专利名称：电化学元件用活性炭、以及使用其的电化学元件的制作方法
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°C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Lmiruc和Lmirua及 Lmirus0 将 Lc, La，Ls, Lmin、c，Lmin、a，Lmin、s 的最大值设定为 Wl0 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Wl以上且W2以下的细孔容积的总和，是缝隙宽度 在2. Onm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。
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。
具体实施例方式图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。橡胶制的封口部件7具有使阳极导线2和阴极导线4分别穿过的孔，并嵌入壳体8 的上端部。壳体8为金属制的，且呈具有底和开口部的圆筒形状。壳体8的开口部被实施 拉深加工及卷曲加工，通过压缩封口部件7而密封壳体8的开口部。由此制作电偶极子层 电容器。图2A是电极3的剖视图。电极3具有由铝箔等金属箔构成的第一集电体(以下 称为集电体)3A和设置于集电体3A的表面103A上的第一可极化电极层(以下称为电极 层)3B。表面103A例如利用电解液进行蚀刻处理而被粗面化。电极层:3B主要由活性炭构 成。电极层:3B中浸含有电解液9。作为电解液9，可使用在碳酸亚丙酯等非质子性极性 溶剂中溶解了脒盐的溶液等。使用例如在以重量比为7比3混合了碳酸亚丙酯(PC)与碳 酸二甲酯(DMC)的溶剂中溶解了 1-乙基_2，3-二甲基咪唑鐺(EDMI+)和四氟硼酸盐(BF4_)的盐的、浓度为1M( = lmol/ml)的电解液。但电解液并不限于此。作为可在电解液中使用的电解质的阳离子，可使用下述化学式(1)所示的阳离子 中的一种或多种的组合。EDMI+是该种阳离子中的1种。含有上述阳离子的电解液例如如 日本特开2005-197666所述，具有耐电压高、难以引起电极表面的分解反应的性质。因此， 能够提高电化学元件的能量密度、或抑制经时的性能劣化，因而优选。
权利要求
1. 一种电化学元件用活性炭，其是在至少具有活性炭和电解液的电化学元件中使用的 活性炭，当将所述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、La 及Ls，将所述阳离子和所述阴离子及所述溶剂的范德华分子的最小宽度分别设定为Lmiruc，Lmin> a 及 Lmin> s,将 Lc, La, Ls, Lmiη> c, Lmin> a, Lmin> s 的最大值设定为 Wl,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时，所述活性炭的由MP法得到的缝隙宽度在所述Wl以上且所述W2以下的细孔容积的总 和是缝隙宽度在2. Onm以下的细孔容积的总和的15%以上。
2.根据权利要求1所述的电化学元件用活性炭，其中，所述活性炭的由MP法得到的缝隙宽度在所述W2以下的细孔容积的总和是0. 9ml/g以上。
3.根据权利要求2所述的电化学元件用活性炭，其中， 所述W2是1. Inm0
4.根据权利要求1所述的电化学元件用活性炭，其中， 所述Wl是1. Onm,所述W2是1. lnm。
5.根据权利要求1所述的电化学元件用活性炭，其中， 所述电解液至少含有一种以上的化学式(1)所示的阳离子，S*，R1、R2、R3、R4、R5分别独立地为氢原子或碳原子数1 10的烷基，Rl R5中可 存在相同的基团，另外，可在Rl R5中含有的碳原子之间具有结合键而形成环状结构。
6.根据权利要求1所述的电化学元件用活性炭，其中，所述电解液含有四氟硼酸盐、六氟磷酸盐中的至少任一种作为阴离子。
7.根据权利要求1所述的电化学元件用活性炭，其中，所述电解液含有1-乙基-2，3-二甲基咪唑鐺作为阳离子，含有四氟硼酸盐作为阴离 子，至少含有碳酸亚丙酯作为溶剂。
8.一种电化学元件，其具有 正极；负极；介于所述正极与所述负极之间的电解液、 收容所述正极、所述负极及所述电解液的壳体，其中，所述正极和所述负极的至少一方具有权利要求1所述的电化学元件用活性炭。
9.根据权利要求8所述的电化学元件，其中，R5 R4所述活性炭的由MP法得到的缝隙宽度在所述W2以下的细孔容积的总和是0. 9ml/g以上。
10.根据权利要求9所述的电化学元件，其中， 所述W2是1. Inm0
11.根据权利要求8所述的电化学元件，其中， 所述Wl是1. Onm,所述W2是1. lnm。
12.根据权利要求8所述的电化学元件，其中，所述电解液至少含有一种以上的化学式(1)所示的阳离子，
13.根据权利要求8所述的电化学元件，其中，所述电解液含有四氟硼酸盐、六氟磷酸盐中的至少任一种作为阴离子。
14.根据权利要求8所述的电化学元件，其中，所述电解液含有1-乙基-2，3-二甲基咪唑鐺作为阳离子，含有四氟硼酸盐作为阴离 子，至少含有碳酸亚丙酯作为溶剂。
全文摘要
在本发明中，当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、La和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，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时，所述活性炭的由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。使用了具有满足所述条件的细孔分布的活性炭的电化学元件可减小直流电阻、特别是低温下的直流电阻。
文档编号H01M4/587GK102067256SQ20098012370
公开日2011年5月18日 申请日期2009年6月19日 优先权日2008年6月24日
发明者前岛宏行, 山田千穗, 岛本秀树 申请人:松下电器产业株式会社