[发明专利]电极用集流体材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于锂离子电池及双电层电容器电池，可以急速充放电的电极用集流体材料（、使用该电极用集流体材料的电极、锂离子电池或者电容器）及其制造方法。

背景技术

在各种电子设备中，作为可以充电的二次电池使用锂离子电池、双电层电容器、超级电容器等。因为锂离子电池易于小型化轻量化，所以在笔记本电脑、移动终端等的电子设备中被广泛应用。电容器应用于复印机的启动电源或者装有太阳能电池的路灯等。在锂离子电池及电容器（包括超级电容器、双电层电容器、混合电容器等用于供电的各种各样的电容器）的电极中多使用碳材料的时候较多。

可以充放电的二次电池不仅可用于笔记本电脑、照相机、移动终端等的移动设备中的分布式电源，也可用于如车载电池、UPS电源等使发电机或系统电源供电均衡。在任何情形的用途中，都希望二次电池有足够的容量并能够在短时间内充放电（急速充放电），前者必须优先考虑大容量，后者必须优先考虑急速充放电特性。

电池有各种各样的种类，在使用有机类电解液的情形下，比使用水溶液类电解液的情形电动势高，容易实现高能量密度。在使用有机类电解液的二次电池中通常所见的是，上述的锂离子电池及电容器。

锂离子电池作为电池，其在充放电时，正极和负极之间借助电解液交换锂离子而进行氧化还原反应。锂离子电池的负极用材料，广泛使用的是石墨等碳类材料，并且也在研究使用锡、钒的氧化物或硅等。正极使用钴或锰的氧化物。

另一方面，在电容器中，以形成电极界面上的非法拉第反应的双电层为基本功能，以电极上的氧化还原反应为附加的虚拟容量，两者并存。作为电容器的电极用集流体，广泛使用活性炭这样的多孔碳。

锂离子电池的负极多使用石墨。在锂离子电池中，利用锂离子嵌入·脱嵌电极的氧化还原反应而产生电流。但是，对于使用石墨的电极，为了使离子扩散时间缩短需要使粒子细微，然而使粒子细微难度大，从而难以急速充放电。

作为电容器的电极用集流体，为了增大容量而使用比表面积大的活性炭。但是，由于活性炭的结晶结构多是非晶体，因此导电性差，必须添加碳粉末等导电助剂。或者也可使电极的活性物质层变薄，减小正极和负极之间的电阻。例如提出了如下技术，即，通过使用纳米级的活性物质，使活性物质内部的离子扩散的距离变短，增大电极的比表面积，而使暴露在电解液中的活性物质的面积变大等。

从这样的观点来看，以碳材料为例，对于电极用集流体提出多种方案（例如，参照专利文献1、专利文献2、专利文献3）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：（日本专利）特开2003-92235号公报

专利文献2：（日本专利）特开2004-103669号公报

专利文献3：（日本专利）特开2008-16456号公报

发明内容

以上的技术均是以碳材料为基础进行的各种改良。

但是，即使通过添加导电助剂提高导电性，也难以实现显著的急速充放电。并且，添加导电助剂存在增加成本和制造工序的问题。

在现有技术中，使用锂离子电池和双电层电容器的电子设备多是需要电流小的设备。

但是近年来，不仅是电子设备，在大功率设备、比如自行车、工具等的动力中，需要大电流的二次电池增多。上述提出的各种技术，都是以碳材料为基础进行的改良方案，不能同时解决锂离子电池的电极所必须的快速的氧化还原反应及充放电、双电层电容器的电极所要求的比表面积和导电性。

而且，如车载电池或者UPS电源那样，在使二次电池用于使发电机或系统电源的电力均衡的情形下，需要快速充放电。

但是，现有技术及上述提出的技术中，在急速充放电方面存在不足。

如上所述，现有技术中并没有可实现快速充放电、确保可存储大容量的比表面积、并具有导电性的电极用集流体。

本发明的目的是提供一种可以急速充放电、并可存储大容量的电极用集流体，该电极用集流体可用于电池电极和电容器电极两者，并且本发明还提供一种电极、锂离子电池、双电层电容器和电极用集流体的制造方法。

在这里，以双电层电容器为例，但也包括混合式电容器、超级电容器等的各种电容器。以下所述的电容器包括双电层电容器、混合式电容器、超级电容器等的各种电容器。

本发明为了达到上述目的，其电极用集流体材料及其制造方法是，使用钒等有机液体金属对比表面积大的氧化钛微粒进行表面改性处理，并且，本发明还提供了使用上述电极用集流体材料的电极、锂离子电池以及电容器。