极化性电极材料及使用该材料的双电层电容器制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种能量密度高、且静电容量及电阻的经时劣化少、即长期可靠性优异的高耐电压型的双电层电容器用的极化性电极材料及使用该材料的双电层电容器。双电层电容器中使用包含多孔质碳粒子、导电助剂、氧化钨粉末、以及粘合剂的极化性电极材料。该极化性电极材料的特征在于，该氧化钨分散在该极化性电极材料中，使得该极化性电极材料每1g的该氧化钨表面积为0.2m2以上且低于6m2。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术的目的在于提供一种能量密度高、且静电容量及电阻的经时劣化少、即长期可靠性优异的高耐电压型的双电层电容器用的极化性电极材料及使用该材料的双电层电容器。双电层电容器中使用包含多孔质碳粒子、导电助剂、氧化钨粉末、以及粘合剂的极化性电极材料。该极化性电极材料的特征在于，该氧化钨分散在该极化性电极材料中，使得该极化性电极材料每1g的该氧化钨表面积为0.2m2以上且低于6m2。【专利说明】极化性电极材料及使用该材料的双电层电容器
本专利技术涉及以提高能量密度和长期可靠性为目的的提高了耐电压性的双电层电 容器用极化性电极材料、及使用该材料的双电层电容器。具体地，涉及能量密度高、且静电 容量的经时降低或电阻的经时上升等经时劣化少、即长期可靠性优良的高耐电压型双电层 电容器用极化性电极材料，以及使用该材料的双电层电容器。
技术介绍
双电层电容器是利用通过电解质离子在正负一对极化性电极与电解质溶液之间 的界面吸附/脱附而形成的双电层的静电容量的蓄电元件。 作为双电层电容器的用途，从存储器备份用等的小容量型到电动汽车的辅助电 源、太阳能电池用辅助电源、风力发电用辅助电源及瞬时停止补偿装置等的中容量型以及 大容量型，正进行广泛研宄。 作为双电层电容器的特性，具有静电容量（C)、使用电压（V)、能量密度（E)、内部 电阻以及使用寿命等。任意一种特性的提高都重要，但最近几年不论是上述小容量型还是 大容量型的用途中，尤其力求提高作为双电层电容器的缺点的能量密度以及进一步延长作 为双电层电容器的优点的使用寿命（提高长期可靠性）。 双电层电容器的能量密度（E)与使用电压的平方成正比（能量密度E= 0.5XCXVXV(式中，C:静电容量、V:使用电压）），因此通过提高使用（耐受）电压来提高 能量密度是有效的。 双电层电容器的电解质溶液分为水系电解质溶液和非水系电解质溶液。使用水系 电解质溶液时，具有能够获得低电阻型的双电层电容器的优点，但需要将使用电压控制在 引起水的电解的电压以下，在〇. 8V左右使用。与此相对，使用非水系电解质溶液时，非水系 电解质溶液能够在更高电压下使用，通常使用电压约为2. 5V，电压更高的情况下，在2. 7V 左右使用。最近开始要求具有更高使用电压的3. 0V以上耐受电压的电容器。这时由于在 高电压用途中连接多个电容器进行使用的情况下，耐受电压高的电容器整体上使用单元数 变少，成本低、组件节省空间的缘故。然而，使用电压的上升可能会加速双电层电容器的经 时劣化（静电容量的经时降低、电阻的经时上升），存在损害作为双电层电容器的优点的长 期可靠性的问题。 双电层电容器的经时劣化的原因各种各样，但作为代表性地可以认为是以下机 理。双电层电容器内部存在电解质溶液中的残留水分、组装时混入的水分。另外，用于电极 层的活性炭、导电助剂、粘合剂以及间隔物等的表面及内部存在物理吸附水、化学键合型吸 附水。在反复进行充放电的期间，这些水分以水的状态脱离，因施加电压而电解并产生气 体，同时引起电解质（溶液）的分解并生成分解产物。这些分解产物被覆活性炭的表面或 阻塞活性炭的孔隙，从而降低活性炭的表面积，引起静电容量的下降。另外，这些分解产物 通过阻塞间隔物的开口部而引起电阻上升。 由此认为水分的减少、对因分解产物而引起的活性炭表面积减少的抑制、对电解 质溶液分解的抑制有助于高耐电压的双电层电容器的开发。此外，认为这些开发方法并不 是相互独立的，而是相互关联的。另外，如上所述双电层电容器的经时劣化机理有多种，因 此作为开发高耐电压的双电层电容器的有效方法，并不仅限于水分的减少、对因分解产物 而引起的活性炭表面积减少的抑制、对电解质溶液分解的抑制。 尽管进行了研宄，但认为难以避免电解质溶液的分解，其原因是用于双电层电容 器的活性炭为了增加吸附容量而具有较大的表面积，从而具有催化作用。认为该催化作用 由活性炭表面的官能团引起。（参照非专利文献1) 作为减少双电层电容器内的水分的方法，已报告有例如通过改良间隔物的材质、 开发即使在高温且长时间的干燥条件下也不会发生劣化的间隔物，从而实现高耐电压、寿 命延长的双电层电容器的方法（例如，参照专利文献1、2)。通过改良间隔物，能够提高干 燥温度条件。然而，双电层电容器内的其他构成部位存在以下问题：例如用于粘合剂或粘 合层的有机物成分劣化，被覆活性炭或间隔物或者阻塞细孔，引起静电容量下降的问题；或 者随着电极/集电体表面的剥离而导致电阻上升的问题。另外，为了完全除去活性炭细孔 内部的水分或活性炭表面的官能团，需要在真空中或惰性气体气流下进行几百°〇的加热处 理，从成分方面考虑并不实用。 除此之外，已报告有对碳纤维织布进行激活处理之后，在惰性气体气氛下、于 700?KKKTC进行热处理，从而去除活性碳纤维织布所吸附的水分或表面官能团，以获得 高耐电压且长期可靠性优异的双电层电容器的方法（例如，参照专利文献3)。通过在惰性 气体气氛下于700?1000°C对活性碳纤维织布进行热处理，能够去除活性碳纤维织布所吸 附的水分或表面官能团。然而，如果不能以完全除湿的状态保管去除水分或表面官能团后 的活性碳纤维织布、并进行双电层电容器的组装，则会发生水分的再吸附或表面官能团的 再导入的问题，因而不实用。 除此之外，考虑到由来源于正极内部产生的水分的酸引起电解质溶液的分解，还 报告有向活性炭极化性电极中添加各种抗酸剂的例子（例如参照专利文献4)。另外，考虑 到由产生的水分被电解而生成的氢离子引起电解质溶液的分解，报告有通过与氢离子反应 或吸收来减少氢离子的、例如向电极内部添加铝粉的例子（例如，参照专利文献5)。然而， 抗酸剂具有根据情况在双电层电容器的充放电时分解或与电解液反应的问题。在添加铝粉 的情况下，铝可能会与电解质离子反应，合成出例如氟化铝等。氟化铝是绝缘体，可能会导 致电阻上升，因此不理想。 还报告有通过使作为极化性电极的主要成分的碳材料的表面官能团与有机硅化 合物反应而以化学键来覆盖，从而抑制由表面官能团导致的气体产生、或与电解质溶液的 反应（例如，参照专利文献6)。通过使用有机硅化合物来覆盖活性炭的表面官能团的方法， 根据制造条件的不同，存在不仅会覆盖表面官能团，还会阻塞碳材料的细孔并由此降低静 电容量的问题。 本专利技术人提出了通过向电极材料添加氧化钨，从而能提供能量密度高、且静电容 量或电阻的经时劣化少、即长期可靠性优异的高耐电压型的双电层电容器用电极以及双电 层电容器。（参照专利文献7) 现有技术文献 专利文献 专利文献1:日本专利特开2007-67155号说明书 专利文献2:日本专利特开2008-112827号说明书 专利文献3:日本专利特开2003-209029号说明书 专利文献4 :日本专利特开2007-73810号说明书 专利文献5:日本专利特开平10-106900号说明书 专利文献6 :日本专利特开2008-252062号说明书 专利文献7:日本专利特开2011-233845号说明书 非专利文献 非专利文献1:[下一代电容器开发最前线（次世代年本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种极化性电极材料，所述材料是用于双电层电容器，包含多孔质碳粒子、导电助剂、氧化钨粉末以及粘合剂的极化性电极材料，其特征在于，该氧化钨分散在该极化性电极材料中，使得该极化性电极材料每1g的该氧化钨表面积为0.2m2以上且低于6m2。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：则枝博之，
申请(专利权)人：日本戈尔有限公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP