JP7425983B2 - Electrodes for electric double layer capacitors and electric double layer capacitors - Google Patents
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Description
本発明は、電気二重層キャパシタ用電極および電気二重層キャパシタに関する。 The present invention relates to an electrode for an electric double layer capacitor and an electric double layer capacitor.
電気二重層キャパシタは、活性炭等の分極性電極と電解液との界面に形成される電気二重層に蓄積される電気エネルギーを利用するキャパシタである。従来の二次電池のように充放電において化学反応を伴わないため長寿命であり、かつ急速充電特性と高サイクル特性を有し、さらに使用可能温度が幅広いという特徴から、近年、新たな蓄電源として、各種機器の駆動用電源等として注目を集めている。例えば、クレジットカードのセキュリティー確保と簡便性を目的として、電気二重層キャパシタ内蔵生体認証カードの検討が行われている。 An electric double layer capacitor is a capacitor that utilizes electrical energy stored in an electric double layer formed at the interface between a polarizable electrode such as activated carbon and an electrolyte. Unlike conventional secondary batteries, which do not involve chemical reactions during charging and discharging, they have a long life, have rapid charging characteristics and high cycle characteristics, and can be used over a wide range of temperatures. It is attracting attention as a power source for driving various devices. For example, biometric authentication cards with built-in electric double layer capacitors are being considered for the purpose of ensuring the security and convenience of credit cards.
内蔵生体認証カードの蓄電源用途において、電気二重層キャパシタに対する要求特性として、急速充電が可能なことと、内部インピーダンスが低くIRドロップ(初期電圧降下)が少ないことが求められる。しかしながら、キャパシタにおいてインピーダンスが直流抵抗とリアクタンスを含み、リアクタンスは静電容量の逆数に比例することから、低容量化と低インピーダンス化を両立するためには更なる内部抵抗の低下が必要であり、困難であった。 When used as a storage power source for a built-in biometric authentication card, the characteristics required of an electric double layer capacitor are that it be capable of rapid charging, have low internal impedance, and have little IR drop (initial voltage drop). However, in a capacitor, impedance includes DC resistance and reactance, and reactance is proportional to the reciprocal of capacitance, so in order to achieve both low capacitance and low impedance, it is necessary to further reduce the internal resistance. It was difficult.
例えば、特許文献1には、低インピーダンス化および高容量化を目的として、活物質として従来の活性炭の代わりに電気伝導度の高いグラフェンやカーボンナノチューブを用いた技術が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a technology using graphene or carbon nanotubes with high electrical conductivity as an active material instead of conventional activated carbon for the purpose of lowering impedance and increasing capacity.
しかしながら、特許文献1には、カーボンナノチューブ:導電助剤:バインダー=8:1:1の比率ではカーボンナノチューブの比率が多過ぎて必要以上の静電容量となり、所望の静電容量におけるインピーダンスが大幅に増加するという課題があった。 However, Patent Document 1 states that at a ratio of carbon nanotubes: conductive aid: binder = 8:1:1, the ratio of carbon nanotubes is too large, resulting in a capacitance higher than necessary, and the impedance at the desired capacitance is significantly increased. There was an issue of an increase in the number of people.
本発明の目的は、前記事情に鑑みてなされたものであり、活物質に電気伝導度の高いグラフェンを用い、活物質と導電助剤との重量比率を1:99~50:50(導電助剤リッチ)にすることで、所望の静電容量かつ低内部抵抗である電気二重層キャパシタを提供する。 The object of the present invention has been made in view of the above circumstances, and uses graphene with high electrical conductivity as an active material, and sets the weight ratio of the active material and the conductive additive to 1:99 to 50:50 (conductive additive). An electric double layer capacitor with a desired capacitance and low internal resistance can be provided by making the capacitor rich in liquid.
すなわち、本発明によれば、以下のものが提供される。
〔1〕 集電体と、前記集電体上に形成された電極層と、を有し
前記電極層が、活物質(A)と導電助剤(B)とバインダー(C)とを含み、
前記活物質(A)がグラフェンもしくは酸化グラフェンであり、
前記活物質(A)と前記導電助剤(B)との重量比率(A:B)が1:99~50:50であり、
前記活物質(A)と前記導電助剤(B)との合計(A+B)、と前記バインダー(C)との重量比率((A+B):C)が90:10~65:35である
ことを特徴とする電気二重層キャパシタ用電極。
〔2〕 〔1〕に記載の電極を用いた電気二重層キャパシタ。
〔3〕 内部抵抗Rと静電容量Cとの積は、CR≦250Ω・mF である〔2〕に記載の電気二重層キャパシタ。
That is, according to the present invention, the following are provided.
[1] It has a current collector and an electrode layer formed on the current collector, and the electrode layer includes an active material (A), a conductive aid (B), and a binder (C),
The active material (A) is graphene or graphene oxide,
The weight ratio (A:B) of the active material (A) and the conductive additive (B) is 1:99 to 50:50,
The total weight ratio ((A+B):C) of the active material (A) and the conductive additive (B) to the binder (C) is 90:10 to 65:35. Characteristic electrodes for electric double layer capacitors.
[2] An electric double layer capacitor using the electrode according to [1].
[3] The electric double layer capacitor according to [2], wherein the product of internal resistance R and capacitance C is CR≦250Ω·mF.
本発明により、所望の静電容量かつ低内部抵抗である電気二重層キャパシタを提供することができる。また、本発明の一実施形態により、同じ静電容量で比較した場合、活性炭の約1/10以下の内部抵抗である電気二重層キャパシタを提供することができる。 According to the present invention, an electric double layer capacitor having a desired capacitance and low internal resistance can be provided. Further, according to an embodiment of the present invention, it is possible to provide an electric double layer capacitor that has an internal resistance of about 1/10 or less of activated carbon when compared with the same capacitance.
以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, this embodiment will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In the drawings used in the following explanation, characteristic parts of the present invention may be shown enlarged for convenience in order to make it easier to understand, and the dimensional ratio of each component may differ from the actual one. be. The materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not limited thereto, and can be implemented with appropriate changes within the scope of the invention.
(電気二重層キャパシタ用電極)
以下、本実施形態に係る電気二重層キャパシタ用電極10について詳述する。図1は、本実施形態に係る電気二重層キャパシタ用電極10を示す模式断面図である。図1に示すように、電気二重層キャパシタ用電極10は、集電体12と、該集電体12上に形成された電極層14とを備えるものである。
(Electrode for electric double layer capacitor)
Hereinafter, the electric double
[集電体]
上記集電体12は、導電性の板材であればよく、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル箔の金属薄板を用いることができる。
[Current collector]
The
[電極層]
上記電極層14が、活物質(A)と導電助剤(B)とバインダー(C)とを含む。前記活物質(A)がグラフェンもしくは酸化グラフェンである。前記活物質(A)と前記導電助剤(B)との重量比率(A:B)が1:99~50:50であり、かつ、前記活物質(A)と前記導電助剤(B)との合計(A+B)、と前記バインダー(C)との重量比率((A+B):C)が90:10~65:35である。
[Electrode layer]
The
<活物質(A)>
前記活物質(A)がグラフェンもしくは酸化グラフェンである。
本実施形態に係る電気二重層キャパシタの電極層に用いられるグラフェンは、炭素原子が六方晶系配置した二次元シート状の物質をいう。
グラフェンは単層でも2層以上でもよい。本発明において、2層以上のグラフェンは、単層グラフェンと区別するため、グラフェンシート若しくはグラフェン粒子(集合体)と呼ぶことがある。グラフェンシートの積層数は、好ましくは、2層以上であり、10層以下である。
前記グラフェンは、例えば、電極材料として通常使用されるものを用いることが可能である。
<Active material (A)>
The active material (A) is graphene or graphene oxide.
Graphene used in the electrode layer of the electric double layer capacitor according to this embodiment is a two-dimensional sheet-like material in which carbon atoms are arranged in a hexagonal system.
Graphene may have a single layer or two or more layers. In the present invention, two or more layers of graphene are sometimes referred to as graphene sheets or graphene particles (aggregates) to distinguish them from single-layer graphene. The number of stacked graphene sheets is preferably 2 or more and 10 or less.
As the graphene, for example, one commonly used as an electrode material can be used.
グラフェンは、グラファイトを機械的に剥離するか、化学的処理を施すことにより調製することができる。
具体的には、グラファイトを粘着テープで機械的に剥離する方法が知られている。また、グラファイトに酸化処理を施すことにより、酸化グラフェンを得た後、還元処理を施すことにより、グラフェンを調製することができる。
Graphene can be prepared by mechanically exfoliating graphite or by chemically treating it.
Specifically, a method is known in which graphite is mechanically peeled off using adhesive tape. Furthermore, graphene can be prepared by subjecting graphite to an oxidation treatment to obtain graphene oxide, and then subjecting it to a reduction treatment.
本実施形態に係る電気二重層キャパシタの電極層に用いられる酸化グラフェンは、グラファイトに酸化処理を施すことにより、グラファイトから剥離されたナノシートである。例えば、カルボニル基などを含むグラフェンが挙げられる。好適に使用できる酸化グラフェンとしては、株式会社仁科マテリアル社製の還元型酸化グラフェン(製品名:Exfoliated GO)を挙げることができる。
本発明に係る酸化グラフェンは、上記酸化グラフェンを還元処理して得られる還元型酸化グラフェン(RGOと呼ばれることがある。)を含む。本発明において、RGOと区別するために、還元処理されたことのない酸化グラフェンは、一次酸化グラフェンと呼ぶことがある。
還元型酸化グラフェン(RGO)は、例えば、グラファイトから単層剥離されたナノシートである酸化グラフェンのカルボニル基を一部又は全部除去することによって得られる。
一次酸化グラフェンは、カルボニル基、ヒドロキシ基などを有するので、極性溶媒などに対して親和性を有し、電極層を成膜する観点から、有利である。
還元型酸化グラフェンは、一部又は全部のカルボニル基が除去されているので、高い導電性を有し、電極材料に好適である。一方で、還元型酸化グラフェンは、ヒドロキシ基を有するので、極性溶媒などに対して親和性を有し、蓄電デバイスの構築に有利である。
The graphene oxide used in the electrode layer of the electric double layer capacitor according to this embodiment is a nanosheet exfoliated from graphite by subjecting the graphite to an oxidation treatment. For example, graphene containing carbonyl groups and the like can be mentioned. As graphene oxide that can be suitably used, reduced graphene oxide (product name: Exfoliated GO) manufactured by Nishina Materials Co., Ltd. can be mentioned.
The graphene oxide according to the present invention includes reduced graphene oxide (sometimes referred to as RGO) obtained by reducing the graphene oxide described above. In the present invention, graphene oxide that has not been subjected to reduction treatment may be referred to as primary graphene oxide to distinguish it from RGO.
Reduced graphene oxide (RGO) can be obtained, for example, by removing some or all of the carbonyl groups of graphene oxide, which is a nanosheet exfoliated as a single layer from graphite.
Primary graphene oxide has a carbonyl group, a hydroxyl group, etc., and thus has an affinity for polar solvents and the like, and is advantageous from the viewpoint of forming an electrode layer.
Since reduced graphene oxide has some or all carbonyl groups removed, it has high conductivity and is suitable as an electrode material. On the other hand, since reduced graphene oxide has a hydroxyl group, it has an affinity for polar solvents and the like, and is advantageous for constructing power storage devices.
ここで、好適に使用できる還元型酸化グラフェンとしては、株式会社MICC TEC製の「グラフェライトRGO」を挙げることができる。この「グラフェライトRGO」は、粒度が4~80μm、厚みが2~40nmであり、線状に繋がった形状を有している。 Here, as the reduced graphene oxide that can be suitably used, "Graphelite RGO" manufactured by MICC TEC Co., Ltd. can be mentioned. This "grapherite RGO" has a particle size of 4 to 80 μm, a thickness of 2 to 40 nm, and has a linearly connected shape.
一次酸化グラフェンは、グラファイトを粘着テープで機械的に剥離する方法で得られたグラフェンを酸化する方法で得られることができる。また、グラファイトを酸化する方法で一次酸化グラフェン得られることができる。還元型酸化グラフェンは、一次酸化グラフェンを還元することによって得ることができる。 Primary graphene oxide can be obtained by oxidizing graphene obtained by mechanically peeling off graphite with an adhesive tape. Additionally, primary graphene oxide can be obtained by oxidizing graphite. Reduced graphene oxide can be obtained by reducing primary graphene oxide.
グラファイトを酸化する方法で一次酸化グラフェンを得る一例は以下に示す。すなわち、グラファイトに水中で過マンガン酸カリウム、硫酸等の強力な酸化剤を作用させると、グラファイトの各層の表面の炭素が酸化され、表面に酸素を含む置換基(カルボキシル基、ヒドロキシル基、エポキシド等)を有するグラファイト酸化物が得られる。グラファイト酸化物はこれらの置換基の存在によって親水性を示し、水中に分散すると剥離し、単層か多層の一次酸化グラフェンの水分散液が得られる。 An example of obtaining primary graphene oxide by oxidizing graphite is shown below. In other words, when graphite is exposed to a strong oxidizing agent such as potassium permanganate or sulfuric acid in water, the carbon on the surface of each layer of graphite is oxidized, and substituents containing oxygen (carboxyl groups, hydroxyl groups, epoxides, etc.) are formed on the surface. ) is obtained. Graphite oxide exhibits hydrophilicity due to the presence of these substituents, and when dispersed in water, it exfoliates, yielding a monolayer or multilayer aqueous dispersion of primary graphene oxide.
上記のようにして得られた一次酸化グラフェンは、例えば、ゆるやかな還元を行うことにより、グラフェンとは異なり、一次酸化グラフェンに比べて、水酸基や、カルボキシル基などの官能基を残した形態の構造を有する還元型酸化グラフェンが得られる。 The primary graphene oxide obtained as described above is obtained by, for example, performing a gentle reduction, and unlike primary graphene oxide, the primary graphene oxide has a structure that retains functional groups such as hydroxyl groups and carboxyl groups. A reduced graphene oxide having the following properties is obtained.
本実施形態に係る電気二重層キャパシタの電極層に用いられる酸化グラフェンとしては、一次酸化グラフェンと還元型酸化グラフェンとの何れか1種を単独でも、これらの混合物でも、使用することができる。
電気二重層キャパシタの電極層に用いられる場合、電気伝導度が大きいことが望ましい。一次酸化グラフェン及び還元型酸化グラフェンの酸化度と電気伝導度は比例関係にあり、酸化度は好ましくは30%以下、より好ましくは10%以下である。
As the graphene oxide used in the electrode layer of the electric double layer capacitor according to the present embodiment, either primary graphene oxide or reduced graphene oxide may be used alone, or a mixture thereof may be used.
When used as an electrode layer of an electric double layer capacitor, it is desirable that the electric conductivity is high. The degree of oxidation and electrical conductivity of primary graphene oxide and reduced graphene oxide are in a proportional relationship, and the degree of oxidation is preferably 30% or less, more preferably 10% or less.
本発明の電気二重層キャパシタの電極層に用いられるグラフェンもしくは酸化グラフェン(「本発明のグラフェン系物質」ともいう。)は、凝集部分などの例外部位を除いて層数が1~100であり、好ましく2~10である。層数が2~10であるグラフェンの重量比は、電極層に含まれているグラフェンに対して、60~100%であり、好ましく70%~100%であり、より好ましく80~100%である。
本発明のグラフェン系物質は、粒度が0.1~50μmであり、厚みが0.5~200nmであるシート状を有している。電極層を塗膜する際に操作性の観点から、粒度が1~10μmであることが好ましい。
Graphene or graphene oxide (also referred to as "graphene-based material of the present invention") used for the electrode layer of the electric double layer capacitor of the present invention has a layer number of 1 to 100, excluding exceptions such as agglomerated parts, It is preferably 2 to 10. The weight ratio of graphene having 2 to 10 layers is 60 to 100%, preferably 70% to 100%, and more preferably 80 to 100%, based on the graphene contained in the electrode layer. .
The graphene-based material of the present invention has a sheet shape with a particle size of 0.1 to 50 μm and a thickness of 0.5 to 200 nm. From the viewpoint of operability when coating the electrode layer, the particle size is preferably 1 to 10 μm.
<導電助剤(B)>
導電助剤(B)は、電極層の導電性を良好にするものであれば特に限定されず、公知の導電助剤を使用できる。例えば、黒鉛、カーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラック、その他のファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラックなど)、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー等の炭素材料が挙げられる。カーボンブラック、カーボンナノチューブもしくはカーボンナノファイバーであることが好ましい。
<Conductivity aid (B)>
The conductive aid (B) is not particularly limited as long as it improves the conductivity of the electrode layer, and any known conductive aid can be used. Examples include carbon materials such as graphite, carbon black (acetylene black, Ketjen black, other furnace blacks, channel blacks, thermal lamp blacks, etc.), carbon nanotubes, and carbon nanofibers. Carbon black, carbon nanotubes or carbon nanofibers are preferred.
導電助剤(B)は、例えば、カーボンブラックなどの場合、平均粒径が20~100nmであることが好ましく、25~90nmであることがより好ましい。BET比表面積が、25~200m2/gであることが好ましく、30~180m2/gであることがより好ましい。 For example, in the case of carbon black, the conductive aid (B) preferably has an average particle size of 20 to 100 nm, more preferably 25 to 90 nm. The BET specific surface area is preferably 25 to 200 m 2 /g, more preferably 30 to 180 m 2 /g.
<バインダー(C)>
バインダー(C)は、活物質同士を結合すると共に、活物質と集電体とを結合している。バインダーは、上述の結合が可能なものであればよく、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン-クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂が挙げられる。
<Binder (C)>
The binder (C) binds the active materials together and also binds the active materials and the current collector. The binder may be any binder as long as it is capable of the above-mentioned bonding, and examples thereof include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), and tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP). Perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), polyvinyl fluoride (PVF) ) and other fluororesins.
また、上記の他に、バインダーとして、例えば、ビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF-HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-HFPTFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF-PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ペンタフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-PFP-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-パーフルオロメチルビニルエーテル-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-PFMVE-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴムを用いてもよい。 In addition to the above, as a binder, for example, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-based fluororubber (VDF-HFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-HFPTFE-based fluororubber), (fluororubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-based fluororubber (VDF-PFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-PFP-TFE-based fluororubber), vinylidene fluoride Vinylidene fluoride fluorine rubber such as Ride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene fluorine rubber (VDF-PFMVE-TFE fluorine rubber), vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene fluorine rubber (VDF-CTFE fluorine rubber), etc. Rubber may also be used.
更に、上記の他に、バインダーとして、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、芳香族ポリアミド、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム等を用いてもよい。また、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体、その水素添加物、スチレン・エチレン・ブタジエン・スチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体、その水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子を用いてもよい。更に、シンジオタクチック1,2-ポリブタジエン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α-オレフィン(炭素数2~12)共重合体等を用いてもよい。 Furthermore, in addition to the above, as a binder, for example, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, aromatic polyamide, cellulose, styrene/butadiene rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene/propylene rubber, etc. may be used. In addition, thermoplastic elastomeric polymers such as styrene/butadiene/styrene block copolymers, hydrogenated products thereof, styrene/ethylene/butadiene/styrene copolymers, styrene/isoprene/styrene block copolymers, and hydrogenated products thereof may also be used. Furthermore, syndiotactic 1,2-polybutadiene, ethylene/vinyl acetate copolymer, propylene/α-olefin (carbon number 2 to 12) copolymer, etc. may be used.
また、バインダーとして電子伝導性の導電性高分子やイオン伝導性の導電性高分子を用いてもよい。電子伝導性の導電性高分子としては、例えば、ポリアセチレン等が挙げられる。この場合は、バインダーが導電助剤粒子の機能も発揮するので導電助剤を添加しなくてもよい。 Furthermore, an electronically conductive conductive polymer or an ionically conductive conductive polymer may be used as the binder. Examples of the electronically conductive polymer include polyacetylene. In this case, since the binder also performs the function of the conductive aid particles, it is not necessary to add the conductive aid.
<電極層に含まれる各成分の組成比>
前記電極層において、前記活物質(A)がグラフェンもしくは酸化グラフェンである。前記活物質(A)と前記導電助剤(B)との重量比率(A:B)が1:99~50:50であることが好ましく、5:95~40:60であることがより好ましく、10:90~30:70であることが更に好ましい。前記重量比率(A:B)が1:99~50:50である場合、電極層に含まれるグラフェンもしくは酸化グラフェンの分散状態を良好にして電極層内の導電パスを形成することがけきる。その結果、そのような電極層を用いる電気二重層キャパシタのインピーダンスが低くする。また、同時に、所望の範囲内で低容量化することができる。
<Composition ratio of each component contained in the electrode layer>
In the electrode layer, the active material (A) is graphene or graphene oxide. The weight ratio (A:B) of the active material (A) and the conductive aid (B) is preferably 1:99 to 50:50, more preferably 5:95 to 40:60. , more preferably from 10:90 to 30:70. When the weight ratio (A:B) is 1:99 to 50:50, the graphene or graphene oxide contained in the electrode layer can be well dispersed to form a conductive path in the electrode layer. As a result, the impedance of an electric double layer capacitor using such an electrode layer is reduced. Moreover, at the same time, the capacity can be reduced within a desired range.
前記活物質(A)と前記導電助剤(B)との合計(A+B)、と前記バインダー(C)との重量比率((A+B):C)が90:10~65:35であることが好ましく、90:10~70:30であることがより好ましく、90:10~80:20であることが更に好ましい。前記重量比率((A+B):C)が90:10~65:35の範囲内である場合、電極層と種電体との間において、塗膜剥がれが無く、電極強度とインピーダンスとのバランスが良好な範囲が得られる。 The total weight ratio ((A+B):C) of the active material (A) and the conductive additive (B) to the binder (C) is 90:10 to 65:35. The ratio is preferably 90:10 to 70:30, even more preferably 90:10 to 80:20. When the weight ratio ((A+B):C) is within the range of 90:10 to 65:35, there is no peeling of the coating between the electrode layer and the seed electric body, and the balance between electrode strength and impedance is maintained. Good range is obtained.
[電極の作製方法]
本実施形態に係る電気二重層キャパシタ用電極10は、通常用いられる方法により作製できる。例えば、本実施形態の電気二重層キャパシタ用活物質(A)(グラフェンもしくは酸化グラフェン)、導電助剤(B)、バインダー(C)、及び溶媒(D)を含むスラリーを集電体12上に塗布し、集電体12上に塗布されたスラリー中の溶媒を除去することにより製造することができる。
[Method for manufacturing electrodes]
The electric double
溶媒としては、例えば、N-メチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミド等を用いることができる。 As the solvent, for example, N-methyl-2-pyrrolidone, N,N-dimethylformamide, etc. can be used.
塗布方法としては、特に制限はなく、通常電極を作製する場合に採用される方法を用いることができる。例えば、スリットダイコート法、ドクターブレード法が挙げられる。 There are no particular limitations on the coating method, and any method commonly used for producing electrodes can be used. Examples include the slit die coating method and the doctor blade method.
集電体上に塗布されたスラリー中の溶媒を除去する方法は特に限定されず、スラリーが塗布された集電体を、例えば80℃~150℃の雰囲気下で乾燥させればよい。 The method for removing the solvent in the slurry applied onto the current collector is not particularly limited, and the current collector coated with the slurry may be dried in an atmosphere of 80° C. to 150° C., for example.
そして、このようにして電極層が形成された電極を、その後、プレス装置等によりプレス処理して、電極層の厚さを調整する。プレス装置としては、ロールプレスを用いることができる。 Then, the electrode on which the electrode layer has been formed in this manner is then subjected to a press treatment using a press device or the like to adjust the thickness of the electrode layer. A roll press can be used as the press device.
ロールプレスを用いる場合、加熱プレスロールの表面温度は、室温以上、かつ融点以下の温度に設定するが、好ましくは25℃以上かつ融点以下、より好ましくは25℃以上、かつ80℃以下の温度から選択する。例えば、バインダーにPVDF(ポリフッ化ビニリデン:融点150℃)を用いた場合は室温~150℃の範囲に加温することが好ましく、25~80℃の範囲内で加温することがより好ましい。バインダーにスチレン-ブタジエン共重合体(融点100℃)を用いた場合は室温~100℃の範囲に加温することが好ましく、25~80℃の範囲で加温することがより好ましい。
When using a roll press, the surface temperature of the heated press roll is set to a temperature above room temperature and below the melting point, preferably between 25°C and above and below the melting point, more preferably between 25°C and above and below 80°C. select. For example, when PVDF (polyvinylidene fluoride: melting point 150°C) is used as the binder, it is preferable to heat it in the range of room temperature to 150°C, and more preferably in the range of 25 to 80°C. When a styrene-butadiene copolymer (
加熱プレスロールのプレス圧力は100kgf/cm以上1000kgf/cm以下が好ましく、300kgf/cm以上900kgf/cm以下がより好ましく、300kgf/cm以上600kgf/cm以下がより好ましく。プレス速度は15m/分以下の速度が好ましく、より好ましくは10m/分以下、更に好ましくは5m/分以下である。上記のプレス速度であると適切な細孔径及び細孔分布を得ることができる。 The press pressure of the heated press roll is preferably 100 kgf/cm or more and 1000 kgf/cm or less, more preferably 300 kgf/cm or more and 900 kgf/cm or less, and more preferably 300 kgf/cm or more and 600 kgf/cm or less. The press speed is preferably 15 m/min or less, more preferably 10 m/min or less, even more preferably 5 m/min or less. Appropriate pore diameter and pore distribution can be obtained at the above press speed.
活物質(A)と導電助剤(B)とバインダー(C)との構成比率を調整する方法としては、例えば、前記活物質(A)と前記導電助剤(B)との重量比率(A:B)が1:99~50:50の範囲内で、かつ、前記活物質(A)と前記導電助剤(B)との合計(A+B)、とバインダー(C)との重量比率((A+B):C)が90:10~65:35の範囲内で、活物質(A)と導電助剤(B)とバインダー(C)とを含有するスラリーを調整することが挙げられる。 As a method for adjusting the composition ratio of the active material (A), the conductive agent (B), and the binder (C), for example, the weight ratio (A) of the active material (A) and the conductive agent (B) can be adjusted. :B) is within the range of 1:99 to 50:50, and the weight ratio (( An example of this is to prepare a slurry containing the active material (A), the conductive agent (B), and the binder (C) so that A+B):C) is within the range of 90:10 to 65:35.
活物質(A)がグラフェンもしくは酸化グラフェンであるため、溶剤中に、先に活物質(A)を良く分散してから、導電助剤(B)又はバインダー(C)を添加することができる。あるいは、溶剤中に、先に活物質(A)と導電助剤(B)を先に良く分散してから、バインダー(C)を添加することもできる。 Since the active material (A) is graphene or graphene oxide, the active material (A) can be well dispersed in a solvent, and then the conductive agent (B) or the binder (C) can be added. Alternatively, the binder (C) can be added after the active material (A) and the conductive additive (B) are well dispersed in the solvent.
以上の工程を経て、本実施形態の電気二重層キャパシタ電極を作製することができる。 Through the above steps, the electric double layer capacitor electrode of this embodiment can be manufactured.
(電気二重層キャパシタ)
図2は、本実施形態に係る電気二重層キャパシタを示す模式断面図である。図2に示すように、電気二重層キャパシタ100は、正極20と、正極20に対向する負極30と、正極20及び負極30の間に介在し、正極20の主面及び負極30の主面にそれぞれに接触するセパレータ18と、非水電解液(図示略)とを備えた電気二重層キャパシタである。本実施形態に係る電気二重層キャパシタは、内部抵抗Rと静電容量Cとの積は、CR≦250Ω・mF であることが好ましく、CR≦200Ω・mF であることがより好ましく、CR≦100Ω・mF であることがさらに好ましい。
(Electric double layer capacitor)
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the electric double layer capacitor according to this embodiment. As shown in FIG. 2, the electric
電気二重層キャパシタ100は、主として、発電要素40、発電要素40を密閉した状態で収容する外装体50、及び発電要素40に接続された一対のリード60,62(電極端子)を備えている。
The electric
発電要素40は、一対の正極20、負極30が、セパレータ18を挟んで対向配置されたものである。正極20は、板状(膜状)の正極集電体22上に正極活物質層24が設けられたものである。負極30は、板状(膜状)の負極集電体32上に負極活物質層34が設けられたものである。正極活物質層24の主面及び負極活物質層34の主面が、セパレータ18の主面にそれぞれ接触している。正極集電体22及び負極集電体32の端部には、それぞれリード60(正極端子)及びリード62(負極端子)が接続されており、リード60、62の端部は外装体50の外部にまで延びている。
The
[正極と負極]
本実施態様の電気二重層キャパシタ100において、正極20又は負極30は、前述の本実施形態の電気二重層キャパシタ用電極を用いる。正極20と負極30とは、前述の本実施形態の電気二重層キャパシタ用電極を用いることが好ましい。例えば、正極20が前述の本実施形態の電気二重層キャパシタ用電極からなる第一の電極を用い、負極30が前述の本実施形態の電気二重層キャパシタ用電極からなる第二の電極を用いる場合、この第一の電極とこの第二の電極とが同じでも、異なっても良い。この第一の電極とこの第二の電極とが同一であることがより好ましい。正極と負極とが同一の前述の本実施形態の電気二重層キャパシタ用電極であることで保持される電解液量のバランスが取れ、連続充電下での特性変化が小さくなる。「第一の電極と第二の電極とが同一である」ということは、一例として、同じシートから製造された前述の電気二重層キャパシタ用電極シートから、正極と負極に用いる第一の電極と第二の電極を切り取ることが挙げられる。すなわち、評価誤差の許容範囲において、第一の電極と第二の電極は、同じ電極の組成・形状・厚み等を有する意味である。
[Positive electrode and negative electrode]
In the electric
[電解液]
本実施態様に係る電解液は、正極活物質層24、負極活物質層34、及び、セパレータ18の内部に含有させるものである。水系電解液でも非水電解液でもよい。非水電解液が好ましい。非水電解液の溶質としては、カチオンとアニオンとを含む塩であって、例えば、カチオンが、テトラエチルアンモニウム,トリエチルメチルアンモニウム,スピロ-(1、1’)-ビピロリジニウム若しくはジエチルメチル-2-メトキシエチルアンモニウム(DEME)等の4級アンモニウム又は1、3-ジアルキルイミダゾリウム,1、2、3-トリアルキルイミダゾリウム,1-エチル-3-メチルイミダゾリウム(EMI)若しくは1、2-ジメチル-3-プロピルイミダゾリウム(DMPI)等のイミダゾリウムであり、アニオンが、BF4-、PF6-、ClO4-、AlCl4-又はCF3SO3-であるものを採用することが出来る。
[Electrolyte]
The electrolytic solution according to this embodiment is contained inside the positive electrode
電気二重層キャパシタの非水電解液の溶媒としては、プロピレンカーボネート(略称PC)、エチレンカーボネート(略称EC)、ジメチルカーボネート(略称DMC)、ジエチルカーボネート(略称DEC)、アセトニトリル(略称AN)、プロピオニトリル、γ-ブチロラクトン(略称BL)、ジメチルホルムアミド(略称DMF)、テトラヒドロフラン(略称THF)、ジメトキシエタン(略称DME)、ジメトキシメタン(略称DMM)、スルホラン(略称SL)、ジメチルスルホキシド(略称DMSO)、エチレングリコール、プロピレングリコール、メチルセルソルブなどの有機溶媒などが挙げられる。これらは単独で使用してもよく、2種以上を任意の割合で混合して使用してもよい。 Examples of solvents for the non-aqueous electrolyte of electric double layer capacitors include propylene carbonate (abbreviated as PC), ethylene carbonate (abbreviated as EC), dimethyl carbonate (abbreviated as DMC), diethyl carbonate (abbreviated as DEC), acetonitrile (abbreviated as AN), and propylene carbonate (abbreviated as DMC). Nitrile, γ-butyrolactone (abbreviation BL), dimethylformamide (abbreviation DMF), tetrahydrofuran (abbreviation THF), dimethoxyethane (abbreviation DME), dimethoxymethane (abbreviation DMM), sulfolane (abbreviation SL), dimethyl sulfoxide (abbreviation DMSO), Examples include organic solvents such as ethylene glycol, propylene glycol, and methylcellosolve. These may be used alone or in combination of two or more in any proportion.
これらの非水系電解液中の溶質濃度は電気二重層キャパシタの特性が十分引き出せるように、0.6mol/L以上2.2mol/L以下が好ましく、特に、0.8mol/L以上2.0mol/L以下の濃度では、高い電気伝導性が得られて好ましい。特に、-20℃以下の低温で充放電するとき、2.2mol/L以上の濃度では、電解液の電気伝導性が低下し好ましくない。0.6mol/L以下では室温下、低温下とも電気伝導度が小さく好ましくない。例えば、電解液としては、トリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレートのアセトニトリル(AN)の溶液を用いる場合、トリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレートの濃度としては0.9~1.9mol/Lが好ましい。 The solute concentration in these non-aqueous electrolytes is preferably 0.6 mol/L or more and 2.2 mol/L or less, particularly 0.8 mol/L or more and 2.0 mol/L or less, so that the characteristics of the electric double layer capacitor can be fully brought out. A concentration of L or less is preferable because high electrical conductivity can be obtained. In particular, when charging and discharging at a low temperature of −20° C. or lower, a concentration of 2.2 mol/L or higher is undesirable because the electrical conductivity of the electrolytic solution decreases. If it is less than 0.6 mol/L, the electrical conductivity is low both at room temperature and at low temperature, which is not preferable. For example, when a solution of triethylmethylammonium tetrafluoroborate in acetonitrile (AN) is used as the electrolytic solution, the concentration of triethylmethylammonium tetrafluoroborate is preferably 0.9 to 1.9 mol/L.
[セパレータ]
セパレータ18としては、セルロース不織布やポリオレフィン系の多孔質フィルム、アラミド繊維の不織布のいずれか、またはこれらの混合物を用いることができる。
セパレータの厚みは、10μm以上50μm以下であることが好ましい。厚みが10μm以上であれば、内部のマイクロショートによる自己放電の抑制に優れ、一方、厚みが50μm以下であれば、電気二重層キャパシタのエネルギー密度及び出力特性に優れる。
[Separator]
As the
The thickness of the separator is preferably 10 μm or more and 50 μm or less. If the thickness is 10 μm or more, self-discharge due to internal micro-shorts can be suppressed effectively, while if the thickness is 50 μm or less, the electric double layer capacitor has excellent energy density and output characteristics.
[外装体]
外装体50は、その内部に発電要素40及び電解質溶液を密封するものである。外装体50は、電解液の外部への漏出や、外部からの電気二重層キャパシタ100内部への水分等の侵入等を抑止できる物であれば特に限定されない。例えば、外装体50として、金属箔52を高分子膜54で両側からコーティングした金属ラミネートフィルムを利用できる。金属箔52としては例えばアルミ箔を、高分子膜54としてはポリプロピレン等の膜を利用できる。例えば、外側の高分子膜54の材料としては融点の高い高分子、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド等が好ましく、内側の高分子膜54の材料としてはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等が好ましい。
[Exterior body]
The exterior body 50 seals the
[リード]
リード60,62(電極端子:正極端子と負極端子)は、一般的には略矩形をしており、その一端は電極の集電体と電気的に接続され、他端は使用時に外部の負荷(放電の場合)又は電源(充電の場合)と電気的に接続される。正極にリード60(正極端子)の一端を電気的に接続し、負極にリード62(負極端子)の一端を電気的に接続する。具体的には、正極集電体22の正極活物質層の未塗布領域にリード60を、負極集電体32の負極活物質層の未塗布領域にリード62を電気的に接続する。
リード60,62は、導電材料から形成されている。材質がアルミニウムであることが好ましい。
上記のラミネートフィルム外装体50の封止部となる、リード60,62の中央部には、ポリプロピレン等の樹脂製のフィルム(図示略)が貼りつけられていることが好ましい。これは、リード60,62と、ラミネートフィルムを構成する金属箔との短絡を防ぎ、かつ封止密閉性を向上させる。
前述した集電体(正極集電体22と負極集電体32)とリード60,62との電気的な接続方法は、例えば、超音波溶接法が一般的であるが、抵抗溶接、レーザー溶接等でもよく、限定するものではない。
[Lead]
The leads 60 and 62 (electrode terminals: positive and negative terminals) are generally rectangular in shape, one end of which is electrically connected to the current collector of the electrode, and the other end of which is connected to an external load during use. (in the case of discharging) or electrically connected to the power source (in the case of charging). One end of lead 60 (positive electrode terminal) is electrically connected to the positive electrode, and one end of lead 62 (negative electrode terminal) is electrically connected to the negative electrode. Specifically, the
Leads 60, 62 are made of a conductive material. Preferably, the material is aluminum.
It is preferable that a resin film (not shown) such as polypropylene is attached to the center portions of the
The electrical connection method for the above-mentioned current collectors (positive electrode
[電気二重層キャパシタの作製]
公知の方法により、リード60、62を正極集電体22、負極集電体32にそれぞれ溶接し、正極20の正極活物質層24と負極30の負極活物質層34との間にセパレータ18を挟んだ状態で、非水電解液と共に外装体50内に挿入し、外装体50の入り口をシールすることにより、図2に示すような単セルの電気二重層キャパシタを作製することができる。また、2つ以上の単セルの電気二重層キャパシタを直列に接続して、2つ以上の単セルを含む電気二重層キャパシタを作製することができる。単セルの電気二重層キャパシタの容量維持率などの電気特性を評価・算出する方法としては、例えば、直列に接続された2つ以上の単セルを含む電気二重層キャパシタの評価から算出する方法が挙げられる。
[Fabrication of electric double layer capacitor]
By a known method, the
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
(実施例1)
[電極の作製]
本発明の活物質(A)として株式会社仁科マテリアル社製の還元型酸化グラフェン(製品名:Exfoliated GO)を使用し、導電助剤(B)としてはカーボンブラック粉末(メーカ:TIMCAL、商品名:SUPER C-45、BET比表面積:45m2/g)を使用し、バインダー(C)としてはポリフッ化ビニリデン(PVDF、メーカ:ARKEMA、商品名:KYNAR)を使用し、活物質(A)と導電助剤(B)との重量比率(A:B)をA:B=1:99になるように、かつ、活物質(A)と前記導電助剤(B)との合計(A+B)、と前記バインダー(C)との重量比率((A+B):C)を(A+B):C=70:30となるように配合し、スラリーを調製した。
(Example 1)
[Preparation of electrode]
As the active material (A) of the present invention, reduced graphene oxide (product name: Exfoliated GO) manufactured by Nishina Materials Co., Ltd. is used, and as the conductive agent (B), carbon black powder (manufacturer: TIMCAL, product name: SUPER C-45, BET specific surface area: 45 m 2 /g) was used, polyvinylidene fluoride (PVDF, manufacturer: ARKEMA, product name: KYNAR) was used as the binder (C), and the active material (A) and conductive The weight ratio (A:B) with the auxiliary agent (B) is set to A:B=1:99, and the total of the active material (A) and the conductive auxiliary agent (B) (A+B). A slurry was prepared by blending the binder (C) in a weight ratio ((A+B):C) of (A+B):C=70:30.
得られたスラリーをTDK製剥離シート上に塗工し、温度110℃で30分間乾燥した後にロールプレス装置によりプレス処理して、塗膜厚10μmの電極材料シートを得た。厚みの測定はマイクロメーターを用いた。ロールプレスの条件は、線圧を450kgf/cm、加熱ロール温度は室温、送り速度を5m/minとした。線圧は加圧ロールに掛かる圧力と上下のロールが接触する長さで計算をした。 The obtained slurry was coated on a release sheet made by TDK, dried at a temperature of 110° C. for 30 minutes, and then pressed using a roll press to obtain an electrode material sheet with a coating thickness of 10 μm. A micrometer was used to measure the thickness. The conditions for the roll press were a linear pressure of 450 kgf/cm, a heated roll temperature of room temperature, and a feed speed of 5 m/min. Linear pressure was calculated based on the pressure applied to the pressure roll and the length of contact between the upper and lower rolls.
[非水電解液]
アセトニトリル(AN)に、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレートを1.0mol/Lとなるように溶解させた非水電解液を用意した。
[Nonaqueous electrolyte]
A non-aqueous electrolyte solution was prepared in which tetraethylammonium tetrafluoroborate was dissolved in acetonitrile (AN) at a concentration of 1.0 mol/L.
[セパレータ]
膜厚20μmのポリエチレン微多孔膜を用意した。
[Separator]
A microporous polyethylene membrane with a thickness of 20 μm was prepared.
[電気二重層キャパシタの作製]
上記で得られた電極2枚をそれぞれ1.8cm2になるように切り取り、正極、負極とした。この正極、負極それぞれに正極端子と負極端子とを超音波融着して、正極と負極の間に上記セパレータを挟むように積層させた後、外装体としてのアルミラミネート材で覆い、上記非水電解液を注入し、最後に開口部を融着密封することにより、単セルの電気二重層キャパシタを作製した。
[Fabrication of electric double layer capacitor]
The two electrodes obtained above were each cut into pieces of 1.8 cm 2 to form a positive electrode and a negative electrode. The positive and negative electrodes are ultrasonically fused to each of the positive and negative electrodes and laminated with the separator sandwiched between the positive and negative electrodes, then covered with an aluminum laminate material as an exterior body, and covered with the non-aqueous A single cell electric double layer capacitor was produced by injecting an electrolyte and finally sealing the opening by fusion.
<静電容量の評価>
実施例1の電気二重層キャパシタについて、10mAで2.5Vまで定電流充電を行い、2.5Vに達した後は定電圧充電に移行し、1秒間定電圧充電を行った。放電は10mAの定電流で行い、終止電圧0Vとした。これにより得られた放電曲線(放電電圧-放電時間)から、2.0Vから1.0Vまでにかかった時間Δt[msec.]を求め、下記の関係式:
容量={放電電流(10mA)×時間Δt}/電圧(2.0V-1.0V)
により初回容量値(C0)を算出した。初回容量値(C0)を該電気二重層キャパシタの静電容量Cとした。その結果を表1に示す。
<Evaluation of capacitance>
The electric double layer capacitor of Example 1 was charged at a constant current of 10 mA to 2.5 V, and after reaching 2.5 V, the charge was shifted to constant voltage charging, and constant voltage charging was performed for 1 second. Discharge was performed at a constant current of 10 mA, and the final voltage was 0V. From the discharge curve (discharge voltage - discharge time) obtained as a result, the time taken from 2.0V to 1.0V Δt [msec. ], and use the following relational expression:
Capacity = {discharge current (10mA) x time Δt}/voltage (2.0V-1.0V)
The initial capacity value (C 0 ) was calculated. The initial capacitance value (C 0 ) was defined as the capacitance C of the electric double layer capacitor. The results are shown in Table 1.
<IRドロップの評価>
上記静電容量の評価時、満充電後、充放電切り替え時に起こる電圧降下(「IRドロップ」若しくは「IR-drop」と呼ぶことがある。)の値を求めた。放電電流:10mA;満充電電圧:2.5V。
放電のカーブはゆっくりと拡散する様に曲がり一定の直線となる場合、この拡散カーブも含めた放電初期と放電直線部分を延長した交点のΔV2を測定し、IRドロップ(JIS規格:IRドロップ=ΔV2)とした。その結果を表1に示す。
<IR drop evaluation>
When evaluating the capacitance, the value of the voltage drop (sometimes referred to as "IR drop" or "IR-drop") that occurs when charging and discharging is switched after full charge was determined. Discharge current: 10mA; Full charge voltage: 2.5V.
If the discharge curve curves slowly to diffuse and forms a constant straight line, measure the ΔV 2 at the intersection of the initial discharge including this diffusion curve and the extended discharge straight line, and calculate the IR drop (JIS standard: IR drop = ΔV 2 ). The results are shown in Table 1.
測定機器:
電源 KIKUSUI PMC18-3A
負荷 KIKUSUI PLZ164W
オシロ YOKOGAWA DL708E
measuring equipment:
Power supply KIKUSUI PMC18-3A
Load KIKUSUI PLZ164W
Oscilloscope YOKOGAWA DL708E
<内部抵抗の評価>
上記IRドロップ(JIS規格:IRドロップ=ΔV2)を用いて、内部抵抗Rを以下の式で計算した。その結果を表1に示す。
内部抵抗R(直流抵抗)=ΔV2/I
<Evaluation of internal resistance>
Using the above IR drop (JIS standard: IR drop = ΔV 2 ), the internal resistance R was calculated using the following formula. The results are shown in Table 1.
Internal resistance R (DC resistance) = ΔV 2 /I
<塗膜剥がれの評価>
各実施例、参考例及び比較例で作製した電極について、電極層の塗膜外観を目視にて観察し、塗膜剥がれの有無を評価した。なお、塗膜剥がれが認められなかったものは「無」とした。塗膜剥がれが電極表面に限定されており軽微なものは「ほぼ無し」とした。塗膜剥がれが電極全面に発生し塗膜の欠落が認められたものは「剥がれ大」とした。その結果を表1に示す。
<Evaluation of paint film peeling>
Regarding the electrodes produced in each Example, Reference Example, and Comparative Example, the appearance of the coating film of the electrode layer was visually observed to evaluate the presence or absence of coating peeling. Incidentally, those in which peeling of the paint film was not observed were rated as "no". The peeling of the paint film was limited to the electrode surface and was rated as "almost no" if it was minor. If peeling of the coating occurred on the entire surface of the electrode and chipping of the coating was observed, it was classified as "severe peeling". The results are shown in Table 1.
(実施例2~11、比較例1~4)
表1に示す活物質(A)、導電助剤(B)、バインダー(C)の配合比で調整したスラリーを用いた以外は実施例1と同様な方法で電気二重層キャパシタ用電極を作製した。
(Examples 2 to 11, Comparative Examples 1 to 4)
An electrode for an electric double layer capacitor was produced in the same manner as in Example 1, except that a slurry adjusted to the blending ratio of active material (A), conductive aid (B), and binder (C) shown in Table 1 was used. .
得られた電極を用いて、実施例1と同様な方法で、電気二重層キャパシタを作製した。実施例1と同様な方法で、静電容量、IR-drop、内部抵抗、CR積、塗膜剥がれなどを評価した。結果を表1に示す。 Using the obtained electrode, an electric double layer capacitor was produced in the same manner as in Example 1. In the same manner as in Example 1, capacitance, IR-drop, internal resistance, CR product, coating peeling, etc. were evaluated. The results are shown in Table 1.
(比較例5~7)
活物質(A)として、活性炭(メーカ:クラレ、商品名:クラレコール(登録商標)、平均粒径:2nm、BET非表面積:1600m2/gなど)を用いて、表1に示す活物質(A)、導電助剤(B)、バインダー(C)の配合比で調整したスラリーを用いた以外は実施例1と同様な方法で電気二重層キャパシタ用電極を作製した。
(Comparative Examples 5 to 7)
Using activated carbon (manufacturer: Kuraray, product name: Kuraray Coal (registered trademark), average particle size: 2 nm, BET non-surface area: 1600 m 2 /g, etc.) as the active material (A), the active materials shown in Table 1 ( An electrode for an electric double layer capacitor was produced in the same manner as in Example 1, except that a slurry whose mixing ratio of A), conductive aid (B), and binder (C) was adjusted was used.
得られた電極を用いて、実施例1と同様な方法で、電気二重層キャパシタを作製した。実施例1と同様な方法で、静電容量、IR-drop、内部抵抗、CR積、塗膜剥がれなどを評価した。結果を表1に示す。 Using the obtained electrode, an electric double layer capacitor was produced in the same manner as in Example 1. In the same manner as in Example 1, capacitance, IR-drop, internal resistance, CR product, coating peeling, etc. were evaluated. The results are shown in Table 1.
表1の実施例1~7の結果より、活物質(A)と導電助剤(B)との重量比率(A:B)が1:99~50:50である場合、内部抵抗は5Ω以下、CR積は75Ω・mF以下の値が得られた。また実施例8~11の結果より、活物質(A)と導電助剤(B)との合計(A+B)、とバインダー(C)との重量比率((A+B):C)が90:10~65:35である場合、内部抵抗は1.8Ω以下、CR積は18Ω・mF以下が得られた。
これに対して比較例1および2の場合、内部抵抗は10Ω以上、CR積は300Ω・mFを超える値であった。また比較例3および4の場合、内部抵抗は50Ω以上、CR積は500Ω・mFを超える値であった。
活物質として活性炭を用いた比較例5~7の場合、内部抵抗は30Ω以上、CR積は600Ω・mFを超える値であった。
From the results of Examples 1 to 7 in Table 1, when the weight ratio (A:B) of the active material (A) and the conductive aid (B) is 1:99 to 50:50, the internal resistance is 5Ω or less. , CR product values of 75Ω·mF or less were obtained. Furthermore, from the results of Examples 8 to 11, the weight ratio of the total (A+B) of the active material (A) and the conductive additive (B) to the binder (C) ((A+B):C) is 90:10 to When the ratio was 65:35, an internal resistance of 1.8Ω or less and a CR product of 18Ω·mF or less were obtained.
On the other hand, in the case of Comparative Examples 1 and 2, the internal resistance was 10Ω or more, and the CR product was more than 300Ω·mF. Moreover, in the case of Comparative Examples 3 and 4, the internal resistance was 50Ω or more, and the CR product was a value exceeding 500Ω·mF.
In Comparative Examples 5 to 7 in which activated carbon was used as the active material, the internal resistance was 30Ω or more, and the CR product was more than 600Ω·mF.
一般的には、導電助剤よりも電気伝導率の高いグラフェンの重量部比率が大きいほど内部抵抗が低減すると考えられる。しかしながら実際には50重量部を超えるグラフェン比率の場合は電極層形成の際にグラフェンの再凝集が発生したと考えられ予想に反して内部抵抗が増大した(比較例1および2)。
さらに、活性炭を用いた場合(比較例5~7)では、重量比率((A+B):C)が65:35のバインダーでは内部抵抗が非常に大きくなった。しかし、グラフェンの場合は重量比率((A+B):C)が65:35であっても1桁程度低い内部抵抗が得られた。その理由については、活性炭とグラフェンの粉体形状の違い(活性炭は概球状、グラフェンは二次元シート状)から電極層内の導電パス形成状態が異なったためと推測される。
Generally, it is considered that the larger the proportion by weight of graphene, which has higher electrical conductivity than the conductive additive, reduces the internal resistance. However, in reality, when the graphene ratio exceeded 50 parts by weight, it was thought that graphene reagglomeration occurred during electrode layer formation, and the internal resistance increased unexpectedly (Comparative Examples 1 and 2).
Furthermore, in the case of using activated carbon (Comparative Examples 5 to 7), the internal resistance became extremely large with a binder having a weight ratio ((A+B):C) of 65:35. However, in the case of graphene, even when the weight ratio ((A+B):C) was 65:35, an internal resistance that was about one digit lower was obtained. The reason for this is presumed to be that the formation of conductive paths in the electrode layer was different due to the difference in the powder shapes of activated carbon and graphene (activated carbon is roughly spherical, graphene is two-dimensional sheet-like).
なお、実施例1と2における抵抗およびIR-dropの上昇、及び比較例1と2における抵抗およびIR-dropの上昇は、グラフェン特有のものである。その理由については、グラフェン比率を少なくすると抵抗を下げる効果が少なくなって、逆にグラフェン比率を50%超に増やすと分散がうまくいかなくて単体の電気伝導率を活かしきれないと推測される。 Note that the increases in resistance and IR-drop in Examples 1 and 2 and the increases in resistance and IR-drop in Comparative Examples 1 and 2 are unique to graphene. The reason for this is that if the graphene ratio is decreased, the effect of lowering the resistance will be reduced, and conversely, if the graphene ratio is increased to more than 50%, dispersion will not be successful and the electrical conductivity of the element will not be fully utilized.
10…電気二重層キャパシタ用電極、
12…集電体(集電体)、
14…電極層、
18…セパレータ、
20…正極(電気二重層キャパシタ用電極)、
22…正極集電体(集電体)、
24…正極活物質層(電極層)、
30…負極(電気二重層キャパシタ用電極)、
32…負極集電体(集電体)、
34…負極活物質層(電極層)、
40…発電要素、
50…外装体、
52…金属箔、
54…高分子膜、
60,62…リード、
100…電気二重層キャパシタ。
10...Electrode for electric double layer capacitor,
12... Current collector (current collector),
14...electrode layer,
18...Separator,
20... Positive electrode (electrode for electric double layer capacitor),
22... Positive electrode current collector (current collector),
24... Positive electrode active material layer (electrode layer),
30... Negative electrode (electrode for electric double layer capacitor),
32... Negative electrode current collector (current collector),
34...Negative electrode active material layer (electrode layer),
40...Power generation element,
50...Exterior body,
52...Metal foil,
54...Polymer membrane,
60, 62...Reed,
100...Electric double layer capacitor.
Claims (3)
前記電極層が、活物質(A)と導電助剤(B)とバインダー(C)とを含み、
前記活物質(A)がグラフェンもしくは酸化グラフェンであり、
前記活物質(A)と前記導電助剤(B)との重量比率(A:B)が1:99~10:90であり、
前記活物質(A)と前記導電助剤(B)との合計(A+B)、と前記バインダー(C)との重量比率((A+B):C)が90:10~65:35である
ことを特徴とする電気二重層キャパシタ用電極。 comprising a current collector and an electrode layer formed on the current collector, the electrode layer containing an active material (A), a conductive aid (B), and a binder (C),
The active material (A) is graphene or graphene oxide,
The weight ratio (A:B) of the active material (A) and the conductive additive (B) is 1:99 to 10:90 ,
The total weight ratio ((A+B):C) of the active material (A) and the conductive additive (B) to the binder (C) is 90:10 to 65:35. Characteristic electrodes for electric double layer capacitors.
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