレータが挙げられる。   Among such positive electrode side separators 11, a separator formed from cellulose is preferable.

また、正極側セパレータ11には、気孔が形成されており、その気孔径は、例えば、3〜50μm、好ましくは、5〜25μmである。   Moreover, the positive electrode side separator 11 has pores, and the pore diameter is, for example, 3 to 50 μm, preferably 5 to 25 μm.

また、正極側セパレータ11の厚みは、ハイブリッドキャパシタ1のスケールにより異なるが、ラボスケールでは、例えば、10〜100μmである。   Moreover, although the thickness of the positive electrode side separator 11 changes with scales of the hybrid capacitor 1, in a laboratory scale, it is 10-100 micrometers, for example.

負極側セパレータ12は、負極側塗工層10に隣接配置され、例えば、負極活性阻害物質を捕捉するための捕捉剤と、ポリマーバインダとを含有している。   The negative electrode side separator 12 is disposed adjacent to the negative electrode side coating layer 10 and contains, for example, a scavenger for capturing a negative electrode activity inhibitor and a polymer binder.

捕捉剤としては、例えば、炭酸リチウム(LiCO)、炭酸ナトリウム(NaCO)、炭酸カリウム(KCO)などのアルカリ金属の炭酸塩、酸化マグネシウム(MgO)などのアルカリ土類金属の酸化物などが挙げられる。 Examples of the scavenger include alkali metal carbonates such as lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), and potassium carbonate (K 2 CO 3 ), and alkaline earth such as magnesium oxide (MgO). And oxides of similar metals.

このような捕捉剤は、単独で使用してもよく、あるいは、併用することもできる。   Such scavengers may be used alone or in combination.

また、これら捕捉剤のなかでは、好ましくは、炭酸リチウムが挙げられる。   Of these scavengers, lithium carbonate is preferable.

捕捉剤の含有割合は、負極側セパレータ100質量部に対して、例えば、60〜95質量部、好ましくは、70〜90質量部である。   The content rate of a trapping agent is 60-95 mass parts with respect to 100 mass parts of negative electrode side separators, Preferably, it is 70-90 mass parts.

ポリマーバインダとしては、例えば、上記したポリマーバインダが挙げられる。   Examples of the polymer binder include the polymer binder described above.

これらポリマーバインダは、単独で使用してもよく、あるいは、併用することもできる。   These polymer binders may be used alone or in combination.

また、これらポリマーバインダのなかでは、好ましくは、PTFEが挙げられる。   Of these polymer binders, PTFE is preferable.

ポリマーバインダの含有割合は、負極側セパレータ100質量部に対して、例えば、5〜40質量部、好ましくは、10〜30質量部である。   The content rate of a polymer binder is 5-40 mass parts with respect to 100 mass parts of negative electrode side separators, Preferably, it is 10-30 mass parts.

そして、負極側セパレータ12を形成するには、例えば、上記した捕捉剤と、ポリマーバインダとを、上記した割合で配合した混合物を調製する。   And in order to form the negative electrode side separator 12, the mixture which mix | blended above-described scavenger and a polymer binder in the above-mentioned ratio is prepared, for example.

次いで、その混合物を、例えば、ロールプレスを用いて加圧延伸して捕捉剤含有シートを得る。次いで、捕捉剤含有シートを所定の形状(例えば、矩形状、円形状)に裁断した後、必要によりさらに乾燥させる。これにより、負極側セパレータ12が得られる。   Next, the mixture is subjected to pressure stretching using, for example, a roll press to obtain a capturing agent-containing sheet. Next, the scavenger-containing sheet is cut into a predetermined shape (for example, a rectangular shape or a circular shape), and then further dried as necessary. Thereby, the negative electrode side separator 12 is obtained.

中間セパレータ13は、正極側セパレータ11と負極側セパレータ12との間に配置され、例えば、ポリオレフィン(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体など)などの有機繊維などから形成されている。   The intermediate separator 13 is disposed between the positive electrode side separator 11 and the negative electrode side separator 12, and is formed of, for example, organic fibers such as polyolefin (for example, polyethylene, polypropylene, ethylene / propylene copolymer, etc.).

このような中間セパレータ13のなかでは、好ましくは、ポリエチレンから形成されるセパレータが挙げられる。   Among such intermediate separators 13, a separator formed of polyethylene is preferable.

このような中間セパレータ13には、気孔が形成されており、その気孔径は、例えば、0.2〜1μm、好ましくは、0.2〜0.8μmである。   Such an intermediate separator 13 is formed with pores, and the pore diameter is, for example, 0.2 to 1 μm, preferably 0.2 to 0.8 μm.

また、中間セパレータ13の厚みは、ハイブリッドキャパシタ1のスケールにより異なるが、ラボスケールでは、例えば、5〜50μmである。   Moreover, although the thickness of the intermediate separator 13 changes with the scales of the hybrid capacitor 1, it is 5-50 micrometers in a laboratory scale, for example.

また、これら正極側セパレータ11、負極側セパレータ12、および中間セパレータ13の大きさは、ハイブリッドキャパシタ1のスケールにより異なるが、例えば、ラボスケールでは、例えば、矩形状の場合には、長手方向長さが、例えば、15〜220mmであり、幅方向長さが、例えば、15〜220mmであり、例えば、円形状の場合には、直径が、例えば、10〜60mm、好ましくは、20〜20mmである。   Moreover, although the magnitude | size of these positive electrode side separator 11, the negative electrode side separator 12, and the intermediate | middle separator 13 changes with scales of the hybrid capacitor 1, for example, in a lab scale, in the case of a rectangular shape, for example, the length in the longitudinal direction Is, for example, 15 to 220 mm, and the length in the width direction is, for example, 15 to 220 mm. For example, in the case of a circular shape, the diameter is, for example, 10 to 60 mm, preferably 20 to 20 mm. .

このようなセパレータ4は、中間セパレータ13が正極側セパレータ11と負極側セパレータ12との間に挟まれるように配置されており、中間セパレータ13の一方側の面と、正極側セパレータ11とが接触し、中間セパレータ13の他方側の面と、負極側セパレータ12とが接触している。   Such a separator 4 is arranged such that the intermediate separator 13 is sandwiched between the positive electrode side separator 11 and the negative electrode side separator 12, and the one side surface of the intermediate separator 13 and the positive electrode side separator 11 are in contact with each other. The other side surface of the intermediate separator 13 and the negative electrode side separator 12 are in contact with each other.

また、負極側セパレータ12、中間セパレータ13、および、正極側セパレータ11の厚みの比は、例えば、1〜4:1:1〜4、好ましくは、2〜3:1:2〜3である。   Moreover, the ratio of the thickness of the negative electrode side separator 12, the intermediate | middle separator 13, and the positive electrode side separator 11 is 1-4: 1: 1-4, for example, Preferably, it is 2-3: 1: 2-3.

非水電解質5は、リチウムイオンを含む有機溶媒であって、リチウム塩を有機溶媒に溶解させることにより調製されている。   The nonaqueous electrolyte 5 is an organic solvent containing lithium ions, and is prepared by dissolving a lithium salt in an organic solvent.

リチウム塩としては、ハロゲンを含むアニオン成分を有し、例えば、LiClO、LiCFSO、LiC(SOCF、LiCSO、LiC17SO、LiB[C(CF−3,5]、LiB(C、LiB[C(CF)−4]、LiBF、LiPF、LiAsF、LiSbF、LiCFCO、LiN(CFSOなどが挙げられる。なお、上式中[C(CF−3,5]は,フェニル基の3位と5位に、[C(CF)−4]はフェニル基の4位に、それぞれ−CFが置換されているものを意味する。 The lithium salt has an anion component containing halogen. For example, LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiC 8 F 17 SO 3 , LiB [C 6 H 3 (CF 3) 2 -3,5] 4, LiB (C 6 F 5) 4, LiB [C 6 H 4 (CF 3) -4] 4, LiBF 4, LiPF 6, LiAsF 6, LiSbF 6 , LiCF 3 CO 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 and the like. In the above formula, [C 6 H 3 (CF 3 ) 2 -3, 5] is the 3rd and 5th positions of the phenyl group, and [C 6 H 4 (CF 3 ) -4] is the 4th position of the phenyl group. Each of which is substituted with —CF 3 .

これらリチウム塩は、単独で使用してもよく、あるいは、併用することもできる。   These lithium salts may be used alone or in combination.

また、これらリチウム塩のなかでは、好ましくは、LiPFが挙げられる。 Of these lithium salts, LiPF 6 is preferable.

有機溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、プロピレンカーボネート誘導体、エチレンカーボネート、エチレンカーボネート誘導体、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、1,3−ジオキソラン、ジメチルスルホキシド(DMSO)、スルホラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMA)、ジオキソラン、リン酸トリエステル、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸、1,3−プロパンスルトン、4,5−ジヒドロピラン誘導体、ニトロベンゼン、1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロフラン誘導体、シドノン化合物、アセトニトリル、ニトロメタン、アルコキシエタン、トルエンなどが挙げられる。   Examples of the organic solvent include propylene carbonate, propylene carbonate derivatives, ethylene carbonate, ethylene carbonate derivatives, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, γ-butyrolactone, 1,3-dioxolane, dimethyl sulfoxide (DMSO), Sulfolane, formamide, dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMA), dioxolane, phosphoric acid triester, maleic anhydride, succinic anhydride, phthalic anhydride, 1,3-propane sultone, 4,5-dihydropyran derivative, Nitrobenzene, 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, 3-methyl-2-oxazolidinone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyl Tetrahydrofuran, tetrahydrofuran derivatives, sydnone compounds, acetonitrile, nitromethane, alkoxy ethane, and toluene.

これら有機溶媒は、単独で使用してもよく、あるいは、併用することもできる。   These organic solvents may be used alone or in combination.

また、これら有機溶媒のなかでは、好ましくは、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネートが挙げられ、さらに好ましくは、エチレンカーボネートおよびジエチルカーボネートの混合溶媒が挙げられる。   Of these organic solvents, ethylene carbonate and diethyl carbonate are preferable, and a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate is more preferable.

非水電解質5におけるリチウム塩の濃度は、例えば、0.5〜5mol/L、好ましくは、0.5〜2mol/Lである。   The density | concentration of the lithium salt in the nonaqueous electrolyte 5 is 0.5-5 mol / L, for example, Preferably, it is 0.5-2 mol / L.

このようなハイブリッドキャパシタ1を調製するには、まず、上記した正極2、負極3およびセパレータ4を積層する。詳しくは、中間セパレータ13を、正極側セパレータ11と負極側セパレータ12とで挟み、その後、正極側セパレータ11に正極側塗工層8が隣接するように正極2を積層し、負極側セパレータ12に負極側塗工層10が隣接するように負極3を積層する。   In order to prepare such a hybrid capacitor 1, first, the above-described positive electrode 2, negative electrode 3 and separator 4 are laminated. Specifically, the intermediate separator 13 is sandwiched between the positive electrode side separator 11 and the negative electrode side separator 12, and then the positive electrode 2 is laminated so that the positive electrode side coating layer 8 is adjacent to the positive electrode side separator 11. The negative electrode 3 is laminated so that the negative electrode side coating layer 10 is adjacent.

次いで、正極側集電体7および負極側集電体9と、集電タブとを接合し、得られた積層体を、セル槽6(例えば、アルミニウム製のラミネートフィルムなど)に収容する。そして、セル槽6に非水電解質5を注入する。   Subsequently, the positive electrode side current collector 7 and the negative electrode side current collector 9 are joined to the current collecting tab, and the obtained laminate is accommodated in the cell tank 6 (for example, an aluminum laminate film). Then, the nonaqueous electrolyte 5 is injected into the cell tank 6.

以上により、ラミネートセルとしてハイブリッドキャパシタ1が調製される。   Thus, the hybrid capacitor 1 is prepared as a laminate cell.

このハイブリッドキャパシタ1では、正極2の電位を4.2V vs Li/Li以上などの高電位とした場合に、正極2の不可逆容量の発現に起因して、非水電解質5に含まれるアニオン(例えば、LiPFに含まれるPF など)から、負極の電気容量を低下させる負極活性阻害物質が生成する。 In the hybrid capacitor 1, when the potential of the positive electrode 2 is set to a high potential such as 4.2 V vs Li / Li + or more, the anion ( For example, a negative electrode activity inhibitor that reduces the electric capacity of the negative electrode is generated from PF 6- and the like contained in LiPF 6 .

負極活性阻害物質が生成する過程として、例えば、負極活性阻害物質であるHFが生成する過程を、以下に説明する。   As a process in which the negative electrode activity inhibitor is generated, for example, a process in which HF as a negative electrode activity inhibitor is generated will be described below.

まず、正極2および負極3に所定電圧(すなわち、4.2V vs Li/Li以上)を印加すると、非水電解質5内では、例えば、正極2や非水電解質5に含まれる水分や有機物から、下記式(1)(2)に示すように、プロトン(H)が生成する。 First, when a predetermined voltage (that is, 4.2 V vs Li / Li + or more) is applied to the positive electrode 2 and the negative electrode 3, in the non-aqueous electrolyte 5, for example, from moisture and organic substances contained in the positive electrode 2 and the non-aqueous electrolyte 5. As shown in the following formulas (1) and (2), protons (H + ) are generated.

(1)2HO→O+4H+4e
(2)R−H→R+H+e(Rは、アルキル基)
そして、生成したプロトンが、非水電解質5に含まれるアニオン(例えば、LiPFに含まれるPF など)と反応し、HFが生成する(下記式(3)参照。)。
(1) 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e
(2) R—H → R + H + + e (R is an alkyl group)
Then, the generated protons, aqueous anions contained in the electrolyte 5 (e.g., PF 6 contained in LiPF 6 -, etc.) and react, HF is produced (the following formula (3) reference.).

(3)PF +H→PF+HF
HFのような負極活性阻害物質は、負極3の電気容量を低下させて、ハイブリッドキャパシタ1のエネルギー密度を低下させるおそれがある。
(3) PF 6 + H + → PF 5 + HF
A negative electrode activity-inhibiting substance such as HF may reduce the electric capacity of the negative electrode 3 and reduce the energy density of the hybrid capacitor 1.

しかし、ハイブリッドキャパシタ1では、負極側セパレータ12が捕捉剤(例えば、炭酸リチウム)を含有するので、正極2の不可逆容量の発現に起因して負極活性阻害物質が生成しても、その負極活性阻害物質を負極側セパレータ12が捕捉する。そのため、ハイブリッドキャパシタ1のエネルギー密度の低下を防止することができる。   However, in the hybrid capacitor 1, since the negative electrode side separator 12 contains a scavenger (for example, lithium carbonate), even if a negative electrode activity inhibitor is generated due to the irreversible capacity of the positive electrode 2, the negative electrode activity inhibition is caused. The negative electrode side separator 12 captures the substance. Therefore, a decrease in the energy density of the hybrid capacitor 1 can be prevented.

また、ハイブリッドキャパシタ1では、高電圧で充放電を繰り返した場合に、正極2において、非水電解質5の酸化分解などによってガス(例えば、CO)が発生する。一方、負極3において、非水電解質5に含まれるリチウムイオンから、リチウム析出物(リチウムデンドライト)が析出する。 In the hybrid capacitor 1, when charging / discharging is repeated at a high voltage, gas (for example, CO 2 ) is generated in the positive electrode 2 due to oxidative decomposition of the nonaqueous electrolyte 5. On the other hand, in the negative electrode 3, lithium precipitates (lithium dendrites) are precipitated from lithium ions contained in the nonaqueous electrolyte 5.

このハイブリッドキャパシタ1では、気孔径が、例えば、3〜50μmの正極側セパレータ11が正極側塗工層8に隣接配置されているので、正極2において発生したガスが正極側セパレータ11を通過し、ハイブリッドキャパシタ1外に除去される。そのため、ハイブリッドキャパシタ1内にガスが滞留することを抑制でき、エネルギー密度の向上を図ることができる。   In this hybrid capacitor 1, since the positive electrode side separator 11 having a pore diameter of, for example, 3 to 50 μm is disposed adjacent to the positive electrode side coating layer 8, the gas generated in the positive electrode 2 passes through the positive electrode side separator 11, It is removed outside the hybrid capacitor 1. Therefore, it is possible to suppress the gas from staying in the hybrid capacitor 1 and to improve the energy density.

また、ハイブリッドキャパシタ1では、気孔径が、例えば、0.2〜1μmの中間セパレータ13が、正極側セパレータ11と負極側セパレータ12との間に配置されているので、中間セパレータ13により、負極3において析出するリチウム析出物の通過が遮断される。そのため、リチウム析出物がセパレータ4を貫通することを防止でき、正極2と負極3との短絡を防止できる。その結果、クーロン効率の向上を図ることができる。   In the hybrid capacitor 1, the intermediate separator 13 having a pore diameter of, for example, 0.2 to 1 μm is disposed between the positive electrode side separator 11 and the negative electrode side separator 12. The passage of lithium precipitates deposited in is blocked. Therefore, lithium deposits can be prevented from penetrating the separator 4, and a short circuit between the positive electrode 2 and the negative electrode 3 can be prevented. As a result, the coulomb efficiency can be improved.

従って、ハイブリッドキャパシタ1は、クーロン効率の向上を図ることができながら、エネルギー密度の向上を図ることができる。これにより、ハイブリッドキャパシタ1の寿命の向上を図ることができ、コストの低減を図ることができる。   Therefore, the hybrid capacitor 1 can improve the energy density while improving the coulomb efficiency. Thereby, the lifetime of the hybrid capacitor 1 can be improved and the cost can be reduced.

次に、本発明を実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。
実施例1
1.正極の作製
メソフェーズ系ピッチ(三菱ガス化学株式会社製 AR樹脂)を大気中350℃で2時間加熱した。次いで、加熱後のピッチを、窒素雰囲気下800℃で2時間予備焼成した。
Next, although this invention is demonstrated based on an Example and a comparative example, this invention is not limited by the following Example.
Example 1
1. Production of positive electrode Mesophase pitch (AR resin manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.) was heated in the atmosphere at 350 ° C. for 2 hours. Next, the heated pitch was pre-fired at 800 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere.

これにより、ソフトカーボンを得た。得られたソフトカーボンをアルミナ製の坩堝に入れ、ソフトカーボン1質量部に対して4質量部のKOHを加えた。   Thereby, soft carbon was obtained. The obtained soft carbon was put in an alumina crucible, and 4 parts by mass of KOH was added to 1 part by mass of the soft carbon.

次いで、ソフトカーボンを、窒素雰囲気下800℃で2時間、KOHとともに焼成することにより、KOH賦活した。次いで、KOH賦活したソフトカーボンを超純水で、廃液が中性になるまで洗浄した。これにより、KOH賦活ソフトカーボン(正極材料)を得た。洗浄後、KOH賦活ソフトカーボンを乳鉢で粉砕し、篩(32μm)で分級した。そして、ほぼ全てのKOH賦活ソフトカーボンが篩を通過できる粒径になるまで、乳鉢での粉砕操作を繰り返した。   Next, the soft carbon was calcined with KOH at 800 ° C. for 2 hours under a nitrogen atmosphere to activate KOH. Next, the KOH activated soft carbon was washed with ultrapure water until the waste liquid became neutral. Thereby, KOH activated soft carbon (positive electrode material) was obtained. After washing, KOH activated soft carbon was pulverized in a mortar and classified with a sieve (32 μm). Then, the grinding operation in the mortar was repeated until almost all the KOH-activated soft carbon had a particle size that could pass through the sieve.

分級後、KOH賦活ソフトカーボン粉末と、導電剤(カーボンブラック、キャボット・スペシャルティ・ケミカルズ・インク製 VXC−72R)と、ポリマーバインダ(株式会社クレハ製 PVdF)とを、固形分75:8.3:16.7の質量割合で、NMP(N−メチル−2−ピロリドン)溶媒に投入し、室温(25℃〜30℃)で12時間攪拌することにより、混合物のスラリー(固形分:30質量%)を得た。   After classification, a KOH-activated soft carbon powder, a conductive agent (carbon black, VXC-72R manufactured by Cabot Specialty Chemicals, Inc.), and a polymer binder (PVdF manufactured by Kureha Co., Ltd.) having a solid content of 75: 8.3: A slurry of the mixture (solid content: 30% by mass) was added to an NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) solvent at a mass ratio of 16.7 and stirred at room temperature (25 ° C. to 30 ° C.) for 12 hours. Got.

次いで、得られたスラリーを厚み15μmのアルミニウム箔(正極側集電体)の表面に塗工し、80℃で12時間乾燥させて、正極側塗工層を形成した。次いで、乾燥後のアルミニウム箔を、ロールプレスで加圧延伸することにより、アルミニウム箔を除く正極側塗工層(正極活物質の塗工層)の厚さが72μmの電極シートを得た。   Next, the obtained slurry was coated on the surface of an aluminum foil (positive electrode side current collector) having a thickness of 15 μm and dried at 80 ° C. for 12 hours to form a positive electrode side coating layer. Next, the dried aluminum foil was subjected to pressure stretching with a roll press, thereby obtaining an electrode sheet having a thickness of 72 μm of the positive electrode side coating layer (the positive electrode active material coating layer) excluding the aluminum foil.

次いで、電極シートを、直径Φ10mmの円形状に裁断し、正極を作製した。(電極体積:約5.7mm
2.負極の作製
人造黒鉛と、ソフトカーボンと、ポリマーバインダ(株式会社クレハ製 PVdF)とを、固形分67.5:22.5:10の質量割合で、NMP(N−メチル−2−ピロリドン)溶媒に投入し、室温(25℃〜30℃)で12時間攪拌することにより、混合物のスラリー(固形分:40質量%)を得た。
Next, the electrode sheet was cut into a circular shape with a diameter of 10 mm to produce a positive electrode. (Electrode volume: about 5.7 mm 3 )
2. Production of Negative Electrode Artificial graphite, soft carbon, and polymer binder (PVdF manufactured by Kureha Co., Ltd.) in a mass ratio of solid content 67.5: 22.5: 10, NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) solvent The mixture was stirred at room temperature (25 ° C. to 30 ° C.) for 12 hours to obtain a slurry of the mixture (solid content: 40% by mass).

次いで、得られたスラリーを厚み10μmの銅箔(負極側集電体)の表面に塗工し、80℃で12時間乾燥させて、負極側塗工層を形成した。次いで、乾燥後の銅箔を、ロールプレスで加圧延伸することにより、銅箔を除く負極側塗工層(負極活物質の塗工層)の厚さが14μmの電極シートを得た。   Next, the obtained slurry was applied to the surface of a 10 μm thick copper foil (negative electrode side current collector) and dried at 80 ° C. for 12 hours to form a negative electrode side coating layer. Subsequently, the dried copper foil was press-stretched with a roll press to obtain an electrode sheet having a negative electrode side coating layer (negative electrode active material coating layer) thickness of 14 μm excluding the copper foil.

次いで、電極シートを、直径Φ10mmの円形状に裁断し、負極を作製した。(電極体積:約1.1mm
3.セパレータの作製
(3−1)正極側セパレータの作製
厚さ20μmのセルロース製セパレータ(ニッポン高度紙製 TF40−50)(気孔径約5μm)を、直径Φ25mmの円形状に裁断することにより、正極側セパレータを作製した。
(3−2)中間セパレータの作製
厚さ9μmのポリエチレン製セパレータ(旭化成社製 ND309)(気孔径0.2μm)を、直径Φ25mmの円形状に裁断することにより、中間セパレータを作製した。
(3−3)負極側セパレータの作製
炭酸リチウム(LiCO)粉末(キシダ化学社製 平均粒径85.0μm)と、ポリマーバインダ(ダイキン工業株式会社製 PTFEディスパージョン)とを、固形分80:20の質量割合で、乳鉢で混練することにより、それらの混合物を得た。
Next, the electrode sheet was cut into a circular shape with a diameter of 10 mm to produce a negative electrode. (Electrode volume: about 1.1 mm 3 )
3. Production of Separator (3-1) Production of Positive Electrode Side Separator A 20 μm thick cellulose separator (TF40-50 made by Nippon Kogyo Paper Co., Ltd.) having a pore diameter of about 5 μm is cut into a circular shape with a diameter of Φ25 mm, thereby producing a positive electrode side. A separator was produced.
(3-2) Production of Intermediate Separator A polyethylene separator having a thickness of 9 μm (ND309 manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.) (pore diameter: 0.2 μm) was cut into a circular shape having a diameter of Φ25 mm to produce an intermediate separator.
(3-3) Production of negative electrode side separator Lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) powder (Kishida Chemical Co., Ltd. average particle size 85.0 μm) and polymer binder (Daikin Industries, Ltd. PTFE dispersion) A mixture of them was obtained by kneading in a mortar at a mass ratio of 80:20.

次いで、混合物を、手動ロールプレスを用いて加圧延伸することにより、厚み20μmの捕捉剤含有シートを得た。次いで、捕捉剤含有シートを、直径Φ25mmの円形状に裁断した後、乾燥機に搬入し、120℃で12時間真空乾燥した。そして、乾燥機内を窒素パージした後、捕捉剤含有シートを、ドライAr雰囲気のグローブボックスへ大気に触れないように搬入した。以上の操作により、負極側セパレータを作製した。
4.電解液の調製
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒(体積比1:1)に、LiPF(リチウム塩)を、1mol/L溶解することにより電解液を調製した。
5.ラミネートセル(試験セル)の組み立て
上記の正極1枚、負極1枚、セパレータ3枚(正極側セパレータ、中間セパレータ、負極側セパレータ)を積層した。具体的には、まず、中間セパレータを、正極側セパレータと負極側セパレータとで挟み、その後、正極側セパレータに、正極側塗工層が隣接するように正極を積層し、負極側セパレータに、負極側塗工層が隣接するように負極を積層した。
Next, the mixture was subjected to pressure stretching using a manual roll press to obtain a capturing agent-containing sheet having a thickness of 20 μm. Next, the scavenger-containing sheet was cut into a circular shape having a diameter of Φ25 mm, then carried into a dryer and vacuum-dried at 120 ° C. for 12 hours. After the inside of the dryer was purged with nitrogen, the scavenger-containing sheet was carried into a glove box in a dry Ar atmosphere so as not to come into contact with the atmosphere. The negative electrode side separator was produced by the above operation.
4). Preparation of Electrolytic Solution An electrolytic solution was prepared by dissolving 1 mol / L of LiPF 6 (lithium salt) in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate (volume ratio 1: 1).
5. Assembly of Laminate Cell (Test Cell) One positive electrode, one negative electrode, and three separators (positive electrode side separator, intermediate separator, negative electrode side separator) were laminated. Specifically, first, the intermediate separator is sandwiched between the positive electrode side separator and the negative electrode side separator, and then the positive electrode is laminated on the positive electrode side separator so that the positive electrode side coating layer is adjacent to the negative electrode side separator. The negative electrode was laminated so that the side coating layers were adjacent.

次いで、積層された正極、負極および各セパレータを、セル槽に収容し、電解液(1cc)を注入した。以上の操作により、試験セルを組み立てた。
比較例1
中間セパレータを用いなかった以外は、実施例1と同様にして、試験セルを調製した。
比較例2
正極側セパレータを、中間セパレータと負極側セパレータとで挟み、中間セパレータに、正極側塗工層が隣接するように正極を積層し、負極側セパレータに、負極側塗工層が隣接するように負極を積層した点以外は、実施例1と同様にして、試験セルを調製した。
充放電試験
上記実施例および各比較例で組み立てた試験セルに対して、以下に示す方法により、充放電試験(充放電サイクル)をそれぞれ実施した。
(1)1サイクル目
セル電圧が4.8Vに上昇するまで1mA/cmで定電流充電した。充電後、電流値が0.3mA/cmに降下するまでセル電圧を4.8Vに保持し、その後、セル電圧が2.3Vに降下するまで1mA/cmで定電流放電した。
(2)2〜6サイクル目
セル電圧が4.6Vに上昇するまで1mA/cmで定電流充電した。充電後、セル電圧が2.3Vに降下するまで1mA/cmで定電流放電した。
(3)7サイクル目以降
セル電圧が4.6Vに上昇するまで5mA/cmで定電流充電した。充電後、セル電圧が2.3Vに降下するまで5mA/cmで定電流放電した。
2.評価
図2に、実施例および各比較例の充放電サイクルにおけるハイブリッドキャパシタ(試験セル)のクーロン効率(充電容量に対する放電容量の比)の変化を示す。
Subsequently, the laminated positive electrode, negative electrode, and each separator were accommodated in a cell tank, and an electrolytic solution (1 cc) was injected. The test cell was assembled by the above operation.
Comparative Example 1
A test cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that no intermediate separator was used.
Comparative Example 2
The positive electrode side separator is sandwiched between the intermediate separator and the negative electrode side separator, the positive electrode is laminated on the intermediate separator so that the positive electrode side coating layer is adjacent, and the negative electrode is applied so that the negative electrode side separator is adjacent to the negative electrode side coating layer. A test cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that was laminated.
Charge / Discharge Test A charge / discharge test (charge / discharge cycle) was performed on each of the test cells assembled in the above Examples and Comparative Examples by the following method.
(1) 1st cycle It charged with constant current at 1 mA / cm < 2 > until the cell voltage rose to 4.8V. After charging, the cell voltage was held at 4.8 V until the current value dropped to 0.3 mA / cm 2 , and then constant current discharge was performed at 1 mA / cm 2 until the cell voltage dropped to 2.3 V.
(2) 2nd to 6th cycles The battery was charged at a constant current of 1 mA / cm 2 until the cell voltage increased to 4.6V. After charging, constant current was discharged at 1 mA / cm 2 until the cell voltage dropped to 2.3V.
(3) From the 7th cycle Onward, constant current charging was performed at 5 mA / cm 2 until the cell voltage increased to 4.6V. After charging, constant current discharge was performed at 5 mA / cm 2 until the cell voltage dropped to 2.3V.
2. Evaluation FIG. 2 shows a change in coulomb efficiency (ratio of discharge capacity to charge capacity) of the hybrid capacitor (test cell) in the charge / discharge cycle of the example and each comparative example.

図3に、実施例および各比較例の充放電サイクルにおけるハイブリッドキャパシタ(試験セル)のエネルギー密度の変化を示す。   In FIG. 3, the change of the energy density of the hybrid capacitor (test cell) in the charging / discharging cycle of an Example and each comparative example is shown.

なお、クーロン効率は、試験セルのサイクル毎の放電容量/充電容量により算出した。   The Coulomb efficiency was calculated from the discharge capacity / charge capacity for each cycle of the test cell.

また、エネルギー密度の変化は、正極・負極の電極体積に対する試験セルのサイクル毎のエネルギーの比であって、7サイクル目以降のエネルギー密度の変化により算出した。
考察
(1)クーロン効率について
図1に示すように、比較例1では、充放電サイクルにおける約700サイクル付近において、正極と負極との短絡(クーロン効率が著しく低い点)が確認された。
The change in energy density is the ratio of the energy of each cycle of the test cell to the electrode volume of the positive electrode / negative electrode, and was calculated from the change in energy density after the seventh cycle.
Consideration (1) Coulomb efficiency As shown in FIG. 1, in Comparative Example 1, a short circuit between the positive electrode and the negative electrode (a point where the Coulomb efficiency is remarkably low) was confirmed around 700 cycles in the charge / discharge cycle.

一方、実施例1および比較例2では、正極と負極との短絡が確認されなかった。
(2)エネルギー密度について
図2に示すように、比較例1および2では、充放電サイクルの繰り返しに伴ない、エネルギー密度の低下が確認された。
On the other hand, in Example 1 and Comparative Example 2, a short circuit between the positive electrode and the negative electrode was not confirmed.
(2) Energy Density As shown in FIG. 2, in Comparative Examples 1 and 2, a decrease in energy density was confirmed as the charge / discharge cycle was repeated.

一方、実施例1では、充放電サイクルを繰り返しても、高いエネルギー密度が良好に維持されることが確認された。   On the other hand, in Example 1, it was confirmed that a high energy density was satisfactorily maintained even when the charge / discharge cycle was repeated.

1 ハイブリッドキャパシタ
2 正極
3 負極
4 セパレータ
5 非水電解質
11 正極側セパレータ
12 負極側セパレータ
13 中間セパレータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hybrid capacitor 2 Positive electrode 3 Negative electrode 4 Separator 5 Nonaqueous electrolyte 11 Positive electrode side separator 12 Negative electrode side separator 13 Intermediate separator

Claims (1)

正極と、
リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出可能な材料からなる負極と、
リチウムイオンを含む非水電解質と、
前記正極と前記負極との間に介在されるセパレータとを備える電気化学キャパシタであって、
前記セパレータは、
前記正極に隣接配置され、前記正極において発生するガスの通過を許容する第1セパレータと、
前記負極に隣接配置され、前記非水電解質に含まれるアニオンから誘導される負極活性阻害物質を捕捉する第2セパレータと、
前記第1セパレータと前記第2セパレータとの間に配置され、前記非水電解質に含まれるリチウムイオンから誘導され、前記負極において析出するリチウム析出物の通過を遮断する第3セパレータとを備えることを特徴とする、電気化学キャパシタ。
A positive electrode;
A negative electrode made of a material capable of reversibly inserting and extracting lithium ions;
A non-aqueous electrolyte containing lithium ions;
An electrochemical capacitor comprising a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode,
The separator is
A first separator disposed adjacent to the positive electrode and allowing passage of gas generated in the positive electrode;
A second separator disposed adjacent to the negative electrode and capturing a negative electrode activity inhibitor derived from an anion contained in the nonaqueous electrolyte;
A third separator that is disposed between the first separator and the second separator and that is derived from lithium ions contained in the non-aqueous electrolyte and that blocks the passage of lithium precipitates deposited on the negative electrode. A feature of the electrochemical capacitor.
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