[发明专利]导电性高分子/多孔质碳素材料复合体及使用了该复合体的电极材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种导电性高分子/多孔质碳素材料复合体及使用该复合体的电极材料，以及双电层电容器、锂离子二次电池及锂离子电容器。

背景技术

作为蓄电装置，锂离子二次电池和双电层电容器被大众所熟知。

通常而言，与双电层电容器相比，锂离子二次电池能量密度高，可长时间驱动。

另一方面，与锂离子二次电池相比，双电层电容器可以进行快速充放电，并且重复使用寿命长。

近年来，人们开发了锂离子电容器，这种蓄电装置兼具锂离子二次电池和双电层电容器的优点。

例如，作为双电层电容器，本申请人在专利文献1中提出了“一种双电层电容器用电极材料，其使用了聚苯胺/碳素复合体，所述聚苯胺/碳素复合体是将聚苯胺或其衍生物与选自活性碳、科琴黑及炉黑的碳素材料复合而成，其中所述聚苯胺或其衍生物是对非极性有机溶剂中分散的导电性聚苯胺或其衍生物进行碱基处理后脱掺杂而得”，在专利文献2中提出了“一种聚苯胺/多孔性碳素复合体，是将以掺杂状态分散在非极性有机溶剂中的导电性聚苯胺或其衍生物与多孔性碳素材料复合而成”。

此外，作为锂离子电容器，本申请人在专利文献3中提出了“一种双电层电容器，包含（i）正极、（ii）包含能够以可逆的方式吸留/释放锂离子的活性物质的负极、以及（iii）由包含锂盐支持电解质的非质子性有机溶剂构成的电解液，所述正极包含使用导电性聚苯胺/多孔性碳素复合体作为活性物质的电极活性物质、集电体以及根据需要添加的导电助剂以及粘合剂，所述导电性聚苯胺/多孔性碳素复合体是将以掺杂状态分散在非极性有机溶剂中的导电性聚苯胺或其衍生物与多孔性碳素材料复合而成”。

另一方面，专利文献4中，记载了“一种双电层电容器，极化电极浸渍在电解液中而成，其特征在于，使用以0.005～0.05M的浓度含有电解聚合性高分子前驱体作为添加剂的电解液，通过初始充电，使所述电解液中含有的电解聚合性高分子前驱体进行电解聚合，通过所述电解聚合使高分子析出至存在于正极侧极化电极表面的电化学活性位点上，以高分子覆盖所述电化学活性位点”。

现有技术文献

专利文献

【专利文献1】日本专利特许第4294067号公报

【专利文献2】日本专利特开2008-072079号公报

【专利文献3】日本专利特开2008-300639号公报

【专利文献4】日本专利特开2010-205870号公报

发明概要

发明拟解决的问题

本发明人针对专利文献1～3中记载的电极材料以及聚苯胺/多孔性碳素复合体进行研究后发现，随着聚苯胺的分子量、制作复合体的聚苯胺分散液的浓度、是否脱掺杂、脱掺杂的方法以及这些因素的组合情况的不同，在循环特性、尤其是在相对于初始容量的重复1000次充放电试验后的容量维持率上会产生显著差异。

此外，本发明人针对专利文献4中记载的双电层电容器进行研究后发现，电解聚合后电解液中残留的微量未反应单体以及低分子量物质诱发与电解液的副反应，或堵塞碳素材料的细孔，从而使循环特性变差。

因此，本发明的目的在于提供一种循环特性优异的双电层电容器、锂离子二次电池及锂离子电容器（以下也将这些通称为“双电层电容器等”），以及可获得双电层电容器等的电极材料及用于电极材料的复合体。

解决问题的手段

本发明人经过深入研究后发现，通过使用一种由特定量的具有氮原子的导电性高分子与多孔质碳素材料复合而得的、在利用X射线光电子能谱法测量到的光谱中，氮原子与碳原子的峰面积比（氮/碳）在特定范围内的复合体，便可获得循环特性优异的双电层电容器等，从而完成了本发明。即，本发明提供以下（1）～（8）。

（1）一种复合体，由0.5～5质量份的具有氮原子的导电性高分子与100质量份的多孔质碳素材料复合而成，

在利用X射线光电子能谱法测量到的光谱中，源于氮原子的峰面积与源于碳原子的峰面积之比（氮/碳）为0.005～0.05。

（2）如上述（1）所述的复合体，其中，上述导电性高分子的数均分子量为2000～20000。

（3）如上述（1）或（2）所述的复合体，其中，上述导电性高分子选自由聚苯胺、聚吡咯、聚吡啶、聚喹啉、聚噻唑、聚喹喔啉以及它们的衍生物所组成的组中的至少1种。

（4）如上述（1）至（3）中任一项所述的复合体，其中，上述多孔质碳素材料为活性碳及/或石墨。

（5）一种电极材料，使用了上述（1）～（4）中任一项所述的复合体。