JP6284198B2 - Method for manufacturing power storage device - Google Patents
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Description
本発明は、蓄電デバイスの製造方法に関し、特に、製造工程が簡略化された低コストでかつ長期安定性に優れた蓄電デバイスを製造する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing an electricity storage device, and more particularly, to a method for manufacturing an electricity storage device that has a simplified manufacturing process and has low cost and excellent long-term stability.
従来、ノート型パソコンや携帯電話等の各種携帯機器を始めとする電池を用いた一般電気機器の小型化・軽量化のために、小型電池の開発が行われている。各種携帯機器等の一般電気機器の小型化・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(高容量化)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自動車用の蓄電装置として、或いは、太陽電池や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、大型電池の開発も進んでいる。このような大型電池には、更なる高エネルギー密度や高出力密度が要求されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, small batteries have been developed in order to reduce the size and weight of general electric devices using batteries such as notebook computers and mobile phones. In order to reduce the size and weight of general electric devices such as various portable devices, it is essential that the energy density of the battery as a power source is high (high capacity). In addition to small batteries, large batteries can also be developed as power storage devices for automobiles installed in electric vehicles and hybrid vehicles, or as storage batteries for power storage combined with new energy systems such as solar cells and wind power generation. Progressing. Such a large battery is required to have higher energy density and higher 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蓄電装置の研究開発が活発に行われている。具体的には、例えば、特許文献1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1.5nm2以上である炭素質材料が記載されている。そして、特許文献1には、この炭素質材料を蓄電装置の正極(負極はグラファイト)に使用した場合に、当該蓄電装置の高容量化を実現することができる旨が開示されている。Research and development of power storage devices such as lithium ion secondary batteries and electric double layer capacitors have been actively conducted to meet the above requirements. Specifically, for example, Patent Document 1 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. Carbonaceous materials that are greater than or equal to 5 nm 2 are described. Patent Document 1 discloses that, when this carbonaceous material is used for a positive electrode of a power storage device (a negative electrode is graphite), the capacity of the power storage device can be increased.
また、特許文献2には、主としてアニオンが挿入・脱離される炭素質材料を含む正極と、金属リチウムまたはリチウムイオンを挿入、脱離可能な炭素質材料を含む負極と、非水溶媒にリチウム塩を溶解してなる非水電解液とから少なくとも構成される非水電解液二次電池に、金属リチウムを参照電極として正極の充電終止電圧を表した場合に、5.3〜5.6Vと表される電圧まで充電する非水電解液二次電池の充電方法が記載されている。そして、特許文献2には、当該非水電解液二次電池の高容量化を実現することができる旨が開示されている。 Patent Document 2 discloses a positive electrode mainly including a carbonaceous material into which anions are inserted / desorbed, a negative electrode including a carbonaceous material into which metallic lithium or lithium ions can be inserted / extracted, and a lithium salt in a non-aqueous solvent. When a non-aqueous electrolyte secondary battery composed of at least a non-aqueous electrolyte formed by dissolving lithium is represented by 5.3 to 5.6 V when the end-of-charge voltage of the positive electrode is expressed using metallic lithium as a reference electrode Describes a method for charging a non-aqueous electrolyte secondary battery that is charged to a predetermined voltage. Patent Document 2 discloses that the capacity of the non-aqueous electrolyte secondary battery can be increased.
しかしながら、前記特許文献1に記載の蓄電装置を製造するには、先ず、正極を作製するために電極作成用のセルを別個に組み立て、例えば2.25〜3.5Vで少なくとも一回充放電する事前処理(充放電)を行って正極を作製した後、セルを解体して正極を取り出し、得られた正極、および負極を用いて蓄電装置用のセルを組み立てる必要がある。同様に、特許文献2に記載の非水電解液二次電池(蓄電装置)を製造するには、先ず、正極を作製するために電極作成用のセルを別個に組み立て、例えば5.3〜5.6V(金属リチウム基準)で少なくとも一回充放電する事前処理を行って正極を作製した後、セルを解体して正極を取り出し、得られた正極、および負極を用いて非水電解液二次電池用のセルを組み立てる必要がある。さらに、前記両製造方法では、負極についても、電極作成用のセルを別個に組み立て、予めリチウムイオンを吸蔵させる事前処理(リチウムのプレドープ)を行って負極を作製した後、セルを解体して負極を取り出す必要がある。 However, in order to manufacture the power storage device described in Patent Document 1, first, in order to produce a positive electrode, a cell for electrode production is separately assembled, for example, charged and discharged at least once at 2.25 to 3.5 V. After the pretreatment (charge / discharge) is performed to produce the positive electrode, it is necessary to disassemble the cell, take out the positive electrode, and assemble a cell for a power storage device using the obtained positive electrode and negative electrode. Similarly, in order to manufacture the nonaqueous electrolyte secondary battery (power storage device) described in Patent Document 2, first, a cell for electrode preparation is separately assembled in order to manufacture a positive electrode, for example, 5.3 to 5 A positive electrode was prepared by performing a pre-treatment of charging and discharging at least once at 6 V (based on metallic lithium), then the cell was disassembled and the positive electrode was taken out, and the non-aqueous electrolyte secondary solution was obtained using the obtained positive electrode and negative electrode. It is necessary to assemble a battery cell. Further, in both of the above production methods, the negative electrode is also assembled by separately assembling the cell for electrode preparation, preliminarily preliminarily storing lithium ions (lithium pre-doping), and then disassembling the cell to prepare the negative electrode Need to take out.
つまり、従来の蓄電装置の製造方法においては、当該蓄電装置用のセルを組み立てる前に、正極および負極を作製するために、電極作成用のセルをそれぞれ別個に組み立てて事前処理を行い、セルを解体してこれら正極および負極を取り出す作業が必要であるので、製造工程が煩雑であり、生産性に劣るという課題を有している。また、蓄電装置を各種携帯機器等の一般電気機器、或いは電気自動車やハイブリッド自動車の電源として普及させるために、更には電池の市場が大幅に拡大すると予想されている点から、コストの低減化を図ることが重要であるものの、従来の蓄電装置は製造工程が煩雑であるので低コスト化することが難しいという課題も有している。それゆえ、製造工程が簡略化された低コストの蓄電装置、即ち、蓄電デバイスを製造する方法が切望されている。 In other words, in the conventional method for manufacturing a power storage device, before assembling the cell for the power storage device, in order to produce the positive electrode and the negative electrode, the cells for electrode preparation are separately assembled and pre-processed. Since it is necessary to disassemble and take out the positive electrode and the negative electrode, the manufacturing process is complicated and the productivity is poor. In addition, in order to popularize power storage devices as power sources for general electric devices such as various portable devices, or electric vehicles and hybrid vehicles, the battery market is expected to greatly expand. Although it is important to plan, the conventional power storage device has a problem that it is difficult to reduce the cost because the manufacturing process is complicated. Therefore, a low-cost power storage device with a simplified manufacturing process, that is, a method for manufacturing a power storage device is desired.
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、製造工程が簡略化された低コストの蓄電デバイスの製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and a main object thereof is to provide a method for manufacturing a low-cost power storage device with a simplified manufacturing process.
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、蓄電デバイスの製造方法において、蓄電デバイス用セル内に、セパレータを介して正極および負極を積層してなる積層体とリチウムイオン供給源とを配置すると共に、非水電解液を注入する蓄電デバイス用セル作製工程を行うことにより、当該蓄電デバイス用セルを作製した後に、正極とリチウムイオン供給源との間で充放電を行う充放電工程と、負極とリチウムイオン供給源との間で電気化学的接触を行い、負極にリチウムイオンを吸蔵させる吸蔵工程とを行うことができること、つまり、蓄電デバイス用セルを作製した後に、正極および負極の処理(充放電)を行うことができることを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive investigations to achieve the above object, the inventors of the present invention have found that in a method for manufacturing an electricity storage device, a laminate formed by laminating a positive electrode and a negative electrode through a separator in a cell for an electricity storage device, and lithium An ion storage source is placed and a storage device cell manufacturing step for injecting a non-aqueous electrolyte is performed to manufacture the storage device cell, and then charge and discharge between the positive electrode and the lithium ion supply source. It is possible to perform a charging / discharging process, an electrochemical contact between the negative electrode and the lithium ion supply source, and an occlusion process for occluding lithium ions in the negative electrode, that is, after producing a cell for an electricity storage device, The present inventors have found that the treatment (charging / discharging) of the positive electrode and the negative electrode can be performed, and have completed the present invention.
即ち、本発明に係る蓄電デバイスの製造方法は、貫通孔を有する正極集電体上に形成された、アニオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する炭素質材料を正極活物質として含む正極と、貫通孔を有する負極集電体上に形成された、リチウムイオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する、炭素質材料、リチウムを吸蔵する金属材料および合金材料からなる群から選ばれる一種以上の材料を負極活物質として含む負極と、リチウム塩を含む非水電解液と、を有する蓄電デバイスの製造方法であって、蓄電デバイス用セル内に、セパレータを介して前記正極および負極を積層してなる積層体とリチウムイオン供給源とを配置すると共に、前記非水電解液を注入する蓄電デバイス用セル作製工程と、正極とリチウムイオン供給源との間で充放電を行う充放電工程と、負極とリチウムイオン供給源との間で電気化学的接触を行い、負極にリチウムイオンを吸蔵させる吸蔵工程と、を含むことを特徴としている。 That is, the method for manufacturing an electricity storage device according to the present invention includes a positive electrode containing a carbonaceous material having a layered structure capable of inserting and releasing anions formed on a positive electrode current collector having a through hole as a positive electrode active material, One or more materials selected from the group consisting of a carbonaceous material, a metal material that occludes lithium, and an alloy material, which are formed on a negative electrode current collector having a through hole and have a layered structure capable of inserting and extracting lithium ions A negative electrode containing a negative electrode active material and a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, wherein the positive electrode and the negative electrode are laminated via a separator in a cell for an electric storage device The laminated body and the lithium ion supply source are disposed, and the cell manufacturing process for the electricity storage device in which the non-aqueous electrolyte is injected, and charging and discharging are performed between the positive electrode and the lithium ion supply source. A discharge step, performed electrochemical contact between the negative electrode and the lithium ion source is characterized by comprising a storage step of occluding lithium ions in the negative electrode, the.
本発明に係る蓄電デバイスの製造方法によれば、蓄電デバイス用セルを作製した後に、充放電工程と吸蔵工程とを行うことができる。つまり、蓄電デバイス用セルを作製した後に、正極および負極の処理(充放電)を行うことができる。それゆえ、電極作成用のセルをそれぞれ別個に組み立て、事前処理(充放電)を行って正極および負極を作製している従来の蓄電デバイスの製造方法と比べて、製造工程を簡略化することができる。また、電極作成用のセルを別個に組み立てる必要が無いので、この作業等に掛かるコストを削減することができる。従って、本発明に係る蓄電デバイスの製造方法によれば、製造工程が簡略化された低コストで(生産性に優れ)かつ長期安定性に優れた蓄電デバイスを製造することができるという効果を奏する。 According to the method for manufacturing an electricity storage device according to the present invention, the charge / discharge step and the occlusion step can be performed after producing the cell for the electricity storage device. That is, after the storage device cell is manufactured, the positive electrode and the negative electrode can be processed (charge / discharge). Therefore, it is possible to simplify the manufacturing process as compared with the conventional method for manufacturing an electricity storage device in which cells for electrode preparation are separately assembled and pre-processed (charge / discharge) to produce a positive electrode and a negative electrode. it can. Moreover, since it is not necessary to assemble the cell for electrode preparation separately, the cost concerning this operation | work etc. can be reduced. Therefore, according to the method for manufacturing an electricity storage device according to the present invention, it is possible to produce an electricity storage device with a simplified manufacturing process at low cost (excellent productivity) and excellent long-term stability. .
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およ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。尚、本明細書においては特記しない限り、数値範囲を表す「A〜B」は、「A以上、B以下」を意味する。 An embodiment of the present invention will be described in detail below. All of the academic and patent literature described in this specification are hereby incorporated by reference. In the present specification, unless otherwise specified, “A to B” representing a numerical range means “A or more and B or less”.
<A.蓄電デバイス>
本発明に係る蓄電デバイスは、貫通孔を有する正極集電体上に形成された、アニオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する炭素質材料を正極活物質として含む正極と、貫通孔を有する負極集電体上に形成された、リチウムイオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する、炭素質材料、リチウムを吸蔵する金属材料および合金材料からなる群から選ばれる一種以上の材料を負極活物質として含む負極と、リチウム塩を含む非水電解液と、を有する蓄電デバイスである。当該蓄電デバイスは、正極および負極を隔てるセパレータや、電極部、外装部材等をさらに有している。以下、これら各種構成要件について説明する。<A. Power storage device>
An electricity storage device according to the present invention includes a positive electrode containing a carbonaceous material having a layered structure capable of inserting and releasing anions formed on a positive electrode current collector having a through hole as a positive electrode active material, and a negative electrode having a through hole One or more materials selected from the group consisting of a carbonaceous material, a metal material that occludes lithium, and an alloy material having a layered structure capable of inserting and releasing lithium ions formed on a current collector are used as a negative electrode active material It is an electrical storage device which has the negative electrode containing and the non-aqueous electrolyte containing lithium salt. The power storage device further includes a separator that separates the positive electrode and the negative electrode, an electrode portion, an exterior member, and the like. Hereinafter, these various components will be described.
<1.正極>
<1−1.正極が含む炭素質材料>
前記正極が含む正極活物質としての炭素質材料は、アニオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する炭素質材料であって、下記(i),(ii)の何れかを満足する炭素質材料が好ましい。
(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1.5nm2以上である炭素質材料、または、
(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およ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。<1. Positive electrode>
<1-1. Carbonaceous material contained in positive electrode>
The carbonaceous material as a positive electrode active material included in the positive electrode is a carbonaceous material having a layered structure capable of inserting and releasing anions, and a carbonaceous material satisfying any of the following (i) and (ii): preferable.
(i) A carbonaceous material 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, or
(ii) A plurality of amorphous portions are dispersed in the (002) plane, and the total area of the amorphous portions in the (002) plane is the amorphous portion and crystal in the (002) plane. The carbonaceous material whose ratio with respect to the sum total of the area of a mass part is 30% or more.
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、アニオンの挿入、脱離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。従って、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かつ容易に挿入、脱離するため、炭素質材料における挿入、脱離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。 For example, in the carbonaceous material (i), a plurality of amorphous portions having an appropriate area are dispersed on the (002) plane of the carbonaceous material having a layered structure. Can be increased. Moreover, these amorphous parts remain after discharge. Therefore, when this carbonaceous material is used as an electrode of an electricity storage device, electrolyte ions are preferentially and easily inserted into and desorbed from the amorphous part of the carbonaceous material. The amount of desorption can be increased, and the discharge capacity of the electricity 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、電解質のアニオンの挿入、脱離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。従って、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アニオンが優先的にかつ容易に挿入、脱離するため、炭素質材料における挿入、脱離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。 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 anion insertion and desorption sites of the electrolyte can be increased. And this amorphous part remains after discharge. Therefore, when this carbonaceous material is used as an electrode of an electricity storage device, the anion of the electrolyte is preferentially and easily inserted into and desorbed from the amorphous part of the carbonaceous material. The amount of desorption can be increased, and the discharge capacity of the electricity storage device can be improved.
前記(i),(ii)の何れかを満足する炭素質材料としては、グラファイト(市販品)が好ましい。グラファイトは(002)面に層状構造を有する。ここで、「(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)を指す。 Graphite (commercially available) is preferable as the carbonaceous material satisfying either of the above (i) and (ii). Graphite has a layered structure on the (002) plane. Here, the “(002) plane” refers to a carbon 002 plane (plane parallel to the graphite layer) measured by X-ray diffraction.
尚、正極が含む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ものの、グラファイトに限らず、層状構造を有する炭素質材料であって前記(i),(ii)の何れかを満足する炭素質材料であれば好適に用いることができる。例えば、前記炭素質材料として、特開2010−254537号公報に記載の炭素質材料を利用することもできる。本発明においては、前記正極が含む炭素質材料として、蓄電デバイス用セルを作製する前に予め充放電処理がなされている炭素質材料を用いる必要は無い。 The carbonaceous material having a layered structure included in the positive electrode is preferably graphite, but is not limited to graphite, and is a carbonaceous material having a layered structure that satisfies any of the above (i) and (ii). Any material can be suitably used. For example, the carbonaceous material described in JP 2010-254537 A can be used as the carbonaceous material. In the present invention, as the carbonaceous material included in the positive electrode, it is not necessary to use a carbonaceous material that has been subjected to a charge / discharge treatment in advance before producing a cell for an electricity storage device.
<1−2.正極の製造方法>
正極は、貫通孔を有する正極集電体上に前記炭素質材料を塗布することによって形成することができる。具体的には、正極集電体としての電極板における負極と対向する表面(片面または両面)に前記炭素質材料を塗布し、当該表面を被覆することによって正極を形成することができる。<1-2. Method for producing positive electrode>
The positive electrode can be formed by applying the carbonaceous material on a positive electrode current collector having a through hole. Specifically, the positive electrode can be formed by applying the carbonaceous material to a surface (one side or both sides) facing the negative electrode in an electrode plate as a positive electrode current collector and covering the surface.
前記電極板としては、表裏面を貫通する貫通孔を有するアルミニウム板が好ましく、具体的には、厚さ10〜40μmで開口率20〜40%の多孔アルミニウム箔(市販品)がより好ましい。尚、正極集電体としては、アルミニウム板に限らず、リチウムイオン電池の正極用電極板として使用可能な、表裏面を貫通する貫通孔を有する金属板であれば好適に用いることができる。 As the electrode plate, an aluminum plate having a through-hole penetrating the front and back surfaces is preferable, and specifically, a porous aluminum foil (commercially available) having a thickness of 10 to 40 μm and an aperture ratio of 20 to 40% is more preferable. The positive electrode current collector is not limited to an aluminum plate, and any metal plate that can be used as a positive electrode plate of a lithium ion battery and that has a through-hole penetrating the front and back surfaces can be suitably used.
電極板の表面を前記炭素質材料で被覆する方法としては、例えば、バインダを溶解させた溶媒に、炭素質材料と必要に応じて導電助材とを分散させてなる分散液(スラリー)を調製し、この分散液をドクターブレード等の塗工機(横型塗工機並びに縦型塗工機)を用いて電極板の表面に塗布した後、溶媒を乾燥(揮発)させる方法が好適である。尚、電極板の表面を前記炭素質材料で被覆する方法としては、前記方法に限らず、公知の方法を好適に採用することができる。また、乾燥後の炭素質材料の厚さ、即ち、正極の厚さ(片面)は、当該正極の大きさ(面積)等に応じて適宜設定すればよいが、30〜150μmが好ましく、50〜90μmがより好ましい。 As a method for coating the surface of the electrode plate with the carbonaceous material, for example, a dispersion (slurry) is prepared by dispersing a carbonaceous material and, if necessary, a conductive additive in a solvent in which a binder is dissolved. A method of applying the dispersion liquid to the surface of the electrode plate using a coating machine such as a doctor blade (horizontal coating machine and vertical coating machine) and then drying (volatilizing) the solvent is preferable. In addition, as a method of coat | covering the surface of an electrode plate with the said carbonaceous material, not only the said method but a well-known method can be employ | adopted suitably. Further, the thickness of the carbonaceous material after drying, that is, the thickness (single side) of the positive electrode may be appropriately set according to the size (area) of the positive electrode, but is preferably 30 to 150 μm, preferably 50 to 50 μm. 90 μm is more preferable.
前記バインダとしては、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、ポリテトラフルオロエチレン等が好ましく、ポリフッ化ビニリデンがより好ましい。正極中に含まれるバインダの量は、1〜20重量%が好ましい。 As the binder, a mixture of carboxymethyl cellulose and SBR rubber, polyvinylidene fluoride, polyamideimide, polyimide, polytetrafluoroethylene, and the like are preferable, and polyvinylidene fluoride is more preferable. The amount of the binder contained in the positive electrode is preferably 1 to 20% by weight.
前記溶媒としては、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、水等が好ましく、N−メチル−2−ピロリドンがより好ましい。 As the solvent, N, N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, water and the like are preferable, and N-methyl-2-pyrrolidone is more preferable.
<2.負極>
<2−1.負極が含む炭素質材料等の材料>
前記負極が含む負極活物質としての炭素質材料は、リチウムイオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する炭素質材料である。負極が含む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、活性炭等が好ましく、グラファイト、難黒鉛性カーボンまたは人造黒鉛がより好ましい。<2. Negative electrode>
<2-1. Materials such as carbonaceous materials included in the negative electrode>
The carbonaceous material as the negative electrode active material included in the negative electrode is a carbonaceous material having a layered structure that can insert and desorb lithium ions. The carbonaceous material included in the negative electrode is preferably graphite, non-graphitizable carbon, natural graphite, artificial graphite, non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, low-temperature calcined carbon, activated carbon, etc., graphite, non-graphitizable carbon or artificial graphite Is more preferable.
尚、負極が含む層状構造を有する炭素質材料としては、前記例示の炭素質材料に限らず、層状構造を有する炭素質材料であって、リチウムイオンを挿入、脱離し得る炭素質材料であれば好適に用いることができる。例えば、前記炭素質材料として、特開2009−260187号公報に記載の炭素質材料を利用することもできる。本発明においては、前記負極が含む炭素質材料として、蓄電デバイス用セルを作製する前に予めリチウムイオンの吸蔵処理(リチウムのプレドープ)がなされている炭素質材料を用いる必要は無い。 The carbonaceous material having a layered structure included in the negative electrode is not limited to the carbonaceous material exemplified above, but may be any carbonaceous material having a layered structure and capable of inserting and releasing lithium ions. It can be used suitably. For example, as the carbonaceous material, a carbonaceous material described in JP2009-260187A can be used. In the present invention, as the carbonaceous material included in the negative electrode, it is not necessary to use a carbonaceous material that has been subjected to a lithium ion occlusion treatment (lithium pre-doping) in advance before producing a cell for an electricity storage device.
また、炭素質材料に替えて、リチウムを吸蔵する金属材料或いは合金材料を用いることもできる。つまり、負極が含む負極活物質としては、炭素質材料、リチウムを吸蔵する金属材料および合金材料からなる群から選ばれる一種以上の材料が挙げられる。 Moreover, it can replace with a carbonaceous material and can also use the metal material or alloy material which occludes lithium. That is, the negative electrode active material included in the negative electrode includes one or more materials selected from the group consisting of carbonaceous materials, metal materials that occlude lithium, and alloy materials.
前記リチウムを吸蔵する金属材料としては、シリコン、錫、ゲルマニウム、鉛、アンチモン、アルミニウム、インジウム、亜鉛、ビスマス等が挙げられる。また、前記リチウムを吸蔵する合金材料としては、シリコン合金や錫合金が挙げられる。シリコン合金としては、シリコンに、鉄、コバルト、アンチモン、ビスマス、鉛、ニッケル、銅、亜鉛、ゲルマニウム、インジウム、錫およびチタンからなる群から選ばれる少なくとも1つの異種元素が含有された合金が挙げられる。錫合金としては、錫に、ニッケル、マグネシウム、鉄、銅およびチタンからなる群から選ばれる少なくとも1つの異種元素が含有された合金が挙げられる。 Examples of the metal material that occludes lithium include silicon, tin, germanium, lead, antimony, aluminum, indium, zinc, and bismuth. Examples of the alloy material that occludes lithium include silicon alloys and tin alloys. Examples of the silicon alloy include an alloy containing at least one different element selected from the group consisting of iron, cobalt, antimony, bismuth, lead, nickel, copper, zinc, germanium, indium, tin, and titanium. . Examples of the tin alloy include an alloy in which at least one different element selected from the group consisting of nickel, magnesium, iron, copper, and titanium is contained in tin.
以下、便宜上、「炭素質材料、リチウムを吸蔵する金属材料および合金材料からなる群から選ばれる一種以上の材料」として、「炭素質材料」を挙げて説明することとする。 Hereinafter, for convenience, “carbonaceous material” will be described as “one or more materials selected from the group consisting of a carbonaceous material, a metal material that occludes lithium, and an alloy material”.
<2−2.負極の製造方法>
負極は、貫通孔を有する負極集電体上に前記炭素質材料を塗布することによって形成することができる。具体的には、負極集電体としての電極板における正極と対向する表面(片面または両面)に前記炭素質材料を塗布し、当該表面を被覆することによって負極を形成することができる。<2-2. Method for producing negative electrode>
The negative electrode can be formed by applying the carbonaceous material on a negative electrode current collector having a through hole. Specifically, a negative electrode can be formed by applying the carbonaceous material to a surface (one side or both sides) facing the positive electrode in an electrode plate as a negative electrode current collector and covering the surface.
前記電極板としては、表裏面を貫通する貫通孔を有する銅板が好ましく、具体的には、厚さ10〜40μmで開口率20〜40%の多孔銅箔(市販品)がより好ましい。尚、負極集電体としては、銅板に限らず、リチウムイオン電池の負極用電極板として使用可能な、表裏面を貫通する貫通孔を有する金属板であれば好適に用いることができる。 As the electrode plate, a copper plate having a through-hole penetrating the front and back surfaces is preferable, and specifically, a porous copper foil (commercially available) having a thickness of 10 to 40 μm and an aperture ratio of 20 to 40% is more preferable. The negative electrode current collector is not limited to a copper plate, and any metal plate having a through-hole penetrating the front and back surfaces that can be used as a negative electrode plate for a lithium ion battery can be suitably used.
電極板の表面を前記炭素質材料で被覆する方法としては、例えば、バインダを溶解させた溶媒に、炭素質材料と必要に応じて導電助材とを分散させてなる分散液(スラリー)を調製し、この分散液をドクターブレード等の塗工機(横型塗工機または縦型塗工機)を用いて電極板の表面に塗布した後、溶媒を乾燥(揮発)させる方法が好適である。尚、電極板の表面を前記炭素質材料で被覆する方法としては、前記方法に限らず、公知の方法を好適に採用することができる。また、乾燥後の炭素質材料の厚さ、即ち、負極の厚さ(片面)は、当該負極の大きさ(面積)等に応じて適宜設定すればよいが、30〜150μmが好ましく、50〜90μmがより好ましい。 As a method for coating the surface of the electrode plate with the carbonaceous material, for example, a dispersion (slurry) is prepared by dispersing a carbonaceous material and, if necessary, a conductive additive in a solvent in which a binder is dissolved. A method of applying the dispersion liquid to the surface of the electrode plate using a coating machine such as a doctor blade (horizontal coating machine or vertical coating machine) and then drying (volatilizing) the solvent is preferable. In addition, as a method of coat | covering the surface of an electrode plate with the said carbonaceous material, not only the said method but a well-known method can be employ | adopted suitably. Further, the thickness of the carbonaceous material after drying, that is, the thickness (single side) of the negative electrode may be appropriately set according to the size (area) of the negative electrode, but is preferably 30 to 150 μm, preferably 50 to 50 μm. 90 μm is more preferable.
前記バインダとしては、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、ポリテトラフルオロエチレン等が好ましく、ポリフッ化ビニリデンがより好ましい。負極中に含まれるバインダの量は、1〜20重量%が好ましい。 As the binder, a mixture of carboxymethyl cellulose and SBR rubber, polyvinylidene fluoride, polyamideimide, polyimide, polytetrafluoroethylene, and the like are preferable, and polyvinylidene fluoride is more preferable. The amount of the binder contained in the negative electrode is preferably 1 to 20% by weight.
前記溶媒としては、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、水等が好ましく、N−メチル−2−ピロリドンがより好ましい。 As the solvent, N, N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, water and the like are preferable, and N-methyl-2-pyrrolidone is more preferable.
<3.非水電解液>
前記非水電解液は、電解質としてリチウム塩を含む。つまり、前記非水電解液は、有機溶媒に溶解された電解質(溶質)としてのリチウム塩を含む有機電解液である。非水電解液は、必要に応じてリチウム塩以外の他の電解質を含んでいてもよい。<3. Non-aqueous electrolyte>
The non-aqueous electrolyte contains a lithium salt as an electrolyte. That is, the non-aqueous electrolyte is an organic electrolyte containing a lithium salt as an electrolyte (solute) dissolved in an organic solvent. The non-aqueous electrolyte may contain an electrolyte other than the lithium salt as necessary.
前記リチウム塩としては、LiPF6、LiBF4、LiCIO4、LiN(CF3SO2)2、LiN(SO2C2F5)2、LiCF3SO3、LiC(SO2CF3)3、LiAsF6、およびLiSbF6からなる群から選ばれる一種以上の塩が好ましく、LiPF6がより好ましい。また、非水電解液におけるリチウム塩の濃度(電解質濃度)は、より高い方が望ましく、具体的には、0.5〜5.0mol/L(0.5〜5.0M)が好ましく、1.0〜1.5mol/Lがより好ましい。Examples of the lithium salt include 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 salts selected from the group consisting of LiSbF 6 are preferred, and LiPF 6 is more preferred. The concentration of the lithium salt (electrolyte concentration) in the nonaqueous electrolytic solution is preferably higher, and specifically, 0.5 to 5.0 mol / L (0.5 to 5.0 M) is preferable. 0.0 to 1.5 mol / L is more preferable.
前記有機溶媒としては、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好ましい。これら有機溶媒は、単独溶媒として用いてもよく、二種以上の混合溶媒として用いてもよい。混合溶媒としては、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合溶媒が好ましく、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを重量比1:1で混合してなる混合溶媒がより好ましい。 As the organic solvent, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, sulfolane, dimethoxyethane and the like are preferable. These organic solvents may be used as a single solvent or as a mixed solvent of two or more. As the mixed solvent, a mixed solvent of ethylene carbonate and dimethyl carbonate is preferable, and a mixed solvent obtained by mixing ethylene carbonate and dimethyl carbonate at a weight ratio of 1: 1 is more preferable.
尚、前記リチウム塩および有機溶媒として、前記例示の化合物以外の、公知のリチウム塩および有機溶媒を用いることもできる(前記例示の化合物以外の化合物を用いることを制限しない)。 In addition, as the lithium salt and the organic solvent, known lithium salts and organic solvents other than the exemplified compounds can also be used (a compound other than the exemplified compounds is not limited).
<4.その他の構成>
蓄電デバイスにおいて前記正極および負極を隔てるセパレータとしては、セルロース系、或いはポリエチレン等のポリオレフィン系等の重合体からなる多孔質の膜が好ましく、セルロース系の重合体からなる多孔質の膜がより好ましい。<4. Other configurations>
In the electricity storage device, the separator separating the positive electrode and the negative electrode is preferably a porous film made of a cellulose-based polymer or a polyolefin-based polymer such as polyethylene, and more preferably a porous film made of a cellulose-based polymer.
蓄電デバイスにおいて前記正極および負極を外部に導出する外部取り出し電極である電極部としては、公知の電極部を用いることができる。 As an electrode part that is an external extraction electrode for leading the positive electrode and the negative electrode to the outside in the electricity storage device, a known electrode part can be used.
蓄電デバイスにおいてセル(蓄電デバイス用セル)を構成する外装部材としては、アルミニウムからなるラミネートフィルムが好ましい。従って、蓄電デバイスのセルは、アルミニウムからなるラミネート外装であることが好ましい。 As an exterior member constituting a cell (cell for power storage device) in the power storage device, a laminate film made of aluminum is preferable. Therefore, the cell of the electricity storage device is preferably a laminate sheath made of aluminum.
尚、前記セパレータおよび外装部材として、前記例示の物質以外の、公知のセパレータおよび外装部材を用いることもできる(前記例示の物質以外の物質を用いることを制限しない)。 In addition, as the separator and the exterior member, known separators and exterior members other than the exemplified substances can be used (a substance other than the exemplified substances is not limited).
そして、本発明に係る蓄電デバイスは、その作製時に、外装部材で外装が構成される蓄電デバイス用セル内において、セパレータを介して前記正極および負極を積層してなる積層体に隣接して配置される、リチウムイオン供給源をさらに有している。つまり、本発明に係る蓄電デバイスは、その作製時に、金属リチウムが蓄電デバイス用セル内に配置されている。前記リチウムイオン供給源は、金属リチウムが圧着若しくは貼り合わされた銅箔(市販品)やニッケル箔等の金属箔である。リチウムイオン供給源は、前記金属箔からなる金属リチウム電極を外部に導出する外部取り出し電極である電極部を有している。リチウムイオン供給源は、正極および負極と直接、接触しないように蓄電デバイス用セル内に配置される。尚、リチウムイオン供給源は、蓄電デバイス用セル内の積層体一つに少なくとも一つ配置すればよいが、積層体を挟むようにして二つ以上配置することもできる。また、リチウムイオン供給源の金属リチウムは、蓄電デバイスの使用時には全てリチウムイオンとなっており、金属の状態では存在しない。 Then, the electricity storage device according to the present invention is disposed adjacent to a laminate formed by laminating the positive electrode and the negative electrode via a separator in a cell for an electricity storage device having an exterior made of an exterior member at the time of production. And a lithium ion supply source. That is, in the electricity storage device according to the present invention, metallic lithium is disposed in the electricity storage device cell at the time of production. The lithium ion supply source is a metal foil such as a copper foil (commercially available product) or a nickel foil to which metallic lithium is bonded or bonded. The lithium ion supply source has an electrode portion that is an external extraction electrode that leads out the metal lithium electrode made of the metal foil to the outside. The lithium ion supply source is disposed in the electricity storage device cell so as not to be in direct contact with the positive electrode and the negative electrode. Note that at least one lithium ion supply source may be disposed in one stacked body in the power storage device cell, but two or more lithium ion supply sources may be disposed so as to sandwich the stacked body. Moreover, the metal lithium of the lithium ion supply source is all lithium ions when the power storage device is used, and does not exist in the metal state.
金属リチウムの重量は、負極活物質としての炭素質材料が吸蔵し得るリチウムイオンの最大重量(理論重量)に対して、50〜90重量%であることが好ましく、60〜80重量%であることがより好ましく、70重量%であることがさらに好ましい。 The weight of the metallic lithium is preferably 50 to 90% by weight, preferably 60 to 80% by weight, based on the maximum weight (theoretical weight) of lithium ions that can be occluded by the carbonaceous material as the negative electrode active material. Is more preferable, and it is still more preferable that it is 70 weight%.
また、負極とリチウムイオン供給源との間で電気化学的接触を行い、リチウムイオンを吸蔵した負極を正極に対するリチウムイオン供給源として用いることができる。 Further, an electrochemical contact is performed between the negative electrode and the lithium ion supply source, and the negative electrode that occludes lithium ions can be used as a lithium ion supply source for the positive electrode.
<5.蓄電デバイスの構成>
本発明に係る蓄電デバイスの製造方法によって製造される蓄電デバイス(蓄電デバイス用セル作製工程によって作製される蓄電デバイス)について、図1を参照しながら、以下に説明する。図1は本発明に係る蓄電デバイスの製造方法によって製造される蓄電デバイスの構成の一例を示す概略の断面図である。尚、以下の説明においては、蓄電デバイスが正極および負極を合わせて5層積層してなる積層体を有している場合を例に挙げることとする。<5. Configuration of power storage device>
A power storage device manufactured by the method for manufacturing a power storage device according to the present invention (a power storage device manufactured by a cell manufacturing process for a power storage device) will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of an electricity storage device manufactured by the method for manufacturing an electricity storage device according to the present invention. In the following description, the case where the electricity storage device has a laminated body in which five layers including a positive electrode and a negative electrode are laminated is taken as an example.
図1に示すように、本発明に係る蓄電デバイス(蓄電デバイス用セル作製工程によって作製される蓄電デバイス)10は、外装部材7で外装が構成される蓄電デバイス用セル8内に、セパレータ3を介して正極1および負極2を積層してなる積層体6と、金属リチウム4を備えた金属箔からなるリチウムイオン供給源5とが配置され、非水電解液9が注入されることによって構成されている。蓄電デバイス用セル8は密封されている。尚、非水電解液9は積層体6内にも注入されている。
As shown in FIG. 1, an electricity storage device (an electricity storage device manufactured by an electricity storage device cell manufacturing process) 10 according to the present invention includes a
積層体6は、最外層が負極2になるようにして、セパレータ3を介して正極1および負極2を合わせて5層積層することにより構成されている。従って、正極1は電極板における両面に炭素質材料が塗布されて構成されている。一方、内部に位置する負極2は電極板における両面に炭素質材料が塗布されて構成されており、最外層に位置する負極2は電極板における片面に炭素質材料が塗布されて構成されている。尚、積層体6における正極1および負極2は、合わせて2層以上積層されていればよく、好ましくは3層以上積層されていればよく、より好ましくは5層以上積層されていればよい。また、3層以上積層する場合において、積層体6の最外層は負極2であることが好ましい。
The laminated body 6 is configured by laminating five layers of the positive electrode 1 and the negative electrode 2 through the
さらに、積層体6およびリチウムイオン供給源5間、積層体6および外装部材7間、並びに、リチウムイオン供給源5および外装部材7間には、互いに接触しないように、セパレータ3が挿入されている。つまり、セパレータ3が挿入されることによって、外装部材7、正極1、負極2、およびリチウムイオン供給源5は、互いに接触しないようになっている。
Further, the
<B.蓄電デバイスの製造方法>
本発明に係る蓄電デバイスの製造方法は、貫通孔を有する正極集電体上に形成された、アニオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する炭素質材料を正極活物質として含む正極1と、貫通孔を有する負極集電体上に形成された、リチウムイオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する炭素質材料を負極活物質として含む負極2と、リチウム塩を含む非水電解液9と、を有する蓄電デバイスの製造方法であって、蓄電デバイス用セル8となる外装部材7内に、セパレータ3を介して前記正極1および負極2を積層してなる積層体6とリチウムイオン供給源5とを配置すると共に、前記非水電解液9を注入する蓄電デバイス用セル作製工程と、正極1とリチウムイオン供給源5との間で充放電を行う充放電工程と、負極2とリチウムイオン供給源5との間で電気化学的接触を行い、負極2にリチウムイオンを吸蔵させる吸蔵工程と、を含む方法である。<B. Manufacturing method of power storage device>
A method for manufacturing an electricity storage device according to the present invention includes a positive electrode 1 including a carbonaceous material having a layered structure that can insert and desorb anions formed on a positive electrode current collector having a through hole as a positive electrode active material, A negative electrode 2 formed on a negative electrode current collector having holes and having a layered structure capable of inserting and releasing lithium ions as a negative electrode active material; and a non-aqueous electrolyte 9 containing a lithium salt. A laminated body 6 in which the positive electrode 1 and the negative electrode 2 are laminated via a
前記吸蔵工程および前記充放電工程を行う順序は、特に限定されるものではなく、前記吸蔵工程の後に前記充放電工程を行ってもよく、前記充放電工程の後に前記吸蔵工程を行ってもよい。 The order in which the occlusion step and the charge / discharge step are performed is not particularly limited, and the charge / discharge step may be performed after the occlusion step, or the occlusion step may be performed after the charge / discharge step. .
尚、前記吸蔵工程の後に前記充放電工程を行う場合には、前記吸蔵工程で負極2とリチウムイオン供給源5との間で電気化学的接触を行い、リチウムイオンを吸蔵した負極2をリチウムイオン供給源として機能させ、その後の前記充放電工程で正極1とリチウムイオンを吸蔵した負極2との間で充放電を行うことが好ましい。これにより、正極1はセパレータ3を介して近接する負極2との間で個々に充放電を行うので、正極1のアニオンの挿入、脱離サイトの増大量の均一性を向上させることができる。また、前記充放電工程の後に前記吸蔵工程を行う場合には、前記充放電工程でリチウムイオン供給源5と正極1との間で充放電を行い、前記吸蔵工程で負極2とリチウムイオン供給源5との間で電気化学的接触を行い、負極2にリチウムイオンを吸蔵させる。
In addition, when performing the said charging / discharging process after the said occlusion process, an electrochemical contact is made between the negative electrode 2 and the lithium
以下、説明の便宜上、充放電工程の後に吸蔵工程を行う場合を例に挙げて、これら各工程について説明する。 Hereinafter, for convenience of explanation, each of the steps will be described by taking as an example a case where the occlusion step is performed after the charge / discharge step.
<6.蓄電デバイス用セル作製工程>
先ず、前記方法により、貫通孔を有する正極集電体上に形成された、アニオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する炭素質材料を正極活物質として含む正極1を製造すると共に、貫通孔を有する負極集電体上に形成された、リチウムイオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する炭素質材料を負極活物質として含む負極2とを製造する。そして、セパレータ3を介して正極1および負極2を積層することによって積層体6を作製する。また、非水電解液9や、金属リチウム4を備えた金属箔からなるリチウムイオン供給源5を作製(または準備)する。さらに、正極1、負極2およびリチウムイオン供給源5に電極部を取り付ける。積層体6の作製方法や非水電解液9の作製方法は、特に限定されるものではなく、公知の作製方法を採用することができる。<6. Cell manufacturing process for power storage device>
First, according to the above method, a positive electrode 1 containing a carbonaceous material having a layered structure capable of inserting and releasing anions formed on a positive electrode current collector having a through hole as a positive electrode active material is manufactured. A negative electrode 2 containing a carbonaceous material formed on the negative electrode current collector and having a layered structure capable of inserting and releasing lithium ions as a negative electrode active material is produced. And the laminated body 6 is produced by laminating | stacking the positive electrode 1 and the negative electrode 2 through the
次に、図1に示すように、蓄電デバイス用セル8となる外装部材7内に、前記積層体6とリチウムイオン供給源5とをセパレータ3を介して配置すると共に、非水電解液9を注入する。その後、外装部材7を密閉することによって蓄電デバイス用セル8を密封することにより、本発明に係る蓄電デバイス、つまり、蓄電デバイス10を作製する(蓄電デバイス用セル作製工程)。
Next, as shown in FIG. 1, the laminated body 6 and the lithium
蓄電デバイス用セル作製工程は、公知の蓄電デバイスの製造方法と同様に、露点が−35℃以下、より好ましくは−60℃以下のドライ雰囲気下または不活性ガス雰囲気下で行われる。 The cell manufacturing process for an electricity storage device is performed in a dry atmosphere or an inert gas atmosphere having a dew point of −35 ° C. or lower, more preferably −60 ° C. or lower, as in a known method for manufacturing an electricity storage device.
<7.充放電工程>
次いで、蓄電デバイス用セル作製工程で作製された蓄電デバイス10における正極1の電極部と、リチウムイオン供給源5の電極部との間で充放電を行う(充放電工程)。つまり、正極1およびリチウムイオン供給源5間に、一定電流を流して充電し、その後放電する、充放電サイクルを少なくとも1回行う。<7. Charge / Discharge Process>
Subsequently, charging / discharging is performed between the electrode part of the positive electrode 1 and the electrode part of the lithium
充電は、例えば、電流密度1.85mA/cm2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(正極電位)は、金属リチウムを基準として、充電電圧を5.0V以上、6.0V以下とすることがより好ましい。また、充放電サイクルは、少なくとも1回行えばよいが、複数回行ってもよい。正極1およびリチウムイオン供給源5間に充電電流を流すと、非水電解液9中のカチオンはリチウムイオン供給源5の金属リチウム4に吸着され、アニオンは正極の層状構造を有する炭素質材料(例えばグラファイトの層間)に挿入される。所定電圧になるまで充電を行った後、今度は金属リチウムを基準として3.0Vになるまで放電を行う。尚、充放電サイクルの具体的な条件は、特に限定されるものではない。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, as for the predetermined voltage (positive electrode potential) at the time of charge, it is more preferable that the charge voltage is 5.0 V or more and 6.0 V or less with respect to metallic lithium. The charge / discharge cycle may be performed at least once, but may be performed a plurality of times. When a charging current is passed between the positive electrode 1 and the lithium
以上の方法により、蓄電デバイス用セル8内で、充放電処理(事前処理)がなされている正極、即ち、蓄電デバイスに用いる正極が作製される。 By the above method, a positive electrode that has been subjected to charge / discharge treatment (pre-treatment), that is, a positive electrode used for the electric storage device, is produced in the electric storage device cell 8.
これにより、層状構造を有する炭素質材料に前記非晶質部を形成することができ、アニオンの挿入、脱離サイトを増大させることができる。また、放電後においても非晶質部は残存する。従って、炭素質材料の非晶質部に電解質のアニオンが優先的にかつ容易に挿入、脱離するため、炭素質材料における挿入、脱離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。このことは、例えばグラファイト内における非晶質部の形成の有無および層間距離の拡大と、挿入、脱離量とに関連があることが推察される。即ち、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挿入、脱離し易くなって蓄電量が増加するということが言える。 Thereby, the amorphous part can be formed in the carbonaceous material having a layered structure, and anion insertion and desorption sites can be increased. Further, even after discharge, the amorphous part remains. Therefore, the anion of the electrolyte is preferentially and easily inserted into and desorbed from the amorphous part of the carbonaceous material, so that the amount of insertion and desorption in the carbonaceous material can be increased, and the discharge capacity of the electricity storage device can be increased. Can be improved. This is presumed to be related to, for example, the presence / absence of formation of an amorphous part in graphite and the expansion of the interlayer distance, and the amount of insertion and desorption. That is, it can be said that the amorphous part increases and the interlayer distance increases, and as a result, the anion is easily inserted and extracted preferentially with respect to the amorphous part, and the amount of stored electricity increases.
<8.吸蔵工程>
続いて、蓄電デバイス用セル作製工程で作製された蓄電デバイス10における負極2の電極部と、リチウムイオン供給源5の電極部との間で電気化学的接触を行い、負極2にリチウムイオンを吸蔵させる(吸蔵工程)。ここで、電気化学的接触による負極2の電位は、金属リチウムを基準として、0.01V以上、0.1V以下とすることがより好ましい。つまり、負極2の電極部とリチウムイオン供給源5の電極部とを外部回路を通して短絡させる(または電流を流す)ことにより、負極2の層状構造を有する炭素質材料と金属リチウム4とを電気化学的に反応させる。尚、吸蔵工程における具体的な吸蔵条件は、特に限定されるものではない。<8. Occlusion process>
Subsequently, electrochemical contact is made between the electrode portion of the negative electrode 2 and the electrode portion of the lithium
以上の方法により、蓄電デバイス用セル8内で、リチウムプレドープ処理(事前処理)がなされている負極、即ち、蓄電デバイスに用いる負極が作製される。 By the above method, the negative electrode by which lithium pre dope process (pre-processing) was made in the cell 8 for electrical storage devices, ie, the negative electrode used for an electrical storage device, is produced.
負極2の炭素質材料に吸蔵させる金属リチウムの重量は、当該炭素質材料が吸蔵し得るリチウムイオンの最大重量(理論重量)に対して、50〜90重量%であることが好ましく、60〜80重量%であることがより好ましく、70重量%であることがさらに好ましい。この範囲内であれば、蓄電デバイス10の容量と比較して負極2の容量が小さ過ぎないため、負極2に十分な量のリチウムイオンを吸蔵させることができる。また、負極2の重量の増加を抑えることによって、蓄電デバイス10の重量が増加することを防止することができるため、蓄電デバイス10の容量密度も低下しない。また、負極2に吸蔵されるリチウムイオンの量が適量であるため、蓄電デバイス10の容量密度を維持することができ、フロート荷電における容量低下も防止することができる。
The weight of the lithium metal occluded in the carbonaceous material of the negative electrode 2 is preferably 50 to 90% by weight with respect to the maximum weight (theoretical weight) of lithium ions that can be occluded by the carbonaceous material. More preferably, it is 70% by weight. If it is in this range, since the capacity of the negative electrode 2 is not too small compared with the capacity of the
<9.その他の工程>
本発明に係る蓄電デバイスの製造方法においては、前記充放電工程と吸蔵工程との間に、蓄電デバイス用セル8内の非水電解液9の少なくとも一部を入れ替える入れ替え工程を行うことがより好ましい。<9. Other processes>
In the method for manufacturing an electricity storage device according to the present invention, it is more preferable to perform an exchange step of exchanging at least a part of the non-aqueous electrolyte 9 in the electricity storage device cell 8 between the charge / discharge step and the occlusion step. .
これにより、前記充放電工程時に正極に付着する(トラップされる)ことによって減少するアニオン量(不可逆容量)を補充すること、つまり、非水電解液中の電解質の濃度を維持することができるので、長期特性に優れた蓄電デバイスを製造することができる。 Thereby, it is possible to supplement the amount of anion (irreversible capacity) which decreases by adhering (trapping) to the positive electrode during the charge / discharge process, that is, maintaining the concentration of the electrolyte in the non-aqueous electrolyte. In addition, an electricity storage device having excellent long-term characteristics can be manufactured.
<10.変形例>
吸蔵工程の後に充放電工程を行う場合には、前記<7.充放電工程>および<8.吸蔵工程>を行う順序を入れ替えて、<8.吸蔵工程>に続いて<7.充放電工程>を行えばよい。この順番で両工程を行う場合においても、前記吸蔵工程と充放電工程との間に、蓄電デバイス用セル8内の非水電解液9の少なくとも一部を入れ替える入れ替え工程を行うことがより好ましい。<10. Modification>
When the charge / discharge process is performed after the occlusion process, the above <7. Charging / discharging process> and <8. The order of performing the occlusion process> is changed, and <8. Subsequent to <Occlusion process><7. Charging / discharging process> may be performed. Also when performing both processes in this order, it is more preferable to perform the replacement process which replaces at least one part of the nonaqueous electrolyte 9 in the electrical storage device cell 8 between the said occlusion process and charging / discharging process.
<11.充放電電圧の最高電圧>
本発明に係る製造方法で製造される蓄電デバイスは、当該蓄電デバイスの作動電圧範囲(充放電電圧)の上限電圧が5.0V以上、6.0V以下となるようにして、充放電を行うことが好ましい。<11. Maximum charge / discharge voltage>
The power storage device manufactured by the manufacturing method according to the present invention is charged / discharged such that the upper limit voltage of the operating voltage range (charge / discharge voltage) of the power storage device is 5.0 V or higher and 6.0 V or lower. Is preferred.
前記構成の蓄電デバイス用セル(蓄電デバイス)において、上限電圧が5.0V以上、6.0V以下となるようにして充放電を行うことにより、公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2.2V〜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2.5V〜4.2V程度)に比べて、容量密度、出力密度の何方か一方、或いは両方の点で優れているという効果を有する。 In the electricity storage device cell (electric storage device) having the above-described configuration, charge / discharge is performed so that the upper limit voltage is 5.0 V or more and 6.0 V or less, thereby allowing the electric storage to be larger than that of a known electricity storage device such as a lithium ion battery. Capacitance can be generated. For example, according to the electricity storage device of the present invention, compared to conventional EDLC (charge / discharge voltage range of about 0V to 2.7V) and lithium ion capacitor (charge / discharge voltage range of about 2.2V to 3.8V), As compared with the conventional high capacity type lithium ion battery (charge / discharge voltage range of about 2.5 V to 4.2 V), it has an effect that it is superior in either or both of capacity density and output density.
一般に蓄電デバイスは、充放電電圧の上限電圧の値が低くなるに従って、充放電容量が低減する。しかしながら、本発明に係る蓄電デバイスでは、作動電圧範囲(充放電電圧)の上限電圧が5.0V以上、6.0V以下であるため、十分な充放電容量が得られる。尚、上限電圧が6.0Vを超えると、電解液の分解が進行して特性が低下するおそれがある。また、蓄電デバイスの作動電圧範囲(充放電電圧)の下限電圧は3V付近であればよく、特に限定されるものではない。 In general, the charge / discharge capacity of an electricity storage device decreases as the value of the upper limit voltage of the charge / discharge voltage decreases. However, in the electricity storage device according to the present invention, since the upper limit voltage of the operating voltage range (charge / discharge voltage) is 5.0 V or more and 6.0 V or less, sufficient charge / discharge capacity can be obtained. In addition, when the upper limit voltage exceeds 6.0 V, decomposition of the electrolytic solution may proceed and characteristics may deteriorate. Moreover, the lower limit voltage of the operating voltage range (charge / discharge voltage) of the electricity storage device may be around 3 V, and is not particularly limited.
本発明に係る製造方法によって製造される蓄電デバイスは、作動電圧範囲(充放電電圧)の上限電圧が5.0V以上、6.0V以下と高く、大容量な蓄電池である。それゆえ、当該製造方法によって製造される蓄電デバイス、或いは当該蓄電デバイスを備えた蓄電装置は、ノート型パソコンや携帯電話等の各種携帯機器等の一般電気機器、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される自動車用の蓄電装置、或いは、太陽電池や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 power storage device manufactured by the manufacturing method according to the present invention is a high-capacity storage battery having an upper limit voltage of an operating voltage range (charge / discharge voltage) as high as 5.0 V or higher and 6.0 V or lower. Therefore, a power storage device manufactured by the manufacturing method or a power storage device including the power storage device is mounted on a general electric device such as a laptop computer or a mobile device such as a mobile phone, an electric vehicle, or a hybrid vehicle. It can be widely used in various fields such as a power storage device for automobiles or a storage battery for power storage combined with 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の製造方法には、以下の発明も包含される。
1. 層間にアニオンが挿入脱離する炭素質材料を正極活物質に、層間にカチオンが挿入脱離する炭素質材料を負極活物質に用い、それぞれを、表裏面を貫通する孔を備えた正極集電体および負極集電体上に形成した正極と負極を、セパレータを介して交互に三層以上積層するセル構造とすると共に、これに対向してリチウムイオン供給源を配置した構成とし、これにリチウム塩を溶解した非水電解液を備える非水電解液二次電池において、先ずリチウム供給源と正極との間で充放電を行う工程と、その後リチウム供給源と負極との間で電気化学的接触を行い負極に予めカチオンとしてリチウムイオンを挿入する工程を含むことを特徴とする、非水電解液二次電池の製造方法。
2. 前記リチウム供給源と正極との間の充放電を行う工程と、その後リチウム供給源と負極との間で電気化学的接触を行い負極に予めカチオンとしてリチウムイオンを挿入する工程の間に、リチウム塩を溶解した非水電解液を交換する工程を含むことがより好ましい。
3. 層間にアニオンが挿入脱離する炭素質材料を正極活物質に、層間にカチオンが挿入脱離する炭素質材料を負極活物質に用い、それぞれを、表裏面を貫通する孔を備えた正極集電体および負極集電体上に形成した正極と負極を、セパレータを介して交互に三層以上積層するセル構造とすると共に、これに対向してリチウムイオン供給源を配置した構成とし、これにリチウム塩を溶解した非水電解液を備える非水電解液二次電池において、先ずリチウム供給源と負極との間で電気化学的接触を行い負極に予めカチオンとしてリチウムイオンを挿入する工程と、その後リチウム供給源と正極との間で充放電を行う工程を含むことを特徴とする、非水電解液二次電池の製造方法。
4. 前記リチウム供給源と負極との間で電気化学的接触を行い負極に予めカチオンとしてリチウムイオンを挿入する工程と、その後リチウム供給源と正極との間の充放電を行う工程の間に、リチウム塩を溶解した非水電解液を交換する工程を含むことがより好ましい。
5. 前記リチウム供給源と正極との間の充放電が金属リチウム基準として5.0〜6.0Vとすることがより好ましい。
6. リチウム供給源と負極との間で電気化学的接触による負極の電位が金属リチウム基準として0.01〜0.1Vとすることがより好ましい。
7. 電池の作動電圧範囲の上限電圧5.0〜6.0Vとする前記非水電解液二次電池の製造方法により製造された非水電解液二次電池。Moreover, the following invention is also included in the manufacturing method of the electrical storage device which concerns on this invention.
1. A positive electrode current collector having a hole penetrating the front and back surfaces is used as a positive electrode active material, and a negative electrode active material is a carbonaceous material in which cations are inserted and released between layers. The positive electrode and the negative electrode formed on the electrode body and the negative electrode current collector have a cell structure in which three or more layers are alternately stacked via a separator, and a lithium ion supply source is disposed opposite to the cell structure. In a non-aqueous electrolyte secondary battery including a non-aqueous electrolyte in which salt is dissolved, first, a step of charging / discharging between a lithium source and a positive electrode, and then electrochemical contact between the lithium source and the negative electrode And a step of previously inserting lithium ions as cations into the negative electrode. A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery.
2. Between the step of charging / discharging between the lithium source and the positive electrode, and then the step of electrochemically contacting the lithium source and the negative electrode and inserting lithium ions as cations in advance into the negative electrode It is more preferable to include a step of replacing the non-aqueous electrolyte solution in which is dissolved.
3. A positive electrode current collector having a hole penetrating the front and back surfaces is used as a positive electrode active material, and a negative electrode active material is a carbonaceous material in which cations are inserted and released between layers. The positive electrode and the negative electrode formed on the electrode body and the negative electrode current collector have a cell structure in which three or more layers are alternately stacked via a separator, and a lithium ion supply source is disposed opposite to the cell structure. In a non-aqueous electrolyte secondary battery including a non-aqueous electrolyte solution in which a salt is dissolved, first, electrochemical contact is performed between a lithium supply source and a negative electrode, lithium ions are previously inserted into the negative electrode as cations, and then lithium The manufacturing method of the nonaqueous electrolyte secondary battery characterized by including the process of charging / discharging between a supply source and a positive electrode.
4). Between the step of electrochemical contact between the lithium supply source and the negative electrode to insert lithium ions as cations in advance into the negative electrode, and the subsequent step of charging / discharging between the lithium supply source and the positive electrode It is more preferable to include a step of replacing the non-aqueous electrolyte solution in which is dissolved.
5. It is more preferable that the charge / discharge between the lithium supply source and the positive electrode be 5.0 to 6.0 V based on metallic lithium.
6). More preferably, the potential of the negative electrode due to electrochemical contact between the lithium supply source and the negative electrode is 0.01 to 0.1 V with respect to metallic lithium.
7). A non-aqueous electrolyte secondary battery manufactured by the method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery having an upper limit voltage of 5.0 to 6.0 V in the operating voltage range of the battery.
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。 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.
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は係る実施例のみに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited only to the Example which concerns.
〔実施例1〕
図1に示す構成の蓄電デバイス10を作製した。即ち、下記製造方法により、本実施例に係る蓄電デバイスを作製した。[Example 1]
An
<正極1の作製>
バインダであるポリフッ化ビニリデンを溶媒であるN−メチル−2−ピロリドンに溶解した後、得られた溶液に正極活物質としてグラファイト(KS6:Timcal社製)を分散させ、スラリー(分散液)とした。このスラリーを正極集電体である多孔アルミニウム箔(市販品;厚さ20μm、開口率30%)の表裏面にドクターブレードを用いて塗工し、乾燥させて正極1を作製した。塗工されたスラリーの乾燥後の厚さ、即ち、正極1の厚さ(片面)は、80μmであった。また、グラファイトとポリフッ化ビニルデンとの重量比(グラファイト:ポリフッ化ビニルデン)は、90:10であった。<Preparation of positive electrode 1>
After dissolving polyvinylidene fluoride as a binder in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent, graphite (KS6: manufactured by Timcal) was dispersed as a positive electrode active material in the obtained solution to obtain a slurry (dispersion). . This slurry was applied to the front and back surfaces of a porous aluminum foil (commercial product; thickness: 20 μm, opening ratio: 30%) as a positive electrode current collector using a doctor blade, and dried to produce positive electrode 1. The thickness of the coated slurry after drying, that is, the thickness (one side) of the positive electrode 1 was 80 μm. Further, the weight ratio of graphite to polyvinylidene fluoride (graphite: polyvinylidene fluoride) was 90:10.
<負極2の作製>
バインダであるポリフッ化ビニリデンを溶媒であるN−メチル−2−ピロリドンに溶解した後、得られた溶液に負極活物質として人造黒鉛(市販品;グラファイト)を分散させ、スラリー(分散液)とした。このスラリーを負極集電体である多孔銅箔(市販品;厚さ15μm、開口率20%)の表裏面または片面にドクターブレードを用いて塗工し、乾燥させて負極2を作製した。塗工されたスラリーの乾燥後の厚さ、即ち、負極2の厚さ(片面)は、90μmであった。また、人造黒鉛とポリフッ化ビニルデンとの重量比(人造黒鉛:ポリフッ化ビニルデン)は、90:10であった。<Preparation of negative electrode 2>
After dissolving polyvinylidene fluoride as a binder in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent, artificial graphite (commercial product; graphite) was dispersed as a negative electrode active material in the obtained solution to obtain a slurry (dispersion). . This slurry was applied to the front and back surfaces or one surface of a porous copper foil (commercial product; thickness: 15 μm, opening ratio: 20%) as a negative electrode current collector using a doctor blade, and dried to prepare a negative electrode 2. The thickness of the coated slurry after drying, that is, the thickness (one side) of the negative electrode 2 was 90 μm. The weight ratio of artificial graphite to polyvinylidene fluoride (artificial graphite: polyvinyl fluoride) was 90:10.
<蓄電デバイス10の作製>
エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを重量比1:1で混合してなる混合溶媒に、電解質(リチウム塩)であるリチウムヘキサフルオロフォスフェート(LiPF6)を、その濃度(電解質濃度)が1.5mol/L(1.5M)となるように溶解することにより、非水電解液9を作製した。<Production of
In a mixed solvent obtained by mixing ethylene carbonate and dimethyl carbonate at a weight ratio of 1: 1, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), which is an electrolyte (lithium salt), has a concentration (electrolyte concentration) of 1.5 mol / A nonaqueous electrolytic solution 9 was prepared by dissolving to L (1.5 M).
そして、ドライ雰囲気下で蓄電デバイス10を作製した。即ち、作製した前記正極1および負極2を、最外層が負極2になるようにして、セパレータ3を介して5層積層することによって積層体6を作製した。さらに、積層体6にセパレータ3を介して、金属リチウム4を備えた銅箔からなるリチウムイオン供給源(市販品)5を積層した。金属リチウムの重量は、負極2が吸蔵し得るリチウムイオンの最大重量(理論重量)に対して、70重量%となる量に設定した。そして、正極1、負極2およびリチウムイオン供給源5にそれぞれ電極部を取り付けた。
And the
積層体6とリチウムイオン供給源5とからなる前記積層体を、セパレータ3を介して外装部材(アルミニウムからなるラミネートフィルム)7内に収容する(外装する)と共に、当該外装部材7内に前記非水電解液9を注入した。続いて、外装部材7を密閉することによって蓄電デバイス用セル8を密封することにより、蓄電デバイス(蓄電デバイス用セル作製工程によって作製される蓄電デバイス)10を作製した。
The laminated body composed of the laminated body 6 and the lithium
作製した蓄電デバイス10における正極1およびリチウムイオン供給源5間に、金属リチウムを基準として、正極電位を5.3Vとして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回行った。
A charge / discharge cycle was performed once between the positive electrode 1 and the lithium
その後、蓄電デバイス10における負極2およびリチウムイオン供給源5間を、外部回路を通して短絡させることにより、負極2にリチウムイオンを吸蔵させた。
Thereafter, the negative electrode 2 and the lithium
これにより、実施例1に係る蓄電デバイスを作製した。 This produced the electrical storage device which concerns on Example 1. FIG.
〔実施例2〕
実施例1と同様にして、蓄電デバイス(蓄電デバイス用セル作製工程によって作製される蓄電デバイス)10を作製した。[Example 2]
In the same manner as in Example 1, an electricity storage device (an electricity storage device produced by an electricity storage device cell production process) 10 was produced.
作製した蓄電デバイス10における負極2およびリチウムイオン供給源5間を、外部回路を通して短絡させることにより、負極2にリチウムイオンを吸蔵させた。
Lithium ions were occluded in the negative electrode 2 by short-circuiting between the negative electrode 2 and the lithium
その後、蓄電デバイス10における正極1およびリチウムイオン供給源5間に、金属リチウムを基準として、正極電位を5.3Vとして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回行った。
Thereafter, between the positive electrode 1 and the lithium
これにより、実施例2に係る蓄電デバイスを作製した。 This produced the electrical storage device which concerns on Example 2. FIG.
〔実施例3〕
実施例1と同様にして、蓄電デバイス(蓄電デバイス用セル作製工程によって作製される蓄電デバイス)10を作成した。Example 3
In the same manner as in Example 1, an electricity storage device (an electricity storage device produced by an electricity storage device cell production process) 10 was produced.
その後、蓄電デバイス10における正極1と、吸蔵工程によりリチウムイオンを吸蔵させることによってリチウムイオン供給源5として機能する負極2間に、金属リチウムを基準として、正極電位を5.3Vとして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回行った。
Thereafter, a constant current is passed between the positive electrode 1 in the
これにより、実施例3に係る蓄電デバイスを作製した。 Thereby, the electrical storage device which concerns on Example 3 was produced.
〔比較例1〕
<正極の作製>
実施例1の<正極1の作製>と同様にして、正極を作製した。次いで、作製した正極の事前処理(充放電)を行った。即ち、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2000m2/gの活性炭、導電性カーボンブラック、およびバインダであるポリテトラフルオロエチレンを、活性炭80重量%、導電性カーボンブラック10重量%、およびポリテトラフルオロエチレン10重量%の割合で混合し、エチルアルコールを用いて混練して圧延することにより、シート状の成形物に成形した。成形物の厚さは400μmであった。この成形物を、導電性接着剤を用いてアルミニウム箔に接着することにより、正極処理用負極を作製した。[Comparative Example 1]
<Preparation of positive electrode>
A positive electrode was produced in the same manner as in <Preparation of positive electrode 1> in Example 1. Next, pretreatment (charging / discharging) of the produced positive electrode was performed. That is, activated carbon having a specific surface area of 2000 m 2 / g obtained by steam activation of petroleum coke, conductive carbon black, and polytetrafluoroethylene as a binder, 80% by weight of activated carbon, 10% by weight of conductive carbon black, And it mixed in the ratio of 10 weight% of polytetrafluoroethylene, knead | mixed and rolled using ethyl alcohol, and it shape | molded in the sheet-like molded object. The thickness of the molded product was 400 μm. This molded product was bonded to an aluminum foil using a conductive adhesive to produce a negative electrode for positive electrode treatment.
また、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「H(CF2)2CH2O(CF2)2H」とを重量比1:1で混合してなる混合溶媒100重量部に、電解質塩(SBP−PF6;日本カートリット株式会社製)100重量部を溶解することにより、非水電解液を作製した。Further, 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one and 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether “H (CF 2 ) 2 CH By dissolving 100 parts by weight of an electrolyte salt (SBP-PF6; manufactured by Nihon Carterit Co., Ltd.) in 100 parts by weight of a mixed solvent obtained by mixing 2 O (CF 2 ) 2 H ”at a weight ratio of 1: 1. A non-aqueous electrolyte was prepared.
製作した正極および正極処理用負極をセルロース系の多孔質セパレータを介して対向させると共に、正極および正極処理用負極に電極部を取り付け、外装部材(アルミニウムからなるラミネートフィルム)内に収容した(外装した)。次いで、当該外装部材内に前記非水電解液を注入した。続いて、外装部材を密閉することによって充放電用セルを密封することにより、充放電用デバイスを作製した。 The produced positive electrode and the negative electrode for positive electrode treatment are made to face each other through a cellulose-based porous separator, and an electrode part is attached to the positive electrode and the negative electrode for positive electrode treatment, and is accommodated in an exterior member (a laminate film made of aluminum). ). Next, the non-aqueous electrolyte was injected into the exterior member. Then, the charge / discharge device was produced by sealing the charging / discharging cell by sealing an exterior member.
作製した充放電用デバイスにおける正極および正極処理用負極間に、直流電流を流すことによって0Vから3.5Vになるまで充電し、その後直ちに0Vになるように放電した。放電後、充放電用デバイスを解体して正極のみを取り出した。 Between the positive electrode and the negative electrode for positive electrode treatment in the produced charge / discharge device, a direct current was passed to charge from 0 V to 3.5 V, and then immediately discharged to 0 V. After the discharge, the charge / discharge device was disassembled and only the positive electrode was taken out.
<負極の作製>
実施例1の<負極2の作製>と同様にして、負極を作製した。次いで、実施例1の<蓄電デバイス10の作製>と同様にして、負極にリチウムイオンを吸蔵させる事前処理(リチウムのプレドープ)を行った。即ち、ドライ雰囲気下で、製作した負極と、金属リチウムを備えた銅箔からなるリチウムイオン供給源(市販品)とを、セルロース系の多孔質セパレータを介して対向させると共に、負極およびリチウムイオン供給源に電極部を取り付け、外装部材(アルミニウムからなるラミネートフィルム)内に収容した(外装した)。次いで、当該外装部材内に実施例1で作製したのと同様の非水電解液を注入した。続いて、外装部材を密閉することによって吸蔵処理用セルを密封することにより、吸蔵処理用デバイスを作製した。その後、作製した吸蔵処理用デバイスにおける負極およびリチウムイオン供給源間を、外部回路を通して短絡させることにより、負極にリチウムイオンを吸蔵させた。吸蔵処理後、吸蔵処理用デバイスを解体して負極のみを取り出した。<Production of negative electrode>
A negative electrode was prepared in the same manner as in <Preparation of negative electrode 2> in Example 1. Next, a pretreatment (lithium pre-doping) in which lithium ions were occluded in the negative electrode was performed in the same manner as in <Production of
<蓄電デバイスの作製>
事前処理を行った前記正極および負極を用いて、実施例1の<蓄電デバイス10の作製>と同様にして、蓄電デバイスを作製した。即ち、ドライ雰囲気下で、作製した前記正極および負極を、最外層が負極になるようにして、セパレータを介して5層積層することによって積層体を作製した。そして、正極および負極にそれぞれ電極部を取り付けた。前記積層体を、セパレータを介して外装部材(アルミニウムからなるラミネートフィルム)内に収容する(外装する)と共に、当該外装部材内に実施例1で作製したのと同様の非水電解液を注入した。続いて、外装部材を密閉することによって蓄電デバイス用セルを密封することにより、蓄電デバイスを作製した。従って、蓄電デバイスの作製時には充放電処理および吸蔵処理を行わなかった。これにより、比較例1に係る(従来の)蓄電デバイスを作製した。<Production of electricity storage device>
An electricity storage device was produced in the same manner as in <Production of
<結果>
<i.生産性>
比較例1に係る蓄電デバイスの製造時間を100(基準)とした場合に、蓄電デバイスの作製前に正極および負極の事前処理(充放電処理および吸蔵処理)を行わなくてもよい実施例1、実施例2並びに実施例3に係る蓄電デバイス10の製造時間は30であった。つまり、実施例1、実施例2並びに実施例3に係る蓄電デバイス10を製造するのに要する時間は、比較例1に係る蓄電デバイスを製造するのに要する時間の3割であった。<Result>
<I. Productivity>
Example 1, in which the pretreatment (charging / discharging treatment and occlusion treatment) of the positive electrode and the negative electrode does not have to be performed before the production of the electricity storage device when the production time of the electricity storage device according to Comparative Example 1 is 100 (reference) The manufacturing time of the
従って、製造工程が簡略化された本発明に係る蓄電デバイスの製造方法によれば、蓄電デバイスの製造時間(タクトタイム)を大幅に短縮することができることが判る。即ち、本発明に係る蓄電デバイスの製造方法は、生産性に優れていることが判る。 Therefore, according to the method for manufacturing an electricity storage device according to the present invention in which the production process is simplified, it can be seen that the production time (tact time) of the electricity storage device can be greatly reduced. That is, it can be seen that the method for manufacturing an electricity storage device according to the present invention is excellent in productivity.
また、本発明に係る蓄電デバイスの製造方法によれば、蓄電デバイスの作製前に正極および負極の事前処理(充放電処理および吸蔵処理)を行わなくてもよい。つまり、正極の事前処理(充放電)を行うための充放電用デバイス、並びに、負極の事前処理(吸蔵処理)を行うための吸蔵処理用デバイスを作製する必要が無い。従って、当該充放電用デバイスおよび吸蔵処理用デバイスを作製するための正極処理用負極や非水電解液、多孔質セパレータ、電極部、外装部材等を作製(または準備)する必要が無い。それゆえ、製造工程が簡略化された本発明に係る蓄電デバイスの製造方法によれば、蓄電デバイスの製造コスト(材料に掛かるコスト)を大幅に削減することができることが判る。即ち、蓄電デバイスを低コストで製造することができる。 In addition, according to the method for manufacturing an electricity storage device according to the present invention, it is not necessary to perform pretreatment (charge / discharge treatment and storage treatment) of the positive electrode and the negative electrode before producing the electricity storage device. That is, it is not necessary to produce a charge / discharge device for performing pretreatment (charge / discharge) of the positive electrode and an occlusion device for performing pretreatment (occlusion) of the negative electrode. Therefore, it is not necessary to prepare (or prepare) a negative electrode for positive electrode treatment, a non-aqueous electrolyte, a porous separator, an electrode part, an exterior member, and the like for producing the charge / discharge device and the occlusion device. Therefore, it can be seen that according to the method for manufacturing an electricity storage device according to the present invention in which the manufacturing process is simplified, the manufacturing cost (cost required for the material) of the electricity storage device can be significantly reduced. That is, the power storage device can be manufactured at a low cost.
尚、比較例1に係る蓄電デバイスの製造コストを100(基準)とした場合に、蓄電デバイスの作製前に正極および負極の事前処理(充放電処理および吸蔵処理)を行わなくてもよい実施例1、実施例2並びに実施例3に係る蓄電デバイス10の製造コストは40であった。
In addition, when manufacturing cost of the electricity storage device according to Comparative Example 1 is set to 100 (standard), it is not necessary to perform pretreatment (charge / discharge treatment and storage treatment) of the positive electrode and the negative electrode before producing the electricity storage device. The manufacturing cost of the
<ii.性能>
前記実施例1、実施例2並びに実施例3に係る蓄電デバイス10、および比較例1に係る蓄電デバイスについて、充放電サイクル試験を行った。充放電サイクル試験の条件は、25℃の恒温槽内で、作動電圧範囲を3.0〜5.3Vとし、2C−CC充電レートおよび0.5C−CC放電レートとした。<Ii. Performance>
A charge / discharge cycle test was performed on the
そして、前記実施例1に係る蓄電デバイス10および比較例1に係る蓄電デバイスについて、充放電サイクル試験を100サイクル行い、試験前および試験後(100サイクル後)の容量を測定して容量変化を測定した。つまり、試験前の容量(初期容量)を100(基準)とした場合の試験後の容量変化(低下)を測定して、両蓄電デバイスの性能を評価した。結果を表1に示す。尚、前記実施例1に係る蓄電デバイス10および比較例1に係る蓄電デバイスの初期容量は互いに同一であった。
And about the
同様に、前記実施例1、実施例2並びに実施例3に係る蓄電デバイス10、および比較例1に係る蓄電デバイスについて、充放電サイクル試験を500サイクル行い、試験前および試験後(500サイクル後)の容量を測定して容量変化を測定した。つまり、試験前の容量(初期容量)を100(基準)とした場合の試験後の容量変化(低下)を測定して、各蓄電デバイスの性能を評価した。結果を表2に示す。尚、前記実施例1、実施例2並びに実施例3に係る蓄電デバイス10、および比較例1に係る蓄電デバイスの初期容量は互いに同一であった。
Similarly, with respect to the
表1,2の記載から明らかなように、実施例1、実施例2並びに実施例3に係る蓄電デバイス10は、比較例1に係る蓄電デバイスと比較して、試験後の容量変化(低下)が少なく、長期特性に優れた性能を有していることが判る。即ち、本発明に係る蓄電デバイスの製造方法によって製造される蓄電デバイスは、長期安定性に優れていることが判る。尚、比較例1に係る蓄電デバイスにおいて、試験後の容量変化(低下)が多い要因としては、電極の事前処理を行った後、充放電用デバイスおよび吸蔵処理用デバイスから正極および負極を取り出して蓄電デバイスを作製するときにおける、ドライ雰囲気中に残存する酸素との接触による電極や非水電解液の性能の低下、並びに、充放電用デバイスおよび吸蔵処理用デバイスの解体によって生じる異物(例えば、外装部材の破片等)の蓄電デバイスへの混入等が考えられる。
As is clear from the descriptions in Tables 1 and 2, the
本発明に係る蓄電デバイスの製造方法によれば、製造工程が簡略化された低コストで(生産性に優れ)かつ長期安定性に優れた蓄電デバイスを製造することができる。それゆえ、当該製造方法によって製造される蓄電デバイス、或いは当該蓄電デバイスを備えた蓄電装置は、ノート型パソコンや携帯電話等の各種携帯機器等の一般電気機器、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される自動車用の蓄電装置、或いは、太陽電池や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。 According to the method for manufacturing an electricity storage device according to the present invention, it is possible to produce an electricity storage device having a simplified manufacturing process at low cost (excellent productivity) and excellent long-term stability. Therefore, a power storage device manufactured by the manufacturing method or a power storage device including the power storage device is mounted on a general electric device such as a laptop computer or a mobile device such as a mobile phone, an electric vehicle, or a hybrid vehicle. It can be widely used in various fields such as a power storage device for automobiles or a storage battery for power storage combined with a new energy system such as a solar battery or wind power generation.
1 正極
2 負極
3 セパレータ
4 金属リチウム
5 リチウムイオン供給源
6 積層体
7 外装部材
8 蓄電デバイス用セル
9 非水電解液
10 蓄電デバイスDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode 2
Claims (3)
貫通孔を有する負極集電体上に形成された、リチウムイオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する、炭素質材料、リチウムを吸蔵する金属材料および合金材料からなる群から選ばれる一種以上の材料を負極活物質として含む負極と、
リチウム塩を含む非水電解液と、を有する蓄電デバイスの製造方法であって、
蓄電デバイス用セル内に、セパレータを介して前記正極および負極を積層してなる積層体とリチウムイオン供給源とを配置すると共に、前記非水電解液を注入する蓄電デバイス用セル作製工程と、
正極とリチウムイオン供給源との間で充放電を行う充放電工程と、
負極とリチウムイオン供給源との間で電気化学的接触を行い、負極にリチウムイオンを吸蔵させる吸蔵工程と、を含み、
前記吸蔵工程の後に前記充放電工程を行い、
前記充放電工程におけるリチウム供給源は、前記吸蔵工程によりリチウムイオンを吸蔵した負極であり、
前記充放電工程では、金属リチウムを基準として、充電電圧を5.0V以上、6.0V以下とすることを特徴とする蓄電デバイスの製造方法。 A positive electrode comprising a carbonaceous material formed on a positive electrode current collector having a through hole and having a layered structure capable of inserting and releasing anions as a positive electrode active material;
One or more materials selected from the group consisting of a carbonaceous material, a metal material that occludes lithium, and an alloy material, which are formed on a negative electrode current collector having a through hole and have a layered structure capable of inserting and extracting lithium ions A negative electrode containing as a negative electrode active material,
A non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, and a method for producing an electricity storage device comprising:
In the electricity storage device cell, a laminated body formed by laminating the positive electrode and the negative electrode via a separator and a lithium ion supply source, and injecting the non-aqueous electrolyte solution, an electricity storage device cell manufacturing step,
A charge / discharge step of charging / discharging between the positive electrode and the lithium ion source;
An electrochemical process between the negative electrode and the lithium ion supply source, and occlusion of lithium ions in the negative electrode;
The charge / discharge step is performed after the occlusion step,
Lithium source in the charging and discharging process, Ri anode der occluding lithium ions by the storage step,
In the charging / discharging step, a charging voltage is set to 5.0 V or more and 6.0 V or less with respect to metallic lithium, and the method for manufacturing an electricity storage device.
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