蓄電裝置用電極、蓄電裝置以及蓄電裝置用電極的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及蓄電裝置用電極、蓄電裝置W及蓄電裝置用電極的制造方法。
【背景技術】
[0002] 在蓄電裝置中，電容器被廣泛應用于各種電氣設備等中。在多種類型的電容器中， 雙電層電容器和裡離子電容器具有大容量，近年來特別受到關注。
[0003] 雙電層電容器是運樣一種蓄電裝置，其包括電池、用于確保電池之間的電絕緣并 防止液體泄漏的密閉容器、用于將電引出至外部的集電極、W及導線。所述電池主要包括一 對彼此相對的活性炭電極、用于將所述電極彼此電隔離的隔板、W及用于顯示容量的有機 電解液。
[0004] 此外，裡離子電容器是運樣一種蓄電裝置，其中使用能夠靜電吸附和脫附離子的 電極（例如活性炭電極）作為正極，并使用能夠吸藏裡離子的電極（例如硬質炭）作為負 極。
[0005] 儲存在雙電層電容器中的能量由W下等式（1)表示：
[0006] W= (1/2)加(1)
[0007] 其中W表示儲能（容量），C表示靜電容量（取決于電極的表面積），且U表示電 池電壓。
[0008] 從W上等式（1)可W想到提高靜電容量有助于提高儲能。 陽009] 日本專利特開No. 2005-079505(專利文獻1)公開了 "一種雙電層電容器用電極 材料，其特征在于，由凝膠狀組合物制成，該凝膠狀組合物包括：碳納米管和離子液體，所述 碳納米管是通過在離子液體存在下對碳納米管施加剪切力并對碳納米管進行細分而獲得 的"，從而提高了雙電層電容器中的靜電容量。 陽010] 日本專利特開No. 2009-267340(專利文獻2)公開了 "一種雙電層電容器用電極， 其特在在于，將薄片與構成集電體并且在表面處具有不規則部分的基材通過該不規則部分 一體化，所述薄片是通過將比表面積為600m7g至2600m7g的碳納米管成型為紙狀而獲得 的"。 陽011] 引用列表 陽〇1引專利文獻
[0013] 專利文獻1:日本專利特開No. 2005-079505
[0014] 專利文獻2:日本專利特開No. 2009-267340
【發明內容】
陽〇1引技術問題
[0016]然而，由于日本專利特開No. 2005-079505(專利文獻1)中描述的凝膠狀組合物容 易變形且不會固化，所W作為電極材料不便于處理該凝膠組合物。此外，由于很難W較大的 厚度將凝膠狀組合物附著在集電錐上，所W在增加電極的每單位面積的靜電容量方面也存 在問題。
[0017]此外，盡管日本專利特開No. 2009-267340(專利文獻2)還描述了使用發泡儀 維網狀儀多孔體）作為基材的技術，但是存在W下問題：難W將碳納米管均勻分散在具有 不規則部分的基材上。此外，因活性炭中殘留的水分和官能團而產生了諸如CO之類的氣 體，并且在增加電池電壓方面還存在問題。另外，人們還希望提高輸出功率，運與電極材料 和集電體之間的接觸性能相關。
[0018]本發明是鑒于上述問題而做出的，本發明的目的之一在于提供：一種蓄電裝置用 電極，當將該電極用作蓄電裝置的電極時，其能夠提高靜電容量和電池電壓，并能夠提高儲 能密度，并且該電極還能夠額外地提高比率特性；使用該蓄電裝置用電極的蓄電裝置；W 及該蓄電裝置用電極的制造方法。
[0019]解決問題的方案
[0020] 本發明設及一種蓄電裝置用電極，其包括：碳納米管、石墨締、離子液體W及S維 網狀金屬多孔體，該=維網狀金屬多孔體在孔部分中保持所述碳納米管、石墨締和離子液 體，其中碳納米管和石墨締的總量與離子液體的量之比為10質量％ ^上90質量％ ^下，并 且碳納米管和石墨締的質量比在3:7至7:3的范圍內。
[0021]在根據本發明的蓄電裝置用電極中，石墨締的平均厚度優選在0. 34nm W上IOOnmW下的范圍內。
[0022] 在根據本發明的蓄電裝置用電極中，碳納米管各自優選具有兩端開口的形狀。
[0023]在根據本發明的蓄電裝置用電極中，碳納米管的平均長度優選在IOOnm W上 2000ymW下的范圍內。
[0024]在根據本發明的蓄電裝置用電極中，碳納米管的平均直徑優選在0. 5nm W上50nmW下的范圍內。
[00巧]在根據本發明的蓄電裝置用電極中，碳納米管的純度優選為70質量％W上。
[0026]本發明還設及一種蓄電裝置，其包括根據本發明的蓄電裝置用電極。在根據本發 明的蓄電裝置中，所述蓄電裝置優選為雙電層電容器。
[0027]本發明設及一種制造根據本發明的蓄電裝置用電極的方法，包括W下步驟：將碳 納米管和石墨締在離子液體中進行捏合，W制造捏合材料；W及將所述捏合材料裝入=維 網狀金屬多孔體的孔部分中。
[0028]本發明的有益效果
[0029]本發明能夠提供：一種蓄電裝置用電極，當將該電極用作蓄電裝置的電極時，其能 夠提高靜電容量和電池電壓，并能夠提高儲能密度，該電極還能夠額外地提高比率特性；使 用該蓄電裝置用電極的蓄電裝置；W及該蓄電裝置用電極的制造方法。
[0030] 附圖簡要說明
[0031] 圖1為本發明一個實施方案中的雙電層電容器的電池的示意圖。
[0032] 圖2為本發明一個實施方案中的裡離子電容器的電池的示意圖。
[0033] 圖3為示出了制造例1中的雙電層電容器的放電電流密度和靜電容量之間的關系 (比率特性）的圖。
【具體實施方式】
[0034][本申請發明實施方案的詳述]
[0035]首先，將W列表形式說明本申請發明的實施方案的內容。
[0036] 本發明的一個實施方案設及一種蓄電裝置用電極，其包括：碳納米管、石墨締、離 子液體W及=維網狀金屬多孔體，該=維網狀金屬多孔體在孔部分中保持所述碳納米管、 石墨締和離子液體，其中碳納米管和石墨締的總量與離子液體的量之比為10質量％^上 90質量％ ^下，并且碳納米管和石墨締的質量比在3:7至7:3的范圍內。
[0037] 當將本發明的一個實施方案中的蓄電裝置用電極用作蓄電裝置用電極時，該電極 能夠提高蓄電裝置的靜電容量和電池電壓，并能夠提高儲能密度。此外，該電極還能夠提高 蓄電裝置的比率特性。
[0038] 在根據本發明的一個實施方案中的蓄電裝置用電極中，石墨締的平均厚度優選在 0. 34皿W上100皿W下的范圍內。石墨締的平均厚度更優選在0. 34皿W上加m W下的范 圍內。
[0039] 當石墨締的平均厚度在0. 34nm W上IOOnm W下的范圍內時，在石墨締與離子液體 混合的情況下，能夠形成己基凝膠（黑色凝膠狀材料）。由于己基凝膠具有適度的粘度，因 此它令人滿意地保持在=維網狀金屬多孔體的孔部分中。因此，根據本發明的一個實施方 案，石墨締令人滿意地保持在=維網狀金屬多孔體的孔部分中。
[0040] 在根據本發明的一個實施方案中的蓄電裝置用電極中，石墨締的平均粒徑優選在 0.Inm W上4Jim W下的范圍內。
[0041] 當石墨締的平均粒徑在0.1 nm W上4JimW下的范圍內時，在石墨締與離子液體混 合的情況下，能夠形成己基凝膠（黑色凝膠狀材料）。因此，根據本發明的一個實施方案，石 墨締令人滿意地保持在=維網狀金屬多孔體的孔部分中。
[0042]在根據本發明的一個實施方案中的蓄電裝置用電極中，碳納米管各自優選具有兩 端開口的形狀。
[0043] 當碳納米管的兩端都開口時，離子液體或電解液能夠容易地進入碳納米管的內 部，從而碳納米管與離子液體或電解液之間的接觸面積增加。因此，根據本發明的蓄電裝置 用電極能夠提高蓄電裝置的靜電容量。
[0044] 在根據本發明的一個實施方案中的蓄電裝置用電極中，碳納米管的平均長度優選 在IOOnm W上2000Jim W下的范圍內。碳納米管的平均長度更優選在SOOnm W上100Jim W下的范圍內。
[0045] 當碳納米管的平均長度優選在IOOnm W上2000 ym W下的范圍內，且更優選在 SOOnm W上IOOym W下的范圍內時，碳納米管令人滿意地分散在離子液體中，并且碳納米 管可W容易地保持在=維網狀金屬多孔體的孔中。因此，碳納米管與離子液體之間的接觸 面積增加，由此能夠提高蓄電裝置的靜電容量。
[0046] 在根據本發明的一個實施方案中的蓄電裝置用電極中，碳納米管的平均直徑優選 在0. 5皿W上50皿W下的范圍內。
[0047] 當碳納米管的平均直徑在0. 5nm W上50nm W下的范圍內時，離子液體或電解液能 夠容易地進入碳納米管的內部，因而碳納米管與離子液體或電解液之間的接觸面積增加。 因此，能夠提高蓄電裝置的靜電容量。
[0048] 在根據本發明的一個實施方案中的蓄電裝置用電極中，碳納米管的純度優選為70 質量％ ^上。碳納米管的純度更優選為90質量％W上。 W例當碳納米管的純度低于70質量％時，存在W下困擾：由于催化劑金屬的影響會導 致擊穿電壓降低并生成樹枝狀晶體。此外，當碳納米管的純度為90質量％W上時，能夠獲 得良好的導電性。因此，根據本發明的蓄電裝置用電極能夠提高蓄電裝置的輸出功率。
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