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公開番号2024076543
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-06
出願番号2022188125
出願日2022-11-25
発明の名称正極前駆体
出願人旭化成株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類H01G 11/30 20130101AFI20240530BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】負極へのプレドープを短時間で行うことができ、高エネルギー密度かつ高入出力な非水系ハイブリッドキャパシタを製造することができる正極前駆体を提供すること。
【解決手段】正極集電体と、上記正極集電体の片面又は両面に正極活物質層とを有する正極前駆体であって、上記正極活物質層は、正極活物質及び正極活物質以外のアルカリ金属化合物を含有し、上記正極活物質は炭素材料であり、上記炭素材料は活性炭を含み、正極前駆体表面のSEMにより得られる観察倍率10000倍の画像において、アルカリ金属化合物の同一粒子内に明部とシワ状暗部が海島状態で存在し、上記シワ状暗部の合計面積率をS₃%とするとき、0.3≦S₃≦15.0である、正極前駆体。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
正極集電体と、前記正極集電体の片面又は両面に正極活物質層とを有する正極前駆体であって、前記正極活物質層は、正極活物質及び正極活物質以外のアルカリ金属化合物を含有し、前記正極活物質は炭素材料であり、前記炭素材料は活性炭を含み、
前記正極前駆体表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により得られる観察倍率１００００倍の画像において、前記アルカリ金属化合物の同一粒子内に明部とシワ状暗部が海島状態で存在し、前記シワ状暗部の合計面積率をＳ
３
％とするとき、０．３≦Ｓ
３
≦１５．０である、正極前駆体。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記正極前駆体の正極活物質層中における前記アルカリ金属化合物の重量比をＸ質量％とするとき、５≦Ｘ≦５０である、請求項１に記載の正極前駆体。
【請求項３】
前記シワ状暗部の１個当たりの面積が２０００ｎｍ
２
以上５μｍ
２
以下である、請求項１または２に記載の正極前駆体。
【請求項４】
前記正極前駆体表面の走査型電子顕微鏡－エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＳＥＭ－ＥＤＸ）により得られる酸素マッピングにおける輝度値の平均値を基準に二値化した酸素マッピングに対する、前記シワ状暗部の面積重複率をＳ
４
％とするとき、０．５≦Ｓ
４
≦８０．０である、請求項１または２に記載の正極前駆体。
【請求項５】
前記正極前駆体表面のＳＥＭ－ＥＤＸにより得られる酸素マッピングにおいて、輝度値の平均値を基準に二値化した酸素マッピングの面積をＳ
１
％とするとき、５≦Ｓ
１
≦６０であり、かつ０．５０≦Ｓ
１
／Ｘ≦２．００である、請求項１または２に記載の正極前駆体。
【請求項６】
ブロードイオンビーム（ＢＩＢ）加工した前記正極前駆体断面のＳＥＭ－ＥＤＸにより得られる酸素マッピングにおいて、輝度値の平均値を基準に二値化した酸素マッピングの面積をＳ
２
％とするとき、５≦Ｓ
２
≦６０であり、かつ０．５０≦Ｓ
２
／Ｘ≦２．００である、請求項１または２に記載の正極前駆体。
【請求項７】
前記アルカリ金属化合物が炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、及び炭酸カリウムからなる群から選ばれる１種以上である、請求項１または２に記載の正極前駆体。
【請求項８】
前記アルカリ金属化合物が炭酸リチウムである、請求項１または２に記載の正極前駆体。
【請求項９】
前記活性炭は、ＢＪＨ法により算出した直径２０Å以上５００Å以下の細孔に由来するメソ孔量をＶ
１
（ｃｍ
３
／ｇ）、ＭＰ法により算出した直径２０Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をＶ
２
（ｃｍ
３
／ｇ）とするとき、０．３＜Ｖ
１
≦０．８、及び０．５≦Ｖ
２
≦１．０を満たし、かつＢＥＴ法により測定される比表面積が１，５００ｍ
２
／ｇ以上３，０００ｍ
２
／ｇ以下である、請求項１または２に記載の正極前駆体。
【請求項１０】
前記活性炭は、ＢＪＨ法により算出した直径２０Å以上５００Å以下の細孔に由来するメソ孔量をＶ
１
（ｃｍ
３
／ｇ）、ＭＰ法により算出した直径２０Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をＶ
２
（ｃｍ
３
／ｇ）とするとき、０．８＜Ｖ
１
≦２．５、及び０．８＜Ｖ
２
≦３．０を満たし、かつＢＥＴ法により測定される比表面積が２，３００ｍ
２
／ｇ以上４，０００ｍ
２
／ｇ以下である、請求項１または２に記載の正極前駆体。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は正極前駆体に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境の保全及び省資源を目指すエネルギーの有効利用の観点から、風力発電の電力平滑化システム又は深夜電力貯蔵システム、太陽光発電技術に基づく家庭用分散型蓄電システム、電気自動車用の蓄電システム等が注目を集めている。
【０００３】
これらの蓄電システムに用いられる電池の第一の要求事項は、エネルギー密度が高いことである。このような要求に対応可能な高エネルギー密度電池の有力候補として、リチウムイオン電池の開発が精力的に進められている。
【０００４】
第二の要求事項は、出力特性が高いことである。例えば、高効率エンジンと蓄電システムとの組み合わせ（例えば、ハイブリッド電気自動車）又は燃料電池と蓄電システムとの組み合わせ（例えば、燃料電池電気自動車）において、加速時には蓄電システムにおける高出力放電特性が要求されている。
【０００５】
現在、高出力蓄電デバイスとしては、電気二重層キャパシタ、ニッケル水素電池等が開発されている。
【０００６】
電気二重層キャパシタのうち、電極に活性炭を用いたものは、０．５～１ｋＷ／Ｌ程度の出力特性を有する。この電気二重層キャパシタは、耐久性（サイクル特性及び高温保存特性）も高く、上記高出力が要求される分野で最適のデバイスと考えられてきた。しかし、そのエネルギー密度は１～５Ｗｈ／Ｌ程度に過ぎない。そのため、更なるエネルギー密度の向上が必要である。
【０００７】
一方、現在ハイブリッド電気自動車で採用されているニッケル水素電池は、電気二重層キャパシタと同等の高出力を有し、かつ１６０Ｗｈ／Ｌ程度のエネルギー密度を有している。しかしながら、そのエネルギー密度及び出力をより一層高めるとともに、耐久性を高めるための研究が精力的に進められている。
【０００８】
また、リチウムイオン電池においても、高出力化に向けての研究が進められている。例えば、放電深度（蓄電素子の放電容量の何％を放電した状態かを示す値）５０％において３ｋＷ／Ｌを超える高出力が得られるリチウムイオン電池が開発されている。しかし、そのエネルギー密度は１００Ｗｈ／Ｌ以下であり、リチウムイオン電池の最大の特徴である高エネルギー密度を敢えて抑制した設計となっている。その耐久性（サイクル特性及び高温保存特性）については、電気二重層キャパシタに比べ劣る。そのため、実用的な耐久性を持たせるためには、放電深度が０～１００％の範囲よりも狭い範囲での使用となる。実際に使用できる容量は更に小さくなるから、リチウムイオン電池の耐久性をより一層向上させるための研究が精力的に進められている。
【０００９】
上記のように、高エネルギー密度、高出力特性、及び耐久性を兼ね備えた蓄電素子の実用化が強く求められている。しかし、上述した既存の蓄電素子には、それぞれ一長一短がある。そのため、これらの技術的要求を充足する新たな蓄電素子が求められている。その有力な候補として、リチウムイオンキャパシタと呼ばれる蓄電素子が注目され、開発が盛んに行われている。
【００１０】
キャパシタのエネルギーは１／２・Ｃ・Ｖ
２
（式中、Ｃは静電容量であり、かつＶは電圧である）で表される。
（【００１１】以降は省略されています）

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