有机电解质电容器制造技术

本发明专利技术提供了一种有机电解质电容器，其具有在集电体上的电极，该集电体具有贯穿前后表面的孔，其中，在集电体的通孔上形成的电极材料很少脱落，并且能获得高能量密度和高功率密度。有机电解质电容器包括正极、负极和能够传导锂离子的电解质，其中，正极含有能够可逆地承载锂离子及／或阴离子的物质作为正极活性材料，负极含有能够可逆地承载锂离子的物质作为负极活性材料，正极和负极具有在电极基板上的正极活性材料层和负极活性材料层，该电极基板具有导电层，该导电层由导电材料在具有通孔的集电体上构成，且负极用电化学方法承载锂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】有机电解质电容器
本专利技术涉及一种具有高能量密度和高输出密度的有机电解质电容器，以及使用该有机电解质电容器的集电体，具体地说，本专利技术涉及一种具有高能量密度和高输出密度的有机电解质电容器，其中导电层由集电体上的导电材料构成，该集电体具有贯穿前后表面的通孔，电极由导电层上形成有正极活性材料层或负极活性材料层而形成，并且是锂离子移动。
技术介绍
近年来，因为以导电聚合物、过渡金属氧化物等作为正极，并以金属锂或锂合金作为负极的二次电池具有高能量密度，所以人们建议用这种二次电池取代镍-铬(Ni-Cd)电池和铅电池。然而，上述二次电池的应用问题是：如果电池重复充电或放电，会劣化正极或负极，从而降低容量。尤其是，伴随着负极的劣化会生成针状锂晶体，即通常所说的树枝状晶体，所以存在安全问题。当电池重复进行充电和放电时，树枝状晶体会穿透隔板，导致电池内短路，最终电池会爆炸而造成严重的安全问题。为了解决上述问题，人们建议使用以碳材料例如石墨等作为负极，并以含锂金属氧化物例如LiCoO2等作为正极的电池。这种电池被称为“摇椅电池”，其中在组装成电池后，通过充电，锂从正极的含锂金属氧化物提供给负极，通过放电，负极的锂又回到正极。该电池在负极中不使用金属锂，而仅仅是锂离子参与充电和放电。因此，把这种电池称作锂离子二次电池，以与使用金属锂的锂电池相区别。这种电池的特征是高电压和高容量。因为环境问题受到较多关注，所以人们正积极开发由太阳能或风力发电所产生的清洁能源的储能系统、使电力负载均衡的分散式电源-->以及将取代汽油车辆的电动车或混合式电动车所用的电源(主要电源和辅助电源)。此外，尽管到目前为止，人们使用铅电池作为车辆上电子设备的电源，但近年来，随着在车辆内安装电动窗或涉及信息技术(IT)的设备，人们需要一种具有高能量密度和高输出密度的新型电源。作为新型蓄电装置或驱动电源，锂离子二次电池或双层电容器受到较多关注。然而，虽然锂离子电池具有高能量密度，但在输出特性、安全性或循环寿命方面仍存在亟需解决的问题。另一方面，双层电容器是一种广泛使用的电子零件，用作集成电路(IC)或大规模集成电路(LSI)的备份存储电源，具有高输出特性，并且不需维修，这是锂离子电池或镍-氢电池所不具备的。此外，虽然双层电容器一次充电的放电容量小于电池一次充电的放电容量，但双层电容器表现出优良的瞬间充电/放电特性，并可用于数万次或更多次的充电/放电循环。尽管双层电容器具有以上优点，但双层电容器的能量密度约为3～4Wh/l，其能量密度比锂离子电池的能量密度小。因此，实际上双层电容器不能用作需要高能量密度的电动车的驱动电源。实际使用在电动车上时，蓄电装置的能量密度应该在6～10Wh/l的范围内，而对普及型电动车使用时，蓄电装置的能量密度应该为20Wh/l。申请号为10-531811的日本专利提出了一种有机电解质电池，作为适用于需要高能量密度和高输出特性的锂离子移动的蓄电装置，其中正极集电体和负极集电体分别具有贯穿前后表面的孔，负极活性材料能可逆地承载锂，并且负极的锂是通过与对着负极或正极设置的锂进行电化学接触而承载的。在上述专利技术中，因为集电体设有贯穿前后表面的孔，所以即使是在由许多电极层叠而成的蓄电装置叠层电池单元结构中，锂离子也可以通过电极的前后表面之间，而不会被集电体阻塞，用电化学方法，锂不仅可以载运到设置在锂附近的负极，还可以通过通孔载运到远离锂布置的负极。此外，因为锂离子可以通过通孔在电极之间自由移动，所以有机电解质电池可以平稳地充电和放电。在上述方法中，通过涂覆粘合剂树脂与电极活性材料的混合物，-->形成集电体，电极活性材料能够可逆地承载锂。然而，具有贯穿前后表面的孔的集电体例如网形金属(expanded metal)，其拉伸强度低于具有相同厚度但无孔的金属箔，因此，实际上用电极活性材料涂覆时需要采用厚集电体，这样就难以通过使电极变薄来提高能量和功率密度。此外，当用电极活性材料涂覆电极集电体时，电极材料会通过通孔，因此难以均匀地涂覆集电体。此外，在集电体的通孔或边缘部分(末端)处施加的电极材料容易脱落，并且难以制成均匀的电极，因此会导致电池内短路，并且会损害蓄电装置的可靠性和耐用性。本专利技术的目的是提供一种可以工业生产的有机电解质电容器，通过使用具有高导电率、高强度和高均匀性的电极，使有机电解质电容器具有高能量密度、高功率密度，并表现出较低的对锂离子运动的阻碍。
技术实现思路
为了解决上述问题，深入研究之后，本专利技术人发现可通过下述可行的方式来提高电极的导电率，并获得内部电阻低且功率密度高的高性能有机电解质电容器，其中锂离子可容易地移动，这种方式为：用导电材料在具有通孔的电极集电体上形成导电层，作为电极集电体，优选地，在预先闭塞该电极集电体的至少部分通孔之后，在该具有通孔的电极集电体上形成正负极活性材料层，采用这样的电极，即完成本专利技术。即，本专利技术如下。[1]一种有机电解质电容器，包括正极、负极和能够传导锂离子的电解质，其中所述正极含有能够可逆地承载锂离子及/或阴离子的物质，该物质作为正极活性材料，所述负极含有能够可逆地承载锂离子的物质，该物质作为负极活性材料，以及其中，所述正极和所述负极在电极基板上包括正极活性材料层或负极活性材料层，所述电极基板具有导电层，所述导电层由导电材料在电极集电体上制成，所述电极集电体具有贯穿前后表面的通孔，-->以及所述负极用电化学方法承载锂。[2]根据[1]所述的有机电解质电容器，其中所述电极基板是包括第一导电层和第二导电层的三层叠层体，所述第一导电层在无孔金属箔一表面上，由导电材料制成，并且具有许多通孔，所述第二导电层在所述无孔金属箔另一表面上，由导电材料制成，并且有孔或无孔，以及，所述电极基板具有在所述无孔金属箔中通过蚀刻所述叠层体而形成的通孔。[3]根据[1]或[2]所述的有机电解质电容器，其中所述集电体的80％以上的所述通孔由所述导电材料闭塞。[4]根据[1]到[3]任意一项所述的有机电解质电容器，其中所述集电体由铜或铝中的任一种作为主要成份制成。[5]根据[1]到[4]任意一项所述的有机电解质电容器，其中所述导电层由含有导电剂和非水性粘合剂的导电材料制成，所述正极活性材料层含有所述正极活性材料和水性粘合剂，以及，所述负极活性材料层含有所述负极活性材料和水性粘合剂。[6]根据[1]到[5]任意一项所述的有机电解质电容器，其中所述电解质是锂盐的非质子有机溶剂溶液。[7]根据[1]到[6]任意一项所述的有机电解质电容器，其中所述负极活性材料的单位重量电容比所述正极活性材料的单位重量电容大三倍以上，以及，所述正极活性材料的重量大于所述负极活性材料的重量。[8]根据[1]到[7]任意一项所述的有机电解质电容器，其中通过卷绕具有所述正极和所述负极的电极对形成所述有机电解质电容器。[9]根据[1]到[7]任意一项所述的有机电解质电容器，其中通过将具有所述正极和所述负极的电极对层叠形成所述有机电解质电容器。[10]根据[1]到[9]任意一项所述的有机电解质电容器，其中所述负极活性材料是热处理的芳香族缩聚物，并且是具有氢/碳原子比在0.50～0.05范围内的多并苯骨架结构的不溶不熔性基体。-->[11]根据[1]本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机电解质电容器，包括正极、负极和能够传导锂离子的电解质，　　　　其中所述正极含有能够可逆地承载锂离子及／或阴离子的物质，该物质作为正极活性材料，所述负极含有能够可逆地承载锂离子的物质，该物质作为负极活性材料，以及　　　　其中，所述正极和所述负极在电极基板上包括正极活性材料层或负极活性材料层，所述电极基板具有导电层，所述导电层由导电材料在电极集电体上制成，所述电极集电体具有贯穿前后表面的通孔，以及所述负极用电化学方法承载锂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2003-3-31 96664/20031.一种有机电解质电容器，包括正极、负极和能够传导锂离子的电解质，其中所述正极含有能够可逆地承载锂离子及/或阴离子的物质，该物质作为正极活性材料，所述负极含有能够可逆地承载锂离子的物质，该物质作为负极活性材料，以及其中，所述正极和所述负极在电极基板上包括正极活性材料层或负极活性材料层，所述电极基板具有导电层，所述导电层由导电材料在电极集电体上制成，所述电极集电体具有贯穿前后表面的通孔，以及所述负极用电化学方法承载锂。2.根据权利要求1所述的有机电解质电容器，其中所述电极基板是包括第一导电层和第二导电层的三层叠层体，所述第一导电层在无孔金属箔一表面上，由导电材料制成，并且具有许多通孔，所述第二导电层在所述无孔金属箔另一表面上，由导电材料制成，并且有孔或无孔，以及，所述电极基板具有在所述无孔金属箔中通过蚀刻所述叠层体而形成的通孔。3.根据权利要求1或2所述的有机电解质电容器，其中所述集电体的80％以上的所述通孔由所述导电材料闭塞。4.根据权利要求1至3的任何一项所述的有机电解质电容器，其中所述集电体由铜或铝中的任一种作为主要成份制成。5.根据权利要求1至4的任何一项所述的有机电解质电容器，其中所述导电层由含有导电剂和非水性粘合剂的导电材料制成，所述正极活性材料层含有所述正极活性材料和水性粘合剂，以及，所述负极活性材料层含有所述负极活性材料和水性粘合剂。-->6.根据权利要求1至5的任何一项所述的有机电解质电容器，其中所述电解质是锂盐的非质子有机溶剂溶液。7.根据权利要求1至6的任何一项所述的有机电解质电容器，其中所述负极活性材料的单位重量电容比所述正极活性材料的单位重量电容大三倍以上，以及，所述正极活性材料的重量大于所述负极活性材料的重量。8.根据权利要求1至7的任何一项所述的有机电解质电容器，其中通过卷绕具有所述正极和...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东信雄，小岛健治，田崎信一，田口博基，藤井勉，羽藤之规，丸茂千乡，
申请(专利权)人：富士重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]