[發明專利]電化學元件用活性炭、以及使用其的電化學元件

有效

• 申請號: 200980123703.0
• 申請日: 2009-06-19
• 公開（公告）號: CN102067256A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 前島宏行;山田千穗;島本秀樹
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: H01G9/058
• 分類號: H01G9/058;C01B31/08;H01G9/038;H01M4/58;H01M10/36
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 汪惠民

技術領域

本發明涉及在各種電子設備、電氣設備等中使用的電化學元件用的活性炭、以及使用其的電化學元件。

背景技術

電化學元件具有電解液、正極、負極。正極與負極中的至少一方含有活性炭等多孔碳材料。電解液中的陽離子或陰離子在該多孔碳材料的表面吸附、脫吸附。在該作用下，電化學元件蓄積(充電)、供給(放電)能量。

作為上述電化學元件，有電偶極子層電容器。電偶極子層電容器使用在非質子性有機溶劑中溶解了四乙基銨鹽等的電解液。通過電解液中的陽離子或陰離子在多孔碳材料的表面進行吸附、脫吸附，從而使電偶極子層電容器能夠反復進行充放電。

另外，作為其它的電化學元件，有鋰離子電容器。鋰離子電容器的正極含有活性炭等多孔碳材料，負極含有石墨等石墨系材料。上述正極和負極浸漬于在非質子性有機溶劑中溶解了鋰鹽的電解液中。進而，電解液中的鋰離子或陰離子在正極的多孔碳材料的表面吸附、脫吸附，另一方面，鋰離子在負極的石墨等處吸留、脫離。在這樣的作用下，鋰離子電容器能夠反復進行充放電。

此外，還有組合了各種電解液、各種正極和負極材料的能夠反復進行充放電的二次電池或其它的電化學元件。這些電化學元件可被用作各種電子設備、電/混合/燃料電池汽車等汽車、其它產業設備等的電源裝置。電化學元件謀求能量密度(每單位重量或每單位體積能夠蓄積的能量)的增大和功率密度(每單位重量或每單位體積的輸出)的增大。

為了使電化學元件實現高能量密度化，有增大每單位體積的靜電容量的方法。因此，提出有幾種多孔碳材料。

在專利文獻1中，提出了通過使利用氮吸附法得到的細孔徑在特定的范圍含有的細孔容積的總量在固定值以上，能夠得到預期的靜電容量的多孔碳材料。

在專利文獻2中，提出了通過使細孔徑在特定的范圍含有的細孔容積的總量在固定值以上，且使總細孔容積的重量密度在一定范圍內，能夠實現靜電容量的提高的活性炭。

但是，還不能說利用現有技術充分地提高了電化學元件的能量密度和功率密度，尚有改善的余地。特別是，在-30℃左右的低溫下實現性能的改善還是問題。因此，為了減小活性炭等多孔性碳材料的直流電阻，需要更進一步的努力。

【現有技術文獻】

【專利文獻】

【專利文獻1】日本特開2007-320842號公報

【專利文獻2】日本特開2006-286923號公報

發明內容

本發明是用于減小至少具有活性炭和電解液的電化學元件的直流電阻的、滿足以下條件的活性炭和使用其的電化學元件。

將電解液中含有的陽離子和陰離子及溶劑的范德華分子直徑分別設定為Lc和La及Ls。將陽離子和陰離子及溶劑的范德華分子的最小寬度分別設定為Lmin、c和Lmin、a及Lmin、s。將Lc，La，Ls，Lmin、c，Lmin、a，Lmin、s的最大值設定為W1。將(Lc+La)、(Lc+Ls)、(La+Ls)、(Lmin、c+Lmin、a)、(Lmin、c+Lmin、s)、(Lmin、a+Lmin、s)的最小值設定為W2。此時，活性炭的由MP法得到的縫隙寬度在W1以上且W2以下的細孔容積的總和，是縫隙寬度在2.0nm以下的細孔容積的總和的15％以上。使用具有滿足上述條件的細孔分布的活性炭的電化學元件，能夠減小直流電阻、特別是低溫下的直流電阻。

附圖說明

圖1是本發明的實施方式的電偶極子層電容器的局部切下立體圖。

圖2A是圖1所示的電偶極子層電容器的可極化電極的剖視圖。

圖2B是圖1所示的電偶極子層電容器的可極化電極的剖視圖。

圖3是通過分子動力學模擬求得的離子傳導率的指標與縫隙細孔寬度之間的關系圖。

圖4A是石墨烯的說明圖。

圖4B是石墨烯層狀結晶的說明圖。

圖5是電阻指數與活性炭的細孔容積分布之間的關系圖。

圖6是容量指數與活性炭的細孔容積分布之間的關系圖。

具體實施方式

圖1是表示本發明的實施方式的電偶極子層電容器的構成的局部切下立體圖。該電偶極子層電容器具有殼體8、收容于殼體8的電容器元件1、與電容器元件1連接的陽極導線2及陰極導線4。

電容器元件1具有第一可極化電極(以下稱為電極)3、第二可極化電極(以下稱為電極)5和隔離件6。電極3與陽極導線2連接。電極5與陰極導線4連接。隔離件6配置于電極3與電極5之間。隔離件6由絕緣性多孔部件構成，防止電極3與電極5之間的短路。電極3、5以隔著隔離件6而對置的狀態卷繞并收容于殼體8中。