JP7207348B2 - storage device - Google Patents

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Description

本明細書では、蓄電デバイスを開示する。 Disclosed herein is an electrical storage device.

従来、蓄電デバイスとしては、集電効率を高めるために集電体部分の材料を工夫したもの(特許文献1~3)や、複数の集電板や導線を固定する集電構造に関するもの(特許文献4~6)などが知られている。また、エネルギー密度の高い蓄電デバイスとしては、複数の柱状負極と、各柱状負極の周囲を囲うように設けられた分離膜と、隣合う分離膜同士の間を埋めるように設けられた正極とを備えたものも知られている(特許文献7)。この二次電池は、分離膜で周囲を囲われた柱状負極が正極内に配置された構造である。この二次電池の正極は、正六角柱からなる柱状正極を空間充填して得られたものであり、分離膜で囲われた柱状負極が、柱状正極の中心孔に配置されている。また、集電体の表面にアンダーコート層を備える二次電池が提案されている(特許文献8)。この二次電池では、アンダーコート層によって、瞬間的な温度上昇に対して大電流が流れることを抑制することができるとしている。 Conventionally, as a power storage device, the material of the current collector part is devised in order to improve the current collection efficiency (Patent Documents 1 to 3), and the current collection structure that fixes a plurality of current collector plates and conducting wires (Patent Document 1) References 4-6), etc. are known. Further, as an electricity storage device with high energy density, a plurality of columnar negative electrodes, separation films provided so as to surround the periphery of each columnar negative electrode, and positive electrodes provided so as to fill the spaces between adjacent separation films. There is also known one provided (Patent Document 7). This secondary battery has a structure in which a columnar negative electrode surrounded by a separation membrane is arranged in a positive electrode. The positive electrode of this secondary battery is obtained by filling a space with a columnar positive electrode composed of regular hexagonal columns, and the columnar negative electrode surrounded by a separation film is arranged in the central hole of the columnar positive electrode. A secondary battery having an undercoat layer on the surface of a current collector has also been proposed (Patent Document 8). It is stated that in this secondary battery, the undercoat layer can suppress the flow of a large current in response to an instantaneous temperature rise.

特開2019-32966号公報JP 2019-32966 A 特開2019-33066号公報JP 2019-33066 A 特開2018-116910号公報JP 2018-116910 A 特許第6159719号公報Japanese Patent No. 6159719 特開2014-154272号公報JP 2014-154272 A 特開2015-103318号公報JP 2015-103318 A 特開2018-152229号公報JP 2018-152229 A 特開2019-36490号公報JP 2019-36490 A

しかしながら、特許文献1~3では、集電体の材料を工夫するものであるが、それだけでは、電極および集電板からの集電構造によって抵抗が生じ、電池全体の集電効率が向上することにならず、集電構造の工夫が必要であった。また、特許文献4~6では、集電板や導線の固定を試みる提案がされているが、重量体積エネルギーの高い電池を得る観点からは、問題があった。また、特許文献7では、負極集電構造は柱状負極の一方の端面を金属製の集電板に接続するものであったため、集電を効率的に行うことができず、重量エネルギー密度や体積エネルギー密度が十分高いとはいえなかった。また、特許文献8では、大電流が流れることを抑制する提案であるが、電極層と集電層との間にアンダーコート層を導入することで集電効率が低下してしまう欠点があった。このように、効率的な集電による高エネルギー密度化と電極の内部短絡に対処することができる集電構造が求められていた。 However, in Patent Documents 1 to 3, although the material of the current collector is devised, this alone causes resistance due to the current collection structure from the electrode and the current collector plate, and the current collection efficiency of the entire battery is improved. Therefore, it was necessary to devise a current collecting structure. Further, Patent Documents 4 to 6 make proposals to attempt to fix current collecting plates and conducting wires, but there are problems from the viewpoint of obtaining batteries with high weight-volume energy. In addition, in Patent Document 7, the negative electrode current collecting structure is such that one end surface of the columnar negative electrode is connected to a metal current collecting plate, so current collection cannot be performed efficiently, and weight energy density and volume The energy density was not sufficiently high. In addition, Patent Document 8 proposes to suppress the flow of a large current, but there is a drawback that current collection efficiency is reduced by introducing an undercoat layer between the electrode layer and the current collection layer. . Thus, there has been a demand for a current collecting structure capable of dealing with an increase in energy density due to efficient current collection and an internal short circuit of electrodes.

本開示は、このような課題に鑑みなされたものであり、分離膜で周囲を囲われた柱状負極が正極内に配置された蓄電デバイスにおいて、効率的に集電可能であり、且つ内部短絡時の徐放電機構を両立することができる蓄電デバイスを提供することを主目的とする。 The present disclosure has been made in view of such problems, and in an electricity storage device in which a columnar negative electrode surrounded by a separation film is arranged in a positive electrode, it is possible to efficiently collect current and when an internal short circuit occurs. A main object of the present invention is to provide an electricity storage device capable of achieving both the slow discharge mechanism of (1) and (2).

上述した目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、柱状の負極の端部側に体積抵抗率の高い集電層を設け、その集電層の上に体積抵抗率の低い集電層を設けるものとすれば、分離膜で周囲を囲われた柱状負極が正極内に配置された蓄電デバイスにおいて、効率的に集電可能であり、且つ内部短絡時の徐放電機構を両立することができることを見いだし、本明細書で開示する発明を完成するに至った。 As a result of intensive research to achieve the above-described object, the present inventors provided a current collecting layer with high volume resistivity on the end side of the columnar negative electrode, and provided a current collecting layer with low volume resistivity on the current collecting layer. If a current collecting layer is provided, it is possible to efficiently collect current in an electricity storage device in which a columnar negative electrode surrounded by a separation film is arranged in the positive electrode, and a slow discharge mechanism can be achieved at the time of an internal short circuit. We have found that it is possible to do so, and have completed the invention disclosed in this specification.

即ち、本明細書で開示する蓄電デバイスは、
負極活物質を含む複数の柱状負極と、
各柱状負極の周囲を囲うように設けられた分離膜と、
正極活物質を含み、隣合う前記分離膜同士の間を埋めるように設けられた正極と、
前記正極から露出した複数の前記柱状負極の端面に接続された層状の第1集電体と、前記第1集電体に接続された層状の第2集電体とを備えている負極集電部と、を備え、
前記第1集電体は、前記第2集電体よりも高い体積抵抗率を有するものである。
That is, the electricity storage device disclosed in this specification is
a plurality of columnar negative electrodes containing a negative electrode active material;
a separation film provided so as to surround each columnar negative electrode;
a positive electrode that contains a positive electrode active material and is provided so as to fill between the adjacent separation membranes;
A negative electrode current collector comprising: a layered first current collector connected to end faces of the plurality of columnar negative electrodes exposed from the positive electrode; and a layered second current collector connected to the first current collector. and
The first current collector has a higher volume resistivity than the second current collector.

本開示は、分離膜で周囲を囲われた柱状負極が正極内に配置された蓄電デバイスにおいて、効率的に集電可能であり、且つ内部短絡時の徐放電機構を両立することができる。このような効果が得られる理由は、以下のように推察される。例えば、正極から露出した柱状負極の端面側に層状の第1集電体を設けることによって、多数の柱状負極を並列接続することが可能となる。この場合、層状の第1集電体は膜厚の制御により抵抗を容易に制御可能である。また、体積抵抗率の高い第1集電体のみでは、抵抗が高いので全ての柱状負極からの電流を実用的な電圧低下範囲で流すことはできない。そこで、第1集電体上に、より低抵抗な第2集電体を配置した集電構造を設計することができる。すなわち、柱状負極と第2集電体の間の抵抗を、第1集電体が第2集電体よりも高い体積抵抗率を有するものとすることによって、柱状負極の並列接続による低抵抗化を図ることができる。また、第1集電体の抵抗を大きくすることによって、いずれかの単セルで短絡が生じた際に周辺の電極からの電流の流れこみ、ひいては発熱を抑制することができる。したがって、この蓄電デバイスでは、効率的な集電による高エネルギー密度化と内部短絡時の徐放電機構とを両立することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present disclosure, in an electricity storage device in which a columnar negative electrode surrounded by a separation film is arranged in a positive electrode, current can be efficiently collected and a slow discharge mechanism during an internal short circuit can be compatible. The reason why such an effect is obtained is presumed as follows. For example, by providing a layered first current collector on the end face side of the columnar negative electrode exposed from the positive electrode, it is possible to connect a large number of columnar negative electrodes in parallel. In this case, the resistance of the layered first current collector can be easily controlled by controlling the film thickness. In addition, if only the first current collector with high volume resistivity has high resistance, current from all the columnar negative electrodes cannot flow within a practical voltage drop range. Therefore, it is possible to design a current collecting structure in which a second current collector having a lower resistance is arranged on the first current collector. That is, by setting the resistance between the columnar negative electrode and the second current collector so that the first current collector has a higher volume resistivity than the second current collector, the resistance is reduced by connecting the columnar negative electrodes in parallel. can be achieved. In addition, by increasing the resistance of the first current collector, it is possible to suppress the inflow of current from the peripheral electrodes and, in turn, heat generation when a short circuit occurs in any of the single cells. Therefore, in this electricity storage device, it is possible to achieve both high energy density due to efficient current collection and a slow discharge mechanism during an internal short circuit.

蓄電デバイス10の一例を示す模式図。FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of an electricity storage device 10; 蓄電デバイス10の断面図を示す模式図。FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross-sectional view of the electricity storage device 10. FIG. 第1集電体の厚さと柱状負極端面の面積と抵抗との関係図。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the thickness of a first current collector, the area of a columnar negative electrode end face, and the resistance. 実施例1,2の蓄電デバイス10の説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram of the power storage device 10 of Examples 1 and 2;

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

ここで、本実施形態で開示する蓄電デバイスについて図面を用いて説明する。図1は、蓄電デバイス10の一例を示す模式図である。図2は、蓄電デバイス10の断面図を示す模式図である。蓄電デバイス10は、柱状負極12と、分離膜15と、正極16と、正極集電体17と、負極集電部20とを備えている。単セル11は、柱状負極12と、分離膜15と、正極16とにより構成されている。この蓄電デバイス10は、負極活物質を含む柱状負極12と、柱状負極12の周りに分離膜15を介して形成された正極活物質を含む正極16とを備えている。この蓄電デバイス10は、分離膜15及び正極16が形成された柱状負極12を含む単セル11を複数結束した構造を有するものとしてもよい。また、この蓄電デバイス10では、500本以上の柱状負極12が結束された構造を有しているものとしてもよい。あるいは、蓄電デバイス10は、柱状負極12と、柱状負極12の表面に形成された分離膜15と、柱状負極12の間に分離膜15を介して正極16が充填された構造を有するものとしてもよい。 Here, the power storage device disclosed in this embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an electricity storage device 10. As shown in FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross-sectional view of the electricity storage device 10. As shown in FIG. The electricity storage device 10 includes a columnar negative electrode 12 , a separation membrane 15 , a positive electrode 16 , a positive electrode collector 17 and a negative electrode collector 20 . A single cell 11 is composed of a columnar negative electrode 12 , a separation film 15 and a positive electrode 16 . This electricity storage device 10 includes a columnar negative electrode 12 containing a negative electrode active material, and a positive electrode 16 containing a positive electrode active material formed around the columnar negative electrode 12 with a separation film 15 interposed therebetween. The power storage device 10 may have a structure in which a plurality of unit cells 11 each including a columnar negative electrode 12 with a separation film 15 and a positive electrode 16 formed thereon are bundled together. Further, the electricity storage device 10 may have a structure in which 500 or more columnar negative electrodes 12 are bound together. Alternatively, the electricity storage device 10 may have a structure in which the columnar negative electrode 12, the separation film 15 formed on the surface of the columnar negative electrode 12, and the positive electrode 16 are filled between the columnar negative electrode 12 with the separation film 15 interposed therebetween. good.

柱状負極12は、負極活物質を含む部材である。ここで、「柱状」とは、屈曲しない太さのもののほか、屈曲可能な繊維状の太さのものも含むものとする。この柱状負極12は、柱状であればよく、その断面は円形であってもよいし、多角形であってもよい。蓄電デバイス10では、複数の柱状負極12が所定方向に配列されている。この柱状負極12は、蓄電デバイス10の最も短い辺の方向とは異なる方向に配列されているものとしてもよい。柱状負極12は、負極集電部20に接続される端部以外の外周が分離膜15に覆われている。例えば、柱状負極12は、蓄電デバイス10全体の負極容量の1/nの容量を有し、n個が負極集電部20に並列接続されているものとしてもよい。この柱状負極12は、長手方向に垂直な断面の直径Dが10μm以上であることが好ましく、15μm以上であることがより好ましく、30μm以上であるものとしてもよい。また、柱状負極12の直径Dは、800μm以下であることが好ましく、500μm以下であることがより好ましく、400μm以下であるものとしてもよい。この直径Dが10μm以上では、電極構造体としての強度を担保することができ安定した充放電ができる。また、この直径Dが800μm以下ではキャリアのイオンの移動距離が長くなりすぎず、高出力性能が得られる。また、この直径Dが10~500μmの範囲では、単位体積あたりのエネルギー密度をより高めることができる。あるいは、この範囲では、キャリアのイオンの移動距離をより短くすることができ、より大きな電流で充放電を行うことができる。この柱状体の長手方向の長さは、蓄電デバイスの用途などに応じて適宜定めることができ、例えば、20mm以上200mm以下の範囲などとしてもよい。柱状体の長さが20mm以上では、電池容量をより高めることができ好ましく、200mm以下では、負極の電気抵抗をより低減することができ好ましい。 The columnar negative electrode 12 is a member containing a negative electrode active material. Here, the term "columnar" includes not only a non-bendable thickness but also a bendable fibrous thickness. The columnar negative electrode 12 may have a columnar shape, and its cross section may be circular or polygonal. In the electricity storage device 10, a plurality of columnar negative electrodes 12 are arranged in a predetermined direction. The columnar negative electrodes 12 may be arranged in a direction different from the direction of the shortest side of the electricity storage device 10 . The columnar negative electrode 12 is covered with the separation film 15 except for the end connected to the negative electrode collector 20 . For example, the columnar negative electrode 12 may have a capacity of 1/n of the negative electrode capacity of the entire power storage device 10 , and n pieces may be connected in parallel to the negative electrode current collector 20 . The columnar negative electrode 12 preferably has a diameter D of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of 10 μm or more, more preferably 15 μm or more, and may be 30 μm or more. The diameter D of the columnar negative electrode 12 is preferably 800 μm or less, more preferably 500 μm or less, and may be 400 μm or less. When the diameter D is 10 μm or more, the strength of the electrode structure can be ensured and stable charging and discharging can be performed. Further, when the diameter D is 800 μm or less, the moving distance of carrier ions does not become too long, and high output performance can be obtained. Moreover, when the diameter D is in the range of 10 to 500 μm, the energy density per unit volume can be further increased. Alternatively, within this range, the migration distance of carrier ions can be shortened, and charging and discharging can be performed with a larger current. The length of the columnar body in the longitudinal direction can be appropriately determined according to the use of the electricity storage device, and may be, for example, in the range of 20 mm or more and 200 mm or less. When the length of the columnar body is 20 mm or more, the battery capacity can be further increased, and when it is 200 mm or less, the electrical resistance of the negative electrode can be further reduced, which is preferable.

柱状負極12は、負極活物質としての炭素材料を含むものが好ましく、負極活物質として炭素繊維14の束及び炭素材料の一体物のうちいずれか1以上であるものとしてもよい。炭素材料は、導電性が高く、柱状負極12として好ましい。炭素材料としては、例えば、グラファイト類や、コークス類、ガラス状炭素類、難黒鉛化性炭素類、熱分解炭素類のうち1以上が挙げられる。このうち、人造黒鉛、天然黒鉛などのグラファイト類が好ましい。また、グラファイト構造を有する炭素繊維14としてもよい。このような炭素繊維14は、例えば、繊維方向である長手方向に結晶が配向したものが好ましい。また、長手方向(繊維方向)に直交する方向に断面視したときに結晶が中心から外周面側に放射状に配向したものであることが好ましい。炭素繊維14の直径dは、例えば、5μm以上としてもよいし、7.5μm以上としてもよいし、10μm以上としてもよい。また、炭素繊維11の直径dは、50μm以下の範囲としてもよいし、25μm以下としてもよいし、20μm以下としてもよい。柱状負極12は、複数の炭素繊維14を撚糸して得られたものとしてもよいし、複数の炭素繊維14を結着材により結着させたものとしてもよい。結着材は、キャリアイオンの伝導性を有するものが好ましく、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)や、PVdFとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体(PVdF-HFP)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、及びPMMAとアクリルポリマーとの共重合体などが挙げられる。また、柱状負極12は、炭素材料の原料を柱状に成形したものを炭素化した一体物としてもよいし、炭化した炭素材料を結着材などで固形化したものとしてもよい。 The columnar negative electrode 12 preferably contains a carbon material as a negative electrode active material, and may be one or more of a bundle of carbon fibers 14 and an integrated carbon material as the negative electrode active material. A carbon material has high conductivity and is preferable for the columnar negative electrode 12 . Carbon materials include, for example, one or more of graphites, cokes, vitreous carbons, non-graphitizable carbons, and pyrolytic carbons. Among these, graphites such as artificial graphite and natural graphite are preferred. Alternatively, the carbon fibers 14 having a graphite structure may be used. Such carbon fibers 14 preferably have crystals oriented in the longitudinal direction, which is the fiber direction, for example. Moreover, it is preferable that the crystals are oriented radially from the center to the outer peripheral surface side when viewed in cross section in a direction orthogonal to the longitudinal direction (fiber direction). The diameter d of the carbon fibers 14 may be, for example, 5 μm or more, 7.5 μm or more, or 10 μm or more. Also, the diameter d of the carbon fibers 11 may be in the range of 50 μm or less, 25 μm or less, or 20 μm or less. The columnar negative electrode 12 may be obtained by twisting a plurality of carbon fibers 14, or may be obtained by binding a plurality of carbon fibers 14 with a binder. The binder preferably has carrier ion conductivity, for example, polyvinylidene fluoride (PVdF), a copolymer of PVdF and hexafluoropropylene (PVdF-HFP), polymethyl methacrylate (PMMA), and copolymers of PMMA and acrylic polymers. Further, the columnar negative electrode 12 may be an integral body obtained by carbonizing a carbon material raw material formed into a columnar shape, or may be obtained by solidifying a carbonized carbon material with a binder or the like.

あるいは、柱状負極12は、キャリアのイオンを吸蔵放出可能な複合酸化物を柱状体に成形したものとしてもよい。複合酸化物としては、例えば、リチウムチタン複合酸化物やリチウムバナジウム複合酸化物などが挙げられる。この複合酸化物からなる負極は、その表面の少なくとも一部に導電成分が形成されているものとしてもよい。この導電成分により、導電性をより高めることができる。この導電成分は、導電性の高い材料であれば特に限定されないが、例えば、金属としてもよい。 Alternatively, the columnar negative electrode 12 may be formed by molding a composite oxide capable of intercalating and deintercalating carrier ions into a columnar body. Examples of composite oxides include lithium-titanium composite oxides and lithium-vanadium composite oxides. The negative electrode made of this composite oxide may have a conductive component formed on at least part of its surface. This conductive component can further increase the conductivity. This conductive component is not particularly limited as long as it is a highly conductive material, and may be, for example, a metal.

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

分離膜15は、キャリアであるイオンを伝導する電解液を含むものとしてもよい。この電解液は、例えば、非水系溶媒などが挙げられる。電解液の溶媒としては、例えば、非水電解液の溶媒などが挙げられる。この溶媒としては、例えば、カーボネート類、エステル類、エーテル類、ニトリル類、フラン類、スルホラン類及びジオキソラン類などが挙げられ、これらを単独又は混合して用いることができる。具体的には、カーボネート類としてエチレンカーボネート(EC)やプロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネートなどの環状カーボネート類や、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート、エチル-n-ブチルカーボネート、メチル-t-ブチルカーボネート、ジ-i-プロピルカーボネート、t-ブチル-i-プロピルカーボネートなどの鎖状カーボネート類、γ-ブチルラクトン、γ-バレロラクトンなどの環状エステル類、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酪酸メチルなどの鎖状エステル類、ジメトキシエタン、エトキシメトキシエタン、ジエトキシエタンなどのエーテル類、アセトニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル類、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、などのフラン類、スルホラン、テトラメチルスルホランなどのスルホラン類、1,3-ジオキソラン、メチルジオキソランなどのジオキソラン類などが挙げられる。この電解液には、蓄電デバイス10のキャリアであるイオンを含む支持塩を溶解したものとしてもよい。支持塩としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO22、LiC(CF3SO23、LiSbF6、LiSiF6、LiAlF4、LiSCN、LiClO4、LiCl、LiF、LiBr、LiI、LiAlCl4などが挙げられる。このうち、LiPF6、LiBF4、LiClO4などの無機塩、及びLiCF3SO3、LiN(CF3SO22、LiC(CF3SO23などの有機塩からなる群より選ばれる1種又は2種以上の塩を組み合わせて用いることが電気特性の点から見て好ましい。この支持塩は、電解液中の濃度が0.1mol/L以上5mol/L以下であることが好ましく、0.5mol/L以上2mol/L以下であることがより好ましい。 Separation membrane 15 may contain an electrolytic solution that conducts ions that are carriers. Examples of the electrolytic solution include non-aqueous solvents. Solvents for the electrolytic solution include, for example, solvents for non-aqueous electrolytic solutions. Examples of the solvent include carbonates, esters, ethers, nitriles, furans, sulfolanes and dioxolanes, and these can be used singly or in combination. Specifically, the carbonates include cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, vinylene carbonate, butylene carbonate, and chloroethylene carbonate, dimethyl carbonate (DMC), ethylmethyl carbonate (EMC), diethyl carbonate, ethyl - chain carbonates such as n-butyl carbonate, methyl-t-butyl carbonate, di-i-propyl carbonate and t-butyl-i-propyl carbonate; cyclic esters such as γ-butyl lactone and γ-valerolactone; Chain esters such as methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate and methyl butyrate; ethers such as dimethoxyethane, ethoxymethoxyethane and diethoxyethane; nitriles such as acetonitrile and benzonitrile; furans such as tetrahydrofuran and methyltetrahydrofuran. sulfolane such as sulfolane and tetramethylsulfolane; and dioxolane such as 1,3-dioxolane and methyldioxolane. This electrolytic solution may be a solution in which a supporting salt containing ions that are carriers of the electric storage device 10 is dissolved. Examples of supporting salts include LiPF6 , LiBF4 , LiAsF6 , LiCF3SO3 , LiN( CF3SO2 ) 2 , LiC ( CF3SO2 ) 3 , LiSbF6 , LiSiF6 , LiAlF4 , LiSCN , LiClO 4 , LiCl, LiF, LiBr, LiI, LiAlCl 4 and the like. Among them, 1 selected from the group consisting of inorganic salts such as LiPF 6 , LiBF 4 and LiClO 4 and organic salts such as LiCF 3 SO 3 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 and LiC(CF 3 SO 2 ) 3 From the viewpoint of electrical properties, it is preferable to use a species or a combination of two or more salts. The concentration of the supporting salt in the electrolytic solution is preferably 0.1 mol/L or more and 5 mol/L or less, more preferably 0.5 mol/L or more and 2 mol/L or less.

正極16は、正極活物質を含み、隣合う分離膜15同士の間を埋めるように設けられている。正極16は、正極活物質と、必要に応じて導電材と、結着材とを含むものとしてもよい。正極16は、蓄電デバイス10の作製時において、柱状負極12を内包し断面の外形を六角形状とするものとしてもよい(図1参照)。この形状であれば、正極活物質が外周に形成された柱状負極12を結束すると、正極16が柱状負極12の間に充填されやすく好ましい。この正極16は、複数の柱状負極12の間に存在するものとすればよく、図1に示すように、外形が六角形状であることに限定されない。正極16は、導電材を含み、それ自体に導電性を有するものとし、集電部材などは省略されているものとしてもよい。正極16には、いずれかの領域に正極集電体17が接続されている。この正極16は、例えば、柱状負極12の外周に分離膜15を形成したのち、その外周に正極16の原料を塗布して形成されたものとしてもよい。 The positive electrode 16 contains a positive electrode active material and is provided so as to fill the space between adjacent separation films 15 . The positive electrode 16 may contain a positive electrode active material, and optionally a conductive material and a binder. The positive electrode 16 may include the columnar negative electrode 12 and have a hexagonal cross-sectional shape when the electricity storage device 10 is manufactured (see FIG. 1). With this shape, when the columnar negative electrodes 12 with the positive electrode active material formed on the outer circumference are bound, the positive electrode 16 is easily filled between the columnar negative electrodes 12, which is preferable. The positive electrode 16 may be present between the plurality of columnar negative electrodes 12, and is not limited to a hexagonal outer shape as shown in FIG. The positive electrode 16 may include a conductive material and have conductivity in itself, and may omit a current collecting member. A positive current collector 17 is connected to one of the regions of the positive electrode 16 . The positive electrode 16 may be formed, for example, by forming the separation film 15 on the periphery of the columnar negative electrode 12 and then coating the raw material of the positive electrode 16 on the periphery.

正極16は、例えば、正極活物質と、導電材と、必要に応じて結着材とを混合した正極合材からなるものとしてもよい。正極活物質は、例えば、キャリアであるリチウムを吸蔵放出可能な材料が挙げられる。正極活物質としては、例えば、リチウムと遷移金属とを有する化合物、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む酸化物や、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物などが挙げられる。具体的には、基本組成式をLi(1-x)MnO2(0≦x≦1など、以下同じ)やLi(1-x)Mn24などとするリチウムマンガン複合酸化物、基本組成式をLi(1-x)CoO2などとするリチウムコバルト複合酸化物、基本組成式をLi(1-x)NiO2などとするリチウムニッケル複合酸化物、基本組成式をLi(1-x)CoaNibMnc2(a>0、b>0、c>0、a+b+c=1)、Li(1-x)CoaNibMnc4(0<a<1、0<b<1、1≦c<2、a+b+c=2)などとするリチウムコバルトニッケルマンガン複合酸化物、基本組成式をLiV23などとするリチウムバナジウム複合酸化物、基本組成式をV25などとする遷移金属酸化物などを用いることができる。また、基本組成式をLiFePO4とするリン酸鉄リチウム化合物などを正極活物質として用いることができる。これらのうち、リチウムコバルトニッケルマンガン複合酸化物、例えば、LiCo1/3Ni1/3Mn1/32やLiNi0.4Co0.3Mn0.32などが好ましい。なお、「基本組成式」とは、他の元素、例えば、AlやMgなどの成分を含んでもよい趣旨である。 The positive electrode 16 may be made of, for example, a positive electrode mixture obtained by mixing a positive electrode active material, a conductive material, and, if necessary, a binder. Examples of the positive electrode active material include materials capable of intercalating and deintercalating lithium, which is a carrier. Examples of positive electrode active materials include compounds containing lithium and a transition metal, such as oxides containing lithium and a transition metal element, and phosphate compounds containing lithium and a transition metal element. Specifically, a lithium-manganese composite oxide having a basic composition formula of Li (1-x) MnO 2 (0≦x≦1, etc., hereinafter the same) or Li (1-x) Mn 2 O 4 , etc., basic composition A lithium cobalt composite oxide having a formula such as Li ( 1 -x)CoO2, a lithium nickel composite oxide having a basic composition formula such as Li( 1 -x) NiO2, and a basic composition formula of Li (1-x) CoaNibMncO2 ( a>0, b >0, c >0, a+b+ c =1), Li (1-x) CoaNibMncO4 ( 0<a<1, 0< b <1, 1 ≤ c < 2, a + b + c = 2), etc., lithium vanadium composite oxides with a basic composition formula of LiV 2 O 3 , etc., basic composition formulas of V 2 O 5 , etc. A transition metal oxide or the like can be used. Also, a lithium iron phosphate compound having a basic compositional formula of LiFePO 4 or the like can be used as the positive electrode active material. Among these, lithium-cobalt-nickel- manganese composite oxides such as LiCo1 / 3Ni1 / 3Mn1 / 3O2 and LiNi0.4Co0.3Mn0.3O2 are preferable. In addition, the "basic composition formula" means that other elements such as Al and Mg may be included.

正極16に含まれる導電材は、電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば特に限定されず、例えば、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛)や人造黒鉛などの黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンウィスカ、ニードルコークス、炭素繊維、金属(銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金など)などの1種又は2種以上を混合したものを用いることができる。結着材は、活物質粒子や導電材粒子を繋ぎ止めて所定の形状を保つ役割を果たすものであり、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、或いはポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、エチレンプロピレンジエンモノマー(EPDM)ゴム、スルホン化EPDMゴム、天然ブチルゴム(NBR)等を単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。また、水系バインダーであるセルロース系やスチレンブタジエンゴム(SBR)の水分散体等を用いることもできる。 The conductive material contained in the positive electrode 16 is not particularly limited as long as it is an electronic conductive material that does not adversely affect the battery performance. One or a mixture of two or more of carbon black, ketjen black, carbon whiskers, needle coke, carbon fiber, metals (copper, nickel, aluminum, silver, gold, etc.) can be used. The binder plays a role of binding the active material particles and the conductive material particles to keep them in a predetermined shape. Fluororesins, thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene, ethylene propylene diene monomer (EPDM) rubbers, sulfonated EPDM rubbers, natural butyl rubbers (NBR), and the like can be used alone or as a mixture of two or more. Cellulose-based or styrene-butadiene rubber (SBR) aqueous dispersions, which are water-based binders, can also be used.

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

正極集電体17は、導電性を有する部材であり、正極16に電気的に接続されている。この正極集電体17は、蓄電デバイス10の側面側に配設されている。この正極集電体17は、例えば、カーボンペーパー、アルミニウム、銅、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、鉄、白金、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラスなどのほか、接着性、導電性及び耐酸化(還元)性向上の目的で、アルミニウムや銅などの表面をカーボン、ニッケル、チタン、銀、白金、金などで処理したものも用いることができる。正極集電体17の形状は、正極16が接続できるものであれば特に限定されず、例えば、板状、箔状、フィルム状、シート状、ネット状、パンチ又はエキスパンドされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の形成体などが挙げられる。 The positive electrode current collector 17 is a conductive member and is electrically connected to the positive electrode 16 . This positive electrode current collector 17 is arranged on the side surface of the electricity storage device 10 . The positive electrode current collector 17 is made of, for example, carbon paper, aluminum, copper, titanium, stainless steel, nickel, iron, platinum, calcined carbon, conductive polymer, conductive glass, etc., as well as adhesion, conductivity and acid resistance. For the purpose of improving reducibility (reduction) properties, the surface of aluminum, copper, or the like may be treated with carbon, nickel, titanium, silver, platinum, gold, or the like. The shape of the positive electrode current collector 17 is not particularly limited as long as the positive electrode 16 can be connected thereto. Examples thereof include porous bodies, foams, and fiber group forming bodies.

負極集電部20は、導電性を有し、柱状負極12から集電する部材であり、柱状負極12の端面12aに電気的に接続されている。負極集電部20は、第1集電体21と第2集電体22とを備えている。第1集電体21は、正極16から露出した複数の柱状負極12の端面12aに接続され平面21aを有する層状の部材である。第2集電体22は、第1集電体21の平面21aに接続された平面22aを有する層状の部材である。ここで「層状」とは、複数の柱状負極12が接続可能であり、1以上の表面が平面であってもよいし平面でなくてもよい1層の平らな形状をいうものとし、例えば、50μm以下の膜状や1000μm以下の板状などを含むものとする。この第1集電体21は、第2集電体22よりも高い体積抵抗率を有する。この第1集電体21は、より高い体積抵抗率を有することによって、例えば、部分的な内部短絡が生じた際に大きな抵抗として働き、急激な放電をより抑える徐放電機能を発現する。この第1集電体21は、多数の柱状負極12が並列接続されるため、通常の充放電時には、集電に与える影響が少なくなっている。また、第2集電体22はより低い体積抵抗率を有することによって、効率よい集電を実現する。 The negative electrode collector 20 is a conductive member that collects current from the columnar negative electrode 12 and is electrically connected to the end surface 12 a of the columnar negative electrode 12 . The negative electrode current collector 20 includes a first current collector 21 and a second current collector 22 . The first current collector 21 is a layered member that is connected to the end faces 12a of the plurality of columnar negative electrodes 12 exposed from the positive electrode 16 and has a flat surface 21a. The second current collector 22 is a layered member having a flat surface 22 a connected to the flat surface 21 a of the first current collector 21 . Here, the term “layered” refers to a flat shape of one layer to which a plurality of columnar negative electrodes 12 can be connected and one or more surfaces of which may or may not be flat. It includes a film shape of 50 μm or less and a plate shape of 1000 μm or less. This first current collector 21 has a higher volume resistivity than the second current collector 22 . Since the first current collector 21 has a higher volume resistivity, for example, when a partial internal short circuit occurs, it acts as a large resistance and exhibits a slow discharge function that further suppresses rapid discharge. Since a large number of columnar negative electrodes 12 are connected in parallel with the first current collector 21, the effect on current collection is reduced during normal charging and discharging. In addition, the second current collector 22 has a lower volume resistivity, thereby realizing efficient current collection.

第1集電体21は、第2集電体22に比してより高い体積抵抗率を有することが好ましいが、第2集電体22の10倍以上、より好ましくは100倍以上、あるいは200倍以上や500倍以上の体積抵抗率を有するものとしてもよい。第2集電体22の体積抵抗率は、より低いほど好ましい。また、第1集電体21は、本数Nが500本以上である柱状負極12が並列接続されているものとしてもよいし、1千本以上や、1万以上の柱状負極12が並列接続されているものとしてもよい。並列接続の本数Nに応じて、第1集電体21を介して1本の単セル11にかかる抵抗が決定されるため、所望の充放電特性に応じて、柱状負極12の並列接続の本数Nや第1集電体21の体積抵抗率の高さなどを適宜設定すればよい。例えば、第1集電体21は、体積抵抗率が1.0×10-6Ωm以上であり、第2集電体22は、体積抵抗率が1.0×10-7Ωm以下であるものとしてもよい。第1集電体21は、体積抵抗率が1.0×10-5Ωm以上であるものとしてもよいし、1.0×10-4Ωm以上であるものとしてもよい。また、第2集電体22は、体積抵抗率が5.0×10-8Ωm以下であるものとしてもよいし、体積抵抗率が2.0×10-8Ωm以下であるものとしてもよい。 The first current collector 21 preferably has a volume resistivity higher than that of the second current collector 22, which is 10 times or more, more preferably 100 times or more, or 200 times or more that of the second current collector 22. It may have a volume resistivity twice or more or 500 times or more. The lower the volume resistivity of the second current collector 22 is, the better. The first current collector 21 may have the columnar negative electrodes 12 of which the number N is 500 or more connected in parallel, or may have the columnar negative electrodes 12 of 1,000 or more, or 10,000 or more connected in parallel. It can be assumed that there is Since the resistance applied to one single cell 11 via the first current collector 21 is determined according to the number N of parallel connections, the number of parallel connections of the columnar negative electrodes 12 is determined according to the desired charge/discharge characteristics. N, the volume resistivity of the first current collector 21, and the like may be appropriately set. For example, the first current collector 21 has a volume resistivity of 1.0×10 −6 Ωm or more, and the second current collector 22 has a volume resistivity of 1.0×10 −7 Ωm or less. may be The first current collector 21 may have a volume resistivity of 1.0×10 −5 Ωm or more, or 1.0×10 −4 Ωm or more. The second current collector 22 may have a volume resistivity of 5.0×10 −8 Ωm or less, or may have a volume resistivity of 2.0×10 −8 Ωm or less. .

負極集電部20の総抵抗は、より低いことが好ましく、例えば、1.0mΩ以下であることが好ましく、0.7mΩ以下であることがより好ましく、0.1mΩ以下であることが更に好ましい。負極集電部20の総抵抗がより低いと、エネルギー密度の観点からより好ましい。 The total resistance of the negative electrode current collector 20 is preferably lower, for example, preferably 1.0 mΩ or less, more preferably 0.7 mΩ or less, and even more preferably 0.1 mΩ or less. A lower total resistance of the negative electrode current collector 20 is more preferable from the viewpoint of energy density.

負極集電部20において、柱状負極12の端面12aの面積Sに対する第1集電体21の厚さtの比t/Sが0.01以下であることが好ましい。このt/Sがより小さいと、柱状負極12と同じ形状の第1集電体121(後述図3B参照)と同様の効果をより発揮しやすくなり、好ましい。即ち、このt/Sがより小さいと、単セル11にかかる抵抗をより抑制しつつ、部分短絡時の徐放電機能を発揮することができる。このt/Sは、0.008以下が好ましく、0.006以下がより好ましい。また、厚さtの第1集電体21を作製する限界から、t/Sは0.001以上や0.002以上が好ましい。 In the negative electrode current collector 20, the ratio t/S of the thickness t of the first current collector 21 to the area S of the end face 12a of the columnar negative electrode 12 is preferably 0.01 or less. If this t/S is smaller, the same effect as that of the first current collector 121 (see FIG. 3B described later) having the same shape as the columnar negative electrode 12 can be exhibited more easily, which is preferable. That is, when this t/S is smaller, it is possible to further suppress the resistance applied to the single cell 11 while exhibiting the slow discharge function at the time of a partial short circuit. This t/S is preferably 0.008 or less, more preferably 0.006 or less. In addition, t/S is preferably 0.001 or more or 0.002 or more from the limit of manufacturing the first current collector 21 with the thickness t.

第1集電体21は、その厚さtが第2集電体22の厚さTよりも薄い(小さい)ことが好ましい。第1集電体21の厚さtは、より薄いことが抵抗を高める上で効果的である。また、第2集電体22の厚さTは、より厚いことが抵抗を低減する上で効果的である。第1集電体21は、その厚さtが第2集電体22の厚さTの1/2以下であることが好ましく、1/3以下であることがより好ましく、1/5以下としてもよい。第1集電体21の厚さtは、例えば、75μm以下が好ましく、50μm以下がより好ましく、25μm以下が更に好ましく、20μm以下としてもよい。厚さtは、作製上の制限から、2μm以上や5μm以上であるものとしてもよい。また、第2集電体22の厚さTは、例えば、25μm以上が好ましく、50μm以上がより好ましく、100μm以上としてもよい。厚さTは、体積あたりのエネルギー密度の観点からは、より薄いことが好ましく、1000μm以下や500μm以下としてもよい。 The thickness t of the first current collector 21 is preferably thinner (smaller) than the thickness T of the second current collector 22 . A thinner thickness t of the first current collector 21 is effective in increasing the resistance. Further, a thicker thickness T of the second current collector 22 is effective in reducing the resistance. The thickness t of the first current collector 21 is preferably 1/2 or less, more preferably 1/3 or less, and 1/5 or less of the thickness T of the second current collector 22. good too. The thickness t of the first current collector 21 is, for example, preferably 75 μm or less, more preferably 50 μm or less, even more preferably 25 μm or less, and may be 20 μm or less. The thickness t may be 2 μm or more or 5 μm or more due to manufacturing limitations. Further, the thickness T of the second current collector 22 is, for example, preferably 25 μm or more, more preferably 50 μm or more, and may be 100 μm or more. From the viewpoint of energy density per volume, the thickness T is preferably thinner, and may be 1000 μm or less or 500 μm or less.

第1集電体21は、例えば、導電材としての金属粒子や炭素粒子を分散したインクを固形化したものや、導電性を有する導電性ポリマーなどとしてもよい。導電材の金属は、例えば、銀などの貴金属などが挙げられる。導電性ポリマーとしては、ポリチオフェン系、ポリアセチレン系、ポリアニリン系、ポリピロール系などの高分子材料が挙げられる。
第2集電体22の材質及び形状は、例えば、上述した正極集電体17で挙げたいずれかの材質及び形状を用いることができる。
The first current collector 21 may be, for example, a solidified ink in which metal particles or carbon particles as a conductive material are dispersed, or a conductive polymer having conductivity. Examples of the metal of the conductive material include noble metals such as silver. Examples of conductive polymers include polymeric materials such as polythiophene, polyacetylene, polyaniline, and polypyrrole.
As for the material and shape of the second current collector 22, for example, any material and shape listed for the positive electrode current collector 17 can be used.

この第1集電体21や第2集電体22の作製方法は、以下のようにすることができる。第1集電体21は、例えば、膜上に形成したものを柱状負極12の端面12aに配置して圧着するものとしてもよい。また、インクや導電性ポリマーを用いる場合は、柱状負極12の端面12aに印刷などして形成することもできる。このとき、柱状負極12と正極16とが短絡しないように、露出した柱状負極12同士の間や、正極16と第1集電体21との間に絶縁層23(後述図4参照)を形成してもよい。この絶縁層23は、例えば、分離膜15で挙げた材質のいずれかであるものとしてもよい。第2集電体22は、例えば第1集電体21の表面を平面とし、これに第2集電体22の箔などを配置して圧着するものとしてもよい。あるいは、第2集電体22の原料ペーストを第1集電体21の平面21a上に印刷して第2集電体22を形成するものとしてもよい。第1集電体21や第2集電体22が膜状や板状を含む層状で形成されていれば第1集電体21や第2集電体22を端面12aに接続する構造を比較的簡便な工程で作製することができる。 The method for producing the first current collector 21 and the second current collector 22 can be as follows. The first current collector 21 may be, for example, a film formed on the end face 12a of the columnar negative electrode 12 and crimped. Moreover, when ink or a conductive polymer is used, it can be formed by printing on the end face 12a of the columnar negative electrode 12 or the like. At this time, an insulating layer 23 (see later FIG. 4) is formed between the exposed columnar negative electrodes 12 and between the positive electrode 16 and the first current collector 21 so that the columnar negative electrodes 12 and the positive electrodes 16 are not short-circuited. You may The insulating layer 23 may be made of, for example, any of the materials listed for the isolation film 15 . For the second current collector 22, for example, the surface of the first current collector 21 may be a flat surface, and the foil of the second current collector 22 may be arranged and crimped onto the flat surface. Alternatively, the second current collector 22 may be formed by printing the material paste of the second current collector 22 on the flat surface 21 a of the first current collector 21 . If the first current collector 21 and the second current collector 22 are formed in a layered shape including a film shape and a plate shape, the structure in which the first current collector 21 and the second current collector 22 are connected to the end face 12a is compared. It can be produced by a simple and easy process.

蓄電デバイス10において、負極集電部20の有する満充電状態からの内部短絡時における徐放電機能は、安全性の観点では、より長いことが好ましく、例えば、20分以上であることが好ましく、30分以上であることがより好ましく、1時間以上であることが更に好ましい。この徐放電機能がより長ければ、セル内部の部分短絡時において急激な放電をより抑制し、安全性をより確保することができる。この徐放電機能は、蓄電デバイス10の抵抗の増加など、エネルギー密度の観点からは、5時間以下としてもよい。 In the electricity storage device 10, the slow discharge function of the negative electrode current collector 20 at the time of internal short circuit from the fully charged state is preferably longer from the viewpoint of safety, for example, preferably 20 minutes or more. Minutes or more are more preferable, and one hour or more is even more preferable. If this slow discharge function lasts longer, it is possible to further suppress rapid discharge at the time of a partial short circuit inside the cell, and to ensure safety. This slow discharge function may be performed for 5 hours or less from the viewpoint of energy density, such as an increase in the resistance of the electricity storage device 10 .

この蓄電デバイス10において、体積エネルギー密度は、より高いことがより好ましく、例えば、400Wh/L以上であることが好ましく、500Wh/L以上であることがより好ましく、600Wh/L以上であることが更に好ましい。この蓄電デバイス10において、正極活物質の容量に対する負極活物質の容量の比である正負極容量比(負極容量/正極容量)は、1.0以上1.5以下の範囲とすることが好ましく、より好ましくは1.2以下の範囲である。正極16の形成厚さは、柱状負極12の直径D及び正負極容量比に応じて適宜設定されるが、例えば、5μm以上50μm以下の範囲としてもよい。正極16の形成厚さは、例えば、柱状負極12上に形成された部分のうち最大の厚さをいうものとする。 In the electricity storage device 10, the volumetric energy density is more preferably higher, for example, preferably 400 Wh/L or more, more preferably 500 Wh/L or more, and further preferably 600 Wh/L or more. preferable. In the electricity storage device 10, the positive/negative electrode capacity ratio (negative electrode capacity/positive electrode capacity), which is the ratio of the capacity of the negative electrode active material to the capacity of the positive electrode active material, is preferably in the range of 1.0 or more and 1.5 or less. More preferably, it is in the range of 1.2 or less. The formation thickness of the positive electrode 16 is appropriately set according to the diameter D of the columnar negative electrode 12 and the positive/negative electrode capacity ratio, and may be, for example, in the range of 5 μm or more and 50 μm or less. The formation thickness of the positive electrode 16 is, for example, the maximum thickness among the portions formed on the columnar negative electrode 12 .

以上詳述した蓄電デバイス10では、分離膜15で周囲を囲われた柱状負極12が正極16内に配置されたものにおいて、効率的に集電可能であり、且つ内部短絡時の徐放電機構を両立することができる。このような効果が得られる理由は、以下のように推察される。例えば、正極16から露出した柱状負極12の端面12a側に層状の第1集電体21を設けることによって、多数の柱状負極12を並列接続することが可能となる。この場合、層状の第1集電体21は膜厚の制御により抵抗を容易に制御可能である。また、体積抵抗率の高い第1集電体21のみでは、抵抗が高いので全ての柱状負極12からの電流を実用的な電圧低下範囲で流すことはできない。そこで、第1集電体21上に、より低抵抗な第2集電体22を配置した集電構造を設計することができる。すなわち、柱状負極12と第2集電体22との間の抵抗を、第1集電体21が第2集電体22よりも高い体積抵抗率を有するものとすることによって、柱状負極12の並列接続による低抵抗化を図ることができる。また、第1集電体21の抵抗を大きくすることによって、いずれかの単セル11で短絡が生じた際に周辺の電極からの電流の流れこみ、ひいては発熱を抑制することができる。したがって、この蓄電デバイス10では、体積抵抗率の異なる2層構造の負極集電部20を備えることによって、効率的な集電による高エネルギー密度化と内部短絡時の徐放電機構とを両立することができる。 In the electricity storage device 10 described in detail above, in which the columnar negative electrode 12 surrounded by the separation film 15 is arranged in the positive electrode 16, current can be efficiently collected and the slow discharge mechanism at the time of internal short circuit can be realized. can be compatible. The reason why such an effect is obtained is presumed as follows. For example, by providing the layered first current collector 21 on the end surface 12a side of the columnar negative electrode 12 exposed from the positive electrode 16, it is possible to connect a large number of columnar negative electrodes 12 in parallel. In this case, the resistance of the layered first current collector 21 can be easily controlled by controlling the film thickness. Further, if only the first current collector 21 having a high volume resistivity has a high resistance, current from all the columnar negative electrodes 12 cannot flow within a practical voltage drop range. Therefore, it is possible to design a current collecting structure in which the second current collector 22 having a lower resistance is arranged on the first current collector 21 . That is, by setting the resistance between the columnar negative electrode 12 and the second current collector 22 so that the first current collector 21 has a higher volume resistivity than the second current collector 22, the columnar negative electrode 12 Low resistance can be achieved by parallel connection. In addition, by increasing the resistance of the first current collector 21, when a short circuit occurs in any of the single cells 11, it is possible to suppress the inflow of current from the peripheral electrodes and, in turn, the heat generation. Therefore, in the electricity storage device 10, by providing the negative electrode current collecting portion 20 having a two-layer structure with different volume resistivities, it is possible to achieve both high energy density due to efficient current collection and a slow discharge mechanism during an internal short circuit. can be done.

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

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

上述した実施形態では、柱状負極12は、円柱形状である例を説明したが、特にこれに限定されず、四角柱や六角柱などの形状としてもよい。また、正極16は、外径を六角柱状で示したが、四角柱状や円柱状としてもよい。 In the above-described embodiment, the columnar negative electrode 12 has a columnar shape. Moreover, although the positive electrode 16 is shown to have a hexagonal columnar outer diameter, it may have a square columnar shape or a cylindrical columnar shape.

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

上述した実施形態では、特に説明しなかったが、第1集電体21と第2集電体22との間には、ヒューズ機構を備えた接続部を有するものとしてもよい。なお、負極集電部20では、第1集電体21の抵抗が第2集電体22の抵抗に比べて大きいことによって第1集電体21そのものがヒューズの役割を果たすことから、改めてヒューズ機構を加えなくとも徐放電機構が担保される。 Although not specifically described in the above-described embodiment, a connecting portion having a fuse mechanism may be provided between the first current collector 21 and the second current collector 22 . In the negative electrode current collector 20, since the resistance of the first current collector 21 is larger than the resistance of the second current collector 22, the first current collector 21 itself serves as a fuse. A slow discharge mechanism is ensured without adding a mechanism.

以下には、上述した蓄電デバイスを具体的に作製した例を実施例として説明する。 Examples in which the electricity storage device described above was specifically manufactured will be described below as examples.

まず、第2集電体に比して高抵抗である層状の第1集電体について、その有効性を検討した。図3は、第1集電体21の厚さtと、柱状負極12の端面の面積Sと、第1集電体21の抵抗との関係図である。図3Aが厚さt/面積Sに対する抵抗比の関係図であり、図3Bが理想的な第1集電体121の構成図であり、図3C、Dが厚さtの異なる層状の第1集電体21の構成図である。図3Bに示すように、多本数の柱状負極12を有する蓄電デバイス10において、低抵抗である第2集電体22と柱状負極12との間にそれぞれ高抵抗な柱状の第1集電体121を配設すると、通常時は柱状負極12が並列接続されているため、高抵抗な第1集電体121が存在しても全体では電流負荷が低減される。一方、局所で短絡が生じた場合は、高抵抗な第1集電体121の存在によって、短絡部分の電流集中が大幅に抑制される徐放電の効果が得られると予想される。しかしながら、柱状負極12と同形の第1集電体121を多数(数百~数万)の柱状負極12のそれぞれに形成することは極めて困難である。そこで、図3C,3Dに示すように、比較的作製が容易である膜状や板状を含む層状の第1集電体21を形成した場合において、図3Bに示す蓄電デバイス110と同じような効果が得られるかを検討した。ここでは、図3Bの第1集電体121の抵抗値を「1」に規格化し、層状の第1集電体21の抵抗値が第1集電体21の厚さtに応じてどのような挙動をするかについて計算により検討した。図3Aがその計算結果である。図3Aの縦軸は、層状の第1集電体21の抵抗値を柱状の第1集電体121の抵抗値で除算して規格化した値とした。図3Aの横軸は、第1集電体21の厚さt(μm)を柱状負極12の1本の端面面積S(μm2)で除算し、単位面積あたりの厚さとして規格化した値とした。図3Aに示すように、厚さtが極限まで薄くなれば、第1集電体21の面方向(図3の横方向)に流れる電流が略なくなり、図3Bの第1集電体121と同じ抵抗「1」を示す。一方、図3Dに示すように、厚さtが厚くなれば、第1集電体21の面方向に流れる電流が多くなり、高抵抗層の効果が減少する。図3Aに示すように、t/Sが0.01以下では、第1集電体121の35%以上の抵抗値を示し、高抵抗の第1集電体21の効果が得られるものと推察された。 First, the effectiveness of the layered first current collector, which has a higher resistance than the second current collector, was examined. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the thickness t of the first current collector 21, the area S of the end surface of the columnar negative electrode 12, and the resistance of the first current collector 21. As shown in FIG. FIG. 3A is a diagram showing the relationship of the resistance ratio to thickness t/area S, FIG. 3B is a diagram showing the configuration of an ideal first current collector 121, and FIGS. 2 is a configuration diagram of a current collector 21. FIG. As shown in FIG. 3B, in the electricity storage device 10 having a large number of columnar negative electrodes 12, high-resistance first columnar current collectors 121 are placed between the low-resistance second current collectors 22 and the columnar negative electrodes 12, respectively. , the columnar negative electrodes 12 are normally connected in parallel, so that the current load as a whole is reduced even if the high-resistance first current collector 121 is present. On the other hand, when a short circuit occurs locally, it is expected that the presence of the high-resistance first current collector 121 will produce the effect of slow discharge, in which current concentration at the short-circuited portion is greatly suppressed. However, it is extremely difficult to form the first current collector 121 having the same shape as the columnar negative electrode 12 for each of a large number (hundreds to tens of thousands) of columnar negative electrodes 12 . Therefore, as shown in FIGS. 3C and 3D, when a layered first current collector 21 including a film shape and a plate shape, which is relatively easy to manufacture, is formed, a similar structure to the electricity storage device 110 shown in FIG. 3B is formed. We examined whether it would be effective. Here, the resistance value of the first current collector 121 in FIG. Calculations were conducted to determine whether the behavior of the FIG. 3A is the calculation result. The vertical axis in FIG. 3A represents a normalized value obtained by dividing the resistance value of the layered first current collector 21 by the resistance value of the columnar first current collector 121 . The horizontal axis of FIG. 3A is a value obtained by dividing the thickness t (μm) of the first current collector 21 by the end surface area S (μm 2 ) of one columnar negative electrode 12 and normalizing it as a thickness per unit area. and As shown in FIG. 3A, when the thickness t is reduced to the limit, the current flowing in the plane direction (horizontal direction in FIG. 3) of the first current collector 21 is almost eliminated, and the first current collector 121 in FIG. It shows the same resistance "1". On the other hand, as shown in FIG. 3D, as the thickness t increases, the current flowing in the planar direction of the first current collector 21 increases and the effect of the high resistance layer decreases. As shown in FIG. 3A, when t/S is 0.01 or less, the resistance value is 35% or more of that of the first current collector 121, and it is presumed that the effect of the high-resistance first current collector 21 can be obtained. was done.

(実施例1)
(蓄電デバイスの作製)
直径dが7μmの炭素繊維(日本グラファイトファイバー社製)を400本撚糸して結束した直径Dが156.5μmの炭素繊維結束体を柱状負極とした。この柱状負極に対し、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(PVdF-HFP)をN-メチルピロリドン(NMP)に溶解させた溶液をディップ法で被覆、乾燥することで、5μmの膜厚で負極の表面に分離膜としてのポリマー膜を均一塗布した。次に、正極活物質(LiNi0.5Co0.2Mn0.32)と、導電材としてのアセチレンブラック(デンカ社製HS-100)と、導電材としての気相成長炭素繊維(昭和電工製VGCF)と、結着材としてのポリフッ化ビニリデン(クレハ製PVdF7305)とを質量比で90:4:2:4となるよう配合したものにN-メチルピロリドンを加えて正極合材ペーストとした。上記のポリマー被覆負極に対して正極スラリーをディップコートして、正極合材の厚さが35μmとなるように正極合材層を形成した。このように作製した負極/ポリマー膜/正極合材層の単セルを107列×495行(52965本)で積層して、静水圧プレスを用いてプレスすることで、96.2mm×24.5mm、高さ88mm)の電極構造体を得た。この電極構造体をAl製のケースに収納し、正極から露出した柱状負極の先端側に分離膜と同等の絶縁層を形成したのち、銀及び銀ナノ粒子を分散したインクを厚さ15.65μmとなるように印刷処理し、柱状負極の端面に電気的に接続した層状の第1集電体を形成した。第1集電体を形成後、120℃で熱処理した。そして、第1集電体の上面に第2集電体としての銅箔(厚さ100μm)を貼付し、押厚して固着させた。Alケースは、電極構造体の側面に電気的に接続し、正極集電体とした。このケースに非水電解液を注液して封止することにより得られた試験セルを実施例1とした。非水電解液には、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)を体積比で30/40/30で混合した混合溶媒に、LiPF6を1Mの濃度で溶解させたものを用いた。図4は、実施例1,2の蓄電デバイス10の説明図である。この蓄電デバイス10では、正極16と第1集電体21との間に絶縁層23が形成されている。
(Example 1)
(Production of power storage device)
A carbon fiber bundle having a diameter D of 156.5 μm obtained by twisting and binding 400 carbon fibers (manufactured by Nippon Graphite Fiber Co., Ltd.) having a diameter d of 7 μm was used as a columnar negative electrode. This columnar negative electrode was coated with a solution of vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVdF-HFP) dissolved in N-methylpyrrolidone (NMP) by a dipping method, and dried to obtain a film thickness of 5 μm. A polymer film as a separation film was uniformly coated on the surface of the negative electrode. Next, a positive electrode active material (LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 ), acetylene black (HS-100 manufactured by Denka) as a conductive material, and vapor grown carbon fiber (VGCF manufactured by Showa Denko) as a conductive material. , and polyvinylidene fluoride (PVdF7305 manufactured by Kureha Co., Ltd.) as a binder were blended in a mass ratio of 90:4:2:4, and N-methylpyrrolidone was added to prepare a positive electrode mixture paste. The positive electrode slurry was dip-coated on the polymer-coated negative electrode to form a positive electrode mixture layer having a thickness of 35 μm. The single cells of the negative electrode/polymer film/positive electrode mixture layer thus produced were stacked in 107 columns×495 rows (52965 cells) and pressed using a hydrostatic press to obtain a cell of 96.2 mm×24.5 mm. , height 88 mm). This electrode structure was housed in an Al case, and an insulating layer equivalent to a separation film was formed on the tip side of the columnar negative electrode exposed from the positive electrode. A layered first current collector electrically connected to the end surface of the columnar negative electrode was formed by printing so as to obtain the following. After forming the first current collector, it was heat-treated at 120°C. Then, a copper foil (thickness: 100 μm) as a second current collector was attached to the upper surface of the first current collector, and was pressed and fixed. The Al case was electrically connected to the side surface of the electrode structure and used as a positive current collector. A test cell obtained by injecting a non-aqueous electrolyte into this case and sealing the case was designated as Example 1. For the non-aqueous electrolyte, LiPF6 was dissolved at a concentration of 1 M in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) at a volume ratio of 30/40/30. I used something else. FIG. 4 is an explanatory diagram of the power storage device 10 of Examples 1 and 2. FIG. In this electricity storage device 10 , an insulating layer 23 is formed between the positive electrode 16 and the first current collector 21 .

(実施例1の抵抗及び徐放電機構の検討)
実施例1において、第1集電体の体積抵抗率は1.68×10-4Ωmであり、第2集電体の体積抵抗率は1.65×10-8Ωmである。また、第1集電体の厚さは15.65μmであり、第2集電体の厚さは100μmであり、第1集電体の総抵抗は、1.87×10-6Ωであり、第2集電体の総抵抗は、6.60×10-4Ωと見積もられる。負極集電部の全抵抗の大きさは、第1集電体の総抵抗+第2集電体の総抵抗であり、6.62×10-4Ωであるから、セル全体の抵抗に対して負極集電部の総抵抗値は、0.7mΩ以下を満たすものであった。一方、各集電体を単セル1本あたりの抵抗で比較すると、第1集電体の抵抗は、9.91×10-2Ωであり、第2集電体の総抵抗は、6.60×10-4Ωであり、各集電体層の抵抗の大きさは、第1集電体>>第2集電体を満たすものであった。ここで、第1集電体と柱状負極との接点付近で短絡が生じた場合を検討する。ここでは、第1集電体の抵抗が隣の電極からの電流の流れ込みが起こらない程度に十分大きいので、放電時間は第1集電体の柱状負極1本あたりの抵抗で決まる放電電流との間に、柱状負極1本あたりの第1集電体抵抗=セル平均電圧/放電電流、との関係が成り立つ。実施例1では、負極1本あたりの抵抗は、6.75×10-2Ωであるので、セル平均電圧を3.7Vとすると、放電電流は37.3Aとなる。したがって、放電時間=35Ah/放電電流=35/37.3=0.937hとなる。即ち、実施例1の負極集電部の構造によれば、単セル同士で短絡が生じた場合であっても、高抵抗な第1集電体の存在によって、放電時間約1時間の徐放電機構が成立することが明らかとなった。
(Examination of resistance and slow discharge mechanism of Example 1)
In Example 1, the volume resistivity of the first current collector is 1.68×10 −4 Ωm, and the volume resistivity of the second current collector is 1.65×10 −8 Ωm. The thickness of the first current collector was 15.65 μm, the thickness of the second current collector was 100 μm, and the total resistance of the first current collector was 1.87×10 −6 Ω. , the total resistance of the second current collector is estimated to be 6.60×10 −4 Ω. The total resistance of the negative electrode current collector is the sum of the total resistance of the first current collector and the total resistance of the second current collector, which is 6.62×10 −4 Ω. The total resistance value of the negative electrode current collector satisfies 0.7 mΩ or less. On the other hand, comparing the current collectors in terms of resistance per unit cell, the resistance of the first current collector was 9.91×10 −2 Ω, and the total resistance of the second current collector was 6.91×10 −2 Ω. The resistance of each current collector layer was 60×10 −4 Ω, and the magnitude of the resistance of each current collector satisfied the first current collector>>second current collector. Here, consider the case where a short circuit occurs near the contact point between the first current collector and the columnar negative electrode. Here, since the resistance of the first current collector is large enough to prevent the inflow of current from the adjacent electrode, the discharge time is different from the discharge current determined by the resistance of each columnar negative electrode of the first current collector. In between, the following relationship holds: first current collector resistance per columnar negative electrode=cell average voltage/discharge current. In Example 1, the resistance per negative electrode is 6.75×10 −2 Ω, so if the average cell voltage is 3.7V, the discharge current is 37.3A. Therefore, discharge time=35Ah/discharge current=35/37.3=0.937h. That is, according to the structure of the negative electrode current collector of Example 1, even when a short circuit occurs between the single cells, the presence of the high-resistance first current collector enables slow discharge for about 1 hour. It became clear that the mechanism was established.

(実施例2)
直径40μm、長さ88mmの炭素ロッドからなる柱状負極を用い、実施例1と同様に、厚さ5μmの分離膜で被覆したあと、厚さ35μmの正極合材を被覆した単セルを作製した。これを縦107列、横495行結束して、縦24.5mm×横92.6mm×高さ88mmの蓄電デバイスとした。この上面に、図4に示したように、第1集電体として導電性高分子(ポリ3,4-エチレンジオキシチオフェン-ポリスチレンスルホン酸,体積抵抗率3×10-6Ωm)を厚さ50μmとなるように形成した。この第1集電体の上面に第2集電体としての厚さ100μmの銅箔(体積抵抗率1.68×10-8Ωm)を配置し、押厚して固着させた。実施例1と同様に、作製した電極構造体をAlケースに入れ、電解液を注液して得られた蓄電デバイスを実施例2とした。表1に、実施例1、2の計算結果をまとめた。
(Example 2)
Using a columnar negative electrode made of a carbon rod with a diameter of 40 μm and a length of 88 mm, a unit cell was prepared by covering the columnar negative electrode with a 5 μm-thick separation membrane and then covering it with a 35 μm-thick positive electrode mixture in the same manner as in Example 1. 107 columns in length and 495 rows in width were bound to form an electricity storage device of length 24.5 mm×width 92.6 mm×height 88 mm. As shown in FIG. 4, a conductive polymer (poly3,4-ethylenedioxythiophene-polystyrenesulfonic acid, volume resistivity: 3×10 −6 Ωm) was deposited on the upper surface as a first current collector. It was formed to have a thickness of 50 μm. A 100 μm-thick copper foil (volume resistivity: 1.68×10 −8 Ωm) was placed as a second current collector on the upper surface of the first current collector, and was pressed and fixed. As in Example 1, Example 2 was an electricity storage device obtained by putting the produced electrode structure in an Al case and injecting an electrolytic solution into it. Table 1 summarizes the calculation results of Examples 1 and 2.

(実施例2の抵抗及び徐放電機構の検討)
第1集電体の厚さが50μmであり、第2集電体の厚さが100μmである。第1集電体の総抵抗は1.27×10-6Ωであり、第2集電体の総抵抗は6.60×10-4Ωと見積もられた。負極集電部の全抵抗の大きさは、第1集電体の総抵抗+第2集電体の総抵抗であるので、6.61×10-4Ωであり、セル全体の抵抗に対して負極集電部の総抵抗は、0.7mΩ以下を満たすことがわかった。一方、各集電体の単セル1本あたりの抵抗で比較すると、第1集電体の抵抗は6.75×10-2Ωであり、第2集電体の総抵抗が6.60×10-4Ωであるから、各集電体の抵抗の大きさは、第1集電体>>第2集電体を満たすことがわかった。また、実施例2において、柱状負極1本あたりの抵抗は6.75×10-2Ωであるので、セル平均電圧3.7Vとすると、放電電流は54.8Aとなり、放電時間=35Ah/放電電流=35/54.8=0.639となる。即ち、実施例2の負極集電部の構造によれば、単セル同士で短絡が生じた場合であっても、高抵抗な第1集電体の存在によって、放電時間約30分以上の徐放電機構が成立することが明らかとなった。
(Examination of resistance and slow discharge mechanism in Example 2)
The thickness of the first current collector is 50 μm, and the thickness of the second current collector is 100 μm. The total resistance of the first current collector was estimated to be 1.27×10 −6 Ω, and the total resistance of the second current collector was estimated to be 6.60×10 −4 Ω. The magnitude of the total resistance of the negative electrode current collector is the total resistance of the first current collector + the total resistance of the second current collector, so it is 6.61×10 −4 Ω, which is relative to the resistance of the entire cell. It was found that the total resistance of the negative electrode current collector satisfies 0.7 mΩ or less. On the other hand, when the resistance per unit cell of each current collector is compared, the resistance of the first current collector is 6.75×10 −2 Ω, and the total resistance of the second current collector is 6.60×10 −2 Ω. Since it is 10 −4 Ω, it was found that the magnitude of the resistance of each current collector satisfies the relationship of the first current collector>>second current collector. In Example 2, since the resistance per columnar negative electrode was 6.75×10 −2 Ω, when the average cell voltage was 3.7 V, the discharge current was 54.8 A, and the discharge time was 35 Ah/discharge. Current = 35/54.8 = 0.639. That is, according to the structure of the negative electrode current collector of Example 2, even when a short circuit occurs between single cells, the presence of the high-resistance first current collector enables a slow discharge time of about 30 minutes or longer. It was clarified that the discharge mechanism was established.

Figure 0007207348000001
Figure 0007207348000001

なお、本開示は上述した実施例に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It goes without saying that the present disclosure is by no means limited to the above-described embodiments, and can be embodied in various forms as long as they fall within the technical scope of the present disclosure.

10,110 蓄電デバイス、11 単セル、12 負極、12a 端面、14 炭素繊維、15 分離膜、16 正極、17 正極集電体、20 負極集電部、21,121 第1集電体、21a,22a 平面、22 第2集電体、23 絶縁層、d,D 直径、N 本数、t,T 厚さ、S 面積。 10, 110 power storage device 11 unit cell 12 negative electrode 12a end surface 14 carbon fiber 15 separation membrane 16 positive electrode 17 positive electrode current collector 20 negative electrode current collector 21, 121 first current collector 21a, 22a plane, 22 second current collector, 23 insulating layer, d, D diameter, N number, t, T thickness, S area.

Claims (9)

負極活物質を含む複数の柱状負極と、
各柱状負極の周囲を囲うように設けられた分離膜と、
正極活物質を含み、隣合う前記分離膜同士の間を埋めるように設けられた正極と、
前記正極から露出した複数の前記柱状負極の端面に接続された層状の第1集電体と、前記第1集電体に接続された層状の第2集電体とを備えている負極集電部と、を備え、
前記第1集電体は、前記第2集電体よりも高い体積抵抗率を有し、前記第2集電体の100倍以上の体積抵抗率を有する、蓄電デバイス。
a plurality of columnar negative electrodes containing a negative electrode active material;
a separation film provided so as to surround each columnar negative electrode;
a positive electrode that contains a positive electrode active material and is provided so as to fill between the adjacent separation membranes;
A negative electrode current collector comprising: a layered first current collector connected to end faces of the plurality of columnar negative electrodes exposed from the positive electrode; and a layered second current collector connected to the first current collector. and
The electricity storage device , wherein the first current collector has a volume resistivity higher than that of the second current collector, and has a volume resistivity 100 times or more that of the second current collector .
負極活物質を含む複数の柱状負極と、
各柱状負極の周囲を囲うように設けられた分離膜と、
正極活物質を含み、隣合う前記分離膜同士の間を埋めるように設けられた正極と、
前記正極から露出した複数の前記柱状負極の端面に接続された層状の第1集電体と、前記第1集電体に接続された層状の第2集電体とを備えている負極集電部と、を備え、
前記第1集電体は、前記第2集電体よりも高い体積抵抗率を有
前記第1集電体は、体積抵抗率が1.0×10 -6 Ωm以上であり、
前記第2集電体は、体積抵抗率が1.0×10 -7 Ωm以下である、蓄電デバイス。
a plurality of columnar negative electrodes containing a negative electrode active material;
a separation film provided so as to surround each columnar negative electrode;
a positive electrode that contains a positive electrode active material and is provided so as to fill between the adjacent separation membranes;
A negative electrode current collector comprising: a layered first current collector connected to end faces of the plurality of columnar negative electrodes exposed from the positive electrode; and a layered second current collector connected to the first current collector. and
The first current collector has a higher volume resistivity than the second current collector,
The first current collector has a volume resistivity of 1.0×10 −6 Ωm or more,
The electricity storage device, wherein the second current collector has a volume resistivity of 1.0×10 −7 Ωm or less .
前記負極集電部の総抵抗が0.7mΩ以下である、請求項1又は2に記載の蓄電デバイス。 3. The electricity storage device according to claim 1 , wherein the total resistance of said negative electrode current collector is 0.7 m[Omega] or less. 負極活物質を含む複数の柱状負極と、
各柱状負極の周囲を囲うように設けられた分離膜と、
正極活物質を含み、隣合う前記分離膜同士の間を埋めるように設けられた正極と、
前記正極から露出した複数の前記柱状負極の端面に接続された層状の第1集電体と、前記第1集電体に接続された層状の第2集電体とを備えている負極集電部と、を備え、
前記第1集電体は、前記第2集電体よりも高い体積抵抗率を有
前記負極集電部の総抵抗が0.7mΩ以下である、蓄電デバイス。
a plurality of columnar negative electrodes containing a negative electrode active material;
a separation film provided so as to surround each columnar negative electrode;
a positive electrode that contains a positive electrode active material and is provided so as to fill between the adjacent separation membranes;
A negative electrode current collector comprising: a layered first current collector connected to end faces of the plurality of columnar negative electrodes exposed from the positive electrode; and a layered second current collector connected to the first current collector. and
The first current collector has a higher volume resistivity than the second current collector,
An electricity storage device , wherein the negative electrode current collector has a total resistance of 0.7 mΩ or less .
前記柱状負極の端面の面積Sに対する前記第1集電体の厚さtの比t/Sが0.01以下である、請求項3又は4に記載の蓄電デバイス。 5. The electricity storage device according to claim 3 , wherein a ratio t/S of the thickness t of said first current collector to the area S of the end face of said columnar negative electrode is 0.01 or less. 負極活物質を含む複数の柱状負極と、
各柱状負極の周囲を囲うように設けられた分離膜と、
正極活物質を含み、隣合う前記分離膜同士の間を埋めるように設けられた正極と、
前記正極から露出した複数の前記柱状負極の端面に接続された層状の第1集電体と、前記第1集電体に接続された層状の第2集電体とを備えている負極集電部と、を備え、
前記第1集電体は、前記第2集電体よりも高い体積抵抗率を有
前記柱状負極の端面の面積Sに対する前記第1集電体の厚さtの比t/Sが0.01以下である、蓄電デバイス。
a plurality of columnar negative electrodes containing a negative electrode active material;
a separation film provided so as to surround each columnar negative electrode;
a positive electrode that contains a positive electrode active material and is provided so as to fill between the adjacent separation membranes;
A negative electrode current collector comprising: a layered first current collector connected to end faces of the plurality of columnar negative electrodes exposed from the positive electrode; and a layered second current collector connected to the first current collector. and
The first current collector has a higher volume resistivity than the second current collector,
An electricity storage device , wherein a ratio t/S of the thickness t of the first current collector to the area S of the end face of the columnar negative electrode is 0.01 or less .
前記第1集電体は、その厚さtが前記第2集電体の厚さTよりも小さい、請求項1~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 6 , wherein the thickness t of the first current collector is smaller than the thickness T of the second current collector. 前記第1集電体は、その厚さtが前記第2集電体の厚さTの1/2以下である、請求項1~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 thickness t of the first current collector is 1/2 or less of the thickness T of the second current collector. 前記第1集電体は、500本以上の前記柱状負極が並列接続されている、請求項1~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 , wherein the first current collector has 500 or more of the columnar negative electrodes connected in parallel.
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