JP2016103553A - Method for manufacturing electrochemical capacitor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing an electrochemical capacitor, by which an electrochemical capacitor superior in power storage capacity and low-temperature characteristic (capacitor performance under a low-temperature environment) can be obtained.SOLUTION: A method for manufacturing an electrochemical capacitor comprises: a preparation step for preparing a cell 10 including a positive electrode 2, a negative electrode 3, a cell bath 6 which contains the positive electrode 2 and the negative electrode 3, and a first electrolytic solution 5 stored in the cell bath 6 so that the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are immersed therein, and including a first mix solvent in which the content of ethylene carbonate blended is 50 vol.% or more; a step for performing an electrochemical activating process on the cell 10; and a step for replacing the first electrolytic solution 5 with a second electrolytic solution including a second mix solvent in which the content of ethylene carbonate blended is less than 50 vol.% after the electrochemical activating process.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電気化学キャパシタの製造方法、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の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing an electrochemical capacitor, and more particularly, to a method for manufacturing 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(電気二重層に加え、正極もしくは負極における酸化還元反応によってエネルギーを蓄えるキャパシタ)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。   Conventionally, secondary batteries such as lithium-ion batteries, electric double layer capacitors, and hybrid capacitors (in addition to electric double layers, energy is obtained by oxidation-reduction reactions in the positive electrode or negative electrode as power storage devices mounted in hybrid vehicles and fuel cell vehicles. Research and development of electrochemical capacitors such as storage capacitors) are underway.

電気化学キャパシタは、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セル槽とを有している。   An electrochemical capacitor generally has a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the electrodes, and a cell tank that contains the electrodes and the separator and is filled with an electrolyte so as to immerse them. doing.

例えば、電解液が、LiBF(テトラフルオロホウ酸リチウム)と、エチレンカーボネートおよびジメチルカーボネートの混合溶媒とを含有し、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの総量に対して、エチレンカーボネートが50体積%以上80体積%以下の範囲にあるハイブリッドキャパシタが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 For example, the electrolytic solution contains LiBF 4 (lithium tetrafluoroborate) and a mixed solvent of ethylene carbonate and dimethyl carbonate, and ethylene carbonate is 50% by volume or more and 80% by volume with respect to the total amount of ethylene carbonate and dimethyl carbonate. A hybrid capacitor having a volume% or less range has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開2014−165187号公報JP 2014-165187 A

しかし、特許文献1に記載のハイブリッドキャパシタでは、融点が約35℃付近であるエチレンカーボネートが、混合溶媒に高い割合(50体積%以上80体積%以下)で含有されているので、低温環境下(例えば、10℃以下)において、電解液が凝固してしまい、キャパシタ性能が低下してしまうという不具合がある。   However, in the hybrid capacitor described in Patent Document 1, ethylene carbonate having a melting point of about 35 ° C. is contained in the mixed solvent at a high rate (50 to 80 volume%), so that the low temperature environment ( For example, at 10 ° C. or less, there is a problem that the electrolytic solution is solidified and the capacitor performance is deteriorated.

一方、混合溶媒におけるエチレンカーボネートの割合を低減すれば、低温環境下において電解液が凝固することを抑制できるが、蓄電容量を十分に確保できないという不具合がある。   On the other hand, if the ratio of ethylene carbonate in the mixed solvent is reduced, it is possible to suppress the solidification of the electrolyte solution in a low temperature environment, but there is a problem that a sufficient storage capacity cannot be ensured.

そこで、本発明の目的は、蓄電容量および低温特性(低温環境下におけるキャパシタ性能)に優れる電気化学キャパシタを得ることができる電気化学キャパシタの製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrochemical capacitor manufacturing method capable of obtaining an electrochemical capacitor having excellent storage capacity and low temperature characteristics (capacitor performance in a low temperature environment).

本発明の電気化学キャパシタの製造方法は、正極と、前記正極に対して対向配置される負極と、前記正極および前記負極を収容するセル槽と、前記正極および前記負極が浸漬されるように前記セル槽に貯留され、エチレンカーボネートを含む第1電解液とを備えるセルを準備する準備工程と、前記第1電解液の存在下において、前記正極および前記負極に電圧を印加して、電気化学賦活処理する賦活工程と、前記賦活工程後において、前記第1電解液を、前記第1電解液よりも相対的に少ないエチレンカーボネートを含む第2電解液に入れ替える入替工程とを含み、前記第1電解液は、リチウム塩と、エチレンカーボネートを含む第1溶媒とからなり、前記第2電解液は、リチウム塩と、エチレンカーボネートを含む第2溶媒とからなり、前記第1溶媒において、前記エチレンカーボネートの配合割合は、50体積%以上であり、前記第2溶媒において、前記エチレンカーボネートの配合割合は、50体積%未満であることを特徴としている。   The method for producing an electrochemical capacitor of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode disposed opposite to the positive electrode, a cell tank containing the positive electrode and the negative electrode, and the positive electrode and the negative electrode so as to be immersed therein. Electrochemical activation by applying a voltage to the positive electrode and the negative electrode in the presence of the first electrolytic solution in a preparation step of preparing a cell that is stored in a cell tank and includes a first electrolytic solution containing ethylene carbonate An activation step to be processed, and after the activation step, a replacement step of replacing the first electrolytic solution with a second electrolytic solution containing ethylene carbonate relatively less than the first electrolytic solution, The liquid is composed of a lithium salt and a first solvent containing ethylene carbonate, and the second electrolyte is composed of a lithium salt and a second solvent containing ethylene carbonate. In the first solvent, the mixing ratio of the ethylene carbonate is at least 50% by volume, in the second solvent, the mixing ratio of the ethylene carbonate is characterized in that less than 50% by volume.

このような製造方法によれば、賦活工程において、エチレンカーボネートの配合割合が相対的に高い第1電解液(具体的には、エチレンカーボネートの配合割合が50体積%以上である第1溶媒を含む)の存在下で、正極および負極が電気化学賦活処理されるので、優れた蓄電容量を確保することができる。   According to such a manufacturing method, in the activation step, the first electrolytic solution having a relatively high blending ratio of ethylene carbonate (specifically, the first solvent having a blending ratio of ethylene carbonate of 50% by volume or more is included). ), The positive electrode and the negative electrode are subjected to electrochemical activation treatment, so that an excellent storage capacity can be ensured.

そして、賦活工程後において、第1電解液が、エチレンカーボネートの配合割合が相対的に低い第2電解液(具体的には、エチレンカーボネートの配合割合が50体積%未満である第2溶媒を含む)に入れ替えられるので、低温環境下で電解液が凝固することを抑制できる。   And after an activation process, 1st electrolyte solution contains the 2nd electrolyte solution (specifically, the 2nd solvent whose compounding ratio of ethylene carbonate is less than 50 volume%) with a comparatively low compounding ratio of ethylene carbonate ), The solidification of the electrolyte solution in a low temperature environment can be suppressed.

そのため、蓄電容量および低温特性に優れる電気化学キャパシタを得ることができる。   Therefore, an electrochemical capacitor having excellent storage capacity and low temperature characteristics can be obtained.

また、前記第1電解液および前記第2電解液のそれぞれのリチウム塩は、LiBFであることが好適である。 Further, the respective lithium salt of the first electrolyte and the second electrolyte is suitably a LiBF 4.

しかるに、LiBF(テトラフルオロホウ酸リチウム)は、その他のリチウム塩(例えば、ヘキサフルオロリン酸リチウム)などと比べて熱安定性に優れ、水分との反応性も低い。そのため、第1電解液および第2電解液のそれぞれが、LiBFを含有することにより、リチウム塩の分解を抑制でき、それに起因するガスの発生を抑制できる。その結果、電気化学キャパシタの破損や性能低下を抑制することができる。 However, LiBF 4 (lithium tetrafluoroborate) has excellent thermal stability and low reactivity with moisture compared to other lithium salts (for example, lithium hexafluorophosphate). Therefore, when each of the first electrolyte solution and the second electrolyte solution contains LiBF 4 , decomposition of the lithium salt can be suppressed, and generation of gas resulting therefrom can be suppressed. As a result, the electrochemical capacitor can be prevented from being damaged and the performance is lowered.

また、第1電解液および第2電解液のそれぞれのリチウム塩がLiBFであっても、賦活工程において、エチレンカーボネートの配合割合が相対的に高い第1電解液の存在下で、正極および負極が電気化学賦活処理されるので、優れた蓄電容量を確保することができる。 Also, each of the lithium salt of the first electrolyte and the second electrolyte is a LiBF 4, in activation step, in the presence of a proportion of the ethylene carbonate is relatively high first electrolytic solution, the positive and negative electrodes As a result of the electrochemical activation treatment, an excellent storage capacity can be ensured.

これによって、ガスの発生を抑制することができながら、蓄電容量に優れる電気化学キャパシタを得ることができる。   As a result, an electrochemical capacitor having excellent storage capacity can be obtained while gas generation can be suppressed.

本発明の電気化学キャパシタの製造方法によれば、蓄電容量および低温特性に優れる電気化学キャパシタを得ることができる。   According to the method for producing an electrochemical capacitor of the present invention, an electrochemical capacitor having excellent storage capacity and low temperature characteristics can be obtained.

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ハイブリッドキャパシタのエネルギー密度を示すグラフである。It is a graph which shows the energy density of the hybrid capacitor of an Example and a comparative example.

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、図1に示すように、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。   As shown in FIG. 1, a hybrid capacitor 1 as an example of an electrochemical capacitor is interposed between a positive electrode 2, a negative electrode 3 arranged to face the positive electrode 2 with a space therebetween, and a positive electrode 2 and a negative electrode 3. And a cell tank 6 that accommodates the positive electrode 2, the negative electrode 3, and the separator 4. 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、例えば、正極材料(分極性カーボン材料)および結合剤、さらに必要に応じて、例えば、導電剤などを配合して得られる混合物を、電極形状に成形した後、乾燥させることにより、形成されている。   The positive electrode 2 is formed by, for example, forming a mixture obtained by blending a positive electrode material (polarizable carbon material) and a binder, and further, for example, a conductive agent, if necessary, into an electrode shape, and then drying, Is formed.

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%.

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。これらソフトカーボンは、単独で使用してもよく、あるいは、2種以上併用することもできる。   Examples of soft carbon include pitches such as petroleum pitch, coal pitch, and mesophase pitch, and graphitizable cokes such as petroleum needle coke, coal needle coke, anthracene, polyvinyl chloride, and polyacrylonitrile. Thermal decomposition products such as These soft carbons may be used alone or in combination of two or more.

また、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。 Also, 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.

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。これらハードカーボンは、単独で使用してもよく、あるいは、2種以上併用することもできる。   As hard carbon, for example, phenol resin, melamine resin, urea resin, furan resin, epoxy resin, alkyd resin, unsaturated polyester resin, diallyl phthalate resin, furfural resin, resorcinol resin, silicone resin, xylene resin, urethane resin, etc. Thermosetting resin, for example, carbon black such as thermal black, furnace black, lamp black, channel black, acetylene black, non-graphitizable coke different from graphitizable coke such as flue coke and gilsonite coke, For example, plant raw materials such as coconut palm and wood flour, for example, pyrolysates such as glassy carbon, and the like can be mentioned. These hard carbons may be used alone or in combination of two or more.

このようなカーボン材のなかでは、好ましくは、ソフトカーボン、さらに好ましくは、ピッチ類、とりわけ好ましくは、メソフェーズ系ピッチが挙げられる。   Among such carbon materials, soft carbon is preferable, pitches are more preferable, and mesophase pitches are particularly 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。これらのうち、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。 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. Among these, Preferably, an alkali activation process is mentioned, More preferably, the alkali activation process (KOH activation process) which uses potassium hydroxide (KOH) as an activator is mentioned.

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、カーボン材1質量部に対して、例えば、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, for example, 500 ° C. to 800 ° C. in a nitrogen atmosphere, and then fired together with KOH at 700 to 1000 ° C. The quantity of KOH used is 0.5-5 mass parts with respect to 1 mass part of carbon materials, for example.

正極材料は、混合物全量に対して、例えば、固形分の質量割合が70〜99質量%の割合となるように配合される。   A positive electrode material is mix | blended so that the mass ratio of solid content may be a ratio of 70-99 mass% with respect to the mixture whole quantity, for example.

結合剤としては、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。これら結合剤は、単独で使用してもよく、あるいは、2種以上併用することもできる。   Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluoroolefin copolymer crosslinked polymer, fluoroolefin vinyl ether copolymer crosslinked polymer, carboxymethyl cellulose, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyacrylic. An acid etc. are mentioned. These binders may be used alone or in combination of two or more.

また、これら結合剤のなかでは、好ましくは、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)が挙げられる。   Of these binders, polyvinylidene fluoride (PVdF) is preferable.

結合剤の固形分の質量割合は、混合物全量に対して、例えば、1質量%以上、好ましくは、5質量%以上、例えば、20質量%以下、好ましくは、15質量%以下である。   The mass ratio of the solid content of the binder is, for example, 1% by mass or more, preferably 5% by mass or more, for example, 20% by mass or less, preferably 15% by mass or less, with respect to the total amount of the mixture.

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。これら導電剤は、単独で使用してもよく、あるいは、2種以上併用することもできる。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。   Examples of the conductive agent include carbon black, ketjen black, and acetylene black. These conductive agents may be used alone or in combination of two or more. Among these conductive agents, carbon black is preferable.

導電剤の固形分の質量割合は、混合物全量に対して、例えば、0質量%以上、好ましくは、5質量%以上、例えば、20質量%以下、好ましくは、10質量%以下である。つまり、導電剤は、配合しても配合しなくてもよい。   The mass ratio of the solid content of the conductive agent is, for example, 0% by mass or more, preferably 5% by mass or more, for example, 20% by mass or less, preferably 10% by mass or less, with respect to the total amount of the mixture. That is, the conductive agent may or may not be blended.

そして、正極2を形成するには、例えば、上記した正極材料、結合剤、および、必要に応じて導電剤を配合した混合物を、例えば、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 positive electrode 2, for example, a mixture containing the above-described positive electrode material, a binder, and, if necessary, a conductive agent is stirred in a solvent, for example, in a slurry (solid content: 10 to 60). Mass%).

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)、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、酢酸エチル、フタル酸ジメチル、エタノール、メタノール、ブタノール、水などが挙げられる。これら溶媒は、単独で使用してもよく、あるいは、2種以上併用することもできる。これら溶媒のなかでは、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 N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), toluene, xylene, isophorone, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, methyl acetate, ethyl acetate, dimethyl phthalate, ethanol, methanol, butanol, Water etc. are mentioned. These solvents may be used alone or in combination of two or more. Among these solvents, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) is preferable.

次いで、スラリーを金属箔(集電体)上に塗工(塗布)し、乾燥させた後、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。その後、電極シートを所定形状に打ち抜く。これにより、正極2が得られる。   Next, the slurry is applied (coated) on a metal foil (current collector), dried, and then stretched under pressure using, for example, a roll press to obtain an electrode sheet. Thereafter, the electrode sheet is punched into a predetermined shape. Thereby, the positive electrode 2 is obtained.

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。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。   Examples of the metal foil include aluminum foil, copper foil, stainless steel foil, and nickel foil. Among these metal foils, aluminum foil is preferable.

このような方法により得られる正極2の厚さは、ハイブリッドキャパシタ1のスケールにより異なるが、ラボスケールでは、例えば、30〜150μmであって、集電体となる金属箔を除く厚さが10〜140μmである。   The thickness of the positive electrode 2 obtained by such a method varies depending on the scale of the hybrid capacitor 1. However, in the lab scale, for example, the thickness is 30 to 150 μm, and the thickness excluding the metal foil serving as the current collector is 10 to 10 mm. 140 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、10mm〜200mm、長手方向と直交する方向(幅方向)長さが、例えば、10mm〜200mm以下であり、円形状の場合には、直径が、例えば、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 mm to 200 mm, and is orthogonal to the longitudinal direction. The direction (width direction) length is, for example, 10 mm to 200 mm or less, and in the case of a circular shape, the diameter is, for example, 5 to 15 mm.

負極3は、例えば、負極材料と、結合剤とを配合して得られる混合物を電極形状に成型した後、乾燥させることにより、形成されている。   The negative electrode 3 is formed, for example, by molding a mixture obtained by blending a negative electrode material and a binder into an electrode shape and then drying it.

負極材料は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出可能な材料からなり、例えば、上記したハードカーボン、上記したソフトカーボン、グラファイトなどが挙げられる。   The negative electrode material is made of a material capable of reversibly occluding and releasing lithium ions, and examples thereof include the hard carbon described above, the 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。これら負極材料は、単独で使用してもよく、あるいは、2種以上併用することもできる。   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). These negative electrode materials may be used alone or in combination of two or more.

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

負極材料の固形分の質量割合は、混合物全量に対して、例えば、80質量%以上、好ましくは、85質量%以上、例えば、99質量%以下、好ましくは、95質量%以下である。   The mass ratio of the solid content of the negative electrode material is, for example, 80% by mass or more, preferably 85% by mass or more, for example, 99% by mass or less, preferably 95% by mass or less, with respect to the total amount of the mixture.

結合剤としては、例えば、上記した結合剤が挙げられる。これら結合剤は、単独で使用してもよく、あるいは、2種以上併用することもできる。また、これら結合剤のなかでは、好ましくは、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)が挙げられる。   Examples of the binder include the above-described binders. These binders may be used alone or in combination of two or more. Of these binders, polyvinylidene fluoride (PVdF) is preferable.

結合剤の固形分の質量割合は、混合物全量に対して、例えば、1質量%以上、好ましくは、5質量%以上、例えば、20質量%以下、好ましくは、15質量%以下である。   The mass ratio of the solid content of the binder is, for example, 1% by mass or more, preferably 5% by mass or more, for example, 20% by mass or less, preferably 15% by mass or less, with respect to the total amount of the mixture.

また、負極3の製造においては、必要により、さらに、導電剤を配合することもできる。   Moreover, in manufacture of the negative electrode 3, a electrically conductive agent can also be mix | blended as needed.

導電剤としては、例えば、上記した導電剤などが挙げられる。これら導電剤は、単独で使用してもよく、あるいは、2種以上併用することもできる。   Examples of the conductive agent include the above-described conductive agents. These conductive agents may be used alone or in combination of two or more.

導電剤の固形分の質量割合は、混合物全量に対して、例えば、0質量%以上、好ましくは、1質量%以上、例えば、20質量%以下、好ましくは、10質量%以下である。   The mass ratio of the solid content of the conductive agent is, for example, 0% by mass or more, preferably 1% by mass or more, for example, 20% by mass or less, preferably 10% by mass or less, based on the total amount of the mixture.

そして、負極3を形成するには、例えば、負極材料、結合剤、および、必要に応じて導電剤を配合した混合物を、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, a mixture containing a negative electrode material, a binder, and, if necessary, a conductive agent is stirred in a solvent to obtain a slurry (solid content: 10 to 60% by mass). obtain.

溶媒としては、例えば、上記した溶媒などが挙げられる。これら溶媒は、単独で使用してもよく、あるいは、2種以上併用することもできる。これら溶媒のなかでは、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-described solvents. These solvents may be used alone or in combination of two or more. Among these solvents, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) is preferable.

次いで、スラリーを金属箔(集電体)上に塗工(塗布)し、乾燥させた後、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。その後、電極シートを所定形状に打ち抜く。これにより、負極3が得られる。   Next, the slurry is applied (coated) on a metal foil (current collector), dried, and then stretched under pressure using, for example, a roll press to obtain an electrode sheet. Thereafter, the electrode sheet is punched into a predetermined shape. Thereby, the negative electrode 3 is obtained.

金属箔としては、例えば、上記した金属箔が挙げられる。これら金属箔のなかでは、好ましくは、銅箔が挙げられる。   Examples of the metal foil include the above-described metal foil. Among these metal foils, copper foil is preferable.

上記のような方法により得られる負極3の厚さは、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、5〜70μmであって、集電体となる金属箔を除く厚さが5〜60μmである。   The thickness of the negative electrode 3 obtained by the method as described above varies depending on the scale of the hybrid capacitor 1. For example, in the lab scale, the thickness is 5 to 70 μm, and the thickness excluding the metal foil serving as the current collector is 5. ~ 60 μm.

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、また、円形状の場合には、直径が、例えば、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, and in the case of a circular shape, the diameter is, for example, 5 to 15 mm.

セパレータ4としては、例えば、ガラス繊維、セラミックス繊維、ウィスカなどの無機繊維、例えば、セルロースなどの天然繊維、例えば、ポリオレフィン、ポリエステルなどの有機繊維などからなるセパレータが挙げられる。これらセパレータのなかでは、好ましくは、セラミックス繊維からなるセパレータが挙げられる。   Examples of the separator 4 include separators made of inorganic fibers such as glass fibers, ceramic fibers, and whiskers, natural fibers such as cellulose, and organic fibers such as polyolefin and polyester. Among these separators, a separator made of ceramic fibers is preferable.

このようなセパレータ4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、100〜1000μmである。   Although the thickness of such a separator 4 changes with scales of the hybrid capacitor 1, it is 100-1000 micrometers in a lab scale, for example.

また、セパレータ4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である。また、円形状の場合には、直径が、例えば、10〜30mmである。   Moreover, although the magnitude | size of the separator 4 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, 15 to 220 mm, and the length in the width direction. The length is, for example, 15 to 220 mm. In the case of a circular shape, the diameter is, for example, 10 to 30 mm.

セル槽6は、特に制限されず、公知の容器でよく、また、金属ラミネートフィルム用のバッグでもよい。このようなセル槽6のなかでは、好ましくは、金属ラミネートフィルム用のバッグが挙げられる。   The cell tank 6 is not particularly limited and may be a known container or a bag for a metal laminate film. In such a cell tank 6, Preferably, the bag for metal laminate films is mentioned.

次に、本発明の電気化学キャパシタの製造方法の一実施形態としての、ハイブリッドキャパシタの製造方法について、詳述する。   Next, a method for producing a hybrid capacitor as an embodiment of the method for producing an electrochemical capacitor of the present invention will be described in detail.

この方法では、まず、正極2、負極3、セパレータ4、セル槽6および第1電解液5を用意して、正極2と、負極3と、セパレータ4と、セル槽6と、第1電解液5とを備えるセル10を準備する(準備工程)。   In this method, first, a positive electrode 2, a negative electrode 3, a separator 4, a cell tank 6 and a first electrolytic solution 5 are prepared, and a positive electrode 2, a negative electrode 3, a separator 4, a cell tank 6, and a first electrolytic solution are prepared. 5 is prepared (preparation step).

セル10を準備するには、まず、正極2と負極3とが間隔を隔てて対向配置されるように、セパレータ4の一方側に正極2を、他方側に負極3をそれぞれ積層し、得られた積層体をセル槽6内に配置する。   To prepare the cell 10, first, the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are laminated on one side of the separator 4 and the negative electrode 3 on the other side so that the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are opposed to each other with a gap. The stacked body is placed in the cell tank 6.

次いで、第1電解液5を、セル槽6内に、正極2、負極3およびセパレータ4が浸漬されるように注入し貯留する。これによって、セル10が組み立てられる。   Next, the first electrolytic solution 5 is injected and stored in the cell tank 6 so that the positive electrode 2, the negative electrode 3, and the separator 4 are immersed therein. Thereby, the cell 10 is assembled.

第1電解液5は、電解質としてのリチウム塩と、リチウム塩を溶解する第1溶媒の一例としての第1混合溶媒とからなる。   The 1st electrolyte solution 5 consists of a lithium salt as electrolyte, and the 1st mixed solvent as an example of the 1st solvent which melt | dissolves lithium salt.

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。これらリチウム塩は、単独で使用してもよく、あるいは、2種以上併用することもできる。 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 . These lithium salts may be used alone or in combination of two or more.

また、これらリチウム塩のなかでは、好ましくは、LiBF(テトラフルオロホウ酸リチウム)が挙げられる。 Of these lithium salts, LiBF 4 (lithium tetrafluoroborate) is preferably used.

第1電解液5におけるリチウム塩の濃度は、例えば、0.5mol/L以上、例えば、5mol/L以下、好ましくは、2mol/L以下である。   The concentration of the lithium salt in the first electrolytic solution 5 is, for example, 0.5 mol / L or more, for example, 5 mol / L or less, preferably 2 mol / L or less.

第1混合溶媒は、エチレンカーボネート(EC)を含んでおり、詳しくは、エチレンカーボネートと、第1有機溶媒との混合溶媒である。   The first mixed solvent contains ethylene carbonate (EC), and specifically, is a mixed solvent of ethylene carbonate and the first organic solvent.

第1有機溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート(融点:−55℃)、プロピレンカーボネート誘導体、ブチレンカーボネート(融点:−45℃)、ジメチルカーボネート(融点:2〜4℃)、ジエチルカーボネート(融点:−43℃)、エチルメチルカーボネート(融点:−14.5℃)、γ−ブチロラクトン(融点:−43.5℃)、1,3−ジオキソラン(融点:−95℃)、ジメチルスルホキシド(DMSO、融点:19℃)、スルホラン(融点:27.5℃)、ホルムアミド(融点:2〜3℃)、ジメチルホルムアミド(DMF、融点:−61℃)、ジメチルアセトアミド(DMA、融点:−20℃)、リン酸トリエステル、無水マレイン酸(融点:52.6℃)、無水コハク酸(融点:120℃)、無水フタル酸(融点:131℃)、1,3−プロパンスルトン(融点:31℃)、4,5−ジヒドロピラン誘導体、ニトロベンゼン(融点:5.7℃)、1,3−ジオキサン(融点:−45℃)、1,4−ジオキサン(融点:11.8℃)、3−メチル−2−オキサゾリジノン(融点:15℃)、1,2−ジメトキシエタン(融点:−58℃)、テトラヒドロフラン(融点:−108.4℃)、2−メチルテトラヒドロフラン(融点:−136℃)、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(融点:−45℃)、ニトロメタン(融点:−29℃)、アルコキシエタン、トルエン(融点:−95℃)などが挙げられる。   Examples of the first organic solvent include propylene carbonate (melting point: −55 ° C.), propylene carbonate derivative, butylene carbonate (melting point: −45 ° C.), dimethyl carbonate (melting point: 2 to 4 ° C.), diethyl carbonate (melting point: − 43 ° C), ethyl methyl carbonate (melting point: -14.5 ° C), γ-butyrolactone (melting point: -43.5 ° C), 1,3-dioxolane (melting point: -95 ° C), dimethyl sulfoxide (DMSO, melting point: 19 ° C.), sulfolane (melting point: 27.5 ° C.), formamide (melting point: 2-3 ° C.), dimethylformamide (DMF, melting point: −61 ° C.), dimethylacetamide (DMA, melting point: −20 ° C.), phosphoric acid Triester, maleic anhydride (melting point: 52.6 ° C), succinic anhydride (melting point: 120 ° C), phthalic anhydride (melting point) 131 ° C.), 1,3-propane sultone (melting point: 31 ° C.), 4,5-dihydropyran derivative, nitrobenzene (melting point: 5.7 ° C.), 1,3-dioxane (melting point: −45 ° C.), 1, 4-dioxane (melting point: 11.8 ° C), 3-methyl-2-oxazolidinone (melting point: 15 ° C), 1,2-dimethoxyethane (melting point: -58 ° C), tetrahydrofuran (melting point: -108.4 ° C) 2-methyltetrahydrofuran (melting point: -136 ° C), tetrahydrofuran derivative, sydnone compound, acetonitrile (melting point: -45 ° C), nitromethane (melting point: -29 ° C), alkoxyethane, toluene (melting point: -95 ° C), etc. Can be mentioned.

これら第1有機溶媒は、単独で使用してもよく、あるいは、2種以上併用することもできる。また、これら第1有機溶媒のなかでは、好ましくは、融点がエチレンカーボネートの融点(34℃〜37℃)よりも低い有機溶媒、さらに好ましくは、融点が10℃以下の有機溶媒、とりわけ好ましくは、ジメチルカーボネートが挙げられる。   These first organic solvents may be used alone or in combination of two or more. Among these first organic solvents, an organic solvent having a melting point lower than that of ethylene carbonate (34 ° C. to 37 ° C.), more preferably an organic solvent having a melting point of 10 ° C. or less, particularly preferably, Examples include dimethyl carbonate.

このような第1混合溶媒において、エチレンカーボネートの配合割合は、50体積%以上、好ましくは、60体積%以上、例えば、90体積%以下、好ましくは、80体積%以下である。   In such a first mixed solvent, the blending ratio of ethylene carbonate is 50% by volume or more, preferably 60% by volume or more, for example, 90% by volume or less, preferably 80% by volume or less.

第1混合溶媒におけるエチレンカーボネートの配合割合が、上記下限以上であれば、後述する賦活工程により、ハイブリッドキャパシタ1の蓄電容量の向上を確実に図ることができ、上記上限以下であれば、第1混合溶媒の粘度が過度に上昇することを抑制できる。   If the blending ratio of ethylene carbonate in the first mixed solvent is equal to or higher than the above lower limit, the storage capacity of the hybrid capacitor 1 can be reliably improved by an activation step described later. An excessive increase in the viscosity of the mixed solvent can be suppressed.

また、第1混合溶媒において、第1有機溶媒の配合割合は、例えば、10体積%以上、好ましくは、20体積%以上、例えば、40体積%以下、好ましくは、35体積%以下である。また、第1有機溶媒がジメチルカーボネートを含有する場合、第1混合溶媒において、ジメチルカーボネートの配合割合は、例えば、10体積%以上、好ましくは、20体積%以上、例えば、40体積%以下、好ましくは、35体積%以下である。   In the first mixed solvent, the blending ratio of the first organic solvent is, for example, 10% by volume or more, preferably 20% by volume or more, for example, 40% by volume or less, preferably 35% by volume or less. When the first organic solvent contains dimethyl carbonate, the mixing ratio of dimethyl carbonate in the first mixed solvent is, for example, 10% by volume or more, preferably 20% by volume or more, for example, 40% by volume or less, preferably Is 35% by volume or less.

第1混合溶媒における第1有機溶媒(ジメチルカーボネート)の配合割合が、上記下限以上上限以下であれば、第1混合溶媒の粘度を容易に調整することができる。   If the blending ratio of the first organic solvent (dimethyl carbonate) in the first mixed solvent is not less than the above lower limit and not more than the upper limit, the viscosity of the first mixed solvent can be easily adjusted.

25℃における第1混合溶媒の粘度は、低ければ低いほど好ましく、例えば、0.4mPa・s以上、例えば、3mPa・s以下、好ましくは、2mPa・s以下である。なお、第1混合溶媒の粘度は、公知の音叉型振動式粘度計により測定することができる。   The viscosity of the first mixed solvent at 25 ° C. is preferably as low as possible, and is, for example, 0.4 mPa · s or more, for example, 3 mPa · s or less, preferably 2 mPa · s or less. The viscosity of the first mixed solvent can be measured with a known tuning fork type vibration viscometer.

次いで、必要により、得られたセル10を、例えば、正極2および負極3の面方向が鉛直方向に沿うように配置し、公知の拘束装置を用いて、正極2および負極3の対向方向に沿ってセル10を加圧する。これにより、セル10を所定の拘束圧で拘束(固定)する。   Next, if necessary, the obtained cell 10 is arranged, for example, so that the surface directions of the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are along the vertical direction, and along the opposing direction of the positive electrode 2 and the negative electrode 3 using a known restraining device. The cell 10 is pressurized. Thereby, the cell 10 is restrained (fixed) with a predetermined restraining pressure.

セル10の加圧条件(拘束圧)は、例えば、100kPa以上、好ましくは、200kPa以上であり、例えば、700kPa以下、好ましくは、500kPa以下である。   The pressurizing condition (constraint pressure) of the cell 10 is, for example, 100 kPa or more, preferably 200 kPa or more, for example, 700 kPa or less, preferably 500 kPa or less.

次いで、第1電解液5の存在下において正極2および負極3に電圧を印加して、セル10を充放電し、電気化学賦活処理する(賦活工程)。   Next, a voltage is applied to the positive electrode 2 and the negative electrode 3 in the presence of the first electrolytic solution 5 to charge and discharge the cell 10 and to perform an electrochemical activation process (activation process).

電気化学賦活処理では、具体的には、セル電圧が、例えば、4.7V以上4.9V以下の範囲に上昇するまで、例えば、0.5mA/cm以上2mA/cm以下で定電流充電する。 In the electrochemical activation treatment, specifically, for example, constant current charging is performed at 0.5 mA / cm 2 or more and 2 mA / cm 2 or less until the cell voltage rises to a range of 4.7 V or more and 4.9 V or less, for example. To do.

充電後、電流値が、例えば、0.1mA/cm以上0.3mA/cm以下に降下するまでセル電圧を、例えば、4.7V以上4.9V以下で保持する。保持時間は、通常、5時間未満、好ましくは、4時間未満であり、例えば、1時間以上である。 After charging, the cell voltage is maintained at, for example, 4.7 V or more and 4.9 V or less until the current value drops to, for example, 0.1 mA / cm 2 or more and 0.3 mA / cm 2 or less. The holding time is usually less than 5 hours, preferably less than 4 hours, for example, 1 hour or more.

その後、セル電圧が、例えば、2.0V以上3.0V以下に降下するまで、例えば、0.5mA/cm以上2mA/cm以下で定電流放電する。 Thereafter, constant current discharge is performed at, for example, 0.5 mA / cm 2 or more and 2 mA / cm 2 or less until the cell voltage drops to 2.0 V or more and 3.0 V or less, for example.

この充放電サイクルを、例えば、1〜10回、好ましくは、1回実施する。   This charge / discharge cycle is performed, for example, 1 to 10 times, preferably once.

その後、セル電圧が、例えば、4.3V以上4.7V以下の範囲に上昇するまで、例えば、0.01mA/cm以上7mA/cm以下で定電流充電する。 Thereafter, the cell voltage, for example, until the rise 4.7V below the range of 4.3 V, for example, a constant current charge at 0.01 mA / cm 2 or more 7 mA / cm 2 or less.

充電後、セル電圧を保持することなく、セル電圧が、例えば、2.0V以上3.0V以下に降下するまで、例えば、0.01mA/cm以上7mA/cm以下で定電流放電する。 After charging, without holding the cell voltage, cell voltage, for example, until drops below than 2.0 V 3.0 V, for example, a constant current discharge at 0.01 mA / cm 2 or more 7 mA / cm 2 or less.

この充放電サイクルを、例えば、10回以上、好ましくは、30回以上、例えば、1000回以下、好ましくは、80回以下繰り返す。   This charge / discharge cycle is repeated, for example, 10 times or more, preferably 30 times or more, for example, 1000 times or less, preferably 80 times or less.

なお、賦活工程は、具体的には、例えば、10℃以上、好ましくは、15℃以上、例えば、40℃以下、好ましくは、35℃以下の温度条件下で実施される。   In addition, an activation process is specifically implemented on the temperature conditions of 10 degreeC or more, for example, Preferably, 15 degreeC or more, for example, 40 degrees C or less, Preferably, it is 35 degrees C or less.

次いで、必要により、セル10を充放電し、ウォームアップ処理(慣らし運転)する(ウォームアップ工程)。   Next, if necessary, the cell 10 is charged and discharged, and a warm-up process (break-in operation) is performed (warm-up process).

ウォームアップ処理では、具体的には、電気化学賦活処理された後のセル10を、セル電圧が、例えば、4.6V以上4.7V以下、好ましくは、4.6Vに上昇するまで、例えば、0.1mA/cm以上、好ましくは、1mA/cm以上、例えば、20mA/cm以下、好ましくは、10mA/cm以下で定電流充電する。 In the warm-up process, specifically, the cell 10 after the electrochemical activation process is performed until the cell voltage rises to, for example, 4.6 V or more and 4.7 V or less, preferably 4.6 V, for example, The constant current charging is performed at 0.1 mA / cm 2 or more, preferably 1 mA / cm 2 or more, for example, 20 mA / cm 2 or less, preferably 10 mA / cm 2 or less.

充電後、その電圧の印加状態を、例えば、5時間以上、好ましくは、10時間以上、例えば、20時間以下、好ましくは、15時間以下保持する。また、このように電圧の印加状態を保持するとともに、電流値を、例えば、0.1mA/cm以上、好ましくは、0.3mA/cm以上、例えば、10mA/cm以下、好ましくは、7mA/cm以下に降下させる。 After charging, the voltage application state is maintained, for example, for 5 hours or more, preferably 10 hours or more, for example, 20 hours or less, preferably 15 hours or less. In addition, while maintaining the voltage application state in this way, the current value is, for example, 0.1 mA / cm 2 or more, preferably 0.3 mA / cm 2 or more, for example, 10 mA / cm 2 or less, preferably Lower to 7 mA / cm 2 or less.

その後、例えば、セル電圧が、例えば、1.5V以上、好ましくは、2V以上、例えば、3.5V以下、好ましくは、3V以下に降下するまで、例えば、0.1mA/cm以上、好ましくは、1mA/cm以上、例えば、20mA/cm以下、好ましくは、10mA/cm以下で定電流放電する。 Thereafter, for example, until the cell voltage drops to, for example, 1.5 V or more, preferably 2 V or more, for example, 3.5 V or less, preferably 3 V or less, for example, 0.1 mA / cm 2 or more, preferably The constant current discharge is performed at 1 mA / cm 2 or more, for example, 20 mA / cm 2 or less, preferably 10 mA / cm 2 or less.

この充放電サイクルを、例えば、1〜10回、好ましくは、1回実施する。   This charge / discharge cycle is performed, for example, 1 to 10 times, preferably once.

このようなウォームアップ処理により、ハイブリッドキャパシタ1内におけるガスの発生量を低減し、ハイブリッドキャパシタ1の破損や性能低下を抑制することができる。   By such warm-up processing, the amount of gas generated in the hybrid capacitor 1 can be reduced, and damage to the hybrid capacitor 1 and performance degradation can be suppressed.

なお、このようなウォームアップ処理は、上記した電気化学賦活処理とは、電圧印加状態における保持時間によって区別される。   Such a warm-up process is distinguished from the above-described electrochemical activation process by the holding time in the voltage application state.

すなわち、上記の電気化学賦活処理では、セル10を定電流充電した後、電圧印加状態で保持する保持時間は、通常、1時間以上5時間未満である。   That is, in the above-described electrochemical activation treatment, after the cell 10 is charged with a constant current, the holding time in which a voltage is applied is usually 1 hour or more and less than 5 hours.

一方、ウォームアップ処理では、セル10を定電流充電した後、電圧印加状態で保持する保持時間は、上記したように、例えば、5時間以上20時間以下である。   On the other hand, in the warm-up process, after the cell 10 is charged with a constant current, the holding time in which the cell 10 is held in a voltage application state is, for example, 5 hours or more and 20 hours or less as described above.

次いで、必要により、ウォームアップ処理された後のセル10を、さらに充放電して、プレサイクル処理する(プレサイクル工程)。これにより、セル10からガスをパージする。   Next, if necessary, the cell 10 after the warm-up process is further charged and discharged and subjected to a pre-cycle process (a pre-cycle process). Thereby, the gas is purged from the cell 10.

プレサイクル処理では、具体的には、上記ウォームアップ処理後のセル10に、セル電圧が、例えば、3.5V以上、好ましくは、4V以上、例えば、4.6V以下、好ましくは、4.4V以下に上昇するまで、例えば、1mA/cm以上、好ましくは、3mA/cm以上、例えば、10mA/cm以下、好ましくは、7mA/cm以下で定電流充電する。 Specifically, in the pre-cycle process, the cell voltage after the warm-up process has a cell voltage of, for example, 3.5 V or more, preferably 4 V or more, for example 4.6 V or less, preferably 4.4 V. Until it rises below, constant current charging is performed at, for example, 1 mA / cm 2 or more, preferably 3 mA / cm 2 or more, for example, 10 mA / cm 2 or less, preferably 7 mA / cm 2 or less.

充電後、セル電圧を保持することなく、セル電圧が、例えば、1.5V以上、好ましくは、2.1V以上、例えば、3V以下、好ましくは、2.5V以下に降下するまで、例えば、1mA/cm以上、好ましくは、3mA/cm以上、例えば、10mA/cm以下、好ましくは、7mA/cm以下で定電流放電する。 After charging, for example, 1 mA until the cell voltage drops to, for example, 1.5 V or more, preferably 2.1 V or more, for example, 3 V or less, preferably 2.5 V or less without holding the cell voltage. / Cm 2 or more, preferably 3 mA / cm 2 or more, for example, 10 mA / cm 2 or less, preferably 7 mA / cm 2 or less.

この充放電サイクルを、例えば、500回以上、好ましくは、600回以上、例えば、1000回以下、好ましくは、800回以下繰り返す。   This charge / discharge cycle is repeated, for example, 500 times or more, preferably 600 times or more, for example, 1000 times or less, preferably 800 times or less.

このようなプレサイクル処理により、ハイブリッドキャパシタ1内におけるガスの発生量を確実に低減し、ハイブリッドキャパシタ1の破損や性能低下を確実に抑制することができる。   By such pre-cycle processing, the amount of gas generated in the hybrid capacitor 1 can be surely reduced, and damage to the hybrid capacitor 1 and performance degradation can be reliably suppressed.

また、プレサイクル処理として、好ましくは、2.1V以上4.4V以下の電圧範囲で、1mA/cm以上10mA/cm以下の電流による充放電を、500回以上1000回以下繰り返す。 Furthermore, as a pre-cycling, preferably at 4.4V less voltage range of 2.1V, the charge and discharge by 1 mA / cm 2 or more 10 mA / cm 2 or less current is repeated below 1000 times more than 500 times.

ウォームアップ工程の後、プレサイクル工程として、所定の電圧範囲で、所定の電流による充放電を、所定の回数繰り返すことにより、ハイブリッドキャパシタ1の内部抵抗の低減を図ることができる。   After the warm-up process, as a pre-cycle process, the internal resistance of the hybrid capacitor 1 can be reduced by repeating charging and discharging with a predetermined current for a predetermined number of times within a predetermined voltage range.

次いで、セル槽6内の第1電解液5を、第1電解液5よりも相対的に少ないエチレンカーボネートを含む第2電解液7に入れ替える(入替工程)。つまり、入替工程は、少なくとも賦活工程の後、必要により、ウォームアップ工程またはプレサイクル工程の後に実施される。   Next, the first electrolytic solution 5 in the cell tank 6 is replaced with a second electrolytic solution 7 containing ethylene carbonate relatively less than the first electrolytic solution 5 (replacement step). That is, the replacement process is performed at least after the activation process and, if necessary, after the warm-up process or the pre-cycle process.

より詳しくは、第1電解液5をセル槽6内から取り出し、第2電解液7を、セル槽6内に正極2、負極3およびセパレータ4が浸漬されるように注入し貯留する。   More specifically, the first electrolytic solution 5 is taken out from the cell tank 6, and the second electrolytic solution 7 is injected and stored so that the positive electrode 2, the negative electrode 3, and the separator 4 are immersed in the cell tank 6.

第2電解液7は、電解質としてのリチウム塩と、リチウム塩を溶解する第2溶媒の一例としての第2混合溶媒とからなる。   The second electrolytic solution 7 includes a lithium salt as an electrolyte and a second mixed solvent as an example of a second solvent that dissolves the lithium salt.

リチウム塩としては、例えば、上記したリチウム塩などが挙げられ、好ましくは、第1電解液5が含むリチウム塩と同一のリチウム塩、さらに好ましくは、LiBFが挙げられる。これらリチウム塩は、単独で使用してもよく、あるいは、2種以上併用することもできる。 Examples of the lithium salt include the above-described lithium salt, preferably the same lithium salt as the lithium salt included in the first electrolytic solution 5, and more preferably LiBF 4 . These lithium salts may be used alone or in combination of two or more.

第2電解液7におけるリチウム塩の濃度は、例えば、0.5mol/L以上、例えば、5mol/L以下、好ましくは、2mol/L以下であり、さらに好ましくは、第1電解液5におけるリチウム塩の濃度と同一である。   The concentration of the lithium salt in the second electrolyte solution 7 is, for example, 0.5 mol / L or more, for example, 5 mol / L or less, preferably 2 mol / L or less, and more preferably, the lithium salt in the first electrolyte solution 5. Is the same concentration.

第2混合溶媒は、エチレンカーボネートを含んでおり、詳しくは、エチレンカーボネートと、第2有機溶媒との混合溶媒である。   The second mixed solvent contains ethylene carbonate, and specifically, is a mixed solvent of ethylene carbonate and the second organic solvent.

第2有機溶媒としては、例えば、上記した第1有機溶媒のうち、融点が、エチレンカーボネートの融点(34℃〜37℃)よりも低い有機溶媒が挙げられ、具体的には、プロピレンカーボネート(融点:−55℃)、プロピレンカーボネート誘導体、ブチレンカーボネート(融点:−45℃)、ジメチルカーボネート(融点:2℃)、ジエチルカーボネート(融点:−43℃)、エチルメチルカーボネート(融点:−14.5℃)、γ−ブチロラクトン(融点:−43.5℃)、1,3−ジオキソラン(融点:−95℃)、ジメチルスルホキシド(DMSO、融点:19℃)、スルホラン(融点:27.5℃)、ホルムアミド(融点:2〜3℃)、ジメチルホルムアミド(DMF、融点:−61℃)、ジメチルアセトアミド(DMA、融点:−20℃)、リン酸トリエステル、1,3−プロパンスルトン(融点:31℃)、4,5−ジヒドロピラン誘導体、ニトロベンゼン(融点:5.9℃)、1,3−ジオキサン(融点:−45℃)、1,4−ジオキサン(融点:11.8℃)、3−メチル−2−オキサゾリジノン(融点:15℃)、1,2−ジメトキシエタン(融点:−58℃)、テトラヒドロフラン(融点:−108.4℃)、2−メチルテトラヒドロフラン(融点:−136℃)、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(融点:−45℃)、ニトロメタン(融点:−29℃)、アルコキシエタン、トルエン(融点:−95℃)などが挙げられる。   Examples of the second organic solvent include organic solvents having a melting point lower than that of ethylene carbonate (34 ° C. to 37 ° C.) among the first organic solvents described above. Specifically, propylene carbonate (melting point) : -55 ° C), propylene carbonate derivative, butylene carbonate (melting point: -45 ° C), dimethyl carbonate (melting point: 2 ° C), diethyl carbonate (melting point: -43 ° C), ethyl methyl carbonate (melting point: -14.5 ° C) ), Γ-butyrolactone (melting point: −43.5 ° C.), 1,3-dioxolane (melting point: −95 ° C.), dimethyl sulfoxide (DMSO, melting point: 19 ° C.), sulfolane (melting point: 27.5 ° C.), formamide (Melting point: 2-3 ° C.), dimethylformamide (DMF, melting point: −61 ° C.), dimethylacetamide (DMA, melting point: 20 ° C.), phosphoric acid triester, 1,3-propane sultone (melting point: 31 ° C.), 4,5-dihydropyran derivative, nitrobenzene (melting point: 5.9 ° C.), 1,3-dioxane (melting point: −45) ° C), 1,4-dioxane (melting point: 11.8 ° C), 3-methyl-2-oxazolidinone (melting point: 15 ° C), 1,2-dimethoxyethane (melting point: -58 ° C), tetrahydrofuran (melting point:- 108.4 ° C.), 2-methyltetrahydrofuran (melting point: −136 ° C.), tetrahydrofuran derivative, sydnone compound, acetonitrile (melting point: −45 ° C.), nitromethane (melting point: −29 ° C.), alkoxyethane, toluene (melting point: − 95 ° C.).

これら第2有機溶媒は、単独で使用してもよく、あるいは、2種以上併用することもできる。これら第2有機溶媒のなかでは、好ましくは、第1有機溶媒と同一の有機溶媒、さらに好ましくは、融点が5℃以下の有機溶媒、とりわけ好ましくは、ジメチルカーボネートが挙げられる。   These second organic solvents may be used alone or in combination of two or more. Among these second organic solvents, preferably, the same organic solvent as the first organic solvent, more preferably an organic solvent having a melting point of 5 ° C. or less, particularly preferably dimethyl carbonate is used.

このような第2混合溶媒において、エチレンカーボネートの配合割合は、例えば、10体積%以上、好ましくは、20体積%以上、50体積%未満、好ましくは、45体積%以下である。   In such a second mixed solvent, the blending ratio of ethylene carbonate is, for example, 10% by volume or more, preferably 20% by volume or more and less than 50% by volume, preferably 45% by volume or less.

第2混合溶媒におけるエチレンカーボネートの配合割合が、上記下限以上であれば、ハイブリッドキャパシタ1の優れた蓄電容量を確実に確保することができ、上記上限以下であれば、第2電解液7が低温環境下において凝固することを確実に抑制できる。   If the blending ratio of ethylene carbonate in the second mixed solvent is equal to or higher than the above lower limit, the excellent storage capacity of the hybrid capacitor 1 can be reliably ensured, and if it is equal to or lower than the upper limit, the second electrolytic solution 7 is low in temperature. Solidification in the environment can be reliably suppressed.

また、第2混合溶媒のエチレンカーボネートの配合割合は、第1混合溶媒のエチレンカーボネートの配合割合に対して(第2混合溶媒のECの配合割合/第1混合溶媒のECの配合割合)、例えば、20%以上、好ましくは、30%以上、例えば、70%以下、好ましくは、60%以下である。   Moreover, the blending ratio of ethylene carbonate of the second mixed solvent is (the blending ratio of EC of the second mixed solvent / the blending ratio of EC of the first mixed solvent) with respect to the blending ratio of ethylene carbonate of the first mixed solvent, for example 20% or more, preferably 30% or more, for example 70% or less, preferably 60% or less.

また、第2混合溶媒において、第2有機溶媒の配合割合は、例えば、40体積%以上、好ましくは、50体積%以上、例えば、90体積%以下、好ましくは、80体積%以下である。また、有機溶媒がジメチルカーボネートを含有する場合、第2混合溶媒において、ジメチルカーボネートの配合割合は、例えば、40体積%以上、好ましくは、50体積%以上、例えば、90体積%以下、好ましくは、80体積%以下である。   In the second mixed solvent, the blending ratio of the second organic solvent is, for example, 40% by volume or more, preferably 50% by volume or more, for example, 90% by volume or less, preferably 80% by volume or less. Further, when the organic solvent contains dimethyl carbonate, the mixing ratio of dimethyl carbonate in the second mixed solvent is, for example, 40% by volume or more, preferably 50% by volume or more, for example, 90% by volume or less, preferably 80% by volume or less.

第2混合溶媒における第2有機溶媒(ジメチルカーボネート)の配合割合が、上記下限以上上限以下であれば、第2混合溶媒の粘度を容易に調整することができる。   If the blending ratio of the second organic solvent (dimethyl carbonate) in the second mixed solvent is not less than the above lower limit and not more than the upper limit, the viscosity of the second mixed solvent can be easily adjusted.

25℃における第2混合溶媒の粘度は、低ければ低いほど好ましく、例えば、0.4mPa・s以上、例えば、3mPa・s以下、好ましくは、2mPa・s以下である。なお、第2混合溶媒の粘度は、公知の音叉型振動式粘度計により測定することができる。   The viscosity of the second mixed solvent at 25 ° C. is preferably as low as possible, and is, for example, 0.4 mPa · s or more, for example, 3 mPa · s or less, preferably 2 mPa · s or less. The viscosity of the second mixed solvent can be measured with a known tuning fork type vibration viscometer.

以上によって、正極2、負極3、セパレータ4、セル槽6および第2電解液7を備えるハイブリッドキャパシタ1が製造される。   Thus, the hybrid capacitor 1 including the positive electrode 2, the negative electrode 3, the separator 4, the cell tank 6 and the second electrolytic solution 7 is manufactured.

このようなハイブリッドキャパシタ1の製造方法によれば、賦活工程において、エチレンカーボネートの配合割合が相対的に高い第1電解液5の存在下で、正極2および負極3が電気化学賦活処理されるので、優れた蓄電容量を確保することができる。     According to such a manufacturing method of the hybrid capacitor 1, in the activation step, the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are subjected to the electrochemical activation treatment in the presence of the first electrolytic solution 5 in which the blending ratio of ethylene carbonate is relatively high. Excellent storage capacity can be ensured.

そして、賦活工程後において、第1電解液5が、エチレンカーボネートの配合割合が相対的に低い第2電解液7に入れ替えられるので、低温環境下で電解液が凝固することを抑制できる。   And since the 1st electrolyte solution 5 is replaced by the 2nd electrolyte solution 7 with a comparatively low blending ratio of ethylene carbonate after an activation process, it can suppress that electrolyte solution solidifies in a low-temperature environment.

そのため、蓄電容量および低温特性に優れるハイブリッドキャパシタ1を得ることができる。   Therefore, it is possible to obtain the hybrid capacitor 1 having excellent storage capacity and low temperature characteristics.

また、第1電解液5および第2電解液7のそれぞれは、リチウム塩としてLiBFを含んでいる。 Further, each of the first electrolyte 5 and the second electrolytic solution 7, contains LiBF 4 as a lithium salt.

そのため、LiBFの分解を抑制でき、それに起因するガスの発生を抑制できる。その結果、ハイブリッドキャパシタ1の破損や性能低下を抑制することができる。 Therefore, it is possible to suppress decomposition of LiBF 4, can suppress the generation of gas caused thereby. As a result, damage to the hybrid capacitor 1 and performance degradation can be suppressed.

また、第1電解液5および第2電解液7のそれぞれのリチウム塩がLiBFであっても、賦活工程において、エチレンカーボネートの配合割合が相対的に高い第1電解液5の存在下で、正極2および負極3が電気化学賦活処理されるので、優れた蓄電容量を確保することができる。 Moreover, even if each lithium salt of the 1st electrolyte solution 5 and the 2nd electrolyte solution is LiBF 4 , in the presence of the 1st electrolyte solution 5 with a relatively high blending ratio of ethylene carbonate in the activation step, Since the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are subjected to an electrochemical activation treatment, an excellent storage capacity can be ensured.

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。なお、「部」および「%」は、特に言及がない限り、質量基準である。以下の記載において用いられる配合割合(含有割合)、物性値、パラメータなどの具体的数値は、上記の「発明を実施するための形態」において記載されている、それらに対応する配合割合(含有割合)、物性値、パラメータなど該当記載の上限値(「以下」、「未満」として定義されている数値)または下限値(「以上」、「超過」として定義されている数値)に代替することができる。   Next, although this invention is demonstrated based on an Example and a comparative example, this invention is not limited by the following Example. “Part” and “%” are based on mass unless otherwise specified. Specific numerical values such as blending ratio (content ratio), physical property values, and parameters used in the following description are described in the above-mentioned “Mode for Carrying Out the Invention”, and the corresponding blending ratio (content ratio) ), Physical property values, parameters, etc. The upper limit value (numerical value defined as “less than” or “less than”) or lower limit value (number defined as “greater than” or “exceeded”) may be substituted. it can.

実施例1
<準備工程>
1.正極の作製
メソフェーズ系ピッチ(三菱ガス化学社製 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。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。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洗浄した。洗浄は、廃液が中性になるまで行なった。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。
Example 1
<Preparation process>
1. Production of Positive Electrode A mesophase pitch (AR resin manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company) 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. 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. 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. Washing was performed 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・インク社製 VXC−72R)と、ポリマーバインダ(結合剤、クレハ社製 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 (binder, PVdF manufactured by Kureha Co., Ltd.) with a solid content of 75: 8 .3: The mass ratio of 16.7 was charged into an NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) solvent and stirred at room temperature (25 ° C. to 30 ° C.) for 12 hours, whereby a slurry of the mixture (solid content: 30 Mass%).

次いで、得られたスラリーを、厚み15μmのアルミニウム箔(正極集電体)の表面に塗工し、80℃で12時間乾燥した後、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塗工層(正極)の厚さが72μmの電極シートを得た。   Next, the obtained slurry was applied to the surface of an aluminum foil (positive electrode current collector) having a thickness of 15 μm, dried at 80 ° C. for 12 hours, and then subjected to pressure stretching with a roll press to remove the aluminum foil. An electrode sheet having a work layer (positive electrode) thickness of 72 μm was obtained.

次いで、電極シートを、長手方向長さが、60mm、長手方向と直交する方向(幅方向)長さが、41mmの矩形状に裁断し、正極を作製した。
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(結合剤、クレハ社製 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 rectangular shape having a length in the longitudinal direction of 60 mm and a length (direction in the width direction) orthogonal to the longitudinal direction of 41 mm, thereby producing a positive electrode.
2. Production of negative electrode NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) with artificial graphite, soft carbon, and polymer binder (binder, PVdF manufactured by Kureha) at a solid content of 67.5: 22.5: 10. ) It was put in a solvent and 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(負極集電体)の表面に塗工し、80℃で12時間乾燥した後、ロールプレスで加圧延伸することにより、銅箔を除く塗工層(負極)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 copper foil (negative electrode current collector) having a thickness of 10 μm, dried at 80 ° C. for 12 hours, and then subjected to pressure stretching with a roll press to remove the copper foil. An electrode sheet having a work layer (negative electrode) thickness of 14 μm was obtained.

次いで、長手方向長さが、60mm、長手方向と直交する方向(幅方向)長さが、45mmの矩形状に裁断し、負極を作製した。
3.セパレータの作製
厚さ400μmのセラミックスフィルタ(ADVANTEC社製 GB−100R)を、50mm×54mmに裁断することにより、セパレータを作製した。
4.第1電解液の調製
エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを、それらの総量に対してエチレンカーボネートが66.7体積%となる割合で混合して、第1混合溶媒を調製した。次いで、得られた第1混合溶媒にLiBF(リチウム塩)を、その濃度が1.5mol/Lとなるように溶解することにより、第1電解液を調製した。
5.第2電解液の調製
エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを、それらの総量に対してエチレンカーボネートが40.0体積%となる割合で混合して、第2混合溶媒を調製した。次いで、得られた第2混合溶媒にLiBF(リチウム塩)を、その濃度が1.5mol/Lとなるように溶解することにより、第2電解液を調製した。
6.セルの製造
正極1つ、負極1つ、セパレータ1枚を積層した。
Subsequently, the length in the longitudinal direction was 60 mm, and the length (direction in the width direction) perpendicular to the longitudinal direction was cut into a rectangular shape having a length of 45 mm, thereby producing a negative electrode.
3. Production of Separator A separator was produced by cutting a ceramic filter (GB-100R, manufactured by ADVANTEC) into a thickness of 50 mm × 54 mm.
4). Preparation of 1st electrolyte solution Ethylene carbonate and dimethyl carbonate were mixed in the ratio from which ethylene carbonate will be 66.7 volume% with respect to those total amounts, and the 1st mixed solvent was prepared. Then, the LiBF the first mixed solvent obtained 4 (lithium salt), its concentration by dissolving as a 1.5 mol / L, to prepare a first electrolytic solution.
5. Preparation of Second Electrolytic Solution Ethylene carbonate and dimethyl carbonate were mixed at a ratio of 40.0% by volume of ethylene carbonate with respect to their total amount to prepare a second mixed solvent. Next, a second electrolytic solution was prepared by dissolving LiBF 4 (lithium salt) in the obtained second mixed solvent so as to have a concentration of 1.5 mol / L.
6). Production of Cell One positive electrode, one negative electrode, and one separator were laminated.

具体的には、正極と負極とが間隔を隔てて対向配置するように、セパレータの一方側に、正極を、他方側に負極を、それぞれ積層した。   Specifically, the positive electrode was laminated on one side of the separator and the negative electrode on the other side so that the positive electrode and the negative electrode were opposed to each other with a gap therebetween.

次いで、正極の正極集電体と、シーラントが溶着されたアルミニウム板(正極集電タブ)とを超音波接合した。また、同様に、負極の負極集電体と、シーラントが溶着されたニッケル板(負極集電タブ)とを超音波接合した。以上の操作により、電極体を得た。   Next, the positive electrode current collector of the positive electrode and an aluminum plate (positive electrode current collection tab) on which a sealant was deposited were ultrasonically bonded. Similarly, the negative electrode current collector of the negative electrode and the nickel plate (negative electrode current collection tab) on which the sealant was welded were ultrasonically bonded. The electrode body was obtained by the above operation.

次いで、電極体をアルミニウムラミネートフィルムで包み、3辺をアルミニウムラミネートフィルムの熱溶着によって接合し、セル槽を形成した。   Next, the electrode body was wrapped with an aluminum laminate film, and the three sides were joined by thermal welding of the aluminum laminate film to form a cell tank.

次いで、アルミニウムラミネートフィルムで包んだ電極体を、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、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。   Next, the electrode body wrapped with the aluminum laminate film was carried into a dryer and vacuum-dried at 120 ° C. for 12 hours. After the inside of the dryer was purged with nitrogen, it was carried into a glove box in a dry Ar atmosphere so as not to be exposed to the air.

次いで、チャンバー内で減圧し、正極、負極およびセパレータが浸漬されるように、セル槽内に、第1電解液を注入した。   Next, the pressure was reduced in the chamber, and the first electrolytic solution was injected into the cell tank so that the positive electrode, the negative electrode, and the separator were immersed.

その後、アルミニウムラミネートフィルムを熱溶着させ、封止した後、常圧に戻した。これにより、ハイブリッドキャパシタのセルを得た。   Thereafter, the aluminum laminate film was thermally welded and sealed, and then returned to normal pressure. As a result, a hybrid capacitor cell was obtained.

その後、得られたセルを、その長手方向が鉛直方向に沿うように拘束装置に設置し、正極ユニットおよび負極ユニットの対向方向に沿って、セルを200kPaの拘束圧で拘束(加圧)した。
<賦活工程>
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(2時間)、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。
Thereafter, the obtained cell was placed in a restraining device so that the longitudinal direction thereof was along the vertical direction, and the cell was restrained (pressurized) with a restraining pressure of 200 kPa along the opposing direction of the positive electrode unit and the negative electrode unit.
<Activation process>
The battery was charged at a constant current of 1 mA / cm 2 until the cell voltage increased to 4.8V. After charging, the cell voltage is maintained at 4.8 V (2 hours) until the current value drops to 0.3 mA / cm 2 (2 hours), and then constant current discharge at 1 mA / cm 2 until the cell voltage drops to 2.3 V. did.

次いで、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、その電圧で保持することなく、セル電圧が2.3Vに降下するまで5mA/cmで定電流放電した。この充放電を合計50回繰り返した。 Next, constant current charging was performed at 5 mA / cm 2 until the cell voltage increased to 4.6V. After charging, without being held at that voltage, constant current was discharged at 5 mA / cm 2 until the cell voltage dropped to 2.3V. This charging / discharging was repeated 50 times in total.

その後、セル電圧が4.4Vに上昇するまで1mA/cmで定電流充電した。充電後、その電圧で保持することなく、セル電圧が2.3Vに降下するまで1mA/cmで定電流放電した。この充放電を50回繰り返した。
<ウォームアップ工程>
上記により電気化学賦活処理されたハイブリッドキャパシタのセルを、下記の条件で充放電させ、ウォームアップ処理した。
Thereafter, constant current charging was performed at 1 mA / cm 2 until the cell voltage increased to 4.4V. After charging, the battery was discharged at a constant current of 1 mA / cm 2 until the cell voltage dropped to 2.3 V without being held at that voltage. This charging / discharging was repeated 50 times.
<Warm-up process>
The cell of the hybrid capacitor subjected to the electrochemical activation treatment as described above was charged / discharged under the following conditions and warmed up.

具体的には、まず、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4.6Vの状態において、5時間保持した。なお、この間に電流値が0.3mA/cmに降下した。 Specifically, first, constant current charging was performed at 1 mA / cm 2 until the cell voltage increased to 4.6V. After charging, the cell voltage was maintained at 4.6V for 5 hours. During this time, the current value dropped to 0.3 mA / cm 2 .

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。
<プレサイクル工程>
次いで、ウォームアップ処理後のセルを、まず、セル電圧が4.4V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2.1Vに降下するまで5mA/cmで定電流放電した。この充放電を合計600回繰り返した。
<入替工程>
次いで、プレサイクル処理後のセルを、Ar雰囲気のグローブボックス内に搬入し、アルミニウムラミネートフィルムの一部を切断して、セルを開封した。そして、そのセルのセル槽から第1電解液を取り出した後、チャンバー内で減圧し、正極、負極およびセパレータが浸漬されるように、セル槽内に、第2電解液を注入した。
Thereafter, constant current discharge was performed at 1 mA / cm 2 until the cell voltage dropped to 2.3V.
<Precycle process>
Next, the cell after the warm-up treatment was first charged at a constant current of 5 mA / cm 2 until the cell voltage increased to 4.4V. After charging, constant current discharge was performed at 5 mA / cm 2 until the cell voltage dropped to 2.1V. This charging / discharging was repeated 600 times in total.
<Replacement process>
Next, the cell after the pre-cycle treatment was carried into a glove box in an Ar atmosphere, a part of the aluminum laminate film was cut, and the cell was opened. And after taking out 1st electrolyte solution from the cell tank of the cell, it pressure-reduced in the chamber and inject | poured 2nd electrolyte solution in the cell tank so that a positive electrode, a negative electrode, and a separator might be immersed.

その後、アルミニウムラミネートフィルムを熱溶着させ、再度封止した後、常圧に戻した。これにより、ハイブリッドキャパシタを得た。   Thereafter, the aluminum laminate film was thermally welded and sealed again, and then returned to normal pressure. Thereby, a hybrid capacitor was obtained.

なお、実施例1において、準備工程、賦活工程、ウォームアップ工程、プレサイクル工程および入替工程は、25℃の温度条件下で実施された。   In Example 1, the preparation process, the activation process, the warm-up process, the precycle process, and the replacement process were performed under a temperature condition of 25 ° C.

比較例1
入替工程を実施しなかった点以外は、実施例1と同様にして、ハイブリッドキャパシタを得た。
<性能評価>
(1)蓄電容量の算出
実施例1および比較例1において得られたハイブリッドキャパシタのそれぞれの蓄電容量を下記式(1)から算出した。
Comparative Example 1
A hybrid capacitor was obtained in the same manner as in Example 1 except that the replacement process was not performed.
<Performance evaluation>
(1) Calculation of storage capacity The storage capacity of each of the hybrid capacitors obtained in Example 1 and Comparative Example 1 was calculated from the following formula (1).

式(1):
蓄電容量[F/cc]=C/EV
C:静電容量[F]
EV:電極体積[cc]
実施例1のハイブリッドキャパシタの蓄電容量は、69.4F/ccであった。
Formula (1):
Storage capacity [F / cc] = C / EV
C: Capacitance [F]
EV: electrode volume [cc]
The storage capacity of the hybrid capacitor of Example 1 was 69.4 F / cc.

比較例1のハイブリッドキャパシタの蓄電容量は、70F/ccであった。
(2)低温特性評価
実施例1および比較例1において得られたハイブリッドキャパシタのそれぞれを、恒温槽に配置し、表1に示す各温度で8時間冷却した後、充放電試験を実施した。
The storage capacity of the hybrid capacitor of Comparative Example 1 was 70 F / cc.
(2) Low-temperature characteristic evaluation Each of the hybrid capacitors obtained in Example 1 and Comparative Example 1 was placed in a thermostatic bath, cooled at each temperature shown in Table 1 for 8 hours, and then subjected to a charge / discharge test.

具体的には、冷却後の各ハイブリッドキャパシタについて、セル電圧が4.4V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。この充放電における体積エネルギー密度を求めた。その結果を、表1および図2に示す。 Specifically, each hybrid capacitor after cooling was charged with a constant current at 1 mA / cm 2 until the cell voltage increased to 4.4V. After charging, constant current was discharged at 1 mA / cm 2 until the cell voltage dropped to 2.3V. The volume energy density in this charge / discharge was determined. The results are shown in Table 1 and FIG.

1 ハイブリッドキャパシタ
2 正極
3 負極
5 第1電解液
6 セル槽
7 第2電解液
10 セル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hybrid capacitor 2 Positive electrode 3 Negative electrode 5 1st electrolyte solution 6 Cell tank 7 2nd electrolyte solution 10 cell

Claims (2)

正極と、前記正極に対して対向配置される負極と、前記正極および前記負極を収容するセル槽と、前記正極および前記負極が浸漬されるように前記セル槽に貯留され、エチレンカーボネートを含む第1電解液とを備えるセルを準備する準備工程と、
前記第1電解液の存在下において、前記正極および前記負極に電圧を印加して、電気化学賦活処理する賦活工程と、
前記賦活工程後において、前記第1電解液を、前記第1電解液よりも相対的に少ないエチレンカーボネートを含む第2電解液に入れ替える入替工程とを含み、
前記第1電解液は、リチウム塩と、エチレンカーボネートを含む第1溶媒とからなり、
前記第2電解液は、リチウム塩と、エチレンカーボネートを含む第2溶媒とからなり、
前記第1溶媒において、前記エチレンカーボネートの配合割合は、50体積%以上であり、
前記第2溶媒において、前記エチレンカーボネートの配合割合は、50体積%未満であることを特徴とする、電気化学キャパシタの製造方法。
A positive electrode, a negative electrode disposed opposite to the positive electrode, a cell tank containing the positive electrode and the negative electrode, and a reservoir containing ethylene carbonate stored in the cell tank so that the positive electrode and the negative electrode are immersed therein A preparation step of preparing a cell comprising one electrolytic solution;
An activation step of applying a voltage to the positive electrode and the negative electrode in the presence of the first electrolytic solution to perform an electrochemical activation treatment;
After the activation step, including replacing the first electrolyte solution with a second electrolyte solution containing ethylene carbonate relatively less than the first electrolyte solution,
The first electrolyte solution includes a lithium salt and a first solvent containing ethylene carbonate,
The second electrolyte solution includes a lithium salt and a second solvent containing ethylene carbonate,
In the first solvent, the blending ratio of the ethylene carbonate is 50% by volume or more,
In the second solvent, the blending ratio of the ethylene carbonate is less than 50% by volume.
前記第1電解液および前記第2電解液のそれぞれのリチウム塩は、LiBFであることを特徴とする、請求項1に記載の電気化学キャパシタの製造方法。 2. The method of manufacturing an electrochemical capacitor according to claim 1, wherein the lithium salt of each of the first electrolyte solution and the second electrolyte solution is LiBF 4 .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2024095855A1 (en) * 2022-11-02 2024-05-10 株式会社Adeka Lithium ion secondary battery manufacturing method

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