電化學電容器用電極材料、電極涂布液、電極及電化學電容器制造技術

本發明專利技術的目的在于，提供一種作為電化學電容器具有高的表面利用效率，由此可有助于電化學電容器顯示進一步的高靜電電容化、高速率特性的多孔質碳材料。本發明專利技術的電化學電容器用電極材料由具有碳骨架和空隙分別形成連續結構的結構周期為0.002μm～20μm的共連續結構部分的多孔質碳材料構成。

Electrode material for electrochemical capacitor, electrode coating liquid for electrochemical capacitor, electrode for electrochemical capacitor and electrochemical capacitor

The aim of the invention is to provide a surface as the electrochemical capacitor has high utilization efficiency of the porous carbon materials which can contribute to the electrochemical capacitor shows high capacitance and high rate characteristics of further. The electrode material of the electrochemical capacitor of the invention is composed of a porous carbon material with a continuous structure with a carbon skeleton and a gap to form a continuous structural part of a period of 0.002 m to 20 mu m.

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及電化學電容器用電極材料、電化學電容器用電極涂布液、電化學電容器用電極及電化學電容器。
技術介紹
近年來，強烈倡導廢氣所造成的大氣污染的對策、促進化石燃料替代能源的利用、二氧化碳所造成的全球暖化的對策的必要性。正在進行電動汽車或混合動力汽車等的技術開發。另外，電子設備、特別是智能手機等革新性終端設備的市場正驚人地發展。與這些技術革新相關聯，以驅動助力或能源的回收、有效利用為目的，正在開發電化學電容器作為新的蓄電裝置。電化學電容器是以遠大于二次電池的高速充放電特性和高循環特性為特征的蓄電裝置。作為電化學電容器，大致分類而存在電雙層電容器和鋰離子電容器這兩種類型。在電雙層電容器中，通常使用包含活性碳的電極作為正極及負極。通過電解質離子在活性碳中的物理性吸附和脫附來進行充放電。此時，因為并不伴隨化學反應，所以難以引起劣化，電雙層電容器的特征是循環特性優異。另一方面，在鋰離子電容器中，通常使用與電雙層電容器同樣的包含活性碳的電極作為正極，使用與鋰離子電池的負極同樣的鋰吸藏碳材料作為負極。通過正極吸附脫附電解質離子，在負極吸藏放出鋰離子，來進行充放電。目前，作為電化學電容器用電極材料使用的粒子狀或粉末狀的活性碳在電極中容易發生凝聚，與電解液的接觸面積被限制，因此，電化學電容器的高靜電電容化變得困難。另外，由于活性碳的凝聚，從而電解液的流動阻力變大，因此，成為電化學電容器的高速充放電特性的進一步提高的阻礙。即使在活性碳的表面形成有很多的細孔從而具有高的比表面積的情況下，由于該細孔并不連通，因此也存在不能活用凝聚內部的表面等的課題。因此，強烈期望開發具有連通孔、可高效地活用表面的多孔質碳材料。例如，在專利文獻1中公開了包含具備含有細孔和構成該細孔的外廓的碳質壁為三維網狀結構的多孔質碳材料的電極的電容器。現有技術文獻專利文獻專利文獻1：日本專利特開2014-36113號公報
技術實現思路
專利技術所要解決的課題但是，對于專利文獻1所記載的電極中所含的多孔質碳材料，空隙的配置由分散的鑄模粒子的位置決定。因此，多孔質碳材料的多孔結構的均勻性并不充分，多孔質碳材料表面的利用效率并不高。本專利技術的課題在于，提供一種通過使多孔結構的均勻性充分而具有高的表面利用效率，可有助于進一步顯示電化學電容器的高靜電電容化及高速率特性的電化學電容器用電極材料。用于解決課題的技術方案本專利技術提供一種電化學電容器用電極材料，是由多孔質碳材料構成的，所述多孔質碳材料具有碳骨架和空隙分別形成連續結構的結構周期為0.002μm～20μm的共連續結構部分。專利技術效果本專利技術的多孔質碳材料由于具有由碳骨架及空隙形成的共連續結構部分，且具有高的結構均勻性，從而可以實現作為電化學電容器用電極材料顯示高靜電電容化、高速率特性。附圖說明圖1是實施例1的電化學電容器用電極材料的掃描型電子顯微鏡照片。具體實施方式＜多孔質碳材料＞[共連續結構部分]本專利技術的電化學電容器用電極材料(以下有時簡稱為“電極材料”)由多孔質碳材料構成。作為本專利技術的電化學電容器用電極材料使用的多孔質碳材料，以下為便于說明而有時稱為“本專利技術的多孔質碳材料”。另外，本專利技術的多孔質碳材料有時以與本專利技術的電化學電容器用電極材料相同的含義使用。本專利技術的多孔質碳材料具有碳骨架和空隙分別形成連續結構的共連續結構部分。具體而言，例如，在利用掃描式電子顯微鏡(SEM)等對用鑷子等將在液氮中充分冷卻的試樣切斷而得的截面、或通過研缽等進行粉碎而獲得的粒子狀試樣的表面進行表面觀察時，如圖1的實施例1的多孔質碳材料的掃描式電子顯微鏡照片所例示的那樣，具有觀察到碳骨架和作為該骨架以外的部分形成的空隙分別連續并相互交織的結構的部分。使用了本專利技術的多孔質碳材料的電極材料，在用于電化學電容器時，使電解液高效地滲入至共連續結構部分的空隙，電解液和電極材料的接觸面積變得非常大，可以有助于電化學電容器的高靜電電容化。另外，電解質離子可以在共連續結構部分的空隙部分高效地移動，因此，也可以進行電化學電容器的高速充放電。另外，由于碳骨架連續，從而電極材料的導電性變高，因此，可以使電化學電容器的內部電阻降低。而且，通過碳部分相互支撐結構物的效果，可以形成例如在制造工序或使用時對拉伸、壓縮等變形也具有大的耐受性的材料。另外，即使在電池的制作時為了降低電極的接觸電阻而進行電極的壓制，也會殘留共連續結構部分，因此，電解液仍然可高效地滲入。作為這些共連續結構，可舉出格子狀形態或單塊體(Monolith)狀形態，沒有特別限定。在可發揮上述效果這一點上，優選為單塊體狀形態。單塊體狀形態是指，在共連續結構中碳骨架形成三維網狀結構的形態，其與諸如個別粒子凝聚、連結而成的結構、或相反地通過將凝聚、連結的鑄模粒子除去而產生的空隙和其周圍的骨架所形成的結構之類的形成不規則結構的形態有區別。另外，本專利技術的多孔質碳材料中的共連續結構部分具有周期結構。在本專利技術中，具有周期結構可通過對多孔質碳材料照射X射線，散射強度分布曲線具有波峰值來確認。而且，本專利技術的多孔質碳材料的結構周期為0.002μm～20μm。結構周期可通過對本專利技術的電化學電容器用電極材料照射X射線，根據散射強度分布曲線具有波峰值的位置的散射角度θ而由下述式算出。結構周期：L，λ：入射X射線的波長其中，存在結構周期大而觀測不到小角下的散射的情況。該情況下，通過X射線計算機斷層拍攝(X射線CT)來獲得結構周期。具體而言，將通過X射線CT拍攝的三維影像進行傅立葉變換后，取其二維譜的圓環平均，獲得一維譜。求出與該一維譜中的波峰的位置對應的特性波長，由其倒數算出結構周期。如果共連續結構部分的結構周期為0.002μm以上，則電解液容易侵入至空隙部，也可以降低流動阻力。另外，可以通過碳骨架而提高導電性。結構周期優選為0.01μm以上，更優選為0.1μm以上。另外，若結構周期為20μm以下，則可以獲得高的表面積及物性。結構周期優選為10μm以下，更優選為1μm以下。進而，由于具有均勻的連續結構，從而可以降低電解液的流動阻力，可以形成在多孔質碳材料制造工序、電極制作工序、器件組裝工序等與制造相關的所有工序中對于拉伸、壓縮等的變形具有大的耐受性的材料。本專利技術的多孔質碳材料的連續結構的均勻性可以通過對本專利技術的多孔質碳材料照射X射線時的散射強度的波峰的半值寬決定。本專利技術的多孔質碳材料的X射線散射波峰的半值寬優選5°以下，更優選為3°以下，特別優選為1°以下。此外，本專利技術中的波峰的半值寬是指，將波峰的頂點設為點A，從點A畫出與圖表縱軸平行的直線，并將該直線與光譜的基線的交點設為點B，此時連結點A和點B的線段的中點(點C)處的波峰的寬度。此外，此處所說的波峰的寬度是指與基線平行、且穿過點C的直線上的寬度。此外，在利用X射線進行的結構周期的分析時，關于后述的不具有共連續結構的部分，由于結構周期在上述范圍外，因此對分析沒有影響。以通過上述式算出的結構周期作為共連續結構形成部的結構周期。結構周期越小，結構越細微，每單位體積或單位重量的表面積越大，與電解液的接觸效率變高，特別是可以有助于高靜電電容化。另外，結構周期越大，電解液的流動阻力越低，可高效地進行電解質離子的出入，可以有助于顯示高速率特性。因此，共連續結構部分的結構周期可根據電化本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電化學電容器用電極材料，是由多孔質碳材料構成的，所述多孔質碳材料具有碳骨架和空隙分別形成連續結構的結構周期為0.002μm～20μm的共連續結構部分。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.09.17 JP 2014-1887291.一種電化學電容器用電極材料，是由多孔質碳材料構成的，所述多孔質碳材料具有碳骨架和空隙分別形成連續結構的結構周期為0.002μm～20μm的共連續結構部分。2.根據權利要求1所述的電化學電容器用電極材料，其中，照射X射線而獲得的散射強度的波峰的半值寬為5°以下。3.根據權利要求1或2所述的電化學電容器用電極材料，其中，所述多孔質碳材料的碳骨架源自聚丙烯腈。4.根據權利要求1～3中任一項所述的電化學電容器用電極材料，形態為粒子狀。5.根據權利要求1～3中任一項所述的電化學電容器用電極材料，形態為纖維狀。6.根據權利要求1～5中任一項所述的電化學電容器用電極材料，其中，所述共連續結構部分的平均空隙率為10％～80％。7.根據權利要求1～6中任一項所述的電化學電容器用電極材料，其中，在表面具有平均直徑為0.01nm～10nm的細孔。8...

【專利技術屬性】
技術研發人員：田中健太郎，竹內康作，三原崇晃，堀口智之，
申請(專利權)人：東麗株式會社，
類型：發明
國別省市：日本;JP