JP2016225412A - 蓄電デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
このような小型化・軽量化の要求を満足するために、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池(蓄電デバイスの一例)が開発されている。また、高エネルギー密度特性及び高出力特性を必要とする用途に対応する蓄電デバイスとして、リチウムイオンキャパシタが知られている。
したがって、本発明は、低コストで製造することができ、低温特性において優れる蓄電デバイスを提供することを目的とする。
本発明の蓄電デバイスは、貫通孔を有する集電体を必ずしも使用する必要はないため低コストで製造することができ、しかも低温特性に優れる。
1.負極
本発明の蓄電デバイスを構成する負極は、蓄電デバイスを構成する第二の電解液とは組成の異なる第一の電解液中でリチウムを吸蔵している。負極は、通常、負極活物質を備え、その負極活物質がリチウムを吸蔵している。
上記集電体としては、例えば、銅、ニッケル、ステンレス等の金属箔が好ましい。また、集電体は、上記金属箔上に炭素材料を主成分とする導電層が形成されたものであってもよい。集電体の厚みは、例えば、5〜50μmとすることができる。
負極活物質層の密度は、リチウムイオン二次電池に用いる負極の場合、好ましくは1.50〜2.00g/ccであり、特に好ましくは1.60〜1.90g/ccである。また、負極活物質層の密度は、リチウムイオンキャパシタに用いる負極の場合、好ましくは0.50〜1.50g/ccであり、特に好ましくは0.70〜1.20g/ccである。
上記有機溶媒は、単一の成分から成るものであってもよいし、2種以上の成分の混合溶媒であってもよい。第一の電解液におけるプロピレンカーボネートの含有割合は少ないことが好ましい。第一の電解液におけるプロピレンカーボネートの含有割合が少ないと、負極におけるリチウムの吸蔵が効率よく進行する。第一の電解液におけるプロピレンカーボネートの含有割合は、好ましくは70質量%以下であり、より好ましくは50質量%以下であり、特に好ましくは30質量%以下である。なお、第一の電解液における含有割合とは、第一の電解液の全質量を100質量%としたときの含有割合を意味する。
イオン液体としては、25℃において液状であるイオン性化合物が好ましい。イオン性化合物の25℃における粘度は、好ましくは400mPa・s以下であり、より好ましくは10〜400mPa・sの範囲内であり、特に好ましくは10〜200mPa・sの範囲内である。イオン性化合物の25℃における粘度が上記の範囲内である場合、リチウムの吸蔵が効率よく進行する。また、上記の粘度は、E型粘度計を用いて25℃で測定した値である。
イミダゾリウム系カチオンとしては、例えば、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム、1−メチル−3−ブチルイミダゾリウム、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウム、1−メチル−3−ヘキシルイミダゾリウム、1−オクチル−3−メチルイミダゾリウム、1−メチル−3−オクチルイミダゾリウム、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、1−ヘキシル−2,3−ジメチルイミダゾリウム等が挙げられる。
ピペリジニウム系カチオンとしては、例えば、1−メチル−1−プロピルピペリジニウム、1−メチル−1−ブチルピペリジニウム等が挙げられる。
イオン液体を含む第一の電解液中で負極活物質にリチウムを吸蔵させる工程を含む負極の製造方法は、リチウムイオンキャパシタ又はリチウムイオン二次電池が備える負極の製造に適しており、特にリチウムイオンキャパシタが備える負極の製造に適している。
本発明の蓄電デバイスを構成する正極の基本的な構成は、負極活物質の代わりに以下の正極活物質を用い、リチウムを吸蔵させなくてもよい点以外は、上記の負極と同様とすることができる。また、本発明の蓄電デバイスを構成する正極は、負極活物質に関する部分以外は、上記の負極の製造方法と同様の方法で製造できる。
本発明の蓄電デバイスを構成する第二の電解液は、上記第一の電解液と組成が異なるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、上記「1.負極」の項で挙げた第一の電解液の成分、濃度等を適宜選択して構成することができる。
本発明の蓄電デバイスは、例えば、リチウムイオンの挿入/脱離を利用する蓄電デバイスである。本発明の蓄電デバイスとしては、リチウムイオンキャパシタ又はリチウムイオン二次電池が好ましく、リチウムイオンキャパシタが特に好ましい。
(実施例1)
以下、実施例を挙げて、本発明の実施の形態をさらに具体的に説明する。ただし、本発明は、下記実施例に限定されない。なお、以下の各実施例および各比較例において蓄電デバイスの製造は、気温23℃、露点−40℃に制御された空気環境下で行った。
表面粗さRa=0.1μmの銅箔からなる集電体上に、縦50mm×横50mm、厚さ40μmの前駆体層を形成した。前駆体層は、黒鉛(負極活物質)、カルボキシメチルセルロース、アセチレンブラック(導電剤)及び分散剤を、質量比で88:4:5:3の比率で含む層である。前駆体層は、上記の成分を含むスラリーを調製し、このスラリーを集電体上に塗布し、乾燥させることにより形成した。前駆体層に含まれる黒鉛は、リチウムを吸蔵する前の状態である。集電体と、その上に形成された前駆体層とを併せて、以下では負極前駆体とする。
上記(i)で得られた負極前駆体を一方の電極とし、リチウム金属を対極として、第一の電解液中で電解処理を行った。第一の電解液は、1.0MのLiPF6を含むとともに、有機溶媒として、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの混合溶媒を含む。エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの体積比は、40:60である。
(iii)蓄電デバイスの製造
上記(ii)で得られた負極と、活性炭を正極活物質とする正極とをセパレータを介して対向させ、リチウムイオンキャパシタのラミネートセル(以下では、単にラミネートセルとする)を組み立てた。
(iv)蓄電デバイスの評価
前記(iii)で得られたラミネートセルの−30℃での直流内部抵抗を評価した結果、15.3Ωであった。
(実施例2〜5及び比較例1〜3)
第一の電解液及び第二の電解液の組成、並びに負極の製造工程における第一の電解液の温度を表1及び表2に示すように変更した点以外は、上記実施例1と同様にラミネートセルを製造した。また、前記実施例1と同様に、直流内部抵抗を評価した。直流内部抵抗の評価結果を表3に示す。
EMC:エチルメチルカーボネート
DMC:ジメチルカーボネート
FEC:1−フルオロエチレンカーボネート
PC:プロピレンレンカーボネート
また、表3における「通電時間」は、負極の製造工程にて行った電解処理における通電時間を意味する。実施例2〜5のラミネートセルにおいて、直流内部抵抗は顕著に低かった。
Claims (6)
- (A)第一の電解液中でリチウムを吸蔵した負極、(B)正極及び(C)前記第一の電解液とは組成が異なる第二の電解液を備える蓄電デバイス。
- 前記第一の電解液がイオン液体を含む、請求項1に記載の蓄電デバイス。
- 前記第一の電解液における前記イオン液体の含有割合が、前記第二の電解液における前記イオン液体の含有割合より高い、請求項2に記載の蓄電デバイス。
- 前記第一の電解液がSEI被膜を形成するための添加剤を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。
- 前記第一の電解液における前記添加剤の含有割合が、前記第二の電解液中における前記添加剤の含有割合より高い、請求項4に記載の蓄電デバイス。
- 前記第二の電解液がプロピレンカーボネートを含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。
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