JP2021144799A - Power storage device - Google Patents

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Abstract

To provide a power storage device that achieves both high energy density and high input/output.SOLUTION: A power storage device includes columnar negative electrodes which are made of a carbon material and in which when the cross-sectional shape thereof is set to have a minor axis a and a major axis b, the average value of b/a is in the range of 5 or more and 60 or less, and the discharge capacity per unit length is 0.05 mAh/cm or more and 1.0 mAh/cm or less, a separation film provided so as to surround the periphery of each columnar negative electrode, and positive electrodes each of which contains a positive electrode active material and is provided so as to fill the space between adjacent separation films.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本明細書では、蓄電デバイスを開示する。 This specification discloses a power storage device.

従来、この種の蓄電デバイスとしては、電解質を含むリチウムイオン供給コア部と、このコア部の外面を囲んで形成され内部電極活物質が外面にコーティングされた3次元網状構造の集電体を含む内部電極と、内部電極の外面を囲んで形成され外部電極活物質層を含む外部電極を含むケーブル型二次電池が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この二次電池では、コア部の電解質が電極の活物質に浸透しやすく、電池の容量特性及びサイクル特性に優れる、としている。また、蓄電デバイスとしては、分離膜を介して正極と隣り合う状態で複数の負極が結束された構造を有するものが提案されている(例えば、特許文献2参照)。この蓄電デバイスでは、出力特性をより向上した新規なものを提供することができる。 Conventionally, this type of power storage device includes a lithium ion supply core portion containing an electrolyte and a current collector having a three-dimensional network structure formed by surrounding the outer surface of the core portion and coated with an internal electrode active material on the outer surface. A cable-type secondary battery including an internal electrode and an external electrode formed by surrounding the outer surface of the internal electrode and including an external electrode active material layer has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this secondary battery, the electrolyte in the core portion easily penetrates into the active material of the electrode, and the capacity characteristics and cycle characteristics of the battery are excellent. Further, as a power storage device, a device having a structure in which a plurality of negative electrodes are bundled in a state of being adjacent to a positive electrode via a separation membrane has been proposed (see, for example, Patent Document 2). In this power storage device, it is possible to provide a new device having further improved output characteristics.

特表2014−532277号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-532277 特開2019−75198号公報JP-A-2019-75198

しかしながら、特許文献1の二次電池では、変形が容易であり、電解質が電極の活物質に流入し易い新規な線型構造の二次電池を提供することができるとしているが、出力特性をより向上することについては、十分検討されていなかった。また、特許文献2の二次電池では、出力特性をより向上することができるが、まだ十分ではなく、更なる改良が望まれていた。 However, the secondary battery of Patent Document 1 is said to be able to provide a secondary battery having a novel linear structure that is easily deformed and the electrolyte easily flows into the active material of the electrode, but the output characteristics are further improved. It was not fully considered about what to do. Further, the secondary battery of Patent Document 2 can further improve the output characteristics, but it is not yet sufficient, and further improvement has been desired.

本開示は、このような課題に鑑みなされたものであり、高エネルギー密度と高入出力を両立した蓄電デバイスを提供することを主目的とする。 The present disclosure has been made in view of such problems, and an object of the present disclosure is to provide a power storage device having both high energy density and high input / output.

上述した目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、アスペクト比の大きな柱状負極を用いて配列させた柱状電極構造とすると、高エネルギー密度を維持しつつ、出入力特性を向上させることができることを見いだし、本明細書で開示する発明を完成するに至った。 As a result of diligent research to achieve the above-mentioned object, the present inventors have improved the input / output characteristics while maintaining high energy density by adopting a columnar electrode structure arranged by using a columnar negative electrode having a large aspect ratio. We have found that it is possible to complete the invention disclosed in the present specification.

即ち、本開示の蓄電デバイスは、
炭素繊維が結束された構造を有しその断面形状が短径a及び長径bとしたときにb/aの平均値が5以上60以下の範囲であり、単位長さあたりの放電容量が0.05mAh/cm以上1.0mAh/cm以下である柱状負極と、
各柱状負極の周囲を囲うように設けられた分離膜と、
正極活物質を含み、隣合う前記分離膜同士の間を埋めるように設けられた正極と、
を備えたものである。
That is, the power storage device of the present disclosure is
When the carbon fibers have a bound structure and the cross-sectional shapes are the minor axis a and the major axis b, the average value of b / a is in the range of 5 or more and 60 or less, and the discharge capacity per unit length is 0. A columnar negative electrode having a diameter of 05 mAh / cm or more and 1.0 mAh / cm or less,
A separation membrane provided so as to surround each columnar negative electrode,
A positive electrode containing a positive electrode active material and provided so as to fill the space between adjacent separation membranes,
It is equipped with.

あついは、本開示の蓄電デバイスは、
炭素繊維が結束された構造を有しその断面形状が短径a及び長径bとしたときにb/aが5以上を有し、断面積が0.005mm2以上0.4mm2以下の範囲である柱状負極と、
各柱状負極の周囲を囲うように設けられた分離膜と、
正極活物質を含み、隣合う前記分離膜同士の間を埋めるように設けられた正極と、
を備えたものである。
Atsushi, the power storage device of this disclosure is
It has a structure in which carbon fibers are bound, and when the cross-sectional shape is a minor axis a and a major axis b, it has a b / a of 5 or more and a cross-sectional area of 0.005 mm 2 or more and 0.4 mm 2 or less. With a columnar negative electrode
A separation membrane provided so as to surround each columnar negative electrode,
A positive electrode containing a positive electrode active material and provided so as to fill the space between adjacent separation membranes,
It is equipped with.

本開示は、高エネルギー密度と高入出力とを両立した蓄電デバイスを提供することができる。このような効果が得られる理由は、例えば、以下のように推察される。炭素材料を含む柱状負極では、短径a、長径bとした場合のb/aの平均値が5以上である扁平形状とすることで、イオン拡散距離を短くすることが可能となり、入出力特性を向上させることができるものと推察される。ただし、柱状負極の単位長さあたりの放電容量や断面積が小さい場合には、セル内の体積における正負極での分離膜の割合が増加してしまうなどにより、エネルギー密度が低下する。一方、柱状負極の単位長さあたりの放電容量や断面積が大きい場合には、内部までキャリアイオンを拡散するのに時間を要するため、入出力特性が低下する。このため、柱状負極の単位長さあたりの放電容量が0.05mAh/cm以上1.0mAh/cm以下の範囲や、断面積が0.005mm2以上0.4mm2以下の範囲となるように柱状負極の形状を制御することで、上記のエネルギー密度の低下や入出力特性の低下をより抑制し、高エネルギー密度と高入出力とを両立した蓄電デバイスを提供することができる。 The present disclosure can provide a power storage device having both high energy density and high input / output. The reason why such an effect can be obtained is presumed as follows, for example. The columnar negative electrode containing a carbon material has a flat shape in which the average value of b / a when the minor axis a and the major axis b are 5 or more, so that the ion diffusion distance can be shortened and the input / output characteristics can be shortened. It is presumed that it can be improved. However, when the discharge capacity or cross-sectional area per unit length of the columnar negative electrode is small, the ratio of the separation membrane in the positive electrode and the negative electrode to the volume in the cell increases, and the energy density decreases. On the other hand, when the discharge capacity or cross-sectional area per unit length of the columnar negative electrode is large, it takes time to diffuse the carrier ions to the inside, so that the input / output characteristics are deteriorated. Therefore, the columnar negative electrode has a columnar shape such that the discharge capacity per unit length is in the range of 0.05 mAh / cm or more and 1.0 mAh / cm or less, and the cross-sectional area is in the range of 0.005 mm 2 or more and 0.4 mm 2 or less. By controlling the shape of the negative electrode, it is possible to further suppress the above-mentioned decrease in energy density and input / output characteristics, and to provide a power storage device having both high energy density and high input / output.

蓄電デバイス10の一例を示す模式図。The schematic diagram which shows an example of the power storage device 10. 柱状負極12の一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of columnar negative electrode 12. 柱状負極12を配列した電極構造体及び正極16の導電材の説明図。The explanatory view of the electrode structure in which the columnar negative electrode 12 is arranged, and the conductive material of the positive electrode 16. 実験例1、9の断面のSEM写真。SEM photographs of cross sections of Experimental Examples 1 and 9. 実験例1、9の0.2C及び3Cでの放電曲線。Discharge curves at 0.2C and 3C of Experimental Examples 1 and 9.

実施形態で説明する本開示の蓄電デバイスは、複数の柱状負極と、分離膜と、正極とを備えている。この蓄電デバイスは、正極に電気的に接続された正極集電体と、負極に電気的に接続された負極集電体とを備えているものとしてもよい。この蓄電デバイスは、例えば、電気二重層キャパシタやハイブリッドキャパシタ、疑似電気二重層キャパシタ、アルカリ金属二次電池、アルカリ金属イオン電池などとしてもよい。蓄電デバイスのキャリアイオンは、リチウムイオンやナトリウムイオン、カリウムイオンなどのアルカリ金属イオンやマグネシウムイオンやストロンチウムイオン、カルシウムイオンなどの第2族イオンなどが挙げられる。また、正極は、柱状負極の周りに存在するものとしてもよいし、柱状負極の間の空間に充填されているものとしてもよい。また、この蓄電デバイスは、分離膜を介して正極と隣り合う状態で複数の柱状負極が結束された構造を有するものとしてもよい。更に、この蓄電デバイスは、柱状負極、正極及び分離膜のうち1以上に電解液を含むものとしてもよい。正極及び柱状負極には、集電線などの集電部材が埋設されているものとしてもよいし、この集電部材を備えないものとしてもよい。ここでは、説明の便宜のため、リチウムイオンをキャリアとするリチウムイオン二次電池をその主たる一例として以下説明する。 The power storage device of the present disclosure described in the embodiment includes a plurality of columnar negative electrodes, a separation membrane, and a positive electrode. This power storage device may include a positive electrode current collector electrically connected to the positive electrode and a negative electrode current collector electrically connected to the negative electrode. This power storage device may be, for example, an electric double layer capacitor, a hybrid capacitor, a pseudo electric double layer capacitor, an alkali metal secondary battery, an alkali metal ion battery, or the like. Examples of carrier ions of the power storage device include alkali metal ions such as lithium ion, sodium ion and potassium ion, and group 2 ions such as magnesium ion, strontium ion and calcium ion. Further, the positive electrode may exist around the columnar negative electrode, or may be filled in the space between the columnar negative electrodes. Further, this power storage device may have a structure in which a plurality of columnar negative electrodes are bundled in a state of being adjacent to the positive electrode via a separation membrane. Further, the power storage device may contain an electrolytic solution in one or more of the columnar negative electrode, the positive electrode and the separation membrane. A current collecting member such as a current collecting wire may be embedded in the positive electrode and the columnar negative electrode, or the current collecting member may not be provided. Here, for convenience of explanation, a lithium ion secondary battery having a lithium ion as a carrier will be described below as a main example thereof.

ここで、本実施形態で開示する蓄電デバイスについて図面を用いて説明する。図1は、蓄電デバイス10の一例を示す模式図である。図2は、柱状負極12の一例を示す説明図である。蓄電デバイス10は、柱状負極12と、負極集電体13と、分離膜15と、正極16と、正極集電体17とを備えている。単セル11は、柱状負極12と、分離膜15と、正極16とにより構成されている。この蓄電デバイス10は、炭素材料により構成された負極活物質を含む柱状負極12と、柱状負極12の周りに分離膜15を介して形成された正極活物質を含む正極16とを備えている。この蓄電デバイス10は、分離膜15及び正極16が形成された柱状負極12を含む単セル11を複数結束した構造を有するものとしてもよい。また、この蓄電デバイス10では、350本以上の単セル11が結束された構造を有しているものとしてもよい。あるいは、蓄電デバイス10は、柱状負極12と、柱状負極12の表面に形成された分離膜15と、柱状負極12の間に分離膜15を介して正極16が充填された構造を有するものとしてもよい。 Here, the power storage device disclosed in the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing an example of the power storage device 10. FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the columnar negative electrode 12. The power storage device 10 includes a columnar negative electrode 12, a negative electrode current collector 13, a separation membrane 15, a positive electrode 16, and a positive electrode current collector 17. The single cell 11 is composed of a columnar negative electrode 12, a separation membrane 15, and a positive electrode 16. The power storage device 10 includes a columnar negative electrode 12 containing a negative electrode active material made of a carbon material, and a positive electrode 16 containing a positive electrode active material formed around the columnar negative electrode 12 via a separation film 15. The power storage device 10 may have a structure in which a plurality of single cells 11 including a columnar negative electrode 12 on which a separation film 15 and a positive electrode 16 are formed are bundled. Further, the power storage device 10 may have a structure in which 350 or more single cells 11 are united. Alternatively, the power storage device 10 may have a structure in which the columnar negative electrode 12, the separation film 15 formed on the surface of the columnar negative electrode 12, and the positive electrode 16 are filled between the columnar negative electrode 12 via the separation film 15. good.

柱状負極12は、炭素材料により構成された負極活物質を含む部材である。ここで、「柱状」とは、屈曲しない太さのもののほか、屈曲可能な繊維状の太さのものも含むものとする。この柱状負極12は、短径aと長径bとのアスペクト比b/aの平均値が5以上である扁平状の形状を有するものであればよく、その断面は楕円形であってもよいし、側面が曲面からなるものとしてもよい。なお、「平均値」とは、各柱状負極12の絶対値ではなく、複数の柱状負極12の測定を平均した値で評価する趣旨である。柱状負極12は、断面視したときに、長方形の角が円弧状に形成された形状としてもよいし、端部側に行くほど短径a方向の長さが短くなるような形状としてもよい。蓄電デバイス10では、複数の柱状負極12が所定方向に配列されている。この柱状負極12は、蓄電デバイス10の長い辺の方向と長径bの方向とが同じ方向に配列されているものとしてもよい。この柱状負極12は、長径方向に等間隔に複数が配列されており、短径方向にはオフセットされて配列されていることが好ましい。この蓄電デバイス10では、配列された列の柱状負極12の中心と、隣の列の柱状負極12の端部とが交互になるように柱状負極12が配列されるものとしてもよい(図1、3参照)。このような電極構造体では、柱状負極12の充填効率が高く、活物質密度を向上する観点から好ましい。 The columnar negative electrode 12 is a member containing a negative electrode active material made of a carbon material. Here, the term "columnar" includes not only those having a non-bending thickness but also those having a flexible fibrous thickness. The columnar negative electrode 12 may have a flat shape in which the average value of the aspect ratios b / a of the minor axis a and the major axis b is 5 or more, and the cross section thereof may be elliptical. , The side surface may be a curved surface. The "average value" is not an absolute value of each columnar negative electrode 12, but an average value of measurements of a plurality of columnar negative electrodes 12. The columnar negative electrode 12 may have a shape in which rectangular corners are formed in an arc shape when viewed in cross section, or may have a shape in which the length in the minor axis a direction becomes shorter toward the end side. In the power storage device 10, a plurality of columnar negative electrodes 12 are arranged in a predetermined direction. The columnar negative electrode 12 may be arranged so that the direction of the long side of the power storage device 10 and the direction of the major axis b are arranged in the same direction. It is preferable that a plurality of columnar negative electrodes 12 are arranged at equal intervals in the major axis direction and offset in the minor axis direction. In the power storage device 10, the columnar negative electrodes 12 may be arranged so that the center of the columnar negative electrode 12 in the arranged row and the end of the columnar negative electrode 12 in the adjacent row alternate with each other (FIG. 1, FIG. 3). In such an electrode structure, the filling efficiency of the columnar negative electrode 12 is high, which is preferable from the viewpoint of improving the density of the active material.

柱状負極12は、負極集電体13に接続される端部以外の外周が分離膜15に覆われている。例えば、柱状負極12は、蓄電デバイス10全体の負極容量の1/nの容量を有し、n個が負極集電体13に並列接続されているものとしてもよい。この柱状負極12は、短径aが20μm以上であることが好ましく、30μm以上がより好ましく、50μm以上が更に好ましい。また、短径aは、250μm以下であることが好ましく、200μm以下がより好ましく、190μm以下が更に好ましい。また、柱状負極12は、長径bが200μm以上であることが好ましく、300μm以上がより好ましく、400μm以上が更に好ましい。また、長径bは、1900μm以下であることが好ましく、1800μm以下がより好ましく、1600μm以下が更に好ましい。更にb/aは、平均値で6以上が好ましく、7以上であるものとしてもよい。また、b/aは、平均値で30以下が好ましく、20以下がより好ましく、10以下が更に好ましい。特に、b/aは、平均値で6以上10以下であることが好ましい。上述の範囲では、蓄電デバイス10のエネルギー密度の向上と入出力特性の向上とを好適な範囲で両立することができ好ましい。また、この径がより長いものでは、電極構造体としての強度を担保することができ安定した充放電ができる。また、径がより小さいものでは、キャリアイオンの移動距離が長くなりすぎず、高出力性能が得られる。 The outer periphery of the columnar negative electrode 12 other than the end portion connected to the negative electrode current collector 13 is covered with the separation film 15. For example, the columnar negative electrode 12 may have a capacity of 1 / n of the negative electrode capacity of the entire power storage device 10, and n of them may be connected in parallel to the negative electrode current collector 13. The columnar negative electrode 12 preferably has a minor axis a of 20 μm or more, more preferably 30 μm or more, and further preferably 50 μm or more. The minor axis a is preferably 250 μm or less, more preferably 200 μm or less, and even more preferably 190 μm or less. Further, the columnar negative electrode 12 preferably has a major axis b of 200 μm or more, more preferably 300 μm or more, and further preferably 400 μm or more. The major axis b is preferably 1900 μm or less, more preferably 1800 μm or less, and even more preferably 1600 μm or less. Further, b / a preferably has an average value of 6 or more, and may be 7 or more. The average value of b / a is preferably 30 or less, more preferably 20 or less, and even more preferably 10 or less. In particular, b / a is preferably 6 or more and 10 or less on average. In the above range, it is preferable that the energy density of the power storage device 10 and the input / output characteristics can be improved in a suitable range. Further, when the diameter is longer, the strength of the electrode structure can be ensured and stable charging / discharging can be performed. Further, when the diameter is smaller, the moving distance of the carrier ion does not become too long, and high output performance can be obtained.

柱状負極12は、単位長さあたりの放電容量が0.05mAh/cm以上1.0mAh/cm以下であるものとしてもよい。この放電容量は、Li金属を対極とし、Li基準電位で0.005V〜1.5Vの電位範囲、0.2Cの定電流で放電したときの容量をいうものとする。柱状負極12は、この放電容量ができるだけ大きいことが好ましく、0.08mAh/cm以上が好ましく、0.15mAh/cm以上がより好ましく、0.20mAh/cm以上が更に好ましい。また、この放電容量は、0.9mAh/cm以下が好ましく、0.85mAh/cm以上以下がより好ましく、0.82mAh/cm以下としてもよい。 The columnar negative electrode 12 may have a discharge capacity of 0.05 mAh / cm or more and 1.0 mAh / cm or less per unit length. This discharge capacity refers to the capacity when discharged with a potential range of 0.005 V to 1.5 V at the Li reference potential and a constant current of 0.2 C, with Li metal as the counter electrode. The columnar negative electrode 12 preferably has as large a discharge capacity as possible, preferably 0.08 mAh / cm or more, more preferably 0.15 mAh / cm or more, and even more preferably 0.20 mAh / cm or more. The discharge capacity is preferably 0.9 mAh / cm or less, more preferably 0.85 mAh / cm or more, and may be 0.82 mAh / cm or less.

柱状負極12は、断面積が0.005mm2以上0.4mm2以下の範囲であるものとしてもよい。この柱状負極12は、断面積ができるだけ大きいことが好ましく、0.015mm2以上が好ましく、0.018mm2以上がより好ましく、0.020mm2以上が更に好ましい。また、柱状負極12の断面積は、0.25mm2以下が好ましく、0.20mm2以下がより好ましく、0.50mm2以下が更に好ましい。この柱状負極12の長手方向の長さは、蓄電デバイス10の用途などに応じて適宜定めることができ、例えば、20mm以上200mm以下の範囲などとしてもよい。柱状負極12の長さが20mm以上では、電池容量をより高めることができ好ましく、200mm以下では、負極の電気抵抗をより低減することができ好ましい。 The columnar negative electrode 12 may have a cross-sectional area in the range of 0.005 mm 2 or more and 0.4 mm 2 or less. The columnar negative electrode 12 is preferably the cross-sectional area as large as possible, preferably 0.015 mm 2 or more, more preferably 0.018 mm 2 or more, 0.020 mm 2 or more is more preferable. The cross-sectional area of the columnar negative electrode 12 is preferably 0.25 mm 2 or less, more preferably 0.20 mm 2 or less, and even more preferably 0.50 mm 2 or less. The length of the columnar negative electrode 12 in the longitudinal direction can be appropriately determined depending on the application of the power storage device 10, and may be, for example, in the range of 20 mm or more and 200 mm or less. When the length of the columnar negative electrode 12 is 20 mm or more, the battery capacity can be further increased, and when it is 200 mm or less, the electric resistance of the negative electrode can be further reduced, which is preferable.

柱状負極12は、負極活物質としての炭素材料を含むものが好ましく、炭素繊維14が結束された構造、及び炭素材料が固形化した構造のうち1以上を有するものとしてもよい。図1、2には、炭素繊維14が結束されたものを示した。炭素材料は、導電性が高く、負極活物質になり、柱状負極12として好ましい。炭素材料としては、例えば、グラファイト類や、コークス類、ガラス状炭素類、難黒鉛化性炭素類、熱分解炭素類のうち1以上が挙げられる。このうち、人造黒鉛、天然黒鉛などのグラファイト類が好ましい。また、グラファイト構造を有する炭素繊維14としてもよい。このような炭素繊維14は、例えば、繊維方向である長手方向に結晶が配向したものが好ましい。また、長手方向(繊維方向)に直交する方向に断面視したときに結晶が中心から外周面側に放射状に配向したものであることが好ましい。炭素繊維14の直径dは、例えば、5μm以上としてもよいし、7.5μm以上としてもよいし、10μm以上としてもよい。また、炭素繊維14の直径dは、50μm以下の範囲としてもよいし、25μm以下としてもよいし、20μm以下としてもよい。柱状負極12は、複数の炭素繊維14を撚糸して得られたものとしてもよいし、複数の炭素繊維14を結着材により結着させたものとしてもよい。結着材は、キャリアイオンの伝導性を有するものが好ましく、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)や、PVdFとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体(PVdF−HFP)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、及びPMMAとアクリルポリマーとの共重合体などが挙げられる。炭素繊維14の本数は、その太さなどにもよるが、例えば、200本以上が好ましく、350本以上がより好ましく、500本以上としてもよい。また、炭素繊維14の本数は、5000本以下が好ましく、3500本以下がより好ましく、3000本以下としてもよい。また、柱状負極12は、炭素材料の原料を柱状に成形したものを炭素化した一体物としてもよいし炭化した炭素材料を結着材などで固形化したものとしてもよい。 The columnar negative electrode 12 preferably contains a carbon material as a negative electrode active material, and may have one or more of a structure in which carbon fibers 14 are bound and a structure in which the carbon material is solidified. FIGS. 1 and 2 show the carbon fibers 14 bound together. The carbon material has high conductivity and becomes a negative electrode active material, and is preferable as the columnar negative electrode 12. Examples of the carbon material include one or more of graphites, cokes, glassy carbons, non-graphitizable carbons, and pyrolytic carbons. Of these, graphites such as artificial graphite and natural graphite are preferable. Further, the carbon fiber 14 having a graphite structure may be used. The carbon fiber 14 is preferably one in which crystals are oriented in the longitudinal direction, which is the fiber direction, for example. Further, it is preferable that the crystals are radially oriented from the center to the outer peripheral surface side when viewed in cross section in a direction orthogonal to the longitudinal direction (fiber direction). The diameter d of the carbon fiber 14 may be, for example, 5 μm or more, 7.5 μm or more, or 10 μm or more. Further, the diameter d of the carbon fiber 14 may be in the range of 50 μm or less, 25 μm or less, or 20 μm or less. The columnar negative electrode 12 may be obtained by twisting a plurality of carbon fibers 14, or may be obtained by binding a plurality of carbon fibers 14 with a binder. The binder is preferably one having conductivity of carrier ions, for example, polyvinylidene fluoride (PVdF), a copolymer of PVdF and hexafluoropropylene (PVdF-HFP), polymethyl methacrylate (PMMA), and the like. And a copolymer of PMMA and an acrylic polymer. The number of carbon fibers 14 depends on the thickness and the like, but for example, 200 or more is preferable, 350 or more is more preferable, and 500 or more may be used. The number of carbon fibers 14 is preferably 5000 or less, more preferably 3500 or less, and may be 3000 or less. Further, the columnar negative electrode 12 may be a carbonized integral product obtained by molding a raw material of a carbon material into a columnar shape, or may be a carbonized carbon material solidified with a binder or the like.

負極集電体13は、導電性を有する部材であり、柱状負極12に電気的に接続されている。この負極集電体13は、蓄電デバイス10の上面側に配設されている。この負極集電体13は、例えば、カーボンペーパー、アルミニウム、銅、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、鉄、白金、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラスなどのほか、接着性、導電性及び耐酸化(還元)性向上の目的で、アルミニウムや銅などの表面をカーボン、ニッケル、チタン、銀、白金、金などで処理したものも用いることができる。負極集電体13の形状は、柱状負極12が接続できるものであれば特に限定されず、例えば、板状、箔状、フィルム状、シート状、ネット状、パンチ又はエキスパンドされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の形成体などが挙げられる。 The negative electrode current collector 13 is a conductive member and is electrically connected to the columnar negative electrode 12. The negative electrode current collector 13 is arranged on the upper surface side of the power storage device 10. The negative electrode current collector 13 includes, for example, carbon paper, aluminum, copper, titanium, stainless steel, nickel, iron, platinum, calcined carbon, conductive polymer, conductive glass, etc., as well as adhesiveness, conductivity, and acid resistance. For the purpose of improving the conversion (reduction) property, those whose surfaces such as aluminum and copper are treated with carbon, nickel, titanium, silver, platinum, gold and the like can also be used. The shape of the negative electrode current collector 13 is not particularly limited as long as the columnar negative electrode 12 can be connected, and for example, a plate shape, a foil shape, a film shape, a sheet shape, a net shape, a punched or expanded shape, or a lath body. , Porous body, foam, fiber group forming body and the like.

分離膜15は、キャリアイオン(例えばリチウムイオン)のイオン伝導性を有し柱状負極12と正極16とを絶縁するものであり、柱状負極12の周囲に設けられている。分離膜15は、正極16と対向する柱状負極12の外周面の全体に形成されており、柱状負極12と正極16との短絡を防止している。この分離膜15は、例えば、樹脂を含む原料溶液から自立膜を作製し、柱状負極12の表面をこの自立膜で被覆させることにより形成されてもよいし、原料溶液へ柱状負極12を浸漬させてその表面にコートすることにより形成されるものとしてもよい。この分離膜15の樹脂としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)や、PVdFとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体(PVdF−HFP)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、及びPMMAとアクリルポリマーとの共重合体などが挙げられる。例えば、PVdFとHFPとの共重合体では、電解液の一部がこの膜を膨潤ゲル化し、イオン伝導膜となる。この分離膜15の厚さは、例えば、2μm以上であることが好ましく、5μm以上であることがより好ましく、8μm以上であるものとしてもよい。この厚さが2μm以上では、絶縁性を確保する上で好ましい。特に、分離膜15の厚さが2μm以上であれば、作製しやすい。また、分離膜15の厚さは、15μm以下であることが好ましく、10μm以下であることがより好ましい。この厚さが15μm以下では、イオン伝導性の低下を抑制できる点や、セルに占める体積をより低減する上で好ましい。分離膜15の厚さが2〜15μmの範囲では、イオン伝導性及び絶縁性が好適である。 The separation membrane 15 has ionic conductivity of carrier ions (for example, lithium ions) and insulates the columnar negative electrode 12 and the positive electrode 16, and is provided around the columnar negative electrode 12. The separation film 15 is formed on the entire outer peripheral surface of the columnar negative electrode 12 facing the positive electrode 16 to prevent a short circuit between the columnar negative electrode 12 and the positive electrode 16. The separation membrane 15 may be formed by, for example, preparing a self-supporting film from a raw material solution containing a resin and coating the surface of the columnar negative electrode 12 with the self-supporting film, or immersing the columnar negative electrode 12 in the raw material solution. It may be formed by coating the surface of the metal. Examples of the resin of the separation film 15 include polyvinylidene fluoride (PVdF), a copolymer of PVdF and hexafluoropropylene (PVdF-HFP), polymethyl methacrylate (PMMA), and PMMA and an acrylic polymer. Examples include copolymers. For example, in a copolymer of PVdF and HFP, a part of the electrolytic solution swells and gels this membrane to become an ionic conduction membrane. The thickness of the separation membrane 15 is, for example, preferably 2 μm or more, more preferably 5 μm or more, and may be 8 μm or more. When this thickness is 2 μm or more, it is preferable in order to secure the insulating property. In particular, when the thickness of the separation membrane 15 is 2 μm or more, it is easy to prepare. The thickness of the separation membrane 15 is preferably 15 μm or less, and more preferably 10 μm or less. When this thickness is 15 μm or less, it is preferable in that the decrease in ionic conductivity can be suppressed and the volume occupied in the cell can be further reduced. When the thickness of the separation membrane 15 is in the range of 2 to 15 μm, ionic conductivity and insulating property are suitable.

分離膜15は、キャリアであるイオンを伝導する電解液を含むものとしてもよい。この電解液は、例えば、非水系溶媒などが挙げられる。電解液の溶媒としては、例えば、非水電解液の溶媒などが挙げられる。この溶媒としては、例えば、カーボネート類、エステル類、エーテル類、ニトリル類、フラン類、スルホラン類及びジオキソラン類などが挙げられ、これらを単独又は混合して用いることができる。具体的には、カーボネート類としてエチレンカーボネート(EC)やプロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネートなどの環状カーボネート類や、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート、エチル−n−ブチルカーボネート、メチル−t−ブチルカーボネート、ジ−i−プロピルカーボネート、t−ブチル−i−プロピルカーボネートなどの鎖状カーボネート類、γ−ブチルラクトン、γ−バレロラクトンなどの環状エステル類、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酪酸メチルなどの鎖状エステル類、ジメトキシエタン、エトキシメトキシエタン、ジエトキシエタンなどのエーテル類、アセトニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル類、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、などのフラン類、スルホラン、テトラメチルスルホランなどのスルホラン類、1,3−ジオキソラン、メチルジオキソランなどのジオキソラン類などが挙げられる。この電解液には、蓄電デバイス10のキャリアであるイオンを含む支持塩を溶解したものとしてもよい。支持塩としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO22、LiC(CF3SO23、LiSbF6、LiSiF6、LiAlF4、LiSCN、LiClO4、LiCl、LiF、LiBr、LiI、LiAlCl4などが挙げられる。このうち、LiPF6、LiBF4、LiClO4などの無機塩、及びLiCF3SO3、LiN(CF3SO22、LiC(CF3SO23などの有機塩からなる群より選ばれる1種又は2種以上の塩を組み合わせて用いることが電気特性の点から見て好ましい。この支持塩は、電解液中の濃度が0.1mol/L以上5mol/L以下であることが好ましく、0.5mol/L以上2mol/L以下であることがより好ましい。 The separation membrane 15 may contain an electrolytic solution that conducts ions as carriers. Examples of this electrolytic solution include non-aqueous solvents. Examples of the solvent of the electrolytic solution include a solvent of a non-aqueous electrolytic solution. Examples of this solvent include carbonates, esters, ethers, nitriles, furans, sulfolanes, dioxolanes and the like, and these can be used alone or in combination. Specifically, as carbonates, cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, vinylene carbonate, butylene carbonate, and chloroethylene carbonate, dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), diethyl carbonate, and ethyl. Chain carbonates such as -n-butyl carbonate, methyl-t-butyl carbonate, di-i-propyl carbonate, t-butyl-i-propyl carbonate, cyclic esters such as γ-butyl lactone and γ-valerolactone, Chain esters such as methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, methyl butyrate, ethers such as dimethoxyethane, ethoxymethoxyethane, diethoxyethane, nitriles such as acetonitrile and benzonitrile, furan such as tetrahydrofuran and methyl tetrahydrofuran, etc. Classes, sulfolanes such as sulfolane and tetramethylsulfolane, and dioxolanes such as 1,3-dioxolane and methyldioxolane. In this electrolytic solution, a supporting salt containing ions, which is a carrier of the electricity storage device 10, may be dissolved. Examples of the supporting salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiSbF 6 , LiSiF 6 , LiAlF 4 , LiSCN, and the like. Examples thereof include LiClO 4 , LiCl, LiF, LiBr, LiI, and LiAlCl 4. Of these, 1 is selected from the group consisting of inorganic salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , and LiClO 4 , and organic salts such as LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , and LiC (CF 3 SO 2 ) 3. It is preferable to use a seed or a combination of two or more kinds of salts from the viewpoint of electrical characteristics. The concentration of this supporting salt in the electrolytic solution is preferably 0.1 mol / L or more and 5 mol / L or less, and more preferably 0.5 mol / L or more and 2 mol / L or less.

正極16は、正極活物質を含み、隣合う分離膜15同士の間を埋めるように設けられている。正極16は、正極活物質と、必要に応じて導電材と、結着材とを含むものとしてもよい。正極16は、蓄電デバイス10の作製時において、柱状負極12の外周にコートされて形成されたものとしてもよい(図1参照)。この形状であれば、正極活物質が外周に形成された柱状負極12を結束すると、正極16が柱状負極12の間に充填されやすく好ましい。この正極16は、複数の柱状負極12の間に存在するものとすればよい。正極16は、導電材を含み、それ自体に導電性を有するものとし、集電部材などは省略されているものとしてもよい。正極16には、いずれかの領域に正極集電体17が接続されている。この正極16は、例えば、柱状負極12の外周に分離膜15を形成したのち、その外周に正極16の原料を塗布して形成されたものとしてもよい。 The positive electrode 16 contains a positive electrode active material and is provided so as to fill the space between adjacent separation films 15. The positive electrode 16 may include a positive electrode active material, a conductive material, and a binder, if necessary. The positive electrode 16 may be formed by being coated on the outer periphery of the columnar negative electrode 12 at the time of manufacturing the power storage device 10 (see FIG. 1). With this shape, it is preferable that the positive electrode active material binds the columnar negative electrode 12 formed on the outer periphery so that the positive electrode 16 is easily filled between the columnar negative electrodes 12. The positive electrode 16 may exist between the plurality of columnar negative electrodes 12. The positive electrode 16 may include a conductive material and may have conductivity by itself, and the current collecting member and the like may be omitted. A positive electrode current collector 17 is connected to any region of the positive electrode 16. The positive electrode 16 may be formed, for example, by forming a separation film 15 on the outer periphery of the columnar negative electrode 12 and then applying the raw material of the positive electrode 16 to the outer periphery thereof.

正極16は、例えば、正極活物質と、導電材と、必要に応じて結着材とを混合した正極合材からなるものとしてもよい。正極活物質は、例えば、キャリアであるリチウムを吸蔵放出可能な材料が挙げられる。正極活物質としては、例えば、リチウムと遷移金属とを有する化合物、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む酸化物や、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物などが挙げられる。具体的には、基本組成式をLi(1-x)MnO2(0≦x≦1など、以下同じ)やLi(1-x)Mn24などとするリチウムマンガン複合酸化物、基本組成式をLi(1-x)CoO2などとするリチウムコバルト複合酸化物、基本組成式をLi(1-x)NiO2などとするリチウムニッケル複合酸化物、基本組成式をLi(1-x)CoaNibMnc2(a>0、b>0、c>0、a+b+c=1)、Li(1-x)CoaNibMnc4(0<a<1、0<b<1、1≦c<2、a+b+c=2)などとするリチウムコバルトニッケルマンガン複合酸化物、基本組成式をLiV23などとするリチウムバナジウム複合酸化物、基本組成式をV25などとする遷移金属酸化物などを用いることができる。また、基本組成式をLiFePO4とするリン酸鉄リチウム化合物などを正極活物質として用いることができる。これらのうち、リチウムコバルトニッケルマンガン複合酸化物、例えば、LiCo1/3Ni1/3Mn1/32やLiNi0.4Co0.3Mn0.32などが好ましい。なお、「基本組成式」とは、他の元素、例えば、AlやMgなどの成分を含んでもよい趣旨である。 The positive electrode 16 may be made of, for example, a positive electrode mixture in which a positive electrode active material, a conductive material, and a binder, if necessary, are mixed. Examples of the positive electrode active material include a material capable of occluding and releasing lithium as a carrier. Examples of the positive electrode active material include compounds having lithium and a transition metal, for example, an oxide containing lithium and a transition metal element, and a phosphoric acid compound containing lithium and a transition metal element. Specifically, a lithium manganese composite oxide having a basic composition formula of Li (1-x) MnO 2 (0 ≦ x ≦ 1, etc., the same applies hereinafter) or Li (1-x) Mn 2 O 4, etc., basic composition Lithium cobalt composite oxide whose formula is Li (1-x) CoO 2, etc., Lithium nickel composite oxide whose basic composition formula is Li (1-x) NiO 2, etc., basic composition formula is Li (1-x) Co a Ni b Mn c O 2 (a> 0, b> 0, c> 0, a + b + c = 1), Li (1-x) Co a Ni b Mn c O 4 (0 <a <1,0 <b <1, 1 ≦ c <2, a + b + c = 2), etc. Lithium cobalt nickel manganese composite oxide, basic composition formula is LiV 2 O 3, etc. Lithium vanadium composite oxide, basic composition formula is V 2 O 5, etc. A transition metal oxide or the like can be used. Further, a lithium iron phosphate compound having a basic composition formula of LiFePO 4 or the like can be used as the positive electrode active material. Of these, lithium cobalt nickel-manganese composite oxides such as LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 and LiNi 0.4 Co 0.3 Mn 0.3 O 2 are preferable. The "basic composition formula" is intended to include other elements such as components such as Al and Mg.

正極16に含まれる導電材は、電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば特に限定されず、例えば、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛)や人造黒鉛などの黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンウィスカ、ニードルコークス、炭素繊維、金属(銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金など)などの1種又は2種以上を混合したものを用いることができる。正極16は、図1、3に示すように、導電材18としての炭素繊維を含み、炭素繊維が柱状負極12の長径方向に配向していることが好ましい。この正極16では、正極合材内の電子伝導性を向上させることができる。ここで、「配向」とは、炭素繊維が長径bの方向に沿っている趣旨であり、種々の方向に傾いているものが存在していてもよい。正極導電体18は、例えば、本数で40%以上、より好ましくは50%以上が長径bの方向に沿っていればよい。ここで、炭素繊維は、長径方向以外の方向に傾いている炭素繊維でも長径方向に沿っていれば、配向しているものとする。結着材は、活物質粒子や導電材粒子を繋ぎ止めて所定の形状を保つ役割を果たすものであり、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、或いはポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、エチレンプロピレンジエンモノマー(EPDM)ゴム、スルホン化EPDMゴム、天然ブチルゴム(NBR)等を単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。また、水系バインダーであるセルロース系やスチレンブタジエンゴム(SBR)の水分散体等を用いることもできる。 The conductive material contained in the positive electrode 16 is not particularly limited as long as it is an electron conductive material that does not adversely affect the battery performance. For example, graphite such as natural graphite (scaly graphite, scaly graphite) or artificial graphite, acetylene black, etc. One or a mixture of two or more of carbon black, Ketjen black, carbon whisker, graphite coke, carbon fiber, metal (copper, nickel, aluminum, silver, gold, etc.) can be used. As shown in FIGS. 1 and 3, the positive electrode 16 preferably contains carbon fibers as the conductive material 18, and the carbon fibers are preferably oriented in the major axis direction of the columnar negative electrode 12. In the positive electrode 16, the electron conductivity in the positive electrode mixture can be improved. Here, "orientation" means that the carbon fibers are along the direction of the major axis b, and there may be carbon fibers that are inclined in various directions. The number of positive electrode conductors 18 may be, for example, 40% or more, more preferably 50% or more along the direction of the major axis b. Here, it is assumed that the carbon fibers are oriented even if the carbon fibers are inclined in a direction other than the major axis direction as long as they are along the major axis direction. The binder serves to hold the active material particles and the conductive material particles together to maintain a predetermined shape, and contains, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluororubber, and the like. Fluororesin, thermoplastic resin such as polypropylene and polyethylene, ethylene propylene diene monomer (EPDM) rubber, sulfonated EPDM rubber, natural butyl rubber (NBR) and the like can be used alone or as a mixture of two or more kinds. Further, an aqueous dispersion of cellulose-based binder or styrene-butadiene rubber (SBR), which is an aqueous binder, can also be used.

正極16において、正極活物質の含有量は、より多いことが好ましく、正極16の質量全体に対して70質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましい。導電材の含有量は、正極16の全体の質量に対して0質量%以上20質量%以下の範囲であることが好ましく、0質量%以上10質量%以下の範囲であることがより好ましい。このような範囲では、電池容量の低下を抑制し、導電性を十分に付与することができる。また、結着材の含有量は、正極16の質量全体に対して0.1質量%以上5質量%以下の範囲であることが好ましく、0.2質量%以上3質量%以下の範囲であることがより好ましい。 In the positive electrode 16, the content of the positive electrode active material is preferably higher, preferably 70% by mass or more, and more preferably 80% by mass or more, based on the total mass of the positive electrode 16. The content of the conductive material is preferably in the range of 0% by mass or more and 20% by mass or less, and more preferably in the range of 0% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the total mass of the positive electrode 16. In such a range, it is possible to suppress a decrease in battery capacity and sufficiently impart conductivity. The content of the binder is preferably in the range of 0.1% by mass or more and 5% by mass or less, and in the range of 0.2% by mass or more and 3% by mass or less with respect to the total mass of the positive electrode 16. Is more preferable.

正極集電体17は、導電性を有する部材であり、正極16に電気的に接続されている。この正極集電体17は、蓄電デバイス10の側面側に配設されている。正極集電体17は、導電性の観点から、柱状負極12の長径方向に直交する面に配設されることが好ましい(図1参照)。この正極集電体17は、負極集電体13で挙げられたいずれかの材料や形状を採用することができる。 The positive electrode current collector 17 is a conductive member and is electrically connected to the positive electrode 16. The positive electrode current collector 17 is arranged on the side surface side of the power storage device 10. From the viewpoint of conductivity, the positive electrode current collector 17 is preferably arranged on a surface orthogonal to the major axis direction of the columnar negative electrode 12 (see FIG. 1). As the positive electrode current collector 17, any material or shape mentioned in the negative electrode current collector 13 can be adopted.

この蓄電デバイス10において、体積エネルギー密度は、より高いことがより好ましく、例えば、400Wh/L以上であることが好ましく、500Wh/L以上であることがより好ましく、600Wh/L以上であることが更に好ましい。また、蓄電デバイス10において、入出力特性としてのレート特性を0.2Cの放電容量に対する3Cの放電容量(3C/0.2C)としたときに、このレート特性は、より高いことが好ましく、0.50以上が好ましく、0.60以上がより好ましく、0.70以上が更に好ましく、0.80以上が最も好ましい。この放電容量は、Li金属を対極とし、Li基準電位で0.005V〜1.5Vの電位範囲、0.2C及び3Cの定電流で放電したときの容量をいうものとする。この蓄電デバイス10において、正極活物質の容量に対する負極活物質の容量の比である正負極容量比(負極容量/正極容量)は、1.0以上1.5以下の範囲とすることが好ましく、より好ましくは1.2以下の範囲である。正極16の形成厚さは、柱状負極12の直径D及び正負極容量比に応じて適宜設定されるが、例えば、5μm以上50μm以下の範囲としてもよい。正極16の形成厚さは、例えば、柱状負極12上に形成された部分のうち最大の厚さをいうものとする。 In the power storage device 10, the volumetric energy density is more preferably higher, for example, 400 Wh / L or more, more preferably 500 Wh / L or more, and further preferably 600 Wh / L or more. preferable. Further, in the power storage device 10, when the rate characteristic as an input / output characteristic is a discharge capacity of 3C (3C / 0.2C) with respect to a discharge capacity of 0.2C, this rate characteristic is preferably higher, and is 0. .50 or more is preferable, 0.60 or more is more preferable, 0.70 or more is further preferable, and 0.80 or more is most preferable. This discharge capacity refers to the capacity when discharged with a potential range of 0.005 V to 1.5 V at the Li reference potential and constant currents of 0.2 C and 3 C with Li metal as the counter electrode. In the power storage device 10, the positive / negative electrode capacity ratio (negative electrode capacity / positive electrode capacity), which is the ratio of the capacity of the negative electrode active material to the capacity of the positive electrode active material, is preferably in the range of 1.0 or more and 1.5 or less. More preferably, it is in the range of 1.2 or less. The formation thickness of the positive electrode 16 is appropriately set according to the diameter D of the columnar negative electrode 12 and the capacity ratio of the positive electrode and the negative electrode, but may be in the range of 5 μm or more and 50 μm or less, for example. The formed thickness of the positive electrode 16 is, for example, the maximum thickness of the portions formed on the columnar negative electrode 12.

以上詳述した実施形態の蓄電デバイス10では、高エネルギー密度と高入出力とを両立することができる。このような効果が得られる理由は、例えば、以下のように推察される。炭素材料を含む柱状負極12では、短径a、長径bとした場合のb/aの平均値が5以上である扁平形状とすることで、イオン拡散距離を短くすることが可能となり、入出力特性を向上させることができるものと推察される。ただし、柱状負極12の単位長さあたりの放電容量や断面積が小さい場合には、セル内の体積における正負極での分離膜15の割合が増加してしまうなどにより、エネルギー密度が低下する。一方、柱状負極12の単位長さあたりの放電容量や断面積が大きい場合には、内部までキャリアイオンを拡散するのに時間を要するため、入出力特性が低下する。このため、柱状負極の単位長さあたりの放電容量が0.05mAh/cm以上1.0mAh/cm以下の範囲や、断面積が0.005mm2以上0.4mm2以下の範囲となるように柱状負極12の形状を制御することで、上記のエネルギー密度の低下や入出力特性の低下をより抑制し、高エネルギー密度と高入出力とを両立した蓄電デバイスを提供することができる。特に、柱状負極12を上記範囲の放電容量や断面積の扁平形状とすることによって、円柱状の柱状負極を結束した電極構造体の長所と、シート状の電極構造体の長所とを両立することができるものと推察される。 In the power storage device 10 of the embodiment described in detail above, both high energy density and high input / output can be achieved at the same time. The reason why such an effect can be obtained is presumed as follows, for example. The columnar negative electrode 12 containing a carbon material has a flat shape in which the average value of b / a when the minor axis a and the major axis b are 5 or more, so that the ion diffusion distance can be shortened and input / output can be performed. It is presumed that the characteristics can be improved. However, when the discharge capacity or cross-sectional area per unit length of the columnar negative electrode 12 is small, the ratio of the separation membrane 15 on the positive electrode and the negative electrode to the volume in the cell increases, and the energy density decreases. On the other hand, when the discharge capacity or the cross-sectional area per unit length of the columnar negative electrode 12 is large, it takes time to diffuse the carrier ions to the inside, so that the input / output characteristics are deteriorated. Therefore, the columnar negative electrode has a columnar shape such that the discharge capacity per unit length is in the range of 0.05 mAh / cm or more and 1.0 mAh / cm or less, and the cross-sectional area is in the range of 0.005 mm 2 or more and 0.4 mm 2 or less. By controlling the shape of the negative electrode 12, it is possible to further suppress the above-mentioned decrease in energy density and input / output characteristics, and to provide a power storage device having both high energy density and high input / output. In particular, by forming the columnar negative electrode 12 into a flat shape having a discharge capacity and a cross-sectional area in the above range, the advantages of the electrode structure in which the columnar columnar negative electrodes are bound and the advantages of the sheet-shaped electrode structure can be compatible with each other. It is presumed that it can be done.

なお、本開示は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It goes without saying that the present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various embodiments as long as it belongs to the technical scope of the present disclosure.

例えば、上述した実施形態では、蓄電デバイスのキャリアをリチウムイオンとしたが、特にこれに限定されず、ナトリウムイオンやカリウムイオンなどのアルカリ金属イオン、カルシウムイオンやマグネシウムイオンなどの2族元素イオンとしてもよい。また、正極活物質は、キャリアのイオンを含むものとすればよい。また、電解液を非水系電解液としたが、水溶液系電解液としてもよい。 For example, in the above-described embodiment, the carrier of the power storage device is lithium ion, but the carrier is not particularly limited to this, and alkali metal ions such as sodium ion and potassium ion, and group 2 element ions such as calcium ion and magnesium ion can also be used. good. Further, the positive electrode active material may contain carrier ions. Further, although the electrolytic solution is a non-aqueous electrolytic solution, it may be an aqueous electrolytic solution.

上述した実施形態では、正極活物質を遷移金属複合酸化物としたが、特に限定されず、例えば、キャパシタに用いられる炭素材料としてもよい。炭素材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、活性炭類、コークス類、ガラス状炭素類、黒鉛類、難黒鉛化性炭素類、熱分解炭素類、炭素繊維類、カーボンナノチューブ類、ポリアセン類などが挙げられる。このうち、高比表面積を示す活性炭類が好ましい。炭素材料としての活性炭は、比表面積が1000m2/g以上であることが好ましく、1500m2/g以上であることがより好ましい。比表面積が1000m2/g以上では、放電容量をより高めることができる。この活性炭の比表面積は、作製の容易性から3000m2/g以下であることが好ましく、2000m2/g以下であることがより好ましい。なお、正極では、イオン伝導媒体に含まれるアニオン及びカチオンの少なくとも一方を吸着、脱離して蓄電するものと考えられるが、さらに、イオン伝導媒体に含まれるアニオン及びカチオンの少なくとも一方を挿入、脱離して蓄電するものとしてもよい。 In the above-described embodiment, the positive electrode active material is a transition metal composite oxide, but the present invention is not particularly limited, and for example, it may be a carbon material used for a capacitor. The carbon material is not particularly limited, but for example, activated carbons, cokes, glassy carbons, graphites, non-graphitizable carbons, pyrolytic carbons, carbon fibers, carbon nanotubes, etc. Examples include polyacenes. Of these, activated carbons showing a high specific surface area are preferable. Activated carbon as a carbon material preferably has a specific surface area of 1000 m 2 / g or more, and more preferably 1500 m 2 / g or more. When the specific surface area is 1000 m 2 / g or more, the discharge capacity can be further increased. The specific surface area of this activated carbon is preferably 3000 m 2 / g or less, and more preferably 2000 m 2 / g or less, from the viewpoint of ease of production. It is considered that at the positive electrode, at least one of the anion and the cation contained in the ion conduction medium is adsorbed and desorbed to store electricity, but further, at least one of the anion and the cation contained in the ion conduction medium is inserted and desorbed. It may be used to store electricity.

以下には、上述した蓄電デバイスを具体的に作製した例を実験例として説明する。蓄電デバイスの構造及び性能を考察した結果を説明する。なお、実験例1〜8が本開示の実施例であり、実験例9〜11が比較例に相当する。 Hereinafter, an example in which the above-mentioned power storage device is specifically manufactured will be described as an experimental example. The result of considering the structure and performance of the power storage device will be described. Experimental Examples 1 to 8 correspond to the examples of the present disclosure, and Experimental Examples 9 to 11 correspond to Comparative Examples.

(実験例1)
柱状電極を作製した。まず、炭素繊維ヤーン(日本グラファイトファイバー製YS−90A−10S、直径d=7μm)を1000本用意し、適当な長さに切断したのち、N−メチルピロリドン(NMP)に溶解させたポリフッ化ビニリデン(PVdF)溶液を含むノズルを通過させた。その後、ロールで展伸し、乾燥して溶媒を除去することで断面構造を扁平化した炭素繊維結束体を得た(実験例1)。実験例1〜11において、ノズル通過後の結束体に対しロールで展伸する条件を調整することによって、扁平形状のアスペクト比b/aを制御した。
(Experimental Example 1)
A columnar electrode was prepared. First, 1000 carbon fiber yarns (YS-90A-10S manufactured by Nippon Graphite Fiber, diameter d = 7 μm) were prepared, cut to an appropriate length, and then dissolved in N-methylpyrrolidone (NMP). It was passed through a nozzle containing a (PVdF) solution. Then, it was stretched with a roll and dried to remove the solvent to obtain a carbon fiber bundle having a flattened cross-sectional structure (Experimental Example 1). In Experimental Examples 1 to 11, the aspect ratio b / a of the flat shape was controlled by adjusting the conditions for stretching the bound body after passing through the nozzle with a roll.

(炭素繊維結束体の柱状負極のSEM観察)
炭素繊維結束体の柱状負極の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。SEM観察は、走査型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製S−3600N)を用いて、10kV、倍率150で行った。観察結果として、断面積(mm2)、および短径a(μm)と長径b(μm)を求めた。測定は、5点行い、平均値として求めた。実験例1は、短径aが110μm、長径bが660μm、断面積が0.057mm2であった。
(SEM observation of columnar negative electrode of carbon fiber bundle)
The cross section of the columnar negative electrode of the carbon fiber bundle was observed with a scanning electron microscope (SEM). SEM observation was performed using a scanning electron microscope (S-3600N manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) at 10 kV and a magnification of 150. As an observation result, the cross-sectional area (mm 2 ) and the minor axis a (μm) and the major axis b (μm) were determined. The measurement was performed at 5 points and calculated as an average value. In Experimental Example 1, the minor axis a was 110 μm, the major axis b was 660 μm, and the cross-sectional area was 0.057 mm 2 .

(実験例2〜8)
炭素繊維の本数を350本、短径aを70μm、長径bを350μmとした以外は実験例1と同様に作製したものを実験例2とした。炭素繊維の本数を3500本、短径aを230μm、長径bを1150μmとした以外は実験例1と同様に作製したものを実験例3とした。炭素繊維の本数を350本、短径aを60μm、長径bを420μmとした以外は実験例1と同様に作製したものを実験例4とした。炭素繊維の本数を3500本、短径aを190μm、長径bを1330μmとした以外は実験例1と同様に作製したものを実験例5とした。炭素繊維の本数を350本、短径aを50μm、長径bを500μmとした以外は実験例1と同様に作製したものを実験例6とした。炭素繊維の本数を3500本、短径aを160μm、長径bを1600μmとした以外は実験例1と同様に作製したものを実験例7とした。炭素繊維の本数を3500本、短径aを30μm、長径bを1800μmとした以外は実験例1と同様に作製したものを実験例8とした。
(Experimental Examples 2-8)
Experimental Example 2 was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that the number of carbon fibers was 350, the minor axis a was 70 μm, and the major axis b was 350 μm. Experimental Example 3 was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that the number of carbon fibers was 3500, the minor axis a was 230 μm, and the major axis b was 1150 μm. Experimental Example 4 was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that the number of carbon fibers was 350, the minor axis a was 60 μm, and the major axis b was 420 μm. Experimental Example 5 was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that the number of carbon fibers was 3500, the minor axis a was 190 μm, and the major axis b was 1330 μm. Experimental Example 6 was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that the number of carbon fibers was 350, the minor axis a was 50 μm, and the major axis b was 500 μm. Experimental Example 7 was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that the number of carbon fibers was 3,500, the minor axis a was 160 μm, and the major axis b was 1600 μm. Experimental Example 8 was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that the number of carbon fibers was 3,500, the minor axis a was 30 μm, and the major axis b was 1800 μm.

(実験例9〜11)
炭素繊維の本数を1000本、短径aを270μm、長径bを270μmの円柱形とした以外は実験例1と同様に作製したものを実験例9とした。炭素繊維の本数を75本、短径aを30μm、長径bを180μmとした以外は実験例1と同様に作製したものを実験例10とした。炭素繊維の本数を7500本、短径aを300μm、長径bを1800μmとした以外は実験例1と同様に作製したものを実験例11とした。
(Experimental Examples 9 to 11)
Experimental Example 9 was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that the number of carbon fibers was 1000, the minor axis a was 270 μm, and the major axis b was 270 μm. Experimental Example 10 was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that the number of carbon fibers was 75, the minor axis a was 30 μm, and the major axis b was 180 μm. Experimental Example 11 was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that the number of carbon fibers was 7,500, the minor axis a was 300 μm, and the major axis b was 1800 μm.

(炭素繊維結束体の柱状負極のハーフセル充放電評価)
炭素繊維結束体の柱状負極の両端をAgペーストを介してNiタブに接続したのち、ポリエチレンセパレータおよび対極となる金属リチウム箔を炭素繊維結束体の周囲に配置した。Li基準電位で0.005V〜1.5Vの電位範囲でコンディショニング充放電を行い放電容量を評価したあと、0.2C及び3Cで定電流放電容量を測定し、0.2Cの定電流放電容量に対する3Cの定電流放電容量(上限Li基準電位で1V)の比率を測定した。なお、柱状負極は、総長さを6cm、金属リチウム箔との対向部の長さを4cmとしてハーフセルを作製した。
(Half-cell charge / discharge evaluation of columnar negative electrode of carbon fiber bundle)
After connecting both ends of the columnar negative electrode of the carbon fiber binding body to the Ni tab via Ag paste, a polyethylene separator and a metal lithium foil as a counter electrode were arranged around the carbon fiber binding body. Conditioning charge / discharge is performed in the potential range of 0.005V to 1.5V at the Li reference potential to evaluate the discharge capacity, and then the constant current discharge capacity is measured at 0.2C and 3C, with respect to the constant current discharge capacity of 0.2C. The ratio of the constant current discharge capacity of 3C (1 V at the upper limit Li reference potential) was measured. For the columnar negative electrode, a half cell was prepared with a total length of 6 cm and a length of a portion facing the metallic lithium foil of 4 cm.

(セルエネルギー密度の試算)
炭素繊維結束体の柱状負極のサイズから、分離膜の厚さを20(μm)、正極合材密度を2.8(g/cm3)、正負極容量比を1.05に統一した際のセルのエネルギー密度を試算した。実験例9を100として、各サンプルの値を規格化した。
(Estimation of cell energy density)
Based on the size of the columnar negative electrode of the carbon fiber bundle, the thickness of the separation film is 20 (μm), the density of the positive electrode mixture is 2.8 (g / cm 3 ), and the positive and negative electrode capacity ratio is 1.05. The energy density of the cell was calculated. The value of each sample was standardized with Experimental Example 9 as 100.

(結果と考察)
図4は、実験例9(図4A)及び実験例1(図4B)の断面のSEM写真である。図5は、実験例9の0.2C及び3Cでの放電曲線(図5A)及び実験例1の0.2C及び3Cでの放電曲線(図5B)である。また、実験例1〜11の短径a(μm)、長径b(μm)、アスペクト比b/a、繊維本数(本)、断面積(mm2)、柱状負極の単位長さあたりの放電容量(mAh/cm)、レート特性(3C/0.2C)、エネルギー密度の相対値をまとめて示した。エネルギー密度は、実験例9を100として各値を規格化した。
(Results and discussion)
FIG. 4 is an SEM photograph of a cross section of Experimental Example 9 (FIG. 4A) and Experimental Example 1 (FIG. 4B). FIG. 5 is a discharge curve at 0.2C and 3C of Experimental Example 9 (FIG. 5A) and a discharge curve at 0.2C and 3C of Experimental Example 1 (FIG. 5B). In addition, the minor axis a (μm), the major axis b (μm), the aspect ratio b / a, the number of fibers (lines), the cross-sectional area (mm 2 ), and the discharge capacity per unit length of the columnar negative electrode of Experimental Examples 1 to 11 (MAh / cm), rate characteristics (3C / 0.2C), and relative values of energy density are shown together. Each value of the energy density was standardized with Experimental Example 9 as 100.

表1に示すように、実験例1〜8の扁平状の炭素繊維結束体を柱状負極とすると、レート特性が円柱状の実験例9に比して高いレート特性を示した。また、実験例1〜8では、実験例9と同等のエネルギー密度を示した。特に、扁平状の柱状負極において、単位長さあたりの放電容量が0.05mAh/cm以上1.0mAh/cm以下であるものや、断面積が0.005mm2以上0.4mm2以下の範囲であり、アスペクト比b/aが5以上60以下の柱状負極(実験例1〜8)において、高エネルギー密度と高入出力を両立することができることがわかった。この効果は、例えば、扁平な形状を有することによって、イオン拡散経路が短縮されるため、入出力の特性が向上し、更に分離膜を有する柱状負極を配列した構造によって、体積割合が低減されて高エネルギー密度を示すものと推察された。一方、単位長さあたりの放電容量が0.05mAh/cm未満であり、断面積が0.005mm2未満の実験例10では、アスペクト比b/aが扁平であってもサイズが小さすぎるため、扁平である効果が発揮できなかった。また、単位長さあたりの放電容量が1.0mAh/cmを超え、断面積が0.4mm2以を超える実験例11では、アスペクト比b/aが扁平であっても、サイズが大きすぎるため、上記効果を得られないことがわかった。 As shown in Table 1, when the flat carbon fiber bundles of Experimental Examples 1 to 8 were used as columnar negative electrodes, the rate characteristics were higher than those of Experimental Example 9 having a columnar shape. Moreover, in Experimental Examples 1 to 8, the energy density equivalent to that of Experimental Example 9 was shown. In particular, in a flat columnar negative electrode, the discharge capacity per unit length is 0.05 mAh / cm or more and 1.0 mAh / cm or less, and the cross-sectional area is 0.005 mm 2 or more and 0.4 mm 2 or less. It was found that in a columnar negative electrode having an aspect ratio b / a of 5 or more and 60 or less (Experimental Examples 1 to 8), both high energy density and high input / output can be achieved at the same time. This effect is achieved, for example, by having a flat shape, the ion diffusion path is shortened, so that the input / output characteristics are improved, and the volume ratio is reduced by the structure in which the columnar negative electrodes having the separation membrane are arranged. It was presumed to show high energy density. On the other hand, in Experimental Example 10 in which the discharge capacity per unit length is less than 0.05 mAh / cm and the cross-sectional area is less than 0.005 mm 2 , the size is too small even if the aspect ratio b / a is flat. The effect of being flat could not be exhibited. Further, in Experimental Example 11 in which the discharge capacity per unit length exceeds 1.0 mAh / cm and the cross-sectional area exceeds 0.4 mm 2 , even if the aspect ratio b / a is flat, the size is too large. , It was found that the above effect could not be obtained.

表1に示すように、b/aが6以上10以下の範囲では高エネルギー密度と高入出力との両立がより良好であった。また、短径aは20μm〜250μm、長径bは200μm〜1900μmの範囲が好ましく、直径dが7μmの炭素繊維においては、炭素繊維の本数が200本〜5000本の範囲が好ましいことが示唆された。柱状負極の断面積は、0.015mm2以上0.25mm2以下の範囲がより好ましく、柱状負極の放電容量は、0.08mAh/cm以上0.9mAh/cm以下の範囲がより好ましいことが示唆された。 As shown in Table 1, in the range of b / a of 6 or more and 10 or less, both high energy density and high input / output were better compatible. Further, it was suggested that the minor axis a is preferably in the range of 20 μm to 250 μm and the major axis b is preferably in the range of 200 μm to 1900 μm, and that the number of carbon fibers in the carbon fiber having a diameter d of 7 μm is preferably in the range of 200 to 5000. .. Sectional area of the columnar negative electrode is more preferably in the range of 0.015 mm 2 or more 0.25 mm 2 or less, the discharge capacity of the columnar negative electrode, suggested range of 0.08 mAh / cm or more 0.9mAh / cm and more preferably Was done.

Figure 2021144799
Figure 2021144799

(炭素繊維結束体の柱状負極を用いた蓄電デバイスの抵抗率評価:実験例12)
実験例1の柱状負極を用いて蓄電デバイスを作製し、抵抗率の評価を行った。実験例1の柱状負極に対し、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(PVdF−HFP)をN−メチルピロリドン(NMP)に溶解させた溶液をディップ法で被覆、乾燥することで、5μmの膜厚で負極の表面に分離膜としてのポリマー膜を均一塗布した。次に、正極活物質(LiNi0.5Co0.2Mn0.32)と、導電材としての高結晶性炭素繊維(日本グラファイトファイバー製XN−90−60S:繊維径10μm、平均繊維長200μm)と、導電材としての気相成長炭素繊維(昭和電工製VGCF)と、結着材としてのポリフッ化ビニリデン(クレハ製PVdF7305)とを質量比で90:4:2:4となるよう配合したものにN−メチルピロリドンを加えて正極合材ペーストとした。上記のポリマー被覆負極の長径方向に導電材の炭素繊維が配向するように、正極スラリーをポリマー被覆負極の表面に塗布して、正極合材の厚さが35μmとなるように正極合材層を形成した。このように作製した負極/ポリマー膜/正極合材層の単セルを12列×7行でオフセット状に積層し(図3参照)、静水圧プレスを用いてプレスすることで、電極構造体を得た。この電極構造体をケースに収容し、配向した正極導電材の炭素繊維に直交する方向の端面(図1参照)に正極集電体としてのAl箔(厚さ100μm)を貼付し、正極から露出した柱状負極の先端側に負極集電体としての銅箔(厚さ100μm)を貼付し、押厚して固着させた。このケースに非水電解液を注液して封止することにより得られた蓄電デバイスを実験例12とした。非水電解液には、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)を体積比で30/40/30で混合した混合溶媒に、LiPF6を1Mの濃度で溶解させたものを用いた。
(Evaluation of resistivity of power storage device using columnar negative electrode of carbon fiber bundle: Experimental Example 12)
A power storage device was manufactured using the columnar negative electrode of Experimental Example 1, and the resistivity was evaluated. The columnar negative electrode of Experimental Example 1 was coated with a solution of vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVdF-HFP) dissolved in N-methylpyrrolidone (NMP) by a dip method and dried to obtain 5 μm. A polymer film as a separation film was uniformly applied to the surface of the negative electrode in terms of film thickness. Next, the positive electrode active material (LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 ), high crystalline carbon fiber as a conductive material (Nippon Graphite Fiber XN-90-60S: fiber diameter 10 μm, average fiber length 200 μm), and conductivity. Gas-phase grown carbon fiber (VGCF manufactured by Showa Denko Corporation) as a material and vinylidene fluoride (PVdF7305 manufactured by Kureha Corporation) as a binder are blended in a mass ratio of 90: 4: 2: 4 to N-. Methylpyrrolidone was added to prepare a positive mixture paste. The positive electrode slurry is applied to the surface of the polymer-coated negative electrode so that the carbon fibers of the conductive material are oriented in the major axis direction of the polymer-coated negative electrode, and the positive electrode mixture layer is formed so that the thickness of the positive electrode mixture is 35 μm. Formed. The electrode structure is formed by laminating the single cells of the negative electrode / polymer film / positive electrode mixture layer thus produced in an offset shape in 12 columns × 7 rows (see FIG. 3) and pressing them with a hydrostatic press. Obtained. This electrode structure is housed in a case, and an Al foil (thickness 100 μm) as a positive electrode current collector is attached to the end face (see FIG. 1) in the direction orthogonal to the carbon fibers of the oriented positive electrode conductive material and exposed from the positive electrode. A copper foil (thickness 100 μm) as a negative electrode current collector was attached to the tip end side of the columnar negative electrode, and pressed to be thickened and fixed. Experimental Example 12 was a power storage device obtained by injecting a non-aqueous electrolytic solution into this case and sealing it. In the non-aqueous electrolytic solution, LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1 M in a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) were mixed at a volume ratio of 30/40/30. Was used.

(実験例13、14)
正極集電体としてのAl箔を、正極導電材としての炭素繊維に沿った面(図1の正面側)に貼付した以外は、実験例12と同様に作製したものを実験例13の蓄電デバイスとした。また、正極導電材の炭素繊維の代わりに導電材としてのアセチレンブラック(デンカ社製HS−100)を用いた以外は、実験例13と同様に作製したものを実験例14とした。
(Experimental Examples 13 and 14)
The power storage device of Experimental Example 13 was prepared in the same manner as in Experimental Example 12 except that the Al foil as the positive electrode current collector was attached to the surface (front side in FIG. 1) along the carbon fiber as the positive electrode conductive material. And said. Further, Experimental Example 14 was prepared in the same manner as in Experimental Example 13 except that acetylene black (HS-100 manufactured by Denka Co., Ltd.) was used as the conductive material instead of the carbon fiber of the positive electrode conductive material.

(蓄電デバイスの測定結果と考察:実験例12〜14)
実験例12の正極表面の5点をSEM観察し、炭素繊維の配向性を求めた。1視野での炭素繊維の全本数に対する、柱状負極の長径方向(水平方向)に傾き角度が±30°以内である本数を求めこれの平均値を配向度とした。実験例12の配向度は、65%であった。また、4端子法を用いて抵抗率を測定したところ、実験例12は、実験例13の半分の抵抗率であった。また、実験例14は、実験例13の4倍の抵抗率を示した。この結果より、正極導電材は、炭素繊維が好ましく、柱状負極の長径方向に配向させることが好ましいことがわかった。また、正極集電体は、配向した正極導電材としての炭素繊維の配向端面に配設することがより好ましいことがわかった。
(Measurement results and consideration of power storage device: Experimental Examples 12 to 14)
Five points on the positive electrode surface of Experimental Example 12 were observed by SEM to determine the orientation of the carbon fibers. The number of carbon fibers whose inclination angle was within ± 30 ° in the major axis direction (horizontal direction) of the columnar negative electrode with respect to the total number of carbon fibers in one field of view was obtained, and the average value of these was defined as the degree of orientation. The degree of orientation of Experimental Example 12 was 65%. Moreover, when the resistivity was measured using the four-terminal method, the resistivity of Experimental Example 12 was half that of Experimental Example 13. In addition, Experimental Example 14 showed a resistivity four times that of Experimental Example 13. From this result, it was found that the positive electrode conductive material is preferably carbon fiber, and it is preferable to orient the columnar negative electrode in the major axis direction. Further, it was found that it is more preferable to dispose the positive electrode current collector on the oriented end face of the carbon fiber as the oriented positive electrode conductive material.

なお、本開示は上述した実施例に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It should be noted that the present disclosure is not limited to the above-described examples, and it goes without saying that the present disclosure can be carried out in various aspects as long as it belongs to the technical scope of the present disclosure.

10 蓄電デバイス、11 単セル、12 柱状負極、13 負極集電体、14 炭素繊維、15 分離膜、16 正極、17 正極集電体、18 導電材、a 短径、b 長径、d 直径。 10 power storage device, 11 single cell, 12 columnar negative electrode, 13 negative electrode current collector, 14 carbon fiber, 15 separation membrane, 16 positive electrode, 17 positive electrode current collector, 18 conductive material, a minor axis, b major axis, d diameter.

Claims (7)

炭素材料により構成されその断面形状が短径a及び長径bとしたときにb/aの平均値が5以上60以下の範囲であり、単位長さあたりの放電容量が0.05mAh/cm以上1.0mAh/cm以下である柱状負極と、
各柱状負極の周囲を囲うように設けられた分離膜と、
正極活物質を含み、隣合う前記分離膜同士の間を埋めるように設けられた正極と、
を備えた蓄電デバイス。
When it is made of carbon material and its cross-sectional shape is minor axis a and major axis b, the average value of b / a is in the range of 5 or more and 60 or less, and the discharge capacity per unit length is 0.05 mAh / cm or more 1 With a columnar negative electrode of 0.0 mAh / cm or less,
A separation membrane provided so as to surround each columnar negative electrode,
A positive electrode containing a positive electrode active material and provided so as to fill the space between adjacent separation membranes,
Power storage device equipped with.
前記柱状負極は、断面積が0.005mm2以上0.4mm2以下の範囲である、請求項1に記載の蓄電デバイス。 The power storage device according to claim 1, wherein the columnar negative electrode has a cross-sectional area in the range of 0.005 mm 2 or more and 0.4 mm 2 or less. 炭素材料により構成されその断面形状が短径a及び長径bとしたときにb/aが5以上を有し、断面積が0.005mm2以上0.4mm2以下の範囲である柱状負極と、
各柱状負極の周囲を囲うように設けられた分離膜と、
正極活物質を含み、隣合う前記分離膜同士の間を埋めるように設けられた正極と、
を備えた蓄電デバイス。
A columnar negative electrode composed of a carbon material and having a cross-sectional area of 0.005 mm 2 or more and 0.4 mm 2 or less, having b / a of 5 or more and a cross-sectional area of 0.005 mm 2 or more and 0.4 mm 2 or less when the cross-sectional shape is a minor axis a and a major axis b.
A separation membrane provided so as to surround each columnar negative electrode,
A positive electrode containing a positive electrode active material and provided so as to fill the space between adjacent separation membranes,
Power storage device equipped with.
前記柱状負極は、b/aが平均値で6以上10以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。 The power storage device according to any one of claims 1 to 3, wherein the columnar negative electrode has an average b / a of 6 or more and 10 or less. 前記柱状負極は、炭素繊維が結束された構造、及び炭素材料が固形化した構造のうち1以上を有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。 The power storage device according to any one of claims 1 to 4, wherein the columnar negative electrode has one or more of a structure in which carbon fibers are bound and a structure in which a carbon material is solidified. 前記柱状負極は、前記長径方向に等間隔に複数が配列されており、前記短径方向にはオフセットされて配列されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。 The power storage device according to any one of claims 1 to 4, wherein a plurality of columnar negative electrodes are arranged at equal intervals in the major axis direction and offset in the minor axis direction. 前記正極は、導電材としての炭素繊維を含み、該炭素繊維が前記柱状負極の長径方向に配向している、請求項1〜5のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。 The power storage device according to any one of claims 1 to 5, wherein the positive electrode contains carbon fibers as a conductive material, and the carbon fibers are oriented in the major axis direction of the columnar negative electrode.
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