JP2008130999A - Electrochemical element and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多層構造を有する電極が集電体上に設けられた電気化学素子及び電気化学素子の製造方法に関する。 The present invention relates to an electrochemical element in which an electrode having a multilayer structure is provided on a current collector, and a method for producing the electrochemical element.
従来、携帯機器や車載電気機器において、二次電池よりも急速に充電や放電を行うことが可能な電気二重層キャパシタやハイブリッドキャパシタなどの蓄電デバイスを用いることが検討されている。一方で、このような蓄電デバイスの容量は、二次電池の容量よりも小さいため、蓄電デバイスの高容量化が要求されている。 Conventionally, in portable devices and in-vehicle electric devices, it has been studied to use power storage devices such as electric double layer capacitors and hybrid capacitors that can be charged and discharged more rapidly than secondary batteries. On the other hand, since the capacity | capacitance of such an electrical storage device is smaller than the capacity | capacitance of a secondary battery, the high capacity | capacitance of an electrical storage device is requested | required.
ここで、蓄電デバイスの高容量化を図るために、集電体、活性炭電極、電解液及びセパレータを含む電極ユニットを積層させる方法や電極ユニットを捲き回す方法などが考えられる。但し、これらの方法では、活性炭電極の単位体積あたりの容量や単位重量あたりの容量の向上しない。 Here, in order to increase the capacity of the electricity storage device, a method of laminating an electrode unit including a current collector, an activated carbon electrode, an electrolytic solution, and a separator, a method of rolling the electrode unit, and the like can be considered. However, these methods do not improve the capacity per unit volume or the unit weight of the activated carbon electrode.
また、活性炭電極に含まれる活性炭の量を増加させるために、活性炭や導電材(例えば、カーボンブラック)の塗布及び乾燥を繰り返すことによって、活性炭電極を多層構造化する方法が考えられる。 In order to increase the amount of activated carbon contained in the activated carbon electrode, a method of forming a multilayer structure of the activated carbon electrode by repeatedly applying and drying activated carbon or a conductive material (for example, carbon black) can be considered.
例えば、二次電池の電極として、活性炭電極を多層化して、各活性炭電極層の平均空隙率を変えることによって、充電時間の短縮を図る技術が提案されている(例えば、特許文献1)。また、活性炭電極層間に導電体層を挟み込むことによって、電解液の含浸性の向上を図る技術も提案されている(例えば、特許文献2)。 For example, as a secondary battery electrode, there has been proposed a technique for reducing the charging time by multilayering activated carbon electrodes and changing the average porosity of each activated carbon electrode layer (for example, Patent Document 1). In addition, a technique for improving the impregnation property of the electrolytic solution by sandwiching a conductor layer between activated carbon electrode layers has been proposed (for example, Patent Document 2).
活性炭電極に含まれる活性炭の量を増加させるために、多層化等によって活性炭電極の厚みを増大させると、活性炭電極の電気抵抗が増大する。従って、単に厚みが増大した活性炭電極は、高出力が必要な用途に適さない。 In order to increase the amount of activated carbon contained in the activated carbon electrode, increasing the thickness of the activated carbon electrode by multilayering or the like increases the electrical resistance of the activated carbon electrode. Therefore, the activated carbon electrode with increased thickness is not suitable for applications that require high output.
一方で、活性炭電極の電気抵抗を低減するために、活性炭電極に含まれる導電材の含有比率を増大させると、活性炭電極に含まれる活性炭の含有比率が減少する。結果として、活性炭電極の高容量化を実現することができない。 On the other hand, when the content ratio of the conductive material included in the activated carbon electrode is increased in order to reduce the electric resistance of the activated carbon electrode, the content ratio of the activated carbon included in the activated carbon electrode is decreased. As a result, an increase in capacity of the activated carbon electrode cannot be realized.
なお、各活性炭電極層の平均空隙率を変えた活性炭電極は、活性炭電極の電気抵抗が空隙によって増大するため、高出力が必要な用途に適さない。また、活性炭電極層間に導電体層を挟み込んだ活性炭電極は、高容量化に寄与しない導電体が設けられるため、単位体積(単位重量)あたりの容量が低下してしまう。 In addition, the activated carbon electrode which changed the average porosity of each activated carbon electrode layer is not suitable for the use which requires high output, since the electrical resistance of an activated carbon electrode increases with a space | gap. Moreover, since the conductor which does not contribute to high capacity | capacitance is provided, the capacity | capacitance per unit volume (unit weight) will fall in the activated carbon electrode which pinched | interposed the conductor layer between the activated carbon electrode layers.
そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、単位体積(単位重量)あたりの容量の高容量化を図りながら、内部抵抗の低減を図ることを可能とする蓄電デバイス等の電気化学素子及び電気化学素子の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an electric storage device that can reduce internal resistance while increasing the capacity per unit volume (unit weight). It is an object of the present invention to provide an electrochemical element and a method for producing the electrochemical element.
本発明の第1の特徴は、集電体と、前記集電体上に設けられた第1活性炭電極層と、前記第1活性炭電極層上に設けられた第2活性炭電極層とを備えた電気化学素子において、前記第1活性炭電極層が、活性炭、導電材及び結着材によって構成され、前記第2活性炭電極層が、活性炭、導電材及び結着材によって構成され、前記第1活性炭電極層に含まれる導電材が、前記第2活性炭電極層に含まれる導電材と同じであり、前記第2活性炭電極層に含まれる導電材の含有比率Yが、前記第1活性炭電極層に含まれる導電材の含有比率Xよりも大きいことを要旨とする。 The first feature of the present invention includes a current collector, a first activated carbon electrode layer provided on the current collector, and a second activated carbon electrode layer provided on the first activated carbon electrode layer. In the electrochemical element, the first activated carbon electrode layer is composed of activated carbon, a conductive material and a binder, and the second activated carbon electrode layer is composed of activated carbon, a conductive material and a binder, and the first activated carbon electrode The conductive material included in the layer is the same as the conductive material included in the second activated carbon electrode layer, and the content ratio Y of the conductive material included in the second activated carbon electrode layer is included in the first activated carbon electrode layer. The gist is that it is larger than the content ratio X of the conductive material.
ここで、第2活性炭電極層と集電体との距離は、第1活性炭電極層と集電体との距離よりも離れている。従って、第2活性炭電極層と集電体との間の電気抵抗は、第1活性炭電極層と集電体との間の電気抵抗よりも大きいことが一般的である。 Here, the distance between the second activated carbon electrode layer and the current collector is longer than the distance between the first activated carbon electrode layer and the current collector. Therefore, the electrical resistance between the second activated carbon electrode layer and the current collector is generally larger than the electrical resistance between the first activated carbon electrode layer and the current collector.
上述した特徴によれば、第2活性炭電極層に含まれる導電材の含有比率Yが、第1活性炭電極層に含まれる導電材の含有比率Xよりも大きいため、活性炭電極の厚みを増大した場合であっても、活性炭電極の電気抵抗の増大を抑制することができる。一方で、活性炭電極が多層構造を有するため、活性炭電極の厚みを増大して、単位体積(単位重量)あたりの容量の高容量化を図ることができる。 According to the above-described feature, when the content ratio Y of the conductive material contained in the second activated carbon electrode layer is larger than the content ratio X of the conductive material contained in the first activated carbon electrode layer, the thickness of the activated carbon electrode is increased. Even so, an increase in the electrical resistance of the activated carbon electrode can be suppressed. On the other hand, since the activated carbon electrode has a multilayer structure, it is possible to increase the thickness of the activated carbon electrode and increase the capacity per unit volume (unit weight).
本発明の第2の特徴は、上述した第1の特徴において、前記第1活性炭電極層に含まれる結着材の溶媒に溶ける性質が、前記第2活性炭電極層に含まれる結着材の溶媒に溶ける性質と異なることを要旨とする。 The second feature of the present invention is that, in the first feature described above, the property of being soluble in the solvent of the binder contained in the first activated carbon electrode layer is that the solvent of the binder contained in the second activated carbon electrode layer. The gist is that it is different from the property of being soluble in water.
本発明の第3の特徴は、上述した第1の特徴又は第2の特徴において、前記第1活性炭電極層及び前記第2活性炭電極層に含まれる導電材が、カーボンブラックであり、前記含有比率Xと前記含有比率Yとが、X≧1、3≦Y≦30及びY≧X+1の関係を全て満たすことを要旨とする。 According to a third feature of the present invention, in the first feature or the second feature described above, the conductive material contained in the first activated carbon electrode layer and the second activated carbon electrode layer is carbon black, and the content ratio is The gist is that X and the content ratio Y satisfy all the relationships of X ≧ 1, 3 ≦ Y ≦ 30 and Y ≧ X + 1.
本発明の第4の特徴は、活性炭、導電材及び結着材を含むスラリーを集電体上に塗布して第1活性炭電極層を形成するステップと、活性炭、導電材及び結着材を含むスラリーを前記第1活性炭電極層上に塗布して第2活性炭電極層を形成するステップとを含み、前記第2活性炭電極層を形成するステップで用いられるスラリーに含まれる導電材の含有比率が、前記第1活性炭電極層を形成するステップで用いられるスラリーに含まれる導電材の含有比率よりも大きいことを要旨とする。 A fourth feature of the present invention includes a step of applying a slurry containing activated carbon, a conductive material and a binder on a current collector to form a first activated carbon electrode layer, and includes activated carbon, a conductive material and a binder. Coating the slurry on the first activated carbon electrode layer to form a second activated carbon electrode layer, and the content ratio of the conductive material contained in the slurry used in the step of forming the second activated carbon electrode layer is: The gist is that it is larger than the content ratio of the conductive material contained in the slurry used in the step of forming the first activated carbon electrode layer.
本発明の第5の特徴は、上述した第4の特徴において、前記第1活性炭電極層及び前記第2活性炭電極層のうち、一方の電極層を形成するステップで用いられる溶媒が、前記第1活性炭電極層及び前記第2活性炭電極層のうち、他方の電極層を形成するステップで用いられる溶媒と異なることを要旨とする。 A fifth feature of the present invention is that, in the fourth feature described above, the solvent used in the step of forming one of the first activated carbon electrode layer and the second activated carbon electrode layer is the first feature. The gist is that it is different from the solvent used in the step of forming the other electrode layer of the activated carbon electrode layer and the second activated carbon electrode layer.
本発明の第6の特徴は、上述した第5の特徴において、前記一方の電極層を形成するステップで用いられる溶媒が、水系溶媒であり、前記他方の電極層を形成するステップで用いられる溶媒が、有機系溶媒であることを要旨とする。 A sixth feature of the present invention is that, in the fifth feature described above, the solvent used in the step of forming the one electrode layer is an aqueous solvent, and the solvent used in the step of forming the other electrode layer. Is an organic solvent.
本発明の第7の特徴は、上述した第6の特徴において、前記一方の電極層を形成するステップで用いられる結着材が、スチレンブタジエンゴムであり、前記他方の電極層を形成するステップで用いられる結着材が、ポリフッ化ビニリデンであることを要旨とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect described above, the binder used in the step of forming the one electrode layer is styrene butadiene rubber, and the step of forming the other electrode layer. The gist is that the binder used is polyvinylidene fluoride.
本発明によれば、単位体積(単位重量)あたりの容量の高容量化を図りながら、内部抵抗の低減を図ることを可能とする電気化学素子及び電気化学素子の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the electrochemical element and electrochemical element which can aim at reduction of internal resistance can be provided, aiming at high capacity | capacitance per unit volume (unit weight). .
以下において、本発明の実施形態に係る蓄電デバイスについて、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。 Hereinafter, an electricity storage device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals.
ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 However, it should be noted that the drawings are schematic and ratios of dimensions are different from actual ones. Therefore, specific dimensions and the like should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
[第1実施形態]
(蓄電デバイスの構成)
以下において、第1実施形態に係る蓄電デバイスの構成について、図面を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態に係る電気二重層キャパシタ100の構成を示す図である。
[First Embodiment]
(Configuration of electricity storage device)
Hereinafter, the configuration of the electricity storage device according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an electric
図1に示すように、電気二重層キャパシタ100は、正極端子10と、集電体11と、活性炭電極12と、負極端子20と、集電体21と、活性炭電極22と、電解液110とを有する。
As shown in FIG. 1, the electric
正極端子10は、正の電荷を集電体11に帯電させる電極である。集電体11は、アルミニウム箔などの金属によって構成される。
The
活性炭電極12は、活性炭及び導電材を含む複数の層によって構成された多層構造を有する。活性炭電極12は、集電体11上に設けられる。活性炭電極12は、陰イオンを引き寄せて、活性炭電極12中の陽電荷と陰イオンとによって電気二重層を形成する。
The activated
負極端子20は、負の電荷を集電体21に帯電させる電極である。集電体21は、アルミニウム箔などの金属によって構成される。
The
活性炭電極22は、活性炭及び導電材を含む複数の層によって構成された多層構造を有する。活性炭電極22は、集電体21上に設けられる。活性炭電極22は、陽イオンを引き寄せて、活性炭電極22中の陰電荷と陽イオンとによって電気二重層が形成される。
The activated
電解液110は、水系電解液又は有機系電解液(例えば、プロピレンカーボネート)である。
The
(電気化学素子の構成)
以下において、第1実施形態に係る電気化学素子の構成について、図面を参照しながら説明する。図2は、第1実施形態に係る電気化学素子の構成を示す図である。ここで、活性炭電極12及び活性炭電極22は同様の構成を有するため、図2では、活性炭電極12を例に挙げて説明することに留意すべきである。
(Configuration of electrochemical element)
Below, the structure of the electrochemical element which concerns on 1st Embodiment is demonstrated, referring drawings. FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the electrochemical device according to the first embodiment. Here, since the activated
図2に示すように、電気化学素子は、厚みa(例えば、300μm)を有する集電体11と、厚みb(例えば、150μm)を有する第1活性炭電極層12Aと、厚みb(例えば、150μm)を有する第2活性炭電極層12Bとを備える。第1活性炭電極層12A及び第2活性炭電極層12Bは活性炭電極12を構成する。
As shown in FIG. 2, the electrochemical device includes a
第1活性炭電極層12Aは、集電体11上に設けられており、導電材、活性炭及び結着材などによって構成される。導電材は、活性炭よりも導電性が高い材料であり、例えば、カーボンブラック、金属の粒子等)である。結着材は、導電材及び活性炭を結着する材料であり、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等である。ここで、第1活性炭電極層12Aの形成に用いられる結着材は、有機系溶媒(例えば、N−メチルピロリドン等)に溶解又は分散して水系溶媒(例えば、水等)に溶解も分散もしない材料(例えば、ポリフッ化ビニリデン)である。
The first activated
第2活性炭電極層12Bは、第1活性炭電極層12A上に設けられており、導電材、活性炭及び結着材などによって構成される。導電材は、活性炭よりも導電性が高い材料であり、例えば、カーボンブラックである。結着材は、導電材及び活性炭を結着する材料である。ここで、第2活性炭電極層12Bの形成に用いられる結着材は、水系溶媒(例えば、水等)に溶解又は分散して有機系溶媒(例えば、N−メチルピロリドン等)に溶解も分散もしない材料(例えば、スチレンブタジエンゴム、ポリアニリンスルホン酸類、ポリアクリル酸類等)である。
The second activated
ここで、第2活性炭電極層12Bに含まれる導電材の含有比率Yは、第1活性炭電極層12Aに含まれる導電材の含有比率Xよりも大きい。すなわち、第1活性炭電極層12Aに含まれる活性炭の含有比率は、第2活性炭電極層12Bに含まれる活性炭の含有比率よりも大きい。また、含有比率Xと含有比率Yとは、X≧1、3≦Y≦30、Y≧X+1の関係を全て満たすことが好ましい。
Here, the content ratio Y of the conductive material contained in the second activated
(電気化学素子の製造方法)
以下において、第1実施形態に係る電気化学素子の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図3は、第1実施形態に係る電気化学素子の製造方法を示す図である。ここで、活性炭電極12及び活性炭電極22は同様の構成を有するため、図3では、活性炭電極12を例に挙げて説明することに留意すべきである。
(Method for producing electrochemical element)
Below, the manufacturing method of the electrochemical element which concerns on 1st Embodiment is demonstrated, referring drawings. FIG. 3 is a diagram showing a method for manufacturing an electrochemical device according to the first embodiment. Here, since the activated
図3に示すように、ステップ10において、アルミニウム箔などの金属によって構成される集電体11を準備する。
As shown in FIG. 3, in
ステップ20において、集電体11上に第1活性炭電極層12Aを形成する。具体的には、導電材(例えば、カーボンブラック)、活性炭及び結着材(例えば、ポリフッ化ビニリデン)が溶媒(例えば、有機系溶媒)に溶けたスラリーを集電体11上に塗布する。次に、図4に示すように、ブレード40をA方向に移動させることによって、集電体11上に塗布されたスラリーの厚みを均一な厚み(例えば、150μm)に揃える。次に、均一な厚みに揃えられたスラリーを乾燥させる。
In
ステップ30において、第1活性炭電極層12A上に第2活性炭電極層12Bを形成する。具体的には、導電材(例えば、カーボンブラック)、活性炭及び結着材(例えば、スチレンブタジエンゴム)が溶媒(例えば、水系溶媒)に溶けたスラリーを第1活性炭電極層12A上に塗布する。次に、ステップ20と同様に、第1活性炭電極層12A上に塗布されたスラリーの厚みを均一な厚み(例えば、150μm)に揃える。次に、均一な厚みに揃えられたスラリーを乾燥させる。
In step 30, the second activated
ここで、第2活性炭電極層12Bの形成(ステップ30)で用いられるスラリーに含まれる導電材の含有比率は、第1活性炭電極層12Aの形成(ステップ20)で用いられるスラリーに含まれる導電材の含有比率よりも大きい。すなわち、第1活性炭電極層12Aの形成(ステップ20)で用いられるスラリーに含まれる活性炭の含有比率は、第2活性炭電極層12Bの形成(ステップ30)で用いられるスラリーに含まれる活性炭の含有比率よりも大きい。
Here, the content ratio of the conductive material contained in the slurry used in the formation of the second activated
第1活性炭電極層12Aの形成(ステップ20)で用いられる溶媒は、第2活性炭電極層12Bの形成(ステップ30)で用いられる溶媒と異なる。
The solvent used in forming the first activated
(作用及び効果)
第1実施形態に係る活性炭電極12によれば、第2活性炭電極層12Bに含まれる導電材の含有比率Yが、第1活性炭電極層12Aに含まれる導電材の含有比率Xよりも大きいため、活性炭電極12の厚みを増大した場合であっても、活性炭電極12の電気抵抗の増大を抑制することができる。一方で、活性炭電極12が多層構造を有するため、活性炭電極12の厚みを増大して、単位体積(単位重量)あたりの容量の高容量化を図ることができる。
(Function and effect)
According to the activated
第1活性炭電極層12Aに含まれる結着材(例えば、ポリフッ化ビニリデン)は、第2活性炭電極層12Bに含まれる結着材(例えば、スチレンブタジエンゴム)が溶ける溶媒(例えば、水系溶媒)に溶けない性質を有する。すなわち、第1活性炭電極層12A上に第2活性炭電極層12Bを形成する際に、第2活性炭電極層12Bの形成に用いられる溶媒が第1活性炭電極層12Aに含まれる結着材を溶かさないため、第1活性炭電極層12Aの劣化を抑制することができる。
The binder (eg, polyvinylidene fluoride) contained in the first activated
第1実施形態に係る活性炭電極12によれば、第1活性炭電極層12Aの形成に用いる溶媒(例えば、有機系溶媒)と、第2活性炭電極層12Bの形成に用いる溶媒(例えば、水系溶媒)とが異なる。従って、第1活性炭電極層12A上に第2活性炭電極層12Bを形成する際に、第2活性炭電極層12Bの形成に用いられる溶媒が第1活性炭電極層12Aに含まれる結着材を溶かさないため、多層構造を有する活性炭電極12を容易に製造することができる。
According to the activated
[第2実施形態]
以下において、第2実施形態について図面を参照しながら説明する。以下においては、上述した第1実施形態と第2実施形態との相違点について主として説明する。
[Second Embodiment]
The second embodiment will be described below with reference to the drawings. In the following, differences between the first embodiment and the second embodiment described above will be mainly described.
具体的には、上述した第1実施形態では、活性炭電極12は2層構造であるが、第2実施形態では、活性炭電極12は3層構造である。
Specifically, in the first embodiment described above, the activated
(電気化学素子の構成)
以下において、第2実施形態に係る電気化学素子の構成について、図面を参照しながら説明する。図5は、第2実施形態に係る電気化学素子の構成を示す図である。なお、図5では、第1実施形態と同様の構成について同様の符号を付していることに留意すべきである。
(Configuration of electrochemical element)
Below, the structure of the electrochemical element which concerns on 2nd Embodiment is demonstrated, referring drawings. FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an electrochemical element according to the second embodiment. In FIG. 5, it should be noted that the same reference numerals are given to the same configurations as those in the first embodiment.
活性炭電極12は、第1活性炭電極層12A及び第2活性炭電極層12Bに加えて、第3活性炭電極層12Cを有する。なお、第3活性炭電極層12Cは、厚みd(例えば、150μm)を有する。
The activated
第3活性炭電極層12Cは、第2活性炭電極層12B上に設けられており、導電材、活性炭及び結着材などによって構成される。導電材は、活性炭よりも導電性が高い材料であり、例えば、カーボンブラックである。結着材は、導電材及び活性炭を結着する材料である。ここで、第1活性炭電極層12Aの形成に用いられる結着材は、有機系溶媒に溶けて水系溶媒に溶けない材料(例えば、ポリフッ化ビニリデン)である。
The third activated carbon electrode layer 12C is provided on the second activated
なお、第3活性炭電極層12Cに含まれる導電材の含有比率は、第1活性炭電極層12A及第2活性炭電極層12Bに含まれる導電材の含有比率よりも大きいことが好ましいが、そうでなくてもよいことは勿論である。
The content ratio of the conductive material contained in the third activated carbon electrode layer 12C is preferably larger than the content ratio of the conductive material contained in the first activated
ここで、活性炭電極層に含まれる結着材は、これに隣接する他の活性炭電極層に含まれる結着材を溶かすことが可能な溶媒に溶けない性質を有することに留意すべきである。すなわち、活性炭電極層の形成で用いられる溶媒は、これに隣接する他の活性炭電極層の形成で用いられる溶媒と異なる。 Here, it should be noted that the binder contained in the activated carbon electrode layer has a property of being insoluble in a solvent capable of dissolving the binder contained in another activated carbon electrode layer adjacent thereto. That is, the solvent used for forming the activated carbon electrode layer is different from the solvent used for forming the other activated carbon electrode layer adjacent thereto.
[第3実施形態]
以下において、第3実施形態について図面を参照しながら説明する。以下においては、上述した第1実施形態と第3実施形態との相違点について主として説明する。
[Third Embodiment]
Hereinafter, a third embodiment will be described with reference to the drawings. In the following, differences between the first embodiment and the third embodiment described above will be mainly described.
具体的には、上述した第1実施形態では、蓄電デバイスが電気二重層キャパシタであるが、第3実施形態では、蓄電デバイスがハイブリッドキャパシタである。 Specifically, in the first embodiment described above, the power storage device is an electric double layer capacitor, but in the third embodiment, the power storage device is a hybrid capacitor.
(蓄電デバイスの構成)
以下において、第3実施形態に係る蓄電デバイスについて、図面を参照しながら説明する。図6は、第3実施形態に係るハイブリッドキャパシタ200を示す図である。なお、図6では、第1実施形態と同様の構成について同様の符号を付していることに留意すべきである。
(Configuration of electricity storage device)
Hereinafter, an electricity storage device according to the third embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a diagram illustrating a
図6に示すように、ハイブリッドキャパシタ200は、負極端子20、集電体21及び活性炭電極22に代えて、負極端子120と、集電体121と、電池電極122とを有する。
As shown in FIG. 6, the
負極端子120は、負の電荷を集電体121に帯電させる電極である。集電体121は、アルミニウム箔などの金属によって構成される。電池電極122は、陽イオンを蓄電可能に構成された電極である。
The
このように、正電極又は負電極のいずれか一方に活性炭電極が用いられる蓄電デバイスであれば、本発明を適用可能であることに留意すべきである。 Thus, it should be noted that the present invention is applicable to any power storage device in which an activated carbon electrode is used for either the positive electrode or the negative electrode.
[実施例]
以下において、実施例と比較例との評価結果について、図面を参照しながら説明する。実施例及び比較例では、集電体上に設けられた第1活性炭電極層と、第1活性炭電極層上に設けられた第2活性炭電極層とを備えた活性炭電極を準備した。また、第1活性炭電極層に含まれるカーボンブラック(導電材)の含有比率及び第2活性炭電極層に含まれるカーボンブラック(導電材)の含有比率を変えて、活性炭電極の容量及び活性炭電極の内部抵抗を測定した。
[Example]
Hereinafter, evaluation results of the example and the comparative example will be described with reference to the drawings. In Examples and Comparative Examples, an activated carbon electrode including a first activated carbon electrode layer provided on a current collector and a second activated carbon electrode layer provided on the first activated carbon electrode layer was prepared. Moreover, the capacity of the activated carbon electrode and the inside of the activated carbon electrode are changed by changing the content ratio of the carbon black (conductive material) contained in the first activated carbon electrode layer and the content ratio of the carbon black (conductive material) contained in the second activated carbon electrode layer. Resistance was measured.
ここで、実施例1〜実施例17では、第2活性炭電極層に含まれるカーボンブラックの含有比率は、第1活性炭電極層に含まれるカーボンブラックの含有比率よりも大きいことに留意すべきである。一方で、比較例1〜比較例24では、第2活性炭電極層に含まれるカーボンブラックの含有比率は、第1活性炭電極層に含まれるカーボンブラックの含有比率以下であることに留意すべきである。 Here, in Examples 1 to 17, it should be noted that the content ratio of carbon black contained in the second activated carbon electrode layer is larger than the content ratio of carbon black contained in the first activated carbon electrode layer. . On the other hand, in Comparative Examples 1 to 24, it should be noted that the content ratio of carbon black contained in the second activated carbon electrode layer is less than or equal to the content ratio of carbon black contained in the first activated carbon electrode layer. .
図7は、各実施例について容量及び内部抵抗を測定した結果を示しており、図8は、各比較例について容量及び内部抵抗を測定した結果を示している。 FIG. 7 shows the results of measuring the capacitance and internal resistance for each example, and FIG. 8 shows the results of measuring the capacitance and internal resistance for each comparative example.
ここで、図7及び図8に示す測定結果は、第1活性炭電極層に含まれるカーボンブラックの含有比率と第2活性炭電極層に含まれるカーボンブラックの含有比率とが同じ場合を“1”として正規化されていることに留意すべきである。 Here, the measurement results shown in FIGS. 7 and 8 indicate that the content ratio of the carbon black contained in the first activated carbon electrode layer is the same as the content ratio of the carbon black contained in the second activated carbon electrode layer is “1”. Note that it is normalized.
総合評価欄では、容量又は内部抵抗が悪化することなしに、容量又は内部抵抗のいずれか一方が向上した場合に、“○”と記載した。一方で、容量又は内部抵抗のいずれか一方でも悪化した場合には、“×”と記載した。 In the comprehensive evaluation column, “◯” is indicated when either the capacity or the internal resistance is improved without deteriorating the capacity or the internal resistance. On the other hand, when either one of the capacity or the internal resistance deteriorated, “x” was described.
容量評価欄では、総合評価が“○”であったサンプルのうち、容量の向上が確認された場合に、“○”と記載した。一方で、内部抵抗評価欄では、総合評価が“○”であったサンプルのうち、内部抵抗の向上(低減)が確認された場合に、“○”と記載した。 In the capacity evaluation column, among the samples whose overall evaluation was “◯”, “○” was described when the improvement in capacity was confirmed. On the other hand, in the internal resistance evaluation column, “◯” is described when an improvement (reduction) in internal resistance is confirmed among samples whose overall evaluation is “◯”.
図7に示すように、第2活性炭電極層に含まれるカーボンブラックの含有比率が、第1活性炭電極層に含まれるカーボンブラックの含有比率よりも大きい実施例(実施例1〜実施例17)の全てにおいて、総合評価が“○”であることが確認された。 As shown in FIG. 7, in the examples (Examples 1 to 17) in which the content ratio of carbon black contained in the second activated carbon electrode layer is larger than the content ratio of carbon black contained in the first activated carbon electrode layer. In all cases, it was confirmed that the overall evaluation was “◯”.
一方で、図8に示すように、第2活性炭電極層に含まれるカーボンブラックの含有比率が、第1活性炭電極層に含まれるカーボンブラックの含有比率以下である比較例(比較例1〜比較例24)の全てにおいて、総合評価が“×”であることが確認された。 On the other hand, as shown in FIG. 8, a comparative example in which the content ratio of carbon black contained in the second activated carbon electrode layer is less than or equal to the content ratio of carbon black contained in the first activated carbon electrode layer (Comparative Examples 1 to Comparative Examples). In all of 24), it was confirmed that the overall evaluation was “x”.
図9は、総合評価が“○”であったサンプルについて、第1活性炭電極層及び第2活性炭電極層に含まれるカーボンブラックの含有比率をプロットした図である。 FIG. 9 is a diagram in which the content ratio of carbon black contained in the first activated carbon electrode layer and the second activated carbon electrode layer is plotted for the sample whose comprehensive evaluation is “◯”.
図9に示すように、総合評価については、含有比率Xと含有比率Yとは、X≧1、3≦Y≦30、Y≧X+1の関係を全て満たすことが好ましいことが確認された。容量評価にいついては、含有比率Xと含有比率Yとは、X≧1、Y≧3、Y≧X+1、Y≦−15/13X+615/26の関係を全て満たすことが好ましいことが確認された。内部抵抗評価については、含有比率Xと含有比率Yとは、X≧1、Y≦30、Y≧X+1、Y>−15/13X+615/26の関係を全て満たすことが好ましいことが確認された。 As shown in FIG. 9, for the comprehensive evaluation, it was confirmed that the content ratio X and the content ratio Y preferably satisfy all the relationships of X ≧ 1, 3 ≦ Y ≦ 30, and Y ≧ X + 1. In the capacity evaluation, it was confirmed that the content ratio X and the content ratio Y preferably satisfy all the relationships of X ≧ 1, Y ≧ 3, Y ≧ X + 1, and Y ≦ −15 / 13X + 615/26. Regarding the internal resistance evaluation, it was confirmed that the content ratio X and the content ratio Y preferably satisfy all the relationships of X ≧ 1, Y ≦ 30, Y ≧ X + 1, and Y> −15 / 13X + 615/26.
[その他の実施形態]
本発明は上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
[Other Embodiments]
Although the present invention has been described with reference to the above-described embodiments, it should not be understood that the descriptions and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
例えば、上述した第1実施形態では、第1活性炭電極層12Aの形成に用いられる溶媒が有機系溶媒であり、第2活性炭電極層12Bの形成に用いられる溶媒が水系溶媒であるが、これに限定されるものではない。具体的には、第1活性炭電極層12Aの形成に用いられる溶媒が水系溶媒であり、第2活性炭電極層12Bの形成に用いられる溶媒が有機系溶媒であってもよい。
For example, in the first embodiment described above, the solvent used for forming the first activated
上述した第3実施形態では、活性炭電極が正極側で用いられ、電池電極が負極側で用いられるが、これに限定されるものではない。具体的には、活性炭電極が負極側で用いられ、電池電極が正極側で用いられてもよい。 In the third embodiment described above, the activated carbon electrode is used on the positive electrode side and the battery electrode is used on the negative electrode side. However, the present invention is not limited to this. Specifically, the activated carbon electrode may be used on the negative electrode side, and the battery electrode may be used on the positive electrode side.
10・・・正極端子、11・・・集電体、12・・・活性炭電極、12A・・・第1活性炭電極層、12B・・・第2活性炭電極層、12C・・・第3活性炭電極層、20・・・負極端子、21・・・集電体、22・・・活性炭電極、40・・・ブレード、100・・・電気二重層キャパシタ、110・・・電解液、120・・・負極端子、121・・・集電体、122・・・電池電極、200・・・ハイブリッドキャパシタ200
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第1活性炭電極層は、活性炭、導電材及び結着材によって構成され、
前記第2活性炭電極層は、活性炭、導電材及び結着材によって構成され、
前記第1活性炭電極層に含まれる導電材は、前記第2活性炭電極層に含まれる導電材と同じであり、
前記第2活性炭電極層に含まれる導電材の含有比率Yは、前記第1活性炭電極層に含まれる導電材の含有比率Xよりも大きいことを特徴とする電気化学素子。 An electrochemical device comprising a current collector, a first activated carbon electrode layer provided on the current collector, and a second activated carbon electrode layer provided on the first activated carbon electrode layer,
The first activated carbon electrode layer is composed of activated carbon, a conductive material and a binder,
The second activated carbon electrode layer is composed of activated carbon, a conductive material and a binder,
The conductive material contained in the first activated carbon electrode layer is the same as the conductive material contained in the second activated carbon electrode layer,
The electrochemical element, wherein the content ratio Y of the conductive material contained in the second activated carbon electrode layer is larger than the content ratio X of the conductive material contained in the first activated carbon electrode layer.
前記含有比率Xと前記含有比率Yとは、X≧1、3≦Y≦30及びY≧X+1の関係を全て満たすことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電気化学素子。 The conductive material included in the first activated carbon electrode layer and the second activated carbon electrode layer is carbon black,
3. The electrochemical device according to claim 1, wherein the content ratio X and the content ratio Y satisfy all the relationships of X ≧ 1, 3 ≦ Y ≦ 30 and Y ≧ X + 1.
活性炭、導電材及び結着材を含むスラリーを前記第1活性炭電極層上に塗布して第2活性炭電極層を形成するステップとを含み、
前記第2活性炭電極層を形成するステップで用いられるスラリーに含まれる導電材の含有比率は、前記第1活性炭電極層を形成するステップで用いられるスラリーに含まれる導電材の含有比率よりも大きいことを特徴とする電気化学素子の製造方法。 Applying a slurry containing activated carbon, a conductive material and a binder on a current collector to form a first activated carbon electrode layer;
Applying a slurry containing activated carbon, a conductive material and a binder onto the first activated carbon electrode layer to form a second activated carbon electrode layer;
The content ratio of the conductive material contained in the slurry used in the step of forming the second activated carbon electrode layer is larger than the content ratio of the conductive material contained in the slurry used in the step of forming the first activated carbon electrode layer. The manufacturing method of the electrochemical element characterized by these.
前記他方の電極層を形成するステップで用いられる溶媒は、有機系溶媒であることを特徴とする請求項5に記載の電気化学素子の製造方法。 The solvent used in the step of forming the one electrode layer is an aqueous solvent,
The method for producing an electrochemical element according to claim 5, wherein the solvent used in the step of forming the other electrode layer is an organic solvent.
前記他方の電極層を形成するステップで用いられる結着材は、ポリフッ化ビニリデンであることを特徴とする請求項6に記載の電気化学素子の製造方法。 The binder used in the step of forming the one electrode layer is styrene butadiene rubber,
The method for producing an electrochemical element according to claim 6, wherein the binder used in the step of forming the other electrode layer is polyvinylidene fluoride.
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