JP2010205930A - セパレータおよび電気化学キャパシタ - Google Patents

Abstract

【課題】良好なイオン伝導性を保持しつつ、負極の電気容量を低下させる物質（負極活性阻害物質）の捕捉性能を向上させることができ、さらには、多種多様のバインダ成分を材料として使用可能なセパレータおよびそれを備える電気化学キャパシタを提供すること。
【解決手段】ハイブリッドキャパシタ１において、セパレータ４と、セパレータ４を挟んで対向する正極２および負極３と、セパレータ４、正極２および負極３を浸漬し、ハロゲンを含むアニオン成分を有するリチウム塩を含有する有機溶媒からなる電解液６とを備える。セパレータ４は、４．５μｍを超える粒径を有する粉末を原料として得られ、負極活性阻害物質を捕捉するための捕捉剤と、ポリマーバインダとを加圧延伸することにより得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、セパレータおよびそれを備える電気化学キャパシタに関する。

従来、ハイブリッド車両や燃料電池車両に搭載される蓄電デバイスとして、高出力かつ長寿命である、電気二重層キャパシタが知られている。
電気二重層キャパシタでは、正極−負極間に電圧が印加されることにより、正極および負極上にそれぞれアニオンおよびカチオンが引き寄せられて電荷層（電気二重層）が形成される。電気二重層キャパシタは、この電気二重層の形成によってエネルギーを蓄えることができる。

さらに近年では、キャパシタのエネルギー密度を向上させるべく、電気二重層に加え、正極もしくは負極における酸化還元反応によってエネルギーを蓄えるハイブリッドキャパシタが提案されている。ハイブリッドキャパシタには、例えば、リチウム塩（例えば、ＬｉＰＦ_６）を含有する有機溶媒からなる電解液と、セパレータと、セパレータを挟んで対向配置される正極および負極とが備えられる。正極は、例えば、アニオンの物理的な吸着・脱離により電荷を蓄える分極性カーボン電極からなる。一方、負極は、例えば、リチウムイオンを電気化学的に吸蔵・放出可能なカーボン電極からなる。

しかし、ハイブリッドキャパシタにおいて、正極電位が過剰に高くなると、電解液中のアニオン（例えば、ＬｉＰＦ_６に含まれるＰＦ_６ ⁻など）から、負極の電気容量を低下させる遊離酸（例えば、ＨＦなど）などの負極活性阻害物質が生成する場合がある。負極の電気容量が低下すると、キャパシタのエネルギー密度が低下するため、そのような遊離酸を捕捉する必要がある。そのような負極活性阻害物質の生成は、リチウムイオン電池においても同様である。

そこで、例えば、ポリエチレンテレフタレート製の不織布に炭酸リチウムを含有させることにより形成されたセパレータと、セパレートを挟んで対向する正極および負極と、セパレータ、正極および負極を浸漬する非水電解液とを備える非水電解質電池が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この非水電解質電池では、セパレータ中の炭酸リチウムが遊離酸と反応することにより、遊離酸がセパレータで捕捉される。

特開２００１−２５０５２８号公報

特許文献１では、有機溶剤に溶解させたバインダ成分（ポリフッ化ビニリデン）を不織布に埋め込み、さらに水酸化リチウムを浸漬し、乾燥後、炭酸ガスを注入することにより、セパレータが作製される。この工程において、水酸化リチウムが炭酸ガスで炭酸置換されることにより、炭酸リチウムが生成する。
セパレータの炭酸リチウム含有量を増加させれば、負極活性阻害物質に対する炭酸リチウムの接触面積が大きくなるので、負極活性阻害物質の捕捉性能のさらなる向上が期待される。

しかし、水酸化リチウムを炭酸ガスで炭酸置換する従来のやり方では、炭酸リチウムの含有量を一定量以上に増加させることは困難である。また、バインダ成分は、溶剤に溶解した状態で不織布に埋め込まれるものであるため、溶剤に可溶なポリマーに制限される。
これに対し、炭酸リチウムの粉末を加圧延伸して得られるセパレータを利用することが検討される。その場合、セパレータの特性に与える影響を少なくすべく、粉末の粒径などを適切に定める必要がある。

本発明の目的は、良好なイオン伝導性を保持しつつ、負極の電気容量を低下させる物質（負極活性阻害物質）の捕捉性能を向上させることができ、さらには、多種多様のバインダ成分を材料として使用可能なセパレータおよびそれを備える電気化学キャパシタを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のセパレータは、正極と負極との間に介在され得るセパレータであって、４．５μｍを超える粒径を有する粉末を原料として得られ、負極活性阻害物質を捕捉するための捕捉剤と、ポリマーバインダとを加圧延伸して得られることを特徴としている。
また、本発明の電気化学キャパシタは、上記のセパレータと、前記セパレータを挟んで対向する正極および負極と、前記セパレータ、前記正極および前記負極を浸漬し、ハロゲンを含むアニオン成分を有するリチウム塩を含有する有機溶媒からなる電解液とを備えることを特徴としている。

本発明のセパレータでは、捕捉剤が含有されているので、負極活性阻害物質を捕捉することができる。
しかも、粉末からなる捕捉剤が加圧延伸により微粒化されるので、負極活性阻害物質に対する捕捉剤の接触面積を増加させることができる。そのため、負極活性阻害物質の捕捉性能を向上させることができる。さらに、微粒化される捕捉剤が４．５μｍを超える粒径を有するため、適当な大きさの空隙をセパレータに確保することができる。そのため、イオン伝導性の良好なセパレータを得ることができる。

それらの結果、本発明のセパレータを備える電気化学キャパシタによれば、キャパシタの出力密度を向上させることができる。
また、ポリマーバインダを溶媒に溶解させる必要がないので、多種多様のポリマーバインダを材料として使用することができる。

本発明の電気化学キャパシタの一実施形態を示すハイブリッドキャパシタの概略構成図である。 １０秒出力密度の測定方法を説明するためのグラフである。 実施例１の試験セルの１０秒出力密度と、比較例２の試験セルの１０秒出力密度とを比較するための棒グラフである。

図１は、本発明の電気化学キャパシタの一実施形態を示すハイブリッドキャパシタの概略構成図である。
ハイブリッドキャパシタ１は、正極２と、正極２に間隔を隔てて対向する負極３と、正極２と負極３との間に介在されるセパレータ４と、正極２、負極３およびセパレータ４を収容するセル槽５と、セル槽５に貯留され、正極２、負極３およびセパレータ４を浸漬する電解液６とを備えている。なお、ハイブリッドキャパシタ１は、ラボスケールで採用される電池セルであって、工業的には、このハイブリッドキャパシタ１を、公知の技術によって適宜スケールアップしたものが採用される。

正極２は、例えば、正極材料と、導電剤と、ポリマーバインダとを配合して得られる混合物からなる電極シートを、所定の形状（例えば、円形状）に成形した後、乾燥させることにより形成される電極である。
正極材料は、例えば、炭素材を賦活処理することにより得られる。
炭素材としては、例えば、石油系ピッチ、石炭系ピッチ、メソフェーズ系ピッチなどのピッチ系原料、例えば、ピッチ系材料を熱処理することにより得られるコークス系原料、例えば、やしがら、木粉などの植物系原料、例えば、フェノール系樹脂、塩化ビニル系樹脂、レゾルシノール系樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリブチラール、ポリアセタール、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリビニルアセテートなどの合成樹脂系原料およびこれらの炭化物が挙げられる。これらは、単独使用または２種以上併用することができる。また、これらのうち、好ましくは、ピッチ系原料、コークス系原料、合成樹脂系原料（とりわけ、塩化ビニル系、ポリアクリロニトリル）などのソフトカーボン（易黒鉛化炭素）が挙げられる。なお、炭素材は、先に例示した材料に限られない。

賦活処理としては、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、水酸化セシウム（ＣｓＯＨ）、水酸化ルビジウム（ＲｂＯＨ）などを賦活剤として用いるアルカリ賦活処理、例えば、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ_２）、リン酸（Ｈ_３ＰＯ_４）などを賦活剤として用いる薬品賦活処理、例えば、二酸化炭素（ＣＯ_２）、空気などを賦活剤として用いるガス賦活処理、例えば、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）を賦活剤として用いる水蒸気賦活処理などが挙げられる。これらのうち、好ましくは、アルカリ賦活処理が挙げられ、さらに好ましくは、水酸化カリウム（ＫＯＨ）を賦活剤として用いるアルカリ賦活処理（ＫＯＨ賦活処理）が挙げられる。なお、賦活処理は、先に例示した処理に限られない。

賦活処理の方法としては、例えば、ＫＯＨ賦活処理を実行する場合、窒素雰囲気下において、炭素材を、例えば、５００〜８００℃で予備焼成し、次いで、７００〜１０００℃でＫＯＨとともに焼成する。用いられるＫＯＨの量は、例えば、炭素材１重量部に対して、０．５〜５重量部である。
上記賦活処理によって得られる正極材料を正極２に用いたハイブリッドキャパシタでは、例えば、正極２の電位が４Ｖ ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ^＋以上となる充放電サイクルにおいて、正極２に比較的大きな不可逆容量を発現させることができる。そのため、放電過程において、より低い電位にまで正極の放電が可能となる。その結果、正極２の電気容量を拡大することができる。

正極材料は、混合物全量に対して、例えば、固形分の重量割合が８０〜９９重量％の割合となるように配合される。
導電剤としては、例えば、カーボンブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラックなどが挙げられる。これらは、単独使用または２種以上併用することができる。
また、導電剤は、混合物全量に対して、例えば、固形分の重量割合が０〜２０重量％の割合となるように配合される。つまり、導電剤は、配合しても配合しなくてもよい。

ポリマーバインダとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フルオロオレフィン共重合体架橋ポリマー、フルオロオレフィンビニルエーテル共重合体架橋ポリマー、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸などが挙げられる。これらは、単独使用または２種以上併用することができる。また、これらのうち、好ましくは、ＰＴＦＥが挙げられ、さらに好ましくは、ＰＴＦＥディスパーションが挙げられる。

また、ポリマーバインダは、混合物全量に対して、例えば、固形分の重量割合が１〜１０重量％の割合となるように配合される。
そして、正極２を形成するには、正極材料、導電剤およびポリマーバインダを配合した混合物を、例えば、ロールプレスを用いて加圧延伸して電極シートを得る。次いで、電極シートを所定の形状（例えば、円形状）に打ち抜いた後、乾燥させる。これにより、正極２が得られる。

このような方法により得られる正極２の厚さおよび直径は、ハイブリッドキャパシタ１のスケールにより異なるが、例えば、ラボスケールでは、厚さが３０〜１５０μｍであり、直径が１０ｍｍ程度である。
負極３は、例えば、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出する電極材料と、ポリマーバインダとを配合して得られる混合物からなる電極シートを、所定の形状（例えば、円形状）に成形した後、乾燥させることにより形成される電極である。

リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極材料としては、例えば、ハードカーボン（難黒鉛化炭素）、ソフトカーボン（易黒鉛化炭素）、グラファイトなどが挙げられる。これらは、単独使用または２種以上併用することができる。なお、負極材料は、先に例示した材料に限られない。
ハードカーボンは、一般的な熱硬化性樹脂、例えば、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フルフラール樹脂、シリコーン樹脂、キシレン樹脂、ウレタン樹脂などを焼成することにより得られる。

ソフトカーボンとしては、例えば、ピッチ系原料、コークス系原料、合成樹脂系原料など、上記したソフトカーボンが挙げられる。
グラファイトとしては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、黒鉛化メソフェーズカーボン小球体、黒鉛化メソフェーズカーボン繊維、黒鉛ウィスカ、黒鉛化炭素繊維、例えば、ピッチ、コークスなどの縮合多環炭化水素化合物の熱分解物などが挙げられる。また、グラファイトは、粉末状のもの（例えば、平均粒径が２５μｍ以下のもの）が好ましく用いられる。

上記のような負極材料は、混合物全量に対して、例えば、固形分の重量割合が８０〜９９重量％の割合となるように配合される。
導電剤としては、例えば、上記した導電剤が挙げられる。また、導電剤は、混合物全量に対して、例えば、固形分の重量割合が０〜２０重量％の割合となるように配合される。つまり、導電剤は、配合しても配合しなくてもよい。

ポリマーバインダとしては、例えば、上記したポリマーバインダが挙げられる。また、ポリマーバインダは、混合物全量に対して、例えば、固形分の重量割合が１〜１０重量％の割合となるように配合される。
そして、負極３を形成するには、例えば、まず、負極材料およびポリマーバインダを配合した混合物を、溶媒中で攪拌してスラリーを得る。次いで、スラリーを集電体の表面に塗布し、乾燥させることにより電極シートを得る。次いで、電極シートを所定の形状（例えば、円形状）に打ち抜いた後、さらに乾燥させる。これにより、負極３が得られる。

溶媒としては、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、トルエン、キシレン、イソホロン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、フタル酸ジメチル、エタノール、メタノール、ブタノール、水などが挙げられる。
集電体としては、例えば、アルミニウム箔、銅箔、ステンレス箔、ニッケル箔などの金属箔を用いることができる。

上記のような方法により得られる負極３の厚さおよび直径は、ハイブリッドキャパシタ１のスケールにより異なるが、例えば、ラボスケールでは、厚さが５〜７０μｍであり、直径が１０ｍｍ程度である。
セパレータ４は、負極活性阻害物質（後述）を捕捉するための捕捉剤と、ポリマーバインダとを加圧延伸することにより得られる捕捉剤含有セパレータである。

捕捉剤としては、例えば、炭酸リチウム（Ｌｉ_２ＣＯ_３）、炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）、炭酸カリウム（Ｋ_２ＣＯ_３）など、アルカリ金属の炭酸塩などが挙げられる。これらは、単独または２種以上併用することができる。また、これらのうち、好ましくは、炭酸リチウムが挙げられる。
また、捕捉剤は、４．５μｍを超える粒径を有する粉末であり、好ましくは、４．５μｍを超えて３００μｍ以下の粒径を有する粉末、さらに好ましくは、４．５μｍを超えて１５０μｍ以下の粒径を有する粉末である。なお、捕捉剤の粒径とは、例えば、レーザ回折／散乱式粒度分布測定装置などを用いて測定される平均粒径のことである。

ポリマーバインダとしては、例えば、上記したポリマーバインダが挙げられる。
そして、セパレータ４を形成するには、例えば、まず、捕捉剤と、ポリマーバインダとを、例えば、配合割合（捕捉剤：ポリマーバインダ）が、固形分の重量割合で２０：８０〜９８：２、好ましくは、５０：５０〜９０：１０となるように配合する。次いで、混合物を、例えば、ロールプレスを用いて加圧延伸してセパレータシートを得る。加圧延伸の条件は、例えば、線速度が０．００１〜２０ｃｍ／秒、好ましくは、０．０１〜５ｃｍ／秒であり、線圧が１〜１５００ｋｇ／ｃｍ、好ましくは、１０〜５００ｋｇ／ｃｍである。また、ロール温度が２５〜１５０℃、好ましくは、２５〜８０℃である。

そして、セパレータシートを所定の形状（例えば、円形状）に打ち抜いた後、乾燥させる。これにより、セパレータ４が得られる。
このような方法により得られるセパレータ４における捕捉剤の含有量は、例えば、セパレータ４全量に対して２０〜９８重量％であり、好ましくは、５０〜９０重量％である。具体的には、例えば、２５０〜２０００ｍｇ／ｃｍ^３であり、好ましくは、８００〜１５００ｍｇ／ｃｍ^３である。なお、捕捉剤の含有量は、例えば、ＬｉＣＯ_３含有セパレータの場合、ＩＣＰ発光分光分析装置を用いてＬｉの定量分析を実施し、分析値をＬｉ_２ＣＯ_３の定量値に換算することにより算出する。

また、セパレータ４の厚さおよび直径は、ハイブリッドキャパシタ１のスケールにより異なるが、例えば、ラボスケールでは、厚さが１５〜１００μｍであり、直径が２４ｍｍ程度である。
ハイブリッドキャパシタ１では、セパレータ４とともに、例えば、ガラス繊維、セラミックス繊維、ウィスカなどの無機繊維、例えば、セルロースなどの天然繊維、例えば、ポリオレフィン、ポリエステルなどの有機繊維などを用いて形成され、捕捉剤を含有しない補助セパレータを用いることができる。この場合、セパレータ４は、補助セパレータで挟まれた状態で正極２と負極３との間に介在されることが好ましい。

電解液６は、リチウム塩を含有する有機溶媒からなり、例えば、リチウム塩を有機溶媒に溶解させることにより調製される。
リチウム塩としては、ハロゲンを含むアニオン成分を有し、例えば、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_３、ＬｉＣ_４Ｆ_９ＳＯ_３、ＬｉＣ_８Ｆ_１７ＳＯ_３、ＬｉＢ［Ｃ_６Ｈ_３（ＣＦ_３）_２−３，５］_４、ＬｉＢ（Ｃ_６Ｆ_５）_４、ＬｉＢ［Ｃ_６Ｈ_４（ＣＦ_３）−４］_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＣＯ_２、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２などが挙げられる。なお、上式中［Ｃ_６Ｈ_３（ＣＦ_３）_２−３，５］は，フェニル基の３位と５位に、［Ｃ_６Ｈ_４（ＣＦ_３）−４］はフェニル基の４位に、それぞれ−ＣＦ_３が置換されているものを意味する。これらは、単独使用または２種以上併用することができる。

有機溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、プロピレンカーボネート誘導体、エチレンカーボネート、エチレンカーボネート誘導体、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、１，３−ジオキソラン、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、スルホラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）、ジオキソラン、リン酸トリエステル、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸、１，３−プロパンスルトン、４，５−ジヒドロピラン誘導体、ニトロベンゼン、１，３−ジオキサン、１，４−ジオキサン、３−メチル−２−オキサゾリジノン、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロフラン誘導体、シドノン化合物、アセトニトリル、ニトロメタン、アルコキシエタン、トルエンなどが挙げられる。これらは、単独使用または２種以上併用することができる。

そして、電解液６を調製するには、例えば、リチウム塩の濃度が、例えば、０．５〜５ｍｏｌ／Ｌ、好ましくは、１〜３ｍｏｌ／Ｌとなるように、また、電解液６中の水分量が、例えば、５０ｐｐｍ以下、好ましくは、１０ｐｐｍ以下となるように、リチウム塩を有機溶媒に溶解する。
ハイブリッドキャパシタ１において、セパレータ４中の捕捉剤により捕捉される負極活性阻害物質は、電解液６に含まれるアニオンから誘導される物質であって、例えば、ＬｉＰＦ_６に含まれるＰＦ_６ ⁻などから誘導されるフッ酸（ＨＦ）などが挙げられる。そのような負極活性阻害物質は、例えば、充放電サイクルにおいて、正極２の電位範囲を拡大するための不可逆容量を、正極２に発現させる場合などに生成する。

正極２での不可逆容量は、例えば、充放電サイクルの１サイクル目を以下のように実行することによって発現する。具体的には、まず、正極２と負極３との間（正極−負極間）に印加されるセル電圧が２．５〜５．０Ｖ（好ましくは、４．０〜５．０Ｖ）に上昇するまで、０．１〜１０ｍＡ／ｃｍ^２（好ましくは、１〜５ｍＡ／ｃｍ^２）で定電流充電する。充電後、電流値が０．０５〜１ｍＡ／ｃｍ^２（好ましくは、０．２〜０．５ｍＡ／ｃｍ^２）に降下するまで、上昇後のセル電圧に保持し、その後、セル電圧が０〜４．０Ｖ（好ましくは、１．０〜３．０Ｖ）に降下するまで、０．１〜１０ｍＡ／ｃｍ^２（好ましくは、１〜５ｍＡ／ｃｍ^２）で定電流放電する。１サイクル目を、このように実行することによって、正極２に不可逆容量を発現させることができる。

なお、充放電サイクルの２サイクル目以降は、例えば、最大セル電圧が４．０〜４．８Ｖ（好ましくは、４．２〜４．６Ｖ）の範囲、最低セル電圧が０．０〜４．０Ｖ（好ましくは、２．０〜２．４Ｖ）の範囲の定電力放電を行なう。
そして、ハイブリッドキャパシタ１では、正極２での不可逆容量の発現に起因して、例えば、電解液６がＬｉＰＦ_６を含有する場合、以下のようにＨＦが生成する。具体的には、１サイクル目の充電過程において、正極２および／または電解液６に含まれる水分や有機物からプロトン（Ｈ^＋）が生成する（下記式（１）および（２）参照）。
（１）２Ｈ_２Ｏ→Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻
（２）Ｒ−Ｈ→Ｒ＋Ｈ^＋＋ｅ⁻（Ｒは、アルキル基）
そして、生成したプロトンが、電解液６に含まれるＰＦ_６ ⁻と反応し、ＨＦ（負極活性阻害物質）が生成する（下記式（３）参照）。
（３）ＰＦ_６ ⁻＋Ｈ^＋→ＰＦ_５＋ＨＦ
しかし、ハイブリッドキャパシタ１では、上記のように生成するＨＦを、電解液６に浸漬されたセパレータ４中の捕捉剤により捕捉することができる。

しかも、セパレータ４の形成に際して、粉末からなる捕捉剤が加圧延伸により微粒化されるので、負極活性阻害物質に対する捕捉剤の接触面積を増加させることができる。そのため、負極活性阻害物質の捕捉性能を向上させることができる。さらに、微粒化される捕捉剤が４．５μｍを超える粒径を有するため、適当な大きさの空隙をセパレータ４に確保することができる。

そして、このようなセパレータ４を備えるハイブリッドキャパシタ１の１０秒出力密度は、例えば、３０００Ｗ／Ｌ以上、好ましくは、１００００Ｗ／Ｌ以上である。
ただし、１０秒出力密度とは、図２に示すように、出力密度（Ｗ／Ｌ）の値を定めるためのｘ軸およびエネルギー密度（Ｗｈ／Ｌ）の値を定めるためのｙ軸を有するｘｙ平面において、充放電サイクルにおける定電力放電の放電電力値（Ｗ）を変化させたときの出力密度とエネルギー密度との関係を示す点を結ぶグラフＡと、方程式ｙ＝０．００２８ｘを満たすグラフＢ（直線）との交点におけるｘ座標の値（Ｗ／Ｌ）のことである。なお、出力密度およびエネルギー密度は、正極２と負極３との体積の総和（集電体の体積は除く）の単位体積（１Ｌ）当りの値である。

このように、ハイブリッドキャパシタ１では、セパレータ４を備えることによって優れた出力密度を発現することができる。その結果、エネルギー密度を向上させることができる。
また、セパレータ４の形成に際して、ポリマーバインダを溶媒に溶解させずに固体として用いることができるので、多種多様のポリマーバインダを材料として使用することができる。

本発明のセパレータは、例えば、自動車（ハイブリッド車両、燃料電池車両など）に搭載される電気化学キャパシタ、ノートパソコン、携帯電話などのメモリバックアップ電源として用いられる電気化学キャパシタなど、各種工業製品に用いることができる。

次に、本発明を実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。
実施例１
１．正極の作製
メソフェーズ系ピッチ（三菱ガス化学株式会社製 ＡＲ樹脂）を大気中３５０℃で２時間加熱した。次いで、加熱後のピッチを、窒素雰囲気下８００℃で２時間予備焼成した。これにより、ソフトカーボンを得た。得られたソフトカーボンをアルミナ製の坩堝に入れ、ソフトカーボン１重量部に対してＫＯＨを４重量部のＫＯＨを加えた。次いで、ソフトカーボンを、窒素雰囲気下８００℃で２時間、ＫＯＨとともに焼成することにより、ＫＯＨ賦活した。次いで、ＫＯＨ賦活したソフトカーボンを超純水で洗浄した。洗浄は、廃液が中性になるまで行なった。これにより、ＫＯＨ賦活ソフトカーボン（正極材料）を得た。洗浄後、ＫＯＨ賦活ソフトカーボンを乳鉢で粉砕し、篩（３２μｍ）で分級した。そして、ほぼ全てのＫＯＨ賦活ソフトカーボンが篩を通過できる粒径になるまで、乳鉢での粉砕操作を繰り返した。

分級後、ＫＯＨ賦活ソフトカーボン粉末と、導電剤（ライオン株式会社製 ケッチェンブラックＥＣＰ）と、ポリマーバインダ（ダイキン工業株式会社製 ＰＴＦＥディスパーション）とを、固形分８５：５：１０の重量割合で、乳鉢で混練することにより、それらの混合物を得た。
次いで、混合物を、ロールプレスを用いて加圧延伸することにより、厚さ１００μｍの電極シートを得た。次いで、電極シートを、直径１０ｍｍの円形状に打ち抜いた後、乾燥機に搬入し、１２０℃で１２時間真空乾燥した。そして、乾燥機内を窒素パージした後、電極シートを、ドライＡｒ雰囲気のグローブボックスへ大気に触れないように搬入した。以上の操作により、正極を作製した。
２．負極の作製
人造黒鉛と、ソフトカーボンと、ポリマーバインダ（株式会社クレハ製 ＰＶｄＦ）とを、固形分２２．５：６７．５：１０の重量割合で、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）溶媒に投入し、室温（２５℃〜３０℃）で１２時間攪拌することにより、混合物のスラリーを得た。

次いで、得られたスラリーを銅箔（集電体）の表面に塗布し、８０℃で１２時間乾燥した。次いで、乾燥後の銅箔を、ハンドプレスで加圧延伸することにより、厚さ２９μｍの電極シートを得た。次いで、電極シートを、直径１０ｍｍの円形状に打ち抜いた後、乾燥機に搬入し、１２０℃で１２時間真空乾燥した。そして、乾燥機内を窒素パージした後、電極シートを、ドライＡｒ雰囲気のグローブボックスへ大気に触れないように搬入した。以上の操作により、負極を作製した。
３．セパレータの作製
炭酸リチウム（Ｌｉ_２ＣＯ_３）粉末（キシダ化学社製 平均粒径８５．０μｍ）と、ポリマーバインダ（ダイキン工業株式会社製 ＰＴＦＥディスパージョン）とを、固形分８０：２０の重量割合で、乳鉢で混練することにより、それらの混合物を得た。

次いで、混合物を、手動ロールプレスを用いて加圧延伸することにより、厚さ５０μｍのセパレータシートを得た。ただし、ロールプレスの条件は、線速度および線圧が上記範囲内となるように制御した。また、ロール温度を室温（２５〜３０℃）とした。次いで、セパレータシートを、直径２．４ｃｍの円形状に打ち抜いた後、乾燥機に搬入し、１２０℃で１２時間真空乾燥した。以上の操作により、捕捉剤含有セパレータを作製した。この捕捉剤含有セパレータには、１１２０ｍｇ／ｃｍ^３（Ｌｉ_２ＣＯ_３目付量５．６ｍｇ／ｃｍ^２）のＬｉ_２ＣＯ_３が含有されていた。なお、Ｌｉ_２ＣＯ_３の含有量は、捕捉剤含有セパレータに対して、ＩＣＰ発光分光分析装置を用いてＬｉの定量分析を実施し、分析値をＬｉ_２ＣＯ_３の定量値に換算することにより算出した。

また、厚さ４００μｍのセラミックスフィルタ（ＡＤＶＡＮＴＥＣ社製 ＧＢ−１００Ｒ）を、直径２．５ｃｍの円形状に打ち抜くことにより、補助セパレータを作製した。
４．電解液の調製
ＬｉＰＦ_６（リチウム塩）を、濃度が１ｍｏｌ／Ｌとなるように、エチレンカーボネート−ジエチレンカーボネート混合溶媒（体積比１：１）に溶解することにより調製した。
５．試験セルの組み立て
正極１枚、負極１枚、捕捉剤含有セパレータ１枚および補助セパレータ２枚、ならびに電解液１．５ｍＬを用いて、試験セルを組み立てた。なお、３枚のセパレータは、捕捉剤含有セパレータを補助セパレータで挟んだ態様で使用した。
比較例１
１．正極の作製
実施例１の「１．正極の作製」に記載の方法と同様の方法により、正極を作製した。
２．負極の作製
実施例１の「２．負極の作製」に記載の方法と同様の方法により、負極を作製した。
３．セパレータの作製
炭酸リチウム（Ｌｉ_２ＣＯ_３）粉末（キシダ化学社製 平均粒径８５μｍの粉末をボールミルによって粉砕して得られた平均粒径４．２μｍの粉末）と、ポリマーバインダ（ダイキン工業株式会社製 ＰＴＦＥディスパージョン）とを、固形分８０：２０の重量割合で、乳鉢で混練することにより、それらの混合物を得た。

次いで、混合物を用いて、実施例１と同じ条件にてセパレータ（厚さ５０μｍ）を作製した。この捕捉剤含有セパレータには、１３６０ｍｇ／ｃｍ^３（Ｌｉ_２ＣＯ_３目付量６．８ｍｇ／ｃｍ^２）のＬｉ_２ＣＯ_３が含有されていた。
また、実施例１の「３．セパレータの作製」に記載の方法と同様の方法により、補助セパレータを作製した。
４．電解液の調製
実施例１の「４．電解液の調製」に記載の方法と同様の方法により、電解液を調製した。
５．試験セルの組み立て
正極１枚、負極１枚、捕捉剤含有セパレータ１枚および補助セパレータ２枚、ならびに電解液１．５ｍＬを用いて、試験セルを組み立てた。なお、３枚のセパレータは、捕捉剤含有セパレータを補助セパレータで挟んだ態様で使用した。
比較例２
１．正極の作製
実施例１の「１．正極の作製」に記載の方法と同様の方法により、正極を作製した。
２．負極の作製
実施例１の「２．負極の作製」に記載の方法と同様の方法により、負極を作製した。
３．セパレータの作製
Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）８０重量部に、ポリフッ化ビニリデン１２重量部およびフタル酸ジブチル８重量部を溶解させることによって溶液を調製した。次いで、平滑ガラス板上において、ポリエチレンテレフタレート製の不織布に上記溶液を塗布した。次いで、その不織布を４Ｍの水酸化リチウム水溶液に含浸し、凝固および不溶化処理を行なった。その後、不織布を乾燥させ、水洗によって余分な水酸化リチウムを除去した。

次いで、不織布を１５０℃で真空乾燥した。乾燥後、真空乾燥機内に炭酸ガスを導入し、１２時間放置した。放置後、真空乾燥機を大気開放した。そして、不織布を直径２．４ｃｍの円形状に打ち抜くことによって、炭酸リチウム（捕捉剤）含有セパレータ（厚さ６０μｍ）を作製した。この捕捉剤含有セパレータには、６４ｍｇ／ｃｍ^３（Ｌｉ_２ＣＯ_３目付け量０．３８ｍｇ／ｃｍ^２）のＬｉ_２ＣＯ_３が含有されていた。

また、実施例１の「３．セパレータの作製」に記載の方法と同様の方法により、補助セパレータを作製した。
４．電解液の調製
実施例１の「４．電解液の調製」に記載の方法と同様の方法により、電解液を調製した。
５．試験セルの組み立て
正極１枚、負極１枚、捕捉剤含有セパレータ１枚および補助セパレータ２枚、ならびに電解液１．５ｍＬを用いて、試験セルを組み立てた。なお、３枚のセパレータは、捕捉剤含有セパレータを補助セパレータで挟んだ態様で使用した。
評価実験
１．充放電試験
実施例１および比較例１で組み立てた試験セルそれぞれに対して、以下に示す方法により充放電試験を実施した。
（１）１サイクル目
セル電圧が４．８Ｖに上昇するまで１ｍＡ／ｃｍ^２で定電流充電した。充電後、電流値が０．５ｍＡ／ｃｍ^２に降下するまでセル電圧を４．８Ｖに保持し、その後、セル電圧が２．３Ｖに降下するまで１ｍＡ／ｃｍ²で定電流放電した。
（２）２サイクル目
セル電圧が４．６Ｖに上昇するまで１ｍＡ／ｃｍ^２で定電流充電した。充電後、セル電圧が２．３Ｖに降下するまで１ｍＷで定電力放電した。
（３）３サイクル目以降
実施例１および比較例１では、充電については、各サイクルとも、２サイクル目と同様の条件で定電流充電した。一方、放電については、各サイクルにおいて、所定の放電電力値で定電力放電した。所定の放電電力値は、サイクル数の増加にしたがって放電電力が４ｍＷから２５０ｍＷまで徐々に大きくなるように設定した。

それに対し、比較例２では、２サイクル目と同様の条件で定電流充電および定電力放電した。
２．１０秒出力密度の測定
上記「１．充放電試験」により得られた出力密度およびエネルギー密度を用いて、実施例１および比較例１の試験セルの１０秒出力密度をそれぞれ求めた。結果を図３に示す。ただし、比較例２については、セパレータ中の炭酸リチウムの含有量が少ないため、充放電試験初期において、エネルギー密度が急激に低下した。そのため、１０秒出力密度の測定に至らなかった。

図３によると、実施例１の１０秒出力密度は、１０９１５Ｗ／Ｌであった。これに対し、比較例１の１０秒出力密度は、９５１７Ｗ／Ｌであった。
すなわち、実施例１では、セパレータに多くの炭酸リチウムが含有され（含有量：１．１２ｇ／ｃｍ^３）、良好なイオン伝導性が保持されることにより、優れた出力密度を発現できることが確認された。

これに対し、比較例１では、セパレータに多くの炭酸リチウムが含有されるものの（含有量：１．３６ｇ／ｃｍ^３）、セパレータの空隙が細かくイオン伝導性が低下し、それによって出力密度が低下していることが確認された。
以上より、４．５μｍを超える粒径を有する粉末（捕捉剤）と、ポリマーバインダとを加圧延伸して得られるセパレータを備える電気化学キャパシタでは、当該セパレータを備えない電気化学キャパシタよりも、１０秒出力密度が１０％程度向上できることが確認された。

１ ハイブリッドキャパシタ
２ 正極
３ 負極
４ セパレータ
５ 電解液

Claims (2)

1. 正極と負極との間に介在され得るセパレータであって、
   ４．５μｍを超える粒径を有する粉末を原料として得られ、負極活性阻害物質を捕捉するための捕捉剤と、
   ポリマーバインダと
   を加圧延伸して得られることを特徴とする、セパレータ。
2. 請求項１記載のセパレータと、
   前記セパレータを挟んで対向する正極および負極と、
   前記セパレータ、前記正極および前記負極を浸漬し、ハロゲンを含むアニオン成分を有するリチウム塩を含有する有機溶媒からなる電解液と
   を備えることを特徴とする、電気化学キャパシタ。

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