JP2018074117A - Current collector for power storage device, electrode for power storage device, lithium ion capacitor, and method for manufacturing electrode for power storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄電デバイス用集電体、蓄電デバイス用電極、リチウムイオンキャパシタ、および蓄電デバイス用電極の製造方法に関する。 The present invention relates to a current collector for an electricity storage device, an electrode for an electricity storage device, a lithium ion capacitor, and a method for producing an electrode for an electricity storage device.
近年、リチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタ等の蓄電デバイスは、電気自動車またはハイブリッド自動車への応用、太陽電池と併用したソーラー発電エネルギー貯蔵システムなどのへの応用が期待されている。特に、電気自動車またはハイブリッド自動車等の容量と出力とを要する分野において注目を集めている。 In recent years, power storage devices such as lithium ion batteries and lithium ion capacitors are expected to be applied to electric vehicles or hybrid vehicles, and to solar power generation energy storage systems used in combination with solar cells. In particular, it has attracted attention in the fields requiring capacity and output, such as electric vehicles or hybrid vehicles.
当該蓄電デバイスは、例えば、エンジンルームなどの高温で狭小な空間に配置するために、コンパクトで、なおかつ、高容量化を図ることが求められている。 For example, the power storage device is required to be compact and have a high capacity in order to be disposed in a narrow space at a high temperature such as an engine room.
このような蓄電デバイスにおいて、リチウムイオンを電極にドーピングする方法が提案されており、効率よく、電極活物質層にリチウムイオンをドープするために貫通孔を有する集電体が提案されている。例えば、特許文献1では、集電体にレーザー光を照射して貫通孔を形成しながら電極活物質層を塗布して電極を製造するリチウムイオンキャパシタの製造方法が提案され、生産性を向上させている。 In such an electricity storage device, a method of doping an electrode with lithium ions has been proposed, and a current collector having a through-hole has been proposed for efficiently doping the electrode active material layer with lithium ions. For example, Patent Document 1 proposes a method of manufacturing a lithium ion capacitor in which an electrode is manufactured by applying an electrode active material layer while irradiating a current collector with laser light to form a through hole, thereby improving productivity. ing.
しかしながら、特許文献1に記載のように集電体に貫通孔を設けていると、電極活物質層にリチウムイオンのドープが行えても、貫通孔が空いている領域が存在するため集電体と電極活物質層との接触面積が小さく、内部抵抗を低減することができないという問題があった。 However, if the current collector is provided with a through hole as described in Patent Document 1, even if lithium ion can be doped in the electrode active material layer, there is a region in which the through hole is vacant, so the current collector There is a problem that the contact area between the electrode active material layer and the electrode active material layer is small, and the internal resistance cannot be reduced.
そこで、特許文献2では、内部抵抗低減のために、平坦な集電体ではなく、集電体と電極活物質層との接触面積を増やすために、貫通孔を開けると同時に突起を集電体上に形成することで電極の内部抵抗を低減するハイブリッドキャパシタが提案されている。具体的には、特許文献2では、電極活物質層と集電体とが接する面積(A)が、突起および開孔部を有さないプレーン集電体(B)に比べ、面積比率A/B=1倍超、電極活物質層に対する突起の数を1個/mm2以上、電極組成物層中に占める突起の割合を1体積%以上、突起の長さ(D)を電極組成物層の厚み(L)に対して0<D/L<1にすることで、内部抵抗の低減を図れることを見出している。 Therefore, in Patent Document 2, in order to reduce the internal resistance, in order to increase the contact area between the current collector and the electrode active material layer, instead of a flat current collector, a through-hole is opened and at the same time a protrusion is disposed on the current collector. Hybrid capacitors that reduce the internal resistance of the electrode by being formed thereon have been proposed. Specifically, in Patent Document 2, the area (A) where the electrode active material layer and the current collector are in contact with each other is larger than the plane current collector (B) that does not have protrusions and apertures. B = 1 times or more, the number of protrusions with respect to the electrode active material layer is 1 / mm 2 or more, the ratio of protrusions in the electrode composition layer is 1% by volume or more, and the length (D) of protrusions is the electrode composition layer It has been found that the internal resistance can be reduced by setting 0 <D / L <1 with respect to the thickness (L).
しかしながら、特許文献2には、突起の数は好ましくは2〜30個/mm2であることが記載されており、特許文献2の集電体は、電極活物質層に対する突起の数が少なく、電極活物質層と集電体とが接する面積が小さいため、十分な内部抵抗の低減を図ることができなかった。また、このような蓄電デバイスでは、突起が電極活物質層を突き抜けてセパレータを破り、正極と負極とを短絡させる要因となる場合があり、蓄電デバイスの長寿命化を図ることが困難だった。 However, Patent Document 2 describes that the number of protrusions is preferably 2 to 30 / mm 2 , and the current collector of Patent Document 2 has a small number of protrusions on the electrode active material layer. Since the area where the electrode active material layer and the current collector are in contact with each other is small, the internal resistance cannot be sufficiently reduced. Further, in such an electricity storage device, the protrusion may penetrate the electrode active material layer to break the separator, causing a short circuit between the positive electrode and the negative electrode, and it has been difficult to extend the life of the electricity storage device.
本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、内部抵抗を低減することができ、かつ、短絡を抑制することができる蓄電デバイス用集電体を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、内部抵抗を低減することができ、かつ、短絡を抑制することができる蓄電デバイス用電極およびその製造方法を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、上記蓄電デバイス用電極を含むリチウムイオンキャパシタを提供することにある。 One of the objects according to some embodiments of the present invention is to provide a current collector for an electricity storage device that can reduce internal resistance and suppress a short circuit. Another object of some aspects of the present invention is to provide an electrode for an electricity storage device that can reduce internal resistance and suppress a short circuit, and a method for manufacturing the same. Another object of some aspects of the present invention is to provide a lithium ion capacitor including the above-described electrode for an electricity storage device.
本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following aspects or application examples.
[適用例1]
本発明に係る蓄電デバイス用集電体の一態様は、
凹凸を有する蓄電デバイス用集電体であって、
前記凹凸の高さは、40μm以上450μm以下であり、
1mm2当たりに30個以上10000個以下の貫通孔が設けられ、
前記貫通孔の開口率は、0.1%以上70%以下である。
[Application Example 1]
One aspect of the current collector for an electricity storage device according to the present invention is:
A current collector for an electricity storage device having irregularities,
The height of the unevenness is 40 μm or more and 450 μm or less,
30 to 10,000 through-holes are provided per 1 mm 2 ,
The opening ratio of the through hole is 0.1% or more and 70% or less.
[適用例2]
適用例1において、
正極を構成してもよい。
[Application Example 2]
In application example 1,
You may comprise a positive electrode.
[適用例3]
適用例1または2において、
前記貫通孔の開口幅は、1μm以上170μm以下であってもよい。
[Application Example 3]
In application example 1 or 2,
The opening width of the through hole may be not less than 1 μm and not more than 170 μm.
[適用例4]
本発明に係る蓄電デバイス用電極の一態様は、
凹凸を有する集電体と、
前記集電体の表面に設けられた電極活物質層と、
を含み、
前記凹凸の高さは、40μm以上450μm以下であり、
前記集電体には、1mm2当たりに30個以上10000個以下の貫通孔が設けられ、
前記貫通孔の開口率は、0.1%以上70%以下である。
[Application Example 4]
One aspect of the electrode for an electricity storage device according to the present invention is:
A current collector having irregularities;
An electrode active material layer provided on the surface of the current collector;
Including
The height of the unevenness is 40 μm or more and 450 μm or less,
The current collector is provided with 30 to 10,000 through-holes per 1 mm 2 ,
The opening ratio of the through hole is 0.1% or more and 70% or less.
[適用例5]
適用例4において、
正極であってもよい。
[Application Example 5]
In application example 4,
It may be a positive electrode.
[適用例6]
適用例4または5において、
前記凹凸の高さは、前記蓄電デバイス用電極の厚さに対して、10%以上95%以下であってもよい。
[Application Example 6]
In application example 4 or 5,
The height of the unevenness may be 10% or more and 95% or less with respect to the thickness of the electrode for the electricity storage device.
[適用例7]
適用例4ないし6のいずれか1例において、
前記貫通孔の開口幅は、1μm以上170μm以下であってもよい。
[Application Example 7]
In any one of Application Examples 4 to 6,
The opening width of the through hole may be not less than 1 μm and not more than 170 μm.
[適用例8]
本発明に係るリチウムイオンキャパシタの一態様は、
適用例4ないし7のいずれか1例に記載の蓄電デバイス用電極を含む。
[Application Example 8]
One aspect of the lithium ion capacitor according to the present invention is:
The electrode for electrical storage devices as described in any one of the application examples 4-7 is included.
[適用例9]
本発明に係る蓄電デバイス用電極の製造方法の一態様は、
ローラーを用いて、集電体に凹凸を形成する工程と、
前記集電体に、1mm2当たりに30個以上10000個以下の貫通孔を形成する工程と、
前記集電体の表面に、電極活物質用スラリーを塗布する工程と、
を含み、
前記凹凸を形成する工程では、
前記凹凸の高さを40μm以上450μm以下とし、
前記貫通孔を形成する工程では、
前記貫通孔の開口率を、0.1%以上70%以下とする。
[Application Example 9]
One aspect of the method for producing an electrode for an electricity storage device according to the present invention is as follows.
Forming irregularities on the current collector using a roller;
Forming 30 or more and 10,000 or less through holes per 1 mm 2 in the current collector;
Applying a slurry for electrode active material to the surface of the current collector;
Including
In the step of forming the irregularities,
The height of the unevenness is 40 μm or more and 450 μm or less,
In the step of forming the through hole,
The opening ratio of the through hole is set to 0.1% to 70%.
[適用例10]
適用例9において、
前記貫通孔を形成する工程では、
レーザー光を前記集電体に照射して、前記貫通孔を形成してもよい。
[Application Example 10]
In application example 9,
In the step of forming the through hole,
The current collector may be irradiated with laser light to form the through hole.
[適用例11]
適用例10において、
前記レーザー光のエネルギーは、前記貫通孔1個当たり、0.1μJ以上20μJ以下であってもよい。
[Application Example 11]
In application example 10,
The energy of the laser beam may be not less than 0.1 μJ and not more than 20 μJ per one through hole.
本発明に係る蓄電デバイス用集電体では、集電体を蓄電デバイスに用いた場合に、電極活物質層との接触面積を大きくして、内部抵抗を低減することができ、高容量化および高エネルギー化を図ることができる。さらに、本発明に係る蓄電デバイス用集電体では、短絡を抑制することができ、長寿化を図ることができる。 In the current collector for the electricity storage device according to the present invention, when the current collector is used for the electricity storage device, the contact area with the electrode active material layer can be increased, the internal resistance can be reduced, High energy can be achieved. Furthermore, in the electrical power collector for electrical storage devices which concerns on this invention, a short circuit can be suppressed and longevity can be achieved.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、下記に記載された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変型例も含むものとして理解されるべきである。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be understood that the present invention is not limited only to the embodiments described below, and includes various modified examples that are implemented without departing from the scope of the present invention.
1. 蓄電デバイス用電極
まず、本実施形態に係る蓄電デバイス用電極10について、図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係る蓄電デバイス用電極10を模式的に示す平面図である。図2および図3は、本実施形態に係る蓄電デバイス用電極10を模式的に示す図1のA−A線断面図である。図4は、図3の拡大図である。図5は、本実施形態に係る蓄電デバイス用電極10を模式的に示す斜視図である。
1. First, a storage device electrode 10 according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view schematically showing an electricity storage device electrode 10 according to the present embodiment. 2 and 3 are cross-sectional views taken along line AA in FIG. 1 schematically showing the electrode 10 for an electricity storage device according to the present embodiment. FIG. 4 is an enlarged view of FIG. FIG. 5 is a perspective view schematically showing the electricity storage device electrode 10 according to the present embodiment.
なお、図1〜図5では、互い直交するX軸、Y軸、およびZ軸を示している。また、下便宜上、図3および図4では、電極活物質層6の図示を省略している。また、図5では、貫通孔4、隆起部4a、および電極活物質層6の図示を省略している。 1 to 5 show an X axis, a Y axis, and a Z axis that are orthogonal to each other. For convenience, the electrode active material layer 6 is not shown in FIGS. 3 and 4. Further, in FIG. 5, illustration of the through hole 4, the raised portion 4 a, and the electrode active material layer 6 is omitted.
蓄電デバイス用電極10は、蓄電デバイスの正極として用いられてもよいし(集電体2が正極を構成してもよいし)、蓄電デバイスの負極として用いられてもよいし(集電体2が負極を構成してもよいし)、蓄電デバイスの正極および負極として用いられてもよい。蓄電デバイス用電極10を含む蓄電デバイスとしては、例えば、リチウムイオンキャパシタ、二次電池、電気二重層キャパシタが挙げられる。以下では、蓄電デバイス用電極10を含む蓄電デバイスがリチウムイオンキャパシタである場合について説明する。リチウムイオンキャパシタは、一般的な電気二重層キャパシタの原理を使いながら負極材料としてリチウムイオン吸蔵可能な炭素系材料を用い、負極材料にリチウムイオンを添加することでエネルギー密度を向上させたキャパシタである。 The electrode 10 for an electricity storage device may be used as a positive electrode of the electricity storage device (the current collector 2 may constitute a positive electrode), or may be used as a negative electrode of the electricity storage device (the current collector 2). May constitute a negative electrode), or may be used as a positive electrode and a negative electrode of an electricity storage device. As an electrical storage device containing the electrode 10 for electrical storage devices, a lithium ion capacitor, a secondary battery, and an electrical double layer capacitor are mentioned, for example. Below, the case where the electrical storage device containing the electrode 10 for electrical storage devices is a lithium ion capacitor is demonstrated. A lithium ion capacitor is a capacitor whose energy density is improved by adding lithium ions to the negative electrode material using a carbon-based material capable of occluding lithium ions as the negative electrode material while using the principle of a general electric double layer capacitor. .
蓄電デバイス用電極10(以下、単に「電極10」ともいう)は、図1〜図5に示すように、蓄電デバイス用集電体2(以下、単に「集電体2」ともいう)と、電極活物質層6と、を含む。 As shown in FIG. 1 to FIG. 5, an electricity storage device electrode 10 (hereinafter, also simply referred to as “electrode 10”) is an electricity storage device current collector 2 (hereinafter also simply referred to as “current collector 2”), An electrode active material layer 6.
1.1. 集電体
集電体2の材質は、例えば、金属、炭素、導電性高分子等であり、導電性を考慮すると、集電体2の材質は、金属であることが好ましい。具体的には、集電体2の材質は、アルミニウム、白金、ニッケル、タンタル、チタン、ステンレス鋼、銅、その他合金等である。
1.1. Current collector The material of the current collector 2 is, for example, metal, carbon, conductive polymer, etc. In consideration of conductivity, the material of the current collector 2 is preferably metal. Specifically, the material of the current collector 2 is aluminum, platinum, nickel, tantalum, titanium, stainless steel, copper, other alloys, or the like.
集電体2は、電極活物質層6との接触抵抗の低減や電極活物質層6との密着性向上のために、表面化学処理や表面粗面化処理が施されていてもよい。表面化学処理としては、例えば、酸処理、クロメート処理等が挙げられる。表面粗面化処理としては、例えば、電気化学的エッチング処理、酸またアルカリによるエッチング処理が挙げられる。 The current collector 2 may be subjected to a surface chemical treatment or a surface roughening treatment in order to reduce contact resistance with the electrode active material layer 6 or to improve adhesion with the electrode active material layer 6. Examples of the surface chemical treatment include acid treatment and chromate treatment. Examples of the surface roughening treatment include electrochemical etching treatment and etching treatment with acid or alkali.
集電体2の平面形状(Z軸方向からみた形状)は、例えば、X軸に長手方向を有し、Y軸方向に短手方向を有する形状である。集電体2の平面形状は、X軸方向を長辺方向とする長方形であってもよい。 The planar shape (the shape viewed from the Z-axis direction) of the current collector 2 is, for example, a shape having a longitudinal direction on the X-axis and a short direction on the Y-axis direction. The planar shape of the current collector 2 may be a rectangle whose long side is the X-axis direction.
集電体2は、凹凸を有している。集電体2の凹凸は、凹部3aおよび凸部3bによって構成されている。図示の例では、X軸方向に集電体2の凹部3aと凸部3bとが周期的に(山と谷とが周期的に)設けられ、Y軸方向においても凹部3aと凸部3bとが周期的に設けられている。集電体2の凹部3aおよび凸部3は、平面視において、市松模様状に設けられている。そのため、図3に示すような断面視では、図3において切断面を構成している2つの凸部3bの間には、切断面を構成している凸部3bよりも−Y軸方向側に位置する凸部3bを確認することができる。 The current collector 2 has irregularities. The unevenness of the current collector 2 is constituted by a recess 3a and a protrusion 3b. In the illustrated example, the concave portions 3a and the convex portions 3b of the current collector 2 are provided periodically (the peaks and valleys are periodically) in the X-axis direction, and the concave portions 3a and the convex portions 3b are also provided in the Y-axis direction. Are provided periodically. The concave portions 3a and the convex portions 3 of the current collector 2 are provided in a checkered pattern in plan view. Therefore, in a cross-sectional view as shown in FIG. 3, a gap between the two convex portions 3 b constituting the cut surface in FIG. 3 is closer to the −Y axis direction side than the convex portion 3 b constituting the cut surface. The convex part 3b located can be confirmed.
なお、集電体2の凹部3aおよび凸部3は、上記のように市松模様状に設けられていなくてもよく、例えば、集電体2は、図6に示すように、所定の方向にのみ(図示の例ではX軸方向にのみ)凹部3aと凸部3bとが周期的に設けられた形状であってもよい。なお、便宜上、図6では、電極活物質層6および隆起部4aの図示を省略している。 The concave portions 3a and the convex portions 3 of the current collector 2 do not have to be provided in a checkered pattern as described above. For example, the current collector 2 is arranged in a predetermined direction as shown in FIG. Only (in the illustrated example, only in the X-axis direction) may be a shape in which the concave portions 3a and the convex portions 3b are provided periodically. For convenience, the electrode active material layer 6 and the raised portions 4a are not shown in FIG.
集電体2の断面形状は、図2および図3に示すように、例えば、正弦波状である。なお、集電体2の断面形状は、波型であれば特に限定されず、例えば、矩形波状、三角波状、台形波状、のこぎり波状であってもよい。ただし、電極活物質層6を形成するための電極活物質スラリーの塗工性、および短絡し難いことを考慮すると、集電体2の断面形状は、正弦波状または台形波状が好ましい。 The cross-sectional shape of the current collector 2 is, for example, a sine wave shape as shown in FIGS. 2 and 3. The cross-sectional shape of the current collector 2 is not particularly limited as long as it is corrugated, and may be, for example, a rectangular wave shape, a triangular wave shape, a trapezoidal wave shape, or a sawtooth wave shape. However, considering the applicability of the electrode active material slurry for forming the electrode active material layer 6 and the difficulty of short-circuiting, the cross-sectional shape of the current collector 2 is preferably sinusoidal or trapezoidal.
集電体2の隣り合う凹部3aの形状および大きさは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。集電体2の隣り合う凸部3bの形状および大きさは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。集電体2の凹部3aおよび凸部3bは、図5に示すように規則性をもって配列されていてもよく、ランダムに配列されていてもよいが、規則性をもって配列されていた方が、電極活物質層6の面6a,6bの平坦性を高くすることができるので、より好ましい。 The shape and size of the adjacent recesses 3a of the current collector 2 may be the same or different. The shape and size of the adjacent convex portions 3b of the current collector 2 may be the same or different. The concave portions 3a and the convex portions 3b of the current collector 2 may be arranged with regularity as shown in FIG. 5 or may be arranged randomly, but the electrode arranged with regularity is the electrode. It is more preferable because the flatness of the surfaces 6a and 6b of the active material layer 6 can be increased.
集電体2の凹凸の高さH1(図2参照)は、40μm以上450μm以下であり、好ましくは45μm以上440μm以下である。凹凸の高さH1が40μmより小さいと、集電体2と電極活物質層6との接触面積が小さくなって密着性が低下し、集電体2と電極活物質層6との接触抵抗が大きくなる場合がある。一方、凹凸の高さH1が450μmより大きいと、集電体2の強度が小さくなり、集電体2は切断されやすくなる場合がある。さらに、凹凸の高さH1が450μmより大きいと、電極活物質スラリーを集電体2に塗布することが困難となり、凹部3aに空気だまりが発生する場合がある。したがって、凹凸の高さH1を上記範囲とすることにより、集電体2と電極活物質層6との接触抵抗を小さくすることができ、かつ、集電体2の強度を大きくし、空気だまりの発生を抑制することができる。 The unevenness height H1 (see FIG. 2) of the current collector 2 is 40 μm or more and 450 μm or less, preferably 45 μm or more and 440 μm or less. If the height H1 of the unevenness is smaller than 40 μm, the contact area between the current collector 2 and the electrode active material layer 6 is reduced and the adhesion is lowered, and the contact resistance between the current collector 2 and the electrode active material layer 6 is reduced. May be larger. On the other hand, when the height H1 of the unevenness is larger than 450 μm, the strength of the current collector 2 is reduced, and the current collector 2 may be easily cut. Furthermore, if the height H1 of the unevenness is larger than 450 μm, it may be difficult to apply the electrode active material slurry to the current collector 2, and air pockets may be generated in the recess 3a. Therefore, by setting the height H1 of the unevenness within the above range, the contact resistance between the current collector 2 and the electrode active material layer 6 can be reduced, and the strength of the current collector 2 can be increased, so Can be suppressed.
集電体2の凹凸の高さH1とは、図2に示すように、隣接する凹部3aのボトム(図示の例では最も−Z軸方向側に位置する部分)と、凸部3bのトップ(図示の例では最も+Z軸方向側に位置する部分)と、の間のZ軸方向における距離のことである。より具体的には、後述する実施例に記載の方法により測定された値である。なお、「集電体2の凹凸」には、集電体2の表面粗さによる凹凸は含まれない。 As shown in FIG. 2, the height H1 of the unevenness of the current collector 2 refers to the bottom of the adjacent concave portion 3a (the portion located closest to the −Z-axis direction in the illustrated example) and the top of the convex portion 3b ( In the example shown in the figure, the distance in the Z-axis direction between the portion located closest to the + Z-axis direction). More specifically, it is a value measured by the method described in Examples described later. Note that the “unevenness of the current collector 2” does not include unevenness due to the surface roughness of the current collector 2.
集電体2の凹凸の高さH1は、蓄電デバイス用電極10の厚さH2に対して、(高さH1の厚さH2に対する比(H1/H2))は、例えば、10%以上95%以下であり、好ましくは50%以上80%以下である。比(H1/H2)が10%より小さいと、集電体2と電極活物質層6との接触面積が低下して密着性が低下する場合がある。一方、比(H1/H2)が95%より大きいと、電極活物質スラリーを集電体2に塗布することが困難となって、集電体2が蓄電デバイス用電極10の表面に露出し、蓄電デバイス用電極10
の歩留まりが低下する場合がある。したがって、比(H1/H2)を上記範囲とすることにより、集電体2と電極活物質層6との密着性を高め、かつ蓄電デバイス用電極10の歩留まりを向上させることができる。
The height H1 of the unevenness of the current collector 2 is, for example, 10% or more and 95% with respect to the thickness H2 of the electricity storage device electrode 10 (ratio of the height H1 to the thickness H2 (H1 / H2)). Or less, preferably 50% or more and 80% or less. If the ratio (H1 / H2) is smaller than 10%, the contact area between the current collector 2 and the electrode active material layer 6 may be reduced, and the adhesion may be reduced. On the other hand, if the ratio (H1 / H2) is greater than 95%, it becomes difficult to apply the electrode active material slurry to the current collector 2, and the current collector 2 is exposed on the surface of the electrode 10 for the electricity storage device. Electric storage device electrode 10
The yield may be reduced. Therefore, by setting the ratio (H1 / H2) in the above range, the adhesion between the current collector 2 and the electrode active material layer 6 can be improved, and the yield of the electrode for power storage device 10 can be improved.
蓄電デバイス用電極10の厚さH2とは、電極活物質層6の一方側の面6aと他方側の面6bとの間の距離である。より具体的には、後述する実施例に記載の方法により測定された値である。 The thickness H2 of the electrode 10 for the electricity storage device is a distance between the surface 6a on one side and the surface 6b on the other side of the electrode active material layer 6. More specifically, it is a value measured by the method described in Examples described later.
集電体2は、凹凸形状を有していない部材(例えば直方体の金属部材)を、凹凸を有するように加工して(凹凸加工して)形成される。凹凸加工される前の集電体2の厚さは、例えば、0.5μm以上50μm以下であり、好ましくは1μm以上40μm以下であり、より好ましくは2μm以上35μm以下である。凹凸加工される前の集電体2の厚さが0.5μmより小さいと、集電体2の靱性が低下し、衝撃や製造工程でかかるテンションによって亀裂が生じる等して破断する場合がある。一方、凹凸加工される前の集電体2の厚さが50μmより大きいと、集電体2を凹凸加工する際に加工性が低下し、所望の形状の凹凸を形成することができない場合がある。したがって、凹凸加工される前の集電体2の厚さを上記範囲とすることにより、集電体2の破断を防止し、かつ、加工性を高めることができる。 The current collector 2 is formed by processing a member that does not have an uneven shape (for example, a rectangular parallelepiped metal member) so as to have an uneven shape (processes unevenness). The thickness of the current collector 2 before being processed to be uneven is, for example, 0.5 μm or more and 50 μm or less, preferably 1 μm or more and 40 μm or less, and more preferably 2 μm or more and 35 μm or less. If the thickness of the current collector 2 before being processed to be uneven is less than 0.5 μm, the toughness of the current collector 2 is reduced, and there is a case where the current collector 2 is broken due to a crack caused by an impact or a tension applied in the manufacturing process. . On the other hand, if the thickness of the current collector 2 before being processed to be uneven is greater than 50 μm, the processability may be reduced when the current collector 2 is processed to be uneven, and unevenness having a desired shape may not be formed. is there. Therefore, by setting the thickness of the current collector 2 before the uneven processing to the above range, the current collector 2 can be prevented from being broken and the workability can be improved.
凹凸加工された後の集電体2の厚さは、例えば、0.1μm以上48μm以下であり、好ましくは0.5μm以上38μm以下であり、より好ましくは1μm以上33μm以下である。集電体2の厚さが0.1μmより小さいと高抵抗になる場合がある。一方、集電体2の厚さが48μmより大きいと、集電体2を凹凸形状にすることが困難となるため、集電体2と電極活物質層6との接触面積が低下し、接触抵抗が高くなる場合がある。さらに、集電体2の厚さが48μmより大きいと、集電体2を蓄電デバイスに用いた際のエネルギー密度が低下する場合がある。したがって、集電体2の厚さを上記範囲とすることにより、低抵抗で、エネルギー密度の高い蓄電デバイスを得ることができる。凹凸加工された後の集電体2の厚さは、凹凸加工される前の集電体2の厚さよりも小さくなる。 The thickness of the current collector 2 after the unevenness processing is, for example, from 0.1 μm to 48 μm, preferably from 0.5 μm to 38 μm, and more preferably from 1 μm to 33 μm. When the thickness of the current collector 2 is smaller than 0.1 μm, there may be a high resistance. On the other hand, if the thickness of the current collector 2 is larger than 48 μm, it becomes difficult to make the current collector 2 uneven, so that the contact area between the current collector 2 and the electrode active material layer 6 is reduced. Resistance may be high. Furthermore, when the thickness of the current collector 2 is larger than 48 μm, the energy density when the current collector 2 is used for an electricity storage device may be reduced. Therefore, by setting the thickness of the current collector 2 within the above range, it is possible to obtain a power storage device with low resistance and high energy density. The thickness of the current collector 2 after the unevenness processing is smaller than the thickness of the current collector 2 before the unevenness processing.
集電体2の厚さは、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)で、集電体2の切断面を観察して測定することができる。 The thickness of the current collector 2 can be measured by, for example, observing the cut surface of the current collector 2 with a scanning electron microscope (SEM).
集電体2には、貫通孔4が設けられている。貫通孔4内には、電極活物質層6が充填されている。図1に示す例では、貫通孔4の平面形状は、円形であるが、四角形等の多角形であってもよい。ただし、角部における電界集中を考慮すると、貫通孔4の平面形状は、円形であることが好ましい。貫通孔4は、図1に示すようにマトリックス状に配置されていてもよく、ランダムに配列されていてもよいが、マトリックス状に配列されていた方が、負極へのリチウムイオンのドープの均一性を高くすることができるので、より好ましい。 The current collector 2 is provided with a through hole 4. An electrode active material layer 6 is filled in the through hole 4. In the example shown in FIG. 1, the planar shape of the through hole 4 is a circle, but may be a polygon such as a quadrangle. However, considering the electric field concentration at the corner, the planar shape of the through hole 4 is preferably circular. The through holes 4 may be arranged in a matrix form as shown in FIG. 1 or may be arranged at random. However, the arrangement of the through holes 4 in a matrix form makes the negative electrode more uniformly doped with lithium ions. It is more preferable because the property can be increased.
集電体2に貫通孔4を設ける方法としては、例えば、レーザー照射、エッチング加工(具体的は電解エッチング加工)、パンチング加工、エキスパンド加工等が挙げられる。ただし、孔径が小さい貫通孔4を形成することができることを考慮すると、集電体2に貫通孔4を設ける方法としては、レーザー照射、エッチング加工が好ましい。さらに、バリの発生をより抑えられることを考慮すると、集電体2に貫通孔4を設ける方法としては、レーザー照射、エッチング加工が好ましい。 Examples of the method of providing the through holes 4 in the current collector 2 include laser irradiation, etching processing (specifically, electrolytic etching processing), punching processing, and expanding processing. However, considering that the through hole 4 having a small hole diameter can be formed, the method of providing the through hole 4 in the current collector 2 is preferably laser irradiation or etching. Furthermore, considering that the generation of burrs can be further suppressed, laser irradiation and etching are preferable as a method of providing the current collector 2 with the through holes 4.
貫通孔4の数は、集電体2の表面1mm2当たりに、30個以上10000個以下であり、好ましくは70個以上8000個以下であり、より好ましくは2000個以上7000個以下である。1mm2当たりの貫通孔4の数が30個より少ないと、リチウムイオン
が集電体2を通過し難くなり、リチウムイオンの負極へのプレドープに時間がかかって、製造コストが高くなる場合がある。一方、1mm2当たりの貫通孔4の数が10000個より多いと、集電体2の強度が低下する場合がある。さらに、1mm2当たりの貫通孔4の数が10000個より多いと、貫通孔4を形成するための加工が困難となり、製造コストが高くなる場合がある。したがって、集電体2の表面1mm2当たりの貫通孔4の数を上記範囲とすることにより、リチウムイオンのプレドープの時間を短縮させることができ、かつ、集電体2の強度の低下を抑え、さらに製造コストを抑えることができる。
The number of the through-holes 4, on the surface 1 mm 2 per collector 2, is 30 or more 10000 or less, preferably 8000 or less 70 or more, more preferably not more than 7000 more than 2000. If the number of through-holes 4 per 1 mm 2 is less than 30, lithium ions will not easily pass through the current collector 2, and it may take time to pre-dope lithium ions into the negative electrode, which may increase the manufacturing cost. . On the other hand, if the number of through holes 4 per 1 mm 2 is more than 10,000, the strength of the current collector 2 may be reduced. Further, if the number of through holes 4 per 1 mm 2 is more than 10,000, processing for forming the through holes 4 becomes difficult, and the manufacturing cost may increase. Therefore, by setting the number of the through holes 4 of the surface 1 mm 2 per collector 2 in the above range, it is possible to shorten the time of pre-doping of lithium ions, and to suppress the reduction in the strength of the current collector 2 Further, the manufacturing cost can be reduced.
なお、図2および図3に示す例では、1つの凹部3aおよび1つの凸部3bに貫通孔4は、1つずつしか設けられていないが、これは便宜上のことであり、1つの凹部3aおよび1つの凸部3bに複数の貫通孔4が設けられていてもよい。 In the example shown in FIGS. 2 and 3, only one through hole 4 is provided in each of the recesses 3a and the protrusions 3b. However, this is for convenience and only one recess 3a. And the some through-hole 4 may be provided in the one convex part 3b.
1mm2当たりの貫通孔4の数とは、SEMで確認できる集電体2の投影面積1mm2の範囲内に存在する貫通孔4の数のことである。例えば、1mm2の境界線に貫通孔が1/2架かっている状態であれば、0.5と換算し、他の1/2の貫通孔と足して1とする。 The number of through-holes 4 per 1 mm 2 is the number of through-holes 4 existing within the range of the projected area 1 mm 2 of the current collector 2 that can be confirmed by SEM. For example, if the through-hole is halved on the 1 mm 2 boundary line, it is converted to 0.5 and added to the other ½ through-hole.
なお、エッチングによって貫通孔4を形成した場合は、乾式粒子画像分析装置を用いて、集電体2の一方側から光を照射し、集電体2の他方側の透過光の広がりからデータ処理により円形と仮定した口径を算出し、10μm2の単位面積の試料の口径分布と数を求めてもよい。そして、求めた貫通孔4の数を、1mm2の単位面積当たりに換算して、1mm2当たりの貫通孔4の数を算出してもよい。 In addition, when the through-hole 4 is formed by etching, the dry particle image analyzer is used to irradiate light from one side of the current collector 2 and perform data processing from the spread of transmitted light on the other side of the current collector 2. The diameter assumed to be circular may be calculated by calculating the diameter distribution and the number of samples having a unit area of 10 μm 2 . Then, the number of the through holes 4 obtained, in terms of per unit area of 1 mm 2, may be calculated the number of through-holes 4 per 1 mm 2.
貫通孔4の開口幅は、例えば、1μm以上170μm以下であり、好ましくは2μm以上150μm以下であり、より好ましくは5μm以上140μm以下である。貫通孔4の開口幅が1μmより小さいと、貫通孔4内に電極活物質層6が入り込みにくくなり、貫通孔4内に空隙ができて電界が集中する箇所が発生する場合がある。そのため、リチウムデンドライトが析出する場合がある。さらに、貫通孔4の開口幅が1μmより小さいと、リチウムイオンが集電体2を通過し難くなり、リチウムイオンの負極へのプレドープに時間がかかって、製造コストが高くなる場合がある。一方、貫通孔4の開口幅が170μmより大きいと、集電体2の表面張力による保持力が低下して、貫通孔4が設けられた個所と設けられていない個所とで電極活物質層6の膜厚が異なる場合がある。その結果、局所的に電界が集中してリチウムデンドライトが析出する場合がある。さらに、貫通孔4の開口幅が170μmより大きいと、集電体2の面積が小さくなり、集電体2の抵抗が高くなる場合がある。したがって、貫通孔4の開口幅を上記範囲とすることにより、リチウムイオンのプレドープの時間を短縮させることができ、さらに貫通孔4内に電極活物質層6を入り込みやすくすることができ、かつ、電極活物質層6の膜厚の均一性を高め、さらに集電体2の抵抗が高くなることを抑制することができる。 The opening width of the through hole 4 is, for example, 1 μm or more and 170 μm or less, preferably 2 μm or more and 150 μm or less, and more preferably 5 μm or more and 140 μm or less. If the opening width of the through-hole 4 is smaller than 1 μm, the electrode active material layer 6 is difficult to enter the through-hole 4, and there are cases where a space is formed in the through-hole 4 and the electric field is concentrated. Therefore, lithium dendrite may be deposited. Furthermore, when the opening width of the through hole 4 is smaller than 1 μm, it becomes difficult for lithium ions to pass through the current collector 2, and it takes time to pre-dope lithium ions into the negative electrode, which may increase the manufacturing cost. On the other hand, when the opening width of the through-hole 4 is larger than 170 μm, the holding force due to the surface tension of the current collector 2 is reduced, and the electrode active material layer 6 is divided into a place where the through-hole 4 is provided and a place where the through-hole 4 is not provided. The film thickness may be different. As a result, the electric field is locally concentrated and lithium dendrite may be deposited. Furthermore, if the opening width of the through hole 4 is larger than 170 μm, the area of the current collector 2 may be reduced, and the resistance of the current collector 2 may be increased. Therefore, by setting the opening width of the through-hole 4 in the above range, the lithium ion pre-doping time can be shortened, and the electrode active material layer 6 can easily enter the through-hole 4. It is possible to increase the uniformity of the film thickness of the electrode active material layer 6 and further suppress the resistance of the current collector 2 from increasing.
貫通孔4の開口幅とは、貫通孔4の平面形状が円形の場合は、直径(孔径)の値であり、貫通孔4の平面形状が楕円形の場合は、長軸の長さであり、貫通孔4の平面形状が多角形の場合は、2つの頂点を結ぶ仮想線分のうち最も長い線分の長さである。貫通孔4の開口幅は、例えば、SEMによって集電体2の表面を観察して測定することができる。 The opening width of the through hole 4 is the value of the diameter (hole diameter) when the planar shape of the through hole 4 is circular, and the length of the long axis when the planar shape of the through hole 4 is elliptical. When the planar shape of the through hole 4 is a polygon, it is the length of the longest line segment among the virtual line segments connecting the two vertices. The opening width of the through hole 4 can be measured, for example, by observing the surface of the current collector 2 with an SEM.
貫通孔4の開口率は、0.1%以上70%以下であり、好ましくは1%以上60%以下であり、より好ましくは2%以上50%以下である。貫通孔4の開口率が0.1%より小さい場合、リチウムイオンの負極へのプレドープに時間がかかって、製造コストが高くなる場合がある。一方、貫通孔4の開口率が70%より大きいと、集電体2の面積が小さくなり、集電体2が高抵抗になる場合がある。したがって、貫通孔4の開口率を上記範囲とすることにより、リチウムイオンの負極へのプレドープの時間を短縮させることができ、
かつ、集電体2の抵抗を低くすることができる。
The opening ratio of the through hole 4 is 0.1% to 70%, preferably 1% to 60%, more preferably 2% to 50%. When the opening ratio of the through holes 4 is smaller than 0.1%, it may take time to pre-dope lithium ions into the negative electrode, which may increase the manufacturing cost. On the other hand, when the opening ratio of the through hole 4 is larger than 70%, the area of the current collector 2 is reduced, and the current collector 2 may have a high resistance. Therefore, by setting the aperture ratio of the through hole 4 in the above range, the pre-doping time of the lithium ion to the negative electrode can be shortened,
In addition, the resistance of the current collector 2 can be reduced.
貫通孔4の開口率は、集電体2の質量を測り、集電体2の見かけ体積(集電体2のX軸方向の長さ×Y軸方向の長さ×Z軸方向の長さ)を求め、集電体2の比重を求める。そして、下記式(1)により開口率を求めることができる。 The aperture ratio of the through-hole 4 is obtained by measuring the mass of the current collector 2, and the apparent volume of the current collector 2 (the length of the current collector 2 in the X-axis direction × the length in the Y-axis direction × the length in the Z-axis direction) ) And the specific gravity of the current collector 2 is obtained. And an aperture ratio can be calculated | required by following formula (1).
開口率(%)=[1−(集電体の質量/集電体の比重)/(集電体の見かけ体積)]×100 ・・・ (1) Opening ratio (%) = [1- (mass of current collector / specific gravity of current collector) / (apparent volume of current collector)] × 100 (1)
貫通孔4の周辺(縁)には、図4に示すように、隆起部4aが設けられている。隆起部4aは、集電体2にレーザーを照射して貫通孔4を形成する場合に、集電体2が溶けて盛り上がった部分である。隆起部4aは、平面視において、貫通孔4を取り囲むように設けられている。隆起部4aは、集電体2の一方の面2aおよび他方の面2bに設けられている。レーザー照射により貫通孔4を形成すると、バリが発生する代わりに滑らかに盛り上がった隆起部4aが形成され、バリによる正極と負極との短絡を抑制することができる。さらに、隆起部4aによって、集電体2の表面積を大きくすることができ、集電体2と電極活物質層6との接触面積を大きくすることができる。 As shown in FIG. 4, a raised portion 4 a is provided in the periphery (edge) of the through hole 4. The raised portion 4a is a portion where the current collector 2 melts and rises when the current collector 2 is irradiated with a laser to form the through-hole 4. The raised portion 4a is provided so as to surround the through hole 4 in plan view. The raised portion 4 a is provided on one surface 2 a and the other surface 2 b of the current collector 2. When the through-hole 4 is formed by laser irradiation, a raised portion 4a that rises smoothly is formed instead of the generation of burrs, and a short circuit between the positive electrode and the negative electrode due to burrs can be suppressed. Furthermore, the surface area of the current collector 2 can be increased by the raised portions 4a, and the contact area between the current collector 2 and the electrode active material layer 6 can be increased.
集電体2は、例えば金属からなる本体部と、本体部の表面に設けられた導電性接着剤層と、を有していてもよい。導電性接着剤層によって、集電体2と電極活物質層6と密着性を向上させ、集電体2と電極活物質層6との接触抵抗を低くすることができる。 The current collector 2 may have a main body portion made of, for example, a metal and a conductive adhesive layer provided on the surface of the main body portion. By the conductive adhesive layer, the adhesion between the current collector 2 and the electrode active material layer 6 can be improved, and the contact resistance between the current collector 2 and the electrode active material layer 6 can be lowered.
導電性接着剤層の厚さは、例えば1μm以上15μm以下であり、好ましくは2μm以上10μm以下であり、より好ましくは2μm以上5μm以下である。導電性接着剤層の厚さが1μmより小さいと、集電体2と電極活物質層6との接触抵抗が高くなる場合がある。一方、導電性接着剤層の厚さが15μmより大きいと、集電体2の本体部と電極活物質層6との導通性が不十分となり、抵抗が高くなる場合がある。したがって、導電性接着剤層の厚さを上記範囲とすることにより、集電体2と電極活物質層6との接触抵抗を低くし、集電体2の本体部と電極活物質層6との導通性を確保することができる。 The thickness of the conductive adhesive layer is, for example, 1 μm or more and 15 μm or less, preferably 2 μm or more and 10 μm or less, more preferably 2 μm or more and 5 μm or less. When the thickness of the conductive adhesive layer is smaller than 1 μm, the contact resistance between the current collector 2 and the electrode active material layer 6 may be increased. On the other hand, if the thickness of the conductive adhesive layer is greater than 15 μm, the electrical conductivity between the main body portion of the current collector 2 and the electrode active material layer 6 may be insufficient, and the resistance may increase. Therefore, by setting the thickness of the conductive adhesive layer in the above range, the contact resistance between the current collector 2 and the electrode active material layer 6 is lowered, and the main body portion of the current collector 2 and the electrode active material layer 6 Can be ensured.
導電性接着剤層としては、例えば、導電剤、結着剤、増粘剤を溶媒に溶解または分散して得た導電性接着剤を用いる。 As the conductive adhesive layer, for example, a conductive adhesive obtained by dissolving or dispersing a conductive agent, a binder, and a thickener in a solvent is used.
導電性接着剤に用いられる導電剤は、導電性を有するものであれば特に限定されないが、例えば、アセチレンブラックやケッチェンブラック(アクゾノーベル ケミカルズ ベスローテン フェンノートシャップ社の登録商標)などのカーボンブラック、黒鉛等が好ましい。これらの導電剤は、それぞれ単独または2種以上を組み合わせて用いることができる。導電性接着剤に用いられる導電剤の体積平均粒子径は、例えば0.001μm以上10μm以下であり、好ましくは0.05μm以上5μm以下であり、より好ましくは0.01μm以上1μm以下である。 The conductive agent used for the conductive adhesive is not particularly limited as long as it has conductivity. For example, carbon black such as acetylene black and ketjen black (registered trademark of Akzo Nobel Chemicals Besloten Fennaut Shap), Graphite or the like is preferable. These conductive agents can be used alone or in combination of two or more. The volume average particle diameter of the conductive agent used for the conductive adhesive is, for example, from 0.001 μm to 10 μm, preferably from 0.05 μm to 5 μm, and more preferably from 0.01 μm to 1 μm.
導電性接着剤に用いられる結着剤は、例えば、ポリ四フッ化エチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素アクリル重合体等の含フッ素系重合体、スチレン−ブタジエンラバー(SBR)、アクリロニトリル−ブタジエンラバー(NBR)等のジエン系重合体、アクリレート系重合体、ポリイミド、ポリアミド、ポリウレタン等の高分子化合物が挙げられる。さらに、増粘剤としてセルロース誘導体を用いてもよく、カルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩が特に好ましい。 The binder used in the conductive adhesive is, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), a fluorine-containing polymer such as a fluoroacrylic polymer, styrene-butadiene rubber (SBR), Examples thereof include polymer compounds such as diene polymers such as acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), acrylate polymers, polyimides, polyamides, and polyurethanes. Furthermore, a cellulose derivative may be used as a thickener, and an ammonium salt of carboxymethyl cellulose is particularly preferable.
導電性接着剤は、上記の各成分と水等の溶媒とを、混合機を用いて混合して製造することができる。混合機としては、例えば、ボールミル、サンドミル、顔料分散機、擂潰機、
超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサー、ホバートミキサー等を用いる。
The conductive adhesive can be produced by mixing the above components and a solvent such as water using a mixer. Examples of the mixer include a ball mill, a sand mill, a pigment disperser, a crusher,
An ultrasonic disperser, a homogenizer, a planetary mixer, a Hobart mixer, or the like is used.
導電性接着剤の塗布方法は、例えば、ドクターブレード法、ディップ法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、ハケ塗り法等の方法が挙げられる。 Examples of the method for applying the conductive adhesive include a doctor blade method, a dip method, a reverse roll method, a direct roll method, a gravure method, an extrusion method, and a brush coating method.
1.2. 電極活物質層
電極活物質層6は、集電体2の表面に設けられている。図2に示す例では、電極活物質層6は、集電体2の一方の面2aおよび他方の面2b、ならびに貫通孔4の内面に設けられている。なお、図示はしないが、電極活物質層6は、集電体2の面2a,2bのいずれか一方には設けられていなくてもよい。また、集電体2の一部は、電極活物質層6が設けられていない電極無地部である。電極無地部において、集電体2に通電を行うことができる。
1.2. Electrode Active Material Layer The electrode active material layer 6 is provided on the surface of the current collector 2. In the example shown in FIG. 2, the electrode active material layer 6 is provided on one surface 2 a and the other surface 2 b of the current collector 2 and the inner surface of the through hole 4. Although not shown, the electrode active material layer 6 may not be provided on either one of the surfaces 2a and 2b of the current collector 2. Further, a part of the current collector 2 is an electrode plain portion where the electrode active material layer 6 is not provided. The current collector 2 can be energized at the electrode uncoated portion.
電極活物質層6の面6a,6bは、集電体2の面2a,2bよりも平坦性が高い。電極活物質層6を形成するための電極活物質スラリーを、集電体2に塗布した後、所定時間経過させることで、電極活物質層6の面6a,6bの平坦性を高くすることができる。電極活物質層6の面6a,6bは、平坦な面であってもよい。 The surfaces 6 a and 6 b of the electrode active material layer 6 have higher flatness than the surfaces 2 a and 2 b of the current collector 2. The flatness of the surfaces 6a and 6b of the electrode active material layer 6 can be increased by applying a predetermined time after applying the electrode active material slurry for forming the electrode active material layer 6 to the current collector 2. it can. The surfaces 6a and 6b of the electrode active material layer 6 may be flat surfaces.
電極活物質層6が正極の電極活物質層(正極活物質層)である場合、電極活物質層6の片面での厚さ(集電体2の一方の面における電極活物質層6の厚さ)は、例えば、100μm以上400μm以下であり、好ましくは150μm以上380μm以下である。電極活物質層6が負極の電極活物質層(負極活物質層)である場合、電極活物質層6の片面での厚さは、例えば、20μm以上200μm以下であり、好ましくは30μm以上100μm以下である。蓄電デバイス用電極10では、集電体2が凹凸を有しているため、集電体が凹凸を有していない電極に比べて、電極活物質層6の厚さを大きくしても、電極活物質層6が集電体2から剥がれ難い。 When the electrode active material layer 6 is a positive electrode active material layer (positive electrode active material layer), the thickness of one side of the electrode active material layer 6 (the thickness of the electrode active material layer 6 on one surface of the current collector 2) ) Is, for example, 100 μm or more and 400 μm or less, preferably 150 μm or more and 380 μm or less. When the electrode active material layer 6 is a negative electrode active material layer (negative electrode active material layer), the thickness of the electrode active material layer 6 on one side is, for example, 20 μm to 200 μm, preferably 30 μm to 100 μm. It is. In the electricity storage device electrode 10, since the current collector 2 has irregularities, the electrode active material layer 6 can be formed even when the thickness of the electrode active material layer 6 is increased compared to an electrode in which the current collector does not have irregularities. The active material layer 6 is difficult to peel off from the current collector 2.
電極活物質層6の片面での厚さとは、例えば、面2aの凹部3aのボトムと面6aとの間の距離D1と、面2aの凸部3bのトップと面6aとの間の距離D2と、の平均値である。距離D1,D2は、SEMで蓄電デバイス用電極10の切断断面を観察して測定することができる。 The thickness of the electrode active material layer 6 on one side is, for example, the distance D1 between the bottom of the concave portion 3a of the surface 2a and the surface 6a and the distance D2 between the top of the convex portion 3b of the surface 2a and the surface 6a. And the average value. The distances D <b> 1 and D <b> 2 can be measured by observing a cross section of the electricity storage device electrode 10 with an SEM.
電極活物質層6は、例えば、電極活物質と、導電助剤と、結着剤と、を含む。 The electrode active material layer 6 includes, for example, an electrode active material, a conductive additive, and a binder.
1.2.1. 電極活物質
電極活物質の形状は、例えば、粉末状、繊維状、フィラー状である。
1.2.1. Electrode active material The shape of the electrode active material is, for example, powder, fiber, or filler.
正極活物質層に含まれる正極活物質としては、リチウムイオンと、例えばテトラフルオロボレートのようなアニオンと、を可逆的に担持できるものであればよく、例えば、炭素の同素体が用いられる。具体的には、炭素の同素体としては、活性炭、ポリアセン等が挙げられる。好ましくは、正極活物質は、活性炭であり、具体的にはフェノール系、レーヨン系、アクリル系、ピッチ系、またはヤシガラ系等の活性炭である。これら炭素の同素体は、活物質として、単独でまたは2種類以上を組み合わせて使用することができる。炭素の同素体を組み合わせて使用する場合は、平均粒径または粒径分布の異なる2種類以上の炭素の同素体を組み合わせて使用してもよい。 The positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer may be any material as long as it can reversibly carry lithium ions and anions such as tetrafluoroborate. For example, an allotrope of carbon is used. Specifically, examples of the carbon allotrope include activated carbon and polyacene. Preferably, the positive electrode active material is activated carbon, specifically, activated carbon such as phenol, rayon, acrylic, pitch, or coconut shell. These allotropes of carbon can be used alone or in combination of two or more as the active material. When carbon allotropes are used in combination, two or more carbon allotropes having different average particle diameters or particle size distributions may be used in combination.
正極活物質層表面へのリチウムイオンの吸着面積を大きくするためには、正極活物質は、比表面積の大きいものが好ましい。具体的には、正極活物質の比表面積は、1000m2/g以上であり、好ましくは1200m2/g以上3200m2/g以下であり、より
好ましくは1500m2/g以上3000m2/g以下である。
In order to increase the adsorption area of lithium ions on the surface of the positive electrode active material layer, the positive electrode active material preferably has a large specific surface area. Specifically, the specific surface area of the positive electrode active material is 1000 m 2 / g or more, preferably 1200 m 2 / g or more and 3200 m 2 / g or less, more preferably 1500 m 2 / g or more and 3000 m 2 / g or less. is there.
正極活物質のレーザー回折法による50%体積累積径(D50)は、例えば、0.1μm以上20μm以下、好ましくは1μm以上15μm以下、より好ましくは2μm以上10μm以下である。 The 50% volume cumulative diameter (D50) of the positive electrode active material by the laser diffraction method is, for example, from 0.1 μm to 20 μm, preferably from 1 μm to 15 μm, more preferably from 2 μm to 10 μm.
負極活物質層に含まれる負極活物質としては、リチウムイオンを可逆的に担持できる物質が用いられる。好ましくは、負極活物質は、黒鉛、難黒鉛化炭素、ハードカーボン、コークス、グラフェン等の炭素材料、ポリアセン系有機半導体(PAS)等である。PASは、フェノール樹脂等を炭化させ、必要に応じて賦活され、次に粉砕したものが用いられる。負極活物質は、蓄電デバイス用電極の種類に応じて、単独でまたは2種類以上を組み合わせて使用することができる。負極活物質を組み合わせて使用する場合は、平均粒子径または粒径分布が異なる2種類以上の負極活物質を組み合わせて使用してもよい。 As the negative electrode active material contained in the negative electrode active material layer, a material capable of reversibly carrying lithium ions is used. Preferably, the negative electrode active material is a carbon material such as graphite, non-graphitizable carbon, hard carbon, coke, graphene, polyacene organic semiconductor (PAS), or the like. PAS is obtained by carbonizing a phenol resin or the like, activated as necessary, and then pulverized. A negative electrode active material can be used individually or in combination of 2 or more types according to the kind of electrode for electrical storage devices. When the negative electrode active materials are used in combination, two or more types of negative electrode active materials having different average particle diameters or particle size distributions may be used in combination.
負極活物質のレーザー回折法による50%体積累積径(D50)は、例えば0.1μm以上20μm以下、好ましくは1μm以上15μm以下、より好ましくは2μm以上10μm以下である。負極活物質の体積粒径が上記範囲であることにより、蓄電デバイス用電極10の成形が容易で、かつ容量を大きくすることができる。 The 50% volume cumulative diameter (D50) of the negative electrode active material by the laser diffraction method is, for example, from 0.1 μm to 20 μm, preferably from 1 μm to 15 μm, more preferably from 2 μm to 10 μm. When the volume particle diameter of the negative electrode active material is in the above range, the electrode for an electricity storage device 10 can be easily molded and the capacity can be increased.
1.2.2. 導電助剤
正極活物質層は、必要に応じて導電助剤を含んでいてもよい。導電助剤は、導電性を有するものであれば特に限定されず、炭素の同素体または金属からなるものが用いられ、好ましくは炭素の同素体が用いられる。具体的には、導電助剤としては、ファーネスブラック、アセチレンブラック、およびケッチェンブラック(アクゾノーベル ケミカルズ ベスローテン フェンノートシャップ社の登録商標)等の導電性カーボンブラック;天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛;などの炭素の同素体からなる粒子状導電助剤が挙げられる。また、導電助剤として、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、気相法炭素繊維等の炭素繊維;などの炭素の同素体からなる繊維状導電助剤も挙げられる。金属からなる導電助剤としては、例えば、酸化チタン、酸化ルテニウム、アルミニウム、ニッケル等の粒子状導電助剤;金属ファイバなどの繊維状導電助剤等が挙げられる。これらの中でも、導電助剤としては、カーボンブラックが好ましく、アセチレンブラックおよびファーネスブラックがより好ましい。これらの導電助剤は、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
1.2.2. Conductive auxiliary The positive electrode active material layer may contain a conductive auxiliary as required. The conductive auxiliary agent is not particularly limited as long as it has conductivity, and a carbon allotrope or a metal is used, and preferably a carbon allotrope is used. Specifically, as the conductive assistant, conductive carbon black such as furnace black, acetylene black, and ketjen black (registered trademark of Akzo Nobel Chemicals Bethloten Fennaut Shap); graphite such as natural graphite and artificial graphite; Particulate conductive assistants composed of carbon allotropes such as Examples of the conductive assistant include fibrous conductive assistants made of carbon allotropes such as carbon fibers such as polyacrylonitrile-based carbon fibers, pitch-based carbon fibers, and vapor grown carbon fibers. Examples of conductive assistants made of metal include particulate conductive assistants such as titanium oxide, ruthenium oxide, aluminum, and nickel; fibrous conductive assistants such as metal fibers. Among these, as a conductive support agent, carbon black is preferable, and acetylene black and furnace black are more preferable. These conductive assistants can be used alone or in combination of two or more.
導電助剤のレーザー回折法による50%体積累積径(D50)は、電極活物質のレーザー回折法による50%体積累積径(D50)よりも小さいものが好ましく、例えば0.001μm以上10μm以下であり、好ましくは0.05μm以上5μm以下であり、より好ましくは0.01μm以上1μm以下である。導電助剤の体積平均粒子径を上記範囲とすることにより、より少ない使用量で高い導電性を得ることができる。 The 50% volume cumulative diameter (D50) of the conductive assistant by the laser diffraction method is preferably smaller than the 50% volume cumulative diameter (D50) of the electrode active material by the laser diffraction method, for example, 0.001 μm or more and 10 μm or less. The thickness is preferably 0.05 μm or more and 5 μm or less, and more preferably 0.01 μm or more and 1 μm or less. By setting the volume average particle diameter of the conductive assistant within the above range, high conductivity can be obtained with a smaller amount of use.
導電助剤の量は、電極活物質100重量部に対して、例えば0.1重量部以上50重量部以下であり、好ましくは0.5重量部以上15重量部以下であり、より好ましくは1重量部以上10重量部以下である。導電助剤の量を上記範囲とすることにより、蓄電デバイス用電極10を含む蓄電デバイスの容量を大きくし、かつ内部抵抗を低くすることができる。 The amount of the conductive assistant is, for example, from 0.1 to 50 parts by weight, preferably from 0.5 to 15 parts by weight, more preferably 1 to 100 parts by weight of the electrode active material. It is not less than 10 parts by weight. By setting the amount of the conductive additive in the above range, the capacity of the electricity storage device including the electrode for electricity storage device 10 can be increased, and the internal resistance can be lowered.
1.2.3. 結着剤
結着剤は、結着力を有する化合物であれば特に限定されない。結着剤としては、例えば、ポリ四フッ化エチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素アクリル重合体等の含フッ素系重合体、スチレン−ブタジエンラバー(SBR)、アクリロニ
トリル−ブタジエンラバー(NBR)等のジエン系重合体、アクリレート系重合体、ポリイミド、ポリアミド、ポリウレタン等の高分子化合物が挙げられる。中でも、結着剤としは、含フッ素系重合体、ジエン系重合体が好ましい。結着剤としてこれらを用いると、集電体2と電極活物質層6との密着性を向上させることができ、さらに電極活物質層6の密度を大きくすることができ、蓄電デバイス用電極10の内部抵抗を低くすることができる。また、蓄電デバイス用電極10の柔軟性を向上させることできる。これらの結着剤は、単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。結着剤は、2種以上の単量体混合物を段階的に重合することにより得られるコアシェル構造を有する結着剤であってもよい。
1.2.3. Binder The binder is not particularly limited as long as it is a compound having a binding force. Examples of the binder include fluorine-containing polymers such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), and a fluorine acrylic polymer, styrene-butadiene rubber (SBR), and acrylonitrile-butadiene rubber (NBR). ) Polymer compounds such as diene polymers, acrylate polymers, polyimides, polyamides, polyurethanes, and the like. Especially, as a binder, a fluorine-containing polymer and a diene polymer are preferable. When these are used as the binder, the adhesion between the current collector 2 and the electrode active material layer 6 can be improved, and the density of the electrode active material layer 6 can be increased. The internal resistance can be lowered. Moreover, the flexibility of the electrode 10 for power storage devices can be improved. These binders can be used alone or in combination of two or more. The binder may be a binder having a core-shell structure obtained by stepwise polymerizing a mixture of two or more monomers.
結着剤の量は、電極活物質100重量部に対して、例えば、1重量部以上20重量部以下、好ましくは2重量部以上15重量部以下である。 The amount of the binder is, for example, 1 part by weight or more and 20 parts by weight or less, preferably 2 parts by weight or more and 15 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the electrode active material.
蓄電デバイス用集電体2は、例えば、以下の特徴を有する。 The electricity storage device current collector 2 has the following characteristics, for example.
集電体2は、凹凸を有し、凹凸の高さは、40μm以上450μm以下であり、1mm2当たりに30個以上10000個以下の貫通孔4が設けられ、貫通孔4の開口率は、0.1%以上70%以下である。これにより、集電体2では、集電体2を蓄電デバイスに用いた場合に、電極活物質層6との接触面積を大きくして、内部抵抗を低減することができ、高容量化および高エネルギー化を図ることができる(後述する「実験例」参照)。さらに、集電体2では、短絡を抑制することができ(後述する「実験例」参照)、長寿化を図ることができる。 The current collector 2 has unevenness, the height of the unevenness is 40 μm or more and 450 μm or less, and 30 or more and 10,000 or less through holes 4 are provided per 1 mm 2 . It is 0.1% or more and 70% or less. Thus, in the current collector 2, when the current collector 2 is used for an electricity storage device, the contact area with the electrode active material layer 6 can be increased, and the internal resistance can be reduced. Energy can be achieved (see “Experimental example” described later). Further, the current collector 2 can suppress a short circuit (see “Experimental Example” described later), and can achieve a long life.
集電体2は、正極を構成する。ここで、集電体2が負極を構成する場合(負極に用いた場合)、集電体2は凹凸を有しているので、負極活物質層の凹部3aに設けられた部分と、負極活物質層の凸部3bに設けられた部分と、において、リチウムイオンのドープ量が異なる場合がある。これにより、負極活物質層に対する印加電圧の大きさが異なり電界集中される箇所が発生し、リチウムデントライドが析出(リチウムが樹枝状に析出)する場合がある。したがって、集電体2を正極に用い、凹凸を有さない集電体を負極に用いることにより、リチウムデントライドの析出を抑制しつつ、内部抵抗が小さくて短絡を抑制することができる蓄電デバイスを得ることができる。 The current collector 2 constitutes a positive electrode. Here, when the current collector 2 constitutes a negative electrode (when used as a negative electrode), the current collector 2 has irregularities, so that the portion provided in the concave portion 3a of the negative electrode active material layer and the negative electrode active The portion of the material layer provided on the convex portion 3b may have a different lithium ion doping amount. As a result, there are places where the magnitude of the voltage applied to the negative electrode active material layer is different and the electric field is concentrated, and lithium dentride may precipitate (lithium precipitates in a dendritic shape). Therefore, by using the current collector 2 as the positive electrode and using the current collector without irregularities as the negative electrode, it is possible to suppress the short circuit due to a small internal resistance while suppressing the precipitation of lithium dentride. Can be obtained.
なお、負極に印加される電圧や凹凸の高さの程度によってリチウムデントライドが析出しない場合は、正極および負極ともに集電体2を用いることができる。これにより、より内部抵抗が小さくて短絡を抑制することができる蓄電デバイスを得ることができる。 In addition, when lithium dentride does not precipitate depending on the voltage applied to the negative electrode and the height of the unevenness, the current collector 2 can be used for both the positive electrode and the negative electrode. Thereby, the electrical storage device which has smaller internal resistance and can suppress a short circuit can be obtained.
集電体2では、貫通孔4の開口幅は、1μm以上170μm以下である。これにより、集電体2では、リチウムイオンのプレドープの時間を短縮させることができ、さらに貫通孔4内に電極活物質層6を入り込みやすくすることができ、かつ、電極活物質層6の膜厚の均一性を高め、さらに集電体2の抵抗が高くなることを抑制することができる。 In the current collector 2, the opening width of the through hole 4 is 1 μm or more and 170 μm or less. Thus, in the current collector 2, the lithium ion pre-doping time can be shortened, and the electrode active material layer 6 can easily enter the through hole 4. It is possible to improve the thickness uniformity and further suppress the resistance of the current collector 2 from increasing.
蓄電デバイス用電極10は、例えば、以下の特徴を有する。 The electrode 10 for electrical storage devices has the following characteristics, for example.
電極10は、本発明に係る蓄電デバイス用集電体(例えば集電体2)を含む。そのため、電極10は、電極10を蓄電デバイスに用いた場合に、内部抵抗を低減することができ、かつ短絡を抑制することができる。 The electrode 10 includes a current collector for an electricity storage device (for example, current collector 2) according to the present invention. Therefore, the electrode 10 can reduce internal resistance and can suppress a short circuit, when the electrode 10 is used for an electrical storage device.
電極10では、凹凸の高さH1は、電極10の厚さに対して、10%以上95%以下である。そのため、電極10では、集電体2と電極活物質層6との密着性を高め、かつ蓄電デバイス用電極10の歩留まりを向上させることができる。 In the electrode 10, the uneven height H <b> 1 is 10% or more and 95% or less with respect to the thickness of the electrode 10. Therefore, in the electrode 10, the adhesion between the current collector 2 and the electrode active material layer 6 can be improved, and the yield of the storage device electrode 10 can be improved.
電極10は、例えば、電気自動車またハイブリッド自動車への応用、太陽電池と併用したソーラー発電エネルギー貯蔵システム、電池と組み合わせたロードレベリング電源、エレベーターエネルギー回生電、AGV用畜電源等の様々な用途に好適に用いることができる。 The electrode 10 is suitable for various applications such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, a solar power generation energy storage system combined with a solar cell, a load leveling power source combined with a battery, an elevator energy regenerative power, and an AGV livestock power source. Can be used.
なお、集電体2に対して、SEM、エネルギー分散型X線分析法(EDX)、蛍光X線分析法(XRF)等による分析や、金属指示薬等によってバリや金属粉の有無を確認することができる。 The current collector 2 should be checked for the presence of burrs and metal powders by analysis using SEM, energy dispersive X-ray analysis (EDX), fluorescent X-ray analysis (XRF), etc., and metal indicators. Can do.
金属指示薬としては、例えば、金属イオンとの錯形成能を有する複素環式芳香族化合物もしくは複素環式芳香族化合物誘導体、アゾ化合物等が挙げられる。複素環式芳香族化合物もしくは複素環式芳香族化合物誘導体としては、例えば、フェナントロリン化合物が挙げられ、具体的には、1,10−フェナントロリン、バソフェナントロリン等が挙げられる。配合量は、水100wt%に対して、0.001wt%以上5wt%以下程度含まれていることが好ましい。 Examples of the metal indicator include a heterocyclic aromatic compound or a heterocyclic aromatic compound derivative having a complex forming ability with a metal ion, an azo compound, and the like. Examples of the heterocyclic aromatic compound or the heterocyclic aromatic compound derivative include phenanthroline compounds, and specific examples include 1,10-phenanthroline and bathophenanthroline. The blending amount is preferably about 0.001 wt% or more and 5 wt% or less with respect to 100 wt% of water.
アゾ化合物としては、例えば、チアゾリルアゾ化合物、ピリジルアゾ化合物等が挙げられる。 Examples of the azo compound include thiazolyl azo compounds and pyridyl azo compounds.
チアゾリルアゾ化合物としては、具体的には、1−(2―チアゾリルアゾ)−2−ナフトール、4−(2−チアゾリルアゾ)−レゾルシノール、2−(2−チアゾリルアゾ)−4−メチルフェノール、2−(2−チアゾリルアゾ)−4−メトキシフェノール、1−(2−チアゾリルアゾ)−2−ナフトール−6−スルホン酸、2−(2−チアゾリルアゾ)−4−クロロフェノール等が挙げられる。 Specific examples of the thiazolylazo compounds include 1- (2-thiazolylazo) -2-naphthol, 4- (2-thiazolylazo) -resorcinol, 2- (2-thiazolylazo) -4-methylphenol, 2- (2- Thiazolylazo) -4-methoxyphenol, 1- (2-thiazolylazo) -2-naphthol-6-sulfonic acid, 2- (2-thiazolylazo) -4-chlorophenol and the like.
ピリジルアゾ化合物としては、具体的には、1−(2−ピリジルアゾ)−2−ナフトール、4−(2−ピリジルアゾ)−レゾルシノール、2−(2−ピリジルアゾ)−4−メチルフェノール、2−(2−ピリジルアゾ)−クロモトロープ酸、2−(2−ピリジルアゾ)4−メトキシフェノール等が挙げられる。 Specific examples of the pyridylazo compound include 1- (2-pyridylazo) -2-naphthol, 4- (2-pyridylazo) -resorcinol, 2- (2-pyridylazo) -4-methylphenol, 2- (2- Pyridylazo) -chromotropic acid, 2- (2-pyridylazo) 4-methoxyphenol and the like.
アゾ化合物は、アルコール溶媒100wt%に対して、0.001wt%以上5wt%以下程度含まれていることが好ましい。 The azo compound is preferably contained in an amount of about 0.001 wt% to 5 wt% with respect to 100 wt% of the alcohol solvent.
アルコール溶媒としては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、tert−ブチルアルコールなどが挙げられる。 Examples of the alcohol solvent include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, and tert-butyl alcohol.
なお、金属指示薬としてアゾ化合物を用いて金属粉の有無を確認する場合、和田弘子、分析化学、Vol.21,No.4,543−550(1972)を参考にすることができる。 In addition, when confirming the presence or absence of metal powder using an azo compound as a metal indicator, Hiroko Wada, Analytical Chemistry, Vol. 21, no. 4,543-550 (1972) can be referred to.
2. 蓄電デバイス用電極の製造方法
次に、本実施形態に係る蓄電デバイス用電極の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図7は、本実施形態に係る蓄電デバイス用電極10の製造方法を説明するためのフローチャートである。図8は、本実施形態に係る蓄電デバイス用電極10の製造方法を説明するための模式図である。なお、便宜上、図8では、貫通孔4の図示を省略している。また、図2および図3では、集電体2の形状を正弦波状として図示したが、図8では、集電体2の形状を三角波状として図示している。
2. Next, a method for manufacturing an electrode for an electricity storage device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a flowchart for explaining the manufacturing method of the electrode 10 for the electricity storage device according to this embodiment. FIG. 8 is a schematic view for explaining the method for manufacturing the electrode 10 for an electricity storage device according to this embodiment. For convenience, the illustration of the through hole 4 is omitted in FIG. 2 and 3, the shape of the current collector 2 is illustrated as a sine wave shape, but in FIG. 8, the shape of the current collector 2 is illustrated as a triangular wave shape.
まず、図8に示すように、加工ローラー7を用いて、集電体2に凹凸を形成する(ステ
ップS10)。具体的には、1対の加工ローラー7の間に凹凸が形成されていない集電体2を搬送し、集電体2を1対の加工ローラー7の間を通すことにより、集電体2に凹凸を形成する。加工ローラー7の表面は、凹凸形状となっている。集電体2の搬送方向は、例えば、鉛直方向(例えば重力が作用する方向に対して上向き)である。
First, as shown in FIG. 8, the unevenness | corrugation is formed in the electrical power collector 2 using the processing roller 7 (step S10). Specifically, the current collector 2 is conveyed by transporting the current collector 2 having no irregularities between the pair of processing rollers 7 and passing the current collector 2 between the pair of processing rollers 7. Concavities and convexities are formed in The surface of the processing roller 7 has an uneven shape. The transport direction of the current collector 2 is, for example, the vertical direction (for example, upward with respect to the direction in which gravity acts).
次に、集電体2に、集電体2の表面1mm2当たりに30個以上10000個以下の貫通孔4を形成する(ステップS12)。具体的には、レーザー8からレーザー光を集電体2の表面に照射して、貫通孔4を形成する。図示の例では、集電体2の面2a側からレーザー光を照射しているが、集電体2の面2b側からレーザー光を照射してもよい。 Next, 30 or more and 10,000 or less through holes 4 are formed in the current collector 2 per 1 mm 2 of the surface of the current collector 2 (step S12). Specifically, the surface of the current collector 2 is irradiated with laser light from the laser 8 to form the through hole 4. In the illustrated example, laser light is irradiated from the surface 2 a side of the current collector 2, but laser light may be irradiated from the surface 2 b side of the current collector 2.
レーザー8の種類は、特に限定されないが、集電体2としてアルミニウム箔や銅箔を用いる場合には、波長が9.3μmのCO2レーザーが好ましい。なお、レーザー8として、YAGレーザー、UVレーザーを用いてもよい。 The type of the laser 8 is not particularly limited, but when an aluminum foil or a copper foil is used as the current collector 2, a CO 2 laser having a wavelength of 9.3 μm is preferable. As the laser 8, a YAG laser or a UV laser may be used.
レーザー8から照射されるレーザー光のエネルギーは、貫通孔1個当たり(1個の貫通孔4当たり)、例えば、0.1μJ以上20μJ以下であり、好ましくは0.2μJ以上15μJ以下であり、より好ましくは0.3μJ以上13μJ以下である。貫通孔1個に対するレーザー光のエネルギーが0.1μJより小さいと、熱量が小さすぎて貫通孔4が形成され難くなり、リチウムイオンの移動が妨げられて負極へのドープが困難になる場合がある。一方、貫通孔1個に対するレーザー光のエネルギーが20μJより大きいと、熱量が大きすぎるため、所望の孔径の貫通孔4を形成することが困難となり、貫通孔4の孔径の制御が困難となる場合がある。したがって、貫通孔1個に対するレーザー光のエネルギーを上記範囲とすることにより、リチウムイオンの移動が妨げられ難く、かつ、孔径の制御が容易な貫通孔4を形成することができる。さらに、貫通孔1個に対するレーザー光のエネルギーを0.3μ以上13μ以下とすることにより、より滑らかな隆起部4aを形成することができる。 The energy of the laser beam irradiated from the laser 8 is per through hole (per one through hole 4), for example, 0.1 μJ or more and 20 μJ or less, preferably 0.2 μJ or more and 15 μJ or less, and more Preferably, it is 0.3 μJ or more and 13 μJ or less. If the energy of the laser beam for one through-hole is smaller than 0.1 μJ, the amount of heat is too small to make the through-hole 4 difficult to form, and the movement of lithium ions is hindered, making it difficult to dope the negative electrode. . On the other hand, if the energy of the laser beam for one through hole is larger than 20 μJ, the amount of heat is too large, so that it is difficult to form the through hole 4 having a desired hole diameter, and it becomes difficult to control the hole diameter of the through hole 4. There is. Therefore, by setting the energy of the laser beam for one through hole in the above range, it is possible to form the through hole 4 that is difficult to prevent the movement of lithium ions and whose hole diameter can be easily controlled. Further, by setting the energy of the laser beam for one through hole to 0.3 μm or more and 13 μm or less, a smoother raised portion 4a can be formed.
なお、貫通孔4を形成する方法は、レーザー光照射に限定されず、例えば、エッチング加工(化学エッチング加工および電解エッチング加工)、パンチング加工、エキスパンド加工であってもよい。 In addition, the method of forming the through-hole 4 is not limited to laser beam irradiation, For example, an etching process (chemical etching process and electrolytic etching process), a punching process, and an expanding process may be used.
次に、集電体2の表面に、電極活物質用スラリー5を塗布する(ステップS14)。具体的には、スラリー塗布部9から電極活物質用スラリー5を塗布し、集電体2の面2a,2bに電極活物質用スラリー5を塗布(両面塗布)する。図示の例では、集電体2を鉛直方向に搬送させた状態で集電体2に電極活物質用スラリー5を塗布する(縦型塗布方式)。電極活物質用スラリー5は、例えば、上記の電極活物質、導電助剤、および結着剤を含んでいる。電極活物質用スラリー5は、さらにセルロース誘導体を含んでいてもよい。 Next, the electrode active material slurry 5 is applied to the surface of the current collector 2 (step S14). Specifically, the electrode active material slurry 5 is applied from the slurry application part 9, and the electrode active material slurry 5 is applied to the surfaces 2 a and 2 b of the current collector 2 (double-sided application). In the illustrated example, the electrode active material slurry 5 is applied to the current collector 2 in a state where the current collector 2 is conveyed in the vertical direction (vertical application method). The electrode active material slurry 5 includes, for example, the above electrode active material, a conductive additive, and a binder. The electrode active material slurry 5 may further contain a cellulose derivative.
次に、集電体2の表面に形成された電極活物質用スラリー5を乾燥してプレスすることにより、電極活物質層6を形成する(ステップS16)。 Next, the electrode active material slurry 6 formed on the surface of the current collector 2 is dried and pressed to form the electrode active material layer 6 (step S16).
以上の工程により、電極10を製造することができる。 Through the above steps, the electrode 10 can be manufactured.
蓄電デバイス用電極10の製造方法は、例えば、以下の特徴を有する。 The manufacturing method of the electrode 10 for electrical storage devices has the following characteristics, for example.
電極10の製造方法では、蓄電デバイスに用いた場合に、内部抵抗を低減することができ、かつ短絡を抑制することができる電極10を製造することができる。 In the manufacturing method of the electrode 10, when it uses for an electrical storage device, the electrode 10 which can reduce internal resistance and can suppress a short circuit can be manufactured.
電極10の製造方法では、レーザー光を集電体2に照射して、貫通孔4を形成する。そのため、電極10の製造方法では、例えばエンボスロールに複数の凹部および凸部を設け
て貫通孔を形成する場合に比べて、貫通孔4を形成する際のバリの発生を抑制することができる。
In the manufacturing method of the electrode 10, the through-hole 4 is formed by irradiating the current collector 2 with laser light. Therefore, in the method for manufacturing the electrode 10, it is possible to suppress the generation of burrs when the through hole 4 is formed, compared to the case where the through hole is formed by providing a plurality of concave portions and convex portions on the emboss roll, for example.
電極10の製造方法では、レーザー光のエネルギーは、貫通孔1個当たり、0.1μJ以上20μJ以下である。そのため、電極10の製造方法では、リチウムイオンの移動が妨げられ難く、かつ、孔径の制御が容易な貫通孔4を形成することができる。 In the manufacturing method of the electrode 10, the energy of the laser beam is 0.1 μJ or more and 20 μJ or less per through hole. Therefore, in the manufacturing method of the electrode 10, it is possible to form the through hole 4 that is difficult to prevent the movement of lithium ions and that can easily control the hole diameter.
電極10の製造方法では、縦型塗布方式で電極活物質用スラリー5を集電体2に塗布したとしても、集電体2は凹凸を有しているため、塗布された電極活物質用スラリー5が重力によって下方に移動し難い。そのため、電極10の製造方法では、平坦性の高い電極活物質層6を形成することができる。 In the manufacturing method of the electrode 10, even if the electrode active material slurry 5 is applied to the current collector 2 by a vertical coating method, the current collector 2 has irregularities, so that the applied electrode active material slurry is applied. 5 is difficult to move downward due to gravity. Therefore, in the method for manufacturing the electrode 10, the electrode active material layer 6 with high flatness can be formed.
なお、電極10の製造方法では、集電体2に凹凸を形成する工程(ステップS10)、集電体2に貫通孔4を形成する工程(ステップS12)、集電体2に電極活物質用スラリー5を塗布する工程(ステップS14)、および電極活物質用スラリー5を乾燥してプレスする工程(ステップS16)を、全て別ラインで行ってもよい。これにより、各工程における管理を容易にすることができる。 In addition, in the manufacturing method of the electrode 10, the process of forming an unevenness | corrugation in the electrical power collector 2 (step S10), the process of forming the through-hole 4 in the electrical power collector 2 (step S12), and the electrical power collector 2 for electrode active materials The step of applying the slurry 5 (step S14) and the step of drying and pressing the slurry 5 for electrode active material (step S16) may all be performed in separate lines. Thereby, management in each process can be facilitated.
また、図9に示すように、集電体2の面2a,2bに同時に電極活物質用スラリー5を塗布せず、まず、集電体2の面2bに電極活物質用スラリー5を塗布し、次に、集電体2の面2aに電極活物質用スラリー5を塗布してもよい。レーザー光による貫通孔4の形成は、集電体2の面2bへの電極活物質用スラリー5の塗布と同時に行われてもよい。 In addition, as shown in FIG. 9, the electrode active material slurry 5 is not applied to the surfaces 2 a and 2 b of the current collector 2 at the same time, but first the electrode active material slurry 5 is applied to the surface 2 b of the current collector 2. Next, the electrode active material slurry 5 may be applied to the surface 2 a of the current collector 2. The formation of the through holes 4 by the laser beam may be performed simultaneously with the application of the electrode active material slurry 5 to the surface 2 b of the current collector 2.
3. 蓄電デバイス用電極の製造方法の変形例
次に、本実施形態の変形例に係る蓄電デバイス用電極の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図10は、本実施形態の変形例に係る蓄電デバイス用電極10の製造方法を説明するためのフローチャートである。図11は、本実施形態の変形例に係る蓄電デバイス用電極10の製造方法を説明するための模式図である。
3. Next, a method for manufacturing an electrode for an electricity storage device according to a modification of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 10 is a flowchart for explaining a method for manufacturing the electrode 10 for an electricity storage device according to a modification of the present embodiment. FIG. 11 is a schematic diagram for explaining a method of manufacturing the electricity storage device electrode 10 according to a modification of the present embodiment.
以下、本実施形態の変形例に係る蓄電デバイス用電極10の製造方法において、上述した本実施形態に係る蓄電デバイス用電極10の製造方法の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。 Hereinafter, in the manufacturing method of the electricity storage device electrode 10 according to the modified example of the present embodiment, differences from the above-described example of the electricity storage device electrode 10 manufacturing method according to the present embodiment will be described, and similar points will be described. Is omitted.
上述した本実施形態に係る蓄電デバイス用電極10の製造方法では、図7および図8に示すように、集電体2に凹凸を形成する工程(S10)の後に、集電体2に貫通孔4を形成する工程(S12)を行った。 In the method for manufacturing the electricity storage device electrode 10 according to this embodiment described above, as shown in FIGS. 7 and 8, the through-holes are formed in the current collector 2 after the step of forming irregularities in the current collector 2 (S 10). 4 was formed (S12).
これに対し、本実施形態の変形例に係る蓄電デバイス用電極10の製造方法では、図10および図11に示すように、集電体2に凹凸を形成する工程(S22)の前に、集電体2に貫通孔4を形成する工程(S20)を行う。 On the other hand, in the method of manufacturing the electricity storage device electrode 10 according to the modification of the present embodiment, as shown in FIGS. 10 and 11, before the step of forming irregularities on the current collector 2 (S 22), the current collection is performed. A step (S20) of forming the through hole 4 in the electric body 2 is performed.
なお、集電体2に貫通孔4を形成する工程(S20)、集電体2に凹凸を形成する工程(S22)、集電体2に電極活物質用スラリー5を塗布する工程(S24)、および電極活物質用スラリー5を乾燥してプレスする工程(S26)の内容は、それぞれ、上述した集電体2に貫通孔4を形成する工程(S12)、集電体2に凹凸を形成する工程(S10)、集電体2に電極活物質用スラリー5を塗布する工程(S14)、および電極活物質用スラリー5を乾燥してプレスする工程(S16)の内容と同様である。 In addition, the process of forming the through-hole 4 in the current collector 2 (S20), the process of forming irregularities in the current collector 2 (S22), and the process of applying the electrode active material slurry 5 to the current collector 2 (S24) And the step of drying and pressing the electrode active material slurry 5 (S26) include the step of forming the through holes 4 in the current collector 2 (S12), and forming the irregularities in the current collector 2, respectively. The step (S10), the step of applying the electrode active material slurry 5 to the current collector 2 (S14), and the step of drying and pressing the electrode active material slurry 5 (S16) are the same.
本実施形態の変形例に係る蓄電デバイス用電極10の製造方法では、集電体2に凹凸を形成する工程(S22)の前に、集電体2に貫通孔4を形成する工程(S20)を行う。
そのため、本実施形態の変形例に係る蓄電デバイス用電極10の製造方法では、凹凸が形成された後にレーザー光照射により貫通孔4を形成する場合に比べて、レーザー光の焦点深度が定まりやすく、所望の開口率を有する集電体2を得ることができる。
In the method for manufacturing the electrode for electricity storage device 10 according to the modification of the present embodiment, the step of forming the through-hole 4 in the current collector 2 (S20) before the step of forming irregularities in the current collector 2 (S22). I do.
Therefore, in the manufacturing method of the electrode 10 for the electricity storage device according to the modification of the present embodiment, the depth of focus of the laser light is easily determined as compared to the case where the through hole 4 is formed by laser light irradiation after the unevenness is formed, The current collector 2 having a desired aperture ratio can be obtained.
ただし、本実施形態の変形例に係る蓄電デバイス用電極10の製造方法では、貫通孔4を形成した後に、集電体2に凹凸を形成するため、貫通孔4の変形や集電体2に亀裂が生じやすい。したがって、本実施形態の変形例に係る蓄電デバイス用電極10の製造方法では、貫通孔4の孔径や開口率を考慮して、集電体2に凹凸を形成することが好ましい。 However, in the manufacturing method of the electrode 10 for an electricity storage device according to the modification of the present embodiment, the unevenness is formed in the current collector 2 after the through hole 4 is formed, so that the deformation of the through hole 4 or the current collector 2 is formed. Cracks are likely to occur. Therefore, in the method for manufacturing the electricity storage device electrode 10 according to the modification of the present embodiment, it is preferable that the current collector 2 is formed with irregularities in consideration of the hole diameter and the aperture ratio of the through holes 4.
4. リチウムイオンキャパシタ
次に、本実施形態に係るリチウムイオンキャパシタ100について、図面を参照しながら説明する。図12は、本実施形態に係るリチウムイオンキャパシタ100を模式的に示す断面図である。図13は、本実施形態に係るリチウムイオンキャパシタ100を模式的に示す図12のB−B線断面図である。なお、便宜上、図12では、捲回体40を簡略化して図示している。また、図13では、正極10aおよび負極10bを簡略化して図示している。
4). Next, a lithium ion capacitor 100 according to this embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing the lithium ion capacitor 100 according to this embodiment. FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 12 schematically showing the lithium ion capacitor 100 according to the present embodiment. For convenience, in FIG. 12, the wound body 40 is illustrated in a simplified manner. In FIG. 13, the positive electrode 10a and the negative electrode 10b are shown in a simplified manner.
リチウムイオンキャパシタ100は、本発明に係る蓄電デバイス用電極を含む。以下では、蓄電デバイス用電極10を正極10aおよび負極10bとして含むリチウムイオンキャパシタ100について説明する。リチウムイオンキャパシタ100は、図12および図13に示すように、負極端子となる外装容器12と、封口板20と、正極端子30と、捲回体40と、を含む。 The lithium ion capacitor 100 includes the electrode for an electricity storage device according to the present invention. Below, the lithium ion capacitor 100 which contains the electrode 10 for electrical storage devices as the positive electrode 10a and the negative electrode 10b is demonstrated. As shown in FIGS. 12 and 13, the lithium ion capacitor 100 includes an outer container 12 that becomes a negative electrode terminal, a sealing plate 20, a positive electrode terminal 30, and a wound body 40.
外装容器12は、図12に示すように、例えば、上面が開口している円筒状の形状を有している。なお、図示はしないが、外装容器12は、上面が開口している直方体の形状を有していてもよい。外装容器12の材質は、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、ステンレス等である。外装容器12内には、捲回体40および電解液が収容されている。外装容器12の内面には、例えば、負極リード16が接続されている。負極リード16は、外装容器12の内面と、捲回体40の負極10bと、を電気的に接続している。そのため、外装容器12は、負極端子を兼ねる。負極リード16の材質は、例えば、銅、ステンレス、ニッケル等である。 As shown in FIG. 12, the outer container 12 has, for example, a cylindrical shape whose upper surface is open. Although not shown, the outer container 12 may have a rectangular parallelepiped shape whose upper surface is open. The material of the exterior container 12 is, for example, aluminum, copper, nickel, iron, stainless steel or the like. A wound body 40 and an electrolytic solution are accommodated in the outer container 12. For example, a negative electrode lead 16 is connected to the inner surface of the outer container 12. The negative electrode lead 16 electrically connects the inner surface of the outer container 12 and the negative electrode 10 b of the wound body 40. Therefore, the exterior container 12 also serves as a negative electrode terminal. The material of the negative electrode lead 16 is, for example, copper, stainless steel, nickel, or the like.
封口板20は、外装容器12の開口縁に固定されている。封口板20は、絶縁性であってもよく、導電性であってもよいが、封口板20が導電性である場合は、例えば、封口板20と正極端子30との間に絶縁部材(図示せず)を設ける。 The sealing plate 20 is fixed to the opening edge of the exterior container 12. The sealing plate 20 may be insulative or conductive, but when the sealing plate 20 is conductive, for example, an insulating member (see FIG. (Not shown).
正極端子30は、封口板20に設けられた開口に装着されている。正極端子30の材質は、例えば、アルミニウム等である。正極端子30の下面には、例えば、正極リード14が接続されている。正極リード14は、正極端子30と、捲回体40の正極10aと、を電気的に接続している。正極リード14の材質は、例えば、アルミニウム等である。 The positive terminal 30 is attached to an opening provided in the sealing plate 20. The material of the positive electrode terminal 30 is, for example, aluminum. For example, a positive electrode lead 14 is connected to the lower surface of the positive electrode terminal 30. The positive electrode lead 14 electrically connects the positive electrode terminal 30 and the positive electrode 10 a of the wound body 40. The material of the positive electrode lead 14 is, for example, aluminum.
なお、図12に示す例では、負極リード16が外装容器12に電気的に接続されているが、正極リード14が外装容器12に電気的に接続され、負極リード16が正極端子30の位置に存在する端子に電気的に接続されている形態でもよい(図示せず)。 In the example shown in FIG. 12, the negative electrode lead 16 is electrically connected to the outer container 12, but the positive electrode lead 14 is electrically connected to the outer container 12, and the negative electrode lead 16 is at the position of the positive electrode terminal 30. It may be configured to be electrically connected to existing terminals (not shown).
捲回体40は、外装容器12内に収容され、電解液に浸漬されている。捲回体40は、図14に示すように、正極10aと、負極10bと、第1セパレータ50と、第2セパレータ55と、リチウム極60と、を有している。ここで、図14は、捲回体40の展開された状態(捲回される前の状態)を模式的に示す平面図である。図15は、捲回体40を模式的に示す図14のC−C線断面図である。なお、便宜上、図14および図15では、
正極10aおよび負極10bを簡略化して図示している。
The wound body 40 is accommodated in the outer container 12 and immersed in the electrolytic solution. As shown in FIG. 14, the wound body 40 includes a positive electrode 10 a, a negative electrode 10 b, a first separator 50, a second separator 55, and a lithium electrode 60. Here, FIG. 14 is a plan view schematically showing a state in which the wound body 40 is unfolded (a state before being wound). FIG. 15 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 14 schematically showing the wound body 40. For convenience, in FIGS. 14 and 15,
The positive electrode 10a and the negative electrode 10b are illustrated in a simplified manner.
捲回体40は、図14および図15に示すように、例えば、シート状の、第1セパレータ50、正極10a、第2セパレータ55、および負極10bを、この順で重ね、巻き始め側Sから巻き終りEに向けて捲回されてなるものである。図示の例では、リチウム極は、第1セパレータ50に固着され、第1セパレータ50とともに捲回されて、捲回体40をなしている。捲回体40の断面形状は、図13に示すように、渦巻状である。 As shown in FIGS. 14 and 15, the wound body 40 includes, for example, a sheet-like first separator 50, a positive electrode 10 a, a second separator 55, and a negative electrode 10 b, which are stacked in this order from the winding start side S. It is wound around towards the end of winding E. In the illustrated example, the lithium electrode is fixed to the first separator 50 and wound together with the first separator 50 to form a wound body 40. The cross-sectional shape of the wound body 40 is spiral as shown in FIG.
なお、図示はしないが、捲回体40の断面形状は、扁平型の渦巻状であってもよい。また、図示はしないが、正極10a、負極10b、セパレータ50,55、およびリチウム極60は、捲回体を構成していなくてもよく、シート状の、正極、負極、セパレータ、およびリチウム極を積層させた積層型の電極体を構成していてもよい。 Although not shown, the cross-sectional shape of the wound body 40 may be a flat spiral. Although not shown, the positive electrode 10a, the negative electrode 10b, the separators 50 and 55, and the lithium electrode 60 do not have to form a wound body, and the sheet-like positive electrode, negative electrode, separator, and lithium electrode You may comprise the laminated electrode body laminated | stacked.
セパレータ50,55としては、電解液、正極活物質、および負極活物質に対して耐久性がある多孔性材料を用いる。具体的には、セパレータ50,55としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン製の微孔膜または不織布、セルロースおよびレーヨン製の微多厚膜または不織布、一般に電解コンデンサ紙と呼ばれるパルプを主原料とする多孔質膜などを用いる。また、セパレータに代えて固体電解質を用いてもよい。 As the separators 50 and 55, a porous material that is durable against the electrolytic solution, the positive electrode active material, and the negative electrode active material is used. Specifically, as the separators 50 and 55, for example, a microporous membrane or nonwoven fabric made of polyolefin such as polyethylene or polypropylene, a micro-thick membrane or nonwoven fabric made of cellulose and rayon, or pulp generally called electrolytic capacitor paper is used as a main raw material. A porous film is used. Further, a solid electrolyte may be used instead of the separator.
リチウム極60は、例えば、テープ、接着剤等によって、第1セパレータ50に固着されている。図示の例では、リチウム極60は、第1セパレータ50の巻始め側Sと巻終り側Eとに、正極10aを挟んで2つ設けられている。そのため、図13に示す捲回体40において、リチウム極60は、捲回体40の中心部と外周部とに配置される。なお、図示はしないが、リチウム極60の数は、特に限定されず、1つであってもよい。 The lithium electrode 60 is fixed to the first separator 50 with, for example, a tape, an adhesive, or the like. In the illustrated example, two lithium electrodes 60 are provided on the winding start side S and the winding end side E of the first separator 50 with the positive electrode 10a interposed therebetween. Therefore, in the wound body 40 shown in FIG. 13, the lithium electrode 60 is disposed at the center portion and the outer peripheral portion of the wound body 40. Although not shown, the number of lithium electrodes 60 is not particularly limited and may be one.
リチウム極60は、リチウムイオンの供給源として機能する。具体的には、図13に示すような捲回体40において、負極10bとリチウム極60とを電気的に接続させて短絡させた状態で電解液に浸漬させることにより、リチウム極60は、酸化され、電子が負極10bに流れることでイオン化し、リチウムイオンとして電解液中に放出される。そして、リチウムイオンは、電気化学的に電解液を介して負極10bにドープ(「プレドープ」ともいえる)されることができる。その結果、負極10bの電位を下げることができる。リチウムイオンは、多孔性であるセパレータ50,55および集電体2に設けられた貫通孔4を透過して、均一性よく負極10bへのプレドープされることができる。リチウム極60は、例えば、リチウム箔と、金属箔(具体的には銅箔)と、を含む。 The lithium electrode 60 functions as a lithium ion supply source. Specifically, in the wound body 40 as shown in FIG. 13, the lithium electrode 60 is oxidized by being immersed in the electrolytic solution in a state where the negative electrode 10 b and the lithium electrode 60 are electrically connected and short-circuited. Then, the electrons are ionized by flowing to the negative electrode 10b, and are released into the electrolytic solution as lithium ions. The lithium ions can be electrochemically doped into the negative electrode 10b (also referred to as “pre-dope”) via the electrolytic solution. As a result, the potential of the negative electrode 10b can be lowered. Lithium ions can pass through the porous separators 50 and 55 and the through holes 4 provided in the current collector 2 and can be pre-doped into the negative electrode 10b with good uniformity. The lithium electrode 60 includes, for example, a lithium foil and a metal foil (specifically, a copper foil).
電解液としては、例えば、電解質を有機溶媒に溶解した非水電解液を用いる。 As the electrolytic solution, for example, a nonaqueous electrolytic solution in which an electrolyte is dissolved in an organic solvent is used.
電解液に用いられる電解質としては、例えば、(C2H5)4NBF4、(C2H5)3(CH3)NBF4、(C2H5)4NPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiPF6、LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)2等の塩が挙げられる。電解液中の電解質の濃度は、電解液による内部抵抗を小さくするため少なくとも0.1モル/リットル以上とすることが好ましく、0.5モル/リットル以上1.5モル/リットル以下とすることがさらに好ましい。 Examples of the electrolyte used in the electrolytic solution include (C 2 H 5 ) 4 NBF 4 , (C 2 H 5 ) 3 (CH 3 ) NBF 4 , (C 2 H 5 ) 4 NPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 and the like. The concentration of the electrolyte in the electrolytic solution is preferably at least 0.1 mol / liter or more, and preferably 0.5 mol / liter or more and 1.5 mol / liter or less in order to reduce the internal resistance due to the electrolytic solution. Further preferred.
電解液に用いられる溶媒(電解液溶媒)としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートなどのカーボネート類;γ-ブチロラクトンなどのラクトン類;スルホラン類;アセトニトリルなどのニトリル類;が挙げられる。これらは単独または2種以上の混合溶媒として使用することができる。中でも、カーボネート類が好
ましい。
Examples of the solvent (electrolyte solvent) used in the electrolytic solution include carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate; lactones such as γ-butyrolactone; sulfolanes; Nitriles such as acetonitrile; These can be used alone or as a mixed solvent of two or more. Of these, carbonates are preferred.
5. 実験例
以下に実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実験例によって何ら限定されるものではない。
5. Experimental Example An experimental example is shown below to describe the present invention more specifically. The present invention is not limited by the following experimental examples.
5.1. 正極の作製
<実施例1(S1)>
アルミニウム製の板状の両面に、50%体積累積径(D50)の値が3μmのカーボンブラックを含む導電性塗料を、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、アルミニウム製の板状の表裏面に導電層を形成して正極集電体を得た。
5.1. Production of positive electrode <Example 1 (S1)>
A conductive paint containing carbon black having a 50% volume cumulative diameter (D50) value of 3 μm is coated on both sides of an aluminum plate using a vertical die type double-side coating machine, and then dried under reduced pressure. As a result, a conductive layer was formed on the aluminum plate-like front and back surfaces to obtain a positive electrode current collector.
次に、50%体積累積径(D50)の値が3μm活性炭粉末と、フッ素アクリル系バインダと、カルボキシメチルセルロースとを、水に添加して分散することにより、正極活物質用スラリーを調製した。 Next, a positive electrode active material slurry was prepared by adding and dispersing activated carbon powder having a 50% volume cumulative diameter (D50) of 3 μm, a fluoroacrylic binder, and carboxymethylcellulose in water.
次に、板状の正極集電体を、凹凸を有する加工ローラーに搬送して通過させて、板状の正極集電体に正弦波状の凹凸を有する形状(平面視において、凹部および凸部が市松模様状に設けられた形状)を形成した。 Next, the plate-like positive electrode current collector is conveyed to a processing roller having irregularities and passed therethrough, so that the plate-like positive electrode current collector has sinusoidal irregularities (in the plan view, the concave and convex portions are A shape provided in a checkered pattern).
次に、レーザー光を照射して所定の貫通孔径と開口率を有する貫通孔を形成してから、正極活物質用スラリーを、凹凸形状を有する正極集電体の両面に塗布し、塗布した正極活物質用スラリーを乾燥してプレスすることで正極活物質層を形成した。 Next, after irradiating a laser beam to form a through-hole having a predetermined through-hole diameter and opening ratio, a positive electrode active material slurry is applied to both surfaces of a positive and negative electrode current collector having an uneven shape, and the applied positive electrode The positive electrode active material layer was formed by drying and pressing the slurry for active material.
そして、正極集電体をカットすることにより、正極集電体の両面に正極活物質層を有するとともに、正極集電体に正極活物質層が形成されていない正極無地部を有する正極を作製し、リチウムイオンキャパシタ用電極S1とした。 Then, by cutting the positive electrode current collector, a positive electrode having a positive electrode active material layer on both sides of the positive electrode current collector and a positive electrode uncoated portion on which the positive electrode active material layer is not formed is prepared. The electrode S1 for a lithium ion capacitor was obtained.
図16は、リチウムイオンキャパシタ用電極S1、および以下に示すリチウムイオンキャパシタ用電極S2〜S9,C1〜C7の各パラメーターを示す表である。 FIG. 16 is a table showing the parameters of the lithium ion capacitor electrode S1 and the lithium ion capacitor electrodes S2 to S9 and C1 to C7 described below.
<実施例2(S2)>
正極集電体に凹凸を形成する前に、正極集電体に貫通孔を形成したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオンキャパシタ用電極S2を作製した。
<Example 2 (S2)>
A lithium ion capacitor electrode S2 was produced in the same manner as in Example 1 except that through holes were formed in the positive electrode current collector before the irregularities were formed in the positive electrode current collector.
<実施例3(S3)>
正極集電体の片面に正極活物質用スラリーを塗布すると同時に、塗布面の反対面である他面にレーザー光を照射して貫通孔を形成し、次に、他面に正極活物質用スラリーを塗布して、両面に塗布された正極活物質用スラリーを乾燥してプレスしたこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオンキャパシタ用電極S3を作製した。
<Example 3 (S3)>
The positive electrode active material slurry is applied to one surface of the positive electrode current collector, and at the same time, the other surface, which is the opposite surface of the coating surface, is irradiated with laser light to form a through hole. Next, the positive electrode active material slurry is formed on the other surface. A lithium ion capacitor electrode S3 was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode active material slurry applied on both sides was dried and pressed.
<実施例4(S4)〜実施例6(S6)>
実施例4(S4)〜実施例6(S6)は、図16に示す条件に変えたこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオンキャパシタ用電極S4〜S6を作製した。
<Example 4 (S4) to Example 6 (S6)>
In Example 4 (S4) to Example 6 (S6), lithium ion capacitor electrodes S4 to S6 were produced in the same manner as in Example 1 except that the conditions were changed to those shown in FIG.
具体的には、実施例4では、実施例1に比べて、主に、開口率を大きくし、貫通孔の数を多くした。実施例5では、実施例1に比べて、主に、貫通孔径および開口率を大きくし、貫通孔の数を少なくした。実施例6では、実施例1に比べて、主に、貫通孔径を大きくし、貫通孔の数を少なくした。 Specifically, in Example 4, compared with Example 1, the aperture ratio was mainly increased and the number of through holes was increased. In Example 5, compared with Example 1, the through-hole diameter and the aperture ratio were mainly increased, and the number of through-holes was reduced. In Example 6, compared with Example 1, the through-hole diameter was mainly enlarged and the number of through-holes was decreased.
<実施例7(S7)>
所定の開孔径および開口率を有する電解エッチング箔(電解エッチングされた金属箔)を、凹凸を有する加工ローラーに搬送して通過させて、正弦波状の凹凸を有する正極集電体を形成したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオンキャパシタ用電極S7を作製した。すなわち、リチウムイオンキャパシタ用電極S7では、貫通孔をレーザー光ではなく、電解エッチングによって形成した。
<Example 7 (S7)>
Other than forming a positive electrode current collector having sinusoidal irregularities by transporting and passing an electrolytic etching foil (electrolytically etched metal foil) having a predetermined aperture diameter and opening ratio to a processing roller having irregularities Produced a lithium ion capacitor electrode S7 in the same manner as in Example 1. That is, in the lithium ion capacitor electrode S7, the through hole was formed not by laser light but by electrolytic etching.
<実施例8(S8)および実施例9(S9)>
実施例8(S8)および実施例9(S9)は、図16に示す条件に変えたこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオンキャパシタ用電極S8,9を作製した。
<Example 8 (S8) and Example 9 (S9)>
In Example 8 (S8) and Example 9 (S9), lithium ion capacitor electrodes S8, 9 were produced in the same manner as in Example 1 except that the conditions shown in FIG. 16 were changed.
具体的には、実施例8では、実施例1に比べて、主に、凹凸の高さを大きくした。実施例9では、実施例1に比べて、主に、凹凸の高さを小さくた。 Specifically, in Example 8, the height of the unevenness was mainly increased as compared with Example 1. In Example 9, compared with Example 1, the height of the unevenness was mainly reduced.
<比較例1(C1)>
アルミニウム製の板状のエキスパンドメタルの両面に、導電層をダイコーターによって塗工して乾燥し、エキスパンドメタルの両面に導電層を形成して正極集電体を得た。次に、正極集電体の両面に正極活物質用スラリーを塗布して乾燥し、得られた塗膜をプレスすることにより、正極活物質層を形成してリチウムイオンキャパシタ用電極C1を得た。すなわち、リチウムイオンキャパシタ用電極C1では、集電体は凹凸を有しておらず、貫通孔をレーザー光によって形成されていない。
<Comparative Example 1 (C1)>
A conductive layer was applied on both sides of an aluminum plate-like expanded metal by a die coater and dried, and a conductive layer was formed on both sides of the expanded metal to obtain a positive electrode current collector. Next, a positive electrode active material slurry was applied to both sides of the positive electrode current collector and dried, and the resulting coating film was pressed to form a positive electrode active material layer, thereby obtaining a lithium ion capacitor electrode C1. . That is, in the lithium ion capacitor electrode C1, the current collector does not have irregularities, and the through hole is not formed by the laser beam.
<比較例2(C2)〜比較例6(C6)>
比較例2(C2)〜比較例6(C6)は、図16に示す条件に変えたこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオンキャパシタ用電極C2〜C6を作製した。
<Comparative Example 2 (C2) to Comparative Example 6 (C6)>
In Comparative Example 2 (C2) to Comparative Example 6 (C6), lithium ion capacitor electrodes C2 to C6 were produced in the same manner as in Example 1 except that the conditions were changed to those shown in FIG.
具体的には、比較例2では、実施例1に比べて、主に、凹凸の高さを小さくした。比較例3では、実施例1に比べて、主に、凹凸の高さを大きくした。比較例4では、実施例1に比べて、主に、貫通孔径および開口率を大きくし、貫通孔の数を少なくした。比較例5では、実施例1に比べて、主に、開口率を大きくし、貫通孔の数を多くした。比較例6では、実施例1に比べて、主に、開口率を小さくし、貫通孔の数を少なくした。 Specifically, in Comparative Example 2, the height of the unevenness was mainly reduced as compared with Example 1. In Comparative Example 3, compared with Example 1, the height of the unevenness was mainly increased. In Comparative Example 4, compared with Example 1, the through-hole diameter and the aperture ratio were mainly increased, and the number of through-holes was reduced. In Comparative Example 5, compared with Example 1, the aperture ratio was mainly increased and the number of through holes was increased. In Comparative Example 6, compared with Example 1, the aperture ratio was mainly reduced and the number of through holes was reduced.
<比較例7(C7)>
実施例7と同様にしてリチウムイオンキャパシタ用電極を作製しようとしたが、貫通孔の数が多すぎて、加工ローラーによる加工の際にクラックや断裂が生じて電極を作製することができなかった。
<Comparative Example 7 (C7)>
Although an attempt was made to produce an electrode for a lithium ion capacitor in the same manner as in Example 7, the number of through-holes was too large, and cracks and tearing occurred during machining with the machining roller, and the electrode could not be produced. .
<参考例>
正極活物質用スラリーを塗布した正極集電体に、凹凸を有する金型で10μmの貫通孔径を形成し、正極集電体の両面に塗布された正極活物質用スラリーを乾燥してプレスすることで、両面に正極活物質層を形成して、参考例に係るリチウムイオンキャパシタ用電極を作製した。
<Reference example>
Form a through-hole diameter of 10 μm on the positive electrode current collector coated with the positive electrode active material slurry using an uneven mold, and dry and press the positive electrode active material slurry coated on both sides of the positive electrode current collector. Thus, a positive electrode active material layer was formed on both surfaces to produce a lithium ion capacitor electrode according to a reference example.
5.2. 負極の作製
<実施例10(S10)>
50%体積累積径(D50)の値が5μmの黒鉛系複合粉体と、SBRバインダと、を含む負極活物質用スラリーを調製した。
5.2. Production of Negative Electrode <Example 10 (S10)>
A negative electrode active material slurry containing a graphite-based composite powder having a 50% volume cumulative diameter (D50) value of 5 μm and an SBR binder was prepared.
銅製の板状の負極集電体を、凹凸を有する加工ローラーに搬送して通過させて、板状の
負極集電体に正弦波状の凹凸を有する立体形状を形成した。次に、レーザー光を照射して所定の孔径と開口率になるように貫通孔を形成し、負極用スラリーを、凹凸を有する負極集電体の両面に塗布してから、塗布した負極用スラリーを乾燥してプレスすることで負極活物質層を形成した。
The copper plate-like negative electrode current collector was conveyed to a processing roller having irregularities and passed therethrough to form a three-dimensional shape having sinusoidal irregularities on the plate-shaped negative electrode current collector. Next, laser light is irradiated to form through holes so as to have a predetermined hole diameter and aperture ratio, and the negative electrode slurry is applied to both surfaces of the negative electrode current collector having irregularities, and then applied to the negative electrode slurry. Was dried and pressed to form a negative electrode active material layer.
そして、負極集電体をカットすることにより、負極集電体の両面に負極活物質層を有するとともに、負極集電体に負極活物質層が形成されていない負極無地部を有する負極を作製し、リチウムイオンキャパシタ用電極S10を得た。 Then, the negative electrode current collector is cut to prepare a negative electrode having a negative electrode active material layer on both sides of the negative electrode current collector and a negative electrode uncoated portion on which the negative electrode active material layer is not formed. The electrode S10 for lithium ion capacitors was obtained.
図17は、リチウムイオンキャパシタ用電極S10、および以下に示すリチウムイオンキャパシタ用電極S11〜S13,C8〜C14の各パラメーターを示す表である。 FIG. 17 is a table showing parameters of the lithium ion capacitor electrode S10 and the lithium ion capacitor electrodes S11 to S13 and C8 to C14 described below.
<実施例11(S11)>
負極集電体に凹凸を形成する前に、負極集電体に貫通孔を形成したこと以外は、実施例10と同様にしてリチウムイオンキャパシタ用電極S11を作製した。
<Example 11 (S11)>
A lithium ion capacitor electrode S11 was produced in the same manner as in Example 10 except that through holes were formed in the negative electrode current collector before the irregularities were formed in the negative electrode current collector.
<実施例12(S12)>
負極集電体の片面に負極活物質用スラリーを塗布すると同時に、塗布面の反対面である他面にレーザー光を照射して貫通孔を形成し、次に、他面に負極活物質用スラリーを塗布して、両面に塗布された負極活物質用スラリーを乾燥してプレスしたこと以外は、実施例10と同様にしてリチウムイオンキャパシタ用電極S12を作製した。
<Example 12 (S12)>
A negative electrode active material slurry is applied to one surface of the negative electrode current collector, and at the same time, a laser beam is irradiated to the other surface opposite to the coated surface to form a through hole. Next, the negative electrode active material slurry is formed on the other surface. A lithium ion capacitor electrode S12 was produced in the same manner as in Example 10 except that the negative electrode active material slurry applied on both sides was dried and pressed.
<実施例13(S13)>
銅製の板状のエキスパンドメタルを、凹凸を有する加工ローラーに搬送して通過させて、正弦波状の凹凸を有する負極集電体を形成した。次に、負極集電体の両面に負極活物質用スラリーを塗布して、両面に塗布された負極活物質用スラリーを乾燥してプレスすることで、両面に負極活物質層を形成してリチウムイオンキャパシタ用電極S13を作製した。
<Example 13 (S13)>
A copper plate-like expanded metal was conveyed to a processing roller having irregularities and passed therethrough to form a negative electrode current collector having sinusoidal irregularities. Next, the negative electrode active material slurry is applied to both surfaces of the negative electrode current collector, and the negative electrode active material slurry applied to both surfaces is dried and pressed to form a negative electrode active material layer on both surfaces to form lithium. An ion capacitor electrode S13 was produced.
<比較例8(C8)〜比較例12(C12)>
比較例8(C8)〜比較例12(C12)は、図17に示す条件に変えたこと以外は、実施例10と同様にしてリチウムイオンキャパシタ用電極C8〜C12を作製した。
<Comparative Example 8 (C8) to Comparative Example 12 (C12)>
In Comparative Example 8 (C8) to Comparative Example 12 (C12), lithium ion capacitor electrodes C8 to C12 were produced in the same manner as in Example 10 except that the conditions were changed to those shown in FIG.
具体的には、比較例8では、凹凸加工をしなかった。比較例9では、実施例10に比べて、主に、凹凸の高さを大きくした。比較例10では、実施例10に比べて、主に、凹凸の高さを小さくした。比較例11では、実施例10に比べて、主に、開口率を小さくし、貫通孔の数を少なくした。比較例12では、実施例10に比べて、主に、貫通孔径および開口率を大きくし、貫通孔の数を少なくした。 Specifically, in Comparative Example 8, the uneven processing was not performed. In Comparative Example 9, compared with Example 10, the height of the unevenness was mainly increased. In Comparative Example 10, the height of the unevenness was mainly reduced as compared with Example 10. In Comparative Example 11, compared with Example 10, the aperture ratio was mainly reduced and the number of through holes was reduced. In Comparative Example 12, compared with Example 10, the through-hole diameter and the aperture ratio were mainly increased, and the number of through-holes was reduced.
<比較例13(C13)>
銅製の板状のエキスパンドメタルを、凹凸を有する加工ローラーに搬送して通過させて、正弦波状の凹凸を有する負極集電体を形成した。次に、負極集電体の両面に負極活物質用スラリーを塗布して、両面に塗布された負極活物質用スラリーを乾燥してプレスすることで、両面に負極活物質層を形成してリチウムイオンキャパシタ用電極C13を作製した。
<Comparative Example 13 (C13)>
A copper plate-like expanded metal was conveyed to a processing roller having irregularities and passed therethrough to form a negative electrode current collector having sinusoidal irregularities. Next, the negative electrode active material slurry is applied to both surfaces of the negative electrode current collector, and the negative electrode active material slurry applied to both surfaces is dried and pressed to form a negative electrode active material layer on both surfaces to form lithium. An ion capacitor electrode C13 was produced.
<比較例14(C14)>
所定の開孔径および開口率を有する電解エッチング箔を用いて、凹凸を有する加工ローラーに搬送して通過させて、正弦波状の凹凸を有する負極集電体を形成しようとしたが、貫通孔の数が多すぎて、加工ローラーによる加工の際にクラックや断裂が生じて電極を作
製することができなかった
5.3. リチウムイオンキャパシタの作製
セルロースおよびレーヨン混合不織布の第1セパレータおよび第2セパレータを用意した。そして、第1セパレータの表面における2つのリチウム極の間に、正極を配置した。このとき、正極無地部(正極集電体の電極活物質層が設けられていない部分)が第1セパレータの長辺方向の他端縁から突出するよう配置した。
<Comparative Example 14 (C14)>
An electrolytic etching foil having a predetermined hole diameter and an opening ratio was used to form a negative electrode current collector having sinusoidal irregularities by transporting and passing through a processing roller having irregularities. There were too many, and it was not possible to produce an electrode due to cracking or tearing during processing with the processing roller 5.3. Production of Lithium Ion Capacitor First and second separators of cellulose and rayon mixed nonwoven fabric were prepared. And the positive electrode was arrange | positioned between the two lithium electrodes in the surface of a 1st separator. At this time, it arrange | positioned so that a positive electrode plain part (part in which the electrode active material layer of a positive electrode collector is not provided) may protrude from the other end edge of the long side direction of a 1st separator.
次に、正極上に、第2セパレータを、正極無地部が第2セパレータの長辺方向の他端縁から突出するよう積層した。すなわち、第2セパレータは、第1セパレータと略同じ位置に配置した。 Next, the second separator was laminated on the positive electrode so that the positive electrode plain portion protruded from the other end edge in the long side direction of the second separator. That is, the second separator was disposed at substantially the same position as the first separator.
次に、第2セパレータ上に、負極を、負極無地部(負極集電体の電極活物質層が設けられていない部分)が第2セパレータの長辺方向の一側縁から突出するよう積層した。このようにして、電極積層体を構成した。正極活物質層および負極活物質層が第2セパレータを介して互いに対向するように、正極および負極を配置した。この電極積層体を、ステンレス製の芯棒に対し、負極が内側となるよう当該電極積層体の一端から捲回した。 Next, the negative electrode was laminated on the second separator so that the negative electrode uncoated portion (the portion where the electrode active material layer of the negative electrode current collector was not provided) protruded from one side edge of the second separator in the long side direction. . Thus, the electrode laminated body was comprised. The positive electrode and the negative electrode were arranged so that the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other with the second separator interposed therebetween. The electrode laminate was wound from one end of the electrode laminate so that the negative electrode was inside the stainless steel core rod.
次に、正極の巻終わりと間隔を開けた状態で、第1セパレータの表面において、リチウム金属箔上に銅製多孔箔のリチウム極集電体を圧着してリチウム極を構成し、リチウム極集電体を第1セパレータにテープで固定することにより、捲回状の電極体を作製した。 Next, a lithium electrode current collector is formed by crimping a lithium electrode current collector of a copper porous foil on a lithium metal foil on the surface of the first separator with a gap from the end of winding of the positive electrode. A wound electrode body was produced by fixing the body to the first separator with tape.
次に、電極体の捲き終わりを含む外周面をポリプロピレンフィルムで覆い、テープで固定した。ステンレス製の芯棒は電極体を形成した後、抜き取り、電極体をプレスして偏平状の巻回型電極体を形成した。この時、リチウム極が扁平状の巻回型電極体の平坦部分に位置するように調整した。 Next, the outer peripheral surface including the end of the electrode body was covered with a polypropylene film and fixed with tape. A stainless steel core rod was formed after forming an electrode body, and the electrode body was pressed to form a flat wound electrode body. At this time, it adjusted so that a lithium electrode might be located in the flat part of a flat wound-type electrode body.
得られた巻回電極体における負極無地部に、負極リードを重ね合わせ、レーザー溶接によって接合することにより、負極無地部と負極リードとを電気的に接続した。さらに、負極リードを、負極端子板にレーザー溶接によって接合することにより電気的に接続した。 The negative electrode plain part and the negative electrode lead were electrically connected by superimposing a negative electrode lead on the negative electrode plain part of the obtained wound electrode body and joining them by laser welding. Furthermore, the negative electrode lead was electrically connected by joining to the negative electrode terminal plate by laser welding.
次に、電極体における正極無地部に、正極リードを重ね合わせ、レーザー溶接によって接合し、正極無地部と正極リードとを電気的に接続した。さらに、正極リードを、正極端子板にレーザー溶接によって接合することにより電気的に接続した。 Next, the positive electrode lead was superimposed on the positive electrode plain portion of the electrode body and joined by laser welding to electrically connect the positive electrode plain portion and the positive electrode lead. Furthermore, the positive electrode lead was electrically connected to the positive electrode terminal plate by joining by laser welding.
負極端子板および正極端子板は、インサート樹脂成型により、ポリプロピレン製の樹脂ホルダーを介して、アルミニウム製の封口板に一体化された構成とした。封口板の寸法は、15mm(縦)×150mm(横)×1.5mm(厚み)とした。 The negative electrode terminal plate and the positive electrode terminal plate were integrated with an aluminum sealing plate via a polypropylene resin holder by insert resin molding. The dimensions of the sealing plate were 15 mm (length) × 150 mm (width) × 1.5 mm (thickness).
15mm(幅)×150mm(長さ)×100mm(高さ)のアルミニウム製の外装体内に、電極体(捲回体)を配置した。角型外装容器の開口を封口板で封口し、レーザー溶接により固定した。 An electrode body (rolled body) was placed in an aluminum outer package of 15 mm (width) × 150 mm (length) × 100 mm (height). The opening of the rectangular outer container was sealed with a sealing plate and fixed by laser welding.
次に、封口板に形成された孔から、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート混合溶媒に1モル/Lの濃度でLiPF6が溶解された電解液を注入した。その後、封口板に形成された孔に、アルミニウム性の安全弁を溶接した。このようにして、捲回角型のリチウムイオンキャパシタを製造した。 Next, an electrolytic solution in which LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1 mol / L in an ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, and dimethyl carbonate mixed solvent was injected from the hole formed in the sealing plate. Thereafter, an aluminum safety valve was welded to the hole formed in the sealing plate. In this way, a wound-angle type lithium ion capacitor was manufactured.
リチウムイオンキャパシタの正極としては、上記の実施例1(S1)〜実施例9(S9)、比較例1(C1)〜比較例7(C7)を用いた。リチウムイオンキャパシタの負極としては、上記の実施例10(S10)〜実施例12(S12)、比較例8(C8)〜比較
例13(C13)を用いた。図18は、実施例14〜23および比較例15〜20に係るリチウムイオンキャパシタの正極および負極の組み合わせ、および各パラメーターを示す表である。
Examples 1 (S1) to 9 (S9) and 1 (C1) to 7 (C7) were used as the positive electrode of the lithium ion capacitor. As the negative electrode of the lithium ion capacitor, the above Example 10 (S10) to Example 12 (S12) and Comparative Example 8 (C8) to Comparative Example 13 (C13) were used. FIG. 18 is a table showing combinations of positive and negative electrodes and respective parameters of lithium ion capacitors according to Examples 14 to 23 and Comparative Examples 15 to 20.
5.4. 各パラメーターの測定方法
<エネルギー密度の測定>
リチウムイオンキャパシタ(セル)に対し、0.19Aの定電流にてセル電圧が3.8Vになるまで充電した後、3.8Vの定電圧充電を30分間行い、0.19Aの定電流にてセル電圧が1.9Vになるまで放電する充放電操作を5回繰り返し行った。5回目の充放電操作における放電の際の容量をセル容量とした。得られたセル容量と平均セル電圧との積を、セルの体積で除した値をエネルギー密度(Wh/L)とした。エネルギー密度を図18に示す。評価基準として、18.0(Wh/L)以上が良好である。
5.4. Measurement method of each parameter <Measurement of energy density>
The lithium ion capacitor (cell) is charged at a constant current of 0.19 A until the cell voltage reaches 3.8 V, and then charged at a constant voltage of 3.8 V for 30 minutes, at a constant current of 0.19 A. The charge / discharge operation for discharging until the cell voltage reached 1.9 V was repeated 5 times. The capacity at the time of discharge in the fifth charge / discharge operation was defined as the cell capacity. The value obtained by dividing the product of the obtained cell capacity and average cell voltage by the volume of the cell was defined as the energy density (Wh / L). The energy density is shown in FIG. As an evaluation standard, 18.0 (Wh / L) or more is good.
<直流内部抵抗の測定>
セルに対し、1.9A(時間率10C)の定電流でセル電圧が3.8Vになるまで充電し、その後3.8Vの定電圧を印加する定電流−定電圧充電を0.5時間行い、次に19A(時間率100C)の定電流でセル電圧が2.2Vになるまで放電した。その際の1秒後と3秒後との電圧の近似直線を取って0秒まで外挿し、外挿した電圧と3.8Vとの差(ΔV)を電流値19Aで割った際の値を直流内部抵抗(DC−IR)とした。直流内部抵抗を図18に示す。評価基準として、5.5mΩ以下が良好である。
<Measurement of DC internal resistance>
The cell is charged with a constant current of 1.9 A (time rate: 10 C) until the cell voltage reaches 3.8 V, and then a constant current-constant voltage charging is performed for 0.5 hour by applying a constant voltage of 3.8 V. Next, the battery was discharged at a constant current of 19 A (time rate 100 C) until the cell voltage reached 2.2V. At that time, an approximate straight line of the voltage after 1 second and after 3 seconds is taken and extrapolated to 0 seconds, and the difference (ΔV) between the extrapolated voltage and 3.8 V is divided by the current value 19A. DC internal resistance (DC-IR) was used. The DC internal resistance is shown in FIG. As an evaluation standard, 5.5 mΩ or less is good.
<電圧差の測定>
セルに対し、10Cの電流で3.8Vまで充電して初期セル電圧Aを測定した。次に、定電圧充電を1時間実施した後、室温下に24時間放置してからセル電圧Bを測定し、初期セル電圧Aとセル電圧Bとの電圧差を確認した。電圧差を図18に示す。電圧差が大きいことは、短絡していることを意味している。評価基準として、30mV以下が良好である。
<Measurement of voltage difference>
The cell was charged to 3.8 V with a current of 10 C, and the initial cell voltage A was measured. Next, after carrying out constant voltage charge for 1 hour, it was left to stand at room temperature for 24 hours, then the cell voltage B was measured, and the voltage difference between the initial cell voltage A and the cell voltage B was confirmed. The voltage difference is shown in FIG. A large voltage difference means a short circuit. As an evaluation standard, 30 mV or less is favorable.
<電極活物質層の片面厚みの測定>
エネルギー密度、直流内部抵抗、および電圧差を測定したセルから電極を取り出し、脱水ジメチルカーボネート中に25℃で10分間撹拌下に浸漬する操作を3回繰り返し、60℃で1時間予備乾燥処理した。得られた予備乾燥処理した電極を縦2cm×横1cmに切り出してSEMで切断断面を観察した。集電体上に設けられ、電極活物質層と接する凹部のボトムから電極活物質層表面までの距離D1と、電極活物質層と接する凸部のトップから電極活物質層表面までの距離D2、をそれぞれ10点測定し、得られた結果の平均値を片面の電極活物質層の厚さとした。距離D1,D2および片面の電極活物質層の厚さを、図16および図17に示す。
<Measurement of thickness on one side of electrode active material layer>
The electrode was taken out from the cell where the energy density, the direct current internal resistance, and the voltage difference were measured, and the operation of immersing in dehydrated dimethyl carbonate with stirring at 25 ° C. for 10 minutes was repeated three times, and pre-dried at 60 ° C. for 1 hour. The preliminarily dried electrode thus obtained was cut into a length of 2 cm and a width of 1 cm, and the cut cross section was observed with an SEM. A distance D1 from the bottom of the concave portion that is provided on the current collector and is in contact with the electrode active material layer to the surface of the electrode active material layer; and a distance D2 from the top of the convex portion that is in contact with the electrode active material layer to the surface of the electrode active material layer; 10 points were measured, and the average value of the obtained results was taken as the thickness of the electrode active material layer on one side. The distances D1 and D2 and the thickness of the electrode active material layer on one side are shown in FIGS.
<集電体の厚さ、凹凸の高さH1および電極の厚さH2の測定>
上記の方法で得られた電極にSEM観察により、任意の測定箇所で集電体の厚さを10点測定し、得られた結果の平均値を集電体の厚さとした。また、任意の測定箇所で、集電体の立体形状の凹部のボトムから凸部のトップまでの高さを10点測定し、得られた高さの平均値を立体形状の凹凸の高さ(凹凸の高さH1)とした。また、凹凸の高さH1を測定した箇所と同じ個所で、電極活物質層の一方の面と他方の面との間の最大距離を10点測定し、得られた距離の平均値を電極の厚さH2とした。集電体の厚さ、凹凸の高さH1および電極の厚さH2に対する凹凸の高さH1(%)を、図16および図17に示す。
<Measurement of current collector thickness, uneven height H1 and electrode thickness H2>
The thickness of the current collector was measured at an arbitrary measurement location on the electrode obtained by the above method by SEM observation, and the average value of the obtained results was defined as the current collector thickness. In addition, at any measurement location, the height from the bottom of the three-dimensional concave portion of the current collector to the top of the convex portion is measured, and the average value of the obtained height is calculated as the height of the three-dimensional unevenness ( The height of the unevenness was H1). In addition, the maximum distance between one surface of the electrode active material layer and the other surface is measured at 10 points at the same location where the height H1 of the unevenness is measured, and the average value of the obtained distances is measured The thickness was H2. FIGS. 16 and 17 show the thickness of the current collector, the height H1 of the unevenness, and the height H1 (%) of the unevenness with respect to the thickness H2 of the electrode.
なお、図16および図17において、「プレーン集電体の厚さ」とは、凹凸加工をする前の集電体の厚さのことである。 In FIG. 16 and FIG. 17, the “thickness of the plane current collector” is the thickness of the current collector before the uneven processing.
<貫通孔径および貫通孔の数の測定(レーザーで貫通孔を形成した場合)>
上記の方法で得られた電極の集電体について、集電体の貫通孔径と貫通孔の数を測定した。集電体の貫通孔の孔径の測定は、SEM観察によって、開口している貫通孔の直径を測定した。さらに、1mm2当たりの貫通孔の数を測定した。このとき、1mm2の境界線に貫通孔が1/2架かっている状態であれば、0.5と換算し、他の1/2の貫通孔と足して1とする。貫通孔径および貫通孔の数を、図16および図17に示す。
<Measurement of through-hole diameter and number of through-holes (when through-holes are formed by laser)>
About the collector of the electrode obtained by said method, the through-hole diameter of the collector and the number of through-holes were measured. The diameter of the through hole of the current collector was measured by SEM observation to measure the diameter of the open through hole. Further, the number of through holes per 1 mm 2 was measured. At this time, if the through hole is halved on the 1 mm 2 boundary line, it is converted to 0.5 and added to the other ½ through hole to be 1. The through-hole diameter and the number of through-holes are shown in FIGS.
なお、図16および図17において、「レーザー照射量」とは、貫通孔1個を形成するのに使用したエネルギーのことである。 In FIG. 16 and FIG. 17, “laser irradiation amount” is energy used to form one through hole.
<貫通孔径および貫通孔の数の測定(電解エッチングで貫通孔を形成した場合)>
電解エッチングで貫通孔を形成した場合には、乾式粒子画像分析装置MorphologiG2(シスメックス株式会社製)を用いて、片側から光を照射し、反対側の透過光の広がりからデータ処理により円形と仮定した口径を算出し、10μm2の単位面積の試料の口径分布と数を求めた。次に、1mm2の単位面積当たりに換算することで、貫通孔の数を測定した。
<Measurement of through-hole diameter and number of through-holes (when through-holes are formed by electrolytic etching)>
When the through-hole was formed by electrolytic etching, light was irradiated from one side using a dry particle image analyzer Morphologi G2 (manufactured by Sysmex Corporation), and a circular shape was assumed by data processing from the spread of transmitted light on the opposite side. The aperture was calculated, and the aperture distribution and number of samples with a unit area of 10 μm 2 were determined. Next, the number of through holes was measured by converting per unit area of 1 mm 2 .
<開口率の測定>
上記の方法で得られた電極の集電体において、質量を測り、集電体の大きさ(縦×横×高さ)を測定して集電体の見かけ体積を求め、比重を求めた。そして、上述した式(1)により開口率を求めた。開口率を、図16および図17に示す。
<Measurement of aperture ratio>
In the current collector of the electrode obtained by the above method, the mass was measured, the current collector size (length × width × height) was measured to determine the apparent volume of the current collector, and the specific gravity was determined. And the aperture ratio was calculated | required by Formula (1) mentioned above. The aperture ratio is shown in FIGS. 16 and 17.
5.5. 測定結果
実施例14〜実施例23は、エネルギー密度、直流内部抵抗、および電圧差において、良好な結果が得られた。図16〜図18により、凹凸の高さを40μm以上450μm以下とし、貫通孔の数を1mm2当たりに30個以上10000個以下とし、貫通孔の開口率を0.1%以上70%以下とすることにより、内部抵抗を低減し、短絡を抑制できることがわかった。
5.5. Measurement Results In Examples 14 to 23, good results were obtained in energy density, DC internal resistance, and voltage difference. 16 to 18, the height of the unevenness is set to 40 μm to 450 μm, the number of through holes is set to 30 to 10,000 per 1 mm 2 , and the opening ratio of the through holes is set to 0.1% to 70%. It was found that the internal resistance can be reduced and the short circuit can be suppressed.
比較例15は、正極(比較例1)および負極(比較例8)ともに凹凸を有していないため、電極集電体と電極活物質層との密着性が低下し、高抵抗となった。さらに、正極および負極は、凹凸を有していないため、電極活物質層の厚さを大きくすることができず、セルのエネルギー密度が小さかった。 In Comparative Example 15, since both the positive electrode (Comparative Example 1) and the negative electrode (Comparative Example 8) did not have irregularities, the adhesion between the electrode current collector and the electrode active material layer was lowered and the resistance became high. Furthermore, since the positive electrode and the negative electrode do not have irregularities, the thickness of the electrode active material layer cannot be increased, and the energy density of the cell is small.
比較例16は、負極(比較例9)の凹凸の高さが大きく、集電体と電極活物質層の表層との距離が大きいため、電解液との電子伝導性が低くなり、高抵抗となった。さらに、リチウムデンドライドが析出した。また、正極(比較例2)の凹凸の高さが小さく、正極活物質層の厚さを大きくできず、エネルギー密度が小さかった。さらに、比較例16では、正極の凹凸の高さが大きいため、電圧差が高くなったと考えられる。 In Comparative Example 16, since the height of the unevenness of the negative electrode (Comparative Example 9) is large and the distance between the current collector and the surface layer of the electrode active material layer is large, the electron conductivity with the electrolytic solution is low, and the high resistance became. Furthermore, lithium dendride precipitated. Further, the height of the unevenness of the positive electrode (Comparative Example 2) was small, the thickness of the positive electrode active material layer could not be increased, and the energy density was small. Further, in Comparative Example 16, it is considered that the voltage difference is increased because the height of the unevenness of the positive electrode is large.
比較例17は、正極(比較例3)の凹凸の高さが大きく、集電体と電極活物質層の表層までの距離が大きいため、電解液との電子伝導性が低くなり、高抵抗となった。さらに、比較例17では、負極の凹凸の高さが大きいため、電圧差が高くなったと考えられる。 In Comparative Example 17, since the height of the unevenness of the positive electrode (Comparative Example 3) is large and the distance between the current collector and the surface layer of the electrode active material layer is large, the electron conductivity with the electrolytic solution becomes low, and the high resistance became. Furthermore, in Comparative Example 17, the height of the unevenness of the negative electrode is large, so it is considered that the voltage difference has increased.
比較例18は、正極(比較例4)の貫通孔径が大きいため、貫通孔の数が少なくなり、リチウムイオンの移動が抑止され、リチウムイオンの吸蔵が良好に進まず高抵抗となった。また、負極(比較例11)集電体においても、貫通孔の数が少なくなり、リチウムイオンの移動が抑止され、リチウムイオンの吸蔵が良好に進まず高抵抗となった。その結果、セルとしてのエネルギー密度も低下した。 In Comparative Example 18, since the through-hole diameter of the positive electrode (Comparative Example 4) was large, the number of through-holes was reduced, the migration of lithium ions was suppressed, and the lithium ion occlusion did not proceed well and the resistance became high. Also, in the negative electrode (Comparative Example 11) current collector, the number of through-holes was reduced, lithium ion migration was suppressed, and lithium ion occlusion did not proceed well, resulting in high resistance. As a result, the energy density as a cell also decreased.
比較例19は、正極(比較例5)の開口率が大きいため、金属集電体の導通部分が減り高抵抗となった。また、負極(比較例12)の貫通孔径が大きいため、貫通孔の数が少なくなり、リチウムイオンの移動が抑制され、リチウムイオンの吸蔵が良好に進まず高抵抗となった。その結果、セルとしてのエネルギー密度も低下した。 In Comparative Example 19, since the aperture ratio of the positive electrode (Comparative Example 5) was large, the conductive portion of the metal current collector was reduced and the resistance was high. Moreover, since the through-hole diameter of the negative electrode (Comparative Example 12) was large, the number of through-holes was reduced, the migration of lithium ions was suppressed, and the lithium ion occlusion did not proceed well, resulting in high resistance. As a result, the energy density as a cell also decreased.
比較例20は、負極(比較例13)において、貫通孔の数が少なくなり、リチウムイオンの移動が抑止され、リチウムイオンの吸蔵が良好に進まず高抵抗となった。その結果、セルとしてのエネルギー密度も低下した。 In Comparative Example 20, in the negative electrode (Comparative Example 13), the number of through holes was reduced, the migration of lithium ions was suppressed, and the lithium ion occlusion did not proceed well and the resistance became high. As a result, the energy density as a cell also decreased.
本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を包含する。また本発明は、上記の実施形態で説明した構成の本質的でない部分を他の構成に置き換えた構成を包含する。さらに本発明は、上記の実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成をも包含する。さらに本発明は、上記の実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成をも包含する。 The present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). The present invention also includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the above embodiment is replaced with another configuration. Furthermore, the present invention includes a configuration that achieves the same effects as the configuration described in the above embodiment or a configuration that can achieve the same object. Furthermore, the present invention includes a configuration obtained by adding a known technique to the configuration described in the above embodiment.
2…蓄電デバイス用集電体、2a,2b…面、3a…凹部、3b…凸部、4…貫通孔、4a…隆起部、5…電極活物質用スラリー、6…電極活物質層、6a,6b…面、7…加工ローラー、8…レーザー、9…スラリー塗布部、10…蓄電デバイス用電極、10a…正極、10b…負極、12…外装容器、14…正極リード、16…負極リード、20…封口板、30…正極端子、40…捲回体、50…第1セパレータ、55…第2セパレータ、60…リチウム極、100…リチウムイオンキャパシタ 2 ... Current collector for electricity storage device, 2a, 2b ... surface, 3a ... concave portion, 3b ... convex portion, 4 ... through hole, 4a ... raised portion, 5 ... slurry for electrode active material, 6 ... electrode active material layer, 6a , 6b ... surface, 7 ... processing roller, 8 ... laser, 9 ... slurry application part, 10 ... electrode for power storage device, 10a ... positive electrode, 10b ... negative electrode, 12 ... outer container, 14 ... positive electrode lead, 16 ... negative electrode lead, DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Sealing plate, 30 ... Positive electrode terminal, 40 ... Winding body, 50 ... 1st separator, 55 ... 2nd separator, 60 ... Lithium electrode, 100 ... Lithium ion capacitor
Claims (11)
前記凹凸の高さは、40μm以上450μm以下であり、
1mm2当たりに30個以上10000個以下の貫通孔が設けられ、
前記貫通孔の開口率は、0.1%以上70%以下である、蓄電デバイス用集電体。 A current collector for an electricity storage device having irregularities,
The height of the unevenness is 40 μm or more and 450 μm or less,
30 to 10,000 through-holes are provided per 1 mm 2 ,
The current collector for an electricity storage device, wherein an opening ratio of the through hole is 0.1% or more and 70% or less.
正極を構成する、蓄電デバイス用集電体。 In claim 1,
A current collector for an electricity storage device constituting the positive electrode.
前記貫通孔の開口幅は、1μm以上170μm以下である、蓄電デバイス用集電体。 In claim 1 or 2,
The current collector for an electricity storage device, wherein the opening width of the through hole is 1 μm or more and 170 μm or less.
前記集電体の表面に設けられた電極活物質層と、
を含み、
前記凹凸の高さは、40μm以上450μm以下であり、
前記集電体には、1mm2当たりに30個以上10000個以下の貫通孔が設けられ、
前記貫通孔の開口率は、0.1%以上70%以下である、蓄電デバイス用電極。 A current collector having irregularities;
An electrode active material layer provided on the surface of the current collector;
Including
The height of the unevenness is 40 μm or more and 450 μm or less,
The current collector is provided with 30 to 10,000 through-holes per 1 mm 2 ,
The electrode for an electricity storage device, wherein an opening ratio of the through hole is 0.1% or more and 70% or less.
正極である、蓄電デバイス用電極。 In claim 4,
An electrode for an electricity storage device, which is a positive electrode.
前記凹凸の高さは、前記蓄電デバイス用電極の厚さに対して、10%以上95%以下である、蓄電デバイス用電極。 In claim 4 or 5,
The height of the unevenness is 10% or more and 95% or less of the electrode for an electricity storage device with respect to the thickness of the electrode for the electricity storage device.
前記貫通孔の開口幅は、1μm以上170μm以下である、蓄電デバイス用電極。 In any one of Claims 4 thru | or 6,
The opening width of the said through-hole is an electrode for electrical storage devices which is 1 micrometer or more and 170 micrometers or less.
前記集電体に、1mm2当たりに30個以上10000個以下の貫通孔を形成する工程と、
前記集電体の表面に、電極活物質用スラリーを塗布する工程と、
を含み、
前記凹凸を形成する工程では、
前記凹凸の高さを40μm以上450μm以下とし、
前記貫通孔を形成する工程では、
前記貫通孔の開口率を、0.1%以上70%以下とする、蓄電デバイス用電極の製造方法。 Forming irregularities on the current collector using a roller;
Forming 30 or more and 10,000 or less through holes per 1 mm 2 in the current collector;
Applying a slurry for electrode active material to the surface of the current collector;
Including
In the step of forming the irregularities,
The height of the unevenness is 40 μm or more and 450 μm or less,
In the step of forming the through hole,
The manufacturing method of the electrode for electrical storage devices which sets the aperture ratio of the said through-hole to 0.1% or more and 70% or less.
前記貫通孔を形成する工程では、
レーザー光を前記集電体に照射して、前記貫通孔を形成する、蓄電デバイス用電極の製造方法。 In claim 9,
In the step of forming the through hole,
The manufacturing method of the electrode for electrical storage devices which irradiates the said collector with a laser beam and forms the said through-hole.
前記レーザー光のエネルギーは、前記貫通孔1個当たり、0.1μJ以上20μJ以下である、蓄電デバイス用電極の製造方法。 In claim 10,
The energy of the said laser beam is a manufacturing method of the electrode for electrical storage devices which is 0.1 microJ or more and 20 microJ or less per said through-hole.
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