電化學元件用活性炭、以及使用其的電化學元件的制作方法

專利名稱：電化學元件用活性炭、以及使用其的電化學元件的制作方法
技術領域：
本發明涉及各種電子設備、電氣設備等中使用的電化學元件用活性炭、和使用其的電化學元件。
背景技術：
電化學元件具有電解液、正扱、負極。正極與負極中的至少一方含有活性炭等多孔碳材料。電解液中的陽離子或陰離子在該多孔碳材料的表面吸附、脫吸附。在該作用下，電化學元件將電能轉變成化學能，蓄積(充電)、供給(放電)電能。作為上述電化學元件，有電偶極子層電容器。電偶極子層電容器使用在非質子性有機溶劑中溶解了四こ基銨鹽等的電解液。通過電解液中的陽離子或陰離子在多孔碳材料 的表面進行吸附、脫吸附，從而使電偶極子層電容器能夠反復進行充放電。另ー方面，作為其它的電化學元件，有鋰離子電容器。鋰離子電容器的正極含有活性炭等多孔碳材料，負極含有石墨等石墨系材料。上述正極和負極浸潰于在非質子性有機溶劑中溶解了鋰鹽的電解液中。進而，電解液中的鋰離子或陰離子在正極的多孔碳材料的表面吸附、脫吸附，另一方面，鋰離子在負極的石墨等處吸留、脫離。在這樣的作用下，鋰離子電容器能夠反復進行充放電。此外，還有組合了各種電解液、各種正極和負極材料的能夠反復進行充放電的ニ次電池或其它的電化學元件。這些電化學元件可被用作各種電子設備、電/混合/燃料電池汽車等汽車、其它產業設備等的電源裝置。電化學元件謀求能量密度(每單位重量或每單位體積能夠蓄積的能量)的增大和功率密度(每單位重量或每單位體積的輸出)的増大。為了使電化學元件實現高能量密度化，有増大每單位體積的靜電容量的方法。因此，提出有幾種多孔碳材料。在專利文獻I中，提出了通過使利用氮吸附法得到的細孔徑在特定的范圍含有的細孔容積的總量在固定值以上，能夠得到預期的靜電容量的多孔碳材料。在專利文獻2中，提出了通過使細孔徑在特定的范圍含有的細孔容積的總量在固定值以上，且使總細孔容積的重量密度在一定范圍內，能夠實現靜電容量的提高的活性炭。但是，還不能說利用現有技術充分地提高了電化學元件的能量密度和功率密度，尚有改善的余地。特別是，在-30°C左右的低溫下實現性能的改善還是問題。因此，為了減小活性炭等多孔性碳材料的直流電阻(以下稱為DCR)，需要更進一歩的努力。現有技術文獻專利文獻專利文獻I :日本特開2007-320842號公報專利文獻2 :日本特開2006-286923號公報

發明內容
本發明是用于減小具有活性炭和電解液的電化學元件的DCR的、滿足以下條件的活性炭和使用其的電化學元件。本發明的電化學元件用活性炭，對于I. Onm彡Wl < W2彡2. Onm的Wl和W2，由MP法得到的縫隙寬度在Wl以上且W2以下的細孔容積的總和是由MP法得到的縫隙寬度在2. Onm以下的細孔容積的總和的15%以上。使用具有滿足該條件的細孔分布的活性炭的電化學元件能夠減小DCR、特別是低溫下的DCR。


圖I是本發明的實施方式I的電化學元件即電偶極子層電容器的局部切下立體圖。圖2A是圖I所示的電偶極子層電容器的正極的剖視圖。圖2B是圖I所示的電偶極子層電容器的負極的剖視圖。
圖3是通過分子動力學模擬求得的離子傳導率的指標和縫隙細孔寬度之間的關系圖。圖4A是本發明的實施方式I的電化學電容器中使用的石墨烯的說明圖。 圖4B是圖4A所示的石墨烯的層狀結晶的說明圖。圖5是本發明的實施方式I的電化學電容器的電阻指數和活性炭的細孔容積分布之間的關系圖。圖6是本發明的實施方式I的電化學電容器的容量指數和活性炭的細孔容積分布之間的關系圖。圖7是本發明的實施方式2的電化學元件即鋰離子電容器的通過分子動力學模擬求得的離子傳導率的指標和縫隙細孔寬度之間的關系圖。圖8是本發明的實施方式2的電化學元件中使用的鋰離子的溶劑化結構的形象圖。圖9A是表示本發明的實施方式2的電化學元件的通過分子動力學模擬求得的Li+的配體的種類與針對活性炭的縫隙寬度LI為3. Onm時的以Li+為中心的一定距離內存在的PFfT的氟、EC的氧基的氧、DMC的氧基的氧的總數的平均值之間的關系的圖。圖9B是表示在圖9A中活性炭的縫隙寬度LI為2. Onm時的關系的圖。圖9C是表示在圖9A中活性炭的縫隙寬度LI為I. 5nm時的關系的圖。圖9D是表示在圖9A中活性炭的縫隙寬度LI為I. Onm時的關系的圖。圖10是表示本發明的實施方式2的鋰離子電容器的電阻率和活性炭的細孔占有率之間的關系的圖。圖11是表示本發明的實施方式2的鋰離子電容器的通過分子動力學模擬求得的離子傳導率的指標以及活性炭的細孔容積和縫隙細孔寬度之間的關系的圖。
具體實施例方式以下使用

本發明的實施方式。予以說明，本發明不受下述內容限定。(實施方式I)本實施方式中，說明電偶極子層電容器作為電化學元件的ー個例子。圖I是表示本發明的實施方式I的電偶極子層電容器的構成的局部切下立體圖。該電偶極子層電容器具有殼體8、容納于殼體8的電容器元件I和與電容器元件I連接的導線2、4。電容器兀件I具有正極3、負極5和隔尚件6。正極3與導線2連接。負極5與導線4連接。隔離件6配置于正極3、負極5之間。隔離件6由絕緣性多孔部件構成，防止正極3和負極5之間的短路。正極3、負極5以隔著隔離件6而對置的狀態卷繞并容納于殼體8中。橡膠制的封ロ部件7具有使導線2、4分別穿過的孔，并嵌入殼體8的上端部。殼體8為金屬制的，且呈具有底和開ロ部的圓筒形狀。殼體8的開ロ部被實施拉深加工和卷曲加工，通過壓縮封ロ部件7而密封殼體8的開ロ部。由此制作電偶極子層電容器。圖2A是正極3的剖視圖。正極3具有由鋁箔等金屬箔構成的第I集電體(以下稱為集電體)3A和設置于集電體3A的表面103A上的第I可極化電極層(以下稱為電極層)3B。表面103A例如利用電解液進行蝕刻處理而被粗面化。電極層3B主要由活性炭構 成。電極層3B中浸潰有電解液9。作為電解液9，可使用在碳酸亞丙酯等非質子性極性溶劑中溶解了脒鹽的溶液等。使用例如在以重量比為7比3混合了碳酸亞丙酯(PC)與碳酸ニ甲酯(DMC)的溶劑中溶解了 I-こ基-2，3-ニ甲基咪唑鎗(EDMI+)和四氟硼酸鹽(BF4_)的鹽的、濃度為lM(lmol/ml)的電解液。但電解液9并不限于此。作為可在電解液中使用的電解質的陽離子，可使用下述化學式⑴所示的陽離子中的一種或多種的組合。EDMI+是該種陽離子中的I種。含有上述陽離子的電解液例如如日本特開2005-197666號公報所述，具有耐電壓高、難以引起電極表面的分解反應的性質。因此，能夠提高電化學元件的能量密度、或抑制經時的性能劣化，因而優選。
Oう
I
RK +Jv R3
(1)
R5 R4(式中，R1、R2、R3、R4、R5分別獨立地為氫原子、或碳原子數I 10的烷基，Rl R5中可以存在相同的基團，另外，可以在Rl R5中含有的碳原子之間具有鍵而形成環狀結構。)另外，作為可在電解液中使用的電解質的陰離子，除了可使用BF:以外還可使用六氟磷酸鹽。或者也可與BF4-組合使用。含有上述陰離子的電解液也如例如日本特開2005-197666號公報所述，具有耐電壓高、難以引起電極表面的分解反應的性質。因此，能夠提高電化學元件的能量密度、或抑制經時的性能劣化，因而優選。但是，電偶極子層電容器中使用的電解液9不限于以上例子，可以使用各種化學種和組成。圖2B是負極5的剖視圖。負極5具有由鋁箔構成的第2集電體(以下稱為集電體)5A和設置于集電體5A的表面105A上的第2可極化電極層(以下稱為電極層)5B。表面105A例如可利用電解液進行蝕刻處理而被粗面化。電極層5B含有具有酸性表面官能團的活性炭。電極層5B與電極層3B同樣浸潰有電解液9。予以說明，可以對電極層3B、5B進行沖壓加工。由此，使電極層3B、5B的表面粗糙度變小，同時使電極密度増大。
接著，說明可在電極層3B、5B中使用的活性炭的制作方法和比表面積、細孔分布的測定方法。作為成為電極層3B、5B中含有的活性炭的原料的炭質物質，可以列舉出難石墨化碳(稱之為硬碳)或易石墨化碳以及它們的混合物。作為硬碳，可以列舉出例如木材、鋸屑、木炭、椰子殼(ャシガラ)、纖維素系纖維、合成樹脂(例如酚醛樹脂)。作為易石墨化碳，可以列舉出例如焦炭(例如浙青焦炭、針狀焦炭、石油焦炭、石炭焦炭)、浙青(例如中間相浙青)、聚氯こ烯、聚酰亞胺、聚丙烯腈(PAN)。根據需要，也可使用在活化處理前進行了碳化處理的碳質物質作為活性碳原料。活化處理是指在碳質物質的表面形成細孔，以使比表面積和細孔容積増大的處理。作為該處理，已知有在與氣體的共存下加熱碳質物質制造活性炭的氣體活化處理；以及加熱活化劑與碳質物質的混合物制造活性炭的藥劑活化處理等。可通過從公知的處理中任意選擇的處理，制造活性炭。活化處理的具體方法例如公開在日本特開2008-147283號公報中。活性炭的比表面積以及細孔分布測定使用可從日本拜璐(ベ' ル)公司獲得的BELSORP 28SA 裝置。細孔徑分布使用 MP 法(R. SH. MICHAIL et al.，J. Coll. Inter. Sci.，26(1968)45)進行分析。予以說明，假定在MP法中細孔具有縫隙形狀，則求算具有該縫隙寬 度的細孔容積的總和作為縫隙寬度的函數。以下，對用于減小電偶極子層電容器的DCR的活性炭的細孔分布的最適條件進行說明。考慮到活性炭的細孔徑分布的最適條件根據所組合的電解液組成的不同而不同。在此，對根據電解液中含有的離子、溶劑的構成、大小來確定活性炭的細孔徑分布的方法進行說明。通常，分子(包括離子)的大小可用構成它們的原子的范德華球所占的體積和具有相同體積的球體的直徑(范德華分子直徑)來表達。此外,根據該原子的范德華球的重疊而構成的分子可以形成球形以外的各種各樣的形狀。作為此類分子大小的標準，可以列舉出用兩個平行的平面夾持分子時的、這兩個平面之間的距離的最大值，即分子的最大寬度(范德華最大寬度)。基于上述的分子的大小的觀點，來考査減小電化學電容器的DCR的方法。這里決定考慮兩個不同的條件。第一個條件是離子和溶劑分子的相互作用較弱、溶劑化的離子能夠脫溶劑化的情況；第二個條件是離子和溶劑分子的相互作用較強、溶劑化的離子不易脫溶劑化的情況。本實施方式中，主要考慮第一個條件，即離子和溶劑分子的相互作用較弱、溶劑化的離子能夠脫溶劑化的情況。本實施方式的電偶極子層電容器的電解液9主要適用該條件。由活性炭細孔內的離子傳導引起的DCR依賴于離子在細孔內的擴散速度。縫隙型細孔內的離子伴隨著細孔徑即縫隙寬度的減小，受到來自兩個細孔壁的排斥カ而被押癟。其結果是，位于細孔孔中的離子的方向和構造都按照在平行于細孔壁的面上的投影面積增大的方式變化。此時，若考查離子在平行于細孔壁的方向上的擴散，則由于離子的碰撞截面積變大，因而擴散速度減小，DCR増大。基于上述觀點，若要不減小離子傳導率，則只要使活性炭的細孔徑的大小為不伴隨離子的方向及構造的強行變化的一定值以上的大小即可。該一定值是離子的范德華直徑或范德華最大寬度。
另ー方面，離子在電解液中通過形成陽離子與陰離子的離子締合體、或離子的溶劑化團簇(以下稱為溶劑化離子)而穩定化。但是，離子締合體或溶劑化離子中的中心離子與配位體之間的相互作用會使離子傳導率下降。這是由于，陽離子與陰離子的離子締合體呈電中性，形成該締合體的離子對離子傳導率沒有貢獻。另外，溶劑化離子與単獨的離子相比，有效地増大了分子量，降低了擴散速度，從而使離子傳導率減小。若活性炭的細孔小到不能夠形成離子締合體或溶劑化離子的程度時，細孔內的離子就不會受到與配位體的相互作用，以不帶動平衡離子或溶劑的方式沿著細孔壁擴散。因此，離子的擴散速度與形成離子締合體或溶劑化離子的情況相比，有變大的趨勢。從上述觀點出發，為了使離子傳導率提高，需要使活性炭的細孔徑的大小在離子不能形成離子締合體或溶劑化離子的一定值以下的大小。該一定值為陽離子與陰離子的締合體(ニ聚體)或陽離子或陰離子與溶劑的締合體(ニ聚體)的范德華直徑或范德華最大覽度。與此相對地，第二條件與第一條件不同，特征在于溶劑化離子的脫溶劑化較為困 難。因此，不能與第一條件時同樣地為了提高離子傳導率而將活性炭的細孔徑的上限規定為離子不能形成陽離子和陰離子的締合體、溶劑化離子的一定值。這種情況下，形式上可以以作為對象的細孔徑分布的上限即2. Onm來規定該細孔徑的上限。另ー方面，當活性炭的細孔小到溶劑化離子無法維持在本體(bulk)電解液中聚集結構的程度時，細孔內的溶劑化離子不會受到與周圍的溶劑分子等的相互作用地沿著細孔壁擴散，溶劑化離子的擴散速度具有比體積(bulk)大或直徑大的細孔內更大的趨勢。根據細孔內的離子擴散的分析結果已經確認，在利用MP法獲得的縫隙寬度大于2. Onm的細孔內，不利于離子傳導率的提高。因此，將細孔徑的上限規定為2. Onm是合理的。對于如上述所說明的細孔內的離子擴散，將在后面示出利用分子動力學模擬的驗證結果。以上，對第一條件和第二條件，分別敘述了用于提高離子傳導率的基本的考慮。任一條件的情況下，最基本且最重要的是離子傳導率相對于縫隙寬度具有極大值，為了提高離子傳導率而使縫隙寬度分布在以該極大值為中心的一定范圍內是有效的。相對于滿足Wmin彡Wl < W2彡Wmax的Wl和WZ,該一定范圍可以規定為Wl以上且W2以下。Wmin為Wl的能夠取的下限。Wmax為W2的能夠取的上限。Wmax可以如上所述那樣設為2. Onm。這里，用與第一性原理分子軌道計算(HF/6_31G(d))的電子密度為O. 001 (au)以上的區域的體積相同的體積的球的半徑定義時，鋰離子(Li+)的離子半徑為0.943八因此，為了使Li+単獨、自由地侵入活性炭細孔內，由MP法得到的縫隙寬度為0.211111 (々2χ0.943Λ)以上即可。由于質子難以單獨存在，可以認為離子中Li+最小。因此可以將Wmin設為O. 2nm。此外，根據細孔內的離子擴散的分析結果已經確認，在由MP法得到的縫隙寬度小于I. Onm的細孔內，不利于離子傳導率的提高。因此，更希望優選將Wmin設為I. Onm。基于以上的考察，可以如下地給出用于減小本發明的電化學元件的DCR的方法。在第一條件的情況下，將電解液9中含有的陽離子和陰離子以及溶劑的范德華分子直徑分別設為Lc、La、Ls。將陽離子、陰離子、溶劑的范德華分子的最大寬度分別設為Lmax (c)、Lmax (a)、Lmax (s)。并且將 Lc、La、Ls、Lmax (c)、Lmax (a)、Lmax (s)中的最大值設為 Wl。此外，將(Lc+La)、(Lc+Ls)、(La+Ls)、(Lmax (c) +Lmax (a))、(Lmax (c) +Lmax (s))、(Lmax (a) +Lmax (s))的最小值設為W2。此時，為了減小DCR，只要使活性炭的由MP法得到的縫隙寬度在Wl以上且W2以下的細孔容積的總和為規定量以上即可。為了減小DCR，只要使如上所述地規定的Wl和W2滿足I. Onm彡Wl < W2彡2. Onm,為Wl以上且W2以下的細孔容積的總和為規定量以上即可。活性炭中主要是直徑在2. Onm以下的稱之為微孔的細孔在三維上非常發達，因而具有大的表面積。活性炭的細孔的縫隙寬度的分布大多存在于2. Onm以下。縫隙寬度超過2. Onm的細孔對DCR幾乎沒有幫助。因此，為了減小DCR，縫隙寬度為2. Onm以下的細孔中，不阻礙離子擴散的細孔越多越好。具體而言，如上所述地縫隙寬度在Wl以上且W2以下的細孔容積的總和在15%以上即可。該比率沒有上限，如后所述，也可以為100%。以下對本實施方式的電偶極子層電容器，詳細說明對設定的電解液應用上述方法 求取活性炭的細孔分布的最適條件、通過分子動力學模擬的驗證結果和各電化學元件的DCR的測定結果。首先，使用具體例子說明本實施方式的電偶極子層電容器中使用的活性炭的細孔分布的最適條件。作為ー個例子，電解液9中，使用I-こ基-2，3-ニ甲基咪唑鎗(EDMI+)作為陽離子。作為陰離子使用四氟硼酸鹽(BF4_)。作為溶劑使用碳酸亞丙酯(PC)、或PC與碳酸ニ甲酯(DMC)的混合溶剤。(表I)示出EDMI+、BF4_、PC、DMC各自的各種參數。具體而言，示出范德華體積(Vvdw)、范德華半徑(Rvdw)、范德華分子的最大寬度(Dmax)、與基于第一性原理分子軌道計算(HF/6-31G(d))得到的穩定結構中的電子密度為O. 001 (au)以上的區域的體積相同的球的半徑(Rqm)。其中，Vvdw為通過以下方式求得的，即在離子及分子的、基于HF/6_31G(d)的穩定結構中，在各原子的中心位置放置范德華球，再對該范德華球所占的體積進行積分。第一'丨生原理分子軌道計算使用程序Gaussian03 (Gaussian Inc.)進行,原子的范德華半徑中，氫(H)為1.20 AM (C)為1.70 AM (N)為1.55 A、氟(F)為1.47 A、硼(B)為 1,70 AeH、C、N、F 的值引用 Bondi 的值(A. Bondi, J. Phys. Chem. , 68 (1964) 441) 0 B 的值雖然與C的值相同，但在BF4-中構成其的B被四個F所包圍，BF4-的離子體積對B的值不敏感。另外，對于全部的離子及分子而言，Rvdw和Rqm的值均很好地保持一致。表I
V'.dw. R'.dw Rmin Rqm
(ηηι3χ IO'3) (ranX K)'1) (rmixlO'1) (mux .1()*1')
EDMT 182.86 3.52 5.12 3.43BF/ 67.20 2.52 4.55 2.35PC108.13 2.96 4.97 3.05
DMC 124.97 3.10 4.03 2.94將(表I)的陽離子和陰離子及溶劑的范德華分子直徑(RvdwX2)分別設定為Lc、La、Ls。進而，將陽離子和陰離子及溶劑的范德華分子的最大寬度(Dmax)分別設定為 Lmax (c)、Lmax (a)、Lmax、s)。此夕卜，將 Lc、La、Ls、Lmax、c)、Lmax (a)、Lmax (s)的最大值設定為 Wl。將(Lc+La)、(Lc+Ls)、(La+Ls)、(Lmax (c)+Lmax (a))、(Lmax (c)+Lmax (s))、(Lmax (a)+Lmax (s))的最小值設定為W2。其中，由于溶劑存在PC和DMC兩種，因此對于Ls和 Lmax (s)而言，考慮與其分別對應的值 Ls (PC)，Ls (DMC)，Lmax (s) (PC)、Lmax (s) (DMC)而對這些所有值用上述方法確定Wl、W2。其結果是，Wl為 EDMI+ 的 Lmax (c), WI =Lmax(C) =9.84 A I .Onm。此外,W2 由
BF4_ 的La和PC 的 Ls(PC)確定，W2=Iμ+ s (PO =10.96Λ ぬ 1.1 mn 予以說明，該例子中Wl和W2的確定與DMC無關，因此無論將溶劑設定為PC溶劑、或PC和DMC的混合溶劑中何種結果都相同。因此，該例子中，由MP法得到的縫隙寬度為I. Onm以上且I. Inm以下的細孔容積的總和，只要是縫隙寬度在2. Onm以下的細孔容積的總和的15%以上即可。通過使用具有滿足該條件的細孔分布的活性炭就能夠減小DCR。
(利用模擬進行的驗證I)接著，說明使用了分子動力學模擬(以下稱為MD模擬)的、活性炭的縫隙細孔內的離子傳導率的分析方法和其結果。該模擬中應用以下條件。在單位晶格(unit cell)內，使EDMI+20個、BF4-20個、PC 216個的總計256個粒子內包于2個平行的縫隙壁之間。進而，在周期邊界條件下，對在與該縫隙壁平行的方向上的離子擴散進行分析。以下，對其具體方法進行描述。原子間的結合電勢(bondstretching, angle bending, dihedral rotation)以及非結合電勢(Van der Waals potential)應用AMBER型的カ場函數(ff. D. Cornell,P. Cieplak, C. I. Bayly, I. R. Gould, Κ. M. Merz Jr. , D. Μ. Ferguson, D. C. Spellmeyer, Τ. Fox,J. ff. Caldwell, and P. A. Ko liman, J. Am. Chem. Soc.，117 (1995) 5179)。原子間的浄電電勢應用通過第一性原理分子軌道計算HF/6-31G (d)求得的restrained electrostaticpotential (RESP)電荷(C. I. Bayly, P. Cieplak, ff. D. Cornell, and P. A. Koliman, J. Phys.Chem. ,97(1993) 10269)作為原子電荷，并通過Ewald法進行評價。假定縫隙壁具有石墨型的Steel電勢(W. A. Steele, Surface Science,36(1973)317)。進而，使用原子電荷的鏡像電荷對由電解液粒子的電荷激發的表面極化進行近似。以上述假定為基礎，在實施溫度(298K)、壓カ(Iatm)的條件下實施MD模擬。以每
O.Ips為6萬動點(points)、6ns分的軌道(trajectory)的方式記錄所得到的平衡狀態下的離子的重心坐標的時間變化，將這些數據用于離子擴散的分析中。離子傳導率可以通過基于線形應答理論(R. Kubo, J. Phys. Soc. Jpn.，12(1957)570)的(式I)進行評價。[數I]6/1 'k f I λ / (*'* = \T ZiZ, IR1 {t) - R1 (Cl)] I Ii λ >R,+ < O )| (式 I)
:>其中，λ :傳導率、V :體積、t :時間、Kb :波耳茲曼常數、T :溫度、N:粒子數、Zi, Zj 第i，j個粒子的電荷、Ri, Rj :第i，j個粒子的重心坐標、<->eq:平均。另外，也可應用與離子擴散有關的愛因斯坦關系式(式2)。[數2]
權利要求
1.ー種電化學元件用活性炭，其為在具有電解液的電化學元件中使用的活性炭，其中， 對于I. Onm≤Wl < W2≤2. Onm的Wl和W2，所述活性炭的由MP法得到的縫隙寬度在Wl以上且W2以下的細孔容積的總和是所述活性炭的由MP法得到的縫隙寬度在2. Onm以下的細孔容積的總和的15%以上。
2.根據權利要求I所述的電化學元件用活性炭，其中， 在將所述電解液中含有的陽離子、陰離子、溶劑的范德華分子直徑分別設定為Lc、La、Ls,并將所述陽離子、所述陰離子、所述溶劑的范德華分子的最大寬度分別設定為Lmax (c)、Lmax (a)、Lmax ⑶時， Lc、La、Ls、Lmax (c；、Lmax (,a)、Lmax (s)的最大值為所述 Wl，(Lc + La)> (Lc + Lsノ、 (La + Ls)、 (Lmax、c)+Lmax (aノ)、 (Lmax、c)+Lmax (sノ)、(Lmax (a)+Lmax (s))的最小值為所述W2。
3.根據權利要求2所述的電化學元件用活性炭，其中， 所述Wl為I. Onm,所述W2為I. lnm。
4.根據權利要求2所述的電化學元件用活性炭，其中， 所述活性炭的由MP法得到的縫隙寬度在所述W2以下的細孔容積的總和為O. 9ml/g以上。
5.根據權利要求4所述的電化學元件用活性炭，其中， 所述W2為I. lnm。
6.根據權利要求2所述的電化學元件用活性炭，其在具有電解液的電化學元件中使用，所述電解液含有化學式(I)所示的陽離子的至少ー種作為所述陽離子、含有四氟硼酸鹽、六氟磷酸鹽的至少ー種作為所述陰離子， 在所述化學式(I)中，RU R2、R3、R4、R5分別獨立地為氫原子、或碳原子數I 10的烷基，Rl R5中可以存在相同的基團，另外，可以通過在Rl R5中含有的碳原子之間具有鍵而形成環狀結構， [化I]
7.根據權利要求2所述的電化學元件用活性炭，其在具有電解液的電化學元件中使用，所述電解液含有I-こ基-2，3_ ニ甲基咪唑鎗作為所述陽離子、含有四氟硼酸鹽作為所述陰離子、含有碳酸亞丙酯作為所述溶剤。
8.根據權利要求I所述的電化學元件用活性炭，其中， 所述陽離子形成陽離子的溶劑化團簇，在將所述溶劑化團簇、所述陰離子、所述溶劑的范德華分子的最大寬度分別設定為Lmax(c)、Lmax (a)和Lmax(S)時， Lc、La、Ls、Lmax (c)、Lmax (a)、Lmax (s)的最大值為所述 Wl， 所述W2為2. Onm。
9.根據權利要求8所述的電化學元件用活性炭，其中， 所述Wl為I. 3nm。
10.根據權利要求8所述的電化學元件用活性炭，其在具有電解液的電化學元件中使用，所述電解液含有四氟硼酸鹽、六氟磷酸鹽中的至少ー種作為所述陰離子。
11.根據權利要求8所述的電化學元件用活性炭，其在具有電解液的電化學元件中使用，所述電解液含有鋰作為所述陽離子，含有四氟硼酸鹽、六氟磷酸鹽中的至少ー種作為所述陰離子，含有碳酸亞こ酷、碳酸亞丙酷、碳酸ニ甲酷、碳酸甲こ酯中的至少ー種作為所述溶剤。
12.ー種電化學元件，其具有 正極； 負極； 含有陽離子、陰離子和溶劑的電解液； 以及容納所述正極、所述負極、所述電解液的殼體， 所述正極具有權利要求I所述的電化學元件用活性炭。
13.根據權利要求12所述的電化學元件，其中， 在將所述電解液中含有的所述陽離子、所述陰離子、所述溶劑的范德華分子直徑分別設定為Lc、La、Ls，并將所述陽離子、所述陰離子、所述溶劑的范德華分子的最大寬度分別設足為 Lmax [c)、Lmax (a)和 Lmax (S)時， Lc、La、Ls、Lmax (c；、Lmax (,a)、Lmax (s)的最大值為所述 Wl， (Lc+La)> (Lc+Ls)> (La+Ls)> (Lmax (c)+Lmax ノノ、 (Lmax(c)+Lmaxノノ、 (Lmax(a)+Lmax (s))的最小值為所述W2。
14.根據權利要求13所述的電化學元件，其中， 所述Wl為I. Onm,所述W2為I. lnm。
15.根據權利要求13所述的電化學元件，其中， 所述活性炭的由MP法得到的縫隙寬度在所述W2以下的細孔容積的總和為O. 9ml/g以上。
16.根據權利要求15所述的電化學元件，其中， 所述W2為I. lnm。
17.根據權利要求13所述的電化學元件，其中， 所述電解液含有化學式(I)所示的陽離子的至少ー種作為所述陽離子，含有四氟硼酸鹽、六氟磷酸鹽的至少ー種作為所述陰離子， 所述化學式(I)中，RU R2、R3、R4、R5分別獨立地為氫原子、或碳原子數I 10的烷基，Rl R5中可以存在相同的基團，另外，可以在Rl R5中含有的碳原子之間具有鍵而形成環狀結構， [化I]
18.根據權利要求13所述的電化學元件，其中， 所述電解液含有I-こ基-2，3-ニ甲基咪唑鎗作為所述陽離子，含有四氟硼酸鹽作為所述陰離子，含有碳酸亞丙酯作為所述溶剤。
19.根據權利要求12所述的電化學元件，其中， 所述陽離子形成陽離子的溶劑化團簇，在將所述溶劑化團簇、所述陰離子、所述溶劑的范德華分子的最大寬度分別設定為Lmax(c)、Lmax (a)和Lmax (s)時， Lc、La、Ls、Lmax (c；、Lmax (,a)、Lmax (s)的最大值為所述 Wl， 所述W2為2. Onm。
20.根據權利要求19所述的電化學元件，其中， 所述Wl為I. 3nm。
21.根據權利要求19所述的電化學元件，其中， 所述電解液含有四氟硼酸鹽、六氟磷酸鹽中的至少ー種作為所述陰離子。
22.根據權利要求19所述的電化學元件，其中， 所述電解液含有鋰作為所述陽離子，含有四氟硼酸鹽、六氟磷酸鹽中的至少ー種作為所述陰離子，含有碳酸亞こ酷、碳酸亞丙酷、碳酸ニ甲酷、碳酸甲こ酯中的至少ー種作為所述溶剤。
23.根據權利要求12所述的電化學元件，其中， 所述負極具有權利要求I所述的電化學元件用活性炭。
全文摘要
一種電化學元件用活性炭，對于1.0nm≤W1＜W2≤2.0nm的W1和W2，由MP法得到的縫隙寬度在W1以上且W2以下的細孔容積的總和是由MP法得到的縫隙寬度在2.0nm以下的細孔容積的總和的15％以上。此外，電化學元件的電極層含有具有較多這樣的為W1以上、W2以下的細孔容積的活性炭。
文檔編號C01B31/08GK102696085SQ20108005793
公開日2012年9月26日 申請日期2010年12月14日 優先權日2009年12月21日
發明者前島宏行, 坂田基浩, 山田千穗, 島本秀樹 申請人:松下電器產業株式會社