JP2016162957A - Lithium ion capacitor - Google Patents

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慎太郎 青野
Shintaro Aono
慎太郎 青野
宇高 友広
Tomohiro Utaka
友広 宇高
信雄 安東
Nobuo Ando
信雄 安東
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ion capacitor in which increase in the resistance can be suppressed even when charge and discharge are repeated a large number of times under high temperature environment, while maintaining a high capacitance and suppressing gas generation, and the initial DC resistance is small.SOLUTION: In a lithium ion capacitor including a positive electrode having a positive electrode layer containing a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode layer containing a negative electrode active material, and an electrolyte solution containing an electrolyte, where at least one of the negative electrode and positive electrode is previously doped with lithium ions, the electrolyte contains a compound represented by the following formula (1). Formula (1):(X-OS-N-SO-X)Li(In the formula (1), Xand Xeach represent independently, a fluorine atom, an alkyl group of 1C-6C, or a fluoroalkyl group of 1C-6C).SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、リチウムイオンキャパシタに関する。   The present invention relates to a lithium ion capacitor.

従来、非水電解質溶液よりなる電解液を有する蓄電デバイスにおいては、負極上における溶媒の分解反応の影響により、内部にガスが発生する、という問題がある。このような問題を解決する手段として、例えば特許文献1には、ラクトン系非水溶媒に、電解質としてリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドが溶解された電解液を用いる技術が開示されている。特許文献1に記載の非水電解質二次電池によれば、高温時または保存時において電池の膨れなどを抑制することができるとされている。   Conventionally, in an electricity storage device having an electrolytic solution made of a non-aqueous electrolyte solution, there is a problem that gas is generated inside due to the influence of the decomposition reaction of the solvent on the negative electrode. As means for solving such a problem, for example, Patent Document 1 discloses a technique using an electrolytic solution in which lithium bis (fluorosulfonyl) imide is dissolved as an electrolyte in a lactone-based non-aqueous solvent. According to the nonaqueous electrolyte secondary battery described in Patent Document 1, it is said that swelling of the battery can be suppressed at high temperatures or during storage.

しかしながら、電解液を構成する溶媒としてラクトン系非水溶媒を使用すると、負極においてSEI(Solid Electrolyte Interphase)膜が過度に形成される。そのため、SEI膜の厚みが相当に大きくなることにより、直流内部抵抗が上昇する、という問題がある。   However, when a lactone non-aqueous solvent is used as a solvent constituting the electrolytic solution, a SEI (Solid Electrolyte Interface) film is excessively formed in the negative electrode. Therefore, there is a problem that the direct current internal resistance increases when the thickness of the SEI film is considerably increased.

また、非水電解質溶液よりなる電解液を有する蓄電デバイスにおいて、低温環境下におけるイオン伝導度の低下を抑制する手段としては、例えば特許文献2には、カーボネート系溶媒に、電解質としてリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドおよびヘキサフルオロリン酸リチウムが溶解された電解液を用いる技術が開示されている。しかしながら、特許文献2に記載の蓄電デバイスにおいては、高温環境下におけるガス発生については考慮されていない。   Moreover, in a power storage device having an electrolytic solution made of a non-aqueous electrolyte solution, as means for suppressing a decrease in ion conductivity in a low temperature environment, for example, Patent Document 2 discloses a carbonate-based solvent and lithium bis (fluoro (fluorocarbon) as an electrolyte. A technique using an electrolytic solution in which sulfonyl) imide and lithium hexafluorophosphate are dissolved is disclosed. However, in the electricity storage device described in Patent Document 2, gas generation in a high temperature environment is not considered.

さらに、正極電位が4.2V以上となる条件で充放電を繰り返すと、正極において酸化反応による電解液の分解が生じる。すなわち、負極において発生するガスと、正極において発生するガスとが積算されるため、ガス発生による外装容器の膨張を抑制することが困難であった。   Furthermore, when charge and discharge are repeated under the condition that the positive electrode potential is 4.2 V or more, the electrolytic solution is decomposed by an oxidation reaction in the positive electrode. That is, since the gas generated in the negative electrode and the gas generated in the positive electrode are integrated, it is difficult to suppress the expansion of the outer container due to the gas generation.

特開2004−165151号公報JP 2004-165151 A 特開2013−101900号公報JP2013-101900A

本発明の目的は、高温環境下において、充放電を多数回にわたって繰り返し行った場合でも、抵抗の上昇を抑制することができ、高い静電容量が維持されると共に、ガスの発生を抑制することができ、しかも、初期の直流抵抗が小さいリチウムイオンキャパシタを提供することにある。   The object of the present invention is to suppress an increase in resistance even when charging and discharging are repeated many times in a high-temperature environment, while maintaining a high capacitance and suppressing gas generation. In addition, an object of the present invention is to provide a lithium ion capacitor having a low initial DC resistance.

本発明のリチウムイオンキャパシタは、正極活物質を含む正極電極層を有する正極と、 負極活物質を含む負極電極層を有する負極と、
電解質を含む電解液と
を有し、負極および正極の少なくとも一方にリチウムイオンが予めドープされたリチウムイオンキャパシタであって、
前記電解質は、下記式(1)で表される化合物を含むことを特徴とする。
式(1):(X1 −O2 S−N- −SO2 −X2 )Li+
[式(1)において、X1 およびX2 は、それぞれ独立にフッ素原子、炭素数1〜6のアルキル基または炭素数1〜6のフルオロアルキル基を示す。]
The lithium ion capacitor of the present invention includes a positive electrode having a positive electrode layer containing a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode layer containing a negative electrode active material,
An electrolyte containing electrolyte, and a lithium ion capacitor in which at least one of a negative electrode and a positive electrode is pre-doped with lithium ions,
The electrolyte includes a compound represented by the following formula (1).
Equation (1) :( X 1 -O 2 S-N - -SO 2 -X 2) Li +
[In Formula (1), X < 1 > and X < 2 > show a fluorine atom, a C1-C6 alkyl group, or a C1-C6 fluoroalkyl group each independently. ]

本発明のリチウムイオンキャパシタにおいては、前記電解質は、前記式(1)で表される化合物として、LiN(FSO2 2 、LiN(CF3 SO2 2 およびLiN(C2 5 SO2 2 から選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。
また、前記電解質は、前記式(1)で表される化合物に加えて更にLiPF6 を含むことが好ましい。
また、前記電解質における前記式(1)で表される化合物の割合が、モル換算で8〜85%であることが好ましい。
また、前記電解液を構成する溶媒が、環状カーボネートおよび鎖状カーボネートを含むことが好ましい。
また、前記溶媒における前記環状カーボネートと前記鎖状カーボネートとの割合が、質量比で5:95〜80:20であることが好ましい。
また、前記電解液における前記式(1)で表される化合物の濃度は0.1〜1mol/Lであることが好ましい。
また、前記負極活物質は、非晶質性炭素により表面の一部または全部が被覆された黒鉛を含むことが好ましい。
In the lithium ion capacitor of the present invention, the electrolyte may be LiN (FSO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2, or LiN (C 2 F 5 SO 2 ) as the compound represented by the formula (1). It is preferable to include at least one selected from 2 .
The electrolyte preferably further contains LiPF 6 in addition to the compound represented by the formula (1).
Moreover, it is preferable that the ratio of the compound represented by the said Formula (1) in the said electrolyte is 8 to 85% in molar conversion.
Moreover, it is preferable that the solvent which comprises the said electrolyte solution contains a cyclic carbonate and a chain carbonate.
Moreover, it is preferable that the ratio of the said cyclic carbonate and the said chain carbonate in the said solvent is 5: 95-80: 20 by mass ratio.
Moreover, it is preferable that the density | concentration of the compound represented by the said Formula (1) in the said electrolyte solution is 0.1-1 mol / L.
The negative electrode active material preferably includes graphite having a part or all of the surface coated with amorphous carbon.

本発明によれば、特定の電解質を含む電解液を用い、負極および正極の少なくとも一方にリチウムイオンが予めドープされているため、高温環境下において、充放電を多数回にわたって繰り返し行っても、抵抗の上昇を抑制することができ、高い容量維持率が得られると共に、ガスの発生を抑制することができ、しかも、初期の直流抵抗が小さいリチウムイオンキャパシタが得られる。   According to the present invention, an electrolytic solution containing a specific electrolyte is used, and at least one of the negative electrode and the positive electrode is pre-doped with lithium ions. As a result, a high capacity retention rate can be obtained, gas generation can be suppressed, and a lithium ion capacitor with low initial DC resistance can be obtained.

以下、本発明に係るリチウムイオンキャパシタの実施の形態について説明する。
〔リチウムイオンキャパシタの基本構成〕
本発明に係るリチウムイオンキャパシタは、基本的に、正極と負極とを、セパレータを介して交互に積層あるいは更に捲回させた電極ユニットが外装容器内に配置された構成を有する。外装容器は、円筒型、角型、ラミネート型等の形態の容器を適宜使用することができ、特に限定されない。
Embodiments of a lithium ion capacitor according to the present invention will be described below.
[Basic configuration of lithium ion capacitor]
The lithium ion capacitor according to the present invention basically has a configuration in which an electrode unit in which a positive electrode and a negative electrode are alternately stacked or further wound via a separator is disposed in an outer container. As the outer container, a container of a cylindrical shape, a rectangular shape, a laminate shape, or the like can be used as appropriate, and is not particularly limited.

本発明に係るリチウムイオンキャパシタにおいては、負極および正極の少なくとも一方にリチウムイオンが予めドープされる。リチウムイオンをドープする方法としては、例えば、金属リチウム等のリチウムイオン供給源をリチウム極としてキャパシタセル内に配置し、負極および正極の少なくとも一方とリチウムイオン供給源との電気化学的接触によって、リチウムイオンをドープさせる方法が好ましく用いられる。負極および正極のいずれにも予めリチウムイオンがドープされていない場合には、高温および低温環境下における充放電の繰返しにおいて、高い容量維持率が得られず、またガスの発生を抑制することができない。   In the lithium ion capacitor according to the present invention, at least one of the negative electrode and the positive electrode is previously doped with lithium ions. As a method for doping lithium ions, for example, a lithium ion supply source such as metallic lithium is disposed in a capacitor cell as a lithium electrode, and the lithium ion supply source is electrochemically contacted with at least one of a negative electrode and a positive electrode and a lithium ion supply source. A method of doping ions is preferably used. When lithium ions are not doped in advance in either the negative electrode or the positive electrode, a high capacity retention rate cannot be obtained and the generation of gas cannot be suppressed in repeated charge and discharge in high and low temperature environments. .

本明細書において、「ドープ」とは、吸蔵、吸着または挿入をも意味し、広く、正極活物質にリチウムイオンおよびアニオンの少なくとも一方が入る現象、あるいはまた、負極活物質にリチウムイオンが入る現象をいう。また、「脱ドープ」とは、脱離、放出をも意味し、正極活物質からリチウムイオンもしくはアニオンが脱離する現象、または負極活物質からリチウムイオンが脱離する現象をいう。   In this specification, “dope” also means occlusion, adsorption, or insertion, and is widely a phenomenon in which at least one of lithium ions and anions enters the positive electrode active material, or a phenomenon in which lithium ions enter the negative electrode active material. Say. “De-doping” also means desorption and release, and refers to a phenomenon in which lithium ions or anions are desorbed from the positive electrode active material, or a phenomenon in which lithium ions are desorbed from the negative electrode active material.

本発明に係るリチウムイオンキャパシタにおいては、リチウム極をセル中に局所的に配置して電気化学的接触させることによっても、負極および正極の少なくとも一方にリチウムイオンを均一にドープすることができる。
従って、正極および負極を積層または更に巻回した大容量のセルを構成する場合にも、負極および正極の少なくとも一方に円滑にかつ均一にリチウムイオンをドープすることができる。
In the lithium ion capacitor according to the present invention, it is possible to uniformly dope lithium ions into at least one of the negative electrode and the positive electrode also by locally disposing the lithium electrode in the cell and bringing it into electrochemical contact.
Therefore, even when a large-capacity cell in which the positive electrode and the negative electrode are laminated or further wound is formed, at least one of the negative electrode and the positive electrode can be smoothly and uniformly doped with lithium ions.

〔集電体〕
正極および負極には、それぞれ電気を受配電する正極集電体または負極集電体(以下、両者を併せて「集電体」という。)が備えられている。この集電体には、表裏面を貫通する貫通孔が形成されていることが好ましい。集電体における貫通孔の形態、数等は特に限定されず、正極および負極の少なくとも一方に対向して配置されたリチウム極から電気化学的に供給されるリチウムイオンおよび電解液中のリチウムイオンが各集電体に遮断されることなく、電極の表裏間を移動できるように設定することができる。
[Current collector]
Each of the positive electrode and the negative electrode is provided with a positive electrode current collector or a negative electrode current collector (hereinafter collectively referred to as “current collector”) that receives and distributes electricity. The current collector is preferably formed with a through-hole penetrating the front and back surfaces. The shape, number, etc. of the through holes in the current collector are not particularly limited, and lithium ions electrochemically supplied from a lithium electrode arranged to face at least one of the positive electrode and the negative electrode and lithium ions in the electrolytic solution It can set so that it can move between the front and back of an electrode, without interrupted | blocked by each electrical power collector.

集電体には、電解エッチング箔などのように、エッチング等によって貫通孔が形成されていても、パンチングメタル、エキスパンドメタルなどのように、機械的な打ち込みやその他の機械的な加工によって貫通孔が形成されていてもよい。集電体の貫通孔の径は例えば0.1μm〜100μmであり、0.5〜80μmが好ましく、1〜50μmが特に好ましい。   Even if the current collector has a through-hole formed by etching or the like, such as an electrolytic etching foil, the through-hole can be formed by mechanical driving or other mechanical processing such as punching metal or expanded metal. May be formed. The diameter of the through hole of the current collector is, for example, 0.1 μm to 100 μm, preferably 0.5 to 80 μm, and particularly preferably 1 to 50 μm.

集電体を構成する材料としては、リチウム系電池に一般に使用されている材料を用いることができる。例えば、正極集電体を構成する材料としては、アルミニウム、ステンレス網等を用いることができる。一方、負極集電体を構成する材料としては、ステンレス網、銅、ニッケル等を用いることができる。
集電体の厚みは特に限定されないが、通常2〜100μmであればよく、5〜80μmが好ましく、10〜50μmが特に好ましい。
As a material constituting the current collector, a material generally used for a lithium battery can be used. For example, as a material constituting the positive electrode current collector, aluminum, a stainless steel net, or the like can be used. On the other hand, as a material constituting the negative electrode current collector, stainless steel mesh, copper, nickel, or the like can be used.
Although the thickness of a collector is not specifically limited, Usually, what is necessary is just 2-100 micrometers, 5-80 micrometers is preferable and 10-50 micrometers is especially preferable.

〔正極活物質〕
正極は、正極集電体の一面または両面に正極活物質を含む正極電極層が形成されて構成されている。
正極活物質としては、リチウムイオンおよびテトラフルオロボレート等の少なくとも1種のアニオンを可逆的に吸着・脱着可能な物質が用いられ、その具体例としては、活性炭粉末が挙げられる。この正極活物質の粒度は、数平均粒径D50の値が2μm以上であることが好ましく、より好ましくは2〜50μmであり、特に2〜20μmが好適である。更に、正極活物質は、平均細孔径が10nm以下であることが好ましく、またBET比表面積が600〜3000m2 /gであることが好ましく、より好ましくは、1300〜2500m2 /gである。
[Positive electrode active material]
The positive electrode is configured by forming a positive electrode layer containing a positive electrode active material on one surface or both surfaces of a positive electrode current collector.
As the positive electrode active material, a material capable of reversibly adsorbing and desorbing at least one kind of anion such as lithium ion and tetrafluoroborate is used, and specific examples thereof include activated carbon powder. The positive electrode active material preferably has a number average particle diameter D50 of 2 μm or more, more preferably 2 to 50 μm, and particularly preferably 2 to 20 μm. Further, the positive electrode active material preferably has an average pore diameter of 10 nm or less, and preferably has a BET specific surface area of 600 to 3000 m 2 / g, more preferably 1300 to 2500 m 2 / g.

〔負極活物質〕
負極は、負極集電体の一面または両面に負極活物質を含む負極電極層が形成されて構成されている。
負極活物質としては、リチウムイオンを可逆的にドープ・脱ドープ可能である物質のうち、非晶質性炭素により表面の一部または全部が被覆された黒鉛(被覆黒鉛粒子)を用いることが好ましい。負極活物質として挙げられる被覆黒鉛粒子は、例えば天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛系粒子の表面が、ハードカーボン、コークス、1500℃以下で焼成したメソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、メソフェーズピッチカーボンファイバー(MCF)等の非晶質性炭素によって被覆されることによって製造される。これらの負極活物質は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
負極活物質として挙げられる被覆黒鉛粒子において、粒子表面におけるタールやピッチ由来の被覆の有無は、ラマンスペクトル、XRD等の測定により確認することができる。また、被覆構造は集束イオンビーム(FIB)によって粒子の一部を切断し、その断面を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察することにより確認することが可能である。
[Negative electrode active material]
The negative electrode is configured by forming a negative electrode layer containing a negative electrode active material on one surface or both surfaces of a negative electrode current collector.
As the negative electrode active material, it is preferable to use graphite (coated graphite particles) whose surface is partially or entirely coated with amorphous carbon among materials capable of reversibly doping and dedoping lithium ions. . The coated graphite particles exemplified as the negative electrode active material include, for example, hard carbon, coke, mesocarbon microbeads (MCMB), mesophase pitch carbon fiber (carbon fiber) whose surface of graphite-based particles such as natural graphite and artificial graphite is fired at 1500 ° C. or less. Manufactured by coating with amorphous carbon such as MCF). These negative electrode active materials may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
In the coated graphite particles exemplified as the negative electrode active material, the presence or absence of tar or pitch-derived coating on the particle surface can be confirmed by measurement of Raman spectrum, XRD, or the like. The covering structure can be confirmed by cutting a part of the particles with a focused ion beam (FIB) and observing the cross section with a transmission electron microscope (TEM).

負極活物質を構成する黒鉛としては、X線広角回折法による(002)面の平均面間隔(d002)が3.357Åであり、また、アルゴンレーザーラマンによる1580cm-1付近のピークに対する1355cm-1付近のピークの強度比(I1355/I1580)が、例えば0.25であり、さらに、X線回折で求めた結晶子サイズLcおよびLaが100nm以上である黒鉛を好適に用いることができる。また、負極活物質を構成する被覆黒鉛粒子は、アルゴンレーザーラマンによる1580cm-1付近のピークに対する1355cm-1付近のピークの強度比が例えば1.03である。 The graphite constituting the negative electrode active material has an average interplanar spacing (d002) of (002) plane of 3.357 mm by X-ray wide angle diffraction method, and 1355 cm −1 with respect to a peak near 1580 cm −1 by argon laser Raman. A graphite having an intensity ratio (I1355 / I1580) of a nearby peak of, for example, 0.25 and crystallite sizes Lc and La determined by X-ray diffraction of 100 nm or more can be suitably used. The coated graphite particles constituting the negative electrode active material have an intensity ratio of a peak near 1355 cm −1 to a peak near 1580 cm −1 by an argon laser Raman, for example, 1.03.

負極活物質として挙げられる被覆黒鉛粒子における非晶質性炭素の被覆量は、5〜200質量%であることが好ましく、10〜100質量%であることがより好ましい。ここで、被覆黒鉛粒子における非晶質性炭素の被覆量は、(被覆黒鉛粒子における非晶質性炭素の質量/被覆黒鉛粒子における黒鉛の質量)×100(質量%)によって求められる値である。非晶質性炭素の被覆量が過小である場合には、結晶性の高い黒鉛の活性点が被覆黒鉛粒子の表面に露出しやすくなるので、充放電を繰り返すと、電解液の還元分解が進行し、多量のガスが発生しやすくなる。一方、非晶質性炭素の被覆量が過大である場合には、結晶性の低い炭素によって黒鉛系粒子の表面が過度に覆われることにより、リチウムイオンが黒鉛にインターカレートしにくくなる。そのため、黒鉛系粒子間や黒鉛系粒子と電解液との間の電荷移動抵抗が高くなり、リチウムイオンキャパシタの抵抗が増大する。   The coating amount of amorphous carbon in the coated graphite particles exemplified as the negative electrode active material is preferably 5 to 200% by mass, and more preferably 10 to 100% by mass. Here, the coating amount of the amorphous carbon in the coated graphite particles is a value obtained by (mass of amorphous carbon in the coated graphite particles / mass of graphite in the coated graphite particles) × 100 (mass%). . When the coating amount of amorphous carbon is too small, the active sites of graphite with high crystallinity are likely to be exposed on the surface of the coated graphite particles, so that reductive decomposition of the electrolyte proceeds when charging and discharging are repeated. However, a large amount of gas is likely to be generated. On the other hand, when the coating amount of amorphous carbon is excessive, the surface of the graphite particles is excessively covered with carbon having low crystallinity, so that lithium ions are difficult to intercalate with graphite. Therefore, the charge transfer resistance between the graphite particles or between the graphite particles and the electrolyte is increased, and the resistance of the lithium ion capacitor is increased.

被覆黒鉛粒子の好ましい例を挙げると、トルエンガスを炭素原料として化学蒸着処理法によって天然黒鉛の表面を天然黒鉛の質量に対して例えば10質量%の非晶質性炭素で被覆した粒子である。   Preferable examples of the coated graphite particles include particles obtained by coating the surface of natural graphite with, for example, 10% by mass of amorphous carbon based on the mass of natural graphite by a chemical vapor deposition method using toluene gas as a carbon raw material.

負極活物質は、正極活物質と同様に粉末状の材料が用いられるが、その粒度は、数平均粒径D50の値が0.1〜5μmであることが好ましい。数平均粒径D50が0.1μm未満の負極活物質は製造が困難である。一方、数平均粒径D50が5μmを超える負極活物質では、内部抵抗が十分に小さいリチウムイオンキャパシタを得ることが困難な場合がある。また、負極活物質は、BET比表面積が0.1〜2000m2 /gであることが好ましく、より好ましくは0.1〜600m2 /gである。 As the negative electrode active material, a powdered material is used in the same manner as the positive electrode active material, and the particle size is preferably 0.1 to 5 μm in number average particle size D50. A negative electrode active material having a number average particle diameter D50 of less than 0.1 μm is difficult to produce. On the other hand, with a negative electrode active material having a number average particle diameter D50 exceeding 5 μm, it may be difficult to obtain a lithium ion capacitor having a sufficiently low internal resistance. The negative electrode active material preferably has a BET specific surface area of 0.1 to 2000 m 2 / g, more preferably 0.1 to 600 m 2 / g.

〔正極電極層および負極電極層〕
正極電極層および負極電極層は、上記の正極活物質または負極活物質とバインダとを含有するスラリーを用いて、或いは上記の正極活物質または負極活物質を集電体に蒸着することによって形成することができる。正極電極層および負極電極層の厚みは、通常1〜100μmであり、好ましくは1〜80μm、より好ましくは2〜70μmである。
[Positive electrode layer and negative electrode layer]
The positive electrode layer and the negative electrode layer are formed using a slurry containing the positive electrode active material or the negative electrode active material and a binder, or by depositing the positive electrode active material or the negative electrode active material on a current collector. be able to. The thickness of the positive electrode layer and the negative electrode layer is usually 1 to 100 μm, preferably 1 to 80 μm, more preferably 2 to 70 μm.

〔バインダ〕
上記のような正極活物質を含む正極電極層および負極活物質を含む負極電極層を、正極活物質または負極活物質とバインダとを含有するスラリーを用いて形成する場合において、スラリーは、正極活物質または負極活物質と、バインダと、必要に応じて用いられる、導電材、カルボキシメチルセルロース(CMC)(カルボキシメチルセルロース塩を含む)等とを、水または有機溶媒に加えて混合することによって調製される。
そして、得られるスラリーを正極集電体または負極集電体に塗布することによって、或いはスラリーをシート状に成形して正極集電体または負極集電体に貼付することによって、正極または負極を作製することができる。
[Binder]
In the case where the positive electrode layer including the positive electrode active material and the negative electrode layer including the negative electrode active material as described above are formed using a slurry containing the positive electrode active material or the negative electrode active material and a binder, the slurry is a positive electrode active material. It is prepared by mixing a material or negative electrode active material, a binder, and a conductive material, carboxymethyl cellulose (CMC) (including carboxymethyl cellulose salt), etc., used as necessary, in addition to water or an organic solvent. .
Then, the positive electrode or the negative electrode is manufactured by applying the obtained slurry to the positive electrode current collector or the negative electrode current collector, or by forming the slurry into a sheet shape and pasting the slurry on the positive electrode current collector or the negative electrode current collector. can do.

上記の正極または負極の作製において、バインダとしては、例えば、SBR等のゴム系バインダ、ポリ四フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素系樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、アクリル系樹脂等を用いることができる。
また、導電材としては、例えば、アセチレンブラックやケッチェンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、金属粉末等が挙げられる。
バインダおよび導電材の各々の添加量は、用いられる正極活物質または負極活物質の電気伝導度、作製される電極形状等によっても異なるが、いずれも、通常、正極活物質または負極活物質に対して2〜40質量%であることが好ましい。
In the production of the positive electrode or the negative electrode, examples of the binder include rubber-based binders such as SBR, fluorine-containing resins such as polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride, thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene, and acrylic resins. Etc. can be used.
Examples of the conductive material include carbon black such as acetylene black and ketjen black, graphite, and metal powder.
The amount of each of the binder and the conductive material to be added varies depending on the electrical conductivity of the positive electrode active material or negative electrode active material used, the shape of the electrode to be produced, etc. It is preferable that it is 2-40 mass%.

〔セパレータ〕
本発明に係るリチウムイオンキャパシタにおけるセパレータとしては、JIS P8117に準拠した方法により測定された透気度が1〜200secの範囲内にある材料を用いることが好ましい。このようなセパレータとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、セルロース、ポリオレフィン、セルロース/レーヨンなどから構成される不織布や微多孔質膜等の中から適宜選択したものを用いることができ、サイクル特性および、電解液含浸性の点から、特にポリエチレンにシリカを塗布したフィルムを用いることが好ましい。また、セパレータの厚みは、例えば5〜100μmであり、10〜50μmが好ましい。
[Separator]
As a separator in the lithium ion capacitor according to the present invention, it is preferable to use a material having an air permeability measured by a method in accordance with JIS P8117 within a range of 1 to 200 sec. As such a separator, for example, those appropriately selected from non-woven fabrics and microporous membranes composed of polyethylene, polypropylene, polyester, cellulose, polyolefin, cellulose / rayon, etc. can be used, cycle characteristics and From the viewpoint of electrolytic solution impregnation, it is particularly preferable to use a film in which silica is coated on polyethylene. Moreover, the thickness of a separator is 5-100 micrometers, for example, and 10-50 micrometers is preferable.

〔電解液〕
本発明に係るリチウムイオンキャパシタにおいては、電解液として、リチウム塩の非プトロトン性有機溶媒電解質溶液が用いられる。以下に、電解液中の各成分について説明する。
[Electrolyte]
In the lithium ion capacitor according to the present invention, a non-protonic organic solvent electrolyte solution of lithium salt is used as the electrolytic solution. Below, each component in electrolyte solution is demonstrated.

〔非プロトン性有機溶媒〕
電解液を構成する非プロトン性有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート、ジメチルカーボネート(DMC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルプロピルカーボネート(MPC)、メチルブチルカーボネート(MBC)等の鎖状カーボネートを用いることができる。これらのうちの2種以上を混合した混合溶媒を用いてもよく、特に、粘度が低く、解離度が高く、イオン伝導度が高い電解液が得られることから、環状カーボネートおよび鎖状カーボネートを含む混合溶媒を用いることが好ましい。
また、電解液を構成する非プトロトン性有機溶媒は、カーボネート系溶媒(環状カーボネートおよび鎖状カーボネート)のみからなるものであることが好ましいが、本発明の効果を阻害しない範囲内であれば、カーボネート系溶媒以外の有機溶媒、例えば、γ−ブチロラクトン等の環状エステル、スルホラン等の環状スルホン、ジオキソラン等の環状エーテル、プロピオン酸エチル等の鎖状カルボン酸エステル、ジメトキシエタン等の鎖状エーテル等を含有してもよい。
[Aprotic organic solvent]
Examples of the aprotic organic solvent constituting the electrolyte include cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate, dimethyl carbonate (DMC), methyl ethyl carbonate (MEC), diethyl carbonate ( Chain carbonates such as DEC), methylpropyl carbonate (MPC), and methylbutyl carbonate (MBC) can be used. A mixed solvent in which two or more of these are mixed may be used, and in particular, an electrolyte solution having a low viscosity, a high degree of dissociation, and a high ionic conductivity is obtained, and therefore includes a cyclic carbonate and a chain carbonate. It is preferable to use a mixed solvent.
Further, the non-prototronic organic solvent constituting the electrolytic solution is preferably composed only of a carbonate-based solvent (cyclic carbonate and chain carbonate). Contains organic solvents other than system solvents, for example, cyclic esters such as γ-butyrolactone, cyclic sulfones such as sulfolane, cyclic ethers such as dioxolane, chain carboxylic acid esters such as ethyl propionate, and chain ethers such as dimethoxyethane. May be.

非プロトン性有機溶媒における環状カーボネートと鎖状カーボネートとの割合は、質量比で、環状カーボネート:鎖状カーボネートが5:95〜80:20であることが好ましく、より好ましくは10:90〜70:30である。このような割合で環状カーボネートと鎖状カーボネートとを含有する非プロトン性有機溶媒を用いることにより、電解液の粘度上昇が抑制され、電解質の解離度を高めることができるため、充放電特性に関わる電解液の伝導度を高めることができ、また、電解質の溶解度をさらに高めることができる。   The ratio of the cyclic carbonate and the chain carbonate in the aprotic organic solvent is preferably a mass ratio of 5:95 to 80:20, more preferably 10:90 to 70: 30. By using an aprotic organic solvent containing cyclic carbonate and chain carbonate at such a ratio, the increase in the viscosity of the electrolyte can be suppressed and the degree of dissociation of the electrolyte can be increased. The conductivity of the electrolytic solution can be increased, and the solubility of the electrolyte can be further increased.

〔電解質〕
電解液における電解質は、下記式(1)で表される化合物(以下、「特定のリチウム塩」という。)を含むものである。
式(1):(X1 −O2 S−N- −SO2 −X2 )Li+
[式(1)において、X1 およびX2 は、それぞれ独立にフッ素原子、炭素数1〜6のアルキル基または炭素数1〜6のフルオロアルキル基を示す。]
〔Electrolytes〕
The electrolyte in the electrolytic solution contains a compound represented by the following formula (1) (hereinafter referred to as “specific lithium salt”).
Equation (1) :( X 1 -O 2 S-N - -SO 2 -X 2) Li +
[In Formula (1), X < 1 > and X < 2 > show a fluorine atom, a C1-C6 alkyl group, or a C1-C6 fluoroalkyl group each independently. ]

上記式(1)に示すX1 およびX2 において、炭素数1〜6のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、1−メチルブチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、1−メチル−2−メチルプロピル基、2,2−ジメチルプロピル基、ヘキシル基などが挙げられる。
また、上記式(1)に示すX1 およびX2 において、炭素数1〜6のフルオロアルキル基の具体例としては、ジフルオロメチル基、モノフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、トリフルオロエチル基、ジフルオロエチル基、ペンタフルオロエチル基、ペンタフルオロプロピル基、テトラフルオロプロピル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロペンチル基、パーフルオロヘキシル基などが挙げられる。
In X 1 and X 2 represented by the above formula (1), specific examples of the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, sec-butyl group, t- Examples thereof include a butyl group, a pentyl group, a 1-methylbutyl group, a 2-methylbutyl group, a 3-methylbutyl group, a 1-methyl-2-methylpropyl group, a 2,2-dimethylpropyl group, and a hexyl group.
In X 1 and X 2 shown in the above formula (1), specific examples of the fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms include a difluoromethyl group, a monofluoromethyl group, a trifluoromethyl group, a trifluoroethyl group, Examples thereof include a difluoroethyl group, a pentafluoroethyl group, a pentafluoropropyl group, a tetrafluoropropyl group, a perfluorobutyl group, a perfluoropentyl group, and a perfluorohexyl group.

特定のリチウム塩としては、上記式(1)に示すX1 およびX2 が、フッ素原子または炭素数1〜6のフルオロアルキル基であるものを用いることが好ましい。このような特定のリチウム塩の好ましい具体例としては、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド[LiN(FSO2 2 ]、リチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド[LiN(C2 5 SO2 2 ]、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド[LiN(CF3 SO2 2 ]等が挙げられる。これらの中では、イオン伝導性が高く、低抵抗であることから、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド[LiN(FSO2 2 ]が特に好ましい。 As the specific lithium salt, it is preferable to use one in which X 1 and X 2 shown in the above formula (1) are a fluorine atom or a fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms. Preferable specific examples of such a specific lithium salt include lithium bis (fluorosulfonyl) imide [LiN (FSO 2 ) 2 ], lithium bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide [LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2. ], Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide [LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ] and the like. Among these, lithium bis (fluorosulfonyl) imide [LiN (FSO 2 ) 2 ] is particularly preferable because of its high ion conductivity and low resistance.

電解液における電解質は、特定のリチウム塩以外のリチウム塩(以下、「他のリチウム塩」という。)を含むものであってもよい。このような他のエチウム塩の具体例としては、LiClO4 、LiAsF6 、LiBF4 、LiPF6 等が挙げられる。これらの中では、イオン伝導性が高く、低抵抗であることから、LiPF6 が好ましい。 The electrolyte in the electrolytic solution may include a lithium salt other than the specific lithium salt (hereinafter referred to as “other lithium salt”). Specific examples of such other etium salts include LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiPF 6 and the like. Among these, LiPF 6 is preferable because of its high ion conductivity and low resistance.

電解液における電解質(特定のリチウム塩および他のリチウム塩)の濃度は、低い内部抵抗が得られることから、0.1mol/L以上であることが好ましく、0.5〜1.5mol/Lであることがより好ましく、0.6〜1.2mol/Lであることが更に好ましい。   The concentration of the electrolyte (specific lithium salt and other lithium salt) in the electrolytic solution is preferably 0.1 mol / L or more because low internal resistance is obtained, and is 0.5 to 1.5 mol / L. More preferably, it is more preferably 0.6 to 1.2 mol / L.

また、電解液における特定のリチウム塩の濃度は、低い内部抵抗が得られることから、0.1mol/L以上であることが好ましく、0.1〜1.0mol/Lであることがより好ましい。特定のリチウム塩の濃度が過小である場合には、得られるリチウムイオンキャパシタの膨張が生じやすく、直流抵抗が上昇するおそれがある。一方、特定のリチウム塩の濃度が過大である場合には、得られる電解液の粘性が高くなるため、かえって内部抵抗が高くなるおそれがある。   The concentration of the specific lithium salt in the electrolytic solution is preferably 0.1 mol / L or more, and more preferably 0.1 to 1.0 mol / L because low internal resistance is obtained. When the concentration of the specific lithium salt is too low, the resulting lithium ion capacitor is likely to expand, and the DC resistance may increase. On the other hand, when the concentration of the specific lithium salt is excessive, the viscosity of the obtained electrolytic solution is increased, so that the internal resistance may be increased.

また、電解質における特定のリチウム塩の割合は、モル換算で8%以上であることが好ましく、より好ましくは8〜85%である。特定のリチウム塩の割合が過小である場合には、ガス発生を抑制する効果が小さくなり、初期の直流抵抗を低減する効果が十分に得られなくなる虞れがある。一方、特定のリチウム塩の割合が過大である場合には、正極集電体の腐食により、サイクル特性や高温フロート特性等の耐久性が悪くなる虞れがある。   Moreover, it is preferable that the ratio of the specific lithium salt in electrolyte is 8% or more in conversion of a mole, More preferably, it is 8 to 85%. If the ratio of the specific lithium salt is too small, the effect of suppressing gas generation becomes small, and the effect of reducing the initial direct current resistance may not be sufficiently obtained. On the other hand, if the ratio of the specific lithium salt is excessive, the durability of the cycle characteristics, high-temperature float characteristics, etc. may be deteriorated due to corrosion of the positive electrode current collector.

〔リチウムイオンキャパシタの構造〕
本発明に係るリチウムイオンキャパシタの構造としては、帯状の正極と負極とをパレータを介して積層した状態で捲回させた電極ユニットを有する捲回型、板状またはシート状の正極と負極とをセパレータを介して交互に各3層以上積層させた電極ユニットを有する積層型、上記の電極ユニットを外装フィルム内に封入したフィルム型などが挙げられる。 これらのリチウムイオンキャパシタの構造は、例えば特開2004−266091号公報等により既知であり、プレドープ方法を含め、それらのキャパシタと同様の構成とすることができる。
[Structure of lithium ion capacitor]
As a structure of the lithium ion capacitor according to the present invention, a wound-type, plate-shaped or sheet-shaped positive electrode and negative electrode having an electrode unit wound in a state where a strip-shaped positive electrode and a negative electrode are laminated via a palator are provided. Examples include a laminated type having an electrode unit in which three or more layers are alternately laminated via a separator, and a film type in which the above electrode unit is enclosed in an exterior film. The structures of these lithium ion capacitors are known, for example, from Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-266091, and can have the same configuration as those capacitors including a pre-doping method.

本発明によれば、特定の電解質を含む電解液を用い、負極および正極の少なくとも一方にリチウムイオンが予めドープされているため、高温および低温環境下において、抵抗の上昇を抑制することができ、充放電を多数回にわたって繰り返し行った場合でも、高い静電容量が維持されると共に、ガスの発生を抑制することができ、しかも、初期の直流抵抗が小さいリチウムイオンキャパシタが得られる。   According to the present invention, an electrolytic solution containing a specific electrolyte is used, and at least one of the negative electrode and the positive electrode is preliminarily doped with lithium ions. Therefore, an increase in resistance can be suppressed in a high temperature and low temperature environment, Even when charging / discharging is repeated many times, a high capacitance is maintained, generation of gas can be suppressed, and a lithium ion capacitor with low initial DC resistance can be obtained.

以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって制限されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further more concretely based on an Example, this invention is not restrict | limited by these Examples.

〔実施例1〕
(1)正極の作製
正極集電体前駆体であるアルミニウム製エキスパンドメタルの両面に、導電性塗料を、縦型ダイ方式の両面塗工機を用い、両面塗工した後、減圧乾燥させることにより、正極集電体前駆体の表裏面に導電層を形成した。
次いで、正極集電体前駆体の表裏面に形成された導電層上に、正極活物質として活性炭粉末(数平均粒径D50=4μm,平均細孔径=2nm,BET比表面積=2100m2 /g)を含有するスラリーを、縦型ダイ方式の両面塗工機を用い、両面塗工した後、減圧乾燥させることにより、導電層上に正極電極層を形成した。正極電極層の厚みは90μmであった。
このようにして得られた、正極集電体前駆体の一部分に導電層および正極電極層が積層された材料を、導電層および正極電極層が積層された部分(以下、正極について「塗工部」ともいう。)、いずれの層も形成されてない部分(以下、正極について「未塗工部」ともいう。)を含む正極前駆体を適当な大きさに切断することにより、正極集電体の両面に正極電極層が形成された正極を作製した。
[Example 1]
(1) Production of positive electrode By applying a conductive coating on both sides of an aluminum expanded metal, which is a positive electrode current collector precursor, using a vertical die type double-side coating machine, and then drying under reduced pressure. A conductive layer was formed on the front and back surfaces of the positive electrode current collector precursor.
Next, activated carbon powder (number average particle diameter D50 = 4 μm, average pore diameter = 2 nm, BET specific surface area = 2100 m 2 / g) as a positive electrode active material on the conductive layers formed on the front and back surfaces of the positive electrode current collector precursor. The slurry containing was coated on both sides using a vertical die type double-side coating machine, and then dried under reduced pressure to form a positive electrode layer on the conductive layer. The thickness of the positive electrode layer was 90 μm.
The material obtained by laminating the conductive layer and the positive electrode layer on a portion of the positive electrode current collector precursor thus obtained was used as the portion where the conductive layer and the positive electrode layer were laminated (hereinafter referred to as “coating part”). The positive electrode current collector is cut into an appropriate size by cutting a positive electrode precursor containing a portion in which no layer is formed (hereinafter, also referred to as “uncoated portion” for the positive electrode). A positive electrode having a positive electrode layer formed on both sides was prepared.

(2)負極の作製
負極集電体前駆体である銅製エキスパンドメタルの両面に、負極活物質である数平均粒径D50の値が4μmの非晶質性炭素で被覆した被覆黒鉛粒子を含有するスラリーを、縦型ダイ方式の両面塗工機を用い、両面塗工した後、減圧乾燥させることにより、負極集電体前駆体の表裏面に負極電極層を形成した。
このようにして得られた、集電体前駆体の一部分に負極電極層が形成された材料を、負極電極層が形成された部分(以下、負極について「塗工部」ともいう。)、負極電極層が形成されてない部分(以下、負極について「未塗工部」ともいう。)を含む負極前駆体を適当な大きさに切断することにより、負極集電体の両面に負極電極層が形成された負極を作製した。負極電極層の厚みは65μmであった。
ここに用いた被覆黒鉛粒子については、以下のようにして作製した。
数平均粒径D50の値が2.5μmの微粒子状黒鉛粉末100質量部に対して、前駆体であるピッチ50質量部をニーダーで混合し、窒素雰囲気下において、5℃/minの割合で昇温し、温度1000℃で6時間保持することにより焼成した。得られた焼成物を数平均粒径D50の値が4μmまで解砕することにより、被覆黒鉛粒子を作製した。この被覆黒鉛粒子における非晶質性炭素の被覆量は50質量%である。
(2) Production of Negative Electrode Coated graphite particles coated with amorphous carbon having a number average particle diameter D50 of 4 μm as the negative electrode active material are contained on both surfaces of the copper expanded metal as the negative electrode current collector precursor. The slurry was coated on both sides using a vertical die type double-side coating machine, and then dried under reduced pressure to form negative electrode layers on the front and back surfaces of the negative electrode current collector precursor.
The material in which the negative electrode layer is formed on a part of the current collector precursor thus obtained is the portion where the negative electrode layer is formed (hereinafter, also referred to as “coating part” for the negative electrode), the negative electrode. By cutting the negative electrode precursor including a portion where the electrode layer is not formed (hereinafter, also referred to as “uncoated portion” for the negative electrode) to an appropriate size, the negative electrode layer is formed on both surfaces of the negative electrode current collector. The formed negative electrode was produced. The thickness of the negative electrode layer was 65 μm.
The coated graphite particles used here were produced as follows.
50 parts by mass of pitch as a precursor is mixed with 100 parts by mass of fine graphite powder having a number average particle diameter D50 of 2.5 μm with a kneader, and the temperature is increased at a rate of 5 ° C./min in a nitrogen atmosphere. It baked by heating and hold | maintaining at 1000 degreeC temperature for 6 hours. The obtained fired product was pulverized to a value of number average particle diameter D50 of 4 μm to produce coated graphite particles. The coated amount of amorphous carbon in the coated graphite particles is 50% by mass.

(3)セパレータの作製
セルロース/レーヨン複合材料のフィルムを縦横の幅が正極と負極よりも大きいサイズとなるよう切断することによって、セパレータ(以下、このセパレータを「セパレータA」とする。)を作製した。
(3) Production of Separator A film of cellulose / rayon composite material was cut so that the vertical and horizontal widths were larger than those of the positive electrode and the negative electrode to produce a separator (hereinafter, this separator is referred to as “separator A”). did.

(4)リチウムイオンキャパシタ要素の作製
先ず、正極10枚、負極11枚、セパレータ24枚を用意し、正極と負極とを、それぞれの塗工部は重なるが、それぞれの未塗工部は反対側になり重ならないよう位置合わせした状態で、セパレータ、負極、セパレータ、正極の順で積重し、積重体の4辺をテープにより固定することにより、電極積層ユニットを作製した。
次いで、リチウム箔を切断し、銅網に圧着することにより、リチウムイオン供給部材を作製し、このリチウムイオン供給部材を電極積層ユニットの上側に2枚のセパレータを介して負極と対向するよう配置した。
そして、作製した電極積層ユニットにおける10枚の正極の各々の未塗工部に、予めシール部分にシーラントフィルムを熱融着した、矩形状のアルミニウム製の正極用電源タブを重ねて溶接した。一方、電極積層ユニットの11枚の負極の各々の未塗工部およびリチウムイオン供給部材の各々に、予めシール部分にシーラントフィルムを熱融着した矩形状の銅製の負極用電源タブを重ねて溶接し、もってリチウムイオンキャパシタ要素を作製した。
(4) Production of Lithium Ion Capacitor Element First, 10 positive electrodes, 11 negative electrodes, and 24 separators are prepared. The positive electrode and the negative electrode are overlapped with each other, but the uncoated portions are opposite to each other. In an aligned state so as not to overlap each other, the separator, the negative electrode, the separator, and the positive electrode were stacked in this order, and the four sides of the stacked body were fixed with a tape to produce an electrode laminate unit.
Next, the lithium foil is cut and crimped to a copper mesh to produce a lithium ion supply member, and this lithium ion supply member is disposed on the upper side of the electrode stacking unit so as to face the negative electrode through two separators. .
Then, a rectangular aluminum power supply tab for positive electrode, in which a sealant film was heat-sealed to the seal portion in advance, was overlapped and welded to each uncoated portion of the 10 positive electrodes in the produced electrode laminate unit. On the other hand, a rectangular copper negative electrode power tab with a sealant film heat-sealed in advance on the seal portion is welded to each of the uncoated portion of each of the eleven negative electrodes of the electrode laminate unit and the lithium ion supply member. Thus, a lithium ion capacitor element was produced.

(5)リチウムイオンキャパシタの作製
次いで、ポリプロピレン層、アルミニウム層およびナイロン層が積層され、中央部分にリチウムイオンキャパシタ要素が収容可能な大きさに絞り加工が施された一方の外装フィルム、並びにポリプロピレン層、アルミニウム層およびナイロン層が積層された他方の外装フィルムを作製した。
(5) Production of Lithium Ion Capacitor Next, one exterior film in which a polypropylene layer, an aluminum layer, and a nylon layer are laminated and drawn to a size that can accommodate a lithium ion capacitor element at the center, and the polypropylene layer The other exterior film in which the aluminum layer and the nylon layer were laminated was produced.

次いで、他方の外装フィルム上における収容部となる位置に、リチウムイオンキャパシタ要素を、その正極電極端子および負極電極端子の各々が、他方の外装フィルムの端部から外方に突出するよう配置した。このリチウムイオンキャパシタ要素に一方の外装フィルムを重ね合わせ、一方の外装フィルムおよび他方の外装フィルムの外周縁部における3辺(正極電極端子および負極電極端子が突出する2辺を含む)を熱融着した。
一方、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートおよびジエチルカーボネート(質量比で3:1:4)の混合溶媒に、濃度が0.6mol/LのLiN(FSO2 2 および濃度が0.6mol/LのLiPF6 が溶解されてなる電解液を調製した。
次いで、一方の外装フィルムおよび他方の外装フィルムの間に、上記電解液を注入した後、一方の外装フィルムおよび他方の外装フィルムの外周縁部における残りの一辺を熱融着した。
以上のようにして、ラミネート外装リチウムイオンキャパシタ(以下「セル」という。)を作製した。
Subsequently, the lithium ion capacitor element was disposed at a position serving as a housing portion on the other exterior film so that each of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal protruded outward from the end of the other exterior film. One exterior film is overlaid on this lithium ion capacitor element, and three sides (including two sides from which the positive electrode terminal and the negative electrode terminal protrude) are heat-sealed at the outer peripheral edge of one exterior film and the other exterior film. did.
On the other hand, in a mixed solvent of ethylene carbonate, propylene carbonate and diethyl carbonate (3: 1: 4 by mass ratio), LiN (FSO 2 ) 2 having a concentration of 0.6 mol / L and LiPF 6 having a concentration of 0.6 mol / L. An electrolytic solution in which was dissolved was prepared.
Subsequently, after inject | pouring the said electrolyte solution between one exterior film and the other exterior film, the remaining one side in the outer periphery part of one exterior film and the other exterior film was heat-seal | fused.
As described above, a laminate-coated lithium ion capacitor (hereinafter referred to as “cell”) was produced.

〔実施例2〜7および比較例1〕
リチウムイオンキャパシタの作製において、電解質の種類および濃度を下記表1に従って変更することによって電解液を調製したこと以外は、実施例1と同様にしてセルを作製した。
[Examples 2 to 7 and Comparative Example 1]
A cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrolyte solution was prepared by changing the type and concentration of the electrolyte according to the following Table 1 in the production of the lithium ion capacitor.

〔比較例2〕
リチウムイオンキャパシタ要素の作製において、リチウムイオン供給部材を配置しなかったこと以外は、実施例1と同様にしてセルを作製した。
[Comparative Example 2]
A cell was produced in the same manner as in Example 1 except that in the production of the lithium ion capacitor element, the lithium ion supply member was not disposed.

〔初期特性試験〕
実施例1〜7および比較例1〜2に係るセルについて、25℃環境下において、3.8V まで1Aの定電流充電を行った後、3.8Vで1時間の定電圧充電を行い、次いで、2.2Vまで10Aの定電流放電を行い、得られたデータに基づき、セルの静電容量(F)、直流抵抗(mΩ)および容量(mAh)を算出した。その結果を表1に示す。
[Initial characteristic test]
About the cell which concerns on Examples 1-7 and Comparative Examples 1-2, after performing constant current charge of 1A to 3.8V in 25 degreeC environment, it performed constant voltage charge of 3.8V for 1 hour, and then Then, a constant current discharge of 10 A was performed up to 2.2 V, and the capacitance (F), DC resistance (mΩ) and capacity (mAh) of the cell were calculated based on the obtained data. The results are shown in Table 1.

〔低温特性試験〕
1.放電特性
実施例1〜7および比較例1〜2に係るセルについて、−30℃環境下において、3.8V まで1Aの定電流充電を行った後、3.8Vで1時間の定電圧充電を行い、次いで、2.2Vまで10Aの定電流放電を行い、得られたデータに基づき、セルの直流抵抗(mΩ)および容量(mAh)を算出した。その結果を表1に示す。
2.充電特性
実施例1〜7および比較例1〜2に係るセルについて、−30℃環境下において、2.2Vまで1Aで定電流放電を行った後、2.2Vで1時間の定電圧放電を行い、次いで、3.8Vまで10Aの定電流充電を行い、得られたデータに基づき、セルの直流抵抗(mΩ)および容量(mAh)を算出した。その結果を表1に示す。
[Low temperature characteristics test]
1. Discharge characteristics The cells according to Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 and 2 were charged at a constant current of 1 A up to 3.8 V in a -30 ° C environment, and then charged at a constant voltage of 3.8 V for 1 hour. Then, a constant current discharge of 10 A was performed up to 2.2 V, and the DC resistance (mΩ) and capacity (mAh) of the cell were calculated based on the obtained data. The results are shown in Table 1.
2. Charging characteristics For cells according to Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 and 2, in a -30 ° C environment, a constant current discharge was performed at 1 A up to 2.2 V, followed by a constant voltage discharge at 2.2 V for 1 hour. Then, 10 A constant current charging to 3.8 V was performed, and based on the obtained data, the direct current resistance (mΩ) and capacity (mAh) of the cell were calculated. The results are shown in Table 1.

〔高温負荷試験(フロート試験)〕
実施例1〜7および比較例1〜2に係るセルについて、下記の条件で高温負荷試験を行った。そして、高温負荷試験の前後において、セルの体積、直流抵抗および静電容量を測定し、試験前の測定値に対する試験後の測定値の比率(%)を求めた。ここで、セルの体積については、下記の方法により測定した。結果を表1に示す。
(試験条件)
試験装置:テクシオ製直流電源装置(PW8−3AQP),ヤマト科学恒温槽(DKN812)
試験温度:70℃
試験電圧:3.8V
試験時間:1000時間
(セルの体積測定方法)
水(密度1g/cm3 )の入った容器を秤の上に置いた状態を風体0とし、体積を無視することができる程度のワイヤーで試験前後のセルを吊るし、このセルを容器中の水に浸水させて質量を測定する。得られた測定値からアルキメデスの原理に基づいて体積を算出する。
[High temperature load test (float test)]
About the cell which concerns on Examples 1-7 and Comparative Examples 1-2, the high temperature load test was done on condition of the following. Before and after the high temperature load test, the cell volume, DC resistance and capacitance were measured, and the ratio (%) of the measured value after the test to the measured value before the test was determined. Here, the volume of the cell was measured by the following method. The results are shown in Table 1.
(Test conditions)
Test equipment: DC power supply device (PW8-3AQP) manufactured by TEXIO, Yamato Scientific thermostat (DKN812)
Test temperature: 70 ° C
Test voltage: 3.8V
Test time: 1000 hours (cell volume measurement method)
A state in which a container containing water (density 1 g / cm 3 ) is placed on a balance is defined as wind body 0, and the cell before and after the test is hung with a wire that can ignore the volume. Immerse in water and measure the mass. The volume is calculated from the obtained measurement value based on the Archimedes principle.

Figure 2016162957
Figure 2016162957

実施例1,3,4に係るセルについては、電解質としてLiN(FSO2 2 およびLiPF6 を併用した電解液を有するため、初期特性および低温特性がともに良好であり、また、フロート試験においては、セルの膨張が抑制され、直流抵抗の上昇も抑制されていることが理解される。
実施例2に係るセルについては、電解質としてLiN(CF3 SO2 2 およびLiPF6 を併用した電解液を有するため、初期特性および低温特性がともに良好であり、また、フロート試験においては、セルの膨張が抑制され、直流抵抗の上昇も抑制されていることが理解される。
実施例5に係るセルについては、電解質としてLiN(FSO2 2 のみを使用した電解液を有するため、初期特性および低温特性がともに良好であり、また、フロート試験においてセルの膨張が抑制されていることが理解される。但し、フロート試験において、直流抵抗の上昇が生じた。
実施例6にかかるセルについては、電解質としてLiN(FSO2 2 およびLiPF6 を併用した電解液を有するため、初期特性が良好および充電時の容量を除く低温特性が良好であり、フロート試験においてセルの膨張が抑制されていることが理解される。但し、電解質におけるLiN(FSO2 2 の割合が小さいため、低温特性において充電時の容量が低下、フロート試験においては、直流抵抗の上昇が生じた。
実施例7にかかるセルについては、電解質としてLiN(FSO2 2 およびLiPF6 を併用した電解液を有するため、初期特性および低温特性がともに良好があることが理解される。但し、電解質におけるLiN(FSO2 2 の割合が大きいため、フロート試験において、セルの膨張が抑制されず、直流抵抗の上昇が生じた。
比較例1に係るセルについては、電解質としてLiPF6 のみを使用した電解液を有するため、初期特性および低温特性がともに良好なものではなく、また、フロート試験においては、セルの膨張が抑制されず、直流抵抗の上昇が生じた。
比較例2に係るセルについては、負極にリチウムイオンが予めドープされていないことから、初期特性および低温特性がともに良好なものではなく、また、フロート試験においては、セルの膨張が大きく、直流抵抗の上昇が生じている。
The cells according to Examples 1, 3, and 4 have electrolytes that use LiN (FSO 2 ) 2 and LiPF 6 in combination as electrolytes, so both initial characteristics and low-temperature characteristics are good, and in the float test It is understood that the expansion of the cell is suppressed and the increase in DC resistance is also suppressed.
The cell according to the second embodiment, since having a LiN (CF 3 SO 2) 2 and combination with the electrolyte solution LiPF 6 as an electrolyte, the initial characteristics and low temperature characteristics are both good, and in the float test cell It is understood that the expansion of the DC is suppressed and the increase of the DC resistance is also suppressed.
The cell according to Example 5, because it has a LiN electrolyte using only (FSO 2) 2 as an electrolyte, the initial characteristics and low temperature characteristics are both good, also the expansion of the cell is suppressed in the float tests It is understood that However, the DC resistance increased in the float test.
The cell according to Example 6, since it has a LiN (FSO 2) 2 and LiPF 6 the combination with the electrolytic solution as the electrolyte, low-temperature characteristics initial characteristics excluding the size of the good and the time of charging is good, the floating test It is understood that cell expansion is suppressed. However, since the ratio of LiN (FSO 2 ) 2 in the electrolyte was small, the capacity during charging was lowered in the low temperature characteristics, and the DC resistance was increased in the float test.
The cell according to Example 7, LiN order to have (FSO 2) 2 and combination with the electrolyte solution LiPF 6, is that the initial characteristics and the low-temperature characteristics are both good is understood as the electrolyte. However, since the ratio of LiN (FSO 2 ) 2 in the electrolyte was large, cell expansion was not suppressed in the float test, and an increase in DC resistance occurred.
The cell according to Comparative Example 1 has an electrolytic solution using only LiPF 6 as an electrolyte, so that both initial characteristics and low-temperature characteristics are not good, and in the float test, cell expansion is not suppressed. The DC resistance increased.
For the cell according to Comparative Example 2, since the negative electrode was not pre-doped with lithium ions, both the initial characteristics and the low temperature characteristics were not good, and in the float test, the cell expanded greatly and the DC resistance The rise of is occurring.

Claims (8)

正極活物質を含む正極電極層を有する正極と、
負極活物質を含む負極電極層を有する負極と、
電解質を含む電解液と
を有し、負極および正極の少なくとも一方にリチウムイオンが予めドープされたリチウムイオンキャパシタであって、
前記電解質は、下記式(1)で表される化合物を含むことを特徴とするリチウムイオンキャパシタ。
式(1):(X1 −O2 S−N- −SO2 −X2 )Li+
[式(1)において、X1 およびX2 は、それぞれ独立にフッ素原子、炭素数1〜6のアルキル基または炭素数1〜6のフルオロアルキル基を示す。]
A positive electrode having a positive electrode layer containing a positive electrode active material;
A negative electrode having a negative electrode layer containing a negative electrode active material;
An electrolyte containing electrolyte, and a lithium ion capacitor in which at least one of a negative electrode and a positive electrode is pre-doped with lithium ions,
The said electrolyte contains the compound represented by following formula (1), The lithium ion capacitor characterized by the above-mentioned.
Equation (1) :( X 1 -O 2 S-N - -SO 2 -X 2) Li +
[In Formula (1), X < 1 > and X < 2 > show a fluorine atom, a C1-C6 alkyl group, or a C1-C6 fluoroalkyl group each independently. ]
前記電解質は、前記式(1)で表される化合物として、LiN(FSO2 2 、LiN(CF3 SO2 2 およびLiN(C2 5 SO2 2 から選ばれる少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオンキャパシタ。 The electrolyte contains at least one selected from LiN (FSO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 and LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 as the compound represented by the formula (1). The lithium ion capacitor according to claim 1. 前記電解質は、前記式(1)で表される化合物に加えて更にLiPF6 を含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のリチウムイオンキャパシタ。 The lithium ion capacitor according to claim 1, wherein the electrolyte further contains LiPF 6 in addition to the compound represented by the formula (1). 前記電解質における前記式(1)で表される化合物の割合が、モル換算で8〜85%であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオンキャパシタ。   4. The lithium ion capacitor according to claim 1, wherein a ratio of the compound represented by the formula (1) in the electrolyte is 8 to 85% in terms of mole. 5. 前記電解液を構成する溶媒が、環状カーボネートおよび鎖状カーボネートを含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のリチウムイオンキャパシタ。   The lithium ion capacitor according to any one of claims 1 to 4, wherein the solvent constituting the electrolytic solution includes a cyclic carbonate and a chain carbonate. 前記溶媒における前記環状カーボネートと前記鎖状カーボネートとの割合が、質量比で5:95〜80:20であることを特徴とする請求項5に記載のリチウムイオンキャパシタ。   6. The lithium ion capacitor according to claim 5, wherein a ratio of the cyclic carbonate and the chain carbonate in the solvent is 5:95 to 80:20 by mass ratio. 前記電解液における前記式(1)で表される化合物の濃度は0.1〜1mol/Lであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のリチウムイオンキャパシタ。   The lithium ion capacitor according to claim 1, wherein the concentration of the compound represented by the formula (1) in the electrolytic solution is 0.1 to 1 mol / L. 前記負極活物質は、非晶質性炭素により表面の一部または全部が被覆された黒鉛を含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のリチウムイオンキャパシタ。   The lithium ion capacitor according to any one of claims 1 to 7, wherein the negative electrode active material includes graphite having a part or all of the surface thereof coated with amorphous carbon.
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