JP2014116559A - Method for manufacturing carbonaceous material and use of the same - Google Patents

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年宏 中坊
Yoshihisa Tanaka
義久 田中
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a carbonaceous material for manufacturing of a high-capacity power storage device.SOLUTION: According to the method for manufacturing a carbonaceous material which contains a voltage application process for performing a charge/discharge cycle to a laminated cell for manufacturing the carbonaceous material with a charging voltage of larger than 2.25 V and 3.5 V or less at charging while applying compression pressure of 100 N/cmto 400 N/cmin a surface direction, the carbonaceous material for stably manufacturing the high-capacity power storage device can be stably manufactured.

Description

本発明は、炭素質材料の製造方法及びその利用に関し、特に、アニオンまた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を安定して製造するための炭素質材料の製造方法及びその利用に関するものである。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a carbonaceous material and use thereof, and in particular, a method for producing a carbonaceous material for stably producing a high-capacity electricity storage device having an increased amount of anion or cation intercalation and the method thereof. It is about use.

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.

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 expand significantly 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、高容量の蓄電デバイスを安定して製造するための炭素質材料の製造方法及びその利用技術を提供することにある。   This invention is made | formed in view of the said subject, The objective is to provide the manufacturing method of the carbonaceous material for manufacturing a high capacity | capacitance electrical storage device stably, and its utilization technique.

本発明者らは、前記目的を達成するために、蓄電デバイスの正極に用いられる炭素質材料の製造工程について鋭意検討を重ねた。その結果、正極製造時の積層セルに対して面方向に所定の圧縮圧力を加えつつ充放電処理して得られた炭素質材料を、正極として蓄電デバイスを作製したところ、安定して高容量密度を得ることができ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。   In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors have intensively studied the manufacturing process of the carbonaceous material used for the positive electrode of the electricity storage device. As a result, when a carbonaceous material obtained by charging / discharging treatment while applying a predetermined compression pressure in the plane direction to the laminated cell at the time of manufacturing the positive electrode was used as a positive electrode, an electricity storage device was stably produced. As a result, the present inventors have found a new finding that can be obtained. That is, the present invention includes the following configurations.

(1)(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て、積層セルを作製する工程と、(d)前記積層セルに対して、面方向に100N/cm以上400N/cm以下の圧縮圧力をかけつつ、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と、を含む炭素質材料の製造方法。 (1) (a) a step of preparing a positive electrode by coating a carbonaceous material having a layered structure on the surface of an electrode plate; and (b) carbon having a mass four times or more the mass of the carbonaceous material of the positive electrode. (C) the positive electrode and the negative electrode are opposed to each other in a non-aqueous electrolyte containing an anion that can be intercalated between the layers of the carbonaceous material of the positive electrode. And (d) applying a compression pressure of 100 N / cm 2 or more and 400 N / cm 2 or less in the surface direction to the stacked cell, and setting the charging voltage during charging to 2.25 V. And a voltage application step of performing at least one charge / discharge cycle at a voltage of 3.5 V or less.

(2)前記(d)工程において、前記積層セルに対して、面方向にかける圧縮圧力が200N/cm以上400N/cm以下である(1)に記載の炭素質材料の製造方法。 (2) The method for producing a carbonaceous material according to (1), wherein in the step (d), a compression pressure applied in a plane direction with respect to the stacked cell is 200 N / cm 2 or more and 400 N / cm 2 or less.

(3)前記正極の炭素質材料はグラファイトであり、前記負極の炭素質材料は活性炭である(1)又は(2)に記載の炭素質材料の製造方法。   (3) The method for producing a carbonaceous material according to (1) or (2), wherein the carbonaceous material of the positive electrode is graphite and the carbonaceous material of the negative electrode is activated carbon.

(4)前記(1)〜(3)のいずれかに記載の炭素質材料の製造方法により製造した、前記正極から取り出された炭素質材料。   (4) A carbonaceous material taken out from the positive electrode, produced by the method for producing a carbonaceous material according to any one of (1) to (3).

(5)前記(4)に記載の炭素質材料を正極活物質として備える蓄電デバイス。   (5) An electricity storage device comprising the carbonaceous material according to (4) as a positive electrode active material.

(6)前記蓄電デバイスは、アニオンを吸着、脱離しうる層状構造を有する炭素質材料を含む正極と、リチウムイオンを吸蔵、脱離しうる炭素質材料を含む負極と、リチウム塩を含む有機電解液と、を有する蓄電デバイスであって、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(5)に記載の蓄電デバイス。   (6) The power storage device includes a positive electrode including a carbonaceous material having a layered structure capable of adsorbing and desorbing anions, a negative electrode including a carbonaceous material capable of absorbing and desorbing lithium ions, and an organic electrolyte including a lithium salt The carbonaceous material included in the negative electrode is a power storage device according to (5) in which lithium ions are stored 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(5)又は(6)に記載の蓄電デバイス。   (7) The electric storage device according to (5) or (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)〜(7)のいずれかに記載の蓄電デバイス。   (8) The electricity storage device according to any one of (5) to (7), wherein the carbonaceous material included in the negative electrode is graphite or non-graphitizable carbon.

本発明によれば、高容量の蓄電デバイスにおける正極用の炭素質材料を安定して製造することができる。このため、高容量の蓄電デバイスを安定して製造できるという効果を奏する。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the carbonaceous material for positive electrodes in a high capacity | capacitance electrical storage device can be manufactured stably. For this reason, there exists an effect that a high capacity | capacitance electrical storage device can be manufactured stably.

本発明の実施例に係る蓄電デバイスの基本セル10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 10 of the electrical storage device which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る蓄電デバイスに使用するための正極作製時の積層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 lamination | stacking cell at the time of positive electrode preparation for using for the electrical storage device 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.炭素質材料の製造方法>
本発明に係る炭素質材料の製造方法は、
(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て、積層セルを作製する工程と、
(d)前記積層セルに対して、面方向に100N/cm以上400N/cm以下の圧縮圧力をかけつつ、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と、
を含むものであればよく、その他の具体的な構成は特に限定されない。
<1. Manufacturing method of carbonaceous material>
The method for producing a carbonaceous material according to the present invention includes:
(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) The step of 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, and producing a stacked cell;
(D) Applying a compression pressure of 100 N / cm 2 or more and 400 N / cm 2 or less to the layered cell in the plane direction, and setting a charging voltage at the time of charging more than 2.25V to 3.5V or less at least once Voltage application step of performing the charge and discharge cycle of
Any other specific configuration is not particularly limited.

また、前記(d)工程において、前記積層セルに対して、面方向にかける圧縮圧力が200N/cm以上400N/cm以下であることがより好ましい。正極製造時の充放電処理において、積層セルの面方向の圧縮圧力を100〜400N/cm、より好ましくは200〜400N/cmとすることにより、安定に高容量密度を得ることができる。 In the step (d), it is more preferable that the compression pressure applied in the plane direction with respect to the stacked cell is 200 N / cm 2 or more and 400 N / cm 2 or less. In the charge / discharge treatment during the production of the positive electrode, the high-capacity density can be stably obtained by setting the compression pressure in the plane direction of the laminated cell to 100 to 400 N / cm 2 , more preferably 200 to 400 N / cm 2 .

ここで、積層セルに対して面方向に圧縮圧力をかける方法については、従来公知の方法を用いることができ、特に限定されるものではない。例えば、2枚のステンレス板等の金属板で、積層セルを挟み、均一に圧縮圧力をかける方法等を例示できる。   Here, a conventionally known method can be used as a method of applying a compression pressure in the plane direction to the stacked cell, and is not particularly limited. For example, a method of sandwiching a laminated cell between two metal plates such as stainless steel plates and applying a compression pressure uniformly can be exemplified.

本製造方法によれば、前記(d)工程において、前記積層セルに対して面方向に圧縮圧力をかけない場合に比べて、電極間距離が小さくなり、内部抵抗が減少するとともに、その面内のばらつきも減少するものと考えられる。それにより、電解液の分解活性点の利用が低減し、電解液の分解を抑制し、正極へのアニオン挿入の効率が高くなったものと推測できる。   According to this manufacturing method, in the step (d), the distance between the electrodes is reduced and the internal resistance is reduced as compared with the case where no compression pressure is applied to the stacked cell in the surface direction. It is considered that the variation in the number is also reduced. Thereby, it can be presumed that the use of the decomposition active point of the electrolytic solution is reduced, the decomposition of the electrolytic solution is suppressed, and the efficiency of anion insertion into the positive electrode is increased.

また、前記正極の炭素質材料はグラファイトであり、前記負極の炭素質材料は活性炭であることが好ましい。   The carbonaceous material for the positive electrode is preferably graphite, and the carbonaceous material for the negative electrode is preferably activated carbon.

また、前記製造方法で炭素質材料を製造することにより、層状構造を有する炭素質材料に前述の非晶質部を形成することができ、イオンのインターカレーションサイトを増大させることができる。しかも放電後においても非晶質部は残存する。したがって、この炭素質材料を蓄電デバイスの電極として用いた場合には、炭素質材料の非晶質部に電解質のイオンが優先的に且つ容易にインターカレートするため、炭素質材料におけるインターカレーション量を増大させることができ、蓄電デバイスの放電容量を向上させることができる。これは、グラファイト内の非晶質部の形成の有無及び層間距離の拡大と、インターカレーション量に関連があることが推察される。すなわち、非晶質部が増加し、層間距離が広がり、その結果、アニオンが非晶質部に対して優先的にインターカレートし易くなって蓄電量が増加するということがいえる。   Further, by producing the carbonaceous material by the production method, the above-mentioned amorphous part can be formed in the carbonaceous material having a layered structure, and the ion intercalation site can be increased. Moreover, the amorphous part remains even after discharge. Therefore, when this carbonaceous material is used as an electrode for an electricity storage device, electrolyte ions preferentially and easily intercalate with the amorphous part of the carbonaceous material, so intercalation in the carbonaceous material The amount can be increased, and the discharge capacity of the electricity storage device can be improved. This is presumed to be related to the presence or absence of the formation of an amorphous part in the graphite, the increase in the interlayer distance, and the amount of intercalation. That is, it can be said that the amorphous part is increased and the interlayer distance is increased, and as a result, the anion is preferentially intercalated with respect to the amorphous part and the amount of stored electricity is increased.

前記工程(a)〜(d)を含む製法について、以下に説明する。まず、層状構造を有する炭素質材料を用意する。ここで、炭素質材料は、本実施形態ではグラファイトを使用する。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、層状構造を有す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、層状構造を有する炭素質材料を適宜採用できる。   The manufacturing method including the steps (a) to (d) will be described below. First, a carbonaceous material having a layered structure is prepared. Here, graphite is used as the carbonaceous material in this embodiment. 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. The carbonaceous material having a layered structure is preferably graphite, but is not limited to graphite, and a carbonaceous material having a layered structure can be appropriately employed.

次に、電極板(アルミ箔)を用意し、この電極板の表面にグラファイトを被覆して正極を構成する。また、負極用の電極板も用意し、この電極板の表面に、負極の材料として活性炭を被覆して負極を形成する。なお、負極の電極板表面に被覆する炭素質材料は、活性炭に限らず、表面積の大きく、カチオンを吸着させることができる炭素質材料であれば、任意のものを採用することができる。好ましくは、負極の炭素質材料は、2000m/g以上の比表面積を有する活性炭がよい。ここで、負極の炭素質材料(本実施形態では活性炭)の重量を、正極の炭素質材料(本実施形態ではグラファイト)の重量の4倍以上、好ましくは8倍以上、より好ましくは10倍以上にする。 Next, an electrode plate (aluminum foil) is prepared and the surface of this electrode plate is covered with graphite to form a positive electrode. Also, an electrode plate for a negative electrode is prepared, and the surface of this electrode plate is coated with activated carbon as a negative electrode material to form a negative electrode. The carbonaceous material coated on the surface of the negative electrode plate is not limited to activated carbon, and any carbonaceous material having a large surface area and capable of adsorbing cations can be employed. Preferably, the carbonaceous material of the negative electrode is activated carbon having a specific surface area of 2000 m 2 / g or more. Here, the weight of the carbonaceous material of the negative electrode (activated carbon in this embodiment) is 4 times or more, preferably 8 times or more, more preferably 10 times or more of the weight of the carbonaceous material of the positive electrode (graphite in this embodiment). To.

次いで、正極及び負極を、セパレータを介して対向させるように配置し、ラミネートフィルムで外装し、非水電解液を含浸し、積層セルを作製する。ここで、非水電解液としては、正極のグラファイトの層間にインターカレートさせることができるアニオンを有する支持塩を適宜な溶媒に混合させたものが使用され、例えば支持塩として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(TEMAPF)等を使用することができる。 Next, the positive electrode and the negative electrode are arranged so as to face each other with a separator interposed between them, and are covered with a laminate film, impregnated with a nonaqueous electrolytic solution, and a laminated cell is produced. Here, as the non-aqueous electrolyte, a mixture of a supporting salt having an anion that can be intercalated between the graphite layers of the positive electrode in an appropriate solvent is used. For example, triethylmethylammonium hexafluoro is used as the supporting salt. A phosphate (TEMMAPF 6 ) or the like can be used.

このように準備された積層セルに対して、面方向に100N/cm以上400N/cm以下の圧縮圧力をかけつつ、積層セルの正極及び負極の間に、一定電流を流して充電し、その後放電する、充放電サイクルを1回行う。ここで、圧縮圧力は、200N/cm以上400N/cm以下であってもよい。 The stacked cell thus prepared is charged by flowing a constant current between the positive electrode and the negative electrode of the stacked cell while applying a compression pressure of 100 N / cm 2 or more and 400 N / cm 2 or less in the plane direction, Thereafter, a charge / discharge cycle is performed once. Here, the compression pressure may be 200 N / cm 2 or more and 400 N / cm 2 or less.

充電は、例えば電流密度1.85mA/cmの定電流で、電圧が所定電圧に達するまで行われる。ここで、充電時の所定電圧は、2.25Vより大きく、3.5V以下の間で選択される。また、充放電サイクルは、1回行うものに限らず、複数回行ってもよく、要するに、少なくとも1回行えばよい。電極に充電電流を流すと、非水電解液中のカチオンは負極の活性炭に吸着され、アニオンは、正極のグラファイトの層間にインターカレートされる。所定電圧まで充電を行った後、今度は0Vまで放電を行う。以上の方法により、正極よりグラファイトを取り出すことで、炭素質材料を取得できる。 Charging is performed at a constant current of, for example, a current density of 1.85 mA / cm 2 until the voltage reaches a predetermined voltage. Here, the predetermined voltage at the time of charging is selected between 2.25V and 3.5V or less. In addition, the charge / discharge cycle is not limited to one, and may be performed a plurality of times. In short, it may be performed at least once. When a charging current is passed through the electrode, cations in the non-aqueous electrolyte are adsorbed by the activated carbon of the negative electrode, and the anions are intercalated between the graphite layers of the positive electrode. After charging to a predetermined voltage, this time, discharging is performed to 0V. A carbonaceous material can be acquired by taking out graphite from a positive electrode by the above method.

なお、前記方法に関しては、例えば、特開2010−254537号公報に記載の技術を適宜援用してもよい。   In addition, regarding the said method, you may use the technique of Unexamined-Japanese-Patent No. 2010-254537 suitably, for example.

本炭素質材料の製造方法によれば、高容量の蓄電デバイスにおける正極用の炭素質材料を安定して製造することができる。このため、高容量の蓄電デバイスを安定して製造できる。   According to the method for producing a carbonaceous material, a carbonaceous material for a positive electrode in a high-capacity electricity storage device can be produced stably. For this reason, a high-capacity electrical storage device can be manufactured stably.

<2.炭素質材料>
また、本発明には、上述した炭素質材料の製造方法により製造した、前記正極から取り出された炭素質材料も包含される。
<2. Carbonaceous material>
Moreover, the carbonaceous material taken out from the said positive electrode manufactured by the manufacturing method of the carbonaceous material mentioned above is also included by this invention.

本発明に係る炭素質材料は、後述する実施例に示すように、正極製造時の充放電処理時の放電容量が、従来のものに比べて大きい点で優れる。例えば、前記(d)工程において、前記積層セルに対して面方向に圧縮圧力をかけないで製造して得られた炭素質材料に比べて、正極製造時の充放電処理時の放電容量が、1.3倍〜1.6倍優れる。   As shown in Examples described later, the carbonaceous material according to the present invention is excellent in that the discharge capacity at the time of charge / discharge treatment during the production of the positive electrode is larger than that of the conventional one. For example, in the step (d), compared to the carbonaceous material obtained by producing the laminated cell without applying a compression pressure in the plane direction, the discharge capacity at the time of charge / discharge treatment at the time of positive electrode production is 1.3 to 1.6 times better.

また、本製造方法により得られた炭素質材料は、層状構造を有する炭素質材料であって、以下の(i),(ii)のいずれかであることが好ましい。
(i)(002)面に非晶質部が複数個分散しており、前記非晶質部の平均面積が1.5nm以上である炭素質材料、または
(ii)(002)面に非晶質部が複数個分散しており、前記(002)面内における前記非晶質部の総面積の、(002)面内における前記非晶質部及び結晶質部の面積の合計に対する割合が、30%以上である炭素質材料。
In addition, the carbonaceous material obtained by this production method is a carbonaceous material having a layered structure, and is preferably any of the following (i) and (ii).
(I) a carbonaceous material in which a plurality of amorphous parts are dispersed in the (002) plane and the average area of the amorphous parts is 1.5 nm 2 or more; or (ii) a non-crystalline part in the (002) plane. A plurality of crystalline parts are dispersed, and the ratio of the total area of the amorphous part in the (002) plane to the total area of the amorphous part and the crystalline part in the (002) plane is , 30% or more carbonaceous material.

例えば、前記(i)の炭素質材料は、層状構造を有する炭素質材料の(002)面に適切な面積の非晶質部が複数個分散しているため、イオンのインターカレーションサイトを増大させることができる。しかもこれら非晶質部は放電後も残存しているので、この炭素質材料を蓄電装置の電極として用いた場合には、炭素質材料の非晶質部に電解質のイオンが優先的に且つ容易にインターカレートするため、炭素質材料におけるインターカレーション量を増大させることができ、蓄電装置の放電容量を向上させることができる。   For example, the carbonaceous material (i) increases the number of ion intercalation sites because a plurality of amorphous parts having an appropriate area are dispersed on the (002) plane of the carbonaceous material having a layered structure. Can be made. Moreover, since these amorphous portions remain after discharge, when this carbonaceous material is used as an electrode of a power storage device, electrolyte ions are preferentially and easily added to the amorphous portions of the carbonaceous material. Therefore, the amount of intercalation in the carbonaceous material can be increased, and the discharge capacity of the power storage device can be improved.

また、前記(ii)の炭素質材料であれば、層状構造を有する炭素質材料の(002)面に適切な割合の非晶質部が複数個分散し、その面積割合が30%以上にも達しているため、イオンのインターカレーションサイトを増大させることができる。そしてこの非晶質部は、放電後も残存している。したがって、この炭素質材料を蓄電装置の電極として用いた場合には、炭素質材料の非晶質部に電解質のイオンが優先的に且つ容易にインターカレートするため、炭素質材料におけるインターカレーション量を増大させることができ、蓄電装置の放電容量を向上させることができる。   In the case of the carbonaceous material (ii), a plurality of amorphous portions having an appropriate ratio are dispersed on the (002) plane of the carbonaceous material having a layered structure, and the area ratio is 30% or more. Therefore, the ion intercalation site can be increased. And this amorphous part remains after discharge. Therefore, when this carbonaceous material is used as an electrode of a power storage device, electrolyte ions preferentially and easily intercalate into the amorphous part of the carbonaceous material, and therefore intercalation in the carbonaceous material. The amount can be increased, and the discharge capacity of the power storage device can be improved.

<3.蓄電デバイス>
本発明に係る蓄電デバイスは、前記<2>に記載の炭素質材料を正極活物質として備えるものであればよく、その他の構成は特に限定されない。
<3. Power storage device>
The electricity storage device according to the present invention is not particularly limited as long as it includes the carbonaceous material according to <2> as a positive electrode active material.

また、本蓄電デバイスは、アニオンを吸着、脱離しうる層状構造を有する炭素質材料を含む正極と、リチウムイオンを吸蔵、脱離しうる炭素質材料を含む負極と、リチウム塩を含む有機電解液と、を有する蓄電デバイスであって、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り、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、充放電を行うものであることが好ましい。   The power storage device includes a positive electrode including a carbonaceous material having a layered structure capable of adsorbing and desorbing anions, a negative electrode including a carbonaceous material capable of absorbing and desorbing lithium ions, and an organic electrolytic solution including a lithium salt. The carbonaceous material included in the negative electrode is a material in which lithium ions are occluded in advance, and the maximum charge / discharge voltage of the power storage device is 5.0 V or more and 5.4 V or less. It is preferable to perform charging / discharging within a range.

本構成の場合、「アニオンを吸着、脱離しうる層状構造を有する炭素質材料を含む正極」が、前記<2>に記載の炭素質材料を正極活物質として備えることとなる。正極に関しては、前記<2>に記載の炭素質材料を正極活物質として備えるものであればよく、その他の構成は限定されず、従来公知の技術を好適に利用できる。   In the case of this configuration, the “positive electrode including a carbonaceous material having a layered structure capable of adsorbing and desorbing anions” includes the carbonaceous material described in <2> as a positive electrode active material. With respect to the positive electrode, any material may be used as long as it includes the carbonaceous material described in <2> as a positive electrode active material, and other configurations are not limited, and conventionally known techniques can be suitably used.

以下に、前記負極が含む炭素質材料等、蓄電デバイスの各構成について説明する。   Below, each structure of an electrical storage device, such as the carbonaceous material which the said negative electrode contains, is demonstrated.

<3−1.負極が含む炭素質材料>
また、前記負極が含む炭素質材料として、予めリチウムイオンが吸蔵されている炭素質材料を用いる。
<3-1. Carbonaceous material contained in the negative electrode>
Further, as the carbonaceous material included in the negative electrode, a carbonaceous material in which lithium ions are occluded in advance is used.

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なが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 flowed 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.

前記炭素質材料としては、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。   As the carbonaceous material, graphite, non-graphitizable carbon, natural graphite, artificial graphite, non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, low-temperature calcined carbon, etc. are preferable, and in particular, graphite or non-graphitizable carbon is used. preferable.

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、脱離しうる炭素質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 for producing an electrode from a carbonaceous material, a conductive material and a carbonaceous 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, etc. are dissolved. It is preferable to disperse the auxiliary 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.

<3−2.その他の構成>
本発明の蓄電デバイスにおける有機電解液の溶質のリチウム塩としては、LiPF、LiBF、LiCIO、LiN(CFSO、LiN(SO、LiCFSO、LiC(SOCF、LIAsF、およびLiSbFからなる群から選ばれる1種以上が好ましい。
<3-2. Other configurations>
The solute lithium salt of the organic electrolyte in the electricity storage device of the present invention includes LiPF 6 , LiBF 4 , LiCIO 4 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiCF 3 SO 3. One or more selected from the group consisting of LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LIAsF 6 , and LiSbF 6 are preferred.

また、有機溶媒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が更に好ましい。   The electrolyte concentration of the lithium salt in the organic solvent 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、これらを単独または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、有機電解液、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 an organic electrolyte solution, a solute, and a separator material, and use of things other than the above-mentioned is not excluded.

<3−3.充放電電圧の最高電圧>
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。
<3-3. Maximum charge / discharge voltage>
In the electricity storage device according to the present invention, it is preferable to perform charge / discharge in the range of 5.0 V or more and 5.4 V or less of the maximum charge / discharge voltage of the electricity storage device.

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 decreases. 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.

また、本発明には、前記<1>に記載の炭素質材料の製造方法を一工程として含む蓄電デバイスの製造方法も含まれ得る。具体的には、例えば、前記<1>に記載の炭素質材料の製造方法を一工程として備え、さらに前記<1>に記載の炭素質材料の製造方法により得られた正極から炭素質材料を取り出し、それを正極活物質として正極を製造し、蓄電デバイスのセルを作製する方法を挙げることができる。なお、その他の蓄電デバイスを製造するための工程については、従来公知の技術を用いることができ、特に限定されるものではない。   Moreover, the manufacturing method of the electrical storage device which includes the manufacturing method of the carbonaceous material as described in said <1> as 1 process can also be included in this invention. Specifically, for example, the method for producing a carbonaceous material according to <1> is provided as one step, and a carbonaceous material is obtained from a positive electrode obtained by the method for producing a carbonaceous material according to <1>. A method of producing a positive electrode by taking it out and using it as a positive electrode active material to produce a cell of an electricity storage device can be mentioned. In addition, about the process for manufacturing another electrical storage device, a conventionally well-known technique can be used and it does not specifically limit.

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。   Moreover, the following invention is also included by the electrical storage device which concerns on this invention.

1.アニオンを吸着、脱離しうる層状構造を有する炭素質材料を含む正極と、リチウムイオンを吸蔵、脱離しうる炭素質材料を含む負極と、リチウム塩を含む有機電解液と、を有する蓄電デバイスであって、正極としては、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、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、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と負極を対向させる工程と、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を経て製造されたものであり、負極としては、リチウムイオンを吸蔵、脱離しうる炭素質材料を含む負極とリチウム金属とを電気化学的に反応させることにより、予めリチウムイオンが吸蔵されたものであることを特徴とした蓄電デバイスにおいて、正極製造時の充放電を行うプロセスを、積層セルの面方向の圧縮圧力を100〜400N/cm、より好ましくは200〜400N/cmの条件にて実施する蓄電デバイス。なお、本蓄電デバイスにおいては、充放電電圧の最高電圧を5.0Vから5.4Vの範囲にて、充放電を行うことが好ましい。 1. An electricity storage device having a positive electrode including a carbonaceous material having a layered structure capable of adsorbing and desorbing anions, a negative electrode including a carbonaceous material capable of absorbing and desorbing lithium ions, and an organic electrolyte containing a lithium salt. The positive electrode includes a step of preparing a positive electrode by coating a carbonaceous material having a layered structure on the surface of the electrode plate, and a carbonaceous material having a mass of 4 times or more the mass of the carbonaceous material of the positive electrode. A step of coating the surface of the electrode plate to prepare a negative electrode, a step of making the positive electrode and the negative electrode face each other in a non-aqueous electrolyte containing an anion capable of intercalation between the layers of the carbonaceous material of the positive electrode, and during charging The charging voltage of 2.25V and 3.5V or less was manufactured through a voltage application step of performing at least one charge / discharge cycle, and the negative electrode occludes lithium ions, In an electricity storage device characterized in that lithium ions are occluded in advance by electrochemically reacting a negative electrode containing a detachable carbonaceous material with lithium metal, and charging / discharging at the time of manufacturing the positive electrode The electrical storage device which implements a process on the conditions of the compression pressure of the surface direction of a lamination | stacking cell of 100-400 N / cm < 2 >, More preferably, 200-400 N / cm < 2 >. In addition, in this electrical storage device, it is preferable to perform charging / discharging in the range whose maximum voltage of charging / discharging voltage is 5.0V to 5.4V.

2.前記の「アニオンを吸着、脱離しうる層状構造を有する炭素質材料を含む正極」の炭素質材料がグラファイトである。   2. The carbonaceous material of the “positive electrode including a carbonaceous material having a layered structure capable of adsorbing and desorbing anions” is graphite.

3.前記の「リチウムイオンを吸蔵、脱離しうる炭素質材料を含む負極」の炭素質材料がグラファイトあるいは難黒鉛性カーボンである。   3. The carbonaceous material of the “negative electrode containing a carbonaceous material capable of inserting and extracting lithium ions” is graphite or non-graphitizable carbon.

4.前記の「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」の炭素質材料が活性炭である。   4). The carbonaceous material in the “step of preparing a negative electrode by coating the surface of the electrode plate with a carbonaceous material having a mass 4 times or more the mass of the carbonaceous material of the positive electrode” is activated carbon.

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〕
図1は本発明の実施例に係る蓄電デバイスの基本セル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(主成分:グラファイト)、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。以下、正極1、負極4及びセル10の製作について説明する。
[Example 1]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a basic cell 10 of an electricity storage device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a positive electrode (main component: graphite) 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 negative electrode which is a carbonaceous 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. Hereinafter, production of the positive electrode 1, the negative electrode 4, and the cell 10 will be described.

<正極1の製作>
図2は本発明の実施例に係る蓄電デバイスに使用するための正極作製時の積層セルの構成を示す模式図である。図2において、11は分極性電極である正極(主成分:グラファイト)、12はアルミニウム箔からなる正極集電体箔及び外部取り出し電極、13はセパレータ(セルロース)、14は炭素電極である負極(主成分:活性炭)、15はアルミニウム箔からなる負極集電体箔及び外部取り出し電極である。また、電解液としては、TEMA・PF(トリエチルメチルアンモニウムヘキサフルオロホスフェート)/PC・EMC(プロピレンカーボネート/エチルメチルカーボネート)を用いた。
<Production of positive electrode 1>
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a stacked cell during the production of a positive electrode for use in an electricity storage device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 2, 11 is a positive electrode (main component: graphite) which is a polarizable electrode, 12 is a positive electrode current collector foil and an external extraction electrode made of aluminum foil, 13 is a separator (cellulose), 14 is a negative electrode which is a carbon electrode ( Main component: activated carbon), 15 is a negative electrode current collector foil made of aluminum foil and an external extraction electrode. Further, as the electrolytic solution, TEMA · PF 6 (triethylmethylammonium hexafluorophosphate) / PC · EMC (propylene carbonate / ethylmethyl carbonate) was used.

具体的には、ポリフッ化ビニルデンをN−メチル−2−ピロリドンに溶解し、活物質としてグラファイト(KS6:Timcal社性)を分散させ、この液をアルミ箔にドクターブレードで塗工し、乾燥させて正極11を製作した。塗工された電極の乾燥後の厚さは80μmであり、グラファイト:ポリフッ化ビニルデンの重量比は90:10である。   Specifically, polyvinylidene fluoride is dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone, graphite (KS6: Timcal) is dispersed as an active material, this solution is applied to an aluminum foil with a doctor blade and dried. Thus, the positive electrode 11 was manufactured. The thickness of the coated electrode after drying is 80 μm and the weight ratio of graphite: polyvinylidene fluoride is 90:10.

正極処理用負極14として、石油コークスを水蒸気賦活することによって得られた比表面積2000m/gの活性炭80重量%、導電性カーボンブラック10重量%、バインダとしてポリテトラフルオロエチレン10重量%を、エタノールを用いて混練して圧延し、シート状に成形した後、アルミニウム箔に導電性接着剤を用いて接着して構成された負極14を製作した。ここで、負極の活性炭の重量を、正極のグラファイトの重量の10倍とした。このときのアルミニウム箔の厚さを除いた正極シートの厚さは400μmである。 As the negative electrode 14 for positive electrode treatment, 80% by weight of activated carbon having a specific surface area of 2000 m 2 / g obtained by steam activation of petroleum coke, 10% by weight of conductive carbon black, 10% by weight of polytetrafluoroethylene as a binder, ethanol After being kneaded and rolled using, and formed into a sheet shape, a negative electrode 14 was manufactured by bonding to an aluminum foil using a conductive adhesive. Here, the weight of the activated carbon of the negative electrode was set to 10 times the weight of the graphite of the positive electrode. The thickness of the positive electrode sheet excluding the thickness of the aluminum foil at this time is 400 μm.

正極11及び負極14をセルロース系の多孔質セパレータ13介して対向させ外部へ導出する取り出し電極部を備え、アルミラミネートフィルムで外装した(正極、負極それぞれに対して部材番号12,15の集電体箔及び外部取り出し電極)。120℃、8h真空乾燥後、電解液として0.7MのTEMA・PF/PC・EMC(1:2)混合溶媒溶液を含浸し、ラミネート外装を密封した。 The positive electrode 11 and the negative electrode 14 are opposed to each other through a cellulose-based porous separator 13 and are provided with an extraction electrode portion that leads out to the outside, and is covered with an aluminum laminate film (current collectors of member numbers 12 and 15 for the positive electrode and the negative electrode, respectively) Foil and external extraction electrode). After vacuum drying at 120 ° C. for 8 hours, a 0.7 M TEMA / PF 6 / PC / EMC (1: 2) mixed solvent solution was impregnated as an electrolyte, and the laminate exterior was sealed.

ラミネートセルを10mm厚のステンレス板で挟み、100N/cmの圧力をかけた状態で、正負極に直流電源を接続し、0から3.5Vまで充電し、直ちに0Vに放電した。 The laminate cell was sandwiched between 10 mm thick stainless steel plates, and with a pressure of 100 N / cm 2 applied, a DC power source was connected to the positive and negative electrodes, charged from 0 to 3.5 V, and immediately discharged to 0 V.

放電後、セルを解体し、正極のみを取り出した。これを正極1として用いる。   After discharging, the cell was disassembled and only the positive electrode was taken out. This is used as the positive electrode 1.

<負極4の製作>
ポリフッ化ビニルデンをN−メチル−2−ピロリドンに溶解し、リチウムイオンを吸蔵、脱離しうる人造黒鉛(グラファイト)を分散させ、この液を銅箔にドクターブレードで塗工し、乾燥させて製作した。塗工された負極の乾燥後の厚さは130μmであり、人造黒鉛:ポリフッ化ビニルデンの重量比は90:10である。
<Production of negative electrode 4>
Manufactured by dissolving polyvinylidene fluoride in N-methyl-2-pyrrolidone, dispersing artificial graphite (graphite) capable of occluding and desorbing lithium ions, applying this solution to copper foil with a doctor blade and drying. . The thickness of the coated negative electrode after drying is 130 μm, and the weight ratio of artificial graphite: polyvinylidene fluoride is 90:10.

<蓄電デバイス(セル10)の製作>
先に製作した正極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した。120℃、8h真空乾燥後、電解液として1.0M 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)混合溶媒溶液を含浸し、ラミネート外装を密封し蓄電デバイスセル10を作製した。
<Production of electricity storage device (cell 10)>
A positive electrode current collector foil and an external extraction electrode 2 are provided so that the positive electrode 1 and the negative electrode 4 manufactured previously face each other through a cellulose-based porous separator 3 and lead out to the outside. Further, lithium metal 6 is used as an electrode for lithium ion doping. An electrode (lithium metal electrode lead-out electrode) 7 that was placed on a current collector made of nickel and was crimped and led out to the outside was provided and covered with an aluminum laminate film. After vacuum drying at 120 ° C. for 8 hours, 1.0 M lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and ethylene carbonate / dimethyl carbonate (1: 1) mixed solvent solution are impregnated as an electrolytic solution, the laminate exterior is sealed, and the electricity storage device cell 10 Was made.

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た。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、吸蔵を終了した。   The negative electrode 4 and the lithium electrode of the cell 10 thus produced were short-circuited through an external circuit, so that the negative electrode 4 was previously occluded with lithium ions. When the amount of lithium ions occluded in the negative electrode measured using an external circuit reached 70% of the theoretical occlusion amount, occlusion was terminated.

〔実施例2〕
正極の製造時の充放電処理時における圧縮圧力を200N/cmにした以外は、実施例1と同じ条件にてセルを製作した。
[Example 2]
A cell was manufactured under the same conditions as in Example 1 except that the compression pressure during the charge / discharge treatment during the production of the positive electrode was 200 N / cm 2 .

〔実施例3〕
正極の製造時の充放電処理時における圧縮圧力を400N/cmにした以外は、実施例1と同じ条件にてセルを製作した。
Example 3
A cell was manufactured under the same conditions as in Example 1 except that the compression pressure at the time of charge / discharge treatment during the production of the positive electrode was 400 N / cm 2 .

〔比較例1〕
正極の製造時の充放電処理時における圧縮圧力を50N/cmにした以外は、実施例1と同じ条件にてセルを製作した。
[Comparative Example 1]
A cell was produced under the same conditions as in Example 1 except that the compression pressure during the charge / discharge treatment during the production of the positive electrode was 50 N / cm 2 .

〔比較例2〕
正極の製造時の充放電処理時における圧縮圧力を500N/cmにした以外は、実施例1と同じ条件にてセルを製作した。
[Comparative Example 2]
A cell was produced under the same conditions as in Example 1 except that the compression pressure during the charge / discharge treatment during the production of the positive electrode was 500 N / cm 2 .

<結果>
実施例及び比較例の各デバイスにおいて、正極製造時の充放電処理時の放電容量および、最終の蓄電デバイス(セル)の充放電時の放電容量を測定し、表1に示した。
<Result>
In each of the devices of Examples and Comparative Examples, the discharge capacity at the time of charge / discharge treatment during positive electrode manufacture and the discharge capacity at the time of charge / discharge of the final electricity storage device (cell) were measured and shown in Table 1.

Figure 2014116559
Figure 2014116559

表1に示すように、実施例1〜3の蓄電デバイスは、正極製造時の充放電処理時の放電容量、及び最終の蓄電デバイス(セル)の充放電時の放電容量において、優れることがわかる。なお、比較例2の蓄電デバイスは、充電不能であり、放電容量は測定できなかった。これは正極製造時の圧縮圧力が強すぎたため、正極用の炭素質材料が破壊されたためと推測される。   As shown in Table 1, it can be seen that the electricity storage devices of Examples 1 to 3 are excellent in the discharge capacity at the time of charge / discharge treatment at the time of manufacturing the positive electrode and the discharge capacity at the time of charge / discharge of the final electricity storage device (cell). . In addition, the electrical storage device of Comparative Example 2 was not chargeable, and the discharge capacity could not be measured. This is presumably because the carbonaceous material for the positive electrode was destroyed because the compression pressure at the time of manufacturing the positive electrode was too strong.

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 正極
12 正極集電体箔及び外部取り出し電極
13 セパレータ
14 負極
15 負極集電体箔及び外部取り出し電極
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 Positive electrode 12 Positive electrode collector foil and external extraction electrode 13 Separator 14 Negative Electrode 15 Negative Electrode Current Foil and External Extraction Electrode

Claims (8)

(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て、積層セルを作製する工程と、
(d)前記積層セルに対して、面方向に100N/cm以上400N/cm以下の圧縮圧力をかけつつ、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と、
を含むことを特徴とする炭素質材料の製造方法。
(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) a step of making a stacked cell by making the positive electrode and the negative electrode face each other in a nonaqueous electrolytic solution containing an anion capable of intercalation between layers of the carbonaceous material of the positive electrode;
(D) Applying a compression pressure of 100 N / cm 2 or more and 400 N / cm 2 or less to the layered cell in the plane direction, and setting a charging voltage at the time of charging more than 2.25V to 3.5V or less at least once Voltage application step of performing the charge and discharge cycle of
The manufacturing method of the carbonaceous material characterized by including.
前記(d)工程において、前記積層セルに対して、面方向にかける圧縮圧力が200N/cm以上400N/cm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の製造方法。 2. The method for producing a carbonaceous material according to claim 1, wherein in the step (d), a compression pressure applied in a plane direction with respect to the stacked cell is 200 N / cm 2 or more and 400 N / cm 2 or less. . 前記正極の炭素質材料はグラファイトであり、前記負極の炭素質材料は活性炭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の製造方法。   The method for producing a carbonaceous material according to claim 1 or 2, wherein the carbonaceous material of the positive electrode is graphite and the carbonaceous material of the negative electrode is activated carbon. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の炭素質材料の製造方法により製造した、前記正極から取り出されたものであることを特徴とする炭素質材料。   A carbonaceous material produced by the method for producing a carbonaceous material according to claim 1, wherein the carbonaceous material is taken out from the positive electrode. 請求項4に記載の炭素質材料を正極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 4 as a positive electrode active material. 前記蓄電デバイスは、アニオンを吸着、脱離しうる層状構造を有する炭素質材料を含む正極と、リチウムイオンを吸蔵、脱離しうる炭素質材料を含む負極と、リチウム塩を含む有機電解液と、を有する蓄電デバイスであって、
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を特徴とする請求項5に記載の蓄電デバイス。
The power storage device includes a positive electrode including a carbonaceous material having a layered structure capable of adsorbing and desorbing anions, a negative electrode including a carbonaceous material capable of absorbing and desorbing lithium ions, and an organic electrolyte including a lithium salt. An electricity storage device comprising:
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5又は6に記載の蓄電デバイス。   The electric storage device according to claim 5 or 6, wherein the carbonaceous material contained in the negative electrode is obtained by electrochemically reacting the negative electrode and lithium metal. 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5〜7のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。
The power storage device according to claim 5, wherein the carbonaceous material included in the negative electrode is graphite or non-graphitizable carbon.
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