JP7617531B2 - Capacitor electrode, method for producing same, and capacitor - Google Patents
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Description
本発明は、キャパシタ用電極およびその製造方法ならびにキャパシタに関する。 The present invention relates to a capacitor electrode, a manufacturing method thereof, and a capacitor.
グラフェンは、理論的な比表面積が約2600m2/gであり、かつ導電性を有するため、キャパシタ用電極材料として有望である。しかし、グラフェンシート間の距離を適切に制御しない場合には、平坦なグラフェンシート同士の重なりが大きくなり、グラフェンの表面積を十分に活用することができない。 Graphene has a theoretical specific surface area of about 2600 m2 /g and is electrically conductive, making it a promising electrode material for capacitors. However, unless the distance between graphene sheets is appropriately controlled, the flat graphene sheets overlap to a large extent, and the surface area of graphene cannot be fully utilized.
特許文献1は、2枚以上のグラフェンシートが第1のカーボンナノチューブを介して積層されたグラフェンシート積層体の複数が相互に第2のカーボンナノチューブにより電気的及び機械的に3次元状に連結されたグラフェンシート集積体フィルムを用いることを提案している。また、第1および第2のカーボンナノチューブとして、長さが5~20μmの単層カーボナノチューブを用いることが提案されている。
しかし、一般的なカーボナノチューブ(CNT)を用いる場合、グラフェンシート間に介在するCNTのべーサル面によってグラフェンシート間のイオン拡散が阻害されるため、低温で抵抗が増大しやすい。 However, when using typical carbon nanotubes (CNTs), the basal planes of the CNTs interposed between the graphene sheets inhibit ion diffusion between the graphene sheets, which tends to increase resistance at low temperatures.
本発明の一側面は、第1カーボンと、前記第1カーボン以外の第2カーボンと、を含み、前記第1カーボンは、グラフェンを含み、前記第2カーボンは、平均長10μm以下の短炭素繊維および/または平均径0.1μm以下の炭素粒子であり、前記グラフェン同士が、前記第2カーボンを介して積層されている、キャパシタ用電極に関する。 One aspect of the present invention relates to a capacitor electrode that includes a first carbon and a second carbon other than the first carbon, the first carbon includes graphene, the second carbon is short carbon fibers having an average length of 10 μm or less and/or carbon particles having an average diameter of 0.1 μm or less, and the graphenes are stacked together via the second carbon.
本発明の別の側面は、上記キャパシタ用電極を備えるキャパシタに関する。 Another aspect of the present invention relates to a capacitor having the above-mentioned capacitor electrode.
本発明の更に別の側面は、第1カーボン原料である酸化グラフェンと第2カーボンとを含む水分散液を調製する工程と、前記水分散液中で前記酸化グラフェンを還元する工程と、を含み、前記第2カーボンが、平均長10μm以下の短炭素繊維および/または平均径0.1μm以下の炭素粒子である、キャパシタ用電極の製造方法に関する。 Yet another aspect of the present invention relates to a method for producing an electrode for a capacitor, comprising the steps of preparing an aqueous dispersion containing graphene oxide, which is a first carbon raw material, and a second carbon, and reducing the graphene oxide in the aqueous dispersion, in which the second carbon is short carbon fibers having an average length of 10 μm or less and/or carbon particles having an average diameter of 0.1 μm or less.
本発明によれば、グラフェンを用いて、高容量かつ低温でも低抵抗なキャパシタ用電極を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a capacitor electrode using graphene that has high capacity and low resistance even at low temperatures.
本実施形態に係るキャパシタ用電極は、第1カーボンと第1カーボン以外の第2カーボンとを含み、第1カーボンはグラフェンを含み、第2カーボンは平均長10μm以下の短炭素繊維および/または平均径0.1μm以下の炭素粒子である。そして、グラフェン同士が、第2カーボンを介して積層されている。よって、グラフェン間のイオン拡散性が大きく改善され、低抵抗なキャパシタ用電極が得られる。また、第2カーボンがグラフェン間に介在することで、グラフェンシート同士の重なりが抑制され、グラフェンの表面積をより有効に活用することができる。一方、第2カーボンが、短炭素繊維および/または炭素粒子である場合、一般的なCNTを用いる場合のように、グラフェン間のイオン拡散が阻害されることがない。 The capacitor electrode according to this embodiment includes a first carbon and a second carbon other than the first carbon, the first carbon includes graphene, and the second carbon is short carbon fibers having an average length of 10 μm or less and/or carbon particles having an average diameter of 0.1 μm or less. The graphenes are stacked together via the second carbon. This significantly improves ion diffusion between the graphenes, resulting in a low-resistance capacitor electrode. Furthermore, the second carbon is interposed between the graphenes, which suppresses overlap between the graphene sheets, allowing the surface area of the graphene to be more effectively utilized. On the other hand, when the second carbon is short carbon fibers and/or carbon particles, ion diffusion between the graphenes is not hindered, as is the case when general CNTs are used.
ここで、グラフェンとは、炭素原子1個分の厚さを有するグラフェンシートを最小単位とするカーボン材料であり、通常は複数のグラフェンシートが積層された積層体を構成している。また、グラフェンシートとは、炭素原子1個分の厚さを有するsp2結合炭素で構成された集合体もしくは分子であり、シート状に広がるハニカム状の格子構造を有している。一般的なグラフェンは、通常、平坦なシート状の形態を有しているが、ここでは層構造の乱れ(もしくは層間距離の乱れ)を有する様々な形態のグラフェンシート積層体もグラフェンの範疇に含める。グラフェンは、酸化グラフェンのようなグラフェン類縁体を部分的に含み得る。以下、グラフェンをグラフェンシート積層体とも称する。 Here, graphene is a carbon material whose smallest unit is a graphene sheet having a thickness of one carbon atom, and usually constitutes a laminate of multiple graphene sheets. Also, a graphene sheet is an aggregate or molecule composed of sp2 bonded carbon having a thickness of one carbon atom, and has a honeycomb lattice structure that spreads out in a sheet shape. Ordinary graphene usually has a flat sheet shape, but here, various graphene sheet laminates having a disordered layer structure (or a disordered interlayer distance) are also included in the category of graphene. Graphene may partially contain graphene analogs such as graphene oxide. Hereinafter, graphene is also referred to as a graphene sheet laminate.
キャパシタ用電極は、例えば、金属製の集電体と、集電体に担持された電極層とを有し、第1カーボンおよび第2カーボンは、イオンを吸着および脱着する活物質として、電極層に含まれている。 The capacitor electrode has, for example, a metal collector and an electrode layer supported on the collector, and the first carbon and the second carbon are contained in the electrode layer as active materials that adsorb and desorb ions.
(a)第1カーボン
グラフェンは、ミクロな三次元構造(すなわち微細構造)を有してもよい。三次元構造を有することで、グラフェンシート同士の重なりが顕著に抑制され、グラフェンの表面積を更に有効に活用し得るようになる。三次元構造を有するグラフェンシート積層体の主面には、複数の隆起部もしくは複数の窪み部が形成されている。このような三次元構造により、グラフェンシート間の距離が適切に制御され、グラフェンシート同士の重なりが効果的に低減される。
(a) The first carbon graphene may have a microscopic three-dimensional structure (i.e., a fine structure). By having a three-dimensional structure, overlapping of graphene sheets is significantly suppressed, and the surface area of the graphene can be more effectively utilized. A plurality of protrusions or a plurality of depressions are formed on the main surface of the graphene sheet laminate having a three-dimensional structure. Such a three-dimensional structure allows the distance between the graphene sheets to be appropriately controlled, and the overlapping of the graphene sheets to be effectively reduced.
グラフェンにおけるグラフェンシート積層体の平均積層数は、例えば10層以下であり、5層以下であってもよい。グラフェンは、炭素原子1個分の厚さを有する最小単位のグラフェンシート(すなわち単層シート)に近づくほど望ましい。平均積層数は、X線回折プロファイルの002面に帰属される回折ピークから算出される面間距離(d002)から推算される層数とすればよい(例えば、日本物理学会2015年秋季大会 概要集p1014)。或いは、グラフェンの電子顕微鏡(SEM等)写真から得られる推定値であればよい。例えば、グラフェンのSEM写真のスケールと、グラフェンシートの002面(以下、ベーサル面とも称する。)の面間距離からグラフェンシートの積層数を推定できる。例えば、任意の20枚のグラフェンシート積層体を選択し、それぞれの積層数を推定し、最大側から5番目までの数値と、最小側から5番目までの数値とを省き、中間の10個の数値の平均値を平均積層数とすればよい。
The average number of layers of the graphene sheet laminate in graphene is, for example, 10 layers or less, and may be 5 layers or less. It is preferable that the graphene is closer to the minimum unit of graphene sheet (i.e., single layer sheet) having a thickness of one carbon atom. The average number of layers may be the number of layers estimated from the interplanar distance (d002) calculated from the diffraction peak attributed to the 002 plane of the X-ray diffraction profile (for example, Abstracts of the 2015 Autumn Meeting of the Physical Society of Japan, p. 1014). Alternatively, it may be an estimated value obtained from an electron microscope (SEM, etc.) photograph of graphene. For example, the number of layers of graphene sheets can be estimated from the scale of the SEM photograph of graphene and the interplanar distance of the 002 plane (hereinafter also referred to as the basal plane) of the graphene sheet. For example, 20 arbitrary graphene sheet laminates are selected, the number of layers of each is estimated, the maximum value and the minimum value are omitted, and the average value of the
グラフェンにおけるグラフェンシート同士の層間距離(すなわち、ベーサル面間距離)は、ランダムに変化していてもよい。層間距離のランダムな変化は、グラフェンの結晶性が低いことを意味する。グラフェンの積層構造の乱れが大きいほど、層間距離の変化も顕著になる。 The interlayer distance between graphene sheets in graphene (i.e., the distance between basal planes) may vary randomly. Random variation in the interlayer distance means that the graphene has low crystallinity. The greater the disorder in the graphene stacking structure, the more significant the variation in the interlayer distance.
グラフェンは、三次元構造として、例えば、縮れ構造もしくは折りたたみ構造してもよい。このとき、個々のグラフェンシート積層体は、自身が微細な多孔質構造(microporous structure)を有している。よって、グラフェンの表面近傍におけるイオンの拡散がよ
り良好になる。縮れ構造や折りたたみ構造の存在は、グラフェンの電子顕微鏡(SEM、TEM等)写真により確認することができる。
The graphene may have a three-dimensional structure, for example, a crimped structure or a folded structure. In this case, each graphene sheet laminate has a microporous structure. This improves the diffusion of ions near the surface of the graphene. The presence of the crimped structure or the folded structure can be confirmed by an electron microscope (SEM, TEM, etc.) photograph of the graphene.
縮れ構造とは、例えば、ランダムに形成された複数の襞(ひだ)状の隆起部と窪み部とを有する構造であればよい。また、折りたたみ構造とは、一枚のグラフェンシート積層体が部分的に複数回折り畳まれた折り畳み部を有する構造であり、縮れ構造の範疇に含まれる。折り畳み部に形成される隆起部の高さもしくは窪み部の深さは、その構造を有するグラフェンシート積層体のカーボン部分の厚みよりも大きくてよく、カーボン部分の厚みの2倍以上であってもよい。 The crimped structure may be, for example, a structure having multiple randomly formed fold-like raised portions and recessed portions. A folded structure is a structure having a folded portion in which a single graphene sheet laminate is partially folded multiple times, and is included in the category of crimped structures. The height of the raised portion or the depth of the recessed portion formed in the folded portion may be greater than the thickness of the carbon portion of the graphene sheet laminate having that structure, and may be more than twice the thickness of the carbon portion.
第1カーボンのX線回折プロファイルは、通常、002面に帰属される回折ピークP1を有する。グラフェンシート同士の重なりが大きく、グラフェンの結晶性が高くなるほど、回折ピークP1はシャープになる。 The X-ray diffraction profile of the first carbon typically has a diffraction peak P1 that is assigned to the 002 plane. The greater the overlap between the graphene sheets and the higher the crystallinity of the graphene, the sharper the diffraction peak P1 becomes.
一方、グラフェンが三次元構造を有する場合、回折ピークP1はブロードになり、複数のピークに波形分離できるようになる。第1カーボンのX線回折プロファイルの回折ピークP1よりも高角側には、アモルファス相に帰属されるハローパターンが観測されてもよい。 On the other hand, when graphene has a three-dimensional structure, the diffraction peak P1 becomes broad and can be separated into multiple peaks. A halo pattern attributed to an amorphous phase may be observed on the higher angle side of the diffraction peak P1 in the X-ray diffraction profile of the first carbon.
X線回折プロファイルから算出される第1カーボンの002面の面間距離(d002)は、例えば0.338nm(3.38Å)以上であればよい。d002は、2θ=26.38°付近の領域に観測される回折ピークを波形分離し、各成分についてd002を算出し、その平均として算出される。第1カーボンの002面の距離(d002)は、好ましくは0.340nm(3.40Å)以上であり、0.360nm(3.60Å)以上がより好ましく、0.370nm(3.70Å)以上が更に好ましい。 The interplanar distance (d002) of the 002 plane of the first carbon calculated from the X-ray diffraction profile may be, for example, 0.338 nm (3.38 Å) or more. d002 is calculated by waveform separation of the diffraction peaks observed in the region around 2θ = 26.38°, calculating d002 for each component, and calculating the average. The distance (d002) of the 002 plane of the first carbon is preferably 0.340 nm (3.40 Å) or more, more preferably 0.360 nm (3.60 Å) or more, and even more preferably 0.370 nm (3.70 Å) or more.
(b)第2カーボン
第2カーボンは、平均長10μm以下の短炭素繊維および/または平均径0.1μm以下の炭素粒子であればよい。
(b) Second Carbon The second carbon may be short carbon fibers having an average length of 10 μm or less and/or carbon particles having an average diameter of 0.1 μm or less.
(i)短炭素繊維
短炭素繊維は、例えば、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ等であればよい。短炭素繊維は、内部に中空の空間(中空部)を有していてもよい。
(i) Short Carbon Fiber The short carbon fiber may be, for example, a vapor-grown carbon fiber, a carbon nanotube, a carbon nanofiber, etc. The short carbon fiber may have a hollow space (hollow portion) therein.
短炭素繊維の平均長は、10μm以下であればよいが、グラフェン間のイオン拡散性をより高くする観点から、2μm以下が望ましく、0.1μm以下がより望ましい。短炭素繊維の平均長は、電子顕微鏡(SEM、TEM等)写真から分析し得る。例えば、任意の20本の短炭素繊維を選択し、それぞれの長さを測定し、最大側から5番目までの数値と、最小側から5番目までの数値とを省き、中間の10個の数値の平均値を平均長とすればよい。なお、短炭素繊維は、10μm以下と短いため、概ね直線状に近似することができる。よって、短炭素繊維の長さは、その両端を直線で結んだときの当該直線の長さを意味する。
The average length of the short carbon fibers may be 10 μm or less, but from the viewpoint of increasing ion diffusion between graphenes, 2 μm or less is preferable, and 0.1 μm or less is more preferable. The average length of the short carbon fibers can be analyzed from an electron microscope (SEM, TEM, etc.) photograph. For example, 20 short carbon fibers are arbitrarily selected, the length of each is measured, the maximum and minimum values are omitted, and the average of the
短炭素繊維の平均直径は、例えば200nm以下であり、5nm以上、200nm以下であってもよく、10nm以上、170nm以下であってもよい。短炭素繊維の直径とは、短炭素繊維の長さ方向に垂直な方向の最大長さであり、平均直径は、電子顕微鏡(SEM、TEM等)写真から分析し得る。例えば、任意の20本の短炭素繊維を選択し、それ
ぞれの直径を測定し、最大側から5番目までの数値と、最小側から5番目までの数値とを省き、中間の10個の数値の平均値を平均直径とすればよい。
The average diameter of the short carbon fibers is, for example, 200 nm or less, and may be 5 nm or more and 200 nm or less, or 10 nm or more and 170 nm or less. The diameter of the short carbon fibers is the maximum length in the direction perpendicular to the length direction of the short carbon fibers, and the average diameter can be analyzed from an electron microscope (SEM, TEM, etc.) photograph. For example, 20 short carbon fibers are arbitrarily selected, the diameters of each are measured, and the maximum and minimum values are omitted, and the average value of the
(ii)炭素粒子
炭素粒子の平均径は、0.1μm以下であればよいが、グラフェン間のイオン拡散性をより高くする観点から、0.05μm以下が望ましく、0.03μm以下がより望ましい。炭素粒子の平均径は、電子顕微鏡(SEM、TEM等)写真から分析し得る。例えば、任意の20個の炭素粒子を選択し、それぞれの最大径を測定し、最大側から5番目までの数値と、最小側から5番目までの数値とを省き、中間の10個の数値の平均値を平均径とすればよい。また、炭素粒子を分離し得る場合、レーザー回折式の粒度分布測定装置により測定可能である。この場合、体積基準の粒度分布における累積体積50%のメディアン径を平均径とすればよい。
(ii) Carbon particles The average diameter of the carbon particles may be 0.1 μm or less, but from the viewpoint of increasing the ion diffusion between graphenes, it is preferable that it is 0.05 μm or less, and more preferable that it is 0.03 μm or less. The average diameter of the carbon particles can be analyzed from an electron microscope (SEM, TEM, etc.) photograph. For example, 20 arbitrary carbon particles are selected, the maximum diameter of each is measured, the maximum value and the minimum value are omitted, and the average value of the intermediate 10 values is taken as the average diameter. In addition, when the carbon particles can be separated, they can be measured by a laser diffraction type particle size distribution measuring device. In this case, the median diameter at 50% of the cumulative volume in the volume-based particle size distribution may be taken as the average diameter.
炭素粒子の具体例として、黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、カーボンブラック等が挙げられる。中でも、カーボンブラックが好ましく、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、サーマルブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラックなどを用い得る。なお、複数の炭素粒子(ここでは一次粒子)が連結して鎖状ストラクチャー(二次粒子)を構成してもよい。この場合、平均径は、一次粒子の平均径である。鎖状ストラクチャーの長さは、特に限定されないが、2μm以下が望ましく、0.5μm以下が望ましく、0.05μm以下がより望ましい。 Specific examples of carbon particles include graphite, non-graphitizable carbon, easily graphitizable carbon, and carbon black. Among these, carbon black is preferred, and for example, acetylene black, ketjen black, thermal black, furnace black, channel black, and the like can be used. Note that multiple carbon particles (here, primary particles) may be linked to form a chain structure (secondary particles). In this case, the average diameter is the average diameter of the primary particles. The length of the chain structure is not particularly limited, but is preferably 2 μm or less, more preferably 0.5 μm or less, and more preferably 0.05 μm or less.
(iii)第1カーボン/第2カーボン割合
第1カーボンと第2カーボンとの合計に占める第1カーボンの割合は、40~98質量%であればよく、80~98質量%でもよい。高容量のキャパシタ用電極を得るためには、大きい表面積を有するグラフェンの割合が大きいことが望ましい。一方、第1カーボンの割合が大き過ぎると、グラフェン間に介在する第2カーボンが少なくなり、グラフェンシート同士の重なりを抑制する効果が小さくなる。第1カーボンの割合が上記範囲であれば、グラフェンシート同士の重なりが顕著に抑制されるため、キャパシタ用電極の容量を効率的に高めることができる。
(iii) First Carbon/Second Carbon Ratio The ratio of the first carbon to the total of the first carbon and the second carbon may be 40 to 98% by mass, and may be 80 to 98% by mass. In order to obtain a capacitor electrode with a high capacity, it is desirable to have a large ratio of graphene having a large surface area. On the other hand, if the ratio of the first carbon is too large, the amount of the second carbon interposed between the graphene is reduced, and the effect of suppressing the overlapping of the graphene sheets is reduced. If the ratio of the first carbon is within the above range, the overlapping of the graphene sheets is significantly suppressed, and therefore the capacity of the capacitor electrode can be efficiently increased.
(c)結着剤
キャパシタ用電極には、結着剤を含ませてもよい。結着剤は、第1カーボンと第2カーボンとの混合物を、シート状もしくは膜状の電極層に成形する際に、第1カーボン同士の結合、第2カーボン同士の結合もしくは第1カーボンと第2カーボンとの結合を補助する役割を有する。また、結着剤は、電極層と集電体との結合を補助する役割を有する。
(c) Binder The capacitor electrode may contain a binder. The binder has a role of supporting the bonding between the first carbons, between the second carbons, or between the first carbon and the second carbon when the mixture of the first carbon and the second carbon is formed into a sheet-like or film-like electrode layer. The binder also has a role of supporting the bonding between the electrode layer and the current collector.
結着剤としては、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)、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(PVdF-HFP)等のフッ素樹脂、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリアクリル酸(PAA)、ポリビニルアセテート等の水溶性樹脂等を用い得る。 Examples of binders that can be used include fluororesins such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), and vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVdF-HFP), and water-soluble resins such as carboxymethyl cellulose (CMC), polyethylene oxide (PEO), polyethylene glycol (PEG), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylpyrrolidone (PVP), polyacrylic acid (PAA), and polyvinyl acetate.
(d)第3成分
電極層は、第1カーボンおよび第2カーボン以外に、例えば活性炭のような他の活物質を含んでもよい。また、本発明は、電極層が平均長10μmを超えるCNTを含む場合を排除するものではなく、電極層に少量のCNTが含まれてもよい。
(d) Third Component The electrode layer may contain other active materials such as activated carbon in addition to the first carbon and the second carbon. In addition, the present invention does not exclude the case where the electrode layer contains CNTs having an average length of more than 10 μm, and the electrode layer may contain a small amount of CNTs.
(e)集電体
集電体には、金属箔、金属多孔体などを用い得る。集電体の材質としては、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、ステンレス、白金等を用い得る。これらの金属を主成分とする合金を用いてもよい。金属箔は、プレーン箔でもよいが、エッチング等により粗面化を施した箔、プラズマ処理を施した箔等であってもよい。金属多孔体は、例えば三次元網目構造を有する。
(e) Current collector A metal foil, a metal porous body, etc. can be used as the current collector. The material of the current collector can be aluminum, copper, nickel, iron, stainless steel, platinum, etc. An alloy mainly composed of these metals can also be used. The metal foil can be a plain foil, but it can also be a foil roughened by etching or the like, or a foil subjected to plasma treatment. The metal porous body has, for example, a three-dimensional mesh structure.
金属多孔体の単位面積あたりの質量は、例えば500g/m2以下でもよく、150g/m2以下でもよい。金属多孔体の空隙率は、例えば80体積%~98体積%であればよく、90体積%~98体積%でもよい。 The mass per unit area of the metal porous body may be, for example, 500 g/m 2 or less, or 150 g/m 2 or less. The porosity of the metal porous body may be, for example, 80 vol% to 98 vol%, or may be 90 vol% to 98 vol%.
金属多孔体の空隙の平均孔径は、例えば50μm以上、1000μm以下であればよく、400μm以上、900μm以下でもよく、450μm以上、850μm以下でもよい。 The average pore size of the voids in the metal porous body may be, for example, 50 μm or more and 1000 μm or less, or may be 400 μm or more and 900 μm or less, or 450 μm or more and 850 μm or less.
次に、キャパシタ用電極の製造方法の一例について説明する。
(i)分散液調製工程
まず、第1カーボン原料と第2カーボンとを含む水分散液を調製する。第1カーボン原料とは、第1カーボンの前駆体であり、ここでは酸化グラフェンを用いる。第2カーボンは、平均長10μm以下の短炭素繊維および/または平均径0.1μm以下の炭素粒子である。
Next, an example of a method for manufacturing a capacitor electrode will be described.
(i) Dispersion preparation step First, an aqueous dispersion containing a first carbon raw material and a second carbon is prepared. The first carbon raw material is a precursor of the first carbon, and graphene oxide is used here. The second carbon is short carbon fibers with an average length of 10 μm or less and/or carbon particles with an average diameter of 0.1 μm or less.
水分散液には、第1カーボン原料、第2カーボンおよび水以外に、カルボキシメチルセルロース(CMC)等の分散剤等を含ませてもよい。 The aqueous dispersion may contain a dispersant such as carboxymethyl cellulose (CMC) in addition to the first carbon raw material, the second carbon, and water.
酸化グラフェンとは、酸素含有官能基を有するグラフェン類縁体であり、例えば、グラファイトの酸化を経由してグラファイトから単層または多層の状態で剥離生成する材料である。酸素含有官能基は、水酸基、カルボニル基、カルボキシル基等の親水性基であり、水分散性を有する。 Graphene oxide is a graphene analogue that has oxygen-containing functional groups, and is a material that is exfoliated from graphite in a single layer or multiple layers via the oxidation of graphite. The oxygen-containing functional groups are hydrophilic groups such as hydroxyl groups, carbonyl groups, and carboxyl groups, and are water-dispersible.
グラファイトの酸化は、例えば、水中で酸化剤を用いて行い得る。酸化剤には、硫酸、過マンガン酸カリウム、クロム酸、重クロム酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、過酸化物、過硫酸塩、有機過酸などを用い得る。水には水溶性溶媒を添加してもよい。水溶性溶媒としては、アルコール類、アセトンなどのケトン類、ジオキサン、テトラヒドロフランなどのエーテル類などが例示できる。水中での酸化反応により、酸化グラフェンの水分散液が生成する。酸化グラフェンの水分散液に第2カーボンを添加することで、第1カーボン原料と第2カーボンとを含む水分散液が得られる。 Graphite can be oxidized, for example, using an oxidizing agent in water. Examples of the oxidizing agent that can be used include sulfuric acid, potassium permanganate, chromic acid, sodium dichromate, sodium nitrate, peroxide, persulfate, and organic peracid. A water-soluble solvent may be added to the water. Examples of the water-soluble solvent include alcohols, ketones such as acetone, and ethers such as dioxane and tetrahydrofuran. An aqueous dispersion of graphene oxide is produced by an oxidation reaction in water. By adding a second carbon to the aqueous dispersion of graphene oxide, an aqueous dispersion containing the first carbon raw material and the second carbon is obtained.
酸化グラフェンの酸化度(酸素含有量)は、例えば10~60質量%であればよく、20~50質量%でもよく、30~50質量%でもよい。酸化グラフェンの酸化度は、例えば、X線光電子分光法(XPS)により測定し得る。酸化グラフェンに含まれる炭素(C)と酸素(O)の質量をXPSで測定し、炭素と酸素との合計質量に占める酸素の質量割合を算出すればよい。 The degree of oxidation (oxygen content) of graphene oxide may be, for example, 10 to 60% by mass, 20 to 50% by mass, or 30 to 50% by mass. The degree of oxidation of graphene oxide may be measured, for example, by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The masses of carbon (C) and oxygen (O) contained in graphene oxide may be measured by XPS, and the mass ratio of oxygen to the total mass of carbon and oxygen may be calculated.
(ii)還元工程
次に、酸化グラフェン(第1カーボン原料)と第2カーボンとを含む水分散液中、すなわち、第2カーボンの存在下で、酸化グラフェンを還元する。還元方法は、特に限定されないが、例えば水熱処理が挙げられる。例えば、水分散液をオートクレーブに封入して水熱処理することにより、ゲル状生成物を生成させればよい。水熱処理の温度は、例えば、150℃以上、好ましくは170℃以上、200℃以下でもよい。
(ii) Reduction Step Next, the graphene oxide is reduced in an aqueous dispersion containing the graphene oxide (first carbon raw material) and the second carbon, i.e., in the presence of the second carbon. The reduction method is not particularly limited, but may be, for example, hydrothermal treatment. For example, the aqueous dispersion may be sealed in an autoclave and subjected to hydrothermal treatment to generate a gel-like product. The temperature of the hydrothermal treatment may be, for example, 150° C. or higher, preferably 170° C. or higher and 200° C. or lower.
水熱処理では、第1カーボンと第2カーボンとの架橋構造が生成され得る。例えば、エーテル結合基(-O-)等の官能基を介して第1カーボンと第2カーボンとが架橋される。このような水熱処理によれば、第2カーボンと複合化され、かつ、三次元構造を有するグラフェンを含むゲル状生成物が得られる。 The hydrothermal treatment can produce a cross-linked structure between the first carbon and the second carbon. For example, the first carbon and the second carbon are cross-linked via a functional group such as an ether bond (-O-). Such hydrothermal treatment produces a gel-like product that contains graphene that is composited with the second carbon and has a three-dimensional structure.
還元を更に進行させるために、ゲル状生成物を還元剤と接触させてもよい。還元剤としては、例えば、金属ヒドリド類、ボロヒドリド類、ボラン類、ヒドラジンもしくはヒドラジド類、アスコルビン酸類、チオグリコール酸類、システイン類、亜硫酸類、チオ硫酸類、亜ジチオン酸類などが例示できる。例えば、アスコルビン酸ナトリウムのような水溶性の還元剤を含む水溶液にゲル状生成物を浸漬すればよい。水溶液の温度は、例えば20~110℃であればよく、40~100℃でもよく、50~100℃でもよい。還元剤の使用量は、還元剤の種類、酸化グラフェンの酸化度、ゲル状生成物量などに応じて適宜調整すればよい。還元後のグラフェンの酸化度は、例えば40質量%以下とすればよく、20質量%以下としてもよい。 To further promote the reduction, the gel product may be contacted with a reducing agent. Examples of reducing agents include metal hydrides, borohydrides, boranes, hydrazines or hydrazides, ascorbic acids, thioglycolic acids, cysteines, sulfurous acids, thiosulfates, and dithionites. For example, the gel product may be immersed in an aqueous solution containing a water-soluble reducing agent such as sodium ascorbate. The temperature of the aqueous solution may be, for example, 20 to 110°C, 40 to 100°C, or 50 to 100°C. The amount of reducing agent used may be appropriately adjusted depending on the type of reducing agent, the oxidation degree of graphene oxide, the amount of gel product, and the like. The oxidation degree of graphene after reduction may be, for example, 40% by mass or less, or may be 20% by mass or less.
(iii)凍結乾燥工程
その後、ゲル状生成物は、凍結乾燥(フリーズドライ)させることが好ましい。凍結乾燥によれば、グラフェンの三次元構造が高度に維持された状態の乾燥ゲル(キセロゲル)を得ることができる。凍結乾燥は、例えば-50℃~0℃、好ましくは-50℃~-20℃で、100Pa以下、更には1Pa以下の減圧下で行えばよい。
(iii) Freeze-drying process The gel product is then preferably freeze-dried. Freeze-drying makes it possible to obtain a dry gel (xerogel) in which the three-dimensional structure of graphene is highly maintained. Freeze-drying may be performed, for example, at −50° C. to 0° C., preferably −50° C. to −20° C., under reduced pressure of 100 Pa or less, and further 1 Pa or less.
キセロゲルは、三次元構造を有するグラフェンと第2カーボンとの複合物である。複合物には、第2カーボンを介して積層された三次元構造を有するグラフェンが含まれている。複合物は、高容量を発現するキャパシタ用電極の活物質として使用される。 Xerogel is a composite of graphene with a three-dimensional structure and a second carbon. The composite contains graphene with a three-dimensional structure stacked via the second carbon. The composite is used as an active material for capacitor electrodes that exhibit high capacitance.
(iv)電極化工程
次に、第1カーボンと第2カーボンとの複合物を、結着剤とともに、水等の分散媒に分散させてスラリーを調製する。このとき、グラフェン間に第2カーボンが介在すると、スラリー中でもグラフェンシートの再配列が抑制され、グラフェンシート同士の重なりの更なる形成が抑制される。また、水熱処理を経て得られた複合物では、通常、第1カーボンと第2カーボンとが官能基を介して架橋されており、グラフェンの移動の自由度が制限されている。よって、スラリー中でも三次元構造は維持されやすい。
(iv) Electrode Formation Step Next, the composite of the first carbon and the second carbon is dispersed in a dispersion medium such as water together with a binder to prepare a slurry. At this time, if the second carbon is interposed between the graphene, rearrangement of the graphene sheets is suppressed even in the slurry, and further overlapping of the graphene sheets is suppressed. In addition, in the composite obtained through the hydrothermal treatment, the first carbon and the second carbon are usually crosslinked via a functional group, and the degree of freedom of movement of the graphene is limited. Therefore, the three-dimensional structure is easily maintained even in the slurry.
得られたスラリーを集電体に塗布し、塗膜を乾燥することで、集電体に担持された電極層が形成され、キャパシタ用電極が得られる。その後、電極層を圧延してもよい。 The resulting slurry is applied to a current collector and the coating is dried to form an electrode layer supported on the current collector, thereby obtaining an electrode for a capacitor. The electrode layer may then be rolled.
次に、上記キャパシタ用電極を備えるキャパシタの一例について説明する。上記キャパシタ用電極は、例えば、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等の電極として適用し得る。 Next, an example of a capacitor equipped with the above-mentioned capacitor electrode will be described. The above-mentioned capacitor electrode can be used as an electrode for, for example, an electric double layer capacitor, a lithium ion capacitor, etc.
図1は、電気二重層キャパシタ10の一部切り欠き斜視図である。
図示例の電気二重層キャパシタ10は、捲回型のキャパシタ素子1を具備する。キャパシタ素子1は、それぞれシート状の第1電極2と第2電極3とをセパレータ4を介して捲回して構成されている。第1電極2および第2電極3は、それぞれ金属製の第1集電体、第2集電体と、その表面に担持された第1電極層、第2電極層を有し、イオンを吸着および脱着することで容量を発現する。第1、第2集電体には、例えば、アルミニウム箔が用いられる。集電体の表面は、エッチングなどの手法によって粗面化してもよい。セパレータ4には、例えば、セルロースを主成分とする不織布が用いられる。第1電極2および第2電極3には、それぞれ引出部材としてリード線5a、5bが接続されている。キャパシタ素子1は、電解液(図示なし)とともに円筒型の外装ケース6に収容されている。外装
ケース6の材質は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、鉄、真鍮などの金属であればよい。外装ケース6の開口は、封口部材7によって封止されている。リード線5a、5bは、封口部材7を貫通するように外部に導出されている。封口部材7には、例えば、ブチルゴムなどのゴム材が用いられる。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of an electric
The electric
電極層は、活物質を必須成分として含み、結着剤、導電助剤などを任意成分として含み得る。活物質は、既に述べた特徴を有する第1カーボンと第2カーボンとを含む。電極層は、例えば、活物質、結着剤(例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC))などを水とともに混練機で練合して得られるスラリーを集電体の表面に塗布し、塗膜を乾燥し、圧延することで得られる。 The electrode layer contains an active material as an essential component, and may contain a binder, a conductive assistant, and the like as optional components. The active material contains a first carbon and a second carbon having the characteristics already described. The electrode layer is obtained, for example, by applying a slurry obtained by kneading the active material, a binder (e.g., carboxymethyl cellulose (CMC)), and the like together with water in a kneader to the surface of a current collector, drying the coating, and rolling it.
電解液は、溶媒と、溶媒に溶解させたイオン性物質(例えば有機塩)との混合物であればよい。溶媒は、非水溶媒でもよく、イオン性液体でもよい。電解液におけるイオン性物質の濃度は、例えば、0.5~2.0mol/Lであればよい。 The electrolyte may be a mixture of a solvent and an ionic substance (e.g., an organic salt) dissolved in the solvent. The solvent may be a non-aqueous solvent or an ionic liquid. The concentration of the ionic substance in the electrolyte may be, for example, 0.5 to 2.0 mol/L.
非水溶媒としては、高沸点溶媒が好ましい。例えば、γ-ブチロラクトンなどのラクトン類、プロピレンカーボネートなどのカーボネート類、エチレングリコール、プロピレングリコールなどの多価アルコール類、スルホランなどの環状スルホン類、N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドンなどのアミド類、酢酸メチルなどのエステル類、1,4-ジオキサンなどのエーテル類、メチルエチルケトンなどのケトン類、ホルムアルデヒドなどを用いることができる。 As the non-aqueous solvent, a high boiling point solvent is preferable. For example, lactones such as γ-butyrolactone, carbonates such as propylene carbonate, polyhydric alcohols such as ethylene glycol and propylene glycol, cyclic sulfones such as sulfolane, amides such as N-methylacetamide, N,N-dimethylformamide, and N-methyl-2-pyrrolidone, esters such as methyl acetate, ethers such as 1,4-dioxane, ketones such as methyl ethyl ketone, and formaldehyde can be used.
有機塩とは、アニオンおよびカチオンの少なくとも一方が有機物を含む塩である。カチオンが有機物を含む有機塩としては、例えば、4級アンモニウム塩が挙げられる。アニオン(もしくは両イオン)が有機物を含む有機塩としては、例えば、マレイン酸トリメチルアミン、ボロジサリチル酸トリエチルアミン、フタル酸エチルジメチルアミン、フタル酸モノ1,2,3,4-テトラメチルイミダゾリニウム、フタル酸モノ1,3-ジメチル-2-エチルイミダゾリニウムなどが挙げられる。
An organic salt is a salt in which at least one of the anion and cation contains an organic substance. Examples of organic salts in which the cation contains an organic substance include quaternary ammonium salts. Examples of organic salts in which the anion (or both ions) contains an organic substance include trimethylamine maleate, triethylamine borodisalicylate, ethyldimethylamine phthalate,
アニオンは、耐電圧特性を向上させる観点から、フッ素原子を含むことが好ましく、例えばBF4 -および/またはPF6 -が用いられる。好ましい有機塩として、具体的には、エチルトリメチルアンモニウムテトラフルオロボレートのようなテトラアルキルアンモニウム塩が挙げられる。 From the viewpoint of improving the withstand voltage characteristics, the anion preferably contains a fluorine atom, for example, BF 4 - and/or PF 6 - . Specific examples of preferred organic salts include tetraalkylammonium salts such as ethyltrimethylammonium tetrafluoroborate.
上記実施形態では、捲回型キャパシタについて説明したが、本発明の適用範囲は上記に限定されず、他構造のキャパシタ、例えば、積層型あるいはコイン型のキャパシタにも適用し得る。 In the above embodiment, a wound type capacitor has been described, but the scope of application of the present invention is not limited to the above, and it may also be applied to capacitors of other structures, such as stacked or coin type capacitors.
以下、実施例に基づいて、本発明をより詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
《実施例1》
本実施例では、定格電圧2.8Vの捲回型の電気二重層キャパシタ(Φ18mm×L(長さ)70mm)を作製した。以下に、電気二重層キャパシタの具体的な製造方法について説明する。
Example 1
In this example, a wound type electric double layer capacitor (Φ18 mm×L (length) 70 mm) was produced with a rated voltage of 2.8 V. A specific method for producing the electric double layer capacitor will be described below.
(i)活物質の調製
第1カーボン原料である酸化グラフェンを0.35質量%含む水分散液に、第2カーボンであるカーボンブラック((株)デンカ製のアセチレンブラック(一次粒子の平均径35nm))を添加し、プライミクス(株)製の薄膜旋回型高速ミキサー(フィルミックス
(登録商標))で混合して、第1カーボン原料と第2カーボンの合計含有量が0.39質量%の水分散液を調製した。
(i) Preparation of active material Carbon black (acetylene black (average primary particle diameter 35 nm) manufactured by Denka Corp.), which is the second carbon, was added to an aqueous dispersion containing 0.35 mass% of graphene oxide, which is the first carbon raw material, and mixed using a thin film swirling high-speed mixer (Filmix (registered trademark)) manufactured by Primix Corp. to prepare an aqueous dispersion with a total content of the first carbon raw material and the second carbon of 0.39 mass%.
次に、水分散液を180℃で1時間、水熱処理して、ゲル状生成物を得た。引き続き、ゲル状生成物を還元剤であるアスコルビン酸ナトリウム水溶液(アスコルビン酸ナトリウム濃度1.0mol/L)に浸漬し、100℃に加熱して2時間保持し、酸化グラフェンを十分に還元した。その後、ゲル状生成物を-20℃で100Paの減圧下で凍結乾燥(フリーズドライ)させて、キセロゲルを得た。 Next, the aqueous dispersion was hydrothermally treated at 180°C for 1 hour to obtain a gelled product. The gelled product was then immersed in an aqueous solution of sodium ascorbate (sodium ascorbate concentration 1.0 mol/L) as a reducing agent, heated to 100°C and held for 2 hours to sufficiently reduce the graphene oxide. The gelled product was then freeze-dried at -20°C under reduced pressure of 100 Pa to obtain a xerogel.
次に、キセロゲル(すなわち、第1カーボンと第2カーボンとの複合物)を、結着剤であるCMCとともに水に分散させてスラリーを調製した。CMCの使用量は、キセロゲル100質量部あたり、10質量部とした。得られたスラリーを厚み30μmのAl箔からなる集電体に塗布し、塗膜を110℃で真空乾燥し、圧延して、電極層を形成し、キャパシタ用電極を得た。 Next, the xerogel (i.e., a composite of the first carbon and the second carbon) was dispersed in water together with CMC, which was a binder, to prepare a slurry. The amount of CMC used was 10 parts by mass per 100 parts by mass of the xerogel. The obtained slurry was applied to a current collector made of Al foil with a thickness of 30 μm, and the coating was vacuum dried at 110°C and rolled to form an electrode layer, thereby obtaining an electrode for a capacitor.
一対の電極を準備し、それぞれにリード線を接続し、セルロース製不織布のセパレータを介して捲回してキャパシタ素子を構成し、電解液とともに所定の外装ケースに収容し、封口部材で封口して、電気二重層キャパシタA1を完成させた。電解液には、エチルジメチルイミダゾリウムテトラフルオロボレートを非水溶媒であるプロピレンカーボネートに1.0mol/L濃度で溶解させた溶液を用いた。その後、定格電圧を印加しながら、60℃で16時間エージング処理を行った。 A pair of electrodes was prepared, each connected to a lead wire, and wound with a cellulose nonwoven separator to form a capacitor element, which was then housed in a specified exterior case together with an electrolyte and sealed with a sealing material to complete the electric double layer capacitor A1. The electrolyte used was a solution of ethyldimethylimidazolium tetrafluoroborate dissolved in propylene carbonate, a nonaqueous solvent, at a concentration of 1.0 mol/L. The capacitor was then aged for 16 hours at 60°C while applying the rated voltage.
[評価]
図2Aに、本実施例でスラリー調製に用いたキセロゲルのTEM写真を示す。図2Bは図2Aの一部の拡大TEM写真である。これらの写真から複数のグラフェンシート積層体の層間にカーボンブラックの一次粒子の鎖状連結体が介在していることが確認できる。
[evaluation]
Fig. 2A shows a TEM image of the xerogel used in the preparation of the slurry in this example. Fig. 2B shows an enlarged TEM image of a portion of Fig. 2A. From these images, it can be seen that chain-like connections of primary particles of carbon black are present between multiple graphene sheet laminates.
TEM像には、ランダムに形成された複数の襞状の隆起部と窪み部とを有する縮れ構造もしくは折りたたみ構造が見られる。折り畳み部に形成されている隆起部の高さもしくは窪み部の深さは、カーボン部分の厚みよりも十分に大きく、少なくともカーボン部分の厚みの2倍以上を有している。 The TEM image shows a curled or folded structure with multiple randomly formed pleat-like raised areas and depressions. The height of the raised areas or the depth of the depressions formed in the folded areas is sufficiently greater than the thickness of the carbon part, and is at least twice the thickness of the carbon part.
また、キセロゲルのX線回折測定を行ったところ、002面に帰属される回折ピークP1よりも高角側にアモルファス相に帰属されるブロードなハローパターンが観測され、縮れ構造もしくは折りたたみ構造の存在が示された。得られたX線回折プロファイルを分析して、グラフェンのd002を求めたところ、約0.34nm以上であることが確認された。 In addition, when the xerogel was subjected to X-ray diffraction measurement, a broad halo pattern attributable to the amorphous phase was observed at higher angles than the diffraction peak P1 attributable to the 002 plane, indicating the presence of a curled or folded structure. The obtained X-ray diffraction profile was analyzed to determine the d002 of graphene, which was confirmed to be approximately 0.34 nm or more.
次に、電気二重層キャパシタA1について、25℃および-30℃において、静電容量を求めた。また、-30℃静電容量/25℃静電容量の比率(C(-30/20))を求めた。低温ではイオン拡散が律速になるため、C(-30/20)比が大きいほど、イオン拡散に対する抵抗が低いといえる。 Next, the capacitance of electric double layer capacitor A1 was determined at 25°C and -30°C. In addition, the ratio of -30°C capacitance to 25°C capacitance (C(-30/20)) was determined. Since ion diffusion is rate-limiting at low temperatures, it can be said that the larger the C(-30/20) ratio, the lower the resistance to ion diffusion.
《比較例1》
第2カーボンであるアセチレンブラックを使用しなかったこと以外、実施例1と同様にキセロゲルを調製し、それを用いて電気二重層キャパシタB1を作製し、同様に評価した。
Comparative Example 1
A xerogel was prepared in the same manner as in Example 1, except that acetylene black, which was the second carbon, was not used. An electric double layer capacitor B1 was produced using the xerogel, and was similarly evaluated.
《比較例2》
第2カーボンであるアセチレンブラックを使用しなかったこと以外、実施例1と同様に
キセロゲルを調製し、スラリーにそのキセロゲル100質量部あたり10質量部のアセチレンブラックを添加したこと以外、実施例1と同様に電気二重層キャパシタB2を作製し、同様に評価した。
Comparative Example 2
A xerogel was prepared in the same manner as in Example 1, except that the second carbon, acetylene black, was not used, and an electric double layer capacitor B2 was produced in the same manner as in Example 1, except that 10 parts by mass of acetylene black was added to the slurry per 100 parts by mass of the xerogel, and was evaluated in the same manner.
《比較例3》
キセロゲルの代わりに、高結晶性グラフェンを用いたこと以外、比較例2と同様にアセチレンブラックを含むスラリーを調製し、実施例1と同様に電気二重層キャパシタB3を作製し、同様に評価した。図3に、本比較例に係る高結晶性グラフェンの電子顕微鏡(SEM)写真を示す。
Comparative Example 3
Except for using highly crystalline graphene instead of xerogel, a slurry containing acetylene black was prepared in the same manner as in Comparative Example 2, and an electric double layer capacitor B3 was produced and evaluated in the same manner as in Example 1. Fig. 3 shows an electron microscope (SEM) photograph of the highly crystalline graphene according to this comparative example.
上記実施例および比較例の評価結果を表1に示す。 The evaluation results for the above examples and comparative examples are shown in Table 1.
表1は、キャパシタA1の静電容量がB1~B3に比べて顕著に高いことを示すとともに、キャパシタA1が低温でもイオン拡散性に優れた低抵抗なキャパシタであることを示している。なお、キャパシタB1、B2ではキャパシタA1に比べて顕著に容量が低下しており、容量はほぼ同等である。このことから、スラリー調製の際にキセロゲルとアセチレンブラックとを混合したとしても、グラフェン同士がアセチレンブラックを介して積層されたイオン拡散に優位な構造を形成することが困難であり、かつグラフェンの三次元構造を維持することも困難であるといえる。一方、酸化グラフェンと第2カーボン(カーボンブラック)との水分散液を還元後、フリーズドライして得られたキセロゲルでは、グラフェン同士がアセチレンブラックを介して積層され、かつグラフェンの三次元構造が維持されるものと考えられる。これは、例えば、エーテル結合などの化学結合を介して第1カーボンと第2カーボンとが架橋されるためと考えられる。 Table 1 shows that the capacitance of capacitor A1 is significantly higher than those of capacitors B1 to B3, and that capacitor A1 is a low-resistance capacitor with excellent ion diffusion even at low temperatures. The capacitance of capacitors B1 and B2 is significantly lower than that of capacitor A1, and the capacitances are almost the same. From this, it can be said that even if xerogel and acetylene black are mixed when preparing the slurry, it is difficult to form a structure favorable for ion diffusion in which graphene is stacked with acetylene black, and it is also difficult to maintain the three-dimensional structure of graphene. On the other hand, in the xerogel obtained by reducing an aqueous dispersion of graphene oxide and second carbon (carbon black) and then freeze-drying it, it is considered that graphene is stacked with acetylene black and the three-dimensional structure of graphene is maintained. This is considered to be because the first carbon and the second carbon are cross-linked through a chemical bond such as an ether bond.
本発明によれば、高容量かつ低温でも低抵抗な電気二重層キャパシタが得られる。 The present invention provides an electric double layer capacitor that has high capacity and low resistance even at low temperatures.
1:キャパシタ素子、2:第1電極、3:第2電極、4:セパレータ、5a:第1リード線、5b:第2リード線、6:外装ケース、7:封口部材、10:キャパシタ 1: Capacitor element, 2: First electrode, 3: Second electrode, 4: Separator, 5a: First lead wire, 5b: Second lead wire, 6: Outer case, 7: Sealing material, 10: Capacitor
Claims (12)
第2カーボンである短炭素繊維または炭素粒子と、を含み、
前記第1カーボンのX線回折プロファイルは、002面に帰属される回折ピークP1を有し、かつ前記回折ピークP1よりも高角側にアモルファス相に帰属されるハローパターンを有し、
前記X線回折プロファイルから算出される前記第1カーボンの002面の面間距離が、0.360nm以上であり、
前記グラフェン同士が、前記第2カーボンを介して積層されている、
キャパシタ用電極。 A first carbon, which is graphene;
The second carbon is short carbon fibers or carbon particles,
The X-ray diffraction profile of the first carbon has a diffraction peak P1 assigned to a 002 plane, and has a halo pattern assigned to an amorphous phase on the higher angle side than the diffraction peak P1,
the interplanar distance of the 002 plane of the first carbon calculated from the X-ray diffraction profile is 0.360 nm or more;
The graphenes are stacked together via the second carbon .
Electrode for capacitor.
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