JP7400193B2 - Energy storage device - Google Patents
Energy storage device Download PDFInfo
- 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
Links
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 claims description 116
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical group [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 115
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 106
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 77
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 74
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims description 66
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 33
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 26
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims description 22
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical group N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000002736 nonionic surfactant Substances 0.000 claims description 14
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims description 14
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 claims description 10
- 229910001413 alkali metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 9
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 claims description 8
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 6
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 6
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 2
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 claims 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 37
- -1 for example Substances 0.000 description 27
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 description 24
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 23
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 21
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 description 17
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 16
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 14
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 13
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 12
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 12
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 description 11
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 11
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 7
- 150000005676 cyclic carbonates Chemical class 0.000 description 7
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 7
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 7
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 6
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 6
- 239000002174 Styrene-butadiene Substances 0.000 description 6
- 150000005215 alkyl ethers Chemical class 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 6
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 5
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 5
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 5
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 5
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 5
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 5
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 5
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 description 4
- 150000005678 chain carbonates Chemical class 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 4
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 3
- 229910003473 lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide Inorganic materials 0.000 description 3
- ACFSQHQYDZIPRL-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(1,1,2,2,2-pentafluoroethylsulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FC(F)(F)C(F)(F)S(=O)(=O)[N-]S(=O)(=O)C(F)(F)C(F)(F)F ACFSQHQYDZIPRL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(trifluoromethylsulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FC(F)(F)S(=O)(=O)[N-]S(=O)(=O)C(F)(F)F QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009782 nail-penetration test Methods 0.000 description 3
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 150000003457 sulfones Chemical class 0.000 description 3
- VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxol-2-one Chemical compound O=C1OC=CO1 VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound FC1COC(=O)O1 SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N Dimethyl ether Chemical compound COC LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 229920000297 Rayon Polymers 0.000 description 2
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 2
- GAEKPEKOJKCEMS-UHFFFAOYSA-N gamma-valerolactone Chemical compound CC1CCC(=O)O1 GAEKPEKOJKCEMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 2
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 2
- 150000002596 lactones Chemical class 0.000 description 2
- VDVLPSWVDYJFRW-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(fluorosulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FS(=O)(=O)[N-]S(F)(=O)=O VDVLPSWVDYJFRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 150000002825 nitriles Chemical class 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- HHVIBTZHLRERCL-UHFFFAOYSA-N sulfonyldimethane Chemical compound CS(C)(=O)=O HHVIBTZHLRERCL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 1,4-Dioxane Chemical compound C1COCCO1 RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010000369 Accident Diseases 0.000 description 1
- 229920003026 Acene Polymers 0.000 description 1
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 1
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerol Natural products OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013528 LiN(SO2 CF3)2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013398 LiN(SO2CF2CF3)2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001290 LiPF6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- RFFFKMOABOFIDF-UHFFFAOYSA-N Pentanenitrile Chemical compound CCCCC#N RFFFKMOABOFIDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- 229920001214 Polysorbate 60 Polymers 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NPYPAHLBTDXSSS-UHFFFAOYSA-N Potassium ion Chemical compound [K+] NPYPAHLBTDXSSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M Propionate Chemical compound CCC([O-])=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 206010039203 Road traffic accident Diseases 0.000 description 1
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical class OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N Sulfurous acid Chemical class OS(O)=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- KXKVLQRXCPHEJC-UHFFFAOYSA-N acetic acid trimethyl ester Natural products COC(C)=O KXKVLQRXCPHEJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- BTGRAWJCKBQKAO-UHFFFAOYSA-N adiponitrile Chemical compound N#CCCCCC#N BTGRAWJCKBQKAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 description 1
- 239000002635 aromatic organic solvent Substances 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002482 conductive additive Substances 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 150000004292 cyclic ethers Chemical class 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012217 deletion Methods 0.000 description 1
- 230000037430 deletion Effects 0.000 description 1
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- SXWUDUINABFBMK-UHFFFAOYSA-L dilithium;fluoro-dioxido-oxo-$l^{5}-phosphane Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]P([O-])(F)=O SXWUDUINABFBMK-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- VAYGXNSJCAHWJZ-UHFFFAOYSA-N dimethyl sulfate Chemical compound COS(=O)(=O)OC VAYGXNSJCAHWJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 1
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 1
- LRDFRRGEGBBSRN-UHFFFAOYSA-N isobutyronitrile Chemical compound CC(C)C#N LRDFRRGEGBBSRN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M lithium perchlorate Chemical compound [Li+].[O-]Cl(=O)(=O)=O MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910001496 lithium tetrafluoroborate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- MBABOKRGFJTBAE-UHFFFAOYSA-N methyl methanesulfonate Chemical compound COS(C)(=O)=O MBABOKRGFJTBAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003094 microcapsule Substances 0.000 description 1
- YKYONYBAUNKHLG-UHFFFAOYSA-N n-Propyl acetate Natural products CCCOC(C)=O YKYONYBAUNKHLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 150000003014 phosphoric acid esters Chemical class 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229920001281 polyalkylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 229920002503 polyoxyethylene-polyoxypropylene Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910001414 potassium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 229940090181 propyl acetate Drugs 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 1
- MBDNRNMVTZADMQ-UHFFFAOYSA-N sulfolene Chemical compound O=S1(=O)CC=CC1 MBDNRNMVTZADMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YFNKIDBQEZZDLK-UHFFFAOYSA-N triglyme Chemical compound COCCOCCOCCOC YFNKIDBQEZZDLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WVLBCYQITXONBZ-UHFFFAOYSA-N trimethyl phosphate Chemical compound COP(=O)(OC)OC WVLBCYQITXONBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NQPDZGIKBAWPEJ-UHFFFAOYSA-N valeric acid Chemical compound CCCCC(O)=O NQPDZGIKBAWPEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing 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,
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
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3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.
第3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(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
<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
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
<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
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
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
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
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
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
<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
<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
The
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
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
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[LiClO4]、ヘキサフルオロリン酸リチウム[LiPF6]、テトラフルオロホウ酸リチウム[LiBF4]、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド[LiN(FSO2)2、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(SO2CF3)2、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(SO2CF2CF3)2、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(-SO2-N-SO2-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
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
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
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
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
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
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
<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
<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
<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
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
[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
<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
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
<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
<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
[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
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
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
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/cm2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/cm2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
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 %.
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/cm2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.
[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.
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
61
Claims (3)
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. .
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.
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.
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)
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)
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 |
-
2019
- 2019-03-01 JP JP2019037537A patent/JP7400193B2/en active Active
Patent Citations (5)
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 |