JP5245864B2 - Power storage device - Google Patents

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JP5245864B2 JP2009015843A JP2009015843A JP5245864B2 JP 5245864 B2 JP5245864 B2 JP 5245864B2 JP 2009015843 A JP2009015843 A JP 2009015843A JP 2009015843 A JP2009015843 A JP 2009015843A JP 5245864 B2 JP5245864 B2 JP 5245864B2
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

本発明は、蓄電デバイスに関する。   The present invention relates to an electricity storage device.

従来、蓄電デバイスとしては、BET比表面積が10〜300m2/gであり層間距離が0.3354nm〜0.3390nmの黒鉛を備え、静電容量が大きな電気二重層キャパシタが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この蓄電デバイスでは、正極を上記黒鉛を含む電極とし、負極をリチウム金属とし、LiPF6を電解質とした際に、リチウム金属に対して4.6Vの前後において急激な立ち上がり領域及び比較的緩やかに電圧変化する領域(プラトー域とも称する)を有する充放電曲線となり、4.8Vで25mAh/gの電気容量を有するものとすることができるとしている。一般的に、電気二重層キャパシタなどでは、充放電によってリニアに電圧変化が起きることから、プラトー域が存在すると容量が大きくなるのである。また、このような蓄電デバイスとしては、ニードルコークスや不融化処理を行ったピッチなど、層間距離が0.355nm〜0.360nmの範囲にある、多層グラフェン層の発達した非多孔性炭を電極活物質として含有する電極を備えた電気二重層キャパシタが提案されている(例えば、特許文献2参照)。この蓄電デバイスでは、例えば1−エチル−3−メチルイミダゾーリウムなどのカチオンが多層グラフェン層へインターカレーションすることによりエネルギー密度をより高めることができるとしている。また、このような蓄電デバイスとして、層間距離が0.360nm〜0.385nmである微結晶炭素を用いて分電性電極を作製することにより静電容量を高めた電気二重層キャパシタが提案されている(例えば、特許文献3参照)。 Conventionally, as an electricity storage device, an electric double layer capacitor having a BET specific surface area of 10 to 300 m 2 / g, an interlayer distance of 0.3354 nm to 0.3390 nm, and a large capacitance has been proposed (for example, , See Patent Document 1). In this electricity storage device, when the positive electrode is an electrode containing graphite, the negative electrode is lithium metal, and LiPF 6 is an electrolyte, a sudden rise region and a relatively moderate voltage around 4.6 V with respect to lithium metal. The charge / discharge curve has a changing region (also referred to as a plateau region), and can have an electric capacity of 25 mAh / g at 4.8V. In general, an electric double layer capacitor or the like undergoes a voltage change linearly due to charge / discharge, so that the capacity increases when a plateau region exists. In addition, as such an electric storage device, non-porous charcoal having a developed multi-layer graphene layer having an interlayer distance in the range of 0.355 nm to 0.360 nm, such as needle coke or infusibilized pitch, is used as an electrode active material. An electric double layer capacitor having an electrode contained as a substance has been proposed (see, for example, Patent Document 2). In this electricity storage device, for example, cations such as 1-ethyl-3-methylimidazolium intercalate into the multilayer graphene layer, whereby the energy density can be further increased. In addition, as such an electricity storage device, an electric double layer capacitor has been proposed in which electrostatic capacitance is increased by producing a dividing electrode using microcrystalline carbon having an interlayer distance of 0.360 nm to 0.385 nm. (For example, see Patent Document 3).

特開2005−294780号公報(図7)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-294780 (FIG. 7) 特開2004−289130号公報JP 2004-289130 A 特開平11−317333号公報JP 11-317333 A

しかしながら、上述の特許文献1の蓄電デバイスでは、プラトー域がリチウム金属基準で4.6V以上と高く、4.6V以上では電解液の分解開始電圧により近くなるため電気容量が増加する効果が大きく限定されてしまう問題があった。また、上述の特許文献2の蓄電デバイスでは、カチオンを負極側でインターカレーションすることにより容量向上を図るものであり、正極側での容量向上については考慮されていない。また、この特許文献2の蓄電デバイスでは、2回目以降の充放電サイクルについては考慮されていない。更に、1回目の充放電においてもプラトー域を示さないものもあり、容量向上についてまだ十分ではなかった。なお、層間距離が0.354nmである多層グラフェン層も記載されているが、充放電性能については記載されておらず、不明である。また、上述の特許文献3の蓄電デバイスでは、2回目の充放電サイクルではプラトー域が消失しており、容量向上についてまだ十分ではなかった。   However, in the electricity storage device of Patent Document 1 described above, the plateau region is as high as 4.6 V or more on the basis of lithium metal, and the effect of increasing the electric capacity is greatly limited because the plateau region is closer to the decomposition start voltage of the electrolyte at 4.6 V or more. There was a problem that would have been. Moreover, in the electrical storage device of the above-mentioned patent document 2, a capacity | capacitance improvement is aimed at by intercalating a cation by the negative electrode side, and the capacity | capacitance improvement by the positive electrode side is not considered. Further, in the electric storage device of Patent Document 2, the second and subsequent charge / discharge cycles are not considered. Furthermore, even in the first charge / discharge, there are some that do not show a plateau region, and the capacity improvement has not been sufficient yet. In addition, although the multilayer graphene layer whose interlayer distance is 0.354 nm is also described, charging / discharging performance is not described and is unknown. Moreover, in the electrical storage device of the above-mentioned patent document 3, the plateau region disappeared in the second charge / discharge cycle, and the capacity improvement was not yet sufficient.

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、充放電サイクルにおける容量をより高めることができる蓄電デバイスを提供することを主目的とする。   This invention is made | formed in view of such a subject, and it aims at providing the electrical storage device which can raise the capacity | capacitance in a charging / discharging cycle more.

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、蓄電デバイスにおいて、正極に、面間隔が0.340nm以上0.354nm以下である層状グラファイト構造を有する炭素材料を備えたものとすると、充放電サイクルにおける容量をより高めることができることを見いだし、本発明を完成するに至った。   As a result of earnest research to achieve the above-described object, the inventors of the present invention have provided, in the electricity storage device, a carbon material having a layered graphite structure having a face spacing of 0.340 nm or more and 0.354 nm or less on the positive electrode. Then, it has been found that the capacity in the charge / discharge cycle can be further increased, and the present invention has been completed.

即ち、本発明の蓄電デバイスは、
負極と、
面間隔が0.340nm以上0.354nm以下である層状グラファイト構造を有する炭素材料を備えた正極と、
前記負極と前記正極との間に介在する電解質と、
とを備えたものである。
That is, the electricity storage device of the present invention is
A negative electrode,
A positive electrode comprising a carbon material having a layered graphite structure with a face spacing of 0.340 nm or more and 0.354 nm or less;
An electrolyte interposed between the negative electrode and the positive electrode;
It is equipped with.

本発明の蓄電デバイスは、充放電サイクルにおける容量をより高めることができる。このような効果が得られる理由は明らかではないが、以下のように推測される。例えば、上述したプラトー域が発現する電圧は、層状グラファイト構造の層間距離を押し広げるのに必要なエネルギーによって決定されることが考えられる。そして、面間隔が0.340nm以上0.354nm以下である層状グラファイト構造を有する炭素材料では、層間距離が適切な範囲であり、例えば正極においてアニオンが層状グラファイト構造の層間に入りやすく、比較的低電圧の領域でプラトー域が発現し、これが充放電サイクルの繰り返しにおいてもより保持されやすいためであると推察される。こうして、充放電サイクルにおける容量を高めることができるものと推察される。また、この本発明の蓄電デバイスによると、非水電解液にリチウムを溶解させた構成の蓄電デバイスとした際には、充電電圧を、例えば4.6V以下の範囲に抑えることが可能であり、電解液の分解開始電圧などの制約を抑えることができ、充放電サイクルにおける容量をより高めることができる。   The electricity storage device of the present invention can further increase the capacity in the charge / discharge cycle. The reason why such an effect is obtained is not clear, but is presumed as follows. For example, it is conceivable that the voltage developed in the plateau region described above is determined by the energy required to increase the interlayer distance of the layered graphite structure. And, in a carbon material having a layered graphite structure with an interplanar spacing of 0.340 nm or more and 0.354 nm or less, the interlayer distance is in an appropriate range. For example, in the positive electrode, anions easily enter between layers of the layered graphite structure and are relatively low. It is inferred that a plateau region appears in the voltage region, and this is more easily maintained even during repeated charge / discharge cycles. Thus, it is assumed that the capacity in the charge / discharge cycle can be increased. Further, according to the electricity storage device of the present invention, when the electricity storage device has a configuration in which lithium is dissolved in a non-aqueous electrolyte, the charging voltage can be suppressed to a range of, for example, 4.6 V or less, Restrictions such as the decomposition start voltage of the electrolytic solution can be suppressed, and the capacity in the charge / discharge cycle can be further increased.

評価セル10の説明図である。It is explanatory drawing of the evaluation cell. 各評価セルの5サイクル目の充放電曲線である。It is a charging / discharging curve of the 5th cycle of each evaluation cell. 面間隔に対する充電電圧の屈曲点の関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship of the bending point of the charging voltage with respect to a surface space | interval.

本発明の蓄電デバイスは、負極と、面間隔が0.340nm以上0.354nm以下である層状グラファイト構造を有する炭素材料を備えた正極と、前記負極と前記正極との間に介在する電解質と、を備えている。本発明の蓄電デバイスにおいて、特に限定されないが、電解質は、アニオン及びカチオンを含んでおり、負極は、カチオンの吸着、インターカレーション又は電気化学反応のうち1以上により蓄電するものとしてもよい。即ち、本発明の蓄電デバイスは、例えばリチウムイオンを利用したリチウムイオンキャパシタとして構成してもよいし、電気二重層キャパシタとして構成してもよい。   An electricity storage device of the present invention includes a negative electrode, a positive electrode including a carbon material having a layered graphite structure with a surface interval of 0.340 nm to 0.354 nm, an electrolyte interposed between the negative electrode and the positive electrode, It has. In the electricity storage device of the present invention, although not particularly limited, the electrolyte may include an anion and a cation, and the negative electrode may store electricity by one or more of cation adsorption, intercalation, or electrochemical reaction. That is, the electricity storage device of the present invention may be configured as, for example, a lithium ion capacitor using lithium ions, or may be configured as an electric double layer capacitor.

本発明の蓄電デバイスの正極は、面間隔が0.340nm以上0.354nm以下である層状グラファイト構造を有する炭素材料を備えている。層状グラファイト構造を有する炭素材料の面間隔が0.340nm〜0.354nmの範囲では、例えば、アニオンが層状グラファイトの層間での挿入・脱離が起きやすく好ましい。また、この範囲では、充放電曲線において、比較的緩やかに電圧変化する領域(プラトー域)が比較的低電圧の領域で発現し、好ましい。この面間隔は、0.342nm以上0.353nm以下であることがより好ましい。この層状グラファイト構造を有する炭素材料は、例えば、ヘキサベンゾコロネンを基本骨格とするものが好ましい。こうすれば、上記面間隔の範囲としやすい。このヘキサベンゾコロネンを基本骨格とする炭素材料としては、炭素数が42個以上144個以下であることが好ましく、96個以下であることがより好ましい。炭素数が42個以上144個以下の範囲では、アニオンを挿入できるサイト数が減少してしまうのを抑制することができ、好ましい。こうした炭素材料としては、一般式(1)〜(7)で表されるいずれかのグラフェン化合物であることが好ましい。ここで、式中、R1〜R174は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アラルキル基、複素環基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シアノ基、アシル基、パーフルオロアリール基及びパーフルオロアルキル基からなる群より選ばれるものである。なお、本明細書では、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アラルキル基、複素環基、アルコキシ基及びアリールオキシ基は、少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子(特にフッ素原子)やシアノ基などの置換基で置換されているものも含むものとする。なお、ヘキサベンゾコロネンを基本骨格とする炭素材料とは、構造式中にヘキサベンゾコロネン部分を含んでいる化合物をいう。また、一般式(1)〜(7)のグラフェン化合物のうちR1〜R174を除いた部分の炭素数は、それぞれ42個、72個、60個、78個、54個、78個、114個である。 The positive electrode of the electricity storage device of the present invention includes a carbon material having a layered graphite structure with a surface spacing of 0.340 nm or more and 0.354 nm or less. When the interplanar spacing of the carbon material having a layered graphite structure is in the range of 0.340 nm to 0.354 nm, for example, anions tend to easily insert and desorb between the layers of the layered graphite. In this range, a region where the voltage changes relatively slowly (plateau region) appears in a region of relatively low voltage in the charge / discharge curve, which is preferable. More preferably, the spacing is 0.342 nm or more and 0.353 nm or less. As the carbon material having a layered graphite structure, for example, a material having hexabenzocoronene as a basic skeleton is preferable. In this way, it is easy to make the range of the above-mentioned surface interval. The carbon material having hexabenzocoronene as a basic skeleton preferably has 42 to 144 carbon atoms, and more preferably 96 or less carbon atoms. When the number of carbon atoms is in the range of 42 or more and 144 or less, a decrease in the number of sites into which anions can be inserted can be suppressed, which is preferable. Such a carbon material is preferably any graphene compound represented by the general formulas (1) to (7). Here, in the formula, R 1 to R 174 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, an aralkyl group, a heterocyclic group, an alkoxy group, an aryloxy group, or a cyano group. Selected from the group consisting of a group, an acyl group, a perfluoroaryl group, and a perfluoroalkyl group. In this specification, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, an aralkyl group, a heterocyclic group, an alkoxy group, and an aryloxy group have at least one hydrogen atom as a halogen atom (particularly a fluorine atom) or a cyano group. And those substituted with a substituent such as. Note that the carbon material having hexabenzocoronene as a basic skeleton refers to a compound containing a hexabenzocoronene portion in the structural formula. Also, carbon number of a portion excluding the R 1 to R 174 of the graphene compounds of general formula (1) to (7), respectively 42 pieces, 72, 60, 78, 54 pieces, 78 pieces, 114 It is a piece.

Figure 0005245864
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ここで、ハロゲン原子としては、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが挙げられる。アルキル基としては、炭素数1〜6であることが好ましく、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、シクロペンチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。アルケニル基としては、ビニル基、アリル基、ブテニル基、スチリル基、シクロプロペニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基などが挙げられる。アルキニル基としては、エチニル基、プロパギル基、フェニルアセチニル基などが挙げられる。アリール基としては、例えばフェニル基、2,6−キシリル基、メシチル基、デュリル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチル基、アントリル基、ピレニル基、トルイル基、アニシル基、フルオロフェニル基、ジフェニルアミノフェニル基、ジメチルアミノフェニル基、ジエチルアミノフェニル基、フェナンスレニル基などが挙げられる。アラルキル基としては、エチニル基、プロパギル基、フェニルアセチニル基などが挙げられる。複素環基としては、例えばフリル基、チエニル基、ピロリル基、ピリジル基、ベンゾチエニル基、キノリル基などが挙げられる。アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、tert−ブトキシ基などが挙げられる。アリールオキシ基としては、既に例示したアリール基が酸素原子に結合したものが挙げられる。アシル基としては、例えばホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、イソプロピオニル基、ブチリル基、ピバロイル基などが挙げられる。パーフルオロアリール基としては、例えばペンタフルオロフェニル基、ノナフルオロビフェニル基、ヘプタフルオロナフチル基などが挙げられる。パーフルオロアルキル基としては、例えばトリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基などが挙げられる。   Here, examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom. The alkyl group preferably has 1 to 6 carbon atoms. For example, methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, cyclopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert- A butyl group, an n-pentyl group, a cyclopentyl group, an n-hexyl group, a cyclohexyl group and the like can be mentioned. Examples of the alkenyl group include a vinyl group, an allyl group, a butenyl group, a styryl group, a cyclopropenyl group, a cyclopentenyl group, and a cyclohexenyl group. Examples of the alkynyl group include an ethynyl group, a propargyl group, and a phenylacetinyl group. Examples of the aryl group include phenyl group, 2,6-xylyl group, mesityl group, duryl group, biphenyl group, terphenyl group, naphthyl group, anthryl group, pyrenyl group, toluyl group, anisyl group, fluorophenyl group, diphenylamino. Examples thereof include a phenyl group, a dimethylaminophenyl group, a diethylaminophenyl group, and a phenanthrenyl group. Examples of the aralkyl group include an ethynyl group, a propargyl group, and a phenylacetinyl group. Examples of the heterocyclic group include a furyl group, a thienyl group, a pyrrolyl group, a pyridyl group, a benzothienyl group, and a quinolyl group. Examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, an isopropoxy group, and a tert-butoxy group. Examples of the aryloxy group include those in which the aryl group exemplified above is bonded to an oxygen atom. Examples of the acyl group include formyl group, acetyl group, propionyl group, isopropionyl group, butyryl group, and pivaloyl group. Examples of the perfluoroaryl group include a pentafluorophenyl group, a nonafluorobiphenyl group, and a heptafluoronaphthyl group. Examples of the perfluoroalkyl group include a trifluoromethyl group and a pentafluoroethyl group.

一般式(1)で表されるグラフェン化合物のうちR1〜R18がすべて水素原子のものは、例えば下記式に示す経路で合成することができる。すなわち、化合物(11)と化合物(12)とをモル比1:1でジフェニルエーテル等を溶媒として加熱することにより化合物(13)とし、その後ジクロロメタン等を溶媒として化合物(13)に塩化鉄のニトロメタン溶液を添加することにより、一般式(1)で表されるグラフェン化合物を得ることができる。なお、ここではR1〜R18がすべて水素原子の場合について例示したが、R1〜R18の一部又は全部がアルキル基等の場合には、R1〜R18に応じて化合物(11),(12)の置換基を適宜設定すればよい。 Of the graphene compounds represented by the general formula (1), those in which R 1 to R 18 are all hydrogen atoms can be synthesized by, for example, the route represented by the following formula. That is, the compound (11) and the compound (12) are heated at a molar ratio of 1: 1 using diphenyl ether or the like as a solvent to obtain the compound (13), and then dichloromethane or the like as a solvent to the compound (13) in a nitromethane solution of iron chloride. Can be added to obtain the graphene compound represented by the general formula (1). Here, although the exemplified for the case of all R 1 to R 18 hydrogen atoms, when part or all of R 1 to R 18 are such as an alkyl group, the compound according to R 1 ~R 18 (11 ) And (12) may be appropriately set.

Figure 0005245864
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一般式(2)で表されるグラフェン化合物のうちR19〜R44がすべて水素原子のものは、例えば下記式に示す経路で合成することができる。すなわち、化合物(21)と化合物(22)とをモル比1:2でジフェニルエーテル等を溶媒として加熱することにより化合物(23)とし、その後ジクロロメタン等を溶媒として化合物(23)に塩化鉄のニトロメタン溶液を添加することにより、一般式(2)で表されるグラフェン化合物を得ることができる。なお、ここではR19〜R44がすべて水素原子の場合について例示したが、R19〜R44の一部又は全部がアルキル基等の場合には、R19〜R44に応じて化合物(21),(22)の置換基を適宜設定すればよい。 Of the graphene compounds represented by the general formula (2), those in which R 19 to R 44 are all hydrogen atoms can be synthesized, for example, by the route represented by the following formula. That is, the compound (21) and the compound (22) are heated at a molar ratio of 1: 2 using diphenyl ether or the like as a solvent to obtain the compound (23), and then dichloromethane or the like as a solvent to the compound (23) in a nitromethane solution of iron chloride. Is added, the graphene compound represented by the general formula (2) can be obtained. Here, although the exemplified for the case of all R 19 to R 44 hydrogen atoms, when part or all of R 19 to R 44 are such as an alkyl group, the compound according to R 19 ~R 44 (21 ) And (22) may be appropriately set.

Figure 0005245864
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一般式(3)で表されるグラフェン化合物のうちR45〜R66がすべて水素原子のものは、例えば下記式に示す経路で合成することができる。すなわち、まず、化合物(31)と化合物(32)とをモル比1:1でジフェニルエーテル等を溶媒として加熱することにより化合物(33)とする。その後、化合物(33)をテトラブチルアンモニウムフッ化物と共にTHF等を溶媒として反応させることにより化合物(34)とする。そして、化合物(34)と化合物(32)とをモル比1:1でジフェニルエーテル等を溶媒として加熱することにより化合物(35)とし、その後ジクロロメタン等を溶媒として化合物(35)に塩化鉄のニトロメタン溶液を添加することにより、一般式(3)で表されるグラフェン化合物を得ることができる。なお、ここではR45〜R66がすべて水素原子の場合について例示したが、R45〜R66の一部又は全部がアルキル基等の場合には、R45〜R66に応じて化合物(31),(32)の置換基を適宜設定すればよい。 Of the graphene compounds represented by the general formula (3), those in which R 45 to R 66 are all hydrogen atoms can be synthesized, for example, by the route represented by the following formula. That is, first, compound (31) and compound (32) are heated at a molar ratio of 1: 1 using diphenyl ether or the like as a solvent to obtain compound (33). Thereafter, the compound (33) is reacted with tetrabutylammonium fluoride using THF or the like as a solvent to obtain the compound (34). Then, the compound (34) and the compound (32) are heated at a molar ratio of 1: 1 using diphenyl ether or the like as a solvent to obtain a compound (35), and then dichloromethane or the like as a solvent to the compound (35) in a nitromethane solution of iron chloride. Can be added to obtain the graphene compound represented by the general formula (3). Here, although the exemplified case R 45 to R 66 are all hydrogen atoms, when part or all of R 45 to R 66 are such as an alkyl group, the compound according to R 45 ~R 66 (31 ) And (32) may be appropriately set.

Figure 0005245864
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なお、一般式(4)〜(7)で表されるグラフェン化合物についても、これらの経路に準じて合成することができる。   Note that the graphene compounds represented by the general formulas (4) to (7) can also be synthesized according to these routes.

本発明の蓄電デバイスの正極は、例えば上記炭素材料と導電材と結着材とを混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の正極材としたものを、集電体の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成してもよい。導電材は、正極の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。これらの中で、導電材としては、電子伝導性及び塗工性の観点より、カーボンブラック及びアセチレンブラックが好ましい。結着材は、活物質粒子及び導電材粒子を繋ぎ止める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−ジエンマー(EPDM)、スルホン化EPDM、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。炭素材料、導電材、結着材を分散させる溶剤としては、例えばN−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフランなどの有機溶剤を用いることができる。また、水に分散剤、増粘剤等を加え、SBRなどのラテックスで活物質をスラリー化してもよい。増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロースなどの多糖類を単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。塗布方法としては、例えば、アプリケータロールなどのローラコーティング、スクリーンコーティング、ドクターブレイド方式、スピンコーティング、バーコータなどが挙げられ、これらのいずれかを用いて任意の厚さ・形状とすることができる。集電体としては、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、鉄、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、チタンや銀などで処理したものを用いることができる。これらについては、表面を酸化処理することも可能である。集電体の形状については、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 positive electrode of the electricity storage device of the present invention is, for example, a mixture of the carbon material, a conductive material, and a binder, and a paste-like positive electrode material added with an appropriate solvent is applied to the surface of the current collector and dried. If necessary, it may be compressed to increase the electrode density. The conductive material is not particularly limited as long as it is an electron conductive material that does not adversely affect the battery performance of the positive electrode. For example, graphite such as natural graphite (scale-like graphite, scale-like graphite) or artificial graphite, acetylene black, carbon black, What mixed 1 type (s) or 2 or more types, such as ketjen black, carbon whisker, needle coke, carbon fiber, metal (copper, nickel, aluminum, silver, gold, etc.) can be used. Among these, as the conductive material, carbon black and acetylene black are preferable from the viewpoints of electron conductivity and coatability. The binder serves to bind the active material particles and the conductive material particles, for example, a polytetrafluoroethylene (PTFE), a polyvinylidene fluoride (PVDF), a fluorine-containing resin such as fluorine rubber, or polypropylene, Thermoplastic resins such as polyethylene, ethylene-propylene-dienemer (EPDM), sulfonated EPDM, natural butyl rubber (NBR) and the like can be used alone or as a mixture of two or more. In addition, an aqueous dispersion of cellulose or styrene butadiene rubber (SBR), which is an aqueous binder, can also be used. Examples of the solvent for dispersing the carbon material, the conductive material, and the binder include N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, and N, N-dimethylaminopropylamine. Organic solvents such as ethylene oxide and tetrahydrofuran can be used. Moreover, a dispersing agent, a thickener, etc. may be added to water, and an active material may be slurried with latex, such as SBR. As the thickener, for example, polysaccharides such as carboxymethyl cellulose and methyl cellulose can be used alone or as a mixture of two or more. Examples of the application method include roller coating such as applicator roll, screen coating, doctor blade method, spin coating, bar coater, and the like, and any of these can be used to obtain an arbitrary thickness and shape. Current collectors include aluminum, titanium, stainless steel, nickel, iron, calcined carbon, conductive polymer, conductive glass, and aluminum, copper, etc. for the purpose of improving adhesion, conductivity, and oxidation resistance. A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like can be used. For these, the surface can be oxidized. Examples of the shape of the current collector include foil, film, sheet, net, punched or expanded, lath, porous, foam, and formed fiber group.

本発明の蓄電デバイスの負極は、例えば、アルカリ金属、アルカリ金属合金、アルカリ金属を含有可能な負極活物質を用いるものとしてもよい。この場合、蓄電デバイスは、アルカリイオンキャパシタとなる。アルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム及びカリウムなどが挙げられるが、このうちリチウムがより好ましい。アルカリ金属を含有可能な負極活物質としては、例えば、リチウムを吸蔵・放出可能な炭素質材料、チタン酸リチウムなどの金属酸化物、導電性ポリマーなどが挙げられる。この炭素質材料は、特に限定されるものではないが、コークス類、ガラス状炭素類、グラファイト類、難黒鉛化性炭素類、熱分解炭素類、炭素繊維などが挙げられる。このうち、人造黒鉛、天然黒鉛などのグラファイト類が、金属リチウムに近い作動電位を有し、高い作動電圧での充放電が可能であり電解質塩としてリチウム塩を使用した場合に自己放電を抑え、且つ充電時における不可逆容量を少なくできるため、好ましい。あるいは、本発明の蓄電デバイスの負極は、カチオンを吸着可能である高比表面積材料を備えるものとしてもよい。この場合、蓄電デバイスは、電気二重層キャパシタとなる。高比表面積材料としては、例えば、活性炭などが挙げられる。本発明の蓄電デバイスの負極は、例えば、負極活物質や高比表面積材料などと導電材と結着材とを混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の負極材としたものを、集電体の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成してもよい。負極に用いられる導電材、結着材、溶剤などは、それぞれ正極で例示したものを用いることができる。負極の集電体には、銅、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、Al−Cd合金などのほか、接着性、導電性及び耐還元性向上の目的で、例えば銅などの表面をカーボン、ニッケル、チタンや銀などで処理したものも用いることができる。これらについては、表面を酸化処理することも可能である。集電体の形状は、正極と同様のものを用いることができる。   For the negative electrode of the electricity storage device of the present invention, for example, a negative electrode active material capable of containing an alkali metal, an alkali metal alloy, or an alkali metal may be used. In this case, the electricity storage device is an alkaline ion capacitor. Examples of the alkali metal include lithium, sodium, and potassium, among which lithium is more preferable. Examples of the negative electrode active material that can contain an alkali metal include carbonaceous materials capable of inserting and extracting lithium, metal oxides such as lithium titanate, and conductive polymers. The carbonaceous material is not particularly limited, and examples thereof include cokes, glassy carbons, graphites, non-graphitizable carbons, pyrolytic carbons, and carbon fibers. Of these, graphites such as artificial graphite and natural graphite have an operating potential close to that of metallic lithium, can be charged and discharged at a high operating voltage, and suppresses self-discharge when a lithium salt is used as an electrolyte salt. In addition, it is preferable because the irreversible capacity during charging can be reduced. Alternatively, the negative electrode of the electricity storage device of the present invention may include a high specific surface area material capable of adsorbing cations. In this case, the electricity storage device is an electric double layer capacitor. Examples of the high specific surface area material include activated carbon. The negative electrode of the electricity storage device of the present invention is, for example, a mixture of a negative electrode active material or a high specific surface area material, a conductive material and a binder, and an appropriate solvent added to form a paste-like negative electrode material. It may be applied and dried on the surface of the body, and may be compressed to increase the electrode density as necessary. As the conductive material, binder, solvent and the like used for the negative electrode, those exemplified for the positive electrode can be used. The negative electrode current collector includes copper, nickel, stainless steel, titanium, aluminum, calcined carbon, conductive polymer, conductive glass, Al-Cd alloy, etc., as well as improved adhesion, conductivity and reduction resistance. For the purpose, for example, a copper surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like can be used. For these, the surface can be oxidized. The shape of the current collector can be the same as that of the positive electrode.

本発明の蓄電デバイスの電解質については、特に限定されるものではないが、支持塩を含む電解液や支持塩を含む極性有機溶媒、イオン性液体などの非水系電解液、ゲル電解質、固体電解質などを用いることができる。支持塩としては、種々の電池に用いられるものを利用することができ、リチウムを含むものとしては、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、LiAsF6、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。また、支持塩としては、炭素数が2〜10であるアルキルを含む4級アンモニウム塩、例えば、(C254NBF4、(C253(CH3)NBF4、(C494NBF4、(C254NPF6、(C253(CH3)NPF6、(C494NPF6などを用いることができる。 The electrolyte of the electricity storage device of the present invention is not particularly limited, but includes an electrolyte containing a supporting salt, a polar organic solvent containing a supporting salt, a non-aqueous electrolyte such as an ionic liquid, a gel electrolyte, a solid electrolyte, etc. Can be used. As the supporting salt, those used in various batteries can be used. Examples of those containing lithium 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, LiClO 4, LiCl, LiF, LiBr, LiI, and the like LiAlCl 4. Among these, from the group consisting of inorganic salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiClO 4 , and organic salts such as LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3. It is preferable from the viewpoint of electrical characteristics to use a combination of one or two or more selected salts. The supporting salt includes a quaternary ammonium salt containing an alkyl having 2 to 10 carbon atoms, such as (C 2 H 5 ) 4 NBF 4 , (C 2 H 5 ) 3 (CH 3 ) NBF 4 , ( C 4 H 9) 4 NBF 4 , it can be used (C 2 H 5) 4 NPF 6, (C 2 H 5) 3 (CH 3) NPF 6, and (C 4 H 9) 4 NPF 6.

電解液の溶媒としては、非水系の溶媒などが挙げられる。非水系の溶媒としては、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、ヒドロフラン類、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、エチルメチルカーボネート、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、などのヒドロフラン類、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。また、イオン性液体としては、特に限定されるものではないが、1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムビス(トリフルオロスルホニル)イミドや1−エチル−3−ブチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、ジエチル−メチル−メトキシエチルアンモニウムテトラフルオロボレート、メチル−プロピル−ピロリジウム−ビストリフルオロメタンスルホニルイミドなどを用いることができる。このうち、環状カーボネート類と鎖状カーボネート類との組み合わせが好ましい。この組み合わせによると、充放電の繰り返しでの電池特性を表すサイクル特性が優れているばかりでなく、電解液の粘度、得られる電池の電気容量、電池出力などをバランスの取れたものとすることができる。この支持塩は、非水電解液中の濃度が0.1mol/L以上5mol/L以下であることが好ましく、0.8mol/L以上5mol/L以下であることがより好ましい。支持塩の濃度が0.1mol/L以上では、十分な電流密度を得ることができ、5mol/L以下では、電解液をより安定させることができる。また、この非水電解液には、リン系、ハロゲン系などの難燃剤を添加してもよい。   Examples of the solvent for the electrolytic solution include non-aqueous solvents. Examples of the non-aqueous solvent include carbonates, esters, ethers, nitriles, hydrofurans, sulfolanes and dioxolanes, and these can be used alone or in combination. Specifically, as carbonates, cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, butylene carbonate, chloroethylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl-n-butyl carbonate, methyl-t -Chain carbonates such as butyl carbonate, di-i-propyl carbonate, t-butyl-i-propyl carbonate, cyclic esters such as γ-butyllactone and γ-valerolactone, methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, Chain esters such as methyl butyrate, ethers such as dimethoxyethane, ethoxymethoxyethane, and diethoxyethane; nitriles such as acetonitrile and benzonitrile; And hydrofurans such as lan, methyltetrahydrofuran, sulfolanes such as sulfolane and tetramethylsulfolane, and dioxolanes such as 1,3-dioxolane and methyldioxolane. Further, the ionic liquid is not particularly limited, but 1-methyl-3-propylimidazolium bis (trifluorosulfonyl) imide, 1-ethyl-3-butylimidazolium tetrafluoroborate, diethyl-methyl -Methoxyethylammonium tetrafluoroborate, methyl-propyl-pyrrolidinium-bistrifluoromethanesulfonylimide and the like can be used. Among these, the combination of cyclic carbonates and chain carbonates is preferable. According to this combination, not only the cycle characteristics representing the battery characteristics in repeated charge and discharge are excellent, but also the viscosity of the electrolyte, the electric capacity of the obtained battery, the battery output, etc. should be balanced. it can. The supporting salt preferably has a concentration in the non-aqueous electrolyte of 0.1 mol / L to 5 mol / L, and more preferably 0.8 mol / L to 5 mol / L. If the concentration of the supporting salt is 0.1 mol / L or more, a sufficient current density can be obtained, and if it is 5 mol / L or less, the electrolytic solution can be made more stable. Moreover, you may add flame retardants, such as a phosphorus type and a halogen type, to this non-aqueous electrolyte.

また、電解液の代わりに、固体のイオン伝導性ポリマーを用いることもできる。イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、アクリロニトリル、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、メチルメタクリレート、ビニルアセテート、ビニルピロリドン、ポリフッ化ビニリデンなどのポリマーと支持塩とで構成されるポリマーゲルを用いることができる。更に、イオン伝導性ポリマーと非水系電解液とを組み合わせて用いることもできる。   Further, a solid ion conductive polymer can be used instead of the electrolytic solution. As the ion conductive polymer, for example, a polymer gel composed of a polymer such as acrylonitrile, ethylene oxide, propylene oxide, methyl methacrylate, vinyl acetate, vinyl pyrrolidone, and polyvinylidene fluoride and a supporting salt can be used. Further, an ion conductive polymer and a non-aqueous electrolyte can be used in combination.

本発明の蓄電デバイスは、負極と正極との間にセパレータを備えていてもよい。セパレータとしては、蓄電デバイスの使用範囲に耐えうる組成であれば特に限定されるものではないが、例えば、ポリプロピレン製不織布やポリフェニレンスルフィド製不織布などの高分子不織布、ポリエチレンやポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂の微多孔フィルムが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複合して用いてもよい。   The electricity storage device of the present invention may include a separator between the negative electrode and the positive electrode. The separator is not particularly limited as long as it is a composition that can withstand the usage range of the electricity storage device. For example, a polymer nonwoven fabric such as a polypropylene nonwoven fabric or a polyphenylene sulfide nonwoven fabric, or an olefin resin such as polyethylene or polypropylene is used. A microporous film is mentioned. These may be used alone or in combination.

本発明の蓄電デバイスの形状は、特に限定されないが、例えばコイン型、ボタン型、シート型、積層型、円筒型、偏平型、角型などが挙げられる。また、電気自動車等に用いる大型のものなどに適用してもよい。蓄電デバイスを作製する具体例について説明する。図1は蓄電デバイス10の一例の構成を表す構成図であり、上段は蓄電デバイス10の組立前の断面図、下段は蓄電デバイス10の組立後の断面図である。蓄電デバイス10を組み立てるにあたり、まず、外周面にねじ溝が刻まれたステンレス製の円筒基体12の上面中央に設けられたキャビティ14に、負極16と、セパレータ18と、正極20とをこの順に積層する。次に、非水系電解液をキャビティ14に注入したあと、絶縁リング29を入れ、次いで絶縁性のリング22の穴に液密に固定された導電性の円柱24を正極20の上に配置し、導電性のコップ状の蓋26を円筒基体12にねじ込む。更に、円柱24の上に絶縁用樹脂リング27を配置し、蓋26の上面中央に設けられた開口26aの内周面に刻まれたねじ溝に貫通孔25aを持つ加圧ボルト25をねじ込み、負極16とセパレータ18と正極20とを加圧密着させる。このようにして、蓄電デバイス10を作製することができる。なお、円柱24は、リング22の上面より下に位置し絶縁用樹脂リング27を介して蓋26と接しているため、蓋26と円柱24とは電気的に非接触な状態となっている。また、キャビティ14の周辺にはパッキン28が配置されているため、キャビティ14内に注入された電解液が外部に漏れることはない。この蓄電デバイス10では、蓋26と加圧ボルト25と円筒基体12とが負極16と一体化されて全体が負極側となり、円柱24が正極20と一体化されると共に負極16と絶縁されているため正極側となる。   The shape of the electricity storage device of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a coin type, a button type, a sheet type, a laminated type, a cylindrical type, a flat type, and a square type. Moreover, you may apply to the large sized thing etc. which are used for an electric vehicle etc. A specific example of manufacturing an electricity storage device will be described. FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an example of the configuration of an electricity storage device 10, in which an upper stage is a cross-sectional view before assembly of the electricity storage device 10, and a lower stage is a cross-sectional view after assembly of the electricity storage device 10. In assembling the electricity storage device 10, first, a negative electrode 16, a separator 18, and a positive electrode 20 are laminated in this order in a cavity 14 provided in the center of the upper surface of a stainless steel cylindrical substrate 12 having a thread groove on the outer peripheral surface. To do. Next, after injecting a non-aqueous electrolyte into the cavity 14, an insulating ring 29 is inserted, and then a conductive cylinder 24 liquid-tightly fixed in the hole of the insulating ring 22 is disposed on the positive electrode 20. A conductive cup-shaped lid 26 is screwed into the cylindrical base 12. Further, an insulating resin ring 27 is arranged on the cylinder 24, and a pressure bolt 25 having a through hole 25a is screwed into a screw groove carved in an inner peripheral surface of an opening 26a provided at the center of the upper surface of the lid 26, The negative electrode 16, the separator 18, and the positive electrode 20 are pressed and adhered. In this way, the electricity storage device 10 can be manufactured. Since the cylinder 24 is positioned below the upper surface of the ring 22 and is in contact with the lid 26 via the insulating resin ring 27, the lid 26 and the cylinder 24 are in an electrically non-contact state. In addition, since the packing 28 is disposed around the cavity 14, the electrolyte injected into the cavity 14 does not leak to the outside. In the electricity storage device 10, the lid 26, the pressure bolt 25, and the cylindrical base 12 are integrated with the negative electrode 16, so that the whole is on the negative electrode side, and the column 24 is integrated with the positive electrode 20 and insulated from the negative electrode 16. Therefore, it becomes the positive electrode side.

以上詳述した本実施形態の蓄電デバイスによれば、充放電サイクルにおける容量をより高めることができる。この理由としては、面間隔が0.340nm以上0.354nm以下である層状グラファイト構造を有する炭素材料では、層間距離が適切な範囲であり、例えば正極においてアニオンが層状グラファイト構造の層間に入りやすく、比較的低電圧の領域でプラトー域(比較的緩やかに電圧変化する領域)が発現し、これが充放電サイクルの繰り返しにおいてもより保持されやすいためであると推察される。こうして、充放電サイクルにおける容量を高めることができるものと推察される。また、この本発明の蓄電デバイスによると、非水電解液にリチウムを溶解させた構成の蓄電デバイスとした際には、充電電圧を比較的低めの範囲(例えば4.6V以下の範囲)に抑えることが可能であり、非水電解液の分解開始電圧などの制約を抑えると共にプラトー域を十分活用することができ、充放電サイクルにおける容量をより高めることができる。   According to the electricity storage device of this embodiment described in detail above, the capacity in the charge / discharge cycle can be further increased. The reason for this is that in a carbon material having a layered graphite structure with an interplanar spacing of 0.340 nm or more and 0.354 nm or less, the interlayer distance is in an appropriate range. For example, in the positive electrode, anions easily enter between layers of the layered graphite structure. It is assumed that a plateau region (region where the voltage changes relatively slowly) appears in a relatively low voltage region, and this is more easily maintained even during repeated charge / discharge cycles. Thus, it is assumed that the capacity in the charge / discharge cycle can be increased. In addition, according to the electricity storage device of the present invention, when the electricity storage device has a configuration in which lithium is dissolved in a non-aqueous electrolyte, the charging voltage is suppressed to a relatively low range (for example, a range of 4.6 V or less). It is possible to suppress the restrictions such as the decomposition start voltage of the non-aqueous electrolyte, and to fully utilize the plateau region, thereby further increasing the capacity in the charge / discharge cycle.

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明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 invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes as long as it belongs to the technical scope of the present invention.

以下には、本発明の蓄電デバイスを具体的に作製した例を説明する。   Below, the example which produced the electrical storage device of this invention concretely is demonstrated.

[実施例1]
(ヘキサベンゾコロネンの合成)
ヘキサフェニルベンゼン1.10gをジクロロメタン500mLに溶解し、窒素を5分間吹き込んだ。この溶液に、窒素雰囲気下で無水塩化鉄(FeCl3)6.30gをニトロメタン72mLに溶解した溶液を滴下し、室温で30分撹拌した。メタノール500mLを添加し、生成した沈殿をろ過した。沈殿物を10重量%アンモニア水50mL中で撹拌し、ろ過した。更に水50mL、ジクロロメタン50mLで洗浄し、真空乾燥することにより橙色粉末としてヘキサベンゾコロネン470mgを得た。この構造は以下のようにして確認した。すなわち、マトリックス支援レーザ脱離イオン化法(MALDI:Matrix Assisted Laser Desorption Ionization)と質量分析計(MS)とを組み合わせたMALDI−MS測定により分子イオンを確認し(M+=522)、構造を確定した。また、得られたヘキサベンゾコロネンのX線回折測定を、X線回折装置(リガク製RINT2200)によりCuKα線を用いて2θが10°〜60°の範囲で行った。得られた回折ピークの2θ値(°)から、このヘキサベンゾコロネンの面間距離を求めたところ、0.342nmであった。
[Example 1]
(Synthesis of hexabenzocoronene)
1.10 g of hexaphenylbenzene was dissolved in 500 mL of dichloromethane, and nitrogen was blown for 5 minutes. To this solution, a solution prepared by dissolving 6.30 g of anhydrous iron chloride (FeCl 3 ) in 72 mL of nitromethane was added dropwise under a nitrogen atmosphere and stirred at room temperature for 30 minutes. 500 mL of methanol was added, and the generated precipitate was filtered. The precipitate was stirred in 50 mL of 10 wt% aqueous ammonia and filtered. Further, it was washed with 50 mL of water and 50 mL of dichloromethane, and vacuum-dried to obtain 470 mg of hexabenzocoronene as an orange powder. This structure was confirmed as follows. That is, molecular ions were confirmed by MALDI-MS measurement combining a matrix assisted laser desorption ionization (MALDI) and a mass spectrometer (MS) (M + = 522), and the structure was confirmed. . Further, X-ray diffractometry of the obtained hexabenzocoronene was performed using CuKα rays with an X-ray diffractometer (RINT2200 manufactured by Rigaku) in the range of 2θ of 10 ° to 60 °. From the 2θ value (°) of the obtained diffraction peak, the inter-plane distance of this hexabenzocoronene was determined to be 0.342 nm.

Figure 0005245864
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(評価セルの作製)
活物質として上記ヘキサベンゾコロネンと、導電助剤としてカーボン(ECP600JD、ライオン社製)と、バインダーとしてポリテトラフルオロエチレン(PTFE)とを、餅状になるまで混練した後乾燥し、正極材を作製した。HBC:カーボン:PTFEの混合比は重量比で70:20:10とした。負極を厚さ0.4mm、直径18mmのリチウム金属板とし、セパレータを多孔質ポリエチレン(東燃機能膜製)とした。また、エチレンカーボネート及びジエチルカーボネートを体積比で(3:7)となるように混合した溶媒に1MのLiPF6を溶解させたものを作製し、これを非水電解液とした。そして、この正極、負極、セパレータ及び非水電解液を用い、図1のセルを作製した。正極材の重量が3mg、電極面積が1.3cm2、電圧域2.5V−4.7V、1mAの定電流駆動で充放電挙動を評価した。
(Production of evaluation cell)
The above-mentioned hexabenzocoronene as an active material, carbon (ECP600JD, manufactured by Lion Corporation) as a conductive auxiliary agent, and polytetrafluoroethylene (PTFE) as a binder are kneaded until they are in a bowl shape and dried to produce a positive electrode material. did. The mixing ratio of HBC: carbon: PTFE was 70:20:10 by weight. The negative electrode was a lithium metal plate having a thickness of 0.4 mm and a diameter of 18 mm, and the separator was porous polyethylene (manufactured by Tonen Functional Membrane). Moreover, ethylene carbonate and diethyl carbonate in a volume ratio (3: 7) and to prepare those obtained by dissolving LiPF 6 in 1M in mixed solvent so that, which was used as a nonaqueous electrolyte. And the cell of FIG. 1 was produced using this positive electrode, the negative electrode, the separator, and the non-aqueous electrolyte. The charge / discharge behavior was evaluated by constant current driving with a positive electrode material weight of 3 mg, an electrode area of 1.3 cm 2 , a voltage range of 2.5 V to 4.7 V, and 1 mA.

[実施例2]
ヘキサベンゾコロネンをジヘキシルヘキサベンゾコロネン(HBCC62)とした以外は実施例1と同様の工程を経て得られた評価セルを実施例2とした。なお、ジヘキシルヘキサベンゾコロネンは、上述した一般式(1)のR2及びR11がヘキシル基(炭素数6)であり、その他が水素である化合物である。実施例1と同様にX線回折測定を行ったところ、このジヘキシルヘキサベンゾコロネンの面間距離は、0.353nmであった。
[Example 2]
An evaluation cell obtained through the same steps as in Example 1 except that hexabenzocoronene was changed to dihexylhexabenzocoronene (HBCC62) was used as Example 2. Dihexylhexabenzocoronene is a compound in which R 2 and R 11 in the above general formula (1) are hexyl groups (6 carbon atoms) and the others are hydrogen. When X-ray diffraction measurement was performed in the same manner as in Example 1, the inter-plane distance of this dihexyl hexabenzocoronene was 0.353 nm.

[比較例1]
ヘキサベンゾコロネンをグラファイト(TIMREX製KS6)とした以外は実施例1と同様の工程を経て得られた評価セルを比較例1とした。実施例1と同様にX線回折測定を行ったところ、このグラファイトの面間距離は、0.335nmであった。この比較例1では、電圧域を3V−5Vとし、充放電挙動を評価した。
[Comparative Example 1]
Comparative Example 1 was an evaluation cell obtained through the same steps as in Example 1 except that hexabenzocoronene was graphite (KS6 manufactured by TIMREX). When X-ray diffraction measurement was performed in the same manner as in Example 1, the interplanar distance of this graphite was 0.335 nm. In Comparative Example 1, the voltage range was 3V-5V, and the charge / discharge behavior was evaluated.

[比較例2]
ヘキサベンゾコロネンをグラフェンオキサイドとした以外は実施例1と同様の工程を経て得られた評価セルを比較例2とした。このグラフェンオキサイドは、H.Jeong,et.al.,J.Amer.Chem.Soc.,130,1362(2008).に記述された方法に従い合成した。具体的には、グラファイト1gに発煙硝酸20ml、塩素酸カリウム10gを室温で混ぜ、24時間攪拌した。これを洗浄、濾過し、グラフェンオキサイドを得た。この乾燥品のX線回折による面間隔は、0.58nmであった。この比較例2では、電圧域を2.5V−4.5Vとし、充放電挙動を評価した。
[Comparative Example 2]
An evaluation cell obtained through the same steps as in Example 1 except that hexabenzocoronene was changed to graphene oxide was used as Comparative Example 2. This graphene oxide was synthesized according to the method described in H. Jeong, et.al., J. Amer. Chem. Soc., 130, 1362 (2008). Specifically, 20 g of fuming nitric acid and 10 g of potassium chlorate were mixed with 1 g of graphite at room temperature and stirred for 24 hours. This was washed and filtered to obtain graphene oxide. The surface interval by X-ray diffraction of this dried product was 0.58 nm. In Comparative Example 2, the voltage range was set to 2.5 V to 4.5 V, and the charge / discharge behavior was evaluated.

(実験結果)
各サンプルの測定結果を表1、図2,3に示す。表1には、各サンプルのX線回折による面間隔(nm)、充電時の屈曲電圧(V)及び第5サイクル目の充放電容量(mAh/g)を示した。図2は、各評価セルの5サイクル目の充放電曲線である。また、図3は、面間隔(nm)に対する充電電圧の屈曲点(V)の関係を示す説明図である。図2に示すように、比較例1では、非水電解液の分解開始電圧(例えば5.0V)に近い4.6Vに屈曲点を有し、4.6V以上の電圧域にプラトー域があることがわかった。この結果は、特開2005−294780(特許文献1)と同じ実験結果を支持するものである。また、比較例2では、面間隔が0.58nmと大きく、明確なプラトー域は示さず、低い容量であった。これに対し、実施例1,2は、5サイクル目においても充電時及び放電時において4.0V近傍に屈曲点を有し、比較例1よりも低い電圧域にプラトー域があり、非水電解液の分解開始電圧を考慮してもより有効にプラトー域を利用し、比較例1よりも電圧を低下させているにもかかわらずに、より大きな容量を得ることができることがわかった。また、図3に示すように、例えば充電時での屈曲点が4.0V以下となるには、その面間隔が0.340nm以上であることが必要であることがわかった。一方、面間隔が0.354nm以上であると充放電曲線の屈曲点が明確でなくなることもわかった。このように、層状グラファイト構造を有する炭素材料は、その面間隔が0.340nm以上0.354nm以下であることが好ましく、0.342nm以上0.353nm以下であることがより好ましいことがわかった。
(Experimental result)
The measurement results of each sample are shown in Table 1 and FIGS. Table 1 shows the interplanar spacing (nm) of each sample by X-ray diffraction, the bending voltage (V) during charging, and the charge / discharge capacity (mAh / g) at the fifth cycle. FIG. 2 is a charge / discharge curve at the fifth cycle of each evaluation cell. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship of the inflection point (V) of the charging voltage with respect to the surface spacing (nm). As shown in FIG. 2, in Comparative Example 1, the inflection point is at 4.6V close to the decomposition start voltage (for example, 5.0V) of the nonaqueous electrolyte, and the plateau region is in the voltage region of 4.6V or higher. I understood it. This result supports the same experimental result as JP 2005-294780 (Patent Document 1). In Comparative Example 2, the surface separation was as large as 0.58 nm, no clear plateau region was shown, and the capacity was low. On the other hand, Examples 1 and 2 have a bending point in the vicinity of 4.0 V at the time of charging and discharging even at the 5th cycle, have a plateau region in a voltage range lower than that of Comparative Example 1, and non-aqueous electrolysis. It has been found that even when the decomposition start voltage of the liquid is taken into consideration, the plateau region is used more effectively, and a larger capacity can be obtained even though the voltage is lower than that of Comparative Example 1. Further, as shown in FIG. 3, it was found that, for example, in order for the bending point at the time of charging to be 4.0 V or less, it is necessary that the surface interval be 0.340 nm or more. On the other hand, it was also found that the inflection point of the charge / discharge curve is not clear when the interplanar spacing is 0.354 nm or more. Thus, it was found that the carbon material having a layered graphite structure preferably has a plane spacing of 0.340 nm or more and 0.354 nm or less, and more preferably 0.342 nm or more and 0.353 nm or less.

Figure 0005245864
Figure 0005245864

また、活物質重量あたりの静電容量を、図2のプラトー域の傾きから算出した。この静電容量は、実施例1が330F/g、実施例2が200F/gであった。また、比較例2の最小傾きから求めた静電容量は72F/gであった。特開2004−289130号公報の層間距離が0.350〜0.380nmの範囲にある多層グラフェン層の発達した非多孔性炭素素材を電極活物質として用いる電気二重層キャパシタでは、1サイクル目で40〜80F/gであり、特性が安定する10サイクル目では、50F/g以下の静電容量にとどまっている。また、特開平11−317333号公報に記載の、層間距離0.365〜0.385nmの炭素材料を用いる電気二重層キャパシタの値は、単位体積あたり28.5F/mlであり、仮に比重をグラファイトの1/4の0.5と仮定しても、60F/g以下の値となる。このように、本発明の蓄電デバイスでは、その静電容量も極めて大きいことがわかった。   The capacitance per active material weight was calculated from the slope of the plateau region in FIG. This capacitance was 330 F / g in Example 1 and 200 F / g in Example 2. Moreover, the electrostatic capacitance calculated | required from the minimum inclination of the comparative example 2 was 72 F / g. In an electric double layer capacitor using a non-porous carbon material with a developed multi-layer graphene layer having an interlayer distance in the range of 0.350 to 0.380 nm as disclosed in JP-A-2004-289130 as an electrode active material, 40 is required in the first cycle. It is ˜80 F / g, and at the 10th cycle when the characteristics are stabilized, the capacitance remains at 50 F / g or less. The value of an electric double layer capacitor using a carbon material having an interlayer distance of 0.365 to 0.385 nm described in JP-A-11-317333 is 28.5 F / ml per unit volume. Even if it is assumed to be 0.5 of 1/4 of the value, it becomes a value of 60 F / g or less. Thus, it has been found that the electrostatic capacity of the electricity storage device of the present invention is extremely large.

10 蓄電デバイス、12 円筒基体、14 キャビティ、16 負極、18 セパレータ、20 正極、22 リング、24 円柱、25 加圧ボルト、25a 貫通孔、26 蓋、26a 開口、27 絶縁用樹脂リング、28 パッキン、29 絶縁リング。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power storage device, 12 Cylindrical base | substrate, 14 Cavity, 16 Negative electrode, 18 Separator, 20 Positive electrode, 22 Ring, 24 Cylinder, 25 Pressure bolt, 25a Through-hole, 26 Lid, 26a Opening, 27 Insulating resin ring, 28 Packing, 29 Insulation ring.

Claims (4)

負極と、
面間隔が0.340nm以上0.354nm以下である層状グラファイト構造を有する炭素材料を正極活物質として備えた正極と、
前記負極と前記正極との間に介在する電解質と、を備え、
前記正極活物質の質量あたりの静電容量が200F/g以上である、
蓄電デバイス。
A negative electrode,
A positive electrode provided with a carbon material having a layered graphite structure having an interplanar spacing of 0.340 nm or more and 0.354 nm or less as a positive electrode active material ;
E Bei and a electrolyte interposed between the negative electrode and the positive electrode,
The capacitance per mass of the positive electrode active material is 200 F / g or more,
Power storage device.
前記正極は、ヘキサベンゾコロネンを基本骨格とする前記炭素材料を有する、請求項1に記載の蓄電デバイス。   The electricity storage device according to claim 1, wherein the positive electrode includes the carbon material having hexabenzocoronene as a basic skeleton. 前記正極は、ヘキサベンゾコロネン及びジヘキシルヘキサベンゾコロネンのうち少なくとも一方を含む前記炭素材料を有する、請求項2に記載の蓄電デバイス。   The power storage device according to claim 2, wherein the positive electrode includes the carbon material including at least one of hexabenzocoronene and dihexylhexabenzocoronene. 0.33A/gの電流密度での充電曲線における屈曲電圧がLi  The bending voltage in the charging curve at a current density of 0.33 A / g is Li ++ /Li基準で4.0V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 electrical storage device of any one of Claims 1-3 which is 4.0V or less on the basis of / Li.
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