JP6487841B2 - Power storage device - Google Patents

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Description

本発明は、高エネルギー密度、高出力、及び耐久性を有する蓄電デバイスに関する。   The present invention relates to a storage device having high energy density, high output, and durability.

近年、リチウムイオン二次電池および電気二重層キャパシタの蓄電原理が組み合わされた、ハイブリッドキャパシタと称される蓄電デバイスが注目されている。
かかるハイブリッドキャパシタとしては、リチウムイオンを吸蔵、脱離し得る炭素材料に、予め化学的方法または電気化学的方法によって、リチウムイオンを吸蔵、担持(以下、ドープともいう。)させて負極電位を下げることにより、高いエネルギー密度が得られる蓄電デバイスが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。また、満充電の状態から半分の電圧まで放電した際のセル容量をa〔mAh〕、充電状態の負極を1.5V〔Li/Li+ 〕まで放電させた時の容量を完全負極容量b〔mAh〕としたときに、0.05≦a/b≦0.3を満たすように正極活物質と負極活物質との比率を規定して高出力化を図った有機電解質キャパシタ(例えば、特許文献2参照。)なども提案されている。
In recent years, a storage device called a hybrid capacitor, in which storage principles of a lithium ion secondary battery and an electric double layer capacitor are combined, has attracted attention.
In such a hybrid capacitor, a carbon material capable of absorbing and desorbing lithium ions is made to occlude and support lithium ions in advance (hereinafter also referred to as doping) by a chemical method or an electrochemical method in advance to lower the negative electrode potential. Thus, a storage device capable of obtaining a high energy density has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In addition, the cell capacity at the time of discharging to a half voltage from the fully charged state is a [mAh], and the capacity at the time of discharging the charged negative electrode to 1.5 V [Li / Li + ] is completely negative capacity b [ An organic electrolyte capacitor (for example, patent document) in which the ratio of the positive electrode active material to the negative electrode active material is defined so as to satisfy 0.05 ≦ a / b ≦ 0.3 when mAh] is satisfied. 2) etc. are also proposed.

しかし、特許文献2のように高出力化を図る構成にした場合、電気二重層キャパシタよりは高エネルギー密度化を図っているが、一般的なリチウムイオンキャパシタの中ではエネルギー密度は低い結果をもたらす。
また、特許文献1のように正極活物質重量を大きくした場合は、エネルギー密度の高いリチウムイオンキャパシタが得られる。このように、正極活物質重量を大きくした場合、放電末期の抵抗が高くなるためレート特性が低下するとともに、従来のキャパシタと比較するとサイクル特性が悪くなる。その原因は、負極への負荷が高くなるためであり、充放電を繰り返すと、負極活物質中のリチウムイオンの消費によりセル容量の低下が早くなると考えられる。即ち、高出力化と高エネルギー密度化はトレードオフの関係となっており、蓄電デバイスの性能の良好なバランスを保つことが困難であった。
However, when high output is achieved as in Patent Document 2, higher energy density is achieved than in the case of an electric double layer capacitor, but in a general lithium ion capacitor, the energy density is low. .
When the weight of the positive electrode active material is increased as in Patent Document 1, a lithium ion capacitor with high energy density can be obtained. As described above, when the weight of the positive electrode active material is increased, the resistance at the end of discharge increases, so that the rate characteristics deteriorate, and the cycle characteristics deteriorate as compared with the conventional capacitor. The cause is that the load on the negative electrode is high, and it is considered that when charge and discharge are repeated, the decrease in cell capacity is quickened by the consumption of lithium ions in the negative electrode active material. That is, high power and high energy density are in a trade-off relationship, and it has been difficult to maintain a good balance of the performance of the storage device.

日本特許第4015993号公報Japanese Patent No. 4015 993 国際公開WO2005/031773号パンフレットInternational Publication WO 2005/031773 Brochure

本発明は、上記のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、高エネルギー密度、高出力、及び耐久性を有する蓄電デバイスを提供することにある。   The present invention has been made based on the circumstances as described above, and an object thereof is to provide an electricity storage device having high energy density, high output, and durability.

本発明者らは、上記の目的を達成すべく研究をすすめたところ、以下の構成を要旨とする本発明に到達した。
(1)正極集電体上に正極活物質層が形成された正極および負極集電体上に負極活物質層が形成された負極が、セパレータを介して交互に積層されて構成された電極ユニットと、リチウム塩の非プロトン性有機溶媒溶液よりなる電解液とを備えた蓄電デバイスであって、
蓄電デバイスの満充電の状態から、満充電の電圧の半分の電圧まで0.75時間〜1.25時間かけて放電したときの容量をセル容量a(mAh)とし、蓄電デバイスの満充電の状態の負極を、負極電位が1.5V(Li/Li+ )になるまで放電させたときの容量を完全負極容量b(mAh)とし、前記負極を0Vにて12時間にわたって定電流−定電圧充電(CCCV充電)としたときの容量を総負極充電容量c(mAh)とするとき、0.35≦a/b≦0.95、0.55≦b/c≦1.00、0.35≦a/c≦0.55を満たし、前記正極活物質層の電極密度が0.54g/cm〜0.7g/cmで、且つ前記正極活物質層の電極目付量が70g/m〜110g/mであることを特徴とする蓄電デバイス。
The inventors of the present invention have conducted researches to achieve the above object, and have arrived at the present invention having the following constitution as a summary.
(1) An electrode unit in which a positive electrode having a positive electrode active material layer formed on a positive electrode current collector and a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on a negative electrode current collector are alternately stacked via a separator. And an electrolytic solution comprising an aprotic organic solvent solution of a lithium salt,
The capacity when discharged to half the voltage of full charge from the state of full charge of the storage device for 0.75 to 1.25 hours is the cell capacity a (mAh), and the state of full charge of the storage device The capacity of the negative electrode is discharged until the negative electrode potential reaches 1.5 V (Li / Li + ), and the capacity is the complete negative electrode capacity b (mAh). Assuming that the capacity at the time of (CCCV charging) is the total negative electrode charging capacity c (mAh), 0.35 ≦ a / b ≦ 0.95, 0.55 ≦ b / c ≦ 1.00, 0.35 ≦ It meets a / c ≦ 0.55, wherein the electrode density of the positive electrode active material layer is 0.54g / cm 3 ~0.7g / cm 3 , and the electrode weight per unit area of the positive electrode active material layer is 70 g / m 2 ~ It is 110 g / m < 2 >, The electrical storage device characterized by the above-mentioned.

(2)前記負極活物質層は黒鉛系粒子を含む上記(1)に記載の蓄電デバイス。
(3)前記正極活物質層は活性炭を含むことを特徴とする上記(1)または(2)に記載の蓄電デバイス。
(4)前記セパレータの厚みが5μm〜20μmである上記(1)〜(3)に記載の蓄電デバイス。
(5)前記正極集電体および/または負極集電体が、貫通孔を有している上記(1)〜(4)のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。
(6)前記電極ユニットが、積層型または捲回型である上記(1)〜(5)のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。
(7)前記負極が、予めリチウムイオンがドープされた負極である上記(1)〜(6)のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。
(8)リチウムイオンキャパシタである上記(1)〜(7)のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。
(9)エネルギー密度が31.5Wh/L以上である上記(8)に記載の蓄電デバイス。
(2) The electricity storage device according to (1), wherein the negative electrode active material layer contains graphite-based particles.
(3) The electricity storage device according to (1) or (2) above, wherein the positive electrode active material layer contains activated carbon.
(4) The electricity storage device according to (1) to (3), wherein the thickness of the separator is 5 μm to 20 μm.
(5) The electricity storage device according to any one of (1) to (4), wherein the positive electrode current collector and / or the negative electrode current collector has a through hole.
(6) The electricity storage device according to any one of (1) to (5), wherein the electrode unit is a stacked type or a wound type.
(7) The electricity storage device according to any one of (1) to (6), wherein the negative electrode is a negative electrode doped with lithium ions in advance.
(8) The electricity storage device according to any one of the above (1) to (7), which is a lithium ion capacitor.
(9) The electricity storage device according to (8), which has an energy density of 31.5 Wh / L or more.

本発明の蓄電デバイス、例えば、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン二次電池によれば、負極への負荷を大きくしても劣化することなく高い耐久性を保ち、高エネルギー密度が得られると共に、高出力特性が得られる。   According to the storage device of the present invention, for example, a lithium ion capacitor or lithium ion secondary battery, high durability can be maintained without deterioration even when the load on the negative electrode is increased, and high energy density can be obtained and high output. Characteristics are obtained.

本発明の蓄電デバイスは、基本的に、正極と負極とを、セパレータを介して交互に積層あるいは捲回させた電極ユニットを外装容器内に有する。外装容器は、円筒型、角型、ラミネート型等を適宜使用することができ、特に限定されない。
本発明の蓄電デバイスにおいて、「正極」とは、放電の際に電流が流出し、充電の際に電流が流入する側の極を意味し、「負極」とは、放電の際に電流が流入し、充電の際に電流が流出する側の極を意味する。
The electricity storage device of the present invention basically has an electrode unit in which an anode and an anode are alternately stacked or wound via a separator in an outer container. The outer container may be cylindrical, square, laminate, or the like as appropriate, and is not particularly limited.
In the electricity storage device of the present invention, “positive electrode” means an electrode to which current flows out during discharge and into which current flows during charge, and “negative electrode” means current flows during discharge. Mean the pole from which the current flows out during charging.

本明細書において、「ドープ」とは、吸蔵、吸着または挿入を意味し、正極活物質にリチウムイオンおよびアニオンの少なくとも一方が入る現象、あるいは、負極活物質にリチウムイオンが入る現象をいう。また、「脱ドープ」とは、脱離、放出を意味し、正極活物質からリチウムイオンもしくはアニオンが脱離する現象、または負極活物質からリチウムイオンが脱離する現象をいう。   In the present specification, “dope” means storage, adsorption or insertion, and refers to a phenomenon in which at least one of lithium ions and anions enters the positive electrode active material, or a phenomenon in which lithium ions enter the negative electrode active material. The term "de-doping" refers to desorption and release, and refers to a phenomenon in which lithium ions or anions are desorbed from the positive electrode active material or a phenomenon in which lithium ions are desorbed from the negative electrode active material.

本発明の蓄電デバイスは、負極および正極の少なくとも一方にリチウムイオンを予めドープするのが好ましい。負極にリチウムイオンを予めドープするのがより好ましい。
負極および正極の少なくとも一方にリチウムイオンを予めドープする方法としては、例えば、金属リチウム等をリチウム極として蓄電デバイスに配置し、負極および正極の少なくとも一方とリチウム極との電気化学的接触によって、リチウムイオンをドープさせる方法が用いられる。
In the electricity storage device of the present invention, at least one of the negative electrode and the positive electrode is preferably doped in advance with lithium ions. More preferably, the negative electrode is pre-doped with lithium ions.
As a method of pre-doping lithium ion to at least one of the negative electrode and the positive electrode, for example, metal lithium etc. is disposed as a lithium electrode in a storage device, and lithium is obtained by electrochemical contact between at least one of the negative electrode and the positive electrode A method of doping ions is used.

本発明の蓄電デバイスでは、リチウム極をセル中に局所的に配置して電気化学的接触させることによっても、負極および正極の少なくとも一方にリチウムイオンを均一にドープすることができる。   In the electricity storage device of the present invention, at least one of the negative electrode and the positive electrode can be uniformly doped with lithium ions also by disposing the lithium electrode locally in the cell and making electrochemical contact.

本発明の蓄電デバイスは、例えば、表裏面を貫通する孔を有した正極集電体に正極活物質層を形成した正極、第1のセパレータ、表裏面を貫通する孔を有した負極集電体に負極活物質層を形成した負極、第2のセパレータの順に捲回または積層させ、正極と接触しないように第1のセパレータの余剰部に少なくとも1つのリチウム極を配置し、負極集電体とリチウム極を短絡させて、電極ユニットを構成する。角型、円筒型またはラミネート状の外装容器に電極ユニットを封入した後、電解液を充填させることで、リチウム極からのリチウムイオンのドープが開始され、負極活物質層中にリチウムイオンをドープすることができる。これにより、蓄電デバイスを構成する。   The electricity storage device of the present invention is, for example, a positive electrode in which a positive electrode current collector having a hole penetrating through the front and back surfaces, a positive electrode active material layer formed, a first separator, and a negative electrode current collector having holes penetrating through the front and back surfaces. The negative electrode on which the negative electrode active material layer is formed and the second separator are sequentially wound or stacked, and at least one lithium electrode is disposed in the surplus portion of the first separator so as not to contact the positive electrode. The lithium electrode is shorted to form an electrode unit. After the electrode unit is enclosed in a rectangular, cylindrical or laminate type outer container, by filling the electrolyte solution, doping of lithium ions from the lithium electrode is started, and lithium ions are doped in the negative electrode active material layer be able to. Thus, a power storage device is configured.

本発明の蓄電デバイスの具体例としては、リチウムイオンキャパシタおよびリチウムイオン二次電池をあげることができるが、なかでもリチウムイオンキャパシタであるのが好ましい。   Although a lithium ion capacitor and a lithium ion secondary battery can be mentioned as a specific example of the electrical storage device of this invention, Especially, a lithium ion capacitor is preferable.

本発明において、リチウムイオンキャパシタとは、正極が分極性電極であり、負極が非分極性電極である、リチウムイオンを含有する蓄電デバイスを意味する。
リチウムイオンキャパシタの正極材料としては、活性炭、ポリアセン等の比表面積の大きな材料が好ましく用いられ、負極の材料としては、黒鉛、難黒鉛化炭素、天然黒鉛よりなる芯粒子の表面がタールもしくはピッチ由来の黒鉛化物質によって被覆されている黒鉛系複合粒子、および、芳香族系縮合ポリマーの熱処理物であって水素原子および炭素原子の原子数比(水素原子/炭素原子)が0.50〜0.05であるポリアセン系骨格構造を有するポリアセン系有機半導体(PAS)等の炭素質材料、チタン酸リチウム等の金属酸化物、シリコン、スズ等の金属合金等が好ましく用いられる。リチウムイオンキャパシタとしては、負極が、予めリチウムイオンをドープした負極であるのが好ましい。負極が、予めリチウムイオンをドープした負極であるリチウムイオンキャパシタは、充電操作から蓄電デバイスの使用開始ができるので好ましい。本発明のリチウムイオンキャパシタは、エネルギー密度が31.5Wh/L以上であるのが好ましく、33Wh/L以上であるのがさらに好ましい。
In the present invention, the lithium ion capacitor means an electricity storage device containing lithium ions in which the positive electrode is a polarizable electrode and the negative electrode is a nonpolarizable electrode.
As a positive electrode material of a lithium ion capacitor, a material having a large specific surface area such as activated carbon or polyacene is preferably used, and as a material of the negative electrode, core particles made of graphite, non-graphitizable carbon, natural graphite are derived from tar or pitch And a heat-treated material of an aromatic condensation polymer coated with the graphitized substance of the present invention and having an atomic ratio of hydrogen atoms to carbon atoms (hydrogen atom / carbon atom) of 0.50 to 0.2. Carbonaceous materials such as polyacene-based organic semiconductor (PAS) having a polyacene-based framework structure of 05, metal oxides such as lithium titanate, and metal alloys such as silicon and tin are preferably used. As a lithium ion capacitor, it is preferable that a negative electrode is a negative electrode which doped lithium ion previously. The lithium ion capacitor in which the negative electrode is a negative electrode doped with lithium ions in advance is preferable because the use of the storage device can be started from the charging operation. The energy density of the lithium ion capacitor of the present invention is preferably 31.5 Wh / L or more, more preferably 33 Wh / L or more.

本発明において、リチウムイオン二次電池とは、正極および負極が非分極性電極である、リチウムイオンを含有する蓄電デバイスを意味する。リチウムイオン二次電池の正極材料としては、コバルト酸リチウム、リン酸鉄リチウム等の遷移金属複合酸化物等が好ましく用いられる。負極材料としては、黒鉛、難黒鉛化炭素等の炭素質材料、チタン酸リチウム等の金属酸化物、シリコン、スズ等の金属合金等が好ましく用いられる。   In the present invention, the lithium ion secondary battery means an electricity storage device containing lithium ions in which the positive electrode and the negative electrode are nonpolarizable electrodes. As a positive electrode material of a lithium ion secondary battery, transition metal complex oxides such as lithium cobaltate and lithium iron phosphate are preferably used. As the negative electrode material, carbonaceous materials such as graphite and non-graphitizable carbon, metal oxides such as lithium titanate, and metal alloys such as silicon and tin are preferably used.

本発明の蓄電デバイスは、蓄電デバイスの満充電の状態から、満充電の電圧の半分の電圧まで0.75時間〜1.25時間かけて放電したときの容量をセル容量a(mAh)とし、蓄電デバイスの満充電の状態の負極を、負極電位が1.5V(Li/Li+ )になるまで放電させたときの容量を完全負極容量b(mAh)とし、前記負極を0Vにて12時間にわたって定電流−定電圧充電(CCCV充電)したときの容量を総負極充電容量c(mAh)としたとき、0.35≦a/b≦0.95、0.55≦b/c≦1.00、0.35≦a/c≦0.55を満たし、前記正極活物質層の電極密度が0.54g/cm〜0.7g/cmで、且つ前記正極活物質層の電極目付量が70g/m〜110g/mであるという特徴を有する。According to the storage device of the present invention, the cell capacity a (mAh) is a capacity when discharging from the fully charged state of the storage device to a voltage half the full charge over 0.75 hours to 1.25 hours, The capacity of the fully charged negative electrode of the electricity storage device was discharged to a negative electrode potential of 1.5 V (Li / Li + ), and the capacity was taken as a complete negative electrode capacity b (mAh). When the capacity when performing constant current-constant voltage charging (CCCV charging) is defined as a total negative electrode charging capacity c (mAh), 0.35 ≦ a / b ≦ 0.95, 0.55 ≦ b / c ≦ 1. It met 00,0.35 ≦ a / c ≦ 0.55, wherein the electrode density of the positive electrode active material layer is 0.54g / cm 3 ~0.7g / cm 3 , and the positive active electrode mass per unit area of the material layer having a characteristic that but a 70g / m 2 ~110g / m 2 .

本発明において、蓄電デバイスの満充電の状態とは、ガス発生や抵抗の上昇などの不具合が無く、長期にわたって使用できる最大電圧の範囲内で任意に設定した充電状態を意味する。蓄電デバイスの満充電の電圧は、蓄電デバイスの種類、正負極の材料構成、および電解液組成に依存する。リチウムイオンキャパシタでは、満充電の電圧は、3.6V〜4.0V程度であり、リチウムイオン二次電池では、満充電の電圧は、4.1V〜4.5V程度である。リチウムイオンキャパシタおよびリチウムイオン二次電池では、満充電時において、負極の電位は、0.2V(Li/Li+ )以下であるのが好ましく、0.1V(Li/Li+ )以下であるのがさらに好ましい。満充電の電圧以上の電圧印加は、蓄電デバイスの劣化を招くので好ましくない。In the present invention, the fully charged state of the power storage device means a charged state which is arbitrarily set within the range of the maximum voltage which can be used over a long period without problems such as gas generation and rise in resistance. The fully charged voltage of the storage device depends on the type of storage device, the material configuration of the positive and negative electrodes, and the electrolyte composition. In the lithium ion capacitor, the full charge voltage is about 3.6 V to 4.0 V, and in the lithium ion secondary battery, the full charge voltage is about 4.1 V to 4.5 V. In the lithium ion capacitor and lithium ion secondary battery, the potential of the negative electrode is preferably 0.2 V (Li / Li + ) or less at full charge, and is 0.1 V (Li / Li + ) or less. Is more preferred. Application of a voltage higher than the voltage for full charge is not preferable because it causes deterioration of the storage device.

セル容量aは、セルサイズによっても変化するが、所定容量の正極活物質、負極活物質を使用する場合、負極活物質の質量に対する正極活物質の質量を調整することによって制御することができる。具体的には、例えば負極を構成する負極活物質層の目付が一定である場合には、正極活物質層の目付を大きくするほど、セル容量aを大きくすることができる。   The cell capacity a changes depending on the cell size, but when using a positive electrode active material and a negative electrode active material of a predetermined capacity, it can be controlled by adjusting the mass of the positive electrode active material with respect to the mass of the negative electrode active material. Specifically, for example, when the basis weight of the negative electrode active material layer constituting the negative electrode is constant, the cell capacity a can be increased as the basis weight of the positive electrode active material layer is increased.

〔セル容量aの測定方法〕
セル容量aは、満充電の状態から、満充電の電圧の半分の電圧まで放電するときの放電時間が0.75時間〜1.25時間となる電流値(以下、「電流値α」という。)で放電させることによって測定される。具体的には、まず、蓄電デバイスを、電流値αの定電流にてセル電圧が満充電に係る設定電圧になるまで充電した後、当該設定電圧の定電圧を印加する定電流−定電圧充電(CCCV充電)を30分間行って満充電の状態にする。次いで、この状態から、電流値αの定電流にて、設定電圧の半分の電圧になるまで放電する。この充放電を5回繰り返すことで蓄電デバイスを定常状態とし、5回目に放電したときに測定される容量が、セル容量aとされる。
[Method of measuring cell capacity a]
The cell capacity a is referred to as a current value (hereinafter referred to as “current value α”) in which the discharge time when discharging from the fully charged state to a half voltage of the fully charged voltage is 0.75 to 1.25 hours. It is measured by discharging with. Specifically, first, the storage device is charged with a constant current of current value α until the cell voltage reaches a set voltage related to full charge, and then a constant current-constant voltage charge is applied to apply a fixed voltage of the set voltage Perform (CCCV charge) for 30 minutes to fully charge the battery. Then, from this state, discharge is performed at a constant current of the current value α until the voltage reaches half of the set voltage. By repeating this charge and discharge five times, the storage device is brought into a steady state, and the capacity measured when the battery is discharged for the fifth time is taken as the cell capacity a.

一例を挙げると、例えば、セル容量が200mAh程度とされる蓄電デバイスの場合、200mA(電流値α)の定電流にてセル電圧が3.8Vになるまで充電した後、3.8Vの定電圧を印加する定電流−定電圧充電(CCCV充電)を30分間行って満充電の状態にし、次いで、この状態から200mA(電流値α)の定電流にてセル電圧が1.9Vになるまで放電することにより、セル容量aを測定することができる。この際の放電に要する時間は約1時間となる。仮に2000mAの定電流にて放電した場合、セルの内部抵抗にもよるが、放電時間が6分以下となり、0.75時間を大きく下回るため、蓄電デバイスが有している正確なセル容量aを測定することはできない。
なお、本発明で規定している0.75時間〜1.25時間とは、いかような値を取り得るわけではなく、約1時間前後で半分の電圧に放電ができる電流値を導き出して放電する目安時間を規定しているものである。具体的には0.9時間〜1.1時間の範囲で放電できる電流値を設定することが好ましい。
For example, in the case of an electricity storage device having a cell capacity of about 200 mAh, after charging until the cell voltage reaches 3.8 V with a constant current of 200 mA (current value α), the constant voltage of 3.8 V Apply a constant current-constant voltage charge (CCCV charge) for 30 minutes to fully charge the battery, and then discharge from this state until the cell voltage reaches 1.9 V at a constant current of 200 mA (current value α). By doing this, the cell capacity a can be measured. The time required for the discharge at this time is about one hour. If it is discharged at a constant current of 2000 mA, the discharge time will be 6 minutes or less and it will be far below 0.75 hours, though it depends on the internal resistance of the cell, so the exact cell capacity a possessed by the storage device is It can not be measured.
It should be noted that the 0.75 to 1.25 hours specified in the present invention do not mean that any value can be taken, and a current value capable of discharging to a half voltage in about one hour is derived to discharge It specifies the standard time to do. Specifically, it is preferable to set a current value that can discharge in the range of 0.9 hours to 1.1 hours.

完全負極容量bは、負極を構成する負極活物質に満充電時にドープされるリチウムイオンの量を調整することによって制御することができる。具体的には、例えばリチウム極の厚みを大きくするほど、完全負極容量bを大きくすることができる。また、正極の容量を大きくすると、完全負極容量bを大きくすることができる。   The complete negative electrode capacity b can be controlled by adjusting the amount of lithium ions to be doped into the negative electrode active material constituting the negative electrode during full charge. Specifically, for example, as the thickness of the lithium electrode is increased, the complete negative electrode capacity b can be increased. In addition, when the capacity of the positive electrode is increased, the complete negative electrode capacity b can be increased.

〔完全負極容量bの測定方法〕
蓄電デバイスの完全負極容量bは、満充電状態の蓄電デバイスにおける各負極に係る下記測定によって得られる負極容量の合計である。
完全負極容量bは、まず、蓄電デバイスを、電流値αの定電流にてセル電圧が設定電圧になるまで充電した後、設定電圧の定電圧を印加する定電流−定電圧充電(CCCV充電)を30分間行って満充電の状態にする。次いで、この満充電させた蓄電デバイスを、例えば、アルゴンボックス内にて正極と負極が短絡しないように分解して負極を取り出し、この負極を作用極とし、対極および参照極にリチウム金属板からなる電極板を各々用いて負極容量測定用の3極セルを組み立て、これを電流値βの定電流にて負極電位が1.5Vになるまで放電してその負極容量を測定する。測定した負極容量に総負極枚数をかけることで完全負極容量bが得られる。
ここに、電流値βは、蓄電デバイスを構成する負極が1つのみである場合は電流値αと同じ値となり、蓄電デバイスを構成する負極が複数であり、かつ、各負極が同一の構成を有する場合は電流値αを負極の数で除した値となる。
蓄電デバイスに3つ以上の負極が含有されている場合は、負極容量測定用の3極セルを作製するための負極としては、最外部に位置される負極以外の負極を選択して取り出すことが必要とされる。
[Method of measuring the complete negative electrode capacity b]
The complete negative electrode capacity b of the storage device is the sum of the negative electrode capacities obtained by the following measurement of each negative electrode in the fully charged storage device.
The complete negative electrode capacity b first charges the storage device with a constant current of current value α until the cell voltage reaches the set voltage, then applies a constant voltage of the set voltage constant current-constant voltage charge (CCCV charge) For 30 minutes to fully charge the battery. Next, this fully charged storage device is decomposed, for example, so that the positive electrode and the negative electrode do not short circuit in the argon box, the negative electrode is taken out, this negative electrode is used as a working electrode, and a lithium metal plate is used as a counter electrode and a reference electrode. A 3-pole cell for measuring the negative electrode capacity is assembled using each of the electrode plates, and this is discharged until the negative electrode potential reaches 1.5 V with a constant current of current value β, and the negative electrode capacity is measured. The total negative electrode capacity b is obtained by multiplying the measured negative electrode capacity by the total number of negative electrodes.
Here, the current value β is the same value as the current value α when there is only one negative electrode constituting the electricity storage device, a plurality of anodes constituting the electricity storage device are plural, and each negative electrode has the same configuration. When it has, it becomes the value which divided electric current value alpha by the number of negative electrodes.
When three or more negative electrodes are contained in the electricity storage device, the negative electrode other than the negative electrode positioned at the outermost position may be selected and taken out as a negative electrode for producing a three-electrode cell for measuring negative electrode capacity. Needed.

一例を挙げると、例えば、200mAhのセル容量を有し、同一の構成の11枚の負極を有する蓄電デバイスの場合、200mA(電流値α)の定電流にてセル電圧が3.8Vになるまで充電した後、3.8Vの定電圧を印加する定電流−定電圧充電(CCCV充電)を30分間行って満充電の状態にする。次いで、この満充電させた蓄電デバイスを、アルゴンボックス内にて正極と負極が短絡しないように分解して最内部に位置される負極を取り出し、この負極を作用極とし、対極(作用極の両面に配置)および参照極にリチウム金属板からなる電極板を各々用いて負極容量測定用の3極セルを組み立て、これを18.2mA(電流値β:200mA÷11枚)の定電流にて負極電位が1.5Vになるまで放電してその負極容量を測定し、この値を11倍することにより、完全負極容量bを得ることができる。
本発明における、完全負極容量bに対するセル容量aの割合(a/b)は、0.35≦a/b≦0.95である。a/bが0.35未満の場合、エネルギー密度が低下する。一方、a/bが0.95より大きい場合は、サイクル試験時にリチウム析出が生じやすく耐久性が悪くなるとともに、リチウム消費による容量低下がはやくなり、特性が悪化する。a/bは、0.36≦a/b≦0.93であるのが好ましく、特に、0.45≦a/b≦0.7を満たすことが好ましい。
For example, in the case of a storage device having a cell capacity of 200 mAh and having 11 negative electrodes of the same configuration, the cell voltage becomes 3.8 V at a constant current of 200 mA (current value α). After charging, constant current-constant voltage charging (CCCV charging) for applying a constant voltage of 3.8 V is performed for 30 minutes to achieve a fully charged state. Next, the fully charged storage device is disassembled so that the positive electrode and the negative electrode do not short circuit in the argon box, and the negative electrode positioned inside is taken out, and this negative electrode is used as a working electrode. 3) and a reference electrode using an electrode plate made of a lithium metal plate to assemble a 3-pole cell for negative electrode capacitance measurement, which is used as a negative electrode at a constant current of 18.2 mA (current value β: 200 mA × 11 pieces) A complete negative electrode capacity b can be obtained by discharging until the potential reaches 1.5 V, measuring the negative electrode capacity, and multiplying this value by 11 times.
The ratio (a / b) of the cell capacity a to the complete negative electrode capacity b in the present invention is 0.35 ≦ a / b ≦ 0.95. When a / b is less than 0.35, the energy density decreases. On the other hand, when a / b is larger than 0.95, lithium deposition easily occurs during the cycle test, the durability is deteriorated, and the capacity reduction due to lithium consumption is accelerated, and the characteristics are deteriorated. a / b is preferably 0.36 ≦ a / b ≦ 0.93, and particularly preferably 0.45 ≦ a / b ≦ 0.7.

また、本発明の蓄電デバイスにおける負極は、負極を0Vにて12時間にわたって定電流−定電圧(CCCV)充電したときの容量を総負極充電容量c(mAh)としたとき、0.55≦b/c≦1.00を満たし、また、0.35≦a/c≦0.55を満たすことが必要である。
総負極充電容量cに対する完全負極容量bの割合b/cが上記の範囲にあることにより、蓄電デバイスに高い容量維持率が得られて高い耐久性が得られる。一方、b/cが0.55未満の場合、リチウムが不足しサイクル耐久性が悪化する。また、1.00を超える場合は、リチウムが析出しやすくサイクル特性が悪化する。0.55≦b/c≦1.00が好ましく、特に、0.70≦b/c≦0.90を満たすことが好ましい。
In addition, the negative electrode in the electricity storage device of the present invention has a total negative electrode charge capacity c (mAh) when the negative electrode is charged at constant current-constant voltage (CCCV) for 12 hours at 0 V, 0.55 ≦ b It is necessary to satisfy /c≦1.00 and 0.35 ≦ a / c ≦ 0.55.
When the ratio b / c of the complete negative electrode capacity b to the total negative electrode charge capacity c is in the above range, a high capacity retention rate can be obtained in the power storage device, and high durability can be obtained. On the other hand, when b / c is less than 0.55, lithium runs short and cycle durability deteriorates. In addition, when it exceeds 1.00, lithium easily precipitates and the cycle characteristics deteriorate. It is preferable that 0.55 ≦ b / c ≦ 1.00, and particularly preferably 0.70 ≦ b / c ≦ 0.90.

また、総負極充電容量cに対するセル容量aの割合a/cが0.35未満の場合、エネルギー密度が低下する。一方、a/cが0.55より大きい場合、サイクル試験時の容量低下が大きくなり耐久性が悪くなる。0.36≦a/c≦0.54が好ましく、特に、0.4≦a/c≦0.5を満たすことが好ましい。   In addition, when the ratio a / c of the cell capacity a to the total negative electrode charge capacity c is less than 0.35, the energy density decreases. On the other hand, when a / c is larger than 0.55, the capacity reduction at the time of a cycle test becomes large, and durability becomes worse. 0.36 ≦ a / c ≦ 0.54 is preferable, and in particular, 0.4 ≦ a / c ≦ 0.5 is preferably satisfied.

総負極充電容量cは、負極に含有させる負極活物質の種類および質量を調整することによって制御することができる。具体的には、例えば,負極活物質層中の負極活物質の質量比率を大きくするほど、総負極充電容量cを大きくすることができる。例えば、負極活物質として黒鉛、黒鉛系複合粒子とポリアセン系有機半導体(PAS)とを同じ重量で比較すると、PASを用いた場合の方が総負極充電容量cは大きくなる。   The total negative electrode charge capacity c can be controlled by adjusting the type and mass of the negative electrode active material contained in the negative electrode. Specifically, for example, as the mass ratio of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is increased, the total negative electrode charge capacity c can be increased. For example, when graphite, the graphite-based composite particles, and the polyacene-based organic semiconductor (PAS) are compared at the same weight as the negative electrode active material, the total negative electrode charge capacity c is larger when PAS is used.

〔総負極充電容量cの測定方法〕
蓄電デバイスの総負極充電容量cは、当該蓄電デバイスを構成する各負極に係る下記測定によって得られる各負極容量の合計である。
総負極充電容量cは、具体的には、まず、完全負極容量bを測定するための負極容量測定用の3極セルを、電流値βの定電流にて負極電位が0Vになるまで充電して、0Vの定電圧を印加する定電流−定電圧充電(CCCV充電)を12時間行い、このときの負極容量を測定することにより、総負極充電容量cが得られる。
蓄電デバイスに複数の負極が含有されており、かつ、各負極が同一の構成を有する場合は、総負極充電容量cは、負極容量測定用の3極セルにおいて測定された負極容量に、蓄電デバイスに含有される負極数を掛けることにより求められる。
[Method of measuring total negative charge capacity c]
The total negative electrode charge capacity c of the storage device is the sum of the respective negative electrode capacities obtained by the following measurement related to each negative electrode constituting the storage device.
Specifically, first, the total negative electrode charge capacity c charges a 3-pole cell for measuring negative electrode capacity for measuring the complete negative electrode capacity b until the negative electrode potential becomes 0 V with a constant current of current value β The total negative electrode charge capacity c is obtained by performing constant current-constant voltage charge (CCCV charge) applying a constant voltage of 0 V for 12 hours and measuring the negative electrode capacity at this time.
When a plurality of negative electrodes are contained in the storage device, and each negative electrode has the same configuration, the total negative electrode charge capacity c is equal to the negative electrode capacity measured in the 3-electrode cell for measuring the negative electrode capacity. It is obtained by multiplying the number of negative electrodes contained in.

次に、本発明の蓄電デバイスを構成する、各構成要素について説明する。
〔集電体〕
正極および負極には、それぞれ電気を受配電する正極集電体および負極集電体が備えられている。このような正極集電体および負極集電体としては、貫通孔が形成された集電体を用いることが好ましい。正極集電体および負極集電体における貫通孔の形態、数等は特に限定されず、正極および負極の少なくとも一方に対向して配置されたリチウム極から電気化学的に供給されるリチウムイオンおよび電解液中のリチウムイオンが各電極集電体に遮断されることなく、電極の表裏間を移動できるように設定することができる。
Next, each component which comprises the electrical storage device of this invention is demonstrated.
[Current collector]
The positive electrode and the negative electrode are respectively provided with a positive electrode current collector and a negative electrode current collector for receiving and distributing electricity. As such a positive electrode current collector and a negative electrode current collector, it is preferable to use a current collector having through holes. The form, number, etc. of through holes in the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are not particularly limited, and lithium ions and electrolysis are supplied electrochemically from the lithium electrode disposed opposite to at least one of the positive electrode and the negative electrode. It can be set so that lithium ions in the liquid can move between the front and back of the electrode without being blocked by each electrode current collector.

〔正極集電体〕
正極集電体としては、貫通孔を有する多孔質集電体を用いることができる。
貫通孔を有する正極集電体としては、例えば機械的な打ち込みによって裏表面を貫通する貫通孔が形成されたエキスパンドメタルやパンチングメタルや、CO2 レーザー、YAGレーザー、UVレーザーなどによるレーザー加工によって裏表面を貫通する貫通孔が形成された集電体や、エッチング、電解エッチングによって表裏面に貫通孔が形成された集電体を用いることができる。
[Positive current collector]
As the positive electrode current collector, a porous current collector having through holes can be used.
The positive electrode current collector having the through holes may be formed, for example, by an expanded metal or punching metal in which a through hole is formed by mechanical implantation to form a through hole penetrating the back surface, or by laser processing using a CO 2 laser, YAG laser, UV laser or the like. It is possible to use a current collector having a through hole penetrating the surface and a current collector having a through hole formed on the front and back surfaces by etching or electrolytic etching.

正極集電体の材質としては、アルミニウム、ステンレス鋼等を用いることができ、特にアルミニウムが好ましい。また、正極集電体の厚みは特に限定されないが、通常、1μm〜50μmであればよく、5μm〜40μmが好ましく、10μm〜40μmが特に好ましい。   As a material of the positive electrode current collector, aluminum, stainless steel or the like can be used, and aluminum is particularly preferable. Further, the thickness of the positive electrode current collector is not particularly limited, but generally, it may be 1 μm to 50 μm, preferably 5 μm to 40 μm, and particularly preferably 10 μm to 40 μm.

正極集電体の貫通孔の気孔率(%)は、20%〜50%が好ましく、20%〜40%がより好ましい。ここで、正極集電体の気孔率(%)は下記式(1)により求めることができる。
気孔率(%)=〔1−(正極集電体の質量/正極集電体の真比重)/(正極集電体の見かけ体積)〕×100 (1)
20%-50% are preferable, and, as for the porosity (%) of the through-hole of a positive electrode collector, 20%-40% are more preferable. Here, the porosity (%) of the positive electrode current collector can be determined by the following formula (1).
Porosity (%) = [1- (mass of positive electrode current collector / true specific gravity of positive electrode current collector) / (apparent volume of positive electrode current collector)] × 100 (1)

〔正極活物質〕
正極活物質としては、リチウムイオンおよびテトラフルオロボレート等の少なくとも1種のアニオンを可逆的にドープ・脱ドープ可能な物質が用いられ、例えば活性炭粉末が挙げられる。活性炭の比表面積は、1900m2 /g〜3000m2 /gであることが好ましく、さらに、1950m2 /g〜2800m2 /gであることが好ましい。また、活性炭の50%体積累積径(D50)は、活性炭の充填密度の観点から、2μm〜8μmが好ましく、特に2μm〜5μmが好ましい。活性炭の比表面積および50%体積累積径(D50)が前記範囲にあると、蓄電デバイスのエネルギー密度をさらに向上させることができる。ここで、50%体積累積径(D50)の値は、例えば、マイクロトラック法により求められる。
[Positive electrode active material]
As the positive electrode active material, a material capable of reversibly doping and dedoping at least one anion such as lithium ion and tetrafluoroborate is used, and examples thereof include activated carbon powder. The specific surface area of the activated carbon is preferably 1900m 2 / g~3000m 2 / g, further preferably a 1950m 2 / g~2800m 2 / g. The 50% volume cumulative diameter (D50) of the activated carbon is preferably 2 μm to 8 μm, particularly preferably 2 μm to 5 μm, from the viewpoint of the packing density of the activated carbon. When the specific surface area and 50% volume cumulative diameter (D50) of the activated carbon are in the above ranges, the energy density of the storage device can be further improved. Here, the value of the 50% volume cumulative diameter (D50) is determined, for example, by the microtrack method.

〔正極活物質層〕
正極活物質層は、正極集電体に、正極活物質を塗布、印刷、射出、噴霧、蒸着または圧着等により付着させることによって形成される。この正極活物質層の厚みは、片面の厚みが55μm〜95μmが好ましく、60μm〜90μmがより好ましく、65〜80μmが特に好ましい。正極活物質層の層厚を上記範囲にすることにより、正極活物質層内を移動するイオンの拡散抵抗を小さくするとこができ、これにより、内部抵抗を下げることができる。そして、正極容量を大きくすることができることから、セル容量を大きくすることができ、その結果、蓄電デバイスの高容量化を図ることができる。
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer is formed by applying, printing, injecting, spraying, vapor deposition, pressure bonding or the like the positive electrode active material to the positive electrode current collector. The thickness of the positive electrode active material layer is preferably 55 μm to 95 μm, more preferably 60 μm to 90 μm, and particularly preferably 65 to 80 μm. By setting the layer thickness of the positive electrode active material layer in the above range, the diffusion resistance of ions moving in the positive electrode active material layer can be reduced, whereby the internal resistance can be reduced. And since the positive electrode capacity can be increased, the cell capacity can be increased, and as a result, the capacity of the power storage device can be increased.

〔正極活物質層:電極密度〕
正極活物質層の電極密度は、0.54g/cm〜0.7g/cmである。正極活物質層の電極密度が0.54g/cm未満の場合、エネルギー密度が低下する。一方、正極活物質層の電極密度が0.7g/cmより大きい場合、プレドープ性が悪くなり、サイクル特性が悪化する。正極活物質層の電極密度は、0.54g/cm〜0.68g/cmであるのが好ましく、0.6g/cm〜0.68g/cmであるのが更に好ましい。
正極活物質層の電極密度は、通常、蓄電デバイスを解体することによって得られた正極をジエチルカーボネートで洗浄処理して100℃で真空乾燥した後、正極活物質層の質量および正極活物質の外形体積(見掛けの体積)を測定し、正極活物質層の質量を当該正極活物質層の外形体積によって除することによって求められる。ここで、「正極活物質層の外形体積」とは、正極活物質層の縦寸法、横寸法および厚み寸法を測定し、その測定値に基づいて算出される体積である。
なお、電極密度を上記範囲に設定する方法としては、ロールプレス等によって形成する方法が挙げられる。
[Positive Electrode Active Material Layer: Electrode Density]
Electrode density of the positive electrode active material layer is 0.54g / cm 3 ~0.7g / cm 3 . When the electrode density of the positive electrode active material layer is less than 0.54 g / cm 3 , the energy density is lowered. On the other hand, when the electrode density of the positive electrode active material layer is larger than 0.7 g / cm 3 , the pre-doping property is deteriorated and the cycle characteristics are deteriorated. Electrode density of the positive electrode active material layer is preferably from 0.54g / cm 3 ~0.68g / cm 3 , and even more preferably 0.6g / cm 3 ~0.68g / cm 3 .
The electrode density of the positive electrode active material layer is usually as follows: after the positive electrode obtained by disassembling the storage device is washed with diethyl carbonate and vacuum dried at 100 ° C., the mass of the positive electrode active material layer and the outer shape of the positive electrode active material It is determined by measuring the volume (apparent volume) and dividing the mass of the positive electrode active material layer by the external volume of the positive electrode active material layer. Here, “the external volume of the positive electrode active material layer” is a volume calculated based on the measurement values of the vertical dimension, the horizontal dimension, and the thickness dimension of the positive electrode active material layer.
In addition, as a method of setting an electrode density to the said range, the method of forming by roll press etc. is mentioned.

〔正極活物質層:目付量〕
正極活物質層の電極目付量は、70g/m〜110g/mである。
正極活物質層の目付量は、正極活物質層の電極目付量が70g/cm未満の場合、エネルギー密度が低下する。一方、正極活物質層の電極目付量が110g/cmより大きい場合、抵抗が上昇するため、サイクル特性が悪化する。正極活物質層の電極目付量は、75g/m〜110g/mであるのが好ましい。
正極活物質層の目付量は、蓄電デバイスを解体することによって得られた正極をジエチルカーボネートで洗浄処理して100℃で乾燥した後、活物質層部分を所定の面積に打ち抜いて質量測定後、活物質層を剥離して集電体の質量を測定し、活物質層の質量を面積で除することによって算出される。
[Positive electrode active material layer: Weight per unit area]
Electrode area density of the positive-electrode active material layer is a 70g / m 2 ~110g / m 2 .
When the weight per unit area of the positive electrode active material layer is less than 70 g / cm 2 , the energy density of the positive electrode active material layer decreases. On the other hand, when the electrode basis weight of the positive electrode active material layer is larger than 110 g / cm 2 , the resistance increases and the cycle characteristics deteriorate. Electrode area density of the positive-electrode active material layer is preferably a 75g / m 2 ~110g / m 2 .
The basis weight of the positive electrode active material layer is obtained by washing the positive electrode obtained by disassembling the storage device with diethyl carbonate and drying it at 100 ° C., then punching out the active material layer portion to a predetermined area and measuring the mass, The active material layer is peeled off, the mass of the current collector is measured, and the mass of the active material layer is divided by the area.

〔負極集電体〕
負極集電体としては、ステンレス鋼、銅、ニッケル等を用いることができる。
負極集電体の厚みは特に限定されないが、通常1μm〜50μmであり、5μm〜40μmが好ましく、10μm〜30μmが特に好ましい。
[Anode current collector]
As the negative electrode current collector, stainless steel, copper, nickel or the like can be used.
The thickness of the negative electrode current collector is not particularly limited, but is usually 1 μm to 50 μm, preferably 5 μm to 40 μm, and particularly preferably 10 μm to 30 μm.

負極集電体には表裏面を貫通する孔を有していることが好ましく、その貫通孔の孔径は、例えば、0.5μm〜400μmであり、0.5μm〜350μmであることが好ましく、1μm〜330μmであることが特に好ましい。
また、負極集電体の貫通孔の気孔率(%)は、20%〜70%が好ましく、20%〜60%がより好ましい。ここで、負極集電体の気孔率(%)は下記式(2)により求めることができる。
気孔率(%)=〔1−(負極集電体の質量/負極集電体の真比重)/(負極集電体の見かけ体積)〕×100 (2)
貫通孔を有する負極集電体としては、例えば、機械的な打ち込みによって裏表面を貫通する貫通孔が形成されたエキスパンドメタルやパンチングメタルや、CO2 レーザー、YAGレーザー、UVレーザーなどによるレーザー加工によって裏表面を貫通する貫通孔が形成された集電体や、エッチングによって表裏面に貫通孔が形成された集電体を用いることができる。
The negative electrode current collector preferably has holes penetrating through the front and back surfaces, and the hole diameter of the through holes is, for example, 0.5 μm to 400 μm, preferably 0.5 μm to 350 μm, and 1 μm. It is particularly preferred that it is ̃330 μm.
Moreover, 20%-70% are preferable, and, as for the porosity (%) of the through-hole of a negative electrode collector, 20%-60% are more preferable. Here, the porosity (%) of the negative electrode current collector can be determined by the following formula (2).
Porosity (%) = [1- (mass of negative electrode current collector / true specific gravity of negative electrode current collector) / (apparent volume of negative electrode current collector)] × 100 (2)
The negative electrode current collector having the through holes is formed, for example, by laser processing using expanded metal or punching metal in which through holes are formed through the back surface by mechanical driving, CO 2 laser, YAG laser, UV laser or the like. It is possible to use a current collector having a through hole penetrating the back surface, or a current collector having a through hole formed on the front and back by etching.

〔負極活物質〕
負極活物質としては、リチウムイオンを可逆的にドープ・脱ドープ可能である物質のうち、黒鉛系粒子を用いることが好ましい。具体的には、黒鉛、難黒鉛化炭素、天然黒鉛よりなる芯粒子の表面がタールもしくはピッチ由来の黒鉛化物質によって被覆されている黒鉛系複合粒子、および、芳香族系縮合ポリマーの熱処理物であって水素原子および炭素原子の原子数比(水素原子/炭素原子)が0.50〜0.05であるポリアセン系骨格構造を有するポリアセン系有機半導体(PAS)からなる群から選ばれる少なくとも一つを用いることが好ましい。PASの場合、水素原子と炭素原子との原子数比が0.50を超える場合は、電子伝導性が低くなるため、セルの内部抵抗が低くなるおそれがある。一方、該原子数比が0.05を下回る場合は、単位重量当たりの容量が低下するため、セルのエネルギー密度が低下するおそれがある。
上記芳香族系縮合ポリマーとは、芳香族炭化水素化合物とアルデヒド類との縮合物をいう。芳香族炭化水素化合物としては、例えばフェノール、クレゾール、キシレノール等が挙げられ、また、アルデヒド類としては、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、フルフラール等が挙げられる。
[Anode active material]
Among the substances capable of reversibly doping and dedoping lithium ions, it is preferable to use graphite-based particles as the negative electrode active material. Specifically, graphite-based composite particles in which the surface of core particles consisting of graphite, non-graphitizable carbon, and natural graphite is coated with a graphitizable substance derived from tar or pitch, and heat-treated aromatic condensation polymers At least one selected from the group consisting of polyacene-based organic semiconductors (PAS) having a polyacene-based framework structure having a hydrogen atom to carbon atom atomic ratio (hydrogen atom / carbon atom) of 0.50 to 0.05 It is preferable to use In the case of PAS, if the atomic ratio of hydrogen atoms to carbon atoms exceeds 0.50, the electron conductivity will be low, and the internal resistance of the cell may be low. On the other hand, when the atomic ratio is less than 0.05, the capacity per unit weight is reduced, and the energy density of the cell may be reduced.
The aromatic condensation polymer refers to a condensation product of an aromatic hydrocarbon compound and an aldehyde. Examples of the aromatic hydrocarbon compound include phenol, cresol, xylenol and the like, and examples of the aldehyde include formaldehyde, acetaldehyde, furfural and the like.

負極活物質としては、その粒度は、出力向上の点から50%体積累積径(D50)が1.0μm〜10μmの範囲にある黒鉛系粒子が好ましく、2μm〜5μmの範囲にある黒鉛系粒子がより好ましい。50%体積累積径(D50)が1.0μm未満の黒鉛系粒子は、その製造が困難であり、また充電時にガスが発生するなどして耐久性が低下するおそれがある。一方、50%体積累積径(D50)が10μmを超える黒鉛系粒子では、内部抵抗が充分に小さい蓄電デバイスを得ることが困難となる。
また、負極活物質は、比表面積が0.1m2 /g〜200m2 /gであることが好ましく、より好ましくは0.5m2 /g〜50m2 /gである。負極活物質の比表面積が0.1m2 /g未満である場合には、得られる蓄電デバイスの抵抗が高くなり、一方、負極活物質の比表面積が200m2 /gを超える場合には、得られる蓄電デバイスの充電時の不可逆容量が高くなり、充電時にガスが発生するなどして耐久性が低下するおそれがある。
黒鉛系粒子の50%体積累積径(D50)は、例えば、マイクロトラック法により求められる値である。
The particle size of the negative electrode active material is preferably graphitic particles having a 50% volume cumulative diameter (D50) in the range of 1.0 μm to 10 μm from the viewpoint of output improvement, and graphite particles in the range of 2 μm to 5 μm More preferable. Graphite-based particles having a 50% volume cumulative diameter (D50) of less than 1.0 μm are difficult to produce, and there is a possibility that the durability may be reduced due to the generation of a gas at the time of charge, for example. On the other hand, with graphite-based particles having a 50% volume cumulative diameter (D50) exceeding 10 μm, it becomes difficult to obtain an electricity storage device with sufficiently low internal resistance.
Moreover, the negative electrode active material preferably has a specific surface area of 0.1m 2 / g~200m 2 / g, more preferably 0.5m 2 / g~50m 2 / g. When the specific surface area of the negative electrode active material is less than 0.1 m 2 / g, the resistance of the obtained electricity storage device is high, while when the specific surface area of the negative electrode active material exceeds 200 m 2 / g, the resistance is obtained. The irreversible capacity at the time of charging of the storage device becomes high, and there is a possibility that the durability may be reduced due to the generation of gas at the time of charging, or the like.
The 50% volume cumulative diameter (D50) of the graphite-based particles is, for example, a value obtained by the microtrack method.

〔負極活物質層〕
負極活物質層は、負極集電体に、負極活物質を塗布、印刷、射出、噴霧、蒸着または圧着等により付着させることによって形成される。この負極活物質層の厚みは、正極活物質層の質量とのバランスによって好ましい範囲は変わるが、片面の厚みが10μm〜80μmであればよく、10μm〜65μmが好ましく、10μm〜50μmがより好ましい。負極活物質層の層厚を上記範囲にすることにより、必要な負極容量を確保することができ、かつ、負極活物質層内を移動するイオンの拡散抵抗を小さくすることができ、これにより、内部抵抗を下げることができる。
[Anode active material layer]
The negative electrode active material layer is formed by applying, printing, injection, spraying, vapor deposition, pressure bonding, or the like the negative electrode active material to the negative electrode current collector. The preferred range of the thickness of the negative electrode active material layer varies depending on the balance with the mass of the positive electrode active material layer, but the thickness on one side may be 10 μm to 80 μm, preferably 10 μm to 65 μm, and more preferably 10 μm to 50 μm. By setting the layer thickness of the negative electrode active material layer in the above range, the required negative electrode capacity can be secured, and the diffusion resistance of ions moving in the negative electrode active material layer can be reduced. Internal resistance can be reduced.

〔バインダ〕
上記のような正極活物質層を有する正極および負極活物質層を有する負極の作製は、通常用いられる既知の方法によって行うことができる。
例えば、各電極(正極または負極)は、各活物質粉末(正極活物質または負極活物質)と、バインダと、必要に応じて、導電材、カルボキシメチルセルロース(CMC)等の増粘剤とを、水または有機溶媒に加えて混合し、得られるスラリーを集電体に塗布する方法、あるいは当該スラリーをシート状に成形して集電体に貼付することにより、作製することができる。
[Binder]
The preparation of the positive electrode having the positive electrode active material layer as described above and the negative electrode having the negative electrode active material layer can be carried out by a commonly used known method.
For example, each electrode (positive electrode or negative electrode) includes each active material powder (positive electrode active material or negative electrode active material), a binder, and, as necessary, a conductive material, a thickener such as carboxymethyl cellulose (CMC), It can be produced by a method of adding to water or an organic solvent and mixing, applying the obtained slurry to a current collector, or forming the slurry into a sheet and attaching it to a current collector.

上記の各電極の作製において、バインダとしては、例えば、SBR等のゴム系バインダ、ポリ四フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデン等をアクリル系樹脂でシード重合させた含フッ素系樹脂、またはアクリル系樹脂等を用いることができる。
また、導電材としては、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、グラファイト、金属粉末等が挙げられる。
バインダおよび導電材の各々の添加量は、用いる活物質の電気伝導度、作製される電極形状等によっても異なるが、いずれも、通常、活物質に対して2質量%〜20質量%が好ましく、特に2質量%〜10質量%がより好ましい。
In the preparation of each of the above-mentioned electrodes, as the binder, for example, a rubber-based binder such as SBR, a fluorine-containing resin obtained by seed polymerization of polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride or the like with an acrylic resin, or an acrylic resin Can be used.
Further, as the conductive material, for example, acetylene black, ketjen black, graphite, metal powder and the like can be mentioned.
Although the addition amount of each of the binder and the conductive material varies depending on the electrical conductivity of the active material to be used, the shape of the electrode to be produced, etc., usually, 2% by mass to 20% by mass with respect to the active material is preferable. In particular, 2% by mass to 10% by mass is more preferable.

〔セパレータ〕
本発明の蓄電デバイスにおけるセパレータとしては、JISP8117に準拠した方法により測定された透気度が1sec〜200secの範囲内にある材料を用いることができる。具体的には、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、セルロース、ポリオレフィン、セルロース/レーヨンなどから構成される不織布や微多孔質膜等の中から適宜選択して用いることができ、特にポリエチレン、ポリプロピレンまたはセルロース/レーヨン製の不織布を用いることが好ましい。
セパレータの厚みは、例えば、5μm〜20μmであり、5μm〜15μmであることが好ましい。セパレータの厚みが、5μm未満の場合、短絡が生じやすくなる。一方、20μmより大きい場合、抵抗が高くなる。
[Separator]
As the separator in the electricity storage device of the present invention, a material having an air permeability measured by a method in accordance with JIS P 8117 in the range of 1 sec to 200 sec can be used. Specifically, for example, polyethylene, polypropylene, polyester, cellulose, polyolefin, cellulose / rayon, etc. can be appropriately selected from non-woven fabrics, microporous films, etc. It is preferable to use a rayon non-woven fabric.
The thickness of the separator is, for example, 5 μm to 20 μm, and preferably 5 μm to 15 μm. If the thickness of the separator is less than 5 μm, a short circuit is likely to occur. On the other hand, when it is larger than 20 μm, the resistance becomes high.

〔電解液〕
本発明の蓄電デバイスにおいては、電解液として、リチウム塩の非プロトン性有機溶媒電解質溶液が用いられる。
[Electrolyte solution]
In the electricity storage device of the present invention, an aprotic organic solvent electrolyte solution of lithium salt is used as the electrolytic solution.

〔電解液の非プロトン性有機溶媒〕
電解液を構成する非プロトン性有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(以下、「EC」ともいう。)、プロピレンカーボネート(以下、「PC」ともいう。)、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート、ジメチルカーボネート(以下、「DMC」ともいう。)、エチルメチルカーボネート(以下、「EMC」ともいう。)、ジエチルカーボネート(以下、「DEC」ともいう。)、メチルプロピルカーボネート等の鎖状カーボネートが挙げられる。これらのうちの2種以上を混合した混合溶媒を用いてもよい。
本発明において電解液を構成する非プロトン性有機溶媒は、環状カーボネートおよび鎖状カーボネート以外の有機溶媒、例えば、γ−ブチロラクトン等の環状エステル、スルホラン等の環状スルホン、ジオキソラン等の環状エーテル、プロピオン酸エチル等の鎖状カルボン酸エステル、ジメトキシエタン等の鎖状エーテル等を含有していてもよい。
[Aprotic Organic Solvent of Electrolyte]
Examples of the aprotic organic solvent constituting the electrolytic solution include ethylene carbonate (hereinafter also referred to as "EC"), propylene carbonate (hereinafter also referred to as "PC"), cyclic carbonates such as butylene carbonate, and dimethyl carbonate. (Hereinafter, it is also called "DMC".), Ethyl methyl carbonate (hereinafter, also called "EMC"), diethyl carbonate (hereinafter, also called "DEC"), linear carbonates such as methyl propyl carbonate and the like. You may use the mixed solvent which mixed 2 or more types in these.
In the present invention, the aprotic organic solvent constituting the electrolytic solution is an organic solvent other than cyclic carbonate and chain carbonate, for example, cyclic ester such as γ-butyrolactone, cyclic sulfone such as sulfolane, cyclic ether such as dioxolane, propionic acid It may contain a chain carboxylic acid ester such as ethyl, a chain ether such as dimethoxyethane, and the like.

〔電解質〕
電解液における電解質のリチウム塩としては、例えば、LiClO4 、LiAsF6 、LiBF4 、LiPF6 、LiN(C25 SO22 、LiN(CF3 SO22 等が挙げられ、特に、イオン伝導性が高く、低抵抗であることから、LiPF6 が好適に用いられる。電解液におけるリチウム塩の濃度は、低い内部抵抗が得られることから、0.1mol/L以上であることが好ましく、0.5〜1.5mol/Lであることがより好ましい。
〔Electrolytes〕
Examples of lithium salts of the electrolyte in the electrolytic solution include LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 and the like, and in particular, LiPF 6 is preferably used because of high ion conductivity and low resistance. The concentration of the lithium salt in the electrolytic solution is preferably 0.1 mol / L or more, and more preferably 0.5 to 1.5 mol / L, since a low internal resistance can be obtained.

本発明の蓄電デバイスは、3.8V〜2.2Vの電圧範囲で、時間率10Cの定電流充放電を10000サイクル行った後の容量維持率が95%以上となる。更に、本発明の蓄電デバイスは、3.8V〜2.2Vの電圧範囲で、時間率10Cの定電流充放電を10000サイクル行った後の内部抵抗上昇率が3%以下となる。これは、本発明の蓄電デバイスが、0.35≦a/b≦0.95、0.55≦b/c≦1.00、0.35≦a/c≦0.55を満たし、前記正極活物質層の電極密度が0.54g/cm〜0.7g/cmで、且つ前記正極活物質層の電極目付量が70g/m〜110g/mを満たすことにより、より高い容量維持率を維持でき、内部抵抗の上昇を抑制できることを示すものである。本発明の蓄電デバイスの構成にすることで、高出力化と高エネルギー密度化のトレードオフの関係を良好なバランスを保つことが可能となる。The power storage device of the present invention has a capacity retention rate of 95% or more after performing 10,000 cycles of constant current charge / discharge at a time rate of 10 C in a voltage range of 3.8 V to 2.2 V. Furthermore, the storage device of the present invention has an internal resistance increase rate of 3% or less after performing 10000 cycles of constant current charge / discharge at a time rate of 10 C in a voltage range of 3.8 V to 2.2 V. This is because the storage device of the present invention satisfies 0.35 ≦ a / b ≦ 0.95, 0.55 ≦ b / c ≦ 1.00, 0.35 ≦ a / c ≦ 0.55, and the positive electrode in the electrode density of the active material layer is 0.54g / cm 3 ~0.7g / cm 3 , and the electrode weight per unit area of the positive active material layer by filling 70g / m 2 ~110g / m 2 , higher capacity This indicates that the maintenance rate can be maintained and the increase in internal resistance can be suppressed. With the configuration of the storage device of the present invention, it is possible to maintain a good balance between the tradeoff between high output and high energy density.

〔蓄電デバイスの構造〕
本発明の蓄電デバイスの構造としては、特に、帯状の正極と負極とをセパレータを介して捲回させる捲回型、板状またはシート状の正極と負極とをセパレータを介して各3層以上積層された積層型、このように積層された構成のユニットを外装フィルム内または角型外装缶内に封入された積層型等が挙げられる。
これらの蓄電デバイスの構造は、例えば、特開2004−266091号公報等により既知であり、それらの蓄電デバイスと同様の構成とすることができる。
[Structure of electricity storage device]
As the structure of the electricity storage device of the present invention, in particular, three or more layers of wound-type, plate-like or sheet-like positive and negative electrodes are wound via a separator to form a strip-like positive electrode and negative electrode. The laminated type, and the laminated type in which the unit of the structure laminated in this way is enclosed in an exterior film or a square-shaped exterior can etc. are mentioned.
The structures of these power storage devices are known, for example, from Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-266091 and the like, and can have the same configuration as those power storage devices.

以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記の例に限定されず、種々の変更を加えることができる。
例えば、本発明の蓄電デバイスは、捲回型または積層型のリチウムイオンキャパシタに限定されず、リチウムイオン二次電池、他の蓄電デバイスにも好適に適用することができる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to said example, A various change can be added.
For example, the electricity storage device of the present invention is not limited to a wound or stacked lithium ion capacitor, and can be suitably applied to lithium ion secondary batteries and other electricity storage devices.

以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定して解釈されない。   EXAMPLES Hereinafter, specific examples of the present invention will be described, but the present invention is not construed as being limited to these examples.

〔実施例1(S1):セルの作製例1〕
(1)正極の作製
孔径が1μm、厚さが30μmのアルミニウム電解エッチング箔よりなる集電体材料の両面に、導電性塗料(日本黒鉛製バニーハイトT−602DEFK)を、縦型ダイ方式の両面塗工機を用い、塗工幅が100mm、両面合わせた塗布厚みを125μmに設定して両面塗工した後、減圧乾燥させることにより、正極集電体の表裏面に導電層を形成した。
次いで、正極集電体の表裏面に形成された導電層上に、50%体積累積径(D50)の値が3μmで、比表面積が2000m2 /gの活性炭粒子(キャタラー社製:―CEP21K)(正極活物質)43wt%と、スラリー全体に対してバインダ1.5wt%(JSR社製:TRD201B)とカルボキシルメチルセルロースナトリウム塩(ダイセル社製:1120)2wt%、アセチレンブラック(電気化学工業社製:HS100)2.5wt%、水51wt%とを含有するスラリーを、縦型ダイ方式の両面塗工機を用いて両面塗工した後、減圧乾燥させてロールプレスすることにより、導電層上に電極層である正極活物質層を形成した。
このようにして得られた、正極集電体の導電層および電極層が積層された部分(以下、正極について「塗工部」ともいう。)が60mm×80mm、いずれの層も形成されてない部分(以下、正極について「未塗工部」ともいう。)が60mm×15mmとなるように、60mm×95mmの大きさに切断することにより、正極集電体の両面に電極層が形成されてなる正極を作製した。
Example 1 (S1) Production Example 1 of Cell
(1) Production of Positive Electrode A conductive paint (Bunny Height T-602DEFK made by Nippon Graphite Co., Ltd.) is applied to both sides of a current collector material made of aluminum electrolytic etching foil having a pore diameter of 1 μm and a thickness of 30 μm. The coating width was set to 100 mm, and the coating thickness on both sides was set to 125 μm using a machine, and then the both sides were coated, and then dried under reduced pressure to form conductive layers on the front and back surfaces of the positive electrode current collector.
Next, activated carbon particles having a 50% volume cumulative diameter (D50) value of 3 μm and a specific surface area of 2000 m 2 / g on the conductive layers formed on the front and back surfaces of the positive electrode current collector (Catalar: -CEP21K) 43% by weight (positive electrode active material), 1.5% by weight of binder (manufactured by JSR: TRD 201B), 2% by weight of carboxyl methylcellulose sodium salt (manufactured by Daicel, 1120), acetylene black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd .: A slurry containing 2.5 wt% of HS100) and 51 wt% of water is coated on both sides using a vertical die type double-sided coater, and then dried under reduced pressure and roll pressed to form an electrode on the conductive layer. The positive electrode active material layer which is a layer was formed.
In this way, the layer (hereinafter also referred to as “coated part” for the positive electrode) of the positive electrode current collector on which the conductive layer and the electrode layer are stacked is 60 mm × 80 mm, and no layer is formed. The electrode layer is formed on both sides of the positive electrode current collector by cutting it to a size of 60 mm × 95 mm so that a portion (hereinafter, also referred to as “uncoated portion” for the positive electrode) is 60 mm × 15 mm. A positive electrode was produced.

(2)負極の作製
貫通孔径300μm、気孔率55%、厚さが25μmの銅製ケミカルエッチング箔からなる負極集電体の両面に、50%体積累積径(D50)の値が6μmの黒鉛粒子の表面をピッチコートした黒鉛系複合粒子(1)(日本カーボン社製:AGP30)(負極活物質)40wt%と、SBRバインダ(JSR社製:TRD2001)1wt%とカルボキシルメチルセルロースナトリウム塩(ダイセル社製:1120)1.5wt%、アセチレンブラック(電気化学工業社製:HS100)2wt%、と水55.5wt%とを含有するスラリーを、縦型ダイ方式の両面塗工機を用いて両面塗工した後、乾燥させてロールプレスすることにより、負極集電体の表裏面に電極層である負極活物質層を形成した。
このようにして得られた、負極集電体の電極層が形成された部分(以下、負極について「塗工部」ともいう。)が65mm×85mm、電極層が形成されてない部分(以下、負極について「未塗工部」ともいう。)が65mm×15mmになるように、65mm×100mmの大きさに切断することにより、負極集電体の両面に電極層が形成された負極を作製した。
(2) Preparation of Negative Electrode Graphite particles having a 50% volume cumulative diameter (D50) of 6 μm on both sides of a negative electrode current collector made of copper chemical etching foil having a through hole diameter of 300 μm, a porosity of 55% and a thickness of 25 μm. Graphite-based composite particles (1) (Nippon Carbon Co., Ltd .: AGP30) (negative electrode active material) with a pitch coated on the surface, 40 wt% SBR binder (JSR Co .: TRD 2001), and 1 wt% of carboxymethylcellulose sodium salt (Daicel Corporation: 1120) A slurry containing 1.5 wt%, 2 wt% of acetylene black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd .: HS 100), and 55.5 wt% of water was coated on both sides using a vertical die type double-sided coater. Thereafter, the resultant was dried and roll pressed to form a negative electrode active material layer as an electrode layer on the front and back surfaces of the negative electrode current collector.
A portion (hereinafter, also referred to as a "coated portion" for the negative electrode) on which the electrode layer of the negative electrode current collector obtained in this manner is 65 mm x 85 mm, and a portion where the electrode layer is not formed (hereinafter, The negative electrode was formed on both sides of the negative electrode current collector by cutting the negative electrode into a size of 65 mm × 100 mm so that “uncoated portion” is 65 mm × 15 mm. .

(3)セパレータの作製
厚み15μm、透気度100secのセルロース/レーヨン複合材料からなるフィルムを70mm×91mmに切断してセパレータを作製した。
(3) Preparation of Separator A film made of a cellulose / rayon composite material with a thickness of 15 μm and an air permeability of 100 sec was cut into 70 mm × 91 mm to prepare a separator.

(4)リチウムイオンキャパシタ要素の作製
先ず、正極10枚、負極11枚、セパレータ22枚を用意し、正極と負極とを、それぞれの塗工部は重なるが、それぞれの未塗工部は反対側になり重ならないよう、セパレータ、負極、セパレータ、正極の順で積重し、積層体の4辺をテープにより固定することにより、電極積層ユニットを作製した。
次いで、厚みが46μmの箔状のリチウム金属の大きさが65mm×85mmになるように切断し、厚さ25μmの銅箔(日本製箔社製)に圧着することにより、リチウムイオン供給部材を作製し、このリチウムイオン供給部材を電極積層ユニットのセパレータを介して負極と対向するよう配置した。
そして、作製した電極積層ユニットの10枚の正極の各々の未塗工部に、予めシール部分にシーラントフィルムを熱融着した幅50mm、長さ50mm、厚さ0.15mmのアルミニウム製の正極用電源タブを重ねて溶接した。一方、電極積層ユニットの11枚の負極の各々の未塗工部およびリチウムイオン供給部材の各々に、予めシール部分にシーラントフィルムを熱融着した幅50mm、長さ50mm、厚さ0.2mmの銅製の負極用電源タブを重ねて溶接した。これにより、リチウムイオンキャパシタ要素を得た。
(4) Preparation of lithium ion capacitor element First, 10 positive electrodes, 11 negative electrodes and 22 separators are prepared, and the coated portions of the positive electrode and the negative electrode overlap, but the uncoated portions thereof are on the opposite side The electrode laminate unit was manufactured by stacking the separator, the negative electrode, the separator, and the positive electrode in this order and fixing the four sides of the laminate with a tape so as not to overlap.
Next, a lithium ion supply member is manufactured by cutting a foil-like lithium metal having a thickness of 46 μm so that the size is 65 mm × 85 mm, and pressing it on a 25 μm thick copper foil (made by Japan Foil Co., Ltd.) The lithium ion supply member is disposed to face the negative electrode through the separator of the electrode stack unit.
Then, for the positive electrode made of aluminum having a width of 50 mm, a length of 50 mm, and a thickness of 0.15 mm, the sealant film was heat-sealed in advance to the seal portion in the uncoated portions of each of the 10 positive electrodes of the electrode lamination unit produced. The power tabs were stacked and welded. On the other hand, a sealant film was heat-sealed in advance to the seal portion in each of the uncoated portion of each of the 11 negative electrodes of the electrode lamination unit and the lithium ion supply member 50 mm wide, 50 mm long, 0.2 mm thick Copper negative electrode power tabs were overlapped and welded. Thus, a lithium ion capacitor element was obtained.

(5)リチウムイオンキャパシタの作製
ポリプロピレン層、アルミニウム層およびナイロン層が積層され、寸法が90mm(縦幅)×127mm(横幅)×0.15mm(厚み)で、中央部分に72mm(縦幅)×105mm(横幅)の絞り加工が施された一方の外装フィルム、並びにポリプロピレン層、アルミニウム層およびナイロン層が積層され、寸法が90mm(縦幅)×127mm(横幅)×0.15mm(厚み)の他方の外装フィルムを作製した。
(5) Preparation of lithium ion capacitor A polypropylene layer, an aluminum layer and a nylon layer are laminated, and the dimensions are 90 mm (vertical width) x 127 mm (horizontal width) x 0.15 mm (thickness), and 72 mm (vertical width) at the central portion One exterior film subjected to drawing processing of 105 mm (horizontal width) and a polypropylene layer, an aluminum layer and a nylon layer are laminated, and the other is 90 mm (vertical width) × 127 mm (horizontal width) × 0.15 mm (thickness) The exterior film of was produced.

次いで、他方の外装フィルム上における収容部となる位置に、上記のリチウムイオンキャパシタ要素を、その電極積層ユニットの正極端子および負極端子の各々が、他方の外装フィルムの端部から外方に突出するよう配置した。この電極積層ユニットに一方の外装フィルムを重ね合わせ、一方の外装フィルムおよび他方の外装フィルムの外周縁部における3辺(正極端子および負極端子が突出する2辺を含む)を熱融着した。
一方、非プロトン性有機溶媒として、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートおよびジエチルカーボネート(体積比で、それぞれ、3:1:4)の混合溶媒を用い、濃度1.2mol/LのLiPF6 を含む電解液を調製した。
次いで、一方の外装フィルムおよび他方の外装フィルムの間に、上記電解液を注入した後、一方の外装フィルムおよび他方の外装フィルムの外周縁部における残りの一辺を熱融着した。そして、この状態で、10日間放置することにより、リチウム箔(リチウムイオン供給部材)からリチウムイオンを負極にドープした。
上記のようにして、試験用ラミネート外装リチウムイオンキャパシタ(以下、セル1という。)を作製した。なお、同様のセル1を合計で4個作製した。
得られたセル1のセル容量の平均値は190mAhだった。
Next, the lithium ion capacitor element described above is projected to a position where it will be the housing portion on the other exterior film, with each of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the electrode laminate unit projecting outward from the end of the other exterior film I arranged it. One exterior film was laminated on this electrode laminate unit, and three sides (including two sides from which the positive electrode terminal and the negative electrode terminal project) in the outer peripheral edge portion of one exterior film and the other exterior film were heat-sealed.
On the other hand, a mixed solvent of ethylene carbonate, propylene carbonate and diethyl carbonate (3: 1: 4, respectively, in volume ratio) is used as the aprotic organic solvent, and an electrolyte containing 1.2 mol / L of LiPF 6 is used. Prepared.
Subsequently, after pouring the said electrolyte solution between one exterior film and the other exterior film, the other side in the outer-periphery part of one exterior film and the other exterior film was heat-seal | fused. Then, in this state, lithium ions were doped from the lithium foil (lithium ion supply member) to the negative electrode by standing for 10 days.
As described above, a laminate exterior lithium ion capacitor for test (hereinafter, referred to as cell 1) was produced. In addition, four similar cells 1 were produced in total.
The average cell capacity of the obtained cell 1 was 190 mAh.

〔正極活物質層:密度〕
1つのセル1を解体することによって得られた正極を、ジエチルカーボネートの入った容器に30分間浸漬して洗浄処理し、100℃で真空乾燥した後、活物質層の存在する任意の場所を2×2cmのサイズに2つ切り出し、切り出した1つの正極の重さを電子天秤で測定し、厚みをマイクロメーターで測定した。次いで、活物質層の存在していない未塗工領域の集電体のみを同じにサイズに切り出して電子天秤にて重さを測定し、厚みをマイクロメーターで測定した。得られた集電体のみの重さを正極の重さから差し引いて、正極活物質層の重さを算出した。次いで、得られた集電体のみの厚みを正極の厚みから差し引いて、正極活物質層の厚みを算出し、正極活物質の外形体積(見掛けの体積)を算出した。次いで、正極活物質層の質量を当該正極活物質層の外形体積によって除することによって正極活物質層密度を求めた。
[Positive electrode active material layer: Density]
The positive electrode obtained by disassembling one cell 1 is immersed in a container containing diethyl carbonate for 30 minutes, washed, vacuum dried at 100 ° C., and then the active material layer is present anywhere Two pieces were cut into a size of 2 cm 2 , the weight of one cut-out positive electrode was measured by an electronic balance, and the thickness was measured by a micrometer. Subsequently, only the current collector of the uncoated region where the active material layer was not present was cut out to the same size, the weight was measured by an electronic balance, and the thickness was measured by a micrometer. The weight of the positive electrode active material layer was calculated by subtracting the weight of only the obtained current collector from the weight of the positive electrode. Subsequently, the thickness of only the obtained current collector was subtracted from the thickness of the positive electrode, the thickness of the positive electrode active material layer was calculated, and the external volume (apparent volume) of the positive electrode active material was calculated. Then, the mass of the positive electrode active material layer was divided by the external volume of the positive electrode active material layer to determine the density of the positive electrode active material layer.

〔正極活物質層:目付量〕
正極活物質層の密度を測定する際に作った2cm×2cmの残りの1つの正極の重さを電子天秤で測定し、活物質層を剥離し集電体の質量を測定し、活物質層の質量を面積で除することによって、正極活物質層目付量を算出した。
[Positive electrode active material layer: Weight per unit area]
The weight of the remaining 2 cm × 2 cm positive electrode made when measuring the density of the positive electrode active material layer is measured with an electronic balance, the active material layer is peeled off, and the mass of the current collector is measured. The coating weight of the positive electrode active material layer was calculated by dividing the mass of the above by the area.

〔セルの性能の評価〕
残りの得られた3つのセル1について、以下のようにして、セル容量a、完全負極容量b、総負極充電容量c、エネルギー密度およびDC−IRを測定すると共に、耐久性試験を行い、特性の評価を行った。
[Evaluation of cell performance]
For the remaining three cells 1 obtained, the cell capacity a, the complete negative electrode capacity b, the total negative electrode charge capacity c, the energy density and the DC-IR are measured and the durability test is performed as follows. The evaluation of

(i)セル容量aの測定およびエネルギー密度の計算
セル1の1個に対し、0.19A(電流値α)の定電流にてセル電圧が3.8Vになるまで充電した後、3.8Vの定電圧充電を30分間行った後、0.19Aの定電流にてセル電圧が1.9Vになるまで放電する充放電操作を5回繰り返し行った。5回目の充放電操作における放電の際の容量をセル容量aとした。セル容量aに基づく結果を表1に示す。なお、5回目の充放電操作における放電に要した時間は1.04時間であった。
また、得られたセル容量aと平均セル電圧との積を、セル1の体積で除した値をエネルギー密度(Wh/L)として表1に示す。
(I) Measurement of Cell Capacity a and Calculation of Energy Density For one cell 1, after charging to a cell voltage of 3.8 V with a constant current of 0.19 A (current value α), 3.8 V After performing constant-voltage charging for 30 minutes, the charge and discharge operation of discharging the cell voltage to 1.9 V at a constant current of 0.19 A was repeated five times. The capacity at the time of discharge in the fifth charge and discharge operation was taken as the cell capacity a. The results based on the cell capacity a are shown in Table 1. The time required for the discharge in the fifth charge and discharge operation was 1.04 hours.
The product of the obtained cell capacity a and the average cell voltage divided by the volume of the cell 1 is shown in Table 1 as the energy density (Wh / L).

(ii)完全負極容量bの測定
上記のセル容量aの測定後、セル1を0.19Aの定電流にてセル電圧が3.8Vになるまで充電した後、3.8Vの定電圧充電を30分間行って満充電させた。この満充電させたセル1を分解して負極を取り出し、対極としてリチウム金属板を使用した負極容量測定用セルを組み立て、これを0.0173Aの定電流にて負極電位が1.5V(Li/Li+ )になるまで放電させたときの負極容量に11(負極枚数)を掛けた値を完全負極容量bとし、完全負極容量bに基づく結果を表1に示す。
(Ii) Measurement of Complete Negative Electrode Capacitance b After measuring the cell capacity a, charge the cell 1 with a constant current of 0.19 A until the cell voltage is 3.8 V, and then charge 3.8 V at a constant voltage. It went for 30 minutes and was fully charged. The fully charged cell 1 is disassembled, and the negative electrode is taken out, and a negative electrode capacity measuring cell using a lithium metal plate as a counter electrode is assembled, and the negative electrode potential is 1.5 V (Li / A value obtained by multiplying the negative electrode capacity when discharged to Li + ) by 11 (the number of negative electrodes) is taken as a complete negative electrode capacity b, and the result based on the complete negative electrode capacity b is shown in Table 1.

(iii)総負極充電容量cの測定
負極容量測定用セルについて、上記の完全負極容量bの測定後、上記のセル容量aの測定と同様にして、0.0173Aの定電流にてセルの電圧が0Vになるまで充電した後、0Vの定電圧充電を12時間行った。このときの負極容量に11(負極枚数)を掛けた値を総負極充電容量cとし、総負極充電容量cに基づく結果を表1に示す。
(Iii) Measurement of total negative electrode charge capacity c For the negative electrode capacity measurement cell, after measurement of the above-mentioned complete negative electrode capacity b, in the same manner as measurement of the above-mentioned cell capacity a, the voltage of the cell at a constant current of 0.0173A. After charging to 0V, constant voltage charging at 0V was performed for 12 hours. A value obtained by multiplying the negative electrode capacity at this time by 11 (the number of negative electrodes) is taken as a total negative electrode charge capacity c, and the result based on the total negative electrode charge capacity c is shown in Table 1.

(iv)DC−IRの測定
容量維持率測定前のセルに対し、サイクル試験開始前で1.9A(時間率10C)の定電流でセル電圧が3.8Vになるまで充電し、その後3.8Vの定電圧を印加する定電流−定電圧充電を0.5時間行い、次いで19A(時間率100C)の定電流でセル電圧が2.2Vになるまで放電した。その際の1秒後と3秒後の電圧の近似直線を取って0秒まで外挿し、外挿した電圧と3.8Vとの差(ΔV)を電流値19Aで割った際の値を直流内部抵抗(DC−IR)とする。
(Iv) Measurement of DC-IR With respect to the cell before measurement of capacity retention rate, charge the cell voltage to 3.8 V at a constant current of 1.9 A (time rate 10 C) before starting the cycle test, and then 3. The constant current-constant voltage charge which applies a constant voltage of 8 V was performed for 0.5 hour, and then it was discharged until the cell voltage became 2.2 V at a constant current of 19 A (time rate 100 C). At that time, take an approximate straight line of the voltage after 1 second and 3 seconds, extrapolate to 0 second, and divide the difference (ΔV) between the extrapolated voltage and 3.8 V by the current value 19A to obtain a DC value. Internal resistance (DC-IR).

(v)サイクル特性試験:
〔容量維持率〕
上記のセル1に対して、1.9A(時間率10C)の定電流にてセル電圧が3.8Vとなるまで充電した後、1.9Aの定電流にてセル電圧が2.2Vとなるまで放電する充放電サイクルを10,000回繰り返すサイクル試験を実施した。このサイクル試験における1サイクル目の容量に対する10,000サイクル目の容量の比率を容量維持率として表1に示す。また、容量維持率が95%以上である場合を「○」、90%以上95%未満である場合を「△」、90%未満である場合を「×」として表1に示す。
〔抵抗上昇率〕
容量維持率測定用のセルに対し、サイクル試験開始前後で1.9A(時間率10C)の定電流でセル電圧が3.8Vになるまで充電し、その後3.8Vの定電圧を印加する定電流−定電圧充電を0.5時間行い、次いで19A(時間率100C)の定電流でセル電圧が2.2Vになるまで放電した。この3.8V−2.2Vのサイクルを繰り返し、10回目の直流内部抵抗を測定した。サイクル試験前後での抵抗上昇率が3%以下である場合を「○」、3%より大きく5%以下の場合を「△」、5%より大きい場合を「×」として表1に示す。
(V) Cycle characteristics test:
[Capacity maintenance rate]
After charging the above cell 1 to a cell voltage of 3.8 V with a constant current of 1.9 A (time rate 10 C), the cell voltage becomes 2.2 V at a constant current of 1.9 A A cycle test was performed in which the charge and discharge cycle of discharging up to 10,000 times was repeated. The ratio of the capacity at the 10,000th cycle to the capacity at the first cycle in this cycle test is shown in Table 1 as a capacity retention ratio. The case where the capacity retention rate is 95% or more is shown as “○”, the case where it is 90% or more and less than 95% as “Δ”, and the case where it is less than 90% as “x”.
[Rise rate of resistance]
Charge the cell for measuring capacity retention rate until the cell voltage reaches 3.8 V with constant current of 1.9 A (time rate 10 C) before and after the start of cycle test, and then apply constant voltage of 3.8 V The current-constant voltage charging was performed for 0.5 hours, and then the cell voltage was discharged at a constant current of 19 A (time rate 100 C) until the cell voltage became 2.2 V. This 3.8 V-2.2 V cycle was repeated, and the 10th direct current internal resistance was measured. The case where the rate of increase in resistance before and after the cycle test is 3% or less is shown as “○”, the case where it is more than 3% and 5% or less is “Δ”, and the case where it is more than 5% is shown as “x”.

〔総合判定〕
作製したセルがショートするなどの不具合なく作動し、初期のDC−IRが10.35mΩ以下、エネルギー密度が31.5Wh/Lより大きい場合は、○とする。さらに、容量維持率が95%以上であり、抵抗上昇率が3%以下である場合は、〇とする。前記範囲を外れる場合は×とする。
〔Comprehensive judgment〕
It operates without any problems such as short-circuiting of the manufactured cell, and when the initial DC-IR is 10.35 mΩ or less and the energy density is more than 31.5 Wh / L, it is ○. Furthermore, when the capacity retention rate is 95% or more and the resistance increase rate is 3% or less, it is assumed that the value is 〇. If it is out of the above range, it will be x.

〔実施例2(S2)〜実施例13(S13)および比較例1(C1)〜10(S10)のセルの作製例〕
実施例1のセルの作製例1において、正極活物質層の電極密度と目付量と、a/b、b/c、a/cを表1の通りにすると共に、セパレータ厚みを表1に従って変更したことの他は同様にして、S2〜S13および、C1〜C10を各々4個ずつ作製した。
これらのS2〜S13について、実施例1と同様にして、セル容量a、完全負極容量b、総負極充電容量c、エネルギー密度およびDC-IRを測定すると共に、サイクル特性試験を行い、特性の評価を行った。なお、DC−IR測定とサイクル特性試験では、時間率が実施例1の場合と一致するように、各セルの容量にあわせて電流値を変化させた。
これらの結果に基づく結果を表1に示す。
[Production Example of Cells of Example 2 (S2) to Example 13 (S13) and Comparative Examples 1 (C1) to 10 (S10)]
In Production Example 1 of the cell of Example 1, the electrode density and basis weight of the positive electrode active material layer, a / b, b / c, and a / c are as shown in Table 1, and the separator thickness is changed according to Table 1 S2 to S13 and C1 to C10 were respectively produced four each in the same manner as described above.
The cell capacity a, the complete negative electrode capacity b, the total negative electrode charge capacity c, the energy density and the DC-IR are measured for these S2 to S13 in the same manner as in Example 1, and the cycle characteristics test is performed to evaluate the characteristics. Did. In the DC-IR measurement and the cycle characteristic test, the current value was changed in accordance with the capacity of each cell so that the time rate matches the case of Example 1.
The results based on these results are shown in Table 1.

Figure 0006487841
Figure 0006487841

表1に示されるように、0.35≦a/b≦0.95、0.55≦b/c≦1.00、0.35≦a/c≦0.55を満たし、前記正極活物質層の電極密度が0.54g/cm〜0.7g/cmで、且つ前記正極活物質層の電極目付量が70g/m〜110g/mを満たすセルにすれば、DC-IRが低い、すなわち出力が大きく、エネルギー密度が高く、サイクル試験後の容量低下、抵抗増加を抑制できる性能のバランスが良い蓄電デバイスを得ることができた。As shown in Table 1, 0.35 ≦ a / b ≦ 0.95, 0.55 ≦ b / c ≦ 1.00, 0.35 ≦ a / c ≦ 0.55, and the positive electrode active material in the electrode density of the layer is 0.54g / cm 3 ~0.7g / cm 3 , if the and the positive electrode active cell electrodes basis weight of the material layer satisfies the 70g / m 2 ~110g / m 2 , DC-IR In other words, it was possible to obtain an electricity storage device having a good balance of performances that can suppress the low power, that is, the output is large, the energy density is high, and the capacity decrease after cycle test and the resistance increase can be suppressed.

C1のセルはa/cが0.54より大きいため、サイクル試験時の容量低下が大きくなり特性が悪化した。
C2のセルはa/cが0.35未満のため、エネルギー密度が低下した。
C3のセルはb/cが1.00を超えるため、サイクル試験時の容量低下が大きくなりセルの特性が悪化した。
C4のセルはb/cが0.55未満のため、サイクル試験時に、容量低下および抵抗増加が生じ特性が悪化した。
C5のセルは正極活物質層の電極目付量が110g/cmより大きいため、初期のDC−IRが高く、サイクル試験時に抵抗上昇、容量低下が生じセル特性が悪化した。
C6のセルは正極活物質層の電極目付量が70g/cm未満のため、エネルギー密度が低下した。
C7のセルは正極活物質層の電極密度が0.7g/cmより大きいため、初期のDC−IRが高く、サイクル試験時に容量低下および抵抗増加が生じ、セルの特性が悪化した。
C8のセルは一方、正極活物質層の電極密度が0.54g/cm未満のため、エネルギー密度が低下した。
C9のセルはa/bが0.95より大きいため、サイクル試験時に容量低下および抵抗増加が生じ、セルの特性が悪化した。
C10のセルはa/bが0.35未満のため、サイクル試験時に容量低下および抵抗増加が生じ、セルの特性が悪化した。
上記の結果から、各比較例C1〜C10は、本願発明の構成の何れかを満たさない蓄電デバイスであったため、本願の目的とする出力が大きく、エネルギー密度が高く、サイクル試験後の容量低下、抵抗増加を抑制できる性能のバランスが良い蓄電デバイスを得ることができなかった。
Since a / c was larger than 0.54, the cell C1 had a large capacity reduction at the time of the cycle test and the characteristics deteriorated.
The C2 cell has a reduced energy density because a / c is less than 0.35.
Since b / c of the C3 cell exceeded 1.00, the capacity reduction at the time of the cycle test became large and the characteristics of the cell deteriorated.
Since the b / c of the C4 cell was less than 0.55, the capacity decreased and the resistance increased during the cycle test, and the characteristics deteriorated.
Since the cell weight of the positive electrode active material layer of the C5 cell is greater than 110 g / cm 2 , the initial DC-IR is high, and resistance increase and capacity decrease occur in the cycle test, resulting in deterioration of the cell characteristics.
The energy density of the C6 cell was reduced because the electrode weight per unit area of the positive electrode active material layer was less than 70 g / cm 2 .
Since the cell density of the positive electrode active material layer of the C7 cell is higher than 0.7 g / cm 3 , the initial DC-IR is high, the capacity decreases and the resistance increase occurs in the cycle test, and the cell characteristics deteriorate.
On the other hand, the energy density of the C8 cell was lowered because the electrode density of the positive electrode active material layer was less than 0.54 g / cm 3 .
Since a / b of the C9 cell is greater than 0.95, the capacity decreases and the resistance increases in the cycle test, and the characteristics of the cell deteriorate.
Since a / b of the cell of C10 is less than 0.35, capacity decrease and resistance increase occur in the cycle test, and the characteristics of the cell deteriorate.
From the above results, since each of Comparative Examples C1 to C10 is a storage device that does not satisfy any of the configurations of the present invention, the target output of the present application is large, the energy density is high, and the capacity decreases after the cycle test. It was not possible to obtain a power storage device with a good balance of performance that can suppress an increase in resistance.

本発明の蓄電デバイスは、負極の利用容量を大きくしても劣化することなく、高エネルギー密度が得られるとともに、高出力特性が得られ、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン二次電池などとして広く利用される。
なお、2013年7月12日に出願された日本特許出願2013−146835号の明細書、特許請求の範囲、及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
The storage device of the present invention can obtain high energy density and high output characteristics without deterioration even if the capacity of the negative electrode is increased, and is widely used as a lithium ion capacitor, lithium ion secondary battery, etc. Ru.
The entire contents of the specification, claims and abstract of Japanese Patent Application No. 2013-146835 filed on July 12, 2013 are incorporated herein by reference and incorporated as disclosure of the specification of the present invention. It is a thing.

Claims (12)

正極集電体上に正極活物質層が形成された正極および負極集電体上に負極活物質層が形成された負極が、セパレータを介して交互に積層されて構成された電極ユニットと、リチウム塩の非プロトン性有機溶媒溶液よりなる電解液とを備えた蓄電デバイスであって、
蓄電デバイスの満充電の状態から、満充電の電圧の半分の電圧まで0.75〜1.25時間かけて放電したときの容量をセル容量a(mAh)とし、蓄電デバイスの満充電の状態の負極を、負極電位が1.5V(Li/Li+ )になるまで放電させたときの容量を完全負極容量b(mAh)とし、前記負極を0Vにて12時間にわたって定電流−定電圧充電(CCCV充電)したときの容量を総負極充電容量c(mAh)とするとき、0.35≦a/b≦0.95、0.55≦b/c≦1.00、0.35≦a/c≦0.55を満たし、前記正極活物質層の電極密度が0.54g/cm3 〜0.7g/cm3 で、且つ前記正極活物質層の電極目付量が70g/m2 〜110g/m2 であることを特徴とする蓄電デバイス。
An electrode unit in which a positive electrode having a positive electrode active material layer formed on a positive electrode current collector and a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on a negative electrode current collector are alternately stacked via a separator; What is claimed is: 1. An electricity storage device comprising: an electrolyte comprising an aprotic organic solvent solution of a salt;
The capacity when discharged from the fully charged state of the storage device to a half voltage of the fully charged voltage over 0.75 to 1.25 hours is defined as a cell capacity a (mAh), and the fully charged state of the storage device The capacity when the negative electrode is discharged to a negative electrode potential of 1.5 V (Li / Li + ) is a complete negative electrode capacity b (mAh), and the negative electrode is charged at constant current-constant voltage for 12 hours at 0 V Assuming that the capacity when CCCV charging is performed is the total negative electrode charging capacity c (mAh), 0.35 ≦ a / b ≦ 0.95, 0.55 ≦ b / c ≦ 1.00, 0.35 ≦ a / met c ≦ 0.55, the positive electrode active at the electrode density of the material layer is 0.54g / cm 3 ~0.7g / cm 3 , and the positive electrode active material layer electrode weight per unit area 70g / m 2 ~110g / An electric storage device characterized by having m 2 .
前記正極活物質層の電極目付量が75g/m 2 〜110g/m 2 である請求項1に記載の蓄電デバイス。 Storage device according to claim 1 electrode unit weight of the positive active material layer is 75g / m 2 ~110g / m 2 . 前記負極活物質層は黒鉛系粒子を含む請求項1または請求項2に記載の蓄電デバイス。 The power storage device according to claim 1, wherein the negative electrode active material layer contains graphite-based particles . 前記正極活物質層は活性炭を含む請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。 The power storage device according to any one of claims 1 to 3, wherein the positive electrode active material layer contains activated carbon . 前記セパレータの厚みが5μm〜20μmである請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。 The thickness of the said separator is 5 micrometers-20 micrometers, The electrical storage device of any one of Claims 1-4. 前記正極集電体および/または負極集電体が、貫通孔を有している請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。 The electricity storage device according to any one of claims 1 to 5, wherein the positive electrode current collector and / or the negative electrode current collector has a through hole . 前記電極ユニットが、積層型または捲回型である請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。 The power storage device according to any one of claims 1 to 6, wherein the electrode unit is a stacked type or a wound type . 前記負極が、予めリチウムイオンがドープされた負極である請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。 The electricity storage device according to any one of claims 1 to 7, wherein the negative electrode is a negative electrode in which lithium ions are doped in advance . リチウムイオンキャパシタである請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。 The electricity storage device according to any one of claims 1 to 8, which is a lithium ion capacitor . エネルギー密度が31.5Wh/L以上である請求項9に記載の蓄電デバイス。 The energy storage device according to claim 9 , having an energy density of 31.5 Wh / L or more . 3.8V〜2.2Vの電圧範囲で、時間率10Cの定電流充放電を10000サイクル行った後の容量維持率が95%以上である、請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。 The capacity retention ratio after performing 10000 cycles of constant current charge / discharge with a time rate of 10 C in a voltage range of 3.8 V to 2.2 V is 95% or more, any one of claims 1 to 10 Storage device of description. 3.8V〜2.2Vの電圧範囲で、時間率10Cの定電流充放電を10000サイクル行った後の内部抵抗上昇率が3%以下である、請求項1〜請求項11のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。12. The internal resistance increase rate after performing 10000 cycles of constant current charge / discharge at a time rate of 10 C in a voltage range of 3.8 V to 2.2 V is 3% or less. Power storage device according to.
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