[发明专利]蓄电元件

说明书

技术领域

本发明涉及具备正极、负极、隔板和有机电解液的蓄电元件，所述正极至少具有正极活性物质层和正极集电体。 

背景技术

近年来，以双电荷层电容器和锂离子电池为代表的电化学设备，对提高其输出密度、能量密度的要求增高。 

双电荷层电容器使用以正极、负极和活性碳为主体的极化性电极。双电荷层电容器的耐电压通常是，若使用水系电解液则为1.2V，若使用有机电解液则为2.5V～3V。双电荷层电容器的静电能量与耐电压的二次方成正比，所以耐电压高的有机电解液与水系电解液相比，能够高能量化。然而，即使是使用了有机电解液的双电荷层电容器，其容量也小，例如对于作为混合动力汽车的辅助电源而搭载是不充分的，要求提高能量密度。 

双电荷层电容器以在极化性电极和电解液的界面形成的双电荷层上蓄积电荷为原理，双电荷层的静电容量与极化性电极的面积成正比。因此，作为提高双电荷层电容器的静电容量的方法，以往是将活性碳的比表面积增大来进行的。 

通常，活性碳是将碳质原料在500℃以下的温度下碳化后进行活化处理而得到的。活化处理是指，在水蒸气或二氧化碳等环境下加热到600℃～1000℃，或者混合氢氧化钾等并在惰性环境下进行加热处理的方法。通过该活化处理，在碳材料中形成许多细孔，活性碳的比表面积增大。如此得到的通常的活性碳的比表面积为1000～2000m²/g，即使大也就是3000m²/g。这样，通过使用比表面积得到扩大的活性碳，可提高双电荷层电容器的静电容量，但基本上到达极限。此外，还有如下问题：如果使活性碳的比表面积过大，则细孔直径变得过小，产生电解质离子移动时的电阻，作为电容器的电阻变大。 

为了提高双电荷层电容器中蓄积的能量，提出了使用新的碳材料作为电极材料的方法。 

例如，在专利文献1中，记载有如下方法：作为极化性电极，使用具有类似石墨的微晶碳、d₀₀₂面的层间距离为0.360nm到0.380nm的非多孔性碳。该非多孔性碳尽管比表面积小、在270m²/g以下，但作为双电荷层电容器的电极材料使用时能够实现高容量。此外，在专利文献2中记载有：作为使用该碳材料时呈现高静电容量的理由，是在微晶碳的层间电解质离子伴随溶剂插入。 

在专利文献3中公开有：使用d₀₀₂面的层间距离为0.360nm到0.380nm的、比表面积在270m²/g以下的非多孔性碳，使用含有烷基咪唑鎓四氟硼酸盐作为电解质的有机电解液，由此可以实现具有高静电容量的双电荷层电容器。 

在专利文献4中公开有：通过使用以针状焦炭生粉末(needle cokegreen powder)为原料制成的比表面积为300m²以下的非多孔性碳、和含有特定的吡咯烷鎓化合物作为电解质的电解液，可以获得体积膨胀少且高容量的双电荷层电容器。 

如上所述，使用了非多孔性碳的双电荷层电容器与以往的双电荷层电容器相比，可以飞跃性地提高能量密度。然而，工作电压为3V～3.5V左右，要求进一步的能量密度的提高、高电压化。 

另一方面，对于锂离子电池来说，正极使用吸留、脱离钴酸锂或锰酸锂等锂的陶瓷材料，负极使用吸留、脱离锂离子的碳材料，电解液使用溶解有LiPF₆等锂盐的有机电解液。 

锂离子电池与双电荷层电容器相比，可以在高电压下工作，具有高的能量密度，但是有如下问题：输出特性差，与双电荷层电容器相比，寿命显著短。 

作为解决这些问题的方法，在专利文献5中公开有：在正极使用活性碳，在负极使用吸留、脱离锂离子的碳材料的蓄电元件。该蓄电元件较以往的双电荷层电容器能够实现高电压化，因此可提高能量密度。此外，其特征为，与以往的锂离子电池相比，能够高输出化，在循环特性方面优异。

然而，由于在正极中使用以往的活性碳，所以作为电化学设备的能量密度受正极限制，是不充分的。为了进一步提高能量密度，必须提高正极的容量，或进一步提高工作电压。 

在专利文献6中公开有：以特定的活性碳为正极，负极使用吸留、脱离锂离子的碳材料的蓄电元件。特定的碳材料是指混有石墨成分和无定形碳的碳材料。详细而言，公开有通过热处理将石油焦炭进行碳化后，用熔融KOH活化而得的活性碳，其比表面积为500～1500m²/g。通过改善在正极中使用的活性碳来改善静电容量，但为了进一步的高能量密度化，要求提高工作电压。