JPH10270292A - 電気二重層キャパシタ用負極 - Google Patents

電気二重層キャパシタ用負極

Info

Publication number
JPH10270292A
JPH10270292A JP9068337A JP6833797A JPH10270292A JP H10270292 A JPH10270292 A JP H10270292A JP 9068337 A JP9068337 A JP 9068337A JP 6833797 A JP6833797 A JP 6833797A JP H10270292 A JPH10270292 A JP H10270292A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lithium
electric double
porous
double layer
layer
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.)
Pending
Application number
JP9068337A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshitsugu Kojima
由継 小島
Akio Ito
明生 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP9068337A priority Critical patent/JPH10270292A/ja
Publication of JPH10270292A publication Critical patent/JPH10270292A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors

Landscapes

  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】高容量で、かつ充放電サイクル特性に優れた電
気二重層キャパシタを実現可能な電気二重層キャパシタ
用負極を提供すること。 【解決手段】電気二重層キャパシタ用負極として、リチ
ウムを主成分とするリチウム負極体3とセパレータ5と
の間に、活性炭を主成分とするデンドライト成長阻止用
の多孔性炭素材層1が介設される。このようにすれば、
充放電サイクルによりリチウム負極体からのデンドライ
トの成長はこの多孔性炭素材層により物理的または電気
化学的に阻止されるので、サイクル特性を向上すること
ができる。更に、多孔性炭素材層1とリチウム負極体3
との間に金属多孔体層2を設ければ、電気抵抗を低減
し、かつ、一層のデンドライト成長阻止を実現すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムを負極と
する電気二重層キャパシタ用負極に関する。
【0002】
【従来の技術】正極に活性炭、負極にリチウムを用いた
電気二重層キャパシタは高容量となるが、リチウム負極
は、充放電サイクルによってリチウム極表面に樹枝状の
リチウムデンドライトや泡状のリチウムが析出し、セパ
レータを破って正、負極を短絡させたり、リチウムの活
性を低下させたりするという問題を有している。
【0003】特開昭60ー263419号公報は、電気
二重層キャパシタにおけるリチウム負極のデンドライト
成長を抑止するために、負極としてリチウム合金を負極
として用いることを提案している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記公報が
提案するリチウムを吸蔵した金属またはリチウム合金を
電気二重層キャパシタの負極として用いると、サイクル
特性は改良されるが容量はリチウム金属を用いた場合に
比べて大幅に低下してしまう問題がある。本発明は、か
かる問題点に鑑みなされたものであり、高容量で、かつ
充放電サイクル特性に優れた電気二重層キャパシタを実
現可能な電気二重層キャパシタ用負極を提供すること
を、その目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の構成によれば、
電気二重層キャパシタ用負極として、リチウムを主成分
とするリチウム負極体とセパレータとの間に、活性炭を
主成分とするデンドライト成長阻止用の多孔性炭素材層
が介設される。このようにすれば、充放電サイクルによ
りリチウム負極体からのデンドライトの成長はこの多孔
性炭素材層により物理的または電気化学的に阻止される
ので、このデンドライトがセパレータが破損して電極間
短絡が生じるのを防止することができる。また、リチウ
ム負極体の活性が低下することもない。したがって、充
放電サイクル寿命の低下を回避しつつ、リチウム負極体
のリチウム比率が高くして容量増大を実現することがで
きる。
【0006】更に説明すれば、活性炭を主成分とする多
孔性炭素材層は、微細かつ無数の孔をもち、リチウムイ
オンの通過を許すもののデンドライトの成長に対しては
それを機械的に阻止する。また、リチウムイオンは電解
液から負極に戻る際、リチウム負極体表面の多孔性炭素
材層のアシストによりリチウム負極体の全表面にわたっ
て均一に戻ることができ、特定の部位にデンドライトが
成長することが電気化学的に抑止される。更に、リチウ
ムデンドライトは、多孔性炭素材層中にまたはその表面
において、再溶解したり、活性炭中に微粒子となって析
出したりし、持続的なデンドライト成長は多孔性炭素材
層により阻止される。
【0007】更に、多孔性炭素材層は導電体でもあるの
で、単にリチウムイオンの通過を許し、かつ、デンドラ
イト成長阻止を行うだけでなく、リチウム負極体からな
る負極の電極抵抗の低減効果ももつ。本発明の構成によ
れば更に、金属多孔体層がリチウム負極体と多孔性炭素
材層との間に介設される。
【0008】このようにすれば、上述した作用効果に加
えて更に、この金属多孔体層がリチウムイオンの通過を
許しつつリチウム負極体から多孔性炭素材層へのデンド
ライトの成長を抑止するとともに、リチウム負極体及び
多孔性炭素材層に対する導電部材として機能し、負極の
内部電極抵抗を低減することができる。したがって、金
属多孔体層の孔部を貫通してデンドライトが多孔性炭素
材層側へ突出したとしても、このデンドライトはか細い
ものとなるので、多孔性炭素材層によるデンドライト阻
止効果を一層向上することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明の好適な態様において、金
属多孔体層が、負極の集電体として負極リード端子に接
続される。このようにすれば、上述した第2の構成の作
用効果に加えて更に、この金属多孔体層が集電体を兼ね
るために、従来の集電体を省略する(もしくは従来の集
電体を転用する)ことができることになり、金属多孔体
層の追加に伴う負極重量、体積の増大を回避することが
できる。
【0010】上記多孔性炭素材層は、リチウムイオンを
通過させ、電解液を充填できるものであればよいが、活
性炭を主に含むものが好適である。活性炭はデンドライ
ト成長を阻止するほど微細な孔部を無数に有し、その表
面積も極めて大きく、リチウムイオンの通過の支障とは
ならず、電解液の充填量も大きい。活性炭としては、比
表面積が100〜3000平方m/gのものが好適であ
る。100平方m/g未満の場合、活性炭中の電解液の
割合が低下して、リチウムイオンの移動性が阻害され、
3000平方m/gを超える場合には、活性炭の強度が
低下して、リチウムデンドライトが活性炭を破壊しなが
ら成長する可能性が生じる。
【0011】多孔性炭素材層は、活性炭の他、カーボン
ブラックなどの粉末炭素系材料を結着材で固化させたも
のを用いることができる。多孔性炭素材層の厚さは、
0.001〜10mmとすることが望ましい。0.00
1mm未満の場合にはリチウムデンドライトがそれを貫
通して充放電時にショートが発生したりする可能性を生
じ、10mmを越える場合には負極において発生するリ
チウムイオンのセパレ−タ側への移動が妨げられ、容量
や大電流特性が低下する。更に、多孔性炭素材層にニッ
ケル微粉末などの導電助材を添加することもできる。
【0012】金属多孔体層としては、導電性の銅、ニッ
ケル、ステンレス等の金属のメッシュやパンチングメタ
ルや発泡体を用いることができる。金属多孔体層の厚さ
としては10mm以下とすることが望ましい。10mm
を超えると、キャパシタに占める電極の割合が大きくな
り、体積あたり、重量あたりの要領が低下してしまうと
いう問題が生じる。
【0013】リチウム負極体表面への多孔性炭素材層及
び金属多孔体の積層物を被着する方法としては、例え
ば、活性炭に少量の結着材を加えて混合した後、金属多
孔体層上にプレス成形したものをリチウム負極体に押圧
したり、結着材を溶剤に溶かして上記金属多孔体層の表
面に塗布後、溶剤を蒸発させてからリチウム負極体に重
ねて接着するなどの積層方法が採用できる。結着材とし
ては、例えば、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチ
レン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデンなどの強
度及び化学的安定性に優れた樹脂を採用することができ
る。
【0014】正極としては、活性炭を用いることができ
る。また、正極の導電性を向上させるために、アセチレ
ンブラック、ケッチェンブラック等の導電材を利用する
こともできる。電解液としては、例えば、有機溶媒に可
溶な塩類を溶解させた電解液、または固体電解質を用い
ることができる。塩類は例えば、有機溶媒に溶解して、
濃度0.1〜3モル/リットルに調製して用いることが
できる。上記塩類としては、例えばLiClO4 、Li
BF4 、LiPF6 、LiAsF6 、LiCF3
3、LiAlCl4 、Li(CF3 SO2 2 Nのグ
ループから選ばれる1種又は2種以上を用いることがで
きる。
【0015】有機溶媒としては、例えば、エチレンカー
ボネイト、プロピレンカーボネイト、ジメチルスルホキ
シド、スルホラン、γ―プチロラクトン、1,2―ジメ
トキシエタン、N,Nージメチルホルムアミド、テトラ
ヒドロフラン、1,3―ジオキソラン、2ーメチルテト
ラヒドロフラン、ジメチルエーテル、ジエチルカーボネ
イト及びこれらの混合物のグループから選ばれる1種又
は2種以上を用いることができる。
【0016】固体電解質の場合には上記塩類を、ポリエ
チレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリホスフ
ァゼン、ポリアジリジン、ポリエチレンスルフィド等の
有機溶媒若しくはこれらの誘導体、又はこれらの混合物
等のイオン伝導性高分子材料に添加して用いることがで
きる。
【0017】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例について説明す
る。本実施例の電気二重層キャパシタは図1に示すごと
く、負極側活性炭層(本発明でいう多孔性炭素材層)
1、金属多孔体層2、リチウム負極体3、正極4、セパ
レ−タ5及び電解液6からなり、不図示の缶に密閉され
ている。これら負極側活性炭層1、金属多孔体層2及び
リチウム負極体3は負極側積層体を構成しており、セパ
レータ5が負極側積層体と正極4との間に介設されてい
る。
【0018】負極側活性炭層1はリチウム負極体3のセ
パレ−タ5側の表面を被覆しており、金属多孔体層2は
負極側活性炭層1とリチウム負極体3との間に介設され
ている。活性炭の比表面積は2300平方m/gに設定
されており、その厚さは0.3mmに設定されている。
41はステンレス鋼からなる正極集電体であり、金属多
孔体層2はステンレス鋼のメッシュ(SUS304)か
らなる。
【0019】この電気二重層キャパシタの製造方法につ
いて説明する。まず、活性炭(比表面積2300平方m
/g、関西熱化学KK製)20mgに結着材としてのポ
リテトラフルオロエチレン(ダイキン工業KK製)を混
合した。結着材の混合比は、活性炭及び結着材の合計重
量に対して、4重量%とした。次に、この混合物を0.
3GPaの圧力で、直径15mmのステンレス鋼のメッ
シュ(SUS304)上にプレス成形して、負極側活性
炭層1と金属多孔体層2との積層物を形成し、更に、こ
の積層物をリチウム負極体3に圧着した。リチウム負極
体3の直径は直径15mm、その厚さは0.4mmとし
た。
【0020】一方、正極としては、活性炭(比表面積2
300平方m/g、関西熱化学KK製)20mgに、結
着材としてのポリテトラフルオロエチレン(ダイキン工
業KK製)を混合した。結着材の混合比は、活性炭及び
結着材の合計重量に対して、4重量%とした。次に、こ
れを0.3GPaの圧力で、直径15mmのステンレス
鋼メッシュ(SUS304)からなる集電体41上にプ
レス成形して、円板状の正極4を作製した。
【0021】次に、エチレンカーボネイトとジエチルカ
ーボネイト(三菱化学KK製)との混合物(体積比1:
1)に、1モル/リットルのLiPF6を溶解して電解
液6を得た。また、多孔性ポリエチレンで作製したセパ
レ−タ5の片側に正極4及び正極集電体41を配置し、
その反対側に、負極側活性炭層1と金属多孔体層2との
積層物、リチウム負極体3を配置し、電気二重層キャパ
シタを作製した。
【0022】(比較例)比較例の電気二重層キャパシタ
を図2に示す。この電気二重層キャパシタは、従来技術
(特開昭60ー263419)に従って作製したもので
あって、その負極7は、Pb(80wt%)ーCd(2
0wt%)からなる合金(100mg)にリチウム金属
(5mg)を貼り合わせたものを用い、集電体71を負
極7の反セパレータ側に貼り合わせた。充放電により、
非分極性電極(PbーCd)Li x が形成された。セパ
レ−タ5には多孔質ポリエチレン製のものを、電解液6
にはエチレンカーボネイトとジエチルカーボネート(三
菱化学KK製)との体積比1:1の混合物に、1モル/
リットルのLiPF6を溶解したものを用いた。正極4
は、活性炭(比表面積2300平方m/g、関西熱化学
KK製)20mgに、結着材としてのポリテトラフルオ
ロエチレン(ダイキン工業KK製)を混合して作製し
た。結着材の混合量は、活性炭及び結着材の合計重量に
対して4重量%とした。次に、これを0.3GPaの圧
力で、集電体41としての直径15mmのステンレス鋼
メッシュ(SUS304)上にプレス成形して、円板状
の正極4を得た。
【0023】(試験結果)上述の如く作製した実施例品
に対して、電流密度2.0mA/平方cm、充電電圧
4.4V、放電電圧1.6Vに設定して充放電を400
回繰り返した。同様に、上述の如く作製した比較例品に
対して、従来技術に従い、3.0V、室温で直流電圧を
48時間印加した後、電流密度2.0mA/平方cm、
充電電圧4.4V、放電電圧1.6Vに設定して充放電
を250回繰り返した。実施例品の充電容量及び放電容
量の変化と、比較例品の充電容量及び放電容量の変化を
図3に示す。
【0024】図3からわかるように、実施例品の容量は
比較例品に比べ大きく、サイクル特性も優れていること
がわかった。また、本実施例品は400回までの充放電
サイクルに対して重大な短絡が生じていないことがわか
った。すなわち、本実施例によれば、放電容量が大き
く、かつ、充放電サイクル特性にも優れた電気二重層キ
ャパシタを実現できることがわかった。
【0025】(変形態様)なお、上記実施例品のリチウ
ム負極体3の反セパレータ側の主面に、図2の比較例品
の負極集電体71を貼り合わせてもよく、このようにす
れば負極の電気抵抗を一層低減することもできる。ま
た、金属多孔体層2として、リチウム吸蔵金属たとえ
ば、黒鉛、ビスマス、スズ、鉛、カドニウム、インジウ
ムなどを採用したり、デンドライトを生じないリチウム
合金を採用することもできる。ただし、この場合には、
負極用の金属集電体を追加することが望ましい。
【0026】なお、本明細書では、集電体は電極主構成
物と電極リードとを接続する主電気経路をなす導電体を
意味するものとする。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
セパレータとリチウム負極体との間に、活性炭を主素材
とするデンドライト阻止層を設けたので、容量の向上と
サイクル特性の向上とを同時に実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例品の電気二重層キャパシタの構
成を示す模式断面図である。
【図2】比較例品の電気二重層キャパシタの構成を示す
模式断面図である。
【図3】実施例品及び比較例品の電気二重層キャパシタ
の平均充放電容量のサイクル特性を示す特性図である。
【符号の説明】
1は負極側活性炭層(多孔性炭素材層)、2は金属多孔
体層、3はリチウム負極体、4は正極、5はセパレー
タ、6は電解液である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】リチウムを主成分とするリチウム負極体
    と、 活性炭を主成分として前記リチウム負極体とセパレータ
    との間に介設されるデンドライト成長阻止用の多孔性炭
    素材層と、 前記リチウム負極体と多孔性炭素材層との間に介設され
    る金属多孔体層と、 を有することを特徴とする電気二重層キャパシタ用負
    極。
JP9068337A 1997-03-21 1997-03-21 電気二重層キャパシタ用負極 Pending JPH10270292A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9068337A JPH10270292A (ja) 1997-03-21 1997-03-21 電気二重層キャパシタ用負極

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9068337A JPH10270292A (ja) 1997-03-21 1997-03-21 電気二重層キャパシタ用負極

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH10270292A true JPH10270292A (ja) 1998-10-09

Family

ID=13370938

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9068337A Pending JPH10270292A (ja) 1997-03-21 1997-03-21 電気二重層キャパシタ用負極

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH10270292A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6662506B2 (en) * 2000-07-10 2003-12-16 Gregor D. Fischer Collapse-resistant frame system for structures

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6662506B2 (en) * 2000-07-10 2003-12-16 Gregor D. Fischer Collapse-resistant frame system for structures

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6196329B2 (ja) カソード活性材料、電極及びリチウムイオン移動度及び電池容量が改良された二次バッテリー
KR101229903B1 (ko) 음극 활물질, 음극 및 리튬 2차 전지
US9275798B2 (en) Method for manufacturing a double layer capacitor and a lithium ion capacitor
US7416817B2 (en) Battery
US6051343A (en) Polymeric solid electrolyte and lithium secondary cell using the same
JP2008226605A (ja) 非水電解質二次電池
JPH10144354A (ja) 電気化学電池
US9236605B2 (en) Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2003282064A (ja) 複合集電体
EP2575198A2 (en) Lithium ion secondary battery
CA2017571C (en) Non-aqueous alkali battery having an improved cathode
JP3157079B2 (ja) リチウム二次電池の製造方法
US7108942B1 (en) Efficient electrode assembly design for cells with alkali metal anodes
WO2021189481A1 (zh) 一种正极极片和包含所述正极极片的电化学装置及电子装置
JP4845245B2 (ja) リチウム電池
JP3239267B2 (ja) 有機電解液電池
EP1052714B1 (en) Non-aqueous electrolyte secondary cell and its charging method
JPH10270292A (ja) 電気二重層キャパシタ用負極
JP2002324581A (ja) 固体電解質電池
JP2009093943A (ja) 二次電池用負極活物質およびこれを用いた二次電池
JP3384570B2 (ja) 非水系二次電池の製造方法
JPH0997611A (ja) 電池用電極および二次電池
JPH0746602B2 (ja) リチウム有機二次電池の製造方法
JPH0536401A (ja) リチウム二次電池
JPH07105952A (ja) リチウム二次電池用集電体およびリチウム二次電池