[发明专利]蓄电装置

说明书

技术领域

本发明涉及具有高输出和高容量、且反复充放电寿命特性优异的蓄电装置。

背景技术

一直以来，可充放电的蓄电装置被用于使用汽油和电两者能源驱动的混合动力汽车、各种电子设备，特别是移动体通讯设备、便携电子设备等的电源、不间断电源等中。随着近来混合动力汽车、电子设备的普及，对蓄电装置的高性能化方面的要求也正变得非常高。为了应对这种需求，针对作为蓄电装置之一的双电层电容器进行了广泛的研究。双电层电容器具有高输出且反复充放电寿命特性优异等特点，被期待主要用于高输出等用途，但是，与二次电池相比，其容量即能量密度较低。

在双电层电容器的高容量化方面，例如，针对选择双电层电容器的正极活性物质与锂电池的负极活性物质进行正极活性物质和负极活性物质自身的最优化、及其组合的最优化等方面，进行了各种研究。作为负极活性物质，针对例如石墨、多并苯等的结晶质或非晶质碳材料进行了研究。这些碳材料是能够通过充放电可逆地吸藏·放出锂离子的材料。关于这些碳材料的制造方法、活性炭等的双电层电容器的正极活性物质与包含这些碳材料的负极组合而成的蓄电装置等也有大量的现有技术被公开(参阅例如专利文献1和专利文献2)。

另外，针对通过使用比碳材料容量密度大的负极活性物质来实现蓄电装置的高容量化也进行了尝试。作为这样的负极活性物质，可以列举出通过对碳材料进行改性得到的负极活性物质、除碳材料以外的负极活性物质等。作为对碳材料进行改性得到的负极活性物质，公开了“除石墨以外的光学各向异性碳物质进行活化处理了的负极活性物质、它们的表面的部分或全部被碳材料和/或硅材料覆盖的负极活性物质”(参阅例如专利文献2)。作为除碳材料以外的负极活性物质，公开了锡氧化物、硅氧化物等金属氧化物(参阅例如专利文献3和4)。

在专利文献2～4中，公开了各个专利文献所公开的负极活性物质与作为活性炭的正极活性物质的组合。特别地，在专利文献3和4中，通过作为硅氧化物、锡氧化物等非碳材料的负极活性物质与作为活性炭的正极活性物质的组合，能够得到过放电特性优异的蓄电装置。更具体地说，在专利文献3的实施例1中，公开了将粉碎、整粒至粒径44μm以下的一氧化硅粒子(负极活性物质)、石墨(导电剂)、聚丙烯酸(粘合剂)按重量比45:40:15的比例混合制备负极合剂。通过对该负极合剂进行加压成形，制作直径4mm、厚度0.19mm的片粒状负极。该片粒状负极通过同时还具有作为负极集电体的功能的导电性树脂粘合剂固定在负极壳体上。包含该片粒状负极的蓄电装置能够在包含2V～放电终止电压0V的过放电区域的电压范围内工作，但是，其充放电速度为200小时率(0.005C速率(rate))，非常缓慢，输出特性低下。

而在便携电子设备等电子设备中所广泛使用的锂二次电池通常具有10～0.5小时率(0.1C速率～2C速率)左右的充放电速度。因此，专利文献3和4的蓄电装置显然不能用于替代锂二次电池的用途。另外，能够瞬间大电流充放电的双电层电容器通常具有0.002～0.02小时率(500C速率～50C速率)左右的充放电速度。因此，专利文献3和4的蓄电装置也不能用于替代双电层电容器的用途。如上所述，专利文献3和4所公开了的蓄电装置尽管具有高电压和高容量，但由于其充放电速度缓慢、输出特性低下，因此用途有限。

另一方面，作为正极活性物质，针对具有比目前广泛使用的活性炭更高容量的可氧化还原的有机化合物进行研究。作为可氧化还原的有机化合物，公开了具有π共轭电子云的有机化合物(参阅例如专利文献5和6)、具有自由基的有机化合物(参阅例如专利文献7)等。但是，在这些专利文献中，并未公开作为可氧化还原的有机化合物的正极活性物质、与作为非碳材料的负极活性物质的组合。

专利文献1：国际公开第2003/003395号小册子

专利文献2：特开2005-093777号公报

专利文献3：特开2000-195555号公报

专利文献4：特开2001-148242号公报

专利文献5：特开2004-111374号公报

专利文献6：特开2004-342605号公报

专利文献7：特开2004-193004号公报

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种即使使用非碳材料作为负极活性物质，也能够高速充放电，具有高输出、高容量以及优异的反复充放电寿命特性的蓄电装置。