JP5131949B2 - キャパシタ - Google Patents
キャパシタ Download PDFInfo
- Publication number
- JP5131949B2 JP5131949B2 JP2003209452A JP2003209452A JP5131949B2 JP 5131949 B2 JP5131949 B2 JP 5131949B2 JP 2003209452 A JP2003209452 A JP 2003209452A JP 2003209452 A JP2003209452 A JP 2003209452A JP 5131949 B2 JP5131949 B2 JP 5131949B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- capacitor
- less
- negative electrode
- positive electrode
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、キャパシタに係り、正極、負極、セパレータ及び非水系電解液を具備した高出力放電可能なキャパシタに関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、正極、負極に活性炭を用いた電気二重層キャパシタ、金属酸化物、導電性高分子を用いたレッドクスキャパシタ等のキャパシタの開発が進められている。 特に、正極、負極に活性炭を用いた電気二重層キャパシタは、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛電池等の二次電池に比べ、信頼性(長寿命)、出力特性(100Cレベルの放電可能)に優れている。信頼性に優れる特徴を活かした用途としては、メモリーバックアップ用途、太陽電池との組み合わせたソーラーバックアップ用途等があり、一方、高出力を活かした用途としては、ハイブリッド電気自動車(HEV)用電源に代表されるパワー用途(大電流負荷用途)が挙げられる(非特許文献1)。
近年、電気二重層キャパシタと電池を組み合わせ、電池に印加される数秒内の大電流負荷を低減する試みがある。特許文献1においてはキャパシタとリチウムイオン電池(850mAh)を組み合わせたハイブリッド電源はリチウムイオン電池単独時に比べ、低温における大電流負荷時(1.5A 0.5msec)の容量が向上する事が記載されている。また、特許文献2には電池とキャパシタを組み合わせたハイブリド車両用電源が開示されており、減速時の回生能力を向上させる試みがなされている。
【0003】
【非特許文献1】
大容量電気二重層キャパシタの最前線(エヌ・ティー・エス)
【特許文献1】
特開平10−294135公報
【特許文献2】
特開2003−200739号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記、公知技術における電気二重層キャパシタの出力密度は、2〜3kW/lである。例えば、リチウムイオン電池と組み合わせる場合、リチウムイオン電池の出力密度は0.5kW/l程度であることから、電池とキャパシタを同体積用いた場合、大電流負荷の80%程度をキャパシタが吸収する事が可能である。キャパシタと電池の組み合わせ効果に関しては、当業者が認めるところであるが、上述の様に大電流負荷吸収用に電池と同体積のキャパシタを用いる事は、電源体積が大幅に増大することから実用は困難であり、現状の5〜10倍以上の出力を有するキャパシタに対する要求が高まっている。
本発明は、上記のような問題点に鑑みなされたもので、その目的は、公知の電気二重層キャパシタに比べ、大幅に出力密度を向上させたキャパシタを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本願発明者等は、上記目的を達成するために鋭意検討した。その結果、正極、負極、セパレータ及び電解液を具備したキャパシタにおいて、正極および負極に特定の活性炭を用い、正極及び負極の電極厚み及びセパレータの厚みを制御することにより、出力密度を大幅に向上することを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、以下の構成からなることを特徴とし、上記課題を解決するものである。
〔1〕正極、負極、セパレータ及び電解液を具備したキャパシタにおいて、
(1)正極および負極にBET法による比表面積が1000m2/g以上2500m2/g以下、平均粒径が1μm以下の活性炭を用い、
(2)正極及び負極の電極厚みが10μm以下であり、
(3)正極と負極に介在するセパレータの平均孔径が1μm以下、気孔率が80%以下30%以上のポリオレフィンよりなり、前記セパレータの厚みが10μm以下であり、
(4)少なくとも上記(1)から(3)の要件を満たし、かつ、0.09mAの放電で0.087mAhの容量を有するキャパシタを構成し、その出力密度を測定したとき、90mAの放電における容量が0.09mAにおける放電容量の69%であることを特徴とするキャパシタ。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態について説明する。
本発明のキャパシタは、正極、負極、セパレータ及び電解液を具備したキャパシタにおいて、正極および負極にBET法による比表面積が500m2/g以上、平均粒径が2μm以下の活性炭を用い、正極及び負極の電極厚みが20μm以下であり、正極と負極に介在するセパレータの厚みが20μm以下であることを特徴とするキャパシタである。本発明のキャパシタは、正極、負極、セパレータ及び非水系電解液を具備したキャパシタであり、その基本構成、形状は一般的なものであり、形状は目的に応じ、円筒型、角型、アルミ-樹脂ラミネート外装形、フィルム型等のキャパシタとすることができる。正極及び負極は、BET法による比表面積が500m2/g以上、平均粒径が2μm以下の活性炭を用い、正極及び負極の電極厚みが20μm以下である。活性炭の種類は本発明では限定しないが、キャパシタ用として公知の活性炭を用いることができる。活性炭のBET法による比表面積は、好ましくは500m2/g以上2500m2/g以下であり、更に好ましく1000m2/g以上2500m2/g以下であり、比表面積が下限未満、あるいは、比表面積が高すぎる場合、高出力印加時、充分な容量が得られない。また、活性炭の平均粒径は2μm以下であり、好ましくは1μm以下、更に好ましくは0.8μm以下である。なお、本明細書において、「平均粒径」とは、乾式レーザー回折測定法により得られた体積粒度分布における中心粒径を意味する。市販の活性炭の平均粒径は、10μm〜100μm程度であり、本発明の活性炭を得る方法として、例えば、これら活性炭を粉砕することにより、所定の粒度とすることが可能である。この場合粉砕方法としてはジェットミル、ボールミル等の微粉砕機を用いることが好ましく、必要に応じ分級する。活性炭の粒度分布は本発明において特に限定されるものではないが、粒度分布における体積積算分布において、好ましくは90%径が厚みの2/3以下、更に好ましくは1/2以下にすることが好ましい。
【0007】
本発明の正極及び負極は上記平均粒径を有する活性炭にバインダー、導電材を必要に応じ加え、成形することにより得られる。これら電極は、例えば、金属箔、金属網等の集電体上の片面、あるいは両面に形成される。具体的には、活性炭とバインダーと、必要に応じて導電材を溶媒とを含む混合物(例えばスラリー)を集電体に塗布後、乾燥し、ロールプレスして成形する方法などを例示することができる。バインダーを用い成形する場合、バインダーは、特に限定されず、具体例として、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリ四フッ化エチレンなどのフッ素系樹脂;フッ素ゴム、SBRなどのゴム系材料;ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン;アクリル樹脂などを例示でき、助材としてカルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン等を添加することも可能である。また、導電材を用いる場合、導電材は、特に限定されず、具体例として、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、天然黒鉛、人造黒鉛、ケッチェンブラックなどを例示することができる。また、集電体を用いる場合は、集電体は特に限定されず、正極用集電体として、例えば、アルミ箔、ステンレス鋼箔、負極用集電体として、例えば、アルミ箔、銅箔、ステンレス鋼箔などが挙げられる。
本発明の正極及び負極の電極厚みは20μm以下であり、好ましくは15μm以下、更に好ましくは10μm以下であり、実用的には1μm以上が好ましい。ここで、電極厚みは集電体を含まない電極層の厚みであり、集電体の両側に成形した場合、あるいは、金属網等の孔を有する集電体を用いる場合、電極全体の厚みから集電体の厚み(金属網等の孔を有する集電体の場合、その厚みは気孔を0%と仮定して換算)を減じた値を1/2にした厚みである。正極及び負極の電極厚みが上限を超える場合、充分な出力特性が得られず好ましくない。
【0008】
本発明において、正極と負極に介在するセパレータの厚みが20μm以下であり、好ましくは15μm以下、更に好ましくは10μm以下であり、実用的には1μm以上が好ましい。その材質は、特に限定されないが、例えばポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリアミド、クラフト紙、ガラス、セルロース系材料などが挙げられる。また、平均孔径が1μm以下、気孔率が80%以下30%以上であるセパレータを用いることが、出力特性、自己放電特性7の観点から望ましい。セパレータの厚みが上限以上の場合、充分な出力特性が得られず好ましくない。
【0009】
本発明によるキャパシタの電解液はキャパシタの充電電圧などの使用条件などを総合的に考慮して、適宜決定することができる。より具体的には、電気二重層キャパシタに一般的に用いられる4級アンモニウム塩あるいはLiPF6、LiBF4などのリチウム塩を、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジメトキシエタン、γ-ブチロラクトンなどの1種または2種以上からなる有機溶媒に溶解させた溶液が例示される。電解液の濃度は、特に限定されるものではないが、一般的に0.5〜2mol/l程度である。
中でも、電解液の25℃にける電気伝導度が1×10−2S/cm以上であることが好ましく、例えば、4級アンモニウム塩をプロピレンカーボネート等に溶解したものが例示される。
【0010】
【実施例】
以下に、本発明に係る電気化学セルの実施例を示し、本発明の特徴とするところを更に明確にする。
【0011】
(実施例)
(1)市販のピッチ系活性炭(比表面積2000m2/g)を粉砕し、平均粒径0.7μmの活性炭を得た。この活性炭93重量部、ケッチェンブラック7重量部およびポリフッ化ピニリデン21重量部とN−メチルピロリドン250重量部とを混合して、合材スラリーを得た。このスラリーを集電体となる厚さ20μmのアルミニウム箔の片面に塗布し、乾燥し、プレスして、電極厚さ9.5μm(集電体厚さを除く)の電極を得た。
(2)(1)で作成した電極を正極、負極とし、セパレータに厚さ9μm(気孔率49%のポリエチレン微孔膜)、電解液に1.5mol/lの濃度にトリエチルメチルアンモニウム・BF4をプロピレカーボネートに溶解した溶液を用いキャパシタを作成した。正極、負極サイズは1.4mm×2.0mmとした。このキャパシタを0.09mAの電流で2.5Vまで充電しその後2.5Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を2時間行った。続いて、0.09mA(1.03C)の定電流で0Vまで放電した。放電容量は、0.087mAhであった。
このキャパシタを同様に充電し、図1に示すように、放電電流を最大90mA(1000C)まで変化させて容量を測定した。1000C時においても69%の容量を維持し、約2秒間の放電が可能であった。
【0012】
(比較例)
(1)市販のピッチ系活性炭(粒径10μm;比表面積2000m2/g)95重量部、ケッチェンブラック5重量部およびポリフッ化ピニリデン10重量部とN−メチルピロリドン250重量部とを混合して、このスラリーを集電体となる厚さ20μmのアルミニウム箔の片面に塗布し、乾燥し、プレスして、電極厚さ100μm(集電体厚さを除く)の電極を得た。
(2)(1)で作成した電極を正極、負極とし、セパレータに厚さ50μmの電解コンデンサ紙、電解液に1.5mol/lの濃度にトリエチルメチルアンモニウム・BF4をプロピレカーボネートに溶解した溶液を用いキャパシタを作成した。正極、負極サイズは1.4mm×2.0mmとした。このキャパシタを0.9mAの電流で2.5Vまで充電しその後2.5Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を2時間行った。続いて、0.9mAの定電流で0Vまで放電した。放電容量は、0.9mAhであった。
このキャパシタを同様に充電し、放電電流を180mA(200C)において容量は1Cに対し、71%の容量となった。また、1000Cの放電においては瞬時に電圧は0Vとなり、電流は取りだせなかった。
【0013】
上記結果より、本発明のキャパシタは従来のキャパシタに比べ、5倍以上の出力を有することが明らかとなった。また、上記結果にも基づき、同体積のキャパシタ(約1cc)を仮定し計算した結果を図2に示す。容量は実用を考慮し、1.0Vまでに得られる容量として比較した。本発明品は高電流印加が可能だけでなく、容量的にも有利に作用する。
【0014】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のキャパシタは、正極、負極、セパレータ及び電解液を具備したキャパシタにおいて、正極および負極にBET法による比表面積が500m2/g以上、平均粒径が2μm以下の活性炭を用い、正極及び負極の電極厚みが20μm以下であり、正極と負極に介在するセパレータの厚みが20μm以下であることを特徴とするキャパシタであり、従来のキャパシタに比べ飛躍的に出力密度を向上させることが可能である。
【0015】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に係るキャパシタの測定結果を示すグラフである。
【図2】本発明のキャパシタと従来のキャパシタとの比較(計算値)を示すグラフである。
Claims (1)
- 正極、負極、セパレータ及び電解液を具備したキャパシタにおいて、
(1)正極および負極にBET法による比表面積が1000m2/g以上2500m2/g以下、平均粒径が1μm以下の活性炭を用い、
(2)正極及び負極の電極厚みが10μm以下であり、
(3)正極と負極に介在するセパレータの平均孔径が1μm以下、気孔率が80%以下30%以上のポリオレフィンよりなり、前記セパレータの厚みが10μm以下であり、
(4)少なくとも上記(1)から(3)の要件を満たし、かつ、0.09mAの放電で0.087mAhの容量を有するキャパシタを構成し、その出力密度を測定したとき、90mAの放電における容量が0.09mAにおける放電容量の69%であることを特徴とするキャパシタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003209452A JP5131949B2 (ja) | 2003-08-28 | 2003-08-28 | キャパシタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003209452A JP5131949B2 (ja) | 2003-08-28 | 2003-08-28 | キャパシタ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005072087A JP2005072087A (ja) | 2005-03-17 |
JP5131949B2 true JP5131949B2 (ja) | 2013-01-30 |
Family
ID=34402373
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003209452A Expired - Fee Related JP5131949B2 (ja) | 2003-08-28 | 2003-08-28 | キャパシタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5131949B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006278896A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Tdk Corp | 電気化学デバイス |
JP5071674B2 (ja) * | 2008-05-16 | 2012-11-14 | 宇部興産株式会社 | 電気二重層キャパシタ用電極、電気二重層キャパシタ |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2690187B2 (ja) * | 1990-10-25 | 1997-12-10 | 松下電器産業株式会社 | 電気二重層キャパシタ |
JPH10223487A (ja) * | 1997-01-31 | 1998-08-21 | Elna Co Ltd | 電気二重層コンデンサ用電極および電気二重層コンデンサ |
US5965054A (en) * | 1997-08-12 | 1999-10-12 | Covalent Associates, Inc. | Nonaqueous electrolyte for electrical storage devices |
JPH11329392A (ja) * | 1998-05-11 | 1999-11-30 | Nitto Denko Corp | 非水電解液用セパレータおよびその製造方法 |
JP3764604B2 (ja) * | 1999-06-29 | 2006-04-12 | 京セラ株式会社 | 電気二重層コンデンサおよびその製造方法 |
JP2002184653A (ja) * | 2000-12-19 | 2002-06-28 | Japan Vilene Co Ltd | 電気二重層キャパシタ用セパレータ |
JP2003138050A (ja) * | 2001-10-31 | 2003-05-14 | Asahi Kasei Corp | ポリオレフィン製微多孔膜 |
-
2003
- 2003-08-28 JP JP2003209452A patent/JP5131949B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2005072087A (ja) | 2005-03-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2002212716B2 (en) | Nonaqueous lithium secondary cell | |
JP4738042B2 (ja) | 非水系リチウム型蓄電素子およびその製造方法 | |
US20120212879A1 (en) | High energy hybrid supercapacitors using lithium metal powders | |
KR101479881B1 (ko) | 리튬 이온 2차 전지 | |
US20130070391A1 (en) | High energy density electrochemical capacitors | |
JP5301090B2 (ja) | リチウムイオンキャパシタ用電極及びそれを用いたリチウムイオンキャパシタ | |
JP2004221523A (ja) | 電気化学キャパシタおよびそれを構成要素とするハイブリッド電源 | |
JP2017062911A (ja) | 非水電解質二次電池用電極、及び非水電解質二次電池 | |
JP2010267878A (ja) | 非水系リチウム型蓄電素子 | |
JP2012059396A (ja) | 蓄電デバイス用負極及び蓄電デバイス並びにそれらの製造方法 | |
JP5357518B2 (ja) | 蓄電素子用電極体、及びこれを含む非水系リチウム型蓄電素子 | |
JP2010287641A (ja) | 蓄電デバイス | |
JP4526718B2 (ja) | 蓄電装置 | |
JP2009135540A (ja) | 非水系リチウム型蓄電素子および製造方法 | |
JP5131949B2 (ja) | キャパシタ | |
JP2013138096A (ja) | 蓄電デバイス | |
JP2006100163A (ja) | 電極材料およびそれを用いた二次電源 | |
JP2006278928A (ja) | キャパシタ及びその製造方法 | |
KR101102654B1 (ko) | 고출력 및 고에너지를 발휘할 수 있는 복합 전극 활물질 | |
JP4682395B2 (ja) | 非水電池 | |
JP2009260187A (ja) | 蓄電デバイス | |
JP5209171B2 (ja) | キャパシタ及びその製造方法 | |
JP2002231586A (ja) | 電気二重層キャパシタ用電極およびそれを用いた電気二重層キャパシタ | |
Eliseeva et al. | Electochemical characteristics of LiMn 2 O 4/Li 4 Ti 5 O 12 battery with conducting polymeric binder | |
WO2023117488A1 (en) | Electrolyte compositions for energy storage cells with fast charge and discharge capabilites |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060818 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060818 |
|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20080728 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090423 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060818 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090825 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091023 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100119 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120528 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120829 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20121105 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151116 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 5131949 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |