[发明专利]电化学元件用活性炭、以及使用其的电化学元件

说明书

技术领域

本发明涉及在各种电子设备、电气设备等中使用的电化学元件用的活性炭、以及使用其的电化学元件。

背景技术

电化学元件具有电解液、正极、负极。正极与负极中的至少一方含有活性炭等多孔碳材料。电解液中的阳离子或阴离子在该多孔碳材料的表面吸附、脱吸附。在该作用下，电化学元件蓄积(充电)、供给(放电)能量。

作为上述电化学元件，有电偶极子层电容器。电偶极子层电容器使用在非质子性有机溶剂中溶解了四乙基铵盐等的电解液。通过电解液中的阳离子或阴离子在多孔碳材料的表面进行吸附、脱吸附，从而使电偶极子层电容器能够反复进行充放电。

另外，作为其它的电化学元件，有锂离子电容器。锂离子电容器的正极含有活性炭等多孔碳材料，负极含有石墨等石墨系材料。上述正极和负极浸渍于在非质子性有机溶剂中溶解了锂盐的电解液中。进而，电解液中的锂离子或阴离子在正极的多孔碳材料的表面吸附、脱吸附，另一方面，锂离子在负极的石墨等处吸留、脱离。在这样的作用下，锂离子电容器能够反复进行充放电。

此外，还有组合了各种电解液、各种正极和负极材料的能够反复进行充放电的二次电池或其它的电化学元件。这些电化学元件可被用作各种电子设备、电/混合/燃料电池汽车等汽车、其它产业设备等的电源装置。电化学元件谋求能量密度(每单位重量或每单位体积能够蓄积的能量)的增大和功率密度(每单位重量或每单位体积的输出)的增大。

为了使电化学元件实现高能量密度化，有增大每单位体积的静电容量的方法。因此，提出有几种多孔碳材料。

在专利文献1中，提出了通过使利用氮吸附法得到的细孔径在特定的范围含有的细孔容积的总量在固定值以上，能够得到预期的静电容量的多孔碳材料。

在专利文献2中，提出了通过使细孔径在特定的范围含有的细孔容积的总量在固定值以上，且使总细孔容积的重量密度在一定范围内，能够实现静电容量的提高的活性炭。

但是，还不能说利用现有技术充分地提高了电化学元件的能量密度和功率密度，尚有改善的余地。特别是，在-30℃左右的低温下实现性能的改善还是问题。因此，为了减小活性炭等多孔性碳材料的直流电阻，需要更进一步的努力。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2007-320842号公报

【专利文献2】日本特开2006-286923号公报

发明内容

本发明是用于减小至少具有活性炭和电解液的电化学元件的直流电阻的、满足以下条件的活性炭和使用其的电化学元件。

将电解液中含有的阳离子和阴离子及溶剂的范德华分子直径分别设定为Lc和La及Ls。将阳离子和阴离子及溶剂的范德华分子的最小宽度分别设定为Lmin、c和Lmin、a及Lmin、s。将Lc，La，Ls，Lmin、c，Lmin、a，Lmin、s的最大值设定为W1。将(Lc+La)、(Lc+Ls)、(La+Ls)、(Lmin、c+Lmin、a)、(Lmin、c+Lmin、s)、(Lmin、a+Lmin、s)的最小值设定为W2。此时，活性炭的由MP法得到的缝隙宽度在W1以上且W2以下的细孔容积的总和，是缝隙宽度在2.0nm以下的细孔容积的总和的15％以上。使用具有满足上述条件的细孔分布的活性炭的电化学元件，能够减小直流电阻、特别是低温下的直流电阻。

附图说明

图1是本发明的实施方式的电偶极子层电容器的局部切下立体图。

图2A是图1所示的电偶极子层电容器的可极化电极的剖视图。

图2B是图1所示的电偶极子层电容器的可极化电极的剖视图。

图3是通过分子动力学模拟求得的离子传导率的指标与缝隙细孔宽度之间的关系图。

图4A是石墨烯的说明图。

图4B是石墨烯层状结晶的说明图。

图5是电阻指数与活性炭的细孔容积分布之间的关系图。

图6是容量指数与活性炭的细孔容积分布之间的关系图。

具体实施方式

图1是表示本发明的实施方式的电偶极子层电容器的构成的局部切下立体图。该电偶极子层电容器具有壳体8、收容于壳体8的电容器元件1、与电容器元件1连接的阳极导线2及阴极导线4。

电容器元件1具有第一可极化电极(以下称为电极)3、第二可极化电极(以下称为电极)5和隔离件6。电极3与阳极导线2连接。电极5与阴极导线4连接。隔离件6配置于电极3与电极5之间。隔离件6由绝缘性多孔部件构成，防止电极3与电极5之间的短路。电极3、5以隔着隔离件6而对置的状态卷绕并收容于壳体8中。