JP2011100925A - Nonaqueous lithium type electricity storage element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水系リチウム型蓄電素子に関する。 The present invention relates to a non-aqueous lithium storage element.
近年、地球環境の保全および省資源を目指したエネルギーの有効利用の観点から、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などが注目を集めている。
これらの蓄電システムにおける第一の要求事項は、用いられる蓄電素子のエネルギー密度が高いことである。この様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。
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)、あるい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。
In recent years, midnight power storage systems, home-use distributed power storage systems based on solar power generation technology, and power storage systems for electric vehicles have attracted attention from the viewpoint of the effective use of energy aimed at preserving the global environment and conserving resources. Yes.
The first requirement in these power storage systems is that the energy density of the power storage elements used is high. As a promising candidate for a high energy density battery capable of meeting such demands, development of a lithium ion battery has been vigorously advanced.
The second requirement is high output characteristics. For example, a combination of a high-efficiency engine and a power storage system (for example, a hybrid electric vehicle) or a combination of a fuel cell and a power storage system (for example, a fuel cell electric vehicle) requires high output discharge characteristics in the power storage system during acceleration. ing.
現在、高出力蓄電素子としては、電極に活性炭を用いた電気二重層キャパシタ(以下、単に「キャパシタ」ともいう。)が開発されており、耐久性(サイクル特性、高温保存特性)が高く、0.5〜1kW/l程度の出力特性を有する。これら電気二重層キャパシタは、上記高出力が要求される分野で最適の蓄電素子と考えられてきたが、そのエネルギー密度は、1〜5Wh/l程度に過ぎず、実用化には出力持続時間が足枷となっている。
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実現し、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、出力をより一層高めるとともに、高温での安定性をさらに改善し、耐久性を高めるための研究が精力的に進められている。
Currently, an electric double layer capacitor using activated carbon as an electrode (hereinafter also simply referred to as a “capacitor”) has been developed as a high-power storage element, and has high durability (cycle characteristics and high-temperature storage characteristics). It has an output characteristic of about 5 to 1 kW / l. These electric double layer capacitors have been considered as the most suitable power storage elements in the field where the above high output is required, but the energy density is only about 1 to 5 Wh / l, and the output duration time is not practical. It is a footpad.
On the other hand, nickel-metal hydride batteries currently used in hybrid electric vehicles achieve high output equivalent to electric double layer capacitors and have an energy density of about 160 Wh / l. However, research is underway energetically to further increase the energy density and output, further improve the stability at high temperatures, and enhance the durability.
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(素子の放電容量の何%を放電した状態かをあらわす値)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が、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。また、その耐久性(サイクル特性、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しか使用することができない。そのため実際に使用できる容量はさらに小さくなり、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。 In addition, research for higher output is also being conducted in lithium ion batteries. For example, a lithium ion battery has been developed that can obtain a high output exceeding 3 kW / l at a discharge depth (a value representing what percentage of the device discharge capacity is discharged) 50%, and its energy density is 100 Wh. / L or less, and is designed to deliberately suppress the high energy density, which is the greatest feature of lithium ion batteries. Further, its durability (cycle characteristics, high temperature storage characteristics) is inferior to that of an electric double layer capacitor. Therefore, in order to give practical durability, the depth of discharge can be used only in a range narrower than the range of 0 to 100%. For this reason, the capacity that can be actually used is further reduced, and research for further improving the durability is being actively pursued.
上記の様に高出力密度、高エネルギー密度、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が、上述した既存の蓄電素子には一長一短がある。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おり、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の開発が近年盛んである。
リチウムイオンキャパシタは、リチウム塩を電解質として含む非水系電解液を使用する蓄電素子(非水系リチウム型蓄電素子)であって、正極においては電気二重層キャパシタと同様の陰イオンの吸着・脱着による非ファラデー反応、負極においてはリチウムイオン電池と同様のリチウムイオンの吸蔵・放出によるファラデー反応によって充放電を行う蓄電素子である。
As described above, there is a strong demand for practical use of a power storage device having high output density, high energy density, and durability. However, the existing power storage device described above has advantages and disadvantages. Therefore, a new power storage element that satisfies these technical requirements has been demanded, and development of a power storage element called a lithium ion capacitor has been actively developed as a promising candidate.
A lithium ion capacitor is a power storage element (nonaqueous lithium type power storage element) that uses a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt as an electrolyte, and the positive electrode is non-desorbed by anion adsorption / desorption similar to an electric double layer capacitor. The Faraday reaction is a storage element that charges and discharges by a Faraday reaction by insertion and extraction of lithium ions similar to a lithium ion battery in a negative electrode.
上述のように、正極・負極の双方において非ファラデー反応による充放電を行う電気二重層キャパシタにおいては、出力特性に優れるがエネルギー密度が小さい。一方、正極・負極の双方においてファラデー反応による充放電を行う二次電池においては、エネルギー密度に優れるが、出力特性に劣る。リチウムイオンキャパシタは、正極では非ファラデー反応、負極ではファラデー反応による充放電を行うことによって、優れた出力特性と高いエネルギー密度の両立を狙う新たな蓄電素子である。 As described above, an electric double layer capacitor that charges and discharges by a non-Faraday reaction in both the positive electrode and the negative electrode has excellent output characteristics but low energy density. On the other hand, a secondary battery that charges and discharges by a Faraday reaction in both the positive electrode and the negative electrode is excellent in energy density but inferior in output characteristics. The lithium ion capacitor is a new power storage element that aims to achieve both excellent output characteristics and high energy density by performing charge and discharge by a non-Faraday reaction at the positive electrode and a Faraday reaction at the negative electrode.
このようなリチウムイオンキャパシタとしては、正極活物質として活性炭を用い、負極活物質として、天然黒鉛または人造黒鉛、黒鉛化メソフェーズカーボン小球体、黒鉛化メソフェーズカーボン繊維、黒鉛ウイスカ、または黒鉛化炭素繊維等を用いた蓄電素子が提案されている(特許文献1参照)。また、正極活物質として活性炭を用い、負極活物質として難黒鉛化炭素または黒鉛を用いた蓄電素子が提案されている(特許文献2、3参照)。
As such a lithium ion capacitor, activated carbon is used as a positive electrode active material, natural graphite or artificial graphite, graphitized mesophase carbon microspheres, graphitized mesophase carbon fiber, graphite whisker, graphitized carbon fiber, etc. as a negative electrode active material A power storage element using the above has been proposed (see Patent Document 1). In addition, a power storage element using activated carbon as a positive electrode active material and non-graphitizable carbon or graphite as a negative electrode active material has been proposed (see
また、正極活物質として通常の活性炭と異なる水素/炭素が0.05〜0.5、BET比表面積が300〜2000m2/g、BJH法によるメソ孔容積が0.02〜0.3ml/g、MP法による全細孔容積が0.3〜1.0ml/gの細孔構造を有する炭化水素材料を用い、負極として黒鉛を除く光学的異方性炭素物質を賦活処理した材料を用いる蓄電素子が提案されている(特許文献4参照)。 Moreover, hydrogen / carbon different from normal activated carbon as a positive electrode active material is 0.05 to 0.5, BET specific surface area is 300 to 2000 m 2 / g, and mesopore volume by BJH method is 0.02 to 0.3 ml / g. , Using a hydrocarbon material having a pore structure with a total pore volume of 0.3 to 1.0 ml / g by the MP method, and using a material obtained by activating an optically anisotropic carbon substance excluding graphite as a negative electrode An element has been proposed (see Patent Document 4).
また、正極活物質として活性炭または水素原子/炭素原子の原子数比率が0.05〜0.50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を用い、負極材料として水素原子/炭素原子の原子数比率が0以上0.05未満の難黒鉛化性炭素を用いた蓄電素子が提案されている(特許文献5参照)。
また、正極活物質として活性炭を用い、負極活物質として易黒鉛化炭素と難黒鉛化炭素とからなる炭素材料を用いた蓄電素子が提案されている(特許文献6参照)。
Further, activated carbon or a polyacene organic semiconductor having a polyacene skeleton structure with a hydrogen atom / carbon atom ratio of 0.05 to 0.50 is used as the positive electrode active material, and hydrogen atoms / carbon atom atoms are used as the negative electrode material. An electric storage element using non-graphitizable carbon having a number ratio of 0 or more and less than 0.05 has been proposed (see Patent Document 5).
In addition, an electric storage element using activated carbon as a positive electrode active material and a carbon material composed of graphitizable carbon and non-graphitizable carbon as a negative electrode active material has been proposed (see Patent Document 6).
また、特定の負極材料と特定の正極材料を用いた蓄電素子が提案されている(特許文献7参照)。前記負極材料は、活性炭の表面に炭素質材料を有する複合多孔性炭素材料であって、BJH法により算出した直径2nm(20Å)以上50nm(500Å)以下の細孔に由来するメソ孔量をVm1(cc/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Vm2(cc/g)とする時、0.01≦Vm1<0.10かつ0.01≦Vm2<0.30である炭素材料からなる。 In addition, a power storage element using a specific negative electrode material and a specific positive electrode material has been proposed (see Patent Document 7). The negative electrode material is a composite porous carbon material having a carbonaceous material on the surface of activated carbon, and the amount of mesopores derived from pores having a diameter of 2 nm (20 mm) or more and 50 nm (500 mm) or less calculated by the BJH method is Vm1. (Cc / g), when the amount of micropores derived from pores having a diameter of less than 20 mm calculated by the MP method is Vm2 (cc / g), 0.01 ≦ Vm1 <0.10 and 0.01 ≦ Vm2 < It is made of a carbon material that is 0.30.
前記正極材料は、BJH法により算出した直径2nm(20Å)以上50nm(500Å)以下の細孔に由来するメソ孔量をV1(cc/g)、MP法により算出した直径2nm(20Å)未満の細孔に由来するマイクロ孔量をV2(cc/g)とする時、0.3<V1≦0.8 かつ 0.5≦V2≦1.0であり、BET法により測定される比表面積が1500m2/g以上3000m2/g以下である活性炭からなる。 The positive electrode material has a mesopore amount derived from pores having a diameter of 2 nm (20 cm) or more and 50 nm (500 cm) or less calculated by the BJH method, V1 (cc / g), and a diameter less than 2 nm (20 cm) calculated by the MP method. When the amount of micropores derived from the pores is V2 (cc / g), 0.3 <V1 ≦ 0.8 and 0.5 ≦ V2 ≦ 1.0, and the specific surface area measured by the BET method is It consists of activated carbon which is 1500 m 2 / g or more and 3000 m 2 / g or less.
上述のような高出力密度、高エネルギー密度、耐久性を兼ね備えた蓄電素子であるリチウムイオンキャパシタには、さらに必要な特性として次の2点が挙げられる。第一に、モジュール化した際の発熱量を低減するために、時定数(蓄電素子の内部抵抗とセル容量との積で表わされる値)が小さいこと、第二に、不規則な使用状況下にも対応できるよう自己放電が少ないことである。
上述の特許文献1〜6記載の蓄電素子は、自己放電は比較的少ないものの、時定数が大きいという課題を有している。また、上述の特許文献7記載の蓄電素子は、出力特性に優れ、時定数が比較的小さいものの、内部抵抗が小さいことから自己放電速度が速い(単位時間当たりの自己放電量が多い)ため、さらなる改良の余地がある。
本発明の課題は、時定数が小さいことと自己放電が少ないことを兼ね揃えた非水系リチウム型蓄電素子を提供することである。
The lithium ion capacitor, which is a power storage device having high output density, high energy density, and durability as described above, has the following two additional characteristics. First, in order to reduce the amount of heat generated when modularized, the time constant (value represented by the product of the internal resistance of the storage element and the cell capacity) is small, and second, under irregular usage conditions There is little self-discharge so that
The power storage elements described in Patent Documents 1 to 6 have a problem that the time constant is large, although self-discharge is relatively small. In addition, the power storage device described in Patent Document 7 is excellent in output characteristics and has a relatively small time constant, but because the internal resistance is small, the self-discharge speed is fast (the amount of self-discharge per unit time is large). There is room for further improvement.
An object of the present invention is to provide a non-aqueous lithium storage element that has both a small time constant and a low self-discharge.
上記課題を解決するために、本発明の非水系リチウム型蓄電素子は、負極集電体の一面または両面に負極活物質層が形成された負極電極体、正極集電体の一面または両面に正極活物質層が形成された正極電極体、およびセパレータが積層された電極積層体と、リチウム塩を電解質として含む非水系電解液と、前記電極積層体および非水電解液を収納する外装体と、を備えた非水系リチウム型蓄電素子であって、前記負極活物質層を構成する負極活物質の主成分が、活性炭の表面に炭素質材料を有する複合多孔性炭素材料または難黒鉛化性炭素材料であり、前記正極活物質層を構成する正極活物質の主成分が活性炭であり、前記負極活物質層の平面積S(cm2)に対する、前記負極活物質層の平面視における外形線の全長L(cm)の比率であるエッジ率(L/S)が、0.10<L/S<1.00を満たすことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the non-aqueous lithium storage element of the present invention includes a negative electrode body in which a negative electrode active material layer is formed on one or both surfaces of a negative electrode current collector, and a positive electrode on one or both surfaces of a positive electrode current collector. A positive electrode body in which an active material layer is formed; an electrode stack in which separators are stacked; a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt as an electrolyte; and an outer package that houses the electrode stack and the non-aqueous electrolyte; A composite porous carbon material or a non-graphitizable carbon material in which the main component of the negative electrode active material constituting the negative electrode active material layer is a carbonaceous material on the surface of activated carbon The main component of the positive electrode active material constituting the positive electrode active material layer is activated carbon, and the total length of the outline in a plan view of the negative electrode active material layer with respect to the planar area S (cm 2 ) of the negative electrode active material layer In the ratio of L (cm) That edge rate (L / S), characterized in that satisfy 0.10 <L / S <1.00.
本発明の非水系リチウム型蓄電素子は、負極活物質の主成分が、活性炭の表面に炭素質材料を有する複合多孔性炭素材料または難黒鉛化性炭素材料であり、正極活物質の主成分が活性炭であることで、時定数が小さくなり、負極活物質層のエッジ率(L/S)が、0.10<L/S<1.00を満たすことで、自己放電が少なくなるため、時定数が小さいことと自己放電が少ないことを兼ね揃えたものとなる。 In the non-aqueous lithium storage element of the present invention, the main component of the negative electrode active material is a composite porous carbon material or a non-graphitizable carbon material having a carbonaceous material on the surface of activated carbon, and the main component of the positive electrode active material is By using activated carbon, the time constant is reduced, and when the edge ratio (L / S) of the negative electrode active material layer satisfies 0.10 <L / S <1.00, self-discharge is reduced. It is a combination of a small constant and a low self-discharge.
本発明の非水系リチウム型蓄電素子において、前記負極活物質の主成分が、活性炭の表面に炭素質材料を有する複合多孔性炭素材料の場合は、この複合多孔性炭素材料が下記の条件(1)および(2) を満たすことが好ましい。
(1)BJH法で算出されたメソ孔量(直径が2nm以上50nm以下である細孔の量)Vm1(cc/g)が、0.01≦Vm1<0.10である。
(2)MP法で算出されたマイクロ孔量(直径が2nm未満である細孔の量)Vm2(cc/g)が、0.01≦Vm2<0.30である。
In the non-aqueous lithium-type electricity storage device of the present invention, when the main component of the negative electrode active material is a composite porous carbon material having a carbonaceous material on the surface of activated carbon, the composite porous carbon material has the following conditions (1 ) And (2) are preferably satisfied.
(1) The amount of mesopores (the amount of pores having a diameter of 2 nm to 50 nm) Vm1 (cc / g) calculated by the BJH method is 0.01 ≦ Vm1 <0.10.
(2) The amount of micropores (amount of pores having a diameter of less than 2 nm) Vm2 (cc / g) calculated by the MP method is 0.01 ≦ Vm2 <0.30.
本発明の非水系リチウム型蓄電素子は、前記正極活物質の主成分である活性炭が下記の条件(1) 〜(3) を満たすことが好ましい。
(1)BJH法で算出されたメソ孔量(直径が2nm以上50nm以下である細孔の量)V1(cc/g)が、0.3<V1≦0.8である。
(2)MP法で算出されたマイクロ孔量(直径が2nm未満である細孔の量)V2が、0.5≦V2<1.0である。
(3)BET法により測定された比表面積が1500m2/g以上3000m2/g以下である。
本発明の非水系リチウム型蓄電素子は、前記負極電極体の単位面積あたりの容量が0.25〜0.75(F/cm2)の範囲内であることが好ましい。
本発明の蓄電モジュールは、本発明の非水系リチウム型蓄電素子を複数個含むことを特徴とする。
In the non-aqueous lithium-type energy storage device of the present invention, the activated carbon that is the main component of the positive electrode active material preferably satisfies the following conditions (1) to (3).
(1) Mesopore amount (amount of pores having a diameter of 2 nm to 50 nm) V1 (cc / g) calculated by the BJH method is 0.3 <V1 ≦ 0.8.
(2) The amount of micropores (the amount of pores having a diameter of less than 2 nm) V2 calculated by the MP method is 0.5 ≦ V2 <1.0.
(3) The specific surface area measured by the BET method is 1500 m 2 / g or more and 3000 m 2 / g or less.
In the non-aqueous lithium storage element of the present invention, the capacity per unit area of the negative electrode body is preferably in the range of 0.25 to 0.75 (F / cm 2 ).
The power storage module of the present invention includes a plurality of non-aqueous lithium-type power storage elements of the present invention.
本発明の蓄電モジュールの製造方法は、本発明の非水系リチウム型蓄電素子であって、前記負極電極体の単位面積あたりの容量が0.25〜0.75(F/cm2)の範囲内である非水系リチウム型蓄電素子を、所定空間に配置して蓄電モジュールを製造する際に、前記エッジ率が0.10<L/S<1.0を満たす範囲で最小になるように、前記所定空間内の前記負極活物質層を平行に配置する底面と、その底面内に配置する負極活物質層の数を決めることを特徴とする。これにより、前記蓄電素子が同じ所定空間に、前記エッジ率が0.10<L/S<1.0を満たす範囲で他の配置で配置されたものと比較して、自己放電が最も少ない蓄電モジュールが得られる。
本発明の非水系リチウム型蓄電素子の使用方法は、前記負極電極体の単位面積あたりの容量が0.25〜0.75(F/cm2)の範囲内である非水系リチウム型蓄電素子を、前記負極活物質層のエッジ率が0.10<L/S<1.0を満たす範囲で最も小さくなる配置で、所定空間に配置して使用することを特徴とする。
The method for producing a power storage module of the present invention is the nonaqueous lithium power storage element of the present invention, wherein the capacity per unit area of the negative electrode body is in the range of 0.25 to 0.75 (F / cm 2 ). When the non-aqueous lithium storage element is a predetermined space and a storage module is manufactured, the edge rate is minimized in a range satisfying 0.10 <L / S <1.0. It is characterized in that the number of the bottom surface on which the negative electrode active material layers in the predetermined space are arranged in parallel and the number of the negative electrode active material layers arranged in the bottom surface are determined. As a result, the power storage element has the least self-discharge compared to the power storage element that is arranged in the same predetermined space in another arrangement within the range where the edge rate satisfies 0.10 <L / S <1.0. A module is obtained.
The method of using the non-aqueous lithium storage element of the present invention is a non-aqueous lithium storage element having a capacity per unit area of the negative electrode body in the range of 0.25 to 0.75 (F / cm 2 ). The negative electrode active material layer is disposed in a predetermined space with the edge ratio being the smallest in a range satisfying 0.10 <L / S <1.0.
本発明の非水系リチウム型蓄電素子は、時定数が小さいことと自己放電が少ないことを兼ね揃えたものである。よって、本発明の非水系リチウム型蓄電素子は、自動車において、内燃機関または燃料電池、モーター、及び蓄電素子を組み合わせたハイブリット駆動システムの分野、さらには瞬間電力ピークのアシスト用途などで好適に利用できる。
本発明の蓄電モジュールの製造方法によれば、同じ所定空間に他の方法で蓄電素子が配置されて得られた蓄電モジュールと比較して、同じ大きさで自己放電が最も少ない蓄電モジュールが得られる。
The non-aqueous lithium storage element of the present invention has both a small time constant and a low self-discharge. Therefore, the non-aqueous lithium storage element of the present invention can be suitably used in automobiles, in the field of hybrid drive systems that combine an internal combustion engine or a fuel cell, a motor, and a storage element, and for assisting instantaneous power peaks. .
According to the method for manufacturing a power storage module of the present invention, a power storage module having the same size and the least self-discharge can be obtained as compared to a power storage module obtained by arranging power storage elements in the same predetermined space by another method. .
以下、本発明の実施の形態を説明する。
[負極活物質について]
先ず、本発明の非水系リチウム型蓄電素子を構成する負極活物質について説明する。
一般的な非水系リチウム型蓄電素子では、負極活物質として、黒鉛、易黒鉛化性炭素材料、難黒鉛化性炭素材料、活性炭、活性炭の表面に炭素質材料を有する(被着させた)複合多孔性材料、ポリアセン系物質などのアモルファス炭素質材料、ケッチェンブラックやアセチレンブラックといったカーボンブラック、カーボンナノチューブ、フラーレン、カーボンナノフォーン、繊維状炭素質材料などの炭素質材料、リチウムチタン複合酸化物、導電性高分子などリチウムイオンを吸蔵放出する材料を使用することができる。
Embodiments of the present invention will be described below.
[Negative electrode active material]
First, the negative electrode active material constituting the non-aqueous lithium storage element of the present invention will be described.
In a general non-aqueous lithium storage element, as a negative electrode active material, graphite, a graphitizable carbon material, a non-graphitizable carbon material, activated carbon, a composite having a carbonaceous material on the surface of activated carbon (attached) Porous materials, amorphous carbonaceous materials such as polyacenic materials, carbon blacks such as ketjen black and acetylene black, carbonaceous materials such as carbon nanotubes, fullerenes, carbon nanophones, fibrous carbonaceous materials, lithium titanium composite oxides, A material that occludes and releases lithium ions, such as a conductive polymer, can be used.
本発明の非水系リチウム型蓄電素子では、負極活物質の主成分(総質量の50%より多く存在している成分)として、活性炭の表面に炭素質材料を有する複合多孔性炭素材料または難黒鉛化性炭素材料を使用する。これにより、負極活物質の主成分として上述の他の材料を用いた場合と比較して、非水系リチウム型蓄電素子の時定数を小さくすることができる。 In the non-aqueous lithium storage element of the present invention, a composite porous carbon material or a non-graphite having a carbonaceous material on the surface of activated carbon as a main component of the negative electrode active material (a component present in an amount of more than 50% of the total mass) Use carbonizable carbon materials. Thereby, the time constant of a non-aqueous lithium-type electrical storage element can be made small compared with the case where the above-mentioned other material is used as the main component of the negative electrode active material.
非水系リチウム型蓄電素子の時定数を小さくするという点では、負極活物質の主成分として、難黒鉛化性炭素材料よりも、活性炭の表面に炭素質材料を有する複合多孔性炭素材料を用いることが好ましい。自己放電を少なくするという点では、負極活物質の主成分として、活性炭の表面に炭素質材料を有する複合多孔性炭素材料よりも、難黒鉛化性炭素材料を用いることが好ましい。 In terms of reducing the time constant of the non-aqueous lithium storage element, use a composite porous carbon material having a carbonaceous material on the surface of activated carbon rather than a non-graphitizable carbon material as the main component of the negative electrode active material. Is preferred. In terms of reducing self-discharge, it is preferable to use a non-graphitizable carbon material as a main component of the negative electrode active material, rather than a composite porous carbon material having a carbonaceous material on the surface of activated carbon.
活性炭の表面に炭素質材料を有する複合多孔性炭素材料としては、溶媒に溶かした炭素質材料前駆体を、活性炭に塗布し加熱焼成したもの、または、炭素質材料前駆体を加熱することで発生した炭化水素を含むガスを、活性炭に吸着させて加熱焼成したものなどがあげられる。この時、活性炭に複合化させる炭素材料の量を制御することにより、下記の条件(1)および(2) を満たす複合多孔性炭素材料を使用することが好ましい。
(1)BJH法で算出されたメソ孔量(直径が2nm以上50nm以下である細孔の量)Vm1(cc/g)が、0.01≦Vm1<0.10である。
(2)MP法で算出されたマイクロ孔量(直径が2nm未満である細孔の量)Vm2(cc/g)が、0.01≦Vm2<0.30である。
Composite porous carbon material with carbonaceous material on the surface of activated carbon is generated by applying a carbonaceous material precursor dissolved in a solvent to activated carbon and baking it, or by heating the carbonaceous material precursor. And the like, which are obtained by adsorbing a hydrocarbon-containing gas on activated carbon and calcining it. At this time, it is preferable to use a composite porous carbon material satisfying the following conditions (1) and (2) by controlling the amount of the carbon material to be combined with the activated carbon.
(1) The amount of mesopores (the amount of pores having a diameter of 2 nm to 50 nm) Vm1 (cc / g) calculated by the BJH method is 0.01 ≦ Vm1 <0.10.
(2) The amount of micropores (amount of pores having a diameter of less than 2 nm) Vm2 (cc / g) calculated by the MP method is 0.01 ≦ Vm2 <0.30.
各細孔量が前記各上限値以上の場合、リチウムに対する充放電効率が低下し、下限値未満の場合、出力特性が得られ難くなる。
前記マイクロ孔量及びメソ孔量は、以下の方法により求めた値である。すなわち、試料を500℃で一昼夜真空乾燥を行い、窒素を吸着質とし吸脱着の等温線の測定を行なう。このときの脱着側の等温線を用いて、マイクロ孔量はMP法により、メソ孔量はBJH法により算出した。
When the amount of each pore is not less than each upper limit value, the charge / discharge efficiency with respect to lithium is lowered, and when it is less than the lower limit value, it is difficult to obtain output characteristics.
The micropore volume and mesopore volume are values determined by the following method. That is, the sample is vacuum-dried at 500 ° C. for a whole day and night, and adsorption and desorption isotherms are measured using nitrogen as an adsorbate. Using the isotherm on the desorption side at this time, the micropore volume was calculated by the MP method, and the mesopore volume was calculated by the BJH method.
MP法とは、「t−プロット法」(B.C.Lippens,J.H.de Boer,J.Catalysis,4319(1965))を利用して、マイクロ孔容積、マイクロ孔面積、およびマイクロ孔の分布を求める方法を意味し、M.Mikhail, Brunauer, Bodorにより考案された方法である(R.S.Mikhail,S.Brunauer,E.E.Bodor,J.Colloid Interface Sci.,26,45 (1968))。 The MP method uses a “t-plot method” (BC Lippens, JH de Boer, J. Catalysis, 4319 (1965)), and uses a micropore volume, a micropore area, and a micropore. Is a method for obtaining the distribution of M.M. It is a method devised by Mikhail, Brunauer, Bodor (R.S. Mikhal, S. Brunauer, EE Bodor, J. Colloid Interface Sci., 26, 45 (1968)).
BJH法は、一般的にメソ孔の解析に用いられる計算方法で、Barrett, Joyner, Halendaらにより提唱されたものである(E. P. Barrett, L. G. Joyner and P. Halenda, J. Amer. Chem. Soc., 73, 373(1951))。
上記複合多孔性炭素材料は、例えば、活性炭と炭素質材料前駆体を共存させた状態で熱処理することにより得ることができる。
The BJH method is a calculation method generally used for analysis of mesopores and proposed by Barrett, Joyner, Halenda et al. (E.P. Barrett, L. G. Joyner and P. Halenda, J. et al. Amer. Chem. Soc., 73, 373 (1951)).
The composite porous carbon material can be obtained, for example, by heat treatment in a state where activated carbon and a carbonaceous material precursor coexist.
原料に用いる活性炭は、得られる複合多孔性炭素材料が所望の特性を発揮する限り、活性炭とする前の原材料などに特に制限はなく、石油系、石炭系、植物系、高分子系などの各種の原材料から得られた市販品を使用することができ、平均粒径1〜50μmであるものが好ましく、1〜30μmであるものがより好ましい。ここで言う平均粒径とは、粒度分布測定装置を用いて粒度分布を測定した際、全体積を100%として累積カーブを求めたとき、その累積カーブが50%となる点の粒子径を50%径とし、その50%径(Median径)のことを指すものである。 The activated carbon used as a raw material is not particularly limited as long as the obtained composite porous carbon material exhibits desired characteristics, and there are no particular restrictions on the raw material before the activated carbon, and various types such as petroleum-based, coal-based, plant-based, polymer-based, etc. A commercially available product obtained from the above raw materials can be used, and those having an average particle size of 1 to 50 μm are preferred, and those having an average particle size of 1 to 30 μm are more preferred. The average particle size referred to here is the particle size at which the cumulative curve becomes 50% when the cumulative curve is determined with the total volume being 100% when the particle size distribution is measured using a particle size distribution measuring device. % Diameter, and refers to the 50% diameter (Median diameter).
炭素質材料前駆体とは、熱処理することにより、活性炭に炭素質材料を被着させることができる有機質材料で、例えばピッチ、メソカーボンマイクロビーズ、コークスあるいはフェノール樹脂などの合成樹脂などを挙げることができる。これらの炭素質材料前駆体の中でも、安価なピッチを用いることが製造コスト上好ましい。ピッチは、大別して石油系ピッチと石炭系ピッチとに分けられる。例えば、石油系ピッチとしては、原油の蒸留残査、流動性接触分解残査(デカントオイルなど)、サーマルクラッカーからのボトム油、ナフサクラッキングの際に得られるエチレンタールなどが例示される。 The carbonaceous material precursor is an organic material capable of depositing a carbonaceous material on activated carbon by heat treatment. Examples thereof include synthetic resins such as pitch, mesocarbon microbeads, coke, and phenol resin. it can. Among these carbonaceous material precursors, it is preferable in terms of production cost to use an inexpensive pitch. Pitch is roughly divided into petroleum pitch and coal pitch. Examples of petroleum pitches include crude oil distillation residue, fluid catalytic cracking residue (decant oil, etc.), bottom oil from thermal cracker, ethylene tar obtained during naphtha cracking, and the like.
上記ピッチを用いる場合、複合多孔性炭素材料は、活性炭の表面でピッチの揮発成分あるいは熱分解成分を熱反応させることにより、活性炭に炭素質材料を被着させることにより得られる。この場合、200〜500℃程度の温度において、ピッチの揮発成分、あるいは、熱分解成分の活性炭細孔内への被着が進行し、400℃以上で該被着成分が炭素質材料となる反応が進行する。 When the pitch is used, the composite porous carbon material can be obtained by depositing a carbonaceous material on the activated carbon by thermally reacting the volatile component or thermal decomposition component of the pitch on the surface of the activated carbon. In this case, the deposition of the volatile component of the pitch or the pyrolysis component into the activated carbon pores proceeds at a temperature of about 200 to 500 ° C., and the deposition component becomes a carbonaceous material at 400 ° C. or higher. Progresses.
熱処理時のピーク温度は得られる複合多孔性材料の特性、熱反応パターン、熱反応雰囲気などにより適宜決定されるものであるが、400℃以上であることが好ましく、更に好ましくは450℃〜1000℃であり、特に500〜800℃程度のピーク温度であることが好ましい。また、熱処理時のピーク温度を維持する時間は30分間から10時間であればよく、好ましくは1時間から7時間、更に好ましくは2時間から5時間である。500〜800℃程度のピーク温度で2時間から5時間熱処理する場合、活性炭表面に被着している炭素質材料は多環芳香族系炭化水素になっているものと考えられる。 The peak temperature during the heat treatment is appropriately determined according to the characteristics of the composite porous material to be obtained, the thermal reaction pattern, the thermal reaction atmosphere, etc., but is preferably 400 ° C. or higher, more preferably 450 ° C. to 1000 ° C. In particular, a peak temperature of about 500 to 800 ° C. is preferable. The time for maintaining the peak temperature during the heat treatment may be 30 minutes to 10 hours, preferably 1 hour to 7 hours, and more preferably 2 hours to 5 hours. When the heat treatment is performed at a peak temperature of about 500 to 800 ° C. for 2 to 5 hours, the carbonaceous material deposited on the activated carbon surface is considered to be a polycyclic aromatic hydrocarbon.
上記複合多孔性炭素材料において、水素原子/炭素原子の原子数比(以下、H/Cという。)は、0.05以上0.35以下であることが好ましく、0.05以上0.15以下であることがより好ましい。H/Cが上限値を上回る場合には、活性炭表面に被着している炭素質材料多環芳香族系共役構造が十分に発達していないので、容量および効率が低くなるのに対し、下限値を下回る場合には、炭素化が過度に進行して、充分な容量が得られない場合がある。 In the composite porous carbon material, the atomic ratio of hydrogen atoms / carbon atoms (hereinafter referred to as H / C) is preferably 0.05 or more and 0.35 or less, and 0.05 or more and 0.15 or less. It is more preferable that When H / C exceeds the upper limit value, the carbonaceous material polycyclic aromatic conjugated structure adhering to the activated carbon surface is not sufficiently developed. When the value is below, carbonization proceeds excessively, and a sufficient capacity may not be obtained.
複合多孔性炭素材料は活性炭の表面に炭素質材料を被着させたものであるが、特に、活性炭の細孔内部に炭素質材料を被着させた後の細孔分布が重要であり、活性炭に炭素質材料を被着させた後の複合多孔性材料のマイクロ孔量、メソ孔量により規定できる。類似したBET比表面積を持つ複合多孔性炭素材料であっても、上記マイクロ孔量、メソ孔量の分布が異なる場合は、該複合多孔性炭素材料を活物質とした蓄電素子の効率が大幅に異なることがある。すなわち、BET比表面積の規定による効率の最適化は困難である。それに対し、本発明で規定したマイクロ孔量・メソ孔量は、特定の範囲を選択することで、効率のよいものを選ぶことが可能である。 The composite porous carbon material is obtained by depositing a carbonaceous material on the surface of the activated carbon. In particular, the pore distribution after the carbonaceous material is deposited inside the pores of the activated carbon is important. It can be defined by the amount of micropores and mesopores of the composite porous material after the carbonaceous material is deposited thereon. Even if the composite porous carbon material has a similar BET specific surface area, if the distribution of the micropore amount and the mesopore amount is different, the efficiency of the electricity storage device using the composite porous carbon material as an active material is greatly increased. May be different. That is, it is difficult to optimize efficiency by defining the BET specific surface area. On the other hand, the micropore amount and mesopore amount specified in the present invention can be selected to be efficient by selecting a specific range.
但し、本発明の効果である時定数が小さいことに加え、自己放電が少ないことを兼ね揃えた蓄電素子とするには、BET比表面積による最適化は重要である。その理由は定かではないが、例えば、BET比表面積が向上すると、電解液との接触面積も向上することにより、リーク電流の増大や自己放電の増大が起きやすいと考えられる。内部抵抗については、溶媒和したイオン半径と活物質の細孔サイズの最適化が重要で、これは先述したように、マイクロ孔及びメソ孔の分布によるところが大きいため一概に言えないが、BET比表面積の向上に従い、出力特性が向上し、内部抵抗は小さくなる傾向がある。 However, optimization by the BET specific surface area is important in order to obtain a power storage device that has both a small time constant, which is an effect of the present invention, and a small self-discharge. The reason is not clear, but for example, it is considered that when the BET specific surface area is improved, the contact area with the electrolytic solution is also improved, thereby increasing the leakage current and the self-discharge. For the internal resistance, it is important to optimize the solvated ionic radius and the pore size of the active material. As described above, this is largely due to the distribution of micropores and mesopores. As the surface area increases, the output characteristics improve and the internal resistance tends to decrease.
従って、本発明の複合多孔性炭素材料のBET比表面積は、好ましくは10m2/g以上1000m2/g未満であり、20〜500m2/gであるものがより好ましく、30〜400m2/gであるものが更に好ましい。
また、前述の熱処理方法により製造した複合多孔性炭素材料においては、一般の表面コーティングとは異なり、活性炭の表面に炭素質材料を被着させた後にも凝集がなく、該活性炭の平均粒径にほとんど変化がないことを特徴とする。このことと、細孔が減少し比表面積が低下していることから、本発明においては、被着する炭素質材料の原料となるピッチなどの揮発成分、あるいは、熱分解成分の大部分は、活性炭細孔内に被着し、この被着成分が炭素質材料となる反応が進行したものと推測できる。
Therefore, BET specific surface area of the composite porous carbon material of the present invention is preferably less than 10 m 2 / g or more 1000 m 2 / g, more preferably those which are 20~500m 2 / g, 30~400m 2 / g Is more preferred.
In addition, in the composite porous carbon material produced by the heat treatment method described above, unlike the general surface coating, there is no aggregation even after the carbonaceous material is deposited on the surface of the activated carbon, and the average particle diameter of the activated carbon is reduced. Characterized by almost no change. Because of this and the reduction in pores and the specific surface area, in the present invention, most of the volatile components such as pitch or the pyrolysis component used as the raw material for the carbonaceous material to be deposited are: It can be inferred that the reaction in which the deposited components are deposited in the pores of the activated carbon and the deposited component becomes a carbonaceous material has progressed.
上記、細孔構造(マイクロ量、メソ孔量が満たすべき数式)を実現するためには、一般に、炭素質材料/活性炭の質量比(以下、複合比という)が0.25〜1.00程度となる。容量を重視する場合には複合比が0.25〜0.45の範囲が好ましく、効率を重視する場合には複合比が0.55〜1.00の範囲が好ましい。ただし、複合比がこの範囲内にあっても、上記細孔構造が範囲内にない場合、期待する効果が得られない。この複合比は、製造条件、例えば活性炭と被着する炭素質材料の原料となる炭素質材料前駆体、例えばピッチの仕込比率、該ピッチの軟化点などにより制御することが可能である。 In order to realize the above-mentioned pore structure (a formula that the micro amount and meso pore amount should satisfy), generally, the mass ratio of carbonaceous material / activated carbon (hereinafter referred to as composite ratio) is about 0.25 to 1.00. It becomes. When importance is attached to the capacity, the composite ratio is preferably in the range of 0.25 to 0.45. When importance is placed on the efficiency, the composite ratio is preferably in the range of 0.55 to 1.00. However, even if the composite ratio is within this range, the expected effect cannot be obtained if the pore structure is not within the range. This composite ratio can be controlled by manufacturing conditions, for example, a carbonaceous material precursor that is a raw material for the carbonaceous material to be deposited with activated carbon, for example, the charging ratio of the pitch, the softening point of the pitch, and the like.
複合多孔性炭素材料は活性炭に由来するアモルファス構造を有するが、同時に、主に被着した炭素質材料に由来する結晶構造を有する。X線広角回折法によると、複合多孔性材料は、(002)面の面間隔d002が3.60Å以上4.00Å以下であり、このピークの半価幅から得られるc軸方向の結晶子サイズLcが8.0Å以上20.0Å以下であるものが好ましく、d002が3.60Å以上3.75Å以下であり、このピークの半価幅から得られるc軸方向の結晶子サイズLcが11.0Å以上16.0Å以下であるものがより好ましい。 The composite porous carbon material has an amorphous structure derived from activated carbon, but at the same time has a crystal structure mainly derived from the deposited carbonaceous material. According to X-ray wide angle diffraction method, a composite porous material (002) plane face spacing d 002 of not more than 4.00Å than 3.60A, c-axis of the crystallites obtained from the half width of the peak The size Lc is preferably 8.0 to 20.0 and preferably d 002 is 3.60 to 3.75 and the crystallite size Lc in the c-axis direction obtained from the half width of this peak is 11 More preferably, it is not less than 0.01 and not more than 16.0.
本発明で使用する複合多孔性炭素材料の平均粒径は、1〜30μmであることが好ましい。ここで言う平均粒径とは、粒度分布測定装置を用いて粒度分布を測定した際、全体積を100%として累積カーブを求めたとき、その累積カーブが50%となる点の粒子径を50%径とし、その50%径(Median径)のことを指すものである。
平均粒径が1μm未満であると、活物質層の密度が低下してしまい、体積当たりの容量が低下し好ましくない。更には、平均粒径が小さいことは、時定数が小さいという特性は発現できるが、自己放電が大きくなりやすく、また耐久性が落ちるといった欠点も持つ。逆に、平均粒径が30μmより大きくなると、高速充放電には適さなくなる。従って、好ましくは1.5〜25μmであり、更に好ましくは、2〜20μmである。
The average particle size of the composite porous carbon material used in the present invention is preferably 1 to 30 μm. The average particle size referred to here is the particle size at which the cumulative curve becomes 50% when the cumulative curve is determined with the total volume being 100% when the particle size distribution is measured using a particle size distribution measuring device. % Diameter, and refers to the 50% diameter (Median diameter).
If the average particle size is less than 1 μm, the density of the active material layer is lowered, and the capacity per volume is undesirably lowered. Furthermore, the small average particle diameter can exhibit the characteristic that the time constant is small, but has the disadvantages that self-discharge tends to be large and the durability is lowered. On the contrary, if the average particle size is larger than 30 μm, it is not suitable for high-speed charge / discharge. Accordingly, the thickness is preferably 1.5 to 25 μm, more preferably 2 to 20 μm.
これらの複合多孔性炭素材料は単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
難黒鉛化性炭素材料においては、特に制限はないが、以下のものを好ましいものとして例示することができる。ナフタレン、アントラセンなどの低分子有機化合物;フェノール樹脂、フラン樹脂、フルフラール樹脂、セルロース系樹脂などの樹脂類;コールタールピッチ、酸素架橋石油ピッチ、石油又は石炭系ピッチなどのピッチ類などを原料とし、加熱又は焼成して得られる難黒鉛化性炭素材料などが挙げられる。ここで言う加熱又は焼成の方法は、公知の方法に従えばよい。例えば、上記原料を窒素などの不活性ガス雰囲気下中、500〜1200度程度の温度範囲で炭化することで得られる。
These composite porous carbon materials can be used alone or in combination of two or more.
The non-graphitizable carbon material is not particularly limited, but the following can be exemplified as preferable ones. Low molecular organic compounds such as naphthalene and anthracene; resins such as phenolic resin, furan resin, furfural resin, and cellulose resin; pitch materials such as coal tar pitch, oxygen-crosslinked petroleum pitch, petroleum or coal pitch, etc. Examples thereof include non-graphitizable carbon materials obtained by heating or baking. The method of heating or baking mentioned here may follow a known method. For example, it can be obtained by carbonizing the raw material in a temperature range of about 500 to 1200 degrees in an inert gas atmosphere such as nitrogen.
また、本発明で使用する難黒鉛化性炭素材料には、ポリアセン系物質も含む。ポリアセン系物質は、例えばフェノール樹脂等を炭化させることで得られるポリアセン構造を有する物質をいう。
上記のように加熱又は焼成して得られたものをそのまま用いても良いし、更に賦活などの処理で細孔容積を増加させたものを用いても構わない。また、必要に応じて、ボールミル等の既知の粉砕機を用いて粉砕させたものを用いても構わない。
Further, the non-graphitizable carbon material used in the present invention includes a polyacene-based substance. A polyacene-type substance means the substance which has a polyacene structure obtained by carbonizing a phenol resin etc., for example.
What was heated or baked as mentioned above may be used as it is, and further, what increased the pore volume by treatment such as activation may be used. Moreover, you may use what was grind | pulverized using known grinders, such as a ball mill, as needed.
これらの難黒鉛化性炭素材料は単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
本発明で使用する難黒鉛化性炭素材料の比表面積は、BET法により測定される比表面積で好ましくは1m2/g以上1000m2/g未満であり、3〜100m2/gであるものがより好ましく、4〜20m2/gであるものが更に好ましい。
BET比表面積が1m2/g以上の場合には、十分なエネルギー密度が得られる。一方、BET比表面積が1000m2/g未満の場合には、耐久性に優れることが判明した。その理由は定かではないが、例えば、BET比表面積の向上に伴い電解液との接触面積も向上することにより、リーク電流の増大や自己放電の増大が起きやすいためと考えられる。
These non-graphitizable carbon materials can be used alone or in combination of two or more.
The specific surface area of the non-graphitizable carbon material used in the present invention, preferably a specific surface area as measured by BET method is less than 1 m 2 / g or more 1000 m 2 / g, those that are 3~100m 2 / g More preferable is 4 to 20 m 2 / g.
When the BET specific surface area is 1 m 2 / g or more, a sufficient energy density can be obtained. On the other hand, it was found that when the BET specific surface area is less than 1000 m 2 / g, the durability is excellent. The reason for this is not clear, but it is considered that, for example, an increase in the contact area with the electrolyte accompanying an increase in the BET specific surface area tends to cause an increase in leakage current and an increase in self-discharge.
本発明で使用する難黒鉛化性炭素材料の結晶構造は、X線広角回折法で得られる(002)面の面間隔(以下、d002とする)が0.341nm以上0.390nm以下であることが好ましい。ここでいうd002は、X線としてCuKα線を用い、高純度シリコンを標準物質に使用して難黒鉛化性炭素材料の(002)面の回折ピークを測定し、そのピーク位置から算出したものである。 The crystal structure of the non-graphitizable carbon material used in the present invention is obtained by X-ray wide angle diffraction method (002) plane of the surface interval (hereinafter referred to as d 002) is less than 0.390nm than 0.341nm It is preferable. D 002 here is calculated from the peak position of a non-graphitizable carbon material measured on the (002) plane using CuKα rays as X-rays and using high-purity silicon as a standard substance. It is.
d002が0.341nm未満になると、結晶性が向上し、難黒鉛化性炭素材料ではなくなってしまう。結晶性が向上すると、充放電時のリチウムイオンの出入りは遅くなり出力特性が落ちてしまう。また、0.390nmより大きくなると、結晶性の著しい低下に伴い、耐久性特性が落ちてしまう。従って、好ましくは0.350nm以上0.385nm以下であり、更に好ましくは0.360nm以上0.380nm以下である。 When d 002 is less than 0.341Nm, crystallinity is improved, no longer a non-graphitizable carbon material. When the crystallinity is improved, the entry / exit of lithium ions at the time of charging / discharging is delayed and the output characteristics are degraded. On the other hand, if the thickness is larger than 0.390 nm, the durability characteristics are deteriorated along with the significant decrease in crystallinity. Therefore, it is preferably 0.350 nm or more and 0.385 nm or less, and more preferably 0.360 nm or more and 0.380 nm or less.
本発明で使用する黒鉛化性炭素材料の細孔構造は特に制限されないが、メソ孔量Vm1とマイクロ孔量Vm2が.001≦Vm1<0.01 かつ0.001≦Vm2<0.01の炭素材料であることが好ましい。ここでいうメソ孔量Vm1とマイクロ孔量Vm2は、前述の「活性炭の表面に炭素質材料を有する複合多孔性炭素材料」に関する説明で行った定義と同じである。 The pore structure of the graphitizable carbon material used in the present invention is not particularly limited, but the mesopore volume Vm1 and the micropore volume Vm2 are. A carbon material satisfying 001 ≦ Vm1 <0.01 and 0.001 ≦ Vm2 <0.01 is preferable. The mesopore volume Vm1 and the micropore volume Vm2 here are the same as the definitions made in the description regarding the above-mentioned “composite porous carbon material having a carbonaceous material on the surface of activated carbon”.
Vm1、Vm2共に0.01以上になると、細孔の増大に伴い、出力特性は向上するが、活物質層の密度を大きく上げることができなくなり、体積当たりの容量の低下を招くことや、電解液との接触面積の向上に伴い、リーク電流の増加を招くことで耐久性の低下を引く起こしやすくなる。従って、好ましくはVm1<0.0095 かつVm2<0.0070であり、更に好ましくはVm1<0.0085 かつVm2<0.0050である。 When both Vm1 and Vm2 are 0.01 or more, the output characteristics improve as the pores increase, but the density of the active material layer cannot be increased greatly, leading to a decrease in capacity per volume, As the contact area with the liquid is improved, an increase in leakage current is likely to cause a decrease in durability. Accordingly, Vm1 <0.0095 and Vm2 <0.0070 are preferable, and Vm1 <0.0085 and Vm2 <0.0050 are more preferable.
本発明で使用する難黒鉛化性炭素材料の平均粒径は、5〜30μmであることが好ましい。ここで言う平均粒径とは、粒度分布測定装置を用いて粒度分布を測定した際、全体積を100%として累積カーブを求めたとき、その累積カーブが50%となる点の粒子径を50%径とし、その50%径(Median径)のことを指すものである。
平均粒径が5μm未満であると、活物質層の密度が低下してしまい、体積当たりの容量が低下し好ましくない。更には、平均粒径が小さいことは耐久性が落ちるといった欠点も持つ。逆に、平均粒径が30μmより大きくなると、高速充放電には適さなくなる。従って、好ましくは6〜25μmであり、更に好ましくは、7〜20μmである。
The average particle size of the non-graphitizable carbon material used in the present invention is preferably 5 to 30 μm. The average particle size referred to here is the particle size at which the cumulative curve becomes 50% when the cumulative curve is determined with the total volume being 100% when the particle size distribution is measured using a particle size distribution measuring device. % Diameter, and refers to the 50% diameter (Median diameter).
When the average particle size is less than 5 μm, the density of the active material layer is lowered, and the capacity per volume is lowered, which is not preferable. Furthermore, having a small average particle size has the disadvantage that durability is reduced. On the contrary, if the average particle size is larger than 30 μm, it is not suitable for high-speed charge / discharge. Accordingly, the thickness is preferably 6 to 25 μm, and more preferably 7 to 20 μm.
尚、本発明で使用する負極活物質は、主成分(全体の50質量%以上)を「活性炭の表面に炭素質材料を有する複合多孔性炭素材料または難黒鉛化性炭素材料」とするものであり、この主成分を中心材として他の材料を被覆したもの(複合物)、他の材料を中心材にして前記主成分を被覆したもの(複合物)、および前記主成分に他の材料を混合したもの(混合物)であってもよい。 The negative electrode active material used in the present invention has a main component (50% by mass or more of the whole) as “a composite porous carbon material or a non-graphitizable carbon material having a carbonaceous material on the surface of activated carbon”. Yes, with the main component as a central material and other materials coated (composite), other materials as the central material with the main components coated (composite), and the main components with other materials It may be a mixture (mixture).
他の材料とは、黒鉛、易黒鉛化性炭素材料、難黒鉛化性炭素材料、活性炭の表面に炭素質材料を被着させた複合多孔性材料、ポリアセン系物質などのアモルファス炭素質材料、ケッチェンブラックやアセチレンブラックといったカーボンブラック、カーボンナノチューブ、フラーレン、カーボンナノフォーン、繊維状炭素質材料などで、上記好ましい炭素材料に入らない炭素質材料や、リチウムチタン複合酸化物、導電性高分子など、公知のリチウムイオン二次電池用負極材料のことを示す。 Other materials include graphite, graphitizable carbon material, non-graphitizable carbon material, composite porous material with activated carbon surface coated with carbonaceous material, amorphous carbonaceous material such as polyacene, kettle Carbon black, carbon nanotubes such as chain black and acetylene black, carbon nanotubes, fullerenes, carbon nanophones, fibrous carbonaceous materials, etc., carbonaceous materials that do not fit into the preferred carbon materials, lithium titanium composite oxides, conductive polymers, etc. It shows a known negative electrode material for lithium ion secondary batteries.
[正極活物質について]
次に、本発明の非水系リチウム型蓄電素子を構成する正極活物質について説明する。
一般的な非水系リチウム型蓄電素子の正極活物質には、活性炭、ポリアセン系物質などのアモルファス炭素質材料、ケッチェンブラックやアセチレンブラックといったカーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンエアロゲルなどの炭素質材料を使用することができる。
本発明の非水系リチウム型蓄電素子では、正極活物質の主成分として活性炭を使用する。これにより、非水系リチウム型蓄電素子の時定数を小さくでき、電子伝導性が高くなり、イオン拡散性が高くなる。
[Positive electrode active material]
Next, the positive electrode active material that constitutes the non-aqueous lithium storage element of the present invention will be described.
For the positive electrode active material of a general non-aqueous lithium-type storage element, amorphous carbonaceous materials such as activated carbon and polyacenic materials, carbon blacks such as ketjen black and acetylene black, carbonaceous materials such as carbon nanotubes and carbon aerogels are used. can do.
In the non-aqueous lithium storage element of the present invention, activated carbon is used as the main component of the positive electrode active material. As a result, the time constant of the non-aqueous lithium storage element can be reduced, the electron conductivity is increased, and the ion diffusibility is increased.
活性炭の原料として用いる炭素質材料としては、一般に、活性炭原料として用いられるものであれば特に限定されるものではない。例えば、(a) 木材、木粉、ヤシ殻、パルプ製造時の副産物、バカス、廃糖蜜などの植物系原料、(b) 泥炭、亜炭、褐炭、瀝青炭、無煙炭、石油蒸留残渣成分、石油ピッチ、コークス、コールタールなどの化石系原料、(c)フェノール樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、レゾルシノール樹脂、セルロイド、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂などの各種合成樹脂、(d)ポリブチレン、ポリブタジエン、ポリクロロプレンなどの合成ゴム、その他合成木材、合成パルプなど、或いは、それらの炭化物が挙げられる。これらの原料の中でも、ヤシ殻、木粉などの植物系原料、又はそれらの炭化物が好ましく、ヤシ殻炭化物が特に好ましい。 The carbonaceous material used as a raw material for activated carbon is not particularly limited as long as it is generally used as a raw material for activated carbon. For example, (a) plant raw materials such as wood, wood flour, coconut shell, pulp by-products, bacas, molasses, (b) peat, lignite, lignite, bituminous coal, anthracite, petroleum distillation residue components, petroleum pitch, Fossil raw materials such as coke and coal tar, (c) Various syntheses such as phenol resin, vinyl chloride resin, vinyl acetate resin, melamine resin, urea resin, resorcinol resin, celluloid, epoxy resin, polyurethane resin, polyester resin, polyamide resin, etc. Examples thereof include resins, (d) synthetic rubbers such as polybutylene, polybutadiene, and polychloroprene, other synthetic wood, synthetic pulp, and their carbides. Among these raw materials, plant raw materials such as coconut shells and wood flour, or carbides thereof are preferable, and coconut shell carbides are particularly preferable.
これらの原料を活性炭とするための炭化、賦活方式としては、例えば、固定床方式、移動床方式、流動床方式、スラリー方式、ロータリーキルン方式などの公知の方式を採用できる。
これらの原料の炭化方法としては、窒素、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴン、キセノン、ネオン、一酸化炭素、燃焼排ガスなどの不活性ガス、或いはこれらの不活性ガスを主成分とした他のガスとの混合ガスを使用して、400〜700℃(特に450〜600℃)程度で30分〜10時間程度焼成する方法が挙げられる。
As carbonization and activation methods for using these raw materials as activated carbon, known methods such as a fixed bed method, a moving bed method, a fluidized bed method, a slurry method, and a rotary kiln method can be employed.
As a carbonization method of these raw materials, nitrogen, carbon dioxide, helium, argon, xenon, neon, carbon monoxide, an exhaust gas such as combustion exhaust gas, or other gases mainly composed of these inert gases. The method of baking for about 30 minutes to about 10 hours at about 400-700 degreeC (especially 450-600 degreeC) using mixed gas is mentioned.
上記炭化方法により得られた炭化物の賦活方法としては、水蒸気、二酸化炭素、酸素などの賦活ガスを用いて焼成するガス賦活法が用いられる。このうち、賦活ガスとして、水蒸気又は二酸化炭素を使用する方法が好ましい。
この賦活方法では、賦活ガスを0.5〜3.0kg/h(特に0.7〜2.0kg/h)の割合で供給しながら、上記炭化物を3〜12時間(好ましくは5〜11時間、さらに好ましくは6〜10時間)かけて800〜1000℃まで昇温して賦活するのが好ましい。
As a method for activating the carbide obtained by the carbonization method, a gas activation method in which firing is performed using an activation gas such as water vapor, carbon dioxide, or oxygen is used. Among these, a method using water vapor or carbon dioxide as the activation gas is preferable.
In this activation method, the carbide is supplied for 3 to 12 hours (preferably 5 to 11 hours) while supplying the activation gas at a rate of 0.5 to 3.0 kg / h (particularly 0.7 to 2.0 kg / h). Furthermore, it is preferable to activate by heating to 800 to 1000 ° C. over 6 to 10 hours).
さらに、上記炭化物の賦活処理に先立ち、あらかじめ上記炭化物を1次賦活してもよい。この1次賦活では、通常、炭素質材料を水蒸気、二酸化炭素、酸素などの賦活ガスを用いて、900℃未満の温度で焼成してガス賦活すればよい。
上記炭化方法における焼成温度/時間と、上記賦活方法における賦活ガス供給量/昇温速度/最高賦活温度とを適宜組み合わせることにより、以下の特徴を有する活性炭を製造することができる。
Furthermore, prior to the activation treatment of the carbide, the carbide may be activated in advance. In this primary activation, the carbonaceous material is usually fired at a temperature of less than 900 ° C. using an activation gas such as water vapor, carbon dioxide, oxygen, etc. to activate the gas.
Activated carbon having the following characteristics can be produced by appropriately combining the firing temperature / time in the carbonization method and the activation gas supply amount / temperature increase rate / maximum activation temperature in the activation method.
<活性炭の好ましい形態>
本発明の非水系リチウム型蓄電素子は、前記正極活物質の主成分である活性炭が下記の条件(1) 〜(3) を満たすことが好ましい。
(1)BJH法で算出されたメソ孔量(直径が2nm以上50nm以下である細孔の量)V1(cc/g)が、0.3<V1≦0.8である。
(2)MP法で算出されたマイクロ孔量(直径が2nm未満である細孔の量)V2が、0.5≦V2<0.30である。
(3)BET法により測定された比表面積が1500m2/g以上3000m2/g以下である。
<Preferred form of activated carbon>
In the non-aqueous lithium-type energy storage device of the present invention, the activated carbon that is the main component of the positive electrode active material preferably satisfies the following conditions (1) to (3).
(1) Mesopore amount (amount of pores having a diameter of 2 nm to 50 nm) V1 (cc / g) calculated by the BJH method is 0.3 <V1 ≦ 0.8.
(2) The amount of micropores (the amount of pores having a diameter of less than 2 nm) V2 calculated by the MP method is 0.5 ≦ V2 <0.30.
(3) The specific surface area measured by the BET method is 1500 m 2 / g or more and 3000 m 2 / g or less.
蓄電素子の出力特性を大きくする点で、メソ孔量V1が0.3cc/gより大きい値であることが好ましく、また、蓄電素子の容量の低下を抑える点から、0.8cc/g以下であることが好ましい。また、より好ましくは0.35cc/g以上、0.7cc/g以下、さらに好ましくは、0.4cc/g以上、0.6cc/g以下である。
一方、マイクロ孔量V2は、活性炭の比表面積を大きくし、容量を増加させるために、0.5cc/g以上であることが好ましく、また、活性炭の嵩を抑え、電極としての密度を増加し、単位体積あたりの容量を増加させるという点から、1.0cc/g以下であることが好ましい。また、より好ましくは、0.6cc/g以上、1.0cc/g以下、さらに好ましくは、0.8cc/g以上、1.0cc/g以下である。
The mesopore volume V1 is preferably a value larger than 0.3 cc / g from the viewpoint of increasing the output characteristics of the storage element, and is 0.8 cc / g or less from the viewpoint of suppressing a reduction in the capacity of the storage element. Preferably there is. More preferably, it is 0.35 cc / g or more and 0.7 cc / g or less, More preferably, it is 0.4 cc / g or more and 0.6 cc / g or less.
On the other hand, the micropore volume V2 is preferably 0.5 cc / g or more in order to increase the specific surface area of the activated carbon and increase the capacity, and also suppresses the bulk of the activated carbon and increases the density as an electrode. From the viewpoint of increasing the capacity per unit volume, it is preferably 1.0 cc / g or less. Moreover, More preferably, they are 0.6 cc / g or more and 1.0 cc / g or less, More preferably, they are 0.8 cc / g or more and 1.0 cc / g or less.
また、メソ孔量V1とマイクロ孔量V2は、0.3≦V1/V2≦0.9の範囲にあることが好ましい。これは、マイクロ孔量に比べてメソ孔量が多く、容量を得ながら、出力特性の低下を抑えるという点から、V1/V2が0.3以上であることが好ましく、また、メソ孔量に比べてマイクロ孔量が多く、出力特性を得ながら、容量の低下を抑えるという点から、V1/V2は0.9以下であることが好ましい。また、より好ましい範囲は、0.4≦V1/V2≦0.7、さらに好ましい範囲は、0.55≦V1/V2≦0.7である。 The mesopore volume V1 and the micropore volume V2 are preferably in the range of 0.3 ≦ V1 / V2 ≦ 0.9. This is because the amount of mesopores is larger than the amount of micropores, and it is preferable that V1 / V2 is 0.3 or more from the viewpoint of suppressing the decrease in output characteristics while obtaining the capacity. Compared to the fact that the amount of micropores is larger than that of the above, and the output characteristics are obtained while suppressing the decrease in capacity, V1 / V2 is preferably 0.9 or less. A more preferable range is 0.4 ≦ V1 / V2 ≦ 0.7, and a further preferable range is 0.55 ≦ V1 / V2 ≦ 0.7.
また、正極活物質として使用される活性炭の平均細孔径は、出力を最大にする点から、1.7nm以上であることが好ましく、1.8nm以上であることがより好ましく、2.0nm以上であることが最も好ましい。また、容量を最大にする点から、2.5nm以下であることが好ましい。前記平均細孔径とは、液体窒素温度における各相対圧力下での窒素ガスの各平衡吸着量を測定して得られる、質量あたりの全細孔容積を、BET比表面積で除して求めたものを示す。 In addition, the average pore diameter of the activated carbon used as the positive electrode active material is preferably 1.7 nm or more, more preferably 1.8 nm or more, and more preferably 2.0 nm or more from the viewpoint of maximizing the output. Most preferably it is. Moreover, it is preferable that it is 2.5 nm or less from the point which maximizes a capacity | capacitance. The average pore diameter is obtained by dividing the total pore volume per mass by the BET specific surface area obtained by measuring each equilibrium adsorption amount of nitrogen gas under each relative pressure at liquid nitrogen temperature. Indicates.
さらに、正極活物質として使用される活性炭は、そのBET比表面積が1500m2/g以上、3000m2/g以下が好ましい。より好ましくは、1500m2/g以上、2500m2/g以下である。BET比表面積が1500m2/g未満の場合には、十分なエネルギー密度が得られず、一方、BET比表面積が3000m2/gを超える場合には、バインダーを多量に入れないと十分な電極の強度を保てないため、体積当りの性能が低下する。
尚、本発明で使用する正極活物質は、主成分(全体の50質量%以上)を活性炭とするものであるが、蓄電素子のエネルギー密度を向上させるという観点から、リチウムイオン二次電池の正極活物質として公知のリチウムイオンを吸蔵放出する金属酸化物、例えば、コバルト酸リチウムを50質量%未満の範囲で添加してもよい。
Furthermore, the activated carbon used as the positive electrode active material preferably has a BET specific surface area of 1500 m 2 / g or more and 3000 m 2 / g or less. More preferably, 1500 m 2 / g or more, or less 2500 m 2 / g. When the BET specific surface area is less than 1500 m 2 / g, a sufficient energy density cannot be obtained. On the other hand, when the BET specific surface area exceeds 3000 m 2 / g, a sufficient amount of binder must be added without adding a large amount of binder. Since the strength cannot be maintained, the performance per volume decreases.
The positive electrode active material used in the present invention has activated carbon as the main component (50% by mass or more of the whole). From the viewpoint of improving the energy density of the storage element, the positive electrode of the lithium ion secondary battery. A metal oxide that occludes and releases known lithium ions as an active material, for example, lithium cobaltate may be added in an amount of less than 50% by mass.
[負極活物質層のエッジ率について]
本発明の非水系リチウム型蓄電素子は、負極活物質層の平面積S(cm2)に対する、前記負極活物質層の平面視における外形線の全長L(cm)の比率であるエッジ率(L/S)が、0.10<L/S<1.00を満たすものである。これにより、前述した特定の炭素材料を負極活物質とすることで得られる、時定数を小さくできる効果を保持しながら、自己放電を少なくすることができる。
[Edge rate of negative electrode active material layer]
The non-aqueous lithium storage element of the present invention has an edge ratio (L) that is the ratio of the total length L (cm) of the outline in a plan view of the negative electrode active material layer to the flat area S (cm 2 ) of the negative electrode active material layer. / S) satisfies 0.10 <L / S <1.00. Thereby, the self-discharge can be reduced while maintaining the effect of reducing the time constant obtained by using the specific carbon material described above as the negative electrode active material.
負極活物質層のエッジ部は、電荷の集中が起き易く、電荷のリークが激しいと考えられる。そのため、負極活物質層の平面視におけるエッジ部の割合が少ないほど自己放電を抑制できるが、L/Sが1.00未満であれば負極活物質層のエッジ率が十分に小さく、自己放電を抑制する効果が顕著に得られるものと考えられる。また、L/Sの下限値を「0.10より大きい」とした理由は、負極活物質層の平面視の形状(縦長および横長の場合の最長の長さ)および面積が、蓄電素子の設計上、好ましい範囲に収まるからである。負極活物質層のエッジ率(L/S)は、好ましくは0.10<L/S<0.80とし、更に好ましくは0.10<L/S<0.75とする。 It is considered that charge concentration tends to occur at the edge portion of the negative electrode active material layer, and charge leakage is severe. Therefore, self-discharge can be suppressed as the ratio of the edge portion in a plan view of the negative electrode active material layer is smaller. However, if L / S is less than 1.00, the edge rate of the negative electrode active material layer is sufficiently small and self-discharge is prevented. It is considered that the suppressing effect is remarkably obtained. The reason why the lower limit value of L / S is set to “greater than 0.10” is that the shape and area of the negative electrode active material layer in plan view (the longest length in the case of portrait and landscape) and the area are It is because it falls within the preferable range. The edge ratio (L / S) of the negative electrode active material layer is preferably 0.10 <L / S <0.80, and more preferably 0.10 <L / S <0.75.
負極活物質層の平面視における外形線の全長(以下、これを「周長」と称する)Lは、例えば、負極活物質層が負極集電体の上に平面視で長方形状に塗布されている場合には、その長方形の四辺の長さの和となる。
負極活物質層が、負極集電体の両面に形成されている場合は、両負極活物質層の周長および平面積の平均値を、各負極活物質層の周長および平面積とする。また、負極集電体に負極外部リードを接続するための耳部を設ける場合は、その部分には負極活物質層が形成されない。図3の例では、長方形の負極集電体1に長方形の耳部2が形成されているため、負極活物質層3の平面形状は長方形であるが、負極活物質層3の平面形状は長方形の一部が欠けた形状となる場合もある。負極活物質層の平面形状に基づいて平面積Sと周長Lを算出する必要がある。
The total length (hereinafter referred to as “peripheral length”) L of the outer line in plan view of the negative electrode active material layer is, for example, that the negative electrode active material layer is applied in a rectangular shape on the negative electrode current collector in plan view. If it is, it is the sum of the lengths of the four sides of the rectangle.
In the case where the negative electrode active material layers are formed on both surfaces of the negative electrode current collector, the average values of the peripheral length and the flat area of both negative electrode active material layers are set as the peripheral length and the flat area of each negative electrode active material layer. Further, in the case where an ear for connecting the negative electrode external lead to the negative electrode current collector is provided, the negative electrode active material layer is not formed in that portion. In the example of FIG. 3, the rectangular shape of the negative electrode
[時定数について]
本発明の非水系リチウム型蓄電素子は、以下の定義による時定数が3.0以下であることが好ましく、2.0以下であることがより好ましく、1.5以下であることがさらに好ましい。この時定数の定義は、蓄電素子を、25℃で500Cの放電電流にて放電した際の内部抵抗値R(Ω)と、25℃で1Cの放電電流にて放電した際のセル容量C(F)との積RC(Ω・F)である。
時定数が3.0より大きくなると、セルの出力特性は低くなり、特に大電流使用時に、セルのジュール発熱量がより大きくなってしまう。このことは、多数のセルを直列化したモジュールを考えたとき、モジュールシステムからの発熱が大きくなるほど冷却システムにかかる設備・コストは大きくなるので好ましくない。
[About time constants]
In the non-aqueous lithium storage element of the present invention, the time constant according to the following definition is preferably 3.0 or less, more preferably 2.0 or less, and further preferably 1.5 or less. This time constant is defined by the internal resistance value R (Ω) when the storage element is discharged at a discharge current of 500 C at 25 ° C. and the cell capacity C (when the discharge is discharged at a discharge current of 1 C at 25 ° C. F) and the product RC (Ω · F).
When the time constant is larger than 3.0, the output characteristics of the cell are lowered, and particularly when a large current is used, the Joule heat generation amount of the cell becomes larger. This is not preferable when considering a module in which a large number of cells are connected in series, because the larger the heat generated from the module system, the greater the equipment and cost required for the cooling system.
内部抵抗R(Ω)は、放電レート500Cにおける放電カーブをもとに算出する。具体的には、先ず、放電レート500Cおける電圧−放電容量の関係を示す放電カーブにおいて、放電前半における直線傾向にあるカーブを一次関数にフィッティングする。次に、その直線の切片(電圧軸との交点)である電圧値Eと初期電圧E0から、電圧降下:ΔE1(V)=E0−Eを算出する。そのΔE1と放電電流値I(A)から、内部抵抗R(Ω)をR=ΔE1/Iより算出する。 The internal resistance R (Ω) is calculated based on a discharge curve at a discharge rate of 500C. Specifically, first, in a discharge curve showing the relationship between voltage and discharge capacity at a discharge rate of 500 C, a curve having a linear tendency in the first half of discharge is fitted to a linear function. Next, a voltage drop: ΔE 1 (V) = E 0 −E is calculated from the voltage value E which is an intercept of the straight line (intersection with the voltage axis) and the initial voltage E 0 . From the ΔE 1 and the discharge current value I (A), the internal resistance R (Ω) is calculated from R = ΔE 1 / I.
セル容量C(F)は、放電レート1Cの放電電流にて放電した際のセル容量である。具体的には、上記条件における放電をした際の電圧差ΔE2(V)と放電量As(Q)から、セル容量C(F)を、C=As/ΔE2より算出する。
同じ電極体を複数積層した電極積層体においては、電極体が並列接続されているため、積層数が2倍になれば内部抵抗Rが1/2になるとともにセル容量Cが2倍になる。従って、積層数を増減させても時定数には変化はないので、時定数を用いることで積層数の差異による影響を受けずに蓄電素子の評価を行うことができる。
The cell capacity C (F) is a cell capacity when discharged with a discharge current having a discharge rate of 1C. Specifically, the cell capacity C (F) is calculated from C = As / ΔE 2 from the voltage difference ΔE 2 (V) when discharged under the above conditions and the discharge amount As (Q).
In an electrode stack in which a plurality of the same electrode bodies are stacked, the electrode bodies are connected in parallel. Therefore, if the number of stacked layers is doubled, the internal resistance R is halved and the cell capacitance C is doubled. Accordingly, since the time constant does not change even when the number of stacked layers is increased or decreased, the storage element can be evaluated without being affected by the difference in the number of stacked layers by using the time constant.
[その他の要素について]
次に、本発明の非水系リチウム型蓄電素子を構成するその他の要素について説明する。
集電体の材質は、蓄電素子にした際、溶出や反応などの劣化がおこらない金属箔であれば特に制限はなく、例えば、銅箔、アルミニウム箔などが挙げられる。本発明の非水系リチウム型蓄電素子においては、正極集電体をアルミニウム箔、負極集電体を銅箔とすることが好ましい。
また、集電体は貫通孔を持たない通常の金属箔でも良いし、貫通孔を有する金属箔でも構わない。集電体の厚さは、特に制限はないが、1μmより小さいと電極体の形状や強度を十分に保持できなくなり、100μmより大きいと蓄電素子として質量及び体積が大きくなりすぎ、質量及び体積当たりの性能が劣ってしまうため、1〜100μmが好ましい。
[Other elements]
Next, other elements constituting the non-aqueous lithium storage element of the present invention will be described.
The material of the current collector is not particularly limited as long as it is a metal foil that does not deteriorate, such as elution or reaction, when used as a power storage element, and examples thereof include copper foil and aluminum foil. In the non-aqueous lithium storage element of the present invention, the positive electrode current collector is preferably an aluminum foil and the negative electrode current collector is preferably a copper foil.
The current collector may be a normal metal foil having no through hole, or a metal foil having a through hole. The thickness of the current collector is not particularly limited, but if it is smaller than 1 μm, the shape and strength of the electrode body cannot be sufficiently maintained, and if it is larger than 100 μm, the mass and volume of the electricity storage device become too large. 1 to 100 μm is preferable.
活物質層には、前述した正極活物質及び負極活物質以外に、公知のリチウムイオン電池、キャパシタ等で活物質層に含まれる公知の成分を用いることができる。例えば、バインダー、導電フィラー、および/または増粘剤を含ませることができ、その種類には特に制限はない。以下、非水系リチウム型蓄電素子における活物質層の成分について、その詳細を述べる。 In addition to the positive electrode active material and the negative electrode active material described above, known components contained in the active material layer in known lithium ion batteries, capacitors, and the like can be used for the active material layer. For example, a binder, a conductive filler, and / or a thickener can be included, and the type thereof is not particularly limited. Hereinafter, the details of the components of the active material layer in the non-aqueous lithium storage element will be described.
活物質層には、必要に応じ導電性フィラーを添加してもよく、例えばカーボンブラックなどが挙げられる。その添加量は、活物質100質量%に対して0〜30質量%が好ましく、1〜20質量%がより好ましい。導電性フィラーは、高出力密度の観点からは、混合したほうが好ましいが、30質量%より多いと、電極層に占める活物質量の割合が下がり、体積当たりの出力密度が低下するので好ましくない。 If necessary, a conductive filler may be added to the active material layer, and examples thereof include carbon black. 0-30 mass% is preferable with respect to 100 mass% of active materials, and, as for the addition amount, 1-20 mass% is more preferable. The conductive filler is preferably mixed from the viewpoint of high power density. However, if it is more than 30% by mass, the proportion of the active material in the electrode layer is lowered, and the power density per volume is lowered.
上記の活物質、更に必要に応じて添加された導電性フィラーを、活物質層として集電体上に固着させるために、バインダーとして、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ素ゴム、スチレンブタジエン共重合体、セルロース誘導体などを用いることができ、その添加量は活物質100質量%に対して3〜20質量%の範囲が好ましく、5〜15質量%の範囲がより好ましい。バインダーの添加量が20質量%よりも多いと、活物質の表面をバインダーが覆ってしまい、イオンの出入りが遅くなり高出力密度が得られなくなるため好ましくない。また、バインダーの添加量が3質量%未満であると、活物質層を集電体上に固着することが難しい。 In order to fix the above-mentioned active material, and further optionally added conductive filler on the current collector as an active material layer, as a binder, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), Fluororubber, styrene butadiene copolymer, cellulose derivative and the like can be used, and the addition amount thereof is preferably in the range of 3 to 20% by mass, more preferably in the range of 5 to 15% by mass with respect to 100% by mass of the active material. . When the added amount of the binder is more than 20% by mass, the surface of the active material is covered with the binder, and ions enter and exit slowly, so that a high output density cannot be obtained. Further, when the added amount of the binder is less than 3% by mass, it is difficult to fix the active material layer on the current collector.
尚、本発明の蓄電素子を構成する電極体(負極電極体および正極電極体)は、活物質層を集電体の上面(片面)のみに形成したものでも良いし、上下面(両面)に形成したものでも構わない。
活物質層を集電体に固着させた電極体において、活物質層の厚さは、通常、30〜200μm程度が好ましい。
活物質層の厚さが30μm未満であると、蓄電素子全体に対する活物質量の割合が少なくなり、エネルギー密度が低下する。更に、理由は定かではないが、電極内吸着イオン量が少ないことから、保存状態でのイオン放出量率が大きいため、電極電位変化も大きいことより、自己放電が大きい。
逆に、活物質層の厚さ200μmより大きくなると、上記のように自己放電は小さくなるが、電極内部の抵抗が大きくなり、出力密度が低下してしまう。
The electrode body (negative electrode body and positive electrode body) constituting the electricity storage device of the present invention may have an active material layer formed only on the upper surface (one surface) of the current collector, or on the upper and lower surfaces (both surfaces). It may be formed.
In the electrode body in which the active material layer is fixed to the current collector, the thickness of the active material layer is usually preferably about 30 to 200 μm.
When the thickness of the active material layer is less than 30 μm, the ratio of the amount of active material to the entire power storage element is reduced, and the energy density is reduced. Furthermore, although the reason is not clear, since the amount of ions adsorbed in the electrode is small, the rate of ion emission in the storage state is large, so that the change in electrode potential is large and self-discharge is large.
On the contrary, when the thickness of the active material layer is larger than 200 μm, the self-discharge is reduced as described above, but the resistance inside the electrode is increased and the output density is lowered.
電極体は、公知のリチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ等の電極製造技術により製造することが可能であり、例えば、活物質層を構成する各種材料を水または有機溶剤によりスラリー状にし、集電体上に塗布して乾燥し、必要に応じてプレスすることにより得られる。また、溶剤を使用せずに、活物質層を構成する各種材料を乾式で混合し、活物質をプレス成型した後、導電性の接着剤を用いて集電体に貼り付けることも可能である。 The electrode body can be manufactured by electrode manufacturing technology such as a known lithium ion battery or an electric double layer capacitor. For example, various materials constituting the active material layer are slurried with water or an organic solvent to collect current. It is obtained by applying on the body, drying, and pressing as necessary. In addition, various materials constituting the active material layer can be dry-mixed without using a solvent, the active material can be press-molded, and then attached to the current collector using a conductive adhesive. .
成型された正極電極体および負極電極体は、セパレータを介して積層され、ラミネートフィルムから形成された外装体内に挿入される。セパレータはリチウムイオン二次電池に用いられるポリエチレン製の微多孔膜もしくはポリプロピレン製の微多孔膜または電気二重層コンデンサで用いられるセルロース製の不織紙などを用いることができる。
セパレータの厚さは10μm以上50μm以下が好ましい。10μm未満の厚さでは、内部のマイクロショートによる自己放電が大きくなるため好ましくない。また、50μmより厚いと、蓄電素子のエネルギー密度が減少するだけでなく、出力特性も低下するため好ましくない。
The molded positive electrode body and negative electrode body are laminated via a separator and inserted into an exterior body formed from a laminate film. As the separator, a polyethylene microporous film or a polypropylene microporous film used in a lithium ion secondary battery, or a cellulose non-woven paper used in an electric double layer capacitor can be used.
The thickness of the separator is preferably 10 μm or more and 50 μm or less. A thickness of less than 10 μm is not preferable because self-discharge due to an internal micro short circuit increases. On the other hand, when the thickness is larger than 50 μm, not only the energy density of the electricity storage device is reduced but also the output characteristics are deteriorated, which is not preferable.
外装体に使用されるラミネートフィルムは、金属箔と樹脂フィルムを積層したフィルムが好ましく、外層樹脂フィルム/金属箔/内装樹脂フィルムからなる3層構成のものが例示される。外層樹脂フィルムは接触等により金属箔が損傷を受けることを防止するためのものであり、ナイロンやポリエステル等の樹脂が好適に使用できる。金属箔は水分やガスの透過を防ぐためのものであり、銅、アルミニウム、ステンレス等の箔が好適に使用できる。また、内装樹脂フィルムは、内部に収納する電解液から金属箔を保護するとともに、ヒートシール時に溶融封口させるためのものであり、ポリオレフィン、酸変成ポリオレフィンが好適に使用できる。 The laminate film used for the exterior body is preferably a film in which a metal foil and a resin film are laminated, and an example of a three-layer structure comprising an outer layer resin film / metal foil / interior resin film is exemplified. The outer layer resin film is for preventing the metal foil from being damaged by contact or the like, and a resin such as nylon or polyester can be suitably used. The metal foil is for preventing the permeation of moisture and gas, and foils of copper, aluminum, stainless steel, etc. can be suitably used. The interior resin film protects the metal foil from the electrolyte contained therein and melts and seals it during heat sealing, and polyolefins and acid-modified polyolefins can be suitably used.
本発明の非水系リチウム型蓄電素子に用いられる非水系電解液の溶媒としては、炭酸エチレン(EC)、炭酸プロピレン(PC)に代表される環状炭酸エステル、炭酸ジエチル(DEC)、炭酸ジメチル(DMC)、炭酸エチルメチル(MEC)に代表される鎖状炭酸エステル、γ−ブチロラクトン(γBL)などのラクトン類、ならびにこれらの混合溶媒を用いることができる。 Examples of the solvent for the non-aqueous electrolyte solution used in the non-aqueous lithium storage element of the present invention include ethylene carbonate (EC), cyclic carbonate represented by propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC). ), Chain carbonates typified by ethyl methyl carbonate (MEC), lactones such as γ-butyrolactone (γBL), and mixed solvents thereof.
さらに、本発明の蓄電素子の時定数を小さく、かつ自己放電を少なくするには、明確な理由は定かではないが、電解液の粘度、解離度、移動度のバランスが重要である。従って、低粘度である鎖状炭酸エステルと、高解離度である環状炭酸エステルとの混合溶媒を使用することが好ましく、その場合の鎖状炭酸エステルの溶媒全体に対する割合が50体積%〜90体積%であることが好ましい。
これら溶媒に溶解する電解質はリチウム塩である必要があり、好ましいリチウム塩を例示すれば、LiBF4、LiPF6、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2CF3)(SO2C2F5)、LiN(SO2CF3)(SO2C2F4H)およびこれらの混合塩を挙げることができる。
Furthermore, in order to reduce the time constant and reduce self-discharge of the electricity storage device of the present invention, a clear reason is not clear, but the balance of the viscosity, dissociation degree, and mobility of the electrolytic solution is important. Therefore, it is preferable to use a mixed solvent of a chain carbonate having a low viscosity and a cyclic carbonate having a high degree of dissociation. In this case, the ratio of the chain carbonate to the total solvent is 50% by volume to 90% by volume. % Is preferred.
The electrolyte dissolved in these solvents needs to be a lithium salt. For example, LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 ) C 2 F 5 ), LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 2 F 4 H) and mixed salts thereof.
さらに、本発明の蓄電素子の時定数を小さく、かつ自己放電を少なくするには、電解質としてLiPF6を用いることが好ましい。その明確な理由は、定かではないが、LiPF6のイオン伝導度が高く、アニオンサイズが比較的小さいことが挙げられる。つまり、正極活物質層に吸着・放出するアニオン種の選択が重要となる。例えば、溶媒和したアニオンサイズが小さい方が、正極活物質細孔のできるだけ内部に吸着できるため、保存状態でのイオン放出がされにくく、自己放電を小さくできると考えることができる。 Furthermore, LiPF 6 is preferably used as the electrolyte in order to reduce the time constant of the electricity storage device of the present invention and reduce self-discharge. The obvious reason for this is not clear, but LiPF 6 has a high ionic conductivity and a relatively small anion size. That is, it is important to select anion species that are adsorbed and released from the positive electrode active material layer. For example, it can be considered that a smaller solvated anion size can be adsorbed inside the positive electrode active material pores as much as possible, so that it is difficult for ions to be released in a stored state and self-discharge can be reduced.
また、電解液には、電解質としてのリチウム塩だけでなく、必要に応じて添加剤を加えることができる。添加剤としては、リーク電流をできるだけ防止し、自己放電を小さくするといった観点から、電極表面上で良質な固体電解質界面(SEI)被膜を形成できるものが好ましく、例えばビニリデンカーボネートなどが挙げられる。
非水系電解液中の電解質濃度は、0.5〜2.0mol/lの範囲が好ましい。0.5mol/l未満では陰イオンが不足して蓄電素子の容量が低下する。また、2.0mol/lを超えると未溶解の塩が該電解液中に析出したり、該電解液の粘度が高くなりすぎたりすることによって、逆にイオン伝導度が低下して出力特性が低下する。
In addition to the lithium salt as an electrolyte, an additive can be added to the electrolytic solution as necessary. As the additive, those capable of forming a good solid electrolyte interface (SEI) film on the electrode surface are preferable from the viewpoint of preventing leakage current as much as possible and reducing self-discharge, and examples thereof include vinylidene carbonate.
The electrolyte concentration in the non-aqueous electrolyte is preferably in the range of 0.5 to 2.0 mol / l. If it is less than 0.5 mol / l, anions are insufficient and the capacity of the electricity storage device is reduced. On the other hand, if it exceeds 2.0 mol / l, undissolved salt precipitates in the electrolyte solution, or the viscosity of the electrolyte solution becomes too high. descend.
負極電極体には、あらかじめリチウムイオンをドープしておくことができる。ドープする方法としては、公知の方法、例えば、負極集電体の負極活物質層にリチウム金属箔を積層した状態で電極体を組み立てて非水系電解液に入れる方法を使用することができる。リチウムイオンをドープしておくことにより、蓄電素子の容量および作動電圧を制御することが可能である。 The negative electrode body can be doped with lithium ions in advance. As a method for doping, a known method, for example, a method of assembling an electrode body in a state where a lithium metal foil is laminated on a negative electrode active material layer of a negative electrode current collector and putting it in a non-aqueous electrolyte can be used. By doping with lithium ions, the capacity and operating voltage of the power storage element can be controlled.
本発明の蓄電素子の自己放電を少なくするためには、ドープ量を適切にすることが重要である。ドープ量を多くすることで負極の作動電位を低くすることができるが、Liが電析する恐れがあり安全性に支障が出る場合も考えられる。
負極活物質として、活性炭の表面に炭素質材料を被着させた複合多孔性材料を用いる場合は、複合多孔性材料の質量あたり700mAh/gを超える量であることが好ましく、750mAh/g以上であることがより好ましい。上限については1500mAh/g以下であり、リチウム金属の析出を考慮すると1300mAh/g以下であることが好ましい。ドープ量が700mAh/g以下の場合、高エネルギー密度かつ高出力であるが、十分な耐久性が得られない。
In order to reduce the self-discharge of the electricity storage device of the present invention, it is important to make the doping amount appropriate. Although the working potential of the negative electrode can be lowered by increasing the doping amount, there is a possibility that Li may be electrodeposited and the safety may be hindered.
In the case of using a composite porous material in which a carbonaceous material is deposited on the surface of activated carbon as the negative electrode active material, the amount is preferably more than 700 mAh / g per mass of the composite porous material, and is 750 mAh / g or more. More preferably. About an upper limit, it is 1500 mAh / g or less, and when precipitation of lithium metal is considered, it is preferable that it is 1300 mAh / g or less. When the doping amount is 700 mAh / g or less, high energy density and high output are obtained, but sufficient durability cannot be obtained.
リチウムイオンを予めドープすることで、負極電位が低くなり、正極と組み合わせた時にセル電圧が高くなるとともに、正極の利用容量が大きくなるために高容量となり、高いエネルギー密度が得られる。また、700mAh/gを超える量の場合、一旦挿入したら脱離しにくい不可逆なサイトにもリチウムイオンがドープされるため、高出力特性を発現でき、低内部抵抗セルとなる。さらに、700mAh/gを超える量の場合には、負極電位が十分に低く、そのため、自己放電時の電位変化は小さく、結果として自己放電が少ないセルとなる。
上記は、負極活物質として、難黒鉛化性炭素材料やその他の材料を用いる場合も同様で、負極電位が十分に低く、且つLiが電析しない範囲のドープ量を適宜選択することが好ましい。
By pre-doping with lithium ions, the negative electrode potential is lowered, the cell voltage is increased when combined with the positive electrode, and the utilization capacity of the positive electrode is increased, so that the capacity is increased and a high energy density is obtained. Further, in the case of an amount exceeding 700 mAh / g, lithium ions are also doped into an irreversible site that is difficult to desorb once inserted, so that high output characteristics can be exhibited and a low internal resistance cell is obtained. Further, in the case of an amount exceeding 700 mAh / g, the negative electrode potential is sufficiently low, so that the potential change during self-discharge is small, resulting in a cell with little self-discharge.
The same applies to the case of using a non-graphitizable carbon material or other materials as the negative electrode active material, and it is preferable to appropriately select a doping amount in a range where the negative electrode potential is sufficiently low and Li is not electrodeposited.
[蓄電素子の容量と電極積層体を構成する負極電極体の積層数について]
本発明の蓄電素子において、使用する電極体の単位面積当たりの容量は、高エネルギー密度の観点からは大きいほうがよく、高出力密度の観点からはある程度以下であることがよい。そのため、両者のバランスから、電極体の単位面積当たりの容量は0.25〜0.75(F/cm2)の範囲であることが好ましい。電極体の単位面積当たりの容量は、活物質の種類、及び活物質層における含有量、並びに活物質層の厚さによりコントロールできる。また、本発明の蓄電素子としての容量が50〜5000F程度であると、本発明の効果が高いため好ましい。
[Regarding the capacity of the storage element and the number of laminated negative electrode bodies constituting the electrode laminate]
In the electricity storage device of the present invention, the capacity per unit area of the electrode body to be used is preferably large from the viewpoint of high energy density, and is preferably somewhat below from the viewpoint of high output density. Therefore, from the balance between the two, the capacity per unit area of the electrode body is preferably in the range of 0.25 to 0.75 (F / cm 2 ). The capacity per unit area of the electrode body can be controlled by the type of the active material, the content in the active material layer, and the thickness of the active material layer. Moreover, since the effect of this invention is high when the capacity | capacitance as an electrical storage element of this invention is about 50-5000F, it is preferable.
本発明の蓄電素子において、電極体の単位面積当たりの容量および蓄電素子としての容量を上記範囲とした時の、電極積層体の具体的な設計例を以下にのべる。計算にあたっては、単純化のために、まず電極体の単位面積当たりの容量は0.5(F/cm2)とし、電極体および活物質層の形状は同一の正方形であるとする。
蓄電素子の容量が50Fの場合は、電極積層体の総電極面積は100cm2となる。従って、電極積層体を構成する負極電極体を1層にする場合は、負極活物質層の平面積Sは100cm2、周長Lは40cm、エッジ率0.40となる。同様に、電極積層体を構成する負極電極体を2層にする場合は、負極活物質層の平面積Sは50cm2、周長Lは28.3cm、エッジ率0.57となる。以下同様にして、電極積層体を構成する負極電極体を3層にする場合は、負極活物質層の平面積Sは33.3cm2、周長Lは23.1cm、エッジ率0.69となる。
In the electricity storage device of the present invention, a specific design example of the electrode laminate will be described below when the capacity per unit area of the electrode body and the capacity as the electricity storage device are within the above ranges. In the calculation, for simplification, it is assumed that the capacity per unit area of the electrode body is 0.5 (F / cm 2 ), and the shape of the electrode body and the active material layer is the same square.
When the capacity of the storage element is 50 F, the total electrode area of the electrode stack is 100 cm 2 . Therefore, when the negative electrode body constituting the electrode laminate is made into one layer, the flat area S of the negative electrode active material layer is 100 cm 2 , the peripheral length L is 40 cm, and the edge rate is 0.40. Similarly, when the negative electrode body constituting the electrode laminate is made into two layers, the negative electrode active material layer has a flat area S of 50 cm 2 , a peripheral length L of 28.3 cm, and an edge rate of 0.57. In the same manner, when the negative electrode body constituting the electrode laminate is formed in three layers, the negative electrode active material layer has a plane area S of 33.3 cm 2 , a peripheral length L of 23.1 cm, and an edge ratio of 0.69. Become.
電極積層体を構成する負極電極体を4層にする場合は、負極活物質層の平面積Sは25cm2、周長Lは20cm、エッジ率0.80となる。電極積層体を構成する負極電極体を5層にする場合は、負極活物質層の平面積Sは20cm2、周長Lは17.9cm、エッジ率0.89となる。電極積層体を構成する負極電極体を6層にする場合は、負極活物質層の平面積Sは16.7cm2、周長Lは16.3cm、エッジ率0.98となる。電極積層体を構成する負極電極体を7層にする場合は、負極活物質層の平面積Sは14.3cm2、周長Lは15.1cm、エッジ率1.06となる。 In the case where the negative electrode body constituting the electrode laminate has four layers, the flat area S of the negative electrode active material layer is 25 cm 2 , the peripheral length L is 20 cm, and the edge rate is 0.80. When the negative electrode body constituting the electrode laminate is composed of five layers, the negative electrode active material layer has a plane area S of 20 cm 2 , a peripheral length L of 17.9 cm, and an edge rate of 0.89. When the negative electrode body constituting the electrode laminate is composed of six layers, the negative electrode active material layer has a plane area S of 16.7 cm 2 , a peripheral length L of 16.3 cm, and an edge rate of 0.98. When the negative electrode body constituting the electrode laminate is composed of seven layers, the negative electrode active material layer has a flat area S of 14.3 cm 2 , a peripheral length L of 15.1 cm, and an edge ratio of 1.06.
従って、単位面積当たりの容量が0.5(F/cm2)で、平面形状が正方形の負極電極体を使用した、容量が50Fの蓄電素子の場合、負極活物質層のエッジ率0.1〜1.0に相当する、電極積層体を構成する負極電極体の積層数は1〜6である。同様に、エッジ率0.10〜0.80に相当する負極電極体の積層数は1〜4であり、エッジ率0.10〜0.75に相当する負極電極体の積層数は1〜3である。 Accordingly, in the case of a power storage element having a capacity per unit area of 0.5 (F / cm 2 ) and a negative electrode body having a square planar shape and a capacity of 50 F, the edge ratio of the negative electrode active material layer is 0.1. The number of laminated negative electrode bodies constituting the electrode laminated body corresponding to .about.1.0 is 1-6. Similarly, the number of laminated negative electrode bodies corresponding to an edge rate of 0.10 to 0.80 is 1 to 4, and the number of laminated negative electrode bodies corresponding to an edge rate of 0.10 to 0.75 is 1 to 3. It is.
同様に計算して、単位面積当たりの容量が0.25(F/cm2)で正方形の負極電極体を使用した、容量が50Fの蓄電素子の場合は、負極活物質層のエッジ率0.1〜1.0に相当する、電極積層体を構成する負極電極体の積層数は1〜12である。同様に、エッジ率0.10〜0.80に相当する負極電極体の積層数は1〜8であり、エッジ率0.10〜0.75に相当する負極電極体の積層数は1〜7である。 Similarly, in the case of a power storage element having a capacity of 50 F with a capacity per unit area of 0.25 (F / cm 2 ) and a square negative electrode body, the edge ratio of the negative electrode active material layer is 0. The number of laminated negative electrode bodies constituting the electrode laminated body corresponding to 1 to 1.0 is 1 to 12. Similarly, the number of laminated negative electrode bodies corresponding to an edge rate of 0.10 to 0.80 is 1 to 8, and the number of laminated negative electrode bodies corresponding to an edge rate of 0.10 to 0.75 is 1 to 7. It is.
同様に計算して、単位面積当たりの容量が0.75(F/cm2)で正方形の負極電極体を使用した、容量が50Fの蓄電素子の場合は、負極活物質層のエッジ率0.1〜1.0に相当する、電極積層体を構成する負極電極体の積層数は1〜4である。同様に、エッジ率0.10〜0.80に相当する負極電極体の積層数は1〜2であり、エッジ率0.10〜0.75に相当する負極電極体の積層数は1〜2である。 Similarly, in the case of a power storage element having a capacity of 50 F with a capacity per unit area of 0.75 (F / cm 2 ) and a square negative electrode body, the edge ratio of the negative electrode active material layer is 0. The number of laminated negative electrode bodies constituting the electrode laminated body corresponding to 1 to 1.0 is 1 to 4. Similarly, the number of laminated negative electrode bodies corresponding to an edge rate of 0.10 to 0.80 is 1 to 2, and the number of laminated negative electrode bodies corresponding to an edge rate of 0.10 to 0.75 is 1 to 2. It is.
電極体(負極活物質層)の形状が長方形の場合は、同面積の正方形の場合と比べてエッジ率が高くなるが、長辺と短辺の比が1:1に近ければ、正方形の場合とエッジ率の値に大きな差がないため、長辺:短辺の比を1:1〜2:1の範囲にすることが好ましい。例えば、平面積が100cm2で、平面形状が正方形である電極体のエッジ率は0.40であるのに対して、平面積が約100cm2で、平面形状が長辺11.5cm短辺8.7cm(長辺:短辺≒4:3)の長方形である電極体のエッジ率は0.404である。また、平面積が約100cm2で、平面形状が長辺14.1cm短辺7.1cm(長辺:短辺≒2:1)の長方形である場合の電極体のエッジ率は0.42である。平面積が約100cm2で、平面形状が長辺17.3cm短辺5.8cm(長辺:短辺≒3:1)の長方形である電極体のエッジ率は0.46である。 When the shape of the electrode body (negative electrode active material layer) is rectangular, the edge ratio is higher than that of a square of the same area, but if the ratio of the long side to the short side is close to 1: 1, the case of a square Therefore, it is preferable that the ratio of long side: short side is in the range of 1: 1 to 2: 1. For example, the edge ratio of an electrode body having a planar area of 100 cm 2 and a planar shape of square is 0.40, whereas the planar area is about 100 cm 2 and the planar shape has a long side of 11.5 cm and a short side of 8 The edge ratio of an electrode body having a rectangular shape of 0.7 cm (long side: short side≈4: 3) is 0.404. The edge ratio of the electrode body is 0.42 when the plane area is about 100 cm 2 and the planar shape is a rectangle having a long side of 14.1 cm and a short side of 7.1 cm (long side: short side≈2: 1). is there. The edge ratio of an electrode body having a plane area of about 100 cm 2 and a rectangular shape having a long side of 17.3 cm and a short side of 5.8 cm (long side: short side≈3: 1) is 0.46.
なお、蓄電素子の容量が50Fより大きい場合であっても、50Fの場合と同様にして計算することができることはいうまでもない。
上述のように、蓄電素子として必要な容量と、使用する電極体の容量密度(単位面積あたりの容量)から、電極積層体の積層数を特定の範囲に設定することで、特定のエッジ率を満たした自己放電の少ない蓄電素子を製造することができる。また、特定の容量の蓄電素子が必要である場合、より自己放電の少ない蓄電素子を選択して使用することが可能となる。
Needless to say, even when the capacity of the power storage element is larger than 50F, it can be calculated in the same manner as in the case of 50F.
As described above, the specific edge rate is set by setting the number of stacked electrode laminates within a specific range from the capacity required for the storage element and the capacity density (capacity per unit area) of the electrode bodies to be used. It is possible to manufacture a power storage element that satisfies the sufficient self-discharge. In addition, when a power storage element having a specific capacity is required, it is possible to select and use a power storage element with less self-discharge.
[蓄電モジュールについて]
本発明の蓄電素子は、必要な容量や電圧を得るために、複数個組み合わせて蓄電モジュールとして使用することができる。蓄電モジュールは、蓄電素子、外装体、及び電極端子を含み、必要に応じて制御回路、安全装置、冷却装置等の付加装置を含んでいてもよい。蓄電モジュールで使用される蓄電素子が複数の場合は、少なくともその1/2以上が本発明の蓄電素子であることが好ましく、すべてが本発明の蓄電素子であることがより好ましい。
[About storage module]
In order to obtain a required capacity and voltage, a plurality of the power storage elements of the present invention can be used as a power storage module in combination. The power storage module includes a power storage element, an exterior body, and electrode terminals, and may include additional devices such as a control circuit, a safety device, and a cooling device as necessary. When there are a plurality of power storage elements used in the power storage module, it is preferable that at least half or more of them are the power storage elements of the present invention, and it is more preferable that all of them are the power storage elements of the present invention.
また、本発明の蓄電素子を所定空間に配置して蓄電モジュールを製造する際に、前記負極活物質層のエッジ率がより小さくなる配置で蓄電素子を配置することにより、自己放電がより少ない蓄電モジュールを製造することができる。
前記所定空間が、例えば、6×12cmの長方形を底面とした直方体である場合、負極活物質層の平面形状が6×12cmの長方形である蓄電素子を用いると、図1(a)に示すように、直方体の底面内の負極活物質層の数は1である。これに対して、負極活物質層の平面形状が3×4cmの長方形である蓄電素子を用いて、同じ空間で蓄電モジュールとしてほぼ同じ容量を得るためには、図1(b)に示すように、直方体の底面内の負極活物質層の数を6(=2×3)にする必要がある。
Further, when the power storage element of the present invention is disposed in a predetermined space to manufacture a power storage module, the power storage element is disposed in a layout in which the edge ratio of the negative electrode active material layer is smaller, thereby reducing the self-discharge. Modules can be manufactured.
When the predetermined space is, for example, a rectangular parallelepiped having a 6 × 12 cm rectangle as a bottom surface, when a power storage element in which the negative electrode active material layer has a rectangular shape of 6 × 12 cm is used, as shown in FIG. In addition, the number of negative electrode active material layers in the bottom surface of the rectangular parallelepiped is one. On the other hand, in order to obtain almost the same capacity as a power storage module in the same space using a power storage element in which the planar shape of the negative electrode active material layer is a rectangle of 3 × 4 cm, as shown in FIG. The number of negative electrode active material layers in the bottom surface of the rectangular parallelepiped needs to be 6 (= 2 × 3).
平面形状が6×12cmの長方形である負極活物質層のエッジ率(L/S)は、0.50(=36/72)であるが、平面形状が3×4cmの長方形である負極活物質層のエッジ率(L/S)は、1.16(=14/12)である。
ここで、底面が6×12cmの長方形で、高さが6対の正・負極活物質層を有する電極積層体の厚さに相当する直方体の空間に、前述の各蓄電素子を複数個配置して得られる蓄電モジュールの例を図2に示す。図2(a)に示すように、前述のエッジ率が0.50である負極活物質層と正極活物質層が1対積層された電極積層体を有する蓄電素子10を、直方体の高さ方向に6個配置したものを、第1のモジュールとする。また、図2(b)に示すように、前述のエッジ率が1.16である負極活物質層と正極活物質層が6対積層された電極積層体を有する蓄電素子11を、直方体の底面に6個配置したものを、第2のモジュールとする。
The edge ratio (L / S) of the negative electrode active material layer whose plane shape is a rectangle of 6 × 12 cm is 0.50 (= 36/72), but the negative electrode active material whose plane shape is a rectangle of 3 × 4 cm The edge rate (L / S) of the layer is 1.16 (= 14/12).
Here, a plurality of the above-described storage elements are arranged in a rectangular parallelepiped space corresponding to the thickness of an electrode laminate having a bottom surface of a 6 × 12 cm rectangle and a height of 6 pairs of positive and negative electrode active material layers. An example of the power storage module obtained in this way is shown in FIG. As shown in FIG. 2A, a
第1のモジュールと第2のモジュールを比較すると、モジュールの大きさとしての体積および蓄電装置としての容量は、両者でほぼ同じであるが、第1のモジュールの方が第2のモジュールよりも、負極活物質層のエッジ率が小さいことで自己放電が少なくなるため、より好ましい蓄電モジュールである。
一方、前記所定空間が、例えば、6×12×3cmの直方体である場合、底面(負極活物質層が平行に配置される面)は上述の6×12cmの長方形とする以外に、3×12cmの長方形、3×6cmの長方形とすることもできる。
Comparing the first module and the second module, the volume as the size of the module and the capacity as the power storage device are almost the same in both, but the first module is more than the second module, Since the edge rate of the negative electrode active material layer is small, self-discharge is reduced, so that the power storage module is more preferable.
On the other hand, when the predetermined space is, for example, a 6 × 12 × 3 cm rectangular parallelepiped, the bottom surface (surface on which the negative electrode active material layer is arranged in parallel) is 3 × 12 cm, in addition to the 6 × 12 cm rectangle described above. A rectangle of 3 × 6 cm can also be used.
そして、配置する空間を直方体と仮定し、同じ空間で蓄電モジュールとしてほぼ同じ容量を得るために、底面内に目一杯に負極活物質層を配置することを前提にした場合、直方体の最も面積の大きな面を底面として負極活物質層1枚のみとする配置(以下、この配置を「最大底面1枚配置」と言う。)が「エッジ率が最小になる配置」になる。また、本発明の蓄電素子は「エッジ率が0.10<L/S<1.0を満たすもの」であるため、この範囲を満たす配置にする必要もある。 Then, assuming that the space to be arranged is a rectangular parallelepiped, and assuming that the negative electrode active material layer is fully arranged in the bottom surface in order to obtain almost the same capacity as the power storage module in the same space, the largest area of the rectangular parallelepiped An arrangement in which only one negative electrode active material layer is formed with the large surface as the bottom surface (hereinafter, this arrangement is referred to as “maximum one bottom surface arrangement”) is “an arrangement in which the edge ratio is minimized”. In addition, since the power storage device of the present invention has an “edge ratio satisfying 0.10 <L / S <1.0”, it is also necessary to make an arrangement that satisfies this range.
よって、本発明の蓄電モジュールの製造方法は、本発明の蓄電素子を所定空間に配置して蓄電モジュールを製造する際に、前記エッジ率が0.10<L/S<1.0を満たす範囲で最小になるように、前記所定空間内の前記負極活物質層を平行に配置する底面と、その底面内に(原則として目一杯に)配置する負極活物質層の数を決めることを特徴としている。この配置で製造された蓄電モジュールは、同じ所定空間に前記エッジ率が0.10<L/S<1.0を満たす範囲でこれ以外の配置がなされた蓄電モジュールと比較して、ほぼ同じ大きさと容量を有しながら、自己放電を最も少なくすることができる。 Therefore, in the method for manufacturing a power storage module of the present invention, when the power storage element of the present invention is arranged in a predetermined space to manufacture the power storage module, the edge rate satisfies 0.10 <L / S <1.0. And determining the number of the negative electrode active material layers disposed in parallel in the predetermined space and the number of negative electrode active material layers disposed in the bottom surface (in principle, fully). Yes. A power storage module manufactured in this arrangement is substantially the same size as a power storage module in which the edge ratio is in a range satisfying 0.10 <L / S <1.0 in the same predetermined space, as compared with a power storage module in which the other arrangement is made. Self-discharge can be minimized while having a large capacity.
なお、「エッジ率が0.10<L/S<1.0を満たす範囲で最小になる配置」は、最大底面1枚配置のエッジ率が0.10よりも大きければ、最大底面1枚配置がそれに該当する。最大底面1枚配置のエッジ率が0.10以下の場合は、他の配置が、「エッジ率が0.10<L/S<1.0を満たす範囲で最小になる配置」に該当する。他の配置の例としては、直方体の二番目に面積の大きな面を底面として負極活物質層1枚のみとする配置、または直方体の最も面積の大きな面を底面として負極活物質層2枚とする配置等が挙げられる。
また、「エッジ率が最小になる配置」は、前記底面として前記所定空間の何れの面を選択するかと、その底面内に配置する負極活物質層の数で決まるため、例えば図2(a)に示す配置が「エッジ率が最小になる配置」である場合、負極活物質層の寸法を6×12cmより少し小さくした点のみが異なるものは、この「エッジ率が最小になる配置」に含まれる。
In addition, “the arrangement where the edge ratio is the minimum within the range satisfying 0.10 <L / S <1.0” means that if the edge ratio of the single maximum bottom surface is larger than 0.10, the single maximum bottom surface is disposed. Corresponds to this. When the edge ratio of the maximum single bottom surface arrangement is 0.10 or less, the other arrangement corresponds to “the arrangement where the edge ratio is the minimum in a range satisfying 0.10 <L / S <1.0”. Examples of other arrangements include an arrangement in which only the negative electrode active material layer is formed with the second largest surface of the rectangular parallelepiped as the bottom surface, or two negative electrode active material layers with the largest surface area of the rectangular parallelepiped as the bottom surface. Arrangement etc. are mentioned.
Further, the “arrangement that minimizes the edge rate” is determined by which surface of the predetermined space is selected as the bottom surface and the number of negative electrode active material layers disposed in the bottom surface. In the case where the arrangement shown in FIG. 4 is “an arrangement in which the edge ratio is minimized”, those that differ only in that the dimensions of the negative electrode active material layer are slightly smaller than 6 × 12 cm are included in this “arrangement in which the edge ratio is minimized” It is.
以下に、本発明を実施例及び比較例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
[実施例1]
<正極電極体の作製>
破砕されたヤシ殻炭化物を小型炭化炉に入れ、窒素中、500℃で3時間炭化処理した。炭化処理後の炭化物を賦活炉内へ入れ、この賦活炉内に、予熱炉で加温した水蒸気を1kg/hで導入し、賦活炉内を900℃まで8時間かけて昇温した。その後、賦活炉から取り出した炭化物を窒素雰囲気下で冷却することで、活性炭を得た。得られた活性炭に対して通水洗浄を10時間行った後に、水切りした。次いで、この活性炭を115℃に保持された電気乾燥機内で10時間乾燥した後、ボールミルで1時間粉砕した。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.
[Example 1]
<Preparation of positive electrode body>
The crushed palm shell carbide was placed in a small carbonization furnace and carbonized in nitrogen at 500 ° C. for 3 hours. The carbide after the carbonization treatment was put into an activation furnace, and steam heated in a preheating furnace was introduced into the activation furnace at 1 kg / h, and the temperature in the activation furnace was increased to 900 ° C. over 8 hours. Then, activated carbon was obtained by cooling the carbide taken out from the activation furnace under a nitrogen atmosphere. The obtained activated carbon was washed with water for 10 hours and then drained. Next, the activated carbon was dried in an electric dryer maintained at 115 ° C. for 10 hours and then pulverized with a ball mill for 1 hour.
この粉砕された活性炭の細孔分布を、ユアサアイオニクス社製細孔分布測定装置(AUTOSORB−1 AS−1−MP)で測定した。その結果、BET比表面積は2360m2/g、メソ孔量(V1)は0.52cc/g、マイクロ孔量(V2)は0.88cc/gであった。この活性炭を「活性炭1」とする。
活性炭1を80.8質量部、ケッチェンブラックを6.2質量部、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)を10質量部、PVP(ポリビニルピロリドン)を3.0質量部の比率で配合したものに、溶媒としてNMP(N−メチルピロリドン)を混合することで、スラリーを得た。得られたスラリーを、厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥し、プレスした。
これにより、アルミニウム箔からなる正極集電体の両面に、活性炭1を主成分とする正極活物質層が、厚さ55μmで形成された正極電極体を得た。
The pore distribution of the pulverized activated carbon was measured with a pore distribution measuring device (AUTOSORB-1 AS-1-MP) manufactured by Yuasa Ionics. As a result, the BET specific surface area was 2360 m 2 / g, the mesopore volume (V1) was 0.52 cc / g, and the micropore volume (V2) was 0.88 cc / g. This activated carbon is referred to as “activated carbon 1”.
A solvent containing 80.8 parts by mass of activated carbon 1, 6.2 parts by mass of ketjen black, 10 parts by mass of PVDF (polyvinylidene fluoride) and 3.0 parts by mass of PVP (polyvinylpyrrolidone) As a result, NMP (N-methylpyrrolidone) was mixed to obtain a slurry. The obtained slurry was applied to both sides of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried and pressed.
As a result, a positive electrode body in which a positive electrode active material layer mainly composed of activated carbon 1 was formed on both surfaces of a positive electrode current collector made of aluminum foil with a thickness of 55 μm was obtained.
<負極電極体の作製>
市販の活性炭(BET法による比表面積が1955m2/g)150gをステンレススチールメッシュ製の籠に入れ、この籠を、石炭系ピッチ300gを入れたステンレス製バットの上に置いた。このバットを電気炉 (炉内有効寸法300mm×300mm×300mm)内に設置し、活性炭の表面に炭素質材料を結合して複合多孔性炭素材料とするための熱処理を行った。この熱処理は、窒素雰囲気下で、670℃まで4時間で昇温し、同温度で4時間保持し、続いて自然冷却により60℃まで冷却することで行った。
その後、バットを電気炉から取り出して、得られた複合多孔性炭素材料の細孔分布を前述の測定装置で調べたところ、BET比表面積は255m2/g、メソ孔量(Vm1)が0.0580cc/g、マイクロ孔量(Vm2)が0.0854cc/g、平均粒径は2.9μmであった。
<Preparation of negative electrode body>
150 g of commercially available activated carbon (specific surface area by BET method 1955 m 2 / g) was placed in a stainless steel mesh basket, and this basket was placed on a stainless steel bat containing 300 g of coal-based pitch. The bat was placed in an electric furnace (effective size in the furnace 300 mm × 300 mm × 300 mm), and heat treatment was performed to bind the carbonaceous material to the surface of the activated carbon to obtain a composite porous carbon material. This heat treatment was performed by raising the temperature to 670 ° C. in 4 hours, holding the same temperature for 4 hours, and then cooling to 60 ° C. by natural cooling in a nitrogen atmosphere.
Thereafter, the bat was taken out from the electric furnace, and the pore distribution of the obtained composite porous carbon material was examined with the above-mentioned measuring apparatus. As a result, the BET specific surface area was 255 m 2 / g and the mesopore amount (Vm1) was 0.00. 0580 cc / g, the amount of micropores (Vm2) was 0.0854 cc / g, and the average particle size was 2.9 μm.
得られた複合多孔性炭素材料を83.4質量部、アセチレンブラックを8.30質量部、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)を8.30質量部の比率で配合したものに、溶媒としてNMP(N−メチルピロリドン)を混合することで、スラリーを得た。得られたスラリーを、厚さ20μmの銅箔の両面に塗布し、乾燥し、プレスすることで、エッジ率(L/S)が0.67の負極活物質層を形成した。
これにより、銅箔からなる負極集電体の両面に、前記細孔分布を有する複合多孔性炭素材料を主成分とする負極活物質層が、厚さ60μmで形成された負極電極体を得た。
The resultant composite porous carbon material was blended at a ratio of 83.4 parts by mass, acetylene black at 8.30 parts by mass, and PVDF (polyvinylidene fluoride) at a ratio of 8.30 parts by mass, and NMP (N- (Methylpyrrolidone) was mixed to obtain a slurry. The obtained slurry was applied to both sides of a copper foil having a thickness of 20 μm, dried and pressed to form a negative electrode active material layer having an edge ratio (L / S) of 0.67.
As a result, a negative electrode body in which a negative electrode active material layer mainly composed of the composite porous carbon material having the pore distribution was formed on both surfaces of a negative electrode current collector made of copper foil with a thickness of 60 μm was obtained. .
<電極積層体の作製>
前記負極電極体の負極活物質層と同面積で厚さ30μmのリチウム金属箔を、負極活物質層に接触させて圧着し、前記正極電極体と前記負極電極体の間に、厚さ30μmのセルロース系セパレータを配置することで、電極積層体を作製した。
<蓄電素子の組立て>
前記電極積層体の正極電極体及び負極電極体の耳部に、アルミニウムからなる正極端子用リードタブおよびニッケルからなる負極端子用リードタブの一端を、それぞれ超音波溶接することで、タブ付き電極積層体を作製した。得られたタブ付き電極積層体を、ラミネートフィルムで形成された外装体内に挿入し、電解液を注入して外装体を密閉することで非水系リチウム型蓄電素子を組立てた。電解液としては、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートを1:4質量比で混合した溶媒に、1mol/lの濃度でLiPF6を溶解した溶液を使用した。
<Preparation of electrode laminate>
A lithium metal foil having the same area as the negative electrode active material layer of the negative electrode body and a thickness of 30 μm is brought into contact with the negative electrode active material layer and pressure-bonded, and a thickness of 30 μm is interposed between the positive electrode body and the negative electrode body. The electrode laminated body was produced by arrange | positioning a cellulose-type separator.
<Assembly of storage element>
One end of the positive electrode terminal lead tab made of aluminum and one end of the negative electrode terminal lead tab made of nickel are ultrasonically welded to the ears of the positive electrode body and the negative electrode body of the electrode laminate, respectively. Produced. The obtained electrode assembly with a tab was inserted into an exterior body made of a laminate film, and an electrolyte was injected to seal the exterior body to assemble a non-aqueous lithium storage element. As the electrolytic solution, a solution in which LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1 mol / l in a solvent in which ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate were mixed at a mass ratio of 1: 4 was used.
<蓄電素子の特性評価>
以下の特性評価を25℃において行った。
組立てた蓄電素子を1Cの電流量で4.0Vまで充電した後、4.0Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を行った。続いて、1Cの定電流量で2.0Vまで放電した。これを1サイクルとし、続けて充放電を繰り返すことにより、安定した容量が得られることを確認した。その後、1Cの電流量での放電容量を、この実施例の蓄電素子のセル容量として求めた。
<Characteristic evaluation of storage element>
The following characteristic evaluation was performed at 25 ° C.
The assembled storage element was charged to 4.0 V with a current amount of 1 C, and then constant current and constant voltage charging was performed by applying a constant voltage of 4.0 V. Subsequently, the battery was discharged to 2.0 V with a constant current amount of 1C. It was confirmed that a stable capacity could be obtained by setting this as one cycle and repeating charging and discharging. Thereafter, the discharge capacity at a current amount of 1 C was obtained as the cell capacity of the electricity storage device of this example.
引き続き、500Cの電流量で放電し、電圧−放電容量の関係を示す放電カーブを作成し、放電前半における直線傾向にあるカーブを一次関数にフィッティングした。その直線の切片(電圧軸との交点)である電圧値から得られた電圧降下を用いて、内部抵抗を算出した。
上記測定したセル容量と内部抵抗の積より、この蓄電素子の時定数は1.40ΩFであった。また、単位面積当たりの容量は0.25(F/cm2)であった。
Subsequently, discharge was performed at a current amount of 500 C, a discharge curve showing the relationship between voltage and discharge capacity was created, and a curve having a linear tendency in the first half of discharge was fitted to a linear function. The internal resistance was calculated using the voltage drop obtained from the voltage value that is the intercept of the straight line (intersection with the voltage axis).
From the product of the above measured cell capacity and internal resistance, the time constant of the electricity storage device was 1.40 ΩF. The capacity per unit area was 0.25 (F / cm 2 ).
この蓄電素子を4.0Vまで充電した後、4.0Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を2時間行った。次に、この蓄電素子を25℃の室内に放置し、時間の経過に伴う電圧の変化を測定し、初期電圧4.0Vの80%の電圧(3.2V)となるまでに要する日数を調べた。この日数が長いほど自己放電特性が良好である(自己放電が少ない)ことを意味する。この蓄電素子の場合は105日であった。 After this storage element was charged to 4.0 V, constant current and constant voltage charging for applying a constant voltage of 4.0 V was performed for 2 hours. Next, this electricity storage device is left in a room at 25 ° C., the change in voltage over time is measured, and the number of days required to reach 80% voltage (3.2 V) of the initial voltage 4.0 V is examined. It was. The longer the number of days, the better the self-discharge characteristics (the less self-discharge). In the case of this electricity storage element, it was 105 days.
[実施例2]
正極活物質として、市販の活性炭(マックスソープMSP20:関西熱化学(株)製)を用意した。この活性炭の細孔分布を実施例1と同様の方法にて行った。その結果、BET比表面積は2305m2/g、メソ孔量(V1)は0.112cc/g、マイクロ孔量(V2)は0.948cc/gであった。この活性炭を「活性炭2」とする。この活性炭2を活性炭1の代わりに用いた以外は実施例1と同様にして、正極電極体を作製した。
[Example 2]
Commercially available activated carbon (Max Soap MSP20: manufactured by Kansai Thermochemical Co., Ltd.) was prepared as the positive electrode active material. The pore distribution of this activated carbon was performed in the same manner as in Example 1. As a result, the BET specific surface area was 2305 m 2 / g, the mesopore volume (V1) was 0.112 cc / g, and the micropore volume (V2) was 0.948 cc / g. This activated carbon is referred to as “activated
得られた正極電極体と、実施例1と同様に作製した負極電極体を用いて、実施例1と同じ方法で電極積層体を作製し、これを用いて実施例1と同じ方法で蓄電素子を組み立てた。この蓄電素子の特性評価を実施例1と同じ方法で行って、セル容量と内部抵抗を求めた。これらの値から算出した時定数は1.82ΩFであり、単位面積当たりの容量は0.32(F/cm2)であった。また、初期電圧4.0Vの80%の電圧(3.2V)となるまでに要する日数は、91日であった。 Using the obtained positive electrode body and the negative electrode body produced in the same manner as in Example 1, an electrode laminate was produced in the same manner as in Example 1, and an electricity storage device was produced in the same manner as in Example 1 using this. Assembled. The characteristics evaluation of this electricity storage device was performed in the same manner as in Example 1, and the cell capacity and internal resistance were obtained. The time constant calculated from these values was 1.82 ΩF, and the capacity per unit area was 0.32 (F / cm 2 ). The number of days required to reach 80% of the initial voltage of 4.0V (3.2V) was 91 days.
[実施例3]
負極活物質として、難黒鉛化性炭素材料(カーボトロンP:呉羽化学工業(株)製)を用意し、そのX線広角回折測定を、X線としてCuKα線を用いて行い、高純度Siを内標に使用して(002)面の回折ピークを測定した。その結果、d002は0.372であった。また、その細孔分布を、ユアサアイオニクス社製細孔分布測定装置(AUTOSORB−1 AS−1−MP)を用いて測定した。その結果、BET比表面積は5.2m2/g、細孔分布はメソ孔量(Vm1)が0.0085cc/g、マイクロ孔量(Vm2)が0.0017cc/gであった。
[Example 3]
As a negative electrode active material, a non-graphitizable carbon material (Carbotron P: manufactured by Kureha Chemical Industry Co., Ltd.) is prepared, and X-ray wide angle diffraction measurement is performed using CuKα rays as X-rays. The diffraction peak on the (002) plane was measured using the mark. As a result, d 002 was 0.372. Moreover, the pore distribution was measured using a pore distribution measuring device (AUTOSORB-1 AS-1-MP) manufactured by Yuasa Ionics. As a result, the BET specific surface area was 5.2 m 2 / g, and the pore distribution was mesopore volume (Vm1) of 0.0085 cc / g and micropore volume (Vm2) of 0.0017 cc / g.
この難黒鉛化性炭素材料を83.4質量部、アセチレンブラックを8.30質量部、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)を8.30質量部の比率で配合したものに、溶媒として、NMP(N−メチルピロリドン)を混合することで、スラリーを得た。得られたスラリーを、厚さ20μmの銅箔の両面に塗布し、乾燥し、プレスすることでエッジ率(L/S)が0.67の負極活物質層を形成した。 NMP (N- (N−)) was added as a solvent to this non-graphitizable carbon material in a ratio of 83.4 parts by mass, acetylene black at 8.30 parts by mass, and PVDF (polyvinylidene fluoride) at a ratio of 8.30 parts by mass. (Methylpyrrolidone) was mixed to obtain a slurry. The obtained slurry was applied on both sides of a copper foil having a thickness of 20 μm, dried and pressed to form a negative electrode active material layer having an edge ratio (L / S) of 0.67.
これにより、銅箔からなる負極集電体の両面に、前記細孔分布を有する難黒鉛化性炭素材料を主成分とする負極活物質層が、厚さ60μmで形成された負極電極体を得た。
このようにして得られた負極電極体と、実施例2と同様に作製した正極電極体を用いて、実施例1と同じ方法で電極積層体を作製し、これを用いて実施例1と同じ方法で蓄電素子を組み立てた。この蓄電素子の特性評価を実施例1と同じ方法で行って、セル容量と内部抵抗を求めた。これらの値から算出した時定数は1.99ΩFであり、単位面積当たりの容量は0.35(F/cm2)であった。また、初期電圧4.0Vの80%の電圧(3.2V)となるまでに要する日数は、229日であった。
As a result, a negative electrode body in which a negative electrode active material layer mainly composed of the non-graphitizable carbon material having the pore distribution is formed on both surfaces of a negative electrode current collector made of copper foil with a thickness of 60 μm is obtained. It was.
Using the thus obtained negative electrode body and the positive electrode body produced in the same manner as in Example 2, an electrode laminate was produced in the same manner as in Example 1, and the same as in Example 1 using this. The electric storage element was assembled by the method. The characteristics evaluation of this electricity storage device was performed in the same manner as in Example 1, and the cell capacity and internal resistance were obtained. The time constant calculated from these values was 1.99 ΩF, and the capacity per unit area was 0.35 (F / cm 2 ). The number of days required to reach 80% of the initial voltage of 4.0V (3.2V) was 229 days.
[実施例4]
得られたスラリーを、負極活物質層のエッジ率(L/S)が0.30となるように、厚さ20μmの銅箔(負極集電体)の両面に塗布したこと以外は、実施例1と同様に負極電極体を作製した。
得られた負極電極体と、実施例1と同様に作製した正極電極体を用いて、実施例1と同じ方法で電極積層体を作製した。この電極積層体を用いて実施例1と同じ方法で蓄電素子を組み立てた。この蓄電素子の特性評価を実施例1と同じ方法で行って、セル容量と内部抵抗を求めた。これらの値から算出した時定数は1.30ΩFであり、単位面積当たりの容量は0.50(F/cm2)であった。また、初期電圧4.0Vの80%の電圧(3.2V)となるまでに要する日数は、202日であった。
[Example 4]
Example except that the obtained slurry was applied on both sides of a copper foil (negative electrode current collector) having a thickness of 20 μm so that the edge ratio (L / S) of the negative electrode active material layer was 0.30. As in Example 1, a negative electrode body was produced.
Using the obtained negative electrode body and the positive electrode body prepared in the same manner as in Example 1, an electrode laminate was prepared in the same manner as in Example 1. Using this electrode laminate, a power storage device was assembled in the same manner as in Example 1. The characteristics evaluation of this electricity storage device was performed in the same manner as in Example 1, and the cell capacity and internal resistance were obtained. The time constant calculated from these values was 1.30 ΩF, and the capacity per unit area was 0.50 (F / cm 2 ). The number of days required to reach 80% of the initial voltage of 4.0 V (3.2 V) was 202 days.
[実施例5]
実施例2と同様に作製した正極電極体と、実施例4と同様に作製した負極電極体を用いて、実施例1と同じ方法で電極積層体を作製した。この電極積層体を用いて実施例1と同じ方法で蓄電素子を組み立てた。この蓄電素子の特性評価を実施例1と同じ方法で行って、セル容量と内部抵抗を求めた。これらの値から算出した時定数は1.85ΩFであり、単位面積当たりの容量は0.64(F/cm2)であった。また、初期電圧4.0Vの80%の電圧(3.2V)となるまでに要する日数は、185日であった。
[Example 5]
An electrode laminate was produced in the same manner as in Example 1, using a positive electrode produced in the same manner as in Example 2 and a negative electrode produced in the same manner as in Example 4. Using this electrode laminate, a power storage device was assembled in the same manner as in Example 1. The characteristics evaluation of this electricity storage device was performed in the same manner as in Example 1, and the cell capacity and internal resistance were obtained. The time constant calculated from these values was 1.85 ΩF, and the capacity per unit area was 0.64 (F / cm 2 ). The number of days required to reach 80% of the initial voltage of 4.0 V (3.2 V) was 185 days.
[実施例6]
得られたスラリーを、負極活物質層のエッジ率(L/S)が0.30となるように、厚さ20μmの銅箔(負極集電体)の両面に塗布したこと以外は、実施例3と同様に負極電極体を作製した。
この負極電極体と、実施例2と同様に作製した正極電極体を用いて、実施例1と同じ方法で電極積層体を作製した。この電極積層体を用いて実施例1と同じ方法で蓄電素子を組み立てた。この蓄電素子の特性評価を実施例1と同じ方法で行って、セル容量と内部抵抗を求めた。これらの値から算出した時定数は1.98ΩFであり、単位面積当たりの容量は0.70(F/cm2)であった。また、初期電圧4.0Vの80%の電圧(3.2V)となるまでに要する日数は、461日であった。
[Example 6]
Example except that the obtained slurry was applied on both sides of a copper foil (negative electrode current collector) having a thickness of 20 μm so that the edge ratio (L / S) of the negative electrode active material layer was 0.30. A negative electrode body was prepared in the same manner as in FIG.
Using this negative electrode body and a positive electrode body manufactured in the same manner as in Example 2, an electrode laminate was prepared in the same manner as in Example 1. Using this electrode laminate, a power storage device was assembled in the same manner as in Example 1. The characteristics evaluation of this electricity storage device was performed in the same manner as in Example 1, and the cell capacity and internal resistance were obtained. The time constant calculated from these values was 1.98 ΩF, and the capacity per unit area was 0.70 (F / cm 2 ). The number of days required to reach 80% of the initial voltage of 4.0V (3.2V) was 461 days.
[比較例1]
得られたスラリーを、負極活物質層のエッジ率(L/S)が2.43となるように、厚さ20μmの銅箔(負極集電体)の両面に塗布したこと以外は、実施例1と同様に負極電極体を作製した。
この負極電極体と、実施例1と同様に作製した正極電極体を用いて、実施例1と同じ方法で電極積層体を作製した。この電極積層体を用いて実施例1と同じ方法で蓄電素子を組み立てた。この蓄電素子の特性評価を実施例1と同じ方法で行って、セル容量と内部抵抗を求めた。これらの値から算出した時定数は1.21ΩFであり、単位面積当たりの容量は0.25(F/cm2)であった。また、初期電圧4.0Vの80%の電圧(3.2V)となるまでに要する日数は、35日であった。
[Comparative Example 1]
Example except that the obtained slurry was applied to both sides of a 20 μm thick copper foil (negative electrode current collector) so that the edge ratio (L / S) of the negative electrode active material layer was 2.43 As in Example 1, a negative electrode body was produced.
Using this negative electrode body and a positive electrode body manufactured in the same manner as in Example 1, an electrode laminate was prepared in the same manner as in Example 1. Using this electrode laminate, a power storage device was assembled in the same manner as in Example 1. The characteristics evaluation of this electricity storage device was performed in the same manner as in Example 1, and the cell capacity and internal resistance were obtained. The time constant calculated from these values was 1.21 ΩF, and the capacity per unit area was 0.25 (F / cm 2 ). The number of days required to reach 80% of the initial voltage of 4.0 V (3.2 V) was 35 days.
[比較例2]
比較例1と同様に作製した負極電極体と、実施例2と同様に作製した正極電極体を用いて、実施例1と同じ方法で電極積層体を作製した。この電極積層体を用いて実施例1と同じ方法で蓄電素子を組み立てた。この蓄電素子の特性評価を実施例1と同じ方法で行って、セル容量と内部抵抗を求めた。これらの値から算出した時定数は1.72ΩFであり、単位面積当たりの容量は0.32(F/cm2)であった。また、初期電圧4.0Vの80%の電圧(3.2V)となるまでに要する日数は、30日であった。
[Comparative Example 2]
An electrode laminate was produced in the same manner as in Example 1, using a negative electrode produced in the same manner as in Comparative Example 1 and a positive electrode produced in the same manner as in Example 2. Using this electrode laminate, a power storage device was assembled in the same manner as in Example 1. The characteristics evaluation of this electricity storage device was performed in the same manner as in Example 1, and the cell capacity and internal resistance were obtained. The time constant calculated from these values was 1.72 ΩF, and the capacity per unit area was 0.32 (F / cm 2 ). The number of days required to reach 80% of the initial voltage of 4.0V (3.2V) was 30 days.
[比較例3]
得られたスラリーを、負極活物質層のエッジ率(L/S)が2.43となるように、厚さ20μmの銅箔(負極集電体)の両面に塗布したこと以外は、実施例3と同様に負極電極体を作製した。
この負極電極体と、実施例2と同様に作製した正極電極体を用いて、実施例1と同じ方法で電極積層体を作製し、この電極積層体を用いて実施例1と同じ方法で蓄電素子を組み立てた。この蓄電素子の特性評価を実施例1と同じ方法で行って、セル容量と内部抵抗を求めた。これらの値から算出した時定数は1.98ΩFであり、単位面積当たりの容量は0.35(F/cm2)であった。また、初期電圧4.0Vの80%の電圧(3.2V)となるまでに要する日数は、75日であった。
[Comparative Example 3]
Example except that the obtained slurry was applied to both sides of a 20 μm thick copper foil (negative electrode current collector) so that the edge ratio (L / S) of the negative electrode active material layer was 2.43 A negative electrode body was prepared in the same manner as in FIG.
Using this negative electrode body and a positive electrode body manufactured in the same manner as in Example 2, an electrode laminate was produced in the same manner as in Example 1, and using this electrode laminate, electricity was stored in the same manner as in Example 1. The element was assembled. The characteristics evaluation of this electricity storage device was performed in the same manner as in Example 1, and the cell capacity and internal resistance were obtained. The time constant calculated from these values was 1.98 ΩF, and the capacity per unit area was 0.35 (F / cm 2 ). The number of days required to reach 80% of the initial voltage of 4.0V (3.2V) was 75 days.
[比較例4]
得られたスラリーを、負極活物質層のエッジ率(L/S)が1.77となるように、厚さ20μmの銅箔(負極集電体)の両面に塗布したこと以外は、実施例1と同様に負極電極体を作製した。
この負極電極体と、実施例1と同様に作製した正極電極体を用いて、実施例1と同じ方法で電極積層体を作製し、この電極積層体を用いて実施例1と同じ方法で蓄電素子を組み立てた。この蓄電素子の特性評価を実施例1と同じ方法で行って、セル容量と内部抵抗を求めた。これらの値から算出した時定数は1.31ΩFであり、単位面積当たりの容量は0.25(F/cm2)であった。また、初期電圧4.0Vの80%の電圧(3.2V)となるまでに要する日数は、45日であった。
[Comparative Example 4]
Example except that the obtained slurry was applied to both surfaces of a copper foil (negative electrode current collector) having a thickness of 20 μm so that the edge ratio (L / S) of the negative electrode active material layer was 1.77. As in Example 1, a negative electrode body was produced.
Using this negative electrode body and the positive electrode body manufactured in the same manner as in Example 1, an electrode laminate was prepared in the same manner as in Example 1, and using this electrode laminate, the electricity was stored in the same manner as in Example 1. The element was assembled. The characteristics evaluation of this electricity storage device was performed in the same manner as in Example 1, and the cell capacity and internal resistance were obtained. The time constant calculated from these values was 1.31 ΩF, and the capacity per unit area was 0.25 (F / cm 2 ). The number of days required to reach 80% of the initial voltage of 4.0V (3.2V) was 45 days.
[比較例5]
負極活物質として、黒鉛(MCMB:大阪ガス(株)製)を用意した。この黒鉛のBET比表面積は3.0m2/gである。
この黒鉛を3.0質量部、アセチレンブラックを2.0質量部、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)を5.0質量部の比率で配合したものに、溶媒としてNMP(N−メチルピロリドン)を混合することで、スラリーを得た。得られたスラリーを厚さ20μmの穿孔銅箔の両面に塗布し、乾燥し、プレスすることで、エッジ率(L/S)が0.67の負極活物質層を形成した。
[Comparative Example 5]
Graphite (MCMB: manufactured by Osaka Gas Co., Ltd.) was prepared as a negative electrode active material. The graphite has a BET specific surface area of 3.0 m 2 / g.
NMP (N-methylpyrrolidone) as a solvent is mixed with 3.0 parts by mass of graphite, 2.0 parts by mass of acetylene black, and 5.0 parts by mass of PVDF (polyvinylidene fluoride). Thus, a slurry was obtained. The obtained slurry was applied to both sides of a 20 μm-thick perforated copper foil, dried, and pressed to form a negative electrode active material layer having an edge ratio (L / S) of 0.67.
これにより、穿孔銅箔からなる負極集電体の両面に、黒鉛を主成分とする負極活物質層が、厚さ60μmで形成された負極電極体を得た。
この負極電極体と、実施例2と同様に作製した正極電極体を用いて、実施例1と同じ方法で電極積層体を作製し、この電極積層体を用いて実施例1と同じ方法で蓄電素子を組み立てた。この蓄電素子の特性評価を実施例1と同じ方法で行って、セル容量と内部抵抗を求めた。これらの値から算出した時定数は3.51ΩFであり、単位面積当たりの容量は0.33(F/cm2)であった。また、初期電圧4.0Vの80%の電圧(3.2V)となるまでに要する日数は、251日であった。
As a result, a negative electrode body was obtained in which a negative electrode active material layer mainly composed of graphite was formed on both sides of a negative electrode current collector made of perforated copper foil with a thickness of 60 μm.
Using this negative electrode body and a positive electrode body manufactured in the same manner as in Example 2, an electrode laminate was produced in the same manner as in Example 1, and using this electrode laminate, electricity was stored in the same manner as in Example 1. The element was assembled. The characteristics evaluation of this electricity storage device was performed in the same manner as in Example 1, and the cell capacity and internal resistance were obtained. The time constant calculated from these values was 3.51 ΩF, and the capacity per unit area was 0.33 (F / cm 2 ). The number of days required to reach 80% of the initial voltage of 4.0V (3.2V) was 251 days.
[比較例6]
得られたスラリーを、負極活物質層のエッジ率(L/S)が2.43となるように、厚さ20μmの穿孔銅箔(負極集電体)の両面に塗布したこと以外は、比較例5と同様に負極電極体を作製した。
この負極電極体と、実施例2と同様に作製した正極電極体を用いて、実施例1と同じ方法で電極積層体を作製し、この電極積層体を用いて実施例1と同じ方法で蓄電素子を組み立てた。この蓄電素子の特性評価を実施例1と同じ方法で行って、セル容量と内部抵抗を求めた。これらの値から算出した時定数は3.44ΩFであり、単位面積当たりの容量は0.33(F/cm2)であった。また、初期電圧4.0Vの80%の電圧(3.2V)となるまでに要する日数は、83日であった。
以上の結果を以下の表1にまとめて示す。
[Comparative Example 6]
Comparison was made except that the obtained slurry was applied to both sides of a 20 μm-thick perforated copper foil (negative electrode current collector) so that the edge ratio (L / S) of the negative electrode active material layer was 2.43. A negative electrode body was produced in the same manner as in Example 5.
Using this negative electrode body and a positive electrode body manufactured in the same manner as in Example 2, an electrode laminate was produced in the same manner as in Example 1, and using this electrode laminate, electricity was stored in the same manner as in Example 1. The element was assembled. The characteristics evaluation of this electricity storage device was performed in the same manner as in Example 1, and the cell capacity and internal resistance were obtained. The time constant calculated from these values was 3.44 ΩF, and the capacity per unit area was 0.33 (F / cm 2 ). The number of days required to reach 80% of the initial voltage of 4.0V (3.2V) was 83 days.
The above results are summarized in Table 1 below.
表1の結果から、実施例1〜6の蓄電素子は、比較例1〜6の蓄電素子と比較して、時定数が小さいことと自己放電が少ない(自己放電特性が良好である)ことを兼ね揃えた性能を有することが分かる。比較例1〜4の蓄電素子は、時定数は小さいが、自己放電特性が不良であった。比較例5の蓄電素子は、自己放電特性は良好であるが、時定数が大きかった。比較例6は、時定数も大きく、自己放電特性も不良であった。 From the results of Table 1, it can be seen that the electricity storage devices of Examples 1 to 6 have a smaller time constant and less self-discharge (good self-discharge characteristics) than the electricity storage devices of Comparative Examples 1 to 6. It can be seen that they have the same performance. The power storage elements of Comparative Examples 1 to 4 had a small time constant, but had poor self-discharge characteristics. The electricity storage device of Comparative Example 5 had good self-discharge characteristics but a large time constant. Comparative Example 6 also had a large time constant and poor self-discharge characteristics.
実施例1、実施例4、比較例1、および比較例4の蓄電素子は、負極活物質層のエッジ率のみが異なる構成である。これらの蓄電素子の時定数(ΩF)は、1.40、1.30、1.21、1.31とほぼ同じであるが、自己放電特性に差がある。各蓄電素子の自己放電特性は、エッジ率が0.30である実施例4が202日で最も良く、エッジ率が0.67である実施例1が105日で良好であったのに対して、エッジ率が1.77である比較例4が45日で実施例1の半分以下と悪く、エッジ率が2.43である比較例1が35日で最も悪かった。 The electricity storage devices of Example 1, Example 4, Comparative Example 1, and Comparative Example 4 have configurations that differ only in the edge rate of the negative electrode active material layer. The time constants (ΩF) of these power storage elements are almost the same as 1.40, 1.30, 1.21, and 1.31, but there is a difference in self-discharge characteristics. The self-discharge characteristics of each storage element were the best in Example 4 with an edge rate of 0.30 at 202 days, and the example 1 with an edge rate of 0.67 was good at 105 days. Comparative Example 4 with an edge rate of 1.77 was worse than half of Example 1 at 45 days, and Comparative Example 1 with an edge rate of 2.43 was worst at 35 days.
実施例2、実施例3、比較例5の蓄電素子は、負極活物質の主成分のみが異なる構成である。これらの蓄電素子のうち、負極活物質の主成分が黒鉛である比較例5は、自己放電特性が251日と最も良いが、時定数(ΩF)が3.51と最も大きい。これに対して、実施例2と3の蓄電素子は、時定数が小さく自己放電も少ない、バランスのとれた蓄電素子になっている。 The electricity storage devices of Example 2, Example 3, and Comparative Example 5 have configurations that differ only in the main component of the negative electrode active material. Among these power storage devices, Comparative Example 5 in which the main component of the negative electrode active material is graphite has the best self-discharge characteristics of 251 days, but has the largest time constant (ΩF) of 3.51. In contrast, the power storage elements of Examples 2 and 3 are well-balanced power storage elements with a small time constant and little self-discharge.
実施例1と2、実施例4と5、比較例1と2は、それぞれ、正極活物質の主成分が活性炭1であるか活性炭2であるかという点のみが異なる蓄電素子である。活性炭1は、正極活物質の主成分として好ましい構成である前記条件(1)〜(3) の全てを満たすが、活性炭2は前記条件(2)を満たさない。そして、正極活物質の主成分として活性炭1を用いた蓄電素子(実施例1と4、比較例1)の方が、活性炭2を用いた蓄電素子(実施例2と5、比較例2)よりも、時定数が小さくなっている。
Examples 1 and 2, Examples 4 and 5, and Comparative Examples 1 and 2 are storage elements that differ only in whether the main component of the positive electrode active material is activated carbon 1 or activated
実施例2と3、実施例5と6、比較例2と3は、それぞれ、負極活物質の主成分が複合多孔性炭素材料であるか難黒鉛化炭素材料であるかという点のみが異なる蓄電素子である。そして、負極活物質の主成分として難黒鉛化炭素材料を用いた蓄電素子(実施例3と6、比較例3)の方が、複合多孔性炭素材料を用いた蓄電素子(実施例2と5、比較例2)よりも、自己放電特性が良好になっている一方で、時定数が大きくなっている。 Examples 2 and 3, Examples 5 and 6, and Comparative Examples 2 and 3 are different from each other only in whether the main component of the negative electrode active material is a composite porous carbon material or a non-graphitizable carbon material. It is an element. And the electrical storage element (Examples 3 and 6, Comparative Example 3) using the non-graphitizable carbon material as the main component of the negative electrode active material is the electrical storage element (Examples 2 and 5) using the composite porous carbon material. The self-discharge characteristic is better than that of Comparative Example 2), but the time constant is larger.
1 負極集電体
2 耳部
3 負極活物質層
10 蓄電素子
11 蓄電素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (8)
リチウム塩を電解質として含む非水系電解液と、
前記電極積層体および非水電解液を収納する外装体と、
を備えた非水系リチウム型蓄電素子であって、
前記負極活物質層を構成する負極活物質の主成分が、活性炭の表面に炭素質材料を有する複合多孔性炭素材料または難黒鉛化性炭素材料であり、
前記正極活物質層を構成する正極活物質の主成分が活性炭であり、
前記負極活物質層の平面積S(cm2)に対する、前記負極活物質層の平面視における外形線の全長L(cm)の比率であるエッジ率(L/S)が、0.10<L/S<1.00を満たす非水系リチウム型蓄電素子。 A negative electrode body in which a negative electrode active material layer is formed on one or both surfaces of a negative electrode current collector, a positive electrode body in which a positive electrode active material layer is formed on one or both surfaces of a positive electrode current collector, and an electrode stack in which separators are stacked Body,
A non-aqueous electrolyte containing a lithium salt as an electrolyte;
An exterior body that houses the electrode laminate and the non-aqueous electrolyte; and
A non-aqueous lithium storage element comprising:
The main component of the negative electrode active material constituting the negative electrode active material layer is a composite porous carbon material or a non-graphitizable carbon material having a carbonaceous material on the surface of activated carbon,
The main component of the positive electrode active material constituting the positive electrode active material layer is activated carbon,
The edge ratio (L / S), which is the ratio of the total length L (cm) of the outline in a plan view of the negative electrode active material layer to the plane area S (cm 2 ) of the negative electrode active material layer, is 0.10 <L Non-aqueous lithium storage element satisfying /S<1.00.
(1)BJH法で算出されたメソ孔量(直径が2nm以上50nm以下である細孔の量)Vm1(cc/g)が、0.01≦Vm1<0.10である。
(2)MP法で算出されたマイクロ孔量(直径が2nm未満である細孔の量)Vm2(cc/g)が、0.01≦Vm2<0.30である。 The main component of the negative electrode active material is a composite porous carbon material having a carbonaceous material on the surface of activated carbon, and the composite porous carbon material satisfies the following conditions (1) and (2): Non-aqueous lithium storage element.
(1) The amount of mesopores (the amount of pores having a diameter of 2 nm to 50 nm) Vm1 (cc / g) calculated by the BJH method is 0.01 ≦ Vm1 <0.10.
(2) The amount of micropores (amount of pores having a diameter of less than 2 nm) Vm2 (cc / g) calculated by the MP method is 0.01 ≦ Vm2 <0.30.
(1)BJH法で算出されたメソ孔量(直径が2nm以上50nm以下である細孔の量)V1(cc/g)が、0.3<V1≦0.8である。
(2)MP法で算出されたマイクロ孔量(直径が2nm未満である細孔の量)V2が、0.5≦V2<1.0である。
(3)BET法により測定された比表面積が1500m2/g以上3000m2/g以下である。 The non-aqueous lithium storage element according to any one of claims 1 to 3, wherein activated carbon that is a main component of the positive electrode active material satisfies the following conditions (1) to (3).
(1) Mesopore amount (amount of pores having a diameter of 2 nm to 50 nm) V1 (cc / g) calculated by the BJH method is 0.3 <V1 ≦ 0.8.
(2) The amount of micropores (the amount of pores having a diameter of less than 2 nm) V2 calculated by the MP method is 0.5 ≦ V2 <1.0.
(3) The specific surface area measured by the BET method is 1500 m 2 / g or more and 3000 m 2 / g or less.
前記エッジ率が0.10<L/S<1.0を満たす範囲で最小になるように、前記所定空間内の前記負極活物質層を平行に配置する底面と、その底面内に配置する負極活物質層の数を決めることを特徴とする蓄電モジュールの製造方法。 When a non-aqueous lithium-type electricity storage device according to claim 5 is arranged in a predetermined space to produce an electricity storage module,
A bottom surface on which the negative electrode active material layers in the predetermined space are arranged in parallel so that the edge rate is minimized within a range satisfying 0.10 <L / S <1.0, and a negative electrode arranged in the bottom surface A method for manufacturing a power storage module, wherein the number of active material layers is determined.
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Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015050280A (en) * | 2013-08-30 | 2015-03-16 | 旭化成株式会社 | Nonaqueous lithium type storage device |
JP2015099849A (en) * | 2013-11-19 | 2015-05-28 | 旭化成株式会社 | Nonaqueous lithium type power-storage device |
WO2015163093A1 (en) * | 2014-04-25 | 2015-10-29 | Jmエナジー株式会社 | Positive electrode for lithium ion capacitor, and lithium ion capacitor |
JP2015191943A (en) * | 2014-03-27 | 2015-11-02 | Fdkリチウムイオンキャパシタ株式会社 | Lithium ion capacitor, power storage module, and method of manufacturing lithium ion capacitor |
JP5811999B2 (en) * | 2010-02-25 | 2015-11-11 | 日立化成株式会社 | Negative electrode material for lithium ion secondary battery, negative electrode for lithium ion secondary battery using the negative electrode material, and lithium ion secondary battery |
JP2016042504A (en) * | 2014-08-14 | 2016-03-31 | 旭化成株式会社 | Nonaqueous lithium type power storage device |
JP2016042502A (en) * | 2014-08-14 | 2016-03-31 | 旭化成株式会社 | Negative electrode for nonaqueous lithium type power storage device |
US9450222B2 (en) | 2012-09-28 | 2016-09-20 | Gs Yuasa International Ltd. | Electric storage device, and vehicle mounted electric storage system |
WO2024040501A1 (en) * | 2022-08-25 | 2024-02-29 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | Carbon material and preparation method therefor and use thereof, negative electrode sheet, secondary battery and electric device |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006112068A1 (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-26 | Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha | Lithium ion capacitor |
JP2007115721A (en) * | 2005-10-17 | 2007-05-10 | Fuji Heavy Ind Ltd | Lithium ion capacitor |
WO2008078777A1 (en) * | 2006-12-27 | 2008-07-03 | Jm Energy Corporation | Coated electrode and organic electrolyte capacitor |
JP2008300692A (en) * | 2007-05-31 | 2008-12-11 | Fuji Heavy Ind Ltd | Power storage device |
WO2009063966A1 (en) * | 2007-11-16 | 2009-05-22 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Nonaqueous lithium-type storage element |
-
2009
- 2009-11-09 JP JP2009256157A patent/JP5654742B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006112068A1 (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-26 | Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha | Lithium ion capacitor |
JP2007115721A (en) * | 2005-10-17 | 2007-05-10 | Fuji Heavy Ind Ltd | Lithium ion capacitor |
WO2008078777A1 (en) * | 2006-12-27 | 2008-07-03 | Jm Energy Corporation | Coated electrode and organic electrolyte capacitor |
JP2008300692A (en) * | 2007-05-31 | 2008-12-11 | Fuji Heavy Ind Ltd | Power storage device |
WO2009063966A1 (en) * | 2007-11-16 | 2009-05-22 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Nonaqueous lithium-type storage element |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5811999B2 (en) * | 2010-02-25 | 2015-11-11 | 日立化成株式会社 | Negative electrode material for lithium ion secondary battery, negative electrode for lithium ion secondary battery using the negative electrode material, and lithium ion secondary battery |
US9450222B2 (en) | 2012-09-28 | 2016-09-20 | Gs Yuasa International Ltd. | Electric storage device, and vehicle mounted electric storage system |
JP2015050280A (en) * | 2013-08-30 | 2015-03-16 | 旭化成株式会社 | Nonaqueous lithium type storage device |
JP2015099849A (en) * | 2013-11-19 | 2015-05-28 | 旭化成株式会社 | Nonaqueous lithium type power-storage device |
JP2015191943A (en) * | 2014-03-27 | 2015-11-02 | Fdkリチウムイオンキャパシタ株式会社 | Lithium ion capacitor, power storage module, and method of manufacturing lithium ion capacitor |
WO2015163093A1 (en) * | 2014-04-25 | 2015-10-29 | Jmエナジー株式会社 | Positive electrode for lithium ion capacitor, and lithium ion capacitor |
JPWO2015163093A1 (en) * | 2014-04-25 | 2017-04-13 | Jmエナジー株式会社 | Positive electrode for lithium ion capacitor and lithium ion capacitor |
US10256049B2 (en) | 2014-04-25 | 2019-04-09 | Jm Energy Corporation | Positive electrode for a lithium ion capacitor and lithium ion capacitor |
JP2016042504A (en) * | 2014-08-14 | 2016-03-31 | 旭化成株式会社 | Nonaqueous lithium type power storage device |
JP2016042502A (en) * | 2014-08-14 | 2016-03-31 | 旭化成株式会社 | Negative electrode for nonaqueous lithium type power storage device |
WO2024040501A1 (en) * | 2022-08-25 | 2024-02-29 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | Carbon material and preparation method therefor and use thereof, negative electrode sheet, secondary battery and electric device |
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