JP2017063069A - Method for manufacturing power storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄電デバイスの製造方法に関する。本発明は特に、リチウムイオンキャパシタの製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing an electricity storage device. The present invention particularly relates to a method of manufacturing a lithium ion capacitor.
かねてより、良好な充放電特性と高いエネルギー密度とを兼ね備える蓄電デバイスとして、リチウムイオンキャパシタが注目されている。リチウムイオンキャパシタは、正極側においては電気二重層の形成による物理的作用によって充放電を行い、負極側においてはリチウムの化学反応によって充放電を行う。このようなリチウムイオンキャパシタにおいては、エネルギー密度の向上を目的として、負極側の負極活物質中にリチウムイオンが予め吸蔵(プレドープ)される。 For some time, lithium ion capacitors have attracted attention as power storage devices that combine good charge / discharge characteristics and high energy density. The lithium ion capacitor is charged and discharged by a physical action by forming an electric double layer on the positive electrode side, and charged and discharged by a chemical reaction of lithium on the negative electrode side. In such a lithium ion capacitor, lithium ions are occluded (pre-doped) in advance in the negative electrode active material on the negative electrode side for the purpose of improving energy density.
当該技術分野においては、エネルギー密度及び充放電特性の向上を目的として、リチウムイオンのプレドープを均一且つ確実に行うことを可能とするための様々な技術が提案されている。 In the technical field, various techniques for enabling uniform and reliable pre-doping of lithium ions have been proposed for the purpose of improving energy density and charge / discharge characteristics.
例えば、リチウムイオンキャパシタの正極集電体及び負極集電体に微細孔を形成して、プレドープ時に電解液中に溶出したリチウムイオンが当該微細孔を通って各電極板の積層方向に泳動することを可能とする技術が知られている(例えば、特許文献1を参照。)。これによれば、負極活物質中にリチウムイオンをより均一且つ確実にプレドープすることができる。また、リチウムイオンキャパシタのエネルギー密度及び充放電特性の向上を図ることができる。 For example, micropores are formed in the positive and negative electrode current collectors of a lithium ion capacitor, and lithium ions eluted in the electrolyte during pre-doping migrate through the microholes in the stacking direction of each electrode plate. There is known a technique that enables this (see, for example, Patent Document 1). According to this, lithium ions can be pre-doped more uniformly and reliably in the negative electrode active material. In addition, the energy density and charge / discharge characteristics of the lithium ion capacitor can be improved.
しかしながら、当該技術分野においては、リチウムイオンキャパシタのエネルギー密度及び充放電特性の更なる向上が求められている。 However, further improvements in the energy density and charge / discharge characteristics of lithium ion capacitors are required in this technical field.
本発明は、上記課題を解決するために為されたものである。即ち、本発明は、リチウムイオンのプレドープを必要とする蓄電デバイスの製造方法において、負極活物質中にリチウムイオンを均一且つ確実にプレドープし、蓄電デバイスのエネルギー密度及び充放電特性を向上させる、蓄電デバイスの製造方法を提供することを一つの目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems. That is, the present invention relates to a method for manufacturing an electricity storage device that requires lithium ion pre-doping, in which the negative electrode active material is uniformly and reliably pre-doped to improve energy density and charge / discharge characteristics of the electricity storage device. One object is to provide a device manufacturing method.
本発明は、負極集電体の表面に設けられた負極活物質へのリチウムイオンのプレドープを伴う蓄電デバイスの製造方法であって、第1電解液を前記蓄電デバイスに注液する第1注液工程と、前記負極集電体と金属リチウムとが電気的に接続され且つ前記負極集電体及び前記金属リチウムが前記第1電解液と接触している状態において、前記プレドープを実行するプレドープ工程と、第2電解液を前記蓄電デバイスに注液する第2注液工程と、を含み、前記第1電解液における電解質濃度が前記第2電解液における電解質濃度よりも低い、蓄電デバイスの製造方法とした。 The present invention relates to a method for manufacturing an electricity storage device that involves pre-doping lithium ions into a negative electrode active material provided on the surface of a negative electrode current collector, wherein the first electrolyte solution is injected into the electricity storage device. A pre-doping step of performing the pre-doping in a state in which the negative electrode current collector and the metal lithium are electrically connected and the negative electrode current collector and the metal lithium are in contact with the first electrolyte solution; A second injection step of injecting a second electrolyte solution into the electricity storage device, wherein the electrolyte concentration in the first electrolyte solution is lower than the electrolyte concentration in the second electrolyte solution, and did.
上記の構成によれば、負極活物質中にリチウムイオンを均一且つ確実にプレドープすることができると共に、最終的な電解液における電解質濃度を蓄電デバイスとしての所望の性能を達成するのに好適な濃度とすることができる。その結果、当該蓄電デバイスのエネルギー密度及び充放電特性を向上させることができる。 According to the above configuration, lithium ions can be uniformly and surely pre-doped in the negative electrode active material, and the electrolyte concentration in the final electrolytic solution is a concentration suitable for achieving the desired performance as an electricity storage device. It can be. As a result, the energy density and charge / discharge characteristics of the electricity storage device can be improved.
以下、本発明に係る蓄電デバイスの製造方法に関する実施形態(以降、「本実施形態」と称呼される場合がある。)につき説明する。本実施形態は、負極集電体の表面に設けられた負極活物質へのリチウムイオンのプレドープを伴う蓄電デバイスの製造方法である。上記蓄電デバイスは、負極集電体の表面に設けられた負極活物質へのリチウムイオンのプレドープを必要とする蓄電デバイスである限り、特に限定されない。このような蓄電デバイスの具体例としては、例えば、リチウムイオンキャパシタを挙げることができる。 Hereinafter, an embodiment relating to a method for manufacturing an electricity storage device according to the present invention (hereinafter, may be referred to as “this embodiment”) will be described. This embodiment is a method for manufacturing an electricity storage device that involves pre-doping lithium ions into a negative electrode active material provided on the surface of a negative electrode current collector. The power storage device is not particularly limited as long as it is a power storage device that requires pre-doping of lithium ions into the negative electrode active material provided on the surface of the negative electrode current collector. Specific examples of such an electricity storage device include a lithium ion capacitor.
更に、本実施形態は、以下に列挙する(1)乃至(3)の各工程を含む。
(1)第1電解液を前記蓄電デバイスに注液する第1注液工程、
(2)前記負極集電体と金属リチウムとが電気的に接続され且つ前記負極集電体及び前記金属リチウムが前記第1電解液と接触している状態において、前記プレドープを実行するプレドープ工程、及び
(3)第2電解液を前記蓄電デバイスに注液する第2注液工程。
Furthermore, this embodiment includes the steps (1) to (3) listed below.
(1) a first injection step of injecting a first electrolytic solution into the electricity storage device;
(2) a pre-doping step of performing the pre-doping in a state where the negative electrode current collector and metallic lithium are electrically connected and the negative electrode current collector and metallic lithium are in contact with the first electrolyte solution; And (3) a second pouring step of pouring the second electrolytic solution into the electricity storage device.
上記(1)に示した第1注液工程においては、上述したように、所定の電解質(支持塩)及び溶媒を含有する第1電解液が蓄電デバイスに注液される。第1電解液は、電気伝導性(リチウムイオン伝導性)を有する非水溶液であり、例えば、リチウム塩電解質を有機溶媒に溶解させることによって調製される。第1電解液の具体的な組成(リチウム塩電解質及び有機溶媒)は、蓄電デバイスとしての所望の性能を発揮することが可能である限り、特に限定されない。 In the first liquid injection step shown in (1) above, as described above, the first electrolytic solution containing a predetermined electrolyte (supporting salt) and solvent is injected into the electricity storage device. The first electrolytic solution is a non-aqueous solution having electrical conductivity (lithium ion conductivity), and is prepared, for example, by dissolving a lithium salt electrolyte in an organic solvent. The specific composition (lithium salt electrolyte and organic solvent) of the first electrolytic solution is not particularly limited as long as the desired performance as the electricity storage device can be exhibited.
リチウム塩電解質の具体例としては、例えば、過塩素酸リチウム(LiClO4)、ホウフッ化リチウム(LiBF4)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、六フッ化砒素リチウム(LiAsF6)等のリチウム塩を挙げることができる。 Specific examples of the lithium salt electrolyte include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium borofluoride (LiBF 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium hexafluoroarsenide (LiAsF 6 ), and the like. A lithium salt can be mentioned.
一方、有機溶媒の具体例としては、例えば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ギ酸メチル(MF)、酢酸メチル(MA)及びプロピオン酸メチル(MP)等のエステル系溶媒を挙げることができる。また、γ−ブチラクトン(γ−BL)、ジエトキシエタン(DEE)、1,2−ジメトキシエタン(DME)、テトラヒドロフラン(THF)及び1,3ジオキソラン(DOL)等のエーテル系溶媒、並びにその他の溶媒を、エステル系溶媒に混合、調合した有機溶媒を用いてもよい。 On the other hand, specific examples of the organic solvent include, for example, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), diethyl carbonate (DEC), formic acid. Mention may be made of ester solvents such as methyl (MF), methyl acetate (MA) and methyl propionate (MP). In addition, ether solvents such as γ-butylactone (γ-BL), diethoxyethane (DEE), 1,2-dimethoxyethane (DME), tetrahydrofuran (THF) and 1,3 dioxolane (DOL), and other solvents May be used in an organic solvent mixed and prepared in an ester solvent.
上記(2)に示したプレドープ工程においては、上述したように、前記負極集電体と金属リチウムとが電気的に接続され且つ前記負極集電体及び前記金属リチウムが前記第1電解液と接触している状態において、前記プレドープが実行される。プレドープ工程において、金属リチウムが電解液中にリチウムイオンとして溶出すると共に、金属リチウムから放出された電子が負極集電体に伝導される。電解液中に溶出されたリチウムイオンは電解液中を泳動し、やがて負極活物質に到達し、負極活物質に吸蔵される(即ち、プレドープされる)。 In the pre-doping step shown in (2) above, as described above, the negative electrode current collector and metallic lithium are electrically connected, and the negative electrode current collector and metallic lithium are in contact with the first electrolytic solution. In this state, the pre-doping is performed. In the pre-doping step, metallic lithium is eluted as lithium ions in the electrolytic solution, and electrons released from the metallic lithium are conducted to the negative electrode current collector. The lithium ions eluted in the electrolytic solution migrate in the electrolytic solution, eventually reach the negative electrode active material, and are occluded (that is, pre-doped) by the negative electrode active material.
一般に、リチウムイオンキャパシタ等の蓄電デバイスは、内部積層体及び外側負極ユニットを含んでなる蓄電ユニットが電解液中に浸漬された構成を有する。内部積層体は、セパレータを挟んで交互に積層された負極ユニット及び正極ユニットからなる積層体である。負極ユニットは負極集電体の表面に設けられた負極活物質によって構成され、正極ユニットは正極集電体の表面に設けられた正極活物質によって構成される。外側負極ユニットは、少なくとも外側負極集電体及び金属リチウムによって構成される。上記プレドープ工程においては、例えば、負極ユニットの負極集電体と外側負極ユニットの外側負極集電体とを短絡することにより、負極集電体と金属リチウムとを電気的に接続することができる。 In general, a power storage device such as a lithium ion capacitor has a configuration in which a power storage unit including an inner laminate and an outer negative electrode unit is immersed in an electrolytic solution. An internal laminated body is a laminated body which consists of the negative electrode unit and positive electrode unit which were laminated | stacked alternately on both sides of the separator. The negative electrode unit is constituted by a negative electrode active material provided on the surface of the negative electrode current collector, and the positive electrode unit is constituted by a positive electrode active material provided on the surface of the positive electrode current collector. The outer negative electrode unit includes at least an outer negative electrode current collector and metallic lithium. In the pre-doping step, for example, the negative electrode current collector and the metal lithium can be electrically connected by short-circuiting the negative electrode current collector of the negative electrode unit and the outer negative electrode current collector of the outer negative electrode unit.
ところで、上記(1)に示した第1注液工程において注液された第1電解液における電解質濃度は、蓄電デバイスとしての所望の性能を達成するには低過ぎる場合がある。 By the way, the electrolyte concentration in the 1st electrolyte injected in the 1st injection process shown to said (1) may be too low in order to achieve the desired performance as an electrical storage device.
そこで、本実施形態によれば、上記(3)に示した第2注液工程において、上述したように、第2電解液が前記蓄電デバイスに注液される。加えて、前記第1電解液における電解質濃度は、上述したように、前記第2電解液における電解質濃度よりも低い。換言すれば、第2電解液における電解質濃度は、第1電解液における電解質濃度よりも高い。 Therefore, according to the present embodiment, as described above, the second electrolytic solution is injected into the electricity storage device in the second injection step shown in (3) above. In addition, as described above, the electrolyte concentration in the first electrolytic solution is lower than the electrolyte concentration in the second electrolytic solution. In other words, the electrolyte concentration in the second electrolytic solution is higher than the electrolyte concentration in the first electrolytic solution.
上記によれば、第1電解液における電解質濃度が蓄電デバイスとしての所望の性能を達成するには低過ぎる場合においても、第2電解液における電解質濃度及び蓄電デバイスに注液される第2電解液の量を調整することができる。その結果、最終的な電解液における電解質濃度を蓄電デバイスとしての所望の性能を達成するのに好適な濃度とすることができる。 According to the above, even when the electrolyte concentration in the first electrolyte solution is too low to achieve the desired performance as the electricity storage device, the electrolyte concentration in the second electrolyte solution and the second electrolyte solution injected into the electricity storage device The amount of can be adjusted. As a result, the electrolyte concentration in the final electrolytic solution can be set to a concentration suitable for achieving the desired performance as the electricity storage device.
上記のように、本実施形態によれば、リチウムイオンのプレドープを必要とする蓄電デバイスの製造方法において、負極活物質中にリチウムイオンを均一且つ確実にプレドープすることができ、当該蓄電デバイスのエネルギー密度及び充放電特性を向上させることができる。 As described above, according to the present embodiment, in the method of manufacturing an electricity storage device that requires lithium ion pre-doping, lithium ions can be uniformly and reliably pre-doped in the negative electrode active material, and the energy of the electricity storage device The density and charge / discharge characteristics can be improved.
ところで、近年、非水電解液に関する研究において、電解質濃度を高くすると電解液の分解電圧が高くなることが発見された。しかしながら、一般的には、電解質及び有機溶媒が同じである場合、電解質濃度が高い程、電解液の粘度は高い。従って、上記発見に基づいて電解液の分解電圧を高めるべく電解質濃度を高くすると電解液の粘度が高まるため、上記発見をリチウムイオンキャパシタに適用した場合、プレドープすることが困難であることに本発明者は気付いた。そこで、本発明者は、鋭意研究の結果、上記構成を備えるリチウムイオンキャパシタ等の蓄電デバイスの製造方法において、プレドープに好適な電解液濃度(粘度)と、蓄電デバイスの電解液として好適な電解液濃度(粘度)とが異なることを見出した。具体的には、本実施形態においては、前記第1電解液の粘度が30mPa・S以下である。より好ましくは、第1電解液の粘度は27mPa・S以下である。 By the way, in recent years, in research on non-aqueous electrolytes, it has been discovered that increasing the electrolyte concentration increases the decomposition voltage of the electrolyte. However, in general, when the electrolyte and the organic solvent are the same, the higher the electrolyte concentration, the higher the viscosity of the electrolytic solution. Accordingly, if the electrolyte concentration is increased to increase the decomposition voltage of the electrolytic solution based on the above discovery, the viscosity of the electrolytic solution increases. Therefore, when the above discovery is applied to a lithium ion capacitor, it is difficult to pre-dope the present invention. Noticed. Therefore, as a result of earnest research, the inventor of the present invention has prepared an electrolytic solution concentration (viscosity) suitable for pre-doping and an electrolytic solution suitable as an electrolytic solution for an electrical storage device in a method for manufacturing an electrical storage device such as a lithium ion capacitor having the above-described configuration It was found that the concentration (viscosity) was different. Specifically, in the present embodiment, the viscosity of the first electrolytic solution is 30 mPa · S or less. More preferably, the viscosity of the first electrolytic solution is 27 mPa · S or less.
上記によれば、プレドープ時、蓄電ユニットを構成する各構成要素(例えば、正極ユニット、負極ユニット及びセパレータ等)の間に存在する空気を電解液によって容易に置換することができるのみならず、電解液中におけるリチウムイオンの泳動をより容易なものとして、リチウムイオンの負極活物質への到達を早め且つ負極活物質への吸蔵をより均一にすることもできる。即ち、プレドープを均一且つ確実に行うことができる。 According to the above, at the time of pre-doping, not only can the air existing between each component (for example, the positive electrode unit, the negative electrode unit, and the separator) constituting the power storage unit be easily replaced by the electrolytic solution, The migration of lithium ions in the liquid can be facilitated, so that the lithium ions can reach the negative electrode active material earlier and can be more uniformly occluded in the negative electrode active material. That is, pre-doping can be performed uniformly and reliably.
第1電解液の粘度の調整方法は特に限定されない。例えば、第1電解液の粘度は、選択される電解質と有機溶媒との組み合わせ及び/又は電解液における電解質濃度によって調整することができる。 The method for adjusting the viscosity of the first electrolytic solution is not particularly limited. For example, the viscosity of the first electrolyte solution can be adjusted by the combination of the selected electrolyte and organic solvent and / or the electrolyte concentration in the electrolyte solution.
尚、上述したように、一般的には、電解質及び有機溶媒が同じである場合、電解質濃度が高い程、電解液の粘度は高い。即ち、第2電解液における電解質濃度は第1電解液における電解質濃度よりも高いことから、第2電解液の粘度は第1電解液の粘度よりも高い場合が多い。従って、本発明の好ましい実施態様において、前記第2電解液の粘度は80mPa・S以上であり、より好ましくは90mPa・S以上である。 As described above, generally, when the electrolyte and the organic solvent are the same, the higher the electrolyte concentration, the higher the viscosity of the electrolytic solution. That is, since the electrolyte concentration in the second electrolyte solution is higher than the electrolyte concentration in the first electrolyte solution, the viscosity of the second electrolyte solution is often higher than the viscosity of the first electrolyte solution. Therefore, in a preferred embodiment of the present invention, the viscosity of the second electrolytic solution is 80 mPa · S or more, more preferably 90 mPa · S or more.
また、上述したように、第2電解液を注液することにより、最終的な電解液における電解質濃度を、蓄電デバイスとしての所望の性能を達成するのに好適な濃度とすることができる。即ち、本実施形態によって製造される蓄電デバイスにおける最終的な電解液は、蓄電デバイスとしての所望の性能を達成する従来技術に係る蓄電デバイスにおける電解液と同様の粘度を有する場合が多い。従って、本実施形態のもう1つの好ましい実施態様において、前記第1電解液と前記第2電解液との混合物である混合電解液の粘度は60mPa・S以上であり、より好ましくは70mPa・S以上である。 In addition, as described above, by pouring the second electrolytic solution, the electrolyte concentration in the final electrolytic solution can be set to a concentration suitable for achieving desired performance as an electricity storage device. That is, the final electrolyte in the electricity storage device manufactured according to this embodiment often has the same viscosity as the electrolyte in the electricity storage device according to the related art that achieves the desired performance as the electricity storage device. Therefore, in another preferred embodiment of the present embodiment, the viscosity of the mixed electrolytic solution that is a mixture of the first electrolytic solution and the second electrolytic solution is 60 mPa · S or more, more preferably 70 mPa · S or more. It is.
本実施形態について、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。 Other features and attendant advantages of this embodiment will be readily understood from the description of each embodiment described with reference to the following drawings.
[第1実施形態]
(蓄電デバイスの構成)
以下、本発明の第1実施形態に係る蓄電デバイスの製造方法(以降、「第1方法」と称呼される場合がある。)によって製造される蓄電デバイスの構成について説明する。図1は、第1方法によって製造される蓄電デバイスとしてのリチウムイオンキャパシタ1を示す模式的な断面図である。図1に示すように、リチウムイオンキャパシタ1は、袋状のケース6と、ケース6内に充填された非水電解液5と、非水電解液5中に浸漬された蓄電ユニット2と、を備える。尚、以下の説明において、方向を伴って各構成を説明する場合、図1の上下方向を高さ方向と定義し、左右方向を幅方向と定義する。また、図1の紙面に垂直な方向、即ち、高さ方向及び幅方向に垂直な方向を前後方向と定義する。
[First Embodiment]
(Configuration of electricity storage device)
Hereinafter, the configuration of the electricity storage device manufactured by the method for manufacturing the electricity storage device according to the first embodiment of the present invention (hereinafter sometimes referred to as “first method”) will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a lithium ion capacitor 1 as an electricity storage device manufactured by the first method. As shown in FIG. 1, the lithium ion capacitor 1 includes a bag-
ケース6は、非水電解液5及び蓄電ユニット2を密閉収容することができるように構成される。本例において、ケース6は、アルミニウムとポリプロピレン(PP)とを積層してなる所謂「アルミラミネートフィルム」をヒートシール(溶着)することによって得られるソフトケースである。より具体的には、ケース6は、矩形状のアルミラミネートフィルムを二枚重ね、溶着により四方の端辺同士を接合することにより矩形袋状に形成することができる。
The
ケース6には、正極端子61及び負極端子62が取付けられている。正極端子61及び負極端子62は、ケース6内の密閉状態を維持しつつ先端部分がケース6から突出するように、ケース6に取り付けられる。これらの端子61及び62の基端側にケース6内の蓄電ユニット2が電気的に接続される。従って、正極端子61と負極端子62との間に電気負荷を接続することにより、蓄電ユニット2において生じた電気エネルギーを取り出すことができる。
A
非水電解液5は、電気伝導性(リチウムイオン伝導性)を有する非水溶液であり、前述したように、例えばリチウム塩電解質を有機溶媒に溶解することによって調製することができる。本例においては、リチウム塩電解質として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を採用し、有機溶媒としてジエチルカーボネート(DEC)を採用した。但し、前述したように、リチウム塩電解質及び有機溶媒はこれらに限定されるものではない。
The
図2は図1のII−II断面図、図3は図1のIII−III断面図、図4は図1のIV−IV断面図である。尚、図2及び図3は、リチウムイオンキャパシタ1を幅方向に垂直な平面で切断した断面図であり、図4は、リチウムイオンキャパシタ1を高さ方向に垂直な平面で切断した断面図である。前述したように、蓄電ユニット2は、内部積層体3と外側負極ユニット4とを備える(図2乃至図4を参照。)。
2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 1, and FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 2 and 3 are cross-sectional views of the lithium ion capacitor 1 cut along a plane perpendicular to the width direction, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the lithium ion capacitor 1 cut along a plane perpendicular to the height direction. is there. As described above, the
図5は、図4に示した内部積層体3のみを示す断面図である。図5に示すように、内部積層体3は、複数の負極ユニット31と、複数の正極ユニット32と、セパレータ33とを備える。セパレータ33を挟んで複数の負極ユニット31と複数の正極ユニット32が前後方向に沿って交互に積層される。本例において内部積層体3は直方体形状を呈する。従って、内部積層体3は、負極ユニット31と正極ユニット32との積層方向(前後方向)の両端面及び積層方向に沿って形成される4つの側面を有する。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing only the
図6は負極ユニット31を示す図であり、(a)は負極ユニット31を前後方向から見た正面図であり、(b)は負極ユニット31を幅方向から見た側面図である。図6に示すように、負極ユニット31は、シート状の負極集電体311と負極活物質312とを有する。負極集電体311は正面から見て略長方形状である。負極集電体311には、正面から見て左上部分から突出するように負極リード部Aが形成される。負極集電体311は良好な導電性を有する材料(良導体)によって形成される。本例においては、負極集電体311として銅箔を用いた。
6A and 6B are views showing the
負極集電体311の両面には負極活物質312が塗工される。負極リード部Aには負極活物質312は塗工されない。負極活物質312は、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができる材料によって構成される。具体的には、負極活物質312は、例えば、黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン、CNT(カーボンナノチューブ)等によって構成することができる。しかしながら、上述した機能を果たすことが可能である限り、負極活物質312を構成する材料は特に限定されない。本例においては、負極活物質312として結晶性カーボンを採用した。
A negative electrode
図7は正極ユニット32を示す図であり、(a)は正極ユニット32を前後方向から見た正面図であり、(b)は正極ユニット32を幅方向から見た側面図である。図7に示すように、正極ユニット32は、シート状の正極集電体321と正極活物質322とを有する。正極集電体321は正面から見て略長方形状である。正極集電体321には、正面から見て右上部分から突出するように正極リード部Bが形成される。正極集電体321は良好な導電性を有する材料(良導体)によって形成される。本例においては、正極集電体321としてアルミニウム箔を用いた。
7A and 7B are diagrams showing the
正極集電体321の両面には正極活物質322が塗工される。正極リード部Bには正極活物質322は塗工されない。正極活物質322は、リチウムイオン及び/又は電解質アニオンを可逆的に担持可能な材料によって構成される。正極活物質322は、例えば、活性炭等によって構成することができる。しかしながら、上述した機能を果たすことが可能である限り、正極活物質322を構成する材料は特に限定されない。本例においては、正極活物質322として活性炭を採用した。
A positive electrode
図5に示すように、内部積層体3のセパレータ33は、複数の内部セパレータ331と、一対の端部セパレータ332と、一つの側部セパレータ333とを有する。複数の内部セパレータ331を挟んで負極ユニット31と正極ユニット32が前後方向に沿って交互に積層され、積層方向(前後方向)における内部積層体3の両端面に一対の端部セパレータ332が配設される。また、側部セパレータ333は、内部積層体3の側面の一部(図5においては左側面)を形成するように積層方向に沿って配設される。
As shown in FIG. 5, the
また、図5に示すように、全ての内部セパレータ331及び一対の端部セパレータ332の幅方向における左方の端部が側部セパレータ333に連結される。具体的には、隣接する端部セパレータ332及び内部セパレータ331のそれぞれの左方端に形成される隙間、並びに、隣接する2つの内部セパレータ331のそれぞれの左方端に形成される隙間が、側部セパレータ333で塞がれるように、全ての内部セパレータ331及び一対の端部セパレータ332が側部セパレータ333に連結されている。
Further, as shown in FIG. 5, the left end portions in the width direction of all the
従って、セパレータ33内には、一方端(図5においては左方端)が側部セパレータ333で塞がれた空間が積層方向(前後方向)に沿って形成される。この空間内にそれぞれ負極ユニット31又は正極ユニット32が配設される。尚、端部セパレータ332とそれに隣接する内部セパレータ331との間の空間、即ち、積層方向における両端に位置する空間には、正極ユニット32が配設される。
Accordingly, a space in which one end (left end in FIG. 5) is closed by the
セパレータ33は、負極ユニット31と正極ユニット32との接触を防止するために設けられる。セパレータ33としては多孔質基材が好ましく用いられる。具体的には、例えば、ポリエチレン(PE)及びポリプロピレン(PP)等のポリオレフィンによって形成される多孔質フィルム基材等をセパレータ33として採用することができる。しかしながら、上述した機能を果たすことが可能である限り、セパレータ33を構成する材料は特に限定されない。本例においては、セパレータ33としてポリプロピレン(PP)系多孔質フィルムを採用した。
The
図4に示したように、内部積層体3を包むように外側負極ユニット4が設けられる。図8は、内部積層体3を包んでいる外側負極ユニット4を展開して示す図であり、(a)は正面図であり、(b)は側面図である。図8に示すように、外側負極ユニット4は、シート状の外側負極集電体41と、外側負極活物質42とを有する。外側負極集電体41は、それぞれ長方形状の第1部分41a、第2部分41b及び第3部分41cがこの順に横方向に連なった横長の長方形状を呈する。
As shown in FIG. 4, the outer negative electrode unit 4 is provided so as to wrap the
第1部分41aの左上部分及び第3部分41cの右上部分に負極リード部Aが形成される。第1部分41a及び第3部分41cは、負極ユニット31の負極集電体311と同一の大きさ及び形状を有する。外側負極集電体41もまた良導体によって形成される。外側負極集電体41を構成する材料は、負極集電体311と同一の材料であってもよく、或いは、負極集電体311とは異なる材料であってもよい。
A negative electrode lead portion A is formed in the upper left portion of the
第1部分41a及び第3部分41cの同じ側を向いた一方の面に、外側負極活物質42が塗工される。外側負極活物質42は、負極集電体311に塗工される負極活物質312と同じ材料であってもよく、或いは、負極活物質312とは異なる材料であってもよい。一方、第1部分41a及び第3部分41cの同じ側を向いた他方の面、第2部分41b及び負極リード部Aには、外側負極活物質42は塗工されない。
The outer negative electrode
また、第2部分41bのうち、第1部分41a及び第3部分41cの上記一方の面(外側負極活物質42が塗られた面)と同じ側を向いた面には、このリチウムイオンキャパシタ1の製造方法におけるプレドープ工程において用いられる金属リチウム43が貼り付けられている(図8における黒塗り部分を参照。)。金属リチウム43は、リチウムイオンキャパシタ1のプレドープ工程において非水電解液5中にリチウムイオンとして溶出するため、リチウムイオンキャパシタ1の製造が完了したときに、厳密にはプレドープ工程が完了したときには、既に消失している。
Further, on the surface of the
図4に示したように、外側負極ユニット4は、負極ユニット31と正極ユニット32の積層方向(前後方向)における内部積層体3の両端面及び幅方向における内部積層体3の左側面に対面するように、内部積層体3を覆う。この場合、内部積層体3の前方端面に配設された端部セパレータ332には、外側負極集電体41の第1部分41aに塗工された外側負極活物質42が対面接触する。一方、内部積層体3の後方端面に配設された端部セパレータ332には、外側負極集電体41の第3部分41cに塗工された外側負極活物質42が対面接触する。更に、外側負極集電体41の第2部分41bが、内部積層体3の幅方向における左側面に設けられた側部セパレータ333に対面配置する。
As shown in FIG. 4, the outer negative electrode unit 4 faces both end surfaces of the
内部積層体3の各負極ユニット31の負極集電体311に設けられた負極リード部A及び外側負極ユニット4の外側負極集電体41に設けられた2つの負極リード部Aは、図2に示したように、リード線等の負極側導電性接続部材25によって連結される。この負極側導電性接続部材25が負極端子62に電気的に接続される。また、内部積層体3の各正極ユニット32の正極集電体321に設けられた正極リード部Bは、図3に示したように、リード線等の正極側導電性接続部材26によって連結される。この正極側導電性接続部材26が正極端子61に電気的に接続される。
The negative electrode lead part A provided in the negative electrode
尚、負極リード部Aは、負極側導電性接続部材25を介すること無く、負極端子62に接合及びリベット締結等によって直接接続されるように構成してもよい。同様に、正極リード部Bは、正極側導電性接続部材26を介すること無く、正極端子61に接合及びリベット締結等によって直接接続されるように構成してもよい。
Note that the negative electrode lead portion A may be configured to be directly connected to the
詳しくは後述するように、各負極ユニット31の負極活物質312及び外側負極ユニット4の外側負極活物質42には、プレドープ工程において、予めリチウムイオンが吸蔵(プレドープ)される。
As will be described in detail later, the negative electrode
以上のような構成を有するリチウムイオンキャパシタ1においては、負極ユニット31及び外側負極ユニット4にて、リチウムイオンの電気化学反応によって電気エネルギーの充放電が行われ、正極ユニット32にて、リチウムイオン又はアニオンの物理的な吸脱着によって電気エネルギーの充放電が行われる。
In the lithium ion capacitor 1 having the above-described configuration, electric energy is charged and discharged by the electrochemical reaction of lithium ions in the
尚、上記リチウムイオンキャパシタ1は、本発明に係る蓄電デバイスの製造方法が適用され得る蓄電デバイスの具体例の1つに過ぎない。即ち、本発明に係る蓄電デバイスの製造方法は、リチウムイオンのプレドープを必要とする多種多様な蓄電デバイスに適用することができることは言うまでも無い。 The lithium ion capacitor 1 is only one specific example of an electricity storage device to which the method for producing an electricity storage device according to the present invention can be applied. That is, it goes without saying that the method for manufacturing an electricity storage device according to the present invention can be applied to a wide variety of electricity storage devices that require lithium ion pre-doping.
(製造方法)
次に、上述した構成を有するリチウムイオンキャパシタ1の製造方法につき、以下に詳しく説明する。
(Production method)
Next, the manufacturing method of the lithium ion capacitor 1 having the above-described configuration will be described in detail below.
(第1工程)
先ず、図5に示したような内部積層体3を形成する。即ち、負極ユニット31と正極ユニット32とを内部セパレータ331を挟んで交互に積層する。また、一対の端部セパレータ332を、負極ユニット31と正極ユニット32との積層体の両端面に配設すると共に、側部セパレータ333が内部積層体3の図5における左側面を形成するように側部セパレータ333を積層方向に沿って配設する。このようにして、積層方向における両端面に一対の端部セパレータ332が配置され、左側面に側部セパレータ333が配置された内部積層体3が形成される。
(First step)
First, the inner
(第2工程)
次に、外側負極集電体41を用意する。そして、用意した外側負極集電体41の第1部分41a及び第3部分41cの一方の面に外側負極活物質42を塗工すると共に、第2部分41bの一方の面に金属リチウム43を貼り付けることにより、外側負極ユニット4を形成する。この場合、金属リチウム43が確実に外側負極集電体41の第2部分41bに接触するように、金属リチウム43を第2部分41bに圧着させることが好ましい。
(Second step)
Next, the outer negative electrode
次に、外側負極ユニット4で内部積層体3を覆う。この場合、内部積層体3中の負極ユニット31及び正極ユニット32の積層方向(前後方向)における前方端面に配置された端部セパレータ332に外側負極集電体41の第1部分41aに塗工されている外側負極活物質42が面し、積層方向における後方端面に配置された端部セパレータ332に外側負極集電体41の第3部分41cに塗工されている外側負極活物質42が面し、内部積層体3の一側面に配設されている側部セパレータ333に外側負極集電体41の第2部分41bに圧着された金属リチウム43が面するように、外側負極集電体41で内部積層体3を覆う。これにより、プレドープ前の蓄電ユニット2が形成される。
Next, the
図9は、第2工程において形成されたプレドープ前の蓄電ユニット2を示す図である。図9に示すように、外側負極集電体41の第2部分41bに設けられた金属リチウム43は、内部積層体3内の負極ユニット31及び正極ユニット32の積層方向(前後方向)の全域に亘って側部セパレータ333に対面配置されている。
FIG. 9 is a diagram showing the
(第3工程)
次に、負極集電体311及び外側負極集電体41の負極リード部Aを負極側導電性接続部材25によって接続することにより、蓄電ユニット2中の全ての負極集電体311と外側負極集電体41とを電気的に接続する。また、正極集電体321の正極リード部Bを正極側導電性接続部材26によって接続することにより、蓄電ユニット2中の全ての正極集電体321を電気的に接続する。
(Third step)
Next, the negative electrode
続いて、2枚の矩形状のアルミラミネートフィルムを用意し、これらを重ね合わせ、重ね合わせたそれぞれのラミネートフィルムの4辺のうちの3辺を溶着により封止することにより、1辺が開口した袋状のケース6を成形する。このケース6の開口部分から蓄電ユニット2をケース6内に入れる。そして、負極側導電性接続部材25を負極端子62に接続し、正極側導電性接続部材26を正極端子61に接続する。
Subsequently, two rectangular aluminum laminate films were prepared, these were overlaid, and one of the four sides of each laminated film was sealed by welding to open one side. A bag-
(第4工程)
その後、ケース6内に非水電解液5を充填する。但し、第1方法においては、最終的な電解質濃度及び粘度を有する非水電解液5を一度に充填(注液)するのではなく、所定の粘度を有する第1電解液51を先ず注液する。具体的には、30mPa・S以下の粘度を有する第1電解液51を先ず注液する。この第4工程は、本発明に係る蓄電デバイスの製造方法における第1注液工程に該当する。
(4th process)
Thereafter, the nonaqueous
尚、上記のように、第1電解液51は十分に低い粘度を有する。従って、蓄電ユニット2を構成する各構成要素(例えば、負極ユニット31、正極ユニット32及びセパレータ33等)の間に存在する空気を第1電解液51によって容易に置換することができる。
As described above, the first electrolytic solution 51 has a sufficiently low viscosity. Therefore, the air present between the constituent elements (for example, the
(第5工程)
第4工程にてケース6内に第1電解液51を充填することにより、蓄電ユニット2が第1電解液51に浸漬される。これにより、蓄電ユニット2の外側負極集電体41の第2部分41bに取付けられた金属リチウム43も第1電解液51に浸漬される。この金属リチウム43は、外側負極集電体41及び負極側導電性接続部材25を介して各負極集電体311に短絡されている。従って、金属リチウム43は、外側負極集電体41及び各負極集電体311に電子を放出すると共に、第1電解液51中にリチウムイオンとして溶出される。
(5th process)
The
第1電解液51中に溶出されたリチウムイオンは、幅方向に沿って蓄電ユニット2内の外側負極ユニット4の表面を泳動すると共に、側部セパレータ333を通過して各負極ユニット31の表面を幅方向に沿って泳動する。そして、外側負極ユニット4の外側負極活物質42及び各負極ユニット31の負極活物質312にリチウムイオンが吸蔵される。このようにして、プレドープが完了する。プレドープが完了した場合、図4に示したように外側負極ユニット4に設けられていた金属リチウム43は消失する。この第5工程は、本発明に係る蓄電デバイスの製造方法におけるプレドープ工程に該当する。
The lithium ions eluted in the first electrolyte 51 migrate on the surface of the outer negative electrode unit 4 in the
尚、第4工程に関する説明において述べたように、第1電解液51は十分に低い粘度を有する。従って、第1電解液51中におけるリチウムイオンの泳動がより容易なものとなるので、第5工程におけるプレドープをより均一且つ迅速に実行することができる。 In addition, as described in the description regarding the fourth step, the first electrolytic solution 51 has a sufficiently low viscosity. Therefore, migration of lithium ions in the first electrolytic solution 51 becomes easier, so that the pre-doping in the fifth step can be performed more uniformly and rapidly.
(第6工程)
第5工程におけるプレドープが完了したら、ケース6内に第2電解液52を更に注液する。第2電解液52は、第1電解液51に比べて、より高い電解質濃度を有する。この第6工程は、本発明に係る蓄電デバイスの製造方法における第2注液工程に該当する。
(Sixth step)
When the pre-doping in the fifth step is completed, the second electrolytic solution 52 is further injected into the
上記のように、第2電解液52は、第1電解液51に比べて、より高い電解質濃度を有する。従って、第4工程において注液した第1電解液51における電解質濃度が蓄電デバイスとしての所望の性能を達成するには低過ぎる場合であっても、第2電解液52における電解質濃度及び第2電解液52の量を調整することにより、最終的な電解液5における電解質濃度をリチウムイオンキャパシタ1が蓄電デバイスとしての所望の性能を達成するのに好適な濃度とすることができる。即ち、蓄電デバイスとしての良好な充放電特性と高いエネルギー密度とを維持することができる。
As described above, the second electrolytic solution 52 has a higher electrolyte concentration than the first electrolytic solution 51. Therefore, even if the electrolyte concentration in the first electrolyte solution 51 injected in the fourth step is too low to achieve the desired performance as the electricity storage device, the electrolyte concentration and the second electrolysis in the second electrolyte solution 52 By adjusting the amount of the liquid 52, the electrolyte concentration in the final
(第7工程)
第6工程における第2電解液52の注液後、ケース6の開口に正極端子61及び負極端子62を挟み、その状態において開口部分を溶着により封止する。第7工程が完了したリチウムイオンキャパシタ1を図10に示す。尚、蓄電ユニット2を構成する各構成要素(例えば、負極ユニット31、正極ユニット32及びセパレータ33等)の間に存在する空気を電解液5によって十分に置換すること等を目的として、第7工程におけるケース6の封止の前に、所謂「デガス」(脱ガス)工程を実行してもよい。
(Seventh step)
After injecting the second electrolytic solution 52 in the sixth step, the
(第8工程)
上記のようにして完成された蓄電ユニット2は、使用される前に充電されることが一般的である(初充電)。この場合、上記第7工程の完了後に、所定の充電条件下にて、初充電が実行される。尚、初充電に伴って発生したガス等を電解液5によって十分に置換すること等を目的として、第8工程における初充電の後に、所謂「デガス」(脱ガス)工程を実行してもよい。
(8th step)
The
以上説明してきたように、第1方法によれば、第4工程(第1注液工程)において、所定の粘度を有する第1電解液51が先ず注液される。従って、蓄電ユニット2を構成する各構成要素の間に存在する空気を第1電解液51によって容易に置換することができるのみならず、第1電解液51中におけるリチウムイオンの泳動がより容易なものとなるので、第5工程(プレドープ工程)におけるプレドープをより均一且つ迅速に実行することができる。
As described above, according to the first method, the first electrolytic solution 51 having a predetermined viscosity is first injected in the fourth step (first injection step). Therefore, not only can the air present between the components constituting the
加えて、第1方法によれば、第6工程(第2注液工程)において、第1電解液51よりも高い電解質濃度を有する第2電解液52が追加される。従って、第1電解液51における電解質濃度が低過ぎる場合であっても、第2電解液52の電解質濃度及び追加量を調整することにより、最終的な電解液5における電解質濃度を好適な濃度として、蓄電デバイスとしての良好な充放電特性と高いエネルギー密度とを維持することができる。
In addition, according to the first method, the second electrolytic solution 52 having an electrolyte concentration higher than that of the first electrolytic solution 51 is added in the sixth step (second injection step). Therefore, even if the electrolyte concentration in the first electrolyte solution 51 is too low, the electrolyte concentration in the
ところで、前述したように、一般的には、電解質及び有機溶媒が同じである場合、電解質濃度が高い程、電解液の粘度は高い。第2電解液52における電解質濃度は第1電解液51における電解質濃度よりも高いことから、第2電解液52の粘度は第1電解液51の粘度よりも高い場合が多い。本発明の他の実施形態において、第2電解液52の粘度は80mPa・S以上であり、より好ましくは90mPa・S以上である。 By the way, as described above, generally, when the electrolyte and the organic solvent are the same, the higher the electrolyte concentration, the higher the viscosity of the electrolytic solution. Since the electrolyte concentration in the second electrolyte solution 52 is higher than the electrolyte concentration in the first electrolyte solution 51, the viscosity of the second electrolyte solution 52 is often higher than the viscosity of the first electrolyte solution 51. In another embodiment of the present invention, the viscosity of the second electrolytic solution 52 is 80 mPa · S or more, more preferably 90 mPa · S or more.
更に、前述したように、このようにして電解質濃度を好適な濃度に調整される最終的な電解液は、蓄電デバイスとしての所望の性能を達成する従来技術に係る蓄電デバイスにおける電解液と同様の粘度を有する場合が多い。本発明のもう1つの他の実施形態において、第1電解液51と第2電解液52との混合物である最終的な混合電解液の粘度は60mPa・S以上であり、より好ましくは70mPa・S以上である。 Furthermore, as described above, the final electrolytic solution in which the electrolyte concentration is adjusted to a suitable concentration in this way is the same as the electrolytic solution in the power storage device according to the related art that achieves the desired performance as the power storage device. Often has a viscosity. In another embodiment of the present invention, the final mixed electrolyte, which is a mixture of the first electrolyte 51 and the second electrolyte 52, has a viscosity of 60 mPa · S or more, more preferably 70 mPa · S. That's it.
尚、上記において説明した蓄電デバイス2の製造方法はあくまでも一例であり、本発明に係る蓄電デバイスの製造方法の適用の妨げとならない限り、蓄電デバイスの製造方法は上記に限定されない。
In addition, the manufacturing method of the
本発明に係る蓄電デバイスの製造方法の1つの実施例(以降、「本実施例」と称呼する。)につき、以下に詳しく説明する。本例においては、上述した本発明の第1実施形態に係る蓄電デバイスの製造方法(第1方法)に関する記載において説明したリチウムイオンキャパシタ1に対して本実施例に係る製造方法及び比較例(従来技術)に係る製造方法とそれぞれ適用した結果を比較した。 One embodiment (hereinafter referred to as “this embodiment”) of a method for manufacturing an electricity storage device according to the present invention will be described in detail below. In this example, the manufacturing method according to this example and the comparative example (conventional example) with respect to the lithium ion capacitor 1 described in the description related to the method for manufacturing the electricity storage device (first method) according to the first embodiment of the present invention described above. The manufacturing method according to (Technology) and the results applied respectively were compared.
(電解液の組成)
本実施例に係る製造方法及び比較例に係る製造方法において使用した電解液の組成を、以下の表1にそれぞれ列挙する。表1に示すように、本実施例に係る製造方法においては、相対的に低い粘度を有する第1電解液と相対的に高い電解質濃度を有する第2電解液とに分けて電解液を注液した。これに対し、比較例に係る製造方法においては、電解質を分けること無く、従来と同様の粘度及び電解質濃度を有する第3電解液を一度に注液した。
(Composition of electrolyte)
The compositions of the electrolytic solutions used in the manufacturing method according to this example and the manufacturing method according to the comparative example are listed in Table 1 below. As shown in Table 1, in the manufacturing method according to this example, the electrolytic solution was injected separately into a first electrolytic solution having a relatively low viscosity and a second electrolytic solution having a relatively high electrolyte concentration. did. On the other hand, in the manufacturing method according to the comparative example, the third electrolyte solution having the same viscosity and electrolyte concentration as the conventional one was injected at once without dividing the electrolyte.
(製造工程)
次に、本実施例に係る製造方法及び比較例に係る製造方法のそれぞれにおける製造工程の違いにつき、図11を参照しながら説明する。尚、図11に示したフローチャートにおいては、上述した第1工程乃至第8工程のうち、本実施例に係る製造方法と比較例に係る製造方法との相違点が現れる第4工程以降のみを抽出して示した。
(Manufacturing process)
Next, differences in manufacturing steps between the manufacturing method according to the present embodiment and the manufacturing method according to the comparative example will be described with reference to FIG. In the flowchart shown in FIG. 11, only the fourth and subsequent steps in which the difference between the manufacturing method according to the present embodiment and the manufacturing method according to the comparative example appears among the first to eighth steps described above. Showed.
図11に示すように、第4工程において、比較例に係る製造方法においては、最終的な電解液としての電解質濃度(3.3M)及び粘度(72.4mPa・S)を有する第3電解液の全量(400mL)をケース6に一度に充填(注液)した。これに対し、本実施例に係る製造方法においては、相対的に低い電解質濃度(1.0M)及び粘度(26.6mPa・S)を有する第1電解液のみ(50mL)をケース6に充填した。
As shown in FIG. 11, in the fourth step, in the manufacturing method according to the comparative example, the third electrolytic solution having an electrolyte concentration (3.3M) and a viscosity (72.4 mPa · S) as a final electrolytic solution. Was filled (injected) into the
次に、第5工程においてプレドープを実行する点において、本実施例に係る製造方法も比較例に係る製造方法も同様である。しかしながら、本実施例に係る製造方法においては、プレドープの実行時にその中をリチウムイオンが泳動する電解液の粘度がより低いことから、比較例に係る製造方法に比べて、プレドープが迅速且つ迅速に進行する。尚、本例においては、本実施例に係る製造方法及び比較例に係る製造方法の何れにおいても、25℃の温度において8日間に亘ってプレドープを実行した。 Next, the manufacturing method according to the present example and the manufacturing method according to the comparative example are the same in that pre-doping is performed in the fifth step. However, in the manufacturing method according to the present example, since the viscosity of the electrolyte solution in which lithium ions migrate during the pre-doping is lower, the pre-doping is quicker and faster than the manufacturing method according to the comparative example. proceed. In this example, pre-doping was performed for 8 days at a temperature of 25 ° C. in both the manufacturing method according to this example and the manufacturing method according to the comparative example.
次に、第6工程において、本実施例に係る製造方法においては、相対的に高い電解質濃度(3.6M)及び粘度(94.6mPa・S)を有する第2電解液(350mL)をケース6に充填した。これにより、第1電解液と第2電解液との混合物は、比較例において使用した第3電解液と同じ組成となる。一方、比較例に係る製造方法においては、上述したように第4工程において全ての電解液(第3電解液)を充填済みであるので、第6工程における電解液の追加は行わなかった。
Next, in the sixth step, in the manufacturing method according to the present example, the second electrolytic solution (350 mL) having a relatively high electrolyte concentration (3.6 M) and viscosity (94.6 mPa · S) is applied to
そして、第7工程において、本実施例に係る製造方法及び比較例に係る製造方法の何れにおいても、所定の条件下にてデガス処理を行った後、ケース6の開口部分を溶着により封止した。更に、第8工程において、本実施例に係る製造方法及び比較例に係る製造方法の何れにおいても、所定の条件下にて初充電を行った。
In the seventh step, in any of the manufacturing method according to the present embodiment and the manufacturing method according to the comparative example, after the degas treatment is performed under a predetermined condition, the opening portion of the
(電池性能の評価)
以上のようにして製造された本実施例に係る蓄電デバイス及び比較例に係る蓄電デバイスの種々の電池性能を比較した。具体的には、リチウムイオンの負極活物質へのドープ率、放電容量、及び充電レート性能につき、本実施例に係る蓄電デバイスを比較例に係る蓄電デバイスと比較した。以下にそれぞれの評価方法の概要を列挙する。
(Evaluation of battery performance)
Various battery performances of the electricity storage device according to this example and the electricity storage device according to the comparative example manufactured as described above were compared. Specifically, the electricity storage device according to this example was compared with the electricity storage device according to the comparative example with respect to the doping rate of lithium ions into the negative electrode active material, the discharge capacity, and the charge rate performance. The outline of each evaluation method is listed below.
(1)リチウムイオンの負極活物質へのドープ率
プレドープ完了時の蓄電デバイスの内部積層体を取り出してポンチで打ち抜き、負極を作用極とし、金属リチウムを対極とするコインセルを作製した。当該コインセルを充放電機に接続し、リチウムイオンが負極から脱離する方向に電流を流したときに取り出すことができたエネルギー量を実測エネルギー量として測定した。次いで、当該コインセルにおいてリチウムイオンが負極に吸蔵される方向に電流を流して十分にドープさせた。そして、この十分にドープされたコインセルを用いて、リチウムイオンが負極から脱離する方向に電流を流したときに取り出すことができたエネルギー量を基準エネルギー量として測定した。この基準エネルギー量に対する実測エネルギー量の比率を、リチウムイオンの負極活物質へのドープ率として算出した。
(1) Doping rate of lithium ion into negative electrode active material The internal laminated body of the electricity storage device at the time of completion of pre-doping was taken out and punched out with a punch to produce a coin cell having a negative electrode as a working electrode and metallic lithium as a counter electrode. The coin cell was connected to a charging / discharging device, and the amount of energy that could be taken out when a current was passed in the direction in which lithium ions were desorbed from the negative electrode was measured as the actual amount of energy. Next, in the coin cell, the lithium ions were sufficiently doped by flowing current in the direction in which the lithium ions were occluded in the negative electrode. Then, using this fully doped coin cell, the amount of energy that could be extracted when a current was passed in the direction in which lithium ions were desorbed from the negative electrode was measured as the reference energy amount. The ratio of the actually measured energy amount to the reference energy amount was calculated as the doping rate of the lithium ion negative electrode active material.
(2)放電容量
それぞれの蓄電デバイスを充放電機に接続し、3.8Vにおいて1Aの定電流にて2時間に亘って充電を行った後、1Aの定電流にて放電させたときの放電容量(Ah)をそれぞれ測定した。
(2) Discharge capacity Discharge when each power storage device is connected to a charger / discharger and charged at a constant current of 1A at 3.8V for 2 hours and then discharged at a constant current of 1A. Each capacity (Ah) was measured.
(3)充電レート性能
それぞれの蓄電デバイスを充放電機に接続し、1Aの定電流にて充電を行った後に1Aの定電流にて放電させたときの放電容量(Ah)と、180Aの定電流にて充電を行った後に1Aの定電流にて放電させたときの放電容量(Ah)と、をそれぞれ測定した。そして、前者に対する後者の比率を、充電レート性能として算出した。
(3) Charging rate performance Each storage device is connected to a charger / discharger, charged at a constant current of 1A, then discharged at a constant current of 1A, and a constant of 180A. The discharge capacity (Ah) when discharging at a constant current of 1 A after charging with current was measured. The latter ratio with respect to the former was calculated as the charge rate performance.
(電池性能の評価結果)
以上のようにして測定された本実施例に係る蓄電デバイス及び比較例に係る蓄電デバイスの種々の電池性能の評価結果を以下の表2に列挙する。
(Battery performance evaluation results)
The evaluation results of various battery performances of the electricity storage device according to this example and the electricity storage device according to the comparative example measured as described above are listed in Table 2 below.
(1)リチウムイオンの負極活物質へのドープ率
表2からも明らかであるように、上述した第5工程におけるプレドープ条件(25℃×8日間)では、比較例に係る蓄電デバイスは0%のドープ率を呈した。これは、上述した第3電解液のように高い粘度を有する電解液中におけるリチウムイオンの泳動速度が極めて低いために、上述した第5工程におけるプレドープ条件(25℃×8日間)においては、金属リチウム43から溶出したリチウムイオンが負極活物質に実質的に到達できなかったと考えられる。
(1) Doping rate of negative electrode active material of lithium ion As is clear from Table 2, under the pre-doping condition (25 ° C. × 8 days) in the fifth step described above, the electricity storage device according to the comparative example is 0% The doping rate was exhibited. This is because the migration rate of lithium ions in the electrolyte solution having a high viscosity as in the third electrolyte solution described above is extremely low, and therefore, in the pre-dope condition (25 ° C. × 8 days) in the fifth step described above, the metal It is considered that lithium ions eluted from the
上記に対し、本実施例に係る蓄電デバイスは76%のドープ率を呈した。これは、本実施例に係る蓄電デバイスにおいては、相対的に低い粘度を有する第1電解液中においてプレドープを行ったことから、電解液中におけるリチウムイオンの泳動速度が高く、その結果、多くのリチウムイオンが負極活物質312によって吸蔵されたと考えられる。
In contrast, the electricity storage device according to this example exhibited a doping rate of 76%. This is because, in the electricity storage device according to this example, since the pre-doping was performed in the first electrolytic solution having a relatively low viscosity, the migration speed of lithium ions in the electrolytic solution was high, and as a result, many It is considered that lithium ions were occluded by the negative electrode
(2)放電容量
表2及び図12に示すグラフからも明らかであるように、上記(1)によって検証された高いドープ率を反映して、本実施例に係る蓄電デバイスは、比較例に係る蓄電デバイスの2倍以上にも及ぶ高い放電容量を呈した。
(2) Discharge capacity As is clear from the graphs shown in Table 2 and FIG. 12, the electricity storage device according to this example is related to the comparative example, reflecting the high doping rate verified by the above (1). It exhibited a high discharge capacity that was more than twice that of the electricity storage device.
(3)充電レート性能
表2及び図13に示すグラフからも明らかであるように、充電レート性能においても、本実施例に係る蓄電デバイスは、比較例に係る蓄電デバイスと比較して、極めて高い性能を発揮した。このこともまた、本発明に係る蓄電デバイスの製造方法において電解液を二段階に分けて注液することにより、プレドープ工程におけるリチウムイオンの電解液中における泳動及び負極活物質への吸蔵が円滑に進行したものと考えられる。
(3) Charging rate performance As is clear from the graphs shown in Table 2 and FIG. 13, the power storage device according to this example is extremely high in charge rate performance as compared with the power storage device according to the comparative example. Demonstrated performance. This also means that in the method for manufacturing an electricity storage device according to the present invention, the electrolyte solution is injected in two stages, so that migration of lithium ions in the electrolyte solution and occlusion into the negative electrode active material in the pre-doping step are smoothly performed. It is thought to have progressed.
以上のように、本実施例に係る蓄電デバイスの製造方法によれば、リチウムイオンの負極活物質へのプレドープをより均一且つ確実に実行することができ、蓄電デバイスのエネルギー密度及び充放電特性を向上させることができた。本実施例に係る蓄電デバイスの製造方法は、電解液における電解質濃度が高く且つ電解液の粘度が高い蓄電デバイスを製造するのに特に好適である。 As described above, according to the method for manufacturing an electricity storage device according to this example, the pre-doping of the negative electrode active material of lithium ions can be more uniformly and reliably performed, and the energy density and charge / discharge characteristics of the electricity storage device can be improved. I was able to improve. The method for producing an electricity storage device according to this example is particularly suitable for producing an electricity storage device having a high electrolyte concentration in the electrolytic solution and a high viscosity of the electrolytic solution.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態又は実施例に限定されるべきものではない。例えば、上記各実施形態等においては内部積層体の形状が直方体形状である例について説明したが、多角柱形状であってもよく、また円柱形状であってもよい。即ち、内部積層体の形状において何ら制限は無い。また、上記実施形態等においては蓄電デバイスとしてリチウムイオンキャパシタを例示したが、リチウムイオンがプレドープされたリチウム電池にも本発明を適用することができる。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention should not be limited to the embodiment or Example mentioned above. For example, in each of the above-described embodiments, the example in which the shape of the inner laminated body is a rectangular parallelepiped shape has been described, but it may be a polygonal column shape or a cylindrical shape. That is, there is no limitation on the shape of the inner laminate. Moreover, in the said embodiment etc., although the lithium ion capacitor was illustrated as an electrical storage device, this invention is applicable also to the lithium battery by which lithium ion was pre-doped. Thus, the present invention can be modified without departing from the gist thereof.
1…リチウムイオンキャパシタ(蓄電デバイス)、2…蓄電ユニット、3,3’,3”…内部積層体、31…負極ユニット、311…負極集電体、312…負極活物質、32…正極ユニット、321…正極集電体、322…正極活物質、33,33’,33”…セパレータ、331,331’,331”…内部セパレータ、332,332’,332”…端部セパレータ、333…側部セパレータ、333D…下側部セパレータ、333L…左側部セパレータ、333R…右側部セパレータ、4…外側負極ユニット、41…外側負極集電体、41a…第1部分、41b…第2部分、41c…第3部分、41d…第4部分、41e…第5部分、42…外側負極活物質、43…金属リチウム、5…非水電解液、51…第1電解液、52…第2電解液、及び6…ケース。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Lithium ion capacitor (electric storage device), 2 ... Electric storage unit, 3, 3 ', 3 "... Internal laminated body, 31 ... Negative electrode unit, 311 ... Negative electrode collector, 312 ... Negative electrode active material, 32 ... Positive electrode unit, 321 ... Positive electrode current collector, 322 ... Positive electrode active material, 33, 33 ', 33 "... Separator, 331, 331', 331" ... Internal separator, 332, 332 ', 332 "... End separator, 333 ... Side part Separator, 333D ... lower side separator, 333L ... left side separator, 333R ... right side separator, 4 ... outer negative electrode unit, 41 ... outer negative electrode current collector, 41a ... first part, 41b ... second part, 41c ... first 3 parts, 41d ... 4th part, 41e ... 5th part, 42 ... outside negative electrode active material, 43 ... metallic lithium, 5 ... non-aqueous electrolyte, 51 ... 1st electrolyte, 52 ... 2nd electrolysis , And 6 ... case.
Claims (3)
第1電解液を前記蓄電デバイスに注液する第1注液工程と、
前記負極集電体と金属リチウムとが電気的に接続され且つ前記負極集電体及び前記金属リチウムが前記第1電解液と接触している状態において、前記プレドープを実行するプレドープ工程と、
第2電解液を前記蓄電デバイスに注液する第2注液工程と、
を含み、
前記第1電解液における電解質濃度が前記第2電解液における電解質濃度よりも低い、
蓄電デバイスの製造方法。 A method for producing an electricity storage device with pre-doping of lithium ions into a negative electrode active material provided on the surface of a negative electrode current collector,
A first injection step of injecting a first electrolyte into the electricity storage device;
A pre-doping step of performing the pre-doping in a state where the negative electrode current collector and the metal lithium are electrically connected and the negative electrode current collector and the metal lithium are in contact with the first electrolyte solution;
A second pouring step of pouring a second electrolyte into the electricity storage device;
Including
The electrolyte concentration in the first electrolyte solution is lower than the electrolyte concentration in the second electrolyte solution,
A method for manufacturing an electricity storage device.
前記第1電解液の粘度が30mPa・S以下であり、
前記第2電解液の粘度が80mPa・S以上である、
蓄電デバイスの製造方法。 It is a manufacturing method of the electrical storage device according to claim 1,
The first electrolyte solution has a viscosity of 30 mPa · S or less,
The viscosity of the second electrolytic solution is 80 mPa · S or more,
A method for manufacturing an electricity storage device.
前記第1電解液と前記第2電解液との混合物である混合電解液の粘度が60mPa・S以上である、
蓄電デバイスの製造方法。 It is a manufacturing method of the electrical storage device according to claim 2,
The viscosity of the mixed electrolyte which is a mixture of the first electrolyte and the second electrolyte is 60 mPa · S or more,
A method for manufacturing an electricity storage device.
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