JP2021034570A - Active material layer for power storage device positive electrode, positive electrode for power storage device, and power storage device - Google Patents

Active material layer for power storage device positive electrode, positive electrode for power storage device, and power storage device Download PDF

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匡洋 白神
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Abstract

To provide an active material layer for a power storage device positive electrode that is advantageous from the viewpoint of enhancing the characteristics of a power storage device at low temperatures.SOLUTION: An active material layer 10 for a positive electrode of a power storage device includes an active material 12, a first conductive aid 14a, and a second conductive aid 14b. The active material 12 contains an electrochemically active polymer. The first conductive aid 14a has an aspect ratio of 10 or greater. The second conductive aid 14b has an aspect ratio of less than 10.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、蓄電デバイス正極用活物質層、蓄電デバイス用正極、及び蓄電デバイスに関する。 The present invention relates to an active material layer for a positive electrode of a power storage device, a positive electrode for a power storage device, and a power storage device.

従来、蓄電デバイスの正極において、ポリアニリン等の電気化学的に活性なポリマーを活物質として用いる技術が知られている。 Conventionally, there has been known a technique of using an electrochemically active polymer such as polyaniline as an active material in the positive electrode of a power storage device.

例えば、特許文献1には、急速充放電性に優れた蓄電デバイスのための蓄電デバイス用正極が記載されている。この正極は、ポリアニリン及びポリアニリン誘導体の少なくとも一方を含む活物質と、導電助剤と、バインダーとを含有している。活物質中のポリアニリンの酸化体の割合は、ポリアニリン活物質全体の45質量%以上である。バインダーにおいて、ハンセン溶解度パラメータの極性項及び水素結合項の合計が20MPa1/2以下である。特許文献1において、アルミニウム箔等の集電体層上にスラリーが塗布されて正極が作製されている。特許文献1に記載の技術において、導電性カーボンブラックが好ましく用いられる。 For example, Patent Document 1 describes a positive electrode for a power storage device for a power storage device having excellent rapid charge / discharge properties. The positive electrode contains an active material containing at least one of polyaniline and a polyaniline derivative, a conductive additive, and a binder. The ratio of the oxidized form of polyaniline in the active material is 45% by mass or more of the total polyaniline active material. In the binder, the total of the polarity term and the hydrogen bond term of the Hansen solubility parameter is 20 MPa 1/2 or less. In Patent Document 1, a positive electrode is produced by applying a slurry on a current collector layer such as aluminum foil. In the technique described in Patent Document 1, conductive carbon black is preferably used.

特開2018−26341号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-26341

特許文献1において、蓄電デバイスの急速充放電性に関し検討されているものの、低温における蓄電デバイスの特性及び室温における急速充放電性能については検討されていない。特許文献1に記載の技術は、低温における蓄電デバイスの特性及び室温における急速充放電性能を高める観点から再検討の余地を有する。そこで、本発明は、低温における蓄電デバイスの特性及び室温における急速充放電性能を高める観点から有利な蓄電デバイス正極用活物質層を提供する。 In Patent Document 1, although the rapid charge / discharge property of the power storage device has been studied, the characteristics of the power storage device at low temperature and the rapid charge / discharge performance at room temperature have not been studied. The technique described in Patent Document 1 has room for reexamination from the viewpoint of enhancing the characteristics of the power storage device at low temperature and the rapid charge / discharge performance at room temperature. Therefore, the present invention provides an active material layer for a positive electrode of a power storage device, which is advantageous from the viewpoint of enhancing the characteristics of the power storage device at low temperature and the rapid charge / discharge performance at room temperature.

本発明は、
電気化学的に活性なポリマーを含む活物質と、
10以上のアスペクト比を有する第一導電助剤と、
10未満のアスペクト比を有する第二導電助剤と、を備えた
蓄電デバイス正極用活物質層を提供する。
The present invention
Active materials, including electrochemically active polymers,
A first conductive auxiliary agent having an aspect ratio of 10 or more,
Provided is an active material layer for a positive electrode of a power storage device, comprising a second conductive auxiliary agent having an aspect ratio of less than 10.

また、本発明は、
上記の蓄電デバイス正極用活物質層を備えた、蓄電デバイス用正極を提供する。
In addition, the present invention
Provided is a positive electrode for a power storage device provided with the above-mentioned active material layer for a positive electrode for a power storage device.

また、本発明は、
電解質層と、
前記電解質層の第一主面に接触して配置された負極と、
前記電解質層の第二主面に接触して配置された、上記の蓄電デバイス用正極と、を備えた、
蓄電デバイスを提供する。
In addition, the present invention
With the electrolyte layer,
A negative electrode arranged in contact with the first main surface of the electrolyte layer,
The positive electrode for a power storage device, which is arranged in contact with the second main surface of the electrolyte layer, is provided.
Provides a power storage device.

上記の蓄電デバイス正極用活物質層は、室温における急速充放電性能と、低温における蓄電デバイスの特性を高める観点から有利である。 The active material layer for the positive electrode of the power storage device is advantageous from the viewpoint of enhancing the rapid charge / discharge performance at room temperature and the characteristics of the power storage device at low temperature.

図1は、本発明に係る蓄電デバイス用正極の一例を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a positive electrode for a power storage device according to the present invention. 図2は、本発明に係る蓄電デバイスの一例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a power storage device according to the present invention. 図3は、カーボンナノチューブ粉末の電子顕微鏡写真である。FIG. 3 is an electron micrograph of carbon nanotube powder. 図4は、導電性カーボンブラック粉末の電子顕微鏡写真である。FIG. 4 is an electron micrograph of the conductive carbon black powder. 図5は、実施例1に係る活物質層の電子顕微鏡写真である。FIG. 5 is an electron micrograph of the active material layer according to Example 1. 図6は、実施例2に係る活物質層の電子顕微鏡写真である。FIG. 6 is an electron micrograph of the active material layer according to Example 2.

本発明者らの検討によれば、ポリアニリン等の電気化学的に活性なポリマーは、低温(例えば−30℃)においても電気化学的に活性しやすい特徴を有する。一方、電気化学的に活性なポリマーは低温において高い導電性を保ちにくく、このようなポリマーを正極の活物質として含む蓄電デバイスの低温における特性を向上させることは容易なことではない。本発明者らは、多大な試行錯誤を重ねた結果、異なるアスペクト比を有する複数種類の導電助剤の併用により、電気化学的に活性なポリマーを正極の活物質として含む蓄電デバイスの低温における特性を向上させることができることを新たに見出した。本発明者らは、この新たな知見に基づき、本発明に係る蓄電デバイス正極用活物質層を案出した。 According to the studies by the present inventors, an electrochemically active polymer such as polyaniline has a characteristic that it is easily electrochemically activated even at a low temperature (for example, −30 ° C.). On the other hand, an electrochemically active polymer does not easily maintain high conductivity at a low temperature, and it is not easy to improve the characteristics of a power storage device containing such a polymer as an active material of a positive electrode at a low temperature. As a result of a great deal of trial and error, the present inventors, by using a plurality of types of conductive auxiliaries having different aspect ratios in combination, the characteristics at low temperature of a power storage device containing an electrochemically active polymer as an active material of a positive electrode. It was newly found that it can be improved. Based on this new finding, the present inventors have devised an active material layer for a positive electrode of a power storage device according to the present invention.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments.

図1に示す通り、蓄電デバイス正極用活物質層10は、活物質12と、第一導電助剤14aと、第二導電助剤14bとを備えている。活物質12は、電気化学的に活性なポリマーを含んでいる。第一導電助剤14aは、10以上のアスペクト比を有する。第二導電助剤14bは、10未満のアスペクト比を有する。第一導電助剤14a及び第二導電助剤14bのアスペクト比は、典型的には、各導電助剤の最大長さ又は最大径Lを、各導電助剤の特定方向における最大幅Wで除した値(L/W)である。導電助剤が曲線状に延びている場合、最大長さLはその曲線に沿って決定される。最大幅Wは、最大長さ又は最大径Lを定める方向に延びる仮想的な直線又は曲線に対し垂直な方向における導電助剤の幅の最大値である。 As shown in FIG. 1, the active material layer 10 for the positive electrode of the power storage device includes an active material 12, a first conductive auxiliary agent 14a, and a second conductive auxiliary agent 14b. The active material 12 contains an electrochemically active polymer. The first conductive auxiliary agent 14a has an aspect ratio of 10 or more. The second conductive auxiliary agent 14b has an aspect ratio of less than 10. The aspect ratio of the first conductive auxiliary agent 14a and the second conductive auxiliary agent 14b typically divides the maximum length or the maximum diameter L of each conductive auxiliary agent by the maximum width W of each conductive auxiliary agent in a specific direction. Value (L / W). If the conductive aid extends in a curved line, the maximum length L is determined along that curve. The maximum width W is the maximum value of the width of the conductive auxiliary agent in the direction perpendicular to the virtual straight line or curve extending in the direction defining the maximum length or the maximum diameter L.

低温(例えば−30℃)において、活物質12は電気化学的に活性であるものの、その導電性は低くなっているものと考えられる。活物質層10は第一導電助剤14aを備えており、第一導電助剤14aは、例えば、活物質12の表面に付着して低温における活物質12の導電性の低下を補うことができると考えられる。しかし、本発明者らの検討によれば、仮に活物質層が導電助剤として第一導電助剤14aのみを備える場合、蓄電デバイスの低温における放電容量を高めることは依然として難しい。本発明者らの検討によれば、第一導電助剤14aは、その形状により活物質12同士の隙間を埋めにくく、活物質12同士の間における導電性を高めるには不利であると考えられる。一方、第二導電助剤14bは、活物質12同士の間の隙間を適切に埋めることができ、活物質12同士の間の導電性を高めやすいと考えられる。このように、活物質層10によれば、第一導電助剤14aの機能と第二導電助剤14bの機能との有機的な結合により、蓄電デバイスの低温における放電容量を高めることができると考えられる。 It is considered that the active material 12 is electrochemically active at a low temperature (for example, −30 ° C.), but its conductivity is low. The active material layer 10 includes a first conductive auxiliary agent 14a, and the first conductive auxiliary agent 14a can, for example, adhere to the surface of the active material 12 to compensate for the decrease in conductivity of the active material 12 at a low temperature. it is conceivable that. However, according to the studies by the present inventors, if the active material layer includes only the first conductive auxiliary agent 14a as the conductive auxiliary agent, it is still difficult to increase the discharge capacity of the power storage device at a low temperature. According to the studies by the present inventors, it is considered that the first conductive auxiliary agent 14a is difficult to fill the gap between the active materials 12 due to its shape, and is disadvantageous for increasing the conductivity between the active materials 12. .. On the other hand, it is considered that the second conductive auxiliary agent 14b can appropriately fill the gap between the active materials 12 and easily enhance the conductivity between the active materials 12. As described above, according to the active material layer 10, the discharge capacity of the power storage device at a low temperature can be increased by the organic bonding between the function of the first conductive auxiliary agent 14a and the function of the second conductive auxiliary agent 14b. Conceivable.

また、活物質層10を用いて作製された蓄電デバイスが室温(例えば25℃)での急速充放電に関し、良好な特性を発揮しやすい。急速充放電において、活物質12に含まれる電気化学的に活性なポリマーの膨張及び収縮が起こる。活物質層10が第二導電助剤14bを備えていることにより、活物質12に含まれる電気化学的に活性なポリマーの膨張及び収縮が起こっても、活物質12同士の間の導電性が高く保たれやすいと考えられる。このため、活物質層10を用いて作製された蓄電デバイスは、室温での急速充放電に関し良好な特性を発揮しやすいと考えられる。加えて、第一導電助剤14aは、10以上のアスペクト比を有することにより、活物質12に含まれる電気化学的に活性なポリマーの膨張及び収縮の影響を受けにくい。このため、活物質層10を用いて作製された蓄電デバイスの低温における放電容量は、急速充放電後においても高く保たれやすい。 Further, the power storage device manufactured by using the active material layer 10 tends to exhibit good characteristics with respect to rapid charging / discharging at room temperature (for example, 25 ° C.). In rapid charge / discharge, expansion and contraction of the electrochemically active polymer contained in the active material 12 occurs. Since the active material layer 10 includes the second conductive additive 14b, even if the electrochemically active polymer contained in the active material 12 expands and contracts, the conductivity between the active materials 12 becomes high. It is thought that it is easy to keep high. Therefore, it is considered that the power storage device manufactured by using the active material layer 10 tends to exhibit good characteristics with respect to rapid charging / discharging at room temperature. In addition, since the first conductive auxiliary agent 14a has an aspect ratio of 10 or more, it is not easily affected by the expansion and contraction of the electrochemically active polymer contained in the active material 12. Therefore, the discharge capacity of the power storage device manufactured by using the active material layer 10 at a low temperature is likely to be kept high even after rapid charging / discharging.

活物質層10における第一導電助剤14aの含有量と第二導電助剤14bの含有量との和は、特定の値に限定されない。その和は、例えば、質量基準で1〜30%である。このような構成によれば、より確実に、低温における蓄電デバイスの放電容量を高めることができる。第一導電助剤14aの含有量と第二導電助剤14bの含有量との和が30%を超えると相対的に活物質12の量が少なくなり、このことは蓄電デバイス5にとって有利とは言い難い。 The sum of the content of the first conductive auxiliary agent 14a and the content of the second conductive auxiliary agent 14b in the active material layer 10 is not limited to a specific value. The sum is, for example, 1 to 30% on a mass basis. According to such a configuration, the discharge capacity of the power storage device at a low temperature can be increased more reliably. When the sum of the content of the first conductive auxiliary agent 14a and the content of the second conductive auxiliary agent 14b exceeds 30%, the amount of the active material 12 becomes relatively small, which is advantageous for the power storage device 5. It's hard to say.

活物質層10における第一導電助剤14aの含有量と第二導電助剤14bの含有量との和は、質量基準で、望ましくは2〜25%であり、より望ましくは2〜20%であり、さらに望ましくは3〜19%である。 The sum of the content of the first conductive auxiliary agent 14a and the content of the second conductive auxiliary agent 14b in the active material layer 10 is preferably 2 to 25%, more preferably 2 to 20% on a mass basis. Yes, more preferably 3-19%.

活物質層10において、第二導電助剤の含有量に対する第一導電助剤の含有量の比は、特定の値に限定されない。その比は、例えば、質量基準で1〜9900%である。このような構成によれば、第一導電助剤14aの機能と第二導電助剤14bの機能とが良好に発揮され、より確実に、低温における蓄電デバイスの放電容量を高めることができる。 In the active material layer 10, the ratio of the content of the first conductive auxiliary agent to the content of the second conductive auxiliary agent is not limited to a specific value. The ratio is, for example, 1 to 9900% on a mass basis. According to such a configuration, the function of the first conductive auxiliary agent 14a and the function of the second conductive auxiliary agent 14b are satisfactorily exhibited, and the discharge capacity of the power storage device at a low temperature can be increased more reliably.

活物質層10において、第二導電助剤14bの含有量に対する第一導電助剤14aの含有量の比は、質量基準で、望ましくは10〜900%であり、より望ましくは25〜400%である。 In the active material layer 10, the ratio of the content of the first conductive auxiliary agent 14a to the content of the second conductive auxiliary agent 14b is preferably 10 to 900%, more preferably 25 to 400% on a mass basis. is there.

第一導電助剤14aは、例えば、活物質12の表面において、第二導電助剤14bに比べて広い範囲にわたって存在している。このような構成によれば、低温における活物質12の導電性の低下を補いやすい。 The first conductive auxiliary agent 14a is present in a wider range than the second conductive auxiliary agent 14b on the surface of the active material 12, for example. According to such a configuration, it is easy to compensate for the decrease in the conductivity of the active material 12 at a low temperature.

第二導電助剤14bは、例えば、活物質12同士の隙間に存在している。このような構成によれば、活物質12同士の間の導電性が高まりやすい。 The second conductive auxiliary agent 14b exists, for example, in the gap between the active materials 12. According to such a configuration, the conductivity between the active materials 12 tends to increase.

第一導電助剤14aのアスペクト比は、20以上であってもよく、50以上であってもよく、150以上であってもよい。第一導電助剤14aのアスペクト比は、例えば5000以下である。第一導電助剤14aの最大長さLは、例えば0.5μm以上であり、1μm以上であってもよく、3μm以上であってもよく、5μm以上でありうる。第一導電助剤14aの最大長さLは、例えば、30μm以下である。 The aspect ratio of the first conductive auxiliary agent 14a may be 20 or more, 50 or more, or 150 or more. The aspect ratio of the first conductive auxiliary agent 14a is, for example, 5000 or less. The maximum length L of the first conductive auxiliary agent 14a is, for example, 0.5 μm or more, may be 1 μm or more, may be 3 μm or more, or may be 5 μm or more. The maximum length L of the first conductive auxiliary agent 14a is, for example, 30 μm or less.

第一導電助剤14aは、例えば、ロッド状、チューブ状、ファイバー状、又はフィブリル状である。第一導電助剤14aは、典型的には、蓄電デバイスの充放電のために印加される電圧によって変化しない性状を有する導電性材料でできている。第一導電助剤14aは、導電性カーボン材料又は金属材料でありうる。第一導電助剤14aは、望ましくは、第一導電性カーボン材料を含む。 The first conductive auxiliary agent 14a is, for example, rod-shaped, tubular-shaped, fibrous-shaped, or fibril-shaped. The first conductive auxiliary agent 14a is typically made of a conductive material having properties that do not change with the voltage applied for charging and discharging the power storage device. The first conductive auxiliary agent 14a can be a conductive carbon material or a metallic material. The first conductive auxiliary agent 14a preferably contains a first conductive carbon material.

第一導電性カーボン材料は、例えば、炭素繊維及びカーボンナノチューブ等の繊維状のカーボン材料である。第一導電性カーボン材料は、望ましくはカーボンナノチューブである。この場合、より確実に、低温における蓄電デバイスの放電容量を高めることができる。カーボンナノチューブは、単層のカーボンナノチューブであってもよく、二層のカーボンナノチューブであってもよく、多層のカーボンナノチューブであってもよい。 The first conductive carbon material is, for example, a fibrous carbon material such as carbon fiber and carbon nanotube. The first conductive carbon material is preferably carbon nanotubes. In this case, the discharge capacity of the power storage device at a low temperature can be increased more reliably. The carbon nanotubes may be single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes, or multi-walled carbon nanotubes.

第二導電助剤14bのアスペクト比は、8以下であってもよく、5以下であってもよく、3以下であってもよい。第二導電助剤14bの最大径Lは、例えば20nm以上であり、30nm以上であってもよく、40nm以上でありうる。第二導電助剤14bの最大径Lは、例えば、1μm以下である。 The aspect ratio of the second conductive auxiliary agent 14b may be 8 or less, 5 or less, or 3 or less. The maximum diameter L of the second conductive auxiliary agent 14b is, for example, 20 nm or more, may be 30 nm or more, and may be 40 nm or more. The maximum diameter L of the second conductive auxiliary agent 14b is, for example, 1 μm or less.

第二導電助剤14bは、典型的には、蓄電デバイスの充放電のために印加される電圧によって変化しない性状を有する導電性材料でできている。第二導電助剤14bは、例えば、導電性カーボン材料又は金属材料でありうる。第二導電助剤14bは、望ましくは、第二導電性カーボン材料を含む。 The second conductive auxiliary agent 14b is typically made of a conductive material having properties that do not change with the voltage applied for charging and discharging the power storage device. The second conductive auxiliary agent 14b can be, for example, a conductive carbon material or a metallic material. The second conductive auxiliary agent 14b preferably contains a second conductive carbon material.

第二導電性カーボン材料は、望ましくは、アセチレンブラック及びケッチェンブラック等のカーボンブラックである。この場合、より確実に、低温における蓄電デバイスの放電容量を高めることができる。また、活物質層10の製造コストを低減しやすい。 The second conductive carbon material is preferably a carbon black such as acetylene black and ketjen black. In this case, the discharge capacity of the power storage device at a low temperature can be increased more reliably. In addition, it is easy to reduce the manufacturing cost of the active material layer 10.

活物質12に含まれる電気化学的に活性なポリマーは、特定のポリマーに限定されない。活物質12に含まれる電気化学的に活性なポリマーは、例えば、酸化体及び還元体を有する、ポリアニリン及びポリアニリン誘導体(以下、「ポリアニリン系化合物」ということがある)の少なくとも一方を含む。換言すると、活物質12は、半酸化状態のポリアニリン系化合物を含む。これにより、蓄電デバイスが高い耐久性を有しやすい。一方、低温において、半酸化状態のポリアニリン系化合物の導電性は低下しやすい。しかし、活物質層10によれば、第一導電助剤14aの機能と第二導電助剤14bの機能との有機的な結合により、活物質12が半酸化状態のポリアニリン系化合物を含んでいても、低温における蓄電デバイスの放電容量を高めることができる。 The electrochemically active polymer contained in the active material 12 is not limited to a specific polymer. The electrochemically active polymer contained in the active material 12 includes, for example, at least one of a polyaniline and a polyaniline derivative (hereinafter, may be referred to as “polyaniline-based compound”) having an oxidized body and a reduced product. In other words, the active material 12 contains a polyaniline-based compound in a semi-oxidized state. As a result, the power storage device tends to have high durability. On the other hand, at low temperatures, the conductivity of the semi-oxidized polyaniline compound tends to decrease. However, according to the active material layer 10, the active material 12 contains a polyaniline-based compound in a semi-oxidized state due to the organic bonding between the functions of the first conductive auxiliary agent 14a and the functions of the second conductive auxiliary agent 14b. Also, the discharge capacity of the power storage device at low temperature can be increased.

ポリアニリン系化合物は、例えば、質量基準で35〜60%の酸化体を含む。この場合、ポリアニリン系化合物の保存性が良好であり、より確実に、蓄電デバイスの耐久性を高めやすい。ポリアニリン系化合物の酸化体Ox及び還元体Redの化学構造を下記の式(a)に示す。式(a)において、x及びyのそれぞれは、0以上の整数である。 Polyaniline compounds contain, for example, 35-60% oxidants by mass. In this case, the storage stability of the polyaniline-based compound is good, and the durability of the power storage device can be more reliably increased. The chemical structures of the oxidized Ox and the reduced Red of the polyaniline compound are shown in the following formula (a). In the formula (a), each of x and y is an integer of 0 or more.

ポリアニリン系化合物における酸化体の含有量は、例えば、固体13CNMRスペクトルから求めることができる。また、ポリアニリン系化合物における酸化体の含有量は、分光光度計の電子スペクトルにおける640nm付近の吸収極大の吸光度A640と、340nm付近の吸収極大の吸光度A340との比A640/A340で表される酸化度指数から求めることも可能である。ポリアニリン系化合物における酸化体の含有量(酸化体の割合)は、例えば、特開2018−26341号公報の段落0040〜0051に記載の方法に従って決定できる。 The content of the oxidant in the polyaniline compound can be determined from , for example, the solid 13 CNMR spectrum. The content of the oxidant in the polyaniline compound is the degree of oxidation represented by the ratio A640 / A340 of the maximum absorption A640 near 640 nm and the maximum absorption A340 near 340 nm in the electron spectrum of the spectrophotometer. It can also be calculated from the index. The content of the oxidant (ratio of the oxidant) in the polyaniline compound can be determined, for example, according to the method described in paragraphs 0040 to 0051 of JP-A-2018-26341.

ポリアニリンは、典型的には、アニリンの電解重合又は化学酸化重合によって得られる。ポリアニリン誘導体は、典型的には、アニリン誘導体の電解重合又は化学酸化重合によって得られる。アニリン誘導体は、例えば、アニリンの4位以外の位置にアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アルキルアリール基、アリールアルキル基、及びアルコキシアルキル基等の置換基を少なくとも1つ有する。アニリン誘導体は、例えば、(i)o−メチルアニリン、o−エチルアニリン、o−フェニルアニリン、o−メトキシアニリン、及びo−エトキシアニリン等のo−置換アニリン、又は、(ii)m−メチルアニリン、m−エチルアニリン、m−メトキシアニリン、m−エトキシアニリン、m−フェニルアニリン等のm−置換アニリンでありうる。ポリアニリン誘導体の合成において、1種類のアニリン誘導体のみが用いられてもよいし、2種類以上のアニリン誘導体が組み合わせられて用いられてもよい。 Polyaniline is typically obtained by electrolytic or chemical oxidative polymerization of aniline. Polyaniline derivatives are typically obtained by electrolytic or chemical oxidative polymerization of aniline derivatives. The aniline derivative has, for example, at least one substituent such as an alkyl group, an alkenyl group, an alkoxy group, an aryl group, an aryloxy group, an alkylaryl group, an arylalkyl group, and an alkoxyalkyl group at a position other than the 4-position of aniline. Have. The aniline derivative is, for example, (i) o-substituted aniline such as o-methylaniline, o-ethylaniline, o-phenylaniline, o-methoxyaniline, and o-ethoxyaniline, or (ii) m-methylaniline. , M-Ethylaniline, m-methoxyaniline, m-ethoxyaniline, m-phenylaniline and the like may be m-substituted anilines. In the synthesis of the polyaniline derivative, only one kind of aniline derivative may be used, or two or more kinds of aniline derivatives may be used in combination.

アニリン又はアニリン誘導体の電解重合又は化学酸化重合によってポリアニリン系化合物を得る場合、導電性を付与するためにポリアニリン系化合物にプロトン酸等のドーパントがドーピングされうる。ドーピングのために使用されるプロトン酸は、活物質12に所望の導電性を付与できる限り、特定のプロトン酸に限定されない。プロトン酸は、例えば塩酸又は硫酸である。 When a polyaniline-based compound is obtained by electrolytic polymerization or chemical oxidation polymerization of an aniline or an aniline derivative, the polyaniline-based compound can be doped with a dopant such as a protonic acid in order to impart conductivity. The protonic acid used for doping is not limited to a particular protonic acid as long as it can impart the desired conductivity to the active material 12. The protonic acid is, for example, hydrochloric acid or sulfuric acid.

アニリン又はアニリン誘導体の電解重合又は化学酸化重合によってポリアニリン系化合物を得る場合、例えば、所定の酸化剤が用いられる。酸化剤は、例えば、ペルオキソ二硫酸アンモニウム(APS)、過酸化水素、重クロム酸カリウム、過マンガン酸カリウム、塩素酸ナトリウム、硝酸セリウムアンモニウム、ヨウ素酸ナトリウム、塩化鉄、及び二酸化マンガンからなる群より選ばれる少なくとも1つである。 When a polyaniline-based compound is obtained by electrolytic polymerization or chemical oxidation polymerization of aniline or an aniline derivative, for example, a predetermined oxidizing agent is used. The oxidizing agent is selected from the group consisting of, for example, ammonium peroxodisulfate (APS), hydrogen peroxide, potassium dichromate, potassium permanganate, sodium chlorate, ammonium cerium nitrate, sodium iodate, iron chloride, and manganese dioxide. At least one.

上記の通り、導電性を付与するためにポリアニリン系化合物にはプロトン酸等のドーパントがドーピングされることがある。一方、活物質12に含まれるポリアニリン系化合物は、望ましくは、蓄電デバイス用正極の作製時には脱ドーピングされている。具体的には、活物質12に含まれるポリアニリン系化合物は、プロトン酸等のドーパントが脱ドーピングされた状態である。この場合、活物質12が活物質層10において適切に分散されやすく、蓄電デバイスのエネルギー密度が高まりやすい。なぜなら、脱ドーピングされたポリアニリン系化合物は、活物質層10を形成するためのスラリーの分散媒が水であっても、そのスラリー中で良好に分散するからである。一方、ドーピングされているポリアニリン系化合物を分散媒として水を用いて良好に分散させることは難しい可能性がある。 As described above, the polyaniline compound may be doped with a dopant such as a protonic acid in order to impart conductivity. On the other hand, the polyaniline compound contained in the active material 12 is preferably dedoping at the time of producing the positive electrode for the power storage device. Specifically, the polyaniline compound contained in the active material 12 is in a state in which a dopant such as a protonic acid is dedoping. In this case, the active material 12 is likely to be appropriately dispersed in the active material layer 10, and the energy density of the power storage device is likely to increase. This is because the dedoping polyaniline compound disperses well in the slurry even if the dispersion medium of the slurry for forming the active material layer 10 is water. On the other hand, it may be difficult to satisfactorily disperse the doped polyaniline compound using water as a dispersion medium.

活物質12に含まれるポリアニリン系化合物は、望ましくは、蓄電デバイスの組立時に脱ドーピングされている。なお、蓄電デバイスが充電された状態にあるとき、活物質12に含まれるポリアニリン系化合物はドーピングされた状態にある。予め化学的にドーピングされた正極と、充電されていない負極とを組み合わせて蓄電デバイスを組み立てることが考えられる。この場合、蓄電デバイスの初回の充電において、正極における化学的にドーピングされていないポリアニリン系化合物のみが充電に寄与する。このため、蓄電デバイスの初回の充電容量が大幅に小さくなり、蓄電デバイスにとって好ましくない。また、予め化学的にドーピングされた正極と、リチウムプレドープ負極等の負極とを組み合わせて蓄電デバイスを組み立てることも考えられる。この場合、蓄電デバイスを組み立て直後の放電が可能であるが、化学的にドーピングされた正極は、電気化学的にはドーピング及び脱ドーピングされにくく、蓄電デバイスの容量の低下を招く。このため、所望の蓄電デバイスが得られにくい。なお、正極の作製時又は蓄電デバイスの組立時に脱ドーピングされた状態の電気化学的に活性なポリマーであっても、蓄電デバイスの組立後に充電が開始された時点から電気化学的にドーピングされる。その後、活物質12に含まれるポリアニリン系化合物のドーピング及び脱ドーピングが繰り返されることによって、蓄電デバイスとして使用できる。 The polyaniline compound contained in the active material 12 is preferably dedoping during assembly of the power storage device. When the power storage device is in a charged state, the polyaniline compound contained in the active material 12 is in a doped state. It is conceivable to assemble a power storage device by combining a positive electrode chemically doped in advance and a negative electrode that has not been charged. In this case, in the initial charge of the power storage device, only the chemically undoped polyaniline compound at the positive electrode contributes to the charge. Therefore, the initial charge capacity of the power storage device is significantly reduced, which is not preferable for the power storage device. It is also conceivable to assemble a power storage device by combining a positive electrode chemically doped in advance and a negative electrode such as a lithium pre-doped negative electrode. In this case, it is possible to discharge immediately after assembling the power storage device, but the chemically doped positive electrode is difficult to be electrochemically doped and dedoping, resulting in a decrease in the capacity of the power storage device. Therefore, it is difficult to obtain a desired power storage device. Even if the polymer is electrochemically active in a dedoping state when the positive electrode is manufactured or when the power storage device is assembled, it is electrochemically doped from the time when charging is started after the power storage device is assembled. After that, the polyaniline compound contained in the active material 12 is repeatedly doped and dedoping, so that it can be used as a power storage device.

上記のようにして得られた半酸化状態のポリアニリン系化合物に対し、洗浄、分級、又は粉砕の処理を行ってもよい。このような処理を行うことにより、活物質12を用いて作製される蓄電デバイスが低温において高い放電容量を発揮することがある。分級の方法は、特定の方法に限定されず、公知の分級方法を適用できる。粉砕の方法は、特定の方法に限定されない。粉砕の方法は、例えば、ボールミル、ビーズミル、サンドミル、ジェットミル、及びロールミルからなる群より選ばれる少なくとも1つである。 The semi-oxidized polyaniline compound obtained as described above may be washed, classified, or pulverized. By performing such a process, the power storage device manufactured by using the active material 12 may exhibit a high discharge capacity at a low temperature. The classification method is not limited to a specific method, and a known classification method can be applied. The method of pulverization is not limited to a specific method. The pulverization method is at least one selected from the group consisting of, for example, a ball mill, a bead mill, a sand mill, a jet mill, and a roll mill.

活物質12は、例えば、0.5μmを超え20μm以下の平均粒径を有する。これにより、より確実に、蓄電デバイスの初期の放電容量が高まりやすい。活物質12の平均粒径は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)等の電子顕微鏡を用いて50個以上の活物質12を観察したときに、50個以上の活物質12の最大径を計測することによって決定できる。あるいは、活物質12の平均粒径は、顕微鏡を用いて粒子の形状を撮像し、画像解析によって分析する粒子像分析装置を用いて決定してもよい。本明細書において、「平均粒径」は、メジアン径(D50)を指す。メジアン径とは、その値より大きい粒径を持つ粒子の個数と、その値より小さい粒径を持つ粒子の個数とが等しくなるような粒径のことである。 The active material 12 has, for example, an average particle size of more than 0.5 μm and 20 μm or less. As a result, the initial discharge capacity of the power storage device tends to increase more reliably. For the average particle size of the active material 12, for example, when 50 or more active materials 12 are observed using an electron microscope such as a scanning electron microscope (SEM), the maximum diameter of the 50 or more active materials 12 is measured. Can be determined by doing. Alternatively, the average particle size of the active material 12 may be determined using a particle image analyzer that images the shape of the particles using a microscope and analyzes them by image analysis. As used herein, the "average particle size" refers to the median diameter (D50). The median diameter is a particle size such that the number of particles having a particle size larger than that value is equal to the number of particles having a particle size smaller than that value.

活物質層10における活物質12の含有量は、質量基準で、例えば1%以上であり、望ましくは5%以上であり、より望ましくは20%以上であり、さらに望ましくは40%以上であり、とりわけ望ましくは60%以上である。これにより、蓄電デバイスにおけるエネルギー密度が高まりやすい。活物質層10における活物質12の含有量は、例えば、質量基準で95%以下である。 The content of the active material 12 in the active material layer 10 is, for example, 1% or more, preferably 5% or more, more preferably 20% or more, and further preferably 40% or more on a mass basis. Especially preferably 60% or more. As a result, the energy density of the power storage device tends to increase. The content of the active material 12 in the active material layer 10 is, for example, 95% or less on a mass basis.

図1に示す通り、活物質層10は、例えば、バインダー15をさらに含有している。バインダー15は、例えばエラストマーを含んでいる。エラストマーは、天然ゴム、合成ゴム、又は熱可塑性エラストマーでありうる。バインダー15は、典型的には、活物質12の外面、第一導電助剤14aの外面、又は第二導電助剤14bの外面に接触している。バインダー15によって、活物質12、第一導電助剤14a、及び第二導電助剤14bが結着されている。図1に示す通り、活物質層10は、例えば、空孔16を有している。空孔16は、例えば、活物質層10の一方の主面から他方の主面に連なるように形成されている。蓄電デバイスにおいて、例えば、電解液が空孔16に含浸される。バインダー15がエラストマーを含んでいることにより、蓄電デバイスの充放電に伴う電気化学的に活性なポリマー粒子の寸法変化に応じて大きな応力が発生せずにバインダー15が変形しやすい。これにより、蓄電デバイスにおいて急速充放電に関し、所望の特性が発揮されやすい。 As shown in FIG. 1, the active material layer 10 further contains, for example, a binder 15. The binder 15 contains, for example, an elastomer. The elastomer can be natural rubber, synthetic rubber, or thermoplastic elastomer. The binder 15 is typically in contact with the outer surface of the active material 12, the outer surface of the first conductive auxiliary agent 14a, or the outer surface of the second conductive auxiliary agent 14b. The binder 15 binds the active material 12, the first conductive auxiliary agent 14a, and the second conductive auxiliary agent 14b. As shown in FIG. 1, the active material layer 10 has, for example, pores 16. The pores 16 are formed so as to be continuous from one main surface of the active material layer 10 to the other main surface, for example. In the power storage device, for example, the electrolytic solution is impregnated into the pores 16. Since the binder 15 contains an elastomer, the binder 15 is easily deformed without generating a large stress according to the dimensional change of the electrochemically active polymer particles accompanying the charging and discharging of the power storage device. As a result, the desired characteristics of the power storage device are likely to be exhibited with respect to rapid charging / discharging.

バインダー15は、例えばゴム材料を含む。この場合、ゴム材料は、例えば、スチレン−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、又はメタクリル酸メチル−ブタジエン共重合体でありうる。 The binder 15 includes, for example, a rubber material. In this case, the rubber material can be, for example, a styrene-butadiene copolymer, an acrylonitrile-butadiene copolymer, or a methyl methacrylate-butadiene copolymer.

バインダー15の、ハンセン溶解度パラメータにおける極性項及び水素結合項の合計は、例えば、20MPa1/2以下である。この場合、バインダー15と活物質12との親和性が良く、第一導電助剤14a及び第二導電助剤1baが活物質12と適切に接触しやすい。このハンセン溶解度パラメータの決定のための計算は、Charles M. Hansen著、Hansen Solubility Parameters:A Users Handbook (CRCプレス、2007年)に記載されている方法に従って行うことができる。加えて、コンピュータソフトウェアHansen Solubility Parameters in Practice (HSPiP)を用いることにより、化学構造からハンセン溶解度パラメータを算出することができる。さらに、複合材料からなるバインダーのハンセン溶解度パラメータにおける極性項及び水素結合項の合計は、バインダーを構成する各成分のハンセン溶解度パラメータと各成分の質量基準の構成比との積を合計することによって決定できる。バインダー15の、ハンセン溶解度パラメータにおける極性項及び水素結合項の合計は、望ましくは、19MPa1/2以下であり、より望ましくは12MPa1/2以下であり、さらに望ましくは8MPa1/2以下である。 The total of the polar term and the hydrogen bond term in the Hansen solubility parameter of the binder 15 is, for example, 20 MPa 1/2 or less. In this case, the binder 15 and the active material 12 have a good affinity, and the first conductive auxiliary agent 14a and the second conductive auxiliary agent 1ba are likely to come into proper contact with the active material 12. Calculations for determining this Hansen solubility parameter can be performed according to the method described in Charles M. Hansen, Hansen Solubility Parameters: A Users Handbook (CRC Press, 2007). In addition, by using the computer software Hansen Solubility Parameters in Practice (HSPiP), the Hansen solubility parameter can be calculated from the chemical structure. Further, the total of the polarity term and the hydrogen bond term in the Hansen solubility parameter of the binder made of the composite material is determined by summing the product of the Hansen solubility parameter of each component constituting the binder and the mass-based composition ratio of each component. it can. The sum of the polar term and the hydrogen bond term in the Hansen solubility parameter of the binder 15 is preferably 19 MPa 1/2 or less, more preferably 12 MPa 1/2 or less, and further preferably 8 MPa 1/2 or less. ..

活物質層10におけるバインダー15の含有量は、質量基準で、例えば、1〜30%であり、望ましくは4〜25%であり、より望ましくは4〜18%である。これにより、バインダー15の含有量を抑制しつつ、活物質層10において活物質12を適切に分散させることができる。その結果、蓄電デバイスにおけるエネルギー密度を高めやすい。 The content of the binder 15 in the active material layer 10 is, for example, 1 to 30%, preferably 4 to 25%, and more preferably 4 to 18% on a mass basis. As a result, the active material 12 can be appropriately dispersed in the active material layer 10 while suppressing the content of the binder 15. As a result, it is easy to increase the energy density in the power storage device.

活物質層10は、必要に応じて、活物質12以外の活物質を含有していてもよい。活物質12以外の活物質は、例えば、活性炭等のカーボン材料である。活性炭は、アルカリ賦活活性炭、水蒸気賦活活性炭、ガス賦活活性炭、又は塩化亜鉛賦活活性炭でありうる。 The active material layer 10 may contain an active material other than the active material 12, if necessary. The active material other than the active material 12 is, for example, a carbon material such as activated carbon. The activated carbon can be an alkaline activated carbon, a steam activated carbon, a gas activated carbon, or a zinc chloride activated carbon.

活物質層10は、必要に応じて、増粘剤等の添加剤をさらに含有していてもよい。増粘剤は、例えば、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレンオキサイド、カルボキシメチルセルロース(CMC)、これらの誘導体、又はこれらの塩である。なかでも、カルボキシルメチルセルロース、その誘導体、又はその塩が増粘剤として望ましく用いられる。 The active material layer 10 may further contain an additive such as a thickener, if necessary. Thickeners are, for example, methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, polyethylene oxide, carboxymethyl cellulose (CMC), derivatives thereof, or salts thereof. Among them, carboxylmethyl cellulose, a derivative thereof, or a salt thereof is preferably used as a thickener.

活物質層10における増粘剤の含有量は、質量基準で、例えば1〜20%であり、望ましくは、1〜10%であり、より望ましくは1〜8%である。 The content of the thickener in the active material layer 10 is, for example, 1 to 20%, preferably 1 to 10%, and more preferably 1 to 8% on a mass basis.

上記の活物質層10を用いて、蓄電デバイス用正極を提供できる。図1に示す通り、蓄電デバイス用正極1は、活物質層10を備えている。これにより、正極1を用いて作製される蓄電デバイスの低温における放電容量が高くなりやすい。加えて、正極1を用いて作製される蓄電デバイスは、室温での急速充放電に関し、良好な特性を発揮しやすい。 The positive electrode for a power storage device can be provided by using the above-mentioned active material layer 10. As shown in FIG. 1, the positive electrode 1 for a power storage device includes an active material layer 10. As a result, the discharge capacity of the power storage device manufactured by using the positive electrode 1 at a low temperature tends to increase. In addition, the power storage device manufactured by using the positive electrode 1 tends to exhibit good characteristics with respect to rapid charging / discharging at room temperature.

図1に示す通り、正極1は、例えば、集電体20と、導電層30とをさらに備えている。導電層30は、活物質層10と集電体20との間に配置されている。導電層30は、活物質層10及び集電体20に接触している。導電層30により、活物質層10と集電体20との間で剥離等が生じにくい。導電層30が省略されて、活物質層10が集電体20に直接接触していてもよい。 As shown in FIG. 1, the positive electrode 1 further includes, for example, a current collector 20 and a conductive layer 30. The conductive layer 30 is arranged between the active material layer 10 and the current collector 20. The conductive layer 30 is in contact with the active material layer 10 and the current collector 20. Due to the conductive layer 30, peeling or the like is unlikely to occur between the active material layer 10 and the current collector 20. The conductive layer 30 may be omitted, and the active material layer 10 may be in direct contact with the current collector 20.

導電層30は、特定の態様に限定されない。導電層30は、例えば、黒鉛等のカーボン材料でできた導電性粒子32と、導電性粒子32の外面に接触しているバインダー35とを含有している。この場合、導電層30が活物質層10及び集電体20と密着しやすい。 The conductive layer 30 is not limited to a specific aspect. The conductive layer 30 contains, for example, conductive particles 32 made of a carbon material such as graphite and a binder 35 in contact with the outer surface of the conductive particles 32. In this case, the conductive layer 30 easily adheres to the active material layer 10 and the current collector 20.

導電層30の厚みは、例えば、0.1μm〜20μmの厚みを有する。導電層30は、0.1μm〜10μmの厚みを有していてもよく、0.1μm〜5μmの厚みを有していてもよい。 The thickness of the conductive layer 30 has, for example, a thickness of 0.1 μm to 20 μm. The conductive layer 30 may have a thickness of 0.1 μm to 10 μm, or may have a thickness of 0.1 μm to 5 μm.

導電層30がなす表面における水滴の接触角は、例えば100°以下である。導電層30の表面における水滴の接触角は、例えば、活物質層10を形成する前に、日本工業規格JIS R 3257:1999における静滴法に従って測定できる。水滴の接触角の測定温度は25℃である。導電層30の表面における水滴の接触角は、例えば、活物質層10を形成した後に、活物質層10の少なくとも一部を研磨又は切削等の方法によって除去して導電層30を露出させ、露出した導電層30の表面において測定してもよい。加えて、集電体20の少なくとも一部を研磨又は切削等の方法によって除去して導電層30を露出させ、露出した導電層30の表面において測定してもよい。 The contact angle of water droplets on the surface formed by the conductive layer 30 is, for example, 100 ° or less. The contact angle of water droplets on the surface of the conductive layer 30 can be measured, for example, according to the static droplet method in Japanese Industrial Standard JIS R 3257: 1999 before forming the active material layer 10. The measurement temperature of the contact angle of the water droplet is 25 ° C. The contact angle of water droplets on the surface of the conductive layer 30 is determined by, for example, forming the active material layer 10 and then removing at least a part of the active material layer 10 by a method such as polishing or cutting to expose the conductive layer 30. It may be measured on the surface of the conductive layer 30. In addition, at least a part of the current collector 20 may be removed by a method such as polishing or cutting to expose the conductive layer 30, and measurement may be performed on the surface of the exposed conductive layer 30.

導電層30の主面における水滴の接触角が小さいことは、導電層30と活物質層10との密着性を高める観点から有利である。この水滴の接触角は、望ましくは90°以下であり、より望ましくは80°以下であり、さらに望ましくは70°以下である。この水滴の接触角は、例えば、10°以上である。 The small contact angle of water droplets on the main surface of the conductive layer 30 is advantageous from the viewpoint of enhancing the adhesion between the conductive layer 30 and the active material layer 10. The contact angle of the water droplets is preferably 90 ° or less, more preferably 80 ° or less, and even more preferably 70 ° or less. The contact angle of the water droplet is, for example, 10 ° or more.

Surface And Interfacial Cutting Analysis System(SAICAS)によって測定される活物質層10の導電層30に対する剥離強度Pは、例えば、0.15kN/m以上である。剥離強度Pは、例えば、以下の式(1)によって決定される。SAICASの測定モードは、定速度モードである。切削速度は、10μm/秒である。FHは、活物質層10と導電層30との界面においてSAICASのダイヤモンド製の切刃(ダイプラ社製、すくい角:10°)を水平に移動させた場合の水平切削応力[N]である。Wは、SAICASの切刃の刃幅[m]である。なお、SAICASは、ダイプラ株式会社の登録商標である。
P=FH/W (1)
The peel strength P of the active material layer 10 with respect to the conductive layer 30 measured by the Surface And Interfacial Cutting Analysis System (SAICAS) is, for example, 0.15 kN / m or more. The peel strength P is determined by, for example, the following formula (1). The measurement mode of SAICAS is the constant velocity mode. The cutting speed is 10 μm / sec. FH is the horizontal cutting stress [N] when the SAICAS diamond cutting edge (manufactured by Daipla, rake angle: 10 °) is horizontally moved at the interface between the active material layer 10 and the conductive layer 30. W is the blade width [m] of the cutting edge of SAICAS. SAICAS is a registered trademark of Daipla Co., Ltd.
P = FH / W (1)

剥離強度Pが大きいほど、導電層30と活物質層10との密着性が高い。剥離強度Pは、望ましくは0.15kN/m以上であり、より望ましくは0.17kN/m以上であり、さらに望ましくは0.23kN/m以上である。 The larger the peel strength P, the higher the adhesion between the conductive layer 30 and the active material layer 10. The peel strength P is preferably 0.15 kN / m or more, more preferably 0.17 kN / m or more, and further preferably 0.23 kN / m or more.

導電層30のバインダー35は、特定のバインダーに限定されない。バインダー35は、例えば、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレンオキサイド、カルボキシメチルセルロース、これらの誘導体、これらの塩、ポリオレフィン、天然ゴム、合成ゴム、及び熱可塑性エラストマーからなる群より選ばれる少なくとも1つを含む。この場合、導電層30が活物質層10及び集電体20と密着しやすい。特に、バインダー15の、ハンセン溶解度パラメータにおける極性項及び水素結合項の合計が20MPa1/2以下である場合に、導電層30のバインダー35が上記の成分を含んでいると、活物質層10と導電層30との密着性が高くなりやすい。 The binder 35 of the conductive layer 30 is not limited to a specific binder. The binder 35 contains, for example, at least one selected from the group consisting of methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, polyethylene oxide, carboxymethyl cellulose, derivatives thereof, salts thereof, polyolefins, natural rubbers, synthetic rubbers, and thermoplastic elastomers. In this case, the conductive layer 30 easily adheres to the active material layer 10 and the current collector 20. In particular, when the total of the polar term and the hydrogen bond term in the Hansen solubility parameter of the binder 15 is 20 MPa 1/2 or less, and the binder 35 of the conductive layer 30 contains the above components, the active material layer 10 and Adhesion with the conductive layer 30 tends to be high.

合成ゴム又は熱可塑性エラストマーとしては、例えば、スチレン−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、又はメタクリル酸メチル−ブタジエン共重合体を使用できる。 As the synthetic rubber or thermoplastic elastomer, for example, a styrene-butadiene copolymer, an acrylonitrile-butadiene copolymer, or a methyl methacrylate-butadiene copolymer can be used.

バインダー35は、ポリオレフィン、カルボキシメチルセルロース、及びスチレン−ブタジエン共重合体からなる群より選ばれる少なくとも1つを含んでいてもよい。この場合、より確実に、導電層30と活物質層10又は集電体20との密着性が高まりやすい。 The binder 35 may contain at least one selected from the group consisting of polyolefins, carboxymethyl cellulose, and styrene-butadiene copolymers. In this case, the adhesion between the conductive layer 30 and the active material layer 10 or the current collector 20 is likely to increase more reliably.

バインダー35は、望ましくは、カルボキシメチルセルロース及びスチレン−ブタジエン共重合体の少なくとも一方を含む。この場合、導電層30と活物質層10との密着性が高まりやすい。 The binder 35 preferably contains at least one of carboxymethyl cellulose and a styrene-butadiene copolymer. In this case, the adhesion between the conductive layer 30 and the active material layer 10 tends to increase.

集電体20は、例えば、ニッケル、アルミニウム、及びステンレスなどの金属材料でできた箔又はメッシュである。 The current collector 20 is a foil or mesh made of a metal material such as nickel, aluminum, and stainless steel.

正極1の製造方法の一例について説明する。まず、集電体20を準備し、集電体20の主面に導電層30を形成する。導電層30は、例えば、所定の原料を用いて、コーティング、スパッタリング、蒸着、イオンプレーティング、又はCVDによって形成される。導電層30は、望ましくは、導電性粒子32及びバインダー35を分散媒に分散させて調製されたスラリーを集電体20の主面に塗布して塗膜を形成し、その塗膜を乾燥させることよって形成できる。その後、活物質12、第一導電助剤14a、第二導電助剤14b、及びバインダー15を分散媒に分散させて調製されたスラリーを導電層30の表面に塗布して塗膜を形成し、この塗膜を乾燥させることによって活物質層10を形成できる。このようにして、正極1を作製できる。なお、活物質層10を形成するためのスラリーには、必要に応じて、活物質12以外の活物質及び増粘剤等の添加剤が加えられる。 An example of a method for manufacturing the positive electrode 1 will be described. First, the current collector 20 is prepared, and the conductive layer 30 is formed on the main surface of the current collector 20. The conductive layer 30 is formed by, for example, coating, sputtering, vapor deposition, ion plating, or CVD using a predetermined raw material. Desirably, the conductive layer 30 is formed by applying a slurry prepared by dispersing the conductive particles 32 and the binder 35 in a dispersion medium to the main surface of the current collector 20 to form a coating film, and the coating film is dried. It can be formed by that. Then, a slurry prepared by dispersing the active material 12, the first conductive auxiliary agent 14a, the second conductive auxiliary agent 14b, and the binder 15 in a dispersion medium is applied to the surface of the conductive layer 30 to form a coating film. The active material layer 10 can be formed by drying this coating film. In this way, the positive electrode 1 can be manufactured. If necessary, an active material other than the active material 12 and an additive such as a thickener are added to the slurry for forming the active material layer 10.

正極1において導電層30を省略する場合、活物質12、第一導電助剤14a、第二導電助剤14b、及びバインダー15を分散媒に分散させて調製されたスラリーを集電体20の主面に塗布して塗膜を形成し、この塗膜を乾燥させて活物質層10を形成してもよい。 When the conductive layer 30 is omitted in the positive electrode 1, a slurry prepared by dispersing the active material 12, the first conductive auxiliary agent 14a, the second conductive auxiliary agent 14b, and the binder 15 in a dispersion medium is mainly used in the current collector 20. It may be applied to a surface to form a coating film, and the coating film may be dried to form an active material layer 10.

図2に示す通り、正極1を用いて蓄電デバイス5を提供できる。蓄電デバイス5は、電解質層3と、負極2と、正極1とを備えている。負極2は、電解質層3の第一主面に接触して配置されている。正極1は、電解質層3の第二主面に接触して配置されている。正極1の活物質層10が電解質層3の第二主面に接触している。電解質層3は、正極1と負極2との間に配置されている。蓄電デバイス5は、正極1を備えていることにより、低温において高い放電容量を発揮しやすい。 As shown in FIG. 2, the power storage device 5 can be provided by using the positive electrode 1. The power storage device 5 includes an electrolyte layer 3, a negative electrode 2, and a positive electrode 1. The negative electrode 2 is arranged in contact with the first main surface of the electrolyte layer 3. The positive electrode 1 is arranged in contact with the second main surface of the electrolyte layer 3. The active material layer 10 of the positive electrode 1 is in contact with the second main surface of the electrolyte layer 3. The electrolyte layer 3 is arranged between the positive electrode 1 and the negative electrode 2. Since the power storage device 5 includes the positive electrode 1, it tends to exhibit a high discharge capacity at a low temperature.

電解質層3は、典型的には、電解質を含有している。電解質層3は、例えば、セパレータに電解液を含浸させたシート又は固体電解質でできたシートである。電解質層3が固体電解質でできたシートである場合、電解質層3自体がセパレータを兼ねていてもよい。 The electrolyte layer 3 typically contains an electrolyte. The electrolyte layer 3 is, for example, a sheet in which a separator is impregnated with an electrolytic solution or a sheet made of a solid electrolyte. When the electrolyte layer 3 is a sheet made of a solid electrolyte, the electrolyte layer 3 itself may also serve as a separator.

上記の電解質は、溶質と、必要に応じて溶媒と各種添加剤とを含む。この場合、溶質としては、例えば、リチウムイオン等の金属イオンとこれに対する所定のカウンターイオンとを組み合わせたものである。カウンターイオンは、例えば、スルホン酸イオン、過塩素酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、ヘキサフルオロリン酸イオン、ヘキサフルオロヒ素イオン、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイオン、ビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミドイオン、ビス(フルオロスルホニル)イミド、リチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、又はハロゲンイオンである。電解質の具体例は、LiCF3SO3、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiN(SO2252、LiN(SO2F)2、LiN(SO2CF3)2、及びLiClである。 The above electrolyte contains a solute and, if necessary, a solvent and various additives. In this case, the solute is a combination of, for example, a metal ion such as lithium ion and a predetermined counter ion for the metal ion. Counterions include, for example, sulfonic acid ion, perchlorate ion, tetrafluoroborate ion, hexafluorophosphate ion, hexafluoroarsenic ion, bis (trifluoromethanesulfonyl) imide ion, bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide ion, and bis. It is a (fluorosulfonyl) imide, a lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, or a halogen ion. Specific examples of electrolytes are LiCF 3 SO 3 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiN (SO 2 F) 2 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2. , And LiCl.

電解質における溶媒は、例えば、カーボネート化合物、ニトリル化合物、アミド化合物、及びエーテル化合物等の非水溶媒(有機溶媒)である。溶媒の具体例は、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、アセトニトリル、プロピロニトリル、N,N'−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、及びγ−ブチロラクトンである。電解質における溶媒として、1種類の溶媒が単独で用いられてもよいし、2種類以上の溶媒が併用されて用いられてもよい。なお、上記の溶媒に溶質が溶解したものを「電解液」ということがある。 The solvent in the electrolyte is, for example, a non-aqueous solvent (organic solvent) such as a carbonate compound, a nitrile compound, an amide compound, and an ether compound. Specific examples of the solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, acetonitrile, propyronitrile, N, N'-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethoxyethane, and the like. Diethoxyethane and γ-butyrolactone. As the solvent in the electrolyte, one kind of solvent may be used alone, or two or more kinds of solvents may be used in combination. A solution in which a solute is dissolved in the above solvent may be referred to as an "electrolyte solution".

電解液には、必要に応じて添加剤が含まれていてもよい。添加剤は、例えばビニレンカーボネート又はフルオロエチレンカーボネートである。 The electrolytic solution may contain additives, if necessary. Additives are, for example, vinylene carbonate or fluoroethylene carbonate.

負極2は、例えば、活物質層60と、集電体70とを備えている。活物質層60は、負極活物質を含んでいる。負極活物質は、金属又はイオンの挿入及び脱離が可能な物質である。負極活物質としては、金属リチウム、酸化還元反応によりリチウムイオンの挿入及び脱離が可能な炭素材料、遷移金属酸化物、シリコン、及びスズが望ましく用いられる。活物質層60が電解質層3の第一主面に接触している。 The negative electrode 2 includes, for example, an active material layer 60 and a current collector 70. The active material layer 60 contains a negative electrode active material. The negative electrode active material is a substance capable of inserting and removing a metal or ions. As the negative electrode active material, metallic lithium, a carbon material capable of inserting and removing lithium ions by a redox reaction, a transition metal oxide, silicon, and tin are preferably used. The active material layer 60 is in contact with the first main surface of the electrolyte layer 3.

リチウムイオンの挿入及び脱離が可能な炭素材料は、例えば、(i)活性炭、(ii)コークス、(iii)ピッチ、(iv)フェノール樹脂、ポリイミド、及びセルロースの焼成体、(v)人造黒鉛、(vi)天然黒鉛、(vii)ハードカーボン、又は(vii)ソフトカーボンである。 Carbon materials capable of inserting and removing lithium ions include, for example, (i) activated carbon, (ii) coke, (iii) pitch, (iv) phenol formaldehyde, polyimide, and calcined cellulose, and (v) artificial graphite. , (Vi) natural graphite, (vii) hard carbon, or (vii) soft carbon.

リチウムイオンの挿入及び脱離が可能な炭素材料は、負極の主成分として用いられることが好ましい。本明細書において、主成分とは、質量基準で最も多く含まれる成分を意味する。 A carbon material capable of inserting and removing lithium ions is preferably used as the main component of the negative electrode. In the present specification, the principal component means the component contained most in terms of mass.

集電体70は、例えば、ニッケル、アルミニウム、ステンレス、及び銅などの金属材料でできた箔又はメッシュである。 The current collector 70 is a foil or mesh made of a metal material such as nickel, aluminum, stainless steel, and copper.

負極2として、黒鉛、ハードカーボン、又はソフトカーボン等の炭素材料に、予めリチウムイオンがドープされたリチウムプレドープ負極を用いることも可能である。 As the negative electrode 2, it is also possible to use a lithium pre-doped negative electrode in which a carbon material such as graphite, hard carbon, or soft carbon is pre-doped with lithium ions.

蓄電デバイス5において、典型的には、正極1と負極2との間にはセパレータが配置されている。セパレータは、正極1と負極2との間の電気的な短絡を防ぐ。セパレータは、例えば、電気化学的に安定であり、高いイオン透過性、所望の機械的強度、及び絶縁性を有する多孔質シートである。セパレータの材料は、望ましくは、(i)紙、(ii)不織布、(iii)ポリプロピレン、ポリエチレン、及びポリイミド等の樹脂でできた多孔性フィルムである。 In the power storage device 5, a separator is typically arranged between the positive electrode 1 and the negative electrode 2. The separator prevents an electrical short circuit between the positive electrode 1 and the negative electrode 2. The separator is, for example, a porous sheet that is electrochemically stable and has high ion permeability, desired mechanical strength, and insulating properties. The material of the separator is preferably a porous film made of a resin such as (i) paper, (ii) non-woven fabric, (iii) polypropylene, polyethylene, and polyimide.

蓄電デバイス5の製造方法の一例を説明する。正極1と負極2との間にセパレータを配置し、積層体を得る。この積層体を、アルミニウムラミネートフィルムでできたパッケージに入れて真空乾燥を行う。次に、真空乾燥したパッケージ内に電解液を注入し、パッケージに封をして蓄電デバイス5が組み立てられる。パッケージへの電解液の注入等の蓄電デバイス5の組み立て工程は、望ましくは、グローブボックスを用いて、超高純度アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気において行われる。 An example of the manufacturing method of the power storage device 5 will be described. A separator is arranged between the positive electrode 1 and the negative electrode 2 to obtain a laminated body. This laminate is placed in a package made of an aluminum laminate film and vacuum dried. Next, the electrolytic solution is injected into the vacuum-dried package, the package is sealed, and the power storage device 5 is assembled. The process of assembling the power storage device 5 such as injecting the electrolytic solution into the package is preferably performed in an inert gas atmosphere such as ultra-high purity argon gas using a glove box.

蓄電デバイス5は、アルミニウムラミネートフィルムでできたパッケージ以外のパッケージを用いて、フィルム型、シート型、角型、円筒型、ボタン型等の形状に作製されてもよい。 The power storage device 5 may be manufactured in a film type, a sheet type, a square type, a cylindrical type, a button type, or the like by using a package other than the package made of the aluminum laminated film.

以下、実施例により、本発明をより詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施例に限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. The present invention is not limited to the examples shown below.

<実施例1>
500mlのセパラブルフラスコの中に、165.3gのイオン交換水、54.69gの塩酸(濃度:36質量%)、及び41.9gのアニリンを加えて、15℃に冷却しながら撹拌を行い、アニリン含有液を調製した。238.4gのイオン交換水と128.4gのペルオキソ二硫酸アンモニウム(APS)とを混合し、APS溶液を得た。APS溶液をアニリン含有液に滴下した。このとき、反応液の温度が35℃になるように調整した。APS溶液の滴下終了後、反応液に対して吸引濾過を行い黒緑色の粉体を得た。この粉体をイオン交換水で洗浄し、得られた粉体をフラスコに入れ、水酸化ナトリウム水溶液をさらに加えて撹拌し、脱ドーピングを行った。次に、溶液を濾過して得られた粉体を吸引濾過により濾過した。次に、粉体をイオン交換水でろ液が中性になるまで洗浄した。その後、粉体を60℃で10時間真空乾燥させて、実施例1に係る活物質を得た。
<Example 1>
165.3 g of ion-exchanged water, 54.69 g of hydrochloric acid (concentration: 36% by mass), and 41.9 g of aniline were added to a 500 ml separable flask, and the mixture was stirred while cooling to 15 ° C. Aniline-containing liquid was prepared. 238.4 g of ion-exchanged water and 128.4 g of ammonium peroxodisulfate (APS) were mixed to obtain an APS solution. The APS solution was added dropwise to the aniline-containing solution. At this time, the temperature of the reaction solution was adjusted to 35 ° C. After completion of dropping the APS solution, suction filtration was performed on the reaction solution to obtain a black-green powder. The powder was washed with ion-exchanged water, the obtained powder was placed in a flask, an aqueous sodium hydroxide solution was further added, and the mixture was stirred to perform dedoping. Next, the powder obtained by filtering the solution was filtered by suction filtration. Next, the powder was washed with ion-exchanged water until the filtrate became neutral. Then, the powder was vacuum dried at 60 ° C. for 10 hours to obtain the active material according to Example 1.

固体NMRスペクトルから求めた実施例1に係る活物質のポリアニリンにおける酸化体の割合は45質量%であった。実施例1に係る活物質に含まれるポリアニリンは、半酸化状態であり、かつ、脱ドーピングされた状態であった。 The proportion of the oxidized substance in the polyaniline of the active material according to Example 1 determined from the solid-state NMR spectrum was 45% by mass. The polyaniline contained in the active material according to Example 1 was in a semi-oxidized state and in a de-doping state.

粒子画像分析装置(マルバーン社製、製品名:Morphologi G3)を用いて、実施例1に係る活物質の個数基準の粒子径分布を測定し、その測定結果から、平均粒径(D50)を決定した。実施例1に係る活物質の平均粒径は2μmであった。 Using a particle image analyzer (manufactured by Malvern, product name: Morphologi G3), the particle size distribution based on the number of active materials according to Example 1 was measured, and the average particle size (D50) was determined from the measurement results. did. The average particle size of the active material according to Example 1 was 2 μm.

(正極の作製)
実施例1に係る活物質5g(76.9質量部)と、導電助剤である導電性カーボンブラック粉末(電気化学工業社製、デンカブラック)0.322g(5質量部)と、導電助剤であるカーボンナノチューブ(CNT)粉末を5質量%含むCNTペースト(Cnano社製、製品名:LB217-54)6.43g(4.9質量部)と、バインダーとしてスチレン−ブタジエン共重合体(SBR)0.64g(9.8質量部)と、2質量%に希釈したカルボキシメチルセルロースナトリウム11.02g(3.4質量部)とを、水4gに加え、シンキー社製の自転公転真空ミキサーあわとり練太郎ARV−310を用いて、2000rpmで10分間撹拌を行い、3分間脱泡操作を行った。このようにして、実施例1に係る活物質層用スラリーを得た。スチレン−ブタジエン共重合体において、スチレン:ブタジエン[1,4体]:ブタジエン[1,2体]の共重合比が61:31:8であった。実施例1に係る活物質層用スラリーの固形分における各成分の含有量を表1に示す。CNT粉末及びカーボンブラック粉末のアスペクト比は、それぞれの粉末を支持膜上に固定し、そのようにして作製された各試料を電子顕微鏡により観察し、任意に選択した30本以上のCNT粉末又は30個以上のカーボンブラック粉末の像から各粉末のアスペクト比を算出し、その算術平均を求めることによって決定した。カーボンナノチューブ(CNT)粉末は、50以上のアスペクト比を有するカーボンナノチューブを含有していた。導電性カーボンブラック粉末は、10未満のアスペクト比を有するカーボンブラックを含有していた。カーボンナノチューブ粉末の電子顕微鏡写真を図3に示す。導電性カーボンブラック粉末の電子顕微鏡写真を図4に示す。
(Preparation of positive electrode)
5 g (76.9 parts by mass) of the active material according to Example 1, 0.322 g (5 parts by mass) of conductive carbon black powder (Denka Black, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.), which is a conductive auxiliary agent, and a conductive auxiliary agent. 6.43 g (4.9 parts by mass) of CNT paste (manufactured by Cnano, product name: LB217-54) containing 5% by mass of carbon nanotube (CNT) powder, and styrene-butadiene copolymer (SBR) as a binder. Add 0.64 g (9.8 parts by mass) and 11.02 g (3.4 parts by mass) of sodium carboxymethyl cellulose diluted to 2% by mass to 4 g of water, and add Shinky's rotating and revolving vacuum mixer Awatori Kneading. Using Taro ARV-310, stirring was performed at 2000 rpm for 10 minutes, and defoaming operation was performed for 3 minutes. In this way, the slurry for the active material layer according to Example 1 was obtained. In the styrene-butadiene copolymer, the copolymerization ratio of styrene: butadiene [1,4 bodies]: butadiene [1,2 bodies] was 61:31: 8. Table 1 shows the content of each component in the solid content of the slurry for the active material layer according to Example 1. For the aspect ratio of the CNT powder and the carbon black powder, 30 or more CNT powders or 30 arbitrarily selected by fixing each powder on the support film and observing each sample prepared in this manner with an electron microscope. It was determined by calculating the aspect ratio of each powder from the images of one or more carbon black powders and calculating the arithmetic average. The carbon nanotube (CNT) powder contained carbon nanotubes having an aspect ratio of 50 or more. The conductive carbon black powder contained carbon black having an aspect ratio of less than 10. An electron micrograph of the carbon nanotube powder is shown in FIG. An electron micrograph of the conductive carbon black powder is shown in FIG.

集電体として、20μmの厚みを有するアルミニウム箔を準備した。卓上型自動塗工装置(テスター産業社製)及びマイクロメーター付きドクターブレード式アプリケータを用いて、10mm/秒の塗布速度で、集電体上に実施例1に係る活物質層用スラリーを塗布して塗膜を形成した。次に、この塗膜を、室温(25℃)で45分間放置した後、温度100℃のホットプレート上で乾燥させ、実施例1に係る活物質層を形成した。このようにして、実施例1に係る正極を作製した。活物質層の厚みは、40μmであった。実施例1に係る活物質層の電子顕微鏡写真を図5に示す。 As a current collector, an aluminum foil having a thickness of 20 μm was prepared. Using a desktop automatic coating device (manufactured by Tester Sangyo Co., Ltd.) and a doctor blade type applicator with a micrometer, apply the slurry for the active material layer according to Example 1 on the current collector at an application speed of 10 mm / sec. To form a coating film. Next, this coating film was left at room temperature (25 ° C.) for 45 minutes and then dried on a hot plate at a temperature of 100 ° C. to form the active material layer according to Example 1. In this way, the positive electrode according to Example 1 was produced. The thickness of the active material layer was 40 μm. An electron micrograph of the active material layer according to Example 1 is shown in FIG.

(蓄電デバイスの作製)
−60℃以下の露点及び1ppm以下の酸素濃度の環境に保たれたグローブボックスの内部において、集電体タブを取り付けた黒鉛負極シートに、セパレータ(ニッポン高度紙工業社製、製品名:TF40−50)を重ねた。次に、セパレータに、集電体タブを取り付けたステンレス製のメッシュに金属リチウム箔を貼り付けた電極を重ねた。このとき、金属リチウム箔をセパレータに接触させた。この積層体を、アルミニウムラミネートフィルムによって作製された袋状のパッケージの内部に入れた。このパッケージにおいて、一対の四角形状のアルミニウムラミネートフィルムの三辺同士が封止され、かつ、それらの他の一辺同士が離れて開口が形成されていた。次に、このパッケージの内部に、電解液として1.2M(mol/dm3)の濃度のLiPF6カーボネート溶液を注入した。このカーボネート溶液は、カーボネートとして、エチレンカーボネート(EC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、及びジメチルカーボネート(DMC)を含有していた。次に、パッケージの開口から集電体タブを突出させた状態でパッケージの開口を封止した。このようにして、リチウムプレドープ負極作製用のラミネートセルを得た。次に、このラミネートセルをグローブボックスからから取出し、25℃に保たれた恒温槽の内部で、2.0Vから0.01Vの電位範囲で、黒鉛負極シートの容量に対して0.2Cに相当する電流値で3サイクル充放電を行い、最後に、黒鉛負極シートの容量に対して75%の容量まで、リチウムイオンを黒鉛に挿入させる反応を行った。このようにして、リチウムがプレドープされた負極シートを含むラミネートセルを作製した。
(Manufacturing of power storage device)
Inside a glove box kept in an environment with a dew point of -60 ° C or less and an oxygen concentration of 1 ppm or less, a separator (manufactured by Nippon Kodoshi Kogyo Co., Ltd., product name: TF40-) is attached to a graphite negative electrode sheet with a current collector tab attached. 50) was piled up. Next, an electrode having a metal lithium foil attached to a stainless steel mesh to which a current collector tab was attached was placed on the separator. At this time, the metallic lithium foil was brought into contact with the separator. This laminate was placed inside a bag-shaped package made of an aluminum laminate film. In this package, the three sides of the pair of square aluminum laminate films were sealed, and the other sides were separated from each other to form an opening. Next, a LiPF 6 carbonate solution having a concentration of 1.2 M (mol / dm 3 ) was injected into the inside of this package as an electrolytic solution. This carbonate solution contained ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) as carbonates. Next, the opening of the package was sealed with the current collector tab protruding from the opening of the package. In this way, a laminated cell for producing a lithium pre-doped negative electrode was obtained. Next, this laminated cell is taken out from the glove box, and inside a constant temperature bath kept at 25 ° C., in a potential range of 2.0 V to 0.01 V, it corresponds to 0.2 C with respect to the capacity of the graphite negative electrode sheet. Charging and discharging were carried out for 3 cycles with the current value to be applied, and finally, a reaction was carried out in which lithium ions were inserted into graphite up to a capacity of 75% of the capacity of the graphite negative electrode sheet. In this way, a laminated cell containing a lithium-predoped negative electrode sheet was produced.

上記のリチウムがプレドープされた負極シートを含むラミネートセルを、上記のグローブボックスの内部に再度入れた。ラミネートセルの封止部分を切り取り、リチウムがプレドープされた負極シートを取り出した。次に、実施例1に係る正極と、リチウムがプレドープされた負極シートとの間にセパレータが位置するようにこれらを重ねた。セパレータとして、不織布(ニッポン高度紙工業社製、製品名:TF40−50)を用いた。正極には集電体タブを取り付けた。次に、正極、セパレータ、及び負極シートの積層体をアルミニウムラミネートフィルムによって作製された袋状のパッケージの内部に入れた。このパッケージにおいて、一対の四角形状のアルミニウムラミネートフィルムの三辺同士が封止され、かつ、それらの他の一辺同士が離れて開口が形成されていた。次に、パッケージの内部に、電解液として1.2M(mol/dm3)の濃度のLiPF6カーボネート溶液を注入した。このカーボネート溶液は、カーボネートとして、エチレンカーボネート(EC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、及びジメチルカーボネート(DMC)を含んでいた。次に、正極の集電体タブ及び負極シートの集電体タブをパッケージの開口から突出させた状態で、パッケージの開口を封止した。このようにして、実施例1に係るリチウムイオンキャパシタを得た。 The laminate cell containing the lithium pre-doped negative electrode sheet was reinserted into the glove box. The sealed portion of the laminate cell was cut off, and the lithium-predoped negative electrode sheet was taken out. Next, these were stacked so that the separator was located between the positive electrode according to Example 1 and the negative electrode sheet predoped with lithium. A non-woven fabric (manufactured by Nippon Kodoshi Kogyo Co., Ltd., product name: TF40-50) was used as the separator. A current collector tab was attached to the positive electrode. Next, the laminate of the positive electrode, the separator, and the negative electrode sheet was placed inside a bag-shaped package made of an aluminum laminate film. In this package, the three sides of the pair of square aluminum laminate films were sealed, and the other sides were separated from each other to form an opening. Next, a LiPF 6 carbonate solution having a concentration of 1.2 M (mol / dm 3) was injected into the package as an electrolytic solution. This carbonate solution contained ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) as carbonates. Next, the opening of the package was sealed with the current collector tab of the positive electrode and the current collector tab of the negative electrode sheet protruding from the opening of the package. In this way, the lithium ion capacitor according to Example 1 was obtained.

<実施例2>
実施例1に係る活物質5g(72.2質量部)と、導電助剤である導電性カーボンブラック粉末(電気化学工業社製、デンカブラック)0.645g(9.3質量部)と、導電助剤であるカーボンナノチューブ(CNT)粉末を5質量%含むCNTペースト(Cnano社製、製品名:LB217-54)12.9g(9.3質量部)と、バインダーとしてスチレン−ブタジエン共重合体(SBR)0.414g(6質量部)と、2質量%に希釈したカルボキシメチルセルロースナトリウム11.02g(3.2質量部)とを、水5.74gに加え、シンキー社製の自転公転真空ミキサーあわとり練太郎ARV−310を用いて、2000rpmで10分間撹拌を行い、3分間脱泡操作を行った。このようにして、実施例2に係る活物質層用スラリーを得た。スチレン−ブタジエン共重合体において、スチレン:ブタジエン[1,4体]:ブタジエン[1,2体]の共重合比が61:31:8であった。実施例2に係る活物質層用スラリーの固形分における各成分の含有量を表1に示す。
<Example 2>
5 g (72.2 parts by mass) of the active material according to Example 1, 0.645 g (9.3 parts by mass) of conductive carbon black powder (Denka Black, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.), which is a conductive auxiliary agent, and conductivity. 12.9 g (9.3 parts by mass) of CNT paste (manufactured by Cnano, product name: LB217-54) containing 5% by mass of carbon nanotube (CNT) powder as an auxiliary agent, and a styrene-butadiene copolymer (9.3 parts by mass) as a binder. Add 0.414 g (6 parts by mass) of SBR) and 11.02 g (3.2 parts by mass) of sodium carboxymethyl cellulose diluted to 2% by mass to 5.74 g of water, and add Shinky's rotating and revolving vacuum mixer Awa. Using Tori-Nentaro ARV-310, stirring was performed at 2000 rpm for 10 minutes, and defoaming operation was performed for 3 minutes. In this way, the slurry for the active material layer according to Example 2 was obtained. In the styrene-butadiene copolymer, the copolymerization ratio of styrene: butadiene [1,4 bodies]: butadiene [1,2 bodies] was 61:31: 8. Table 1 shows the content of each component in the solid content of the slurry for the active material layer according to Example 2.

実施例1に係る活物質層用スラリーの代わりに実施例2に係る活物質層用スラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして、実施例2に係る正極を作製した。実施例2に係る正極における活物質層の厚みは、40μmであった。実施例2に係る正極における活物質層の電子顕微鏡写真を図6に示す。 A positive electrode according to Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the slurry for the active material layer according to Example 2 was used instead of the slurry for the active material layer according to Example 1. The thickness of the active material layer in the positive electrode according to Example 2 was 40 μm. An electron micrograph of the active material layer on the positive electrode according to Example 2 is shown in FIG.

実施例1に係る正極の代わりに実施例2に係る正極を用いた以外は、実施例1と同様にして実施例2に係るリチウムイオンキャパシタを作製した。 A lithium ion capacitor according to Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode according to Example 2 was used instead of the positive electrode according to Example 1.

<比較例1>
実施例1に係る活物質5g(69.9質量部)と、導電助剤である導電性カーボンブラック粉末(電気化学工業社製、デンカブラック)1.29g(18質量部)と、バインダーとしてスチレン−ブタジエン共重合体(SBR)0.64g(9質量部)と、2質量%に希釈したカルボキシメチルセルロースナトリウム11.02g(3.1質量部)とを、水9.55gに加え、シンキー社製の自転公転真空ミキサーあわとり練太郎ARV−310を用いて、2000rpmで10分間撹拌を行い、3分間脱泡操作を行った。このようにして、比較例1に係る活物質層用スラリーを得た。スチレン−ブタジエン共重合体において、スチレン:ブタジエン[1,4体]:ブタジエン[1,2体]の共重合比が61:31:8であった。比較例1に係る活物質層用スラリーの固形分における各成分の含有量を表1に示す。
<Comparative example 1>
5 g (69.9 parts by mass) of the active material according to Example 1, 1.29 g (18 parts by mass) of conductive carbon black powder (Denka Black, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as a conductive auxiliary agent, and styrene as a binder. -Postate copolymer (SBR) 0.64 g (9 parts by mass) and 11.02 g (3.1 parts by mass) of sodium carboxymethyl cellulose diluted to 2% by mass were added to 9.55 g of water, manufactured by Shinky Co., Ltd. Using the rotating and revolving vacuum mixer Awatori Rentaro ARV-310, stirring was performed at 2000 rpm for 10 minutes, and defoaming was performed for 3 minutes. In this way, the slurry for the active material layer according to Comparative Example 1 was obtained. In the styrene-butadiene copolymer, the copolymerization ratio of styrene: butadiene [1,4 bodies]: butadiene [1,2 bodies] was 61:31: 8. Table 1 shows the content of each component in the solid content of the slurry for the active material layer according to Comparative Example 1.

実施例1に係る活物質層用スラリーの代わりに比較例1に係る活物質層用スラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして、比較例1に係る正極を作製した。比較例1に係る正極における活物質層の厚みは、40μmであった。 A positive electrode according to Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the slurry for the active material layer according to Comparative Example 1 was used instead of the slurry for the active material layer according to Example 1. The thickness of the active material layer on the positive electrode according to Comparative Example 1 was 40 μm.

実施例1に係る正極の代わりに比較例1に係る正極を用いた以外は、実施例1と同様にして比較例1に係るリチウムイオンキャパシタを作製した。 A lithium ion capacitor according to Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode according to Comparative Example 1 was used instead of the positive electrode according to Example 1.

<比較例2>
実施例1に係る活物質5g(76.9質量部)と、導電助剤であるカーボンナノチューブ(CNT)粉末を5質量%含むCNTペースト(Cnano社製、製品名:LB217-54)12.86g(9.9質量部)と、バインダーとしてスチレン−ブタジエン共重合体(SBR)0.64g(9.8質量部)と、2質量%に希釈したカルボキシメチルセルロースナトリウム11.02g(3.4質量部)とを、水11gに加え、シンキー社製の自転公転真空ミキサーあわとり練太郎ARV−310を用いて、2000rpmで10分間撹拌を行い、3分間脱泡操作を行った。このようにして、比較例2に係る活物質層用スラリーを得た。スチレン−ブタジエン共重合体において、スチレン:ブタジエン[1,4体]:ブタジエン[1,2体]の共重合比が61:31:8であった。比較例2に係る活物質層用スラリーの固形分における各成分の含有量を表1に示す。
<Comparative example 2>
12.86 g of CNT paste (manufactured by Cnano, product name: LB217-54) containing 5 g (76.9 parts by mass) of the active material according to Example 1 and 5 mass% of carbon nanotube (CNT) powder as a conductive auxiliary agent. (9.9 parts by mass), 0.64 g (9.8 parts by mass) of styrene-butadiene copolymer (SBR) as a binder, and 11.02 g (3.4 parts by mass) of sodium carboxymethyl cellulose diluted to 2% by mass. ) And 11 g of water were added, and the mixture was stirred at 2000 rpm for 10 minutes using a rotating and revolving vacuum mixer Awatori Rentaro ARV-310 manufactured by Shinky Co., Ltd., and a defoaming operation was performed for 3 minutes. In this way, the slurry for the active material layer according to Comparative Example 2 was obtained. In the styrene-butadiene copolymer, the copolymerization ratio of styrene: butadiene [1,4 bodies]: butadiene [1,2 bodies] was 61:31: 8. Table 1 shows the content of each component in the solid content of the slurry for the active material layer according to Comparative Example 2.

実施例1に係る活物質層用スラリーの代わりに比較例2に係る活物質層用スラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして、比較例2に係る正極を作製した。比較例2に係る正極における活物質層の厚みは、40μmであった。 A positive electrode according to Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the slurry for the active material layer according to Comparative Example 2 was used instead of the slurry for the active material layer according to Example 1. The thickness of the active material layer on the positive electrode according to Comparative Example 2 was 40 μm.

実施例1に係る正極の代わりに比較例2に係る正極を用いた以外は、実施例1と同様にして比較例2に係るリチウムイオンキャパシタを作製した。 A lithium ion capacitor according to Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode according to Comparative Example 2 was used instead of the positive electrode according to Example 1.

<初期の放電容量>
各実施例及び各比較例に係るリチウムイオンキャパシタをグローブボックスから取り出し、25℃に保たれた恒温槽の内部で、3.8Vから2.2Vの電圧範囲で、1Cに相当する電流値で10サイクル充放電を行い、1サイクル目の放電容量[mAh/g]を、各実施例及び比較例に係るリチウムイオンキャパシタの初期の放電容量Ai[mAh/g]と決定した。結果を表1に示す。
<Initial discharge capacity>
The lithium-ion capacitors according to each example and each comparative example are taken out from the glove box, and inside a constant temperature bath kept at 25 ° C., the current value corresponding to 1C is 10 in the voltage range of 3.8V to 2.2V. Cycle charging and discharging were performed, and the discharge capacity [mAh / g] of the first cycle was determined to be the initial discharge capacity Ai [mAh / g] of the lithium ion capacitors according to each Example and Comparative Example. The results are shown in Table 1.

<低温における放電容量>
各実施例及び各比較例に係るリチウムイオンキャパシタを−30℃に保たれた恒温槽の内部で、3.8Vから2.2Vの電圧範囲で、10Cに相当する電流値で充放電を行い、放電容量Ac[mAh/g]を特定した。結果を表1に示す。
<Discharge capacity at low temperature>
The lithium ion capacitors according to each example and each comparative example were charged and discharged in a constant temperature bath kept at −30 ° C. in a voltage range of 3.8 V to 2.2 V with a current value corresponding to 10 C. The discharge capacity Ac [mAh / g] was specified. The results are shown in Table 1.

<急速充放電に関する評価>
各実施例及び各比較例に係るリチウムイオンキャパシタを25℃に保たれた恒温槽の内部で、3.8Vから2.2Vの電圧範囲で、10Cに相当する電流値での充電及び200Cに相当する電流値での放電を伴う充放電を行い、そのときの放電容量Arf[mAh/g]を特定した。結果を表1に示す。
<Evaluation of rapid charge / discharge>
Charging with a current value equivalent to 10C and equivalent to 200C in a voltage range of 3.8V to 2.2V inside a constant temperature bath in which the lithium ion capacitors according to each example and each comparative example are kept at 25 ° C. Charging and discharging accompanied by discharging at the current value was performed, and the discharging capacity Arf [mAh / g] at that time was specified. The results are shown in Table 1.

各実施例及び各比較例に係るリチウムイオンキャパシタを25℃に保たれた恒温槽の内部で、3.8Vから2.2Vの電圧範囲で、200Cに相当する電流値での充電及び200Cに相当する電流値での放電を伴う充放電を行い、そのときの放電容量Ars[mAh/g]を特定した。結果を表1に示す。 Charging with a current value equivalent to 200C and equivalent to 200C in a voltage range of 3.8V to 2.2V inside a constant temperature bath in which the lithium ion capacitors according to each example and each comparative example are kept at 25 ° C. Charging and discharging accompanied by discharging at the current value was performed, and the discharging capacity Ars [mAh / g] at that time was specified. The results are shown in Table 1.

表1に示す通り、実施例に係るリチウムイオンキャパシタは、比較例に係るリチウムイオンキャパシタに比べて、低温において高い放電容量を示した。実施例と比較例との対比によれば、活物質層がポリアニリンを含む活物質を備える場合に、活物質層が高アスペクト比を有する導電助剤と低アスペクト比を有する導電助剤をさらに備えていることにより、低温における蓄電デバイスの放電容量が高まることが示唆された。 As shown in Table 1, the lithium ion capacitor according to the example showed a higher discharge capacity at a low temperature than the lithium ion capacitor according to the comparative example. According to the comparison between Examples and Comparative Examples, when the active material layer comprises an active material containing polyaniline, the active material layer further comprises a conductive auxiliary agent having a high aspect ratio and a conductive auxiliary agent having a low aspect ratio. This suggests that the discharge capacity of the power storage device at low temperatures increases.

加えて、実施例に係るリチウムイオンキャパシタは、比較例に係るリチウムイオンキャパシタに比べて、急速充放電において高い放電容量を示した。活物質層がポリアニリンを含む活物質を備える場合に、活物質層が高アスペクト比を有する導電助剤と低アスペクト比を有する導電助剤をさらに備えていることにより、急速充放電における蓄電デバイスの放電容量が高まることが示唆された。 In addition, the lithium-ion capacitor according to the example showed a higher discharge capacity in rapid charge / discharge than the lithium-ion capacitor according to the comparative example. When the active material layer includes an active material containing polyaniline, the active material layer further includes a conductive auxiliary agent having a high aspect ratio and a conductive auxiliary agent having a low aspect ratio, so that the power storage device in rapid charge / discharge can be used. It was suggested that the discharge capacity would increase.

図5及び図6に示す通り、各実施例の活物質層において、カーボンナノチューブ粉末は、活物質の表面において、導電性カーボンブラック粉末に比べて広い範囲にわたって存在していた。加えて、導電性カーボンブラック粉末は、活物質同士の隙間に存在していた。 As shown in FIGS. 5 and 6, in the active material layer of each example, the carbon nanotube powder was present on the surface of the active material in a wider range than that of the conductive carbon black powder. In addition, the conductive carbon black powder was present in the gaps between the active materials.

1 正極
2 負極
3 電解質層
5 蓄電デバイス
10 活物質層
12 活物質
14a 第一導電助剤
14b 第二導電助剤
15 バインダー
16 空孔
20 集電体
30 導電層
32 導電性粒子
35 バインダー
1 Positive electrode 2 Negative electrode 3 Electrolyte layer 5 Power storage device 10 Active material layer 12 Active material 14a First conductive auxiliary agent 14b Second conductive auxiliary agent 15 Binder 16 Vacancies 20 Current collector 30 Conductive layer 32 Conductive particles 35 Binder

Claims (14)

電気化学的に活性なポリマーを含む活物質と、
10以上のアスペクト比を有する第一導電助剤と、
10未満のアスペクト比を有する第二導電助剤と、を備えた
蓄電デバイス正極用活物質層。
Active materials, including electrochemically active polymers,
A first conductive auxiliary agent having an aspect ratio of 10 or more,
An active material layer for a positive electrode of a power storage device, comprising a second conductive auxiliary agent having an aspect ratio of less than 10.
第一導電助剤の含有量と第二導電助剤の含有量との和は、質量基準で1〜30%である、請求項1に記載の蓄電デバイス正極用活物質層。 The active material layer for a positive electrode of a power storage device according to claim 1, wherein the sum of the content of the first conductive auxiliary agent and the content of the second conductive auxiliary agent is 1 to 30% on a mass basis. 第二導電助剤の含有量に対する第一導電助剤の含有量の比は、質量基準で1〜9900%である、請求項1又は2に記載の蓄電デバイス正極用活物質層。 The active material layer for a positive electrode of a power storage device according to claim 1 or 2, wherein the ratio of the content of the first conductive auxiliary agent to the content of the second conductive auxiliary agent is 1 to 9900% on a mass basis. 前記第一導電助剤は、前記活物質の表面において、前記第二導電助剤に比べて広い範囲にわたって存在している、請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄電デバイス正極用活物質層。 The activity for a positive electrode of a power storage device according to any one of claims 1 to 3, wherein the first conductive auxiliary agent is present on the surface of the active material in a wider range than that of the second conductive auxiliary agent. Material layer. 前記第二導電助剤は、前記活物質同士の隙間に存在している、請求項1〜4のいずれか1項に記載の蓄電デバイス正極用活物質層。 The active material layer for a positive electrode of a power storage device according to any one of claims 1 to 4, wherein the second conductive auxiliary agent exists in a gap between the active materials. 前記第一導電助剤は、第一導電性カーボン材料を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の蓄電デバイス正極用活物質層。 The active material layer for a positive electrode of a power storage device according to any one of claims 1 to 5, wherein the first conductive auxiliary agent contains a first conductive carbon material. 前記第一導電性カーボン材料は、カーボンナノチューブである、請求項6に記載の蓄電デバイス正極用活物質層。 The active material layer for a positive electrode of a power storage device according to claim 6, wherein the first conductive carbon material is carbon nanotubes. 前記第二導電助剤は、第二導電性カーボン材料を含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の蓄電デバイス正極用活物質層。 The active material layer for a positive electrode of a power storage device according to any one of claims 1 to 7, wherein the second conductive auxiliary agent contains a second conductive carbon material. 前記第二導電性カーボン材料は、カーボンブラックである、請求項8に記載の蓄電デバイス正極用活物質層。 The active material layer for a positive electrode of a power storage device according to claim 8, wherein the second conductive carbon material is carbon black. 前記ポリマーは、酸化体及び還元体を有する、ポリアニリン及びポリアニリン誘導体の少なくとも一方を含む、請求項1〜9のいずれか1項に記載の蓄電デバイス正極用活物質層。 The active material layer for a positive electrode of a power storage device according to any one of claims 1 to 9, wherein the polymer contains at least one of a polyaniline and a polyaniline derivative having an oxidized body and a reduced body. 前記ポリアニリン及びポリアニリン誘導体は、質量基準で35〜60%の酸化体を含む、請求項10に記載の蓄電デバイス正極用活物質層。 The active material layer for a positive electrode of a power storage device according to claim 10, wherein the polyaniline and the polyaniline derivative contain 35 to 60% of an oxidized substance on a mass basis. 前記ポリマーは、0.5μmを超え20μm以下の平均粒径を有する、請求項1〜11のいずれか1項に記載の蓄電デバイス正極用活物質層。 The active material layer for a positive electrode of a power storage device according to any one of claims 1 to 11, wherein the polymer has an average particle size of more than 0.5 μm and 20 μm or less. 請求項1〜12のいずれか1項に記載の蓄電デバイス正極用活物質層を備えた、蓄電デバイス用正極。 A positive electrode for a power storage device provided with the active material layer for the positive electrode of the power storage device according to any one of claims 1 to 12. 電解質層と、
前記電解質層の第一主面に接触して配置された負極と、
前記電解質層の第二主面に接触して配置された、請求項13に記載の蓄電デバイス用正極と、を備えた、
蓄電デバイス。
With the electrolyte layer,
A negative electrode arranged in contact with the first main surface of the electrolyte layer,
The positive electrode for a power storage device according to claim 13, which is arranged in contact with the second main surface of the electrolyte layer.
Power storage device.
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