JP5578532B2 - Power storage device - Google Patents

Power storage device

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JP5578532B2 JP2012271729A JP2012271729A JP5578532B2 JP 5578532 B2 JP5578532 B2 JP 5578532B2 JP 2012271729 A JP2012271729 A JP 2012271729A JP 2012271729 A JP2012271729 A JP 2012271729A JP 5578532 B2 JP5578532 B2 JP 5578532B2
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Description

本発明は、蓄電デバイスに関し、特に、アニオン又はカチオンのインターカレーションの量が増大した高容量の蓄電デバイスに関するものである。   The present invention relates to a power storage device, and more particularly to a high capacity power storage device with an increased amount of anion or cation intercalation.

従来、パソコンや携帯電話などの各種携帯機器の小型・軽量化のために、小型電池の開発が行われている。各種携帯機器の小型・軽量化のためには電源である電池のエネルギー密度が高いことが不可欠である。また、小型電池に加えて、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される蓄電装置として大型電池の開発も進んでいる。このような大型電池は、高エネルギー密度や高出力密度が要求される。   Conventionally, small batteries have been developed to reduce the size and weight of various portable devices such as personal computers and mobile phones. In order to reduce the size and weight of various portable devices, it is essential that the energy density of the battery as a power source is high. In addition to small batteries, large batteries are also being developed as power storage devices mounted on electric vehicles and hybrid vehicles. Such a large battery is required to have a high energy density and a high output density.

前記要求を満たすものとして、リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタ等の研究開発が活発に行なわれている。例えば、特許文献1には、有機電解液中に2つの分極性電極が浸されてなる電気二重層コンデンサにおいて、2つの分極性電極を構成する炭素材料が、アルカリ金属とアルカリ金属化合物の少なくとも1種と共にアルカリ金属の蒸気が発生する温度以上で熱処理を行って製造される黒鉛類似の微結晶炭素を有する炭素材料であり、静電容量の発現が、前記炭素材料の微結晶炭素の層間に有機電解液における溶質のイオンが挿入されることにより行われるように構成することにより、従来の活性炭方式の電気二重層コンデンサを上回る静電容量及び耐電圧を達成させる技術が記載されている。   Research and development of lithium ion secondary batteries, electric double layer capacitors, and the like have been actively conducted to meet the above requirements. For example, in Patent Document 1, in an electric double layer capacitor in which two polarizable electrodes are immersed in an organic electrolyte, the carbon material constituting the two polarizable electrodes is at least one of an alkali metal and an alkali metal compound. A carbon material having microcrystalline carbon similar to graphite, which is produced by performing heat treatment at a temperature higher than the temperature at which alkali metal vapor is generated together with seeds, and the expression of capacitance is organic between the microcrystalline carbon layers of the carbon material. A technique is described that achieves an electrostatic capacity and a withstand voltage that exceed those of a conventional activated carbon type electric double layer capacitor by being configured to be performed by inserting ions of a solute in an electrolytic solution.

また、特許文献2には、部分的に酸化させた黒鉛類似の微結晶炭素を有する炭素材料を主成分とした分極性電極が有機電解液に浸漬され、この分極性電極が充電によって体積膨張し、かつ、放電によって体積収縮する電気化学キャパシタの電界賦活方法が記載されている。この技術では、最初の充電における定電流充電を、実使用時に使用する電流よりも低い電流で行い、及び/又は、最初の充電を、実使用電圧以上電解液の分解電圧以下の所定電圧となるまで定電流充電を行った後、所定電圧において緩和電流が十分に小さくなるまで定電圧充電を行う。これにより、最初の充電条件を最適化することにより、同じ分極性電極を用いた場合であっても、静電容量密度を向上させることを可能となる。   Also, in Patent Document 2, a polarizable electrode mainly composed of a carbon material having a partially oxidized graphite-like microcrystalline carbon is immersed in an organic electrolyte, and the polarizable electrode expands in volume by charging. In addition, an electric field activation method for an electrochemical capacitor that shrinks in volume by electric discharge is described. In this technique, the constant current charge in the first charge is performed at a current lower than the current used in actual use, and / or the first charge is a predetermined voltage that is greater than the actual use voltage and less than the decomposition voltage of the electrolyte. After the constant current charging is performed, the constant voltage charging is performed until the relaxation current becomes sufficiently small at a predetermined voltage. As a result, by optimizing the initial charging conditions, it is possible to improve the capacitance density even when the same polarizable electrode is used.

また、特許文献3には、正極の導電性材料層の材料として、層状構造を有する炭素材料であるグラファイトを使用し、負極の導電性材料層の材料として、高比表面積を有する炭素材料である活性炭を使用した蓄電装置が記載されている。また、非水電解液の有機電解質材として、1−n−ブチルピリジニウムヘキサフルオロホスフェートを含み、溶媒として、プロピレンカーボネートと、エチルメチルカーボネートとを含む。本技術によれば、非水電解液中のアニオンが正極の層間にインターカレートされ、カチオンが負極の最表面に吸着されるので、重量当たりの容量を高め、エネルギー貯蔵能力を増大させ得ると記載される。   Further, in Patent Document 3, graphite, which is a carbon material having a layered structure, is used as a material for a positive electrode conductive material layer, and a carbon material having a high specific surface area is used as a material for a negative electrode conductive material layer. A power storage device using activated carbon is described. Moreover, 1-n-butylpyridinium hexafluorophosphate is included as the organic electrolyte material of the nonaqueous electrolytic solution, and propylene carbonate and ethyl methyl carbonate are included as the solvent. According to the present technology, the anion in the non-aqueous electrolyte is intercalated between the positive electrode layers, and the cation is adsorbed on the outermost surface of the negative electrode, so that the capacity per weight can be increased and the energy storage capacity can be increased. be written.

また、特許文献4には、層状構造を有する炭素質材料であって、(002)面に非晶質部が複数個分散しており、非晶質部の平均面積が1.5nm以上である炭素質材料等が記載されており、これを蓄電装置に使用した場合にイオンのインターカレーションの量を増大させ、蓄電装置の高容量化を実現できる旨が開示されている。 Patent Document 4 discloses a carbonaceous material having a layered structure in which a plurality of amorphous portions are dispersed on the (002) plane, and the average area of the amorphous portions is 1.5 nm 2 or more. A certain carbonaceous material or the like is described, and it is disclosed that when this is used in a power storage device, the amount of ion intercalation can be increased to realize a high capacity of the power storage device.

特開2000−77273号公報JP 2000-77273 A 特開2001−223143号公報JP 2001-223143 A 特開2008−166268号公報JP 2008-166268 A 特開2010−254537号公報JP 2010-254537 A

上述したように、リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタ等の蓄電装置に関して、種々の技術開発が行われている。しかし、蓄電装置の分野において、蓄電装置の高容量化は非常に重要であり、前記のような蓄電装置を自動車や一般機器の電源として利用できるようにするためには、さらなる高容量化が求められる。   As described above, various technical developments have been made on power storage devices such as lithium ion secondary batteries and electric double layer capacitors. However, in the field of power storage devices, it is very important to increase the capacity of power storage devices, and in order to make it possible to use such power storage devices as power sources for automobiles and general equipment, further increase in capacity is required. It is done.

特に最近、ハイブリッド車や電気自動車等の自動車用蓄電池や、太陽電池・風力発電などの新エネルギーシステムと組み合わせた電力貯蔵用蓄電池としての新市場が登場し、今後リチウムイオン電池の市場が大幅に拡大すると予想されている点からも高容量化の要望は高い。   Recently, a new market has emerged as storage batteries for automobiles such as hybrid cars and electric cars, and new energy systems such as solar batteries and wind power generation, and the market for lithium-ion batteries will greatly expand in the future. The demand for higher capacity is also high from the point of expectation.

本発明は、前記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、アニオン又はカチオンのインターカレーションの量を増大させ、高容量化した蓄電デバイスを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an electricity storage device having an increased capacity by increasing the amount of anion or cation intercalation.

本発明者らは、前記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、蓄電装置において、層状構造を有する炭素質材料を正極とし、予めリチウムイオンを吸着させた炭素質材料を負極とし、充放電時の最高電圧を所定の範囲内となるように駆動することにより、従来の蓄電装置に比べて、容量密度及び/又は出力密度が優れるという新規知見を見出し、本発明を完成させるに至った。すなわち本発明は、以下の構成を含む。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the inventors of the present invention used a carbonaceous material having a layered structure as a positive electrode and a carbonaceous material preliminarily adsorbed with lithium ions as a negative electrode in a power storage device. By driving so that the maximum voltage at the time is within a predetermined range, the inventors have found a new finding that the capacity density and / or the output density is superior to the conventional power storage device, and have completed the present invention. That is, the present invention includes the following configurations.

(1)アニオンを吸着、脱離しうる層状構造を有する炭素質材料を含む正極と、リチウムイオンを吸蔵、脱離しうる炭素質材料を含む負極と、リチウム塩を含む有機電解液と、を有する蓄電デバイスであって、前記正極が含む炭素質材料は、層状構造を有する炭素質材料であって、以下の(i)又は(ii)であり:
(i)(002)面に非晶質部が複数個分散しており、前記非晶質部の平均面積が1.5nm以上である炭素質材料、又は
(ii)(002)面に非晶質部が複数個分散しており、前記(002)面内における前記非晶質部の総面積の、(002)面内における前記非晶質部及び結晶質部の面積の合計に対する割合が、30%以上である炭素質材料、
前記負極が含む炭素質材料は、予めリチウムイオンが吸蔵されているものである蓄電デバイス。なお、本蓄電デバイスにおいて、充放電電圧の最高電圧を5.0Vから5.4Vの範囲にて、充放電を行うことが好ましい。
(1) Power storage having a positive electrode including a carbonaceous material having a layered structure capable of adsorbing and desorbing anions, a negative electrode including a carbonaceous material capable of absorbing and desorbing lithium ions, and an organic electrolyte containing a lithium salt The carbonaceous material included in the positive electrode is a carbonaceous material having a layered structure, and is the following (i) or (ii):
(I) a carbonaceous material in which a plurality of amorphous parts are dispersed in the (002) plane and the average area of the amorphous parts is 1.5 nm 2 or more; or (ii) a non-crystalline part in the (002) plane. A plurality of crystalline parts are dispersed, and the ratio of the total area of the amorphous part in the (002) plane to the total area of the amorphous part and the crystalline part in the (002) plane is , 30% or more carbonaceous material,
The carbonaceous material included in the negative electrode is an electricity storage device in which lithium ions are occluded in advance. Note that in this power storage device, it is preferable to perform charging / discharging in the range of 5.0 V to 5.4 V as the maximum charging / discharging voltage.

(2)前記正極が含む炭素質材料は、以下の工程(a)〜(d)を含む製法により得られる、正極から取り出された炭素質材料である(1)に記載の蓄電デバイス:
(a)層状構造を有する炭素質材料を電極板表面に被覆して正極を準備する工程と、
(b)前記正極の前記炭素質材料の質量に対して4倍以上の質量の炭素質材料を電極板表面に被覆して負極を準備する工程と、
(c)前記正極の前記炭素質材料の層間にインターカレーション可能なアニオンを含む非水電解液中に前記正極及び負極を対向させる工程と、
(d)充電時の充電電圧を2.25Vより大きく3.5V以下として、少なくとも1回の充放電サイクルを行わせる電圧印加工程。
(2) The electricity storage device according to (1), wherein the carbonaceous material included in the positive electrode is a carbonaceous material taken out from the positive electrode obtained by a production method including the following steps (a) to (d):
(A) coating the surface of the electrode plate with a carbonaceous material having a layered structure to prepare a positive electrode;
(B) a step of preparing a negative electrode by coating the surface of the electrode plate with a carbonaceous material having a mass four times or more the mass of the carbonaceous material of the positive electrode;
(C) making the positive electrode and the negative electrode face each other in a nonaqueous electrolytic solution containing an anion capable of intercalation between the layers of the carbonaceous material of the positive electrode;
(D) The voltage application process which makes charging voltage at the time of charge larger than 2.25V and 3.5V or less and performs at least one charging / discharging cycle.

(3)前記負極が含む炭素質材料は、負極とリチウム金属とを電気化学的に反応させて得られるものである(1)又は(2)に記載の蓄電デバイス。   (3) The electric storage device according to (1) or (2), wherein the carbonaceous material included in the negative electrode is obtained by electrochemically reacting the negative electrode and lithium metal.

(4)前記正極が含む炭素質材料が、グラファイトである(1)〜(3)のいずれかに記載の蓄電デバイス。   (4) The electricity storage device according to any one of (1) to (3), wherein the carbonaceous material included in the positive electrode is graphite.

(5)前記負極が含む炭素質材料が、グラファイト又は難黒鉛性カーボンである(1)〜(4)のいずれかに記載の蓄電デバイス。   (5) The electricity storage device according to any one of (1) to (4), wherein the carbonaceous material included in the negative electrode is graphite or non-graphitizable carbon.

(6)前記(a)工程における正極の炭素質材料はグラファイトであり、前記(b)工程における負極の炭素質材料は活性炭である(2)に記載の蓄電デバイス。   (6) The electricity storage device according to (2), wherein the carbonaceous material of the positive electrode in the step (a) is graphite, and the carbonaceous material of the negative electrode in the step (b) is activated carbon.

(7)前記(b)工程において、前記正極の前記炭素質材料の質量に対して6倍以上18倍以下の質量の炭素質材料を電極板表面に被覆して負極を準備する(2)に記載の蓄電デバイス。   (7) In the step (b), the negative electrode is prepared by coating the surface of the electrode plate with a carbonaceous material having a mass of 6 to 18 times the mass of the carbonaceous material of the positive electrode. The electricity storage device described.

(8)前記(c)工程において、前記非水電解液中の電解質として、トリエチルメチルアンモニウム・テトラフルオロボレート(TEMA・BF)を使用する(2)に記載の蓄電デバイス。 (8) The electrical storage device according to (2), wherein, in the step (c), triethylmethylammonium tetrafluoroborate (TEMA.BF 4 ) is used as an electrolyte in the nonaqueous electrolytic solution.

(9)前記(c)工程において、前記非水電解液中の溶媒として、環状カーボネートと鎖状カーボネートとを含むものを使用する(2)に記載の蓄電デバイス。   (9) The electricity storage device according to (2), wherein in the step (c), a solvent containing a cyclic carbonate and a chain carbonate is used as a solvent in the nonaqueous electrolytic solution.

(10)前記(c)工程において、前記非水電解液として、炭素質材料の層間にインターカレーション可能なアニオンを含む電解質と、含フッ素有機溶媒とを含む非水電解液を使用する(2)に記載の蓄電デバイス。   (10) In the step (c), as the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte including an electrolyte containing an anion that can be intercalated between layers of a carbonaceous material and a fluorine-containing organic solvent is used (2 ).

(11)アニオンを吸着、脱離しうる層状構造を有する炭素質材料を含む正極と、リチウムイオンを吸蔵、脱離しうる炭素質材料を含む負極と、リチウム塩を含む有機電解液と、を有する蓄電デバイスであって、前記正極が含む炭素質材料は、ラマンスペクトルにおける1580cm−1のピーク強度に対する1360cm−1のピーク強度の比が0.25〜0.33であり、かつ1580cm−1の半値幅が18cm−1〜22cm−1である炭素質材料であり、前記負極が含む炭素質材料は、予めリチウムイオンが吸蔵されているものである蓄電デバイス。 (11) A power storage device including a positive electrode including a carbonaceous material having a layered structure capable of adsorbing and desorbing anions, a negative electrode including a carbonaceous material capable of absorbing and desorbing lithium ions, and an organic electrolyte including a lithium salt. a device, carbonaceous material wherein the positive electrode comprises the ratio of the peak intensity of 1360 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 in the Raman spectrum is that from 0.25 to 0.33, and the half width of 1580 cm -1 electricity storage device but a carbonaceous material is 18cm -1 ~22cm -1, carbonaceous material wherein the negative electrode comprises is one in which lithium ions are occluded in advance.

本発明に係る蓄電デバイスによれば、アニオン又はカチオンのインターカレーションの量を増大させることができ、高容量化を達成できるという効果を奏する。   According to the electricity storage device of the present invention, the amount of anion or cation intercalation can be increased, and an effect of achieving a high capacity can be achieved.

本発明の実施例に係る蓄電デバイスの基本セル10の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the basic cell 10 of the electrical storage device which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る蓄電デバイスに使用するための正極作製時のセルの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the cell at the time of positive electrode preparation for using for the electrical storage device which concerns on the Example of this invention. 実施例及び比較例の蓄電デバイスについて、充放電時のエネルギー密度と出力密度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the energy density at the time of charging / discharging and an output density about the electrical storage device of an Example and a comparative example. 実施例及び比較例の蓄電デバイスについて、正極処理時の充電容量、放電容量、及び最終の蓄電デバイスの放電容量を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the charge capacity at the time of a positive electrode process, the discharge capacity, and the discharge capacity of the last electrical storage device about the electrical storage device of an Example and a comparative example. 実施例及び比較例の蓄電デバイスについて、充放電を繰り返した際の容量維持率を評価した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having evaluated the capacity | capacitance maintenance factor at the time of repeating charging / discharging about the electrical storage device of an Example and a comparative example.

本発明の実施の一形態について、以下に詳細に説明する。本明細書中に記載された学術文献及び特許文献の全てが、本明細書中において参考として援用される。なお、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「A〜B」は、「A以上B以下」を意味する。また、「%」は「重量%」を、「部」は「重量部」を意味する。   An embodiment of the present invention will be described in detail below. All academic and patent documents mentioned in this specification are hereby incorporated by reference. Unless otherwise specified in this specification, “A to B” indicating a numerical range means “A or more and B or less”. “%” Means “% by weight” and “parts” means “parts by weight”.

<1.蓄電デバイス>
本発明に係る蓄電デバイスは、アニオンを吸着、脱離しうる層状構造を有する炭素質材料を含む正極と、リチウムイオンを吸蔵、脱離しうる炭素質材料を含む負極と、リチウム塩を含む有機電解液と、を有する蓄電デバイスである。以下、各種構成要件について説明する。
<1. Power storage device>
An electricity storage device according to the present invention includes a positive electrode including a carbonaceous material having a layered structure capable of adsorbing and desorbing anions, a negative electrode including a carbonaceous material capable of absorbing and desorbing lithium ions, and an organic electrolytic solution including a lithium salt And an electricity storage device. Hereinafter, various components will be described.

<2.正極が含む炭素質材料>
前記正極が含む炭素質材料として、層状構造を有する炭素質材料であって、以下の(i),(ii)のいずれかである炭素質材料を用いることが好ましい。
(i)(002)面に非晶質部が複数個分散しており、前記非晶質部の平均面積が1.5nm以上である炭素質材料、又は
(ii)(002)面に非晶質部が複数個分散しており、前記(002)面内における前記非晶質部の総面積の、(002)面内における前記非晶質部及び結晶質部の面積の合計に対する割合が、30%以上である炭素質材料。
<2. Carbonaceous material contained in positive electrode>
As the carbonaceous material included in the positive electrode, it is preferable to use a carbonaceous material having a layered structure, which is one of the following (i) and (ii).
(I) a carbonaceous material in which a plurality of amorphous parts are dispersed in the (002) plane and the average area of the amorphous parts is 1.5 nm 2 or more; or (ii) a non-crystalline part in the (002) plane. A plurality of crystalline parts are dispersed, and the ratio of the total area of the amorphous part in the (002) plane to the total area of the amorphous part and the crystalline part in the (002) plane is , 30% or more carbonaceous material.

例えば、前記(i)の炭素質材料は、層状構造を有する炭素質材料の(002)面に適切な面積の非晶質部が複数個分散しているため、イオンのインターカレーションサイトを増大させることができる。しかもこれら非晶質部は放電後も残存しているので、この炭素質材料を蓄電装置の電極として用いた場合には、炭素質材料の非晶質部に電解質のイオンが優先的に且つ容易にインターカレートするため、炭素質材料におけるインターカレーション量を増大させることができ、蓄電装置の放電容量を向上させることができる。   For example, the carbonaceous material (i) increases the number of ion intercalation sites because a plurality of amorphous parts having an appropriate area are dispersed on the (002) plane of the carbonaceous material having a layered structure. Can be made. Moreover, since these amorphous portions remain after discharge, when this carbonaceous material is used as an electrode of a power storage device, electrolyte ions are preferentially and easily added to the amorphous portions of the carbonaceous material. Therefore, the amount of intercalation in the carbonaceous material can be increased, and the discharge capacity of the power storage device can be improved.

また、前記(ii)の炭素質材料であれば、層状構造を有する炭素質材料の(002)面に適切な割合の非晶質部が複数個分散し、その面積割合が30%以上にも達しているため、イオンのインターカレーションサイトを増大させることができる。そしてこの非晶質部は、放電後も残存している。したがって、この炭素質材料を蓄電装置の電極として用いた場合には、炭素質材料の非晶質部に電解質のイオンが優先的に且つ容易にインターカレートするため、炭素質材料におけるインターカレーション量を増大させることができ、蓄電装置の放電容量を向上させることができる。   In the case of the carbonaceous material (ii), a plurality of amorphous portions having an appropriate ratio are dispersed on the (002) plane of the carbonaceous material having a layered structure, and the area ratio is 30% or more. Therefore, the ion intercalation site can be increased. And this amorphous part remains after discharge. Therefore, when this carbonaceous material is used as an electrode of a power storage device, electrolyte ions preferentially and easily intercalate into the amorphous part of the carbonaceous material, and therefore intercalation in the carbonaceous material. The amount can be increased, and the discharge capacity of the power storage device can be improved.

<2−1.製造方法の実施形態1>
また、前記正極が含む炭素質材料は、以下の工程(a)〜(d)を含む製法により得られる、正極から取り出して得ることができる。
(a)層状構造を有する炭素質材料を電極板表面に被覆して正極を準備する工程と、
(b)前記正極の前記炭素質材料の質量に対して4倍以上の質量の炭素質材料を電極板表面に被覆して負極を準備する工程と、
(c)前記正極の前記炭素質材料の層間にインターカレーション可能なアニオンを含む非水電解液中に前記正極及び負極を対向させる工程と、
(d)充電時の充電電圧を2.25Vより大きく3.5V以下として、少なくとも1回の充放電サイクルを行わせる電圧印加工程。
<2-1. Embodiment 1 of Manufacturing Method>
Moreover, the carbonaceous material which the said positive electrode contains can be taken out from the positive electrode obtained by the manufacturing method containing the following processes (a)-(d).
(A) coating the surface of the electrode plate with a carbonaceous material having a layered structure to prepare a positive electrode;
(B) a step of preparing a negative electrode by coating the surface of the electrode plate with a carbonaceous material having a mass four times or more the mass of the carbonaceous material of the positive electrode;
(C) making the positive electrode and the negative electrode face each other in a nonaqueous electrolytic solution containing an anion capable of intercalation between the layers of the carbonaceous material of the positive electrode;
(D) The voltage application process which makes charging voltage at the time of charge larger than 2.25V and 3.5V or less and performs at least one charging / discharging cycle.

前記方法で炭素質材料を製造することにより、層状構造を有する炭素質材料に前述の非晶質部を形成することができ、イオンのインターカレーションサイトを増大させることができる。しかも放電後においても非晶質部は残存する。したがって、この炭素質材料を蓄電デバイスの電極として用いた場合には、炭素質材料の非晶質部に電解質のイオンが優先的に且つ容易にインターカレートするため、炭素質材料におけるインターカレーション量を増大させることができ、蓄電デバイスの放電容量を向上させることができる。これは、グラファイト内の非晶質部の形成の有無及び層間距離の拡大と、インターカレーション量に関連があることが推察される。すなわち、非晶質部が増加し、層間距離が広がり、その結果、アニオンが非晶質部に対して優先的にインターカレートし易くなって蓄電量が増加するということがいえる。   By producing the carbonaceous material by the above method, the above-mentioned amorphous part can be formed in the carbonaceous material having a layered structure, and the ion intercalation sites can be increased. Moreover, the amorphous part remains even after discharge. Therefore, when this carbonaceous material is used as an electrode for an electricity storage device, electrolyte ions preferentially and easily intercalate with the amorphous part of the carbonaceous material, so intercalation in the carbonaceous material The amount can be increased, and the discharge capacity of the electricity storage device can be improved. This is presumed to be related to the presence or absence of the formation of an amorphous part in the graphite, the increase in the interlayer distance, and the amount of intercalation. That is, it can be said that the amorphous part is increased and the interlayer distance is increased, and as a result, the anion is preferentially intercalated with respect to the amorphous part and the amount of stored electricity is increased.

前記工程(a)〜(d)を含む製法について、以下に説明する。まず、層状構造を有する炭素質材料を用意する。ここで、炭素質材料は、本実施形態ではグラファイトを使用する。グラファイトは、(002)面に層状構造を有する。(002)面とは、X線回折で測定される炭素002面(黒鉛層と水平な面)を意図する。なお、層状構造を有する炭素質材料としては、グラファイトが好ましいが、グラファイトに限らず、層状構造を有する炭素質材料を採用できる。   The manufacturing method including the steps (a) to (d) will be described below. First, a carbonaceous material having a layered structure is prepared. Here, graphite is used as the carbonaceous material in this embodiment. Graphite has a layered structure on the (002) plane. The (002) plane is intended to be a carbon 002 plane (plane parallel to the graphite layer) measured by X-ray diffraction. The carbonaceous material having a layered structure is preferably graphite, but is not limited to graphite, and a carbonaceous material having a layered structure can be employed.

次に、電極板(アルミ箔)を用意し、この電極板の表面にグラファイトを被覆して正極を構成する。また、負極用の電極板も用意し、この電極板の表面に、負極の材料として活性炭を被覆して負極を形成する。なお、負極の電極板表面に被覆する炭素質材料は、活性炭に限らず、表面積の大きく、カチオンを吸着させることができる炭素質材料であれば、任意のものを採用することができる。好ましくは、負極の炭素質材料は、2000m/g以上の比表面積を有する活性炭がよい。ここで、負極の炭素質材料(本実施形態では活性炭)の重量を、正極の炭素質材料(本実施形態ではグラファイト)の重量の4倍以上、好ましくは8倍以上、より好ましくは10倍以上にする。 Next, an electrode plate (aluminum foil) is prepared and the surface of this electrode plate is covered with graphite to form a positive electrode. Also, an electrode plate for a negative electrode is prepared, and the surface of this electrode plate is coated with activated carbon as a negative electrode material to form a negative electrode. The carbonaceous material coated on the surface of the negative electrode plate is not limited to activated carbon, and any carbonaceous material having a large surface area and capable of adsorbing cations can be employed. Preferably, the carbonaceous material of the negative electrode is activated carbon having a specific surface area of 2000 m 2 / g or more. Here, the weight of the carbonaceous material of the negative electrode (activated carbon in this embodiment) is 4 times or more, preferably 8 times or more, more preferably 10 times or more of the weight of the carbonaceous material of the positive electrode (graphite in this embodiment). To.

次いで、正極及び負極を、セパレータを介して対向させるように配置し、ラミネートフィルムで外装し、非水電解液を含浸し、セルを作製する。ここで、非水電解液としては、正極のグラファイトの層間にインターカレートさせることができるアニオンを有する支持塩を適宜な溶媒に混合させたものが使用され、例えば支持塩としてトリエチルメチルアンモニウムヘキサフルオロフォスフェート(TEMAPF)等を使用することができる。 Next, the positive electrode and the negative electrode are arranged so as to face each other with a separator interposed between them, and are covered with a laminate film, impregnated with a non-aqueous electrolyte, and a cell is produced. Here, as the non-aqueous electrolyte, a mixture of a supporting salt having an anion that can be intercalated between the graphite layers of the positive electrode in an appropriate solvent is used. For example, triethylmethylammonium hexafluoro is used as the supporting salt. A phosphate (TEMMAPF 6 ) or the like can be used.

このように準備されたセルの正極及び負極の間に、一定電流を流して充電し、その後放電する、充放電サイクルを1回行う。   A charge / discharge cycle in which a constant current is passed between the positive electrode and the negative electrode of the cell thus prepared for charging and then discharging is performed once.

充電は、例えば電流密度1.85mA/cmの定電流で、電圧が所定電圧に達するまで行われる。ここで、充電時の所定電圧は、2.25Vより大きく、3.5V以下の間で選択される。また、充放電サイクルは、1回行うものに限らず、複数回行ってもよく、要するに、少なくとも1回行えばよい。電極に充電電流を流すと、非水電解液中のカチオンは負極の活性炭に吸着され、アニオンは、正極のグラファイトの層間にインターカレートされる。所定電圧まで充電を行った後、今度は0Vまで放電を行う。以上の方法により、正極よりグラファイトを取り出すことで、本発明に係る蓄電デバイスに用いる正極用の炭素質材料を取得できる。 Charging is performed at a constant current of, for example, a current density of 1.85 mA / cm 2 until the voltage reaches a predetermined voltage. Here, the predetermined voltage at the time of charging is selected between 2.25V and 3.5V or less. In addition, the charge / discharge cycle is not limited to one, and may be performed a plurality of times. In short, it may be performed at least once. When a charging current is passed through the electrode, cations in the non-aqueous electrolyte are adsorbed by the activated carbon of the negative electrode, and the anions are intercalated between the graphite layers of the positive electrode. After charging to a predetermined voltage, this time, discharging is performed to 0V. The carbonaceous material for positive electrodes used for the electrical storage device according to the present invention can be obtained by extracting graphite from the positive electrode by the above method.

また、本発明における正極が含む炭素質材料として、例えば、特開2010−254537号公報に記載のものを利用することもできる。   Moreover, as a carbonaceous material which the positive electrode in this invention contains, the thing of Unexamined-Japanese-Patent No. 2010-254537 can also be utilized, for example.

<2−2.製造方法の実施形態2>
前記正極が含む炭素質材料の製造方法の他の態様として、前記<2−1>欄で説明した(b)工程「前記正極の前記炭素質材料の質量に対して4倍以上の質量の炭素質材料を電極板表面に被覆して負極を準備する工程」において、前記正極の前記炭素質材料の質量に対して6倍以上18倍以下の質量の炭素質材料を電極板表面に被覆して負極を準備する工程を好ましく例示できる。
<2-2. Second Embodiment of Manufacturing Method>
As another aspect of the method for producing a carbonaceous material included in the positive electrode, the step “b” described in the section <2-1> “carbon having a mass four times or more the mass of the carbonaceous material of the positive electrode. In the step of preparing a negative electrode by coating a porous material on the electrode plate surface, the electrode plate surface is coated with a carbonaceous material having a mass of 6 to 18 times the mass of the carbonaceous material of the positive electrode. A step of preparing the negative electrode can be preferably exemplified.

このように、正極の充放電処理時に対向させる負極(例えば、活性炭が主成分)の質量比を6倍〜18倍に設定することにより、デバイス容量密度が大きくなり、また充放電を繰り返した際の容量低下の発生を抑えられる。   Thus, when the mass ratio of the negative electrode (for example, activated carbon is the main component) opposed to the positive electrode during the charge / discharge treatment of the positive electrode is set to 6 to 18 times, the device capacity density is increased and the charge / discharge is repeated. The occurrence of a decrease in capacity can be suppressed.

このため、本態様の製造方法であれば、初期の容量密度が高く、かつ繰り返し充放電時の性能低下が少ないデバイスを製造し得る。これは、正極製造時の充放電処理時において、適正な正極電位を操作しているものと推察される。つまり、負極容量が小さい場合は、正極電位が要求レベルまで上がらず、効率よくアニオンドープが進行しないと推測される。一方、負極容量が大きい場合は、正極電位が上昇し過ぎてしまい、電解液の分解を誘発させる結果となり、この分解生成物が原因となって容量密度の低下や繰り返し充放電時の性能低下を引き起こすと考えられる。   For this reason, if it is the manufacturing method of this aspect, a device with a high initial capacity | capacitance density and few performance degradation at the time of repeated charging / discharging can be manufactured. This is presumed that an appropriate positive electrode potential is operated during the charge / discharge treatment during the manufacture of the positive electrode. That is, when the negative electrode capacity is small, it is presumed that the positive electrode potential does not rise to the required level and the anion doping does not proceed efficiently. On the other hand, when the negative electrode capacity is large, the positive electrode potential rises too much, resulting in the decomposition of the electrolyte solution. This decomposition product causes a decrease in capacity density and a decrease in performance during repeated charge and discharge. It is thought to cause.

本態様の製造方法であれば、上述したような問題を生じさせることがないため、優れた容量密度と長期安定性を達成できる。   Since the production method of this aspect does not cause the above-described problems, excellent capacity density and long-term stability can be achieved.

<2−3.製造方法の実施形態3>
前記正極が含む炭素質材料の製造方法の他の態様として、前記<2−1>欄で説明した(c)工程「前記正極の前記炭素質材料の層間にインターカレーション可能なアニオンを含む非水電解液中に前記正極及び負極を対向させる工程」において、前記非水電解液中の電解質として、トリエチルメチルアンモニウム・テトラフルオロボレート(TEMA・BF)を使用する方法を好ましく例示できる。
<2-3. Embodiment 3 of Manufacturing Method>
As another embodiment of the method for producing the carbonaceous material included in the positive electrode, the step (c) described in the section <2-1> “Non-containing anion capable of intercalating between layers of the carbonaceous material of the positive electrode. In the step of “facing the positive electrode and the negative electrode in the aqueous electrolyte”, a method of using triethylmethylammonium tetrafluoroborate (TEMA.BF 4 ) as the electrolyte in the non-aqueous electrolyte can be preferably exemplified.

前記のTEMA・BFを電解質として使用する場合、他の電解質(例えば、トリエチルメチルアンモニウム・ヘキサフルオロフォスフェート(TEMA・PF))を用いる場合に比較して、繰り返し充放電を行った場合の容量が、概ね10%向上するという優れた特性を示す。これは、以下のメカニズムであると推察される。すなわち、正極処理時のセルではBFアニオンを、蓄電デバイスでは他のアニオン(例えば、PF)を、正極への挿入アニオンとして用いる場合、PFアニオンの方がBFアニオンに比べてイオン半径が大きいため、正極処理時にBFアニオン挿入により形成された正極内の炭素質材料における結晶構造中の非晶部分が、蓄電デバイスでのPFアニオンの挿入により、さらに拡大したためと考えられる。 When TEMA · BF 4 is used as an electrolyte, charging / discharging is repeated as compared with the case of using another electrolyte (for example, triethylmethylammonium hexafluorophosphate (TEMA · PF 6 )). The capacity is improved by about 10%. This is presumed to be the following mechanism. That is, when the positive electrode treatment cell uses BF 4 anion and the electricity storage device uses another anion (for example, PF 6 ) as an anion inserted into the positive electrode, the PF 6 anion has an ionic radius compared to the BF 4 anion. Therefore, it is considered that the amorphous part in the crystal structure of the carbonaceous material in the positive electrode formed by BF 4 anion insertion during the positive electrode treatment was further expanded by the insertion of PF 6 anion in the electricity storage device.

それゆえ、本製造方法では、正極処理時のセルで使用する電解液中の電解質におけるアニオンのイオン半径が、最終的に作製する蓄電デバイスで使用する電解液中の電解質におけるアニオンのイオン半径より小さい電解質を使用する方法であるとも換言できる。   Therefore, in this production method, the ionic radius of the anion in the electrolyte in the electrolytic solution used in the cell at the time of the positive electrode treatment is smaller than the ionic radius of the anion in the electrolytic solution in the electrolytic solution used in the finally produced electricity storage device. In other words, the method uses an electrolyte.

蓄電デバイスの安定的な高容量化のためには、正極製造時の充放電処理工程が重要である。この処理では、正極の炭素質材料へのアニオン挿入が行われるが、いかに効率よくアニオン挿入を行わしめるかにより、正極容量が決まり、最終的な蓄電デバイスの容量に影響を及ぼす。本製造方法によれば、正極処理時へのアニオン挿入が効率よく実施できるため、繰り返し充放電時の容量の向上を達成できる。   In order to stably increase the capacity of the electricity storage device, a charge / discharge treatment process at the time of manufacturing the positive electrode is important. In this treatment, anion insertion into the carbonaceous material of the positive electrode is performed, but the positive electrode capacity is determined depending on how efficiently the anion insertion is performed, and the final capacity of the power storage device is affected. According to this production method, anion insertion during the positive electrode treatment can be carried out efficiently, so that an increase in capacity during repeated charge / discharge can be achieved.

<2−4.製造方法の実施形態4>
また、前記正極が含む炭素質材料の製造方法の他の態様として、前記<2−1>欄で説明した(c)工程「前記正極の前記炭素質材料の層間にインターカレーション可能なアニオンを含む非水電解液中に前記正極及び負極を対向させる工程」において、前記非水電解液中の溶媒として、環状カーボネートと鎖状カーボネートとを含むものを使用する方法を好ましく例示できる。ここで、使用する各カーボネートについては特に限定されないが、環状カーボネートとして、例えば、プロピレンカーボネート(PC)が好適に使用できる。また、鎖状カーボネートとして、例えば、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、及びジエチルカーボネート(DEC)からなる群より選択される少なくとも1種、あるいは組み合わせを好適に使用できる。
<2-4. Embodiment 4 of Manufacturing Method>
Further, as another embodiment of the method for producing a carbonaceous material included in the positive electrode, the step (c) described in the section <2-1> “an anion capable of intercalating between the layers of the carbonaceous material of the positive electrode. In the step of “facing the positive electrode and the negative electrode in the nonaqueous electrolyte solution”, a method using a solvent containing a cyclic carbonate and a chain carbonate as the solvent in the nonaqueous electrolyte solution can be preferably exemplified. Here, although it does not specifically limit about each carbonate to be used, For example, a propylene carbonate (PC) can be used conveniently as a cyclic carbonate. As the chain carbonate, for example, at least one selected from the group consisting of dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), and diethyl carbonate (DEC), or a combination thereof can be suitably used.

また、環状カーボネートと鎖状カーボネートとの質量比は、特に限定されないが、例えば、1:1〜1:5を例示できる。ただし、鎖状カーボネートの量が増加するにつれ、電解質の溶解度が低下する傾向になるとされているため、かかる問題を生じさせない範囲とすることが好ましい。例えば、実施例で行っている環状カーボネートと鎖状カーボネートとの質量比が1:1であることが特に好ましい。   Moreover, although mass ratio of a cyclic carbonate and a chain carbonate is not specifically limited, For example, 1: 1 to 1: 5 can be illustrated. However, since it is said that the solubility of the electrolyte tends to decrease as the amount of the chain carbonate increases, it is preferable that the range does not cause such a problem. For example, it is particularly preferable that the mass ratio of cyclic carbonate and chain carbonate performed in the examples is 1: 1.

なお、前記非水電解液中の電解質としては、特に限定されないが、<2−3>欄で説明したように、正極処理時のセルで使用する電解液中の電解質におけるアニオンのイオン半径が、最終的に作製する蓄電デバイスで使用する電解液中の電解質におけるアニオンのイオン半径より小さい電解質を使用することが好ましい。例えば、トリエチルメチルアンモニウム・テトラフルオロボレート(TEMA・BF)を挙げることができる。 The electrolyte in the non-aqueous electrolyte is not particularly limited, but as described in the section <2-3>, the ionic radius of the anion in the electrolyte in the electrolyte used in the cell during the positive electrode treatment is It is preferable to use an electrolyte that is smaller than the ionic radius of the anion in the electrolyte in the electrolytic solution used in the electricity storage device to be finally produced. For example, triethylmethylammonium tetrafluoroborate (TEMA.BF 4 ) can be mentioned.

本態様の製造方法によれば、正極の充放電時の容量が向上する。さらに、そこから取り出した正極を材料として作製した蓄電デバイス(最終フルセル)の充放電容量も向上する。これは、以下のメカニズムによるものと推察される。   According to the manufacturing method of this aspect, the capacity | capacitance at the time of charging / discharging of a positive electrode improves. Furthermore, the charge / discharge capacity of an electricity storage device (final full cell) produced using the positive electrode taken out therefrom as a material is also improved. This is presumably due to the following mechanism.

すなわち、正極処理時の充放電処理時には、イオンの正負極への挿入と並行して、正極電位がある値以上に増大した際に電解液の分解も進行しているものと考えられる。イオンの挿入と電解液の分解の競争との結果として、特定の正極が形成されるものと推測される。ここで、環状カーボネートに比べて、鎖状カーボネートは耐電圧が高いことから、環状カードネートと鎖状カーボネートとを混合して使用することにより、電解液の分解が抑制され、結果として正極の容量が向上したものと考えられる。   That is, during the charge / discharge treatment during the positive electrode treatment, it is considered that the electrolytic solution is also being decomposed when the positive electrode potential increases to a certain value or more in parallel with the insertion of ions into the positive and negative electrodes. It is presumed that a specific positive electrode is formed as a result of the ion insertion and the decomposition of the electrolytic solution. Here, since the chain carbonate has a higher withstand voltage compared to the cyclic carbonate, the use of a mixture of the cyclic cardnate and the chain carbonate suppresses the decomposition of the electrolytic solution, resulting in the positive electrode capacity. Is considered to have improved.

よって、本態様の製造方法であれば、優れた容量密度と長期安定性を達成できる。   Therefore, if it is the manufacturing method of this aspect, the outstanding capacity density and long-term stability can be achieved.

<2−5.製造方法の実施形態5>
また、前記正極が含む炭素質材料の製造方法の他の態様として、前記<2−1>欄で説明した(c)工程「前記正極の前記炭素質材料の層間にインターカレーション可能なアニオンを含む非水電解液中に前記正極及び負極を対向させる工程」において、前記非水電解液として、炭素質材料の層間にインターカレーション可能なアニオンを含む電解質と、含フッ素有機溶媒とを含む非水電解液を使用する方法を好ましく例示できる。
<2-5. Embodiment 5 of Manufacturing Method>
Further, as another embodiment of the method for producing a carbonaceous material included in the positive electrode, the step (c) described in the section <2-1> “an anion capable of intercalating between the layers of the carbonaceous material of the positive electrode. In the step of making the positive electrode and the negative electrode face each other in the nonaqueous electrolyte solution containing, the nonaqueous electrolyte solution includes an electrolyte containing an anion capable of intercalating between layers of a carbonaceous material, and a fluorine-containing organic solvent. A method using a water electrolyte can be preferably exemplified.

かかる含フッ素有機溶媒としては、カーボネート類やラクトン類ではなく、含フッ素有機溶媒を使用することは、以下の観点から好ましい。すなわち、3V以上の電圧を印加した場合であっても化学的な分解が生じにくい。また、引火点が低く燃焼性が高いことによる過充電・過加熱時の発火の危険性を回避できる。また、粘性が高くなりにくいため、低温でも伝導率の低下を小さくすることができ、出力が低下してしまうことを抑制できる(低温特性)。加水分解性を低くすることができるため、使用しやすい。このような電解液14は、電解質塩の溶解性が高く、塩基性下でも安定な、炭化水素系溶媒との相溶性にも優れた非水系電解液であることが特に好ましい。このような含フッ素有機溶媒としては、電解液が、以下の式(I):   As such a fluorine-containing organic solvent, it is preferable to use a fluorine-containing organic solvent instead of carbonates or lactones from the following viewpoints. That is, even when a voltage of 3 V or higher is applied, chemical decomposition hardly occurs. Further, it is possible to avoid the risk of ignition during overcharge / overheating due to the low flash point and high combustibility. In addition, since the viscosity is difficult to increase, the decrease in conductivity can be reduced even at low temperatures, and the decrease in output can be suppressed (low temperature characteristics). It is easy to use because the hydrolyzability can be lowered. Such an electrolytic solution 14 is particularly preferably a non-aqueous electrolytic solution that is highly soluble in electrolyte salt, stable even under basic conditions, and excellent in compatibility with a hydrocarbon solvent. As such a fluorine-containing organic solvent, an electrolytic solution is represented by the following formula (I):

Figure 0005578532
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(式中、X〜Xは同じか又は異なり、いずれもH、F、Cl、CH又は含フッ素メチル基;ただし、X〜Xの少なくとも1つは含フッ素メチル基である)で示される含フッ素ラクトンであることが好ましい。 (Wherein X 1 to X 6 are the same or different, and all are H, F, Cl, CH 3 or a fluorine-containing methyl group; provided that at least one of X 1 to X 6 is a fluorine-containing methyl group) It is preferable that it is a fluorine-containing lactone shown by these.

また、X〜Xにおける含フッ素メチル基は、−CHF、−CHF及びCFであり、耐電圧性が良好な点から−CFが好ましい。含フッ素メチル基はX〜Xの全てに置換していてもよいし、1個だけでもよい。好ましくは、電解質塩の溶解性が良好な点から1〜3個、特に1〜2個である。また、含フッ素メチル基の置換位置は特に限定されないが、合成収率が良好なことから、X及び/又はXが、特にXが含フッ素メチル基、なかでも−CFであることが好ましい。含フッ素メチル基以外のX〜Xは、H、F、Cl又はCHであり、特に電解質塩の溶解性が良好な点からHが好ましい。 The fluorine-containing methyl group in X 1 to X 6 are, -CH 2 F, a -CHF 2 and CF 3, -CF 3 terms withstand voltage is good is preferred. The fluorine-containing methyl group may be substituted for all of X 1 to X 6 or only one. Preferably, the number is 1 to 3, particularly 1 to 2, in view of good solubility of the electrolyte salt. Further, the substitution position of the fluorine-containing methyl group is not particularly limited, but since the synthesis yield is good, X 3 and / or X 4 is particularly X 4 is a fluorine-containing methyl group, particularly —CF 3. Is preferred. X 1 to X 6 other than the fluorine-containing methyl group are H, F, Cl or CH 3 , and H is particularly preferable from the viewpoint of good solubility of the electrolyte salt.

前記含フッ素ラクトンにおいて、ラクトン環を構成している炭素原子に結合している含フッ素メチル基以外の原子が、F及び/又はHであることが好ましい。また、電解質塩が、アンモニウム塩であることが好ましく、テトラアルキル4級アンモニウム塩、スピロビピリジニウム塩又はイミダゾリウム塩であることが特に好ましい。   In the fluorine-containing lactone, the atom other than the fluorine-containing methyl group bonded to the carbon atom constituting the lactone ring is preferably F and / or H. The electrolyte salt is preferably an ammonium salt, and particularly preferably a tetraalkyl quaternary ammonium salt, a spirobipyridinium salt, or an imidazolium salt.

前記含フッ素ラクトンのフッ素含有率は、10質量%以上、好ましくは20質量%以上、特に30質量%以上であり、上限は通常76質量%、好ましくは55質量%である。含フッ素ラクトン全体のフッ素含有率の測定方法は燃焼法等の通常の手法で測定が可能である。   The fluorine content of the fluorine-containing lactone is 10% by mass or more, preferably 20% by mass or more, particularly 30% by mass or more, and the upper limit is usually 76% by mass, preferably 55% by mass. The method for measuring the fluorine content of the whole fluorine-containing lactone can be measured by a usual method such as a combustion method.

含フッ素ラクトンを含んでいるため、難燃性を向上させる含フッ素エーテルを加える場合であっても、2層に分離しにくく、均一な状態にすることができる。   Since fluorine-containing lactone is contained, even when adding fluorine-containing ether that improves flame retardancy, it is difficult to separate into two layers and a uniform state can be obtained.

含フッ素有機溶媒としては、例えば、4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オンと1,1,2,2−テトラフルオロエチル−2,2,3,3−テトラフルオロプロピルエーテル(HCFCFCHOCFCFH)の混合溶媒を挙げることができる。 Examples of the fluorine-containing organic solvent include 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one and 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether ( And a mixed solvent of HCF 2 CF 2 CH 2 OCF 2 CF 2 H).

また、以上のような溶媒は、特開2008−016560号公報、特開2010−226100号公報、特開2011−097118号公報に記載のものを好適に使用できる。   Moreover, the solvent as described above can be preferably used those described in JP 2008-016560 A, JP 2010-226100 A, and JP 2011-097118 A.

また、使用する電解質については、従来公知のものを使用でき、特に限定されない。   Moreover, about the electrolyte to be used, a conventionally well-known thing can be used and it does not specifically limit.

本実施態様の製造方法によれば、正極の充放電時の容量が向上する。さらに、そこから取り出した正極を用いた蓄電デバイス(最終フルセル)の充放電容量も向上する。これは、以下のメカニズムであると推察される。   According to the manufacturing method of this embodiment, the capacity during charging and discharging of the positive electrode is improved. Furthermore, the charge / discharge capacity of the electricity storage device (final full cell) using the positive electrode taken out therefrom is also improved. This is presumed to be the following mechanism.

すなわち、上述したように、正極処理時の充放電処理時には、イオンの正負極への挿入と並行して、正極電位がある値以上に増大した際に電解液の分解も進行しており、イオンの挿入と電解液の分解の競争との結果として、特定の正極が形成される。ここで、カーボネート類やラクトン類等の炭化水素系溶媒に比べて、含フッ素有機溶媒は耐電圧が高いことから、電解液の分解が抑制され、結果として正極の容量が向上したものと考えられる。   That is, as described above, during the charge / discharge treatment during the positive electrode treatment, in parallel with the insertion of ions into the positive and negative electrodes, the decomposition of the electrolyte proceeds when the positive electrode potential increases to a certain value or more. As a result of the insertion of and the competition for electrolyte decomposition, a specific positive electrode is formed. Here, compared with hydrocarbon solvents such as carbonates and lactones, the fluorine-containing organic solvent has a high withstand voltage, so that the decomposition of the electrolytic solution is suppressed, and as a result, the capacity of the positive electrode is considered to be improved. .

よって、本態様の製造方法であれば、優れた容量密度と長期安定性を達成できる。   Therefore, if it is the manufacturing method of this aspect, the outstanding capacity density and long-term stability can be achieved.

<2−6.正極が含む炭素質材料の他の実施形態>
また、本発明に係る正極が含む炭素質材料は、ラマンスペクトルにおける1580cm−1のピーク強度に対する1360cm−1のピーク強度の比が0.25〜0.33であり、かつ1580cm−1の半値幅が18cm−1〜22cm−1である炭素質材料であることが好ましい。かかる物性の炭素質材料は、黒鉛層状構造の規則性を損なうことなく、板状構造を割断した結果としてエッジ面比率が増大した構造であると推測できる。本炭素質材料を正極の活物質として用いることにより、電極材料へのアニオン又はカチオンのインターカレーションの量を増大させ、蓄電装置の高容量化を達成することができる。
<2-6. Other embodiment of carbonaceous material contained in positive electrode>
Further, carbonaceous material positive electrode comprises according to the present invention, the ratio of the peak intensity of 1360 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 in the Raman spectrum is from 0.25 to 0.33, and the half width of 1580 cm -1 it is preferred but a carbon material is 18cm -1 ~22cm -1. It can be presumed that the carbonaceous material having such physical properties has a structure in which the edge surface ratio is increased as a result of cleaving the plate-like structure without impairing the regularity of the graphite layered structure. By using this carbonaceous material as an active material for the positive electrode, the amount of anion or cation intercalation into the electrode material can be increased, and the capacity of the power storage device can be increased.

ラマンスペクトルは、アルゴンレーザー(光源波長514.5nm)を炭素質材料に照射することにより得られる。   The Raman spectrum is obtained by irradiating the carbonaceous material with an argon laser (light source wavelength 514.5 nm).

ここで、「ラマンスペクトルによる1580cm−1のピーク強度に対する1360cm−1のピーク強度の比」は、グラファイト結晶表面のエッジの比率を反映しており、比が大きくなるほどエッジの割合が増加し、非晶質となる傾向がある。 Here, "the ratio of the peak intensity of 1360 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 by Raman spectrum", reflects the ratio of the edge of the graphite crystal surface, the ratio of the higher edge ratio becomes larger increases, non There is a tendency to be crystalline.

また、「ラマンスペクトルによる1580cm−1の半値幅」は、黒鉛化度(ローカルなグラファイト構造の完全性)を反映している。この値が小さくなれば、ベーザル面の割合が増加し、高配向となる。一方、この値が大きくなれば、黒鉛化度が低下し、非晶質となる。 The “half-width of 1580 cm −1 by Raman spectrum” reflects the degree of graphitization (completeness of local graphite structure). If this value decreases, the proportion of the basal surface increases and the orientation becomes high. On the other hand, when this value increases, the degree of graphitization decreases and the film becomes amorphous.

すなわち、本発明では、ラマンスペクトルによる1580cm−1のピーク強度に対する1360cm−1のピーク強度の比が0.25〜0.33であり、かつ1580cm−1の半値幅が18cm−1〜22cm−1である炭素質材料という、正極が含む炭素質材料としての使用に特に好ましい炭素質材料の物性を見出したものと換言できる。 That is, in the present invention, the ratio of the peak intensity of 1360 cm -1 to the peak intensity of 1580cm -1 by Raman spectrum is that from 0.25 to 0.33, and 1580cm half width 18cm -1 ~22Cm -1 -1 In other words, the carbonaceous material is a carbonaceous material that is particularly preferable for use as a carbonaceous material included in the positive electrode.

本炭素質材料の製造方法としては、例えば、電気化学的な手法を挙げることができるが、これに限定されるものではない。例えば、原料として、アルゴンレーザー(光源波長514.5nm)ラマンスペクトルによる1580cm−1のピーク強度に対する1360cm−1のピーク強度の比が0.05〜0.3でかつ1580cm−1の半値幅が18cm−1〜22cm−1である層状構造を有する炭素質材料を用いることができる。 Examples of the method for producing the carbonaceous material include an electrochemical method, but are not limited thereto. For example, as the raw material, the half value width 18cm argon laser (light source wavelength 514.5 nm) and the ratio of the peak intensity of 1360 cm -1 by Raman spectrum to the peak intensity of 1580 cm -1 is 0.05 to 0.3 1580 cm -1 A carbonaceous material having a layered structure of −1 to 22 cm −1 can be used.

この原料は、黒鉛化度が発達つまり黒鉛層状構造の規則性が整った構造であり、かつエッジ面が少ないつまり板状に発達した構造であるといえる。かかる原料を主成分とし集電体上に形成して電極を製作し、それを正極として用い、負極側に活性炭を主成分として集電体上に形成した電極を用い、非水系電解液を含浸して充放電を行う。この手法により本材料を形成することができる。例えば、前記<2−1>欄で説明した方法を好適に利用できる。   It can be said that this raw material has a structure in which the degree of graphitization is developed, that is, the regularity of the graphite layered structure is established, and the edge surface is small, that is, a structure developed in a plate shape. An electrode is produced by forming such a raw material as a main component on a current collector, using it as a positive electrode, and using an electrode formed on the current collector with active carbon as a main component on the negative electrode side, and impregnating with a non-aqueous electrolyte. Charge and discharge. This material can be formed by this method. For example, the method described in the section <2-1> can be preferably used.

このようにして得られた炭素質材料は、前述した物性を有する。このため、例えば、この炭素質材料を正極とし、活性炭電極を負極とし、非水系電解液を充填し非対称キャパシタとすることができる。一方、これを正極とし、負極として、黒鉛あるいは、難黒鉛性カーボンなど、Liを吸蔵可能なカーボンを主成分とする電極を用い、セルロース系、あるいはポリオレフィン系などのセパレータを介してセルを構成し、リチウム・ヘキサフルオロヒフォスフェート/EC、DECなどのリチウムイオン系の電解液を含浸したセルにおいて、既知の手法により、負極へのリチウムイオンのプリドープを行うことにより、二次電池を形成することができる。この電池の場合、最高電圧5.0V〜5.4Vの範囲にて、充放電を行うことができ、既知のリチウムイオン電池よりも大きな蓄電容量を発生させることができる。かかる炭素質材料を正極に用いることにより、アニオンドープ量が向上し、蓄電デバイスの容量密度を向上させることができる。   The carbonaceous material thus obtained has the above-described physical properties. Therefore, for example, the carbonaceous material can be used as a positive electrode, the activated carbon electrode can be used as a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte can be filled to form an asymmetric capacitor. On the other hand, this is used as a positive electrode, and as the negative electrode, an electrode mainly composed of carbon that can occlude Li, such as graphite or non-graphitizable carbon, is used, and a cell is configured through a cellulose-based or polyolefin-based separator. In a cell impregnated with a lithium ion electrolyte such as lithium hexafluorohyphosphate / EC or DEC, a secondary battery is formed by pre-doping lithium ions into the negative electrode by a known method. Can do. In the case of this battery, charging / discharging can be performed within the maximum voltage range of 5.0 V to 5.4 V, and a larger storage capacity than that of a known lithium ion battery can be generated. By using such a carbonaceous material for the positive electrode, the amount of anion doping can be improved and the capacity density of the electricity storage device can be improved.

<3.負極が含む炭素質材料>
また、前記負極が含む炭素質材料として、予めリチウムイオンが吸蔵されている炭素質材料を用いることが好ましい。
<3. Carbonaceous material contained in the negative electrode>
Moreover, it is preferable to use the carbonaceous material in which lithium ion is occluded beforehand as a carbonaceous material which the said negative electrode contains.

前記負極が含む炭素質材料は、負極とリチウム金属とを電気化学的に反応させて得られるものであることが好ましい。負極に予めリチウムイオンを吸蔵させるために負極とリチウム金属とを電気化学的に反応させる方法としては、例えば、負極集電体の金属箔とリチウム金属とを電気化学的に短絡させておき、電解液を容器内に注液することにより行われる。また、負極と直接接触しないように配置されたリチウム極を備え、負極とリチウム極との間に電流をながすことにより行われてもよい。   The carbonaceous material included in the negative electrode is preferably obtained by electrochemically reacting the negative electrode and lithium metal. As a method of electrochemically reacting the negative electrode and the lithium metal in order to occlude lithium ions in advance in the negative electrode, for example, the metal foil of the negative electrode current collector and the lithium metal are electrochemically short-circuited and electrolysis is performed. This is done by pouring the liquid into the container. Moreover, the lithium electrode arrange | positioned so that it may not contact a negative electrode directly may be provided, and an electric current may be flowed between a negative electrode and a lithium electrode.

予め吸蔵させるリチウムイオンの量をa(mAh)、吸蔵後に前記蓄電デバイスを所定の電圧まで充電させた時のセル容量をb(mAh)、前記負極を3.0VLi/Li + から0.01VLi/Li +まで充電させた時の容量をc(mAh)とした場合、3≦c/b≦10となるように負極容量が定められ、かつ1.2≦c/a≦5であることが好ましい。   The amount of lithium ion to be stored in advance is a (mAh), the cell capacity when the power storage device is charged to a predetermined voltage after storage is b (mAh), and the negative electrode is 3.0 VLi / Li + to 0.01 VLi / When the capacity when charged to Li + is c (mAh), the negative electrode capacity is determined so that 3 ≦ c / b ≦ 10, and preferably 1.2 ≦ c / a ≦ 5. .

また、負極容量は、3≦c/b≦10となるように定めることが望ましい。この範囲内であれば、蓄電デバイス容量と比較して負極容量が小さ過ぎないため、負極に十分な量のリチウムイオンを予め吸蔵させることができる。また、負極重量の増加を抑え、蓄電デバイスの重量が増加することを防止できるため、蓄電デバイスの容量密度も低下しない。   The negative electrode capacity is preferably determined so as to satisfy 3 ≦ c / b ≦ 10. If it is in this range, since the negative electrode capacity is not too small compared with the electricity storage device capacity, a sufficient amount of lithium ions can be occluded in advance in the negative electrode. Further, an increase in the weight of the negative electrode can be suppressed and an increase in the weight of the power storage device can be prevented, so that the capacity density of the power storage device does not decrease.

また、予め吸蔵されるリチウムイオン量は1.2≦c/a≦5であることが望ましい。この範囲内であれば、負極に予め吸蔵されるリチウムイオン量が適量であるため、容量密度を維持でき、また、フロート課電における容量低下も防止できる。   The amount of lithium ions stored in advance is preferably 1.2 ≦ c / a ≦ 5. Within this range, the amount of lithium ions previously occluded in the negative electrode is an appropriate amount, so that the capacity density can be maintained, and the capacity reduction during float charging can be prevented.

前記炭素質材料としては、グラファイト、難黒鉛性カーボン、天然黒鉛、人造黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温焼成炭素などが好ましいが、特に、グラファイト又は難黒鉛性カーボンを用いることが好ましい。   As the carbonaceous material, graphite, non-graphitizable carbon, natural graphite, artificial graphite, non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, low-temperature calcined carbon, etc. are preferable, and in particular, graphite or non-graphitizable carbon is used. preferable.

炭素質材料から電極を製造する方法としては、バインダとしてカルボキシメチルセルロースとSBRゴムとの混合物、ポリフッ化ビニルデン、ポリアミドイミド、ポリイミド等を溶解したスラリーにリチウムイオンを吸蔵、脱離しうる炭素材料と導電助材とを分散させ、この液をドクターブレード法等によって集電体上に塗工し、乾燥することが好ましい。電極中に含まれるバインダの量は1〜20重量%が好ましい。   As a method of manufacturing an electrode from a carbonaceous material, a carbon material that can occlude and desorb lithium ions in a slurry in which a mixture of carboxymethyl cellulose and SBR rubber as a binder, polyvinylidene fluoride, polyamideimide, polyimide, or the like is dissolved, and a conductive aid. It is preferable to disperse the material, apply this liquid onto the current collector by the doctor blade method or the like, and dry it. The amount of the binder contained in the electrode is preferably 1 to 20% by weight.

かかる負極が含む炭素質材料として、例えば、特開2009−260187号公報等に記載のものを用いてもよい。   As the carbonaceous material included in the negative electrode, for example, those described in JP 2009-260187 A may be used.

<4.その他の構成>
本発明における有機電解液の溶質のリチウム塩としては、LiPF、LiBF、LiCIO、LiN(CFSO、LiN(SO、LiCFSO、LiC(SOCF、LIAsF、及びLiSbFからなる群から選ばれる1種以上が好ましい。
<4. Other configurations>
As the solute lithium salt of the organic electrolyte solution in the present invention, LiPF 6 , LiBF 4 , LiCIO 4 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiCF 3 SO 3 , LiC ( SO 2 CF 3) 3, LIAsF 6, and one or more is preferably selected from the group consisting of LiSbF 6.

また、有機溶媒系電解液中のリチウム塩の電解質濃度は、0.5〜2.5mol/Lが好ましい。電解質全体の濃度が、0.75〜2.0mol/Lが更に好ましい。   The electrolyte concentration of the lithium salt in the organic solvent electrolyte is preferably 0.5 to 2.5 mol / L. The concentration of the entire electrolyte is more preferably 0.75 to 2.0 mol / L.

また、電解液の溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、スルホラン、ジメトキシエタン等が挙げられ、これらを単独又は2種以上の混合溶液として使用できる。   Examples of the solvent for the electrolytic solution include propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, sulfolane, and dimethoxyethane. These can be used alone or as a mixed solution of two or more. .

また、セルロース系、あるいはポリオレフィン系などのセパレータを介してセルを構成することが好ましい。   Moreover, it is preferable to constitute a cell through a cellulose-based or polyolefin-based separator.

なお、有機電解液、溶質、及びセパレータ材としては、従来公知のものを使用でき、上述した以外のものの使用を排除するものではない。   In addition, conventionally well-known things can be used as an organic electrolyte solution, a solute, and a separator material, and use of things other than the above-mentioned is not excluded.

<5.充放電電圧の最高電圧>
本発明に係る蓄電デバイスにおいては、当該蓄電デバイスの充放電電圧の最高電圧を5.0V以上5.4V以下の範囲にて、充放電を行うことが好ましい。
<5. Maximum charge / discharge voltage>
In the electricity storage device according to the present invention, it is preferable to perform charge / discharge in the range of 5.0 V or more and 5.4 V or less of the maximum charge / discharge voltage of the electricity storage device.

上述した構成のセル(蓄電デバイス)において、最高電圧5.0V〜5.4Vの範囲にて充放電を行うことにより、既知のリチウムイオン電池等の蓄電デバイスよりも大きな蓄電容量を発生させることができる。例えば、本発明に係る蓄電デバイスによれば、従来のハイブリッドキャパシタ(充放電電圧範囲0V〜3.5V程度)、EDLC(充放電電圧範囲0V〜2.7V程度)、リチウムイオンキャパシタ(充放電電圧範囲2.8V〜3.8V程度)に比べて、また従前の高容量型リチウムイオン電池(充放電電圧範囲2.8V〜3.6V程度)に比べても、容量密度、出力密度のどちらか一方、あるいは両方の点で大きいという効果を有する。   In the cell (power storage device) having the above-described configuration, it is possible to generate a larger storage capacity than a power storage device such as a known lithium ion battery by performing charge and discharge in the range of the maximum voltage of 5.0 V to 5.4 V. it can. For example, according to the electricity storage device of the present invention, a conventional hybrid capacitor (charge / discharge voltage range of about 0V to 3.5V), EDLC (charge / discharge voltage range of about 0V to 2.7V), lithium ion capacitor (charge / discharge voltage) Either the capacity density or the output density compared to the conventional high-capacity lithium ion battery (charge / discharge voltage range of about 2.8V to 3.6V). On the other hand, it has the effect of being large in both points.

ここで、「最高電圧を5.0V以上5.4V以下の範囲」とは、蓄電デバイスの充放電電圧における上限電圧の範囲を意図する。充放電電圧の最高電圧の値が低くなるに従い、充放電容量が低減するため効果が小さいが、本発明に係る蓄電デバイスでは充放電電圧の最高電圧が5.0V以上であるため、十分な充放電容量が得られる。また、上限電圧5.4Vを超えると電解液の分解が進行して特性が低下するため好ましくない。なお、蓄電デバイスの充放電電圧における下限電圧は3V付近であればよく、特に限定されるものではない。   Here, “the range where the maximum voltage is 5.0 V or more and 5.4 V or less” intends the range of the upper limit voltage in the charge / discharge voltage of the electricity storage device. The effect is small because the charge / discharge capacity is reduced as the value of the maximum voltage of the charge / discharge voltage is lowered. However, in the electricity storage device according to the present invention, the maximum voltage of the charge / discharge voltage is 5.0 V or more. Discharge capacity is obtained. On the other hand, if the upper limit voltage exceeds 5.4 V, the decomposition of the electrolytic solution proceeds and the characteristics deteriorate, which is not preferable. In addition, the lower limit voltage in the charging / discharging voltage of an electrical storage device should just be 3V vicinity, and is not specifically limited.

本発明に係る蓄電デバイスは、上述の通り、充放電電圧の最高電圧が5.0V〜5.4Vと高く、大容量な蓄電池である。このため、携帯電話やノートパソコン等の各種携帯機器のほか、ハイブリッド車や電気自動車等の自動車用蓄電池、太陽電池・風力発電等の新エネルギーシステムと組み合わせた電力貯蔵用蓄電池として好適に利用できる。   As described above, the electricity storage device according to the present invention is a high-capacity storage battery having a maximum charge / discharge voltage of 5.0 V to 5.4 V. For this reason, in addition to various portable devices such as mobile phones and notebook computers, it can be suitably used as a storage battery for power storage in combination with a storage battery for an automobile such as a hybrid vehicle or an electric vehicle, or a new energy system such as a solar battery or wind power generation.

また、本発明に係る蓄電デバイスには、以下の発明も包含される。
1.アニオンを吸着、脱離しうる層状構造を有する炭素質材料を含む正極と、リチウムイオンを吸蔵、脱離しうる炭素質材料を含む負極と、リチウム塩を含む有機電解液と、を有する蓄電デバイスであって、
正極としては、層状構造を有する炭素質材料を電極板表面に被覆して正極を準備する工程と、前記正極の前記炭素質材料の質量に対して4倍以上の質量の炭素質材料を電極板表面に被覆して負極を準備する工程と、前記正極の前記炭素質材料の層間にインターカレーション可能なアニオンを含む非水電解液中に前記正極と負極を対向させる工程と、充電時の充電電圧を2.25Vより大きく3.5V以下として、少なくとも1回の充放電サイクルを行わせる電圧印加工程を経て製造されたものであり、
負極としては、リチウムイオンを吸蔵、脱離しうる炭素質材料を含む負極とリチウム金属とを電気化学的に反応させることにより、予めリチウムイオンが吸蔵されたものである蓄電デバイス。なお、本蓄電デバイスにおいて、充放電電圧の最高電圧を5.0Vから5.4Vの範囲にて、充放電を行うことが好ましい。
2.前記の「アニオンを吸着、脱離しうる層状構造を有する炭素質材料を含む正極」の炭素質材料がグラファイトである。
3.前記の「リチウムイオンを吸蔵、脱離しうる炭素質材料を含む負極」の炭素質材料がグラファイトあるいは難黒鉛性カーボンである。
4.前記の「前記正極の前記炭素質材料の質量に対して4倍以上の質量の炭素質材料を電極板表面に被覆して負極を準備する工程」の炭素質材料が活性炭である。
Moreover, the following invention is also included by the electrical storage device which concerns on this invention.
1. An electricity storage device having a positive electrode including a carbonaceous material having a layered structure capable of adsorbing and desorbing anions, a negative electrode including a carbonaceous material capable of absorbing and desorbing lithium ions, and an organic electrolyte containing a lithium salt. And
As a positive electrode, a step of preparing a positive electrode by coating a carbonaceous material having a layered structure on the surface of the electrode plate, and a carbonaceous material having a mass four times or more the mass of the carbonaceous material of the positive electrode A step of coating a surface to prepare a negative electrode, a step of making the positive electrode and the negative electrode face each other in a non-aqueous electrolyte containing an anion that can be intercalated between the layers of the carbonaceous material of the positive electrode, and charging during charging The voltage is made greater than 2.25V and less than or equal to 3.5V, through a voltage application step of performing at least one charge / discharge cycle,
As the negative electrode, an electricity storage device in which lithium ions are previously stored by electrochemically reacting a negative electrode containing a carbonaceous material capable of inserting and extracting lithium ions with lithium metal. Note that in this power storage device, it is preferable to perform charging / discharging in the range of 5.0 V to 5.4 V as the maximum charging / discharging voltage.
2. The carbonaceous material of the “positive electrode including a carbonaceous material having a layered structure capable of adsorbing and desorbing anions” is graphite.
3. The carbonaceous material of the “negative electrode containing a carbonaceous material capable of inserting and extracting lithium ions” is graphite or non-graphitizable carbon.
4). The carbonaceous material in the “step of preparing a negative electrode by coating the surface of the electrode plate with a carbonaceous material having a mass 4 times or more the mass of the carbonaceous material of the positive electrode” is activated carbon.

本発明は、以上説示した各構成に限定されるものではなく、明細書に記載した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、本明細書中に記載された文献の全てが参考として援用される。以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。   The present invention is not limited to the configurations described above, and various modifications can be made within the scope described in the specification, and implementations obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. The form is also included in the technical scope of the present invention. Moreover, all the literatures described in this specification are used as reference. EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited only to this Example.

以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に限定されない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. The present invention is not limited to the following examples.

〔実施例1〕
図1は本発明の実施例に係る蓄電デバイスの基本セル10の構成を示す模式図である。図1において、1は分極性電極である正極(主成分:グラファイト)、2は正極集電体箔及び外部取り出し電極(アルミニウム箔)、3はセパレータ(セルロース)、4は炭素質電極である負極(主成分:グラファイト)、5は負極集電体箔及び外部取り出し電極(銅箔)、6はリチウム金属、7はリチウム金属電極引き出し電極(ニッケル)である。リチウム金属電極引き出し電極7にリチウム金属6が圧着され、負極4と直接接触しないようにリチウム極が配置されている。以下、正極1、負極4及びセル10の製作について説明する。
[Example 1]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a basic cell 10 of an electricity storage device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a positive electrode (main component: graphite) which is a polarizable electrode, 2 is a positive electrode current collector foil and external extraction electrode (aluminum foil), 3 is a separator (cellulose), and 4 is a negative electrode which is a carbonaceous electrode. (Main component: Graphite) 5 is a negative electrode current collector foil and an external extraction electrode (copper foil), 6 is a lithium metal, and 7 is a lithium metal electrode extraction electrode (nickel). A lithium metal 6 is pressure-bonded to the lithium metal electrode lead electrode 7 and a lithium electrode is disposed so as not to be in direct contact with the negative electrode 4. Hereinafter, production of the positive electrode 1, the negative electrode 4, and the cell 10 will be described.

<正極1の製作>
図2は本発明の実施例に係る蓄電デバイスに使用するための正極作製時のセルの構成を示す模式図である。図2において、11は分極性電極である正極(主成分:グラファイト)、12はアルミニウム箔からなる正極集電体箔及び外部取り出し電極、13はセパレータ(セルロース)、14は炭素電極である負極(主成分:活性炭)、15はアルミニウム箔からなる負極集電体箔及び外部取り出し電極である。また、電解液としては、TEMA・PF(トリエチルメチルアンモニウムヘキサフルオロホスフェート)/PC・EMC(プロピレンカーボネート/エチルメチルカーボネート)を用いた。
<Production of positive electrode 1>
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a cell when producing a positive electrode for use in an electricity storage device according to an example of the present invention. In FIG. 2, 11 is a positive electrode (main component: graphite) which is a polarizable electrode, 12 is a positive electrode current collector foil and an external extraction electrode made of aluminum foil, 13 is a separator (cellulose), 14 is a negative electrode which is a carbon electrode ( Main component: activated carbon), 15 is a negative electrode current collector foil made of aluminum foil and an external extraction electrode. Further, as the electrolytic solution, TEMA · PF 6 (triethylmethylammonium hexafluorophosphate) / PC · EMC (propylene carbonate / ethylmethyl carbonate) was used.

具体的には、ポリフッ化ビニルデンをN−メチル−2−ピロリドンに溶解し、活物質としてグラファイト(KS6:Timcal社性)を分散させ、この液をアルミ箔にドクターブレードで塗工し、乾燥させて正極11を製作した。塗工された電極の乾燥後の厚さは80μmであり、グラファイト:ポリフッ化ビニルデンの重量比は90:10である。   Specifically, polyvinylidene fluoride is dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone, graphite (KS6: Timcal) is dispersed as an active material, this solution is applied to an aluminum foil with a doctor blade and dried. Thus, the positive electrode 11 was manufactured. The thickness of the coated electrode after drying is 80 μm and the weight ratio of graphite: polyvinylidene fluoride is 90:10.

正極処理用負極14として、石油コークスを水蒸気賦活することによって得られた比表面積2000m/gの活性炭80重量%、導電性カーボンブラック10重量%、バインダとしてポリテトラフルオロエチレン10重量%を、エタノールを用いて混練して圧延し、シート状に成形した後、アルミニウム箔に導電性接着剤を用いて接着して構成された負極14を製作した。このときのアルミニウム箔の厚さを除いた正極シートの厚さは400μmである。このときの正極に対する負極の活物質質量比は10倍であった。 As the negative electrode 14 for positive electrode treatment, 80% by weight of activated carbon having a specific surface area of 2000 m 2 / g obtained by steam activation of petroleum coke, 10% by weight of conductive carbon black, 10% by weight of polytetrafluoroethylene as a binder, ethanol After being kneaded and rolled using, and formed into a sheet shape, a negative electrode 14 was manufactured by bonding to an aluminum foil using a conductive adhesive. The thickness of the positive electrode sheet excluding the thickness of the aluminum foil at this time is 400 μm. The active material mass ratio of the negative electrode to the positive electrode at this time was 10 times.

正極11及び負極14をセルロース系の多孔質セパレータ13を介して対向させ外部へ導出する取り出し電極部を備え、アルミラミネートフィルムで外装した(正極、負極それぞれに対して部材番号12,15の集電体箔及び外部取り出し電極)。120℃、8h真空乾燥後、電解液として0.7MのTEMA・PF/PC・EMC(1:2)混合溶媒溶液を含浸し、ラミネート外装を密封した。正負極に直流電源を接続し、0から3.5Vまで充電し、直ちに0Vに放電した。 A positive electrode 11 and a negative electrode 14 are arranged to face each other through a cellulose-based porous separator 13 and are provided with a take-out electrode portion that leads out to the outside, and is covered with an aluminum laminate film (collection of member numbers 12 and 15 for the positive electrode and the negative electrode, respectively) Body foil and external extraction electrode). After vacuum drying at 120 ° C. for 8 hours, a 0.7 M TEMA / PF 6 / PC / EMC (1: 2) mixed solvent solution was impregnated as an electrolyte, and the laminate exterior was sealed. A direct current power source was connected to the positive and negative electrodes, the battery was charged from 0 to 3.5V, and immediately discharged to 0V.

放電後、セルを解体し、正極のみを取り出た。これを正極1として用いる。   After the discharge, the cell was disassembled and only the positive electrode was taken out. This is used as the positive electrode 1.

<負極4の製作>
ポリフッ化ビニルデンをN−メチル−2−ピロリドンに溶解し、リチウムイオンを吸蔵、脱離しうる人造黒鉛(グラファイト)を分散させ、この液を銅箔にドクターブレードで塗工し、乾燥させて製作した。塗工された負極の乾燥後の厚さは130μmであり、人造黒鉛:ポリフッ化ビニルデンの重量比は90:10である。
<Production of negative electrode 4>
Manufactured by dissolving polyvinylidene fluoride in N-methyl-2-pyrrolidone, dispersing artificial graphite (graphite) capable of occluding and desorbing lithium ions, applying this solution to copper foil with a doctor blade and drying. . The thickness of the coated negative electrode after drying is 130 μm, and the weight ratio of artificial graphite: polyvinylidene fluoride is 90:10.

<蓄電デバイス(セル10)の製作>
先に製作した正極1と負極4をセルロース系の多孔質セパレータ3を介して対向させ外部へ導出する正極集電体箔及び外部取り出し電極2を備え、さらにリチウムイオンドープ用電極としてリチウム金属6をニッケルからなる集電体に圧着した電極を設置し外部に導出する電極(リチウム金属電極引き出し電極)7を備えてアルミラミネートフィルムで外装した。120℃、8h真空乾燥後、電解液として1.0M リチウムヘキサフルオロフォスフェート(LiPF)、エチレンカーボネート・ジメチルカーボネート(1:1)混合溶媒溶液を含浸し、ラミネート外装を密封し蓄電デバイスセルを作製した。
<Production of electricity storage device (cell 10)>
A positive electrode current collector foil and an external extraction electrode 2 are provided so that the positive electrode 1 and the negative electrode 4 manufactured previously face each other through a cellulose-based porous separator 3 and lead out to the outside. Further, lithium metal 6 is used as an electrode for lithium ion doping. An electrode (lithium metal electrode lead-out electrode) 7 that was placed on a current collector made of nickel and was crimped and led out to the outside was provided and covered with an aluminum laminate film. After vacuum drying at 120 ° C. for 8 hours, an electrolyte solution is impregnated with 1.0M lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and ethylene carbonate / dimethyl carbonate (1: 1) mixed solvent solution, the laminate exterior is sealed, and the electricity storage device cell is Produced.

このように作製したセル10の負極4とリチウム極を、外部回路を通して短絡させることで負極4に予めリチウムイオンを吸蔵させた。外部回路を用いて計測される負極に吸蔵されるリチウムイオン量が理論吸蔵量の70%になった時、吸蔵を終了した。   The negative electrode 4 and the lithium electrode of the cell 10 thus produced were short-circuited through an external circuit, so that the negative electrode 4 was previously occluded with lithium ions. When the amount of lithium ions occluded in the negative electrode measured using an external circuit reached 70% of the theoretical occlusion amount, occlusion was terminated.

〔比較例1〕
正極/負極ともに実施例1の正極処理用負極14と同一の活性炭電極を用い、電解液として1.6M トリエチルメチルアンモニウム・テトラフルオロボレート(TEMA・BF)のプロピレンカーボネート溶液を含浸し既知の方法で電気二重層キャパシタを製作した。
[Comparative Example 1]
A known method in which both the positive electrode and the negative electrode use the same activated carbon electrode as the negative electrode for positive electrode treatment 14 of Example 1 and impregnate a 1.6 M triethylmethylammonium tetrafluoroborate (TEMA.BF 4 ) propylene carbonate solution as an electrolyte. An electric double layer capacitor was manufactured at

〔比較例2〕
正極として、実施例1の正極処理用負極14と同一の活性炭電極を用い、負極として、実施例1の負極4と同一のグラファイト電極を用い、電解液として1.0M リチウムヘキサフルオロフォスフェート(LiPF)、エチレンカーボネート・ジメチルカーボネート(1:1)溶液を含浸し、後は実施例1と同様に、負極に予めリチウムイオンを吸蔵させてリチウムイオンキャパシタを製作した。
[Comparative Example 2]
The same activated carbon electrode as the negative electrode for positive electrode treatment 14 of Example 1 was used as the positive electrode, the same graphite electrode as that of the negative electrode 4 of Example 1 was used as the negative electrode, and 1.0 M lithium hexafluorophosphate (LiPF) was used as the electrolyte. 6 ) Impregnated with an ethylene carbonate / dimethyl carbonate (1: 1) solution, and thereafter, in the same manner as in Example 1, lithium ions were previously stored in the negative electrode to produce a lithium ion capacitor.

<結果>
実施例1及び比較例1,2の各蓄電デバイスにおいて、放電電流密度を変化させながら充放電を繰り返し行い、その際の放電電流密度と放電容量の関係を取得した。その結果を図3に示す。実施例1の蓄電デバイスについては3V〜5.3V、比較例1の蓄電デバイスについては0V〜2.7V、比較例2の蓄電デバイスについては2.8V〜4.0Vの電圧範囲で充放電を行った。いずれのケースにおいても、この電圧範囲を超えて充放電を繰り返した場合には、充放電の繰り返しに伴い著しく性能が低下することを確認した。
<Result>
In each of the electricity storage devices of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, charging and discharging were repeated while changing the discharge current density, and the relationship between the discharge current density and the discharge capacity at that time was obtained. The result is shown in FIG. Charge / discharge is performed in the voltage range of 3V to 5.3V for the electricity storage device of Example 1, 0V to 2.7V for the electricity storage device of Comparative Example 1, and 2.8V to 4.0V for the electricity storage device of Comparative Example 2. went. In any case, when charging / discharging was repeated beyond this voltage range, it was confirmed that the performance was remarkably lowered with repeated charging / discharging.

また、その特性から求めた実施例1の蓄電デバイスの容量密度(エネルギー密度)と出力密度を、既知の一般的な蓄電デバイスの特性と比較した。   Further, the capacity density (energy density) and output density of the electricity storage device of Example 1 obtained from the characteristics were compared with the characteristics of known general electricity storage devices.

Figure 0005578532
Figure 0005578532

表1に示すように、実施例1の蓄電デバイスの容量密度(エネルギー密度)及び/又は出力密度は、既知の蓄電デバイスに比べて優れることがわかる。   As shown in Table 1, it can be seen that the capacity density (energy density) and / or output density of the electricity storage device of Example 1 is superior to known electricity storage devices.

〔実施例2〕
正極の製作時における充放電処理時の負極のアルミニウム箔の厚さを除いた負極シートの厚さを240μmとし、正極に対する負極の活物質質量比を6倍とし、さらにラミネート外装を密封したラミネートセルを10mm厚のステンレス板で挟み、100N/cmの圧力をかけた状態で、正負極に直流電源を接続し、0から3.5Vまで充電し、直ちに0Vに放電した以外は、実施例1と同様に蓄電デバイスを作製した。
[Example 2]
A laminate cell in which the thickness of the negative electrode sheet excluding the thickness of the aluminum foil of the negative electrode during charge / discharge treatment during the production of the positive electrode is 240 μm, the active material mass ratio of the negative electrode to the positive electrode is 6 times, and the laminate sheath is sealed Example 1 except that a DC power source was connected to the positive and negative electrodes, charged from 0 to 3.5 V, and immediately discharged to 0 V with a pressure of 100 N / cm 2 being sandwiched between 10 mm thick stainless steel plates. A power storage device was produced in the same manner as described above.

〔実施例3〕
正極の製作時における充放電処理時の負極のアルミニウム箔の厚さを除いた負極シートの厚さを400μmとし、正極に対する負極の活物質質量比を10倍とした以外は、実施例2と同様に蓄電デバイスを作製した。
Example 3
Except for the thickness of the negative electrode sheet excluding the thickness of the aluminum foil of the negative electrode during the charge / discharge treatment during the production of the positive electrode, the thickness was 400 μm, and the active material mass ratio of the negative electrode to the positive electrode was 10 times. An electricity storage device was fabricated.

〔実施例4〕
正極の製作時における充放電処理時の負極のアルミニウム箔の厚さを除いた負極シートの厚さを700μmとし、正極に対する負極の活物質質量比を18倍とした以外は、実施例2と同様に蓄電デバイスを作製した。
Example 4
The same as in Example 2 except that the thickness of the negative electrode sheet excluding the thickness of the aluminum foil of the negative electrode during charge / discharge treatment during the production of the positive electrode was 700 μm and the active material mass ratio of the negative electrode to the positive electrode was 18 times. An electricity storage device was fabricated.

〔実施例5〕
正極の作製時における充放電処理時の負極のアルミニウム箔の厚さを除いた負極シートの厚さを160μmとし、正極に対する負極の活物質質量比を4倍とした以外は、実施例2と同様に蓄電デバイスを作製した。
Example 5
The same as in Example 2 except that the thickness of the negative electrode sheet excluding the thickness of the negative electrode aluminum foil during the charge / discharge treatment during the production of the positive electrode was 160 μm and the active material mass ratio of the negative electrode to the positive electrode was 4 times. An electricity storage device was fabricated.

〔比較例3〕
正極の製作時における充放電処理時の負極のアルミニウム箔の厚さを除いた負極シートの厚さを1000μmとし、正極に対する負極の活物質質量比を25倍とした以外は、実施例2と同様に蓄電デバイスを作製した。
[Comparative Example 3]
Except for the thickness of the negative electrode sheet excluding the thickness of the aluminum foil of the negative electrode during the charge / discharge treatment during the production of the positive electrode, the thickness is 1000 μm, and the active material mass ratio of the negative electrode to the positive electrode is 25 times. An electricity storage device was fabricated.

〔比較例4〕
正極の製造時における充放電処理時の負極のアルミニウム箔の厚さを除いた負極シートの厚さを80μmとし、正極に対する負極の活物質質量比を2倍とした以外は、実施例2と同様に蓄電デバイスを作製した。
[Comparative Example 4]
Same as Example 2 except that the thickness of the negative electrode sheet excluding the thickness of the aluminum foil of the negative electrode during the charge / discharge treatment during the production of the positive electrode was 80 μm and the active material mass ratio of the negative electrode to the positive electrode was doubled. An electricity storage device was fabricated.

実施例2〜5及び比較例3,4の各蓄電デバイスにおいて、正極処理時(正極製作時)の充電容量、放電容量、及び最終の蓄電デバイスの放電容量を測定し、表2並びに図4に示した。また、実施例2〜4及び比較例3の蓄電デバイスについて、充放電を繰り返した際の容量維持率を、図5に示した。   In each of the electricity storage devices of Examples 2 to 5 and Comparative Examples 3 and 4, the charge capacity at the time of positive electrode treatment (at the time of positive electrode manufacture), the discharge capacity, and the discharge capacity of the final electricity storage device were measured. Table 2 and FIG. Indicated. Moreover, about the electrical storage device of Examples 2-4 and Comparative Example 3, the capacity | capacitance maintenance factor at the time of repeating charging / discharging was shown in FIG.

Figure 0005578532
Figure 0005578532

表2及び図4に示すように、実施例2〜5では、正極処理時の充電容量・放電容量、及び最終の蓄電デバイスの放電容量がいずれも高い。また、図5に示すように、実施例2〜5では、繰り返し充放電を行った場合の容量維持率も良好であった。一方、比較例3では、正極処理時の充電容量・放電容量、及び最終の蓄電デバイスの放電容量がいずれも高いが、図5に示すように、繰り返し充放電を行った場合の容量維持率が低い。また、比較例4では、正極処理時の充電容量・放電容量、及び最終の蓄電デバイスの放電容量がいずれも低かった。   As shown in Table 2 and FIG. 4, in Examples 2 to 5, the charge capacity / discharge capacity during the positive electrode treatment and the discharge capacity of the final power storage device are both high. Moreover, as shown in FIG. 5, in Examples 2-5, the capacity | capacitance maintenance factor at the time of repeating charging / discharging was also favorable. On the other hand, in Comparative Example 3, the charge capacity / discharge capacity at the time of the positive electrode treatment and the discharge capacity of the final power storage device are both high, but as shown in FIG. Low. In Comparative Example 4, both the charge capacity / discharge capacity during the positive electrode treatment and the discharge capacity of the final power storage device were low.

〔実施例6〕
正極の製作時の充放電処理時に用いる電解液として、1.6Mトリエチルメチルアンモニウム・テトラフルオロボレート(TEMA・BF)のプロピレンカーボネート(PC)溶液を使用した以外は、実施例1と同様に蓄電デバイスを作製した。
Example 6
As in Example 1 except that a propylene carbonate (PC) solution of 1.6M triethylmethylammonium tetrafluoroborate (TEMA · BF 4 ) was used as the electrolyte used during the charge / discharge treatment during the production of the positive electrode. A device was fabricated.

実施例6と、比較のために実施例1の各蓄電デバイスにおいて、正極処理時の放電容量、最終の蓄電デバイスの放電容量、及び200サイクルの充放電を繰り返した後の容量を測定し、表3に示した。   For each storage device of Example 1 for comparison with Example 6, the discharge capacity at the time of positive electrode treatment, the discharge capacity of the final storage device, and the capacity after repeating 200 cycles of charge / discharge were measured, It was shown in 3.

Figure 0005578532
Figure 0005578532

表3に示すように、正極の製作時の充放電処理時に用いる電解液として、TEMA・BFを使用した場合、200サイクルの充放電を繰り返した後の放電容量が、概ね10%程度、向上することがわかった。 As shown in Table 3, when TEMA · BF 4 is used as the electrolyte used during the charge / discharge treatment during the production of the positive electrode, the discharge capacity after repeating 200 cycles of charge / discharge is improved by about 10%. I found out that

〔実施例7〕
正極の製作時の充放電処理時に用いる電解液として、0.7M TEMA・BFのプロピレンカーボネート(PC):エチルメチルカーボネート(EMC)(1:1)混合溶媒溶液を使用した以外は、実施例1と同様に蓄電デバイスを作製した。
Example 7
Except that a mixed solvent solution of 0.7M TEMA · BF 4 in propylene carbonate (PC): ethyl methyl carbonate (EMC) (1: 1) was used as an electrolyte used in the charge / discharge treatment during the production of the positive electrode. An electricity storage device was produced in the same manner as in Example 1.

〔実施例8〕
正極の製作時の充放電処理時に用いる電解液として、0.7M TEMA・BFのプロピレンカーボネート(PC):ジエチルカーボネート(DEC)(1:1)混合溶媒溶液を用いた以外は、実施例1と同様に蓄電デバイスを作製した。
Example 8
Example 1 except that a mixed solvent solution of 0.7 M TEMA · BF 4 in propylene carbonate (PC): diethyl carbonate (DEC) (1: 1) was used as the electrolyte used during the charge / discharge treatment during the production of the positive electrode. A power storage device was produced in the same manner as described above.

〔実施例9〕
正極の製造時の充放電処理時に用いる電解液として、0.7M TEMA・BFのプロピレンカーボネート(PC):ジメチルカーボネート(DMC)(1:1)混合溶媒溶液を用いた以外は、実施例1と同様に蓄電デバイスを作製した。
Example 9
Example 1 except that a mixed solvent solution of propylene carbonate (PC): dimethyl carbonate (DMC) (1: 1) of 0.7 M TEMA · BF 4 was used as the electrolyte used during the charge / discharge treatment during the production of the positive electrode. A power storage device was produced in the same manner as described above.

実施例7〜9と、比較のために実施例6の各蓄電デバイスにおいて、正極処理時の放電容量、及び最終のデバイスの放電容量を測定し、表4に示した。   For each of the electricity storage devices of Examples 7 to 9 and Example 6 for comparison, the discharge capacity during positive electrode treatment and the discharge capacity of the final device were measured and are shown in Table 4.

Figure 0005578532
Figure 0005578532

表4に示すように、(i)環状カーボネートであるPCと、(ii)鎖状カーボネートであるEMC,DEC,又はDMCと、を併用した場合、環状カーボネートのみを使用する場合に比べて、放電容量が優れることがわかった。   As shown in Table 4, when (i) PC which is a cyclic carbonate and (ii) EMC, DEC or DMC which is a chain carbonate are used in combination, compared with the case where only the cyclic carbonate is used, the discharge It was found that the capacity was excellent.

〔実施例10〕
正極の製造時の充放電処理時に用いる電解液として、含フッ素有機溶媒系電解液(電解液としては、4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オンと1,1,2,2−テトラフルオロエチル−2,2,3,3−テトラフルオロプロピルエーテルとの混合溶媒に1.5M TEMA・BFを溶解させたものを用いた。)を用いた以外は、実施例1と同様に蓄電デバイスを作製した。
Example 10
As an electrolytic solution used at the time of charge / discharge treatment at the time of manufacturing the positive electrode, a fluorine-containing organic solvent-based electrolytic solution (for the electrolytic solution, 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one and 1,1,2,2 are used. -. except for using that was used by dissolving 1.5M TEMA · BF 4 in a mixed solvent of tetrafluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether), as in example 1 An electricity storage device was fabricated.

実施例10と、比較のために実施例1の各蓄電デバイスにおいて、正極処理時の放電容量、及び最終の蓄電デバイスの放電容量を測定し、表5に示した。   For comparison with Example 10 and each power storage device of Example 1, the discharge capacity during positive electrode treatment and the discharge capacity of the final power storage device were measured and are shown in Table 5.

Figure 0005578532
Figure 0005578532

表5に示すように、正極の製造時の充放電処理時に用いる電解液として、含フッ素有機溶媒を使用した場合は、放電容量が高まることがわかった。   As shown in Table 5, it was found that when a fluorine-containing organic solvent was used as the electrolytic solution used during the charge / discharge treatment during the production of the positive electrode, the discharge capacity was increased.

〔実施例11〕
正極の製造時の原料となる炭素質材料として、グラファイト(KS6:Timcal社製)を用いた。この原料のアルゴンレーザー(光源波長514.5nm)ラマンスペクトルによる1580cm−1のピーク強度に対する1360cm−1のピーク強度の比は0.19であり、1580cm−1の半値幅は19cm−1であった。この原料を用いて、実施例1と同様に、正極を製作した。放電後、セルを解体し、正極のみを取り出した。この電極のアルゴンレーザー(光源波長514.5nm)ラマンスペクトルによる1580cm−1のピーク強度に対する1360cm−1のピーク強度の比は0.33であり、1580cm−1の半値幅が20cm−1であった。
Example 11
Graphite (KS6: manufactured by Timcal) was used as a carbonaceous material used as a raw material when manufacturing the positive electrode. The ratio of the peak intensity of 1360 cm -1 to the peak intensity of the raw argon laser 1580cm by (light source wavelength 514.5 nm) Raman spectrum -1 is 0.19, the half width of 1580cm -1 was 19cm -1 . Using this raw material, a positive electrode was produced in the same manner as in Example 1. After discharging, the cell was disassembled and only the positive electrode was taken out. The ratio of the peak intensity of 1360 cm -1 by an argon laser (light source wavelength 514.5 nm) Raman spectrum of the electrode to the peak intensity of 1580 cm -1 is 0.33, the half width of 1580 cm -1 was 20 cm -1 .

〔比較例5〕
正極の製造時の原料となる炭素質材料として、グラファイト(KS6:Timcal社製)を用いた。この材料のアルゴンレーザー(光源波長514.5nm)ラマンスペクトルによる1580cm−1のピーク強度に対する1360cm−1のピーク強度の比は0.19であり、1580cm−1の半値幅は19cm−1であった。この材料を用いて同様に電極を作製し、実施例1にある正極の形成工程を経ずにそのまま用いて、蓄電デバイスを製作した。
[Comparative Example 5]
Graphite (KS6: manufactured by Timcal) was used as a carbonaceous material used as a raw material when manufacturing the positive electrode. The ratio of the peak intensity of 1360 cm -1 by an argon laser (light source wavelength 514.5 nm) Raman spectrum of this material to the peak intensity of 1580 cm -1 is 0.19, the half width of 1580 cm -1 was 19cm -1 . An electrode was produced in the same manner using this material, and an electricity storage device was produced using it as it was without passing through the positive electrode formation step in Example 1.

実施例11及び比較例5の蓄電デバイスの容量密度を表6に示す。   Table 6 shows the capacity densities of the electricity storage devices of Example 11 and Comparative Example 5.

Figure 0005578532
Figure 0005578532

表6に示すように、ラマンスペクトルによる1580cm−1のピーク強度に対する1360cm−1のピーク強度比と半値幅とが所定の範囲内である場合、放電容量が高まることがわかった。 As shown in Table 6, when the peak intensity ratio and the half width of 1360 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 by Raman spectra is within a predetermined range, it was found that the discharge capacity is increased.

本発明は、携帯電話やノートパソコン等の各種携帯機器のほか、ハイブリッド車や電気自動車等の自動車用蓄電池、太陽電池・風力発電等の新エネルギーシステムと組み合わせた電力貯蔵用蓄電池等の種々の分野に広く利用することができる。   The present invention relates to various fields such as various mobile devices such as mobile phones and notebook computers, storage batteries for automobiles such as hybrid cars and electric cars, and storage batteries for power storage combined with new energy systems such as solar batteries and wind power generation. Can be widely used.

1 正極
2 正極集電体箔及び外部取り出し電極
3 セパレータ
4 負極
5 負極集電体箔及び外部取り出し電極
6 リチウム金属
7 リチウム金属電極引き出し電極
10 蓄電デバイス
11 正極
12 正極集電体箔及び外部取り出し電極
13 セパレータ
14 負極
15 負極集電体箔及び外部取り出し電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode 2 Positive electrode collector foil and external extraction electrode 3 Separator 4 Negative electrode 5 Negative electrode collector foil and external extraction electrode 6 Lithium metal 7 Lithium metal electrode extraction electrode 10 Power storage device 11 Positive electrode 12 Positive electrode collector foil and external extraction electrode 13 Separator 14 Negative Electrode 15 Negative Electrode Current Foil and External Extraction Electrode

Claims (6)

アニオンを吸着、脱離しうる層状構造を有する炭素質材料を含む正極と、リチウムイオンを吸蔵、脱離しうる炭素質材料を含む負極と、リチウム塩を含む有機電解液と、を有する蓄電デバイスであって、
前記正極が含む炭素質材料は、層状構造を有する炭素質材料であって、以下の(i)又は(ii)であり:
(i)(002)面に非晶質部が複数個分散しており、前記非晶質部の平均面積が1.5nm以上である炭素質材料、又は
(ii)(002)面に非晶質部が複数個分散しており、前記(002)面内における前記非晶質部の総面積の、(002)面内における前記非晶質部及び結晶質部の面積の合計に対する割合が、30%以上である炭素質材料、
前記負極が含む炭素質材料は、グラファイト又は難黒鉛性カーボンであり、かつ、予めリチウムイオンが吸蔵されているものであることを特徴とする蓄電デバイス。
An electricity storage device having a positive electrode including a carbonaceous material having a layered structure capable of adsorbing and desorbing anions, a negative electrode including a carbonaceous material capable of absorbing and desorbing lithium ions, and an organic electrolyte containing a lithium salt. And
The carbonaceous material included in the positive electrode is a carbonaceous material having a layered structure, and is the following (i) or (ii):
(I) a carbonaceous material in which a plurality of amorphous portions are dispersed in the (002) plane and the average area of the amorphous portions is 1.5 nm 2 or more; or (ii) a non-crystalline portion in the (002) plane. A plurality of crystalline parts are dispersed, and the ratio of the total area of the amorphous part in the (002) plane to the total area of the amorphous part and the crystalline part in the (002) plane is , 30% or more carbonaceous material,
The carbonaceous material included in the negative electrode is graphite or non-graphitizable carbon and has lithium ions occluded in advance.
前記正極が含む炭素質材料は、以下の工程(a)〜(d)を含む製法により得られる、正極から取り出された炭素質材料であることを特徴とする請求項1に記載の蓄電デバイス:
(a)層状構造を有する炭素質材料を電極板表面に被覆して正極を準備する工程と、
(b)前記正極の前記炭素質材料の質量に対して4倍以上の質量の炭素質材料を電極板表面に被覆して負極を準備する工程と、
(c)前記正極の前記炭素質材料の層間にインターカレーション可能なアニオンを含む非水電解液中に前記正極及び負極を対向させる工程と、
(d)充電時の充電電圧を2.25Vより大きく3.5V以下として、少なくとも1回の充放電サイクルを行わせる電圧印加工程。
The electrical storage device according to claim 1, wherein the carbonaceous material included in the positive electrode is a carbonaceous material extracted from the positive electrode obtained by a manufacturing method including the following steps (a) to (d):
(A) coating the surface of the electrode plate with a carbonaceous material having a layered structure to prepare a positive electrode;
(B) a step of preparing a negative electrode by coating the surface of the electrode plate with a carbonaceous material having a mass four times or more the mass of the carbonaceous material of the positive electrode;
(C) making the positive electrode and the negative electrode face each other in a nonaqueous electrolytic solution containing an anion capable of intercalation between the layers of the carbonaceous material of the positive electrode;
(D) The voltage application process which makes charging voltage at the time of charge larger than 2.25V and 3.5V or less and performs at least one charging / discharging cycle.
前記負極が含む炭素質材料は、負極とリチウム金属とを電気化学的に反応させて得られるものであることを特徴とする請求項1又は2に記載の蓄電デバイス。   The power storage device according to claim 1 or 2, wherein the carbonaceous material included in the negative electrode is obtained by electrochemically reacting the negative electrode and lithium metal. 前記正極が含む炭素質材料が、グラファイトであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。   The electric storage device according to claim 1, wherein the carbonaceous material included in the positive electrode is graphite. 前記(a)工程における正極の炭素質材料はグラファイトであり、前記(b)工程における負極の炭素質材料は活性炭であることを特徴とする請求項2に記載の蓄電デバイス。   The electrical storage device according to claim 2, wherein the carbonaceous material of the positive electrode in the step (a) is graphite, and the carbonaceous material of the negative electrode in the step (b) is activated carbon. 前記(b)工程において、前記正極の前記炭素質材料の質量に対して6倍以上18倍以下の質量の炭素質材料を電極板表面に被覆して負極を準備することを特徴とする請求項2に記載の蓄電デバイス。   In the step (b), a negative electrode is prepared by coating a surface of an electrode plate with a carbonaceous material having a mass of 6 to 18 times the mass of the carbonaceous material of the positive electrode. 3. The electricity storage device according to 2.
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