JP7400193B2 - Energy storage device - Google Patents

Energy storage device Download PDF

Info

Publication number
JP7400193B2
JP7400193B2 JP2019037537A JP2019037537A JP7400193B2 JP 7400193 B2 JP7400193 B2 JP 7400193B2 JP 2019037537 A JP2019037537 A JP 2019037537A JP 2019037537 A JP2019037537 A JP 2019037537A JP 7400193 B2 JP7400193 B2 JP 7400193B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
positive electrode
negative electrode
lithium ion
electrolytic solution
extinguishing agent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019037537A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019153790A (en
Inventor
巧美 三尾
直輝 大参
雄輔 木元
幸弘 小松原
健太郎 飯塚
幸二 西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JTEKT Corp
Original Assignee
JTEKT Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JTEKT Corp filed Critical JTEKT Corp
Publication of JP2019153790A publication Critical patent/JP2019153790A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7400193B2 publication Critical patent/JP7400193B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Secondary Cells (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Description

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

アルカリ金属イオンを吸蔵可能および放出可能な活物質を備える蓄電デバイスは、動作電圧が高いことや、エネルギー密度に優れることなど、優れた特性を示すため広く普及している。そして、蓄電デバイスの安全性を向上させるために、検討が重ねられており、蓄電デバイスに多数の試験が行われている。例えば、車両用の蓄電デバイスついては、搭載される車両が火災や交通事故に遭う場合等を想定し、蓄電デバイスの内部短絡を模擬した釘刺し試験および圧壊試験や、蓄電デバイスが外部から加熱されることを模擬した加熱試験が行われている。さらに、蓄電デバイスが、内部短絡を生じた場合や、加熱された場合において、蓄電デバイスの発火する可能性が問題とされる場合がある。そして、蓄電デバイスが発火したときに、発火した蓄電デバイスを消火するための技術が提案されている。例えば、特許文献1には、蓄電デバイスの周囲に消火剤を配置することで、発火した蓄電デバイスを消火する技術が記載されている。 2. Description of the Related Art Electricity storage devices including active materials capable of occluding and releasing alkali metal ions are widely used because they exhibit excellent properties such as high operating voltage and excellent energy density. In order to improve the safety of power storage devices, many studies have been made and numerous tests have been conducted on power storage devices. For example, regarding power storage devices for vehicles, nail penetration tests and crush tests that simulate internal short circuits of the power storage device, and tests in which the power storage device is heated from the outside, assuming that the vehicle in which it is installed will be involved in a fire or traffic accident, are conducted. A heating test is being conducted to simulate this. Furthermore, when an internal short circuit occurs in an electrical storage device or when the electrical storage device is heated, the possibility of the electrical storage device catching fire may be a problem. Then, when a power storage device ignites, a technique for extinguishing the ignited power storage device has been proposed. For example, Patent Document 1 describes a technique for extinguishing a power storage device that has caught fire by disposing a fire extinguishing agent around the power storage device.

特表2013-541131号公報Special Publication No. 2013-541131

しかし、特許文献1に記載の技術を用いても、発火した蓄電デバイスを容易に消火できないおそれがあった。例えば、高温で気化しやすい有機溶媒を電解液の溶媒として有する複数の蓄電デバイスの周囲に消火剤を配置したとしても、高温の蓄電デバイスが発火して蓄電デバイスの温度がさらに高まることで、その蓄電デバイスの有する有機溶媒が気化して周囲に拡散し、さらに、この気化した有機溶媒に引火した場合、複数の蓄電デバイスが連鎖的に発火しうる。そして、この様に連鎖的に蓄電デバイスが発火したとき、消火が困難となるため、特許文献1に記載の技術を用いたとしても、容易には消火できないおそれがある。 However, even if the technique described in Patent Document 1 is used, there is a possibility that an ignited electricity storage device cannot be easily extinguished. For example, even if a fire extinguishing agent is placed around multiple electricity storage devices whose electrolyte solvent is an organic solvent that easily evaporates at high temperatures, the high temperature electricity storage devices will ignite and the temperature of the electricity storage devices will further increase. If the organic solvent contained in the electricity storage device vaporizes and diffuses into the surroundings, and further ignites the vaporized organic solvent, a plurality of electricity storage devices may ignite in a chain reaction. When the electricity storage devices ignite in a chain manner like this, it becomes difficult to extinguish the fire, so even if the technique described in Patent Document 1 is used, there is a possibility that the fire cannot be extinguished easily.

本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、難燃性の高い蓄電デバイスを提供することを課題とする。 The present invention was devised in view of these points, and an object of the present invention is to provide a highly flame-retardant electricity storage device.

上記課題を解決するため、本発明に係る蓄電デバイスは、次の手段をとる。まず、本発明の第1の発明は、正極活物質を備える正極と、負極活物質を備える負極と、前記正極と前記負極とに挟まれており且つセルロースからなるセパレータと、前記正極および前記負極に接触するとともにアルカリ金属イオンを含む電解液と、内側で前記電解液に接触するとともに前記電解液を密封する密封体と、を有し、前記正極活物質および前記負極活物質の少なくともいずれか一方が、アルカリ金属イオンを吸蔵可能および放出可能な蓄電デバイスであって、前記電解液は、カーボネート系有機溶媒およびイミド系リチウム塩を含み、前記電解液に対するハンセン溶解度パラメータに基づくRED値が1より小さく、かつ、前記密封体の内部空間に設けられた、難燃化機能を発揮する消火剤を備え、前記消火剤は、エーテル型の非イオン界面活性剤(ただしハロゲン系の界面活性剤を除く)であり、前記電解液に対して0.1質量%以上1質量%以下の濃度である、蓄電デバイスである。
In order to solve the above problems, the electricity storage device according to the present invention takes the following measures. First, a first aspect of the present invention provides a positive electrode including a positive electrode active material, a negative electrode including a negative electrode active material, a separator sandwiched between the positive electrode and the negative electrode and made of cellulose, and the positive electrode and the negative electrode. an electrolytic solution containing an alkali metal ion and in contact with the electrolytic solution, and a sealing body that contacts the electrolytic solution inside and seals the electrolytic solution, and at least one of the positive electrode active material and the negative electrode active material. is an electricity storage device capable of occluding and releasing alkali metal ions, wherein the electrolytic solution contains a carbonate-based organic solvent and an imide-based lithium salt, and the RED value based on the Hansen solubility parameter for the electrolytic solution is less than 1. , and a fire extinguishing agent that exhibits a flame retardant function is provided in the internal space of the sealed body, and the fire extinguishing agent is an ether-type nonionic surfactant (excluding halogen-based surfactants). and the concentration of the electrolytic solution is 0.1% by mass or more and 1% by mass or less.

次に、本発明の第2の発明は、上記第1の発明に係る蓄電デバイスであって、前記消火剤は、所定温度以下では、前記正極の動作電位範囲内で電気化学的に安定で、かつ、前記負極の動作電位範囲内で電気化学的に安定な、蓄電デバイスである。 Next, a second invention of the present invention is the electricity storage device according to the first invention, wherein the extinguishing agent is electrochemically stable within the operating potential range of the positive electrode at a predetermined temperature or lower, Moreover, the electricity storage device is electrochemically stable within the operating potential range of the negative electrode.

次に、本発明の第の発明は、上記第1または第2の発明に係る蓄電デバイスであって、リチウムイオンキャパシタである蓄電デバイスである。 Next, a third invention of the present invention is an electricity storage device according to the first or second invention , which is a lithium ion capacitor.

第1の発明によれば、蓄電デバイスは、消火剤が密封体の内部空間に設けられている。従って、消火剤が蓄電デバイスを難燃化する難燃化機能は、密封体の外部からではなく、内部から発揮できるため、消火剤が蓄電デバイスの難燃性を確実に高めることができる。 According to the first invention, in the electricity storage device, the extinguishing agent is provided in the internal space of the sealed body. Therefore, the fire retardant function of the fire extinguisher to make the electricity storage device flame retardant can be exerted not from the outside of the sealing body but from inside the sealing body, so that the fire extinguisher can reliably improve the flame retardance of the electricity storage device.

第2の発明によれば、消火剤は、所定温度以下では、前記正極の動作電位範囲内で電気化学的に安定で、かつ、前記負極の動作電位範囲内で電気化学的に安定である。そこで、消火剤は、安定していると考えることができる。従って、消火剤は、蓄電デバイスの難燃性を経時的に安定して高め、かつ、蓄電デバイスの充放電の過程へ大きな影響を及ぼさない。 According to the second invention, the extinguishing agent is electrochemically stable within the operating potential range of the positive electrode and electrochemically stable within the operating potential range of the negative electrode at a predetermined temperature or lower. Therefore, the extinguishing agent can be considered stable. Therefore, the fire extinguisher stably increases the flame retardancy of the power storage device over time, and does not have a large effect on the charging and discharging process of the power storage device.

の発明によれば、蓄電デバイスは、リチウムイオンキャパシタである。一般的にリチウムイオンキャパシタの製造方法に含まれるプレドープの工程では、単体のリチウム金属が使用される。そして、通常では、リチウムイオンキャパシタ内に単体のリチウム金属が残らないように、プレドープの工程が行われている。しかし、リチウムイオンキャパシタの安全性に万全を期すために、万が一、リチウムイオンキャパシタ内に単体のリチウム金属が残ったときや、リチウムイオンキャパシタに内部短絡が生じるときや、リチウムイオンキャパシタが加熱されたときにおいて、リチウムイオンキャパシタの発火の可能性が問題とされる場合がある。この様な場合についても、本発明のリチウムイオンキャパシタは、難燃化機能を発揮する消火剤が密封体の内部空間に設けられているため、発火の可能性が抑止されている。また、従来のように金属リチウムが析出しないようプレドープの工程に時間をかける必要がなくなり、プレドープ工程の時間を短縮できる。

According to the third invention, the electricity storage device is a lithium ion capacitor. Generally, a single lithium metal is used in the pre-doping step included in the manufacturing method of a lithium ion capacitor. Usually, a pre-doping process is performed so that no single lithium metal remains in the lithium ion capacitor. However, in order to ensure the safety of lithium ion capacitors, in the unlikely event that a single piece of lithium metal remains inside the lithium ion capacitor, an internal short circuit occurs in the lithium ion capacitor, or the lithium ion capacitor becomes heated. At times, the possibility of ignition of lithium ion capacitors is a problem. Even in such a case, in the lithium ion capacitor of the present invention, the possibility of ignition is suppressed because a fire extinguishing agent that exhibits a flame retardant function is provided in the internal space of the sealed body. Further, it is no longer necessary to spend time on the pre-doping process to prevent metal lithium from precipitating, as in the past, and the time for the pre-doping process can be shortened.

第1の実施の形態の蓄電デバイスの模式的な分解斜視図である。FIG. 1 is a schematic exploded perspective view of a power storage device according to a first embodiment. 第1の実施の形態の蓄電デバイスの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a power storage device according to a first embodiment. 図2の蓄電デバイスにおけるIII-III断面の模式的な図である。3 is a schematic diagram of a cross section taken along line III in the electricity storage device of FIG. 2. FIG. 第1の実施の形態において、正極板の外観の例を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the appearance of a positive electrode plate in the first embodiment. 図4の正極板におけるV-V断面図である。FIG. 5 is a sectional view taken along the line VV in the positive electrode plate of FIG. 4; 第1の実施の形態において、負極板の外観の例を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the appearance of a negative electrode plate in the first embodiment. 図6の負極板におけるVII-VII断面図である。7 is a sectional view taken along line VII-VII of the negative electrode plate in FIG. 6. FIG. 第1の実施の形態において、正極の正極板と、負極の負極板と、セパレータと、電解液と、消火剤との位置関係を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the positional relationship among a positive plate of a positive electrode, a negative plate of a negative electrode, a separator, an electrolyte, and a fire extinguisher in the first embodiment.

[第1の実施の形態(図1~図8)]
以下に、本発明を実施するための形態について、リチウムイオンキャパシタを蓄電デバイスの例とし、図面を用いて説明する。図1の分解斜視図に示す様に、本実施の形態のリチウムイオンキャパシタ1は、複数の板状の正極板11と、複数の板状の負極板21とを備えており、これらは交互に積層されている。各正極板11は一方向に突出する電極端子接続部12bを備える。また、各負極板21も、正極板11の電極端子接続部12bが突出する方向と同一の方向に突出する電極端子接続部22bを備えている。そして、図1に示す様に、正極板11の電極端子接続部12bが突出する方向をX軸方向とし、積層される方向をZ軸方向とし、X軸およびZ軸に直交する方向をY軸方向とする。これらのX軸、Y軸、Z軸は互いに直交している。X軸、Y軸、Z軸が記載されているすべての図において、これらの軸方向は同一の方向を示し、以下の説明において方向に関する記述はこれらの軸方向を基準とすることがある。なお、本実施の形態および以下に説明する実施の形態において、付随的な構成については、その図示および詳細な説明を省略する。
[First embodiment (FIGS. 1 to 8)]
EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for implementing this invention is demonstrated using a lithium ion capacitor as an example of an electrical storage device using drawings. As shown in the exploded perspective view of FIG. 1, the lithium ion capacitor 1 of this embodiment includes a plurality of plate-shaped positive electrode plates 11 and a plurality of plate-shaped negative electrode plates 21, which are arranged alternately. Laminated. Each positive electrode plate 11 includes an electrode terminal connection portion 12b that protrudes in one direction. Furthermore, each negative electrode plate 21 also includes an electrode terminal connection part 22b that protrudes in the same direction as the direction in which the electrode terminal connection part 12b of the positive electrode plate 11 projects. As shown in FIG. 1, the direction in which the electrode terminal connection portions 12b of the positive electrode plate 11 protrude is the X-axis direction, the direction in which they are stacked is the Z-axis direction, and the direction perpendicular to the X-axis and the Z-axis is the Y-axis. direction. These X, Y, and Z axes are orthogonal to each other. In all the figures in which the X-axis, Y-axis, and Z-axis are shown, these axes indicate the same direction, and in the following description, descriptions regarding directions may be based on these axes. Note that in this embodiment and the embodiments described below, illustrations and detailed descriptions of incidental structures will be omitted.

<1.リチウムイオンキャパシタ1の全体構造(図1~図3)>
リチウムイオンキャパシタ1は、図1に示すように、複数の正極板11と、複数の負極板21と、複数のセパレータ30と、電解液40と、ラミネート部材60とを備えている。また、リチウムイオンキャパシタ1は、後述する包囲体50(図1には図示省略)を備えている。ここで、図1に示す様に、正極板11と負極板21とは交互に積層されており、正極板11と負極板21との間それぞれにセパレータ30が挟まれている。電解液40は、この様に積層された、複数の正極板11の一部と、複数の負極板21の一部と、複数のセパレータ30と共に、2つのラミネート部材60(密封体)に包まれて密封されている。これにより、電解液40は、正極10および負極20に接触しており、ラミネート部材60(密封体)は、電解液40に接触している。後述するが、電解液40は、消火剤を含んでおり、消火剤はリチウムイオンキャパシタ1の難燃性を向上させることができる。
<1. Overall structure of lithium ion capacitor 1 (Figures 1 to 3)>
As shown in FIG. 1, the lithium ion capacitor 1 includes a plurality of positive electrode plates 11, a plurality of negative electrode plates 21, a plurality of separators 30, an electrolytic solution 40, and a laminate member 60. The lithium ion capacitor 1 also includes an enclosure 50 (not shown in FIG. 1), which will be described later. Here, as shown in FIG. 1, the positive electrode plates 11 and the negative electrode plates 21 are alternately stacked, and a separator 30 is sandwiched between the positive electrode plates 11 and the negative electrode plates 21, respectively. The electrolytic solution 40 is wrapped in two laminate members 60 (sealed bodies) together with a portion of the plurality of positive electrode plates 11, a portion of the plurality of negative electrode plates 21, and a plurality of separators 30, which are laminated in this way. It's sealed. Thereby, the electrolytic solution 40 is in contact with the positive electrode 10 and the negative electrode 20, and the laminate member 60 (sealed body) is in contact with the electrolytic solution 40. As will be described later, the electrolytic solution 40 contains a fire extinguisher, and the fire extinguisher can improve the flame retardance of the lithium ion capacitor 1.

複数の正極板11の電極端子接続部12bは、同一方向に突出し、正極端子14に導通している。この正極端子14やこれと接続されている複数の正極板11など、正極端子側を構成する導体部材はまとめて正極10と呼べる。同様に、複数の負極板21の電極端子接続部22bと、負極端子24とは導通しており、この負極端子24やこれと接続されている複数の負極板21など、負極端子側を構成する導体部材はまとめて負極20と呼べる。リチウムイオンキャパシタ1は、その内部に以上の構成を備え、その外観を図2に示した。図2に示すリチウムイオンキャパシタ1のIII-III断面を模式的に図3に示す。図3では、わかりやすくするためにリチウムイオンキャパシタ1内における各部材の間に間隔を開けて図示している。しかし、実際には、正極板11と負極板21とセパレータ30とがほとんど隙間無く積層されている。また、図3に示す様に、積層された、複数の正極板11の一部と、複数の負極板21の一部と、複数のセパレータ30とを囲うように巻かれた長尺のシート状の包囲体50が設けられている。 The electrode terminal connecting portions 12b of the plurality of positive electrode plates 11 protrude in the same direction and are electrically connected to the positive electrode terminal 14. The conductor members constituting the positive terminal side, such as the positive terminal 14 and the plurality of positive plates 11 connected thereto, can be collectively referred to as the positive electrode 10. Similarly, the electrode terminal connection portions 22b of the plurality of negative electrode plates 21 and the negative electrode terminal 24 are electrically connected, and the negative electrode terminal 24 and the plurality of negative electrode plates 21 connected thereto constitute the negative electrode terminal side. The conductor members can be collectively referred to as the negative electrode 20. The lithium ion capacitor 1 has the above-described structure inside, and its appearance is shown in FIG. 2. FIG. 3 schematically shows a III-III cross section of the lithium ion capacitor 1 shown in FIG. In FIG. 3, each member within the lithium ion capacitor 1 is illustrated with a space provided therebetween for the sake of clarity. However, in reality, the positive electrode plate 11, the negative electrode plate 21, and the separator 30 are stacked with almost no gaps. Further, as shown in FIG. 3, a long sheet-like material is wound to surround a portion of the plurality of positive electrode plates 11, a portion of the plurality of negative electrode plates 21, and a plurality of separators 30, which are stacked. An enclosure 50 is provided.

<2.リチウムイオンキャパシタ1の各部について(図1、図3~図7)>
<2-1.正極板11について(図1、図3~図5)>
正極板11は、従来のリチウムイオンキャパシタの正極板を用いることができる。すなわち、正極板11は、薄板状の集電体12と、集電体12に塗工されている正極活物質層13とを備えている。集電体12は、Z方向に貫通する複数の孔12cが形成された金属箔で(図5参照)、矩形状の集電部12a(図4参照)と、集電部12aの一端(図4の例では、上辺の左端)から突出する電極端子接続部12bとが一体に形成されている。なお、集電部12aには複数の孔12cが形成されている(図5参照)が、電極端子接続部12bには集電部12aの孔12cと同様の複数の孔が形成されていなくともよく、形成されていてもよい。そして、図1および図4に示す、電極端子接続部12bのY軸方向の幅は適宜変更でき、例えば集電部12aと同じ幅としても良い。また、正極活物質層13は、集電部12aの両面に塗工されているが、塗工されている面はどちらかの片面であってもよい。ここで、集電部12aは、複数の孔12cが形成されているため、電解液40の陽イオンおよび陰イオンが集電部12aを透過できる。
<2. About each part of lithium ion capacitor 1 (Fig. 1, Fig. 3 to Fig. 7)>
<2-1. Regarding the positive electrode plate 11 (Fig. 1, Fig. 3 to Fig. 5)>
As the positive electrode plate 11, a conventional positive electrode plate of a lithium ion capacitor can be used. That is, the positive electrode plate 11 includes a thin plate-shaped current collector 12 and a positive electrode active material layer 13 coated on the current collector 12. The current collector 12 is a metal foil in which a plurality of holes 12c penetrating in the Z direction are formed (see FIG. 5), and includes a rectangular current collecting portion 12a (see FIG. 4) and one end of the current collecting portion 12a (see FIG. In example No. 4, the electrode terminal connecting portion 12b protruding from the left end of the upper side is integrally formed. Although a plurality of holes 12c are formed in the current collecting part 12a (see FIG. 5), the electrode terminal connecting part 12b does not have to have the same plurality of holes as the holes 12c of the current collecting part 12a. It may well be formed. The width of the electrode terminal connecting portion 12b in the Y-axis direction shown in FIGS. 1 and 4 can be changed as appropriate, and may be set to the same width as the current collecting portion 12a, for example. Furthermore, although the positive electrode active material layer 13 is coated on both sides of the current collector 12a, it may be coated on either one side. Here, since the plurality of holes 12c are formed in the current collecting section 12a, cations and anions of the electrolytic solution 40 can pass through the current collecting section 12a.

集電体12は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、ニッケルからなる金属箔を用いることができる。正極活物質層13は、比表面積が大きく導電性の高い正極活物質と、正極活物質層13の電気伝導性を高めるための導電助剤と、正極活物質の結着および正極活物質と集電体12の集電部12aとを結着させるバインダとを含むものとし、さらに増粘剤等の他の成分を含んでも良い。正極活物質は、例えば、活性炭、カーボンナノチューブ、ポリアセン等を用いることができる。導電助剤は、例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、グラファイトの微粒子、グラファイトの微細線維を用いることができる。増粘剤は、例えば、カルボキシルメチルセルロース[CMC]を用いることができる。 For the current collector 12, for example, a metal foil made of aluminum, stainless steel, copper, or nickel can be used. The cathode active material layer 13 includes a cathode active material having a large specific surface area and high conductivity, a conductive agent for increasing the electrical conductivity of the cathode active material layer 13, and binding and aggregation of the cathode active material. It contains a binder that binds the current collecting part 12a of the electric body 12, and may further contain other components such as a thickener. As the positive electrode active material, activated carbon, carbon nanotubes, polyacene, etc. can be used, for example. As the conductive aid, for example, Ketjen black, acetylene black, graphite fine particles, or graphite fine fibers can be used. As the thickener, for example, carboxymethyl cellulose [CMC] can be used.

バインダは、正極を構成する材料を結着するために用いられる。バインダは、接着成分であるポリマーを主成分としている。ポリマーは、ポリフッ化ビニリデン、スチレン-ブタジエンゴム[SBR]、ポリアクリル酸等から選択される。ここで、リチウムイオンキャパシタ1を自動車の車室内に設置するためには、85℃の高温環境における耐熱性が求められる。そのため、ポリマーは電解液40に対するハンセン溶解度パラメータ(HSP)に基づくRED値(相対エネルギー差)が1より大きいことが好ましい。電解液40に対するRED値が1より大きいポリマーは、電解液40に溶解しないため、リチウムイオンキャパシタ1を85℃の高温環境で長時間使用しても内部抵抗の増加率が小さいためである。このようなポリマーとして、ポリアクリル酸が挙げられる。ここでのポリアクリル酸とは、未中和のポリアクリル酸だけでなくポリアクリル酸の中和塩及び架橋したものも含む広義の概念である。ポリアクリル酸は、1種のみでも2種以上を組み合わせて用いてもよい。ポリマーを溶解する溶媒としては、水や有機溶媒を用いることができる。溶媒として水を用いる水系バインダは、製造工程での環境負荷を低減することができるため好ましい。ポリアクリル酸は、水を溶媒として水系バインダを構成することができる点でも好適である。なお、ハンセン溶解度パラメータに基づくRED値の詳しい説明は後述する。 The binder is used to bind the materials that make up the positive electrode. The binder is mainly composed of a polymer which is an adhesive component. The polymer is selected from polyvinylidene fluoride, styrene-butadiene rubber [SBR], polyacrylic acid, and the like. Here, in order to install the lithium ion capacitor 1 in the passenger compartment of an automobile, heat resistance in a high temperature environment of 85° C. is required. Therefore, it is preferable that the polymer has a RED value (relative energy difference) greater than 1 based on the Hansen solubility parameter (HSP) for the electrolytic solution 40. This is because a polymer having a RED value greater than 1 with respect to the electrolytic solution 40 does not dissolve in the electrolytic solution 40, so that even if the lithium ion capacitor 1 is used for a long time in a high-temperature environment of 85° C., the rate of increase in internal resistance is small. Such polymers include polyacrylic acid. Polyacrylic acid here is a broad concept that includes not only unneutralized polyacrylic acid but also neutralized salts and crosslinked polyacrylic acids. Polyacrylic acid may be used alone or in combination of two or more. Water or an organic solvent can be used as a solvent for dissolving the polymer. A water-based binder that uses water as a solvent is preferable because it can reduce the environmental load during the manufacturing process. Polyacrylic acid is also suitable in that it can form an aqueous binder using water as a solvent. Note that a detailed explanation of the RED value based on the Hansen solubility parameter will be given later.

バインダは、正極活物質に対して1~10質量%添加するのが好ましい。1質量%未満であると結着力が不足しやすい。一方10質量%を超えると内部抵抗の増加原因となる可能性がある。 The binder is preferably added in an amount of 1 to 10% by mass based on the positive electrode active material. If it is less than 1% by mass, the binding force tends to be insufficient. On the other hand, if it exceeds 10% by mass, it may cause an increase in internal resistance.

<2-2.負極板21について(図1、図3、図6、図7)>
負極板21は、従来のリチウムイオンキャパシタの負極板を用いることができる。そして、負極板21は、大まかには上述した正極板11と同様の構造を備えており、薄板状の集電体22と、負極活物質層23とを備えている。負極板21は、正極板11と異なり、リチウムイオンLiを吸蔵可能及び放出可能な負極活物質層23の負極活物質を備える。そして、後述する様に、負極活物質は、製造時にリチウムイオンLiが吸着される(いわゆるプレドープされる)。
<2-2. Regarding the negative electrode plate 21 (Fig. 1, Fig. 3, Fig. 6, Fig. 7)>
As the negative electrode plate 21, a conventional negative electrode plate of a lithium ion capacitor can be used. The negative electrode plate 21 has roughly the same structure as the positive electrode plate 11 described above, and includes a thin plate-shaped current collector 22 and a negative electrode active material layer 23. The negative electrode plate 21, unlike the positive electrode plate 11, includes a negative electrode active material of the negative electrode active material layer 23 that is capable of intercalating and releasing lithium ions Li + . As will be described later, the negative electrode active material is adsorbed with lithium ions Li + (so-called pre-doped) during manufacture.

集電体22は、Z方向に貫通する複数の孔22cが形成された金属箔で(図7参照)、矩形状の集電部22aと、集電部22aの一端(図6の例では、上辺の右端)から外側に突出する電極端子接続部22bとが一体に形成されている。なお、集電部22aには複数の孔22cが形成されているが(図7参照)、電極端子接続部22bには、集電部22aの孔22cと同様の複数の孔が形成されていなくともよく、形成されていてもよい。また、負極活物質層23は、集電部22aの両面に塗工されているが、塗工されている面はどちらかの片面であってもよい。ここで、上述した正極板11と同様に、集電部22aは、複数の孔22cが形成されているため、電解液40の陽イオンおよび陰イオンが集電部22aを透過できる。また、正極板11の電極端子接続部12bと、負極板21の電極端子接続部22bとは、図1に示す様に、重ならないように負極板の面方向に互いに間隔を開けた位置に設けられている。ここで、図1および図6に示す、電極端子接続部22bのY軸方向の幅は適宜変更でき、例えば集電部22aと同じ幅としても良い。 The current collector 22 is a metal foil in which a plurality of holes 22c penetrating in the Z direction are formed (see FIG. 7), and includes a rectangular current collecting portion 22a and one end of the current collecting portion 22a (in the example of FIG. 6, An electrode terminal connecting portion 22b protruding outward from the right end of the upper side is integrally formed. Note that although a plurality of holes 22c are formed in the current collecting section 22a (see FIG. 7), the plurality of holes similar to the holes 22c of the current collecting section 22a are not formed in the electrode terminal connecting section 22b. may also be formed. Further, although the negative electrode active material layer 23 is coated on both sides of the current collector 22a, it may be coated on either one side. Here, like the positive electrode plate 11 described above, the current collecting section 22a is formed with a plurality of holes 22c, so that the cations and anions of the electrolytic solution 40 can pass through the current collecting section 22a. Further, as shown in FIG. 1, the electrode terminal connection portion 12b of the positive electrode plate 11 and the electrode terminal connection portion 22b of the negative electrode plate 21 are provided at positions spaced apart from each other in the surface direction of the negative electrode plate so that they do not overlap. It is being Here, the width of the electrode terminal connection part 22b in the Y-axis direction shown in FIGS. 1 and 6 can be changed as appropriate, and may be made the same width as the current collector part 22a, for example.

集電体22は、正極板11の集電体12と同様に、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、銅からなる金属箔を用いることができる。負極活物質層23は、リチウムイオンLiを吸着及び脱着可能な負極活物質と、負極活物質の結着および負極活物質と集電体22の集電部22aとを結着させるバインダとを含むものとし、負極活物質層23の電気伝導性を高めるための導電助剤や、増粘剤等、他の成分を含んでも良い。負極活物質は、例えば、グラファイトを用いることができる。導電助剤、バインダ、増粘剤は、上述した正極板11と同様の物質を用いることができる。すなわち、導電助剤に、例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、グラファイトの微粒子、グラファイトの微細線維を用いることができる。バインダは、例えば、ポリフッ化ビニリデン、スチレン-ブタジエンゴム[SBR]、ポリアクリル酸を用いることができる。増粘剤は、例えば、カルボキシルメチルセルロース[CMC]を用いることができる。 Similar to the current collector 12 of the positive electrode plate 11, the current collector 22 can be made of, for example, a metal foil made of aluminum, stainless steel, or copper. The negative electrode active material layer 23 includes a negative electrode active material capable of adsorbing and desorbing lithium ions Li + , and a binder that binds the negative electrode active material and binds the negative electrode active material and the current collecting portion 22 a of the current collector 22 . Other components such as a conductive additive and a thickener for increasing the electrical conductivity of the negative electrode active material layer 23 may also be included. For example, graphite can be used as the negative electrode active material. As the conductive aid, binder, and thickener, the same substances as those for the positive electrode plate 11 described above can be used. That is, for example, Ketjen black, acetylene black, graphite fine particles, and graphite fine fibers can be used as the conductive aid. As the binder, for example, polyvinylidene fluoride, styrene-butadiene rubber [SBR], or polyacrylic acid can be used. As the thickener, for example, carboxymethyl cellulose [CMC] can be used.

<2-3.セパレータ30について(図1、図3)>
セパレータ30は、図1に示す様に、正極板11と負極板21とを隔離し、かつ、電解液40の陽イオンおよび陰イオンが透過できるように多孔質の材料からなり、矩形のシート状に形成されている。セパレータ30の縦横の長さは、正極板11の集電体12の集電部12aの長さ、および、負極板21の集電体22の集電部22aの長さよりも長く設定されている(図1、図4、図6参照)。セパレータ30は、従来のリチウムイオンキャパシタのセパレータを用いることができ、例えば、ビスコースレイヨンや天然セルロース等の抄紙、ポリエチレンやポリプロピレン等の不織布などを用いることができる。
<2-3. Regarding the separator 30 (Fig. 1, Fig. 3)>
As shown in FIG. 1, the separator 30 is made of a porous material that isolates the positive electrode plate 11 and the negative electrode plate 21 and allows the cations and anions of the electrolytic solution 40 to pass through, and has a rectangular sheet shape. is formed. The vertical and horizontal lengths of the separator 30 are set longer than the length of the current collecting part 12a of the current collector 12 of the positive electrode plate 11 and the length of the current collecting part 22a of the current collector 22 of the negative electrode plate 21. (See Figures 1, 4, and 6). As the separator 30, a conventional lithium ion capacitor separator can be used, and for example, paper made of viscose rayon, natural cellulose, etc., nonwoven fabric of polyethylene, polypropylene, etc. can be used.

<2-4.電解液40について>
電解液40は、従来のリチウムイオンキャパシタの電解液に、消火剤を加えた溶液である。すなわち、電解液40は、有機溶媒(非水溶媒)と、電解質と、消火剤とを含む。電解液40には、適宜添加剤を添加してもよく、添加剤としては、例えば、ビニレンカーボネート[VC]が挙げられる。
<2-4. About the electrolyte 40>
The electrolytic solution 40 is a solution obtained by adding a fire extinguisher to the electrolytic solution of a conventional lithium ion capacitor. That is, the electrolytic solution 40 includes an organic solvent (non-aqueous solvent), an electrolyte, and a fire extinguisher. An additive may be added to the electrolytic solution 40 as appropriate, and examples of the additive include vinylene carbonate [VC].

有機溶媒として、カーボネート系有機溶媒、ニトリル系有機溶媒、ラクトン系有機溶媒、エーテル系有機溶媒、アルコール系有機溶媒、エステル系有機溶媒、アミド系有機溶媒、スルホン系有機溶媒、ケトン系有機溶媒、芳香族系有機溶媒を例示できる。溶媒は、一種または二種以上を適宜の組成比で混合して用いることができる。リチウムイオンキャパシタ1に85℃以上の耐熱性をもたせる場合には、有機溶媒も耐熱性を有することが好ましい。ここでカーボネート系有機溶媒として、エチレンカーボネート[EC]やプロピレンカーボネート[PC]やフルオロエチレンカーボネート[FEC]などの環状カーボネート、エチルメチルカーボネート[EMC]やジエチルカーボネート[DEC]やジメチルカーボネート[DMC]などの鎖状カーボネートを例示できる。 As organic solvents, carbonate-based organic solvents, nitrile-based organic solvents, lactone-based organic solvents, ether-based organic solvents, alcohol-based organic solvents, ester-based organic solvents, amide-based organic solvents, sulfone-based organic solvents, ketone-based organic solvents, aromatic Examples include group organic solvents. The solvents can be used alone or in a mixture of two or more at an appropriate composition ratio. When the lithium ion capacitor 1 is to have heat resistance of 85° C. or higher, it is preferable that the organic solvent also has heat resistance. Here, as carbonate-based organic solvents, cyclic carbonates such as ethylene carbonate [EC], propylene carbonate [PC], and fluoroethylene carbonate [FEC], ethyl methyl carbonate [EMC], diethyl carbonate [DEC], dimethyl carbonate [DMC], etc. Examples include chain carbonates.

ここで鎖状カーボネートとして各種の鎖状カーボネートを用いることができるが、リチウムイオンキャパシタ1に85℃以上の耐熱性をもたせる場合には、沸点が低く耐熱性に劣るジメチルカーボネート[DMC]を用いないことが好ましい。すなわち有機溶媒中にジメチルカーボネート[DMC]が含まれる場合、ジメチルカーボネート[DMC]が熱分解してジエチルカーボネート[DEC]となり、その際の分解副産物が内部抵抗の増加や耐熱性の悪化を引き起こすことが懸念される(なおこの推察は本発明を限定するものではない)。そしてリチウムイオンキャパシタ1が高温環境下で使用される可能性を考慮すると、鎖状カーボネートとして、比較的高沸点且つ低粘度のエチルメチルカーボネート[EMC]や、より高沸点のジエチルカーボネート[DEC]を用いることが好ましい。そして耐熱性を向上させる観点から、エチルメチルカーボネート[EMC]とジエチルカーボネート[DEC]を混合して用いることがさらに好ましい。なお有機溶媒中におけるエチルメチルカーボネート[EMC]とジエチルカーボネート[DEC]の比率は特に限定しないが、例えばEMC:DEC=2:1~1:2の範囲に設定できる。 Various types of chain carbonates can be used as the chain carbonate, but in order to provide the lithium ion capacitor 1 with heat resistance of 85°C or higher, dimethyl carbonate [DMC], which has a low boiling point and poor heat resistance, is not used. It is preferable. That is, when dimethyl carbonate [DMC] is contained in the organic solvent, dimethyl carbonate [DMC] thermally decomposes to diethyl carbonate [DEC], and the decomposition byproducts at that time cause an increase in internal resistance and deterioration of heat resistance. (Note that this speculation does not limit the present invention). Considering the possibility that the lithium ion capacitor 1 will be used in a high-temperature environment, ethyl methyl carbonate [EMC], which has a relatively high boiling point and low viscosity, and diethyl carbonate [DEC], which has a higher boiling point, are recommended as chain carbonates. It is preferable to use From the viewpoint of improving heat resistance, it is more preferable to use a mixture of ethyl methyl carbonate [EMC] and diethyl carbonate [DEC]. Note that the ratio of ethyl methyl carbonate [EMC] and diethyl carbonate [DEC] in the organic solvent is not particularly limited, but can be set, for example, in the range of EMC:DEC=2:1 to 1:2.

また環状カーボネートとして各種の環状カーボネートを用いることができるが、電解液の酸化耐性向上の観点から、SEI(Solid Electrolyte Interface)膜と呼ばれる保護被膜を生成する能力を備えたエチレンカーボネート[EC]を用いることが好ましい。そして環状カーボネートとして、エチレンカーボネート[EC]と他の環状カーボネート(例えばプロピレンカーボネート[PC])を混合して用いる場合には、エチレンカーボネート[EC]を、他の環状カーボネート(例えばプロピレンカーボネート[PC])よりも多く含むことが好ましい。このようにエチレンカーボネート[EC]を相対的に多く含むことで、そのSEI膜生成能力が好適に発揮されて、エチレンカーボネート[EC]が還元分解された後にSEI膜を負極表面に作り、電解液がリチウム(Li)の電位に直接さらされなくなる。 Further, various cyclic carbonates can be used as the cyclic carbonate, but from the viewpoint of improving the oxidation resistance of the electrolyte, ethylene carbonate [EC], which has the ability to generate a protective film called an SEI (Solid Electrolyte Interface) film, is used. It is preferable. When using a mixture of ethylene carbonate [EC] and another cyclic carbonate (for example, propylene carbonate [PC]) as the cyclic carbonate, ethylene carbonate [EC] is mixed with another cyclic carbonate (for example, propylene carbonate [PC]). ) is preferably included. By containing a relatively large amount of ethylene carbonate [EC] in this way, its SEI film forming ability is suitably exhibited, and after ethylene carbonate [EC] is reductively decomposed, an SEI film is formed on the negative electrode surface, and the electrolyte is no longer directly exposed to the potential of lithium (Li).

またニトリル系有機溶媒として、アセトニトリル、アクリロニトリル、アジポニトリル、バレロニトリル、イソブチロ二トリルを例示できる。またラクトン系有機溶媒として、γ‐ブチロラクトン、γ‐バレロラクトンを例示できる。またエーテル系有機溶媒として、テトラヒドロフランやジオキサンなどの環状エーテル、1,2-ジメトキシエタンやジメチルエーテルやトリグライムなどの鎖状エーテルを例示できる。またアルコール系有機溶媒として、エチルアルコール、エチレングリコールを例示できる。またエステル系有機溶媒として、酢酸メチル、酢酸プロピル、リン酸トリメチルなどのリン酸エステル、ジメチルサルフェートなどの硫酸エステル、ジメチルサルファイトなどの亜硫酸エステルを例示できる。アミド系有機溶媒として、N‐メチル‐2‐ピロリドン、エチレンジアミンを例示できる。スルホン系有機溶媒として、ジメチルスルホンなどの鎖状スルホン、3‐スルホレンなどの環状スルホンを例示できる。ケトン系有機溶媒としてメチルエチルケトン、芳香族系有機溶媒としてトルエンを例示できる。そしてカーボネート系有機溶媒を除く上記各種の有機溶媒は、環状カーボネートを混合して用いることが好ましく、特に、SEI膜を生成可能なエチレンカーボネート[EC]と混合して用いることが好ましい。 Examples of nitrile organic solvents include acetonitrile, acrylonitrile, adiponitrile, valeronitrile, and isobutyronitrile. Examples of lactone-based organic solvents include γ-butyrolactone and γ-valerolactone. Examples of ether organic solvents include cyclic ethers such as tetrahydrofuran and dioxane, and chain ethers such as 1,2-dimethoxyethane, dimethyl ether and triglyme. Examples of alcohol-based organic solvents include ethyl alcohol and ethylene glycol. Examples of ester-based organic solvents include phosphoric acid esters such as methyl acetate, propyl acetate, and trimethyl phosphate, sulfuric acid esters such as dimethyl sulfate, and sulfite esters such as dimethyl sulfite. Examples of amide organic solvents include N-methyl-2-pyrrolidone and ethylenediamine. Examples of sulfone-based organic solvents include chain sulfones such as dimethylsulfone and cyclic sulfones such as 3-sulfolene. Examples of the ketone organic solvent include methyl ethyl ketone, and examples of the aromatic organic solvent include toluene. The above-mentioned various organic solvents other than carbonate-based organic solvents are preferably used in combination with a cyclic carbonate, and particularly preferably used in combination with ethylene carbonate [EC] which can form an SEI film.

電解質は、陽イオン(カチオン)であるLiイオンと、陰イオン(アニオン)とのリチウム塩を用いる。電解質として、例えば、過塩素酸リチウム[LiClO]、ヘキサフルオロリン酸リチウム[LiPF]、テトラフルオロホウ酸リチウム[LiBF]、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド[LiN(FSO、LiFSI]、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド[LiN(SOCF、LiTFSI]、リチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド[LiN(SOCFCF、LiBETI]を用いてよく、これらのリチウム塩を1種のみを用いても2種以上を用いてもよい。特に、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、リチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド等のイミド系リチウム塩(-SO-N-SO-を部分構造に有するリチウム塩)は、85℃以上の耐熱性を備えているため好ましい。イミド系リチウム塩を電解質として用いた場合、85℃の高温環境でもリチウムイオンキャパシタ1の容量維持率を長時間にわたって高く保つことができる。 The electrolyte uses a lithium salt of Li ions, which are positive ions, and anions. Examples of electrolytes include lithium perchlorate [LiClO 4 ], lithium hexafluorophosphate [LiPF 6 ], lithium tetrafluoroborate [LiBF 4 ], lithium bis(fluorosulfonyl)imide [LiN(FSO 2 ) 2 , LiFSI]. ], lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide [LiN(SO 2 CF 3 ) 2 , LiTFSI], lithium bis(pentafluoroethanesulfonyl)imide [LiN(SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 , LiBETI] may be used. , these lithium salts may be used alone or in combination of two or more. In particular, imide-based lithium salts such as lithium bis(fluorosulfonyl)imide, lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, and lithium bis(pentafluoroethanesulfonyl)imide (lithium having -SO 2 -N-SO 2 - as a partial structure) Salt) is preferable because it has heat resistance of 85° C. or higher. When an imide-based lithium salt is used as an electrolyte, the capacity retention rate of the lithium ion capacitor 1 can be kept high for a long time even in a high temperature environment of 85°C.

電解液40中の電解質の濃度は、0.5~10.0mol/Lが好ましい。電解液40の適切な粘度および、イオン伝導度の観点から、電解液40中の電解質の濃度は、0.5~2.0mol/Lがより好ましい。電解質の濃度が0.5mol/Lより少ない場合、電解質が解離したイオンの濃度の低下により、電解液40のイオン伝導度が低くすぎるため好ましくない。また、電解質の濃度が10.0mol/Lより大きいと電解液40の粘度の増加により電解液40のイオン伝導度が低すぎるため好ましくない。 The concentration of the electrolyte in the electrolytic solution 40 is preferably 0.5 to 10.0 mol/L. From the viewpoint of appropriate viscosity and ionic conductivity of the electrolytic solution 40, the concentration of the electrolyte in the electrolytic solution 40 is more preferably 0.5 to 2.0 mol/L. If the concentration of the electrolyte is less than 0.5 mol/L, the ionic conductivity of the electrolytic solution 40 will be too low due to a decrease in the concentration of ions dissociated from the electrolyte, which is not preferable. Furthermore, if the concentration of the electrolyte is higher than 10.0 mol/L, the ionic conductivity of the electrolytic solution 40 will be too low due to an increase in the viscosity of the electrolytic solution 40, which is not preferable.

消火剤は、難燃化機能を発揮し、電解液40に対するハンセン溶解度パラメータに基づくRED値が1より小さく、所定温度以下では、正極板11の動作電位範囲内で電気化学的に安定で、かつ、負極板21の動作電位範囲内で電気化学的に安定である。ここで、消火剤は、電解液40に対するハンセン溶解度パラメータ(HSP)に基づくRED値が1より小さいため、電解液40に溶解している。ハンセン溶解度パラメータは、Charles M Hansen氏により発表され、ある物質がある物質にどのくらい溶けるのかを示す溶解性の指標として知られている。例えば、一般的に水と油は溶け合わないが、これは水と油の「性質」が違うからである。この溶解性に関する物質の「性質」として、ハンセン溶解度パラメータでは、分散項D、極性項P、水素結合項Hの3つの項目を、物質毎に数値で表す。ここで、分散項Dはファンデルワールス力の大きさを表す値で、極性項Pはダイポール・モーメントの大きさを表す値で、水素結合項Hは水素結合の大きさを表す値である。以下では基本的な考えを説明する。このため、水素結合項Hをドナー性とアクセプター性に分割して扱うこと等の説明を省略する。 The extinguishing agent exhibits a flame retardant function, has a RED value of less than 1 based on the Hansen solubility parameter in the electrolytic solution 40, is electrochemically stable within the operating potential range of the positive electrode plate 11 at a predetermined temperature or below, and , is electrochemically stable within the operating potential range of the negative electrode plate 21. Here, the extinguishing agent is dissolved in the electrolytic solution 40 because the RED value based on the Hansen solubility parameter (HSP) for the electrolytic solution 40 is smaller than 1. The Hansen solubility parameter was published by Charles M. Hansen and is known as an index of solubility that indicates how much a certain substance dissolves in a certain substance. For example, water and oil generally do not mix together, but this is because their ``properties'' are different. In the Hansen solubility parameter, three items, a dispersion term D, a polarity term P, and a hydrogen bond term H, are numerically expressed for each substance as "properties" of a substance related to solubility. Here, the dispersion term D is a value representing the magnitude of van der Waals force, the polarity term P is a value representing the magnitude of dipole moment, and the hydrogen bond term H is a value representing the magnitude of hydrogen bond. The basic idea will be explained below. Therefore, a description of how the hydrogen bond term H is divided into donor property and acceptor property will be omitted.

ハンセン溶解度パラメータ(D,P,H)は、溶解性を検討するために、3次元の直交座標系(ハンセン空間、HSP空間)にプロットされる。例えば、溶液Aおよび固体Bそれぞれハンセン溶解度パラメータは、ハンセン空間上で溶液Aおよび固体Bそれぞれに対応する2つの座標(座標A,座標B)にプロットできる。そして、座標Aと座標Bとの距離Ra(HSP distance, Ra)が短い程、溶液Aと固体Bは互いに似た上記「性質」をもつため溶液Aに固体Bが溶解しやすいと考えることができる。この逆に、この距離Raが長い程、溶液Aと固体Bは互いに似ていない「性質」をもつため、溶液Aに固体Bが溶解しにくいと考えることができる。 The Hansen solubility parameters (D, P, H) are plotted in a three-dimensional orthogonal coordinate system (Hansen space, HSP space) to study solubility. For example, the Hansen solubility parameters of solution A and solid B can be plotted at two coordinates (coordinate A, coordinate B) corresponding to solution A and solid B, respectively, on Hansen space. It can be assumed that the shorter the distance Ra (HSP distance, Ra) between coordinates A and B, the easier it is for solid B to dissolve in solution A because solution A and solid B have similar "properties" mentioned above. can. On the contrary, it can be considered that the longer this distance Ra is, the more difficult it is for solid B to dissolve in solution A, since solution A and solid B have "properties" that are not similar to each other.

また、溶液Aに対して、溶解する物質と溶解しない物質との境目となる距離Raを相互作用半径R0とする。従って、溶液Aと固体Bについて、距離Raが相互作用半径R0より小さい場合(Ra<R0)は溶液Aに固体Bが溶解すると考えることができる。一方、このRaが相互作用半径R0より大きい場合(R0<Ra)は溶液Aに固体Bが溶解しないと考えることができる。さらに、距離Raを相互作用半径R0で割った値をRED値(=Ra/Ro)とする。すると、RED値が1より小さい場合(RED=Ra/Ro<1)には、Ra<R0となり、溶液Aに固体Bが溶解すると考えることができる。一方、RED値が1より大きい場合(RED=Ra/Ro>1)には、R0<Raとなり、溶液Aに固体Bが溶解しないと考えることができる。この様に、溶液Aおよび固体Bに関するRED値を元に、固体Bが溶液Aに溶けるか否かを判断できる。 Further, with respect to the solution A, the distance Ra that is the boundary between a substance that dissolves and a substance that does not dissolve is defined as an interaction radius R0. Therefore, regarding solution A and solid B, if the distance Ra is smaller than the interaction radius R0 (Ra<R0), it can be considered that solid B dissolves in solution A. On the other hand, if this Ra is larger than the interaction radius R0 (R0<Ra), it can be considered that solid B is not dissolved in solution A. Furthermore, the value obtained by dividing the distance Ra by the interaction radius R0 is set as the RED value (=Ra/Ro). Then, when the RED value is smaller than 1 (RED=Ra/Ro<1), Ra<R0 and it can be considered that the solid B is dissolved in the solution A. On the other hand, when the RED value is larger than 1 (RED=Ra/Ro>1), R0<Ra, and it can be considered that solid B does not dissolve in solution A. In this way, based on the RED values regarding solution A and solid B, it can be determined whether solid B is soluble in solution A or not.

ここで、本実施の形態では、溶液Aが電解液40に対応し、固体Bが消火剤に対応する。消火剤は、電解液40に対するハンセン溶解度パラメータに基づくRED値が1より小さいため、電解液40に溶解する。この逆に、電解液40に対するハンセン溶解度パラメータに基づくRED値が1より小さい程度に、電解液40に易溶性を示す消火剤も、ハンセン溶解度パラメータに基づくRED値が1より小さいと考えることができる。 Here, in this embodiment, the solution A corresponds to the electrolytic solution 40, and the solid B corresponds to the extinguishing agent. The extinguishing agent dissolves in the electrolyte 40 because the RED value based on the Hansen solubility parameter for the electrolyte 40 is less than 1. Conversely, a fire extinguisher that is easily soluble in the electrolyte 40 to the extent that the RED value based on the Hansen solubility parameter for the electrolyte 40 is smaller than 1 can also be considered to have a RED value smaller than 1 based on the Hansen solubility parameter. .

ハンセン溶解度パラメータおよび相互作用半径R0は、成分の化学構造及び組成比や、実験結果を用いて算出することができる。その場合、Hansen氏らにより開発されたソフトウエアHSPiP(Hansen Solubility Parameters in Practice:HSPを効率よく扱うためのWindows〔登録商標〕用ソフト)を用いて求めることができる。このソフトウエアHSPiPは、2018年3月5日現在 http://www.hansen-solubility.com/から入手可能である。また、複数の溶媒が混合された混合溶媒の場合等に対しても、ハンセン溶解度パラメータ(D,P,H)を算出することができる。 The Hansen solubility parameter and the interaction radius R0 can be calculated using the chemical structures and composition ratios of the components and experimental results. In that case, it can be determined using the software HSPiP (Hansen Solubility Parameters in Practice: Windows (registered trademark) software for efficiently handling HSP) developed by Hansen et al. This software HSPiP is available as of March 5, 2018 from http://www.hansen-solubility.com/. Furthermore, the Hansen solubility parameters (D, P, H) can be calculated even in the case of a mixed solvent in which a plurality of solvents are mixed.

消火剤は、難燃化機能を発揮し、電解液40に対するハンセン溶解度パラメータに基づくRED値が1より小さく、所定温度以下では、正極板11の動作電位範囲内で電気化学的に安定で、かつ、負極板21の動作電位範囲内で電気化学的に安定な、公知の消火剤を用いることができる。ここで、消火剤の難燃化機能とは、リチウムイオンキャパシタ1の温度が所定の温度以上となり、リチウムイオンキャパシタ1の一部が発火し始めたときに、消火作用が働くことで発火を抑制する機能である。このような消火剤としては、例えば非イオン界面活性剤が挙げられる。非イオン界面活性剤は、親油性を備えるため、有機溶媒である電解液40に対し、ハンセン溶解度パラメータに基づくRED値が1より小さい。また、非イオン界面活性剤は、所定温度以下では、正極板11の動作電位範囲内で電気化学的に安定で、かつ、負極板21の動作電位範囲内で電気化学的に安定である。さらに、後述する様に、リチウムイオンキャパシタ1の充放電には、電解液40の陰イオンおよびリチウムイオンLiといったイオンが関与するが、非イオン界面活性剤は、イオンに解離しないため、リチウムイオンキャパシタ1の充放電に関与しない。 The extinguishing agent exhibits a flame retardant function, has a RED value of less than 1 based on the Hansen solubility parameter in the electrolytic solution 40, is electrochemically stable within the operating potential range of the positive electrode plate 11 at a predetermined temperature or below, and A known extinguishing agent that is electrochemically stable within the operating potential range of the negative electrode plate 21 can be used. Here, the flame retardant function of the extinguishing agent means that when the temperature of the lithium ion capacitor 1 reaches a predetermined temperature or higher and a part of the lithium ion capacitor 1 starts to ignite, the extinguishing effect works to suppress the ignition. This is a function to Examples of such extinguishing agents include nonionic surfactants. Since the nonionic surfactant has lipophilicity, the RED value based on the Hansen solubility parameter is smaller than 1 with respect to the electrolytic solution 40, which is an organic solvent. Further, the nonionic surfactant is electrochemically stable within the operating potential range of the positive electrode plate 11 and electrochemically stable within the operating potential range of the negative electrode plate 21 at a predetermined temperature or lower. Furthermore, as will be described later, the anions of the electrolytic solution 40 and ions such as lithium ions Li + are involved in the charging and discharging of the lithium ion capacitor 1, but since the nonionic surfactant does not dissociate into ions, the lithium ions It is not involved in charging and discharging the capacitor 1.

消火剤として用いる非イオン界面活性剤は、特に限定されないが、エーテル型、エステル型及びエステル・エーテル型からなる群から選択される少なくとも一種を用いることができる。これらの非イオン界面活性剤を、電解液40に対して0.1質量%以上1質量%以下の濃度で用いることができる。非イオン界面活性剤の電解液40に対する濃度が、0.1質量%未満であるならば、難燃化機能が十分に発揮されないため好ましくない。また、非イオン界面活性剤の電解液40に対する濃度が、1質量%を超えると、リチウムイオンキャパシタ1の充放電特性に悪影響を及ぼす虞があるため好ましくない。難燃化機能を良好に発揮するために、非イオン界面活性剤の電解液40に対する濃度が、0.5質量%以上1質量%以下の濃度であることがより好ましい。 The nonionic surfactant used as a fire extinguisher is not particularly limited, but at least one selected from the group consisting of ether type, ester type, and ester/ether type can be used. These nonionic surfactants can be used at a concentration of 0.1% by mass or more and 1% by mass or less based on the electrolytic solution 40. If the concentration of the nonionic surfactant in the electrolytic solution 40 is less than 0.1% by mass, it is not preferable because the flame retardant function will not be sufficiently exhibited. Furthermore, if the concentration of the nonionic surfactant in the electrolytic solution 40 exceeds 1% by mass, this is not preferable because it may adversely affect the charge/discharge characteristics of the lithium ion capacitor 1. In order to exhibit a good flame retardant function, it is more preferable that the concentration of the nonionic surfactant in the electrolytic solution 40 is 0.5% by mass or more and 1% by mass or less.

エーテル型の非イオン界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール、ポリアルキレンアルキルエーテル等を用いることができる。エステル型の非イオン界面活性剤としては、例えば、グリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル等を用いることができる。エステル・エーテル型の非イオン界面活性剤のとしては、例えば、脂肪酸ポリエチレングリコール、脂肪酸ポリオキシエチレンソルビタン等を用いることができる。 As the ether type nonionic surfactant, for example, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkylphenyl ether, polyoxyethylene polyoxypropylene glycol, polyalkylene alkyl ether, etc. can be used. As the ester type nonionic surfactant, for example, glycerin fatty acid ester, sorbitan fatty acid ester, sucrose fatty acid ester, etc. can be used. As the ester/ether type nonionic surfactant, for example, fatty acid polyethylene glycol, fatty acid polyoxyethylene sorbitan, etc. can be used.

<2-5.包囲体50について(図3)>
包囲体50は、多孔質の長尺のシート状に形成されている。包囲体50は、図3に示す様に、積層された、正極10の複数の正極板11と、負極20の複数の負極板21と、複数のセパレータ30との外周を囲むように巻かれている。そして、包囲体50は、その材質として、上述したセパレータ30と同様に、従来のリチウムイオンキャパシタのセパレータの材質を用いることができる。包囲体50の材質として、例えば、ビスコースレイヨンや天然セルロース等の抄紙、ポリエチレンやポリプロピレン等の不織布などを用いることができる。
<2-5. Regarding the enclosure 50 (Fig. 3)>
The enclosure 50 is formed into a porous elongated sheet. As shown in FIG. 3, the enclosure 50 is wound so as to surround the outer periphery of the plurality of positive electrode plates 11 of the positive electrode 10, the plurality of negative electrode plates 21 of the negative electrode 20, and the plurality of separators 30, which are stacked. There is. The material of the envelope 50 can be the same as the separator of a conventional lithium ion capacitor, similar to the separator 30 described above. As the material of the enclosure 50, for example, paper such as viscose rayon or natural cellulose, nonwoven fabric such as polyethylene or polypropylene, etc. can be used.

<2-6.ラミネート部材60について(図1、図3)>
ラミネート部材60は、図3に示すように、心材シート61、外側シート62、内側シート63を備えている。そして、心材シート61の外側となる面に外側シート62が接着され、心材シート61の内側となる面に内側シート63が接着されている。例えば、心材シート61はアルミニウム箔とし、外側シート62はナイロンペットフィルム等の樹脂シートとし、内側シート63はポリプロピレン等の樹脂シートとすることができる。
<2-6. Regarding the laminate member 60 (Fig. 1, Fig. 3)>
As shown in FIG. 3, the laminate member 60 includes a core sheet 61, an outer sheet 62, and an inner sheet 63. An outer sheet 62 is bonded to the outer surface of the core sheet 61, and an inner sheet 63 is bonded to the inner surface of the core sheet 61. For example, the core sheet 61 may be an aluminum foil, the outer sheet 62 may be a resin sheet such as nylon PET film, and the inner sheet 63 may be a resin sheet such as polypropylene.

<3.リチウムイオンキャパシタ1の充放電の過程について(図3、図8)>
上述した様に、正極板11の集電体12の集電部12aはZ方向に貫通する複数の孔12cを備え、負極板21の集電体22の集電部22aもZ方向に貫通する複数の孔22cを備えることで、電解液40の陰イオン及び陽イオンは、正極板11の集電部12aと負極板21の集電部22aとを透過できる。また、セパレータ30も電解液40の陽イオンおよび陰イオンが透過できるように構成されている。リチウムイオンキャパシタ1の、正極10の正極板11と、負極20の負極板21と、セパレータ30と、電解液40との位置関係を図8に模式的に示した。図8に示す様に、リチウムイオンキャパシタ1は、正極板11と負極板21とが、セパレータ30を間に挟んで向き合う構成となっている。リチウムイオンキャパシタ1は、正極板11の表面では、正極活物質と電解質の陰イオンとで電気二重層を形成し、負極板21では、負極活物質にリチウムイオンLiを吸着及び脱着することで充放電を行う。また、リチウムイオンキャパシタ1の製造時には、負極板21の負極活物質にリチウムイオンLiを吸着させる(プレドープ)。負極活物質にリチウムイオンLiが吸着していることで、正極板11と負極板21との間の電位差が大きくなり、正極板11に形成される電気二重層のエネルギー密度を高めることができる。その結果、リチウムイオンキャパシタ1は、大容量化および高出力化されたものとなる。
<3. Regarding the charging and discharging process of lithium ion capacitor 1 (Figure 3, Figure 8)>
As described above, the current collecting portion 12a of the current collector 12 of the positive electrode plate 11 is provided with a plurality of holes 12c penetrating in the Z direction, and the current collecting portion 22a of the current collector 22 of the negative electrode plate 21 also penetrates in the Z direction. By providing the plurality of holes 22c, anions and cations of the electrolytic solution 40 can pass through the current collector 12a of the positive electrode plate 11 and the current collector 22a of the negative electrode plate 21. Further, the separator 30 is also configured to allow cations and anions of the electrolytic solution 40 to pass therethrough. FIG. 8 schematically shows the positional relationship among the positive plate 11 of the positive electrode 10, the negative plate 21 of the negative electrode 20, the separator 30, and the electrolyte 40 of the lithium ion capacitor 1. As shown in FIG. 8, the lithium ion capacitor 1 has a configuration in which a positive electrode plate 11 and a negative electrode plate 21 face each other with a separator 30 in between. The lithium ion capacitor 1 forms an electric double layer on the surface of the positive electrode plate 11 with the positive electrode active material and anions of the electrolyte, and on the negative electrode plate 21, lithium ions Li + are adsorbed and desorbed to the negative electrode active material. Perform charging and discharging. Furthermore, when manufacturing the lithium ion capacitor 1, lithium ions Li + are adsorbed onto the negative electrode active material of the negative electrode plate 21 (pre-doping). By adsorbing lithium ions Li + to the negative electrode active material, the potential difference between the positive electrode plate 11 and the negative electrode plate 21 increases, and the energy density of the electric double layer formed on the positive electrode plate 11 can be increased. . As a result, the lithium ion capacitor 1 has a large capacity and high output.

<4.消火剤の効果について>
一般的に、リチウムイオンキャパシタの製造はプレドープの過程を含んでおり、このプレドープの過程では、負極板21の負極活物質にリチウムイオンLiを吸着させる。そして、一般的にリチウムイオンキャパシタの製造方法に含まれるプレドープの工程では、単体のリチウム金属が使用される。そして、通常では、リチウムイオンキャパシタ内に単体のリチウム金属が残らないように、プレドープの工程が行われている。しかし、リチウムイオンキャパシタの安全性に万全を期すために、万が一、リチウムイオンキャパシタ内に単体のリチウム金属が残ったときや、リチウムイオンキャパシタに内部短絡が生じるときや、リチウムイオンキャパシタが加熱されたときにおいて、リチウムイオンキャパシタの発火の可能性が問題とされる場合がある。この様な場合についても、本実施の形態のリチウムイオンキャパシタ1は、難燃化機能を発揮する消火剤がラミネート部材60(密封体)の内部空間に設けられているため、発火の可能性が抑止されている。また、従来のように金属リチウムが析出しないようプレドープの工程に時間をかける必要がなくなり、プレドープ工程の時間を短縮できる。
<4. About the effect of fire extinguishing agent>
Generally, manufacturing a lithium ion capacitor includes a pre-doping process, and in this pre-doping process, lithium ions Li + are adsorbed onto the negative electrode active material of the negative electrode plate 21 . In general, a single lithium metal is used in the pre-doping step included in the manufacturing method of a lithium ion capacitor. Usually, a pre-doping process is performed so that no single lithium metal remains in the lithium ion capacitor. However, in order to ensure the safety of lithium ion capacitors, in the unlikely event that a single piece of lithium metal remains inside the lithium ion capacitor, an internal short circuit occurs in the lithium ion capacitor, or the lithium ion capacitor becomes heated. At times, the possibility of ignition of lithium ion capacitors is a problem. Even in such a case, in the lithium ion capacitor 1 of the present embodiment, the fire extinguishing agent that exhibits a flame retardant function is provided in the internal space of the laminate member 60 (sealed body), so there is no possibility of ignition. suppressed. Further, it is no longer necessary to spend time on the pre-doping process to prevent metal lithium from precipitating, as in the past, and the time for the pre-doping process can be shortened.

また、リチウムイオンキャパシタ1(蓄電デバイス)は、消火剤がラミネート部材60(密封体)の内部空間に設けられている。従って、消火剤がリチウムイオンキャパシタ1(蓄電デバイス)を難燃化する難燃化機能は、ラミネート部材60(密封体)の外部からではなく、内部から発揮できるため、消火剤がリチウムイオンキャパシタ1(蓄電デバイス)の難燃性を確実に高めることができる。 Further, in the lithium ion capacitor 1 (power storage device), a fire extinguishing agent is provided in the internal space of the laminate member 60 (sealed body). Therefore, the fire retardant function of making the lithium ion capacitor 1 (electricity storage device) flame retardant by the fire extinguisher can be exerted not from the outside of the laminate member 60 (sealing body) but from inside the laminate member 60 (sealing body). It is possible to reliably improve the flame retardancy of (electricity storage device).

また、消火剤は、所定温度以下では、正極10の動作電位範囲内で電気化学的に安定で、かつ、負極20の動作電位範囲内で電気化学的に安定である。そこで、消火剤は、安定していると考えることができる。従って、消火剤は、リチウムイオンキャパシタ1(蓄電デバイス)の難燃性を経時的に安定して高め、かつ、リチウムイオンキャパシタ1(蓄電デバイス)の充放電の過程へ大きな影響を及ぼさない。 Moreover, the extinguishing agent is electrochemically stable within the operating potential range of the positive electrode 10 and within the operating potential range of the negative electrode 20 at a predetermined temperature or lower. Therefore, the extinguishing agent can be considered stable. Therefore, the fire extinguisher stably increases the flame retardance of the lithium ion capacitor 1 (power storage device) over time, and does not have a large effect on the charging and discharging process of the lithium ion capacitor 1 (power storage device).

[第2の実施の形態]
続いて、第2の実施の形態の蓄電デバイス(不図示)について、説明する。本実施の形態もリチウムイオンキャパシタを蓄電デバイスの例として説明する。なお、本実施の形態において、第1の実施の形態で説明したリチウムイオンキャパシタ1と実質的な構成及び作用が同じとなる箇所については、これらと同一の符号を付して説明を省略する。
[Second embodiment]
Next, a power storage device (not shown) according to a second embodiment will be described. This embodiment will also be described using a lithium ion capacitor as an example of a power storage device. Note that, in this embodiment, parts having substantially the same configuration and function as those of the lithium ion capacitor 1 described in the first embodiment are given the same reference numerals, and a description thereof will be omitted.

<1.リチウムイオンキャパシタ2の構造>
上述した第1の実施の形態では、消火剤は、電解液40に溶解していた。しかし、消火剤は、ラミネート部材60(密封体)の内部空間に設けられていればよい。本実施の形態のリチウムイオンキャパシタ2(不図示)に用いられている消火剤(不図示)は、電解液40に対するハンセン溶解度パラメータに基づくRED値が1より小さく、所定温度以下では、正極板11の動作電位範囲内及び負極板21の動作電位範囲内の少なくとも一方で電気化学的に不安定である。また、消火剤として、第1の実施の形態の消火剤と同じ成分の消火剤を用いることもできる。そして、消火剤は、1つ以上の中空状の消火剤収容容器(不図示)の中に密封されている。消火剤収容容器は、電解液40に溶解しないよう形成されており、かつ、単体のリチウム金属(アルカリ金属)の発火点以下の所定温度である放出温度以上で消火剤を外部に漏洩するよう構成されている。リチウムイオンキャパシタ2が加熱され、消火剤収容容器の温度が放出温度以上になると、消火剤が消火剤収容容器から外部に放出され、消火剤が難燃化機能を発揮できるようになる。ここで、上述した様に、消火剤の難燃化機能とは、リチウムイオンキャパシタ2の一部が発火し始めたときに消火作用が働くことで発火を抑制する機能である。
<1. Structure of lithium ion capacitor 2>
In the first embodiment described above, the extinguishing agent was dissolved in the electrolytic solution 40. However, the extinguishing agent only needs to be provided in the internal space of the laminate member 60 (sealed body). The extinguishing agent (not shown) used in the lithium ion capacitor 2 (not shown) of this embodiment has a RED value of less than 1 based on the Hansen solubility parameter in the electrolytic solution 40, and at a predetermined temperature or lower, the extinguishing agent (not shown) It is electrochemically unstable within at least one of the operating potential range of the negative electrode plate 21 and the operating potential range of the negative electrode plate 21 . Further, as the extinguishing agent, a fire extinguishing agent having the same components as the extinguishing agent of the first embodiment can also be used. The extinguishing agent is sealed in one or more hollow extinguishing agent containers (not shown). The extinguishing agent storage container is formed so as not to dissolve in the electrolyte 40, and is configured to leak the extinguishing agent to the outside at a temperature higher than a release temperature which is a predetermined temperature below the ignition point of a single lithium metal (alkali metal). has been done. When the lithium ion capacitor 2 is heated and the temperature of the fire extinguishing agent storage container becomes equal to or higher than the release temperature, the fire extinguishing agent is released from the fire extinguishing agent storage container to the outside, allowing the fire extinguishing agent to exhibit a flame retardant function. Here, as described above, the flame retardant function of the extinguishing agent is a function that suppresses ignition by exerting an extinguishing effect when a part of the lithium ion capacitor 2 starts to ignite.

消火剤収容容器は、例えば、リチウム金属の発火点以下に設定された放出温度で溶解するよう構成されていてもよいし、消火剤を含む収容物の体積膨張による内部圧力の上昇に起因して破損するよう構成されていてもよい。例えば、消火剤収容容器の内部に消火剤と共に二酸化炭素、窒素やアルゴンなどの不活性ガスを密封し、放出温度以上で消火剤を外部に放出するよう構成してもよい。ここで、消火剤収容容器の形状や材質等の構成および消火剤収容容器内に密封する不活性ガスの量は、消火剤収容容器が所定の放出温度以上になった場合に、不活性ガスが膨張して消火剤収容容器に亀裂が入り、消火剤が不活性ガスと共に消火剤収容容器から外部に漏洩することで消火剤が難燃化機能を発揮できるよう、適宜設定する。また、消火剤は、上述のように発火を防ぐ難燃化機能を生じるものであればよい。窒素、アルゴン、二酸化炭素などの不活性ガスを発生させて、放出温度以上で消火剤を消火剤収容容器の外部に放出するよう構成してもよく、例えば、これらの不活性ガスを発生させる構成、これらの不活性ガスをあらかじめ吸蔵した金属から不活性ガスを放出させる金属吸蔵による構成、これらの不活性ガスの圧縮ガスの熱膨張により放出させる圧縮ガスによる構成とすることができる。これらの構成では、ハロゲン及びリン系難燃化剤の消火剤よりも環境への安全性が高いものとなる。また、上記の構成で、二酸化炭素以外の不活性ガスを放出する構成とすれば、人に対する安全性がより高いものとなる。 For example, the extinguishing agent storage container may be configured to melt at a release temperature set below the ignition point of lithium metal, or may be configured to melt at a release temperature set below the ignition point of lithium metal, or may be configured to melt due to an increase in internal pressure due to volumetric expansion of the contents containing the extinguishing agent. It may be configured to be damaged. For example, the extinguishing agent storage container may be configured to seal an inert gas such as carbon dioxide, nitrogen, or argon together with the extinguishing agent, and to release the extinguishing agent to the outside at a temperature equal to or higher than the release temperature. Here, the configuration of the extinguishing agent storage container, such as the shape and material, and the amount of inert gas sealed in the extinguishing agent storage container are determined so that when the extinguishing agent storage container reaches a predetermined release temperature or higher, the inert gas is released. Appropriate settings are made so that the extinguishing agent can exert its flame retardant function by expanding and cracking the extinguishing agent storage container, causing the extinguishing agent to leak out from the extinguishing agent storage container together with the inert gas. Further, the fire extinguishing agent may be any fire extinguisher as long as it has a flame retardant function to prevent ignition as described above. The extinguishing agent may be configured to generate an inert gas such as nitrogen, argon, carbon dioxide, etc. and release the extinguishing agent to the outside of the extinguishing agent storage container at a temperature equal to or higher than the release temperature, for example, a configuration that generates these inert gases. , a metal occlusion structure in which the inert gas is released from a metal that has previously occluded the inert gas, and a compressed gas structure in which the inert gas is released by thermal expansion of the compressed gas. These configurations provide higher environmental safety than extinguishing agents based on halogen and phosphorus flame retardants. Furthermore, if the above configuration is configured to emit an inert gas other than carbon dioxide, the safety for humans will be higher.

そして、消火剤収容容器は、図示を省略するが、ラミネート部材60の内側の電解液40が収容されている空間と同じ空間に設けることができ、その大きさや形状は適宜設定できる。また、消火剤収容容器は、大きさによっては電解液40に混ぜることができる。消火剤収容容器は、例えば、直径が数百ナノメートル~数ミリメートル程度の球状のマイクロカプセルにすることができる。また、消火剤収容容器は、他には、長手方向の長さが数ミリメートル~数センチメートル程度で長手方向に直行する方向の最大の幅が数百ナノメートル~数ミリメートル程度の回転楕円体状や多角柱状とすることができる。また、消火剤収容容器は、他には、直径が数ミリメートル~数センチメートル程度で厚みが数百ナノメートル~数ミリメートル程度の円盤状にすることができる。また、消火剤収容容器は、他には、一辺の長さが数ミリメートル~数センチメートル程度で厚みが数百ナノメートル~数ミリメートル程度の薄板状にすることができる。 Although not shown, the extinguishing agent storage container can be provided in the same space as the space in which the electrolytic solution 40 is stored inside the laminate member 60, and its size and shape can be set as appropriate. Further, depending on the size of the extinguishing agent storage container, it can be mixed with the electrolyte 40. The extinguishing agent storage container can be, for example, a spherical microcapsule with a diameter of several hundred nanometers to several millimeters. In addition, the fire extinguishing agent storage container is shaped like a spheroid, with a longitudinal length of several millimeters to several centimeters and a maximum width perpendicular to the longitudinal direction of several hundred nanometers to several millimeters. It can be shaped like a polygonal column or a polygonal column. Further, the extinguishing agent storage container can also be shaped into a disc having a diameter of several millimeters to several centimeters and a thickness of several hundred nanometers to several millimeters. In addition, the fire extinguishing agent storage container can also be formed into a thin plate having a side length of about several millimeters to several centimeters and a thickness of about several hundred nanometers to several millimeters.

<2.リチウムイオンキャパシタ2の充放電の過程について>
本実施の形態のリチウムイオンキャパシタ2と、第1の実施の形態のリチウムイオンキャパシタ1(図3参照)との間で、正極10と、負極20と、セパレータ30との構成は同様である。このため、本実施の形態のリチウムイオンキャパシタ2において、正極10の正極板11と、負極20の負極板21と、セパレータ30と、電解液40との位置関係は、第1の実施の形態のリチウムイオンキャパシタ1(図8参照)と同様である。従って、リチウムイオンキャパシタ2は、リチウムイオンキャパシタ1と同様に、正極板11の表面では、正極活物質と電解液40の陰イオンとで電気二重層を形成し、負極板21では、負極活物質にリチウムイオンLiを吸着及び脱着することで充放電を行う。
<2. About the charging and discharging process of lithium ion capacitor 2>
The configurations of the positive electrode 10, negative electrode 20, and separator 30 are the same between the lithium ion capacitor 2 of this embodiment and the lithium ion capacitor 1 of the first embodiment (see FIG. 3). Therefore, in the lithium ion capacitor 2 of the present embodiment, the positional relationship between the positive plate 11 of the positive electrode 10, the negative plate 21 of the negative electrode 20, the separator 30, and the electrolyte 40 is different from that of the first embodiment. This is similar to the lithium ion capacitor 1 (see FIG. 8). Therefore, in the lithium ion capacitor 2, like the lithium ion capacitor 1, an electric double layer is formed on the surface of the positive electrode plate 11 by the positive electrode active material and the anions of the electrolytic solution 40, and on the negative electrode plate 21, the negative electrode active material Charging and discharging is performed by adsorbing and desorbing lithium ions Li + .

<3.リチウムイオンキャパシタ2の消火剤について>
本実施の形態のリチウムイオンキャパシタ2は、上述した第1の実施の形態のリチウムイオンキャパシタ1と同様に、消火剤がリチウムイオンキャパシタ2(蓄電デバイス)の充放電の過程へ大きな影響を及ぼすことがない。ここで、消火剤は、リチウム金属の発火点以下の所定の温度(前記アルカリ金属イオンに対応する単体のアルカリ金属の発火点以下の所定の温度)以下では、消火剤収容容器の中に密封された状態を保っている。このため、消火剤は、この所定の温度以下では、電解液40に溶解することはなく、より確実に安定している。従って、消火剤は、リチウムイオンキャパシタ2(蓄電デバイス)の難燃性を経時的に安定して高め、かつ、リチウムイオンキャパシタ2(蓄電デバイス)の充放電の過程へ大きな影響を及ぼさない。
<3. Regarding fire extinguishing agent for lithium ion capacitor 2>
In the lithium ion capacitor 2 of this embodiment, similar to the lithium ion capacitor 1 of the first embodiment described above, the extinguishing agent has a large effect on the charging and discharging process of the lithium ion capacitor 2 (electricity storage device). There is no. Here, the extinguishing agent is sealed in the extinguishing agent storage container at a temperature below a predetermined temperature below the ignition point of lithium metal (a predetermined temperature below the ignition point of a single alkali metal corresponding to the alkali metal ion). It remains in good condition. Therefore, the extinguishing agent does not dissolve in the electrolytic solution 40 below this predetermined temperature, and is more reliably stable. Therefore, the fire extinguisher stably increases the flame retardancy of the lithium ion capacitor 2 (power storage device) over time, and does not have a large effect on the charging and discharging process of the lithium ion capacitor 2 (power storage device).

[その他の実施の形態]
その他の実施の形態として、例えば、第1および第2の実施の形態では、リチウムイオンキャパシタ1およびリチウムイオンキャパシタ2は、包囲体50を備えているが、包囲体を備えないものとしてもよい。また、第2の実施の形態のリチウムイオンキャパシタ2の消火剤収容容器は、中空状としたが、ラミネート部材60(密封体)の内部空間に設けられ、消火剤を密封するように構成されたものであればよい。例えば、リチウム金属(アルカリ金属イオンに対応する単体のアルカリ金属)の発火点以下の温度で溶解し、かつ、電解液40に溶解しないシートの外周部を、ラミネート部材60の内側シート63の電解液40と接する面に接着させ、このシートと内側シート63との間に消火剤を入れることができる。この場合、このシートと内側シート63が消火剤収容容器を構成する。
[Other embodiments]
As other embodiments, for example, in the first and second embodiments, the lithium ion capacitor 1 and the lithium ion capacitor 2 are provided with the enclosure 50, but may not be provided with an enclosure. Further, although the extinguishing agent storage container of the lithium ion capacitor 2 of the second embodiment is hollow, it is provided in the internal space of the laminate member 60 (sealing body) and configured to seal the extinguishing agent. It is fine as long as it is something. For example, the outer periphery of a sheet that dissolves at a temperature below the ignition point of lithium metal (a single alkali metal corresponding to an alkali metal ion) and that does not dissolve in the electrolytic solution 40 is removed from the electrolytic solution of the inner sheet 63 of the laminate member 60. 40, and a fire extinguishing agent can be placed between this sheet and the inner sheet 63. In this case, this sheet and the inner sheet 63 constitute a fire extinguishing agent storage container.

また、第1および第2の実施の形態では、リチウムイオンキャパシタ1およびリチウムイオンキャパシタ2は、正極板11と負極板21とセパレータ30とを積層した積層型セルであるが、長尺の正極と、長尺の負極と、長尺のセパレータとを捲回した捲回型セルとすることができる。 Furthermore, in the first and second embodiments, the lithium ion capacitor 1 and the lithium ion capacitor 2 are stacked cells in which the positive electrode plate 11, the negative electrode plate 21, and the separator 30 are laminated, but the elongated positive electrode and the separator 30 are laminated. , it is possible to form a wound cell in which a long negative electrode and a long separator are wound.

上記の第1および第2の実施の形態の説明では、蓄電デバイスの例としてリチウムイオンキャパシタ1およびリチウムイオンキャパシタ2を説明したが、リチウムイオンキャパシタに限定されず、アルカリ金属イオンを吸蔵できる材料を用いた種々の蓄電デバイスに適用可能である。アルカリ金属としては、標準電極電位が-3.045Vであるリチウム、標準電極電位が-2.714Vであるナトリウム、標準電極電位が-2.925Vであるカリウム等が挙げられる。これらのアルカリ金属を利用する蓄電デバイスは、標準電極電位差が比較的大きくなるように負極に炭素材、正極にアルカリ金属酸化物等を備える。その具体例としては、リチウムイオン2次電池や、リチウムポリマー2次電池や、ナトリウムイオン2次電池や、カリウムイオン2次電池や、全固体電池等、種々の蓄電デバイスが挙げられる。リチウムイオンキャパシタ以外のアルカリ金属を利用する2次電池においても、長期間の使用等によりアルカリ金属のデンドライトが発生し、短絡発火の原因となる。そのため、本開示の技術はアルカリ金属イオンを利用する種々の蓄電デバイスに対して発火を抑制し、安全に保つことが可能である。 In the above description of the first and second embodiments, the lithium ion capacitor 1 and the lithium ion capacitor 2 have been described as examples of power storage devices, but the invention is not limited to lithium ion capacitors, and materials that can occlude alkali metal ions can also be used. It is applicable to various power storage devices used. Examples of the alkali metal include lithium, which has a standard electrode potential of -3.045V, sodium, which has a standard electrode potential of -2.714V, and potassium, which has a standard electrode potential of -2.925V. Electricity storage devices using these alkali metals include a carbon material in the negative electrode, an alkali metal oxide, etc. in the positive electrode so that the standard electrode potential difference is relatively large. Specific examples thereof include various power storage devices such as lithium ion secondary batteries, lithium polymer secondary batteries, sodium ion secondary batteries, potassium ion secondary batteries, and all-solid-state batteries. Even in secondary batteries that use alkali metals other than lithium ion capacitors, alkali metal dendrites are generated due to long-term use, which can cause short circuits and fires. Therefore, the technology of the present disclosure can suppress ignition and maintain safety in various power storage devices that utilize alkali metal ions.

本発明の蓄電デバイスは、上記の実施の形態にて説明した構造、構成、外観、形状等に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。 The power storage device of the present invention is not limited to the structure, configuration, appearance, shape, etc. described in the above embodiments, and various changes, additions, and deletions can be made without changing the gist of the present invention. It is.

[実施例]
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例の範囲に限定されるものではない。
[Example]
The present invention will be explained in more detail below with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the scope of these Examples.

<リチウムイオンキャパシタの作成>
[正極の作成]
まず、正極活物質として粉体の活性炭88質量部、バインダとしてポリアクリル酸(ポリアクリル酸のナトリウム中和塩)6質量部、導電助剤としてアセチレンブラック15質量部、溶媒として水345質量部を用いて正極活物質を含む正極用スラリーAを調製した。
<Creation of lithium ion capacitor>
[Creation of positive electrode]
First, 88 parts by mass of activated carbon powder as a positive electrode active material, 6 parts by mass of polyacrylic acid (sodium neutralized salt of polyacrylic acid) as a binder, 15 parts by mass of acetylene black as a conductive agent, and 345 parts by mass of water as a solvent. A positive electrode slurry A containing a positive electrode active material was prepared using the following method.

バインダとしてポリアクリル酸を用いた正極用スラリーAは、以下の手順にて調製した。
(1)全ての材料と水とを、ミキサーa(株式会社シンキー製あわとり練太郎ARE-310)にて混合してプレスラリーを調製した。
(2)(1)で得たプレスラリーを、ミキサーb(プライミクス株式会社製フィルミックス40-L)にて更に混合して中間スラリーを調製した。
(3)(2)で得た中間スラリーを再度ミキサーaで混合して正極用スラリーAを調製した。
Positive electrode slurry A using polyacrylic acid as a binder was prepared according to the following procedure.
(1) All the materials and water were mixed in mixer a (Awatori Rentaro ARE-310, manufactured by Thinky Co., Ltd.) to prepare a press slurry.
(2) The press slurry obtained in (1) was further mixed in mixer b (Filmix 40-L manufactured by Primix Co., Ltd.) to prepare an intermediate slurry.
(3) The intermediate slurry obtained in (2) was mixed again using mixer a to prepare positive electrode slurry A.

次に、集電箔として厚み15μmのアルミニウム箔(多孔箔)を用い、正極用スラリーAをそれぞれ集電箔に塗工し、乾燥させて正極Aを作成した。正極用スラリーAの塗布量は、乾燥後の活性炭の質量が3mg/cmとなるように調整した。集電箔への正極用スラリーAの塗工には、ブレードコーターやダイコーターを用いた。 Next, using an aluminum foil (porous foil) with a thickness of 15 μm as a current collector foil, positive electrode slurry A was applied to each current collector foil and dried to create a positive electrode A. The coating amount of positive electrode slurry A was adjusted so that the mass of activated carbon after drying was 3 mg/cm 2 . A blade coater or a die coater was used to apply the positive electrode slurry A to the current collector foil.

[負極の作成]
まず、負極活物質としてのグラファイト95質量部、バインダとしてのSBR1質量部、増粘材としてのCMC1質量部、溶媒としての水100質量部を混合し、以下の手順にて負極用スラリーを調製した。
(1)バインダを除く材料と水とを、ミキサーaにて混合してプレスラリーを調製した。
(2)(1)で得たプレスラリーを、ミキサーbにて更に混合して中間スラリーを調製した。
(3)(2)で得た中間スラリーにバインダを添加し、ミキサーaにて混合して負極用スラリーを調製した。
[Creation of negative electrode]
First, 95 parts by mass of graphite as a negative electrode active material, 1 part by mass of SBR as a binder, 1 part by mass of CMC as a thickener, and 100 parts by mass of water as a solvent were mixed, and a slurry for a negative electrode was prepared according to the following procedure. .
(1) A press slurry was prepared by mixing the materials excluding the binder and water in a mixer a.
(2) The press slurry obtained in (1) was further mixed in mixer b to prepare an intermediate slurry.
(3) A binder was added to the intermediate slurry obtained in (2) and mixed in mixer a to prepare a negative electrode slurry.

次に、集電箔として厚み10μmの銅箔(多孔箔)を用い、負極用スラリーを集電箔に塗工し、乾燥させて負極を作成した。負極用スラリーの塗布量は、乾燥後のグラファイトの質量が3mg/cmとなるように調整した。集電箔への負極用スラリーの塗工には、ブレードコーターを用いた。 Next, using a copper foil (porous foil) with a thickness of 10 μm as a current collector foil, a negative electrode slurry was applied to the current collector foil and dried to create a negative electrode. The amount of the negative electrode slurry applied was adjusted so that the mass of graphite after drying was 3 mg/cm 2 . A blade coater was used to apply the negative electrode slurry to the current collector foil.

[電解液の調製]
エチレンカーボネート(EC)30vol%、ジメチルカーボネート(DMC)30vol%及びエチルメチルカーボネート(EMC)40vol%の混合溶媒に、リチウムビス(フルオロスルホニルイミド)(LiFSI)を1mol/L添加し、電解液Iを調製した。さらに、電解液Iにポリオキシエチレンアルキルエーテルを0.5質量%になるように添加して電解液IAを調製した。ポリオキシエチレンアルキルエーテルの電解液Iに対するハンセン溶解度パラメータに基づくRED値を算出したところ、0.86であった。また、エチレンカーボネート(EC)30vol%、ジメチルカーボネート(DMC)30vol%及びエチルメチルカーボネート(EMC)40vol%の混合溶媒に、リチウムビス(フルオロスルホニルイミド)(LiFSI)を1mol/L添加して電解液IBを調製した。
[Preparation of electrolyte]
1 mol/L of lithium bis(fluorosulfonylimide) (LiFSI) was added to a mixed solvent of 30 vol% ethylene carbonate (EC), 30 vol% dimethyl carbonate (DMC) and 40 vol% ethyl methyl carbonate (EMC), and electrolyte I was added. Prepared. Further, polyoxyethylene alkyl ether was added to the electrolytic solution I in an amount of 0.5% by mass to prepare an electrolytic solution IA. The RED value of polyoxyethylene alkyl ether based on the Hansen solubility parameter in electrolyte I was calculated and was found to be 0.86. In addition, 1 mol/L of lithium bis(fluorosulfonylimide) (LiFSI) was added to a mixed solvent of 30 vol% ethylene carbonate (EC), 30 vol% dimethyl carbonate (DMC), and 40 vol% ethyl methyl carbonate (EMC) to form an electrolytic solution. IB was prepared.

[リチウムイオンキャパシタの組立]
実施例1および比較例1のリチウムイオンキャパシタを、次の手順にて作製した。
(1)正極、負極をそれぞれ打ち抜き、60mm×40mmのサイズの長方形とし、40mm×40mmの塗膜を残して長辺の一端側の20mm×40mmの領域の塗膜を剥ぎ落として集電用タブを取り付けた。
(2)厚さ20μmのセルロース製セパレータを間に介した状態で正極と負極の塗膜部分を対向させて積層体を作製した。
(3)(2)で作製した積層体と、リチウムプレドープ用の金属リチウム箔を厚さ20μmのセルロース製包囲体で囲み、アルミラミネート箔に内包し、電解液を注入し、封止してリチウムイオンキャパシタを作製した。
なお、実施例1のリチウムイオンキャパシタには電解液IAを用い、比較例1のリチウムイオンキャパシタには電解液IBを用いた。
[Assembly of lithium ion capacitor]
Lithium ion capacitors of Example 1 and Comparative Example 1 were manufactured in the following procedure.
(1) Punch out the positive and negative electrodes to form a rectangle with a size of 60 mm x 40 mm, leave a 40 mm x 40 mm coating film, peel off the coating film in a 20 mm x 40 mm area on one end of the long side, and then create a current collection tab. was installed.
(2) A laminate was prepared by making the coating parts of the positive and negative electrodes face each other with a cellulose separator having a thickness of 20 μm interposed therebetween.
(3) The laminate produced in (2) and metallic lithium foil for lithium pre-doping are surrounded by a 20 μm thick cellulose enclosure, enclosed in aluminum laminate foil, injected with electrolyte, and sealed. A lithium ion capacitor was fabricated.
Note that electrolytic solution IA was used for the lithium ion capacitor of Example 1, and electrolytic solution IB was used for the lithium ion capacitor of Comparative Example 1.

<内部抵抗>
リチウムイオンキャパシタにおいて、リチウムプレドープ、充放電、エージングを行った後、常温(25℃)にて、カットオフ電圧:2.2~3.8V、測定電流10Cで内部抵抗を測定し、その内部抵抗比を求めた。内部抵抗比は、比較例1を100%とすると、実施例1は98.1%であった。実施例1と比較例1との間で内部抵抗に有意な差はみられず、消火剤がキャパシタの性能を低下させることがなかった。
<Internal resistance>
In a lithium ion capacitor, after performing lithium pre-doping, charging/discharging, and aging, the internal resistance is measured at room temperature (25°C) with a cutoff voltage of 2.2 to 3.8V and a measurement current of 10C. The resistance ratio was determined. The internal resistance ratio was 98.1% in Example 1, with Comparative Example 1 being 100%. There was no significant difference in internal resistance between Example 1 and Comparative Example 1, and the fire extinguisher did not deteriorate the performance of the capacitor.

<釘刺し試験>
リチウムイオンキャパシタに釘を刺し、発火等の有無を観察すると共に、表面温度を測定した。3mm径の釘を80mm/秒の速度でリチウムイオンキャパシタに刺した。釘を刺した位置は、リチウムイオンキャパシタの高さ方向に平行な面積の大きい面で、2つの対角線が交差する位置である。釘を刺した位置から集電用タブ側とは反対側へ10mmの位置の温度を、釘を刺した時点から1時間測定した。
<Nail penetration test>
A nail was inserted into the lithium ion capacitor, and the presence or absence of ignition was observed, and the surface temperature was measured. A 3 mm diameter nail was inserted into the lithium ion capacitor at a speed of 80 mm/sec. The position where the nail was inserted is the position where two diagonal lines intersect on a large surface parallel to the height direction of the lithium ion capacitor. The temperature at a position 10 mm away from the current collection tab side from the nail insertion point was measured for one hour from the nail insertion point.

釘刺し試験の結果、実施例1は、表面温度の最高値が198℃であり、発火もしなかった。比較例1は、表面温度の最高値が332℃であり、釘を刺した直後にリチウムイオンキャパシタが爆発した。実施例1のリチウムイオンキャパシタは、消火剤を内包することにより難燃化機能を十分に発揮できた。また、実施例1は、表面温度の最高値が198℃となっても、発火もしなかったことから、85℃以上の高温環境でリチウムイオンキャパシタが正常に動作しているときで、さらに釘刺し試験や圧壊試験の状態(自動車事故など)に遭遇したときでさえも、発火しない、安全な状態を保てることが確認できた。 As a result of the nail penetration test, Example 1 had a maximum surface temperature of 198° C. and did not catch fire. In Comparative Example 1, the maximum surface temperature was 332° C., and the lithium ion capacitor exploded immediately after being pierced with a nail. The lithium ion capacitor of Example 1 was able to fully exhibit the flame retardant function by incorporating a fire extinguisher. In addition, in Example 1, there was no ignition even when the maximum surface temperature reached 198°C. We were able to confirm that the product does not ignite and remains safe even when exposed to test and crush test conditions (such as car accidents).

<他のリチウムイオンキャパシタの作成>
リチウムイオンキャパシタの高温耐久性を調べるために、バインダ及び電解液を変更した複数のリチウムイオンキャパシタを以下の手順で作成した。なお、基本的な作成方法は上記実施例1と同じであるため、相違点のみを以下に示す。
<Creation of other lithium ion capacitors>
In order to examine the high-temperature durability of lithium ion capacitors, a plurality of lithium ion capacitors with different binders and electrolytes were created using the following procedure. Incidentally, since the basic production method is the same as that of the first embodiment, only the differences will be described below.

[正極の作成]
下記表1に示される組成にて正極活物質を含む正極用スラリーB及びCを調製した。増粘材としてカルボキシメチルセルロース〔CMC〕を用いた。表1におけるSBRは、スチレン-ブタジエンゴムを示し、「部」は質量部を示し、「%」は質量%を示す。
[Creation of positive electrode]
Positive electrode slurries B and C containing positive electrode active materials were prepared with the compositions shown in Table 1 below. Carboxymethyl cellulose (CMC) was used as a thickener. In Table 1, SBR indicates styrene-butadiene rubber, "part" indicates parts by mass, and "%" indicates mass %.

Figure 0007400193000001
Figure 0007400193000001

バインダとしてアクリル酸エステル又はSBRを用いた正極用スラリーBとCとは、以下の手順にて調製した。
(1)バインダを除く材料と水とを、ミキサーaにて混合してプレスラリーを調製した。
(2)(1)で得たプレスラリーを、ミキサーbにて更に混合して中間スラリーを調製した。
(3)(2)で得た中間スラリーにバインダを添加し、ミキサーaにて混合して正極用スラリーB又はCを調製した。
Positive electrode slurries B and C using acrylic ester or SBR as a binder were prepared according to the following procedure.
(1) A press slurry was prepared by mixing the materials excluding the binder and water in a mixer a.
(2) The press slurry obtained in (1) was further mixed in mixer b to prepare an intermediate slurry.
(3) A binder was added to the intermediate slurry obtained in (2) and mixed in mixer a to prepare positive electrode slurry B or C.

次に、正極用スラリーBをそれぞれ集電箔に塗工し、乾燥させて正極Bを作成した。集電箔は厚み15μmのアルミニウム箔(多孔箔)である。正極用スラリーBの塗布量は、乾燥後の活性炭の質量が3mg/cmとなるように調整した。集電箔への正極用スラリーBの塗工には、ブレードコーターやダイコーターを用いた。同様に、正極用スラリーCを用いて正極Cを作成した。 Next, positive electrode slurry B was applied to each current collector foil and dried to create positive electrode B. The current collector foil is an aluminum foil (porous foil) with a thickness of 15 μm. The amount of positive electrode slurry B applied was adjusted so that the mass of activated carbon after drying was 3 mg/cm 2 . A blade coater or a die coater was used to apply the positive electrode slurry B to the current collector foil. Similarly, positive electrode C was created using positive electrode slurry C.

[電解液の調製]
エチレンカーボネート(EC)30vol%、ジメチルカーボネート(DMC)30vol%及びエチルメチルカーボネート(EMC)40vol%の混合溶媒にヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を添加し、さらに、ポリオキシエチレンアルキルエーテルを0.5質量%になるよう添加して電解液Pを調製した。また、エチレンカーボネート(EC)30vol%、エチルメチルカーボネート(EMC)46.7vol%、ジエチルカーボネート(DEC)23.3vol%、プロピレンカーボネート(PC)10vol%の混合溶媒にリチウムビス(フルオロスルホニルイミド)(LiFSI)を1mol/L添加し、さらに、ポリオキシエチレンアルキルエーテルを0.5質量%になるよう添加して電解液I2を調製した。
[Preparation of electrolyte]
Lithium hexafluorophosphate (LiPF6) was added to a mixed solvent of 30 vol% ethylene carbonate (EC), 30 vol% dimethyl carbonate (DMC) and 40 vol% ethyl methyl carbonate (EMC), and 0.0% polyoxyethylene alkyl ether was added. Electrolyte solution P was prepared by adding 5% by mass. In addition, lithium bis(fluorosulfonylimide) ( An electrolytic solution I2 was prepared by adding 1 mol/L of LiFSI) and further adding polyoxyethylene alkyl ether to a concentration of 0.5% by mass.

[リチウムイオンキャパシタの組立]
リチウムイオンキャパシタを、下記表2に示す正極及び電解液の組み合わせで作製した。表2には、各組合せにおいて、バインダを構成するポリマーの電解液に対するRED値も示す。
[Assembly of lithium ion capacitor]
A lithium ion capacitor was fabricated using the combinations of positive electrodes and electrolytes shown in Table 2 below. Table 2 also shows the RED value of the polymer constituting the binder with respect to the electrolytic solution for each combination.

Figure 0007400193000002
Figure 0007400193000002

[初期性能の測定]
実施例1~5のリチウムイオンキャパシタにおいて、リチウムプレドープ、充放電、エージングを行った後、常温(25℃)にて、カットオフ電圧:2.2~3.8V、測定電流10Cで内部抵抗及び放電容量を測定し、その結果を初期性能とした。
[Measurement of initial performance]
In the lithium ion capacitors of Examples 1 to 5, after performing lithium pre-doping, charging/discharging, and aging, the internal resistance was measured at room temperature (25°C) with a cutoff voltage of 2.2 to 3.8 V and a measurement current of 10 C. and the discharge capacity were measured, and the results were taken as the initial performance.

[耐久試験(85℃フロート試験)]
外部電源を繋いで電圧を3.8Vに保持した状態の実施例1~5のリチウムイオンキャパシタを85℃の恒温槽内に放置した。その放置時間が、85℃,3.8Vフロート時間に相当する。所定時間経過後、リチウムイオンキャパシタを恒温槽から取り出し、常温に戻した後上記初期性能の測定と同一条件で内部抵抗及び放電容量を測定し、容量維持率(初期の放電容量を100%としたときの放電容量の百分比)と、内部抵抗増加率(初期性能からの内部抵抗の増加率)を算出した。その結果を表3に示す。
[Durability test (85℃ float test)]
The lithium ion capacitors of Examples 1 to 5, which were connected to an external power source and maintained at a voltage of 3.8 V, were left in a constant temperature bath at 85°C. The standing time corresponds to a 3.8V float time at 85°C. After a predetermined period of time, the lithium ion capacitor was taken out from the thermostatic chamber, returned to room temperature, and then the internal resistance and discharge capacity were measured under the same conditions as the initial performance measurement above, and the capacity retention rate (initial discharge capacity was taken as 100%) was determined. The percentage of discharge capacity at that time) and the rate of increase in internal resistance (rate of increase in internal resistance from initial performance) were calculated. The results are shown in Table 3.

Figure 0007400193000003
Figure 0007400193000003

表3に示されるように、85℃の高温環境に放置した場合、電解質としてイミド系リチウム塩ではないフッ化リン酸リチウムを含む電解液を用いた実施例5では短時間で容量維持率が半減したのに対し、電解質としてイミド系リチウム塩を含む電解液を用いた実施例1~4では容量維持率が長時間高く保たれた。しかし、電解質としてイミド系リチウム塩を含む電解液を用いた場合でも、正極のバインダの構成により、内部抵抗増加率に差異があることが明らかとなった。そこで、正極のバインダを構成するポリマーの電解液に対するRED値(表2参照)を対比したところ、RED値が1以下であるアクリル酸エステルを用いた実施例3やSBRを用いた実施例4では内部抵抗増加率が高いことが判明した。これに対し、実施例1及び2では、電解質としてイミド系リチウム塩を含む電解液を用いるとともに、正極のバインダを構成するポリマーとして、電解液に対するRED値が1より大きいポリアクリル酸を用いている。この場合、正極のバインダを構成するポリマーが電解液に溶解しにくく、85℃の高温環境に放置しても容量維持率が高く保たれるとともに、内部抵抗増加率を小さく抑えられることが明らかになった。 As shown in Table 3, when left in a high-temperature environment of 85°C, the capacity retention rate was halved in a short time in Example 5, which used an electrolyte containing lithium fluorophosphate, which is not an imide-based lithium salt. On the other hand, in Examples 1 to 4 in which an electrolytic solution containing an imide-based lithium salt was used as the electrolyte, the capacity retention rate was maintained high for a long time. However, it has become clear that even when an electrolytic solution containing an imide-based lithium salt is used as the electrolyte, there is a difference in the internal resistance increase rate depending on the composition of the binder of the positive electrode. Therefore, when comparing the RED values (see Table 2) of the polymer constituting the binder of the positive electrode with respect to the electrolyte, it was found that in Example 3 using an acrylic ester and Example 4 using SBR, the RED value was 1 or less. It was found that the rate of increase in internal resistance was high. On the other hand, in Examples 1 and 2, an electrolytic solution containing an imide-based lithium salt is used as the electrolyte, and polyacrylic acid having a RED value of greater than 1 with respect to the electrolytic solution is used as the polymer constituting the binder of the positive electrode. . In this case, it is clear that the polymer that makes up the binder of the positive electrode is difficult to dissolve in the electrolyte, and that the capacity retention rate is maintained high even when left in a high-temperature environment of 85 degrees Celsius, and the rate of increase in internal resistance can be kept small. became.

1,2 リチウムイオンキャパシタ
10 正極
11 正極板
12 集電体
12a 集電部
12b 電極端子接続部
12c 孔
13 正極活物質層
14 正極端子
20 負極
21 負極板
22 集電体
22a 集電部
22b 電極端子接続部
22c 孔
23 負極活物質層
24 負極端子
30 セパレータ
40 電解液
50 包囲体
60 ラミネート部材(密封体)
61 心材シート
62 外側シート
63 内側シート
1, 2 Lithium ion capacitor 10 Positive electrode 11 Positive electrode plate 12 Current collector 12a Current collector part 12b Electrode terminal connection part 12c Hole 13 Positive electrode active material layer 14 Positive electrode terminal 20 Negative electrode 21 Negative electrode plate 22 Current collector 22a Current collector part 22b Electrode terminal Connection part 22c Hole 23 Negative electrode active material layer 24 Negative electrode terminal 30 Separator 40 Electrolyte 50 Enveloping body 60 Laminate member (sealing body)
61 Core sheet 62 Outer sheet 63 Inner sheet

Claims (3)

正極活物質を備える正極と、負極活物質を備える負極と、前記正極と前記負極とに挟まれており且つセルロースからなるセパレータと、前記正極および前記負極に接触するとともにアルカリ金属イオンを含む電解液と、内側で前記電解液に接触するとともに前記電解液を密封する密封体と、を有し、前記正極活物質および前記負極活物質の少なくともいずれか一方が、アルカリ金属イオンを吸蔵可能および放出可能な蓄電デバイスであって、
前記電解液は、カーボネート系有機溶媒およびイミド系リチウム塩を含み、
前記電解液に対するハンセン溶解度パラメータに基づくRED値が1より小さく、かつ、前記密封体の内部空間に設けられた、難燃化機能を発揮する消火剤を備え、
前記消火剤は、エーテル型の非イオン界面活性剤(ただしハロゲン系の界面活性剤を除く)であり、前記電解液に対して0.1質量%以上1質量%以下の濃度である、蓄電デバイス。
a positive electrode comprising a positive electrode active material; a negative electrode comprising a negative electrode active material; a separator sandwiched between the positive electrode and the negative electrode and made of cellulose; and an electrolytic solution in contact with the positive electrode and the negative electrode and containing alkali metal ions. and a sealing body that contacts the electrolytic solution on the inside and seals the electrolytic solution, wherein at least one of the positive electrode active material and the negative electrode active material is capable of occluding and releasing alkali metal ions. It is a power storage device,
The electrolytic solution contains a carbonate-based organic solvent and an imide-based lithium salt,
A fire extinguishing agent having a RED value based on the Hansen solubility parameter in the electrolytic solution smaller than 1 and exhibiting a flame retardant function, provided in the internal space of the sealing body,
The extinguishing agent is an ether-type nonionic surfactant (excluding halogen-based surfactants) , and the concentration of the extinguishing agent is 0.1% by mass or more and 1% by mass or less with respect to the electrolytic solution. .
請求項1に記載の蓄電デバイスであって、
前記消火剤は、所定温度以下では、前記正極の動作電位範囲内で電気化学的に安定で、かつ、前記負極の動作電位範囲内で電気化学的に安定な、蓄電デバイス。
The electricity storage device according to claim 1,
The extinguishing agent is electrochemically stable within the operating potential range of the positive electrode and electrochemically stable within the operating potential range of the negative electrode at a predetermined temperature or lower.
請求項1または請求項2に記載の蓄電デバイスであって、
リチウムイオンキャパシタである、蓄電デバイス。
The electricity storage device according to claim 1 or 2,
A power storage device that is a lithium ion capacitor.
JP2019037537A 2018-03-05 2019-03-01 Energy storage device Active JP7400193B2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018038646 2018-03-05
JP2018038646 2018-03-05

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019153790A JP2019153790A (en) 2019-09-12
JP7400193B2 true JP7400193B2 (en) 2023-12-19

Family

ID=67946995

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019037537A Active JP7400193B2 (en) 2018-03-05 2019-03-01 Energy storage device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7400193B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112421110B (en) * 2020-11-26 2022-07-01 扬州大学 Electrolyte with built-in fire extinguishing material and operation process thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007227231A (en) 2006-02-24 2007-09-06 Teijin Ltd Separator for battery, lithium-ion secondary battery, and electric double-layer capacitor
JP2008251706A (en) 2007-03-29 2008-10-16 Fuji Heavy Ind Ltd Lithium-ion capacitor
JP2008300523A (en) 2007-05-30 2008-12-11 Bridgestone Corp Nonaqueous electrolyte for capacitor, and nonaqueous electrolyte capacitor having the nanoqueous electrolyte
JP2010287488A (en) 2009-06-12 2010-12-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Secondary battery
WO2013146136A1 (en) 2012-03-27 2013-10-03 住友精化株式会社 Electrolyte solution for capacitors, electric double layer capacitor, and lithium ion capacitor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007227231A (en) 2006-02-24 2007-09-06 Teijin Ltd Separator for battery, lithium-ion secondary battery, and electric double-layer capacitor
JP2008251706A (en) 2007-03-29 2008-10-16 Fuji Heavy Ind Ltd Lithium-ion capacitor
JP2008300523A (en) 2007-05-30 2008-12-11 Bridgestone Corp Nonaqueous electrolyte for capacitor, and nonaqueous electrolyte capacitor having the nanoqueous electrolyte
JP2010287488A (en) 2009-06-12 2010-12-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Secondary battery
WO2013146136A1 (en) 2012-03-27 2013-10-03 住友精化株式会社 Electrolyte solution for capacitors, electric double layer capacitor, and lithium ion capacitor

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019153790A (en) 2019-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Quartarone et al. Emerging trends in the design of electrolytes for lithium and post-lithium batteries
CA3141137C (en) So2-based electrolyte for a rechargeable battery cell, and rechargeable battery cell
US11050284B2 (en) Electrolyte, a battery including the same, and methods of reducing electrolyte flammability
KR101943719B1 (en) Separator for nonaqueous electrolyte secondary battery, and battery including same
US20150093635A1 (en) Additive for an electrolyte of a lithium-based secondary battery cell
JP6672691B2 (en) Lithium ion capacitor
JP7375742B2 (en) Energy storage device
JP7396270B2 (en) Lithium ion secondary battery
JP2015195191A (en) Laminate battery and sheath material for laminate battery
JP5262266B2 (en) Non-aqueous electrolyte battery
JP2008283048A (en) Electrochemical energy storage device
JP2007080733A (en) Non-aqueous power storage device
JP7400193B2 (en) Energy storage device
WO2023249834A1 (en) Hybrid batteries with ionic conductive electrodes
JP2015053211A (en) Electrolyte for lithium-ion battery and lithium-ion battery using the same
JP5725381B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery and manufacturing method thereof
US11515572B2 (en) Molecular crowding type electrolyte and battery comprising the same
JP7285782B2 (en) Electrodes and storage elements
KR102629047B1 (en) Alkali Metal Ion Capacitor
JP2017016945A (en) Lithium ion secondary battery
JP2019212909A (en) Power storage device
JP7396271B2 (en) Lithium ion secondary battery
JP2005135777A (en) Non-aqueous electrolyte and electrochemical device
CN108780867B (en) Electric storage element
JP2018116798A (en) Nonaqueous electrolyte and nonaqueous electrolyte power storage device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220207

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230116

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230124

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230315

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230613

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230728

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20231107

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20231120

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7400193

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150