JP2003142155A - Energy storage element - Google Patents

Energy storage element

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JP2003142155A
JP2003142155A JP2001335291A JP2001335291A JP2003142155A JP 2003142155 A JP2003142155 A JP 2003142155A JP 2001335291 A JP2001335291 A JP 2001335291A JP 2001335291 A JP2001335291 A JP 2001335291A JP 2003142155 A JP2003142155 A JP 2003142155A
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Japan
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metal oxide
energy storage
storage element
lithium
discharge
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JP2001335291A
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Japanese (ja)
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Hiroshi Abe
浩史 阿部
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Maxell Holdings Ltd
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Hitachi Maxell Ltd
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Publication date
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an energy storage element having a high energy density like a secondary battery and an excellent output characteristic and charge- discharge cycle characteristic like a capacitor. SOLUTION: The energy storage element is composed of a positive electrode consisting of metal oxide admitting electrochemical insertion and separation of lithium ions and containing carbon having a specific surface area of no less than 1000 m<2> /g, a negative electrode containing lithium, and an electrolytic solution containing Degree 4 ammonium salt or Degree 4 phosphonium salt, wherein the metal oxide is an oxide of at least one of the metals belonging to the extent between the 4th and 6th period and between Group 3 and 12 in the Periodic Table.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明はエネルギー貯蔵素子
に関し、更に詳しくはリチウムイオンを活物質媒体とし
たレドックス容量と電気二重層による静電容量とを併せ
持った有機電解液系のエネルギー貯蔵素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an energy storage element, and more particularly to an organic electrolyte type energy storage element having both a redox capacity using lithium ion as an active material medium and an electrostatic capacity due to an electric double layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、電気エネルギーの可逆的な貯蔵体
としては、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛
電池などの二次電池や、コンデンサー、キャパシタなど
が主として用いられている。特に、リチウムイオン電池
を代表とする二次電池はエネルギー密度が高く、各種モ
バイル機器の電源として広く用いられている。
2. Description of the Related Art At present, secondary batteries such as lithium-ion batteries, nickel-hydrogen batteries and lead batteries, and capacitors and capacitors are mainly used as reversible stores of electric energy. In particular, a secondary battery typified by a lithium-ion battery has a high energy density and is widely used as a power source for various mobile devices.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】前記二次電池は化学物
質の電気化学的な酸化還元反応を電気エネルギーに変換
させるものであり、イオン化した反応媒体が電解液を介
して正極、負極の活物質の結晶格子内や層内へ移動する
反応を利用している。そのため、前記イオンの移動性に
限界があり、急速な充放電反応を行うことが困難であ
り、その結果、出力特性が必ずしも満足できるものでは
ないという問題があった。
The secondary battery is for converting an electrochemical redox reaction of a chemical substance into electric energy, and the ionized reaction medium is a positive electrode active material and a negative electrode active material via an electrolytic solution. The reaction that moves into the crystal lattice and layer of is used. Therefore, there is a problem in that the mobility of the ions is limited and it is difficult to perform a rapid charge / discharge reaction, and as a result, the output characteristics are not always satisfactory.

【0004】この問題を解決するために電極を薄膜化す
るなどの工夫がなされており、これにより電池の出力特
性は確かに改善する。しかし、リチウムを反応媒体とし
ているリチウムイオン電池では、電極の薄膜化により過
充電や内部短絡などにより発煙や発火の危険性がより増
すことになり安全性の見地から望ましくない。
In order to solve this problem, various measures have been taken, such as thinning the electrodes, which certainly improves the output characteristics of the battery. However, a lithium ion battery using lithium as a reaction medium is not desirable from a safety point of view because the thinning of the electrodes increases the risk of smoke and ignition due to overcharge and internal short circuit.

【0005】一方、キャパシタは従来のコンデンサーを
高容量化させたものであり、電極と電解液との界面に生
じる電気二重層をエネルギー源としたものである。従っ
て、前記二次電池のように活物質媒体がバルク内へ三次
元的に移動することがないため、急速な充放電によるエ
ネルギーの出し入れが可能であり、また、酸化還元反応
が起こらないためサイクル劣化がほとんどないという利
点を有する。
On the other hand, the capacitor is a conventional capacitor having a higher capacity, and uses an electric double layer generated at the interface between the electrode and the electrolytic solution as an energy source. Therefore, unlike the secondary battery, the active material medium does not move three-dimensionally into the bulk, energy can be taken in and out by rapid charge and discharge, and the cycle does not occur because an oxidation-reduction reaction does not occur. It has the advantage of almost no deterioration.

【0006】しかし、キャパシタは酸化還元反応が起こ
らないために二次電池のような高エネルギー密度を達成
できず、リチウムイオン電池のエネルギー密度が100
Wh/kg以上であるのに対し、電気二重層キャパシタ
のエネルギー密度は1〜2Wh/kg程度であるという
問題がある。
However, the capacitor cannot achieve the high energy density of the secondary battery because the redox reaction does not occur, and the energy density of the lithium ion battery is 100.
While it is Wh / kg or more, there is a problem that the energy density of the electric double layer capacitor is about 1 to 2 Wh / kg.

【0007】そこで、本発明は前記従来の問題を解決し
たもので、二次電池のようにエネルギー密度が高く、且
つキャパシタのように出力特性や充放電のサイクル特性
に優れた新規なエネルギー貯蔵素子を提供することを目
的とする。
Therefore, the present invention solves the above-mentioned conventional problems, and is a novel energy storage device having a high energy density like a secondary battery and excellent output characteristics and charge / discharge cycle characteristics like a capacitor. The purpose is to provide.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者が鋭意検討した
結果、例えばリチウムを反応媒体とする電気化学的な酸
化還元反応によるレドックス容量に加えて、電極と電解
液界面における電気二重層による静電容量をも1つの素
子内で活用できれば前記従来の問題を解決することが可
能であると考えた。そして、リチウムイオンの電気化学
的な挿入及び脱離が可能な金属酸化物に高い比表面積の
炭素を加えた電極と、四級アンモニウム塩又は四級ホス
ホニウム塩などのリチウム塩を含まない塩を主体とした
支持電解質を含む有機電解液とを組み合わせることによ
り、レドックス容量と静電容量を併せ持ったエネルギー
貯蔵素子を提供することが可能であることを見出した。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies by the present inventors, for example, in addition to a redox capacity due to an electrochemical redox reaction using lithium as a reaction medium, static electricity due to an electric double layer at an interface between an electrode and an electrolyte solution is obtained. It was thought that the above-mentioned conventional problems could be solved if the capacitance could be utilized in one element. And, an electrode in which carbon having a high specific surface area is added to a metal oxide capable of electrochemical insertion and desorption of lithium ions and a salt not containing a lithium salt such as a quaternary ammonium salt or a quaternary phosphonium salt are mainly used. It has been found that it is possible to provide an energy storage element having both redox capacity and electrostatic capacity by combining with an organic electrolyte solution containing the supporting electrolyte described above.

【0009】即ち、前記目的を達成するため、本発明の
エネルギー貯蔵素子は、リチウムイオンの電気化学的な
挿入及び脱離が可能な金属酸化物からなり且つ比表面積
が少なくとも1000m2/gである炭素を含む正極
と、リチウムを含有した負極と、電解質として四級アン
モニウム塩又は四級ホスホニウム塩を含む電解液とから
構成されていることを特徴とする。
That is, to achieve the above object, the energy storage device of the present invention comprises a metal oxide capable of electrochemically inserting and releasing lithium ions and has a specific surface area of at least 1000 m 2 / g. It is characterized by comprising a positive electrode containing carbon, a negative electrode containing lithium, and an electrolytic solution containing a quaternary ammonium salt or a quaternary phosphonium salt as an electrolyte.

【0010】また、本発明のエネルギー貯蔵素子は、前
記金属酸化物が周期表の第4周期から第6周期で且つ第
3族から第12族の範囲内に属する金属から選択された
少なくとも1種類の金属の酸化物であることが好まし
い。
Further, in the energy storage device of the present invention, the metal oxide is at least one kind selected from metals belonging to Groups 4 to 6 and Groups 3 to 12 of the periodic table. It is preferable that the metal oxide is.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明のエネルギー貯蔵素
子の実施の形態を説明する。本発明においてレドックス
容量の元となる活物質である金属酸化物としては、周期
表の第4周期から第6周期で且つ第3族から第12族の
範囲内に属する金属の酸化物を使用できる。具体的に
は、例えば、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、C
o、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、
Ru、Pd、Ag、Cd、ランタノイド、Hf、Ta、
W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hgなどの金属の
酸化物が挙げられ、特にV、Cr、Mn、Fe、Co、
Niなど周期表の第4周期の第5族から第10族の範囲
内に属する金属の酸化物や、これら金属を少なくとも1
種類以上含む複合金属酸化物などが好ましく、更にそれ
らの金属酸化物が非晶質体であることがより好ましい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the energy storage element of the present invention will be described below. In the present invention, as the metal oxide that is the active material that is the basis of the redox capacity, oxides of metals that belong to the fourth to sixth periods and the groups 3 to 12 of the periodic table can be used. . Specifically, for example, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, C
o, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc,
Ru, Pd, Ag, Cd, lanthanoid, Hf, Ta,
Examples thereof include oxides of metals such as W, Re, Os, Ir, Pt, Au, and Hg, and particularly V, Cr, Mn, Fe, Co,
An oxide of a metal, such as Ni, belonging to the range of the fifth to tenth groups of the fourth period of the periodic table, or at least one of these metals
Composite metal oxides containing more than one kind are preferred, and those metal oxides are more preferably amorphous.

【0012】前記金属酸化物はいかなる手法で作製され
たものでも好適に用いられるが、中でも前記金属酸化物
のコロイド溶液を加熱処理して作製されるものが好まし
い。また、前記金属酸化物のコロイド溶液に導電性物質
を加えてから加熱処理を行うと導電性物質の表面に前記
金属酸化物が被覆された構造となり、活物質である金属
酸化物の利用率が高くなり、高容量化が容易となるので
より好ましい。
The metal oxide prepared by any method is preferably used, but the one prepared by heating the colloidal solution of the metal oxide is preferable. Further, when a heat treatment is performed after adding a conductive substance to the colloidal solution of the metal oxide, a structure in which the metal oxide is coated on the surface of the conductive substance is obtained, and the utilization rate of the metal oxide as the active material is increased. It is more preferable because it becomes higher and the capacity can be easily increased.

【0013】前記金属酸化物のコロイド溶液の調製は、
通常、金属酸化物そのものを直接コロイド溶液にするこ
とが困難であるので、金属粉末と例えば過酸化水素など
の酸化剤を含む溶液とを混合するか、あるいは金属の酢
酸塩、硝酸塩、炭酸塩などと酸化性物質を含む溶液とを
混合して調整することが好ましい。
The metal oxide colloidal solution is prepared by
Usually, it is difficult to directly convert the metal oxide itself into a colloidal solution, so either mix the metal powder with a solution containing an oxidizing agent such as hydrogen peroxide, or use metal acetate, nitrate, carbonate, etc. It is preferable to mix and adjust with a solution containing an oxidizing substance.

【0014】また、前記導電性物質としては特に材質、
形状等は限定されることはないが、実質的には炭素質材
料が好適に用いられる。具体的には、例えば、カーボン
ブラック、無定形炭素、炭素繊維、天然黒鉛又は人造黒
鉛などが挙げられる。また、金属酸化物と導電性物質と
の混合比率としては、質量比で70:30〜10:90
が好ましく、特に50:50〜25:75がより好まし
い。この範囲内であれば、放電容量も導電性も良好に確
保できるからである。
In addition, as the conductive substance, a material,
The shape and the like are not limited, but a carbonaceous material is preferably used substantially. Specific examples include carbon black, amorphous carbon, carbon fiber, natural graphite and artificial graphite. Further, the mixing ratio of the metal oxide and the conductive substance is 70:30 to 10:90 in terms of mass ratio.
Is preferred, and particularly 50:50 to 25:75 is more preferred. This is because if it is within this range, good discharge capacity and conductivity can be secured.

【0015】また、前記金属酸化物のコロイド溶液と前
記導電性物質との混合分散にあたっては、スターラー、
ボールミル、超音波分散などのいずれの混合手段も採用
することができる。また、その混合時の温度や時間に関
しては特に限定されることはないが、例えば、0〜40
℃で1〜12時間程度混合分散することが好ましい。
When mixing and dispersing the colloidal solution of the metal oxide and the conductive substance, a stirrer,
Any mixing means such as a ball mill and ultrasonic dispersion can be adopted. Further, the temperature and time during the mixing are not particularly limited, but are, for example, 0 to 40.
It is preferable to mix and disperse at a temperature of about 1 to 12 hours.

【0016】混合分散後の加熱処理は、濾過、遠心分離
などにより金属酸化物と導電性物質との混合物を分散液
からある程度分離した後に行ってもよいし、また、混合
分散液をそのまま用いて行ってもよい。この加熱処理時
の条件は特に限定されることはないが、温度は50℃以
上が好ましく、80℃以上がより好ましく、また、45
0℃以下が好ましく、300℃以下がより好ましい。特
に、導電性物質として炭素質材料を用いる場合には、4
50℃を超えると炭素の酸化分解反応が生じるので、導
電性物質として金属粉末を用いる場合に比べて低い温度
で加熱処理を行うことが好ましく、300℃以下で加熱
処理を行うことがより好ましい。また、加熱時間は1時
間以上が好ましく、3時間以上がより好ましく、また、
24時間以下が好ましく、10時間以下がより好まし
い。
The heat treatment after mixing and dispersing may be performed after the mixture of the metal oxide and the conductive substance is separated from the dispersion liquid to some extent by filtration, centrifugation, or the like, or the mixed dispersion liquid may be used as it is. You can go. The conditions for this heat treatment are not particularly limited, but the temperature is preferably 50 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, and 45
The temperature is preferably 0 ° C or lower, more preferably 300 ° C or lower. Especially when a carbonaceous material is used as the conductive substance, 4
When the temperature exceeds 50 ° C., an oxidative decomposition reaction of carbon occurs. Therefore, the heat treatment is preferably performed at a lower temperature than that when metal powder is used as the conductive substance, and more preferably 300 ° C. or less. The heating time is preferably 1 hour or longer, more preferably 3 hours or longer, and
It is preferably 24 hours or less, more preferably 10 hours or less.

【0017】本発明のエネルギー貯蔵素子の正極は、前
記金属酸化物又は前記金属酸化物と前記導電性物質の複
合体の他に、少なくとも比表面積が1000m2/gで
ある炭素を含有させる必要がある。これにより、電気二
重層による大きな静電容量を確保することができる。前
記炭素の比表面積が1000m2/gを下回ると電気二
重層による静電容量が小さくなるので、比表面積は10
00m2/g以上であることが必要である。特に、前記
炭素の比表面積は1500m2/g以上であることが望
ましい。なお、前記炭素の比表面積の上限値は特に制限
されるものではないが、比表面積が大きすぎるものは必
然的に粒子径が小さくなりすぎて分散性が低下し、電極
の均質性を低下させるおそれがあるため、比表面積の好
ましい上限値は3000m2/gである。
The positive electrode of the energy storage device of the present invention must contain carbon having a specific surface area of at least 1000 m 2 / g in addition to the metal oxide or the complex of the metal oxide and the conductive material. is there. This makes it possible to secure a large capacitance due to the electric double layer. If the specific surface area of the carbon is less than 1000 m 2 / g, the capacitance due to the electric double layer becomes small, so that the specific surface area is 10
It is necessary to be at least 00 m 2 / g. Particularly, the specific surface area of the carbon is preferably 1500 m 2 / g or more. The upper limit value of the specific surface area of the carbon is not particularly limited, but if the specific surface area is too large, the particle size is inevitably too small and the dispersibility is reduced, which deteriorates the homogeneity of the electrode. Therefore, the preferable upper limit of the specific surface area is 3000 m 2 / g.

【0018】また、前記炭素としては、例えば椰子殻、
フェノール樹脂、PANなどを原料とした活性炭、活性
炭素繊維などが挙げられる。前記金属酸化物と前記炭素
との混合比率としては、質量比で90:10〜10:9
0が好ましく、特に70:30〜25:75がより好ま
しい。
The carbon is, for example, coconut shell,
Examples include phenolic resin, activated carbon made of PAN and the like, activated carbon fiber and the like. The mixing ratio of the metal oxide and the carbon is 90:10 to 10: 9 by mass ratio.
0 is preferable, and 70:30 to 25:75 is particularly preferable.

【0019】これらを用いて電極を作製するには、前記
金属酸化物又は前記金属酸化物と前記導電性物質の複合
体及び前記炭素に、ポリテトラフルオロエチレンやポリ
フッ化ビニリデンなどのバインダーを加えて混合し、得
られた電極合剤を適宜の手段で成形すればよい。例え
ば、上記電極合剤を加圧成形するか、あるいは上記電極
合剤を溶剤に分散させて電極合剤含有ペーストを調製す
る。
To prepare an electrode using these, a binder such as polytetrafluoroethylene or polyvinylidene fluoride is added to the metal oxide or the composite of the metal oxide and the conductive material and the carbon. The electrode mixture obtained by mixing may be molded by an appropriate means. For example, the electrode mixture is pressure-molded, or the electrode mixture is dispersed in a solvent to prepare an electrode mixture-containing paste.

【0020】この電極合剤含有ペーストを調整する場
合、バインダーはあらかじめ溶剤に溶解させておいてか
ら前記電極合剤と混合してもよい。その後、得られた電
極合剤含有ペーストを金属箔や金属網などからなる集電
体に塗布し、乾燥して薄膜状の電極合剤層を形成する工
程を経ることによって電極が作製される。但し、電極の
作製方法は上記例示の方法に限られることなく他の方法
によってもよい。
When preparing the electrode mixture-containing paste, the binder may be dissolved in a solvent in advance and then mixed with the electrode mixture. Then, the obtained electrode mixture-containing paste is applied to a current collector made of a metal foil, a metal net, or the like, and dried to form a thin film electrode mixture layer, whereby an electrode is produced. However, the manufacturing method of the electrode is not limited to the above-exemplified method, and another method may be used.

【0021】また、本発明のエネルギー貯蔵素子は、電
解液中に四級アンモニウム塩又は四級ホスホニウム塩を
含むことを特徴とする。これにより、リチウム塩を含ま
ない電解液でもリチウムの酸化還元が可能となる。
Further, the energy storage element of the present invention is characterized in that the electrolytic solution contains a quaternary ammonium salt or a quaternary phosphonium salt. As a result, it becomes possible to oxidize and reduce lithium even in an electrolytic solution containing no lithium salt.

【0022】四級アンモニウム塩としては、例えば、
(CH34NPF6、(C254NPF6、(CH34
NBF4、(C254NBF4、また、四級ホスホニウ
ム塩としては、例えば、(CH34PPF6、(C
254PPF6、(CH34PBF4、(C254PB
4などが挙げられる。これらをエチレンカーボネー
ト、プロピレンカーボネートなどの環状炭酸エステル
や、メチルカーボネート、エチルカーボネートなどの鎖
状炭酸エステルの有機溶媒に加えて電解液とする。四級
アンモニウム塩又は四級ホスホニウム塩の添加量は、
0.5〜2.0mol/dm3が好ましく、1〜1.5
mol/dm3がより好ましい。なお、電解液に前記四
級アンモニウム塩又は四級ホスホニウム塩の少なくとも
いずれかを含んでいればよく、必要に応じてリチウム塩
を含有していてもよい。
The quaternary ammonium salt is, for example,
(CH 3 ) 4 NPF 6 , (C 2 H 5 ) 4 NPF 6 , (CH 3 ) 4
Examples of NBF 4 , (C 2 H 5 ) 4 NBF 4 , and quaternary phosphonium salts include (CH 3 ) 4 PPF 6 and (C
2 H 5 ) 4 PPF 6 , (CH 3 ) 4 PBF 4 , (C 2 H 5 ) 4 PB
Such as F 4, and the like. These are added to an organic solvent of a cyclic carbonic acid ester such as ethylene carbonate or propylene carbonate or a chain carbonic acid ester such as methyl carbonate or ethyl carbonate to prepare an electrolytic solution. The amount of quaternary ammonium salt or quaternary phosphonium salt added is
0.5 to 2.0 mol / dm 3 is preferable, and 1 to 1.5
More preferred is mol / dm 3 . The electrolytic solution may contain at least one of the quaternary ammonium salt and the quaternary phosphonium salt, and may contain a lithium salt if necessary.

【0023】また、本発明で用いる負極としては、リチ
ウムを含有した電極であればよく、例えば、金属リチウ
ム、リチウム含有遷移金属窒化物などのもとからリチウ
ムを含有したものや、黒鉛、ハードカーボンなどの炭素
にリチウムを含有させたものなどを用いることができ
る。
The negative electrode used in the present invention may be any electrode containing lithium, and examples thereof include those containing lithium from the sources such as metallic lithium and lithium-containing transition metal nitrides, graphite and hard carbon. It is possible to use a material such as carbon containing lithium.

【0024】以上のように、本発明は前記金属酸化物中
へのリチウムイオンのドープ・脱ドープ機能によるレド
ックス容量を有していることに加えて、比表面積が少な
くとも1000m2/gの炭素と電解液との界面に生じ
る電気二重層による静電容量も同時に発現するエネルギ
ー貯蔵素子である。即ち、リチウムイオン電池と電気二
重層キャパシタの両方の性質を併せ持つ素子である。本
発明のエネルギー貯蔵素子であれば瞬間的な大電流とエ
ネルギー容量とを必要とするデバイスの電源や、長期間
の充放電サイクル寿命を必要とする機器の電源に好適で
ある。
As described above, according to the present invention, in addition to having the redox capacity by the doping / dedoping function of lithium ions in the metal oxide, carbon having a specific surface area of at least 1000 m 2 / g is used. It is an energy storage element that simultaneously develops the electrostatic capacity due to the electric double layer generated at the interface with the electrolytic solution. That is, it is an element having both the properties of a lithium ion battery and an electric double layer capacitor. INDUSTRIAL APPLICABILITY The energy storage element of the present invention is suitable for a power source of a device that requires a momentary large current and energy capacity and a power source of an apparatus that requires a long-term charge / discharge cycle life.

【0025】[0025]

【実施例】次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明する。但し、本発明はそれらの実施例のみに限定さ
れるものではない。
EXAMPLES Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to only those examples.

【0026】(実施例1)金属バナジウム1gと30質
量%の過酸化水素水100cm3を混合し、氷浴中で3
時間攪拌混合した。これを室温で24時間放置して五酸
化バナジウム(V 25)がゾル化したコロイド溶液を得
た。
Example 1 1 g of metallic vanadium and 30 substances
100% of hydrogen peroxide water of volume%3And mix in an ice bath for 3
Stir and mix for hours. Leave this for 24 hours at room temperature
Vanadium iodide (V 2OFive) Was obtained as a colloidal solution
It was

【0027】得られた五酸化バナジウム(金属酸化物)
のコロイド溶液5gに、BET5点法で求めた窒素吸着
による比表面積が58m2/gであるアセチレンブラッ
ク(導電性物質)0.1g、水2g及びアセトン1gを
加え、スターラーで3時間攪拌して混合分散させて分散
液を得た。この分散液を120℃で5時間加熱処理して
五酸化バナジウムとアセチレンブラックとの複合体の粉
末を得た。この複合体における五酸化バナジウムとアセ
チレンブラックとの比率は質量比で7:10であった。
Obtained vanadium pentoxide (metal oxide)
0.1 g of acetylene black (conductive material) having a specific surface area by nitrogen adsorption of 58 m 2 / g determined by the BET 5-point method, 2 g of water and 1 g of acetone were added to 5 g of the colloidal solution of, and stirred with a stirrer for 3 hours. The mixture was dispersed to obtain a dispersion liquid. This dispersion was heat-treated at 120 ° C. for 5 hours to obtain a composite powder of vanadium pentoxide and acetylene black. The mass ratio of vanadium pentoxide to acetylene black in this composite was 7:10.

【0028】更に、この複合体にBET5点法で求めた
窒素吸着による比表面積が2000m2/g、平均粒径
が20μmである活性炭を前記複合体:活性炭=1:1
(質量比)の割合で混合し、更にポリテトラフルオロエ
チレンを水中に分散させたディスパージョンを5質量%
加えて乳鉢中で混練した。この混練物を厚さ20μmの
アルミニウム箔に塗布し、294MPaの圧力でプレス
処理して電極を得た。
Further, activated carbon having a specific surface area of 2000 m 2 / g by nitrogen adsorption determined by the BET 5-point method and an average particle size of 20 μm was added to the complex: the complex: activated carbon = 1: 1.
5% by mass of the dispersion obtained by mixing in a ratio of (mass ratio) and further dispersing polytetrafluoroethylene in water.
In addition, the mixture was kneaded in a mortar. This kneaded product was applied to an aluminum foil having a thickness of 20 μm and pressed at a pressure of 294 MPa to obtain an electrode.

【0029】得られた電極を直径10mmの円形に打ち
抜き、それを作用極とし、対極に厚さ1mm、直径17
mmの円板状のリチウムを用い、エチレンカーボネート
(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを体積比
1:1で混合した溶媒に(C 254NBF4(四級アン
モニウム塩)を1mol/dm3の濃度になるよう溶解
させて調製した電解液を用いて、直径20mm、高さ
1.6mmのコイン型リチウム電池を作製した。
The obtained electrode was punched into a circle with a diameter of 10 mm.
Remove it and use it as the working electrode, with a thickness of 1 mm and a diameter of 17
mm disc-shaped lithium is used, ethylene carbonate
Volume ratio of (EC) and diethyl carbonate (DEC)
1: 1 mixed solvent (C 2HFive)FourNBFFour(Fourth grade Anne
Monium salt) 1 mol / dm3Dissolve to the concentration of
Using the prepared electrolyte, diameter 20mm, height
A 1.6 mm coin type lithium battery was produced.

【0030】この電池を充電カット電圧4.2V、放電
カット電圧2.0Vとして1mA/cm2の電流密度で
定電流充放電試験を行った。試験は25℃で行った。図
1にその5サイクル目の放電曲線を示す。図1において
縦軸は電池電圧を、横軸はアルミニウム箔の質量を除い
た電極活物質質量当たりの放電容量をそれぞれ示す。ま
た、上記と同様の条件で充放電を1000回繰り返した
場合の容量推移を図3に示す。図3において縦軸は各サ
イクルの放電容量を1サイクル目の放電容量で除して百
分率化した容量保持率を、横軸は充放電のサイクル数を
それぞれ示す。
This battery was subjected to a constant current charge / discharge test at a charge cut voltage of 4.2 V and a discharge cut voltage of 2.0 V at a current density of 1 mA / cm 2 . The test was conducted at 25 ° C. FIG. 1 shows the discharge curve at the fifth cycle. In FIG. 1, the vertical axis represents the battery voltage and the horizontal axis represents the discharge capacity per mass of the electrode active material excluding the mass of the aluminum foil. Further, FIG. 3 shows the capacity transition when charging and discharging are repeated 1000 times under the same conditions as above. In FIG. 3, the vertical axis represents the capacity retention rate obtained by dividing the discharge capacity of each cycle by the discharge capacity of the first cycle, and the horizontal axis represents the number of charge / discharge cycles.

【0031】(実施例2)エチレンカーボネート(E
C)とジエチルカーボネート(DEC)とを体積比1:
1で混合した溶媒に(CH34PBF4(四級ホスホニ
ウム塩)を1.5mol/dm3の濃度になるよう溶解
させて調製した電解液を用いたこと以外はすべて実施例
1と同様にコイン型リチウム電池を作製し、実施例1と
同様の条件で充放電試験を行った。図2にその5サイク
ル目の放電曲線を示す。
Example 2 Ethylene carbonate (E
C) and diethyl carbonate (DEC) in a volume ratio of 1:
Same as Example 1 except that an electrolytic solution prepared by dissolving (CH 3 ) 4 PBF 4 (quaternary phosphonium salt) in the solvent mixed in 1 to a concentration of 1.5 mol / dm 3 was used. A coin-type lithium battery was manufactured and a charge / discharge test was performed under the same conditions as in Example 1. FIG. 2 shows the discharge curve at the fifth cycle.

【0032】(比較例1)実施例1で調製した複合体に
活性炭を混合しなかったこと以外は実施例1と同様にし
てコイン型リチウム電池を作製し、実施例1と同様の条
件で充放電試験を行った。図1にその5サイクル目の放
電曲線を示す。
(Comparative Example 1) A coin type lithium battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the composite prepared in Example 1 was not mixed with activated carbon, and charged under the same conditions as in Example 1. A discharge test was conducted. FIG. 1 shows the discharge curve at the fifth cycle.

【0033】(比較例2)エチレンカーボネート(E
C)とジエチルカーボネート(DEC)とを体積比1:
1で混合した溶媒にLiPF6を1mol/dm3の濃度
になるよう溶解させて調製した電解液を用いたこと以外
はすべて比較例1と同様にしてコイン型リチウム電池を
作製し、実施例1と同じ条件で充放電試験を行った。図
2にその5サイクル目の放電曲線を示す。また、実施例
1と同様に充放電を1000回繰り返した場合の容量推
移を図3に示す。
Comparative Example 2 Ethylene carbonate (E
C) and diethyl carbonate (DEC) in a volume ratio of 1:
A coin-type lithium battery was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that an electrolytic solution prepared by dissolving LiPF 6 in the solvent mixed in 1 to have a concentration of 1 mol / dm 3 was used. A charge / discharge test was conducted under the same conditions as described above. FIG. 2 shows the discharge curve at the fifth cycle. Further, FIG. 3 shows the capacity transition when charging and discharging are repeated 1000 times as in the case of Example 1.

【0034】図1及び図2から明らかように、実施例
1、2の放電曲線は比較例1、2のそれと比較して4V
付近に新たな放電容量を示している。この4V付近では
直線的な電位変化を示していることから、この付近の放
電容量は電気二重層による静電容量によるものと推察さ
れる。また、3.5V以下の領域では比較例1、2の放
電曲線と比べてもわかるように、リチウムの還元による
レドックス容量を示していることがわかる。
As can be seen from FIGS. 1 and 2, the discharge curves of Examples 1 and 2 are 4 V higher than those of Comparative Examples 1 and 2.
The new discharge capacity is shown in the vicinity. Since a linear potential change is shown in the vicinity of 4 V, it is presumed that the discharge capacity in the vicinity of this is due to the electrostatic capacity of the electric double layer. Further, it can be seen that in the region of 3.5 V or less, the redox capacity due to the reduction of lithium is shown, as can be seen by comparing with the discharge curves of Comparative Examples 1 and 2.

【0035】また、図3から明らかなように、実施例1
は比較例2に比べて出力特性及びサイクル特性に優れて
いることがわかる。
Further, as is apparent from FIG.
It can be seen that is superior to Comparative Example 2 in output characteristics and cycle characteristics.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上ように本発明によると、二次電池の
ようにエネルギー密度が高く、且つキャパシタのように
出力特性や充放電のサイクル特性に優れたエネルギー貯
蔵素子を提供することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an energy storage element having a high energy density like a secondary battery and excellent output characteristics and charge / discharge cycle characteristics like a capacitor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例1及び比較例1の5サイクル目の放電曲
線を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a discharge curve at a fifth cycle of Example 1 and Comparative Example 1.

【図2】実施例2及び比較例2の5サイクル目の放電曲
線を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing discharge curves at the 5th cycle of Example 2 and Comparative Example 2.

【図3】実施例1及び比較例2の充放電サイクルに対す
る放電容量の推移を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing changes in discharge capacity with respect to charge / discharge cycles of Example 1 and Comparative Example 2.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H029 AJ02 AJ05 AK02 AK06 AK18 AL01 AL06 AL07 AL08 AL12 AM03 AM05 AM07 HJ07 5H050 AA02 AA07 BA16 BA17 CA02 CA14 CA29 CB01 CB07 CB08 CB09 HA07    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F term (reference) 5H029 AJ02 AJ05 AK02 AK06 AK18                       AL01 AL06 AL07 AL08 AL12                       AM03 AM05 AM07 HJ07                 5H050 AA02 AA07 BA16 BA17 CA02                       CA14 CA29 CB01 CB07 CB08                       CB09 HA07

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 リチウムイオンの電気化学的な挿入及び
脱離が可能な金属酸化物からなり且つ比表面積が少なく
とも1000m2/gである炭素を含む正極と、リチウ
ムを含有した負極と、電解質として四級アンモニウム塩
又は四級ホスホニウム塩を含む電解液とから構成されて
いることを特徴とするエネルギー貯蔵素子。
1. A positive electrode containing carbon having a specific surface area of at least 1000 m 2 / g, which is composed of a metal oxide capable of electrochemically inserting and releasing lithium ions, a negative electrode containing lithium, and an electrolyte as an electrolyte. An energy storage element comprising an electrolytic solution containing a quaternary ammonium salt or a quaternary phosphonium salt.
【請求項2】 前記金属酸化物が、周期表の第4周期か
ら第6周期で且つ第3族から第12族の範囲内に属する
金属から選択された少なくとも1種類の金属の酸化物で
ある請求項1に記載のエネルギー貯蔵素子。
2. The metal oxide is an oxide of at least one kind of metal selected from metals belonging to groups 4 to 6 and groups 3 to 12 of the periodic table. The energy storage element according to claim 1.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009295769A (en) * 2008-06-05 2009-12-17 Nec Corp Led flash unit and electronic apparatus
WO2023035399A1 (en) * 2021-09-10 2023-03-16 宁波大学 Nonaqueous electrolyte and battery

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