JP2009200302A - Method of manufacturing electricity storage device, and electricity storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、正極と負極との少なくともいずれか一方にリチウムイオンをドーピングさせる蓄電デバイスの製造方法および蓄電デバイスに適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an electricity storage device in which at least one of a positive electrode and a negative electrode is doped with lithium ions, and a technique effective when applied to the electricity storage device.
電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載される蓄電デバイスとして、リチウムイオンキャパシタやリチウムイオン二次電池がある。また、これら蓄電デバイスの負極に対して、リチウムイオンを予めドーピングさせることが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。負極にリチウムイオンをドーピングさせることにより、セル電圧、セル容量、静電容量を向上させることができ、蓄電デバイスのエネルギー密度を引き上げることが可能となる。負極にリチウムイオンをドーピングさせる際には、負極と金属リチウムとを電気化学的に接触させる方法が採られている。
しかしながら、負極に対するリチウムイオンのドーピングには、長いドーピング時間が必要となる。この長いドーピング時間は、蓄電デバイスの生産性を低下させるとともに、蓄電デバイスの高コスト化を招く要因となっていた。そこで、ドーピング時間を短縮することにより、蓄電デバイスの生産性を向上させることが望まれている。 However, a long doping time is required for doping lithium ions into the negative electrode. This long doping time has been a factor of reducing the productivity of the electricity storage device and increasing the cost of the electricity storage device. Therefore, it is desired to improve the productivity of the electricity storage device by reducing the doping time.
また、負極にドーピングされるリチウムイオンが少なくなると、ドーピング時間は短くなるものの、セル電圧、セル容量、静電容量が低下することになる。このように、リチウムイオンのドーピング量を減少させることは、蓄電デバイスのエネルギー密度を低下させる要因となる。一方、負極にドーピングされるリチウムイオンが多くなると、ドーピング時間が長くなるだけでなく、電極表面に必要以上に厚い被膜等が形成されることになる。このように、リチウムイオンのドーピング量を増大させることは、蓄電デバイスの内部抵抗を高くする等、蓄電デバイスを劣化させる要因となる。すなわち、蓄電デバイスの品質を向上させるためには、負極にドーピングするリチウムイオン量を適切に設定することが必要となっていた。 Further, when the lithium ion doped in the negative electrode is decreased, the cell voltage, the cell capacity, and the electrostatic capacity are decreased although the doping time is shortened. Thus, reducing the doping amount of lithium ions becomes a factor of reducing the energy density of the electricity storage device. On the other hand, when the amount of lithium ions doped in the negative electrode increases, not only does the doping time become longer, but an unnecessarily thick film or the like is formed on the electrode surface. As described above, increasing the doping amount of lithium ions causes deterioration of the electricity storage device, such as increasing the internal resistance of the electricity storage device. That is, in order to improve the quality of the electricity storage device, it is necessary to appropriately set the amount of lithium ions doped into the negative electrode.
本発明の目的は、蓄電デバイスの生産性および品質を向上させることにある。 An object of the present invention is to improve the productivity and quality of an electricity storage device.
本発明の蓄電デバイスの製造方法は、貫通孔が形成された正極集電体を備える正極と、貫通孔が形成された負極集電体を備える負極と、積層される前記正極と前記負極との少なくともいずれか一方に接続されるイオン供給源とを有する蓄電デバイスの製造方法であって、前記正極と前記負極との少なくともいずれか一方に、前記イオン供給源からのリチウムイオンをドーピングするドーピング工程を、40℃以上70℃以下の温度環境で行うことを特徴とする。 The method for manufacturing an electricity storage device of the present invention includes a positive electrode including a positive electrode current collector in which a through hole is formed, a negative electrode including a negative electrode current collector in which a through hole is formed, and the stacked positive electrode and the negative electrode. A method for manufacturing an electricity storage device having an ion supply source connected to at least one of them, wherein a doping step of doping at least one of the positive electrode and the negative electrode with lithium ions from the ion supply source is provided. , In a temperature environment of 40 ° C. or higher and 70 ° C. or lower.
本発明の蓄電デバイスの製造方法は、前記イオン供給源から、負極最大充電容量の70%以上120%以下のリチウムイオンを放出させることを特徴とする。 The method for manufacturing an electricity storage device according to the present invention is characterized in that lithium ions of 70% or more and 120% or less of the maximum negative electrode charge capacity are released from the ion supply source.
本発明の蓄電デバイスの製造方法は、前記蓄電デバイスは、正極活物質がリチウムイオン及び/又はアニオンをドーピング・脱ドーピング可能な物質であり、負極活物質がリチウムイオンをドーピング・脱ドーピング可能な物質であり、前記正極と前記負極とを短絡させた後の正極電位が2.0V(対Li/Li+)以下になるように前記負極及び/又は前記正極に対してリチウムイオンがドーピングされるリチウムイオンキャパシタであることを特徴とする。 In the method for manufacturing an electricity storage device of the present invention, the electricity storage device is a material in which the positive electrode active material is capable of doping and undoping lithium ions and / or anions, and the negative electrode active material is capable of doping and undoping lithium ions. Lithium in which the negative electrode and / or the positive electrode is doped with lithium ions so that the positive electrode potential after the positive electrode and the negative electrode are short-circuited is 2.0 V (vs. Li / Li + ) or less. It is an ion capacitor.
本発明の蓄電デバイスの製造方法は、前記負極に、芳香族系縮合ポリマーの熱処理物であって水素原子/炭素原子の原子数比が0.05以上0.50以下であるポリアセン系骨格構造を有するポリアセン系有機半導体、あるいは黒鉛、あるいは難黒鉛化炭素が含まれることを特徴とする。 In the method for producing an electricity storage device of the present invention, the negative electrode has a polyacene skeleton structure that is a heat-treated product of an aromatic condensation polymer and has a hydrogen atom / carbon atom ratio of 0.05 to 0.50. It contains polyacene-based organic semiconductor, graphite, or non-graphitizable carbon.
本発明の蓄電デバイスは、貫通孔が形成された正極集電体を備える正極と、貫通孔が形成された負極集電体を備える負極と、積層される前記正極と前記負極との少なくともいずれか一方に接続され、リチウムイオンを放出するイオン供給源とを有し、前記正極と前記負極との少なくともいずれか一方に、40℃以上70℃以下の温度環境で前記イオン供給源からリチウムイオンをドーピングさせることを特徴とする。 The electricity storage device of the present invention includes at least one of a positive electrode including a positive electrode current collector formed with a through hole, a negative electrode including a negative electrode current collector formed with a through hole, and the positive electrode and the negative electrode stacked. An ion supply source connected to one side and emitting lithium ions, and at least one of the positive electrode and the negative electrode is doped with lithium ions from the ion supply source in a temperature environment of 40 ° C. or higher and 70 ° C. or lower It is characterized by making it.
本発明の蓄電デバイスは、前記イオン供給源から、負極最大充電容量の70%以上120%以下のリチウムイオンを放出させることを特徴とする。 The electricity storage device of the present invention is characterized in that lithium ions of 70% or more and 120% or less of the maximum negative electrode charge capacity are released from the ion supply source.
本発明の蓄電デバイスは、前記蓄電デバイスは、正極活物質がリチウムイオン及び/又はアニオンをドーピング・脱ドーピング可能な物質であり、負極活物質がリチウムイオンをドーピング・脱ドーピング可能な物質であり、前記正極と前記負極とを短絡させた後の正極電位が2.0V(対Li/Li+)以下になるように前記負極及び/又は前記正極に対してリチウムイオンがドーピングされるリチウムイオンキャパシタであることを特徴とする。 In the electricity storage device of the present invention, the electricity storage device is a material in which the positive electrode active material is capable of doping and dedoping lithium ions and / or anions, and the negative electrode active material is a material in which lithium ions can be doped and dedope, A lithium ion capacitor in which lithium ions are doped to the negative electrode and / or the positive electrode so that the positive electrode potential after short-circuiting the positive electrode and the negative electrode is 2.0 V (vs. Li / Li + ) or less. It is characterized by being.
本発明の蓄電デバイスは、前記負極に、芳香族系縮合ポリマーの熱処理物であって水素原子/炭素原子の原子数比が0.05以上0.50以下であるポリアセン系骨格構造を有するポリアセン系有機半導体、あるいは黒鉛、あるいは難黒鉛化炭素が含まれることを特徴とする。 In the electricity storage device of the present invention, the negative electrode has a polyacene-based skeleton structure that is a heat-treated product of an aromatic condensation polymer and has a hydrogen atom / carbon atom ratio of 0.05 to 0.50. An organic semiconductor, graphite, or non-graphitizable carbon is included.
本発明では、正極と負極との少なくともいずれか一方に、40℃以上70℃以下の温度環境でイオン供給源からリチウムイオンをドーピングさせる。これにより、ドーピング速度を速めることができるため、蓄電デバイスの生産性を向上させることが可能となる。また、ドーピング工程での蓄電デバイスの劣化を防止することができるため、蓄電デバイスの品質を向上させることが可能となる。 In the present invention, at least one of the positive electrode and the negative electrode is doped with lithium ions from an ion supply source in a temperature environment of 40 ° C. or higher and 70 ° C. or lower. Thereby, since the doping rate can be increased, the productivity of the electricity storage device can be improved. In addition, since the deterioration of the electricity storage device in the doping process can be prevented, the quality of the electricity storage device can be improved.
図1は本発明の一実施の形態である蓄電デバイス10を示す斜視図である。図2は図1のA−A線に沿って蓄電デバイス10の内部構造を概略的に示す断面図である。図1および図2に示すように、ラミネートフィルム11は蓄電デバイス10の外装容器を構成する。ラミネートフィルム11内には電極積層ユニット12が収容される。この電極積層ユニット12は、交互に積層される正極13と負極14とにより構成される。正極13と負極14との間にはセパレータ15が設けられる。また、電極積層ユニット12の最外部には、リチウム極16が負極14に対向して配置される。負極14とリチウム極16との間にはセパレータ15が設けられる。これら電極積層ユニット12とリチウム極16とにより三極積層ユニット17が構成される。なお、ラミネートフィルム11内には電解液が注入される。この電解液はリチウム塩を含む非プロトン性有機溶媒によって構成される。
FIG. 1 is a perspective view showing an
図3は蓄電デバイス10の内部構造を部分的に拡大して示す断面図である。図3に示すように、正極13は多数の貫通孔20aを備えた正極集電体20を有している。この正極集電体20には正極合材層21が塗工されている。また、正極集電体には凸状に伸びる端子溶接部20bが設けられる。複数枚の端子溶接部20bは重ねられた状態で互いに接合される。さらに、互いに接合された端子溶接部20bには正極端子22が接合されている。同様に、負極14は多数の貫通孔23aを備えた負極集電体23を有している。この負極集電体23には負極合材層24が塗工されている。また、負極集電体23には凸状に伸びる端子溶接部23bが設けられる。複数枚の端子溶接部23bは重ねられた状態で互いに接合される。さらに、互いに接合された端子溶接部23bには負極端子25が接合されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a partially enlarged internal structure of the
正極合材層21には、正極活物質として活性炭が含まれる。この活性炭には、リチウムイオンやアニオンを可逆的にドーピング・脱ドーピングさせることが可能である。また、負極合材層24には、負極活物質としてポリアセン系有機半導体(PAS)が含まれる。このPASには、リチウムイオンを可逆的にドーピング・脱ドーピングさせることが可能である。このように、正極活物質として活性炭を採用し、負極活物質としてPASを採用することにより、蓄電デバイス10はリチウムイオンキャパシタとして機能することになる。なお、本発明において、ドーピング(ドープ)とは、吸蔵、担持、吸着、挿入等を意味している。すなわち、ドープとは、正極活物質や負極活物質に対してリチウムイオン等が入る状態を意味している。また、脱ドーピング(脱ドープ)とは、放出、脱離等を意味している。すなわち、脱ドープとは、正極活物質や負極活物質からリチウムイオン等が出る状態を意味している。
The positive
前述したように、蓄電デバイス10内にはリチウム極16が組み込まれている。このリチウム極16は、負極集電体23に接合されるリチウム極集電体26を有する。また、リチウム極集電体26にはイオン供給源としての金属リチウム箔27が圧着される。したがって、金属リチウム箔27と負極合材層24とは、リチウム極集電体26および負極集電体23を介して接続された状態となる。このように、負極14とリチウム極16とが電気的に接続される構造を有している。したがって、ラミネートフィルム11内に電解液を注入することにより、リチウム極16から負極14に対してリチウムイオンがドープ(以下、プレドープという)されることになる。
As described above, the
このように、負極14にリチウムイオンをプレドープすることにより、負極電位を低下させることが可能となる。これにより、蓄電デバイス10のセル電圧を高めることが可能となる。また、負極電位の低下によって正極13を深く放電させることが可能となり、蓄電デバイス10のセル容量(放電容量)を高めることが可能となる。さらに、負極14にリチウムイオンをプレドープすることにより、負極14の静電容量を高めることが可能となる。これにより、蓄電デバイス10の静電容量を高めることが可能となる。このように、蓄電デバイス10のセル電圧、セル容量、静電容量を高めることができるため、蓄電デバイス10のエネルギー密度を向上させることが可能となる。また、正極集電体20や負極集電体23には貫通孔20a,23aが形成されている。このため、リチウム極16から放出されるリチウムイオンを積層方向に移動させることが可能となる。これにより、積層される全ての負極14に対してスムーズにリチウムイオンをプレドープすることが可能となる。
Thus, the negative electrode potential can be lowered by pre-doping lithium ions into the
続いて、負極14に対するリチウムイオンのプレドープの内容について詳細に説明する。前述したように、ラミネートフィルム11内に電解液を注入してラミネートフィルム11を封止することにより、負極14に対するリチウムイオンのドーピング工程が開始される。このドーピング工程は、蓄電デバイス10を40℃以上70℃以下の温度環境に保持した状態で実行される。このように、ドーピング工程を40℃以上70℃以下の温度環境下で実施することにより、蓄電デバイス10の品質を保ちながらドーピング時間の短縮を図ることが可能となる。
Subsequently, the content of lithium ion pre-doping on the
すなわち、40℃以上の温度環境下でドーピング工程を実施することにより、リチウムイオンのプレドープ速度を高めることが可能となる。これにより、ドーピング時間の短縮を図ることができ、蓄電デバイス10の製造コストを引き下げることが可能となる。また、ドーピング工程の実施温度を70℃以下に抑えるようにしたので、リチウムイオンの不可逆的な消費を抑制することができる。これにより、蓄電デバイス10のセル容量を確保することが可能となる。さらに、ドーピング工程の実施温度を70℃以下に抑えることにより、ラミネートフィルム11の劣化を回避することができる。これにより、蓄電デバイス10の品質を確保することが可能となる。なお、更なるドーピング時間の短縮を図るためには、ドーピング工程を50℃以上の温度環境下で実施することが好ましい。また、更なる蓄電デバイス10の品質向上を図るためには、ドーピング工程を60℃以下の温度環境下で実施することが好ましい。
That is, by performing the doping step in a temperature environment of 40 ° C. or higher, the lithium ion pre-doping rate can be increased. As a result, the doping time can be shortened, and the manufacturing cost of the
このような温度環境に対し、ドーピング工程の実施温度が40℃を下回る場合には、正極13や負極14の積層枚数にもよるがドーピング時間が長く必要となる。したがって、蓄電デバイス10の生産性が低下することになり、蓄電デバイス10の製造コストが増大することになる。また、ドーピング工程の実施温度が70℃を上回る場合には、リチウムイオンが不可逆的に消費されることになる。したがって、放電容量の低下や直流抵抗の上昇を引き起こすおそれがある。これらの問題を解消するため、本発明の蓄電デバイス10を製造する際には、ドーピング工程を40℃以上70℃以下の温度環境下で実施するようにしている。なお、更なるドーピング時間の短縮や、更なる蓄電デバイス10の劣化防止を図るためには、ドーピング工程を50℃以上60℃以下の温度環境下で実施することが好ましい。
In such a temperature environment, when the temperature of the doping process is lower than 40 ° C., a long doping time is required although it depends on the number of stacked
ところで、ドーピング工程の実施温度を40℃以上に設定した場合には、プレドープ速度が高められるだけでなく、負極14に対してドープされるリチウムイオン量を増加させることが可能となる。そこで、蓄電デバイス10内に組み込まれる金属リチウム箔27は、負極最大充電容量の70%以上120%以下のリチウムイオンを放出可能な量に設定されている。すなわち、所定条件下における負極最大充電容量をCaとし、金属リチウム箔27から放出されるリチウムイオン量(以下、プレドープ量という)をCbとしたときに、Ca×0.7≦Cb≦Ca×1.2の関係が成り立つように、金属リチウム箔27の量が設定されている。
By the way, when the implementation temperature of the doping step is set to 40 ° C. or higher, not only the pre-doping rate is increased, but also the amount of lithium ions doped into the
ここで、負極最大充電容量Ca[mAh/g]とは、所定条件下で測定される負極14の充電容量を負極活物質の重量で除した値である。また、プレドープ量Cb[mAh/g]とは、金属リチウム箔27から放出されるリチウムイオン量を負極活物質の重量で除した値である。負極最大充電容量Caを測定する際には、対極および参照極として金属リチウムが組み込まれ、作用極として負極14が組み込まれた試験セルが準備される。続いて、試験セルの参照極を基準にした電位制御にて、作用極である負極14に充電処理(電流密度1mA/cm2,温度環境20±5℃)が施される。この充電処理は負極電位が0Vに到達した後にも12時間に渡って継続される。次いで、この充電処理を施したときの負極14の充電容量が測定される。そして、測定された負極14の充電容量を負極14内の負極活物質の重量で除した値が、負極最大充電容量Caとして規定される。
Here, the negative electrode maximum charge capacity Ca [mAh / g] is a value obtained by dividing the charge capacity of the
このように、蓄電デバイス10内に組み込む金属リチウム箔27の量を、負極最大充電容量Caの70%以上に設定することにより、負極14に対して充分にリチウムイオンをドープすることが可能となる。これにより、蓄電デバイス10のセル電圧、セル容量、静電容量を充分に確保することができ、蓄電デバイス10の品質を向上させることが可能となる。また、蓄電デバイス10内に組み込む金属リチウム箔27の量を、負極最大充電容量Caの120%以下に設定することにより、負極14に対する過度なリチウムイオンのドープを回避することが可能となる。これにより、負極14の劣化を防止することができるため、蓄電デバイス10の耐久性を向上させることが可能となる。
Thus, by setting the amount of the
このような金属リチウム箔27の設定量に対し、蓄電デバイス10内に組み込まれる金属リチウム箔27の量が、負極最大充電容量Caの70%を下回る場合には、負極14内にドープされるリチウムイオンが過少となる。このようなリチウムイオンのドーピング量の不足は、負極14の放電容量を低下させて蓄電デバイス10のセル容量を低下させることから好ましくない。また、ドープされるリチウムイオンが少なくなると、充電時の負極電位および正極電位が高くなることから、蓄電デバイス10の耐久性が低くなって好ましくない。一方、蓄電デバイス10内に組み込まれる金属リチウム箔27の量が、負極最大充電容量Caの120%を上回る場合には、負極14内にドープされるリチウムイオンが過剰となる。このように、リチウムイオンのドーピング量が過剰となると、プレドープ後に蓄電デバイス10内に金属リチウム箔27が残存したり、負極14から金属リチウムを析出させたりすることから好ましくない。また、負極14に対するリチウムイオンの過剰なドープは、負極表面に被膜を形成して抵抗を増大させることから好ましくない。
When the amount of the
また、蓄電デバイス10の高容量化を図る観点から、正極13と負極14とを短絡させた後の正極電位が2.0V(対Li/Li+)以下となるように、金属リチウム箔27の量が設定されている。なお、本発明において、正極13と負極14とを短絡させた後の正極電位が2.0V(対Li/Li+)以下とは、下記の(A)または(B)の方法で求められる正極電位が2.0V以下となる場合をいう。
Further, from the viewpoint of increasing the capacity of the
(A)の方法では、リチウムイオンのプレドープを行った後に、正極端子22と負極端子25とを導線で直接結合した状態で、蓄電デバイス10が12時間以上放置される。そして、正極端子22と負極端子25との短絡状態の解除後、0.5〜1.5時間以内に正極電位が測定される。このとき測定された正極電位が、(A)の方法で求められる正極電位である。また、(B)の方法では、充放電試験機を用いて蓄電デバイス10が12時間以上かけて0Vまで定電流放電される。その後、正極端子22と負極端子25とを導線で結合させた状態で、蓄電デバイス10が12時間以上放置される。そして、正極端子22と負極端子25との短絡状態の解除後、0.5〜1.5時間以内に正極電位が測定される。このとき測定された正極電位が、(B)の方法で求められる正極電位である。すなわち、本発明において、正極13と負極14とを短絡させた後の正極電位が2.0V(対Li/Li+)以下とは、前述した(A)または(B)の方法で求められた正極電位が2.0V(対Li/Li+)以下の場合をいう。
In the method (A), after pre-doping with lithium ions, the
なお、本発明において、正極13と負極14とを短絡させた後の正極電位が2.0V(対Li/Li+)以下ということは、リチウムイオンがプレドープされた直後の状態だけにおいて判断されるものではない。例えば、蓄電デバイス10の充電状態、放電状態、あるいは充放電を繰り返した状態など、いずれの状態であっても正極13と負極14とを短絡させた後の正極電位が2.0V(対Li/Li+)以下となれば良い。
In the present invention, the fact that the positive electrode potential after the
前述したように、正極13と負極14とを短絡させた後の正極電位が2.0V(対Li/Li+)以下となるように、金属リチウム箔27の組み込み量を設定することにより、正極電位が3V以下となる領域を使用することができる。すなわち、従来の電気二重層キャパシタを放電させたときには、正極電位が約3Vまで低下すると、負極電位が約3Vまで上昇することになっていた。したがって、従来の電気二重層キャパシタの放電は、正極電位が約3Vまで低下した時点で終了することになる。これに対し、蓄電デバイス10は、負極14に対するリチウムイオンのドープ量を調整することにより、正極電位が2V以下となる領域まで放電を継続させるようにしている。このように、正極電位が3V以下となる領域を使用することができ、蓄電デバイス10の高容量化を達成することが可能となる。なお、正極電位が3Vより上の領域では、正極13に対するアニオンのドープ・脱ドープによって電位が変化する。また、正極電位が3V以下の領域では、正極13に対するリチウムイオンのドープ・脱ドープによって電位が変化する。
As described above, by setting the incorporation amount of the
さらに、蓄電デバイス10の高容量化を図る観点から、負極活物質の単位重量当たりの静電容量が、正極活物質の単位重量当たりの静電容量の3倍以上に設定される。このように、負極活物質の単位重量当たりの静電容量を正極活物質に比べて大きく設定したので、充放電時における負極電位の変化量を抑えながら負極活物質を減らすことができる。そして、蓄電デバイス10においては、正極活物質重量が負極活物質重量よりも大きくなるように、正極活物質の充填量を増加させる一方、負極活物質の充填量を減少させている。これにより、蓄電デバイス10の大型化を抑制しながら、蓄電デバイス10の静電容量およびセル容量を大きくすることが可能となる。
Furthermore, from the viewpoint of increasing the capacity of the
以下、前述した蓄電デバイスの構成要素について下記の順に詳細に説明する。[A]正極、[B]負極、[C]正極集電体および負極集電体、[D]リチウム極、[E]セパレータ、[F]電解液、[G]外装容器。 Hereinafter, the components of the electricity storage device described above will be described in detail in the following order. [A] positive electrode, [B] negative electrode, [C] positive electrode current collector and negative electrode current collector, [D] lithium electrode, [E] separator, [F] electrolyte, [G] exterior container.
[A]正極
正極は、正極集電体とこれに一体となる正極合材層とを有している。蓄電デバイスをリチウムイオンキャパシタとして機能させる場合には、正極合材層に含まれる正極活物質として、リチウムイオン及び/又はアニオンを可逆的にドープ・脱ドープ可能な物質を採用することが可能である。すなわち、リチウムイオンとアニオンとの少なくともいずれか一方を可逆的にドープ・脱ドープ可能な物質であれば特に限定されることはない。例えば、活性炭、遷移金属酸化物、導電性高分子、ポリアセン系物質等を用いることが可能である。
[A] Positive Electrode The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode mixture layer integrated therewith. When the electric storage device functions as a lithium ion capacitor, it is possible to employ a material capable of reversibly doping and dedoping lithium ions and / or anions as the positive electrode active material contained in the positive electrode mixture layer. . That is, there is no particular limitation as long as it is a substance capable of reversibly doping and dedoping at least one of lithium ions and anions. For example, activated carbon, transition metal oxide, conductive polymer, polyacene-based material, or the like can be used.
例えば、活性炭は、アルカリ賦活処理され、かつ比表面積600m2/g以上を有する活性炭粒子から形成することが好ましい。活性炭の原料としては、フェノール樹脂、石油ピッチ、石油コークス、ヤシガラ、石炭系コークス等が使用される。フェノール樹脂や石炭系コークスは比表面積を高くできるという理由から好適である。これらの活性炭のアルカリ賦活処理に使用されるアルカリ活性化剤は、リチウム、ナトリウム、カリウムなどの金属リチウムイオンの塩類または水酸化物が好ましい。中でも、水酸化カリウムが好適である。アルカリ賦活の方法は、例えば、炭化物と活性剤を混合した後、不活性ガス気流中で加熱することにより行う方法が挙げられる。また、活性炭の原材料に予め活性化剤を担持させた後加熱して、炭化および賦活の工程を行う方法が挙げられる。さらに、炭化物を水蒸気などのガス賦活法で賦活した後、アルカリ活性化剤で表面処理する方法も挙げられる。このようなアルカリ賦活処理が施された活性炭は、ボールミル等の既知の粉砕機を用いて粉砕される。活性炭の粒度としては、一般的に使用される広い範囲のものを使用することが可能である。例えば、D50が2μm以上であり、好ましくは2〜50μm、特に2〜20μmが最も好ましい。また、平均細孔径が好ましくは10nm以下であり、比表面積が好ましくは600〜3000m2/gである活性炭が好適である。中でも、800m2/g以上、特には1300〜2500m2/gであるのが好適である。 For example, the activated carbon is preferably formed from activated carbon particles having an alkali activation treatment and a specific surface area of 600 m 2 / g or more. As a raw material for the activated carbon, phenol resin, petroleum pitch, petroleum coke, coconut shell, coal-based coke and the like are used. Phenol resin and coal-based coke are preferable because the specific surface area can be increased. The alkali activator used in the alkali activation treatment of these activated carbons is preferably a metal lithium ion salt or hydroxide such as lithium, sodium or potassium. Of these, potassium hydroxide is preferred. Examples of the alkali activation method include a method in which a carbide and an activator are mixed and then heated in an inert gas stream. Further, there is a method in which an activation agent is supported on the raw material of activated carbon in advance and then heated to perform carbonization and activation processes. Furthermore, after activating carbide by a gas activation method such as water vapor, a method of surface treatment with an alkali activating agent is also included. The activated carbon that has been subjected to such alkali activation treatment is pulverized using a known pulverizer such as a ball mill. As the particle size of the activated carbon, a wide range of commonly used materials can be used. For example, D50 is 2 μm or more, preferably 2 to 50 μm, and most preferably 2 to 20 μm. Further, activated carbon having an average pore diameter of preferably 10 nm or less and a specific surface area of preferably 600 to 3000 m 2 / g is suitable. Of these, 800 m 2 / g or more, and particularly it is preferable that a 1300~2500m 2 / g.
また、蓄電デバイスをリチウムイオン二次電池として機能させる場合には、正極合材層に含まれる正極活物質として、ポリアニン等の導電性高分子や、リチウムイオンを可逆的にドープ・脱ドープ可能な物質を採用することが可能である。例えば、正極活物質として五酸化バナジウム(V2O5)やコバルト酸リチウム(LiCoO2)を用いることが可能である。この他にも、LiXCoO2、LiXNiO2、LiXMnO2、LiXFeO2等のLiXMYOZ(x,y,zは正の数、Mは金属、2種以上の金属でもよい)の一般式で表されうるリチウム含有金属酸化物、あるいはコバルト、マンガン、バナジウム、チタン、ニッケル等の遷移金属酸化物または硫化物を用いることも可能である。特に、高電圧を求める場合には、金属リチウムに対して4V以上の電位を有するリチウム含有酸化物を用いることが好ましい。例えば、リチウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケル酸化物、あるいはリチウム含有コバルト−ニッケル複合酸化物が特に好適である。 In addition, when the power storage device functions as a lithium ion secondary battery, the positive electrode active material contained in the positive electrode mixture layer can be reversibly doped or dedoped with a conductive polymer such as polyanine or lithium ions. It is possible to adopt a substance. For example, vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) or lithium cobaltate (LiCoO 2 ) can be used as the positive electrode active material. In addition, Li X M Y O Z such as Li X CoO 2 , Li X NiO 2 , Li X MnO 2 , and Li X FeO 2 (x, y, z are positive numbers, M is a metal, two or more types It is also possible to use lithium-containing metal oxides that can be represented by the general formula (1), transition metal oxides such as cobalt, manganese, vanadium, titanium, nickel, or sulfides. In particular, when a high voltage is required, it is preferable to use a lithium-containing oxide having a potential of 4 V or higher with respect to metallic lithium. For example, lithium-containing cobalt oxide, lithium-containing nickel oxide, or lithium-containing cobalt-nickel composite oxide is particularly suitable.
前述した活性炭等の正極活物質は、粉末状、粒状、短繊維状等に形成される。この正極活物質をバインダーと混合してスラリーが形成される。そして、正極活物質を含有するスラリーを正極集電体に塗工して乾燥させることにより、正極集電体上に正極合材層が形成される。なお、正極活物質と混合されるバインダーとしては、例えばSBR等のゴム系バインダーやポリ四フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素系樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアクリレート等の熱可塑性樹脂を用いることができる。また、正極合材層に対して、アセチレンブラック、グラファイト、金属粉末等の導電性材料を適宜加えるようにしても良い。 The positive electrode active material such as activated carbon described above is formed into a powder form, a granular form, a short fiber form, or the like. This positive electrode active material is mixed with a binder to form a slurry. Then, the positive electrode active material layer is formed on the positive electrode current collector by applying the slurry containing the positive electrode active material to the positive electrode current collector and drying the slurry. As the binder to be mixed with the positive electrode active material, for example, a rubber-based binder such as SBR, a fluorine-containing resin such as polytetrafluoroethylene or polyvinylidene fluoride, or a thermoplastic resin such as polypropylene, polyethylene, or polyacrylate is used. be able to. Moreover, you may make it add electrically conductive materials, such as acetylene black, a graphite, and a metal powder, with respect to a positive mix layer.
[B]負極
負極は、負極集電体とこれに一体となる負極合材層とを有している。負極合材層に含まれる負極活物質としては、リチウムイオンを可逆的にドープ・脱ドープできるものであれば特に限定されることはない。例えば、グラファイト、種々の炭素材料、ポリアセン系物質、錫酸化物、珪素酸化物等を用いることが可能である。グラファイト(黒鉛)やハードカーボン(難黒鉛化性炭素)は高容量化を図ることができるため負極活物質として好ましい。また、芳香族系縮合ポリマーの熱処理物であるポリアセン系有機半導体(PAS)は、高容量化を図ることができるため負極活物質として好適である。このPASはポリアセン系骨格構造を有する。このPASの水素原子/炭素原子の原子数比(H/C)は0.05以上、0.50以下の範囲内であることが好ましい。PASのH/Cが0.50を超える場合には、芳香族系多環構造が充分に発達していないことから、リチウムイオンのドープ・脱ドープがスムーズに行われず、蓄電デバイスの充放電効率が低下するおそれがある。PASのH/Cが0.05未満の場合には、蓄電デバイスの容量が低下するおそれがある。
[B] Negative Electrode The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode mixture layer integrated therewith. The negative electrode active material contained in the negative electrode mixture layer is not particularly limited as long as it can reversibly dope and dedope lithium ions. For example, graphite, various carbon materials, polyacene materials, tin oxide, silicon oxide, and the like can be used. Graphite (graphite) and hard carbon (non-graphitizable carbon) are preferable as the negative electrode active material because they can increase the capacity. In addition, a polyacene organic semiconductor (PAS), which is a heat-treated product of an aromatic condensation polymer, is suitable as a negative electrode active material because the capacity can be increased. This PAS has a polyacene skeleton structure. The hydrogen atom / carbon atom number ratio (H / C) of the PAS is preferably in the range of 0.05 to 0.50. When H / C of PAS exceeds 0.50, the aromatic polycyclic structure is not sufficiently developed, so that lithium ions are not doped and undoped smoothly, and the charge / discharge efficiency of the electricity storage device May decrease. When the H / C of PAS is less than 0.05, the capacity of the electricity storage device may be reduced.
前述したPAS等の負極活物質は、粉末状、粒状、短繊維状等に形成される。この負極活物質をバインダーと混合してスラリーが形成される。そして、負極活物質を含有するスラリーを、負極集電体に塗工して乾燥させることにより、負極集電体上に負極合材層が形成される。なお、負極活物質と混合されるバインダーとしては、例えば、ポリ四フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素系樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアクリレート等の熱可塑性樹脂、スチレンブタジエンゴム(SBR)等のゴム系バインダーを用いることができる。これらの中でもフッ素系バインダーを用いることが好ましい。このフッ素系バインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−3フッ化エチレン共重合体、エチレン−4フッ化エチレン共重合体、プロピレン−4フッ化エチレン共重合体等が挙げられる。また、負極合材層に対して、アセチレンブラック、グラファイト、金属粉末等の導電性材料を適宜加えるようにしても良い。 The negative electrode active material such as PAS described above is formed into a powder form, a granular form, a short fiber form, or the like. This negative electrode active material is mixed with a binder to form a slurry. Then, the negative electrode active material layer is formed on the negative electrode current collector by applying the slurry containing the negative electrode active material to the negative electrode current collector and drying the slurry. Examples of the binder mixed with the negative electrode active material include fluorine-containing resins such as polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride, thermoplastic resins such as polypropylene, polyethylene, and polyacrylate, styrene butadiene rubber (SBR), and the like. These rubber-based binders can be used. Among these, it is preferable to use a fluorine-based binder. Examples of the fluorine-based binder include polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, and propylene-tetrafluoroethylene copolymer. Moreover, you may make it add electroconductive materials, such as acetylene black, a graphite, and a metal powder, with respect to a negative electrode compound material layer suitably.
[C]正極集電体および負極集電体
正極集電体および負極集電体としては、表裏面を貫く貫通孔を備えているものが好適である。例えば、エキスパンドメタル、パンチングメタル、エッチング箔、網、発泡体等を挙げることができる。貫通孔の形状や個数等については、特に限定されることはない。アニオンやリチウムイオンの移動を阻害しないものであれば適宜設定することが可能である。また、正極集電体および負極集電体の材料としては、一般に電池やキャパシタに提案されている種々の材料を用いることが可能である。例えば、正極集電体の材料として、アルミニウム、ステンレス鋼等を用いることができる。負極集電体の材料として、ステンレス鋼、銅、ニッケル等を用いることができる。
[C] Positive electrode current collector and negative electrode current collector As the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, those having through holes penetrating the front and back surfaces are suitable. For example, an expanded metal, a punching metal, an etching foil, a net, a foam, etc. can be mentioned. The shape and number of through holes are not particularly limited. Any material can be set as long as it does not hinder the movement of anions and lithium ions. As materials for the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, various materials generally proposed for batteries and capacitors can be used. For example, aluminum, stainless steel, or the like can be used as a material for the positive electrode current collector. Stainless steel, copper, nickel, or the like can be used as a material for the negative electrode current collector.
[D]リチウム極
リチウム極集電体の材料としては、一般に電池やキャパシタの集電体として提案されている種々の材料を用いることが可能である。これらの材料としては、ステンレス鋼、銅、ニッケル等を用いることができる。また、リチウム極集電体として、エキスパンドメタル、パンチングメタル、エッチング箔、網、発泡体等の表裏面を貫く貫通孔を備えているものを使用しても良い。また、リチウム極集電体に貼り付けられる金属リチウム箔に代えて、リチウムイオンを放出することが可能なリチウム−アルミニウム合金等を用いても良い。
[D] Lithium Electrode As a material for the lithium electrode current collector, various materials generally proposed as current collectors for batteries and capacitors can be used. As these materials, stainless steel, copper, nickel and the like can be used. Moreover, you may use what is provided with the through-hole which penetrates front and back, such as an expanded metal, a punching metal, an etching foil, a net | network, and a foam, as a lithium electrode electrical power collector. Further, instead of the metal lithium foil attached to the lithium electrode current collector, a lithium-aluminum alloy capable of releasing lithium ions or the like may be used.
[E]セパレータ
セパレータとしては、電解液、正極活物質、負極活物質等に対して耐久性があり、連通気孔を有する電子伝導性のない多孔質体等を用いることができる。通常は、紙(セルロース)、ガラス繊維、ポリエチレンあるいはポリプロピレン等からなる布、不織布あるいは多孔体が用いられる。セパレータの厚みは、電解液の保持量やセパレータの強度等を勘案して適宜設定することができる。なお、セパレータの厚みは、蓄電デバイスの内部抵抗を小さくするために薄い方が好ましい。
[E] Separator As the separator, it is possible to use a porous body that has durability against an electrolytic solution, a positive electrode active material, a negative electrode active material, and the like and has continuous air holes and has no electron conductivity. Usually, paper (cellulose), glass fiber, cloth made of polyethylene or polypropylene, nonwoven fabric or porous material is used. The thickness of the separator can be appropriately set in consideration of the amount of electrolytic solution retained, the strength of the separator, and the like. The separator is preferably thinner in order to reduce the internal resistance of the electricity storage device.
[F]電解液
電解液としては、高電圧でも電気分解を起こさないという点、リチウムイオンが安定に存在できるという点から、リチウム塩を含む非プロトン性有機溶媒を用いることが好ましい。非プロトン性有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、塩化メチレン、スルホラン等を単独あるいは混合した溶媒が挙げられる。また、リチウム塩としては、例えば、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiPF6、LIN(C2F5SO2)2等が挙げられる。また、電解液中の電解質濃度は、電解液による内部抵抗を小さくするため、少なくとも0.1モル/L以上とすることが好ましい。更には、0.5〜1.5モル/Lの範囲内とすることが好ましい。
[F] Electrolytic Solution As the electrolytic solution, it is preferable to use an aprotic organic solvent containing a lithium salt from the viewpoint that electrolysis does not occur even at a high voltage and that lithium ions can exist stably. Examples of the aprotic organic solvent include solvents in which ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, γ-butyrolactone, acetonitrile, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxolane, methylene chloride, sulfolane and the like are used alone or in combination. Examples of the lithium salt, LiClO 4, LiAsF 6, LiBF 4, LiPF 6, LIN (C 2 F 5 SO 2) 2 and the like. The electrolyte concentration in the electrolytic solution is preferably at least 0.1 mol / L or more in order to reduce the internal resistance due to the electrolytic solution. Furthermore, it is preferable to set it within the range of 0.5-1.5 mol / L.
また、有機溶媒に代えてイオン性液体(イオン液体)を用いても良い。イオン性液体は各種カチオン種とアニオン種の組み合わせが提案されている。カチオン種としては、例えば、NメチルNプロピルピペリジニウム(PP13)、1エチル3メチルイミダゾリウム(EMI)、ジエチルメチル2メトキシエチルアンモニウム(DEME)等が挙げられる。また、アニオン種としては、ビス(フルオロスルフォニル)イミド(FSI)、ビス(トリフルオロメタンスルフォニル)イミド(TFSI)、PF6 −、BF4 −等が挙げられる。 Further, an ionic liquid (ionic liquid) may be used instead of the organic solvent. As the ionic liquid, combinations of various cationic species and anionic species have been proposed. Examples of the cationic species include N-methylN-propylpiperidinium (PP13), 1-ethyl 3-methylimidazolium (EMI), diethylmethyl 2-methoxyethylammonium (DEME), and the like. Examples of the anion species include bis (fluorosulfonyl) imide (FSI), bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (TFSI), PF 6 − , BF 4 − and the like.
[G]外装容器
外装容器としては、一般に電池に用いられている種々の材質を用いることができる。例えば、鉄やアルミニウム等の金属材料を使用しても良い。また、樹脂等のフィルム材料を使用しても良い。また、外装容器の形状についても特に限定されることはない。円筒型や角型など用途に応じて適宜選択することが可能である。蓄電デバイスの小型化や軽量化の観点からは、アルミニウムのラミネートフィルムを用いたフィルム型の外装容器を用いることが好ましい。一般的には、外側にナイロンフィルム、中心にアルミニウム箔、内側に変性ポリプロピレン等の接着層を有した3層ラミネートフィルムが用いられている。
[G] Exterior Container As the exterior container, various materials generally used for batteries can be used. For example, a metal material such as iron or aluminum may be used. Moreover, you may use film materials, such as resin. Further, the shape of the outer container is not particularly limited. It can be appropriately selected depending on the application such as a cylindrical shape or a rectangular shape. From the viewpoint of reducing the size and weight of the electricity storage device, it is preferable to use a film-type exterior container using an aluminum laminate film. In general, a three-layer laminate film having a nylon film on the outside, an aluminum foil in the center, and an adhesive layer such as modified polypropylene on the inside is used.
以下、実施例に基づき、本発明をさらに詳細に説明する。 Hereinafter, based on an Example, this invention is demonstrated in detail.
(実施例1)
[負極の製造]
厚さ0.5mmのフェノール樹脂成形板を、窒素雰囲気で満たされたシリコニット電気炉に入れる。このフェノール樹脂成形板を50℃/時間の速度で500℃まで昇温させる。続いて、フェノール樹脂成形板を10℃/時間の速度で700℃まで昇温させる。このような熱処理によってフェノール樹脂成形板からPASを合成した。このPAS板をディスクミルで粉砕することによりPAS粉体を得た。このPAS粉体のH/C比は0.19であった。
(Example 1)
[Manufacture of negative electrode]
A phenol resin molded plate having a thickness of 0.5 mm is placed in a siliconite electric furnace filled with a nitrogen atmosphere. The phenol resin molded plate is heated to 500 ° C. at a rate of 50 ° C./hour. Subsequently, the phenol resin molded plate is heated to 700 ° C. at a rate of 10 ° C./hour. PAS was synthesized from the phenol resin molded plate by such heat treatment. This PAS plate was pulverized with a disk mill to obtain a PAS powder. The H / C ratio of this PAS powder was 0.19.
次に、上記PAS粉体を86重量部、アセチレンブラック粉体6重量部、アクリル系樹脂バインダー5重量部、カルボキシメチルセルロース3重量部、および水200重量部を充分に混合することによって負極用スラリーを得た。厚さ32μm(気孔率50%)の銅製エキスパンドメタルの両面に、ダイコーターを用いてこの負極用スラリーを均等に塗工した。そして、銅製エキスパンドメタルに塗工された負極用スラリーを、乾燥させてプレスすることにより、厚み86μmの負極を得た。 Next, 86 parts by weight of the PAS powder, 6 parts by weight of acetylene black powder, 5 parts by weight of an acrylic resin binder, 3 parts by weight of carboxymethyl cellulose, and 200 parts by weight of water are mixed thoroughly to prepare a slurry for negative electrode. Obtained. The negative electrode slurry was evenly coated on both sides of a copper expanded metal having a thickness of 32 μm (porosity 50%) using a die coater. Then, the negative electrode slurry coated on the copper expanded metal was dried and pressed to obtain a negative electrode having a thickness of 86 μm.
[負極最大充電容量の測定]
上記負極を1.5cm×2.0cmに切り出して評価用負極とした。この評価用負極に金属リチウム(寸法1.5cm×2.0cm、厚み200μm)を対向させることにより模擬セルを作製した。評価用負極と金属リチウムとの間には、厚さ50μmのポリエチレン製不織布をセパレータとして配置した。また、模擬セルの参照極として金属リチウムを用いた。さらに、模擬セルの電解液として、プロピレンカーボネートにLiPF6を1.2モル/Lの濃度で溶解させた溶液を用いた。次いで、充電電流1mA/cm2にて評価用負極にリチウムイオンを充電(ドープ)した。そして、評価用負極に対する充電を、負極電位が0Vに到達した後にも12時間に渡って継続させた。この充電処理を施したときの評価用負極の充電容量を測定し、この測定値を評価用負極に含まれる負極活物質の重量で除した。これにより、負極最大充電容量Caは、負極活物質の単位重量当たり756mAh/gであることが確認された。
[Measurement of maximum negative electrode charge capacity]
The negative electrode was cut into 1.5 cm × 2.0 cm to obtain a negative electrode for evaluation. A simulated cell was prepared by making metallic lithium (dimensions 1.5 cm × 2.0 cm, thickness 200 μm) face this negative electrode for evaluation. Between the negative electrode for evaluation and the lithium metal, a 50 μm thick polyethylene non-woven fabric was placed as a separator. Moreover, metallic lithium was used as a reference electrode of the simulated cell. Furthermore, a solution in which LiPF 6 was dissolved in propylene carbonate at a concentration of 1.2 mol / L was used as the electrolyte solution of the simulated cell. Subsequently, the negative electrode for evaluation was charged (doped) with a charging current of 1 mA / cm 2 . The charging for the negative electrode for evaluation was continued for 12 hours even after the negative electrode potential reached 0V. The charge capacity of the negative electrode for evaluation when this charge treatment was performed was measured, and this measured value was divided by the weight of the negative electrode active material contained in the negative electrode for evaluation. This confirmed that the negative electrode maximum charge capacity Ca was 756 mAh / g per unit weight of the negative electrode active material.
[正極の製造]
比表面積2000m2/gの市販活性炭粉末85重量部、アセチレンブラック粉体5重量部、アクリル系樹脂バインダー6重量部、カルボキシメチルセルロース4重量部、および水200重量部を充分に混合することによって正極用スラリーを得た。また、厚さ35μm(気孔率50%)のアルミニウム製エキスパンドメタルの両面に、非水系のカーボン系導電塗料をスプレー方式にてコーティングした。このアルミニウム製エキスパンドメタルに塗られたカーボン系導電塗料を乾燥させることにより、導電層が形成された正極集電体を得た。この正極集電体の全体の厚さ(基材厚さと導電層厚さの合計)は52μmである。正極集電体の貫通孔は導電塗料によってほぼ閉塞された。次いで、ロールコータを用いて正極用スラリーを上記正極集電体の両面に均等に塗工した。そして、上記正極集電体に塗工された正極用スラリーを、乾燥させてプレスすることにより、厚み寸法が129μmとなる正極を得た。
[Production of positive electrode]
For positive electrode by thoroughly mixing 85 parts by weight of commercially available activated carbon powder having a specific surface area of 2000 m 2 / g, 5 parts by weight of acetylene black powder, 6 parts by weight of acrylic resin binder, 4 parts by weight of carboxymethylcellulose, and 200 parts by weight of water. A slurry was obtained. Further, a non-aqueous carbon conductive paint was coated on both surfaces of an aluminum expanded metal having a thickness of 35 μm (porosity 50%) by a spray method. By drying the carbon-based conductive paint applied to the aluminum expanded metal, a positive electrode current collector on which a conductive layer was formed was obtained. The total thickness of the positive electrode current collector (the total thickness of the base material and the conductive layer) is 52 μm. The through hole of the positive electrode current collector was almost blocked by the conductive paint. Subsequently, the positive electrode slurry was uniformly coated on both surfaces of the positive electrode current collector using a roll coater. Then, the positive electrode slurry coated on the positive electrode current collector was dried and pressed to obtain a positive electrode having a thickness dimension of 129 μm.
[電極積層ユニットの作製]
負極を6.0cm×7.5cm(端子溶接部を除く)に10枚カットした。正極を5.8cm×7.3cm(端子溶接部を除く)に11枚カットした。そして、負極集電体と正極集電体の端子溶接部がそれぞれ反対側になるように負極と正極とを交互に積層した。負極と正極との間には、厚さ35μmのセルロース/レーヨン混合不織布からなるセパレータを配置した。なお、電極積層ユニットの最外部には負極を配置した。続いて、最上部および最下部にセパレータを配置して4辺をテープ留めした。その後、正極集電体の端子溶接部(11枚)をアルミニウム製の正極端子(幅50mm、長さ50mm、厚さ0.2mm)に超音波溶接した。また、負極集電体の端子溶接部(12枚)を銅製の負極端子(幅50mm、長さ50mm、厚さ0.2mm)に超音波溶接した。このようにして電極積層ユニットを作製した。
[Production of electrode stacking unit]
Ten negative electrodes were cut to 6.0 cm × 7.5 cm (excluding terminal welds). Eleven positive electrodes were cut into 5.8 cm × 7.3 cm (excluding terminal welds). And the negative electrode and the positive electrode were laminated | stacked alternately so that the terminal-welded part of a negative electrode collector and a positive electrode collector might be on the opposite side, respectively. A separator made of a cellulose / rayon mixed nonwoven fabric having a thickness of 35 μm was disposed between the negative electrode and the positive electrode. A negative electrode was disposed on the outermost part of the electrode laminate unit. Subsequently, separators were placed at the uppermost and lowermost parts, and the four sides were taped. Thereafter, the terminal welded portion (11 sheets) of the positive electrode current collector was ultrasonically welded to the positive electrode terminal (width 50 mm, length 50 mm, thickness 0.2 mm) made of aluminum. Further, the terminal welded portion (12 sheets) of the negative electrode current collector was ultrasonically welded to a copper negative electrode terminal (width 50 mm, length 50 mm, thickness 0.2 mm). In this way, an electrode laminate unit was produced.
[セル1〜4の作製]
リチウム極として、厚さ80μmのステンレス網に金属リチウム箔を圧着したものを用いた。このリチウム極を最外部に設けられる負極の全面に対向させるように、電極積層ユニットの上部にリチウム極を1枚配置して三極積層ユニットを作製した。なお、リチウム極集電体であるステンレス網の端子溶接部は、負極端子の溶接部に対して抵抗溶接した。上記三極積層ユニットを3.5mmに深絞り加工を施したラミネートフィルムの内部へ設置した。続いて、ラミネートフィルムの開口部を別のラミネートフィルムで覆って三辺を融着した。そして、ラミネートフィルム内に電解液を真空含浸させた。この電解液は、プロピレンカーボネートにLiPF6を1.2モル/Lの濃度で溶解させた溶液である。その後、開口していたラミネートフィルムの残り一辺を融着した。このように、リチウムイオンキャパシタセル1〜4を各10セル組み立てた。
[Production of cells 1 to 4]
As the lithium electrode, a stainless steel net having a thickness of 80 μm and a metal lithium foil bonded thereto was used. One lithium electrode was arranged on the upper part of the electrode laminate unit so that this lithium electrode was opposed to the entire surface of the negative electrode provided on the outermost part, thereby producing a three-electrode laminate unit. The stainless steel terminal welded portion, which is a lithium electrode current collector, was resistance welded to the negative electrode terminal welded portion. The triode laminate unit was placed inside a laminate film that had been deep-drawn to 3.5 mm. Subsequently, the opening of the laminate film was covered with another laminate film, and the three sides were fused. And the electrolyte solution was vacuum-impregnated in the laminate film. This electrolytic solution is a solution in which LiPF 6 is dissolved in propylene carbonate at a concentration of 1.2 mol / L. Thereafter, the remaining side of the laminated film that had been opened was fused. Thus, 10 lithium ion capacitor cells 1 to 4 were assembled.
なお、セル1には負極活物質の単位重量当たり600mAh/gのリチウムイオンを放出する金属リチウム箔が配置される。すなわち、セル1のプレドープ量Cbは600mAh/gである。セル2には負極活物質の単位重量当たり700mAh/gのリチウムイオンを放出する金属リチウム箔が配置される。すなわち、セル2のプレドープ量Cbは700mAh/gである。セル3には負極活物質の単位重量当たり800mAh/gのリチウムイオンを放出する金属リチウム箔が配置される。すなわち、セル3のプレドープ量Cbは800mAh/gである。セル4には負極活物質の単位重量当たり900mAh/gのリチウムイオンを放出する金属リチウム箔が配置される。すなわち、セル4のプレドープ量Cbは900mAh/gである。
The cell 1 is provided with a metal lithium foil that releases 600 mAh / g of lithium ions per unit weight of the negative electrode active material. That is, the pre-doping amount Cb of the cell 1 is 600 mAh / g. The cell 2 is provided with a metal lithium foil that releases 700 mAh / g of lithium ions per unit weight of the negative electrode active material. That is, the pre-doping amount Cb of the cell 2 is 700 mAh / g. The
[セル1〜4の初期評価]
組み立てたセル1〜4を40℃に設定された恒温槽の中に配置した。これにより、負極に対するリチウムイオンのドーピング工程が40℃で実施された。所定のプレドープ日数が経過した後に、それぞれのセルを分解し、金属リチウムが消失した日数をプレドープ日数とした。なお、プレドープ日数を調べるために各セル1〜4について6つのセルを使用した。このように、負極に所定量のリチウムイオンがプレドープされたことが確認された。その後、各セル1〜4のセル静電容量(初期セル静電容量)を測定した。その後、恒温槽の温度を60℃に設定し、各セル1〜4に対して3.8Vの定電圧を500時間に渡って印加した。この高温負荷試験を実行した後に、各セル1〜4のセル静電容量(500時間経過後セル静電容量)を測定した。これらの結果を表1に示す。なお、表1に示す各データは4セルの平均値である。
[Initial evaluation of cells 1 to 4]
The assembled cells 1 to 4 were placed in a thermostat set at 40 ° C. Thereby, the doping process of the lithium ion with respect to the negative electrode was implemented at 40 degreeC. After a predetermined number of days of pre-doping, each cell was disassembled, and the number of days when metallic lithium disappeared was defined as the number of days of pre-doping. In addition, in order to investigate the pre dope days, six cells were used for each of the cells 1 to 4. Thus, it was confirmed that a predetermined amount of lithium ions was pre-doped on the negative electrode. Thereafter, the cell capacitance (initial cell capacitance) of each of the cells 1 to 4 was measured. Thereafter, the temperature of the thermostatic bath was set to 60 ° C., and a constant voltage of 3.8 V was applied to each of the cells 1 to 4 over 500 hours. After this high-temperature load test was performed, the cell capacitance (cell capacitance after 500 hours) of each of the cells 1 to 4 was measured. These results are shown in Table 1. Each data shown in Table 1 is an average value of 4 cells.
(実施例2)
70℃に設定された恒温槽内でドーピング工程を実施すること以外は、実施例1と同様にセル5〜8を各10セル組み立てた。なお、セル5には負極活物質の単位重量当たり600mAh/gのリチウムイオンを放出する金属リチウム箔が配置される。すなわち、セル5のプレドープ量Cbは600mAh/gである。セル6には負極活物質の単位重量当たり700mAh/gのリチウムイオンを放出する金属リチウム箔が配置される。すなわち、セル6のプレドープ量Cbは700mAh/gである。セル7には負極活物質の単位重量当たり800mAh/gのリチウムイオンを放出する金属リチウム箔が配置される。すなわち、セル7のプレドープ量Cbは800mAh/gである。セル8には負極活物質の単位重量当たり900mAh/gのリチウムイオンを放出する金属リチウム箔が配置される。すなわち、セル8のプレドープ量Cbは900mAh/gである。
(Example 2)
10 cells each of cells 5 to 8 were assembled in the same manner as in Example 1 except that the doping step was performed in a thermostat set at 70 ° C. The cell 5 is provided with a metal lithium foil that releases 600 mAh / g of lithium ions per unit weight of the negative electrode active material. That is, the pre-doping amount Cb of the cell 5 is 600 mAh / g. The cell 6 is provided with a metal lithium foil that releases 700 mAh / g of lithium ions per unit weight of the negative electrode active material. That is, the pre-doping amount Cb of the cell 6 is 700 mAh / g. The cell 7 is provided with a metal lithium foil that releases 800 mAh / g of lithium ions per unit weight of the negative electrode active material. That is, the pre-doping amount Cb of the cell 7 is 800 mAh / g. The cell 8 is provided with a metal lithium foil that releases 900 mAh / g of lithium ions per unit weight of the negative electrode active material. That is, the pre-doping amount Cb of the cell 8 is 900 mAh / g.
所定のプレドープ日数に渡って、負極に対するリチウムイオンのドーピング工程を70℃で実施した後に、それぞれのセル5〜8を分解し、金属リチウムが消失した日数をプレドープ日数とした。なお、プレドープ日数を調べるために各セル5〜8について6つのセルを使用した。このように、負極に所定量のリチウムイオンがプレドープされたことが確認できた。その後、各セル5〜8のセル静電容量(初期セル静電容量)を測定した。その後、恒温槽の温度を60℃に設定し、各セル5〜8に対して3.8Vの定電圧を500時間に渡って印加した。この高温負荷試験を実行した後に、各セル5〜8のセル静電容量(500時間経過後セル静電容量)を測定した。これらの結果を表2に示す。なお、表2に示す各データは4セルの平均値である。 After carrying out the lithium ion doping step on the negative electrode at 70 ° C. over a predetermined number of pre-doping days, each cell 5 to 8 was decomposed, and the number of days when metallic lithium disappeared was defined as the pre-doping days. In addition, 6 cells were used for each of the cells 5 to 8 in order to examine the pre-doping days. Thus, it was confirmed that a predetermined amount of lithium ions was pre-doped on the negative electrode. Thereafter, the cell capacitance (initial cell capacitance) of each of the cells 5 to 8 was measured. Then, the temperature of the thermostat was set to 60 ° C., and a constant voltage of 3.8 V was applied to each of the cells 5 to 8 for 500 hours. After executing this high temperature load test, the cell capacitance (cell capacitance after 500 hours) of each of the cells 5 to 8 was measured. These results are shown in Table 2. Each data shown in Table 2 is an average value of 4 cells.
(比較例1)
25℃に設定された恒温槽内でドーピング工程を実施すること以外は、実施例1と同様にセル9〜12を各4セル組み立てた。なお、セル9には負極活物質の単位重量当たり600mAh/gのリチウムイオンを放出する金属リチウム箔が配置される。すなわち、セル9のプレドープ量Cbは600mAh/gである。セル10には負極活物質の単位重量当たり700mAh/gのリチウムイオンを放出する金属リチウム箔が配置される。すなわち、セル10のプレドープ量Cbは700mAh/gである。セル11には負極活物質の単位重量当たり800mAh/gのリチウムイオンを放出する金属リチウム箔が配置される。すなわち、セル11のプレドープ量Cbは800mAh/gである。セル12には負極活物質の単位重量当たり900mAh/gのリチウムイオンを放出する金属リチウム箔が配置される。すなわち、セル12のプレドープ量Cbは900mAh/gである。
(Comparative Example 1)
4 cells each of cells 9 to 12 were assembled in the same manner as in Example 1 except that the doping step was performed in a thermostat set to 25 ° C. The cell 9 is provided with a metal lithium foil that releases 600 mAh / g of lithium ions per unit weight of the negative electrode active material. That is, the pre-doping amount Cb of the cell 9 is 600 mAh / g. The
所定のプレドープ日数に渡って、負極に対するリチウムイオンのドーピング工程を25℃で実施した後に、それぞれのセル9〜12を分解し、金属リチウムが消失した日数をプレドープ日数とした。なお、プレドープ日数を調べるために各セル9〜12について6つのセルを使用した。このように、負極に所定量のリチウムイオンがプレドープされたことが確認できた。その後、各セル9〜12のセル静電容量(初期セル静電容量)を測定した。その後、恒温槽の温度を60℃に設定し、各セル9〜12に対して3.8Vの定電圧を500時間に渡って印加した。この高温負荷試験を実行した後に、各セル9〜12のセル静電容量(500時間経過後セル静電容量)を測定した。これらの結果を表3に示す。なお、表3に示す各データは4セルの平均値である。 After the lithium ion doping step for the negative electrode was performed at 25 ° C. over a predetermined number of pre-doping days, each cell 9 to 12 was decomposed, and the number of days when metallic lithium disappeared was defined as the pre-doping days. In addition, six cells were used for each of the cells 9 to 12 in order to examine the pre-doping days. Thus, it was confirmed that a predetermined amount of lithium ions was pre-doped on the negative electrode. Thereafter, the cell capacitance (initial cell capacitance) of each of the cells 9 to 12 was measured. Thereafter, the temperature of the thermostatic bath was set to 60 ° C., and a constant voltage of 3.8 V was applied to each of the cells 9 to 12 over 500 hours. After performing this high temperature load test, the cell capacitance (cell capacitance after 500 hours) of each of the cells 9 to 12 was measured. These results are shown in Table 3. Each data shown in Table 3 is an average value of 4 cells.
(比較例2)
80℃に設定された恒温槽内でドーピング工程を実施すること以外は、実施例1と同様にセル13〜16を各10セル組み立てた。なお、セル13には負極活物質の単位重量当たり600mAh/gのリチウムイオンを放出する金属リチウム箔が配置される。すなわち、セル13のプレドープ量Cbは600mAh/gである。セル14には負極活物質の単位重量当たり700mAh/gのリチウムイオンを放出する金属リチウム箔が配置される。すなわち、セル14のプレドープ量Cbは700mAh/gである。セル15には負極活物質の単位重量当たり800mAh/gのリチウムイオンを放出する金属リチウム箔が配置される。すなわち、セル15のプレドープ量Cbは800mAh/gである。セル16には負極活物質の単位重量当たり900mAh/gのリチウムイオンを放出する金属リチウム箔が配置される。すなわち、セル16のプレドープ量Cbは900mAh/gである。
(Comparative Example 2)
10 cells each of
所定のプレドープ日数に渡って、負極に対するリチウムイオンのドーピング工程を80℃で実施した後に、それぞれのセル13〜16を分解し、金属リチウムが消失した日数をプレドープ日数とした。なお、プレドープ日数を調べるために各セル13〜16について6つのセルを使用した。このように、負極に所定量のリチウムイオンがプレドープされたことが確認できた。その後、各セル13〜16のセル静電容量(初期セル静電容量)を測定した。その後、恒温槽の温度を60℃に設定し、各セル13〜16に対して3.8Vの定電圧を500時間に渡って印加した。この高温負荷試験を実行した後に、各セル13〜16のセル静電容量(500時間経過後セル静電容量)を測定した。これらの結果を表4に示す。なお、表4に示す各データは4セルの平均値である。
After the lithium ion doping step for the negative electrode was performed at 80 ° C. over a predetermined number of pre-doping days, each
(実施例1、実施例2、比較例1および比較例2についての検討)
表1〜表3に示すように、セル1〜8とセル9〜12とをプレドープ量Cb毎に比較すると、セル1〜8のプレドープ日数はセル9〜12のプレドープ日数に比べて短縮されることが確認された。すなわち、セル1〜8はセル9〜12に比べてプレドープ速度が速く生産性が高いことが確認された。また、セル1〜8とセル9〜12とでは、500時間経過後セル静電容量についても大差がないことが確認された。すなわち、セル1〜8についてはプレドープ速度を速めても劣化しないことが確認された。これは、セル1〜8については40℃以上70℃以下の温度環境下でドーピング工程を実施したのに対し、セル9〜12については40℃を下回る温度環境下でドーピング工程を実施したためと考えられる。
(Examination of Example 1, Example 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 2)
As shown in Tables 1 to 3, when the cells 1 to 8 and the cells 9 to 12 are compared for each pre-doping amount Cb, the pre-doping days of the cells 1 to 8 are shortened compared to the pre-doping days of the cells 9 to 12. It was confirmed. That is, it was confirmed that the cells 1 to 8 had a higher pre-doping rate and higher productivity than the cells 9 to 12. It was also confirmed that there was no significant difference in cell capacitance after 500 hours between cells 1-8 and cells 9-12. That is, it was confirmed that the cells 1 to 8 did not deteriorate even when the pre-doping rate was increased. This is because the doping process was performed in the temperature environment of 40 ° C. or more and 70 ° C. or less for the cells 1 to 8, whereas the doping process was performed in the temperature environment lower than 40 ° C. for the cells 9 to 12. It is done.
また、表1,表2,表4に示すように、セル1〜8とセル13〜16とをプレドープ量Cb毎に比較すると、セル13〜16のプレドープ日数はセル1〜8のプレドープ日数に比べて短縮されることが確認された。しかしながら、セル13〜16についてはセル1〜8に比べて、500時間経過後セル静電容量が大幅に低下することが確認された。これは、セル1〜8については40℃以上70℃以下の温度環境下でドーピング工程を実施したのに対し、セル13〜16については70℃を上回る温度環境下でドーピング工程を実施したためと考えられる。
Moreover, as shown in Table 1, Table 2, and Table 4, when the cells 1 to 8 and the
(実施例3)
組み込まれる金属リチウム箔の量を変更する以外は、実施例1と同様にセル17,18を各10セル組み立てた。なお、セル17には負極活物質の単位重量当たり500mAh/gのリチウムイオンを放出する金属リチウム箔が配置される。すなわち、セル17のプレドープ量Cbは500mAh/gである。セル18には負極活物質の単位重量当たり1000mAh/gのリチウムイオンを放出する金属リチウム箔が配置される。すなわち、セル18のプレドープ量Cbは1000mAh/gである。
Example 3
10 cells each of
組み立てたセル17,18を60℃に設定された恒温槽の中に配置した。これにより、負極に対するリチウムイオンのドーピング工程が60℃で実施された。所定のプレドープ日数が経過した後に、それぞれのセルを分解し、金属リチウムが消失した日数をプレドープ日数とした。なお、プレドープ日数を調べるために各セル17,18について6つのセルを使用した。このように、負極に所定量のリチウムイオンがプレドープされたことが確認できた。その後、各セル17,18のセル静電容量(初期セル静電容量)を測定した。その後、恒温槽の温度を60℃に設定し、各セル17,18に対して3.8Vの定電圧を500時間に渡って印加した。この高温負荷試験を実行した後に、各セル17,18のセル静電容量(500時間経過後セル静電容量)を測定した。これらの結果を表5に示す。なお、表5に示す各データは4セルの平均値である。
The assembled
(実施例3についての検討)
セル17においては、ドーピング工程が60℃で実施されるとともに、組み込まれる金属リチウム箔が少ないことから、短いプレドープ日数でプレドープを完了させることが可能である。また、金属リチウム箔から放出されるリチウムイオン量は、負極最大充電容量Caの70%を下回る量に設定されている(Cb≦Ca×0.7)。したがって、セル17の初期セル静電容量は小さいものの、500時間経過後セル静電容量はセル1〜8と同様に高い傾向にある。これは、負極にプレドープされるリチウムイオン量が少ないものの、温度による劣化が無いためと考えられる。
(Examination about Example 3)
In the
また、セル18においては、組み込まれる金属リチウム箔が多いものの、ドーピング工程が60℃で実施されている。このため、通常の室温でのプレドープよりも格段に短いプレドープ日数で、負極に対するプレドープを完了させることが可能である。しかしながら、セル18を実施例1のセル1〜4と比較すると、内部抵抗が若干高い傾向を示した。これは、金属リチウム箔から放出されるリチウムイオン量が、負極最大充電容量Caの120%を上回る為と考えられる(Cb≧Ca×1.2)。負極活物質の許容範囲をリチウムイオン量が大幅に超えた場合には、負極に対する負荷が大きくなって電解液の分解等が発生し、負極に被膜等が形成されて抵抗が高くなったと考えられる。ただし、本実施例に示す充放電では、内部抵抗の影響は出ないため、500時間経過後セル静電容量は高い結果を示した。 Further, in the cell 18, the doping process is performed at 60 ° C., although many metal lithium foils are incorporated. For this reason, it is possible to complete the pre-doping for the negative electrode in a significantly shorter number of days of pre-doping than normal pre-doping at room temperature. However, when the cell 18 was compared with the cells 1 to 4 of Example 1, the internal resistance tended to be slightly higher. This is considered because the amount of lithium ions released from the metal lithium foil exceeds 120% of the negative electrode maximum charge capacity Ca (Cb ≧ Ca × 1.2). When the amount of lithium ions greatly exceeds the allowable range of the negative electrode active material, the load on the negative electrode is increased, decomposition of the electrolyte occurs, and a film is formed on the negative electrode, which increases the resistance. . However, in the charging / discharging shown in the present example, the effect of the internal resistance is not generated, so that the cell capacitance was high after 500 hours.
このように、ドーピング工程の温度環境を40℃以上70℃以下に設定することによってプレドープ日数を短くできるが、金属リチウム箔から放出されるリチウムイオン量を負極最大充電容量Caの70%以上120%以下に設定することが、静電容量や内部抵抗の点で更に望ましい。すなわち、負極最大充電容量をCaとし、金属リチウム箔からのプレドープ量をCbとしたときに、Ca×0.7≦Cb≦Ca×1.2の関係が成り立つように、金属リチウム箔の量を設定することが望ましい。 Thus, although the pre-doping days can be shortened by setting the temperature environment of the doping process to 40 ° C. or more and 70 ° C. or less, the amount of lithium ions released from the metal lithium foil is 70% or more and 120% of the negative electrode maximum charge capacity Ca. Setting to the following is more desirable in terms of capacitance and internal resistance. That is, when the maximum charge capacity of the negative electrode is Ca and the pre-doping amount from the metal lithium foil is Cb, the amount of the metal lithium foil is set so that the relationship of Ca × 0.7 ≦ Cb ≦ Ca × 1.2 is established. It is desirable to set.
また、セル1〜18の測定終了後に、各1セルの正極と負極とを短絡させた後の正極電位を測定したところ、0.95V程度であり、2.0V以下であった。正極と負極を短絡させた後の正極電位が2.0V以下になるように負極及び/又は正極に予めリチウムイオンをドープさせたため、実施例1〜3および比較例1,2のリチウムイオンキャパシタセル1〜18においては高いエネルギー密度が得られたものと考えられる。 Moreover, when the positive electrode potential after short-circuiting the positive electrode and negative electrode of each cell after the measurement of the cells 1 to 18 was measured, it was about 0.95 V and was 2.0 V or less. Since the negative electrode and / or the positive electrode were previously doped with lithium ions so that the positive electrode potential after short-circuiting the positive electrode and the negative electrode was 2.0 V or less, the lithium ion capacitor cells of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 In 1-18, it is thought that the high energy density was obtained.
(比較例3)
正極集電体や負極集電体に対して貫通孔を形成しないこと以外は、実施例1と同様にセル19〜22を各10セル組み立てた。なお、セル19には負極活物質の単位重量当たり600mAh/gのリチウムイオンを放出する金属リチウム箔が配置される。すなわち、セル19のプレドープ量Cbは600mAh/gである。セル20には負極活物質の単位重量当たり700mAh/gのリチウムイオンを放出する金属リチウム箔が配置される。すなわち、セル20のプレドープ量Cbは700mAh/gである。セル21には負極活物質の単位重量当たり800mAh/gのリチウムイオンを放出する金属リチウム箔が配置される。すなわち、セル21のプレドープ量Cbは800mAh/gである。セル22には負極活物質の単位重量当たり900mAh/gのリチウムイオンを放出する金属リチウム箔が配置される。すなわち、セル22のプレドープ量Cbは900mAh/gである。
(Comparative Example 3)
10 cells each of cells 19 to 22 were assembled in the same manner as in Example 1 except that no through hole was formed in the positive electrode current collector or the negative electrode current collector. The cell 19 is provided with a metal lithium foil that releases 600 mAh / g of lithium ions per unit weight of the negative electrode active material. That is, the pre-doping amount Cb of the cell 19 is 600 mAh / g. The
組み立てたセル19〜22を40℃に設定された恒温槽の中に配置した。これにより、負極に対するリチウムイオンのドーピング工程が40℃で実施された。実施例1と同じプレドープ日数が経過した後に、それぞれのセル19〜22を分解したところ全てのセル19〜22の金属リチウムがほとんど残っていた。これは、正極集電体や負極集電体に貫通孔が形成されていないため、これらの集電体によってリチウムイオンの拡散が遮断されたためと考えられる。つまり、ドーピング工程の温度環境を40℃以上70℃以下に設定したとしても、正極集電体や負極集電体に貫通孔が無ければプレドープは完了しないと考えられる。 The assembled cells 19 to 22 were placed in a thermostat set at 40 ° C. Thereby, the doping process of the lithium ion with respect to the negative electrode was implemented at 40 degreeC. After the same number of days of pre-doping as in Example 1, the respective cells 19 to 22 were decomposed, and almost all of the lithium metal in all the cells 19 to 22 remained. This is thought to be because diffusion of lithium ions was blocked by these current collectors because no through holes were formed in the positive electrode current collector or the negative electrode current collector. That is, even if the temperature environment of the doping process is set to 40 ° C. or higher and 70 ° C. or lower, it is considered that pre-doping is not completed if the positive electrode current collector or the negative electrode current collector has no through holes.
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。たとえば、本発明は蓄電デバイスであるリチウムイオンキャパシタに適用するだけでなく、蓄電デバイスであるリチウムイオン二次電池に対して適用しても良い。また、積層型の蓄電デバイスだけでなく、捲回型の蓄電デバイスに対して本発明を適用しても良い。 It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, the present invention may be applied not only to a lithium ion capacitor that is an electricity storage device but also to a lithium ion secondary battery that is an electricity storage device. In addition, the present invention may be applied not only to a stacked power storage device but also to a wound power storage device.
また、図示する場合には、1つのリチウム極を組み込むようにしているが、複数のリチウム極を組み込むようにしても良い。また、リチウム極と正極とを接続することにより、正極に対してリチウムイオンをドープするようにしても良い。さらに、正極と負極とのそれぞれに対してリチウム極を設けたり、ドープ中に正極と負極とを短絡させたりすることにより、正極と負極との双方に対してリチウムイオンをドープしても良い。 In the illustrated case, one lithium electrode is incorporated, but a plurality of lithium electrodes may be incorporated. Moreover, you may make it dope lithium ion with respect to a positive electrode by connecting a lithium electrode and a positive electrode. Furthermore, you may dope lithium ion with respect to both a positive electrode and a negative electrode by providing a lithium electrode with respect to each of a positive electrode and a negative electrode, or short-circuiting a positive electrode and a negative electrode during dope.
10 蓄電デバイス
13 正極
14 負極
20 正極集電体
20a 貫通孔
23 負極集電体
23a 貫通孔
27 金属リチウム箔(イオン供給源)
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記正極と前記負極との少なくともいずれか一方に、前記イオン供給源からのリチウムイオンをドーピングするドーピング工程を、40℃以上70℃以下の温度環境で行うことを特徴とする蓄電デバイスの製造方法。 Ion supply connected to at least one of a positive electrode including a positive electrode current collector with a through hole, a negative electrode including a negative electrode current collector with a through hole, and the positive electrode and the negative electrode stacked A method of manufacturing an electricity storage device having a source,
A method of manufacturing an electricity storage device, wherein a doping step of doping at least one of the positive electrode and the negative electrode with lithium ions from the ion supply source is performed in a temperature environment of 40 ° C. or higher and 70 ° C. or lower.
前記イオン供給源から、負極最大充電容量の70%以上120%以下のリチウムイオンを放出させることを特徴とする蓄電デバイスの製造方法。 In the manufacturing method of the electrical storage device of Claim 1,
A method for producing an electricity storage device, wherein lithium ions of 70% or more and 120% or less of the maximum negative electrode charge capacity are released from the ion supply source.
前記蓄電デバイスは、正極活物質がリチウムイオン及び/又はアニオンをドーピング・脱ドーピング可能な物質であり、負極活物質がリチウムイオンをドーピング・脱ドーピング可能な物質であり、前記正極と前記負極とを短絡させた後の正極電位が2.0V(対Li/Li+)以下になるように前記負極及び/又は前記正極に対してリチウムイオンがドーピングされるリチウムイオンキャパシタであることを特徴とする蓄電デバイスの製造方法。 In the manufacturing method of the electrical storage device of Claim 1 or 2,
In the electricity storage device, the positive electrode active material is a material capable of doping / dedoping lithium ions and / or anions, the negative electrode active material is a material capable of doping / dedoping lithium ions, and the positive electrode and the negative electrode A lithium ion capacitor in which lithium ions are doped to the negative electrode and / or the positive electrode so that the positive electrode potential after being short-circuited is 2.0 V (vs. Li / Li + ) or less. Device manufacturing method.
前記負極に、芳香族系縮合ポリマーの熱処理物であって水素原子/炭素原子の原子数比が0.05以上0.50以下であるポリアセン系骨格構造を有するポリアセン系有機半導体、あるいは黒鉛、あるいは難黒鉛化炭素が含まれることを特徴とする蓄電デバイスの製造方法。 In the manufacturing method of the electrical storage device of any one of Claims 1-3,
A polyacene organic semiconductor having a polyacene skeleton structure which is a heat-treated product of an aromatic condensation polymer and has a hydrogen atom / carbon atom ratio of 0.05 or more and 0.50 or less, graphite, or A method for producing an electricity storage device, comprising non-graphitizable carbon.
貫通孔が形成された負極集電体を備える負極と、
積層される前記正極と前記負極との少なくともいずれか一方に接続され、リチウムイオンを放出するイオン供給源とを有し、
前記正極と前記負極との少なくともいずれか一方に、40℃以上70℃以下の温度環境で前記イオン供給源からリチウムイオンをドーピングさせることを特徴とする蓄電デバイス。 A positive electrode comprising a positive electrode current collector having a through-hole formed therein;
A negative electrode comprising a negative electrode current collector formed with a through hole;
An ion source that is connected to at least one of the positive electrode and the negative electrode to be stacked and emits lithium ions;
An electricity storage device, wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode is doped with lithium ions from the ion supply source in a temperature environment of 40 ° C. or higher and 70 ° C. or lower.
前記イオン供給源から、負極最大充電容量の70%以上120%以下のリチウムイオンを放出させることを特徴とする蓄電デバイス。 The electricity storage device according to claim 5, wherein
70. The lithium ion of 70% or more and 120% or less of the negative electrode maximum charge capacity is released from the ion supply source.
前記蓄電デバイスは、正極活物質がリチウムイオン及び/又はアニオンをドーピング・脱ドーピング可能な物質であり、負極活物質がリチウムイオンをドーピング・脱ドーピング可能な物質であり、前記正極と前記負極とを短絡させた後の正極電位が2.0V(対Li/Li+)以下になるように前記負極及び/又は前記正極に対してリチウムイオンがドーピングされるリチウムイオンキャパシタであることを特徴とする蓄電デバイス。 The electricity storage device according to claim 5 or 6,
In the electricity storage device, the positive electrode active material is a material capable of doping / dedoping lithium ions and / or anions, the negative electrode active material is a material capable of doping / dedoping lithium ions, and the positive electrode and the negative electrode A lithium ion capacitor in which lithium ions are doped to the negative electrode and / or the positive electrode so that the positive electrode potential after being short-circuited is 2.0 V (vs. Li / Li + ) or less. device.
前記負極に、芳香族系縮合ポリマーの熱処理物であって水素原子/炭素原子の原子数比が0.05以上0.50以下であるポリアセン系骨格構造を有するポリアセン系有機半導体、あるいは黒鉛、あるいは難黒鉛化炭素が含まれることを特徴とする蓄電デバイス。 In the electrical storage device of any one of Claims 5-7,
A polyacene organic semiconductor having a polyacene skeleton structure which is a heat-treated product of an aromatic condensation polymer and has a hydrogen atom / carbon atom ratio of 0.05 or more and 0.50 or less, graphite, or An electricity storage device comprising non-graphitizable carbon.
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