JP2019029406A - Method for manufacturing sealed type power storage element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、密封型蓄電素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a sealed power storage element.
近年、地球環境の保全及び省資源を目指したエネルギーの有効利用の観点から、深夜電力貯蔵システム、太陽光発電技術に基づく家庭用分散型蓄電システム、電気自動車用の蓄電システム等が注目を集めている。これらの蓄電システムには高エネルギー密度及び高出力特性を持つ蓄電素子が求められている。 In recent years, midnight power storage systems, home-use distributed power storage systems based on solar power generation technology, power storage systems for electric vehicles, etc. have attracted attention from the viewpoint of global environment conservation and effective use of energy for resource saving. Yes. These power storage systems are required to have power storage elements having high energy density and high output characteristics.
高エネルギー密度及び高出力特性の性能を満たす蓄電素子の有力候補として、アルカリ金属イオン蓄電素子の開発が精力的に進められている。アルカリ金属イオン蓄電素子は、複数の電極間でアルカリ金属イオンが作用することでエネルギーの貯蔵又は使用が可能となる。アルカリ金属イオン蓄電素子の代表例として、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタなどが挙げられる。 Development of alkali metal ion storage elements has been energetically promoted as a potential candidate for storage elements that satisfy the performance of high energy density and high output characteristics. The alkali metal ion storage element can store or use energy by the alkali metal ion acting between a plurality of electrodes. Typical examples of the alkali metal ion storage element include a lithium ion secondary battery and a lithium ion capacitor.
一般に、リチウムイオン二次電池には、電解質を含む非水系電解液が収容されているため、リチウムイオン二次電池の充放電時又は過充電時には、電解液の分解によりガスが発生し、電池の外装体が膨らむことがある。 In general, since a lithium ion secondary battery contains a non-aqueous electrolyte containing an electrolyte, gas is generated by decomposition of the electrolyte during charge / discharge or overcharge of the lithium ion secondary battery. The exterior body may swell.
リチウムイオン二次電池の外装体がラミネートフィルムである場合には、内部のガス発生により電池に膨れが生じた時にラミネートフィルムを破って内圧を開放するための突起をラミネートフィルム側面近傍に設けることが提案されている(特許文献1)。 When the outer package of the lithium ion secondary battery is a laminate film, a protrusion for breaking the laminate film and releasing the internal pressure when the battery bulges due to internal gas generation may be provided near the side of the laminate film. It has been proposed (Patent Document 1).
リチウムイオン二次電池の外装体が金属製の角型又は円筒型缶である場合には、缶の一部に水素ガスのみを選択的に放出する膜を設けることが提案されている(特許文献2)。 When the exterior body of a lithium ion secondary battery is a metal square or cylindrical can, it has been proposed to provide a film that selectively releases only hydrogen gas in a part of the can (Patent Literature). 2).
特許文献1又は2に記載の外装体は、リチウムイオン二次電池に使用されるものであるが、リチウムイオンキャパシタのように、製造プロセスにおいてアルカリ金属イオンのドープ処理を伴うレドックスドープ型アルカリ金属イオン蓄電素子への適用については検討されていない。
The exterior body described in
アルカリ金属イオンのドープ処理は、外装体内に存在するアルカリ金属イオンドーパント源から負極へアルカリ金属イオンを送達し、負極でアルカリ金属イオンを還元することにより負極活物質層にアルカリ金属イオンをドープする工程を含むので、リチウムイオン二次電池の充放電又は過充電とはガス発生の態様が異なる。 Doping treatment of alkali metal ions is a step of delivering alkali metal ions from an alkali metal ion dopant source present in the outer package to the negative electrode and reducing the alkali metal ions at the negative electrode to dope the negative electrode active material layer with alkali metal ions Therefore, the mode of gas generation is different from the charge / discharge or overcharge of the lithium ion secondary battery.
したがって、本発明が解決しようとする課題は、アルカリ金属イオンのドープ処理及びその後のエージング処理で発生するガスを排出することができる密封型アルカリ金属イオン蓄電素子の製造方法を提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing a sealed alkali metal ion storage element capable of discharging a gas generated by alkali metal ion doping and subsequent aging.
本発明者らは、鋭意検討した結果、レドックスドープ型アルカリ金属イオン蓄電素子の外装体として金属製角型缶を用い、かつ金属製角型缶に特定の逆止弁を取り付けることにより上記課題を解決することができることを見出し、本発明を完成させた。即ち、本発明は以下のとおりである。
[1]
以下の工程:
(1)開口部を有する角型外装体に、正極集電体、正極活物質、及びアルカリ金属化合物を含む正極前駆体と、負極集電体、及びアルカリ金属イオンを可逆的に吸蔵及び放出可能な負極活物質を含む負極とを収納する工程;
(2)前記アルカリ金属化合物以外のアルカリ金属塩を含む非水系電解液を前記開口部から注液し、前記開口部を封止し、着脱可能な逆止弁を前記角型外装体に取り付けて、アルカリ金属イオン蓄電素子を形成する工程;
(3)前記正極前駆体と前記負極の間に電圧を印加して、前記負極に対する前記アルカリ金属イオンのドープを行い、かつ前記角型外装体内で発生するガスを前記着脱可能な逆止弁から排気する工程;並びに
(4)前記アルカリ金属イオン蓄電素子のエージングを行い、かつ前記角型外装体内で発生するガスを前記着脱可能な逆止弁から排気する工程;
を含む密封型アルカリ金属イオン蓄電素子の製造方法。
[2]
さらに、以下の工程:
(5)前記角型外装体から前記着脱可能な逆止弁を取り外してから、前記アルカリ金属イオン蓄電素子を封止する工程;
を含む、[1]に記載の方法。
[3]
さらに、以下の工程:
(6)取り外された着脱可能な逆止弁を廃棄又は回収する工程;
を含む、[2]に記載の方法。
[4]
前記工程(2)及び/又は前記工程(3)が、減圧下で行なわれる、[1]〜[3]のいずれか1項に記載の方法。
[5]
前記工程(2)では、前記開口部の封止が、前記開口部に前記着脱可能な逆止弁を取り付けることにより行なわれる、[1]〜[4]のいずれか1項に記載の方法。
[6]
前記着脱可能な逆止弁が、ステッカー型又はスクリュー型である、[1]〜[5]のいずれか1項に記載の方法。
[7]
前記着脱可能な逆止弁が、ステッカー型であり、かつフィルム、排出口及びステッカー部を含む、[6]に記載の方法。
[8]
前記工程(2)では、前記着脱可能な逆止弁が、前記ステッカー部を介して前記角型外装体に取り付けられる、[7]に記載の方法。
[9]
前記着脱可能な逆止弁が、スクリュー型であり、かつシャフト、おもり、バネ、排出口及びスクリュー部を含む、[6]に記載の方法。
[10]
前記角型外装体が、金属製である、[1]〜[9]のいずれか1項に記載の方法。
[11]
前記角型外装体が、略六面形状である、[1]〜[10]のいずれか1項に記載の方法。
[12]
前記工程(2)では、前記着脱可能な逆止弁は、前記着脱可能な逆止弁を前記角型外装体から外したとしても前記非水系電解液が前記角型外装体から漏れない面に取り付けられる、[11]に記載の方法。
[13]
前記着脱可能な逆止弁が、前記角型外装体の上面に取り付けられる、[12]に記載の方法。
As a result of intensive studies, the present inventors have used the metal square can as the exterior body of the redox-doped alkali metal ion storage element, and attached the specific check valve to the metal square can. The inventors have found that the problem can be solved and completed the present invention. That is, the present invention is as follows.
[1]
The following steps:
(1) Reversibly occlude and release a positive electrode current collector, a positive electrode active material, a positive electrode precursor containing an alkali metal compound, a negative electrode current collector, and an alkali metal ion in a rectangular exterior body having an opening. Storing a negative electrode containing a negative active material;
(2) A nonaqueous electrolytic solution containing an alkali metal salt other than the alkali metal compound is injected from the opening, the opening is sealed, and a removable check valve is attached to the square exterior body. A step of forming an alkali metal ion storage element;
(3) A voltage is applied between the positive electrode precursor and the negative electrode to dope the alkali metal ions with respect to the negative electrode, and gas generated in the rectangular outer package is removed from the removable check valve. And (4) aging the alkali metal ion storage element and exhausting the gas generated in the rectangular outer package from the detachable check valve;
A method for producing a sealed alkali metal ion storage element including:
[2]
In addition, the following steps:
(5) The step of sealing the alkali metal ion storage element after removing the removable check valve from the rectangular outer package;
The method according to [1], comprising:
[3]
In addition, the following steps:
(6) discarding or recovering the removed removable check valve;
The method according to [2], comprising:
[4]
The method according to any one of [1] to [3], wherein the step (2) and / or the step (3) are performed under reduced pressure.
[5]
The method according to any one of [1] to [4], wherein in the step (2), the opening is sealed by attaching the removable check valve to the opening.
[6]
The method according to any one of [1] to [5], wherein the removable check valve is a sticker type or a screw type.
[7]
The method according to [6], wherein the removable check valve is a sticker type and includes a film, a discharge port, and a sticker part.
[8]
The method according to [7], wherein in the step (2), the detachable check valve is attached to the square exterior body via the sticker portion.
[9]
The method according to [6], wherein the detachable check valve is a screw type and includes a shaft, a weight, a spring, a discharge port, and a screw part.
[10]
The method according to any one of [1] to [9], wherein the rectangular outer package is made of metal.
[11]
The method according to any one of [1] to [10], wherein the rectangular outer package has a substantially hexahedral shape.
[12]
In the step (2), the detachable check valve has a surface on which the non-aqueous electrolyte does not leak from the prismatic exterior body even if the detachable check valve is removed from the prismatic exterior body. The method according to [11], wherein the method is attached.
[13]
The method according to [12], wherein the detachable check valve is attached to an upper surface of the rectangular outer casing.
本発明によれば、レドックスドープ型アルカリ金属イオン蓄電素子において、アルカリ金属イオンのドープ処理及びその後のエージング処理で発生するガスを排出することができ、ひいては安全性に優れたドープ及びエージング方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the redox dope type | mold alkali metal ion electrical storage element, the gas generated by the dope process of alkali metal ion and subsequent aging process can be discharged | emitted, and also the dope and aging method excellent in safety | security are provided. can do.
以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」ともいう。)について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter also referred to as “the present embodiment”) will be described in detail. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, It can implement by changing variously within the range of the summary.
本実施形態に係る密封型アルカリ金属イオン蓄電素子の製造方法は、以下の工程:
セル組立工程(1):開口部を有する角型外装体に、正極集電体、正極活物質、及びアルカリ金属化合物を含む正極前駆体と、負極集電体、及びアルカリ金属イオンを可逆的に吸蔵及び放出可能な負極活物質を含む負極とを収納する工程;
注液・含浸・仮封止工程(2):アルカリ金属化合物以外のアルカリ金属塩を含む非水系電解液を角型外装体の開口部から注液し、開口部を封止し、着脱可能な逆止弁を角型外装体に取り付けて、アルカリ金属イオン蓄電素子を形成する工程;
ドープ工程(3):正極前駆体と負極の間に電圧を印加して、負極に対するアルカリ金属イオンのドープを行い、かつ角型外装体内で発生するガスを着脱可能な逆止弁から排気する工程;
エージング工程(4):アルカリ金属イオン蓄電素子のエージングを行い、かつ角型外装体内で発生するガスを着脱可能な逆止弁から排気する工程;
所望により、エア抜き・本封止工程(5):着脱可能な逆止弁を角型外装体から取り外してから、アルカリ金属イオン蓄電素子を封止する工程;並びに
所望により、逆止弁廃棄/回収工程(6):取り外された着脱可能な逆止弁を廃棄又は回収する工程;
を含む。
The manufacturing method of the sealed alkali metal ion storage element according to this embodiment includes the following steps:
Cell assembly process (1): A positive electrode current collector, a positive electrode active material, a positive electrode precursor containing an alkali metal compound, a negative electrode current collector, and alkali metal ions are reversibly applied to a rectangular outer package having an opening. Storing a negative electrode containing a negative electrode active material capable of occlusion and release;
Injection / impregnation / temporary sealing step (2): A non-aqueous electrolyte containing an alkali metal salt other than an alkali metal compound is injected from the opening of the rectangular outer casing, and the opening is sealed and removable. Attaching the check valve to the square exterior body to form an alkali metal ion storage element;
Doping step (3): a step of applying a voltage between the positive electrode precursor and the negative electrode to dope alkali metal ions to the negative electrode, and exhausting gas generated in the rectangular outer package from the removable check valve ;
Aging step (4): a step of aging the alkali metal ion storage element and exhausting gas generated in the rectangular outer package from a removable check valve;
Air bleed and main sealing step (5) if desired: Step of sealing the alkali metal ion storage element after removing the detachable check valve from the rectangular outer casing; and discarding the check valve / Recovery step (6): discarding or recovering the removed removable check valve;
including.
本明細書では、後述するドープ工程(3)前における正極状態のことを正極前駆体、ドープ工程(3)後における正極状態のことを正極と定義する。また、本実施形態に係る正極前駆体は、密封型アルカリ金属イオン蓄電素子の所望の構成に応じて、単に、ドープ前の電極、ドープ前の片側電極、ハーフセル、塗工電極、乾燥電極等と呼ばれることがある。 In this specification, the positive electrode state before the doping step (3) described later is defined as the positive electrode precursor, and the positive electrode state after the doping step (3) is defined as the positive electrode. Further, the positive electrode precursor according to the present embodiment is simply an electrode before doping, a one-sided electrode before doping, a half cell, a coating electrode, a dry electrode, etc., depending on the desired configuration of the sealed alkali metal ion storage element. Sometimes called.
<密封型アルカリ金属イオン蓄電素子の代表例>
密封型アルカリ金属イオン蓄電素子の代表例として、本実施形態ではリチウムイオンキャパシタである場合を説明するが、本実施形態に係る密封型蓄電素子は、リチウムイオンに限定されず、類似の挙動を示すアルカリ金属イオン、例えばNaイオン、Kイオン、Rbイオン、Csイオン等についても適用可能である。
リチウムイオンキャパシタは一般に、正極と、負極と、セパレータと、電解液とを主な構成要素とする。電解液としては、リチウムイオンを含む有機溶媒(以下、「非水系電解液」ともいう。)を用いる。また、本実施形態に係るリチウムイオンキャパシタの製造プロセスは、セル組立工程(1)、注液・含浸・仮封止工程(2)、ドープ工程(3)、エージング工程(4)、エア抜き・本封止工程(5)、逆止弁排気/回収工程(6)の順で行われることが好ましい。密封型アルカリ金属イオン蓄電素子の構成部材及び製造プロセスを以下に説明する。
<Representative examples of sealed alkali metal ion storage elements>
As a typical example of a sealed alkali metal ion storage element, a case of a lithium ion capacitor will be described in the present embodiment, but the sealed storage element according to the present embodiment is not limited to lithium ions and exhibits a similar behavior. The present invention can also be applied to alkali metal ions such as Na ions, K ions, Rb ions, and Cs ions.
In general, a lithium ion capacitor mainly includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolytic solution. As the electrolytic solution, an organic solvent containing lithium ions (hereinafter also referred to as “non-aqueous electrolytic solution”) is used. In addition, the manufacturing process of the lithium ion capacitor according to this embodiment includes the cell assembly process (1), the liquid injection / impregnation / temporary sealing process (2), the doping process (3), the aging process (4), The sealing step (5) and the check valve exhaust / recovery step (6) are preferably performed in this order. The components and manufacturing process of the sealed alkali metal ion storage element will be described below.
[正極]
正極は、正極集電体と、その片面又は両面に存在する正極活物質層とを有する。また、正極は、蓄電素子組み立て前の正極前駆体として、アルカリ金属化合物を含むことを特徴とする。後述のように、本実施形態ではドープ工程(3)で、負極にアルカリ金属イオンをドープするので、アルカリ金属化合物は正極前駆体の正極集電体上に形成された正極活物質層に含有されることが好ましい。
[Positive electrode]
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer present on one side or both sides thereof. In addition, the positive electrode includes an alkali metal compound as a positive electrode precursor before assembly of the power storage element. As will be described later, in this embodiment, since the negative electrode is doped with alkali metal ions in the doping step (3), the alkali metal compound is contained in the positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector of the positive electrode precursor. It is preferable.
[正極活物質層]
正極活物質層は、炭素材料を含む正極活物質を含有することが好ましく、これ以外に、必要に応じて、導電性フィラー、結着剤、分散安定剤等の任意成分を含んでいてもよい。
また、正極前駆体の正極活物質層中または正極活物質層表面に、アルカリ金属化合物が含有されることが好ましい。
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer preferably contains a positive electrode active material containing a carbon material, and may contain other optional components such as a conductive filler, a binder, and a dispersion stabilizer in addition to this. .
Moreover, it is preferable that an alkali metal compound is contained in the positive electrode active material layer of the positive electrode precursor or on the surface of the positive electrode active material layer.
[正極活物質]
正極活物質としては、炭素材料が好ましい。この炭素材料としては、カーボンナノチューブ、導電性高分子、又は多孔性の炭素材料を使用することが好ましく、より好ましくは活性炭である。正極活物質には1種類以上の材料を混合して使用してもよく、炭素材料以外の材料(例えばリチウムと遷移金属との複合酸化物等)を含んでもよい。
[Positive electrode active material]
As the positive electrode active material, a carbon material is preferable. As this carbon material, it is preferable to use a carbon nanotube, a conductive polymer, or a porous carbon material, more preferably activated carbon. One or more kinds of materials may be mixed and used for the positive electrode active material, and a material other than a carbon material (for example, a composite oxide of lithium and a transition metal) may be included.
[アルカリ金属化合物]
本実施形態に係るアルカリ金属化合物としては、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、炭酸セシウム、酸化リチウム及び水酸化リチウムが挙げられ、正極前駆体中で分解して陽イオンを放出し、負極で還元することでプレドープすることが可能である、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、炭酸セシウムから選択されるアルカリ金属炭酸塩の1種以上が好適に用いられる。中でも、単位重量当たりの容量が高いという観点から炭酸リチウムが好適に用いられる。正極前駆体中に含まれるアルカリ金属化合物は1種でもよく、2種以上のアルカリ金属化合物を含んでいてもよい。また、正極前駆体としては少なくとも1種のアルカリ金属化合物を含んでいればよく、MをLi、Na、K、Rb、Csから選ばれる1種以上として、M2O等の酸化物、MOH等の水酸化物、MFやMCl等のハロゲン化物、RCOOM(式中、RはH、アルキル基、又はアリール基である)等のカルボン酸塩を1種以上含んでいてもよい。また、BeCO3、MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3から選ばれるアルカリ土類金属炭酸塩や、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属カルボン酸塩を1種以上含んでいてもよい。
アルカリ金属化合物の他に2種以上のアルカリ金属化合物、又はアルカリ土類金属化合物を含む場合は、アルカリ金属化合物、及びアルカリ土類金属化合物の総量が、正極前駆体の片面当たり正極活物質層中に5g/m2以上35g/m2含まれるように正極前駆体を作製することが好ましい。
[Alkali metal compounds]
Examples of the alkali metal compound according to this embodiment include lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, rubidium carbonate, cesium carbonate, lithium oxide, and lithium hydroxide, and decomposes in the positive electrode precursor to release a cation, One or more alkali metal carbonates selected from lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, rubidium carbonate, and cesium carbonate, which can be pre-doped by reduction at the negative electrode, are preferably used. Among these, lithium carbonate is preferably used from the viewpoint of high capacity per unit weight. The alkali metal compound contained in the positive electrode precursor may be one kind or may contain two or more kinds of alkali metal compounds. The positive electrode precursor only needs to contain at least one alkali metal compound, and M is one or more selected from Li, Na, K, Rb, and Cs, an oxide such as M 2 O, MOH, and the like. Or a carboxylate such as RCOOM (wherein R is H, an alkyl group, or an aryl group). Further, BeCO 3, MgCO 3, CaCO 3, SrCO 3, alkaline earth metal carbonate or selected from BaCO 3, alkaline earth metal oxides, alkaline earth metal hydroxides, alkaline earth metal halides, alkali One or more earth metal carboxylates may be included.
When two or more kinds of alkali metal compounds or alkaline earth metal compounds are included in addition to the alkali metal compound, the total amount of the alkali metal compound and the alkaline earth metal compound is in the positive electrode active material layer per one side of the positive electrode precursor. It is preferable that the positive electrode precursor is prepared so that the amount of 5 g / m 2 or more and 35 g / m 2 is included.
正極前駆体に含まれるアルカリ金属化合物は、非水系ハイブリッドキャパシタを形成したときに高電圧を印加することで酸化分解してアルカリ金属イオンを放出し、負極で還元することで負極へのドープが進行する。そのため、前記酸化反応を促進させることでドープ工程(3)を短時間で行うことができる。酸化反応を促進させるためには、絶縁物であるアルカリ金属化合物を正極活物質と接触させて電子伝導を確保することと、反応して放出される陽イオンを電解液中に拡散させることが重要である。そのため、正極活物質表面を適度にアルカリ金属化合物が覆うことが好ましい。 The alkali metal compound contained in the positive electrode precursor is oxidatively decomposed by applying a high voltage when a non-aqueous hybrid capacitor is formed to release alkali metal ions, and the negative electrode is reduced to proceed to dope into the negative electrode. To do. Therefore, the doping step (3) can be performed in a short time by promoting the oxidation reaction. In order to promote the oxidation reaction, it is important to contact the alkali metal compound, which is an insulator, with the positive electrode active material to ensure electronic conduction and to diffuse the cations released by the reaction into the electrolyte. It is. Therefore, it is preferable that the surface of the positive electrode active material is appropriately covered with an alkali metal compound.
[正極集電体]
本発明における正極集電体を構成する材料としては、電子伝導性が高く、電解液への溶出及び電解質又はイオンとの反応等による劣化が起こらない材料であれば特に制限はないが、金属箔が好ましい。本実施の形態の非水系ハイブリッドキャパシタにおける正極集電体としては、アルミニウム箔が特に好ましい。
前記金属箔は凹凸や貫通孔を持たない通常の金属箔でもよいし、エンボス加工、ケミカルエッチング、電解析出法、ブラスト加工等を施した凹凸を有する金属箔でもよいし、エキスパンドメタル、パンチングメタル、エッチング箔等の貫通孔を有する金属箔でもよい。
[Positive electrode current collector]
The material constituting the positive electrode current collector in the present invention is not particularly limited as long as it is a material that has high electron conductivity and does not deteriorate due to elution into the electrolytic solution and reaction with the electrolyte or ions. Is preferred. As the positive electrode current collector in the non-aqueous hybrid capacitor of the present embodiment, an aluminum foil is particularly preferable.
The metal foil may be a normal metal foil having no irregularities or through holes, or a metal foil having irregularities subjected to embossing, chemical etching, electrolytic deposition, blasting, etc., expanded metal, punching metal Alternatively, a metal foil having a through hole such as an etching foil may be used.
[負極]
本実施形態における負極は、負極集電体と、その片面又は両面上に設けられた、負極活物質を含む負極活物質層とを有する。
[Negative electrode]
The negative electrode in the present embodiment includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer including a negative electrode active material provided on one or both surfaces thereof.
負極活物質層は、リチウムイオンを吸蔵・放出できる負極活物質を含み、必要に応じて、導電性フィラー、結着剤、分散材安定剤等の任意成分を含んでいてもよい。 The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material that can occlude and release lithium ions, and may include optional components such as a conductive filler, a binder, and a dispersion stabilizer as necessary.
負極活物質としては、具体的には、炭素材料、チタン酸化物、ケイ素、ケイ素酸化物、ケイ素合金、ケイ素化合物、錫及び錫化合物等が例示される。中でも、炭素材料が好ましく、例えば、難黒鉛化性炭素材料;易黒鉛化性炭素材料;カーボンブラック;カーボンナノ粒子;活性炭;人造黒鉛;天然黒鉛;黒鉛化メソフェーズカーボン小球体;黒鉛ウイスカ;ポリアセン系物質等のアモルファス炭素質材料;石油系のピッチ、石炭系のピッチ、メソカーボンマイクロビーズ、コークス、合成樹脂(例えばフェノール樹脂等)等の炭素前駆体を熱処理して得られる炭素質材料;フルフリルアルコール樹脂又はノボラック樹脂の熱分解物;フラーレン;カーボンナノフォーン;及びこれらの複合炭素材料を挙げることができる。 Specific examples of the negative electrode active material include carbon materials, titanium oxide, silicon, silicon oxide, silicon alloys, silicon compounds, tin, and tin compounds. Among these, carbon materials are preferable, for example, non-graphitizable carbon materials; graphitizable carbon materials; carbon black; carbon nanoparticles; activated carbon; artificial graphite; natural graphite; graphitized mesophase carbon microspheres; Amorphous carbonaceous materials such as substances; carbonaceous materials obtained by heat treatment of carbon precursors such as petroleum pitch, coal pitch, mesocarbon microbeads, coke, synthetic resin (eg phenol resin); furfuryl Examples include thermal decomposition products of alcohol resins or novolak resins; fullerenes; carbon nanophones; and composite carbon materials thereof.
[負極集電体]
本発明における負極集電体を構成する材料としては、電子伝導性が高く、電解液への溶出及び電解質又はイオンとの反応等による劣化が起こらない金属箔であることが好ましい。このような金属箔としては、特に制限はなく、例えば、アルミニウム箔、銅箔、ニッケル箔、ステンレス鋼箔等が挙げられる。本実施の形態の非水系ハイブリッドキャパシタにおける負極集電体としては、銅箔が好ましい。
前記金属箔は凹凸や貫通孔を持たない通常の金属箔でもよいし、エンボス加工、ケミカルエッチング、電解析出法、ブラスト加工等を施した凹凸を有する金属箔でもよいし、エキスパンドメタル、パンチングメタル、エッチング箔等の貫通孔を有する金属箔でもよい。
[Negative electrode current collector]
The material constituting the negative electrode current collector in the present invention is preferably a metal foil that has high electron conductivity and does not deteriorate due to elution into the electrolytic solution and reaction with the electrolyte or ions. There is no restriction | limiting in particular as such metal foil, For example, aluminum foil, copper foil, nickel foil, stainless steel foil, etc. are mentioned. The negative electrode current collector in the non-aqueous hybrid capacitor of the present embodiment is preferably a copper foil.
The metal foil may be a normal metal foil having no irregularities or through holes, or a metal foil having irregularities subjected to embossing, chemical etching, electrolytic deposition, blasting, etc., expanded metal, punching metal Alternatively, a metal foil having a through hole such as an etching foil may be used.
[セパレータ]
正極前駆体及び負極は、好ましくはセパレータを介して、積層又は捲回され、正極前駆体、負極及びセパレータを有する電極積層体または電極捲回体が形成される。
前記セパレータとしては、リチウムイオン二次電池に用いられるポリエチレン製の微多孔膜若しくはポリプロピレン製の微多孔膜、又は電気二重層キャパシタで用いられるセルロース製の不織紙等を用いることができる。これらのセパレータの片面または両面に、有機または無機の微粒子からなる膜が積層されていてもよい。また、セパレータの内部に有機または無機の微粒子が含まれていてもよい。
[Separator]
The positive electrode precursor and the negative electrode are preferably laminated or wound via a separator to form an electrode laminate or an electrode winding body having the positive electrode precursor, the negative electrode and the separator.
As the separator, a polyethylene microporous film or a polypropylene microporous film used in a lithium ion secondary battery, a cellulose nonwoven paper used in an electric double layer capacitor, or the like can be used. A film made of organic or inorganic fine particles may be laminated on one side or both sides of these separators. Further, organic or inorganic fine particles may be contained inside the separator.
[非水系電解液]
本実施形態に係る非水系電解液は、非水溶媒を含む。また、非水系電解液は、非水系電解液の総量を基準として、上記で説明されたアルカリ金属化合物以外のアルカリ金属塩を含み、0.5mol/L以上のアルカリ金属塩を含むことが好ましい。
[Non-aqueous electrolyte]
The non-aqueous electrolyte solution according to this embodiment includes a non-aqueous solvent. Further, the non-aqueous electrolyte solution contains an alkali metal salt other than the alkali metal compound described above on the basis of the total amount of the non-aqueous electrolyte solution, and preferably contains 0.5 mol / L or more alkali metal salt.
アルカリ金属塩としては、例えば、MをLi、Na、K、Rb、Csとして、MFSI、MBF4、MPF6等を用いることができる。本実施形態における非水系電解液には少なくとも1種以上のアルカリ金属イオンを含有していればよく、2種以上のアルカリ金属塩を含有していてもよいし、アルカリ金属塩及びベリリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、ストロンチウム塩、バリウム塩から選ばれるアルカリ土類金属塩を含有していてもよい。非水系電解液中に2種以上のアルカリ金属塩を含有する場合、ストークス半径の異なる陽イオンが非水電解液中に存在することで低温下での粘度上昇を抑制することができるため、非水系ハイブリッドキャパシタの低温特性が向上する。非水電解液中に上記アルカリ金属イオン以外のアルカリ土類金属イオンを含有する場合、ベリリウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、バリウムイオンが2価の陽イオンであるために非水系ハイブリッドキャパシタを高容量化することができる。 As the alkali metal salt, for example, MFSI, MBF 4 , MPF 6 or the like can be used, where M is Li, Na, K, Rb, Cs. The non-aqueous electrolyte solution in the present embodiment only needs to contain at least one kind of alkali metal ion, and may contain two or more kinds of alkali metal salts, alkali metal salts and beryllium salts, magnesium. An alkaline earth metal salt selected from a salt, a calcium salt, a strontium salt, and a barium salt may be contained. When two or more kinds of alkali metal salts are contained in the non-aqueous electrolyte solution, the presence of cations having different Stokes radii in the non-aqueous electrolyte solution can suppress an increase in viscosity at low temperatures. The low temperature characteristics of water-based hybrid capacitors are improved. When alkaline earth metal ions other than the above alkali metal ions are contained in the nonaqueous electrolyte, beryllium ions, magnesium ions, calcium ions, strontium ions, and barium ions are divalent cations. The capacity can be increased.
上記2種以上のアルカリ金属塩を非水系電解液中に含有させる方法、又はアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩を非水系電解液中に含有させる方法は特に限定されないが、非水系電解液中に予め2種以上のアルカリ金属イオンからなるアルカリ金属塩を溶解することもできるし、アルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩を溶解することもできる。また、正極前駆体中に下記式におけるMをNa、K、Rb、及びCsから選ばれる1種以上として、
M2CO3等の炭酸塩、
M2O等の酸化物、
MOH等の水酸化物、
MFやMCl等のハロゲン化物、
RCOOM(式中、RはH、アルキル基、又はアリール基である)等のカルボン酸塩、
又は/及び、BeCO3、MgCO3、CaCO3、SrCO3、又はBaCO3から選ばれるアルカリ土類金属炭酸塩、並びにアルカリ土類金属酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、及びアルカリ土類金属カルボン酸塩を1種以上含有させ、後述のプレドープ工程にて分解する方法等が挙げられる。
電解液における電解質塩濃度は、0.5〜2.0mol/Lの範囲が好ましい。0.5mol/L以上では、アニオンが十分に存在し、密封型アルカリ金属イオン蓄電素子の容量が維持される。一方で、2.0mol/L以下では、塩が電解液中で十分に溶解し、電解液の適切な粘度及び伝導度が保たれる。
非水系電解液中に2種以上のアルカリ金属塩を含有する場合、又はアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩を含有する場合、これらの塩濃度の合計値が0.5mol/L以上であることが好ましく、0.5〜2.0mol/Lの範囲であることがより好ましい。
The method for containing the two or more alkali metal salts in the non-aqueous electrolyte solution or the method for containing the alkali metal salt and the alkaline earth metal salt in the non-aqueous electrolyte solution is not particularly limited, but in the non-aqueous electrolyte solution In addition, an alkali metal salt composed of two or more kinds of alkali metal ions can be dissolved in advance, or an alkali metal salt and an alkaline earth metal salt can be dissolved. In the positive electrode precursor, M in the following formula is one or more selected from Na, K, Rb, and Cs.
Carbonates such as M 2 CO 3 ,
Oxides such as M 2 O,
Hydroxides such as MOH,
Halides such as MF and MCl,
Carboxylates such as RCOOM (wherein R is H, an alkyl group, or an aryl group),
And / or, BeCO 3, MgCO 3, CaCO 3, SrCO 3, or an alkaline earth metal carbonate selected from BaCO 3, as well as alkaline earth metal oxides, alkaline earth metal hydroxides, alkaline earth metal halide Examples thereof include a method of containing at least one chemical compound and an alkaline earth metal carboxylate and decomposing in a pre-doping step described later.
The electrolyte salt concentration in the electrolytic solution is preferably in the range of 0.5 to 2.0 mol / L. At 0.5 mol / L or more, there are sufficient anions, and the capacity of the sealed alkali metal ion storage element is maintained. On the other hand, at 2.0 mol / L or less, the salt is sufficiently dissolved in the electrolytic solution, and appropriate viscosity and conductivity of the electrolytic solution are maintained.
When two or more kinds of alkali metal salts are contained in the non-aqueous electrolyte solution, or when alkali metal salts and alkaline earth metal salts are contained, the total value of these salt concentrations should be 0.5 mol / L or more. Is preferable, and the range of 0.5 to 2.0 mol / L is more preferable.
[非水溶媒]
本実施形態の非水系電解液は、非水溶媒として、好ましくは、環状カーボネートを含有する。非水系電解液が環状カーボネートを含有することは、所望の濃度のリチウム塩を溶解させる点、及び正極活物質層にリチウム化合物を適量堆積させる点で有利である。環状カーボネートとしては、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、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート等が挙げられる。
[Nonaqueous solvent]
The nonaqueous electrolytic solution of the present embodiment preferably contains a cyclic carbonate as a nonaqueous solvent. The nonaqueous electrolytic solution containing a cyclic carbonate is advantageous in that a lithium salt having a desired concentration is dissolved and an appropriate amount of a lithium compound is deposited on the positive electrode active material layer. Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, and fluoroethylene carbonate.
本実施形態の非水系電解液は、非水溶媒として、好ましくは、鎖状カーボネートを含有する。非水系電解液が鎖状カーボネートを含有することは、高いリチウムイオン伝導度を発現する点で有利である。鎖状カーボネートとしては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、ジブチルカーボネート等に代表されるジアルキルカーボネート化合物が挙げられる。ジアルキルカーボネート化合物は典型的には非置換である。 The non-aqueous electrolyte solution of the present embodiment preferably contains a chain carbonate as a non-aqueous solvent. The nonaqueous electrolytic solution containing chain carbonate is advantageous in that it exhibits high lithium ion conductivity. Examples of the chain carbonate include dialkyl carbonate compounds represented by dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate and the like. The dialkyl carbonate compound is typically unsubstituted.
[添加剤]
本実施形態の非水系電解液は、更に添加剤を含有していてもよい。添加剤としては、特に制限されないが、例えば、スルトン化合物、環状ホスファゼン、非環状含フッ素エーテル、含フッ素環状カーボネート、環状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル、及び環状酸無水物等を単独で用いることができ、また、2種以上を混合して用いてもよい。
[Additive]
The non-aqueous electrolyte solution of this embodiment may further contain an additive. Although it does not restrict | limit especially as an additive, For example, using a sultone compound, cyclic phosphazene, acyclic fluorine-containing ether, a fluorine-containing cyclic carbonate, cyclic carbonate ester, cyclic carboxylate ester, cyclic acid anhydride, etc. independently. In addition, two or more kinds may be mixed and used.
[セル組立工程(1)]
セル組立工程(1)では、枚葉状にカットした正極前駆体及び負極を、セパレータを介して積層して成る積層体に、正極端子及び負極端子を接続して、電極積層体を作製する。代替的には、正極前駆体及び負極を、セパレータを介して積層及び捲回した捲回体に、正極端子及び負極端子を接続して、電極捲回体を作製する。電極捲回体の形状は円筒型であっても、扁平型であってもよい。
[Cell assembly process (1)]
In the cell assembling step (1), a positive electrode terminal and a negative electrode terminal are connected to a laminate formed by laminating a positive electrode precursor and a negative electrode cut into a single sheet through a separator to produce an electrode laminate. Alternatively, a positive electrode terminal and a negative electrode terminal are connected to a wound body obtained by laminating and winding a positive electrode precursor and a negative electrode via a separator to produce an electrode wound body. The shape of the electrode winding body may be a cylindrical shape or a flat shape.
正極端子及び負極端子の接続方法は特に限定されないが、抵抗溶接、超音波溶接などの方法で行うことができる。 Although the connection method of a positive electrode terminal and a negative electrode terminal is not specifically limited, It can carry out by methods, such as resistance welding and ultrasonic welding.
[角型外装体]
本実施形態に係る角型外装体は、角のある形態、例えば箱型、缶型などの形態である。セル組立工程(1)では、外装体は、電極積層体又は電極捲回体と非水系電解液を内部に収納するための開口部を有する。開口部の開口面積は、電極積層体又は電極捲回体と非水系電解液が通過できるのであれば限定されない。
[Square exterior body]
The square-shaped exterior body according to the present embodiment has a cornered shape, for example, a box shape or a can shape. In the cell assembly step (1), the exterior body has an opening for accommodating the electrode laminate or the electrode winding body and the non-aqueous electrolyte therein. The opening area of the opening is not limited as long as the electrode laminate or the electrode winding body and the non-aqueous electrolyte can pass through.
開口部は、後述される注液・含浸・仮封止工程(2)で非水系電解液を角型外装体に注液したとしても非水系電解液が角型外装体から漏れないように、外装体に形成されることが好ましい。 In order to prevent the non-aqueous electrolyte from leaking out of the rectangular exterior body even if the non-aqueous electrolyte is injected into the rectangular exterior body in the liquid injection / impregnation / temporary sealing step (2) described later, It is preferable to form in an exterior body.
角型外装体が箱型である場合には、外装体は、開口面積の観点から、密封型アルカリ金属イオン蓄電素子の通常の使用状態における上面に相当する一面が開口した有底直方体形状であることが好ましい。 When the rectangular outer package is a box shape, the outer package has a bottomed rectangular parallelepiped shape in which one surface corresponding to the upper surface in the normal use state of the sealed alkali metal ion storage element is opened from the viewpoint of the opening area. It is preferable.
角型外装体が略六面形状である場合には、六面のうちの少なくとも一面の面積よりも小さい開口面積を有する開口部を対応する一面内に形成することが好ましい。 In the case where the rectangular exterior body has a substantially hexahedral shape, it is preferable that an opening having an opening area smaller than the area of at least one of the six faces is formed in the corresponding one face.
角型外装体は、耐衝撃性及び寸法安定性の観点から、金属製であることが好ましく、軽量で熱伝導性の良い金属材料から成ることがより好ましい。角型外装体の材質は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼などである。 The rectangular exterior body is preferably made of metal from the viewpoint of impact resistance and dimensional stability, and is more preferably made of a metal material that is lightweight and has good thermal conductivity. Examples of the material of the rectangular exterior body include aluminum, stainless steel, and nickel-plated steel.
[注液・含浸・仮封止工程(2)]
組立工程の終了後に、外装体の中に収納された電極積層体又は電極捲回体に、非水系電解液を注液する。注液後に、更に含浸を行い、正極前駆体、負極、及びセパレータを非水系電解液で十分に浸すことが望ましい。正極前駆体、負極、及びセパレータのうちの少なくとも一部に非水系電解液が浸っていない状態では、得られるアルカリ金属イオン蓄電素子の抵抗が上昇したり、耐久性が低下したりする。含浸の方法としては、特に制限されないが、例えば、非水系電解液を注液後に、外装材が開口した状態で減圧チャンバーに設置し、真空ポンプを用いてチャンバー内を減圧状態にし、再度大気圧に戻す方法等を用いることができる。
[Liquid injection / impregnation / temporary sealing process (2)]
After the assembly process is completed, a non-aqueous electrolyte solution is injected into the electrode laminate or the electrode winding body housed in the exterior body. It is desirable that further impregnation is performed after the injection, and the positive electrode precursor, the negative electrode, and the separator are sufficiently immersed in the nonaqueous electrolytic solution. In a state where the non-aqueous electrolyte is not immersed in at least a part of the positive electrode precursor, the negative electrode, and the separator, the resistance of the obtained alkali metal ion storage element is increased or the durability is decreased. The impregnation method is not particularly limited. For example, after injecting a non-aqueous electrolyte solution, it is placed in a decompression chamber with the exterior material opened, and the inside of the chamber is decompressed using a vacuum pump, and is again at atmospheric pressure. The method of returning to (1) etc. can be used.
含浸後には、外装材が開口した状態で電極積層体又は電極捲回体を減圧を開始して、その後に開口部を封止することにより形成されたアルカリ金属イオン蓄電素子を仮封止することが好ましい。また、注液及び含浸だけでなく仮封止も減圧下で行なってよい。 After the impregnation, the pressure reduction of the electrode laminated body or the electrode winding body is started with the exterior material opened, and then the alkali metal ion storage element formed by sealing the opening is temporarily sealed. Is preferred. In addition to liquid injection and impregnation, temporary sealing may be performed under reduced pressure.
工程(2)では、角型外装体に着脱可能な逆止弁を取り付ける。角型外装体が略六面形状などの多面形状を有する場合には、着脱可能な逆止弁は、角型外装体から外されたとしても非水系電解液が角型外装体から漏れない面に取り付けられることが好ましく、密封型アルカリ金属イオン蓄電素子の通常の使用状態における上面に相当する外装体上面に取り付けられることがより好ましい。 In step (2), a removable check valve is attached to the rectangular outer package. When the rectangular outer casing has a polyhedral shape such as a substantially six-sided shape, the removable check valve is a surface on which the non-aqueous electrolyte does not leak from the rectangular outer casing even if it is removed from the rectangular outer casing. It is preferable to be attached to the upper surface of the exterior body corresponding to the upper surface in the normal use state of the sealed alkali metal ion storage element.
着脱可能な逆止弁の取り付け位置が角型外装体の開口部と対応しているときには、開口部の封止は、着脱可能な逆止弁を開口部に取り付けることにより行なわれることができる。着脱可能な逆止弁の取り付け位置が角型外装体の開口部と対応していないときには、上記で説明されたアルカリ金属イオン蓄電素子の仮封止は、着脱可能な逆止弁の取り付けとは別の態様として、ネジ込み、シールの貼付、金属製封口板の溶接などで外装体の開口部を塞ぐことにより行なわれることができる。 When the attachment position of the detachable check valve corresponds to the opening of the square outer package, the opening can be sealed by attaching the detachable check valve to the opening. When the attachment position of the detachable check valve does not correspond to the opening of the rectangular outer package, the temporary sealing of the alkali metal ion storage element described above is the attachment of the detachable check valve. As another embodiment, the opening of the exterior body can be closed by screwing, sticking a seal, welding a metal sealing plate, or the like.
図1に、逆止弁が取り付けられた角型外装体を備えるアルカリ金属イオン蓄電素子の一例を示す。角型外装体2には、電極積層体又は電極捲回体(図示せず)が収納される。外装体本体2aに電極積層体又は電極捲回体と電解液を収納してから、金属端子(4,4)が角型外装体2の外部に引き出されるように、外装体の開口部を封口体2bで溶接封止する。封口体2bの外面と対応する角型外装体2の上面には、着脱可能な逆止弁3が取り付けられる。
FIG. 1 shows an example of an alkali metal ion storage element including a square outer package with a check valve attached thereto. The rectangular
[着脱可能な逆止弁]
本実施形態に係る逆止弁は、角型外装体の通気口又は気体配管に取り付けておき、気体の背圧によって弁体が逆流を防止する形で作動する構造にした弁であり、かつ後述されるエア抜き・本封止工程(5)のために着脱可能である。一般に、逆止弁は、逆流防止弁、チェックバルブ又はチャッキと呼ばれることもある。
[Removable check valve]
The check valve according to the present embodiment is a valve that is attached to a vent or a gas pipe of a rectangular exterior body, and has a structure in which the valve body operates in a form that prevents backflow due to a back pressure of gas. It is detachable for the air bleeding / main sealing step (5). In general, the check valve is sometimes called a check valve, a check valve, or a check.
逆止弁は、外装体の外部に存在する水、空気、水蒸気等のガスが外装体の内部に流入することを抑止する一方で、ドープ工程(3)及び/又はエージング工程(4)時に外装体の内部で発生するガスを外装体の外部に排気する。逆止弁のガス抜き方式としては、例えば、バネ、オイルシール等が挙げられる。 The check valve prevents the gas such as water, air, and water vapor existing outside the exterior body from flowing into the exterior body, while the exterior of the exterior during the dope process (3) and / or the aging process (4). The gas generated inside the body is exhausted to the outside of the exterior body. Examples of the check valve degassing method include a spring and an oil seal.
逆止弁の着脱方式は、事後的に行われるエア抜き・本封止工程(5)の観点から、ステッカー型又はスクリュー型であることが好ましい。 The check valve attaching / detaching method is preferably a sticker type or a screw type from the viewpoint of the air venting / main sealing step (5) performed later.
(ステッカー型逆止弁)
ステッカー型逆止弁は、フィルム(シール部)、排出口及びステッカー部を含む。ステッカー型逆止弁の内部は、通常、オイルシールされることができる。
(Sticker type check valve)
The sticker type check valve includes a film (seal part), a discharge port, and a sticker part. The interior of the sticker check valve can usually be oil sealed.
ステッカー型逆止弁は、フィルムが角型外装体の通気口又は気体配管口と逆止弁内の排出口とを塞ぐように、ステッカー部を介して角型外装体に取り付けられることができる。必要に応じて、ステッカー型逆止弁は、ステッカー部の粘着性のために、角型外装体から取り外されることができる。 The sticker type check valve can be attached to the square type exterior body via the sticker portion so that the film closes the vent or gas piping port of the square type exterior body and the discharge port in the check valve. If necessary, the sticker type check valve can be removed from the square type outer casing due to the stickiness of the sticker part.
フィルム(シール部)は、好ましくは、外層体内で発生したガスにより移動させられ易い材料で形成され、より好ましくは、PETとアジピン酸ジヒドラジド(ADH)の混合物、PETなどから形成される。 The film (seal part) is preferably formed of a material that is easily moved by the gas generated in the outer layer, and more preferably formed of a mixture of PET and adipic acid dihydrazide (ADH), PET, or the like.
ステッカー型逆止弁について、作動圧は5〜9hPaでよく、閉鎖圧は1〜3hPaでよく、ガス通過量は、内圧12hPaとしたときに0.3Norm・l/時でよく、使用温度は−30℃〜+80℃の範囲内でよく、形状は円形又は角形でよい。 For the sticker type check valve, the operating pressure may be 5 to 9 hPa, the closing pressure may be 1 to 3 hPa, the gas passing amount may be 0.3 Norm · l / hour when the internal pressure is 12 hPa, and the operating temperature is − It may be in the range of 30 ° C. to + 80 ° C., and the shape may be circular or square.
図2には、角型外装体に取り付けられたときのステッカー型逆止弁の略断面の一例を示す。ステッカー型逆止弁3aの固定部8の内側にはフィルム(シール部)5と排出口6があり、かつ固定部8の外側にはステッカー部9がある。ステッカー型逆止弁3aは、缶壁4の開口部を塞ぐように、ステッカー部9を介して缶壁4に取り付けられる。なお、排出口6は、図2(a)及び(b)の奥行方向の固定部8に設けられている。通常、缶壁4の内側にガスが発生していないので、排出口6はフィルム5により塞がれる(図2(a))。缶壁4の内側にガスが発生すると、ガスがフィルム5を押し上げることにより生じたスペース7が、排出口6と流体連通するので、ガスは、方向xに沿って排出口6へ流れる(図2(b))。
FIG. 2 shows an example of a schematic cross section of a sticker type check valve when attached to a square type exterior body. There is a film (seal part) 5 and a
(スクリュー型逆止弁)
スクリュー型逆止弁は、角型外装体にねじ込まれることにより、又は角型外装体に設けられたネジ受け口に差し込まれることにより、角型外装体に取り付けられることができるのに対して、ねじ込み時又は差し込み時とは逆方向に回転させることにより角型外装体から取り外されることができる。スクリュー型逆止弁は、ボールチャッキ弁、ねじ締めチャッキ弁及びバタフライチャッキ弁から成る群から選択される少なくとも1つでよい。
(Screw check valve)
A screw type check valve can be attached to a square type exterior body by being screwed into a square type exterior body or by being inserted into a screw receptacle provided in the square type exterior body. It can be removed from the prismatic exterior body by rotating in the opposite direction to the time or insertion. The screw type check valve may be at least one selected from the group consisting of a ball check valve, a screw check valve, and a butterfly check valve.
図3には、角型外装体に取り付けられたときのスクリュー型逆止弁の略断面図の一例を示す。スクリュー型逆止弁3bは、排出口6、固定部8、シャフト10、おもり11、バネ12、及びスクリュー部(ネジ式)13を含み、スクリュー部13を介して缶壁4にねじ込まれる。シャフト10は、図3(c)の部分拡大図に示されるとおり、中空であり、かつ長手方向の両端に設けられたガス入口とガス出口と、側壁に設けられたガス出口とを有する。通常、缶壁4の内側にガスが発生していないので、バネ12は、おもり11により下方に伸ばされ、おもり11は、ガス排出経路である排出口6を塞ぐ(図3(a))。缶壁4の内側にガスが発生すると、ガスは、シャフト10、おもり11及びバネ12を押し上げ、方向xに沿ってシャフト10のガス出口から排出口6へ流れる(図3(b))。
FIG. 3 shows an example of a schematic cross-sectional view of the screw type check valve when attached to the square type outer package. The screw
[ドープ工程(3)]
本実施形態において、アルカリ金属イオンを含む正極活物質及びアルカリ金属炭酸塩が、負極活物質へのアルカリ金属イオンのドーパント源として機能する。アルカリ金属イオンのドープ工程では、正極前駆体と負極との間に電圧を印加して、正極前駆体中のアルカリ金属炭酸塩を分解してアルカリ金属イオンを放出し、負極でアルカリ金属イオンを還元することにより負極活物質層にアルカリ金属イオンをプレドープすることが好ましい。
[Doping process (3)]
In this embodiment, the positive electrode active material and alkali metal carbonate containing alkali metal ions function as a dopant source of alkali metal ions to the negative electrode active material. In the alkali metal ion doping process, a voltage is applied between the positive electrode precursor and the negative electrode, the alkali metal carbonate in the positive electrode precursor is decomposed to release alkali metal ions, and the alkali metal ions are reduced at the negative electrode. By doing so, it is preferable to pre-dope alkali metal ions in the negative electrode active material layer.
正負極間の電圧の印加は、正極端子と負極端子に外部電源を接続する方法、予め充電しておいたアルカリ金属イオン蓄電素子を保管することにより自己放電させる方法などにより、行なわれることができる。ドープ時間は、好ましくは24時間以内、より好ましくは1時間〜24時間、さらに好ましくは1時間〜20時間である。 The application of the voltage between the positive and negative electrodes can be performed by a method of connecting an external power source to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal, a method of self-discharge by storing a precharged alkali metal ion storage element, or the like. . The dope time is preferably within 24 hours, more preferably 1 hour to 24 hours, still more preferably 1 hour to 20 hours.
アルカリ金属イオンのドープ工程において、正極前駆体中のアルカリ金属化合物の酸化分解に伴い、CO2等のガスが発生する。そのために、電圧を印加する際には、発生したガスを角型外装体の外部に放出する手段として、外装体に取り付けられた逆止弁を利用する。 In the alkali metal ion doping step, gas such as CO 2 is generated with the oxidative decomposition of the alkali metal compound in the positive electrode precursor. Therefore, when applying a voltage, a check valve attached to the exterior body is used as means for releasing the generated gas to the outside of the rectangular exterior body.
外装体からCO2等のガスを脱気するという観点から、ドープ工程(3)を減圧下で行なってよい。ドープ工程(3)での減圧は、注液・含浸・仮封止工程(2)から連続的に行うか、又は注液・含浸・仮封止工程(2)の減圧とは別に逐次的に行うことができる。 From the viewpoint of degassing a gas such as CO 2 from the outer package, the doping step (3) may be performed under reduced pressure. The pressure reduction in the dope process (3) is performed continuously from the liquid injection / impregnation / temporary sealing process (2), or sequentially separately from the pressure reduction in the liquid injection / impregnation / temporary sealing process (2). It can be carried out.
[エージング工程(4)]
ドープ工程(3)後に、電極積層体又は電極捲回体にエージングを行うことが好ましい。エージングでは、非水系電解液中の溶媒が負極で分解し、負極表面にアルカリ金属イオン透過性の固体高分子被膜が形成される。エージング工程においては、非水系電解液中の溶媒の分解による、有機電解液のガス等が発生する。そのために、エージング工程においても、発生したガスを外装体の外部に放出する手段として、外装体に取り付けられた逆止弁を利用する。
[Aging process (4)]
After the doping step (3), it is preferable to perform aging on the electrode laminate or the electrode winding body. In aging, the solvent in the non-aqueous electrolyte is decomposed at the negative electrode, and an alkali metal ion permeable solid polymer film is formed on the negative electrode surface. In the aging process, gas of the organic electrolyte is generated due to decomposition of the solvent in the non-aqueous electrolyte. Therefore, also in the aging process, a check valve attached to the exterior body is used as means for releasing the generated gas to the outside of the exterior body.
エージングの方法としては、特に制限されないが、例えば高温環境下で電解液中の溶媒を反応させる方法等を用いることができる。 The aging method is not particularly limited. For example, a method of reacting a solvent in the electrolytic solution under a high temperature environment can be used.
[エア抜き・本封止工程(5)]
エージング後に、更にガス抜きを行い、電解液、正極、及び負極中に残存しているガスを確実に除去すること(いわゆるエア抜き)が好ましい。電解液、正極、及び負極の少なくとも一部にガスが残存している状態では、イオン伝導が阻害されるため、得られるアルカリ金属イオン蓄電素子の抵抗が上昇してしまう。
[Air bleeding / main sealing process (5)]
It is preferable that after aging, further degassing is performed to reliably remove the gas remaining in the electrolytic solution, the positive electrode, and the negative electrode (so-called air bleeding). In a state where gas remains in at least a part of the electrolytic solution, the positive electrode, and the negative electrode, ion conduction is inhibited, and thus the resistance of the obtained alkali metal ion storage element is increased.
エア抜きは、上記で説明された着脱可能な逆止弁を角型外装体から取り外すことにより行なわれることができる。また、逆止弁を取り外した状態の蓄電素子を減圧チャンバーに設置し、真空ポンプを用いてチャンバー内を減圧状態にすることによりエア抜きを促進してよい。 The air bleeding can be performed by removing the removable check valve described above from the rectangular outer casing. In addition, the storage device with the check valve removed may be installed in a decompression chamber, and the inside of the chamber may be decompressed using a vacuum pump to facilitate air bleeding.
上記のようにガス抜きを終えた後に、外装体を封止することにより外装体を密閉して、密封型アルカリ金属イオン蓄電素子を得ることができる。この封止は、逆止弁を再び外装体に取り付けるか、又はネジ込み、シールの貼付、金属製封口板の溶接などで外装体の開口部を塞ぐことにより行なわれることができる。 After the degassing as described above, the exterior body is sealed by sealing the exterior body, whereby a sealed alkali metal ion storage element can be obtained. This sealing can be performed by attaching the check valve to the exterior body again, or by closing the opening of the exterior body by screwing, sticking a seal, welding a metal sealing plate, or the like.
[逆止弁廃棄/回収工程(6)]
生産性及び環境への配慮の観点から、エア抜き・本封止工程(5)で取り外された逆止弁を廃棄又は回収することが好ましい。回収された着脱可能な逆止弁は、密封型アルカリ金属イオン蓄電素子の製造時に再利用されることができる。
[Check valve disposal / recovery process (6)]
From the viewpoint of productivity and environmental considerations, it is preferable to discard or collect the check valve removed in the air venting / main sealing step (5). The collected detachable check valve can be reused when manufacturing the sealed alkali metal ion storage element.
<リチウムイオンキャパシタ>
以上の方法により、リチウムイオンキャパシタを製造することができる。このリチウムイオンキャパシタは、一実施形態において、正極前駆体に含有されていたリチウム化合物が分解されて散逸した跡である空孔を有する多孔性の正極活物質層を有する正極と、リチウム化合物をドーパント源としてドープされた負極活物質層を有する負極と、を具備する。正極は、リチウムドープ工程にて分解しなかったリチウム化合物を含んでいてもよい。
<Lithium ion capacitor>
A lithium ion capacitor can be manufactured by the above method. In one embodiment, the lithium ion capacitor includes a positive electrode having a porous positive electrode active material layer having pores that are traces of decomposition and dissipation of the lithium compound contained in the positive electrode precursor, and a lithium compound as a dopant. And a negative electrode having a negative electrode active material layer doped as a source. The positive electrode may contain a lithium compound that has not been decomposed in the lithium doping step.
以下、本発明を実施例及び比較例を用いてより具体的に説明する。本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples. The present invention is not limited in any way by the following examples.
<正極活物質の調製>
フェノール樹脂を、焼成炉内へ入れ、窒素雰囲気下、600℃で2時間炭化処理を行った後、ボールミルで粉砕し、分級して平均粒子径7μmの炭化物を得た。得られた炭化物とKOHとを、質量比1:5で混合し、焼成炉内へ入れ、窒素雰囲下、800℃で1時間加熱して賦活した。賦活後の炭化物を取り出し、濃度2mol/Lに調整した希塩酸中で1時間撹拌洗浄し、蒸留水でpH5〜6の間で安定するまで煮沸洗浄した後に乾燥することにより、活性炭1を得た。
島津製作所社製レーザー回折式粒度分布測定装置(SALD−2000J)を用いて、活性炭1の平均粒子径を測定した結果、7.0μmであった。また、ユアサアイオニクス社製細孔分布測定装置(AUTOSORB−1 AS−1−MP)を用いて、活性炭1の細孔分布を測定した。その結果、BET比表面積が3627m2/g、メソ孔量(V1)が1.50cc/g、マイクロ孔量(V2)が2.28cc/g、V1/V2=0.66であった。
<Preparation of positive electrode active material>
The phenol resin was placed in a firing furnace, carbonized at 600 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere, pulverized with a ball mill, and classified to obtain a carbide having an average particle diameter of 7 μm. The obtained carbide and KOH were mixed at a mass ratio of 1: 5, put into a firing furnace, and activated by heating at 800 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere.
It was 7.0 micrometers as a result of measuring the average particle diameter of the activated
<正極前駆体の製造>
活性炭1を正極活物質として用いて、正極前駆体を製造した。
活性炭1を50.0質量部、炭酸リチウム1を38.5質量部、ケッチェンブラックを3.0質量部、PVP(ポリビニルピロリドン)を1.5質量部、及びPVDF(ポリフッ化ビニリデン)を7.0質量部、並びにNMP(N−メチルピロリドン)を混合し、それをPRIMIX社製の薄膜旋回型高速ミキサーフィルミックスを用いて、周速17m/sの条件で分散して塗工液を得た。
得られた塗工液の粘度(ηb)及びTI値を東機産業社のE型粘度計TVE−35Hを用いて測定した。その結果、粘度(ηb)は2,650mPa・s、TI値は4.1であった。また、得られた塗工液の分散度をヨシミツ精機社製の粒ゲージを用いて測定した。その結果、粒度は32μmであった。
塗工液を東レエンジニアリング社製のダイコーターを用いて、厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に塗工速度1m/sの条件で塗工し、乾燥温度120℃で乾燥して正極前駆体1を得た。得られた正極前駆体1を、ロールプレス機を用いて圧力6kN/cm、プレス部の表面温度25℃の条件でプレスした。プレスされた正極前駆体1の全厚を、小野計器社製膜厚計Linear Gauge Sensor GS−551を用いて、正極前駆体1の任意の10か所で測定した。測定された全厚の平均値からアルミニウム箔の厚さを引いて、正極前駆体1の正極活物質層の膜厚を求めた。その結果、正極活物質層の膜厚は、片面あたり59μmであった。
<Production of positive electrode precursor>
A positive electrode precursor was manufactured using activated
50.0 parts by mass of activated
The viscosity (ηb) and TI value of the obtained coating solution were measured using an E-type viscometer TVE-35H manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. As a result, the viscosity (ηb) was 2,650 mPa · s, and the TI value was 4.1. Moreover, the dispersion degree of the obtained coating liquid was measured using the grain gauge made from Yoshimitsu Seiki. As a result, the particle size was 32 μm.
Using a die coater manufactured by Toray Engineering Co., Ltd., the coating liquid was applied on both surfaces of a 15 μm thick aluminum foil at a coating speed of 1 m / s and dried at a drying temperature of 120 ° C. Obtained. The obtained
<負極活物質の調製>
市販の人造黒鉛のBET比表面積及び細孔分布を、ユアサアイオニクス社製細孔分布測定装置(AUTOSORB−1 AS−1−MP)を用いて、上述した方法によって測定した。その結果、BET比表面積は3.1m2/g、平均粒子径は4.8μmであった。
この人造黒鉛300gをステンレススチールメッシュ製の籠に入れ、石炭系ピッチ(軟化点:50℃)30gを入れたステンレス製バットの上に置き、両者を電気炉(炉内有効寸法300mm×300mm×300mm)内に設置した。人造黒鉛と石炭系ピッチを窒素雰囲気下、1000℃まで12時間で昇温し、同温度で5時間保持することにより熱反応させ、複合多孔質炭素材料2aを得た。得られた複合多孔質炭素材料2aを自然冷却により60℃まで冷却し、電気炉から取り出した。
得られた複合多孔質炭素材料2aについて、上記と同様の方法でBET比表面積及び細孔分布を測定した。その結果、BET比表面積は6.1m2/g、平均粒子径は4.9μmであった。また、複合多孔質炭素材料2aにおける、石炭系ピッチ由来の炭素質材料の活性炭に対する質量比率は2.0%であった。
<Preparation of negative electrode active material>
The BET specific surface area and pore distribution of commercially available artificial graphite were measured by the above-described method using a pore distribution measuring apparatus (AUTOSORB-1 AS-1-MP) manufactured by Yuasa Ionics. As a result, the BET specific surface area was 3.1 m 2 / g, and the average particle size was 4.8 μm.
300 g of this artificial graphite is placed in a stainless steel mesh jar, placed on a stainless steel bat containing 30 g of a coal-based pitch (softening point: 50 ° C.), and both are placed in an electric furnace (effective size in the furnace 300 mm × 300 mm × 300 mm). ). Artificial graphite and coal-based pitch were heated to 1000 ° C. in a nitrogen atmosphere over 12 hours and held at the same temperature for 5 hours to cause a thermal reaction to obtain a composite
About the obtained composite
<負極の製造>
複合多孔質炭素材料2aを負極活物質として用いて負極を製造した。
複合多孔質炭素材料2aを84質量部、アセチレンブラックを10質量部、及びPVdF(ポリフッ化ビニリデン)を6質量部、並びにNMP(N−メチルピロリドン)を混合し、その混合物をPRIMIX社製の薄膜旋回型高速ミキサーフィルミックスを用いて、周速17m/sの条件で分散して塗工液1Aを得た。
得られた塗工液1Aの粘度(ηb)及びTI値を東機産業社のE型粘度計TVE−35Hを用いて測定した。その結果、粘度(ηb)は2,520mPa・s、TI値は3.8であった。
東レエンジニアリング社製のダイコーターを用いて厚さ10μmの電解銅箔の両面に塗工液1Aを塗工速度2m/sの条件で塗工し、乾燥温度120℃で乾燥して負極1を得た。ロールプレス機を用いて圧力5kN/cm、プレス部の表面温度25℃の条件でプレスした。プレスされた負極1の全厚を、小野計器社製膜厚計Linear Gauge Sensor GS−551を用いて、負極1の任意の10か所で測定した。その後、負極1の内の一方の面の負極活物質層を取り除き、再度厚みを測定した。その後、負極集電体上に残った負極活物質層を全て取り除き、銅箔の厚みを測定した。得られた測定結果より、負極1の負極活物質層の膜厚を求めた。その結果、負極活物質層の膜厚は、片面あたり59μmであった。
<Manufacture of negative electrode>
A negative electrode was produced using the composite
84 parts by mass of composite
The viscosity (ηb) and TI value of the resulting coating liquid 1A were measured using an E-type viscometer TVE-35H manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. As a result, the viscosity (ηb) was 2,520 mPa · s, and the TI value was 3.8.
Using a die coater manufactured by Toray Engineering Co., Ltd., a coating liquid 1A was applied on both surfaces of an electrolytic copper foil having a thickness of 10 μm at a coating speed of 2 m / s, and dried at a drying temperature of 120 ° C. to obtain
<電解液の調製>
有機溶媒として、エチレンカーボネート(EC):エチルメチルカーボネート(EMC)=33:67(体積比)の混合溶媒を用い、全電解液に対してLiN(SO2F)2及びLiPF6の濃度比が75:25(モル比)であり、かつLiN(SO2F)2及びLiPF6の濃度の和が1.2mol/Lとなるようにそれぞれの電解質塩を溶解して非水系電解液1を得た。非水系電解液1におけるLiN(SO2F)2及びLiPF6の濃度は、それぞれ、0.9mol/L及び0.3mol/Lであった。
<Preparation of electrolyte>
As an organic solvent, a mixed solvent of ethylene carbonate (EC): ethyl methyl carbonate (EMC) = 33: 67 (volume ratio) is used, and the concentration ratio of LiN (SO 2 F) 2 and LiPF 6 is relative to the total electrolyte. The
[実施例1]
<非水系リチウム蓄電素子の作製>
正極前駆体1を12.0cm×210.0cmの大きさに切断し(正極活物質層の大きさが10.0cm×210.0cm、正極集電体上に正極活物質層が塗工されていない正極未塗工部が2.0cm×210.0cmである。)、負極1を12.1×220.0cmの大きさに切断し(負極活物質層の大きさが10.1cm×220.0cm、負極集電体上に負極活物質層が塗工されていない負極未塗工部が2.0cm×220.0cmである。)、切り出された正極前駆体1及び負極1をポリエチレン製のセパレータ(旭化成株式会社製、厚み10μm)を介して扁平状に捲回し、扁平捲回電極体を作製した。得られた扁平捲回電極体に正極端子及び負極端子を超音波溶接し、上面が開口している金属製直方体缶に収納した。
[Example 1]
<Production of non-aqueous lithium storage element>
The
金属製直方体缶の開口部から、大気圧下、温度25℃、露点−40℃以下のドライエアー環境下にて、非水系電解液1を約70g注入した。続いて、扁平捲回電極体及び非水系電解液を収納している金属製直方体缶を減圧チャンバーの中に入れ、大気圧から−87kPaまで減圧した後、大気圧に戻し、5分間静置した。その後、チャンバー内の包材を大気圧から−87kPaまで減圧した後、大気圧に戻す工程を4回繰り返した後、15分間静置した。さらに、チャンバー内の缶を大気圧から−91kPaまで減圧した後、大気圧に戻した。同様に減圧し、大気圧に戻す工程を合計7回繰り返した(大気圧から、それぞれ−95,−96,−97,−81,−97,−97,−97kPaまで減圧した)。以上の工程により、非水系電解液1を扁平捲回電極体に含浸させた。
その後、非水系電解液1を含浸させた扁平捲回電極体を減圧シール機に入れ、−95kPaに減圧した状態で、電極端子が缶の外部に引き出されるように、金属製直方体缶の開口部を、金属製上部の開口部よりも狭い開口部を持つ金属製封口体で封止し、さらに、金属製封口体の開口部の上面に、電極端子と接しないようにステッカー型逆止弁を取り付けた。その際、金属製直方体缶の重量A(g)を測定した。
About 70 g of the
Thereafter, the flat wound electrode body impregnated with the
[リチウムドープ工程]
封止後に得られた蓄電素子を、温度25℃の恒温槽に入れた。缶の外部に出ている電極端子を松定プレシジョン社製の電源(P4LT18−0.2)に接続し、電流値100mAで電圧4.5Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.5V定電圧充電を72時間継続する手法により初期充電を行い、負極にリチウムドープを行った。
[Lithium doping process]
The power storage element obtained after sealing was placed in a thermostatic bath at a temperature of 25 ° C. After connecting the electrode terminal outside the can to the power source (P4LT18-0.2) manufactured by Matsusada Precision Co., Ltd. and carrying out constant-current charging until the voltage reaches 4.5 V at a current value of 100 mA, continue Initial charging was performed by a method of continuing 4.5 V constant voltage charging for 72 hours, and lithium doping was performed on the negative electrode.
[エージング工程]
リチウムドープ後の蓄電素子をアルゴンボックスから取り出し、25℃環境下、100mAで電圧3.8Vに到達するまで定電流放電を行った後、3.8V定電流放電を1時間行うことにより、電圧を3.8Vに調整した。続いて、蓄電素子を60℃の恒温槽に48時間保管した。その後、保管したセルを取り出し、1時間冷却した後に、金属製直方体缶の重量B(g)を測定した。また、重量Bと重量Aの差を測定し、表1にまとめた。
[Aging process]
The storage element after lithium doping was taken out from the argon box, and under a 25 ° C. environment, a constant current discharge was performed until the voltage reached 3.8 V at 100 mA, and then a 3.8 V constant current discharge was performed for 1 hour. Adjusted to 3.8V. Subsequently, the electricity storage element was stored in a constant temperature bath at 60 ° C. for 48 hours. Thereafter, the stored cell was taken out and cooled for 1 hour, and then the weight B (g) of the metal rectangular parallelepiped can was measured. Further, the difference between the weight B and the weight A was measured and summarized in Table 1.
[ガス抜き工程]
温度25℃、露点−40℃のドライエアー環境下で、エージング後の蓄電素子の外装体である缶からステッカー型逆止弁を取り外した。続いて、減圧チャンバーの中に蓄電素子を入れ、ダイヤフラムポンプ(KNF社製、N816.3KT.45.18)を用いて大気圧から−80kPaまで3分間かけて減圧した後、3分間かけて大気圧に戻す工程を合計3回繰り返した。その後、減圧シール機に蓄電素子を入れ、−90kPaに減圧した後、200℃で10秒間、0.1MPaの圧力でシールすることにより蓄電素子を密封して、密封型リチウムイオン蓄電素子を作製した。
[Degassing process]
The sticker-type check valve was removed from the can which is the outer package of the storage element after aging in a dry air environment at a temperature of 25 ° C. and a dew point of −40 ° C. Subsequently, the storage element was placed in a vacuum chamber, and the pressure was reduced from atmospheric pressure to −80 kPa over 3 minutes using a diaphragm pump (manufactured by KNF, N816.3KT.45.18). The process of returning to atmospheric pressure was repeated a total of 3 times. Thereafter, the storage element was put in a vacuum sealer and the pressure was reduced to -90 kPa, and then the storage element was sealed by sealing at 200 ° C. for 10 seconds with a pressure of 0.1 MPa, to produce a sealed lithium ion storage element. .
[実施例2]
ステッカー型逆止弁の代わりにスクリュー型逆止弁を、金属製封口体の開口部の上面に取り付けたこと以外は実施例1と同様にして、密封型リチウムイオン蓄電素子を作製した。
[Example 2]
A sealed lithium ion energy storage device was produced in the same manner as in Example 1 except that a screw type check valve was attached to the upper surface of the opening of the metal sealing body instead of the sticker type check valve.
[比較例1]
金属製封口体の開口部に逆止弁を取り付けなかったこと以外は実施例1と同様にして、密封型リチウムイオン蓄電素子を作製した。
[Comparative Example 1]
A sealed lithium ion storage element was produced in the same manner as in Example 1 except that the check valve was not attached to the opening of the metal sealing body.
[比較例2]
金属製直方体缶の上部に開口部を作らなかったこと以外は実施例1と同様にして、密封型リチウムイオン蓄電素子を作製した。
[Comparative Example 2]
A sealed lithium ion storage element was produced in the same manner as in Example 1 except that no opening was formed in the upper part of the metal rectangular parallelepiped can.
[リチウムイオンキャパシタの外装体の安全性確認]
実施例1、実施例2、比較例1及び比較例2で得られたリチウムイオン蓄電素子のリチウムドープ工程において、4.5V定電圧充電時の外装体の外観を確認した。比較例2は、定電圧充電開始から48時間後に外装体が開裂し、重量Bの測定が不可能であった。
[Confirmation of safety of lithium ion capacitor exterior]
In the lithium doping step of the lithium ion energy storage devices obtained in Example 1, Example 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the appearance of the exterior body during 4.5 V constant voltage charging was confirmed. In Comparative Example 2, the outer package was cleaved 48 hours after the start of constant voltage charging, and measurement of weight B was impossible.
表1より、レドックスドープ型アルカリ金属イオン蓄電素子の外装体として金属製角型缶を用い、かつ金属製角型缶に特定の逆止弁を取り付けることにより、電解液を揮発させることなく、ドープにより生じるCO2等のガスを安全に排出できることが分かった。 From Table 1, it is possible to dope without volatilizing the electrolyte solution by using a metal square can as the exterior body of the redox-doped alkali metal ion storage element and attaching a specific check valve to the metal square can. It was found that gas such as CO 2 produced by the above can be safely discharged.
1 アルカリ金属イオン蓄電素子
2 角型外装体
2a 外装体本体
2b 封口体
3 着脱可能な逆止弁
3a ステッカー型逆止弁
3b スクリュー型逆止弁
4 缶壁
5 フィルム(シール部)
6 排出口
7 スペース
8 固定部
9 ステッカー部
10 シャフト
11 おもり
12 バネ
13 スクリュー(ネジ式)
x ガスの流れ方向
DESCRIPTION OF
6 Discharge
x Gas flow direction
Claims (13)
(1)開口部を有する角型外装体に、正極集電体、正極活物質、及びアルカリ金属化合物を含む正極前駆体と、負極集電体、及びアルカリ金属イオンを可逆的に吸蔵及び放出可能な負極活物質を含む負極とを収納する工程;
(2)前記アルカリ金属化合物以外のアルカリ金属塩を含む非水系電解液を前記開口部から注液し、前記開口部を封止し、着脱可能な逆止弁を前記角型外装体に取り付けて、アルカリ金属イオン蓄電素子を形成する工程;
(3)前記正極前駆体と前記負極の間に電圧を印加して、前記負極に対する前記アルカリ金属イオンのドープを行い、かつ前記角型外装体内で発生するガスを前記着脱可能な逆止弁から排気する工程;並びに
(4)前記アルカリ金属イオン蓄電素子のエージングを行い、かつ前記角型外装体内で発生するガスを前記着脱可能な逆止弁から排気する工程;
を含む密封型アルカリ金属イオン蓄電素子の製造方法。 The following steps:
(1) Reversibly occlude and release a positive electrode current collector, a positive electrode active material, a positive electrode precursor containing an alkali metal compound, a negative electrode current collector, and an alkali metal ion in a rectangular exterior body having an opening. Storing a negative electrode containing a negative active material;
(2) A nonaqueous electrolytic solution containing an alkali metal salt other than the alkali metal compound is injected from the opening, the opening is sealed, and a removable check valve is attached to the square exterior body. A step of forming an alkali metal ion storage element;
(3) A voltage is applied between the positive electrode precursor and the negative electrode to dope the alkali metal ions with respect to the negative electrode, and gas generated in the rectangular outer package is removed from the removable check valve. And (4) aging the alkali metal ion storage element and exhausting the gas generated in the rectangular outer package from the detachable check valve;
A method for producing a sealed alkali metal ion storage element including:
(5)前記角型外装体から前記着脱可能な逆止弁を取り外してから、前記アルカリ金属イオン蓄電素子を封止する工程;
を含む、請求項1に記載の方法。 In addition, the following steps:
(5) The step of sealing the alkali metal ion storage element after removing the removable check valve from the rectangular outer package;
The method of claim 1 comprising:
(6)取り外された着脱可能な逆止弁を廃棄又は回収する工程;
を含む、請求項2に記載の方法。 In addition, the following steps:
(6) discarding or recovering the removed removable check valve;
The method of claim 2 comprising:
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