JP2014114199A - Novel carbonaceous material and use of the same - Google Patents

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Yoshihisa Tanaka
義久 田中
Toshihiro Nakabo
年宏 中坊
Tatsuki Ishihara
達己 石原
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Kyushu University NUC
Nissin Electric Co Ltd
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Kyushu University NUC
Nissin Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel carbonaceous material capable of increasing the amount of intercalation of anions or cations when being used as a power storage device, and an application technology of the same.SOLUTION: The amount of intercalation of anions or cations can be increased by using carbonaceous materials as an electrode of power storage devices, where the carbonaceous materials have a ratio of a peak intensity at 1350 cmto a peak intensity at 1580 cm, in a Raman spectrum, of more than 0.33 and has a half value width at 1580 cmof more than 22 cm.

Description

本発明は、新規な炭素質材料及びその利用に関し、特に、アニオン又はカチオンのインターカレーションの量が増大した高容量の蓄電デバイス等に使用可能な新規な炭素質材料及びその利用に関するものである。   The present invention relates to a novel carbonaceous material and use thereof, and more particularly to a novel carbonaceous material that can be used for a high-capacity electricity storage device having an increased amount of anion or cation intercalation and the use thereof. .

従来、パソコンや携帯電話などの各種携帯機器の小型・軽量化のために、小型電池の開発が行われている。各種携帯機器の小型・軽量化のためには電源である電池のエネルギー密度が高いことが不可欠である。また、小型電池に加えて、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される蓄電装置として大型電池の開発も進んでいる。このような大型電池は、高エネルギー密度や高出力密度が要求される。   Conventionally, small batteries have been developed to reduce the size and weight of various portable devices such as personal computers and mobile phones. In order to reduce the size and weight of various portable devices, it is essential that the energy density of the battery as a power source is high. In addition to small batteries, large batteries are also being developed as power storage devices mounted on electric vehicles and hybrid vehicles. Such a large battery is required to have a high energy density and a high output density.

前記要求を満たすものとして、リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタ等の研究開発が活発に行なわれている。例えば、特許文献1には、層状構造を有する炭素質材料であって、(002)面に非晶質部が複数個分散しており、非晶質部の平均面積が1.5nm以上である炭素質材料等が記載されており、これを蓄電装置に使用した場合にイオンのインターカレーションの量を増大させ、蓄電装置の高容量化を実現できる旨が開示されている。 Research and development of lithium ion secondary batteries, electric double layer capacitors, and the like have been actively conducted to meet the above requirements. For example, Patent Document 1 discloses a carbonaceous material having a layered structure in which a plurality of amorphous parts are dispersed on the (002) plane, and the average area of the amorphous parts is 1.5 nm 2 or more. A certain carbonaceous material or the like is described, and it is disclosed that when this is used in a power storage device, the amount of ion intercalation can be increased to realize a high capacity of the power storage device.

特開2010−254537号公報JP 2010-254537 A

上述したように、リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタ等の蓄電装置に関して、種々の技術開発が行われている。しかし、蓄電装置の分野において、蓄電装置の高容量化は非常に重要であり、前記のような蓄電装置を自動車や一般機器の電源として利用できるようにするためには、さらなる高容量化が求められる。   As described above, various technical developments have been made on power storage devices such as lithium ion secondary batteries and electric double layer capacitors. However, in the field of power storage devices, it is very important to increase the capacity of power storage devices, and in order to make it possible to use such power storage devices as power sources for automobiles and general equipment, further increase in capacity is required. It is done.

特に最近、ハイブリッド車や電気自動車等の自動車用蓄電池や、太陽電池・風力発電などの新エネルギーシステムと組み合わせた電力貯蔵用蓄電池としての新市場が登場し、今後リチウムイオン電池の市場が大幅に拡大すると予想されている点からも高容量化の要望は高い。   Recently, a new market has emerged as storage batteries for automobiles such as hybrid cars and electric cars, and new energy systems such as solar batteries and wind power generation, and the market for lithium-ion batteries will greatly expand in the future. The demand for higher capacity is also high from the point of expectation.

本発明は、前記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄電デバイスに使用した場合にアニオン又はカチオンのインターカレーションの量を増大させ得る、新規な炭素質材料及びその利用技術を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a novel carbonaceous material that can increase the amount of anion or cation intercalation when used in an electricity storage device, and a technology for using the same. Is to provide.

本発明者らは、前記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、2つのラマンバンドのピーク強度比(I1350/I1580)と、1580cm−1のラマンバンドの半値幅が所定の数値以上である炭素質材料を蓄電装置の正極活物質として使用した場合、アニオン又はカチオンのインターカレーションの量を増大させることができ、従来の炭素質材料を使用する場合に比べて、高容量化を達成でき、また充放電サイクル性能も優れるという新規知見を見出し、本発明を完成させるに至った。すなわち本発明は、以下の構成を含む。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the inventors of the present invention have a peak intensity ratio of two Raman bands (I 1350 / I 1580 ) and a half band width of a Raman band of 1580 cm −1 greater than a predetermined value. When the carbonaceous material is used as the positive electrode active material of the power storage device, the amount of anion or cation intercalation can be increased, and the capacity can be increased compared to the case of using a conventional carbonaceous material. The inventors have found a new finding that it can be achieved and the charge / discharge cycle performance is excellent, and have completed the present invention. That is, the present invention includes the following configurations.

(1)ラマンスペクトルにおける1580cm−1のピーク強度に対する1350cm−1のピーク強度の比が0.33より大きく、かつ1580cm−1の半値幅が22cm−1より大きい炭素質材料。 (1) greater than the ratio of the peak intensity of 1350 cm -1 is 0.33 to the peak intensity of 1580 cm -1 in the Raman spectrum, and half-width 22 cm -1 is larger than the carbonaceous material of the 1580 cm -1.

(2)さらに、六方晶黒鉛層のX線回折による(002)面の面間隔が3.3Å以上3.5Å以下である(1)に記載の炭素質材料。   (2) The carbonaceous material according to (1), wherein the hexagonal graphite layer further has a (002) plane spacing of 3.3 to 3.5 mm by X-ray diffraction.

(3)グラファイトである(1)又は(2)に記載の炭素質材料。   (3) The carbonaceous material according to (1) or (2), which is graphite.

(4)前記(1)〜(3)のいずれかに記載の炭素質材料を活物質として備える蓄電デバイス。   (4) An electricity storage device comprising the carbonaceous material according to any one of (1) to (3) as an active material.

(5)前記(1)〜(3)のいずれかに記載の炭素質材料を含む正極と、層間にカチオンが挿入脱離し得る炭素質材料を含む負極と、を備え、非水系電解液が充填されてなる蓄電デバイス。   (5) A positive electrode including the carbonaceous material according to any one of (1) to (3) above and a negative electrode including a carbonaceous material from which a cation can be inserted and released between layers, and filled with a nonaqueous electrolyte solution An electricity storage device.

(6)前記非水系電解液は、リチウムイオンを溶解した電解液であり、前記負極は、リチウムイオンを吸蔵、脱離し得る炭素質材料を含む負極であり、前記負極が含む炭素質材料は、予めリチウムイオンが吸蔵されているものである(5)に記載の蓄電デバイス。   (6) The nonaqueous electrolytic solution is an electrolytic solution in which lithium ions are dissolved, the negative electrode is a negative electrode including a carbonaceous material capable of inserting and extracting lithium ions, and the carbonaceous material included in the negative electrode is: The electricity storage device according to (5), wherein lithium ions are occluded in advance.

(7)前記負極が含む炭素質材料は、負極とリチウム金属とを電気化学的に反応させて得られるものである(6)に記載の蓄電デバイス。   (7) The electrical storage device according to (6), wherein the carbonaceous material included in the negative electrode is obtained by electrochemically reacting the negative electrode and lithium metal.

(8)前記負極の電位は、金属リチウムを基準として0.01V以上0.25V以下である(6)又は(7)に記載の蓄電デバイス。   (8) The electric storage device according to (6) or (7), wherein the potential of the negative electrode is 0.01 V or more and 0.25 V or less with respect to metallic lithium.

(9)前記負極が含む炭素質材料が、グラファイト又は難黒鉛性カーボンである(5)〜(8)のいずれかに記載の蓄電デバイス。   (9) The electricity storage device according to any one of (5) to (8), wherein the carbonaceous material included in the negative electrode is graphite or non-graphitizable carbon.

本発明に係る炭素質材料によれば、アニオン又はカチオンのインターカレーションの量を増大させることができる。このため、蓄電デバイスの電極として用いることで、高容量化を達成できる。また充放電サイクル性能も優れる。   The carbonaceous material according to the present invention can increase the amount of anion or cation intercalation. For this reason, high capacity can be achieved by using it as an electrode of an electricity storage device. Moreover, the charge / discharge cycle performance is also excellent.

本発明の一実施形態に係る蓄電デバイスの基本セルの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the basic cell of the electrical storage device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の実施例に係る炭素質材料の性能評価のための試験装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the test apparatus for the performance evaluation of the carbonaceous material which concerns on the Example of this invention.

本発明の実施の一形態について、以下に詳細に説明する。本明細書中に記載された学術文献及び特許文献の全てが、本明細書中において参考として援用される。なお、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「A〜B」は、「A以上B以下」を意味する。また、「%」は「重量%」を、「部」は「重量部」を意味する。   An embodiment of the present invention will be described in detail below. All academic and patent documents mentioned in this specification are hereby incorporated by reference. Unless otherwise specified in this specification, “A to B” indicating a numerical range means “A or more and B or less”. “%” Means “% by weight” and “parts” means “parts by weight”.

<1.炭素質材料>
本発明に係る炭素質材料は、ラマンスペクトルにおける1580cm−1のピーク強度に対する1350cm−1のピーク強度の比が0.33より大きく、かつ1580cm−1の半値幅が22cm−1より大きいものであればよく、その他の具体的な構成については特に限定されない。
<1. Carbonaceous material>
Long carbonaceous material according to the present invention is greater than the ratio of the peak intensity of 1350 cm -1 is 0.33 to the peak intensity of 1580 cm -1 in the Raman spectrum, and those half-value width of 1580 cm -1 is greater than 22 cm -1 The other specific configuration is not particularly limited.

さらに、本発明に係る炭素質材料は、六方晶黒鉛層のX線回折による(002)面の面間隔が3.3Å以上3.5Å以下であることが好ましい。また、グラファイトであることがより好ましい。グラファイトは、(002)面に層状構造を有する。(002)面とは、X線回折で測定される炭素002面(黒鉛層と水平な面)を意図する。なお、かかる炭素質材料としては、グラファイトが好ましいが、グラファイトに限らず、層状構造、特に(002)面を有する炭素質材料を好適に採用できる。X線回折による(002)面の面間隔がこの範囲内であれば、本炭素質材料を蓄電デバイスの電極用の活物質として用いることにより、電極材料へのアニオン又はカチオンのインターカレーションの量を増大させ得る。   Furthermore, the carbonaceous material according to the present invention preferably has a (002) plane spacing of 3.3 to 3.5 mm by X-ray diffraction of the hexagonal graphite layer. Further, graphite is more preferable. Graphite has a layered structure on the (002) plane. The (002) plane is intended to be a carbon 002 plane (plane parallel to the graphite layer) measured by X-ray diffraction. Such a carbonaceous material is preferably graphite, but is not limited to graphite, and a carbonaceous material having a layered structure, particularly a (002) plane, can be suitably employed. If the interplanar spacing of the (002) plane by X-ray diffraction is within this range, the amount of anion or cation intercalation into the electrode material can be obtained by using this carbonaceous material as an active material for the electrode of the electricity storage device. Can be increased.

本発明において、「ラマンスペクトル」は、アルゴンレーザー(光源波長514.5nm)を炭素質材料に照射することにより得られるものを意図する。   In the present invention, “Raman spectrum” is intended to be obtained by irradiating a carbonaceous material with an argon laser (light source wavelength: 514.5 nm).

ここで、「ラマンスペクトルによる1580cm−1のピーク強度に対する1350cm−1のピーク強度の比」は、グラファイト結晶表面のエッジの比率を反映しており、比が大きくなるほどエッジの割合が増加し、非晶質となる傾向がある。なお、本明細書中、「2つのラマンバンドのピーク強度比(I1350/I1580)」と称する場合もある。 Here, the “ratio of the peak intensity at 1350 cm −1 to the peak intensity at 1580 cm −1 by Raman spectrum” reflects the ratio of the edge of the graphite crystal surface, and the ratio of the edge increases as the ratio increases. There is a tendency to be crystalline. In the present specification, it may be referred to as “peak intensity ratio of two Raman bands (I 1350 / I 1580 )”.

また、ラマンスペクトルによる1350cm−1のピーク強度は、1350cm−1付近におけるピーク強度であればよく、例えば、1340cm−1〜1360cm−1のピーク強度から評価可能である。なお、1350cm−1のピーク強度を測定することが好ましい。同様に、ラマンスペクトルによる1580cm−1のピーク強度は、1580cm−1付近におけるピーク強度であればよく、例えば、1570cm−1〜1590cm−1のピーク強度から評価可能である。なお、1580cm−1のピーク強度を測定することが好ましい。 Further, the peak intensity of 1350 cm -1 by Raman spectra may be a peak intensity at around 1350 cm -1, for example, it can be evaluated from the peak intensity of 1340cm -1 ~1360cm -1. It is preferable to measure a peak intensity of 1350 cm −1 . Similarly, the peak intensity of 1580 cm -1 by Raman spectra may be a peak intensity at around 1580 cm -1, for example, it can be evaluated from the peak intensity of 1570cm -1 ~1590cm -1. In addition, it is preferable to measure the peak intensity of 1580 cm −1 .

また、「ラマンスペクトルによる1580cm−1の半値幅」は、黒鉛化度(ローカルなグラファイト構造の完全性)を反映している。この値が小さくなれば、ベーサル(Basal)面の割合が増加し、高配向となる。一方、この値が大きくなれば、黒鉛化度が低下し、非晶質となる。 The “half-width of 1580 cm −1 by Raman spectrum” reflects the degree of graphitization (completeness of local graphite structure). If this value is reduced, the proportion of the basal plane increases and the orientation becomes high. On the other hand, when this value increases, the degree of graphitization decreases and the film becomes amorphous.

すなわち、本発明では、ラマンスペクトルによる1580cm−1のピーク強度に対する1350cm−1のピーク強度の比が0.33より大きく、かつ1580cm−1の半値幅が22cm−1より大きい炭素質材料という、電極用の活物質としての使用に特に好ましい炭素質材料の物性を見出したものと換言できる。 That is, in the present invention, greater than the ratio of the peak intensity of 1350 cm -1 is 0.33 to the peak intensity of 1580 cm -1 by Raman spectrum, and the half width of 1580 cm -1 is called 22 cm -1 is larger than the carbonaceous material, the electrode In other words, it has been found that the physical properties of a carbonaceous material that are particularly preferable for use as an active material are found.

本発明に係る炭素質材料は、2つのラマンバンドのピーク強度比(I1350/I1580)が0.35以上であることがより好ましく、0.38以上であることがさらに好ましく、0.40以上であることが特に好ましい。上限については特に限定されないが、例えば、0.60以下であることが好ましい。この数値範囲内であれば、炭素質材料の層間にアニオン又はカチオンのインターカレーションの量を増大させることが可能である。 In the carbonaceous material according to the present invention, the peak intensity ratio (I 1350 / I 1580 ) of two Raman bands is more preferably 0.35 or more, further preferably 0.38 or more, and 0.40. The above is particularly preferable. The upper limit is not particularly limited, but is preferably 0.60 or less, for example. Within this numerical range, it is possible to increase the amount of anion or cation intercalation between the layers of the carbonaceous material.

また、本発明に係る炭素質材料は、ラマンスペクトルにおける1580cm−1の半値幅が23cm−1以上であることがより好ましく、24cm−1以上であることがさらに好ましい。上限については特に限定されないが、例えば、30cm−1以下であることが好ましい。この数値範囲内であれば、炭素質材料の層間にアニオン又はカチオンのインターカレーションの量を増大させることが可能である。 Further, the carbonaceous material according to the present invention, more preferably the half-width of 1580 cm -1 in the Raman spectrum is 23cm -1 or more, more preferably 24cm -1 or more. Although it does not specifically limit about an upper limit, For example, it is preferable that it is 30 cm <-1> or less. Within this numerical range, it is possible to increase the amount of anion or cation intercalation between the layers of the carbonaceous material.

<2.炭素質材料の製造方法>
本炭素質材料の製造方法としては、種々の方法を用いることができ、特に限定されない。例えば、炭化水素化合物を加熱処理して製造することができる。具体的には、炭化水素化合物をアルゴンガスで濃度調整した後、加熱した石英基板表面上に吹きかけ、当該基板上に炭素質材料を生成、堆積させる方法を挙げることができる。
<2. Manufacturing method of carbonaceous material>
Various methods can be used as a method for producing the carbonaceous material, and the method is not particularly limited. For example, the hydrocarbon compound can be manufactured by heat treatment. Specifically, after the concentration of the hydrocarbon compound is adjusted with argon gas, it is sprayed onto the surface of a heated quartz substrate, and a carbonaceous material is generated and deposited on the substrate.

炭化水素化合物としては、アセチレン、プロピン、ブチン等のアルキン系炭化水素;ベンゼン、キシレン、トルエン等の芳香族系炭化水素;ナフタレン、メチルナフタレン、アントラセン、フェナントレン、アセナフテン、アセナフチレン、ピレン等の多環炭化水素;又はこれらを含有する物質を挙げることができる。   Examples of hydrocarbon compounds include alkyne hydrocarbons such as acetylene, propyne and butyne; aromatic hydrocarbons such as benzene, xylene and toluene; polycyclic carbons such as naphthalene, methylnaphthalene, anthracene, phenanthrene, acenaphthene, acenaphthylene and pyrene. Mention may be made of hydrogen; or substances containing these.

かかる炭化水素化合物を、非酸化性雰囲気下で熱処理する。非酸化性ガスとしては、ヘリウム、アルゴン等が使用される。また、加熱温度としては、炭化/黒鉛化処理が可能な温度であれば特に限定されず、例えば、500℃〜3000℃が好ましく、1000℃〜2000℃がより好ましく、1200℃〜1500℃がより好ましい。   Such a hydrocarbon compound is heat-treated in a non-oxidizing atmosphere. As the non-oxidizing gas, helium, argon or the like is used. In addition, the heating temperature is not particularly limited as long as it is a temperature at which carbonization / graphitization can be performed. For example, 500 ° C to 3000 ° C is preferable, 1000 ° C to 2000 ° C is more preferable, and 1200 ° C to 1500 ° C is more. preferable.

なお、本製法については、特に限定されないが、例えば、特開昭62−202809に記載の方法を利用することとができる。   The production method is not particularly limited, but for example, the method described in JP-A-62-202809 can be used.

その他の方法として、例えば、電気化学的な手法を挙げることができる。例えば、原料として、アルゴンレーザー(光源波長514.5nm)ラマンスペクトルによる1580cm−1のピーク強度に対する1350cm−1のピーク強度の比が0.05〜0.3でかつ1580cm−1の半値幅が18cm−1〜22cm−1である層状構造を有する炭素質材料を主成分とし集電体上に形成して電極を製作し、それを正極として用い、負極側に活性炭を主成分として集電体上に形成した電極を用い、非水系電解液を含浸して充放電を行う。この手法により本材料を形成することができる。 Other methods include, for example, an electrochemical method. For example, as the raw material, the half value width 18cm argon laser (light source wavelength 514.5 nm) and the ratio of the peak intensity of 1350 cm -1 by Raman spectrum to the peak intensity of 1580 cm -1 is 0.05 to 0.3 1580 cm -1 An electrode is manufactured by forming a carbonaceous material having a layered structure of −1 to 22 cm −1 as a main component on a current collector, using it as a positive electrode, and using an activated carbon as a main component on the negative electrode side Using the electrode formed in the above, charging and discharging are performed by impregnating with a non-aqueous electrolyte solution. This material can be formed by this method.

具体的には、以下の工程(a)〜(d)を含む製法により得られる、正極から取り出して得ることができる。
(a)層状構造を有する炭素質材料を電極板表面に被覆して正極を準備する工程と、
(b)前記正極の前記炭素質材料の質量に対して4倍以上の質量の炭素質材料を電極板表面に被覆して負極を準備する工程と、
(c)前記正極の前記炭素質材料の層間にインターカレーション可能なアニオンを含む非水電解液中に前記正極及び負極を対向させる工程と、
(d)充電時の充電電圧を2.25Vより大きく3.5V以下として、少なくとも1回の充放電サイクルを行わせる電圧印加工程。
Specifically, it can be obtained by taking out from the positive electrode obtained by a production method including the following steps (a) to (d).
(A) coating the surface of the electrode plate with a carbonaceous material having a layered structure to prepare a positive electrode;
(B) a step of preparing a negative electrode by coating the surface of the electrode plate with a carbonaceous material having a mass four times or more the mass of the carbonaceous material of the positive electrode;
(C) making the positive electrode and the negative electrode face each other in a nonaqueous electrolytic solution containing an anion capable of intercalation between the layers of the carbonaceous material of the positive electrode;
(D) The voltage application process which makes charging voltage at the time of charge larger than 2.25V and 3.5V or less and performs at least one charging / discharging cycle.

かかる方法の詳細は、特開2010−254537号公報に詳細に説明されているため、ここではその記載を援用するものとし、説明を省略する。   The details of such a method are described in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-254537, and therefore the description thereof is incorporated here and the description thereof is omitted.

ただし、特開2010−254537号公報に記載の方法を単純に実施するだけでは、本発明に係る炭素質材料を取得できないため、以下に記載する工程を実施することが好ましい。   However, since the carbonaceous material according to the present invention cannot be obtained simply by performing the method described in JP2010-254537A, it is preferable to perform the steps described below.

<A.電解質の選択>
前記(c)工程「前記正極の前記炭素質材料の層間にインターカレーション可能なアニオンを含む非水電解液中に前記正極及び負極を対向させる工程」において、前記非水電解液中の電解質として、トリエチルメチルアンモニウム・テトラフルオロボレート(TEMA・BF)を使用することが好ましい。
<A. Selection of electrolyte>
As the electrolyte in the non-aqueous electrolyte in the step (c) “the step of facing the positive electrode and the negative electrode in a non-aqueous electrolyte containing an anion capable of intercalation between layers of the carbonaceous material of the positive electrode” It is preferable to use triethylmethylammonium tetrafluoroborate (TEMA.BF 4 ).

前記のTEMA・BFを電解質として使用する場合、他の電解質(例えば、トリエチルメチルアンモニウム・ヘキサフルオロフォスフェート(TEMA・PF))を用いる場合に比較して、炭素質材料における、2つのラマンバンドのピーク強度比(I1350/I1580)と、1580cm−1のラマンバンドの半値幅とを共に所望の範囲とすることができる。 When using the TEMA • BF 4 as an electrolyte, two Ramans in the carbonaceous material are compared to using other electrolytes (for example, triethylmethylammonium hexafluorophosphate (TEMA • PF 6 )). Both the peak intensity ratio (I 1350 / I 1580 ) of the band and the half-value width of the Raman band of 1580 cm −1 can be in a desired range.

<B.溶媒の選択>
また、前記(c)工程「前記正極の前記炭素質材料の層間にインターカレーション可能なアニオンを含む非水電解液中に前記正極及び負極を対向させる工程」において、前記非水電解液中の溶媒として、環状カーボネートと鎖状カーボネートとを含むものを使用することが好ましい。ここで、使用する各カーボネートについては特に限定されないが、環状カーボネートとして、例えば、プロピレンカーボネート(PC)が好適に使用できる。また、鎖状カーボネートとして、例えば、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、及びジエチルカーボネート(DEC)からなる群より選択される少なくとも1種、あるいは組み合わせを好適に使用できる。
<B. Selection of solvent>
Further, in the step (c), “in the step of making the positive electrode and the negative electrode face each other in a nonaqueous electrolytic solution containing an anion capable of intercalating between the layers of the carbonaceous material of the positive electrode” in the nonaqueous electrolytic solution As the solvent, a solvent containing a cyclic carbonate and a chain carbonate is preferably used. Here, although it does not specifically limit about each carbonate to be used, For example, a propylene carbonate (PC) can be used conveniently as a cyclic carbonate. As the chain carbonate, for example, at least one selected from the group consisting of dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), and diethyl carbonate (DEC), or a combination thereof can be suitably used.

また、環状カーボネートと鎖状カーボネートとの質量比は、特に限定されないが、例えば、1:1〜1:5を例示できる。ただし、鎖状カーボネートの量が増加するにつれ、電解質の溶解度が低下する傾向になるため、かかる問題を生じさせない範囲とすることが好ましい。例えば、環状カーボネートと鎖状カーボネートとの質量比が1:1であることが特に好ましい。   Moreover, although mass ratio of a cyclic carbonate and a chain carbonate is not specifically limited, For example, 1: 1 to 1: 5 can be illustrated. However, since the solubility of the electrolyte tends to decrease as the amount of the chain carbonate increases, it is preferable that the range does not cause such a problem. For example, the mass ratio of cyclic carbonate to chain carbonate is particularly preferably 1: 1.

なお、前記非水電解液中の電解質としては、特に限定されないが、<A>欄で説明したように、例えば、トリエチルメチルアンモニウム・テトラフルオロボレート(TEMA・BF)を用いることが好ましい。 The electrolyte in the non-aqueous electrolyte is not particularly limited, but it is preferable to use, for example, triethylmethylammonium tetrafluoroborate (TEMA.BF 4 ) as described in the section <A>.

本態様の製造方法によれば、炭素質材料において、2つのラマンバンドのピーク強度比(I1350/I1580)と、1580cm−1のラマンバンドの半値幅とを共に所望の範囲とすることができる。 According to the manufacturing method of this aspect, in the carbonaceous material, the peak intensity ratio (I 1350 / I 1580 ) of the two Raman bands and the half band width of the Raman band of 1580 cm −1 are both set to a desired range. it can.

<C.その他の溶媒の選択>
また、前記(c)工程「前記正極の前記炭素質材料の層間にインターカレーション可能なアニオンを含む非水電解液中に前記正極及び負極を対向させる工程」において、前記非水電解液として、炭素質材料の層間にインターカレーション可能なアニオンを含む電解質と、含フッ素有機溶媒とを含む非水電解液を使用することが好ましい。
<C. Selection of other solvents>
In addition, in the step (c) “the step of facing the positive electrode and the negative electrode in a nonaqueous electrolytic solution containing an anion capable of intercalating between layers of the carbonaceous material of the positive electrode”, as the nonaqueous electrolytic solution, It is preferable to use a nonaqueous electrolytic solution containing an electrolyte containing an anion that can be intercalated between layers of a carbonaceous material and a fluorine-containing organic solvent.

かかる含フッ素有機溶媒としては、カーボネート類やラクトン類ではなく、含フッ素有機溶媒を使用することは、以下の観点から好ましい。すなわち、3V以上の電圧を印加した場合であっても化学的な分解が生じにくい。また、引火点が低く燃焼性が高いことによる過充電・過加熱時の発火の危険性を回避できる。また、粘性が高くなりにくいため、低温でも伝導率の低下を小さくすることができ、出力が低下してしまうことを抑制できる(低温特性)。加水分解性を低くすることができるため、使用しやすい。このような電解液14の電解液14は、電解質塩の溶解性が高く、塩基性下でも安定な、炭化水素系溶媒との相溶性にも優れた非水系電解液であることが特に好ましい。このような含フッ素有機溶媒としては、電解液が、以下の式(I):   As such a fluorine-containing organic solvent, it is preferable to use a fluorine-containing organic solvent instead of carbonates or lactones from the following viewpoints. That is, even when a voltage of 3 V or higher is applied, chemical decomposition hardly occurs. Further, it is possible to avoid the risk of ignition during overcharge / overheating due to the low flash point and high combustibility. In addition, since the viscosity is difficult to increase, the decrease in conductivity can be reduced even at low temperatures, and the decrease in output can be suppressed (low temperature characteristics). It is easy to use because the hydrolyzability can be lowered. The electrolyte solution 14 of the electrolyte solution 14 is particularly preferably a non-aqueous electrolyte solution that is highly soluble in electrolyte salt, stable even under basic conditions, and excellent in compatibility with a hydrocarbon solvent. As such a fluorine-containing organic solvent, an electrolytic solution is represented by the following formula (I):

Figure 2014114199
Figure 2014114199

(式中、X〜Xは同じか又は異なり、いずれもH、F、Cl、CH又は含フッ素メチル基;ただし、X〜Xの少なくとも1つは含フッ素メチル基である)で示される含フッ素ラクトンであることが好ましい。 (Wherein X 1 to X 6 are the same or different, and all are H, F, Cl, CH 3 or a fluorine-containing methyl group; provided that at least one of X 1 to X 6 is a fluorine-containing methyl group) It is preferable that it is a fluorine-containing lactone shown by these.

また、X〜Xにおける含フッ素メチル基は、−CHF、−CHF及びCFであり、耐電圧性が良好な点から−CFが好ましい。含フッ素メチル基はX〜Xの全てに置換していてもよいし、1個だけでもよい。好ましくは、電解質塩の溶解性が良好な点から1〜3個、特に1〜2個である。また、含フッ素メチル基の置換位置は特に限定されないが、合成収率が良好なことから、X及び/又はXが、特にXが含フッ素メチル基、なかでも−CFであることが好ましい。含フッ素メチル基以外のX〜Xは、H、F、Cl又はCHであり、特に電解質塩の溶解性が良好な点からHが好ましい。 The fluorine-containing methyl group in X 1 to X 6 are, -CH 2 F, a -CHF 2 and CF 3, -CF 3 terms withstand voltage is good is preferred. The fluorine-containing methyl group may be substituted for all of X 1 to X 6 or only one. Preferably, the number is 1 to 3, particularly 1 to 2, in view of good solubility of the electrolyte salt. Further, the substitution position of the fluorine-containing methyl group is not particularly limited, but since the synthesis yield is good, X 3 and / or X 4 is particularly X 4 is a fluorine-containing methyl group, particularly —CF 3. Is preferred. X 1 to X 6 other than the fluorine-containing methyl group are H, F, Cl or CH 3 , and H is particularly preferable from the viewpoint of good solubility of the electrolyte salt.

前記含フッ素ラクトンにおいて、ラクトン環を構成している炭素原子に結合している含フッ素メチル基以外の原子が、F及び/又はHであることが好ましい。また、電解質塩が、アンモニウム塩であることが好ましく、テトラアルキル4級アンモニウム塩、スピロビピリジニウム塩又はイミダゾリウム塩であることが特に好ましい。   In the fluorine-containing lactone, the atom other than the fluorine-containing methyl group bonded to the carbon atom constituting the lactone ring is preferably F and / or H. The electrolyte salt is preferably an ammonium salt, and particularly preferably a tetraalkyl quaternary ammonium salt, a spirobipyridinium salt, or an imidazolium salt.

前記含フッ素ラクトンのフッ素含有率は、10質量%以上、好ましくは20質量%以上、特に30質量%以上であり、上限は通常76質量%、好ましくは55質量%である。含フッ素ラクトン全体のフッ素含有率の測定方法は燃焼法等の通常の手法で測定が可能である。   The fluorine content of the fluorine-containing lactone is 10% by mass or more, preferably 20% by mass or more, particularly 30% by mass or more, and the upper limit is usually 76% by mass, preferably 55% by mass. The method for measuring the fluorine content of the whole fluorine-containing lactone can be measured by a usual method such as a combustion method.

含フッ素ラクトンを含んでいるため、難燃性を向上させる含フッ素エーテルを加える場合であっても、2層に分離しにくく、均一な状態にすることができる。   Since fluorine-containing lactone is contained, even when adding fluorine-containing ether that improves flame retardancy, it is difficult to separate into two layers and a uniform state can be obtained.

含フッ素有機溶媒としては、例えば、4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オンと1,1,2,2−テトラフルオロエチル−2,2,3,3−テトラフルオロプロピルエーテル(HCFCFCHOCFCFH)を挙げることができる。 Examples of the fluorine-containing organic solvent include 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one and 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether ( HCF 2 CF 2 CH 2 OCF 2 CF 2 H).

また、以上のような溶媒は、特開2008−016560号公報、特開2010−226100号公報、特開2011−097118号公報に記載のものを好適に使用できる。   Moreover, the solvent as described above can be preferably used those described in JP 2008-016560 A, JP 2010-226100 A, and JP 2011-097118 A.

また、使用する電解質については、従来公知のものを使用でき、特に限定されない。例えば、日本カーリット株式会社のSBP−PF6を挙げることができる。   Moreover, about the electrolyte to be used, a conventionally well-known thing can be used and it does not specifically limit. For example, SBP-PF6 of Nippon Carlit Co., Ltd. can be mentioned.

本実施態様の製造方法によれば、炭素質材料において、2つのラマンバンドのピーク強度比(I1350/I1580)と、1580cm−1のラマンバンドの半値幅とを共に所望の範囲とすることができる。 According to the manufacturing method of this embodiment, in the carbonaceous material, both the peak intensity ratio of two Raman bands (I 1350 / I 1580 ) and the half band width of the Raman band of 1580 cm −1 are set to a desired range. Can do.

このようにして得られた炭素質材料は、本発明に係る炭素質材料となる。本発明に係る炭素質材料は、前述した物性を有するため、黒鉛に比べて結晶性が低く、非晶質部を多く含むものであるといえる。また、黒鉛層状構造の規則性を損なうことなく、板状構造を割断した結果としてエッジ面比率が増大した構造であると推測できる。かかる炭素質材料を用いることにより、層間に挿入脱離するアニオン又はカチオン量が多くなる。このため、かかる炭素質材料を蓄電デバイスの電極として用いた場合、当該蓄電デバイスの高容量化を達成できる。さらに、アニオン又はカチオンの挿入脱離に伴う結晶構造の層間距離の膨張収縮に対する緩衝作用が働くようになり、結晶構造の崩壊を抑制し、高容量化に加えて、充放電サイクル性能を改善・向上させることもできる。   The carbonaceous material thus obtained is the carbonaceous material according to the present invention. Since the carbonaceous material according to the present invention has the physical properties described above, it can be said that it has lower crystallinity than graphite and contains many amorphous parts. Further, it can be presumed that the edge surface ratio is increased as a result of cleaving the plate-like structure without impairing the regularity of the graphite layered structure. By using such a carbonaceous material, the amount of anions or cations inserted / extracted between layers increases. For this reason, when this carbonaceous material is used as an electrode of an electricity storage device, the capacity of the electricity storage device can be increased. In addition, the buffering action against the expansion and contraction of the interlayer distance of the crystal structure due to the insertion or desorption of anions or cations is activated, suppressing the collapse of the crystal structure, improving the charge / discharge cycle performance in addition to increasing the capacity. It can also be improved.

<3.蓄電デバイス>
本発明に係る蓄電デバイスは、前述した本発明に係る炭素質材料を活物質として備えるものであればよく、その他の構成については特に限定されない。なお、本明細書において、「蓄電デバイス」とは、二次電池を含むものである。
<3. Power storage device>
The electricity storage device according to the present invention is not particularly limited as long as it includes the above-described carbonaceous material according to the present invention as an active material. In this specification, the “electric storage device” includes a secondary battery.

また他の態様として、本発明に係る炭素質材料を含む正極と、層間にカチオンが挿入脱離し得る炭素質材料を含む負極と、を備え、非水系電解液が充填されてなる蓄電デバイスであることが好ましい。なお、本明細書において、「非水系電解液」とは、有機溶媒系電解液と同義で使用する。   According to another aspect, there is provided an electricity storage device comprising a positive electrode including a carbonaceous material according to the present invention and a negative electrode including a carbonaceous material from which a cation can be inserted and released between layers, and being filled with a nonaqueous electrolytic solution. It is preferable. In this specification, “non-aqueous electrolyte solution” is used synonymously with an organic solvent electrolyte solution.

前記非水系電解液は、リチウムイオンを溶解した電解液であり、前記負極は、リチウムイオンを吸蔵、脱離し得る炭素質材料を含む負極であって、前記負極が含む炭素質材料は、予めリチウムイオンが吸蔵されているものであることがより好ましい。   The non-aqueous electrolytic solution is an electrolytic solution in which lithium ions are dissolved, the negative electrode is a negative electrode including a carbonaceous material capable of inserting and extracting lithium ions, and the carbonaceous material included in the negative electrode is lithium More preferably, ions are occluded.

前記負極が含む炭素質材料は、負極とリチウム金属とを電気化学的に反応させて得られるものであることが好ましい。負極に予めリチウムイオンを吸蔵させるために負極とリチウム金属とを電気化学的に反応させる方法としては、例えば、負極集電体の金属箔とリチウム金属とを電気化学的に短絡させておき、電解液を容器内に注液することにより行われる。また、負極と直接接触しないように配置されたリチウム極を備え、負極とリチウム極との間に電流を流すことにより行われてもよい。   The carbonaceous material included in the negative electrode is preferably obtained by electrochemically reacting the negative electrode and lithium metal. As a method of electrochemically reacting the negative electrode and the lithium metal in order to occlude lithium ions in advance in the negative electrode, for example, the metal foil of the negative electrode current collector and the lithium metal are electrochemically short-circuited and electrolysis is performed. This is done by pouring the liquid into the container. Moreover, the lithium electrode arrange | positioned so that it may not contact a negative electrode directly may be provided, and an electric current may be sent between a negative electrode and a lithium electrode.

予め吸蔵させるリチウムイオンの量をa(mAh)、吸蔵後に前記蓄電デバイスを所定の電圧まで充電させた時のセル容量をb(mAh)、前記負極を3.0VLi/Li + から0.01VLi/Li +まで充電させた時の容量をc(mAh)とした場合、3≦c/b≦10となるように負極容量が定められ、かつ1.2≦c/a≦5であることが好ましい。   The amount of lithium ion to be stored in advance is a (mAh), the cell capacity when the power storage device is charged to a predetermined voltage after storage is b (mAh), and the negative electrode is 3.0 VLi / Li + to 0.01 VLi / When the capacity when charged to Li + is c (mAh), the negative electrode capacity is determined so that 3 ≦ c / b ≦ 10, and preferably 1.2 ≦ c / a ≦ 5. .

また、負極容量は、3≦c/b≦10となるように定めることが望ましい。この範囲内であれば、蓄電デバイス容量と比較して負極容量が小さ過ぎないため、負極に十分な量のリチウムイオンを予め吸蔵させることができる。また、負極重量の増加を抑え、蓄電デバイスの重量が増加することを防止できるため、蓄電デバイスの容量密度も低下しない。   The negative electrode capacity is preferably determined so as to satisfy 3 ≦ c / b ≦ 10. If it is in this range, since the negative electrode capacity is not too small compared with the electricity storage device capacity, a sufficient amount of lithium ions can be occluded in advance in the negative electrode. Further, an increase in the weight of the negative electrode can be suppressed and an increase in the weight of the power storage device can be prevented, so that the capacity density of the power storage device does not decrease.

また、予め吸蔵されるリチウムイオン量は1.2≦c/a≦5であることが望ましい。この範囲内であれば、負極に予め吸蔵されるリチウムイオン量が適量であるため、容量密度を維持でき、また、フロート課電における容量低下も防止できる。   The amount of lithium ions stored in advance is preferably 1.2 ≦ c / a ≦ 5. Within this range, the amount of lithium ions previously occluded in the negative electrode is an appropriate amount, so that the capacity density can be maintained, and the capacity reduction during float charging can be prevented.

さらに、前記負極の電位は、金属リチウムを基準として0.01V以上0.25V以下であることが好ましい。かかる範囲内とすることにより、充放電サイクル性能が改善する。   Furthermore, the potential of the negative electrode is preferably 0.01 V or more and 0.25 V or less based on metallic lithium. By setting it within this range, the charge / discharge cycle performance is improved.

また、前記負極が含む炭素質材料は、グラファイト、難黒鉛性カーボン、天然黒鉛、人造黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温焼成炭素などが好ましいが、特に、グラファイト又は難黒鉛性カーボンを用いることが好ましい。   Further, the carbonaceous material included in the negative electrode is preferably graphite, non-graphitizable carbon, natural graphite, artificial graphite, non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, low-temperature calcined carbon, etc., particularly graphite or non-graphitizable carbon. Is preferably used.

炭素質材料から電極を製造する方法としては、バインダとしてカルボキシメチルセルロースとSBRゴムとの混合物、ポリフッ化ビニルデン、ポリアミドイミド、ポリイミド等を溶解したスラリーにリチウムイオンを吸蔵、脱離しうる炭素材料と導電助材とを分散させ、この液をドクターブレード法等によって集電体上に塗工し、乾燥することが好ましい。電極中に含まれるバインダの量は1〜20重量%が好ましい。   As a method of manufacturing an electrode from a carbonaceous material, a carbon material that can occlude and desorb lithium ions in a slurry in which a mixture of carboxymethyl cellulose and SBR rubber as a binder, polyvinylidene fluoride, polyamideimide, polyimide, or the like is dissolved, and a conductive aid. It is preferable to disperse the material, apply this liquid onto the current collector by the doctor blade method or the like, and dry it. The amount of the binder contained in the electrode is preferably 1 to 20% by weight.

かかる負極が含む炭素質材料として、例えば、特開2009−260187号公報等に記載のものを用いてもよい。   As the carbonaceous material included in the negative electrode, for example, those described in JP 2009-260187 A may be used.

また、非水系電解液における溶質のリチウム塩としては、LiPF、LiBF、LiCIO、LiN(CFSO、LiN(SO、LiCFSO、LiC(SOCF、LIAsF、及びLiSbFからなる群から選ばれる1種以上が好ましい。 Further, as solute lithium salts in the non-aqueous electrolyte, LiPF 6 , LiBF 4 , LiCIO 4 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiCF 3 SO 3 , LiC ( SO 2 CF 3) 3, LIAsF 6, and one or more is preferably selected from the group consisting of LiSbF 6.

また、非水系電解液中のリチウム塩の電解質濃度は、0.5〜2.5mol/Lが好ましい。電解質全体の濃度が、0.75〜2.0mol/Lがさらに好ましい。   The electrolyte concentration of the lithium salt in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.5 to 2.5 mol / L. The concentration of the entire electrolyte is more preferably 0.75 to 2.0 mol / L.

また、電解液の溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、スルホラン、ジメトキシエタン等が挙げられ、これらを単独又は2種以上の混合溶液として使用できる。   Examples of the solvent for the electrolytic solution include propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, sulfolane, and dimethoxyethane. These can be used alone or as a mixed solution of two or more. .

また、セルロース系、あるいはポリオレフィン系などのセパレータを介してセルを構成することが好ましい。   Moreover, it is preferable to constitute a cell through a cellulose-based or polyolefin-based separator.

なお、非水系電解液、溶質、及びセパレータ材としては、従来公知のものを使用でき、上述した以外のものの使用を排除するものではない。   In addition, conventionally well-known things can be used as a non-aqueous electrolyte solution, a solute, and a separator material, and use of things other than what was mentioned above is not excluded.

また、本発明に係る蓄電デバイスにおいては、当該蓄電デバイスの充放電電圧の最高電圧を5.0V以上5.4V以下の範囲にて、充放電を行うことが好ましい。   Moreover, in the electrical storage device which concerns on this invention, it is preferable to perform charging / discharging in the range whose maximum voltage of the charging / discharging voltage of the said electrical storage device is 5.0V or more and 5.4V or less.

上述した構成のセル(蓄電デバイス)において、最高電圧5.0V〜5.4Vの範囲にて充放電を行うことにより、既知のリチウムイオン電池等の蓄電デバイスよりも大きな蓄電容量を発生させることができる。例えば、本発明に係る蓄電デバイスによれば、従来のハイブリッドキャパシタ(充放電電圧範囲0V〜3.5V程度)、EDLC(充放電電圧範囲0V〜2.7V程度)、リチウムイオンキャパシタ(充放電電圧範囲2.8V〜3.8V程度)に比べて、また従前の高容量型リチウムイオン電池(充放電電圧範囲2.8V〜3.6V程度)に比べても、容量密度、出力密度のどちらか一方、あるいは両方の点で大きいという効果を有する。   In the cell (power storage device) having the above-described configuration, it is possible to generate a larger storage capacity than a power storage device such as a known lithium ion battery by performing charge and discharge in the range of the maximum voltage of 5.0 V to 5.4 V. it can. For example, according to the electricity storage device of the present invention, a conventional hybrid capacitor (charge / discharge voltage range of about 0V to 3.5V), EDLC (charge / discharge voltage range of about 0V to 2.7V), lithium ion capacitor (charge / discharge voltage) Either the capacity density or the output density compared to the conventional high-capacity lithium ion battery (charge / discharge voltage range of about 2.8V to 3.6V). On the other hand, it has the effect of being large in both points.

ここで、「最高電圧を5.0V以上5.4V以下の範囲」とは、蓄電デバイスの充放電電圧における上限電圧の範囲を意図する。充放電電圧の最高電圧の値が低くなるに従い、充放電容量が低減するため効果が小さいが、本発明に係る蓄電デバイスでは充放電電圧の最高電圧が5.0V以上であるため、十分な充放電容量が得られる。また、上限電圧5.4Vを超えると電解液の分解が進行して特性が低下するため好ましくない。なお、蓄電デバイスの充放電電圧における下限電圧は3V付近であればよく、特に限定されるものではない。   Here, “the range where the maximum voltage is 5.0 V or more and 5.4 V or less” intends the range of the upper limit voltage in the charge / discharge voltage of the electricity storage device. The effect is small because the charge / discharge capacity is reduced as the value of the maximum voltage of the charge / discharge voltage is lowered. However, in the electricity storage device according to the present invention, the maximum voltage of the charge / discharge voltage is 5.0 V or more. Discharge capacity is obtained. On the other hand, if the upper limit voltage exceeds 5.4 V, the decomposition of the electrolytic solution proceeds and the characteristics deteriorate, which is not preferable. In addition, the lower limit voltage in the charging / discharging voltage of an electrical storage device should just be 3V vicinity, and is not specifically limited.

本発明に係る蓄電デバイスは、上述の通り、充放電電圧の最高電圧が5.0V〜5.4Vと高く、大容量な蓄電池である。このため、携帯電話やノートパソコン等の各種携帯機器のほか、ハイブリッド車や電気自動車等の自動車用蓄電池、太陽電池・風力発電等の新エネルギーシステムと組み合わせた電力貯蔵用蓄電池として好適に利用できる。   As described above, the electricity storage device according to the present invention is a high-capacity storage battery having a maximum charge / discharge voltage of 5.0 V to 5.4 V. For this reason, in addition to various portable devices such as mobile phones and notebook computers, it can be suitably used as a storage battery for power storage in combination with a storage battery for an automobile such as a hybrid vehicle or an electric vehicle, or a new energy system such as a solar battery or wind power generation.

以下に、本発明に係る蓄電デバイスの一実施形態について図を用いて説明する。図1は本発明に係る蓄電デバイスの一例である基本セル10の構成を示す模式図である。図1において、1は分極性電極である正極(本発明に係る炭素質材料)、2は正極集電体箔及び外部取り出し電極(アルミニウム箔)、3はセパレータ(セルロース)、4は炭素質電極である負極(主成分:グラファイト)、5は負極集電体箔及び外部取り出し電極(銅箔)、6はリチウム金属、7はリチウム金属電極引き出し電極(ニッケル)である。リチウム金属電極引き出し電極7にリチウム金属6が圧着され、負極4と直接接触しないようにリチウム極が配置されている。   Hereinafter, an embodiment of an electricity storage device according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a basic cell 10 which is an example of an electricity storage device according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a positive electrode (carbonaceous material according to the present invention) which is a polarizable electrode, 2 is a positive electrode current collector foil and external extraction electrode (aluminum foil), 3 is a separator (cellulose), and 4 is a carbonaceous electrode. Negative electrode (main component: graphite), 5 is a negative electrode current collector foil and an external extraction electrode (copper foil), 6 is a lithium metal, and 7 is a lithium metal electrode extraction electrode (nickel). A lithium metal 6 is pressure-bonded to the lithium metal electrode lead electrode 7 and a lithium electrode is disposed so as not to be in direct contact with the negative electrode 4.

正極1と負極4をセルロース系の多孔質セパレータ3を介して対向させ外部へ導出する正極集電体箔及び外部取り出し電極2を備え、さらにリチウムイオンドープ用電極としてリチウム金属6をニッケルからなる集電体に圧着した電極を設置し外部に導出する電極(リチウム金属電極引き出し電極)7を備えてアルミラミネートフィルムで外装する。電解液を含浸し、ラミネート外装を密封し蓄電デバイスセルを作製する。   A positive electrode current collector foil and an external extraction electrode 2 are disposed so that the positive electrode 1 and the negative electrode 4 are opposed to each other with a cellulose-based porous separator 3 therebetween, and the lithium metal 6 is made of nickel as a lithium ion doping electrode. An electrode (lithium metal electrode lead-out electrode) 7 that is provided with an electrode crimped to an electric body and is led out is provided and covered with an aluminum laminate film. An electrolytic solution is impregnated, and the laminate exterior is sealed to produce an electricity storage device cell.

このように作製したセル10の負極4とリチウム極を、外部回路を通して短絡させることで負極4に予めリチウムイオンを吸蔵させることができる。例えば、外部回路を用いて計測される負極に吸蔵されるリチウムイオン量が理論吸蔵量の70%になった時、吸蔵を終了する態様を挙げることができる。   Lithium ions can be previously stored in the negative electrode 4 by short-circuiting the negative electrode 4 and the lithium electrode of the cell 10 thus manufactured through an external circuit. For example, the occlusion may be terminated when the amount of lithium ions stored in the negative electrode measured using an external circuit reaches 70% of the theoretical storage amount.

また、本発明に係る蓄電デバイスには、以下の発明も包含される。
1.層間にアニオンが挿入脱離する炭素質材料を活物質とする正極と、層間にカチオンが挿入脱離する炭素質材料を活物質とする負極と、前記正極と前記負極の間にセパレータと、リチウム塩を溶解した非水電解液から構成され、前記正極に用いる炭素質材料が、アルゴンレーザラマンスペクトルにおける1580cm−1のピーク強度に対する1350cm−1のピーク強度の比率が0.33より大きく、1580cm−1のピークにおける半値幅が22cm−1より大きい、非水電解液二次電池。
2.層間にアニオンが挿入脱離する炭素質材料を活物質とする正極と、層間にカチオンが挿入脱離する炭素質材料を活物質とする負極と、前記正極と前記負極の間にセパレータと、リチウム塩を溶解した非水電解液から構成され、前記正極に用いる炭素質材料が、アルゴンレーザラマンスペクトルにおける1580cm−1のピーク強度に対する1350cm−1のピーク強度の比率が0.33より大きく、1580cm−1のピークにおける半値幅が22cm−1より大きく、かつ、六方晶黒鉛層のX線回折による(002)面の面間隔が3.3〜3.5Å(オングストローム)とする、非水電解液二次電池。
3.負極の炭素質材料に予めカチオンとしてリチウムイオンを挿入し、負極の電位を金属リチウムを基準として0.01〜0.25Vとする1,2に記載の非水電解液二次電池。
4.電池の作動電圧範囲の上限電圧5.0〜5.4Vとする、3に記載の非水電解液二次電池。
Moreover, the following invention is also included by the electrical storage device which concerns on this invention.
1. A positive electrode using as an active material a carbonaceous material in which an anion is inserted and desorbed between layers, a negative electrode using a carbonaceous material in which a cation is inserted and released between layers as an active material, a separator between the positive electrode and the negative electrode, lithium consists nonaqueous electrolyte prepared by dissolving the salt, the carbonaceous material used for the positive electrode, the ratio of the peak intensity of 1350 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 in the argon laser Raman spectrum is greater than 0.33, 1580 cm -1 A non-aqueous electrolyte secondary battery having a full width at half maximum of greater than 22 cm −1 .
2. A positive electrode using as an active material a carbonaceous material in which an anion is inserted and desorbed between layers, a negative electrode using a carbonaceous material in which a cation is inserted and released between layers as an active material, a separator between the positive electrode and the negative electrode, lithium consists nonaqueous electrolyte prepared by dissolving the salt, the carbonaceous material used for the positive electrode, the ratio of the peak intensity of 1350 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 in the argon laser Raman spectrum is greater than 0.33, 1580 cm -1 A non-aqueous electrolyte secondary solution in which the half-value width at the peak of is greater than 22 cm −1 and the (002) plane spacing by X-ray diffraction of the hexagonal graphite layer is 3.3 to 3.5 Å (angstrom) battery.
3. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to 1 or 2, wherein lithium ions are inserted as a cation in advance into the carbonaceous material of the negative electrode, and the potential of the negative electrode is 0.01 to 0.25 V with respect to metal lithium.
4). 4. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to 3, wherein the upper limit voltage of the battery operating voltage range is 5.0 to 5.4V.

本発明は、以上説示した各構成に限定されるものではなく、明細書に記載した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、本明細書中に記載された文献の全てが参考として援用される。以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。   The present invention is not limited to the configurations described above, and various modifications can be made within the scope described in the specification, and implementations obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. The form is also included in the technical scope of the present invention. Moreover, all the literatures described in this specification are used as reference. EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited only to this Example.

以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に限定されない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. The present invention is not limited to the following examples.

〔実施例1〕
正極に用いる炭素質材料の製造は、以下のようにして行った。アセチレンをアルゴンガスで濃度調整して1200℃に加熱保持された石英基板表面上に吹きかけ、基板上に炭素質材料を生成、堆積させた。この方法で製造した炭素質材料のアルゴンレーザラマンスペクトルにおける1580cm−1のピーク強度に対する1350cm−1のピーク強度の比率が0.35で、1580cm−1のピークにおける半値幅が22.2cm−1であった。また、XRD回折による(002)面の面間隔が3.36Åであった。
[Example 1]
Manufacture of the carbonaceous material used for a positive electrode was performed as follows. The concentration of acetylene was adjusted with argon gas and sprayed onto the surface of a quartz substrate heated to 1200 ° C. to produce and deposit a carbonaceous material on the substrate. The ratio of the peak intensity of 1350 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 in the argon laser Raman spectra of carbonaceous material produced in this way 0.35, the half width at the peak of 1580 cm -1 is 22.2Cm -1 met It was. Also, the (002) plane spacing by XRD diffraction was 3.36 mm.

〔実施例2〕
石英基板表面の加熱保持温度を1000℃とした以外は、実施例1と同じ装置、同じ条件に炭素質材料を製造した。本第2の実施例として得た炭素質材料のアルゴンレーザラマンスペクトルにおける1580cm−1のピーク強度に対する1350cm−1のピーク強度の比率は0.42で、1580cm−1のピークにおける半値幅は24.5cm−1であった。また、XRD回折による(002)面の面間隔が3.36Åであった。
[Example 2]
A carbonaceous material was produced under the same apparatus and the same conditions as in Example 1 except that the heating and holding temperature of the quartz substrate surface was set to 1000 ° C. The ratio of the peak intensity at 1350 cm −1 to the peak intensity at 1580 cm −1 in the argon laser Raman spectrum of the carbonaceous material obtained as the second example is 0.42, and the half width at the peak at 1580 cm −1 is 24.5 cm. -1 . Also, the (002) plane spacing by XRD diffraction was 3.36 mm.

〔比較例1〕
実施例1と同じ装置を用いて、比較例として1500℃に加熱保持された石英基板表面上で得た炭素質材料のアルゴンレーザラマンスペクトルにおける1580cm−1のピーク強度に対する1350cm−1のピーク強度の比率が0.19で、1580cm−1のピークにおける半値幅が20.3cm−1であった。また、XRD回折による(002)面の面間隔が3.36Åであった。
[Comparative Example 1]
Using the same equipment as in Example 1, the ratio of the peak intensity of 1350 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 in the argon laser Raman spectra of carbonaceous material obtained on 1500 ° C. heated and held in a quartz substrate surface as a comparative example but at 0.19, the half width at the peak of 1580 cm -1 was 20.3 cm -1. Also, the (002) plane spacing by XRD diffraction was 3.36 mm.

石英基板上に堆積した炭素質材料からリード線を取り出し、これを作用極11とし、さらに金属リチウムを対極12、並びに参照極13として、図2に示す試験装置に配置し、3.0〜5.4Vの電圧範囲で充放電試験行い、炭素質材料の初期容量測定を行った。また、100サイクルの充放電サイクル試験も行った。なお、試験装置の電解液槽には1M−リチウムヘキサフルオロフォスフェート(LiPF)、エチレンカーボネート/ジメチルカーボネート(1:1)混合電解液14を用いた。 A lead wire is taken out from the carbonaceous material deposited on the quartz substrate and used as a working electrode 11, and further, metallic lithium is used as a counter electrode 12 and a reference electrode 13 in the test apparatus shown in FIG. A charge / discharge test was conducted in the voltage range of 4 V, and the initial capacity of the carbonaceous material was measured. In addition, a charge / discharge cycle test of 100 cycles was also performed. In addition, 1M-lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and ethylene carbonate / dimethyl carbonate (1: 1) mixed electrolyte solution 14 were used for the electrolyte bath of the test apparatus.

実施例1、2と比較例の初期容量、並びに充放電サイクル試験結果を表1に示す。なお、充放電サイクル試験結果は100サイクル後の実施例1の容量を100として、その相対値として表す。   Table 1 shows the initial capacities and charge / discharge cycle test results of Examples 1 and 2 and Comparative Example. The charge / discharge cycle test result is expressed as a relative value with the capacity of Example 1 after 100 cycles as 100.

Figure 2014114199
Figure 2014114199

表1に示すように、2つのラマンバンドのピーク強度比(I1350/I1580)と、1580cm−1のラマンバンドの半値幅が所定の範囲内である炭素質材料を蓄電装置の正極活物質として使用した場合、初期容量及び充放電サイクル性能の双方で優れることがわかった。 As shown in Table 1, a carbonaceous material in which the peak intensity ratio (I 1350 / I 1580 ) of two Raman bands and the half-value width of a Raman band of 1580 cm −1 are within a predetermined range is used as a positive electrode active material of a power storage device. As a result, it was found that both the initial capacity and the charge / discharge cycle performance were excellent.

本発明は、携帯電話やノートパソコン等の各種携帯機器のほか、ハイブリッド車や電気自動車等の自動車用蓄電池、太陽電池・風力発電等の新エネルギーシステムと組み合わせた電力貯蔵用蓄電池等の種々の分野に広く利用することができる。   The present invention relates to various fields such as various mobile devices such as mobile phones and notebook computers, storage batteries for automobiles such as hybrid cars and electric cars, and storage batteries for power storage combined with new energy systems such as solar batteries and wind power generation. Can be widely used.

1 正極
2 正極集電体箔及び外部取り出し電極
3 セパレータ
4 負極
5 負極集電体箔及び外部取り出し電極
6 リチウム金属
7 リチウム金属電極引き出し電極
10 蓄電デバイス
11 作用極
12 対極
13 参照極
14 電解液
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode 2 Positive electrode collector foil and external extraction electrode 3 Separator 4 Negative electrode 5 Negative electrode collector foil and external extraction electrode 6 Lithium metal 7 Lithium metal electrode extraction electrode 10 Power storage device 11 Working electrode 12 Counter electrode 13 Reference electrode 14 Electrolyte

Claims (9)

ラマンスペクトルにおける1580cm−1のピーク強度に対する1350cm−1のピーク強度の比が0.33より大きく、かつ1580cm−1の半値幅が22cm−1より大きいことを特徴とする炭素質材料。 Carbonaceous material greater than the ratio 0.33 of the peak intensity of 1350 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 in the Raman spectrum, and the half width of 1580 cm -1 being greater than 22 cm -1. さらに、六方晶黒鉛層のX線回折による(002)面の面間隔が3.3Å以上3.5Å以下であることを特徴とする請求項1に記載の炭素質材料。   2. The carbonaceous material according to claim 1, wherein the (002) plane spacing of the hexagonal graphite layer is 3.3 to 3.5 mm by X-ray diffraction. グラファイトであることを特徴とする請求項1又は2に記載の炭素質材料。   The carbonaceous material according to claim 1, wherein the carbonaceous material is graphite. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の炭素質材料を活物質として備えることを特徴とする蓄電デバイス。   An electrical storage device comprising the carbonaceous material according to claim 1 as an active material. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の炭素質材料を含む正極と、
層間にカチオンが挿入脱離し得る炭素質材料を含む負極と、を備え、
非水系電解液が充填されてなることを特徴とする蓄電デバイス。
A positive electrode comprising the carbonaceous material according to claim 1;
A negative electrode containing a carbonaceous material in which cations can be inserted and desorbed between layers, and
A power storage device filled with a non-aqueous electrolyte.
前記非水系電解液は、リチウムイオンを溶解した電解液であり、
前記負極は、リチウムイオンを吸蔵、脱離し得る炭素質材料を含む負極であり、
前記負極が含む炭素質材料は、予めリチウムイオンが吸蔵されているものであることを特徴とする請求項5に記載の蓄電デバイス。
The non-aqueous electrolyte is an electrolyte in which lithium ions are dissolved,
The negative electrode is a negative electrode containing a carbonaceous material capable of inserting and extracting lithium ions,
The electrical storage device according to claim 5, wherein the carbonaceous material included in the negative electrode is a material in which lithium ions are previously stored.
前記負極が含む炭素質材料は、負極とリチウム金属とを電気化学的に反応させて得られるものであることを特徴とする請求項6に記載の蓄電デバイス。   The power storage device according to claim 6, wherein the carbonaceous material included in the negative electrode is obtained by electrochemically reacting the negative electrode with lithium metal. 前記負極の電位は、金属リチウムを基準として0.01V以上0.25V以下であることを特徴とする請求項6又は7に記載の蓄電デバイス。   The electric storage device according to claim 6 or 7, wherein the potential of the negative electrode is 0.01 V or more and 0.25 V or less with respect to metallic lithium. 前記負極が含む炭素質材料が、グラファイト又は難黒鉛性カーボンであることを特徴とする請求項5〜8のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。

The power storage device according to any one of claims 5 to 8, wherein the carbonaceous material included in the negative electrode is graphite or non-graphitizable carbon.

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