混合电容器制造技术

本发明专利技术的混合电容器，正极包含作为正极活性物质的石墨，正极侧的集电体是铝材，铝材覆盖有sp2结构的含量比率sp2/(sp2+sp3)为80％以上的碳镀膜。上的碳镀膜。上的碳镀膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】混合电容器


[0001]本专利技术涉及混合电容器。
[0002]本申请要求2019年6月24日在日本申请的第2019
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116704号专利申请的优先权，在此引用其内容。

技术介绍

[0003]作为存储电能的技术，已知有双电层电容器(例如，参照专利文献1)和二次电池。双电层电容器(EDLC：Electric double
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layer capacitor)的寿命、安全性和输出密度比二次电池优越得多。然而，与二次电池相比，双电层电容器存在能量密度(体积能量密度)低的问题。
[0004]本文中，双电层电容器中存储的能量(E)使用电容器的电容(C)和施加电压(V)来表示：E＝1/2
×
C
×
V2，能量与电容以及施加电压的平方成比率。因此，为了改善双电层电容器的能量密度，提出了提高双电层电容器的电容和施加电压的技术。
[0005]作为提高双电层电容器的电容的技术，已知有增加构成双电层电容器的电极的活性炭的比表面积的技术。目前，众所周知的活性炭的比表面积是1000m2/g～2500m2/g。在将这样的活性炭用于电极的双电层电容器中，作为电解液，使用使季铵盐溶解在有机溶剂中的有机电解液、硫酸等的水溶液电解液等。
[0006]由于有机电解液可以使用的电压范围很广，所以可以提高施加的电压，以提高能量密度。
[0007]众所周知，锂离子电容器是利用双电层电容器原理提高施加电压的电容器。锂离子电容器负极采用可结合或去结合锂离子的石墨或碳，正极采用可吸脱电解质离子的与双电层电容器的电极材料相同的活性炭。另外，混合电容器在正极或负极中的任一方使用与双电层电容器的电极材料相同的活性炭，在另一个电极中使用金属氧化物、导电性高分子作为产生法拉第反应的电极。锂离子电容器的构成双电层电容器的电极中的负极由作为锂离子二次电池负极材料的石墨、硬碳、软碳等构成，其中，石墨、硬碳、软碳内插入有锂离子。锂离子电容器的特点是，施加电压比通常的双电层电容器即两极由活性炭构成的双电层电容器大。
[0008]然而，在电极使用了石墨的情况下，存在不能使用作为电解液的常见溶剂的丙烯碳酸酯这样的问题。这是因为在电极使用了石墨的情况下，丙烯碳酸酯电解，丙烯碳酸酯的分解产物附着在石墨的表面上，锂离子的可逆性降低。丙烯碳酸酯是即使在低温下也能工作的溶剂。如果将丙烯碳酸酯应用于双电层电容器，则该双电层电容器可以在
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40℃下工作。因此，在锂离子电容器中，不容易使丙烯碳酸酯分解的硬碳和软碳被用作电极材料。但是，与石墨相比，硬碳和软碳的电极每体积的容量低，电压也比石墨低(成为高电位)。因此，存在锂离子电容器的能量密度降低等问题。
[0009]在重视低温特性的情况下，难以将高容量的石墨用于负极的锂离子电容器难以进一步提高高能量密度。而且，在锂离子电容器中，由于与锂离子二次电池的负极同样地在集
电体中使用铜箔，所以在进行2V以下的过放电的情况下，存在铜熔化并引起短路、或充放电容量低等的问题。因此，与能够放电到0V的双电层电容器相比，锂离子电容器存在能够使用电压范围受到限制等问题。
[0010]作为新概念的电容器，开发了一种电容器，该电容器使用石墨而不是活性炭作为正极活性物质并利用在石墨层间插入和解离电解质离子的反应(例如，参照专利文献2)。在专利文献2中，记载了：相对于在正极活性物质中使用活性炭的传统的双电层电容器在正极上施加超过2.5V的电压就会产生电解液的分解而产生气体的情况，在正极活性物质中使用了石墨的新概念的电容器中，即使是3.5V的充电电压也不会导致电解液的分解，相比于在正极活性物质中使用了活性炭的传统的双电层电容器，可以在更高的电压下工作。一旦使用这种技术话，与传统的双电层电容器相比，能量密度可以提高2倍至3倍左右。在循环特性、低温特性和输出特性方面，也与传统的双电层电容器持平或更高。石墨的比表面积是活性炭的比表面积的数百分之一，电解液分解作用的差异源于如此大的比表面积的差异。
[0011]在将石墨用于正极活性物质的新概念电容器中，由于耐久性不充分，所以阻碍了实用化，但根据将覆盖有非晶碳被膜的铝材用于集电体的技术(参照专利文献3)，可以知晓能够将高温耐久性能提高到实用化水平。另外，该新概念的电容器是利用了在石墨层间插入和解离电解质离子的反应的电容器，严格来说不是双电层电容器，但在专利文献3中，广义上称为双电层电容器。
[0012]其中，耐久性的试验通常通过提高温度通过加速试验(高温耐久性试验、充放电循环试验)进行。该试验可以以JIS D 1401：2009所记载的“耐久性(高温连续额定电压施加)试验”为基准进行。据信，温度从室温上升10℃的话，损耗速度会变成约2倍。作为高温耐久性试验，例如，存在在60℃的恒温槽中保持规定的电压(在本专利技术中为3V以上)(连续充电)2000小时，然后返回室温进行充放电，测量此时的放电容量的试验。在该高温耐久性试验后，相对于初始放电容量，放电容量保持率最好满足在80％以上。
[0013][现有技术文献][0014][专利文献][0015]专利文献1：日本特开2011
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04584号公报
[0016]专利文献2：日本特开2010
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040180号公报
[0017]专利文献3：专利第6167243号公报
[0018]专利文献4：日本特开2015
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232171号公报

技术实现思路

[0019]技术问题
[0020]在专利文献3的新概念的电容器中，作为集电体的铝覆盖有非晶碳被膜。作为非晶碳被膜的类金刚石碳(DLC)膜中含有以石墨为主体的sp2结构和以钻石为主体的sp3结构，由于sp2结构的含量比率sp2/(sp2+sp3)为35％至55％，形成为硬膜。因此，在使用该电容器的情况下，在为了提高电极密度而进行滚筒按压等压密加工时，存在损伤、从铝材上剥落、在露出的部分开始铝的溶解反应，从而耐久性降低的隐患。要求该电容器在防止这样的耐久性降低的同时，通过降低集电体和电极活性物质层的界面电阻，进一步提高电容器的输入输出特性。
[0021]本专利技术是鉴于上述情况而完成的，其目的是为了抑制由于集电体溶解而导致的耐久性降低，并且提供具有优秀输入输出特性的混合电容器。
[0022]技术方案
[0023]为了解决上述问题，本专利技术采用以下方案。
[0024](1)根据本专利技术的一个方面的混合电容器，正极包括作为正极活性物质的石墨，上述正极侧的集电体是铝材，上述铝材覆盖有sp2结构含量比率sp2/(sp2+sp3)为80％以上的碳镀膜。
[0025](2)在上述(1)所述的混合电容器中，优选地，上述碳镀膜的厚度为100nm以上且5000nm以下。
[0026](3)在上述(1)或(2)中任意一项所述的混合电容器中，负极侧的集电体优选为选自由覆盖有碳镀膜的铝材、在非晶碳被膜和负极活性物质之间形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种混合电容器，其特征在于，正极包括作为正极活性物质的石墨，正极侧的集电体是铝材，所述铝材通过覆盖有sp2结构的含量比率sp2/(sp2+sp3)为80％以上的碳镀膜。2.根据权利要求1所述的混合电容器，其中，所述碳镀膜的厚度为100nm以上且5000nm以下。3.根据权利要求1或任一项所述的混合电容器，其中，负极侧的集电体选自由覆盖有碳镀膜的铝材、在非晶碳被膜和负极活性物质之间形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：小林直哉，芳尾真幸，
申请(专利权)人：芳尾真幸，
类型：发明
国别省市：