DE112012004286T5

DE112012004286T5 - Lithiumionenkondensator, Energiespeichervorrichtung, Energiespeichersystem

Info

Publication number: DE112012004286T5
Application number: DE112012004286.7T
Authority: DE
Inventors: c/o Osaka Works of Sumitomo Ele. Goto Kengo; c/o Osaka Works of Sumitomo El Kimura Koutarou; c/o Osaka Works of Sumitomo El. Nishimura Junichi; c/o Osaka Works of Sumitomo Ele. Okuno Kazuki; c/o Osaka Works of Sumitomo Ele. Ota Hajime; c/o Osaka Works of Sumitomo El. Hosoe Akihisa
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2011-10-12
Filing date: 2012-10-03
Publication date: 2014-07-31
Also published as: WO2013054710A1; US20150303000A1; CN103858195A; BR112014007660A2; JPWO2013054710A1; KR20140073492A

Abstract

Durch Herstellung einer positiven Elektrode mit einer hohen Kapazität entsprechend der Kapazität der negativen Elektrode kann ein Lithiumionenkondensator mit einer erhöhten Kapazität bereitgestellt werden. Ein Lithiumionenkondensator schließt eine positive Elektrode, die ein hauptsächlich aus Aktivkohle zusammengesetztes aktives Material für eine positive Elektrode und einen Stromkollektor für eine positive Elektrode einschließt, eine negative Elektrode, die ein aktives Material für eine negative Elektrode, das geeignet ist, Lithiumionen zu okkludieren und zu desorbieren, und einen Stromkollektor für eine negative Elektrode einschließt, und einen nicht-wässrigen Elektrolyt ein, der ein Lithiumsalz enthält, wobei der Stromkollektor für die positive Elektrode ein poröser Aluminiumkörper mit einer dreidimensionalen Struktur ist, das aktive Material für die positive Elektrode in den Stromkollektor für die positive Elektrode gefüllt ist und der Stromkollektor für die negative Elektrode eine Metallfolie oder ein poröser Metallkörper ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lithiumionenkondensator mit einer erhöhten Kapazität, eine Energiespeichervorrichtung, in der eine Vielzahl von solchen Kondensatoren in einer Verbundvorrichtung eingebaut ist, und ein Energiespeichersystem, in dem der Kondensator zusammen mit einem Wechselrichter, einem Reaktor oder dergleichen ein Verbundsystem bildet.
Stand der Technik
Mit der Hervorhebung von Umweltproblemen wurden Energiespeichervorrichtungen als Speichersysteme für saubere Energie, z. B. mittels Solarenergieerzeugung und Windenergieerzeugung, als Notstromquellen für Computer und dergleichen und als Energiequellen für Hybridfahrzeuge, Elektroautos und dergleichen tatkräftig entwickelt.
Als solche Energiespeichervorrichtungen sind Lithiumionen-Sekundärbatterien (LIBs) und elektrische Doppelschichtkondensatoren (EDLCs) bekannt.
In den letzten Jahren haben allerdings Lithiumionenkondensatoren (LICs) als Energiespeichervorrichtungen mit einer großen Kapazität, in denen die Vorteile von Lithiumionen-Sekundärbatterien (LIBs) und die Vorteile von elektrischen Doppelschichtkondensatoren (EDLCs) vereint sind, Aufmerksamkeit erhalten.
Im Falle einer Lithiumionenbatterie (LIB) wird nämlich z. B. eine Zelle unter Verwendung einer positiven Elektrode, an der eine Schicht, die ein aktives Material für eine positive Elektrode enthält, wie Lithiumkobaltoxid(LiCoO₂)-Pulver, auf einem Aluminium(Al)-Stromkollektor angebracht ist, einer negativen Elektrode, in der eine Schicht, die ein aktives Material für eine negative Elektrode enthält, wie Graphitpulver, das geeignet ist, Lithiumionen zu okkludieren und zu desorbieren, auf einen Kupfer(Cu)-Stromkollektor angebracht ist, und einen nicht-wässrigen Elektrolyt konstruiert, der aus einem Lithiumsalz, wie LiPF₆, und einem organischen Lösungsmittel, wie Ethylencarbonat (EC) oder Diethylcarbonat (DEC) zusammengesetzt ist (siehe 2). Es ist möglich, eine Spannung von 2,5 bis 4,2 V zu erhalten, und die LIB weist eine hohe Energiedichte auf. Allerdings ist es schwierig, die LIB unter einer hohen Stromdichte zu betreiben, und ihre Leistungsdichte ist nicht hoch.
Andererseits wird im Falle eines elektrischen Doppelschichtkondensators (EDLC) eine Zelle z. B. unter Verwendung einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode, in denen jeweils eine Schicht, die als aktives Material dienende Aktivkohle enthält, auf einem Al-Stromkollektor angebracht ist, und eines Elektrolyten konstruiert ist, der aus (C₂H₅)₄NBF₄ oder dergleichen und einem organischen Lösungsmittel, wie Propylencarbonat (PC), zusammengesetzt ist (siehe 3). Der EDLC weist eine hohe Leistungsdichte auf. Jedoch beträgt die erhaltene Spannung 0 bis 3 V, und die Energiedichte des EDLC ist nicht hoch.
Im Gegensatz dazu wird eine Zelle eines Lithiumionenkondensators (LIC) unter Verwendung einer positiven Elektrode, die als positive Elektrode des EDLC verwendet wird, in der eine Schicht, die Aktivkohle als aktives Material enthält, auf einem Al-Stromkollektor angebracht ist, einer negativen Elektrode, die als negative Elektrode der LIB verwendet wird, in der eine Schicht, die ein aktives Material für eine negative Elektrode enthält, wie Graphitpulver, das geeignet ist, Lithiumionen zu okkludieren und zu desorbieren, auf einem Kupfer(Cu)-Stromkollektor angebracht ist und eines nicht-wässrigen Elektrolyten konstruiert wird, der als Elektrolyt der LIB verwendet wird, der aus einem Lithiumsalz, wie LiPF₆, und einem organischen Lösungsmittel, wie EC oder DEC, zusammengesetzt ist (siehe 4).
Die positive Elektrode, die negative Elektrode und ein Separator der Zelle werden abwechselnd gestapelt und in ein Gehäuse eingesetzt, und der Elektrolyt wird hineingegossen. Dann werden Lithiumionen von einer Lithiumionenquelle (Lithiummetall oder dergleichen) erzeugt, die zuvor in dem Gehäuse eingeschlossen wurde, und das aktive Material für eine negative Elektrode wird dazu gebracht, durch ein chemisches oder elektrochemisches Verfahren Lithiumionen zu okkludieren (mit Lithiumionen vordotiert zu werden). Dadurch wird ein LIC hergestellt. In dem so hergestellten LIC ist es möglich, eine Spannung von 2,5 bis 4,2 V und eine hohe Energiedichte wie in der LIB zu erhalten, und es ist außerdem möglich, eine hohe Leistungsdichte wie im EDLC zu erhalten.
Allerdings wird die positive Elektrode eines bisherigen LIC im Allgemeinen durch ein Verfahren hergestellt, in dem, nachdem ein Leitfähiges Hilfsmittel, wie Ruß, und ein Bindemittel, wie Polytetrafluorethylen, der Aktivkohle, welche ein aktives Material für eine positive Elektrode ist, beigemischt wurden, ein Lösungsmittel, wie N-Methyl-2-pyrrolidon zur Bildung einer Paste aus aktivem Material für eine positive Elektrode hinzugefügt und die Paste auf eine Al-Folie zur Bildung einer Schicht aus aktivem Material auf der Al-Folie aufgetragen wird (z. B. Patentliteratur 1). Es ist daher schwierig, die Kapazität der positiven Elektrode (Kapazität der positiven Elektrode pro Flächeneinheit) zu erhöhen.
Das heißt, da das Bindemittel, das ein Isolator ist, in der Herstellung der positiven Elektrode verwendet wird, nimmt der elektrische Widerstand, wenn die Dicke der Schicht aus aktivem Material zunimmt, mit der Entfernung vom Stromkollektor (Al-Folie) zu, und die Elektronenzufuhr zum aktiven Material nimmt ab. Als Folge nimmt aufgrund des Ladungsausgleiches die Ladungsadsorptionsmenge an der Oberfläche des aktiven Materials mit Entfernung vom Stromkollektor ab.
Da die Ladungsadsorptionsmenge abnimmt, nimmt die in der positiven Elektrode angesammelte eigentliche Ladungsmenge ab. Daher nimmt die Kapazität der positiven Elektrode und auch der Nutzungsgrad (Menge der eigentlich angesammelten Ladung/theoretischer Wert der Menge der Ladungsansammlung, berechnet aus der Menge des eingefüllten aktiven Materials) ab.
Folglich ist in bisherigen LICs die Kapazität der negativen Elektrode (Kapazität der negativen Elektrode pro Flächeneinheit) gewöhnlich überwiegend größer als, d. h. etwa 10-mal so groß wie, die Kapazität der positiven Elektrode, und die Kapazität der positiven Elektrode beschränkt die Kapazität der LICs. Dies führt zu Problemen für die weitere Steigerung der Kapazität von LICs, die neuerdings stark erwünscht ist.
Zitatliste
Patentliteratur

PTL 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2001-143702

Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme verwirklicht. Es ist ein erfindungsgemäßes Ziel, einen Lithiumionenkondensator (LIC) mit einer erhöhten Kapazität bereitzustellen, indem eine positive Elektrode mit einer hohen Kapazität entsprechend der Kapazität der negativen Elektrode hergestellt wird.
Lösung der Aufgabe
Zur Lösung der Aufgaben haben die hiesigen Erfinder in Betracht gezogen, dass die Fülldichte, wenn ein poröser Körper als Stromkollektor für eine positive Elektrode anstelle der herkömmlichen Folie verwendet wird, gesteigert werden kann, indem auch die Porenanteile mit einem aktiven Material gefüllt werden und so die Kapazität der positiven Elektrode gesteigert werden kann, und verschiedenartige Experimente und Untersuchungen durchgeführt. Als Ergebnis wurde herausgefunden, dass ein beachtlicher Effekt auf die Reduktion des elektrischen Widerstandes in der Schicht aus aktivem Material der positiven Elektrode bewirkt wird, wenn ein poröser Al-Körper mit einer dreidimensionalen Struktur verwendet wird, und so wurde die vorliegende Erfindung vollendet. Es ist zu bemerken, dass der Begriff „dreidimensionale Struktur” eine Struktur bezeichnet, in der ein Bestandteilmaterial, z. B. Al-Stäbe oder Al-Fasern im Falle von Al, dreidimensional miteinander zur Bildung eines Netzwerkes verbunden ist.
Das heißt, zunächst haben die hiesigen Erfinder mechanisch gebildete poröse Al-Körper, wie gestanzte Metalle und Latten, untersucht. Da diese Materialien aber eine im Wesentlichen zweidimensionale Struktur aufweisen, kann die Fülldichte an aktivem Material nicht hinreichend erhöht werden, und es ist nicht möglich, mit einer starken Verbesserung der Kapazität zu rechnen. Darüber hinaus weisen sie eine geringe mechanische Festigkeit auf und sind leicht zu zerbrechen, was auch ein Problem darstellt.
Bei der Durchführung weiterer Untersuchungen haben sich die hiesigen Erfinder auf ein Verfahren fokussiert, das in der Herstellung von Nickelmetallhydrid-Batterien eingesetzt wird, insbesondere ein Verfahren zum Erhalt einer Elektrode, in der ein poröser Ni-Körper mit einer dreidimensionalen Struktur als Stromkollektor verwendet wird, Poren mit einer Aufschlämmung aus aktivem Material gefüllt werden, gefolgt von Pressen, so dass die Fülldichte erhöht wird und der Abstand zwischen den Pulverpartikeln des aktiven Materials und dem porösen Ni-Körper verringert wird, und die Verwendung von porösen Al-Körpern mit einer dreidimensionalen Struktur studiert.
Als Ergebnis wurde festgestellt, dass, obgleich Ni einer Spannung von 4,2 V nicht Stand halten kann und geschmolzen wird, Al einer Spannung von 4,2 V Stand halten kann und als Stromkollektor für eine positive Elektrode verwendet werden kann.
Es wurde außerdem festgestellt, dass sich Li⁺ während des Vordotierens im Falle der Verwendung eines porösen Al-Körpers im Gegensatz zum Fall, in dem eine Folie verwendet wird, ohne eine spezielle Vorrichtung zu verwenden, leicht bewegen kann.
Darüber hinaus haben die hiesigen Erfinder festgestellt, dass für den Fall, dass Lithiumtitanoxid (LTO) als aktives Material für eine negative Elektrode verwendet wird, der poröse Al-Körper auch als Stromkollektor für eine negative Elektrode verwendet werden kann, und dass für den Fall, dass Silicium (Si) oder ein Zinn-basiertes Material als aktives Material für eine negative Elektrode verwendet wird, ein poröser Ni-Körper als Stromkollektor für eine negative Elektrode verwendet werden kann. Durch Verwendung eines solchen porösen Al-Körpers als Stromkollektor für eine negative Elektrode kann das Gewicht des LIC reduziert werden.
Die vorliegende Erfindung wurde auf Basis der oben beschriebenen Erkenntnisse verwirklicht. Ein erfindungsgemäßer Lithiumionenkondensator weist die folgenden Eigenschaften auf.

(1) Ein erfindungsgemäßer Lithiumionenkondensator schließt eine positive Elektrode, die ein hauptsächlich aus Aktivkohle zusammengesetztes aktives Material für eine positive Elektrode und einen Stromkollektor für eine positive Elektrode einschließt, eine negative Elektrode, die ein aktives Material für eine negative Elektrode, das geeignet ist, Lithiumionen zu okkludieren und zu desorbieren, und einen Stromkollektor für eine negative Elektrode einschließt, und einen nicht-wässrigen Elektrolyt ein, der ein Lithiumsalz enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromkollektor für die positive Elektrode ein poröser Aluminiumkörper mit einer dreidimensionalen Struktur ist, das aktive Material für die positive Elektrode in den Stromkollektor für die positive Elektrode gefüllt wird und der Stromkollektor für die negative Elektrode eine Metallfolie oder ein poröser Metallkörper ist.

Als Nächstes haben die hiesigen Erfinder bevorzugte Ausführungsformen des oben beschriebenen porösen Al-Körpers untersucht. Als Ergebnis wurde herausgefunden, dass es im Falle eines porösen Al-Körpers mit einer dreidimensionalen Struktur, in dem das Beschichtungsgewicht (Al-Gewicht bei einer Dicke von 1 mm zum Zeitpunkt der Herstellung) 80 bis 1000 g/m² beträgt und der Porendurchmesser (Zellendurchmesser) 50 bis 1000 μm beträgt, möglich ist, eine positive Elektrode mit einer hohen Kapazität entsprechend der Kapazität der negativen Elektrode herzustellen, da die Fülldichte des aktiven Materials hinreichend gesteigert werden kann und eine ausreichende mechanische Festigkeit vorliegt, und der poröse Al-Körper kann in geeigneter Weise als Stromkollektor für eine positive Elektrode eines LIC verwendet werden. Wenn der Porendurchmesser weniger als 50 μm beträgt, kann das Einfüllen des aktiven Materials, das eine Schlüsselrolle bei der Batteriereaktion spielt, nicht problemlos durchgeführt werden. Wenn andererseits der Porendurchmesser mehr als 1000 μm beträgt, ist die Wirkung des Festhaltens des aktiven Materials in der Struktur des porösen Körpers gering, was zu einer Abnahme der Leistung und der Lebensdauer führt. Was den Porendurchmesser (Zellendurchmesser) betrifft, so wird eine Oberfläche eines porösen Körpers unter Verwendung von Mikrophotographie oder dergleichen vergrößert, die Zahl der Poren pro 1 inch (25,4 mm) wird als Zellenzahl berechnet und der Durchschnittswert wird aus dem Ausdruck: durchschnittlicher Zellendurchmesser = 25,4 mm/Zellenzahl erhalten.
Wie oben beschrieben, kann der poröse Al-Körper mit einer dreidimensionalen Struktur darüber hinaus auch als Stromkollektor für eine negative Elektrode verwendet werden.
Als ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Al-Körpers wurden viele Verfahren vorgeschlagen, und Beispiele dafür schließen ein Verfahren, in dem Al-Pulver unter Erhalt eines porösen Al-Körpers gesintert wird, ein Verfahren, in dem ein Vliesstoff einer Al-Plattierung unterzogen wird und der Vliesstoff anschließend mittels Durchführung einer Wärmebehandlung entfernt wird, wodurch ein poröser Al-Körper erhalten wird, und ein Verfahren ein, in dem ein Harzschaum einer Al-Plattierung unterzogen wird und das Harz anschließend mittels Durchführung einer Wärmebehandlung entfernt wird, wodurch ein poröser Al-Körper erhalten wird. Unter diesem Verfahren ist die Verwendung des Verfahrens bevorzugt, in dem ein Harzschaum oder ein Vliesstoff einer Al-Plattierung unterzogen wird und der Harzschaum oder der Vliesstoff anschließend mittels Durchführung einer Wärmebehandlung entfernt wird, wodurch ein poröser Al-Körper erhalten wird.
In dem Verfahren, in dem Al-Pulver unter Erhalt eines porösen Al-Körpers gesintert wird, besteht nämlich die Möglichkeit, dass Titan (Ti) als Verunreinigung während der Sinterung beigemischt wird. In dem porösen Al-Körper, in dem Ti beigemischt ist, nimmt die Spannungsfestigkeit ab. Der poröse Al-Körper ist daher nicht als Stromkollektor für eine positive Elektrode geeignet.
In dem Verfahren, in dem ein Harzschaum oder Vliesstoff einer Al-Plattierung unterzogen wird und die Wärmebehandlung durchgeführt wird, tritt ein solches Problem dagegen nicht auf, was bevorzugt ist.
Unter diesen Verfahren besteht für den Fall, dass ein Urethanschaum als Harzschaum verwendet wird, im Gegensatz zu dem Fall, in dem ein Vliesstoff verwendet wird, keine Möglichkeit, dass aufgrund der Dickenschwankung, die in dem porösen Al-Körper wegen der Dickenschwankung in dem Vliesstoff auftritt, ein poröser Al-Körper mit einer schlechten Oberflächenebenheit hergestellt wird, was besonders bevorzugt ist.
Auf Basis der oben beschriebenen Erkenntnisse weist der erfindungsgemäße Lithiumionenkondensator weiterhin die folgenden Eigenschaften auf.

(2) Lithiumionenkondensator gemäß (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Stromkollektor für die positive Elektrode ein poröser Aluminiumkörper mit einer dreidimensionalen Struktur ist, in dem das Beschichtungsgewicht 80 bis 1000 g/m² beträgt und der Porendurchmesser (Zellendurchmesser) 50 bis 1000 μm beträgt.

Darüber hinaus weist der erfindungsgemäße Lithiumionenkondensator die folgenden Eigenschaften auf.

(3) Lithiumionenkondensator gemäß (1) oder (2), dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Material für die negative Elektrode hauptsächlich aus einem Kohlenstoffmaterial zusammengesetzt ist.
(4) Lithiumionenkondensator gemäß (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlenstoffmaterial eines von Graphit, graphitierbarem Kohlenstoff und nicht-graphitierbarem Kohlenstoff ist.
(5) Lithiumionenkondensator gemäß (1) oder (2), dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Material für die negative Elektrode hauptsächlich aus Silicium, Zinn oder Lithiumtitanoxid zusammengesetzt ist.
(6) Lithiumionenkondensator gemäß irgendeinem von (1) bis (5), dadurch gekennzeichnet, dass der Stromkollektor für die negative Elektrode aus Aluminium, Kupfer, Nickel oder Edelstahl zusammengesetzt ist.
(7) Lithiumionenkondensator gemäß irgendeinem von (1) bis (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Lithiumsalz mindestens eines ist, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus LiClO₄, LiBF₄ und LiPF₆ besteht, und ein Lösungsmittel des nicht-wässrigen Elektrolyten mindestens eines ist, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Butylencarbonat, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat und Ethylmethylcarbonat besteht.
(8) Lithiumionenkondensator gemäß irgendeinem von (1) bis (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität der negativen Elektrode pro Flächeneinheit (Kapazität der negativen Elektrode) größer ist als die Kapazität der positiven Elektrode pro Flächeneinheit (Kapazität der positiven Elektrode) und die Menge der in dem aktiven Material für die negative Elektrode okkludierten Lithiumionen 90% oder weniger der Differenz zwischen der Kapazität der positiven Elektrode und der Kapazität der negativen Elektrode beträgt.

Der wie oben beschrieben erhaltene LIC weist eine ausreichend erhöhte Kapazität auf. Durch Anordnung einer Vielzahl von LICs in Reihe und/oder parallel in einer Verbundvorrichtung ist es daher möglich, eine ausgezeichnete Energiespeichervorrichtung bereitzustellen. Durch Kombinieren des LIC mit einem Wechselrichter und einem Reaktor zur Bildung eines Verbundsystems ist es darüber hinaus möglich, ein ausgezeichnetes Energiespeichersystem bereitzustellen.

(9) Eine erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Lithiumionenkondensatoren, die jeweils Lithiumionenkondensatoren gemäß irgendeinem von (1) bis (8) sind, in Reihe und/oder parallel in einer Verbundvorrichtung angeordnet ist.
(10) Ein erfindungsgemäßes Energiespeichersystem ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lithiumionenkondensator gemäß irgendeinem von (1) bis (8) zusammen mit einem Wechselrichter und/oder einem Reaktor ein Verbundsystem bildet.

Vorteilhafte erfindungsgemäße Wirkungen
Erfindungsgemäß ist es möglich, eine positive Elektrode mit einer hohen Kapazität entsprechend der Kapazität der negativen Elektrode herzustellen, und es ist möglich, einen Lithiumionenkondensator (LIC) mit einer erhöhten Kapazität bereitzustellen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A ist eine von einer Abfolge von Ansichten, die ein Beispiel für ein Herstellungsverfahren für einen porösen Al-Körper in der vorliegenden Erfindung beschreibt, und ist eine vergrößerte schematische Ansicht, die einen Teil des Querschnitts eines Harzschaums mit miteinander verbindenden Poren veranschaulicht.
1B ist eine von einer Abfolge von Ansichten, die ein Beispiel für ein Herstellungsverfahren für einen porösen Al-Körper in der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und ist eine vergrößerte schematische Ansicht, die einen Teil eines Querschnitts eines Al-beschichteten Harzschaums zeigt, in dem eine Al-Schicht auf der Oberfläche des Harzschaums gebildet ist.
1C ist eine von einer Abfolge von Ansichten, die ein Beispiel für ein Herstellungsverfahren eines porösen Al-Körpers in der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und ist eine vergrößerte schematische Ansicht, die einen Teil eines Querschnitts eines porösen Al-Körpers zeigt, der durch Zersetzung des Harzschaums gebildet wurde, so dass lediglich die Al-Schicht zurückblieb.
2 ist eine Ansicht, die eine Struktur einer Zelle einer Lithiumionenbatterie veranschaulicht.
3 ist eine Ansicht, die eine Struktur einer Zelle eines elektrischen Doppelschichtkondensators veranschaulicht.
4 ist eine Ansicht, die eine Struktur einer Zelle eines Lithiumionenkondensators veranschaulicht.
Beschreibung der Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden auf Basis der Ausführungsformen genauer beschrieben.
1. Positive Elektrode
(1) Allgemeine Beschreibung
Eine positive Elektrode eines erfindungsgemäßen Lithiumionenkondensators (LIC) wird durch Füllen eines porösen Al-Körpers mit einem aktiven Material für eine positive Elektrode hergestellt, das hauptsächlich aus Aktivkohle zusammengesetzt ist. In der vorliegenden Anmeldung bedeutet der Ausdruck „hauptsächlich zusammengesetzt aus”, dass die relevante Substanz in einer Menge von mehr als 50 Gew.-% enthalten ist. Der Ausdruck „hauptsächlich zusammengesetzt aus Aktivkohle” bedeutet, dass Aktivkohle in einer Menge von mehr als 50 Gew.-% enthalten ist.
Wenn der poröse Al-Körper, der ein Stromkollektor ist, mit einem aktiven Material für eine positive Elektrode gefüllt wird, ist die Füllmenge (Gehalt) nicht besonders beschränkt und kann in angemessener Weise in Abhängigkeit von der Dicke des Stromkollektors, der Form des LIC und dergleichen ausgewählt werden. Beispielsweise beträgt die Füllmenge vorzugsweise etwa 13 bis 40 mg/cm² und besonders bevorzugt etwa 16 bis 32 mg/cm².
Als Verfahren zum Einfüllen des aktiven Materials für eine positive Elektrode kann z. B. ein Verfahren verwendet werden, in dem Aktivkohle usw. zu einer Paste gebildet werden und die Aktivkohlepaste für die positive Elektrode durch ein bekanntes Verfahren, wie ein Injektionsverfahren, eingefüllt wird. Weitere Bespiele schließen ein Verfahren, in dem ein Stromkollektor in eine Aktivkohlepaste für eine positive Elektrode eingetaucht wird und, sofern notwendig, eine Druckreduzierung durchgeführt wird, und ein Verfahren ein, in dem das Füllen mittels Sprühen einer Aktivkohlepaste für eine positive Elektrode von einer Seite aus auf einen Stromkollektor durchgeführt wird, während ein Druck unter Verwendung einer Pumpe oder dergleichen angelegt wird.
Nachdem sie mit der Aktivkohlepaste befüllt wurde, kann in der positiven Elektrode, sofern notwendig, das Lösungsmittel in der Paste durch eine Trocknungsbehandlung entfernt werden. Darüber hinaus kann nach dem Einfüllen der Aktivkohlepaste, sofern notwendig, einer Pressformung mittels Pressen mit einer Walzenpresse oder dergleichen durchgeführt werden.
Mittels Durchführung einer Pressformung kann die Aktivkohlepaste bei einer höheren Dichte eingefüllt werden, und die Dicke der positiven Elektrode kann auf eine gewünschte Dicke eingestellt werden. Was die Dicke vor und nach der Komprimierung betrifft, so beträgt die Dicke vorzugsweise gewöhnlich etwa 300 bis 5000 μm vor der Komprimierung und gewöhnlich etwa 150 bis 3000 μm nach der Pressformung und vorzugsweise etwa 400 bis 1500 μm vor der Komprimierung und etwa 200 bis 800 μm nach der Pressformung.
Darüber hinaus kann eine Anschlussklemme an der Elektrode vorgesehen sein. Die Anschlussklemme kann durch Schweißen oder Auftragung eines leitfähigen Klebstoffs befestigt werden.
(2) Stromkollektor für die positive Elektrode
Als Stromkollektor für die positive Elektrode wird vorzugsweise ein poröser Al-Körper mit einem Beschichtungsgewicht, welches das Al-Gewicht ist, wenn die Dicke des Stromkollektors für die positive Elektrode zum Zeitpunkt der Herstellung 1 mm beträgt, von 80 bis 1000 g/m² und einem Porendurchmesser von 50 bis 1000 μm verwendet.
Ein solcher poröser Al-Körper weist eine ausgezeichnete Stromkollektorleistung auf, da das Al-Skelett mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit und einer ausgezeichneten Spannungsfestigkeit kontinuierlich darin vorliegt. Da der poröse Al-Körper eine Struktur aufweist, in der Aktivkohle (Aktivmaterial) in den Lücken des porösen Körpers eingeschlossen ist, können die Gehaltsanteile an Bindemittel, leitfähigem Hilfsmittel und dergleichen verringert werden, und die Fülldichte der Aktivkohle (aktives Material) kann erhöht werden. Folglich kann der Innenwiderstand verringert werden und die Kapazität erhöht werden. Die Dicke des Stromkollektors für die positive Elektrode beträgt gewöhnlich vorzugsweise etwa 150 bis 3000 μm, bezogen auf die durchschnittliche Dicke und besonders bevorzugt etwa 200 bis 800 μm.
Ein solcher poröser Al-Körper kann durch Bildung einer Al-Überzugsschicht auf einer Oberfläche aus einem Harzschaum oder einem Vliesstoff und anschließende Entfernung des Harzes oder Vliesstoffes, das/der das Substrat ist, erhalten werden. Beispielsweise kann er durch das unten beschriebene Verfahren hergestellt werden.
Die 1A, 1B und 1C sind schematische Ansichten, die ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Al-Körpers veranschaulichen. 1A ist eine vergrößerte schematische Ansicht, die einen Teil des Querschnitts eines Harzschaums mit miteinander verbindenden Poren zeigt, in dem Poren gebildet werden, wobei ein Harzschaum 1 als Skelett dient.
Zunächst wird ein Harzschaum 1 mit miteinander verbindenden Poren hergestellt, und durch Bildung einer Al-Schicht 2 auf seiner Oberfläche wird ein Al-beschichteter Harzschaum erhalten (1B).
Der Harzschaum 1 ist nicht besonders beschränkt, solange er porös ist, und ein Urethanschaum, ein Styrolschaum oder dergleichen kann verwendet werden. Ein Harzschaum mit einer Porosität von 40% bis 98%, der miteinander verbindende Poren mit einem Zellendurchmesser von 50 bis 1000 μm aufweist, wird bevorzugt verwendet. Unter diesen ist ein Urethanschaum, der eine hohe Porosität (80 bis 98%), hohe Gleichmäßigkeit hinsichtlich des Zellendurchmessers und eine ausgezeichnete Wärmezersetzbarkeit aufweist, besonders bevorzugt.
Die Al-Schicht 2 kann auf der Oberfläche des Harzschaums 1 durch jegliches Verfahren, z. B. ein Gasphasenverfahren, wie Dampfabscheidung, Sputtern oder Plasma-CVD, Auftragung einer Aluminiumpaste oder ein elektrolytisches Schmelzsalzplattierungsverfahren, gebildet werden.
Unter diesen ist das elektrolytische Schmelzsalzplattierungsverfahren bevorzugt. In dem elektrolytischen Schmelzsalzplattierungsverfahren wird z. B. unter Verwendung eines binären AlCl₃-XCl(X: Alkalimetall)-Salzsystems oder Multikomponentensalzsystems der Harzschaum 1 in die Schmelze getaucht und durch Anlegen eines Potentials eine elektrolytische Plattierung zur Bildung einer Al-Schicht 2 durchgeführt. In diesem Verfahren wird zuvor eine Leitfähigkeitsübertragungsbehandlung auf der Oberfläche des Harzschaums unter Verwendung eines Verfahrens, wie Dampfabscheidung oder Sputtern von Al oder dergleichen oder Auftragung eines leitfähigen Beschichtungsmaterials, das Kohlenstoff oder dergleichen enthält, durchgeführt.
Wenn die Al-Schicht 2 gebildet wird, ist es darüber hinaus notwendig, zu verhindern, dass Verunreinigungen, wie Ni, Fe, Cu und Si, in die Al-Schicht 2 aufgenommen werden. Für den Fall, dass eine positive Elektrode, die diese Verunreinigungen enthält, verwendet wird, können die Verunreinigungen ausgelöst und während des Ladungsvorgangs auf der negativen Elektrode abgeschieden werden, was zu einem Kurzschluss führt.
Als Nächstes wird der Al-beschichtete Harzschaum in ein Schmelzsalz getaucht und ein negatives Potential an der Al-Schicht 2 angelegt. Dies kann die Oxidation der Al-Schicht 2 inhibieren. In diesem Zustand wird der Harzschaum zersetzt, indem bei einer Temperatur erhitzt wird, die gleich oder höher als die Zersetzungstemperatur des Harzschaums 1 und gleich oder niedriger als der Schmelzpunkt von Al (660°C) ist, und lediglich die Al-Schicht 2 bleibt zurück. Auf diese Weise kann ein poröser Al-Körper 3 erhalten werden (1C).
Die Erwärmungstemperatur beträgt vorzugsweise 500°C bis 650°C.
Als Schmelzsalz kann ein Halogenidsalz eines Alkalimetalls oder Erdalkalimetalls verwendet werden, so dass das Elektrodenpotential unedel wird. Besonders bevorzugt enthält das Schmelzsalz eines oder mehrere, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Lithiumchlorid (LiCl), Kaliumchlorid (KCl), Natriumchlorid (NaCl) und Aluminiumchlorid (AlCl₃). Ein eutektisches Schmelzsalz, das durch Mischen von zwei oder mehreren der obigen Salze erhalten wird, um dem Schmelzpunkt zu verringern, ist besonders bevorzugt.
(3) Aktivkohle(aktives Material der positiven Elektrode)-Paste
Die Aktivkohlepaste wird z. B. durch Hinzufügen von Aktivkohlepulver zu einem Lösungsmittel und Rühren mit einem Mischer erhalten. Solange die Aktivkohlepaste Aktivkohle und ein Lösungsmittel enthält, ist das Mischungsverhältnis davon nicht beschränkt. Als Lösungsmittel kann z. B. N-Methyl-2-pyrrolidon, Wasser oder dergleichen verwendet werden.
Insbesondere wenn Polyvinylidenfluorid als Bindemittel verwendet wird, kann N-Methyl-2-pyrrolidon als Lösungsmittel verwendet werden, und wenn Polytetrafluorethylen, Polyvinylalkohol, Carboxymethylcellulose oder dergleichen als Bindemittel verwendet wird, kann Wasser als Lösungsmittel verwendet werden. Darüber hinaus können, sofern notwendig, Additive, wie ein Leitfähiges Hilfsmittel und ein Bindemittel, darin eingeschlossen sein.
(a) Aktivkohle
Als Aktivkohle kann Aktivkohle, die kommerziell für die Verwendung in elektrischen Doppelschichtkondensatoren erhältlich ist, in gleicher Weise verwendet werden. Beispiele für die Rohmaterialien für Aktivkohle schließen Holz, Kokosnussschalen, Ablauge, Kohle, Schweröl oder Kohle/Erdölpech, der durch thermisches Cracken dieser Materialien erhalten wird, und Harze, wie ein Phenolharz.
Die Aktivierung wird im Allgemeinen nach der Karbonisierung durchgeführt, und Beispiele für das Aktivierungsverfahren schließen ein Gasaktivierungsverfahren und ein chemisches Aktivierungsverfahren ein. In dem Gasaktivierungsverfahren wird Aktivkohle erhalten, indem eine Kontaktreaktion mit Wasserdampf, Kohlendioxid, Sauerstoff oder dergleichen bei hohen Temperaturen durchgeführt wird. In dem chemischen Aktivierungsverfahren werden die oben beschriebenen Rohmaterialien mit einem bekannten chemischen Aktivierungsmittel imprägniert, durch Erhitzen in einer Inertgasatmosphäre werden eine Dehydratisierungs- und Oxidationsreaktion des chemischen Aktivierungsmittels verursacht, und dadurch wird Aktivkohle erhalten. Als chemisches Aktivierungsmittel kann z. B. Zinkchlorid, Natriumhydroxid oder dergleichen verwendet werden.
Die Partikelgröße der Aktivkohle ist nicht beschränkt, beträgt jedoch vorzugsweise 20 μm oder weniger. Die spezifische Oberfläche der Aktivkohle ist nicht beschränkt, beträgt jedoch vorzugsweise etwa 800 bis 3000 m²/g. Durch Einstellung der spezifischen Oberfläche innerhalb dieses Bereichs kann die elektrostatische Kapazität des LIC gesteigert werden und der Innenwiderstand verringert werden.
(b) Leitfähiges Hilfsmittel
Der Typ des leitfähigen Hilfsmittels ist nicht besonders beschränkt, und ein bekanntes oder kommerziell erhältliches leitfähiges Hilfsmittel kann verwendet werden. Beispiele dafür schließen Ruß, Ketjen-Ruß, Kohlenstofffasern, natürliches Graphit (Flockengraphit, erdiges Graphit und dergleichen), künstliches Graphit und Rutheniumoxid ein. Unter diesen sind Ruß, Ketjen-Ruß, Kohlenstofffasern und dergleichen bevorzugt. Diese können die elektrische Leitfähigkeit des LIC verbessern. Der Gehalt an leitfähigem Hilfsmittel ist nicht besonders beschränkt, beträgt jedoch vorzugsweise 0,1 bis 10 Massenteile, bezogen auf 100 Massenteile Aktivkohle. Wenn der Gehalt 10 Massenteile überschreitet, besteht die Sorge, dass die elektrostatische Kapazität abnehmen kann.
(c) Bindemittel
Der Typ des Bindemittels ist nicht besonders beschränkt, und ein bekanntes oder kommerziell erhältliches Bindemittel kann verwendet werden. Beispiele dafür schließen Polyvinylidenfluorid, Polytetrafluorethylen, Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylchlorid, Polyolefin, Styrol-Butadien-Kautschuk, Polyvinylalkohol und Carboxymethylcellulose ein. Im Hinblick auf die Haftung zwischen dem aktiven Material und dem Stromkollektor sind Polyvinylidenfluorid, Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylchlorid, Styrol-Butadien-Kautschuk, Polyvinylalkohol und Polyimid bevorzugt. Im Hinblick auf die Wärmebeständigkeit sind andererseits Polytetrafluorethylen, Polyolefin, Carboxymethylcellulose und Polyimid bevorzugt.
Der Bindemittelgehalt ist nicht besonders beschränkt, beträgt jedoch vorzugsweise 0,5 bis 10 Massenteile, bezogen auf 100 Massenteile Aktivkohle. Indem der Gehalt in diesem Bereich eingestellt wird, ist es möglich, die Bindungsstärke zu verbessern, während eine Zunahme des elektrischen Widerstands und eine Abnahme der elektrostatischen Kapazität unterdrückt werden wird.
2. Negative Elektrode
(1) Allgemeine Beschreibung
Eine negative Elektrode schließt einen Stromkollektor für eine negative Elektrode ein, der aus einer Metallfolie oder einem porösen Metallkörper zusammengesetzt ist und z. B. durch ein Verfahren, in dem eine Paste aus einem aktiven Material für eine negative Elektrode, die hauptsächlich aus dem aktiven Material für die negative Elektrode zusammengesetzt ist, wie ein Kohlenstoffmaterial, das geeignet ist, Lithiumionen zu okkludieren und zu desorbieren, auf der Metallfolie durch ein Rakelmesserverfahren oder dergleichen aufgetragen wird, oder ein Verfahren ein, in dem eine Paste aus aktivem Material für eine negative Elektrode durch ein Injektionsverfahren oder dergleichen in den porösen Metallkörper gefüllt wird. Darüber hinaus kann nach dem Trocknen, sofern notwendig, eine Druckumformung mit einer Walzenpresse oder dergleichen durchgeführt werden.
Zum Okkludieren der Lithiumionen in dem aktiven Material für die negative Elektrode kann z. B. ein Verfahren verwendet werden, in dem eine Li-Folie unter Druck an die durch die unten beschriebenen Schritte hergestellte Elektrode gebunden wird und eine zusammengesetzte Zelle (LIC) in einem Thermostatofen bei 60°C für 24 Stunden warm gehalten wird. Weitere Beispiele schließen ein Verfahren, in dem das aktive Material der negativen Elektrode und ein Lithiummaterial durch mechanisches Legieren gemischt werden, und ein Verfahren ein, in dem Li-Metall in die Zelle aufgenommen wird und die negative Elektrode und das Li-Metall kurzgeschlossen werden.
(2) Stromkollektor für die negative Elektrode
Im Hinblick auf den elektrischen Widerstand kann eine Metallfolie oder ein poröser Metallkörper als Stromkollektor für die negative Elektrode verwendet werden. Solch ein Metall ist z. B. vorzugsweise eines von Al, Cu, Ni und Edelstahl. Insbesondere ist die Verwendung eines porösen Al-Körpers im Hinblick auf die Gewichtsreduzierung des LIC bevorzugt. Im Hinblick auf die elektrische Leitfähigkeit ist andererseits ein poröser Cu-Körper bevorzugt.
(3) Paste aus aktivem Material für die negative Elektrode
Die Paste aus aktivem Material für die negative Elektrode wird z. B. durch Zugabe eines aktiven Materials für die negative Elektrode, das geeignet ist, Lithiumionen zu okkludieren und zu desorbieren, zu einem Lösungsmittel und Rühren mit einem Mischer erhalten. Sofern notwendig, können ein leitfähiges Hilfsmittel und ein Bindemittel eingeschlossen sein.
(a) Aktives Material für die negative Elektrode
Das aktive Material für die negative Elektrode ist nicht besonders beschränkt, solange es geeignet ist, Lithiumionen zu okkludieren und zu desorbieren. Ein aktives Material für eine negative Elektrode, das eine theoretische Kapazität von 300 mAh/g oder mehr aufweist, ist im Hinblick auf die hinreichende Sicherung einer Differenz zur Kapazität der positiven Elektrode und die Erhöhung der Spannung des LiC bevorzugt. Spezifische Beispiele für das aktive Material für die negative Elektrode schließen Kohlenstoffmaterialien, wie graphitbasierte Materialien, graphitierbare Kohlenstoffmaterialien und nicht-graphitierbare Kohlenstoffmaterialien, ein.
Darüber hinaus kann als aktives Material für die negative Elektrode Silicium (Si), ein Zinn-basiertes Material oder Lithiumtitanoxid verwendet werden. Si- und ein Zinn-basiertes Material können bevorzugt verwendet werden, wenn der Stromkollektor der negativen Elektrode aus einem porösen Ni- oder Cu-Körper zusammengesetzt ist. Lithiumtitanoxid kann vorzugsweise verwendet werden, wenn der Stromkollektor der negativen Elektrode aus einem porösen Al-Körper zusammengesetzt ist.
(b) Leitfähiges Hilfsmittel
Als leitfähiges Hilfsmittel kann ein bekanntes oder kommerziell erhältliches leitfähiges Hilfsmittel wie im Falle des aktiven Materials für die positive Elektrode verwendet werden. Das heißt, Beispiele dafür schließen Ruß, Ketjen-Ruß, Kohlenstofffasern, natürliches Graphit (Flockengraphit, erdiges Graphit und dergleichen), künstliches Graphit und Rutheniumoxid ein.
(c) Bindemittel
Der Typ des Bindemittels ist nicht besonders beschränkt, und ein bekanntes oder kommerziell erhältliches Bindemittel wie im Falle des aktiven Materials für die positive Elektrode kann verwendet werden. Beispiele dafür schließen Polyvinylidenfluorid, Polytetrafluorethylen, Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylchlorid, Polyolefin, Styrol-Butadien-Kautschuk, Polyvinylalkohol, Carboxymethylcellulose und Polyimid ein. Im Hinblick auf die Haftung zwischen dem aktiven Material und dem Stromkollektor werden Polyvinylidenfluorid, Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylchlorid, Styrol-Butadien-Kautschuk, Polyvinylalkohol und Polyimid bevorzugt. Im Hinblick auf die Wärmebeständigkeit werden andererseits Polytetrafluorethylen, Polyolefin, Carboxymethylcellulose und Polyimid bevorzugt.
3. Nicht-wässriger Elektrolyt
(1) Allgemeine Beschreibung
Da der erfindungsgemäße LIC Lithium einschließt, ist es notwendig, einen nicht-wässrigen Elektrolyt als Elektrolyt zu verwenden. Als solch ein nicht-wässriger Elektrolyt kann z. B. ein Elektrolyt verwendet werden, der durch Lösen eines zum Aufladen und Entladen erforderlichen Lithiumsalzes in einem organischen Lösungsmittel hergestellt wird.
(2) Lithiumsalz
Als Lithiumsalz kann im Hinblick auf die Löslichkeit in dem Lösungsmittel z. B. LiClO₄, LiBF₄, LiPF₆ oder dergleichen vorzugsweise verwendet werden. Diese können allein verwendet werden, oder zwei oder mehrere von diesen können zur Verwendung gemischt werden.
(3) Lösungsmittel
Als Lösungsmittel, dass das Lithiumsalz löst, kann im Hinblick auf die Ionenleitfähigkeit z. B. vorzugsweise mindestens eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Butylencarbonat, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat und Ethylmethylcarbonat, verwendet werden.
4. Separator
Als Separator kann ein bekannter oder kommerziell erhältlicher Separator verwendet werden. Zum Beispiel ist ein aus Polyolefin, Polyethylenterephthalat, Polyamid, Polyimid, Cellulose, Glasfasern oder dergleichen zusammengesetzter Isolierfilm bevorzugt. Der durchschnittliche Porendurchmesser des Separators ist nicht besonders beschränkt und beträgt gewöhnlich etwa 0,01 bis 5 μm. Die durchschnittliche Dicke beträgt gewöhnlich etwa 10 bis 100 μm.
5. Zusammenbau des LIC
Ein erfindungsgemäßer LIC kann durch ein Verfahren hergestellt werden, in dem die positive Elektrode mit der negativen Elektrode gepaart wird, ein Separator zwischen den beiden Elektroden angebracht wird und ein nicht-wässriger Elektrolyt, der ein Lithiumsalz enthält, in die beiden Elektroden und den Separator imprägniert wird.
Indem die negative Elektrode durch ein chemisches oder elektrochemisches Verfahren dazu gebracht wird, Lithiumionen zu okkludieren (damit vordotiert zu werden), wird in dem LIC das Potential der negativen und der positiven Elektrode verringert, und die Spannung kann erhöht werden. Da die Energie proportional zum Quadrat der Spannung ist, wird ein LIC mit einer hohen Energie erzeugt.
In diesem Fall ist die Kapazität der negativen Elektrode vorzugsweise größer als die Kapazität der positiven Elektrode und die Menge an in dem aktiven Material für die negative Elektrode okkludierten Lithiumionen beträgt 90% oder weniger der Differenz zwischen der Kapazität der positiven Elektrode und der Kapazität der negativen Elektrode. Indem die Kapazität durch die positive Elektrode in einer solchen Weise beschränkt wird, ist es möglich, Kurzschlüsse aufgrund von Lithium-Dendrit-Wachstum zu verhindern.
6. Energiespeichervorrichtung und Energiespeichersystem
Der wie oben beschrieben erhaltene LIC weist eine ausreichend hohe Kapazität auf. Durch in Reihe und/oder parallel Schalten einer Vielzahl solcher LICs zur Bildung einer Verbundvorrichtung ist es möglich, eine ausgezeichnete Energiespeichervorrichtung bereitzustellen. Ferner ist es durch Kombinieren des LIC mit einem Wechselrichter und einem Reaktor zur Bildung eines Verbundsystems möglich, ein ausgezeichnetes Energiespeichersystem bereitzustellen.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Beispiele detaillierter beschrieben. Die Kurzfassungen der Beispiele lauten wie folgt:

[1] Ein LIC, der eine positive Elektrode, in der ein poröser Al-Körper als Stromkollektor für eine positive Elektrode verwendet wurde und Aktivkohle als aktives Material für die positive Elektrode verwendet wurde, und eine negative Elektrode einschließt, in der eine Kupferfolie als Stromkollektor für die negative Elektrode verwendet wurde und ein Kohlenstoffmaterial als aktives Material für die negative Elektrode verwendet wurde (Beispiel 1).
[2] Ein LIC, der eine positive Elektrode, in der ein poröser A1-Körper als Stromkollektor für die positive Elektrode verwendet wurde und Aktivkohle als aktives Material für die positive Elektrode verwendet wurde, und eine negative Elektrode einschließt, in der ein poröser Ni-Körper als Stromkollektor für die negative Elektrode verwendet wurde und Si als aktives Material für die negative Elektrode verwendet wurde (Beispiel 2).
[3] Ein LIC, der eine positive Elektrode, in der ein poröser Al-Körper als Stromkollektor für die positive Elektrode verwendet wurde und Aktivkohle als aktives Material für die positive Elektrode verwendet wurde, und eine negative Elektrode einschließt, in der ein poröser Ni-Körper als Stromkollektor für die negative Elektrode verwendet wurde und Kohlenstoffmaterial als aktives Material für die negative Elektrode verwendet wurde (Beispiel 3).
[4] Ein LIC, der eine positive Elektrode, in der ein poröser Al-Körper als Stromkollektor für die positive Elektrode verwendet wurde und Aktivkohle als aktives Material für die positive Elektrode verwendet wurde, und eine negative Elektrode einschließt, in der ein poröser Ni-Körper als Stromkörper als Stromkollektor für die negative Elektrode verwendet wurde und ein Zinn-basiertes Material als aktives Material für die negative Elektrode verwendet wurde (Beispiel 4).
[5] Ein LIC, der eine positive Elektrode, in der ein poröser Al-Körper als Stromkollektor für die positive Elektrode verwendet wurde und Aktivkohle als aktives Material für die positive Elektrode verwendet wurde, und eine negative Elektrode einschließt, in der ein poröser Al-Körper als Stromkollektor für die negative Elektrode verwendet wurde und LTO als aktives Material für die negative Elektrode verwendet wurde (Beispiel 5).

Es wird eine Beschreibung der Fertigung der LICs in den Beispielen und dann an der Fertigung der LICs in den Vergleichsbeispielen abgegeben. Schließlich werden alle in den Beispielen und Vergleichsbeispielen gefertigten LICs bewertet.
<1> Beispiele
[1] Beispiel 1
1. Herstellung der positiven Elektrode
(1) Herstellung des porösen Al-Körpers (Stromkollektor für die positive Elektrode)
Unter Verwendung eines Urethanschaums mit einer Dicke von 1,4 mm, einer Porosität von 97% und einem Zellendurchmesser von 450 μm wurde ein poröser Al-Körper mit einer Dicke von 1,4 mm, einer Porosität von 95%, einem Zellendurchmesser von 450 μm und einem Beschichtungsgewicht von 200 g/m² durch das oben beschriebene Verfahren hergestellt. Insbesondere wurde die folgende Vorgehensweise verwendet.
(a) Verwendetes Substrat
Eine Leitfähigkeitsübertragungsbehandlung wurde durchgeführt, indem ein Al-Beschichtungsfilm mit einem Beschichtungsgewicht von 10 g/m² durch Sputtern auf der Oberfläche eines Polyurethanschaums gebildet wurde.
(b) Zusammensetzung des Schmelzsalz-Plattierbades
Ein AlCl₃:EMIC (Aluminiumchlorid-1-ethyl-3-methylimidazoliumchlorid) = 2:1-Bad (Molverhältnis) wurde verwendet.
(c) Vorbehandlung
Vor der Plattierung wurde als Aktivierungsbehandlung eine Elektrolysebehandlung durchgeführt, in der das Substrat als Anode (bei 2 A/dm² für 1 min) verwendet wurde.
(d) Plattierungsbedingungen
Der Urethanschaum mit der leitfähigen Schicht auf seiner Oberfläche wurde als Arbeitsstück in einer Einspannvorrichtung mit Stromzuführfunktion fixiert. Dann wurde die Einspannvorrichtung, in der das Arbeitsstück fixiert wurde, in eine Glovebox in einer Argonatmosphäre bei geringer Feuchtigkeit (Taupunkt –30°C oder niedriger) gesetzt und in ein Schmelzsalz-Plattierbad bei einer Temperatur von 40°C getaucht. Die Einspannvorrichtung, in der das Arbeitsstück fixiert wurde, wurde mit der negativen Seite eines Gleichrichters verbunden, und als Gegenelektrode wurde eine Al-Platte (Reinheit: 99,99%) mit der positiven Seite verbunden. Eine Elektroplattierung wurde unter Strombedingungen von 2 A/dm² durchgeführt. Dadurch wurde eine Al-Struktur erhalten, in der ein Al-Film auf der Oberfläche des Urethanschaums gebildet wurde.
(e) Entfernung des Urethans mittels Zersetzung
Die Al-Struktur wurde in ein eutektisches LiCl-KCl-Schmelzsalz bei einer Temperatur von 500°C getaucht, und ein negatives Potential von –1 V wurde für 5 Minuten angelegt. Es wurden Blasen erzeugt, die von der Zersetzung des Polyurethans in dem Schmelzsalz herrührten. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur an der Luft wurde die Al-Struktur mit Wasser zur Entfernung des Schmelzsalzes gereinigt. Dadurch wurde ein poröser Al-Körper erhalten, von dem das Harz entfernt worden ist.
(2) Herstellung der positiven Elektrode
Eine Aktivkohlepaste für die positive Elektrode wurde durch Zugabe von 2 Gewichtsteilen von Ketjen-Ruß (KB) als leitfähiges Hilfsmittel, 4 Gewichtsteilen Polyvinylidenfluoridpulver als Bindemittel und 15 Gewichtsteilen N-Methylpyrrolidon (NMP) als Lösungsmittel zu 100 Gewichtsteilen Aktivkohlepulver (spezifische Oberfläche: 2500 m²/g, durchschnittliche Partikelgröße: etwa 5 μm) und Rühren mit einem Mischer hergestellt.
Die Aktivkohlepaste für die positive Elektrode wurde in den wie oben beschrieben hergestellten Stromkollektor für die positive Elektrode mit einer Dicke von 1,4 mm gefüllt, so dass der Aktivkohlegehalt 30 mg/cm² betrug. Die eigentliche Füllmenge betrug 31 mg/cm². Als Nächstes wurde eine Trocknung mit einem Trockner bei 100°C für 1 Stunde zur Entfernung des Lösungsmittels durchgeführt. Dann wurde eine Pressung mit einer Walzenpresse mit einem Durchmesser von 500 mm (Spalt: 300 μm) durchgeführt. Dadurch wurde eine positive Elektrode erhalten. Die Dicke nach dem Pressen betrug 480 μm. Die resultierende positive Elektrode wies eine Kapazität von 0,67 mAh/cm² auf.
2. Herstellung der negativen Elektrode
(1) Stromkollektor für die negative Elektrode
Eine Kupferfolie mit einer Dicke von 20 μm wurde als Stromkollektor für die negative Elektrode verwendet.
(2) Herstellung der negativen Elektrode
Eine Paste auf Graphitbasis für die negative Elektrode wurde durch Zugabe von 2 Gewichtsteilen Ketjen-Ruß (KB) als leitfähiges Hilfsmittel, 4 Gewichtsteilen Polyvinylidenfluoridpulver als Bindemittel und 15 Gewichtsteilen N-Methylpyrrolidon (NMP) als Lösungsmittel zu 100 Gewichtsteilen natürlichem Graphitpulver, das geeignet war, Lithium zu okkludieren und zu desorbieren, und Rühren mit einem Mischer hergestellt.
Die Paste auf Graphitbasis für die negative Elektrode wurde auf die Kupferfolie unter Verwendung eines Rakelmessers (Spalt: 400 μm) aufgetragen. Das eigentliche Beschichtungsgewicht betrug 10 mg/cm². Als Nächstes wurde eine Trocknung mit einem Trockner bei 100°C für 1 Stunde zur Entfernung des Lösungsmittels durchgeführt. Dann wurde eine Pressung mit einer Walzenpresse mit einem Durchmesser von 500 mm (Spalt: 200 μm) durchgeführt. Dadurch wurde eine negative Elektrode erhalten. Die Dicke nach dem Pressen betrug 220 μm. Die resultierende negative Elektrode wies eine Kapazität von 3,7 mAh/cm² auf.
3. Fertigung der Zelle
Die so erhaltene positive Elektrode und negative Elektrode wurden jeweils zu einer Größe von 5 cm × 5 cm geschnitten. Das aktive Material wurde von einem Teil jeder Elektrode entfernt. Ein Aluminium-Fahnenanschluss wurde an die positive Elektrode geschweißt und ein Nickel-Fahnenanschluss wurde an die negative Elektrode geschweißt. Diese Elektroden wurden in einen Trockenraum gebracht und zunächst bei 140°C für 12 Stunden unter reduziertem Druck getrocknet. Die beiden Elektroden wurden dann so angeordnet, dass sie mit einem aus Polypropylen zusammengesetzten Separator dazwischen einander gegenüber standen, um ein Monozellenelement zu bilden, und das Monozellenelement wurde in eine aus einem Aluminiumlaminat zusammengesetzte Zelle platziert. Darüber hinaus wurde auch eine Lithiumelektrode zur Vordotierung, die durch Druckverbindung einer Lithiummetallfolie an ein Nickelnetz hergestellt wurde und mit dem Separator umschlossen war, so in der Zelle platziert, dass sie mit dem Monozellenelement nicht in Kontakt war. Eine als Elektrolyt dienende Mischung aus Ethylencarbonat (EC) und Diethylcarbonat (DEC) bei einem Volumenverhältnis von 1:1, in der 1 mol/1 LiPF₆ gelöst war, wurde in die Elektroden und den Separator gegossen und imprägniert. Schließlich wurde das Aluminiumlaminat versiegelt, während der Druck mit einem Vakuumsealer reduziert wurde. Dadurch wurde ein Lithiumionenkondensator (LIC) des Beispiels 1 gefertigt.
Zur Durchführung einer Vordotierung wurde die negative Elektrode mit der Lithiumelektrode zur Vordotierung verbunden und eine Vordotierung durchgeführt, wobei der Strom und die Zeit so reguliert wurden, dass die Vordotierungsmenge 90 der Differenz der Kapazität zwischen der positiven und der negativen Elektrode betrug.
[2] Beispiel 2
1. Herstellung der positiven Elektrode
Eine mit der von Beispiel 1 gleichartige positive Elektrode wurde hergestellt.
2. Herstellung der negativen Elektrode
(1) Herstellung des Stromkollektors für die negative Elektrode
Ein Nickelschaum wurde als Stromkollektor für die negative Elektrode verwendet. Der Nickelschaum wurde durch ein Verfahren hergestellt, worin, nachdem ein Urethanblatt (handelsüblicher Artikel, durchschnittlicher Porendurchmesser: 90 μm, Dicke: 1,4 mm, Porosität: 96%) einer Leitfähigkeitsübertragungsbehandlung unterzogen wurde, eine Nickelplattierung in einer vorbestimmten Menge durchgeführt wurde, der Urethanschaum durch Brennen an Luft bei 800°C entfernt wurde und dann eine Überhitzung in einer reduzierenden Atmosphäre (Wasserstoff) bei 1000°C zur Reduktion von Nickel durchgeführt wurde. In der Leitfähigkeitsübertragungsbehandlung wurden 10 g/m² Nickel mittels Sputtern abgeschieden. Die Nickelplattierungsmenge wurde so bestimmt, dass die Gesamtmenge einschließlich der Menge der Leitfähigkeitsübertragungsbehandlung 400 g/m² betrug. Der resultierende Nickelschaum wies einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 80 μm, eine Dicke von 1,2 mm und eine Porosität von 95 auf.
(2) Herstellung der negativen Elektrode
Eine Siliciumpaste für die negative Elektrode wurde durch Zugabe von 0,7 Gewichtsteilen Ketjen-Ruß (KB) als leitfähiges Hilfsmittel, 2,5 Gewichtsteilen Polyvinylidenfluoridpulver als Bindemittel und 75,3 Gewichtsteilen N-Methylpyrrolidon (NMP) als Lösungsmittel zu 21,5 Gewichtsteilen Siliciumpulver (durchschnittliche Partikelgröße: etwa 10 μm) und Rühren mit einem Mischer hergestellt.
Die Siliciumpaste für die negative Elektrode wurde in den Stromkollektor für die negative Elektrode gefüllt, dessen Dicke mit einer Walzenpresse mit einem Spalt von 550 μm zuvor so eingestellt wurde, dass der Siliciumgehalt 13 mg/cm² betrug. Die eigentliche Füllmenge betrug 12,2 mg/cm². Als Nächstes wurde eine Trocknung mit einem Trockner bei 100°C für 1 Stunde zur Entfernung des Lösungsmittels durchgeführt. Dann wurde eine Pressung mit einer Walzenpresse mit einem Durchmesser von 500 mm (Spalt: 150 μm) durchgeführt. Dadurch wurde eine negative Elektrode erhalten. Die Dicke nach der Pressung betrug 185 μm. Die resultierende negative Elektrode wies eine Kapazität von 47 mAh/cm² auf.
3. Fertigung der Zelle
Unter Verwendung der so erhaltenen positiven Elektrode und negativen Elektrode wurde ein LIC gemäß Beispiel 2 wie in Beispiel 1 gefertigt und dann wurde in gleicher Weise eine Lithium-Vordotierung durchgeführt. Die in dem Silicium okkludierte Li⁺-Menge wurde so eingestellt, dass sie 90% der Differenz zwischen der Kapazität der positiven Elektrode und der Kapazität der negativen Elektrode betrug.
[3] Beispiel 3
1. Herstellung der positiven Elektrode
Eine mit der von Beispiel 1 gleichartige positive Elektrode wurde hergestellt.
2. Herstellung der negativen Elektrode
Unter Verwendung eines mit dem von Beispiel 2 gleichartigen porösen Ni-Körpers als Stromkollektor für die negative Elektrode und einer Graphit-basierten Paste für die negative Elektrode wurde eine negative Elektrode wie in Beispiel 1 erhalten. Die Dicke nach der Pressung betrug 205 μm. Die resultierende negative Elektrode wies eine Kapazität von 4,2 mAh/cm² auf.
3. Fertigung der Zelle
Unter Verwendung der so erhaltenen positiven Elektrode und negativen Elektrode wurde ein LIC gemäß Beispiel 3 wie in Beispiel 1 gefertigt, und dann wurde eine Lithium-Vordotierung in gleicher Weise durchgeführt. Die Menge an in dem Silicium okkludiertem Li⁺ wurde so eingestellt, dass sie 90% der Differenz zwischen der Kapazität der positiven Elektrode und der Kapazität der negativen Elektrode betrug.
[4] Beispiel 4
1. Herstellung der positiven Elektrode
Eine mit der von Beispiel 1 gleichartige positive Elektrode, wurde hergestellt.
2. Herstellung der negativen Elektrode
(1) Stromkollektor für die negative Elektrode
Ein poröser Ni-Körper, der gleichartig mit dem von Beispiel 2 war, wurde als Stromkollektor für die negative Elektrode verwendet.
(2) Herstellung der negativen Elektrode
Eine Zinn-basierte Materialpaste für die negative Elektrode wurde durch Zugabe von 0,7 Gewichtsteilen Ketjen-Ruß (KB) als leitfähiges Hilfsmittel, 2,5 Gewichtsteilen Polyvinylidenfluoridpulver als Bindemittel und 75,3 Gewichtsteilen N-Methylpyrrolidon (NMP) als Lösungsmittel zu 21,5 Gewichtsteilen reinem Zinnpulver, d. h. ein Zinn-basiertes Material (durchschnittliche Partikelgröße: etwa 12 μm), und Rühren mit einem Mischer hergestellt.
Die Zinn-basierte Materialpaste wurde in den Stromkollektor gefüllt, dessen Dicke zuvor mit einer Walzenpresse bei einem Spalt von 550 μm so eingestellt wurde, dass der Gehalt an Zinn-basiertem Material 12 mg/cm² betrug. Die eigentliche Füllmenge betrug 12,4 mg/cm². Als Nächstes wurde eine Trocknung mit einem Trockner bei 100°C für 1 Stunde zur Entfernung des Lösungsmittels durchgeführt. Dann wurde eine Pressung mit einer Walzenpresse mit einem Durchmesser von 500 mm (Spalt: 150 μm) durchgeführt. Dadurch wurde eine negative Elektrode erhalten. Die Dicke nach der Pressung betrug 187 μm. Die resultierende negative Elektrode wies eine Kapazität von 12,3 mAh/cm² auf.
3. Fertigung der Zelle
Unter Verwendung der so erhaltenen positiven Elektrode und negativen Elektrode wurde ein LIC gemäß Beispiel 4 wie in Beispiel 1 gefertigt und dann eine Lithium-Vordotierung in gleicher Weise durchgeführt. Die Menge an in dem Silicium okkludiertem Li⁺ wurde so eingestellt, dass sie 90% der Differenz zwischen der Kapazität der positiven Elektrode und der Kapazität der negativen Elektrode betrug.
[5] Beispiel 5
1. Herstellung der positiven Elektrode
Eine mit der von Beispiel 1 gleichartige positive Elektrode wurde hergestellt.
2. Herstellung der negativen Elektrode
(1) Stromkollektor für die negative Elektrode
Als Stromkollektor für die negative Elektrode wurde ein poröser Al-Körper verwendet, der gleichartig mit dem war, der als Stromkollektor für die positive Elektrode in Beispiel 1 verwendet wurde.
(2) Herstellung der negativen Elektrode
Eine LTO-Paste für die negative Elektrode wurde durch Zugabe von 3 Gewichtsteilen Ketjen-Ruß (KB) als leitfähiges Hilfsmittel, 3 Gewichtsteilen Polyvinylidenfluoridpulver als Bindemittel und 41 Gewichtsteilen N-Methylpyrrolidon (NMP) als Lösungsmittel zu 53 Gewichtsteilen LTO-Pulver (durchschnittliche Partikelgröße: etwa 8 μm) und Rühren mit einem Mischer hergestellt.
Die LTO-Paste wurde in den Stromkollektor gefüllt, dessen Dicke zuvor durch eine Walzenpresse bei einem Spalt von 550 μm so eingestellt wurde, dass der LTO-Gehalt 15 mg/cm² betrug. Die eigentliche Füllmenge betrug 15,3 mg/cm². Als Nächstes wurde eine Trocknung mit einem Trockner bei 100°C für 1 Stunde zur Entfernung des Lösungsmittels durchgeführt. Dann wurde eine Pressung mit einer Walzenpresse mit einem Durchmesser von 500 mm (Spalt: 150 μm) durchgeführt. Dadurch wurde eine negative Elektrode erhalten. Die Dicke nach der Pressung betrug 230 μm. Die resultierende negative Elektrode wies eine Kapazität von 2,7 mλh/cm² auf.
3. Fertigung der Zelle
Unter Verwendung der so erhaltenen positiven Elektrode und negativen Elektrode wurde ein LIC gemäß Beispiel 5 wie in Beispiel 1 gefertigt und dann eine Lithium-Vordotierung in gleicher Weise durchgeführt. Die Menge an in dem Silicium okkludiertem Li⁺ wurde so eingestellt, dass sie 90 der Differenz zwischen der Kapazität der positiven Elektrode und der Kapazität der negativen Elektrode betrug.
<2> Vergleichsbeispiele
[1] Vergleichsbeispiel 1
Eine Aluminiumfolie (handelsüblicher Artikel, Dicke: 20 um) wurde als Stromkollektor für die positive Elektrode verwendet. Die in Beispiel 1 hergestellte Paste aus aktivem Material für die positive Elektrode wurde auf die beiden Oberflächen durch ein Rakelmesserverfahren aufgetragen, so dass das Beschichtungsgewicht 10 mg/cm² insgesamt für beide Oberflächen betrug, gefolgt durch Walzen. Dadurch wurde eine positive Elektrode hergestellt. Das eigentliche Beschichtungsgewicht betrug 11 mg/cm², und die Dicke der Elektrode betrug 222 μm. Danach wurde dieselbe Vorgehensweise wie in Beispiel 1 angewendet und ein LIC gemäß Vergleichsbeispiel 1 wurde gefertigt.
[2] Vergleichsbeispiel 2
Ein Kondensator wurde unter Verwendung einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode gefertigt, die jeweils dieselbe wie die in Beispiel 1 verwendete positive Elektrode war. Als Elektrolyt wurde Propylencarbonatlösung verwendet, in der Tetraethylammoniumtetrafluorborat bei 1 mol/l gelöst war. Als Separator wurde ein Cellulosefaser-Separator (Dicke: 60 μm, Dichte: 450 mg/cm³, Porosität: 70%) verwendet.
<3> Auswertungsergebnisse für die Kondensatoren

Zehn Kondensatoren wurden in derselben Weise für jedes der Beispiele 1 bis 5 und Vergleichsbeispiele 1 und 2 hergestellt. Die Auswertung wurde in den Spannungsbereichen (beschrieben in der Tabelle) durchgeführt, die in Abhängigkeit von den Kombinationen der verwendeten aktiven Materialien bestimmt wurden. Das Aufladen wurde bei 2 mA/cm² für 2 Stunden durchgeführt, das Entladen wurde bei 1 mA/cm² durchgeführt, und die Anfangskapazität und Energiedichte wurden erhalten. Das Volumen, auf der die Energiedichte basierte, wurde als Volumen des Elektrodenstapelkörpers in der Zelle definiert und aus dem folgenden Ausdruck berechnet: (Dicke der positiven Elektrode + Dicke des Separators + Dicke der negativen Elektrode) × Elektrodenfläche. Die Durchschnittswerte sind in der Tabelle dargestellt. [Tabelle]

Position	Betriebsspannungsbereich	Anfangskapazität	Energiedichte
Messeinheit	(V)	(MAh)	(Wh/L)
Beispiel 1	2,5~4,2	15,4	30,2
Beispiel 2	2,5~4,2	15,3	31,6
Beispiel 3	2,5~4,2	15,2	30,8
Beispiel 4	2,5~4,2	15,3	31,5
Beispiel 5	1,5~2,7	11,3	29,8
Vergleichsbeispiel 1	2,5~4,2	5,5	16,2
Vergleichsbeispiel 2	2,5~4,2	22,3	12,2

Wie aus der Tabelle hervorgeht, ist in den LICs (Beispiele 1 bis 5), in denen der poröse Al-Körper als Stromkollektor für die positive Elektrode verwendet wurde, die Anfangskapazität hoch und die Energiedichte ist ebenso hoch im Vergleich mit dem LIC (Vergleichsbeispiel 1), in der die Al-Folie als Stromkollektor für die positive Elektrode verwendet wurde. Darüber hinaus ist augenscheinlich, dass die Energiedichte im Vergleich mit dem Kondensator (Vergleichsbeispiel 2), in dem die Lithium-Dotierung nicht durchgeführt wurde, hoch ist.
Die vorliegende Erfindung wurde auf Basis der Ausführungsformen beschrieben. Es ist zu bemerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, und verschiedenartige Modifikationen an den oben beschriebenen Ausführungsformen innerhalb des Umfangs vorgenommen werden können, der dem der vorliegenden Erfindung entspricht und äquivalent dazu ist.
Bezugszeichenliste

1: Harzschaum
2: Al-Schicht
3: poröser Al-Körper

Claims

Lithiumionenkondensator umfassend: eine positive Elektrode, die ein hauptsächlich aus Aktivkohle zusammengesetztes aktives Material für eine positive Elektrode und einen Stromkollektor für eine positive Elektrode einschließt, eine negative Elektrode, die ein aktives Material für eine negative Elektrode, das geeignet ist, Lithiumionen zu okkludieren und zu desorbieren, und einen Stromkollektor für eine negative Elektrode einschließt, und einen nicht-wässrigen Elektrolyt, der ein Lithiumsalz enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromkollektor für die positive Elektrode ein poröser Aluminiumkörper mit einer dreidimensionalen Struktur ist, das aktive Material für die positive Elektrode in den Stromkollektor für die positive Elektrode gefüllt ist und der Stromkollektor für die negative Elektrode eine Metallfolie oder ein poröser Metallkörper ist.
Lithiumionenkondensator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromkollektor für die positive Elektrode ein poröser Aluminiumkörper mit einer dreidimensionalen Struktur ist, in dem das Beschichtungsgewicht 80 bis 1000 g/m² beträgt und der Porendurchmesser (Zellendurchmesser) 50 bis 1000 μm beträgt.
Lithiumionenkondensator gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Material für die negative Elektrode hauptsächlich aus einem Kohlenstoffmaterial zusammengesetzt ist.
Lithiumionenkondensator gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlenstoffmaterial eines von Graphit, graphitierbarem Kohlenstoff und nicht-graphitierbarem Kohlenstoff ist.
Lithiumionenkondensator gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Material für die negative Elektrode hauptsächlich aus Silicium, Zinn oder Lithiumtitanoxid zusammengesetzt ist.
Lithiumionenkondensator gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromkollektor für die negative Elektrode aus Aluminium, Kupfer, Nickel oder Edelstahl zusammengesetzt ist.
Lithiumionenkondensator gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lithiumsalz mindestens eines ist, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus LiClO₄, LiBF₄ und LiPF₆ besteht, und ein Lösungsmittel des nicht-wässrigen Elektrolyten mindestens eines ist, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Butylencarbonat, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat und Ethylmethylcarbonat besteht.
Lithiumionenkondensator gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität der negativen Elektrode pro Flächeneinheit (Kapazität der negativen Elektrode) größer ist als die Kapazität der positiven Elektrode pro Flächeneinheit (Kapazität der positiven Elektrode) und die Menge der in dem aktiven Material für die negative Elektrode okkludierten Lithiumionen 90 oder weniger der Differenz zwischen der Kapazität der positiven Elektrode und der Kapazität der negativen Elektrode beträgt.
Energiespeichervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Lithiumionenkondensatoren, die jeweils Lithiumionenkondensatoren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8 sind, in Reihe und/oder parallel in einer Verbundvorrichtung angeordnet ist.
Energiespeichersystem, dadurch gekennzeichnet, dass der Lithiumionenkondensator gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8 zusammen mit einem Wechselrichter und/oder einem Reaktor ein Verbundsystem bildet.