[发明专利]锂离子电容器

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电容器，该锂离子电容器具有正极、负极以及作为电解液的锂盐的非质子性有机溶剂电解质溶液。

背景技术

近年来，负极使用石墨等碳素材料，正极使用LiCoO₂等含锂金属氧化物的所谓锂离子二次电池，作为一种高容量且强大的蓄电装置，主要作为笔记本电脑及移动电话的主电源而被实用化。锂离子二次电池是电池组装后，通过充电由正极的含锂金属氧化物向负极供给锂离子，此外在放电时使负极的锂离子返回正极的所谓摇椅式电池。这种锂离子二次电池具有高电压、高容量的特点。

另一方面，由于环境问题倍受重视，所以取代汽油动力车辆的电动汽车或混合动力汽车所用的蓄电装置(主电源和辅助电源)得到长足发展。此外，作为汽车蓄电装置，迄今为止一直使用的是铅电池。但是，由于车载用电气设备及仪器的发展，从能量密度及输出密度的角度来看，需要使用新的蓄电装置。

作为上述的新的蓄电装置，锂离子二次电池及电气双层电容倍受关注。但是，锂离子二次电池虽然能量密度高，但在输出特性、安全性及循环寿命方面仍存在问题。另一方面，用作IC及LSI等的存储器备用电源的电气双层电容每充一次电的放电容量均比电池的小。但是，这种电气双层电容的瞬间充放电特性优良，可以承受数万次以上的充放电循环，所以其具有锂离子二次电池所没有的高输出特性和免维护性能。

虽然电气双层电容具有这些优点，但现有的普通电气双层电容的能量密度大致为3Wh/l至4Wh/l，基本上比锂离子二次电池的能量密度小两个数量级。在考虑将电气双层电容应用到电动车上时，据信，对于实际应用而言，电气双层电容的能量密度需要为6Wh/l至10Wh/l，但对于推广应用而言，其能量密度需要为20Wh/l。

作为应对这种需要高能量密度、高输出特性用途的蓄电装置，近年来，将锂离子二次电池和电气双层电容的蓄电原理组合在一起的、被称为混合式电容的蓄电装置引人注目。混合式电容通常在正极使用可极化电极，并且在负极使用不可极化电极，这种混合式电容作为一种同时兼有电池的高能量密度和电气双层的高输出特性的蓄电装置而被关注。另一方面，在该混合式电容中，提出这样一种方案，即，通过使可以存储与释放锂离子的负极与锂金属接触，使得负极预先以化学方式或电化学方式存储、承载(下文在某些情况中称之为掺杂)锂离子，由此降低负极电位，从而，达到增大耐压以及大幅度提高能量密度的目的(参照专利文献1～4)。

这种混合式电容，虽然能期望获得优良的性能，但是，当向负极掺杂锂离子时，金属锂必须与全部负极贴合，或者可以在电池内的部分区域中局部地设置金属锂，从而使其与负极接触。但是，这又存在掺杂需要很长时间以及不能均匀地对全部负极实施掺杂的问题。在大型的高容量的电池中，例如，尤其是在通过电极卷绕而形成的圆筒形装置或者通过多片电极叠置而形成的方形电池中，很难实现实用化。

但是，这些问题被下述发明一举解决，在该发明中，设置贯穿构成电池的负极集电体以及正极集电体的正反面的孔，使锂离子穿过该通孔移动，同时使作为锂离子供给源的锂金属和负极短路，由此，只要将锂金属配置到电池的端部，即可将锂离子掺杂到电池的全部负极中(参照专利文献5)。通常向负极掺杂锂离子。但是，专利文献5中公开，即使向正极和负极都掺杂锂离子、或者向正极而不是负极掺杂锂离子，情况也是一样的。

这样，即使是通过电极卷绕而形成的圆筒形蓄电装置、或者通过多片电极叠置而形成的方形蓄电装置这样的大型高容量的电池，也能够在短时间内将锂离子均匀地掺杂到所述装置的全部负极中，从而提高耐压，由此大幅度提高能量密度。结果，有望获得一种高容量的、具有电气双层电容所固有的高输出密度的电容。

然而，要想使这种高容量的电容实用化，该电容在具有高耐压特性的同时，还需要进一步具有高容量、高能量密度和低内电阻的特性、并且这些特性应具有长期持续性。

专利文献1：特开平8-107048号公报

专利文献2：特开平9-055342号公报

专利文献3：特开平9-232190号公报

专利文献4：特开平11-297578号公报

专利文献5：国际公开WO98/033227

本发明旨在提供这样的锂离子电容器，其在具有高耐压特性的同时，还具有高容量、高能量密度和低内电阻的特性，并且这些特性具有优异的长期持续耐久性，在这种锂离子电容器中，正极活性材料是能够可逆地承载锂离子和/或阴离子的材料，负极活性材料是能够可逆地承载锂离子的材料，并且负极和/或正极以电化学方式与锂离子供给源接触以预先在负极中掺杂锂离子。

发明内容