JP2014220327A - Electrode for power storage device, power storage device, and method for manufacturing electrode for power storage device - Google Patents

Electrode for power storage device, power storage device, and method for manufacturing electrode for power storage device Download PDF

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細江 晃久
Akihisa Hosoe
晃久 細江
真嶋 正利
Masatoshi Mashima
正利 真嶋
奥野 一樹
Kazuki Okuno
一樹 奥野
知陽 竹山
Tomoharu Takeyama
知陽 竹山
光靖 小川
Mitsuyasu Ogawa
光靖 小川
卓孝 野口
Takayuki Noguchi
卓孝 野口
山本 雅史
Masafumi Yamamoto
雅史 山本
倉元 政道
Masamichi Kuramoto
政道 倉元
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode for a power storage device which improves power-stored energy density by improving capacitance and cell voltage of a power storage device when the electrode is used as the electrode for the power storage device, a power storage device using the electrode for the power storage device, and a method for manufacturing the electrode for the power storage device.SOLUTION: An electrode for a power storage device comprises: a carbon nano-tube; an ion fluid; and a metal foil for holding the carbon nano-tube and the ion fluid and having at least one of a recessed part and a projection part on a surface.

Description

本発明は、蓄電デバイス用電極、蓄電デバイスおよび蓄電デバイス用電極の製造方法に関する。   The present invention relates to an electrode for an electricity storage device, an electricity storage device, and a method for producing an electrode for an electricity storage device.

蓄電デバイスのうち、キャパシタは各種の電気機器等に広く用いられている。多くの種類があるキャパシタの中でも電気二重層キャパシタおよびリチウムイオンキャパシタは容量が大きく、近年とくに注目を集めている。   Among power storage devices, capacitors are widely used in various electric devices. Among many types of capacitors, electric double layer capacitors and lithium ion capacitors have large capacities and have attracted particular attention in recent years.

電気二重層キャパシタは、セル、セル間の電気的絶縁の確保と液漏れを防ぐための密閉容器、電気を外に取り出すための集電極、およびリード線を備える蓄電デバイスである。前記セルは、主に対向する一対の活性炭電極とそれを電気的に分離するセパレータ、および容量発現を行う有機系電解液を含む。   The electric double layer capacitor is a power storage device including a cell, a sealed container for securing electrical insulation between the cells and preventing liquid leakage, a collecting electrode for taking out electricity, and a lead wire. The cell mainly includes a pair of opposed activated carbon electrodes, a separator that electrically separates the activated carbon electrodes, and an organic electrolyte that develops capacity.

また、リチウムイオンキャパシタは、正極電極に活性炭電極などのイオンが静電的に吸脱着可能な電極を用い、負極電極にハードカーボンなどのリチウムイオンを吸蔵可能な電極を用いる蓄電デバイスである。   A lithium ion capacitor is an electricity storage device that uses an electrode such as an activated carbon electrode that can electrostatically absorb and desorb ions as a positive electrode, and an electrode that can store lithium ions such as hard carbon as a negative electrode.

電気二重層キャパシタで蓄電されるエネルギーは、下記式(1)で示される。
W=(1/2)CU2 …(1)
Wは、蓄電されるエネルギー(容量)、Cは静電容量(電極の表面積に依存)、Uはセル電圧をそれぞれ示す。
The energy stored in the electric double layer capacitor is represented by the following formula (1).
W = (1/2) CU 2 (1)
W is the stored energy (capacity), C is the electrostatic capacity (depending on the surface area of the electrode), and U is the cell voltage.

上記式(1)から、蓄電されるエネルギーの向上には、静電容量の向上が寄与すると考えられる。   From the above formula (1), it is considered that the improvement of the capacitance contributes to the improvement of the stored energy.

特開2005−079505号公報には、電気二重層キャパシタにおいて、静電容量を向上させるべく、「イオン性液体の存在下にカーボンナノチューブにせん断力を加えて細分化することによって得られるカーボンナノチューブとイオン性液体とから成るゲル状組成物から構成されることを特徴とする電気二重層キャパシタの電極材料。」が開示されている。   JP-A-2005-07955 discloses that, in an electric double layer capacitor, in order to improve the capacitance, “carbon nanotubes obtained by applying a shearing force to carbon nanotubes in the presence of an ionic liquid and subdividing them” An electrode material for an electric double layer capacitor, characterized in that it is composed of a gel-like composition comprising an ionic liquid. "

特開2009−267340号公報には、「比表面積が600〜2600m2/gであるカーボンナノチューブを抄紙成型したシートが、集電体を構成し表面に凹凸部のある基材と、その凹凸部により一体化されていることを特徴とする電気二重層キャパシタ用電極。」が開示されている。 JP 2009-267340 A discloses that a sheet on which a carbon nanotube having a specific surface area of 600 to 2600 m 2 / g is paper-molded constitutes a current collector and has a concavo-convex portion on the surface, and the concavo-convex portion thereof. An electrode for an electric double layer capacitor, which is characterized by being integrated by the above. "

特開2005−079505号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-07955 特開2009−267340号公報JP 2009-267340 A

しかし、特開2005−079505号公報に記載のゲル状組成物は変形しやすく、固体化していないので、電極材料としては取り扱いに不都合がある。さらに、ゲル状組成物を集電箔上に厚みを厚く装着することが困難であることから、電極単位面積あたりの静電容量を大きくすることにも課題がある。   However, the gel composition described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-07955 is easily deformed and is not solidified, so that it is inconvenient to handle as an electrode material. Furthermore, since it is difficult to mount the gel composition on the current collector foil with a large thickness, there is a problem in increasing the capacitance per electrode unit area.

また、特開2009−267340号公報には、基材として発泡ニッケル(三次元網目状ニッケル多孔体)を使用した技術も記載されているが、カーボンナノチューブが凹凸部のある基材に対して均一に分散しにくいという課題がある。さらに、活性炭中の残留水分および官能基に起因したCO等のガス発生があり、セル電圧を高くする事にも課題がある。また、電極材料と集電体との接触性に関係して、出力を上げることも望まれている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-267340 also describes a technique using foamed nickel (a three-dimensional network nickel porous body) as a base material. There is a problem that it is difficult to disperse. Furthermore, gas such as CO is generated due to residual moisture and functional groups in the activated carbon, and there is a problem in increasing the cell voltage. It is also desired to increase the output in relation to the contact between the electrode material and the current collector.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄電デバイスの電極として用いた場合に、静電容量およびセル電圧を向上させて、蓄電されるエネルギー密度を向上できる蓄電デバイス用電極、ならびに該蓄電デバイス用電極を用いた蓄電デバイスおよび該蓄電デバイス用電極の製造方法を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an energy storage device capable of improving the energy density to be stored by improving the capacitance and cell voltage when used as an electrode of the energy storage device. Electrode, an electricity storage device using the electricity storage device electrode, and a method for producing the electricity storage device electrode.

本発明は、カーボンナノチューブと、イオン液体と、カーボンナノチューブおよびイオン液体を保持し、表面に凹部および凸部の少なくともいずれかを有する金属箔とを備える、蓄電デバイス用電極である。   The present invention is an electrode for an electricity storage device comprising a carbon nanotube, an ionic liquid, and a metal foil that holds the carbon nanotube and the ionic liquid and has a concave portion or a convex portion on the surface.

本発明の蓄電デバイス用電極は、活物質としてカーボンナノチューブを用いている。カーボンナノチューブは繊維状であるため、カーボンナノチューブ同士の接触性が良好であり、活物質の電気伝導性を向上させることができる。したがって、活物質としてカーボンナノチューブを用いた蓄電デバイス用電極を蓄電デバイスの電極として用いると、蓄電デバイスの出力を向上させることができる。   The electrode for an electricity storage device of the present invention uses carbon nanotubes as an active material. Since carbon nanotubes are fibrous, the contact property between the carbon nanotubes is good, and the electrical conductivity of the active material can be improved. Therefore, when an electrode for an electricity storage device using carbon nanotubes as an active material is used as an electrode of the electricity storage device, the output of the electricity storage device can be improved.

さらに、表面に凹部および凸部の少なくともいずれかを有する金属箔は、凹部内や金属箔の表面上にカーボンナノチューブを良好に保持することができる。したがって、本発明の蓄電デバイス用電極は、蓄電デバイスの電極として用いると、蓄電デバイスの静電容量およびセル電圧を向上させて、蓄電されるエネルギー密度を向上させることができる。   Furthermore, the metal foil having at least one of a concave portion and a convex portion on the surface can favorably hold the carbon nanotubes in the concave portion or on the surface of the metal foil. Therefore, when the electrode for an electricity storage device of the present invention is used as an electrode of an electricity storage device, it can improve the electrostatic capacity and the cell voltage of the electricity storage device and improve the energy density of the electricity stored.

金属箔の本体部の厚みが10μm以上500μm以下であると、十分な強度と集電性を両立できる。金属箔の本体部の厚みが薄すぎると強度が低下し、厚すぎると蓄電デバイスに占める金属箔の割合が増加して蓄電デバイスの容量密度が低下するため、金属箔の本体部の厚みは15μm以上100μm以下が好ましく、さらに18μm以上60μm以下が好ましい。   When the thickness of the body portion of the metal foil is 10 μm or more and 500 μm or less, both sufficient strength and current collecting property can be achieved. If the thickness of the metal foil main body is too thin, the strength is reduced. If the metal foil is too thick, the proportion of the metal foil in the power storage device increases and the capacity density of the power storage device decreases, so the thickness of the metal foil main body is 15 μm. The thickness is preferably 100 μm or less, more preferably 18 μm or more and 60 μm or less.

本発明の蓄電デバイス用電極において好ましくは、金属箔の凹部の平均孔径は、500nm以上500μm以下である。   In the electrode for an electricity storage device of the present invention, preferably, the average pore diameter of the concave portion of the metal foil is 500 nm or more and 500 μm or less.

金属箔の凹部の平均孔径が500nm以上であると、カーボンナノチューブおよびイオン液体が凹部内に入り込みやすくなり、カーボンナノチューブと金属箔との接触性が良好となる。したがって、電極の内部抵抗が低減され、蓄電デバイスのエネルギー密度を向上させることができる。一方、金属箔の凹部の平均孔径が500μm以下であると、バインダー成分を使用しなくても、凹部内にカーボンナノチューブを良好に保持することができ、さらに十分な強度を有する電極を得ることができる。   When the average pore diameter of the recesses of the metal foil is 500 nm or more, the carbon nanotubes and the ionic liquid are likely to enter the recesses, and the contact between the carbon nanotubes and the metal foil is improved. Therefore, the internal resistance of the electrode is reduced, and the energy density of the electricity storage device can be improved. On the other hand, when the average pore diameter of the concave portion of the metal foil is 500 μm or less, the carbon nanotube can be satisfactorily held in the concave portion without using a binder component, and an electrode having sufficient strength can be obtained. it can.

本発明の蓄電デバイス用電極において好ましくは、金属箔の凹部に、前記金属箔を貫通する貫通孔が存在する。   In the electrode for an electricity storage device of the present invention, preferably, a through hole penetrating the metal foil is present in the recess of the metal foil.

カーボンナノチューブおよびイオン液体をスキージなどを用いて金属箔に塗布する場合、凹部に貫通孔が存在していると、凹部内に空気が溜らないので、凹部内に隈なくカーボンナノチューブおよびイオン液体を充填することができる。したがって、蓄電デバイスの静電容量を大きくすることができる。   When carbon nanotubes and ionic liquid are applied to metal foil using a squeegee, etc., if there are through holes in the recesses, air will not accumulate in the recesses, so the carbon nanotubes and ionic liquid will be fully filled in the recesses. can do. Therefore, the capacitance of the electricity storage device can be increased.

本発明の蓄電デバイス用電極において好ましくは、金属箔の凹部に、前記金属箔を貫通する貫通孔が存在しない。   In the electrode for an electricity storage device of the present invention, preferably, there is no through-hole penetrating the metal foil in the recess of the metal foil.

金属箔の凹部に、金属箔を貫通する貫通孔が存在しないと、凹部にカーボンナノチューブを保持することができ、蓄電デバイスの寿命が長くなる。   If there is no through-hole penetrating the metal foil in the concave portion of the metal foil, the carbon nanotube can be held in the concave portion, and the life of the electricity storage device is prolonged.

本発明の蓄電デバイス用電極において好ましくは、金属箔は複数の凸部を有し、凸部間のピッチが1μm以上1000μm以下である。   In the electrode for an electricity storage device of the present invention, preferably, the metal foil has a plurality of protrusions, and the pitch between the protrusions is 1 μm or more and 1000 μm or less.

凸部間のピッチが1μm以上であると、カーボンナノチューブおよびイオン液体が複数の凸部間に形成される空間に担持されることによって金属箔上に保持されやすくなり、カーボンナノチューブと金属箔との接触性が良好となる。したがって、電極の内部抵抗が低減され、蓄電デバイスのエネルギー密度を向上させることができる。一方、凸部間のピッチが1000μm以下であると、バインダー成分を使用しなくても、金属箔上にカーボンナノチューブを良好に保持することができる。   When the pitch between the protrusions is 1 μm or more, the carbon nanotubes and the ionic liquid are easily held on the metal foil by being supported in the space formed between the plurality of protrusions, Good contactability. Therefore, the internal resistance of the electrode is reduced, and the energy density of the electricity storage device can be improved. On the other hand, when the pitch between the convex portions is 1000 μm or less, the carbon nanotubes can be favorably retained on the metal foil without using a binder component.

本発明の蓄電デバイス用電極において好ましくは、金属箔は植毛金属である。
金属箔として植毛金属を用いると、カーボンナノチューブが植毛部に絡んで、カーボンナノチューブを良好に保持することができ、蓄電デバイス用電極の集電性が向上する。
In the electrode for an electricity storage device of the present invention, the metal foil is preferably a flocked metal.
When a flocked metal is used as the metal foil, the carbon nanotubes can be entangled with the flocked portion to hold the carbon nanotubes well, and the current collecting property of the electrode for the electricity storage device is improved.

本発明の蓄電デバイス用電極において好ましくは、蓄電デバイス用電極は、バインダー成分を含まない。   In the electrode for an electricity storage device of the present invention, preferably, the electrode for an electricity storage device does not contain a binder component.

本発明の蓄電デバイス用電極によれば、表面に凹部および凸部の少なくともいずれかを有する金属箔の凹部内や表面上に活物質を保持することができる。このため、絶縁体であるバインダー成分を使用しなくても電極を作製することができる。したがって、本発明の蓄電デバイス用電極は、電極単位体積中に高い含有率でカーボンナノチューブを保持できることになり、さらに内部抵抗も低減されるため、蓄電デバイスの静電容量およびセル電圧を向上させて、蓄電されるエネルギー密度を向上させることができる。   According to the electrode for an electricity storage device of the present invention, the active material can be held in the concave portion or on the surface of the metal foil having at least one of the concave portion and the convex portion on the surface. For this reason, an electrode can be produced even if it does not use the binder component which is an insulator. Therefore, the electrode for an electricity storage device of the present invention can hold carbon nanotubes at a high content rate in the electrode unit volume, and further the internal resistance is reduced, so that the capacitance and cell voltage of the electricity storage device are improved. The energy density of stored electricity can be improved.

本発明は、蓄電デバイス用電極を備える蓄電デバイスである。
本発明の蓄電デバイスによれば、静電容量およびセル電圧が向上し、蓄電されるエネルギー密度を向上することができる。
The present invention is an electricity storage device including an electrode for an electricity storage device.
According to the electricity storage device of the present invention, the electrostatic capacity and the cell voltage can be improved, and the energy density of the electricity stored can be improved.

本発明は、カーボンナノチューブとイオン液体とを混練りして混練物を生成する工程と、混練物を表面に凹部および凸部の少なくともいずれかを有する金属箔に充填する工程とを備える、蓄電デバイス用電極の製造方法である。   The present invention relates to a power storage device comprising a step of kneading carbon nanotubes and an ionic liquid to produce a kneaded product, and a step of filling the kneaded product in a metal foil having at least one of a concave portion and a convex portion on the surface. It is a manufacturing method of the electrode for a vehicle.

本発明によれば、カーボンナノチューブとイオン液体とを含む混練物が金属箔の凹部内または金属箔の表面上に良好に保持されている蓄電デバイス用電極を得ることができる。該蓄電デバイス用電極は、蓄電デバイスの電極として用いると、蓄電デバイスの静電容量およびセル電圧を向上させて、蓄電されるエネルギー密度を向上させることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrode for electrical storage devices in which the kneaded material containing a carbon nanotube and an ionic liquid is favorably hold | maintained in the recessed part of metal foil or the surface of metal foil can be obtained. When the electricity storage device electrode is used as an electrode of an electricity storage device, it can improve the electrostatic capacity and cell voltage of the electricity storage device and improve the energy density of the electricity stored.

本発明によれば、蓄電デバイスの電極として用いた場合に、静電容量およびセル電圧を向上させて、蓄電されるエネルギー密度を向上できる蓄電デバイス用電極、ならびに該蓄電デバイス用電極を用いた蓄電デバイスおよび該蓄電デバイス用電極の製造方法を提供することができる。   According to the present invention, when used as an electrode of an electricity storage device, the electricity storage device electrode capable of improving the electrostatic capacity and the cell voltage and improving the energy density of electricity stored, and the electricity storage using the electrode for the electricity storage device A device and a method for manufacturing the electrode for an electricity storage device can be provided.

エキスパンドメタルの一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of an expanded metal. 図1のA部の拡大斜視図である。It is an expansion perspective view of the A section of FIG. 穴あき箔の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of a perforated foil. 多孔性シートの一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of a porous sheet. (a)は図4のA−A断面図、(b)は図4のB−B断面図、(c)は図4のC−C断面図である。(A) is AA sectional drawing of FIG. 4, (b) is BB sectional drawing of FIG. 4, (c) is CC sectional drawing of FIG. (a)は表面に凹部を有する金属箔の一例を示す平面図、(b)は図6(a)のD−D断面図である。(A) is a top view which shows an example of the metal foil which has a recessed part on the surface, (b) is DD sectional drawing of Fig.6 (a). 植毛金属の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a flocked metal. (a)は表面に凸部を有する金属箔の一例を示す平面図、(b)は図8(a)のE−E断面図である。(A) is a top view which shows an example of the metal foil which has a convex part on the surface, (b) is EE sectional drawing of Fig.8 (a). (a)は表面に凸部を有する金属箔の一例を示す平面図、(b)は図9(a)のF−F断面図である。(A) is a top view which shows an example of the metal foil which has a convex part on the surface, (b) is FF sectional drawing of Fig.9 (a). 本発明の一実施の形態における電気二重層キャパシタのセルの概略図である。It is the schematic of the cell of the electric double layer capacitor in one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態におけるリチウムイオンキャパシタのセルの概略図である。It is the schematic of the cell of the lithium ion capacitor in one embodiment of this invention.

以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。   Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments. Note that the present invention is not limited to the following embodiments. Various modifications can be made to the following embodiments within the same and equivalent scope as the present invention.

[実施の形態1]
(蓄電デバイス用電極)
本発明の一実施の形態において、蓄電デバイス用電極は、カーボンナノチューブと、イオン液体と、表面に凹部および凸部の少なくともいずれかを有する金属箔とを含む。
[Embodiment 1]
(Electrode for power storage devices)
In one embodiment of the present invention, an electrode for an electricity storage device includes a carbon nanotube, an ionic liquid, and a metal foil having at least one of a concave portion and a convex portion on the surface.

(カーボンナノチューブ)
カーボンナノチューブとしては、たとえば、炭素の層(グラフェン)が1層だけ筒状になっている単層カーボンナノチューブ(以下、単層CNTともいう)や、炭素の層が複数層積層した状態で筒状になっている二層カーボンナノチューブ(以下、二層CNTともいう)または多層カーボンナノチューブ(以下、多層CNTともいう)、底が抜けた紙コップの形をしたグラフェンが積層をした構造のカップスタック型ナノチューブなどが知られており、いずれも用いることができる。
(carbon nanotube)
Examples of the carbon nanotube include a single-walled carbon nanotube (hereinafter also referred to as single-walled CNT) in which only one carbon layer (graphene) is cylindrical, or a cylindrical shape in which a plurality of carbon layers are stacked. A cup-stacked structure in which double-walled carbon nanotubes (hereinafter also referred to as double-walled CNTs) or multi-walled carbon nanotubes (hereinafter also referred to as multi-walled CNTs) and graphene in the form of a paper cup with a bottom are stacked. Nanotubes and the like are known, and any of them can be used.

カーボンナノチューブの形状はとくに限定されず、先端が閉じているものまたは先端が開孔しているもののいずれも用いることができる。中でも、両端が開孔している形状のカーボンナノチューブを用いることが好ましい。カーボンナノチューブの両端が開孔していると、カーボンナノチューブ内部へイオン液体や電解液が侵入しやすくなるため、カーボンナノチューブとイオン液体や電解液との接触面積が増加する。したがって、該カーボンナノチューブを用いた蓄電デバイス用電極は、蓄電デバイスの静電容量を増加させることができる。   The shape of the carbon nanotube is not particularly limited, and any carbon nanotube having a closed end or an open end can be used. Among them, it is preferable to use a carbon nanotube having a shape in which both ends are open. If both ends of the carbon nanotube are open, the ionic liquid or the electrolytic solution easily enters the inside of the carbon nanotube, so that the contact area between the carbon nanotube and the ionic liquid or the electrolytic solution increases. Therefore, the electrode for an electricity storage device using the carbon nanotube can increase the capacitance of the electricity storage device.

カーボンナノチューブの平均長さは、100nm以上2000μm以下の範囲が好ましく、500nm以上100μm以下の範囲がさらに好ましい。カーボンナノチューブの平均長さが100nm以上2000μm以下の範囲であると、イオン液体中でのカーボンナノチューブの分散性が良好であり、かつカーボンナノチューブが金属箔の凹部内または金属箔上に保持されやすくなる。したがって、カーボンナノチューブとイオン液体との接触面積が増加し、蓄電デバイスの静電容量を増加させることができる。さらにカーボンナノチューブの平均長さが500nm以上100μm以下であると、蓄電デバイスの静電容量の増大効果が顕著である。   The average length of the carbon nanotubes is preferably in the range of 100 nm to 2000 μm, and more preferably in the range of 500 nm to 100 μm. When the average length of the carbon nanotubes is in the range of 100 nm to 2000 μm, the dispersibility of the carbon nanotubes in the ionic liquid is good, and the carbon nanotubes are easily held in the recesses of the metal foil or on the metal foil. . Therefore, the contact area between the carbon nanotube and the ionic liquid is increased, and the capacitance of the electricity storage device can be increased. Furthermore, when the average length of the carbon nanotube is 500 nm or more and 100 μm or less, the effect of increasing the capacitance of the electricity storage device is significant.

カーボンナノチューブの平均直径は、0.1nm以上50nm以下の範囲が好ましく、0.5nm以上5nm以下の範囲がさらに好ましい。カーボンナノチューブの平均直径が0.1nm以上50nm以下の範囲であると、カーボンナノチューブ内部へイオン液体や電解液が侵入しやすくなるため、カーボンナノチューブとイオン液体や電解液との接触面積が増加し、蓄電デバイスの静電容量を増加させることができる。   The average diameter of the carbon nanotubes is preferably in the range of 0.1 nm to 50 nm, and more preferably in the range of 0.5 nm to 5 nm. When the average diameter of the carbon nanotubes is in the range of 0.1 nm to 50 nm, the ionic liquid or the electrolytic solution easily enters the carbon nanotubes, so that the contact area between the carbon nanotubes and the ionic liquid or the electrolytic solution increases. The capacitance of the electricity storage device can be increased.

カーボンナノチューブの純度は、70質量%以上が好ましく、90質量%以上がさらに好ましい。カーボンナノチューブの純度が70質量%未満であると、触媒金属による影響で耐電圧の低下やデンドライトの生成が懸念される。   The purity of the carbon nanotube is preferably 70% by mass or more, and more preferably 90% by mass or more. If the purity of the carbon nanotube is less than 70% by mass, there is a concern that the withstand voltage may be lowered or dendrite may be generated due to the influence of the catalyst metal.

カーボンナノチューブの純度が90質量%以上であると、電気伝導性が良好である。したがって、該カーボンナノチューブを用いて作製された蓄電デバイス用電極は、蓄電デバイスの出力を向上させることができる。   When the purity of the carbon nanotube is 90% by mass or more, the electrical conductivity is good. Therefore, the electrode for an electricity storage device manufactured using the carbon nanotube can improve the output of the electricity storage device.

(イオン液体)
イオン液体とは、アニオンとカチオンとを約100℃以下の融点を持つように組み合わせたものである。たとえば、アニオンとしてはヘキサフルオロホスフェイト(PF6)、テトラフルオロボレート(BF4)、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(TFSI)、トリフルオロメタンスルホナート(TFS)またはビス(パーフルオロエチルスルホニル)イミド(BETI)を用いることができる。カチオンとしては炭素数1〜8のアルキル基を持つイミダゾリウムイオン、炭素数1〜8のアルキル基を持つピリジニウムイオン、炭素数1〜8のアルキル基を持つピペリジニウムイオン、炭素数1〜8のアルキル基を持つピロリジニウムイオンまたは炭素数1〜8のアルキル基を持つスルホニウムイオンを用いることができる。
(Ionic liquid)
An ionic liquid is a combination of an anion and a cation so as to have a melting point of about 100 ° C. or less. For example, hexafluorophosphate (PF 6 ), tetrafluoroborate (BF 4 ), bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (TFSI), trifluoromethanesulfonate (TFS) or bis (perfluoroethylsulfonyl) imide (anion) BETI) can be used. As a cation, an imidazolium ion having an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a pyridinium ion having an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a piperidinium ion having an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, A pyrrolidinium ion having an alkyl group or a sulfonium ion having an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms can be used.

イオン液体は、たとえば、1−エチル−3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート(EMI−BF4)、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム−ビス(フルオロスルホニル)イミド(EMI−FSI)、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム−ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(EMI−TFSI)、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム−ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(BMI−TFSI)、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート(HMI−BF4)、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウム−ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(HMI−TFSI)、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム−フルオロハイドロジェネート(EMI(FH)2.3F)、N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)−テトラフルオロボレート(DEME−BF4)、N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)−ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(DEME−TFSI)、N−メチル−N−プロピルピペリジニウム−ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(PP13−TFSI)、トリエチルスルホニウム−ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(TES−TFSI)、N−メチル−Nプロピルピロリジニウム−ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(P13−TFSI)、トリエチルオクチルホスホニウム−ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(P2228−TFSI)、N−メチル−メトキシメチルピロリジニウム−テトラフルオロボレート(C13−BF4)を用いることができる。また、これらイオン液体は単独で用いても良いし、適宜組み合わせて使用することもできる。さらに、イオン液体は支持塩を含んでも良い。 Examples of the ionic liquid include 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (EMI-BF 4 ), 1-ethyl-3-methylimidazolium-bis (fluorosulfonyl) imide (EMI-FSI), 1-ethyl. -3-Methylimidazolium-bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (EMI-TFSI), 1-butyl-3-methylimidazolium-bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (BMI-TFSI), 1-hexyl-3-methyl Imidazolium tetrafluoroborate (HMI-BF 4 ), 1-hexyl-3-methylimidazolium-bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (HMI-TFSI), 1-ethyl-3-methylimidazolium-fluorohydrogenate ( EMI (FH) 2.3 F), N, - Diethyl -N- methyl -N- (2-methoxyethyl) - tetrafluoroborate (DEME-BF 4), N , N- diethyl--N- methyl -N- (2-methoxyethyl) - bis (trifluoromethanesulfonyl ) Imide (DEME-TFSI), N-methyl-N-propylpiperidinium-bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (PP13-TFSI), triethylsulfonium-bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (TES-TFSI), N- Methyl-N-propylpyrrolidinium-bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (P13-TFSI), triethyloctylphosphonium-bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (P2228-TFSI), N-methyl-methoxymethylpyrrolidinium-tetrafluor It can be used Roboreto (C13-BF 4). These ionic liquids may be used alone or in appropriate combination. Furthermore, the ionic liquid may contain a supporting salt.

蓄電デバイス用電極をリチウムイオンキャパシタに用いる場合は、イオン液体として、たとえば、リチウム−ビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)やリチウム−ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)などのリチウム塩を含むイオン液体を用いる。   When using the electrode for an electricity storage device for a lithium ion capacitor, as an ionic liquid, for example, an ion containing a lithium salt such as lithium-bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) or lithium-bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) Use liquid.

蓄電デバイス用電極をリチウムイオンキャパシタに用いる場合は、イオン液体に支持塩が溶解されている溶液を用いる。   When the electrode for an electricity storage device is used for a lithium ion capacitor, a solution in which a supporting salt is dissolved in an ionic liquid is used.

支持塩としては、たとえば、リチウム−ヘキサフルオロホスフェイト(LiPF6)、リチウム−テトラフルオロボレート(LiBF4)、リチウム−パークロレート(LiClO4)、リチウム−ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiN(SO2CF32)、リチウム−ビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド(LiN(SO2252)、リチウム−ビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド(LiBETI)、リチウム−トリフルオロメタンスルホネート(LiCF3SO3)、リチウム−ビス(オキサレート)ボレート(LiBC48)などを用いることができる。 Examples of the supporting salt include lithium-hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium-tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium-perchlorate (LiClO 4 ), lithium-bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiN (SO 2 CF 3) 2), a lithium - bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide (LiN (SO 2 C 2 F 5) 2), a lithium - bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide (LiBETI), lithium - trifluoromethanesulfonate ( LiCF 3 SO 3 ), lithium-bis (oxalate) borate (LiBC 4 O 8 ), or the like can be used.

支持塩のイオン液体中の濃度は0.1mol/L以上5.0mol/L以下が好ましく、1mol/L以上3.0mol/L以下がより好ましい。   The concentration of the supporting salt in the ionic liquid is preferably from 0.1 mol / L to 5.0 mol / L, more preferably from 1 mol / L to 3.0 mol / L.

イオン液体は有機溶媒を含むことができる。イオン液体が有機溶媒を含むと、イオン液体の粘度が低下する。したがって、有機溶媒を含むイオン液体を備えた蓄電デバイス用電極は、蓄電デバイスの低温特性を向上させることができる。   The ionic liquid can include an organic solvent. When the ionic liquid contains an organic solvent, the viscosity of the ionic liquid decreases. Therefore, the electrode for an electricity storage device provided with an ionic liquid containing an organic solvent can improve the low temperature characteristics of the electricity storage device.

有機溶媒としては、たとえば、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、γ−ブチロラクトン(GBL)、アセトニトリル(AN)などを単一または混合して用いることができる。   As the organic solvent, for example, propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), γ-butyrolactone (GBL), acetonitrile (AN) or the like is mixed or single. Can be used.

(金属箔)
金属箔は、表面に凹部および凸部の少なくともいずれかを有する。
(Metal foil)
The metal foil has at least one of a concave portion and a convex portion on the surface.

金属箔が表面に凹部を有すると、カーボンナノチューブおよびイオン液体が凹部内に入り込むため、金属箔はカーボンナノチューブおよびイオン液体を良好に保持することができる。したがって、該金属箔を用いた蓄電デバイス用電極は、蓄電デバイスの静電容量およびセル電圧を向上させて、蓄電されるエネルギー密度を向上させることができる。   When the metal foil has a recess on the surface, the carbon nanotube and the ionic liquid enter the recess, and therefore the metal foil can hold the carbon nanotube and the ionic liquid well. Therefore, the electrode for an electricity storage device using the metal foil can improve the electrostatic capacity and the cell voltage of the electricity storage device and improve the energy density of the electricity stored.

金属箔の凹部の平均孔径は、500nm以上500μm以下が好ましく、さらに1000nm以上100μm以下が好ましい。   The average pore diameter of the concave portions of the metal foil is preferably 500 nm or more and 500 μm or less, and more preferably 1000 nm or more and 100 μm or less.

金属箔の凹部の平均孔径が500nm以上であると、カーボンナノチューブおよびイオン液体が凹部に入り込みやすくなり、カーボンナノチューブと金属箔との接触性が良好となる。したがって、電極の内部抵抗が低減され、蓄電デバイスのエネルギー密度を向上させることができる。一方、金属箔の凹部の平均孔径が500μm以下であると、バインダー成分を使用しなくても、凹部にカーボンナノチューブを良好に保持することができ、さらに十分な強度を有する電極を得ることができる。   When the average pore diameter of the concave portions of the metal foil is 500 nm or more, the carbon nanotubes and the ionic liquid can easily enter the concave portions, and the contact between the carbon nanotubes and the metal foil is improved. Therefore, the internal resistance of the electrode is reduced, and the energy density of the electricity storage device can be improved. On the other hand, when the average pore diameter of the concave portion of the metal foil is 500 μm or less, the carbon nanotube can be favorably retained in the concave portion without using a binder component, and an electrode having sufficient strength can be obtained. .

なお、凹部の平均孔径は、蓄電デバイス用電極の表面を削り、表面に露出した凹部の孔径を、顕微鏡にて観察して確認することができる。   In addition, the average hole diameter of a recessed part can be confirmed by shaving the surface of the electrode for electrical storage devices, and observing the hole diameter of the recessed part exposed on the surface with a microscope.

金属箔の凹部に、金属箔を貫通する貫通孔が存在することが好ましい。
カーボンナノチューブおよびイオン液体をスキージなどを用いて金属箔に塗布する場合、金属箔の凹部に、金属箔を貫通する貫通孔が存在していると、凹部に空気が溜らないので、凹部に隈なくカーボンナノチューブおよびイオン液体を充填することができる。したがって、蓄電デバイスの静電容量を大きくすることができる。
It is preferable that the through-hole which penetrates metal foil exists in the recessed part of metal foil.
When carbon nanotubes and ionic liquids are applied to metal foil using a squeegee, etc., if there are through holes that penetrate the metal foil in the recesses of the metal foil, air does not accumulate in the recesses, so there is no problem in the recesses. Carbon nanotubes and ionic liquids can be filled. Therefore, the capacitance of the electricity storage device can be increased.

凹部が貫通している金属箔としては、たとえばエキスパンドメタル、穴あき箔、多孔性シート(3DF)などを用いることができる。   For example, expanded metal, perforated foil, porous sheet (3DF), or the like can be used as the metal foil through which the concave portion penetrates.

また、金属箔として、金属箔の凹部に、金属箔を貫通する貫通孔が存在しないものを用いることができる。   Further, as the metal foil, a metal foil having no through hole penetrating the metal foil can be used in the concave portion of the metal foil.

金属箔の凹部が貫通していないと、凹部にカーボンナノチューブを保持することができ、蓄電デバイスの寿命が長くなる。   If the concave portion of the metal foil does not penetrate, the carbon nanotube can be held in the concave portion, and the life of the electricity storage device is prolonged.

金属箔は表面に凸部を有することもできる。中でも、金属箔が表面に複数の凸部を有すると、複数の凸部間に形成される空間に、カーボンナノチューブおよびイオン液体を担持することができるため、金属箔の表面上にカーボンナノチューブおよびイオン液体を保持することができる。さらに、凸部間のピッチが1μm以上であると、カーボンナノチューブおよびイオン液体が複数の凸部によって担持されやすくなるため、カーボンナノチューブと金属箔との接触性が良好となる。したがって、電極の内部抵抗が低減され、蓄電デバイスのエネルギー密度を向上させることができる。一方、凸部間のピッチが1000μm以下であると、バインダー成分を使用しなくても、金属箔上にカーボンナノチューブを良好に保持することができる。ここで、凸部間の距離とは、金属箔表面上での隣り合う凸部間の最短距離を意味する。   Metal foil can also have a convex part on the surface. In particular, if the metal foil has a plurality of protrusions on the surface, the carbon nanotubes and ions can be supported on the surface of the metal foil because carbon nanotubes and ionic liquid can be carried in the space formed between the plurality of protrusions. Liquid can be retained. Further, when the pitch between the convex portions is 1 μm or more, the carbon nanotubes and the ionic liquid are easily carried by the plurality of convex portions, so that the contact property between the carbon nanotubes and the metal foil is improved. Therefore, the internal resistance of the electrode is reduced, and the energy density of the electricity storage device can be improved. On the other hand, when the pitch between the convex portions is 1000 μm or less, the carbon nanotubes can be favorably retained on the metal foil without using a binder component. Here, the distance between convex parts means the shortest distance between adjacent convex parts on the metal foil surface.

凸部を有する金属箔として、植毛金属を用いることができる。
ここで、植毛金属とは、針状、ウィスカー状、毛状、又は繊維状の金属が、金属箔表面に対して斜め若しくは垂直方向に、あたかも金属箔に植毛されているかの様に、金属箔表面に付着している状態、或いは金属箔と一体となっている状態を指す。
A flocked metal can be used as the metal foil having a convex portion.
Here, the flocked metal is a metal foil as if the needle-like, whisker-like, hairy, or fibrous metal is flocked to the metal foil obliquely or perpendicularly to the metal foil surface. The state adhering to the surface or the state integrated with the metal foil.

金属箔として植毛金属を用いると、カーボンナノチューブが植毛部に絡んで、保持性および集電性が向上する。   When a flocked metal is used as the metal foil, the carbon nanotubes are entangled with the flocked portion, and the retention and current collecting properties are improved.

金属箔の凸部の形状は、植毛金属以外の形状を有することができる。たとえば、凸部の形状は、半球形状、つぼ型、山形、筒型などとすることができる。   The shape of the convex part of metal foil can have shapes other than the flocked metal. For example, the shape of the convex portion can be a hemispherical shape, a pot shape, a mountain shape, a cylindrical shape, or the like.

金属箔の本体部の厚みは、10μm以上500μm以下が好ましく、さらに15μm以上100μm以下が好ましい。なお、本明細書において、金属箔の厚みとは、金属箔表面の凹部および凸部を除いた本体部の平均厚みを意味する。   The thickness of the main body of the metal foil is preferably 10 μm or more and 500 μm or less, and more preferably 15 μm or more and 100 μm or less. In addition, in this specification, the thickness of metal foil means the average thickness of the main-body part except the recessed part and convex part of the metal foil surface.

金属箔の金属は、アルミニウム、ニッケル、銅、アルミニウム合金およびニッケル合金よりなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。   The metal of the metal foil preferably contains at least one selected from the group consisting of aluminum, nickel, copper, an aluminum alloy, and a nickel alloy.

金属箔の金属としてアルミニウム、ニッケル、銅、アルミニウム合金またはニッケル合金を用いた蓄電デバイス用電極は、蓄電デバイスの使用電圧範囲(リチウム電位に対して0V以上5V以下程度)においても溶出し難いため、長期の充放電においても安定した充電が可能な蓄電デバイスを得ることができる。とくに高電圧(リチウム電位に対して3.5V以上)範囲においては、金属箔の金属がアルミニウム、アルミニウム合金またはニッケル合金を含むことが好ましく、中でもアルミニウムであることがさらに好ましい。   Since the electrode for an electricity storage device using aluminum, nickel, copper, an aluminum alloy or a nickel alloy as the metal of the metal foil is difficult to elute even in the operating voltage range of the electricity storage device (about 0 V or more and 5 V or less with respect to the lithium potential) An electric storage device capable of stable charging even during long-term charge / discharge can be obtained. Particularly in a high voltage (3.5 V or more with respect to lithium potential) range, the metal of the metal foil preferably contains aluminum, an aluminum alloy or a nickel alloy, and more preferably aluminum.

金属箔の目付け量は、蓄電デバイス用電極としての強度および蓄電デバイスの電気抵抗の低減の観点から、500g/m2以下が好ましい。さらに、蓄電デバイスのエネルギー密度向上の観点から150g/m2以下が好ましい。また、強度を維持する観点から10g/m2以上が好ましい。 The basis weight of the metal foil is preferably 500 g / m 2 or less from the viewpoint of strength as an electrode for an electricity storage device and reduction in electric resistance of the electricity storage device. Furthermore, 150 g / m 2 or less is preferable from the viewpoint of improving the energy density of the electricity storage device. Moreover, 10 g / m 2 or more is preferable from the viewpoint of maintaining strength.

以下、金属箔の具体例について図を用いて説明する。
図1は、表面に凹部を有する金属箔である「エキスパンドメタル」の一例を示す平面図であり、図2は図1のA部の拡大斜視図である。
Hereinafter, specific examples of the metal foil will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view showing an example of “expanded metal” which is a metal foil having a concave portion on the surface, and FIG. 2 is an enlarged perspective view of a portion A in FIG.

エキスパンドメタルは、金属板をエキスパンド製造機によって千鳥状に切れ目を入れながら押し広げ、その切れ目を菱形や亀甲形に成形したメッシュ状の金属箔である。金属箔としてエキスパンドメタルを用いると、菱形や亀甲形の空間部にカーボンナノチューブおよびイオン液体を保持することができる。   Expanded metal is a mesh-like metal foil in which a metal plate is spread and expanded in a zigzag pattern by an expanding machine, and the cut is formed into a rhombus or a turtle shell. When an expanded metal is used as the metal foil, the carbon nanotube and the ionic liquid can be held in the diamond-shaped or turtle shell-shaped space.

エキスパンドメタルの凹部の平均孔径とは、図2で示される空間部の長径LWと短径SWとの平均値を意味する。また、金属箔がエキスパンドメタルの場合、金属箔の本体部の平均厚みとは、図2のTで示される、金属部分の平均厚みを意味する。   The average hole diameter of the recessed portion of the expanded metal means an average value of the long diameter LW and the short diameter SW of the space portion shown in FIG. Moreover, when metal foil is an expanded metal, the average thickness of the main-body part of metal foil means the average thickness of the metal part shown by T of FIG.

図3は、表面に凹部を有する金属箔である「穴あき箔」の一例を示す平面図である。
穴あき箔とは、金属箔をパンチングプレスの金型で穴を開けて加工して得られる、複数の貫通孔を有する金属箔である。金属箔として穴あき箔を用いると、貫通孔の内部にカーボンナノチューブおよびイオン液体を保持することができる。
FIG. 3 is a plan view showing an example of a “perforated foil” that is a metal foil having a concave portion on the surface.
The perforated foil is a metal foil having a plurality of through-holes obtained by drilling a metal foil with a punching press mold. When a perforated foil is used as the metal foil, the carbon nanotube and the ionic liquid can be held inside the through hole.

穴あき箔の凹部の平均孔径とは、貫通孔の平均孔径(平均直径)を意味する。また、金属箔が穴あき箔の場合、金属箔の本体部の平均厚みとは、貫通孔以外の金属部分の平均厚みを意味する。   The average hole diameter of the concave portion of the perforated foil means the average hole diameter (average diameter) of the through holes. Moreover, when metal foil is a perforated foil, the average thickness of the main-body part of metal foil means the average thickness of metal parts other than a through-hole.

図4は、表面に凹部および凸部を有する金属箔である「多孔性シート(3DF、3 Dimensional Fiol)」の一例を示す斜視図であり、図5(a)は図4のA−A断面図、図5(b)は図4のB−B断面図、図5(c)は図4のC−C断面図である。   FIG. 4 is a perspective view showing an example of a “porous sheet (3DF, 3 Dimensional Fiol)” that is a metal foil having concave and convex portions on the surface, and FIG. 5A is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 4, and FIG. 5C is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG.

多孔性シートとは、金属箔を針付きのプレスにて両面から穴あけ加工をしたものである。   The porous sheet is obtained by punching a metal foil from both sides with a press with a needle.

図5(a)、(b)に示すように、多孔性シート110は、平面形状の平面部111と、両面に、一方面に対して凹状となり、かつ、他方面に対して凸状となる折り曲げ部112とを有している。   As shown in FIGS. 5A and 5B, the porous sheet 110 has a planar portion 111 having a planar shape, and both surfaces are concave with respect to one surface and convex with respect to the other surface. And a bent portion 112.

図5(c)においては、平面部111は見られず、折り曲げ部112のみが見られる。
折り曲げ部112は、一方面から他方面に貫通する矩形の貫通孔113を備えている。多孔性シートでは、一の面方向(P面)に打ち抜かれた貫通孔113と、他の面方向(Q面)に打ち抜かれた貫通孔113とが、面に沿う方向(図では左右)に交互に配置されている。なお、貫通孔113は矩形に限定されず、円形であっても良い。
In FIG.5 (c), the plane part 111 is not seen but only the bending part 112 is seen.
The bent portion 112 includes a rectangular through hole 113 that penetrates from one surface to the other surface. In the porous sheet, the through hole 113 punched in one surface direction (P surface) and the through hole 113 punched in the other surface direction (Q surface) are in a direction along the surface (left and right in the figure). Alternatingly arranged. The through hole 113 is not limited to a rectangle, and may be a circle.

金属箔として多孔性シートを用いると、折り曲げ部112の凹状となる内周面に囲まれた孔部114にカーボンナノチューブおよびイオン液体を保持することができる。   When a porous sheet is used as the metal foil, the carbon nanotube and the ionic liquid can be held in the hole 114 surrounded by the inner peripheral surface that is the concave shape of the bent portion 112.

多孔性シートの凹部の平均孔径とは、貫通孔の平均孔径を意味する。なお、貫通孔の孔径とは、貫通孔の開口部の孔径(図5(a)、(b)、(c)中のRの長さ)を意味する。また、金属箔が多孔性シートの場合、金属箔の本体部の平均厚みとは、穴あけ加工前の金属箔の平均厚みを意味する。   The average pore diameter of the concave portion of the porous sheet means the average pore diameter of the through holes. In addition, the hole diameter of a through-hole means the hole diameter (length of R in FIG. 5 (a), (b), (c)) of the opening part of a through-hole. Moreover, when metal foil is a porous sheet, the average thickness of the main-body part of metal foil means the average thickness of metal foil before drilling.

図6(a)は表面に凹部を有する金属箔の一例を示す平面図、図6(b)は、図6(a)のD−D断面図である。   Fig.6 (a) is a top view which shows an example of the metal foil which has a recessed part on the surface, FIG.6 (b) is DD sectional drawing of Fig.6 (a).

図6(a)、(b)に示される金属箔は、凹部は半球形状であり、金属箔を貫通していない。該金属箔は凹部にカーボンナノチューブおよびイオン液体を保持することができる。   In the metal foil shown in FIGS. 6A and 6B, the concave portion has a hemispherical shape and does not penetrate the metal foil. This metal foil can hold | maintain a carbon nanotube and an ionic liquid in a recessed part.

図6(a)、(b)に示される金属箔の凹部の平均孔径とは、図6(b)中、Rで示される金属箔表面での凹部の平均孔径を意味する。また、金属箔の本体部の平均厚みとは、図6(b)中、Tで示される、凹部を除く金属箔の平均厚みを意味する。   The average pore diameter of the concave portions of the metal foil shown in FIGS. 6A and 6B means the average pore diameter of the concave portions on the surface of the metal foil indicated by R in FIG. Moreover, the average thickness of the main-body part of metal foil means the average thickness of metal foil except a recessed part shown by T in FIG.6 (b).

図7は、表面に凸部を有する金属箔である「植毛金属」の一例を示す断面図である。
植毛金属は、金属繊維の端部を金属箔上に接着・溶接したり、起毛構造を有する布などに導電処理を施して電気めっきしたりする方法で製造される、表面に金属繊維からなる微細繊維を備えた金属箔である。金属箔として植毛金属を用いると、金属箔表面に形成される微細繊維間の空間に、カーボンナノチューブおよびイオン液体を保持することができる。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of “flocked metal” which is a metal foil having a convex portion on the surface.
Flocked metal is produced by bonding and welding the ends of metal fibers onto a metal foil, or by electroplating by applying a conductive treatment to a cloth having a brushed structure, etc. A metal foil provided with fibers. When a flocked metal is used as the metal foil, the carbon nanotube and the ionic liquid can be held in the space between the fine fibers formed on the surface of the metal foil.

微細繊維間のピッチ(P)は、1μm以上1000μm以下が好ましい。なお、金属箔の本体部の平均厚みとは、図7中、Tで示される、微細繊維を除く金属箔の平均厚みを意味する。   The pitch (P) between the fine fibers is preferably 1 μm or more and 1000 μm or less. In addition, the average thickness of the main-body part of metal foil means the average thickness of metal foil except a fine fiber shown by T in FIG.

図8(a)および図9(a)は表面に凸部を有する金属箔の他の例を示す平面図、図8(b)および図9(b)は、それぞれ図8(a)のE−E断面図、図9(a)のF−F断面図である。図8(a)、(b)に示される凸部は、金属箔の表面を目立てすることによって形成することができる。図9(a)、(b)では、凸部は半球形状を有している。いずれの金属箔においても、複数の凸部間に形成される空間にカーボンナノチューブおよびイオン液体を担持できるため、金属箔の表面にカーボンナノチューブおよびイオン液体を保持することができる。   8 (a) and 9 (a) are plan views showing other examples of metal foils having convex portions on the surface, and FIGS. 8 (b) and 9 (b) are respectively E in FIG. 8 (a). -E sectional drawing, FF sectional drawing of Fig.9 (a). The convex portions shown in FIGS. 8A and 8B can be formed by conspicuous the surface of the metal foil. 9A and 9B, the convex portion has a hemispherical shape. In any metal foil, since the carbon nanotube and the ionic liquid can be carried in the space formed between the plurality of convex portions, the carbon nanotube and the ionic liquid can be held on the surface of the metal foil.

凸部間のピッチ(P)は、1μm以上1000μm以下が好ましい。なお、金属箔の本体部の平均厚みとは、図8(b)、図9(b)中、Tで示される、凸部を除く金属箔の平均厚みを意味する。
(バインダー)
バインダーの役割は、電極において集電体と活物質とを結着させることである。しかし、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)に代表されるバインダー樹脂は絶縁体であるため、バインダー樹脂そのものは、電極を含む蓄電デバイスの内部抵抗を増加させる要因となり、引いては蓄電デバイスの充放電効率を低下させる要因となる。
The pitch (P) between the convex portions is preferably 1 μm or more and 1000 μm or less. In addition, the average thickness of the main-body part of metal foil means the average thickness of metal foil except a convex part shown by T in FIG.8 (b) and FIG.9 (b).
(binder)
The role of the binder is to bind the current collector and the active material in the electrode. However, since the binder resin typified by polyvinylidene fluoride (PVdF) is an insulator, the binder resin itself increases the internal resistance of the electricity storage device including the electrodes, which in turn reduces the charge / discharge efficiency of the electricity storage device. It becomes a factor to reduce.

本発明の蓄電デバイス用電極によれば、バインダーを用いなくても、カーボンナノチューブ(活物質)を金属箔(集電体)の凹部内や表面上に保持することができる。したがって、本発明の一実施の形態において蓄電デバイス用電極はバインダーを含まないことが好ましい。   According to the electrode for an electricity storage device of the present invention, the carbon nanotube (active material) can be held in the recess or on the surface of the metal foil (current collector) without using a binder. Therefore, in one embodiment of the present invention, the electrode for an electricity storage device preferably does not contain a binder.

なお、本発明の他の実施の形態において、蓄電デバイス用電極はバインダーを用いることもできる。バインダーとしては、たとえば、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(PVdF−HFP)、ポリエチレンオキシド修飾ポリメタクリレート架橋体(PEO−PMA)、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリエチレングリコールジアクリレート架橋体(PEO−PA)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリアクリル酸(PAA)、ポリビニルアセテート、pyridinium−1,4−diyliminocarbonyl−1,4−phenylenemethylene(PICPM)−BF4、PICPM−PF6、PICPM−TFSA、PICPM−SCN、PICPM−OTfなどを用いることができる。なかでも、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(PVdF−HFP)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリエチレンオキシド修飾ポリメタクリレート架橋体(PEO−PMA)を用いることが好ましい。 In another embodiment of the present invention, a binder may be used for the electrode for the electricity storage device. Examples of the binder include polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVdF-HFP), polyethylene oxide-modified polymethacrylate crosslinked body (PEO-PMA), polyethylene oxide (PEO), polyethylene glycol diacrylate crosslinked body (PEO- PA), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyacrylic acid (PAA), polyvinyl acetate, pyridinium-1,4-diylinocarbonyl-1,4- phenylenemethylene (PICPM) -BF 4, PICPM -PF 6, PICPM-TFSA, PICPM-SCN, such as PICPM-OTf It can be used. Among these, it is preferable to use a polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVdF-HFP), polymethyl methacrylate (PMMA), or a polyethylene oxide-modified polymethacrylate crosslinked product (PEO-PMA).

(導電助剤)
蓄電デバイス用電極は導電助剤を含んでいても良い。導電助剤は、蓄電デバイスの抵抗を低減することができる。導電助剤の種類はとくに制限はなく、たとえば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維、天然黒鉛(鱗片状黒鉛、土状黒鉛など)、人造黒鉛、酸化ルテニウムなどを用いることができる。導電助剤の含有量は、たとえば、活物質100質量部に対して2質量部以上20質量部以下が好ましい。2質量部未満では導電性を向上させる効果が小さく、20質量部を超えると静電容量が低下するおそれがある。
(Conductive aid)
The electrode for an electricity storage device may contain a conductive additive. The conductive auxiliary agent can reduce the resistance of the electricity storage device. The type of the conductive auxiliary agent is not particularly limited, and for example, acetylene black, ketjen black, carbon fiber, natural graphite (eg, flake graphite, earthy graphite), artificial graphite, ruthenium oxide and the like can be used. The content of the conductive assistant is preferably, for example, 2 parts by mass or more and 20 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the active material. If the amount is less than 2 parts by mass, the effect of improving the conductivity is small, and if it exceeds 20 parts by mass, the capacitance may decrease.

(蓄電デバイス用電極の製造方法)
本発明の一実施の形態における蓄電デバイス用電極の製造方法を以下に説明する。
(Method for producing electrode for power storage device)
A method for manufacturing an electrode for an electricity storage device according to an embodiment of the present invention will be described below.

まず、カーボンナノチューブとイオン液体とを混練して混練物を得る。たとえば、乳鉢を用いて10分以上120分程度混練することによって、イオン液体中にカーボンナノチューブが均一に分散した混練物を得ることができる。カーボンナノチューブをイオン液体中に分散させると、カーボンナノチューブ同士の凝集が解消し、カーボンナノチューブの比表面積が増加する。このため、混練物を用いて電極を作製すると、より大きな静電容量を得ることができる。   First, a carbon nanotube and an ionic liquid are kneaded to obtain a kneaded product. For example, a kneaded product in which carbon nanotubes are uniformly dispersed in an ionic liquid can be obtained by kneading for about 10 minutes to 120 minutes using a mortar. When the carbon nanotubes are dispersed in the ionic liquid, the aggregation of the carbon nanotubes is eliminated and the specific surface area of the carbon nanotubes is increased. For this reason, when an electrode is produced using a kneaded material, a larger electrostatic capacity can be obtained.

カーボンナノチューブとイオン液体との混練比はとくに限定されるものではないが、たとえば、混練物中のカーボンナノチューブの量が混練物の合計量の3質量%〜70質量%の範囲であると、表面に凹部および凸部の少なくともいずれかを有する金属箔に塗布しやすいため好ましい。なお、支持塩やバインダーを添加する場合は、該混練工程において添加することができる。   The kneading ratio of the carbon nanotube and the ionic liquid is not particularly limited. For example, when the amount of the carbon nanotube in the kneaded material is in the range of 3% by mass to 70% by mass of the total amount of the kneaded material, It is preferable because it can be easily applied to a metal foil having at least one of a concave portion and a convex portion. In addition, when adding a supporting salt and a binder, it can add in this kneading | mixing process.

次に、混練物を表面に凹部および凸部の少なくともいずれかを有する金属箔に塗布する。たとえば、通気または通液性のあるメッシュまたは多孔質の板や膜の上部に凹部や凸部を有する面を上面にして金属箔を設置し、金属箔の上面から下面(メッシュ板設置面側)方向に向かって、混練物をスキージなどにより摺りこむように塗布する。   Next, a kneaded material is apply | coated to the metal foil which has at least any one of a recessed part and a convex part on the surface. For example, a metal foil is installed on the upper surface of a mesh or porous plate or membrane that is permeable or liquid-permeable, with the concave or convex surface as the upper surface, and from the upper surface of the metal foil to the lower surface (mesh plate installation surface side) The kneaded material is applied in a direction so as to be squeezed with a squeegee or the like.

[実施の形態2]
(電気二重層キャパシタ)
本発明の蓄電デバイス用電極を用いた蓄電デバイスの一例として、電気二重層キャパシタについて、図10を用いて説明する。
[Embodiment 2]
(Electric double layer capacitor)
As an example of an electricity storage device using the electrode for an electricity storage device of the present invention, an electric double layer capacitor will be described with reference to FIG.

本発明の蓄電デバイス用電極を用いた電気二重層キャパシタは、セパレータ1を間に挟んで正極電極2と負極電極3とが、それぞれの凹部および凸部の少なくともいずれかを有する面が対向するように配置されている。セパレータ1、正極電極2および負極電極3は、電解液6で満たされた上部セルケース7と下部セルケース8との間に密閉されている。上部セルケース7および下部セルケース8には端子9および10が設けられる。端子9および10は、電源20に接続されている。   In the electric double layer capacitor using the electrode for an electricity storage device of the present invention, the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are opposed to each other with the surfaces having at least one of the concave portion and the convex portion sandwiching the separator 1 therebetween. Is arranged. The separator 1, the positive electrode 2, and the negative electrode 3 are sealed between an upper cell case 7 and a lower cell case 8 filled with the electrolytic solution 6. The upper cell case 7 and the lower cell case 8 are provided with terminals 9 and 10. Terminals 9 and 10 are connected to a power source 20.

電気二重層キャパシタでは、正極電極および負極電極に、本発明の蓄電デバイス用電極を用いることができる。   In the electric double layer capacitor, the electrode for an electricity storage device of the present invention can be used for the positive electrode and the negative electrode.

電解液は、蓄電デバイス用電極に用いるイオン液体を用いることができる。
電気二重層キャパシタのセパレータとしては、たとえば、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリイミド、セルロース、ガラス繊維などからなる電気的絶縁性の高い多孔質膜を用いることができる。
As the electrolytic solution, an ionic liquid used for an electrode for an electricity storage device can be used.
As the separator of the electric double layer capacitor, for example, a highly electrically insulating porous film made of polyolefin, polyethylene terephthalate, polyamide, polyimide, cellulose, glass fiber or the like can be used.

(電気二重層キャパシタの製造方法)
まず、本発明の蓄電デバイス用電極を適当な大きさに打ち抜いて2枚用意し、セパレータを挟んで対向させる。そして、セルケースに収納し、電解液を含浸させる。最後にケースに蓋をして封口することにより電気二重層キャパシタを作製することができる。キャパシタ内の水分を限りなく少なくするため、キャパシタの作製は水分の少ない環境下で行い、封口は減圧環境下で行う。なお、本発明の蓄電デバイス用電極を用いていれば、これ以外の方法により作製されるものでも構わない。
(Method for manufacturing electric double layer capacitor)
First, two electrodes for an electricity storage device of the present invention are punched out to an appropriate size, and are opposed to each other with a separator interposed therebetween. And it accommodates in a cell case and impregnates electrolyte solution. Finally, the electric double layer capacitor can be manufactured by sealing the case with a lid. In order to reduce the moisture in the capacitor as much as possible, the capacitor is manufactured in an environment with little moisture, and the sealing is performed in a reduced pressure environment. In addition, as long as the electrode for electrical storage devices of this invention is used, you may produce by the method of other than this.

[実施の形態3]
(リチウムイオンキャパシタ)
本発明の蓄電デバイス用電極を用いた蓄電デバイスの一例として、リチウムイオンキャパシタについて、図11を用いて説明する。
[Embodiment 3]
(Lithium ion capacitor)
As an example of an electricity storage device using the electrode for an electricity storage device of the present invention, a lithium ion capacitor will be described with reference to FIG.

本発明の蓄電デバイス用電極を用いたリチウムイオンキャパシタの構造は、負極電極3の正極電極2と対向する面にリチウム金属箔16が圧着されている点以外は、基本的に電気二重層キャパシタと同様である。   The structure of the lithium ion capacitor using the electrode for an electricity storage device of the present invention is basically the same as that of the electric double layer capacitor except that the lithium metal foil 16 is crimped to the surface of the negative electrode 3 facing the positive electrode 2. It is the same.

リチウムイオンキャパシタでは、正極電極および負極電極に、本発明の蓄電デバイス用電極を用いることができる。また、負極電極はとくに限定されず、金属箔を用いた従来の負極電極も使用可能である。   In the lithium ion capacitor, the electrode for an electricity storage device of the present invention can be used for the positive electrode and the negative electrode. The negative electrode is not particularly limited, and a conventional negative electrode using a metal foil can also be used.

電解液には、蓄電デバイス用電極に用いるリチウム塩を含むイオン液体を用いる。
負極電極には、金属箔の凹部および凸部の少なくともいずれかを有する面に、リチウムドープ用のリチウム金属箔を圧着する。
As the electrolytic solution, an ionic liquid containing a lithium salt used for an electrode for an electricity storage device is used.
A lithium metal foil for lithium doping is pressure-bonded to the negative electrode on a surface having at least one of a concave portion and a convex portion of the metal foil.

リチウムイオンキャパシタは、負極電極容量が正極電極容量よりも大きく、負極電極のリチウムイオンの吸蔵量が、正極電極容量と負極電極容量の差の90%以下であることが好ましい。リチウムイオンの吸蔵量は、負極電極に圧着するリチウム金属箔の厚さによって調整することができる。   The lithium ion capacitor preferably has a negative electrode capacity larger than the positive electrode capacity, and the amount of occlusion of lithium ions in the negative electrode is 90% or less of the difference between the positive electrode capacity and the negative electrode capacity. The amount of occlusion of lithium ions can be adjusted by the thickness of the lithium metal foil that is pressure-bonded to the negative electrode.

(リチウムイオンキャパシタの製造方法)
まず、本発明の蓄電デバイス用電極を適当な大きさに打ち抜いて正極電極および負極電極を準備し、負極電極の凹部および凸部の少なくともいずれかを有する面に、リチウム金属箔を圧着する。つぎに、正極電極および負極電極をセパレータを挟んで対向させる。この時、負極電極は、リチウム金属箔を圧着した面が正極電極に対向するように配置する。そして、セルケースに収納し、電解液を含浸させる。最後にケースに蓋をして封口することによりリチウムイオンキャパシタを作製することができる。
(Lithium ion capacitor manufacturing method)
First, the electrode for an electricity storage device of the present invention is punched out to an appropriate size to prepare a positive electrode and a negative electrode, and a lithium metal foil is pressure-bonded to the surface of the negative electrode having at least one of a concave portion and a convex portion. Next, the positive electrode and the negative electrode are opposed to each other with a separator interposed therebetween. At this time, the negative electrode is disposed so that the surface on which the lithium metal foil is pressure-bonded faces the positive electrode. And it accommodates in a cell case and impregnates electrolyte solution. Finally, a lithium ion capacitor can be produced by sealing the case with a lid.

なお、リチウムドープのため、電解液を注入した状態で環境温度0℃〜60℃にて0.5時間〜100時間放置する。正負極電極の電位差が2V以下になったことをもって、リチウムドープ完了と判断することができる。   In addition, since it is lithium-doped, it is left for 0.5 to 100 hours at an environmental temperature of 0 to 60 ° C. with the electrolyte injected. When the potential difference between the positive and negative electrodes becomes 2 V or less, it can be determined that the lithium doping is completed.

本実施例では、金属箔として、表面に凹部を有するアルミニウム箔(エキスパンドメタル、穴あき箔、多孔性シート、表面に半球形状の凹部を有するアルミニウム箔)、または、表面処理なしのアルミニウム箔を用いた電極を備えた電気二重層キャパシタについて性能を評価した。なお、使用した金属箔の本体部の厚み、凹部の平均孔径および目付け量は、表1に示すとおりである。   In this example, as the metal foil, an aluminum foil having a recess on the surface (expanded metal, perforated foil, porous sheet, aluminum foil having a hemispherical recess on the surface), or an aluminum foil without surface treatment is used. The performance of the electric double layer capacitor provided with the electrode was evaluated. In addition, the thickness of the main body part of the used metal foil, the average hole diameter of the recessed part, and the basis weight are as shown in Table 1.

(混練物の作製)
単層CNT(名城ナノカーボン社製の「SO−P」(形状:単層CNT、平均長さ:1〜5μm、平均直径:1.4nm、純度:98.3質量%)とEMI−BF4とを、単層CNTの量が、単層CNTとEMI−BF4の合計量の7質量%となるように準備した。次に、単層CNTとEMI−BF4とを乳鉢を用いて10分間混練して混練物を得た。
(Preparation of kneaded product)
Single-walled CNT (“SO-P” manufactured by Meijo Nanocarbon Co., Ltd. (shape: single-walled CNT, average length: 1 to 5 μm, average diameter: 1.4 nm, purity: 98.3 mass%) and EMI-BF 4 preparative amount of single-walled CNT was prepared to be 7 wt% of the total amount of single-walled CNT and EMI-BF 4. Next, a single-layer CNT and the EMI-BF 4 in a mortar 10 A kneaded product was obtained by kneading for a minute.

(蓄電デバイス用電極の作製)
各実施例および比較例の金属箔の表面に混練物を置き、スキージを使用して混練物を塗布して蓄電デバイス用電極を作製した。
(Production of electrodes for power storage devices)
The kneaded material was placed on the surface of the metal foil of each example and comparative example, and the kneaded material was applied using a squeegee to produce an electrode for an electricity storage device.

(電気二重層キャパシタの作製)
得られた蓄電デバイス用電極を直径15mm(電極面積1.77cm2)の円状に2枚打ち抜き、それぞれ正極電極、負極電極とした。セルロース繊維性セパレータ(ニッポン高度紙工業社製の「TF4035」、厚さ35μm)を挟んで対向して配置させ、R2032型のコインセルケースに収納した。次にコインセルケース内に電解液としてEMI−BF4を注入し、その後ケースを封口して、コイン型の電気二重層キャパシタを作製した。
(Production of electric double layer capacitor)
Two of the obtained electrodes for an electricity storage device were punched out into a circular shape having a diameter of 15 mm (electrode area: 1.77 cm 2 ) to form a positive electrode and a negative electrode, respectively. Cellulose fiber separators (“TF4035” manufactured by Nippon Kogyo Paper Industries Co., Ltd., thickness 35 μm) were placed opposite to each other and stored in an R2032-type coin cell case. Next, EMI-BF 4 was injected as an electrolyte into the coin cell case, and then the case was sealed to produce a coin-type electric double layer capacitor.

<性能評価試験>
環境温度25℃で、1A/g(単極中に含まれるカーボンナノチューブ質量あたりの電流量)の一定電流で3.5Vまで充電し、その後、3.5V定電圧充電を5分間行った。その後1A/g(単極中に含まれるカーボンナノチューブ質量あたりの電流量)の一定電流で0Vまで放電したときの静電容量を評価した。表1中、静電容量(F/g)は単極中に含まれるカーボンナノチューブ質量あたりの静電容量として示した。また、このときのエネルギー密度WD(Wh/L)を併記した。エネルギー密度は、下記式(2)を用いて算出した。
WD=W/V・・・(2)
Wはキャパシタで蓄電されるエネルギー、Vは体積を示す。なお、体積Vは、コインセルケースを無視したキャパシタ体積である。
<Performance evaluation test>
At an environmental temperature of 25 ° C., the battery was charged to 3.5 V at a constant current of 1 A / g (the amount of current per mass of carbon nanotubes contained in a single electrode), and then charged at a constant voltage of 3.5 V for 5 minutes. Thereafter, the electrostatic capacity when discharged to 0 V with a constant current of 1 A / g (current amount per mass of carbon nanotube contained in a single electrode) was evaluated. In Table 1, the capacitance (F / g) is shown as the capacitance per mass of carbon nanotubes contained in the single electrode. The energy density WD (Wh / L) at this time is also shown. The energy density was calculated using the following formula (2).
WD = W / V (2)
W represents energy stored in the capacitor, and V represents volume. The volume V is a capacitor volume that ignores the coin cell case.

結果を表1に示す。   The results are shown in Table 1.

Figure 2014220327
Figure 2014220327

<評価結果>
実施例1−1〜1−12は、表面に凹部を有するアルミニウム箔を用いて作製された電極を備えた電気二重層キャパシタであり、表面処理なしのアルミニウム箔を用いた比較例1の電気二重層キャパシタよりも、エネルギー密度が増加した。
<Evaluation results>
Examples 1-1 to 1-12 are electric double-layer capacitors provided with electrodes manufactured using an aluminum foil having a concave portion on the surface, and the electric double layer of Comparative Example 1 using an aluminum foil without surface treatment. The energy density increased compared to the multilayer capacitor.

本実施例では、金属箔として、表面に凸部を有するアルミニウム箔(植毛金属、表面に図8の形状の凸部を有するアルミニウム箔、表面に半球形状の凸部を有するアルミニウム箔)、または、表面処理なしのアルミニウム箔を用いた電極を備えた電気二重層キャパシタについて、性能を評価した。なお、使用した金属箔の本体部の厚み、凸部のピッチは表2に示すとおりである。   In this example, as the metal foil, an aluminum foil having a convex portion on the surface (flocked metal, an aluminum foil having a convex portion in the shape of FIG. 8 on the surface, an aluminum foil having a hemispherical convex portion on the surface), or The performance of an electric double layer capacitor provided with an electrode using an aluminum foil without surface treatment was evaluated. In addition, the thickness of the main-body part of the used metal foil and the pitch of a convex part are as showing in Table 2.

(電気二重層キャパシタの作製)
金属箔を変更した他は、実施例1と同様の方法で、電気二重層キャパシタを作製した。
(Production of electric double layer capacitor)
An electric double layer capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the metal foil was changed.

<性能評価試験>
実施例1と同様の方法で、作動電圧範囲、静電容量およびエネルギー密度を評価した。
<Performance evaluation test>
The operating voltage range, capacitance, and energy density were evaluated in the same manner as in Example 1.

結果を表2に示す。   The results are shown in Table 2.

Figure 2014220327
Figure 2014220327

<評価結果>
実施例2−1〜2−9は、表面に凸部を有するアルミニウム箔を用いて作製された電極を備えた電気二重層キャパシタであり、表面処理なしのアルミニウム箔を用いた比較例1の電気二重層キャパシタよりも、エネルギー密度が増加した。
<Evaluation results>
Examples 2-1 to 2-9 are electric double layer capacitors provided with electrodes manufactured using an aluminum foil having convex portions on the surface, and the electricity of Comparative Example 1 using an aluminum foil without surface treatment. The energy density increased compared to the double layer capacitor.

本実施例では、形状、平均長さ、平均直径、純度の異なるカーボンナノチューブを用いた場合の電気二重層キャパシタについて、性能を評価した。なお、使用したカーボンナノチューブの形状、平均長さ、平均直径、純度は、表3に示すとおりである。   In this example, the performance was evaluated for an electric double layer capacitor using carbon nanotubes having different shapes, average lengths, average diameters, and purity. Table 3 shows the shape, average length, average diameter, and purity of the carbon nanotubes used.

(電気二重層キャパシタの作製)
カーボンナノチューブを変更した他は、実施例1と同様の方法で、電気二重層キャパシタを作製した。
(Production of electric double layer capacitor)
An electric double layer capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the carbon nanotube was changed.

<性能評価試験>
実施例1と同様の方法で、作動電圧範囲、静電容量およびエネルギー密度を評価した。
<Performance evaluation test>
The operating voltage range, capacitance, and energy density were evaluated in the same manner as in Example 1.

結果を表3に示す。   The results are shown in Table 3.

Figure 2014220327
Figure 2014220327

(1)エキスパンドメタル:本体部の厚み20μm、平均孔径150μm、目付け量32.6g/m(実施例1−2と同じ)。
(2)穴あき箔:本体部の厚み20μm、平均孔径300μm、目付け量21.6g/m(実施例1−5と同じ)。
(3)多孔性シート:本体部の厚み20μm、平均孔径100μm、目付け量54.0g/m(実施例1−8と同じ)。
(4)植毛金属:本体部の厚み100μm、ピッチ50μm(実施例2−2と同じ)。
(1) Expanded metal: Main part thickness 20 μm, average pore diameter 150 μm, basis weight 32.6 g / m 2 (same as Example 1-2).
(2) Perforated foil: Main part thickness 20 μm, average pore diameter 300 μm, basis weight 21.6 g / m 2 (same as Example 1-5).
(3) Porous sheet: Main body thickness 20 μm, average pore diameter 100 μm, basis weight 54.0 g / m 2 (same as Example 1-8).
(4) Flocked metal: Main part thickness 100 μm, pitch 50 μm (same as Example 2-2).

<評価結果>
実施例3−1〜実施例3−3を比較すると、カーボンナノチューブの平均長さが1.1〜2.5の範囲であると、エネルギー密度が向上した。
<Evaluation results>
When Example 3-1 to Example 3-3 were compared, the energy density was improved when the average length of the carbon nanotubes was in the range of 1.1 to 2.5.

実施例3−3、3−4、3−7を比較すると、両端開口カーボンナノチューブを用いた場合、単層カーボンナノチューブおよび二層カーボンナノチューブを用いた場合よりもエネルギー密度が向上した。   When Examples 3-3, 3-4, and 3-7 were compared, the energy density was improved when the carbon nanotubes with both ends opened were used, compared with when single-walled carbon nanotubes and double-walled carbon nanotubes were used.

本実施例では、混練物中に有機溶媒、バインダーが含まれる場合の電気二重層キャパシタの性能を評価した。
(混練物の作製)
EMI−BF4(キシダ化学社製の「1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート」)とPCとPVdF−HFPとを、76:15:8(実施例4−1)または62:31:7(実施例4−2)の質量%で混合して、混合液を得た。
In this example, the performance of the electric double layer capacitor was evaluated when the kneaded material contained an organic solvent and a binder.
(Preparation of kneaded product)
EMI-BF 4 (“1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate” manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), PC and PVdF-HFP were used in 76: 15: 8 (Example 4-1) or 62:31. : 7 (Example 4-2) by mass% to obtain a mixed solution.

また、EMI−BF4とPVdF−HFPとを90:10の質量%で混合して混合液を得た(実施例4−3)。 Further, EMI-BF 4 and PVdF-HFP were mixed at a mass ratio of 90:10 to obtain a mixed solution (Example 4-3).

それぞれの混合液に、単層CNT(名城ナノカーボン社製の「SO−P」(形状:単層CNT、平均長さ:1〜5μm、平均直径:1.4nm、純度:98.3質量%)を、単層CNTの量が、単層CNTとEMI−BF4もしくは単層CNTとEMI−BF4とPCの合計量の7質量%となるように添加して、乳鉢を用いて10分間混練して混練物を得た。
(蓄電デバイス用電極の作製)
各実施例の混練物を用いて、実施例1と同様の方法で電極を作製した。
(電気二重層キャパシタの作製)
各実施例について、実施例1と同様の方法でコイン(R2032)型の電気二重層キャパシタを得た。なお、電解液にはEMI−BF4とPCを各実施例の混練物作製時と同一の配合比で混合したものを用いた。
<性能評価>
環境温度を−40℃〜80℃の範囲で変化させ、それぞれの温度において、実施例1と同様の方法で、静電容量を評価した。なお、作動電圧範囲は0V〜3.5Vであった。なお、対照として実施例1−1のキャパシタでも同様の評価を行った。評価結果を表4に示す。表4中、静電容量(F/g)は単極中に含まれる活物質質量あたりの静電容量として示した。
In each mixed solution, single-wall CNT (“SO-P” manufactured by Meijo Nanocarbon Co., Ltd. (shape: single-wall CNT, average length: 1 to 5 μm, average diameter: 1.4 nm, purity: 98.3 mass%) ) Is added so that the amount of the single-walled CNT is 7% by mass of the total amount of the single-walled CNT and EMI-BF 4 or the single-walled CNT, EMI-BF 4 and PC, and 10 minutes using a mortar. A kneaded product was obtained by kneading.
(Production of electrodes for power storage devices)
An electrode was produced in the same manner as in Example 1 using the kneaded material of each Example.
(Production of electric double layer capacitor)
About each Example, the coin (R2032) type electric double layer capacitor was obtained by the same method as Example 1. Incidentally, it was a mixture of EMI-BF 4 and the PC kneaded product produced during the same mixing ratio of each example in the electrolyte.
<Performance evaluation>
The environmental temperature was changed in the range of −40 ° C. to 80 ° C., and the capacitance was evaluated by the same method as in Example 1 at each temperature. The operating voltage range was 0V to 3.5V. As a control, the same evaluation was performed on the capacitor of Example 1-1. The evaluation results are shown in Table 4. In Table 4, capacitance (F / g) is shown as capacitance per mass of active material contained in a single electrode.

Figure 2014220327
Figure 2014220327

(1)エキスパンドメタル:本体部の厚み20μm、平均孔径150μm、目付け量32.6g/m(実施例1−2と同じ)
(5)PC:キシダ化学社製の「プロピレンカーボネート」。
(6)PVdF−HFP:アルケマ社製の「Kynar Flex 2801」(ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体)。
<評価結果>
表4から、PCを含む混練物を用いて作製した実施例4−1、実施例4−2の電気二重層キャパシタは、低温領域でも静電容量の減少が抑えられ、低温特性が向上していた。これは、有機溶媒がイオン液体の粘度を減少させたことに由来すると考えられる。
(1) Expanded metal: main body thickness 20 μm, average pore diameter 150 μm, basis weight 32.6 g / m 2 (same as Example 1-2)
(5) PC: “Propylene carbonate” manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.
(6) PVdF-HFP: “Kynar Flex 2801” (polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer) manufactured by Arkema.
<Evaluation results>
From Table 4, the electric double layer capacitors of Example 4-1 and Example 4-2 produced using the kneaded material containing PC are suppressed in the decrease in capacitance even in the low temperature region, and the low temperature characteristics are improved. It was. This is considered to be derived from the fact that the organic solvent decreased the viscosity of the ionic liquid.

本発明の蓄電デバイス用電極を用いた蓄電デバイスは、たとえば、自動車や鉄道などの輸送機器を始め、様々な用途に用いることができる。   An electricity storage device using the electrode for an electricity storage device of the present invention can be used for various applications including transportation equipment such as automobiles and railways.

1 セパレータ、2 正極電極、3 負極電極、6 電解液、7 上部セルケース、8 下部セルケース、9,10 端子、20 電源、110 多孔性シート、111 平面部、112 折り曲げ部、113 貫通孔、114 孔部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Separator, 2 Positive electrode, 3 Negative electrode, 6 Electrolyte, 7 Upper cell case, 8 Lower cell case, 9,10 terminal, 20 Power supply, 110 Porous sheet, 111 Plane part, 112 Bending part, 113 Through-hole, 114 hole.

Claims (10)

カーボンナノチューブと、
イオン液体と、
前記カーボンナノチューブおよび前記イオン液体を保持し、表面に凹部および凸部の少なくともいずれかを有する金属箔とを備える、
蓄電デバイス用電極。
Carbon nanotubes,
An ionic liquid,
Holding the carbon nanotube and the ionic liquid, and comprising a metal foil having at least one of a concave portion and a convex portion on the surface,
Electrode for electricity storage devices.
前記金属箔の本体部の厚みは、10μm以上500μm以下である、請求項1に記載の蓄電デバイス用電極。   The thickness of the main-body part of the said metal foil is an electrode for electrical storage devices of Claim 1 which are 10 micrometers or more and 500 micrometers or less. 前記金属箔の凹部の平均孔径は、500nm以上500μm以下である、請求項1または2に記載の蓄電デバイス用電極。   The average hole diameter of the recessed part of the said metal foil is an electrode for electrical storage devices of Claim 1 or 2 which are 500 nm or more and 500 micrometers or less. 前記金属箔の凹部に、前記金属箔を貫通する貫通孔が存在する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用電極。   The electrode for electrical storage devices of any one of Claims 1-3 in which the through-hole which penetrates the said metal foil exists in the recessed part of the said metal foil. 前記金属箔の凹部に、前記金属箔を貫通する貫通孔が存在しない、請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用電極。   The electrode for electrical storage devices of any one of Claims 1-3 in which the through-hole which penetrates the said metal foil does not exist in the recessed part of the said metal foil. 前記金属箔は複数の凸部を有し、前記凸部間のピッチが1μm以上1000μm以下である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用電極。   The electrode for an electricity storage device according to any one of claims 1 to 5, wherein the metal foil has a plurality of protrusions, and a pitch between the protrusions is 1 µm or more and 1000 µm or less. 前記金属箔は植毛金属である、請求項6に記載の蓄電デバイス用電極。   The electrode for an electricity storage device according to claim 6, wherein the metal foil is a flocked metal. 前記蓄電デバイス用電極は、バインダー成分を含まない、請求項1〜7のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用電極。   The said electrode for electrical storage devices is an electrode for electrical storage devices of any one of Claims 1-7 which does not contain a binder component. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用電極を備える蓄電デバイス。   An electrical storage device provided with the electrode for electrical storage devices of any one of Claims 1-8. カーボンナノチューブをイオン液体に混練りして混練物を生成する工程と、
前記混練物を表面に凹部および凸部の少なくともいずれかを有する金属箔に充填する工程とを備える、
蓄電デバイス用電極の製造方法。
A step of kneading carbon nanotubes into an ionic liquid to produce a kneaded product;
Filling the kneaded material into a metal foil having at least one of a concave portion and a convex portion on the surface,
A method for producing an electrode for an electricity storage device.
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