JPWO2019172119A1 - Power storage device - Google Patents
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Abstract
本開示は、高い難燃性を有する蓄電デバイス(1)を提供する。蓄電デバイス(1)は、正極活物質を備える正極(10)と、負極活物質を備える負極(20)と、アルカリ金属イオンを含む電解液(40)と、内側で前記電解液に接触するとともに電解液(40)を内部に密封する密封体(50)とを有する。正極活物質および負極活物質の少なくともいずれか一方は、アルカリ金属イオンを吸蔵可能および放出可能である。蓄電デバイス(1)は、密封体(50)の内部空間に難燃化機能を発揮する消火剤を更に備える。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より大きい。 The present disclosure provides a power storage device (1) having high flame retardancy. The power storage device (1) comes into contact with the positive electrode (10) including the positive electrode active material, the negative electrode (20) containing the negative electrode active material, the electrolytic solution (40) containing alkali metal ions, and the electrolytic solution inside. It has a sealed body (50) that seals the electrolytic solution (40) inside. At least one of the positive electrode active material and the negative electrode active material can occlude and release alkali metal ions. The power storage device (1) further includes a fire extinguishing agent that exhibits a flame-retardant function in the internal space of the sealed body (50). The fire extinguishing agent has a RED value greater than 1 based on the Hansen solubility parameter for the electrolytic solution (40).
Description
本開示は、蓄電デバイスに関する。 The present disclosure relates to a power 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、多数の安全性試験が行われている。安全性試験としては、蓄電デバイスの内部短絡を模擬した釘刺し試験や圧壊試験、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挙げられる。 Power storage devices equipped with active materials capable of occluding and releasing alkali metal ions are widely used because they exhibit excellent characteristics such as high operating voltage and excellent energy density. In order to improve the safety of the power storage device, studies have been repeated and many safety tests have been conducted. Examples of the safety test include a nail piercing test and a crushing test simulating an internal short circuit of the power storage device, and a heating test simulating that the power storage device is heated from the outside.
蓄電デバイスが内部短絡を起こした場合や、加熱された場合において、蓄電デバイスが発火することを防止するための技術が提案されている。例えば、特表2013−541131号公報は、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を開示している。 A technique for preventing the power storage device from igniting when the power storage device is internally short-circuited or heated has been proposed. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-541131 discloses a technique for extinguishing an ignited power storage device by arranging a fire extinguishing agent around the power storage device.
しかし、特表2013−541131号公報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。そのため、蓄電デバイスの有する有機溶媒が気化して周囲に拡散する。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。この様に連鎖的に蓄電デバイスが発火すると、特表2013−541131号公報に記載の技術では容易に消火できない恐れがある。そのため難燃性の高い蓄電デバイスに対する需要が存在している。 However, even if the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-541131 is used, there is a possibility that the ignited power storage device cannot be easily extinguished. For example, the high temperature power storage device ignites and the temperature of the power storage device further rises. Therefore, the organic solvent contained in the power storage device is vaporized and diffuses to the surroundings. When this vaporized organic solvent ignites, a plurality of power storage devices can ignite in a chain. If the power storage devices ignite in a chained manner in this way, the fire may not be easily extinguished by the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-541131. Therefore, there is a demand for highly flame-retardant power storage devices.
本開示の1つの特徴は、正極活物質を備える正極と、負極活物質を備える負極と、電解液と、密封体と、消火剤とを有する蓄電デバイスである。電解液は、正極および負極に接触するとともにアルカリ金属イオンを含む。密封体は、内側で電解液に接触するとともに電解液を密封する。正極活物質および負極活物質の少なくともいずれか一方は、アルカリ金属イオンを吸蔵可能および放出可能である。消火剤は、密封体の内部空間に配置されており、難燃化機能を発揮する。消火剤は、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より大きい。 One feature of the present disclosure is a power storage device having a positive electrode including a positive electrode active material, a negative electrode including a negative electrode active material, an electrolytic solution, a sealed body, and a fire extinguishing agent. The electrolytic solution comes into contact with the positive electrode and the negative electrode and contains alkali metal ions. The sealed body comes into contact with the electrolytic solution on the inside and seals the electrolytic solution. At least one of the positive electrode active material and the negative electrode active material can occlude and release alkali metal ions. The fire extinguishing agent is arranged in the internal space of the sealed body and exhibits a flame retardant function. The fire extinguishing agent has a RED value greater than 1 based on the Hansen solubility parameter for the electrolytic solution.
上記特徴によると、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 above characteristics, in the power storage device, a fire extinguishing agent is provided in the internal space of the sealed body. Therefore, since the flame-retardant function of the fire extinguishing agent to make the power storage device flame-retardant can be exerted not from the outside of the sealed body but from the inside, the fire extinguishing agent can surely enhance the flame-retardant property of the power storage device.
また消火剤は、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より大きいため、消火剤の電解液への溶解量は無視できるほど小さい。そのため消火剤は、蓄電デバイス内で安定している。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。 Further, since the RED value of the fire extinguishing agent based on the Hansen solubility parameter in the electrolytic solution is larger than 1, the amount of the fire extinguishing agent dissolved in the electrolytic solution is negligibly small. Therefore, the fire extinguishing agent is stable in the power storage device. Therefore, the fire extinguishing agent stably increases the flame retardancy of the power storage device over time, and does not significantly affect the charging / discharging process of the power storage device.
本開示の他の特徴は、電解液は、有機溶媒およびイミド系リチウム塩を含む。正極は、集電箔を有する。正極活物質は、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より大きいポリマーを含むバインダを介して集電箔に保持されている。したがって、バインダが高温環境においても電解液に対して安定している。そのため蓄電デバイスは、自動車の車室内に設置するために要求される85℃の環境においても容量を維持することができ、且つ内部抵抗の増加が小さい。 Another feature of the present disclosure is that the electrolyte comprises an organic solvent and an imide-based lithium salt. The positive electrode has a current collecting foil. The positive electrode active material is held in the current collector foil via a binder containing a polymer having a RED value greater than 1 based on the Hansen solubility parameter for the electrolytic solution. Therefore, the binder is stable against the electrolytic solution even in a high temperature environment. Therefore, the power storage device can maintain its capacity even in the environment of 85 ° C. required for installation in the passenger compartment of an automobile, and the increase in internal resistance is small.
本開示の他の特徴は、密封体の内側に、正極および負極を囲うように設けられた包囲体が設けられている。消火剤は、包囲体上に設けられている。したがって、消火剤が蓄電デバイスの難燃性を効果的に高めることができる。 Another feature of the present disclosure is that an enclosure provided so as to surround the positive electrode and the negative electrode is provided inside the sealed body. The fire extinguishing agent is provided on the enclosure. Therefore, the fire extinguishing agent can effectively enhance the flame retardancy of the power storage device.
本開示の他の特徴は、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。単体のリチウムイオンは発火の原因になるため、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。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場合も、密封体の内部空間に配置された消火剤が難燃化機能を発揮することによりリチウムイオンキャパシタの発火が防止される。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。 Another feature of the present disclosure is a lithium ion capacitor. In the pre-doping step generally included in the method for manufacturing a lithium ion capacitor, a single lithium metal is used. Since elemental lithium ions cause ignition, a predoping process is performed so that no elemental lithium metal remains in the lithium ion capacitor. In the unlikely event that a single lithium metal remains in the lithium-ion capacitor, the fire extinguishing agent placed in the internal space of the sealed body exerts a flame-retardant function to prevent ignition of the lithium-ion capacitor. Further, it is not necessary to spend time in the pre-doping step so that metallic lithium does not precipitate as in the conventional case, and the time in the pre-doping step can be shortened.
[第1の実施の形態]
以下、第1の実施の形態について図1〜図17を用いて説明する。第1の実施の形態における蓄電デバイスは、リチウムイオンキャパシタ1である。図1の分解斜視図に示す様に、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とを備えている。複数の板状の正極板11と、複数の板状の負極板21と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。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。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]
Hereinafter, the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 17. The power storage device in the first embodiment is a
<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50とを備えている。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50(密封体)に包まれてリチウムイオンキャパシタ1内に密封されている。電解液40は、正極板11、負極板21及びラミネート部材50の内側に接触している。詳細は後述するが、セパレータ30は、消火剤32を備えており(図3参照)、消火剤32はリチウムイオンキャパシタ1の難燃性を向上させる。なお、リチウムイオンキャパシタ1は、Z軸方向の最上層と最下層とにセパレータ30を更に有し、各負極板21がセパレータ30で挟まれるように配置してもよい。<1. Overall structure of lithium ion capacitor 1 (FIGS. 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、正極側の導体部材をまとめて正極10と呼ぶ。複数の負極板21の電極端子接続部22bと、負極端子24とは導通している。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、負極側の導体部材をまとめて負極20と呼ぶ。リチウムイオンキャパシタ1は、その内部に上述の構成を備え、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。
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10)>
<2−1.正極板11の構造(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。図4に示すように集電体12は、矩形状の集電部12a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。集電部12aは、Z軸方向に貫通する複数の孔12cを有する金属箔である。電極端子接続部12bは集電部12aの孔12cと同様の複数の孔を有してもよいし、有していなくてもよい。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る。その幅は、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 the lithium ion capacitor 1 (FIGS. 1, 3 to 10)>
<2-1. Structure of the positive electrode plate 11 (FIGS. 1, 3 to 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。正極活物質層13は、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。
As 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。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。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。
Binders are 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. The polymer preferably has a RED value (relative energy difference) of more than 1 based on the Hansen solubility parameter (HSP) with respect to 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。バインダが1質量%未満であると結着力が不足しやすい。一方バインダが10質量%を超えるとリチウムイオンキャパシタ1の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 the binder is less than 1% by mass, the binding force tends to be insufficient. On the other hand, if the binder exceeds 10% by mass, it may cause an increase in the internal resistance of the
<2−2.負極板21の構造(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いる。つまり負極板21は、薄板状の集電体22と、負極活物質層23とを備えている。負極活物質層23は、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. Structure of the negative electrode plate 21 (FIGS. 1, FIG. 3, FIG. 6, FIG. 7)>
As the
図6に示すように集電体22は、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。集電部22aは、Z軸方向に貫通する複数の孔22cを有する金属箔である(図7参照)。電極端子接続部22bは、集電部22aの孔22cと同様の複数の孔を有してもよく、有していなくてもよい。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。また図1に示す様に、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、Z軸方向に互いに間隔を開けた位置に設けられている。そのため、電極端子接続部12bと電極端子接続部22bとが相互に接触することを防止できる。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。
As shown in FIG. 6, 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。負極活物質層23は、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。As the
<2−3.セパレータ30の構造(図1、図3、図8〜図10)>
セパレータ30は、板状である(図1、図8参照)。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の縦横の長さ、および、負極板21の集電体22の集電部22aの縦横の長さよりも長く設定されている(図1、図4、図6参照)。図9に示す様に、セパレータ30は、正極板11と負極板21の間を隔離するための多孔質でシート状のセパレータシート31と、セパレータシート31の両面に塗工されている消火剤32とを有している。セパレータ30は、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。<2-3. Structure of separator 30 (FIGS. 1, 3, 8 to 10)>
The
消火剤32は、セパレータシート31上に塗工されていればよい。つまり消火剤32は、セパレータシート31の片面に塗工されていてもよく、セパレータシート31上に部分的に塗工されていても良い。例えば図10に示す様に、セパレータシート31の中心を除く外側に消火剤32を塗工してもよい。消火剤32は、セパレータシート31の外側の一部に塗工してもよい。消火剤32は、セパレータシート31上に複数の帯状やドット状に塗工してもよい。
The
セパレータシート31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る。セパレータシート31は、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。
As the
消火剤32は、難燃化機能を発揮し、かつ、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より大きい。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ある。極性項Pはダイポール・モーメントの大きさを表す値である。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
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 parameter (D, P, H) is plotted in a three-dimensional Cartesian coordinate system (Hansen space, HSP space) to examine the solubility. For example, the Hansen solubility parameters of solution A and solid B, respectively, can be plotted in the Hansen space at two coordinates (coordinate A, coordinate B) corresponding to solution A and solid B, respectively. Then, it can be considered that the shorter the distance Ra (HSP distance, Ra) between the coordinates A and the coordinates B, the easier it is for the solid B to dissolve in the solution A because the solution A and the solid B have the above-mentioned "property" similar to each other. it can. On the contrary, the longer the distance Ra, the more difficult it is to dissolve the solid B in the solution A because the solution A and the solid B have “property” 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, the interaction radius R0 is defined as the distance Ra that is the boundary between the soluble substance and the insoluble substance with respect to the solution A. Therefore, for the solution A and the solid B, when the distance Ra is smaller than the interaction radius R0 (Ra <R0), it can be considered that the solid B is dissolved in the solution A. On the other hand, when this Ra is larger than the interaction radius R0 (R0 <Ra), it can be considered that the solid B is not dissolved in the solution A. Further, the value obtained by dividing the distance Ra by the interaction radius R0 is defined 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 the solid B is not dissolved in the solution A. In this way, it can be determined whether or not the solid B is soluble in the solution A based on the RED values for the solution A and the solid B.
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32に対応する。消火剤32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より大きいため、電解液40に溶解しないとみなすことができる。この逆に、電解液40に難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より大きいと考えることができる。
Here, in the present 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 radius of interaction R0 can be calculated using the chemical structure and composition ratio of the components and the experimental results. In that case, it can be obtained by using the software HSPiP (Hansen Solubility Parameters in Practice: software for Windows [registered trademark] for efficiently handling HSP) developed by Hansen et al. This software HSPiP is available from http://www.hansen-solubility.com/ as of March 5, 2018. In addition, the Hansen solubility parameter (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32は、公知の消火剤のうち、難燃化機能を発揮し、かつ、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より大きい消火剤を用いることができる。このような消火剤32は、例えば、以下に説明する、燃料成分Aと、酸化剤成分Bと、有機塩成分Cとを含む消火剤を用いることができる。この消火剤は、燃料成分Aと酸化剤成分Bの合計100質量部に対して、燃料成分Aを15〜50質量部、酸化剤成分Bを85〜50質量部、有機塩成分Cを7〜1000質量部を含有している。
As the
この消火剤は、加熱されると燃料成分Aおよび酸化剤成分Bが燃焼することで、有機塩成分Cからカリウムラジカルを含むエアロゾルを生成することができる。このエアロゾルに含まれるカリウムラジカルは、消火作用および、発火を抑止する難燃化機能を備える。ここで、この消火剤の難燃化機能とは、発火し始めたときに直ちにカリウムラジカルを生成し、このカリウムラジカルの消火作用により発火を抑止する機能である。なお、燃料成分Aおよび酸化剤成分Bが燃焼する温度は、燃料成分Aと、酸化剤成分Bと、有機塩成分Cとの組成を適宜変更することにより設定することができる。また、この消火剤は、消火作用および、発火を抑止する難燃化機能を備えるカリウムラジカルを生成することができるが、生成するラジカルは、カリウムラジカル以外の消火作用または難燃化機能をそなえるラジカルであってもよい。すなわち、消火剤は、カリウムラジカル以外の消火作用または難燃化機能をそなえるラジカルを生成する消火剤であってもよい。また、消火剤は、上述のように発火を防ぐ難燃化機能を有していればよく、熱分解反応や酸化反応等の発火した際に生じる燃焼の連鎖反応をラジカルトラップによって停止するラジカルを含むエアロゾルを発生するものでなくてもよい。例えば消火剤は、窒素、アルゴン、二酸化炭素等の不活性ガスを生成することによって燃焼の連鎖反応を停止させる難燃化機能を有してもよい。また、事前に不活性ガスを吸蔵し、所定温度で放出可能な吸蔵合金等を用いることもできる。ハロゲン及びリン系難燃剤以外の消火剤は、環境への安全性が高くなる点で好ましい。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、人に対する安全性を高めることもできる。 When this fire extinguishing agent is heated, the fuel component A and the oxidant component B burn to generate an aerosol containing potassium radicals from the organic salt component C. The potassium radical contained in this aerosol has a fire extinguishing action and a flame retardant function of suppressing ignition. Here, the flame-retardant function of this fire extinguishing agent is a function of immediately generating potassium radicals when they start to ignite, and suppressing ignition by the fire extinguishing action of the potassium radicals. The temperature at which the fuel component A and the oxidant component B burn can be set by appropriately changing the compositions of the fuel component A, the oxidant component B, and the organic salt component C. In addition, this fire extinguishing agent can generate potassium radicals having a fire extinguishing action and a flame-retardant function of suppressing ignition, but the generated radicals are radicals having a fire-extinguishing action or a flame-retardant function other than potassium radicals. May be. That is, the fire extinguishing agent may be a fire extinguishing agent that generates radicals having a fire extinguishing action or a flame retardant function other than potassium radicals. Further, the fire extinguishing agent may have a flame retardant function to prevent ignition as described above, and radicals that stop the chain reaction of combustion that occurs when ignition such as a thermal decomposition reaction or an oxidation reaction is stopped by a radical trap. It does not have to generate the containing aerosol. For example, the fire extinguishing agent may have a flame retardant function of stopping the chain reaction of combustion by generating an inert gas such as nitrogen, argon or carbon dioxide. It is also possible to use a storage alloy or the like that can store the inert gas in advance and release it at a predetermined temperature. Fire extinguishing agents other than halogen and phosphorus flame retardants are preferable because they are highly safe for the environment. Further, if the above configuration is configured to release an inert gas other than carbon dioxide, the safety for humans can be enhanced.
燃料成分Aは、ジシアンジアミド、ニトログアニジン、硝酸グアニジン、尿素、メラミン、メラミンシアヌレート、アビセル、グアガム、カルボキシルメチルセルロースナトリウム、カルボキシルメチルセルロースカリウム、カルボキシルメチルセルロースアンモニウム、ニトロセルロース、アルミニウム、ホウ素、マグネシウム、マグナリウム、ジルコニウム、チタン、水素化チタン、タングステン、ケイ素等である。燃料成分Aは、1種のみを用いてもよいし、2種以上を混合してもよい。 Fuel component A is dicyandiamide, nitroguanidine, guanidine nitrate, urea, melamine, melamine cyanurate, avicell, guagam, sodium carboxylmethylcellulose, potassium carboxylmethylcellulose, ammonium carboxylmethylcellulose, nitrocellulose, aluminum, boron, magnesium, magnalium, zirconium, Titanium, titanium hydride, tungsten, silicon, etc. As the fuel component A, only one type may be used, or two or more types may be mixed.
酸化剤成分Bとしては、無機酸化剤等が挙げられる。無機酸化剤は、硝酸カリウム、硝酸ナトリウム、硝酸ストロンチウム、過塩素酸アンモニウム、過塩素酸カリウム、塩基性硝酸銅、酸化銅(I)、酸化銅(II)、酸化鉄(II)、酸化鉄(III)、三酸化モリブデン等である。酸化剤成分Bは、1種のみを用いてもよいし、2種以上を混合してもよい。 Examples of the oxidizing agent component B include an inorganic oxidizing agent and the like. Inorganic oxidants include potassium nitrate, sodium nitrate, strontium nitrate, ammonium perchlorate, potassium perchlorate, basic copper nitrate, copper (I) oxide, copper (II) oxide, iron (II) oxide, and iron (III) oxide. ), Molybdenum trioxide, etc. As the oxidizing agent component B, only one kind may be used, or two or more kinds may be mixed.
有機塩成分Cとしては、有機カルボン酸カリウム塩等が挙げられる。有機カルボン酸カリウム塩は、酢酸カリウム、プロピオン酸カリウム、クエン酸一カリウム、クエン酸二カリウム、クエン酸三カリウム、エチレンジアミン四酢酸三水素一カリウム、エチレンジアミン四酢酸二水素二カリウム、エチレンジアミン四酢酸一水素三カリウム、エチレンジアミン四酢酸四カリウム、フタル酸水素カリウム、フタル酸二カリウム、シュウ酸水素カリウム、シュウ酸二カリウム等である。有機塩成分Cは、1種のみを用いてもよいし、2種以上を混合してもよい。 Examples of the organic salt component C include an organic carboxylic acid potassium salt and the like. Potassium organic carboxylates include potassium acetate, potassium propionate, monopotassium citrate, dipotassium citrate, tripotassium citrate, monopotassium ethylenediamine tetraacetate, dipotassium dihydrogen tetraacetate ethylenediamine, and monohydrogen tetraacetate ethylenediamine. Tripotassium, tetrapotassium ethylenediamine tetraacetate, potassium hydrogen phthalate, dipotassium phthalate, potassium hydrogen oxalate, dipotassium oxalate and the like. As the organic salt component C, only one kind may be used, or two or more kinds may be mixed.
<2−4.電解液40の組成>
電解液40は、従来のリチウムイオンキャパシタの電解液を用いることができる。すなわち、電解液40は、有機溶媒(非水溶媒)と、電解質とを含む。電解液40には、適宜添加剤を添加してもよい。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. Composition of
As 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、1種のみを用いてもよいし、2種以上を混合してもよい。有機溶媒は85℃以上の耐熱性を有することが好ましい。 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, fragrances. A group organic solvent can be exemplified. Only one type of solvent may be used, or two or more types may be mixed. The organic solvent preferably has a heat resistance of 85 ° C. or higher.
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 carbonate-based organic solvents, cyclic carbonates such as ethylene carbonate [EC], propylene carbonate [PC] and fluoroethylene carbonate [FEC], chains such as ethyl methyl carbonate [EMC], diethyl carbonate [DEC] and dimethyl carbonate [DMC]. A state carbonate can be exemplified.
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、電解液の耐熱性向上の観点から、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(なおこの推察は本開示の技術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を高温環境下で使用することを考慮すると、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。 Here, various chain carbonates can be used as the chain carbonate, but from the viewpoint of improving the heat resistance of the electrolytic solution, it is preferable not to use dimethyl carbonate (DMC) having a low boiling point and inferior heat resistance. That is, when dimethyl carbonate (DMC) is contained in the organic solvent, dimethyl carbonate (DMC) is thermally decomposed into diethyl carbonate (DEC), and the decomposition by-product at that time causes an increase in internal resistance and deterioration of heat resistance. (Note that this speculation does not limit the technology of this disclosure). Considering the use of a lithium ion capacitor in a high temperature environment, it is possible to use ethyl methyl carbonate (EMC) having a relatively high boiling point and low viscosity or diethyl carbonate (DEC) having a higher boiling point as the chain carbonate. preferable. From the viewpoint of improving heat resistance, it is more preferable to use a mixture of ethyl methyl carbonate (EMC) and diethyl carbonate (DEC). The ratio of ethyl methyl carbonate (EMC) to diethyl carbonate (DEC) in the organic solvent is not particularly limited, but can be set in the range of, for example, 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固体電解液相間(SEI)膜生成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場合、エチレンカーボネート(EC)が還元分解され、SEI膜が負極表面に生成される。それにより、電解液がリチウム(Li)の電位に直接さらされなくなる。 Although various cyclic carbonates can be used as the cyclic carbonate, it is preferable to use ethylene carbonate (EC) having a solid electrolytic solution phase-to-phase (SEI) film forming ability from the viewpoint of improving the oxidation resistance of the electrolytic solution. When ethylene carbonate (EC) and another cyclic carbonate (for example, PC) are mixed and used as the cyclic carbonate, it is preferable that ethylene carbonate (EC) is contained in a larger amount than the other cyclic carbonate (for example, PC). .. When a relatively large amount of ethylene carbonate (EC) is contained in this way, ethylene carbonate (EC) is reduced and decomposed, and an SEI film is formed on the surface of the negative electrode. As a result, the electrolytic solution is not 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、保護被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。 Further, examples of the nitrile-based organic solvent include acetonitrile, acrylonitrile, adiponitrile, valeronitrile, and isobutyronitril. Further, as the lactone-based organic solvent, γ-butyrolactone and γ-valerolactone can be exemplified. Examples of the ether-based organic solvent include cyclic ethers such as tetrahydrofuran and dioxane, and chain ethers such as 1,2-dimethoxyethane, dimethyl ether and triglime. Further, as the alcohol-based organic solvent, ethyl alcohol and ethylene glycol can be exemplified. Examples of the ester-based organic solvent include phosphate esters such as methyl acetate, propyl acetate and trimethyl phosphate, sulfate esters such as dimethyl sulfate, and sulfite esters such as dimethyl sulfate. Examples of the amide-based organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidone and ethylenediamine. Examples of the sulfone-based organic solvent include chain sulfones such as dimethyl sulfone and cyclic sulfones such as 3-sulfolene. Methyl ethyl ketone can be exemplified as the ketone-based organic solvent, and toluene can be exemplified as the aromatic organic solvent. The various organic solvents other than the carbonate-based organic solvent are preferably mixed with a cyclic carbonate, and particularly preferably mixed with an ethylene carbonate [EC] capable of forming a protective 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]を用いることができる。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。As the electrolyte, a lithium salt of a cation (cation) Li ion and an anion (anion) is used. Examples of the electrolyte 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] can be used. it can. Only one of these lithium salts may be used, or two or more of these lithium salts may be used. In particular, lithium bis (fluorosulfonyl) imide, lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, lithium bis (pentafluoroethane sulfonyl) imide lithium salt such as imide (-
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
<2−5.ラミネート部材50の構造(図1、図3)>
ラミネート部材50は、図3に示すように、心材シート51、外側シート52、内側シート53を備えている。そして、心材シート51の外側となる面に外側シート52が接着され、心材シート51の内側となる面に内側シート53が接着されている。例えば心材シート51はアルミニウム箔である。外側シート52はナイロンペットフィルム等の樹脂シートである。内側シート53はポリプロピレン等の樹脂シートである。<2-5. Structure of laminated member 50 (FIGS. 1 and 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11)>
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を備える。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。そのため、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の陰イオン及び陽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、消火剤32との位置関係を図11に模式的に示した。図11に示す様に、正極板11と負極板21とが、消火剤32を備えるセパレータ30を間に挟んでいる。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+を吸脱着することで充放電を行う。また、後述する様に、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る。<3. About the charging / discharging process of the lithium ion capacitor 1 (FIGS. 3 and 11)>
As described above, the
<4.消火剤の効果について>
一般的に、製造時におけるプレドープの過程では、負極板21の負極活物質にあらかじめリチウムイオンLi+を吸着させる。このリチウムイオンLi+の供給源は、リチウムイオンキャパシタの電解液の存在する内部空間に配置され、Li+に変換されるリチウム金属である。リチウム金属をリチウムイオンLi+にする方法は、一般的に、リチウム金属と負極板21とに電圧をかけてリチウム金属をリチウムイオンLi+にする電気化学方法と、リチウム金属を電解液に溶解させてリチウムイオンLi+にする化学的方法とである。<4. About the effect of fire extinguishing agent>
Generally, in the process of pre-doping during manufacturing, lithium ion Li + is adsorbed in advance on the negative electrode active material of the
これらのいずれの方法がなされる場合でも、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、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32がラミネート部材50(密封体)の内部空間に設けられているため、発火を防止できる。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。
Regardless of which of these methods is used, a simple substance lithium metal is used in the pre-doping step generally included in the method for manufacturing a lithium ion capacitor. Then, usually, a pre-doping step is performed so that a single lithium metal does not remain in the lithium ion capacitor. However, in the unlikely event that a single lithium metal remains in the lithium-ion capacitor, an internal short circuit occurs in the lithium-ion capacitor, or the lithium-ion capacitor is heated, the lithium-ion capacitor may ignite. .. Even in such a case, in the
リチウムイオンキャパシタ1(蓄電デバイス)は、消火剤32がラミネート部材50(密封体)の内部空間に設けられている。従って、消火剤32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50(密封体)の外部からではなく、内部から発揮できる。そのため、消火剤32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。
In the lithium ion capacitor 1 (storage device), a
また、消火剤32は、正極板11(正極)と負極板21(負極)とを隔離するセパレータ30上に設けられている。従って、正極板11(正極)と負極板21(負極)とのショートによる発火を確実に抑えることができ、消火剤32は、より効果的にリチウムイオンキャパシタ1(蓄電デバイス)の難燃性を高め得る。
Further, the
また、消火剤32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より大きいため、消火剤32の電解液40への溶解量は無視できるほど小さい。そのため、消火剤32は、安定していると考えることができる。従って、消火剤32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。
Further, since the
<5.リチウムイオンキャパシタ1の製造方法について(図12〜図17)>
本実施の形態のリチウムイオンキャパシタ1の製造方法を説明する。上述した様に、リチウムイオンLi+を負極板21の負極活物質層23に吸着させるプレドープの方法は、一般に電気化学的方法と化学的方法から選択される。電気化学的方法は、リチウム金属と負極板21とに電圧をかけてリチウム金属をリチウムイオンLi+にする。化学的方法は、リチウム金属を電解液に溶解させる。以下では、まず、化学的方法でプレドープを行うものとして説明し、その後、電気化学的方法でプレドープを行う場合について説明する。リチウムイオンキャパシタ1は、図12に示す様に製造することができる。<5. About the manufacturing method of the lithium ion capacitor 1 (FIGS. 12 to 17)>
The manufacturing method of the
リチウムイオンキャパシタ1の製造では、まず、正極板11および負極板21を作成する(S1)。正極板11と負極板21の作成の順番はどちらが先でも、並行して行ってもよい。
In the production of the
正極板11の作成方法について説明する。正極板11は、複数の孔12cが形成された金属薄板状の集電体12と、集電体12の両面又は片面に塗工されている正極活物質層13とを備える。まず、正極活物質層13の材料を準備する。すなわち、上述した、正極活物質と、導電助剤と、バインダと、水や有機溶媒等の溶媒と、および必要に応じて増粘剤等の成分とを、ミキサーを用いて混合したスラリーを調製する。そして、このスラリーを集電体12の材料となる複数の孔が形成された金属薄板の片面もしくは両面に塗工する。次に、スラリーの溶媒を除去するために乾燥し、厚みを均一にするためにプレスする(図13参照)。金属薄板にスラリーを塗工する時に、片面ずつ塗工を行ってもよいし、両面同時に塗工を行ってもよい。
A method for producing the
塗工方法としては、例えば、グラビアコート法、バーコート法、スプレーコート法、スピンコート法、エアーナイフコート法、ロールコート法、ブレードコート法、ゲートロールコート法、及びダイコート法などを用いることができる。これらの中でも、ブレードコート法及びダイコート法が好ましい。また、乾燥方法としては、例えば、熱風乾燥炉などで熱乾燥する方法を用いることができる。プレスには、例えば、ロールプレス機を用いることができる。 As the coating method, for example, a gravure coating method, a bar coating method, a spray coating method, a spin coating method, an air knife coating method, a roll coating method, a blade coating method, a gate roll coating method, a die coating method and the like can be used. it can. Among these, the blade coating method and the die coating method are preferable. Further, as a drying method, for example, a method of heat drying in a hot air drying furnace or the like can be used. For the press, for example, a roll press machine can be used.
また、正極板11の作成は、次の様に行っても良い。スラリーを塗工する集電体12の材料となる金属薄板を、ロール状に巻かれた複数の孔を備える金属薄板とし、この金属薄板にスラリーを塗工する。そして、スラリーを塗工した金属薄板の乾燥とプレスを行い、プレス後に正極板11の大きさ(図4参照)に切り分け、さらに、電極端子接続部12bとなる部分(図4参照)に塗工されている正極活物質層をはぎ落しても良い。また、スラリーを塗工する金属薄板を、ロール状に巻かれた複数の孔を備える金属薄板とし、金属薄板上で集電部12aとなる部分にスラリーを塗工し、ここで電極端子接続部12bとなる部分にはスラリーを塗工しないものとし、プレスの前または後に正極板11の大きさ(図4参照)に切り分けてもよい。また、スラリーを塗工する金属薄板を、スラリーを塗工する前に正極板11の大きさに切り分けてもよい。
Further, the
負極板21は、上述した様に、大まかには正極板11と同様の構造を備えている。負極板21と正極板11との大きな違いは、負極活物質層23の負極活物質の材質が正極活物質層13の正極活物質の材質と異なることにある。そこで、負極板21は、正極板11と同様に製造することができる。すなわち、まず、上述した、負極活物質層23の材料である、負極活物質と、バインダと、水や有機溶媒等の溶媒と、および必要に応じて導電助剤や増粘剤等の成分とを、ミキサーを用いて混合したスラリーを調製する。そして、このスラリーを集電体22の材料となる複数の孔が形成された金属薄板の片面もしくは両面に塗工する。次に、スラリーの溶媒を除去するために乾燥し、厚みを均一にするためにプレスする(図13参照)。金属薄板にスラリーを塗工する時に、片面ずつ塗工を行ってもよいし、両面同時に塗工を行ってもよい。
As described above, the
次に、消火剤32を所定の形状に加工する(S2)。消火剤32を、セパレータシート31上に塗工する(図3および図9参照)。また、厚みを均一にするためにプレス(図13参照)してもよい。この塗工は、上述した正極板11の集電体12に正極活物質層13を塗工する方法と同様に行うことができる。セパレータシート31の両面に消火剤32を塗工する場合は、片面ずつ塗工を行ってもよいし、両面同時に塗工を行ってもよい。また、プレスは、上述した正極板11のプレスと同様に行うことができる。
Next, the
次に、プレドープに用いるリチウム金属を所定の形状に加工する(S3)。ここでは、その例として、プレドープ用負極板21pを作成する。プレドープ用負極板21pの作成は、負極板21の負極活物質層23上に所定の形状のリチウム金属箔LiS1を配置し(図14、図15参照)、さらにプレスにより負極板21の負極活物質層23とリチウム金属箔LiS1を圧着(図16参照)する。ここで、プレスには、例えば、ロールプレス機を用いてもよい。また、リチウム金属箔LiS1の代わりに粉末状のリチウム金属を用いても良い。また、このS3では、1枚の負極板21を用いるが、S1で1枚の負極板21を作成した後に、このS3を行うことができるので、S1とこのS3を並行して行うこともできる。また、S1で1枚の負極板21を作成した後であれば、S1とS2とS3とを並行して行うことができ、S1とS2とS3とを行う順番は適宜変更できる。
Next, the lithium metal used for predoping is processed into a predetermined shape (S3). Here, as an example, a pre-doped
次に、リチウム金属、複数の正極板11、複数の負極板21、複数のセパレータ30が積層され、また、正極端子14および負極端子24が組付けられた積層体を作成する(S4)。まず、図17に示す様に、複数の正極板11と複数の負極板21とは交互に積層されており、かつ、正極板11と負極板21との間それぞれにセパレータ30が挟まれる様に、プレドープ用負極板21pと、正極板11と、負極板21と、セパレータ30とを積層する。ここで、プレドープ用負極板21pは、Z軸方向最上層に積層する。次に、正極端子14を複数の正極板11へ組付け、さらに、負極端子24をプレドープ用負極板21pおよび複数の負極板21へ組付けることで積層体を作成する。なお、積層体のZ軸方向最上層に更にセパレータ30を配置してもよいし、積層体のZ軸方向最下層に更にセパレータ30を配置してもよい。以上では、プレドープ用負極板21pと、正極板11と、負極板21と、セパレータ30との積層を行った後、正極端子14および負極端子24の組付けを行うものとして説明したが、この積層と組付けとの順番は適宜変更しても良い。例えば、積層と並行して、正極端子14と正極板11との接続と、負極端子24と負極板21との接続を行っても良い。また、プレドープに用いるリチウム金属を所定の形状に加工するS3を、単にリチウム金属箔LiS1を用意する工程とし、S4の工程で作成する積層体にプレドープ用負極板21pを配置する代わりにリチウム金属箔LiS1と1枚の負極板21とを配置してもよい。
Next, a laminated body is prepared in which lithium metal, a plurality of
次に、上記の積層体をラミネート部材50に内包する(S5)。まず、正極端子14の一部及び負極端子24の一部がラミネート部材50の外部に露出する様に、積層体をラミネート部材50に内包し、ラミネート部材50の一部を除いた周辺部分を溶着する。
Next, the above-mentioned laminate is included in the laminate member 50 (S5). First, the laminate is included in the
次に、負極活物質層23にリチウムイオンLi+を吸着させるプレドープを行う(S6)。まず、あらかじめ調製した電解液40をラミネート部材50の内部空間に注入する。そして、ラミネート部材50を封止し、電解液40を密封する。これにより、プレドープ用負極板21p上のリチウム金属箔LiS1と、複数の負極板21の負極活物質層23と、電解液40とは、ラミネート部材50の内部空間に密封される。電解液40中のリチウムイオンLi+は、負極活物質層23に吸着されてゆくと共に、リチウム金属箔LiS1がリチウムイオンLi+となって電解液40に溶解する。上述した様に、正極板11の集電体12の集電部12aは複数の孔12cを備え、負極板21の集電体22の集電部22aは複数の孔22cを備える。そのため、電解液40内のリチウムイオンLi+は、正極板11および負極板21を透過できる。さらに、セパレータ30も電解液40内のリチウムイオンLi+が透過できる様に構成されている。このため、すべての負極板21の負極活物質層23にリチウムイオンLi+を吸着させることができる。ここで、リチウム金属箔LiS1を電解液40に溶解しやすくするために、リチウム金属箔LiS1を電解液40と共に加温してもよい。万が一、加温によりリチウム金属が発火しやすい状態になったとしても、リチウム金属と共に消火剤32がラミネート部材50の内部空間に内包されているため、リチウム金属の発火は抑えられる。Next, pre-doping is performed to adsorb the lithium ion Li + on the negative electrode active material layer 23 (S6). First, the
次に、充放電およびエージングを行う(S7)。充放電およびエージングは、ラミネート部材50から外部に露出している正極端子14および負極端子24を外部の電気回路と接続して行う。一般的に、この充放電の過程では、ガスが発生する。
Next, charging / discharging and aging are performed (S7). Charging / discharging and aging are performed by connecting the
次に、ガスをラミネート部材50の外側へ排出する(S8)。まず、密封されたラミネート部材50を開封し、充放電によって発生するガスをラミネート部材50の外側へ排出する。排出するガスは、充放電を行う前にラミネート部材50の内部空間に存在するガスを含んでもよい。
Next, the gas is discharged to the outside of the laminating member 50 (S8). First, the sealed
最後に、ラミネート部材50の内部空間を密封する(S9)。これにより、リチウムイオンキャパシタ1の製造が完了する。ここで、必要に応じて他の工程を含めても良い。例えば、リチウムイオンキャパシタ1を検査し、検査が完了した時点を、リチウムイオンキャパシタ1の製造が完了した時点とすることができる。
Finally, the internal space of the
<6.リチウムイオンキャパシタ1の製造方法の他の例について>
以上の製造方法では、上述した様に、プレドープは、リチウム金属を電解液に溶解させてリチウムイオンLi+にする化学的方法で行った。これに対して、プレドープを電気化学方法で行う場合のリチウムイオンキャパシタ1の製造方法について、以下に説明する。この製造方法は、以下に説明する点を除いて、上述したS1〜S9を含む方法(図12参照)と実質的に同じである。すなわち、上述したプレドープに用いるリチウム金属を所定の形状に加工する工程(S3)では、負極板21の負極活物質層23上にリチウム金属箔LiS1を圧着させたプレドープ用負極板21pを作成した。この方法では、その代わりに、金属箔(例えば銅箔、図示省略)に、電極端子(図示省略)とリチウム金属箔(図示省略)を組付けたプレドープ用電極(図示省略)を作成する。そして、積層体を作成する工程(S4)で、このプレドープ用電極と、複数の正極板11、複数の負極板21、複数のセパレータ30の積層と、正極端子14および負極端子24の組付けとを行う。この積層では、例えば、プレドープ用電極は、Z軸方向の最上層におかれ、このプレドープ用電極と負極板21との間にセパレータ30を挟むことを含める。そして、積層体をラミネート部材50に内包する工程(S5)では、正極端子14の一部と、負極端子24の一部と、およびプレドープ用電極の電極端子の一部とがラミネート部材50の外部に露出する様に、積層体をラミネート部材50に内包する。そして、上述した、プレドープを行う工程(S6)では、上述した様に電解液40を密封した後、プレドープ用電極と、複数の負極板21(すなわち1つの負極20)との間に電圧をかけてリチウム金属をリチウムイオンLi+にし、プレドープを行うものとする。また、S1,S2,S7,S8,S9は、上述した様に行う。<6. About another example of the manufacturing method of the
In the above production method, as described above, predoping was performed by a chemical method in which lithium metal is dissolved in an electrolytic solution to form lithium ions Li +. On the other hand, a method for manufacturing the
従って、図12を用いて上述したS1〜S9を含む製造方法は、プレドープを化学的方法で行う製造方法と、プレドープを電気化学的方法で行う製造方法とを含む。また、この製造方法は、プレドープを行う前の、積層体をラミネート部材50に内包する工程(S5)で、ラミネート部材50の内部空間に消火剤32がリチウム金属箔LiS1と共に収容される。このため、この内包する工程(S5)の後は、ラミネート部材50の内部空間に消火剤32がリチウム金属箔LiS1と共に収容される。従って、この製造方法(S1〜S9)は、内包する工程(S5)以降の工程で、製造中のリチウムイオンキャパシタの難燃性が高いため、より安全にリチウムイオンキャパシタ1を製造できる製造方法となっている。
Therefore, the production method including S1 to S9 described above using FIG. 12 includes a production method in which predoping is performed by a chemical method and a production method in which predoping is performed by an electrochemical method. Further, in this manufacturing method, 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について、図18〜図20を用いて説明する。第2の実施の形態係る蓄電デバイスは、リチウムイオンキャパシタ2である。なお、リチウムイオンキャパシタ2が第1の実施の形態に係るリチウムイオンキャパシタ1と実質的に同一の構成を有する場合、その構成には同一の符号を付して説明を省略する。[Second Embodiment]
Subsequently, the power storage device of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 18 to 20. The power storage device according to the second embodiment is a
<1.リチウムイオンキャパシタ2の構造(図18、図19)>
上述した第1の実施の形態では、消火剤32は、セパレータシート31上に設けられていた。しかし、消火剤は、ラミネート部材50(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は、第1の実施の形態の消火剤32と同じ成分の消火剤が板状に固められて形成された2つの板状消火剤60を有する(図18参照)。そして、リチウムイオンキャパシタ2は、第1の実施の形態のセパレータシート31に相当するセパレータ130を有する(図19参照)。リチウムイオンキャパシタ2は、積層された複数の正極板11、複数の負極板21、および複数のセパレータ130が、2つの板状消火剤60の間に設けられる(図18および図19参照)。なお、本実施の形態のリチウムイオンキャパシタ2の模式的な断面を示す図19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2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130とがほとんど隙間無く積層されている。また、板状消火剤60の数は2つに限らず、3つ以上としてもよい。また、1つの板状消火剤60を複数の板状消火剤を積み重ねたものとしてもよい。<1. Structure of Lithium Ion Capacitor 2 (FIGS. 18 and 19)>
In the first embodiment described above, 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(図19、図20)>
本実施の形態のリチウムイオンキャパシタ2(図19参照)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)とで、正極10と負極20との構成は同様である。リチウムイオンキャパシタ2の、正極10の正極板11と、負極20の負極板21と、セパレータ130と、電解液40と、消火剤(板状消火剤60)との位置関係を図20に模式的に示した。図20に示す様に、正極板11と負極板21とが、セパレータ130を間に挟んで配置されている。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+を吸脱着することで充放電を行う。<2. About the charge / discharge process of the lithium ion capacitor 2 (FIGS. 19 and 20)>
The configuration of the
<3.リチウムイオンキャパシタ2の消火剤の効果について(図18〜図20)>
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、板状消火剤60(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なく、難燃性が高い。ここで、板状消火剤60(消火剤)は、単独の板状の部品として構成されている。このため、リチウムイオンキャパシタ2(蓄電デバイス)に設ける消火剤の量を容易に調整し得る。<3. About the effect of the fire extinguishing agent of the lithium ion capacitor 2 (FIGS. 18 to 20)>
In the
<4.リチウムイオンキャパシタ2の製造方法について>
以下に詳細を説明するが、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S1〜S9を含む製造方法(図12参照)と実質的に同じ製造方法で製造できる。上述した様に、リチウムイオンキャパシタ2(図19参照)は、セパレータ130と板状消火剤60とを備える点において、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)と異なる。そのため本実施の形態のリチウムイオンキャパシタ2の製造方法は、上述した第1の実施の形態のS1〜S9を含む製造方法(図12参照)のうち、消火剤の加工の工程であるS2と、セパレータ130および消火剤が配置される工程であるS4とについて説明する。<4. About the manufacturing method of
Although the details will be described below, the
本実施の形態における消火剤を所定の形状に加工する工程(S2)は、消火剤をプレス成型などで板状にした板状消火剤60を作成する工程である。また、本実施の形態におけるリチウム金属、複数の正極板、複数の負極板、複数のセパレータが積層され、また、正極端子および負極端子が組付けられた積層体を作成する工程(S4)は、セパレータ30の代わりにセパレータ130を積層し、さらに、積層体に2つの板状消火剤60も加えられる。なお、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との差異は、消火剤およびセパレータの形態によるものであって、プレドープに用いるリチウム金属に関するものではない。従って、プレドープが化学的方法で行われる場合と、プレドープが電気化学的に行われる場合との差異は、上記の第1の実施の形態の場合と同様である。
The step (S2) of processing the fire extinguishing agent into a predetermined shape in the present embodiment is a step of producing a plate-shaped
従って、リチウムイオンキャパシタ2の製造方法(S1〜S9)は、積層体をラミネート部材50に内包する工程(S5)以降の工程で、製造中のリチウムイオンキャパシタ(蓄電デバイス)の難燃性を高めることができる。つまり、より安全にリチウムイオンキャパシタ2(蓄電デバイス)を製造できる。
Therefore, the method for manufacturing the lithium ion capacitor 2 (S1 to S9) enhances the flame retardancy of the lithium ion capacitor (storage device) being manufactured in the steps after the step (S5) in which the laminate is included in the
[第3の実施の形態]
第3の実施の形態の蓄電デバイスについて、図21を用いて説明する。第3の実施の形態の蓄電デバイスは、リチウムイオンキャパシタ3である。なお、リチウムイオンキャパシタ3が第1の実施の形態に係るリチウムイオンキャパシタ1と実質的に同一の構成を有する場合、その構成に同一の符号を付して説明を省略する。[Third Embodiment]
The power storage device of the third embodiment will be described with reference to FIG. The power storage device of the third embodiment is a lithium ion capacitor 3. When the lithium ion capacitor 3 has substantially the same configuration as the
<1.リチウムイオンキャパシタ3の構造(図21)>
第1の実施の形態では、消火剤32は、セパレータ30に設けられていた。しかし、消火剤は、ラミネート部材50(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3の模式的な断面を図21に示した。本実施の形態のリチウムイオンキャパシタ3は、第1の実施の形態のセパレータシート31に相当するセパレータ130を有する(図21参照)。また、リチウムイオンキャパシタ3は、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130との外周を囲む包囲体70を有する。より詳しくは、包囲体70は、積層された複数の正極板11と複数の負極板21と複数のセパレータ130とを有する積層体の周囲を囲んでおり、積層体のZ軸方向の最上層と最下層とは負極板21である。なお、図21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3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130とがほとんど隙間無く積層されている。<1. Structure of Lithium Ion Capacitor 3 (Fig. 21)>
In the first embodiment, the
包囲体70は、包囲体芯材71と、その両面に塗工された消火剤72とからなる。包囲体70は、第1の実施の形態のセパレータ30と同様の構成(図8および図9参照)を備える。すなわち、包囲体芯材71は第1の実施の形態のセパレータシート31を長くしたものに相当する。包囲体芯材71に塗工された消火剤72(不図示)は、第1の実施の形態の消火剤32と同じ成分のものを用いることができる。包囲体芯材71は、セパレータシート31と同じく、従来のリチウムイオンキャパシタのセパレータと同じものを用いることができる。例えば、包囲体芯材71は、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で構成される。
The surrounding
ここで、消火剤72は、包囲体芯材71上に塗工されていればよい。消火剤72は、第1の実施の形態のセパレータシート31上に塗工された消火剤32と同様に、包囲体芯材71の片面に塗工されていてもよく、包囲体芯材71に部分的に塗工されていても良い。例えば、図10のセパレータ30と同様に、包囲体芯材71の中心を除く外側に消火剤72を塗工してもよい。また、消火剤72は、包囲体芯材71の外側の一部に塗工してもよい。消火剤72は、包囲体芯材71上に複数の帯状やドット状に塗工してもよい。
Here, the fire extinguishing agent 72 may be coated on the surrounding body core material 71. The fire extinguishing agent 72 may be coated on one side of the surrounding body core material 71, similarly to the
<2.リチウムイオンキャパシタ3の充放電の過程について(図20、図21)>
本実施の形態のリチウムイオンキャパシタ3(図21参照)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)とで、正極10と負極20との構成は同様である。また、リチウムイオンキャパシタ3のセパレータ130は、第1の実施の形態のセパレータシート31と同一である。リチウムイオンキャパシタ3の、正極10の正極板11と、負極20の負極板21と、セパレータ130と、電解液40との位置関係は、模式的には第2の実施の形態に係る位置関係と同様である(図20参照)。正極板11と負極板21とは、セパレータ130を間に挟むように配置されている。リチウムイオンキャパシタ3は、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+を吸脱着することで充放電を行う。<2. About the charging / discharging process of the lithium ion capacitor 3 (FIGS. 20 and 21)>
The configuration of the
<3.リチウムイオンキャパシタ3の消火剤の効果について(図12、図21)>
リチウムイオンキャパシタ3は、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72がリチウムイオンキャパシタ3(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なく、高い難燃性を有する。ここで、リチウムイオンキャパシタ3の消火剤72は、ラミネート部材50(密封体)の内部空間に設けられた包囲体70に設けられており、包囲体70は正極10の正極板11および負極20の負極板21を囲うように配置されている。そのため、消火剤72がリチウムイオンキャパシタ3(蓄電デバイス)の難燃性を効果的に高めることができる。<3. About the effect of the fire extinguishing agent of the lithium ion capacitor 3 (FIGS. 12 and 21)>
Similar to the
<4.リチウムイオンキャパシタ3の製造方法について(図21)>
本実施の形態のリチウムイオンキャパシタ3は、第1の実施の形態のS1〜S9を含む製造方法(図12参照)と実質的に同じ製造方法で製造できる。リチウムイオンキャパシタ3(図21参照)は、セパレータ130と、消火剤72を備える包囲体70とを備える点において第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)と異なる。そのため本実施の形態のリチウムイオンキャパシタ3の製造方法は、上述した第1の実施の形態のS1〜S9を含む製造方法(図12参照)のうち、消火剤の加工の工程であるS2と、セパレータ130および消火剤が配置される工程であるS4とについて説明する。<4. About the manufacturing method of the lithium ion capacitor 3 (FIG. 21)>
The lithium ion capacitor 3 of the present embodiment can be manufactured by substantially the same manufacturing method as the manufacturing method including S1 to S9 of the first embodiment (see FIG. 12). The lithium ion capacitor 3 (see FIG. 21) differs from the lithium ion capacitor 1 (see FIG. 3) of the first embodiment in that the
消火剤を所定の形状に加工する工程(S2)では、第1の実施の形態のリチウムイオンキャパシタ1のセパレータ30の作成方法と同様に、包囲体70を作成する。より詳しくは、上述したS1の正極板11の集電体12に正極活物質層13を塗工する方法と同様に、包囲体芯材71に消火剤72を塗工する。
In the step (S2) of processing the fire extinguishing agent into a predetermined shape, the
また、リチウム金属、複数の正極板、複数の負極板、複数のセパレータが積層され、また、正極端子および負極端子が組付けられた積層体を作成する工程(S4)は、組み付けるセパレータ30の代わりにセパレータ130を積層し、さらに、積層体に包囲体70を巻く工程を含める。なお、本実施の形態のリチウムイオンキャパシタ3と、第1の実施の形態のリチウムイオンキャパシタ1との差異は、消火剤およびセパレータの形態によるものであって、プレドープに用いるリチウム金属に関するものではない。従って、プレドープが化学的方法に行われる場合と、プレドープが電気化学的に行われる場合との差異は、上記の第1の実施の形態のリチウムイオンキャパシタ1の製造方法S1〜S9と同様に考えることができる。つまり、プレドープに用いられるリチウム金属箔は、正極板11及び負極板21と同様に包囲体70で囲われる。
Further, in the step (S4) of creating a laminate in which lithium metal, a plurality of positive electrode plates, a plurality of negative electrode plates, and a plurality of separators are laminated, and the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are assembled, the step (S4) is instead of the
従って、この製造方法(S1〜S9)は、積層体をラミネート部材50に内包する工程(S5)以降の工程で、製造中のリチウムイオンキャパシタ3(蓄電デバイス)の難燃性が高い。そのため、より安全にリチウムイオンキャパシタ3(蓄電デバイス)を製造できる。
Therefore, in this manufacturing method (S1 to S9), the flame retardancy of the lithium ion capacitor 3 (storage device) being manufactured is high in the steps after the step (S5) in which the laminate is included in the
[その他の実施の形態]
本開示の蓄電デバイスは、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱することなく様々な変更が可能である。[Other embodiments]
The power storage device of the present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present disclosure.
例えば、上記の実施の形態の蓄電デバイスはリチウムイオンキャパシタであるが、本開示の技術は、アルカリ金属イオンを吸蔵及び放出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。 For example, the power storage device of the above embodiment is a lithium ion capacitor, but the technique of the present disclosure can be applied to various power storage devices using a material capable of storing and releasing alkali metal ions. Examples of the alkali metal include lithium having a standard electrode potential of −3.045V, sodium having a standard electrode potential of -2.714V, potassium having a standard electrode potential of -2.925V, and the like. The power storage device using these alkali metals is provided with a carbon material for the negative electrode, an alkali metal oxide or the like for the positive electrode so that the standard electrode potential difference becomes relatively large. Specific examples thereof include various power storage devices such as a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery, a sodium ion secondary battery, a potassium ion secondary battery, and an all-solid-state battery. Even in a secondary battery that uses an alkali metal other than a lithium ion capacitor, dendrites of the alkali metal are generated due to long-term use or the like, which causes short-circuit ignition. Therefore, the technique of the present disclosure can suppress ignition of various power storage devices using alkali metal ions and keep them safe.
また、消火剤を、上記の実施の形態の消火剤32、板状消火剤60、消火剤72の代わりに、粉末状の消火剤とし、電解液40内に分散させることができる。また、第1の実施の形態のリチウムイオンキャパシタ1において、第2の実施の形態の板状消火剤60や、第3の実施の形態の包囲体70もしくは包囲体芯材71を加えてもよい。また、第2の実施の形態のリチウムイオンキャパシタ2において、セパレータ130の代わりに第1の実施の形態のセパレータ30を用いてもよく、第3の実施の形態の包囲体70もしくは包囲体芯材71を加えてもよい。また、第3の実施の形態のリチウムイオンキャパシタ3において、セパレータ130の代わりに第1の実施の形態のセパレータ30を用いてもよく、第2の実施の形態の板状消火剤60を加えても良い。また、第1〜3の実施の形態では、リチウムイオンキャパシタ1〜3は、正極板11と負極板21とセパレータ30と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、長尺のセパレータを捲回した捲回型セルとすることができる。
Further, the fire extinguishing agent can be a powdered fire extinguishing agent instead of the
[実施例]
以下に、実施例を挙げて本開示の技術をさらに具体的に説明するが、本開示の技術はこれら実施例の範囲に限定されるものではない。[Example]
Hereinafter, the techniques of the present disclosure will be described in more detail with reference to examples, but the techniques of the present disclosure are not limited to the scope of these examples.
<消火剤の難燃化機能の試験(図22)>
燃料成分Aとしてジシアンジアミド15質量%、酸化剤成分Bとして硝酸カリウム77質量%、有機塩成分Cとして酢酸カリウム8質量%を混合し、板状に成形した後に自然乾燥することで板状消火剤103を得た。以下では、リチウム金属箔を集気瓶101内で加熱した場合と、板状消火剤103とリチウム金属箔102とを集気瓶101内で加熱した場合とを比較し、消火剤の効果を調べた。なお、リチウム金属の自然発火温度(発火点)は約180℃であることが知られている。<Test of flame-retardant function of fire extinguishing agent (Fig. 22)>
A plate-shaped
板状消火剤103とリチウム金属箔102とを集気瓶内101で加熱した場合は、図22に示す様に加熱した。すなわち、加熱炉100内に集気瓶101を設置した。そして、板状に押し固めた板状消火剤103と、リチウム金属箔102とを、集気瓶101に入れた。また、リチウム金属箔102の温度を計測できるように、温度計104の温度計測部がリチウム金属箔102に触れるよう温度計104を設置した。そして、加熱炉内の温度を上昇させた。その結果、リチウム金属箔102の温度が280℃にまで上昇しても、リチウム金属箔102は発火しなかった。これは、板状消火剤103の温度が150℃以上になると、消火作用をもつカリウムラジカルを含む白煙(エアロゾル)が生じ、このカリウムラジカルによりリチウム金属箔102の発火が抑制されたためと考えられる。
When the plate-shaped
次に、リチウム金属箔を集気瓶101内で加熱した場合は、上述した図22に示す状態から、板状消火剤103を除き、加熱炉100内の温度を上昇させた。その結果、リチウム金属箔の温度が182℃の時にリチウム金属箔が発火した。以上の様に、リチウム金属箔の周囲に消火剤が存在する場合は、消火剤によってリチウム金属箔の発火が抑制された。
Next, when the lithium metal leaf was heated in the
<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 powdered activated carbon 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 auxiliary agent, and 345 parts by mass of water as a solvent. To prepare a positive electrode slurry A containing a positive electrode active material.
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。The positive electrode slurry A using polyacrylic acid as a binder was prepared by the following procedure.
(1) All the materials and water were mixed with a mixer a (Awatori Rentaro ARE-310 manufactured by Shinky Co., Ltd.) to prepare a pre-slurry.
(2) The pre-slurry obtained in (1) was further mixed with a mixer b (Filmix 40-L manufactured by Primix Corporation) to prepare an intermediate slurry.
(3) The intermediate slurry obtained in (2) was mixed again with the mixer a to prepare a slurry A for a positive electrode.
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, an aluminum foil (porous foil) having a thickness of 15 μm was used as the current collector foil, and each of the positive electrode slurry A was applied to the current collector foil and dried to prepare a positive electrode A. The amount of the positive electrode slurry A applied was adjusted so that the mass of the activated carbon after drying was 3 mg / cm 2. A blade coater or a die coater was used for coating the positive electrode slurry A on 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 to prepare a slurry for a negative electrode by the following procedure. ..
(1) A pre-slurry was prepared by mixing the material excluding the binder and water with a mixer a.
(2) The pre-slurry obtained in (1) was further mixed with a mixer b to prepare an intermediate slurry.
(3) A binder was added to the intermediate slurry obtained in (2) and mixed with a mixer a to prepare a slurry for a negative electrode.
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, a copper foil (porous foil) having a thickness of 10 μm was used as the current collector foil, and a slurry for the negative electrode was applied to the current collector foil and dried to prepare 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]
溶媒として、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%の混合溶媒を用いた。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Iを調製した。[Preparation of electrolyte]
As a solvent, a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) 30 vol%, dimethyl carbonate (DMC) 30 vol% and ethyl methyl carbonate (EMC) 40 vol% was used. Lithium bis (fluorosulfonylimide) (LiFSI) was added to the mixed solvent at 1 mol / L to prepare an electrolytic solution I.
[包囲体の作成]
燃料成分Aとしてジシアンジアミド15質量%、酸化剤成分Bとして硝酸カリウム77質量%、有機塩成分Cとして酢酸カリウム8質量%を混合し、消火剤を調製した。消火剤の電解液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、1より大きいことが確認できた。この消火剤を厚さ20μmのセルロースの両面に塗布し、自然乾燥して包囲体を形成した。[Creating a siege]
A fire extinguishing agent was prepared by mixing 15% by mass of dicyandiamide as the fuel component A, 77% by mass of potassium nitrate as the oxidizing agent component B, and 8% by mass of potassium acetate as the organic salt component C. When the RED value based on the Hansen solubility parameter of the fire extinguishing agent in the electrolytic solution I was calculated, it was confirmed that it was larger than 1. This fire extinguishing agent was applied to both sides of cellulose having a thickness of 20 μm and air-dried to form an enclosure.
[リチウムイオンキャパシタの組立]
試験例1,2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、封止して試験例1のリチウムイオンキャパシタを作製した。
なお、試験例2のリチウムイオンキャパシタは、上記(3)において消火剤が塗布されていない厚さ20μmのセルロースを包囲体として用いて作成した。[Assembly of Lithium Ion Capacitor]
The lithium ion capacitors of Test Examples 1 and 2 were produced by the following procedure.
(1) The positive electrode and the negative electrode are punched out to form a rectangle with a size of 60 mm × 40 mm, and the coating film in the 20 mm × 40 mm region on one end side of the long side is peeled off while leaving the coating film of 40 mm × 40 mm to collect the current. Was installed.
(2) A laminated body was prepared by facing the coating film portions of the positive electrode and the negative electrode with a cellulose separator having a thickness of 20 μm interposed therebetween.
(3) The laminate produced in (2) and the metallic lithium foil for lithium predoping are surrounded by an enclosure, encapsulated in an aluminum laminate foil, an electrolytic solution is injected, and sealed to form the lithium ions of Test Example 1. A capacitor was manufactured.
The lithium ion capacitor of Test Example 2 was prepared by using cellulose having a thickness of 20 μm to which the fire extinguishing agent was not applied as an enclosure in (3) above.
<加熱試験>
リチウムイオンキャパシタを加熱炉内で加熱した。その結果、試験例1のリチウムイオンキャパシタは消火剤を備えるため、210℃でも発火しなかった。一方、試験例2のリチウムイオンキャパシタは、消火剤を備えないため183℃で発火した。<Heating test>
The lithium ion capacitor was heated in a heating furnace. As a result, since the lithium ion capacitor of Test Example 1 was provided with a fire extinguishing agent, it did not ignite even at 210 ° C. On the other hand, the lithium ion capacitor of Test Example 2 did not have a fire extinguishing agent, so it ignited at 183 ° C.
<内部抵抗>
リチウムイオンキャパシタのプレドープ、充放電、エージングを行った。その後、常温(25℃)にて、カットオフ電圧:2.2〜3.8V、測定電流10Cでリチウムイオンキャパシタの内部抵抗を測定し、その内部抵抗比を求めた。内部抵抗比は、試験例2を100%とすると、試験例1は98.1%であった。試験例1と試験例2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>
The lithium ion capacitor was pre-doped, charged / discharged, and aged. Then, at room temperature (25 ° C.), the internal resistance of the lithium ion capacitor was measured with a cutoff voltage of 2.2 to 3.8 V and a measurement current of 10 C, and the internal resistance ratio was determined. The internal resistance ratio was 98.1% in Test Example 1 assuming that Test Example 2 was 100%. No significant difference was found in the internal resistance between Test Example 1 and Test Example 2, and the fire extinguishing agent 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における、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 piercing test>
A nail was pierced into the lithium ion capacitor, the presence or absence of ignition, etc. was observed, and the surface temperature was measured. A 3 mm diameter nail was pierced into the lithium ion capacitor at a speed of 80 mm / sec. The position where the nail is pierced is the position where the two diagonal lines intersect on a surface having a large area parallel to the height direction of the lithium ion capacitor. The temperature at a
釘刺し試験の結果、試験例1は、表面温度の最高値が146℃であり、発火もしなかった。試験例2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。試験例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。試験例1は表面温度が146℃でも発火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状態で釘刺し試験や圧壊試験の状態(自動車事故など)に遭遇したとしても、発火しないで、安全な状態を保てると確認できた。 As a result of the nail piercing test, Test Example 1 had a maximum surface temperature of 146 ° C. and did not ignite. In Test Example 2, the maximum surface temperature was 332 ° C., and the lithium ion capacitor exploded immediately after the nail was pierced. The lithium-ion capacitor of Test Example 1 was able to fully exhibit its flame-retardant function by containing a fire extinguishing agent. Since Test Example 1 did not ignite even at a surface temperature of 146 ° C, it was put into a nail piercing test or crushing test (automobile accident, etc.) with the lithium ion capacitor operating normally in a high temperature environment of 85 ° C or higher. Even if I encountered it, I was able to confirm that it could be kept safe without catching fire.
<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試験例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 investigate the high temperature durability of lithium ion capacitors, a plurality of lithium ion capacitors with different binders and electrolytes were prepared by the following procedure. Since the basic preparation method is the same as that of Test Example 1, only the differences are shown 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]
Slurries B and C for positive electrodes containing a positive electrode active material were prepared with the compositions shown in Table 1 below. Carboxymethyl cellulose [CMC] was used as the thickener. “SBR” in Table 1 indicates styrene-butadiene rubber, “parts” 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。Slurries B and C for positive electrodes using acrylic acid ester or SBR as a binder were prepared by the following procedure.
(1) A pre-slurry was prepared by mixing the material excluding the binder and water with a mixer a.
(2) The pre-slurry obtained in (1) was further mixed with a mixer b to prepare an intermediate slurry.
(3) A binder was added to the intermediate slurry obtained in (2) and mixed with a mixer a to prepare a slurry B or C for a positive electrode.
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, each of the positive electrode slurry B was applied to the current collector foil and dried to prepare a positive electrode B. The current collector foil is an aluminum foil (porous foil) having a thickness of 15 μm. The amount of the positive electrode slurry B applied was adjusted so that the mass of the activated carbon after drying was 3 mg / cm 2. A blade coater or a die coater was used for coating the positive electrode slurry B on the current collector foil. Similarly, the positive electrode C was prepared using the 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)を添加して電解液Pを調製した。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) to prepare an electrolytic solution P. Lithium bis (fluorosulfonylimide) (LiFSI) in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) 30 vol%, ethyl methyl carbonate (EMC) 46.7 vol%, diethyl carbonate (DEC) 23.3 vol%, propylene carbonate (PC) 10 vol%. ) Was added at 1 mol / L to prepare an electrolytic solution I2.
[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、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。なお、試験例3〜6のリチウムイオンキャパシタは、消火剤が塗布された包囲体を内包する。[Assembly of Lithium Ion Capacitor]
A lithium ion capacitor was prepared by combining the positive electrode and the electrolytic solution shown in Table 2. Table 2 also shows the RED value of the polymer constituting the binder with respect to the electrolytic solution in each combination. The lithium ion capacitors of Test Examples 3 to 6 include an enclosure coated with a fire extinguishing agent.
[初期性能の測定]
試験例1,3〜6のリチウムイオンキャパシタのリチウムプレドープ、充放電、エージングを行った。その後、常温(25℃)にて、カットオフ電圧:2.2〜3.8V、測定電流10Cで各リチウムイオンキャパシタの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]
Lithium predoping, charging / discharging, and aging of the lithium ion capacitors of Test Examples 1 and 3 to 6 were performed. Then, at room temperature (25 ° C.), the internal resistance and discharge capacity of each lithium ion capacitor were measured with a cutoff voltage of 2.2 to 3.8 V and a measurement current of 10 C, and the result was used as the initial performance.
[耐久試験(85℃フロート試験)]
試験例1,3〜6のリチウムイオンキャパシタを、外部電源を繋いで電圧を3.8Vに保持した状態で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 ° C float test)]
The lithium ion capacitors of Test Examples 1 and 3 to 6 were left in a constant temperature bath at 85 ° C. in a state where an external power source was connected and the voltage was maintained at 3.8 V. The leaving time corresponds to an 85 ° C., 3.8 V float time. After a lapse of a predetermined time, the lithium ion capacitor was taken out from the constant temperature bath, returned to room temperature, and then the internal resistance and the discharge capacity were measured under the same conditions as the above initial performance measurement, and the capacity retention rate (initial discharge capacity was set to 100%). The percentage of the discharge capacity at that time) and the internal resistance increase rate (internal resistance increase rate from the 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試験例6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試験例1,3〜5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試験例4やSBRを用いた試験例5では内部抵抗増加率が高いことが判明した。これに対し、試験例1及び3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 is halved in a short time in Test Example 6 using an electrolytic solution containing lithium fluoride phosphate which is not an imide-based lithium salt as an electrolyte. On the other hand, in Test Examples 1 and 3 to 5 in which an electrolytic solution containing an imide-based lithium salt was used as the electrolyte, the capacity retention rate was kept high for a long time. However, it was clarified that even when an electrolytic solution containing an imide-based lithium salt was used as the electrolyte, there was a difference in the internal resistance increase rate depending on the composition of the binder of the positive electrode. Therefore, when the RED values (see Table 2) of the polymer constituting the binder of the positive electrode with respect to the electrolytic solution were compared, in Test Example 4 using an acrylic acid ester having a RED value of 1 or less and Test Example 5 using SBR, It was found that the rate of increase in internal resistance was high. On the other hand, in Test Examples 1 and 3, an electrolytic solution containing an imide-based lithium salt is used as the electrolyte, and polyacrylic acid having a RED value 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 constituting the binder of the positive electrode is difficult to dissolve in the electrolytic solution, the capacity retention rate is kept high even when left in a high temperature environment of 85 ° C., and the internal resistance increase rate can be suppressed to a small value. became.
Claims (4)
負極活物質を備える負極と、
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、前記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、
前記密封体の内部空間に、難燃化機能を発揮する消火剤を備え、
前記消火剤は、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より大きい、蓄電デバイス。Positive electrode with positive electrode active material and positive electrode
Negative electrode with negative electrode active material and
An electrolytic solution that comes into contact with the positive electrode and the negative electrode and contains alkali metal ions,
A sealed body that comes into contact with the electrolytic solution inside and seals the electrolytic solution,
Have,
At least one of the positive electrode active material and the negative electrode active material is a power storage device capable of occluding and releasing the alkali metal ions.
A fire extinguishing agent that exerts a flame-retardant function is provided in the internal space of the sealed body.
The fire extinguishing agent is a power storage device having a RED value greater than 1 based on the Hansen solubility parameter for the electrolytic solution.
前記電解液は、有機溶媒およびイミド系リチウム塩を含み、
前記正極は、集電箔を有し、
前記正極活物質は、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より大きいポリマーを含むバインダを介して前記集電箔に保持されている、蓄電デバイス。The power storage device according to claim 1.
The electrolytic solution contains an organic solvent and an imide-based lithium salt, and contains an organic solvent and an imide-based lithium salt.
The positive electrode has a current collecting foil and
The positive electrode active material is a power storage device held in the current collector foil via a binder containing a polymer having a RED value greater than 1 based on the Hansen solubility parameter for the electrolytic solution.
前記密封体の内側に、前記正極および前記負極を囲うように設けられた包囲体が設けられており、
前記消火剤は、前記包囲体上に設けられている、蓄電デバイス。The power storage device according to claim 1 or 2.
Inside the sealed body, a surrounding body provided so as to surround the positive electrode and the negative electrode is provided.
The fire extinguishing agent is a power storage device provided on the enclosure.
リチウムイオンキャパシタである、蓄電デバイス。The power storage device according to any one of claims 1 to 3.
A power storage device that is a lithium-ion capacitor.
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