JP2013026505A - Nonaqueous lithium type electricity storage element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水系リチウム型蓄電素子に関する。 The present invention relates to a non-aqueous lithium storage element.
近年、地球環境の保全及び省資源を目指したエネルギーの有効利用の観点から、深夜電力貯蔵システム、太陽光発電技術に基づく家庭用分散型蓄電システム、電気自動車用の蓄電システム等が注目を集めている。 In recent years, midnight power storage systems, home-use distributed power storage systems based on solar power generation technology, power storage systems for electric vehicles, etc. have attracted attention from the viewpoint of global environment conservation and effective use of energy for resource saving. Yes.
これらの蓄電システムにおいて、第一の要求事項は、用いられる蓄電素子のエネルギー密度が高いことである。この様な要求に対応可能な高エネルギー密度蓄電素子の有力候補として、リチウムイオン電池の開発が精力的に進められている。 In these power storage systems, the first requirement is that the energy density of the power storage element used is high. As a promising candidate for a high energy density storage element capable of meeting such demands, development of lithium ion batteries has been energetically advanced.
第二の要求事項は、出力特性が高いことである。例えば、高効率エンジンと蓄電システムとの組み合わせ(例えば、ハイブリッド電気自動車)、又は燃料電池と蓄電システムとの組み合わせ(例えば、燃料電池電気自動車)において、加速時には蓄電システムにおける高出力放電特性が要求されている。 The second requirement is high output characteristics. For example, a combination of a high-efficiency engine and a power storage system (for example, a hybrid electric vehicle) or a combination of a fuel cell and a power storage system (for example, a fuel cell electric vehicle) requires high output discharge characteristics in the power storage system during acceleration. ing.
現在、高出力蓄電素子としては、電極に活性炭を用いた電気二重層キャパシタ(以下、単に「キャパシタ」ともいう。)が開発されており、耐久性(特にサイクル特性及び高温保存特性)が高く、0.5〜1kW/L程度の出力特性を有する。これら電気二重層キャパシタは、上記高出力が要求される分野で最適な蓄電素子と考えられてきたが、そのエネルギー密度は、1〜5Wh/L程度に過ぎず、実用化には出力持続時間が足枷となっている。 Currently, as a high power storage element, an electric double layer capacitor using activated carbon as an electrode (hereinafter also simply referred to as “capacitor”) has been developed, and durability (particularly cycle characteristics and high temperature storage characteristics) is high. It has an output characteristic of about 0.5 to 1 kW / L. These electric double layer capacitors have been considered as the most suitable storage element in the field where the above high output is required, but the energy density is only about 1 to 5 Wh / L, and the output duration time is not practical. It is a footpad.
一方、現在ハイブリッド電気自動車で採用されているニッケル水素電池は、電気二重層キャパシタと同等の高出力を実現し、かつ160Wh/L程度のエネルギー密度を有している。しかしながら、そのエネルギー密度及び出力をより一層高めるとともに、高温での安定性をさらに改善し、耐久性を高めるための研究が精力的に進められている。 On the other hand, nickel-metal hydride batteries currently used in hybrid electric vehicles realize high output equivalent to electric double layer capacitors and have an energy density of about 160 Wh / L. However, research is underway energetically to further increase the energy density and output, further improve the stability at high temperatures, and increase the durability.
また、リチウムイオン電池においても、高出力化に向けての研究が進められている。例えば、放電深度(すなわち素子の放電容量の何%を放電した状態かをあらわす値)50%において3kW/Lを超える高出力が得られるリチウムイオン電池が開発されているが、そのエネルギー密度は、100Wh/L以下であり、リチウムイオン電池の最大の特徴である高エネルギー密度を敢えて抑制した設計となっている。また、その耐久性(特にサイクル特性及び高温保存特性)については電気二重層キャパシタに比べ劣る。そのため、実用的な耐久性を持たせるためには放電深度が0〜100%の範囲よりも狭い範囲でしかリチウムイオン電池を使用できない。そのため実際に使用できる容量はさらに小さくなり、耐久性をより一層向上させるための研究が精力的に進められている。 In addition, research for higher output is also being conducted in lithium ion batteries. For example, a lithium-ion battery has been developed that can obtain a high output exceeding 3 kW / L at a discharge depth (that is, a value representing what percentage of the device discharge capacity is discharged) 50%. It is 100 Wh / L or less, and is designed to deliberately suppress the high energy density, which is the greatest feature of lithium ion batteries. Further, its durability (particularly cycle characteristics and high temperature storage characteristics) is inferior to that of an electric double layer capacitor. Therefore, in order to give practical durability, a lithium ion battery can be used only in a range where the depth of discharge is narrower than the range of 0 to 100%. For this reason, the capacity that can be actually used is further reduced, and research for further improving the durability is being actively pursued.
上記の様に高出力密度、高エネルギー密度、及び耐久性を兼ね備えた蓄電素子の実用化が強く求められているが、上述した既存の蓄電素子には一長一短がある。そのため、これらの技術的要求を充足する新たな蓄電素子が求められており、有力な候補としてリチウムイオンキャパシタと呼ばれる蓄電素子の開発が近年盛んである。 As described above, there is a strong demand for practical use of a power storage element having high output density, high energy density, and durability. However, the existing power storage element described above has advantages and disadvantages. Therefore, a new power storage element that satisfies these technical requirements has been demanded, and development of a power storage element called a lithium ion capacitor has been actively developed as a promising candidate.
リチウムイオンキャパシタは、リチウムイオンを含有した電解質を含む非水系電解液を使用する蓄電素子(すなわち非水系リチウム型蓄電素子)の一種であって、正極においては電気二重層キャパシタと同様の陰イオンの吸着・脱着による非ファラデー反応、負極においてはリチウムイオン電池と同様のリチウムイオンの吸蔵・放出によるファラデー反応によって充放電を行う蓄電素子である。 A lithium ion capacitor is a type of storage element that uses a non-aqueous electrolyte containing an electrolyte containing lithium ions (that is, a non-aqueous lithium storage element), and in the positive electrode, an anion similar to an electric double layer capacitor is used. It is a power storage element that performs charge and discharge by a non-Faraday reaction by adsorption / desorption, and a Faraday reaction by occlusion / release of lithium ions in the negative electrode similar to a lithium ion battery.
上述のように、正極・負極の双方において非ファラデー反応による充放電を行う電気二重層キャパシタにおいては、出力特性に優れるがエネルギー密度が小さい。一方、正極・負極の双方においてファラデー反応による充放電を行う二次電池であるリチウムイオン電池においては、エネルギー密度に優れるが、出力特性に劣る。リチウムイオンキャパシタは、正極では非ファラデー反応、負極ではファラデー反応による充放電を行うことによって、優れた出力特性と高いエネルギー密度との両立を狙う新たな蓄電素子である。 As described above, an electric double layer capacitor that charges and discharges by a non-Faraday reaction in both the positive electrode and the negative electrode has excellent output characteristics but low energy density. On the other hand, a lithium ion battery that is a secondary battery that charges and discharges by a Faraday reaction in both the positive electrode and the negative electrode is excellent in energy density but inferior in output characteristics. A lithium ion capacitor is a new power storage element that aims to achieve both excellent output characteristics and high energy density by performing charge and discharge by a non-Faraday reaction at the positive electrode and a Faraday reaction at the negative electrode.
リチウムイオンキャパシタを用いる用途としては、鉄道又は建機、自動車用蓄電が挙げられる。これらの用途では、作動環境が過酷なため、優れた温度特性を有する必要がある。具体的には、低温時での高い入出力特性、又は高温時での高いサイクル寿命特性である。このようなリチウムイオンキャパシタとしては、電解液中にフッ素化環状カーボネートが含有された蓄電素子が提案されている(特許文献1参照)。この蓄電素子では、低抵抗でかつ低温特性での特性が優れたキャパシタを提供できるとしているが、−30℃での直流内部抵抗は、室温時に対して約20倍増加しており、まだ目的の性能を発現できているとは言えない。 Applications using lithium ion capacitors include railways or construction machinery, and power storage for automobiles. In these applications, since the operating environment is harsh, it is necessary to have excellent temperature characteristics. Specifically, high input / output characteristics at low temperatures or high cycle life characteristics at high temperatures. As such a lithium ion capacitor, a power storage element in which a fluorinated cyclic carbonate is contained in an electrolytic solution has been proposed (see Patent Document 1). Although this storage element can provide a capacitor having low resistance and excellent characteristics at low temperature, the direct current internal resistance at −30 ° C. has increased about 20 times compared to that at room temperature, and is still the target. It cannot be said that performance has been expressed.
また、同じく電解液中にビニレンカーボネート又はその誘導体が含有された蓄電素子が提案されている(特許文献2参照)。この蓄電素子では、高温における連続充電時の容量保持率が高いキャパシタを提供できるとしているが、試験後の直流内部抵抗の増加率又は入出力特性の変化に関しては結果がしめされておらず、まだ目的の性能を発現できているとは言えない。 Similarly, a power storage element in which vinylene carbonate or a derivative thereof is contained in an electrolytic solution has been proposed (see Patent Document 2). Although this storage element is said to be able to provide a capacitor with a high capacity retention rate during continuous charging at high temperatures, no results have been shown regarding the rate of increase in DC internal resistance or the change in input / output characteristics after testing. It cannot be said that the target performance has been expressed.
近年、高い入出力特性、又は高いサイクル寿命特性を発現させる目的で、電解液に常温溶融塩を用いたリチウムイオン電池の開発が提案されている(特許文献3及び4参照)。特許文献3では、電解液溶媒として常温溶融塩とカーボネートの混合溶媒を用い、カーボネートを50体積%以上含有することを特徴としており、十分な充放電効率が得られるとしている。しかし、サイクル耐久性に関しては記載がなく、その特性は不明である。また、特許文献4では、溶媒である常温溶融塩に、環状又は鎖状のカーボネート、または、C=C不飽和結合を有する環状カーボネートを混合することを特徴としており、サイクル特性が向上するとしている。しかし、低温時における入出力特性に関する記載はなく、その特性は不明である。 In recent years, for the purpose of developing high input / output characteristics or high cycle life characteristics, development of a lithium ion battery using a room temperature molten salt as an electrolytic solution has been proposed (see Patent Documents 3 and 4). Patent Document 3 is characterized in that a mixed solvent of a room temperature molten salt and carbonate is used as an electrolyte solution solvent and contains 50% by volume or more of carbonate, and sufficient charge / discharge efficiency is obtained. However, there is no description regarding cycle durability, and its characteristics are unknown. Further, Patent Document 4 is characterized by mixing a cyclic carbonate or a chain carbonate or a cyclic carbonate having a C = C unsaturated bond with a room temperature molten salt as a solvent, and the cycle characteristics are improved. . However, there is no description regarding input / output characteristics at low temperatures, and the characteristics are unknown.
一方、リチウムイオンキャパシタにおいて、常温溶融塩を電解液に用いて特性を向上させる開発例はこれまで知られておらず、また、低温時での高い入出力特性と、高温時での高いサイクル寿命特性とを両立できたものはない。 On the other hand, development examples of improving the characteristics of lithium ion capacitors using room temperature molten salt as the electrolyte have not been known so far, and high input / output characteristics at low temperatures and high cycle life at high temperatures. There is no one that has both characteristics.
上述のように、従来のリチウムイオンキャパシタにおいては、低温時での高い入出力特性及び高温時での高いサイクル寿命特性は十分ではなかった。 As described above, in conventional lithium ion capacitors, high input / output characteristics at low temperatures and high cycle life characteristics at high temperatures are not sufficient.
本発明は、低温時での高い入出力特性と高温時での高いサイクル寿命特性を両立できる非水系リチウム型蓄電素子を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a non-aqueous lithium storage element capable of achieving both high input / output characteristics at low temperatures and high cycle life characteristics at high temperatures.
本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、リチウムイオンキャパシタの電解液溶媒として、適切な量の常温溶融塩を混在させることで、低温時には優れた出力特性を発現し、更には高温時には電解液溶媒の分解を極力抑えることができることから、高いサイクル寿命特性を発現できることを見出した。 As a result of intensive research to solve the above problems, the present inventors have developed an excellent output characteristic at low temperatures by mixing an appropriate amount of room temperature molten salt as an electrolyte solvent for a lithium ion capacitor. Furthermore, it has been found that since the decomposition of the electrolyte solvent can be suppressed as much as possible at high temperatures, high cycle life characteristics can be expressed.
すなわち、本発明は、下記の非水系リチウム型蓄電素子を提供する。 That is, the present invention provides the following non-aqueous lithium storage element.
[1] 負極集電体に負極活物質を含む負極活物質層を設けた負極電極体、正極集電体に正極活物質を含む正極活物質層を設けた正極電極体、及びセパレータを積層して成る電極積層体、並びにリチウムイオンを含有した電解質を含む非水系電解液を外装体に収納して成る非水系リチウム型蓄電素子であって、該負極活物質はリチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料であり、該正極活物質は活性炭であり、該非水系電解液は、非水溶媒と、該非水溶媒に0.5mol/L以上の濃度で溶解させたリチウム塩とから成り、該非水溶媒は、環状四級アンモニウム有機物カチオンと非金属元素から成るアニオンとから形成された常温溶融塩、並びに環状カーボネート及び鎖状カーボネートを含有し、そして該常温溶融塩の含有率は、該常温溶融塩、該環状カーボネート及び該鎖状カーボネートの体積の合計に対して、20体積%〜70体積%である、前記非水系リチウム型蓄電素子。 [1] A negative electrode body in which a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material is provided on a negative electrode current collector, a positive electrode body in which a positive electrode current collector is provided with a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, and a separator are laminated. And a non-aqueous lithium-type electricity storage element in which a non-aqueous electrolyte solution containing an electrolyte containing lithium ions is housed in an exterior body, the negative electrode active material being a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions The positive electrode active material is activated carbon, and the non-aqueous electrolyte is composed of a non-aqueous solvent and a lithium salt dissolved in the non-aqueous solvent at a concentration of 0.5 mol / L or more. A room temperature molten salt formed from a cyclic quaternary ammonium organic cation and an anion composed of a nonmetallic element, and a cyclic carbonate and a chain carbonate, and the content of the room temperature molten salt is the room temperature molten salt The total volume of the annular carbonate and the chain carbonate is 20 vol% to 70 vol%, the non-aqueous lithium-type storage element.
[2] 前記環状四級アンモニウム有機物カチオンは、イミダゾリウムカチオン又はピリジニウムカチオンの少なくとも1種を含有する、[1]に記載の非水系リチウム型蓄電素子。 [2] The non-aqueous lithium storage element according to [1], wherein the cyclic quaternary ammonium organic cation contains at least one of an imidazolium cation or a pyridinium cation.
[3] 前記環状四級アンモニウム有機物カチオンは、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムイオン、1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムイオン、1,3−ジエチルイミダゾリウムイオン、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムイオン又はN−ブチルピリジニウムイオンから選ばれる少なくとも1種を含有する、[2]に記載の非水系リチウム型蓄電素子。 [3] The cyclic quaternary ammonium organic cation includes 1-ethyl-3-methylimidazolium ion, 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium ion, 1,3-diethylimidazolium ion, 1-butyl-3. -The non-aqueous lithium storage element according to [2], which contains at least one selected from methylimidazolium ion or N-butylpyridinium ion.
[4] 前記リチウム塩は、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)及び/又はホウフッ化リチウム(LiBF4)を含有する、[1]〜[3]のいずれか1項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。 [4] The non-aqueous lithium according to any one of [1] to [3], wherein the lithium salt contains lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and / or lithium borofluoride (LiBF 4 ). Type storage element.
[5] 前記非水電解液中のアニオンは、ヘキサフルオロリン酸イオン(PF6 −)及び該ヘキサフルオロリン酸イオン以外の少なくとも1種のアニオンを含む、[1]〜[4]のいずれか1項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。 [5] Any of [1] to [4], wherein the anion in the non-aqueous electrolyte includes at least one anion other than hexafluorophosphate ion (PF 6 − ) and the hexafluorophosphate ion. 2. A non-aqueous lithium storage element according to item 1.
[6] 前記負極活物質は、活性炭の表面に炭素材料を被着させた複合多孔性材料であり、かつBJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をVm1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をVm2(cc/g)とするとき、
0.010≦Vm1≦0.250、
0.001≦Vm2≦0.200、及び
1.5≦Vm1/Vm2≦20.0を満たす、[1]〜[5]のいずれか1項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[6] The negative electrode active material is a composite porous material in which a carbon material is deposited on the surface of activated carbon, and the amount of mesopores derived from pores having a diameter of 20 to 500 mm calculated by the BJH method is Vm1 ( cc / g), when the amount of micropores derived from pores having a diameter of less than 20 mm calculated by the MP method is Vm2 (cc / g),
0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.250,
The non-aqueous lithium storage element according to any one of [1] to [5], wherein 0.001 ≦ Vm2 ≦ 0.200 and 1.5 ≦ Vm1 / Vm2 ≦ 20.0 are satisfied.
[7] 前記正極活物質は、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をV1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をV2(cc/g)とするとき、
0.3<V1≦0.8、及び
0.5≦V2≦1.0を満たし、かつBET法により測定される比表面積が1500m2/g以上3000m2/g以下である活性炭である、[1]〜[6]のいずれか1項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[7] The positive electrode active material is derived from V1 (cc / g) mesopore amount derived from pores having a diameter of 20 to 500 mm calculated by the BJH method, and pores having a diameter of less than 20 mm calculated by the MP method. When the micropore amount is V2 (cc / g),
It is activated carbon that satisfies 0.3 <V1 ≦ 0.8 and 0.5 ≦ V2 ≦ 1.0, and has a specific surface area measured by the BET method of 1500 m 2 / g to 3000 m 2 / g. [1] The nonaqueous lithium-type electricity storage device according to any one of [6].
本発明により、低温時での高い入出力特性と高温時での高いサイクル寿命特性を両立できる非水系リチウム型蓄電素子が提供される。 According to the present invention, a non-aqueous lithium storage element capable of achieving both high input / output characteristics at low temperatures and high cycle life characteristics at high temperatures is provided.
以下、本発明の実施の形態につき詳細に説明する。
[蓄電素子]
本発明の実施形態では、蓄電素子は、非水系リチウム型であり、かつ負極活物質を含む負極活物質層が形成されている負極電極体、正極活物質を含む正極活物質層が形成されている正極電極体及びセパレータが積層されている電極積層体と、リチウムイオン含有電解質を含む非水系電解液とを外装体に収納して成る。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
[Storage element]
In the embodiment of the present invention, the storage element is a non-aqueous lithium type, and a negative electrode body in which a negative electrode active material layer including a negative electrode active material is formed, and a positive electrode active material layer including a positive electrode active material are formed. An electrode laminate in which a positive electrode body and a separator are laminated, and a non-aqueous electrolyte solution containing a lithium ion-containing electrolyte are housed in an exterior body.
[電解液]
本発明の実施形態では、電解液は、非水系電解液であり、そして非水溶媒と該非水溶媒に0.5mol/L以上の濃度で溶解させたリチウム塩から成る。この非水溶媒は、環状四級アンモニウム有機物カチオンと非金属元素から成るアニオンとで形成されている常温溶融塩、並びに環状カーボネート及び鎖状カーボネートを含む。また、この常温溶融塩の含有率は、非水溶媒に対して、つまり該常温溶融塩と該環状カーボネート及び鎖状カーボネートの合計に対して、20体積%〜70体積%である。
[Electrolyte]
In the embodiment of the present invention, the electrolytic solution is a non-aqueous electrolytic solution, and includes a non-aqueous solvent and a lithium salt dissolved in the non-aqueous solvent at a concentration of 0.5 mol / L or more. The non-aqueous solvent includes a room temperature molten salt formed of a cyclic quaternary ammonium organic cation and an anion composed of a nonmetallic element, and a cyclic carbonate and a chain carbonate. Moreover, the content rate of this room temperature molten salt is 20 volume%-70 volume% with respect to the non-aqueous solvent, ie, with respect to the sum total of this room temperature molten salt, this cyclic carbonate, and a chain carbonate.
リチウム塩は、電解液中で0.5mol/L以上の溶解度を持つ塩でよい。例えば、LiPF6、LiBF4、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2CF3)(SO2C2F5)、LiN(SO2CF3)(SO2C2F4H)及びこれらの混合塩を挙げることができる。リチウム塩は、高い伝導度を発現できるといった観点から、LiPF6及び/又はLiBF4を含むことが好ましい。 The lithium salt may be a salt having a solubility of 0.5 mol / L or more in the electrolytic solution. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 2 F 5 ), LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 2 F 4 H ) And mixed salts thereof. The lithium salt preferably contains LiPF 6 and / or LiBF 4 from the viewpoint that high conductivity can be exhibited.
また、本発明の蓄電素子が、低温時での高い出力特性を発現できる理由は、限定されるものではないが、電解液中に常温溶融塩が存在することで、異なるアニオン種が存在し、イオン配列のアモルファス性が向上し、分子レベルでの結晶化を抑制できるために、高いイオン移動度が発現されることが要因であると考えられる。従って、リチウム塩は、そのアニオン種が、混在させる常温溶融塩のアニオン種と異なる物質であることが好ましく、電解液中に2種以上のアニオン種が存在することが好ましい。 The reason why the electricity storage device of the present invention can express high output characteristics at low temperatures is not limited, but there is a different anion species due to the presence of a room temperature molten salt in the electrolyte, Since the amorphous nature of the ion arrangement is improved and crystallization at the molecular level can be suppressed, it is considered that the high ion mobility is expressed as a factor. Therefore, the lithium salt is preferably a substance whose anion species is different from the anion species of the ambient temperature molten salt to be mixed, and it is preferable that two or more anion species exist in the electrolytic solution.
更に、非水溶媒中のリチウム塩濃度は、0.5mol/L以上であり、そして0.5〜2.0mol/Lの範囲が好ましい。リチウム塩濃度が0.5mol/L以上であれば、陰イオンが十分に存在するので蓄電素子の容量が高くなる傾向がある。また、リチウム塩濃度が2.0mol/L以下であれば、未溶解のリチウム塩が該電解液中に析出したり、該電解液の粘度が高くなりすぎたりすることがないので、伝導度が低下せず出力特性も低下しない傾向があるため好ましい。 Furthermore, the lithium salt concentration in the non-aqueous solvent is 0.5 mol / L or more, and a range of 0.5 to 2.0 mol / L is preferable. If the lithium salt concentration is 0.5 mol / L or more, there is a tendency that the capacity of the energy storage device is increased because sufficient anions are present. Moreover, if the lithium salt concentration is 2.0 mol / L or less, the undissolved lithium salt will not precipitate in the electrolyte solution, and the viscosity of the electrolyte solution will not become too high. This is preferable because there is a tendency that the output characteristics do not deteriorate and the output characteristics do not deteriorate.
なお、これらのリチウム塩は、単独で用いてもよく、又は2種以上を混合して用いてもよい。 In addition, these lithium salts may be used independently or may be used in mixture of 2 or more types.
次に、本発明の実施形態における常温溶融塩について記載する。
本発明の実施形態では、蓄電素子が有する常温溶融塩は、環状四級アンモニウム有機物カチオン及び非金属元素から成るアニオンから形成された物質である。
Next, the room temperature molten salt in the embodiment of the present invention will be described.
In the embodiment of the present invention, the room temperature molten salt of the electricity storage device is a substance formed from an anion composed of a cyclic quaternary ammonium organic cation and a nonmetallic element.
環状四級アンモニウム有機物カチオンは、芳香族性の環を有するか、又は脂肪族性の環を有してよい。環状四級アンモニウム有機物カチオンとしては、イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、ピラゾリウムカチオン、トリアゾリウムカチオン、チアゾリウムカチオン、オキサゾリウムカチオン、ピリダジニウムカチオン、ピラジニウムカチオン、ピロリウムカチオン、ピロリニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、ピペリジニウムカチオン等が挙げられる。これらのうち、特に、イミダゾリウムカチオン又はピリジニウムカチオンが好ましい。 The cyclic quaternary ammonium organic cation may have an aromatic ring or an aliphatic ring. Cyclic quaternary ammonium organic cation includes imidazolium cation, pyridinium cation, pyrazolium cation, triazolium cation, thiazolium cation, oxazolium cation, pyridazinium cation, pyrazinium cation, pyrrolium cation Pyrrolinium cation, pyrrolidinium cation, piperidinium cation and the like. Of these, imidazolium cation or pyridinium cation is particularly preferable.
前記イミダゾリウムカチオン又はピリジニウムカチオンとしては、限定されるものではないが、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムイオン、1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムイオン、1,3−ジエチルイミダゾリウムイオン、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムイオン、又はN−ブチルピリジニウムイオンから選ばれる少なくとも1種が非水溶媒に含まれる。 Examples of the imidazolium cation or pyridinium cation include, but are not limited to, 1-ethyl-3-methylimidazolium ion, 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium ion, 1,3-diethylimidazolium ion. , 1-butyl-3-methylimidazolium ion, or N-butylpyridinium ion is included in the non-aqueous solvent.
また、非金属元素から成るアニオンとしては、特に限定されるものではないが、ClO4 −、BF4 −、PF6 −、AsF6 −、CN−、COO−、SO2CF2 −、N(CF3SO2)2 −、N(C2F5SO2)2 −、N(CF3SO2)(C2F5SO2)−、N(CF3SO2)(C4F9SO2)−、C(CF3SO2)3 −、C(C2F5SO2)3 −、p−トルエンスルホナート等が挙げられ、中でも、BF4 −、PF6 −、N(CF3SO2)2 −、C(CF3SO2)3 −、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド又はp−トルエンスルホナートから選択される少なくとも1種が非水溶媒に含まれることが好ましい。また、先述したような理由により、電解液中に、2種以上のアニオン種が存在することが好ましいため、常温溶融塩のアニオンとしては、リチウム塩のアニオン種と異なる物質が利用されることが好ましい。 Further, the anion composed of a nonmetallic element is not particularly limited, but ClO 4 − , BF 4 − , PF 6 − , AsF 6 − , CN − , COO − , SO 2 CF 2 − , N ( CF 3 SO 2) 2 -, N (C 2 F 5 SO 2) 2 -, N (CF 3 SO 2) (C 2 F 5 SO 2) -, N (CF 3 SO 2) (C 4 F 9 SO 2 ) − , C (CF 3 SO 2 ) 3 − , C (C 2 F 5 SO 2 ) 3 − , p-toluenesulfonate, etc., among which BF 4 − , PF 6 − , N (CF 3 SO 2) 2 -, C ( CF 3 SO 2) 3 -, bis (at least one selected from trifluoromethanesulfonyl) imide or p- toluenesulphonate are is preferably contained in the nonaqueous solvent. For the reasons described above, it is preferable that two or more kinds of anion species are present in the electrolytic solution. Therefore, a substance different from the anion species of the lithium salt may be used as the anion of the room temperature molten salt. preferable.
なお、これらの常温溶融塩は、単独で用いてもよく、又は2種以上を混合して用いてもよい。 In addition, these normal temperature molten salts may be used independently or may be used in mixture of 2 or more types.
次に、非水溶媒中に含まれる常温溶融塩以外の溶媒について記載する。
非水溶媒は、常温溶融塩以外に、有機溶媒としては、環状カーボネート及び鎖状カーボネートを含む。環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートなどに代表される化合物が挙げられる。鎖状カーボネートとしては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、ジブチルカーボネートなどに代表される化合物が挙げられる。本発明の蓄電素子では、電解液に環状カーボネート及び鎖状カーボネートを混合し、更に常温溶融塩を混在させることにより、高い誘電率と低い粘度を両立させた非水電解液を得ることができる。
Next, solvents other than the room temperature molten salt contained in the non-aqueous solvent will be described.
The non-aqueous solvent includes a cyclic carbonate and a chain carbonate as the organic solvent in addition to the room temperature molten salt. Examples of the cyclic carbonate include compounds typified by ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate and the like. Examples of the chain carbonate include compounds typified by dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate and the like. In the electricity storage device of the present invention, a nonaqueous electrolytic solution having both a high dielectric constant and a low viscosity can be obtained by mixing a cyclic carbonate and a chain carbonate in an electrolytic solution and further mixing a room temperature molten salt.
本発明の実施形態では、低温時での高い入出力特性と高温時での高いサイクル寿命特性を両立できる非水系リチウム型蓄電素子を提供するため、常温溶融塩の含有率は、該常温溶融塩と該環状カーボネート及び鎖状カーボネートの合計に対して(つまり非水溶媒の全体積に対して)、20体積%〜70体積%であり、より好ましくは、30体積%〜60体積%である。常温溶融塩が20体積%以上であれば、電解液中の該環状カーボネート及び鎖状カーボネートの比率が適度に維持され、そして溶媒の分解量が少なくなると考えられ、その結果、高温時でのサイクル寿命特性が向上する。逆に、常温溶融塩が70体積%以下であれば、電解液の粘度が適度になり、低温時での入出力特性が向上する。 In an embodiment of the present invention, in order to provide a non-aqueous lithium storage element that can achieve both high input / output characteristics at low temperatures and high cycle life characteristics at high temperatures, the content of the room temperature molten salt is And 20% by volume to 70% by volume, and more preferably 30% by volume to 60% by volume, based on the total of the cyclic carbonate and the chain carbonate (that is, based on the total volume of the nonaqueous solvent). If the ambient temperature molten salt is 20% by volume or more, it is considered that the ratio of the cyclic carbonate and the chain carbonate in the electrolytic solution is appropriately maintained, and the amount of decomposition of the solvent is reduced. Life characteristics are improved. On the other hand, when the room temperature molten salt is 70% by volume or less, the viscosity of the electrolytic solution becomes appropriate, and the input / output characteristics at low temperatures are improved.
また、本発明の実施形態では、非水系電解液に、リチウム塩、常温溶融塩、環状カーボネート及び鎖状カーボネート以外に、例えば、γ−ブチロラクトン、プロピオラクトン、バレロラクトン、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタンなどの化合物を適宜添加してもよい。
非水電解液中のアニオンは、少なくともヘキサフルオロリン酸イオン(PF6 −)を含み、かつ2種類以上のアニオンを含むことが好ましい。
Further, in the embodiment of the present invention, in addition to lithium salt, room temperature molten salt, cyclic carbonate and chain carbonate, for example, γ-butyrolactone, propiolactone, valerolactone, tetrahydrofuran, dimethoxyethane, di-acid, A compound such as ethoxyethane may be added as appropriate.
The anion in the nonaqueous electrolytic solution contains at least hexafluorophosphate ion (PF 6 − ), and preferably contains two or more types of anions.
[正極活物質]
正極集電体に含まれる正極活物質としては、活性炭を用いることができる。活性炭の種類及びその原料には特に制限はないが、高容量(すなわち高エネルギー密度)と高出力特性(すなわち高出力密度)とを両立させるために、活性炭の細孔を最適に制御することが好ましい。具体的には、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をV1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をV2(cc/g)としたとき、0.3<V1≦0.8、及び0.5≦V2≦1.0を満たし、かつBET法により測定される比表面積が1500m2/g以上3000m2/g以下である活性炭が好ましい。
[Positive electrode active material]
Activated carbon can be used as the positive electrode active material contained in the positive electrode current collector. There are no particular restrictions on the type of activated carbon and its raw materials, but in order to achieve both high capacity (ie high energy density) and high power characteristics (ie high power density), the pores of the activated carbon can be optimally controlled. preferable. Specifically, the amount of mesopores derived from pores having a diameter of 20 to 500 mm calculated by the BJH method is V1 (cc / g), and the amount of micropores derived from pores having a diameter of less than 20 mm calculated by the MP method is calculated. When V2 (cc / g) is satisfied, 0.3 <V1 ≦ 0.8 and 0.5 ≦ V2 ≦ 1.0 are satisfied, and the specific surface area measured by the BET method is 1500 m 2 / g or more and 3000 m 2. Activated carbon that is less than / g is preferred.
メソ孔量V1は、正極材料を蓄電素子に組み込んだときの出力特性を大きくする点で、0.3cc/gより大きい値であることが好ましく、また、蓄電素子の容量の低下を抑える点から、0.8cc/g以下であることが好ましい。また上記V1は、より好ましくは0.35cc/g以上0.7cc/g以下、さらに好ましくは、0.4cc/g以上0.6cc/g以下である。 The mesopore amount V1 is preferably a value larger than 0.3 cc / g from the viewpoint of increasing the output characteristics when the positive electrode material is incorporated in the power storage element, and also from the viewpoint of suppressing a decrease in the capacity of the power storage element. , Preferably 0.8 cc / g or less. V1 is more preferably 0.35 cc / g or more and 0.7 cc / g or less, and further preferably 0.4 cc / g or more and 0.6 cc / g or less.
一方、マイクロ孔量V2は、活性炭の比表面積を大きくし、容量を増加させるために、0.5cc/g以上であることが好ましく、また、活性炭の嵩を抑え、電極としての密度を増加させ、単位体積あたりの容量を増加させるという点から、1.0cc/g以下であることが好ましい。また上記V2は、より好ましくは、0.6cc/g以上、1.0cc/g以下、さらに好ましくは、0.8cc/g以上、1.0cc/g以下である。 On the other hand, the micropore volume V2 is preferably 0.5 cc / g or more in order to increase the specific surface area of the activated carbon and increase the capacity, and also suppresses the bulk of the activated carbon and increases the density as an electrode. From the viewpoint of increasing the capacity per unit volume, it is preferably 1.0 cc / g or less. The V2 is more preferably 0.6 cc / g or more and 1.0 cc / g or less, and further preferably 0.8 cc / g or more and 1.0 cc / g or less.
また、マイクロ孔量V2に対するメソ孔量V1の比(V1/V2)は、0.3≦V1/V2≦0.9の範囲であることが好ましい。すなわち、高容量を得ながら出力特性の低下を抑えることができる程度に、マイクロ孔量に対するメソ孔量の割合を大きくするという点から、V1/V2が0.3以上であることが好ましく、また、高出力特性を得ながら容量の低下を抑えることができる程度に、メソ孔量に対するマイクロ孔量の割合を大きくするという点から、V1/V2は0.9以下であることが好ましい。また、より好ましいV1/V2の範囲は、0.4≦V1/V2≦0.7、さらに好ましいV1/V2の範囲は、0.55≦V1/V2≦0.7である。 Further, the ratio (V1 / V2) of the mesopore amount V1 to the micropore amount V2 is preferably in the range of 0.3 ≦ V1 / V2 ≦ 0.9. That is, V1 / V2 is preferably 0.3 or more from the viewpoint of increasing the ratio of the mesopore amount to the micropore amount to such an extent that the decrease in output characteristics can be suppressed while obtaining a high capacity. V1 / V2 is preferably 0.9 or less from the viewpoint of increasing the ratio of the micropore amount to the mesopore amount so that the decrease in capacity can be suppressed while obtaining high output characteristics. A more preferable range of V1 / V2 is 0.4 ≦ V1 / V2 ≦ 0.7, and a more preferable range of V1 / V2 is 0.55 ≦ V1 / V2 ≦ 0.7.
本発明において、マイクロ孔量及びメソ孔量は以下のような方法により求められる値である。すなわち、試料を500℃で一昼夜真空乾燥し、窒素を吸着質として吸脱着の等温線の測定を行なう。このときの脱着側の等温線を用いて、マイクロ孔量はMP法により、メソ孔量はBJH法により算出する。 In the present invention, the micropore volume and mesopore volume are values determined by the following method. That is, the sample is vacuum-dried at 500 ° C. all day and night, and the adsorption and desorption isotherm is measured using nitrogen as an adsorbate. Using the isotherm on the desorption side at this time, the micropore volume is calculated by the MP method, and the mesopore volume is calculated by the BJH method.
MP法とは、「t−プロット法」(B.C.Lippens,J.H.de Boer,J.Catalysis,4319(1965))を利用して、マイクロ孔容積、マイクロ孔面積、及びマイクロ孔の分布を求める方法を意味し、M.Mikhail, Brunauer, Bodorにより考案された方法である(R.S.Mikhail,S.Brunauer,E.E.Bodor,J.Colloid Interface Sci.,26,45 (1968))。また、BJH法は一般的にメソ孔の解析に用いられる計算方法で、Barrett, Joyner, Halendaらにより提唱されたものである(E. P. Barrett, L. G. Joyner and P. Halenda, J. Amer. Chem. Soc., 73, 373(1951))。 The MP method uses a “t-plot method” (BC Lippens, JH de Boer, J. Catalysis, 4319 (1965)), and uses a micropore volume, a micropore area, and a micropore. Is a method for obtaining the distribution of M.M. It is a method devised by Mikhail, Brunauer, Bodor (RS Mikhal, S. Brunauer, EE Bodor, J. Colloid Interface Sci., 26, 45 (1968)). The BJH method is a calculation method generally used for analysis of mesopores and was proposed by Barrett, Joyner, Halenda et al. (EP Barrett, LG Joyner and P. Halenda, J Amer. Chem. Soc., 73, 373 (1951)).
活性炭の平均細孔径は、出力を最大にする点から、17Å以上であることが好ましく、18Å以上であることがより好ましく、20Å以上であることが最も好ましい。また容量を最大にする点から、25Å以下であることが好ましい。本明細書で記載する平均細孔径とは、液体窒素温度における各相対圧力下での窒素ガスの各平衡吸着量を測定して得られる重量あたりの全細孔容積をBET比表面積で除して求めたものを指す。 The average pore diameter of the activated carbon is preferably 17 mm or more, more preferably 18 mm or more, and most preferably 20 mm or more in order to maximize the output. Further, from the point of maximizing the capacity, it is preferably 25 mm or less. The average pore diameter described in the present specification is obtained by dividing the total pore volume per weight obtained by measuring each equilibrium adsorption amount of nitrogen gas at each relative pressure at the liquid nitrogen temperature by the BET specific surface area. Point to what you asked for.
活性炭のBET比表面積は、1500m2/g以上3000m2/g以下であることが好ましく、1500m2/g以上2500m2/g以下であることがより好ましい。BET比表面積が1500m2/g以上の場合には、良好なエネルギー密度が得られ易く、一方、BET比表面積が3000m2/g以下の場合には、電極の強度を保つためにバインダーを多量に入れる必要がないので、電極体積当たりの性能が高くなる傾向がある。 BET specific surface area of the activated carbon is preferably from 1500 m 2 / g or more 3000 m 2 / g, more preferably not more than 1500 m 2 / g or more 2500 m 2 / g. When the BET specific surface area is 1500 m 2 / g or more, good energy density is easily obtained. On the other hand, when the BET specific surface area is 3000 m 2 / g or less, a large amount of binder is used to maintain the strength of the electrode. Since it is not necessary to put in, the performance per electrode volume tends to be high.
上記のような特徴を有する活性炭は、例えば以下に説明するような原料及び処理方法を用いて得ることができる。 The activated carbon having the above-described characteristics can be obtained using, for example, raw materials and processing methods as described below.
本発明の実施形態では、活性炭の原料として用いられる炭素源は、特に限定されるものではなく、例えば、木材、木粉、ヤシ殻、パルプ製造時の副産物、バガス、廃糖蜜等の植物系原料;泥炭、亜炭、褐炭、瀝青炭、無煙炭、石油蒸留残渣成分、石油ピッチ、コークス、コールタール等の化石系原料;フェノール樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、レゾルシノール樹脂、セルロイド、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等の各種合成樹脂;ポリブチレン、ポリブタジエン、ポリクロロプレン等の合成ゴム;その他合成木材、合成パルプ等、及びそれらの炭化物が挙げられる。これらの原料の中でも、ヤシ殻、木粉等の植物系原料、及びそれらの炭化物が好ましく、ヤシ殻炭化物が特に好ましい。 In the embodiment of the present invention, the carbon source used as the raw material for the activated carbon is not particularly limited, and for example, plant raw materials such as wood, wood flour, coconut shell, by-products during pulp production, bagasse, and molasses. Fossil materials such as peat, lignite, lignite, bituminous coal, anthracite, petroleum distillation residue components, petroleum pitch, coke, coal tar; phenol resin, vinyl chloride resin, vinyl acetate resin, melamine resin, urea resin, resorcinol resin, celluloid And various synthetic resins such as epoxy resin, polyurethane resin, polyester resin, and polyamide resin; synthetic rubber such as polybutylene, polybutadiene, and polychloroprene; other synthetic wood, synthetic pulp, and their carbides. Among these raw materials, plant-based raw materials such as coconut shells and wood flour, and carbides thereof are preferable, and coconut shell carbides are particularly preferable.
これらの原料を上記活性炭とするための炭化及び賦活の方式としては、例えば固定床方式、移動床方式、流動床方式、スラリー方式、ロータリーキルン方式等の既知の方式を採用できる。 As a method of carbonization and activation for making these raw materials into the activated carbon, known methods such as a fixed bed method, a moving bed method, a fluidized bed method, a slurry method, and a rotary kiln method can be adopted.
これらの原料の炭化方法としては、窒素、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴン、キセノン、ネオン、一酸化炭素、燃焼排ガス等の不活性ガス、又はこれらの不活性ガスを主成分とした他のガスとの混合ガスを使用して、400〜700℃(好ましくは450〜600℃)程度で30分〜10時間程度に亘って焼成する方法が挙げられる。 As a carbonization method of these raw materials, nitrogen, carbon dioxide, helium, argon, xenon, neon, carbon monoxide, an exhaust gas such as combustion exhaust gas, or other gases mainly composed of these inert gases. The method of baking for about 30 minutes-about 10 hours at about 400-700 degreeC (preferably 450-600 degreeC) using mixed gas is mentioned.
上記炭化方法により得られた炭化物の賦活方法としては、水蒸気、二酸化炭素、酸素等の賦活ガスを用いて焼成するガス賦活法が好ましく用いられる。このうち、賦活ガスとして、水蒸気又は二酸化炭素を使用する方法が好ましい。 As a method for activating the carbide obtained by the carbonization method, a gas activation method in which firing is performed using an activation gas such as water vapor, carbon dioxide, or oxygen is preferably used. Among these, a method using water vapor or carbon dioxide as the activation gas is preferable.
この賦活方法では、賦活ガスを0.5〜3.0kg/h(好ましくは0.7〜2.0kg/h)の割合で供給しながら、上記炭化物を3〜12時間(好ましくは5〜11時間、さらに好ましくは6〜10時間)かけて800〜1000℃まで昇温して賦活するのが好ましい。 In this activation method, the carbide is supplied for 3 to 12 hours (preferably 5 to 11) while supplying the activation gas at a rate of 0.5 to 3.0 kg / h (preferably 0.7 to 2.0 kg / h). It is preferable to activate by heating to 800 to 1000 ° C. over a period of time, more preferably 6 to 10 hours.
さらに、上記炭化物の賦活処理に先立ち、あらかじめ上記炭化物を1次賦活してもよい。この1次賦活では、通常、炭素材料を水蒸気、二酸化炭素、酸素等の賦活ガスを用いて、900℃未満の温度で焼成してガス賦活することができる。 Furthermore, prior to the activation treatment of the carbide, the carbide may be activated in advance. In this primary activation, it is usually possible to activate the gas by firing the carbon material at a temperature below 900 ° C. using an activation gas such as water vapor, carbon dioxide or oxygen.
上記炭化方法における焼成温度及び焼成時間と、上記賦活方法における賦活ガス供給量及び昇温速度及び最高賦活温度とを適宜組み合わせることにより、本発明の実施形態において使用できる、上記の特徴を有する活性炭を製造することができる。 By appropriately combining the firing temperature and firing time in the carbonization method, the activation gas supply amount, the heating rate and the maximum activation temperature in the activation method, the activated carbon having the above characteristics, which can be used in the embodiment of the present invention. Can be manufactured.
活性炭の平均粒径は、1〜20μmであることが好ましい。本明細書で記載する平均粒径とは、粒度分布測定装置を用いて粒度分布を測定した際、全体積を100%として累積カーブを求めたとき、その累積カーブが50%となる点の粒子径(すなわち50%径(Median径))を指す。 The average particle size of the activated carbon is preferably 1 to 20 μm. The average particle size described in the present specification is the particle at which the cumulative curve becomes 50% when the cumulative curve is determined with the total volume being 100% when the particle size distribution is measured using a particle size distribution measuring device. Diameter (ie 50% diameter (Median diameter)).
上記平均粒径が1μm以上であると、活物質層の密度が高いために電極体積当たりの容量が高くなる傾向がある。また、平均粒径が小さいことは耐久性が低いという欠点を招来する場合がある。一方で、平均粒径が20μm以下であると、高速充放電には適合し易くなる傾向がある。さらに、上記平均粒径は、好ましくは2〜15μmであり、更に好ましくは3〜10μmである。 When the average particle size is 1 μm or more, the capacity per electrode volume tends to increase because the density of the active material layer is high. In addition, a small average particle size may lead to a drawback of low durability. On the other hand, when the average particle size is 20 μm or less, it tends to be suitable for high-speed charge / discharge. Furthermore, the average particle diameter is preferably 2 to 15 μm, more preferably 3 to 10 μm.
[負極活物質]
負極集電体に含まれる負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料である。また、負極集電体には、この炭素材料に加えて、リチウムチタン複合酸化物、導電性高分子等の、リチウムイオンを吸蔵放出する他の材料が含まれることができる。炭素材料としては、例えば、難黒鉛性カーボン、易黒鉛性カーボン、複合多孔性材料等を挙げることができる。
[Negative electrode active material]
The negative electrode active material contained in the negative electrode current collector is a carbon material that can occlude and release lithium ions. In addition to the carbon material, the negative electrode current collector can contain other materials that occlude and release lithium ions, such as lithium titanium composite oxides and conductive polymers. Examples of the carbon material include non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, and composite porous material.
負極活物質は、さらに好ましくは、活性炭の表面に炭素材料を被着させて成る複合多孔性材料であって、該複合多孔性材料におけるBJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をVm1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をVm2(cc/g)としたとき、0.010≦Vm1≦0.250、0.001≦Vm2≦0.200、及び1.5≦Vm1/Vm2≦20.0を満たす材料である。 More preferably, the negative electrode active material is a composite porous material formed by depositing a carbon material on the surface of activated carbon, and is derived from pores having a diameter of 20 mm or more and 500 mm or less calculated by the BJH method in the composite porous material. When the amount of mesopores to be obtained is Vm1 (cc / g) and the amount of micropores derived from pores having a diameter of less than 20 mm calculated by the MP method is Vm2 (cc / g), 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.250, The material satisfies 0.001 ≦ Vm2 ≦ 0.200 and 1.5 ≦ Vm1 / Vm2 ≦ 20.0.
上記負極活物質は、1種類のみで使用するか、又は2種以上を混合して使用してもよい。 The negative electrode active material may be used alone or in combination of two or more.
上記複合多孔性材料は、例えば、活性炭と炭素材料前駆体とを共存させた状態で、これらを熱処理することにより得ることができる。 The composite porous material can be obtained, for example, by heat-treating activated carbon and a carbon material precursor in the coexistence state.
上記の複合多孔性材料の原料に用いる活性炭に関し、得られる複合多孔性材料が所望の特性を発揮する限り、活性炭を得るための原材料に特に制限はなく、石油系、石炭系、植物系、高分子系等の各種の原材料から得られた市販品を使用することができる。特に、平均粒径が1μm以上15μm以下の活性炭粉末を用いることが好ましい。該平均粒径は、より好ましくは、2μm以上10μm以下である。なお上記平均粒径の測定方法は、上述の正極活物質である活性炭の平均粒径に用いる測定方法と同様である。 Regarding the activated carbon used as a raw material for the composite porous material, as long as the obtained composite porous material exhibits desired characteristics, there are no particular restrictions on the raw material for obtaining the activated carbon, and petroleum-based, coal-based, plant-based, Commercial products obtained from various raw materials such as molecular systems can be used. In particular, it is preferable to use activated carbon powder having an average particle diameter of 1 μm or more and 15 μm or less. The average particle diameter is more preferably 2 μm or more and 10 μm or less. In addition, the measuring method of the said average particle diameter is the same as the measuring method used for the average particle diameter of the activated carbon which is the above-mentioned positive electrode active material.
一方、上記の複合多孔性材料の原料に用いる炭素材料前駆体とは、熱処理することにより、活性炭に炭素材料を被着させることができる、固体、液体、又は溶剤に溶解可能な有機材料であり、例えば、ピッチ、メソカーボンマイクロビーズ、コークス、フェノール樹脂等の合成樹脂等を挙げることができる。これらの炭素材料前駆体の中でも、安価であるピッチを用いることが製造コスト上好ましい。ピッチは、大別して石油系ピッチと石炭系ピッチとに分けられる。例えば、石油系ピッチとしては、原油の蒸留残査、流動性接触分解残査(デカントオイル等)、サーマルクラッカーに由来するボトム油、ナフサクラッキングの際に得られるエチレンタール等が例示される。 On the other hand, a carbon material precursor used as a raw material for the composite porous material is an organic material that can be dissolved in a solid, liquid, or solvent, which can be subjected to heat treatment to deposit the carbon material on activated carbon. Examples thereof include synthetic resins such as pitch, mesocarbon microbeads, coke, and phenol resin. Among these carbon material precursors, it is preferable in terms of production cost to use an inexpensive pitch. Pitch is roughly divided into petroleum pitch and coal pitch. Examples of petroleum pitches include crude oil distillation residue, fluid catalytic cracking residue (decant oil, etc.), bottom oil derived from thermal crackers, ethylene tar obtained during naphtha cracking, and the like.
上記ピッチを用いる場合、複合多孔性材料は、活性炭の表面でピッチの揮発成分又は熱分解成分を熱反応させることによって、該活性炭に炭素材料を被着させることにより得られる。この場合、200〜500℃程度の温度において、ピッチの揮発成分又は熱分解成分の活性炭細孔内への被着が進行し、400℃以上で該被着成分が炭素材料となる反応が進行する。熱処理時のピーク温度は得られる複合多孔性材料の特性、熱反応パターン、熱反応雰囲気等により適宜決定されるものであるが、400℃以上であることが好ましく、より好ましくは450℃〜1000℃であり、さらに好ましくは500〜800℃程度のピーク温度である。また、熱処理時のピーク温度を維持する時間は、30分間〜10時間であればよく、好ましくは1時間〜7時間、より好ましくは2時間〜5時間である。例えば、500〜800℃程度のピーク温度で2時間〜5時間に亘って熱処理する場合、活性炭表面に被着している炭素材料は多環芳香族系炭化水素になっているものと考えられる。 When the pitch is used, the composite porous material is obtained by depositing a carbon material on the activated carbon by thermally reacting the volatile component or pyrolysis component of the pitch on the surface of the activated carbon. In this case, at a temperature of about 200 to 500 ° C., the deposition of pitch volatile components or pyrolysis components into the activated carbon pores proceeds, and at 400 ° C. or higher, the reaction in which the deposited components become carbon materials proceeds. . The peak temperature during the heat treatment is appropriately determined according to the characteristics of the composite porous material to be obtained, the thermal reaction pattern, the thermal reaction atmosphere, etc., but is preferably 400 ° C. or higher, more preferably 450 ° C. to 1000 ° C. More preferably, the peak temperature is about 500 to 800 ° C. Moreover, the time which maintains the peak temperature at the time of heat processing should just be 30 minutes-10 hours, Preferably they are 1 hour-7 hours, More preferably, they are 2 hours-5 hours. For example, when the heat treatment is performed for 2 hours to 5 hours at a peak temperature of about 500 to 800 ° C., the carbon material deposited on the activated carbon surface is considered to be a polycyclic aromatic hydrocarbon.
上記の複合多孔性材料の製造方法は、例えば、炭素材料前駆体から揮発した炭化水素ガスを含む不活性雰囲気中で活性炭を熱処理し、気相で炭素材料を被着させる方法が挙げられる。また、活性炭と炭素材料前駆体とを予め混合し熱処理する方法、又は溶媒に溶解させた炭素材料前駆体を活性炭に塗布して乾燥させた後に熱処理する方法も可能である。 Examples of the method for producing the composite porous material include a method in which activated carbon is heat-treated in an inert atmosphere containing a hydrocarbon gas volatilized from a carbon material precursor, and the carbon material is deposited in a gas phase. In addition, a method in which activated carbon and a carbon material precursor are mixed and heat-treated in advance, or a method in which a carbon material precursor dissolved in a solvent is applied to activated carbon and dried and then heat-treated is also possible.
複合多孔性材料は、活性炭の表面に炭素材料を被着させたものであるが、活性炭の細孔内部に炭素材料を被着させた後の細孔分布が重要であり、メソ孔量及びマイクロ孔量により規定できる。本発明においては、特に、メソ孔量及びマイクロ孔量の絶対値と共に、メソ孔量/マイクロ孔量の比率が重要である。すなわち、本発明の一態様において、上記の複合多孔性材料におけるBJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をVm1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をVm2(cc/g)としたとき、0.010≦Vm1≦0.250、0.001≦Vm2≦0.200、かつ1.5≦Vm1/Vm2≦20.0であることが好ましい。 The composite porous material is obtained by depositing a carbon material on the surface of activated carbon, but the pore distribution after the carbon material is deposited inside the pores of activated carbon is important. It can be defined by the amount of pores. In the present invention, the ratio of mesopore amount / micropore amount is particularly important as well as the absolute values of mesopore amount and micropore amount. That is, in one embodiment of the present invention, the amount of mesopores derived from pores having a diameter of 20 mm or more and 500 mm or less calculated by the BJH method in the composite porous material is Vm1 (cc / g), and the diameter of 20 mm calculated by the MP method is used. When the amount of micropores derived from pores less than Vm2 (cc / g) is 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.250, 0.001 ≦ Vm2 ≦ 0.200, and 1.5 ≦ Vm1 / Vm2 ≦ 20.0 is preferred.
メソ孔量Vm1については、0.010≦Vm1≦0.225がより好ましく、0.010≦Vm1≦0.200が更に好ましい。マイクロ孔量Vm2については、0.001≦Vm2≦0.150がより好ましく、0.001≦Vm2≦0.100が更に好ましい。メソ孔量/マイクロ孔量の比率については、1.5≦Vm1/Vm2≦15.0がより好ましく、1.5≦Vm1/Vm2≦10.0が更に好ましい。メソ孔量Vm1が上限以下(Vm1≦0.250)であれば、リチウムイオンに対する高い充放電効率が維持でき、メソ孔量Vm1及びマイクロ孔量Vm2が下限以上(0.010≦Vm1、0.001≦Vm2)であれば、高出力特性が得られる。 The mesopore amount Vm1 is more preferably 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.225, and further preferably 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.200. About micropore amount Vm2, 0.001 <= Vm2 <= 0.150 is more preferable, and 0.001 <= Vm2 <= 0.100 is still more preferable. The ratio of mesopore amount / micropore amount is more preferably 1.5 ≦ Vm1 / Vm2 ≦ 15.0, and further preferably 1.5 ≦ Vm1 / Vm2 ≦ 10.0. If the mesopore volume Vm1 is less than or equal to the upper limit (Vm1 ≦ 0.250), high charge / discharge efficiency with respect to lithium ions can be maintained, and the mesopore volume Vm1 and the micropore volume Vm2 are equal to or greater than the lower limit (0.010 ≦ Vm1, 0. If 001 ≦ Vm2), high output characteristics can be obtained.
また、孔径の大きいメソ孔内ではマイクロ孔よりもイオン伝導性が高い為、高出力特性を得るためにはメソ孔量が必要であり、一方、孔径の小さいマイクロ孔内では、蓄電素子の耐久性に悪影響を及ぼすとされる水分等の不純物が脱着し難い為、高耐久性を得るためにはマイクロ孔量を制御する必要があると考えられる。したがって、メソ孔量とマイクロ孔量との比率の制御が重要であり、下限以上(1.5≦Vm1/Vm2)の場合、すなわち炭素材料が活性炭のメソ孔よりもマイクロ孔に多く被着し、被着後の複合多孔性材料のメソ孔量が多く、マイクロ孔量が少ない場合に、高エネルギー密度、高出力特性かつ高耐久性(サイクル特性、フロート特性等)が得られる。メソ孔量とマイクロ孔量との比率が上限以下(Vm1/Vm2≦20.0)の場合、高出力特性が得られる。 In addition, since mesopores with a large pore diameter have higher ionic conductivity than micropores, a mesopore amount is necessary to obtain high output characteristics. Since impurities such as moisture, which are thought to adversely affect the properties, are difficult to desorb, it is considered necessary to control the amount of micropores in order to obtain high durability. Therefore, it is important to control the ratio between the amount of mesopores and the amount of micropores. When the ratio is equal to or higher than the lower limit (1.5 ≦ Vm1 / Vm2), that is, the carbon material adheres more to the micropores than the mesopores of activated carbon. When the composite porous material after deposition has a large amount of mesopores and a small amount of micropores, high energy density, high output characteristics and high durability (cycle characteristics, float characteristics, etc.) can be obtained. When the ratio between the mesopore amount and the micropore amount is not more than the upper limit (Vm1 / Vm2 ≦ 20.0), high output characteristics can be obtained.
本発明において、上記のメソ孔量Vm1及びマイクロ孔量Vm2の測定方法は、先述した正極活物質における測定方法と同様である。 In the present invention, the method for measuring the mesopore volume Vm1 and the micropore volume Vm2 is the same as that for the positive electrode active material described above.
本発明の一態様においては、上述のように、活性炭の表面に炭素材料を被着した後のメソ孔量/マイクロ孔量の比率が重要である。本発明で規定する細孔分布範囲の複合多孔性材料を得る為には、原料に用いる活性炭の細孔分布が重要である。 In one embodiment of the present invention, as described above, the mesopore / micropore ratio after the carbon material is deposited on the surface of the activated carbon is important. In order to obtain a composite porous material having a pore distribution range defined in the present invention, the pore distribution of activated carbon used as a raw material is important.
負極活物質としての複合多孔性材料の形成に用いる活性炭においては、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をV1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をV2(cc/g)としたとき、0.050≦V1≦0.500、0.005≦V2≦1.000、かつ0.2≦V1/V2≦20.0であることが好ましい。 In the activated carbon used for forming the composite porous material as the negative electrode active material, the mesopore amount derived from the pores having a diameter of 20 to 500 mm calculated by the BJH method is V1 (cc / g), the diameter calculated by the MP method. When the amount of micropores derived from pores less than 20 mm is V2 (cc / g), 0.050 ≦ V1 ≦ 0.500, 0.005 ≦ V2 ≦ 1.000, and 0.2 ≦ V1 / V2 It is preferable that ≦ 20.0.
メソ孔量V1については、0.050≦V1≦0.350がより好ましく、0.100≦V1≦0.300が更に好ましい。マイクロ孔量V2については、0.005≦V2≦0.850がより好ましく、0.100≦V2≦0.800が更に好ましい。メソ孔量/マイクロ孔量の比率については、0.22≦V1/V2≦15.0がより好ましく、0.25≦V1/V2≦10.0が更に好ましい。活性炭のメソ孔量V1が0.500以下である場合及びマイクロ孔量V2が1.000以下である場合、上記本発明の一態様の複合多孔性材料の細孔構造を得る為には適量の炭素材料を被着させれば足りるので、細孔構造を制御し易くなる傾向がある。一方、活性炭のメソ孔量V1が0.050以上である場合及びマイクロ孔量V2が0.005以上である場合、V1/V2が0.2以上である場合、及びV1/V2が20.0以下である場合は、該活性炭の細孔分布から上記本発明の一態様の複合多孔性材料の細孔構造が容易に得られる傾向がある。 About mesopore amount V1, 0.050 <= V1 <= 0.350 is more preferable, and 0.100 <= V1 <= 0.300 is still more preferable. The micropore amount V2 is more preferably 0.005 ≦ V2 ≦ 0.850, and further preferably 0.100 ≦ V2 ≦ 0.800. The ratio of mesopore amount / micropore amount is more preferably 0.22 ≦ V1 / V2 ≦ 15.0, and further preferably 0.25 ≦ V1 / V2 ≦ 10.0. When the mesopore volume V1 of the activated carbon is 0.500 or less and when the micropore volume V2 is 1.000 or less, an appropriate amount is required to obtain the pore structure of the composite porous material of one embodiment of the present invention. Since it is sufficient to deposit a carbon material, the pore structure tends to be easily controlled. On the other hand, when the mesopore amount V1 of the activated carbon is 0.050 or more, when the micropore amount V2 is 0.005 or more, when V1 / V2 is 0.2 or more, and V1 / V2 is 20.0. In the following cases, the pore structure of the composite porous material of one embodiment of the present invention tends to be easily obtained from the pore distribution of the activated carbon.
本発明における複合多孔性材料の平均粒径は1μm以上10μm以下であることが好ましい。下限については、より好ましくは2μm以上であり、更に好ましくは2.5μm以上である。上限については、より好ましくは6μm以下であり、更に好ましくは4μm以下である。平均粒径が1μm以上10μm以下であれば良好な耐久性が保たれる。上記の複合多孔性材料の平均粒径の測定方法は、上述の正極活物質の活性炭の平均粒径に用いる測定方法と同様である。 The average particle size of the composite porous material in the present invention is preferably 1 μm or more and 10 μm or less. About a lower limit, More preferably, it is 2 micrometers or more, More preferably, it is 2.5 micrometers or more. About an upper limit, More preferably, it is 6 micrometers or less, More preferably, it is 4 micrometers or less. If the average particle size is 1 μm or more and 10 μm or less, good durability is maintained. The measurement method of the average particle diameter of said composite porous material is the same as the measurement method used for the average particle diameter of the activated carbon of the above-mentioned positive electrode active material.
上記の複合多孔性材料において、水素原子/炭素原子の原子数比(以下、H/Cともいう。)は、0.05以上0.35以下であることが好ましく、0.05以上0.15以下であることがより好ましい。H/Cが0.35以下である場合には、活性炭表面に被着している炭素材料の構造(典型的には多環芳香族系共役構造)が十分に発達するので、容量(エネルギー密度)及び充放電効率が高くなるため好ましい。一方、H/Cが0.05以上である場合には、炭素化が過度に進行することはないため十分なエネルギー密度を得られる。なお、H/Cは元素分析装置により測定される。 In the above composite porous material, the atomic ratio of hydrogen atoms / carbon atoms (hereinafter also referred to as H / C) is preferably 0.05 or more and 0.35 or less, and 0.05 or more and 0.15. The following is more preferable. When H / C is 0.35 or less, the structure (typically polycyclic aromatic conjugated structure) of the carbon material deposited on the activated carbon surface is sufficiently developed, so the capacity (energy density) ) And charging / discharging efficiency is high. On the other hand, when H / C is 0.05 or more, since carbonization does not proceed excessively, a sufficient energy density can be obtained. H / C is measured by an elemental analyzer.
また、通常、上記複合多孔性材料は、原料の活性炭に由来するアモルファス構造を有するとともに主に被着した炭素材料に由来する結晶構造を有する。X線広角回折法によると、該複合多孔性材料は、高い出力特性を発現するためには結晶性が低い構造が好ましく、充放電における可逆性を保つには結晶性が高い構造が好ましいという観点から、(002)面の面間隔d002が3.60Å以上4.00Å以下であり、このピークの半価幅から得られるc軸方向の結晶子サイズLcが8.0Å以上20.0Å以下であるものが好ましく、d002が3.60Å以上3.75Å以下であり、このピークの半価幅から得られるc軸方向の結晶子サイズLcが11.0Å以上16.0Å以下であるものがより好ましい。 In addition, the composite porous material usually has an amorphous structure derived from the activated carbon as a raw material and a crystal structure mainly derived from the deposited carbon material. According to the X-ray wide angle diffraction method, the composite porous material preferably has a structure with low crystallinity in order to exhibit high output characteristics, and has a structure with high crystallinity in order to maintain reversibility in charge and discharge. From the (002) plane spacing d 002 is 3.60 to 4.00 mm, and the crystallite size Lc in the c-axis direction obtained from the half width of this peak is 8.0 to 20.0 mm. Some are preferable, d 002 is 3.60 to 3.75 Å, and the crystallite size Lc in the c-axis direction obtained from the half width of this peak is 11.0 to 16.0 よ り. preferable.
[その他の構成要素]
本発明の実施形態では、非水系リチウム型蓄電素子は、上述の電解液、正極活物質、及び負極活物質に加えて、集電体、活物質層における活物質以外の成分、電極体、セパレータ、外装体等を含む。以下、これらの構成要素について説明する。
[Other components]
In an embodiment of the present invention, the nonaqueous lithium-type energy storage device includes a current collector, a component other than the active material in the active material layer, an electrode body, and a separator in addition to the above-described electrolyte solution, positive electrode active material, and negative electrode active material. Including exterior bodies. Hereinafter, these components will be described.
(集電体)
集電体は、通常、蓄電素子において、溶出及び反応等の劣化がおこらない金属箔である。この金属箔としては、特に制限はなく、例えば、銅箔、アルミニウム箔等が挙げられる。本発明の蓄電素子においては、正極集電体をアルミニウム箔、負極集電体を銅箔とすることが好ましい。
(Current collector)
The current collector is usually a metal foil that does not deteriorate such as elution and reaction in a power storage element. There is no restriction | limiting in particular as this metal foil, For example, copper foil, aluminum foil, etc. are mentioned. In the electricity storage device of the present invention, the positive electrode current collector is preferably an aluminum foil and the negative electrode current collector is preferably a copper foil.
また、集電体は貫通孔を持たない通常の金属箔でもよいし、貫通孔を有する金属箔でもよい。集電体の厚みは、特に制限はないが、1〜100μmが好ましい。集電体の厚みが1μm以上であると、活物質層を集電体に固着させて成る電極体(本発明における正極及び負極)の形状及び強度を保持できるため好ましい。一方で、集電体の厚みが100μm以下であると、蓄電素子としての重量及び体積が適度になり、そして重量及び体積当たりの性能が高く傾向があるため好ましい。 Further, the current collector may be a normal metal foil having no through hole or a metal foil having a through hole. The thickness of the current collector is not particularly limited but is preferably 1 to 100 μm. The thickness of the current collector of 1 μm or more is preferable because the shape and strength of the electrode body (positive electrode and negative electrode in the present invention) formed by fixing the active material layer to the current collector can be maintained. On the other hand, it is preferable that the current collector has a thickness of 100 μm or less because the weight and volume of the electricity storage element are appropriate and the performance per weight and volume tends to be high.
(活物質層における活物質以外の成分)
活物質層には、既知のリチウムイオン電池、キャパシタ等で活物質層に含まれる既知の成分を用いることができる。活物質層には、前述した正極活物質又は負極活物質以外に、既知の成分、例えば、バインダー、導電フィラー、増粘剤等を含ませることができ、その種類には特に制限はない。以下、非水系リチウム型蓄電素子における活物質層の成分の詳細を述べる。
(Ingredients other than the active material in the active material layer)
As the active material layer, a known component contained in the active material layer of a known lithium ion battery, a capacitor, or the like can be used. In addition to the above-described positive electrode active material or negative electrode active material, the active material layer can contain known components such as a binder, a conductive filler, a thickener, and the like, and the type thereof is not particularly limited. Hereinafter, the details of the components of the active material layer in the non-aqueous lithium storage element will be described.
活物質層は、必要に応じ導電性フィラー、例えばカーボンブラック等を含むことができる。導電性フィラーの使用量は、活物質100質量部に対して0〜30質量部が好ましく、1〜20質量部がより好ましい。導電性フィラーは、高出力密度の観点からは用いることが好ましいが、上記使用量が30質量部以下であると、活物質層に占める活物質の量の割合が高くなり、そして体積当たりの出力密度が多くなる傾向があるため好ましい。 The active material layer can contain a conductive filler, such as carbon black, if necessary. 0-30 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of active materials, and, as for the usage-amount of an electroconductive filler, 1-20 mass parts is more preferable. The conductive filler is preferably used from the viewpoint of high power density, but when the amount used is 30 parts by mass or less, the proportion of the amount of the active material in the active material layer is high, and the output per volume is high. This is preferable because the density tends to increase.
上記の活物質、更に必要に応じて使用する導電性フィラーを、活物質層として集電体上に固着させるために、バインダーとして、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ素ゴム、スチレンブタジエン共重合体、セルロース誘導体等を用いることができる。バインダーの使用量は活物質100質量部に対して3〜20質量部の範囲が好ましく、5〜15質量部の範囲がより好ましい。バインダーの上記使用量が20質量部以下であるとき、活物質の表面をバインダーが覆わないので、イオンの出入りが速くなり、高出力密度が得られ易い傾向があるため好ましい。一方で、バインダーの上記使用量が3質量部以上であるとき、活物質層を集電体上に固着し易くなる傾向があるため好ましい。 In order to fix the above-mentioned active material and further the conductive filler used as necessary on the current collector as an active material layer, as a binder, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluorine Rubber, styrene butadiene copolymer, cellulose derivative and the like can be used. The amount of the binder used is preferably in the range of 3 to 20 parts by mass and more preferably in the range of 5 to 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the active material. When the amount of the binder used is 20 parts by mass or less, since the binder does not cover the surface of the active material, ions can enter and exit quickly, and high power density tends to be obtained, which is preferable. On the other hand, when the usage-amount of a binder is 3 mass parts or more, since there exists a tendency which becomes easy to adhere an active material layer on a collector, it is preferable.
尚、本発明における電極体は、活物質層を集電体の上面(片面)のみに形成したもの、又は上下面(両面)に形成したものでもよい。 The electrode body in the present invention may be one in which the active material layer is formed only on the upper surface (one surface) of the current collector or the upper and lower surfaces (both surfaces).
(電極体)
電極体は、活物質層を集電体に固着させて成る。電極体において、活物質層の厚みは、通常、30〜200μm程度が好ましい。活物質層の厚みが30μm以上であると、蓄電素子全体に対する活物質量の割合が多くなり、エネルギー密度も多くなる傾向があるため好ましい。一方で、活物質層の厚みが200μm以下であると、電極内部の抵抗が小さくなり、出力密度が上がる傾向があるため好ましい。
(Electrode body)
The electrode body is formed by fixing an active material layer to a current collector. In the electrode body, the thickness of the active material layer is usually preferably about 30 to 200 μm. It is preferable that the thickness of the active material layer be 30 μm or more because the ratio of the amount of active material to the entire power storage element increases and the energy density tends to increase. On the other hand, it is preferable that the thickness of the active material layer is 200 μm or less because the resistance inside the electrode is reduced and the output density tends to increase.
電極体は、既知のリチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ等の電極製造技術により製造することが可能であり、例えば、活物質を含む各種材料を水又は有機溶剤によりスラリー状にし、活物質層を集電体上に塗布して乾燥し、必要に応じてプレスすることにより得られる。また、溶剤を使用せずに、活物質を含む各種材料を乾式で混合し、活物質をプレス成型した後、導電性接着剤を用いて集電体に貼り付けることも可能である。 The electrode body can be manufactured by an electrode manufacturing technique such as a known lithium ion battery or an electric double layer capacitor. For example, various materials including an active material are slurried with water or an organic solvent, and the active material layer is formed. It is obtained by coating on a current collector, drying, and pressing as necessary. Further, various materials including an active material can be dry-mixed without using a solvent, the active material can be press-molded, and then attached to the current collector using a conductive adhesive.
(セパレータ)
成型された正極電極体及び負極電極体は、セパレータを介して積層又は捲廻積層され、金属缶又はラミネートフィルムから形成された外装体内に挿入される。セパレータとしては、リチウムイオン二次電池に用いられるポリエチレン製の微多孔膜若しくはポリプロピレン製の微多孔膜、又は電気二重層キャパシタで用いられるセルロース製の不織紙等を用いることができる。
(Separator)
The formed positive electrode body and negative electrode body are laminated or wound around via a separator, and inserted into an outer package formed from a metal can or a laminated film. As the separator, a polyethylene microporous film or a polypropylene microporous film used in a lithium ion secondary battery, a cellulose nonwoven paper used in an electric double layer capacitor, or the like can be used.
セパレータの厚みは10μm以上50μm以下が好ましい。10μm以上の厚みでは、内部のマイクロショートによる自己放電が小さくなる傾向があるため好ましい。一方で、50μm以下の厚みでは、蓄電素子の出力特性が高くなる傾向があるため好ましい。 The thickness of the separator is preferably 10 μm or more and 50 μm or less. A thickness of 10 μm or more is preferable because self-discharge due to internal micro-shorts tends to be small. On the other hand, a thickness of 50 μm or less is preferable because the output characteristics of the storage element tend to be high.
(外装体)
外装体としては、金属缶、ラミネートフィルムなどを使用できる。この金属缶としては、アルミニウム製のものが好ましい。また、このラミネートフィルムとしては、金属箔と樹脂フィルムとを積層したフィルムが好ましく、外層樹脂フィルム/金属箔/内装樹脂フィルムから成る3層構成のものが例示される。外層樹脂フィルムは接触等により金属箔が損傷を受けることを防止するためのものであり、ナイロン又はポリエステル等の樹脂が好適に使用できる。金属箔は水分及びガスの透過を防ぐためのものであり、銅、アルミニウム、ステンレス等の箔が好適に使用できる。また、内装樹脂フィルムは、内部に収納する電解液から金属箔を保護するとともに、ヒートシール時に溶融封口させるためのものであり、ポリオレフィン、酸変成ポリオレフィン等が好適に使用できる。
(Exterior body)
A metal can, a laminate film, or the like can be used as the exterior body. The metal can is preferably made of aluminum. Moreover, as this laminate film, the film which laminated | stacked metal foil and the resin film is preferable, and the thing of the 3 layer structure which consists of an outer layer resin film / metal foil / interior resin film is illustrated. The outer layer resin film is for preventing the metal foil from being damaged by contact or the like, and a resin such as nylon or polyester can be suitably used. The metal foil is for preventing the permeation of moisture and gas, and foils of copper, aluminum, stainless steel and the like can be suitably used. The interior resin film protects the metal foil from the electrolyte contained therein and melts and seals it at the time of heat sealing. Polyolefin, acid-modified polyolefin, and the like can be suitably used.
(リチウムイオンの前ドープ法)
なお本発明において、負極電極体には、あらかじめリチウムイオンをドープしておくことができる。ドープする方法としては、既知の方法、例えば、負極活物質層にリチウム金属箔を積層した状態で負極電極体を組み立て、これを非水系電解液に入れる方法を使用することができる。リチウムイオンをドープしておくことにより、蓄電素子の容量及び作動電圧を制御することが可能である。
(Lithium ion pre-doping method)
In the present invention, the negative electrode body can be previously doped with lithium ions. As a method for doping, a known method, for example, a method in which a negative electrode body is assembled in a state where a lithium metal foil is laminated on a negative electrode active material layer, and this is put in a nonaqueous electrolytic solution can be used. By doping with lithium ions, the capacity and operating voltage of the power storage element can be controlled.
以下に、本発明を実施例及び比較例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.
<実施例1>
[正極電極体の作製]
破砕されたヤシ殻炭化物を、小型炭化炉において窒素中、500℃で3時間炭化処理した。処理後の該炭化物を賦活炉内へ入れ、1kg/hの水蒸気を予熱炉で加温した状態で該賦活炉内へ投入し、900℃まで8時間かけて昇温した後に取り出し、窒素雰囲気下で冷却して活性炭を得た。得られた活性炭を10時間通水洗浄した後に水切りした。その後、115℃に保持された電気乾燥機内で10時間乾燥した後に、ボールミルで1時間粉砕を行い、活性炭1を得た。島津製作所社製レーザー回折式粒度分布測定装置(SALD−2000J)を用いて平均粒径を測定した結果、4.2μmであった。また、ユアサアイオニクス社製細孔分布測定装置(AUTOSORB−1 AS−1−MP)で、細孔分布を測定した。その結果、BET比表面積は2360m2/g、メソ孔量(V1)は0.52cc/g、マイクロ孔量(V2)は0.88cc/gであった。
<Example 1>
[Preparation of positive electrode body]
The crushed palm shell carbide was carbonized in nitrogen in a small carbonization furnace at 500 ° C. for 3 hours. The treated carbide is placed in an activation furnace, 1 kg / h of steam is heated in a preheating furnace, and the temperature is raised to 900 ° C. over 8 hours. To obtain activated carbon. The obtained activated carbon was washed with water for 10 hours and then drained. Then, after drying for 10 hours in an electric dryer maintained at 115 ° C., pulverization was performed for 1 hour with a ball mill to obtain activated carbon 1. It was 4.2 micrometers as a result of measuring an average particle diameter using the Shimadzu Corporation laser diffraction type particle size distribution measuring device (SALD-2000J). In addition, the pore distribution was measured with a pore distribution measuring apparatus (AUTOSORB-1 AS-1-MP) manufactured by Yuasa Ionics. As a result, the BET specific surface area was 2360 m 2 / g, the mesopore volume (V1) was 0.52 cc / g, and the micropore volume (V2) was 0.88 cc / g.
活性炭1を80.8質量部、ケッチェンブラック6.2質量部及びPVDF(ポリフッ化ビニリデン)を10質量部、PVP(ポリビニルピロリドン)を3.0質量部、並びにNMP(N−メチルピロリドン)を混合して、スラリーを得た。次いで、得られたスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔の片面に塗布し、乾燥し、プレスして、活物質層の厚さが55μmの正極電極体を得た。 80.8 parts by mass of activated carbon 1, 6.2 parts by mass of ketjen black, 10 parts by mass of PVDF (polyvinylidene fluoride), 3.0 parts by mass of PVP (polyvinylpyrrolidone), and NMP (N-methylpyrrolidone) Mixing to obtain a slurry. Next, the obtained slurry was applied to one side of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried, and pressed to obtain a positive electrode body having an active material layer thickness of 55 μm.
[負極電極体の作製]
市販のヤシ殻活性炭について、ユアサアイオニクス社製細孔分布測定装置(AUTOSORB−1 AS−1−MP)で、窒素を吸着質として細孔分布を測定した。比表面積はBET1点法により求めた。また、上述したように、脱着側の等温線を用いて、メソ孔量はBJH法により、マイクロ孔量はMP法によりそれぞれ求めた。その結果、BET比表面積が1,780m2/g、メソ孔量が0.198cc/g、マイクロ孔量が0.695cc/g、V1/V2=0.29、平均細孔径が21.2Åであった。
[Preparation of negative electrode body]
With respect to commercially available coconut shell activated carbon, the pore distribution was measured using nitrogen as an adsorbate with a pore distribution measuring device (AUTOSORB-1 AS-1-MP) manufactured by Yuasa Ionics. The specific surface area was determined by the BET single point method. Further, as described above, using the isotherm on the desorption side, the mesopore amount was determined by the BJH method, and the micropore amount was determined by the MP method. As a result, the BET specific surface area was 1,780 m 2 / g, the mesopore volume was 0.198 cc / g, the micropore volume was 0.695 cc / g, V1 / V2 = 0.29, and the average pore diameter was 21.2 mm. there were.
このヤシ殻活性炭150gをステンレススチールメッシュ製の籠に入れ、石炭系ピッチ(軟化点:50℃)270gを入れたステンレス製バットの上に置き、電気炉(炉内有効寸法300mm×300mm×300mm)内に設置して、熱反応を行った。熱処理は窒素雰囲気下で、600℃まで8時間で昇温し、同温度で4時間保持することによって行い、続いて自然冷却により60℃まで冷却した後、炉から取り出し、負極材料となる複合多孔性材料1を得た。得られた複合多孔性材料1を上記活性炭1と同様に測定したところ、BET比表面積が262m2/g、メソ孔量(Vm1)が0.1798cc/g、マイクロ孔量(Vm2)が0.0843cc/g、Vm1/Vm2=2.13であった。 150 g of this coconut shell activated carbon is placed in a stainless steel mesh jar and placed on a stainless steel bat containing 270 g of a coal-based pitch (softening point: 50 ° C.). It installed in and performed the heat reaction. Heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere by raising the temperature to 600 ° C. in 8 hours and holding at that temperature for 4 hours. Subsequently, after cooling to 60 ° C. by natural cooling, the composite porous material that is taken out from the furnace and becomes a negative electrode material The material 1 was obtained. When the obtained composite porous material 1 was measured in the same manner as the activated carbon 1, the BET specific surface area was 262 m 2 / g, the mesopore volume (Vm1) was 0.1798 cc / g, and the micropore volume (Vm2) was 0.00. 0843 cc / g and Vm1 / Vm2 = 2.13.
上記複合多孔性材料1を83.4質量部、アセチレンブラックを8.3質量部及びPVDF(ポリフッ化ビニリデン)を8.3質量部、並びにNMP(N−メチルピロリドン)を混合して、スラリーを得た。次いで、得られたスラリーを厚さ15μmの銅箔の片面に塗布し、乾燥し、プレスして、活物質層の厚さが60μmの負極電極体を得た。この電極体に、複合多孔性材料1の単位重量あたり760mAh/gに相当するリチウムイオンを、リチウム金属箔を用いて電気化学的にドーピングした。 83.4 parts by mass of the composite porous material 1, 8.3 parts by mass of acetylene black, 8.3 parts by mass of PVDF (polyvinylidene fluoride), and NMP (N-methylpyrrolidone) are mixed to prepare a slurry. Obtained. Next, the obtained slurry was applied to one side of a copper foil having a thickness of 15 μm, dried and pressed to obtain a negative electrode body having an active material layer thickness of 60 μm. The electrode body was electrochemically doped with lithium ions corresponding to 760 mAh / g per unit weight of the composite porous material 1 using a lithium metal foil.
[電解液の調製]
エチレンカーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート(MEC)と常温溶融塩である1−エチル−3−メチルイミダゾリウム・ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(EMI・TFSI)を体積比率で16:64:20となる混合溶媒液に、1mol/lの濃度でLiPF6を溶解して得た溶液を電解液として使用した。このとき、常温溶融塩の混合溶媒全体にしめる割合は20体積%である。
[Preparation of electrolyte]
Ethylene carbonate (EC), methyl ethyl carbonate (MEC), and 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (EMI.TFSI) which is a room temperature molten salt in a volume ratio of 16:64:20 A solution obtained by dissolving LiPF 6 in a mixed solvent solution at a concentration of 1 mol / l was used as an electrolytic solution. At this time, the proportion of the mixed solvent of the room temperature molten salt is 20% by volume.
[蓄電素子の組立と性能]
得られた負極電極体と正極電極体との間に、セルロース製不織布セパレータ(厚み30μm)を積層して、ラミネートフィルムから形成された外装体内に挿入し、上記電解液を注入して該外装体を密閉し、非水系リチウム型蓄電素子を組立てた。
[Assembly and performance of storage element]
A cellulose nonwoven fabric separator (thickness: 30 μm) is laminated between the obtained negative electrode body and the positive electrode body, inserted into an exterior body formed from a laminate film, and the electrolyte solution is injected into the exterior body. Was sealed, and a non-aqueous lithium storage element was assembled.
作製した蓄電素子を25℃の環境下で特性評価を行った。1.5Cの電流量で4.0Vまで充電し、その後4.0Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を2時間行った。続いて、1.5Cの電流量で2.0Vまで放電した。次に、−30℃の環境下で特性評価を行った。上記と同様な充電を行い、500Cの電流量で2.0Vまで放電した。25℃の1.5Cでの放電容量に対する、−30℃の500Cでの放電容量の比率は、11%であった。 The produced power storage device was evaluated in a 25 ° C. environment. The battery was charged to 4.0 V with a current amount of 1.5 C, and then subjected to constant current constant voltage charging in which a constant voltage of 4.0 V was applied for 2 hours. Subsequently, the battery was discharged to 2.0 V with a current amount of 1.5 C. Next, the characteristics were evaluated in an environment of −30 ° C. The same charge as the above was performed, and the battery was discharged to 2.0 V with a current amount of 500C. The ratio of the discharge capacity at 500 C at -30 ° C. to the discharge capacity at 1.5 C at 25 ° C. was 11%.
更に、高温耐久性試験を60℃下、4.0V印加の条件で行った。試験開始時(0hとする)と1000h経過後における容量維持率と抵抗倍率を測定した。ここでいう容量維持率(%)とは、1.5Cの電流量での放電容量において、{(1000h経過後の放電容量)/(0hでの放電容量)}×100で表される数値である。また抵抗倍率とは、(1000h経過後の0.1Hzでの抵抗値)/(0hでの0.1Hzでの抵抗値)で表される数値である。1000h経過後の容量維持率は97%、抵抗倍率は1.6であった。 Further, a high temperature durability test was performed at 60 ° C. under the condition of 4.0 V application. The capacity retention rate and resistance magnification at the start of the test (0 h) and after 1000 h had been measured. The capacity retention rate (%) here is a numerical value represented by {(discharge capacity after elapse of 1000 h) / (discharge capacity at 0 h)} × 100 in the discharge capacity at a current amount of 1.5 C. is there. The resistance magnification is a numerical value represented by (resistance value at 0.1 Hz after elapse of 1000 h) / (resistance value at 0.1 Hz at 0 h). After 1000 hours, the capacity retention rate was 97%, and the resistance magnification was 1.6.
<実施例2>
[正極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
<Example 2>
[Preparation of positive electrode body]
It was produced in the same manner as in Example 1.
[負極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[Preparation of negative electrode body]
It was produced in the same manner as in Example 1.
[電解液の調製]
エチレンカーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート(MEC)と常温溶融塩である1−エチル−3−メチルイミダゾリウム・ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(EMI・TFSI)を体積比率で10:40:50となる混合溶媒液に、1mol/lの濃度でLiPF6を溶解して得た溶液を電解液として使用した。このとき、常温溶融塩の混合溶媒全体にしめる割合は50体積%である。
[Preparation of electrolyte]
Ethylene carbonate (EC), methyl ethyl carbonate (MEC), and 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (EMI.TFSI), which is a room temperature molten salt, at a volume ratio of 10:40:50 A solution obtained by dissolving LiPF 6 in a mixed solvent solution at a concentration of 1 mol / l was used as an electrolytic solution. At this time, the proportion of the mixed solvent of the room temperature molten salt is 50% by volume.
[蓄電素子の組立と性能]
実施例1と同様に非水系リチウム型蓄電素子を組立てた。
作製した蓄電素子を実施例1と同様に評価した結果、25℃の1.5Cでの放電容量に対する、−30℃の500Cでの放電容量の比率は、8.5%であった。また、1000h経過後の容量維持率は97%、抵抗倍率は1.4であった。
[Assembly and performance of storage element]
A non-aqueous lithium storage element was assembled in the same manner as in Example 1.
As a result of evaluating the produced storage element in the same manner as in Example 1, the ratio of the discharge capacity at -30 ° C. at 500 C to the discharge capacity at 25 ° C. at 1.5 C was 8.5%. Further, the capacity retention rate after elapse of 1000 hours was 97%, and the resistance magnification was 1.4.
<実施例3>
[正極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
<Example 3>
[Preparation of positive electrode body]
It was produced in the same manner as in Example 1.
[負極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[Preparation of negative electrode body]
It was produced in the same manner as in Example 1.
[電解液の調製]
エチレンカーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート(MEC)と常温溶融塩である1−エチル−3−メチルイミダゾリウム・ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(EMI・TFSI)を体積比率で6:24:70となる混合溶媒液に、1mol/lの濃度でLiPF6を溶解して得た溶液を電解液として使用した。このとき、常温溶融塩の混合溶媒全体にしめる割合は70体積%である。
[Preparation of electrolyte]
Ethylene carbonate (EC), methyl ethyl carbonate (MEC), and 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (EMI.TFSI) which is a room temperature molten salt in a volume ratio of 6:24:70 A solution obtained by dissolving LiPF 6 in a mixed solvent solution at a concentration of 1 mol / l was used as an electrolytic solution. At this time, the proportion of the mixed solvent of the room temperature molten salt is 70% by volume.
[蓄電素子の組立と性能]
実施例1と同様に非水系リチウム型蓄電素子を組立てた。
作製した蓄電素子を実施例1と同様に評価した結果、25℃の1.5Cでの放電容量に対する、−30℃の500Cでの放電容量の比率は、6.3%であった。また、1000h経過後の容量維持率は98%、抵抗倍率は1.35であった。
[Assembly and performance of storage element]
A non-aqueous lithium storage element was assembled in the same manner as in Example 1.
As a result of evaluating the produced power storage element in the same manner as in Example 1, the ratio of the discharge capacity at 500 C at -30 ° C. to the discharge capacity at 1.5 C at 25 ° C. was 6.3%. In addition, the capacity retention rate after 1000 hours was 98%, and the resistance magnification was 1.35.
<実施例4>
[正極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
<Example 4>
[Preparation of positive electrode body]
It was produced in the same manner as in Example 1.
[負極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[Preparation of negative electrode body]
It was produced in the same manner as in Example 1.
[電解液の調製]
エチレンカーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート(MEC)と常温溶融塩である1,3−ジエチルイミダゾリウム・p−トルエンスルホナート(EEI・p−トルエンスルホナート)を体積比率で16:64:20となる混合溶媒液に、1mol/lの濃度でLiPF6を溶解して得た溶液を電解液として使用した。このとき、常温溶融塩の混合溶媒全体にしめる割合は20体積%である。
[Preparation of electrolyte]
Ethylene carbonate (EC), methyl ethyl carbonate (MEC) and room temperature molten salt 1,3-diethylimidazolium p-toluenesulfonate (EEI p-toluenesulfonate) at a volume ratio of 16:64:20 A solution obtained by dissolving LiPF 6 in a mixed solvent solution at a concentration of 1 mol / l was used as an electrolytic solution. At this time, the proportion of the mixed solvent of the room temperature molten salt is 20% by volume.
[蓄電素子の組立と性能]
実施例1と同様に非水系リチウム型蓄電素子を組立てた。
作製した蓄電素子を実施例1と同様に評価した結果、25℃の1.5Cでの放電容量に対する、−30℃の500Cでの放電容量の比率は、10%であった。また、1000h経過後の容量維持率は97%、抵抗倍率は1.6であった。
[Assembly and performance of storage element]
A non-aqueous lithium storage element was assembled in the same manner as in Example 1.
As a result of evaluating the produced electric storage element in the same manner as in Example 1, the ratio of the discharge capacity at −30 ° C. at 500 C to the discharge capacity at 25 ° C. at 1.5 C was 10%. Further, the capacity retention rate after elapse of 1000 hours was 97%, and the resistance magnification was 1.6.
<実施例5>
[正極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
<Example 5>
[Preparation of positive electrode body]
It was produced in the same manner as in Example 1.
[負極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[Preparation of negative electrode body]
It was produced in the same manner as in Example 1.
[電解液の調製]
エチレンカーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート(MEC)と常温溶融塩である1,3−ジエチルイミダゾリウム・p−トルエンスルホナート(EEI・p−トルエンスルホナート)を体積比率で10:40:50となる混合溶媒液に、1mol/lの濃度でLiPF6を溶解して得た溶液を電解液として使用した。このとき、常温溶融塩の混合溶媒全体にしめる割合は50体積%である。
[Preparation of electrolyte]
Ethylene carbonate (EC), methyl ethyl carbonate (MEC) and room temperature molten salt 1,3-diethylimidazolium p-toluenesulfonate (EEI p-toluenesulfonate) at a volume ratio of 10:40:50 A solution obtained by dissolving LiPF 6 in a mixed solvent solution at a concentration of 1 mol / l was used as an electrolytic solution. At this time, the proportion of the mixed solvent of the room temperature molten salt is 50% by volume.
[蓄電素子の組立と性能]
実施例1と同様に非水系リチウム型蓄電素子を組立てた。
作製した蓄電素子を実施例1と同様に評価した結果、25℃の1.5Cでの放電容量に対する、−30℃の500Cでの放電容量の比率は、7.8%であった。また、1000h経過後の容量維持率は97%、抵抗倍率は1.35であった。
[Assembly and performance of storage element]
A non-aqueous lithium storage element was assembled in the same manner as in Example 1.
As a result of evaluating the produced power storage element in the same manner as in Example 1, the ratio of the discharge capacity at -30 ° C. at 500 C to the discharge capacity at 25 ° C. at 1.5 C was 7.8%. Moreover, the capacity retention rate after the lapse of 1000 hours was 97%, and the resistance magnification was 1.35.
<実施例6>
[正極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
<Example 6>
[Preparation of positive electrode body]
It was produced in the same manner as in Example 1.
[負極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[Preparation of negative electrode body]
It was produced in the same manner as in Example 1.
[電解液の調製]
エチレンカーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート(MEC)と常温溶融塩である1,3−ジエチルイミダゾリウム・p−トルエンスルホナート(EEI・p−トルエンスルホナート)を体積比率で6:24:70となる混合溶媒液に、1mol/lの濃度でLiPF6を溶解して得た溶液を電解液として使用した。このとき、常温溶融塩の混合溶媒全体にしめる割合は70体積%である。
[Preparation of electrolyte]
Ethylene carbonate (EC), methyl ethyl carbonate (MEC) and room temperature molten salt 1,3-diethylimidazolium p-toluenesulfonate (EEI p-toluenesulfonate) in a volume ratio of 6:24:70 A solution obtained by dissolving LiPF 6 in a mixed solvent solution at a concentration of 1 mol / l was used as an electrolytic solution. At this time, the proportion of the mixed solvent of the room temperature molten salt is 70% by volume.
[蓄電素子の組立と性能]
実施例1と同様に非水系リチウム型蓄電素子を組立てた。
作製した蓄電素子を実施例1と同様に評価した結果、25℃の1.5Cでの放電容量に対する、−30℃の500Cでの放電容量の比率は、6.0%であった。また、1000h経過後の容量維持率は98%、抵抗倍率は1.35であった。
[Assembly and performance of storage element]
A non-aqueous lithium storage element was assembled in the same manner as in Example 1.
As a result of evaluating the produced power storage element in the same manner as in Example 1, the ratio of the discharge capacity at −30 ° C. at 500 C to the discharge capacity at 25 ° C. at 1.5 C was 6.0%. In addition, the capacity retention rate after 1000 hours was 98%, and the resistance magnification was 1.35.
<実施例7>
[正極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
<Example 7>
[Preparation of positive electrode body]
It was produced in the same manner as in Example 1.
[負極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[Preparation of negative electrode body]
It was produced in the same manner as in Example 1.
[電解液の調製]
エチレンカーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート(MEC)と常温溶融塩であるN−ブチルピリジニウム・テトラフルオロボレート(BPy・BF4)を体積比率で16:64:20となる混合溶媒液に、1mol/lの濃度でLiPF6を溶解して得た溶液を電解液として使用した。このとき、常温溶融塩の混合溶媒全体にしめる割合は20体積%である。
[Preparation of electrolyte]
Ethylene carbonate (EC), methyl ethyl carbonate (MEC), and N-butylpyridinium tetrafluoroborate (BPy · BF 4 ), which is a room temperature molten salt, in a mixed solvent solution having a volume ratio of 16:64:20, 1 mol / A solution obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 was used as the electrolyte. At this time, the proportion of the mixed solvent of the room temperature molten salt is 20% by volume.
[蓄電素子の組立と性能]
実施例1と同様に非水系リチウム型蓄電素子を組立てた。
作製した蓄電素子を実施例1と同様に評価した結果、25℃の1.5Cでの放電容量に対する、−30℃の500Cでの放電容量の比率は、10%であった。また、1000h経過後の容量維持率は97%、抵抗倍率は1.65であった。
[Assembly and performance of storage element]
A non-aqueous lithium storage element was assembled in the same manner as in Example 1.
As a result of evaluating the produced electric storage element in the same manner as in Example 1, the ratio of the discharge capacity at −30 ° C. at 500 C to the discharge capacity at 25 ° C. at 1.5 C was 10%. In addition, the capacity retention rate after 1000 hours was 97%, and the resistance magnification was 1.65.
<実施例8>
[正極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
<Example 8>
[Preparation of positive electrode body]
It was produced in the same manner as in Example 1.
[負極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[Preparation of negative electrode body]
It was produced in the same manner as in Example 1.
[電解液の調製]
エチレンカーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート(MEC)と常温溶融塩であるN−ブチルピリジニウム・テトラフルオロボレート(BPy・BF4)を体積比率で10:40:50となる混合溶媒液に、1mol/lの濃度でLiPF6を溶解して得た溶液を電解液として使用した。このとき、常温溶融塩の混合溶媒全体にしめる割合は50体積%である。
[Preparation of electrolyte]
Ethylene carbonate (EC), methyl ethyl carbonate (MEC), and N-butylpyridinium tetrafluoroborate (BPy · BF 4 ), which is a room temperature molten salt, in a mixed solvent solution having a volume ratio of 10:40:50, 1 mol / A solution obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 was used as the electrolyte. At this time, the proportion of the mixed solvent of the room temperature molten salt is 50% by volume.
[蓄電素子の組立と性能]
実施例1と同様に非水系リチウム型蓄電素子を組立てた。
作製した蓄電素子を実施例1と同様に評価した結果、25℃の1.5Cでの放電容量に対する、−30℃の500Cでの放電容量の比率は、8.0%であった。また、1000h経過後の容量維持率は97%、抵抗倍率は1.4であった。
[Assembly and performance of storage element]
A non-aqueous lithium storage element was assembled in the same manner as in Example 1.
As a result of evaluating the produced electric storage element in the same manner as in Example 1, the ratio of the discharge capacity at -30 ° C. at 500 C to the discharge capacity at 25 ° C. at 1.5 C was 8.0%. Further, the capacity retention rate after elapse of 1000 hours was 97%, and the resistance magnification was 1.4.
<実施例9>
[正極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
<Example 9>
[Preparation of positive electrode body]
It was produced in the same manner as in Example 1.
[負極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[Preparation of negative electrode body]
It was produced in the same manner as in Example 1.
[電解液の調製]
エチレンカーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート(MEC)と常温溶融塩であるN−ブチルピリジニウム・テトラフルオロボレート(BPy・BF4)を体積比率で6:24:70となる混合溶媒液に、1mol/lの濃度でLiPF6を溶解して得た溶液を電解液として使用した。このとき、常温溶融塩の混合溶媒全体にしめる割合は70体積%である。
[Preparation of electrolyte]
Ethylene carbonate (EC), methyl ethyl carbonate (MEC), and N-butylpyridinium tetrafluoroborate (BPy · BF 4 ), which is a room temperature molten salt, in a mixed solvent liquid having a volume ratio of 6:24:70, 1 mol / A solution obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 was used as the electrolyte. At this time, the proportion of the mixed solvent of the room temperature molten salt is 70% by volume.
[蓄電素子の組立と性能]
実施例1と同様に非水系リチウム型蓄電素子を組立てた。
作製した蓄電素子を実施例1と同様に評価した結果、25℃の1.5Cでの放電容量に対する、−30℃の500Cでの放電容量の比率は、6.5%であった。また、1000h経過後の容量維持率は98%、抵抗倍率は1.3であった。
[Assembly and performance of storage element]
A non-aqueous lithium storage element was assembled in the same manner as in Example 1.
As a result of evaluating the produced power storage element in the same manner as in Example 1, the ratio of the discharge capacity at -30 ° C. at 500 C to the discharge capacity at 1.5 C at 25 ° C. was 6.5%. Further, the capacity retention after 1000 hours was 98%, and the resistance magnification was 1.3.
<比較例1>
[正極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
<Comparative Example 1>
[Preparation of positive electrode body]
It was produced in the same manner as in Example 1.
[負極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[Preparation of negative electrode body]
It was produced in the same manner as in Example 1.
[電解液の調製]
常温溶融塩は加えずに、エチレンカーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート(MEC)を体積比率で20:80となる混合溶媒液に、1mol/lの濃度でLiPF6を溶解して得た溶液を電解液として使用した。
[Preparation of electrolyte]
A solution obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 mol / l in a mixed solvent solution of ethylene carbonate (EC) and methyl ethyl carbonate (MEC) in a volume ratio of 20:80 without adding room temperature molten salt. Used as electrolyte.
[蓄電素子の組立と性能]
実施例1と同様に非水系リチウム型蓄電素子を組立てた。
作製した蓄電素子を実施例1と同様に評価した結果、25℃の1.5Cでの放電容量に対する、−30℃の500Cでの放電容量の比率は、3.0%であった。また、1000h経過後の容量維持率は95%、抵抗倍率は1.8であった。
[Assembly and performance of storage element]
A non-aqueous lithium storage element was assembled in the same manner as in Example 1.
As a result of evaluating the produced electric storage element in the same manner as in Example 1, the ratio of the discharge capacity at -30 ° C. at 500 C to the discharge capacity at 25 ° C. at 1.5 C was 3.0%. Further, the capacity retention rate after 1000 hours was 95%, and the resistance magnification was 1.8.
以上より、本発明に係る蓄電素子は、低温特性と高温耐久性に優れることが分かる。 As mentioned above, it turns out that the electrical storage element which concerns on this invention is excellent in a low temperature characteristic and high temperature durability.
本発明の非水系リチウム型蓄電素子は、例えば、自動車において、内燃機関又は燃料電池、モーター、及び蓄電素子を組み合わせたハイブリット駆動システムの分野、更には瞬間電力ピークのアシスト用途等で好適に利用できる。 The non-aqueous lithium storage element of the present invention can be suitably used in, for example, the field of a hybrid drive system that combines an internal combustion engine or a fuel cell, a motor, and a storage element in an automobile, and further assists for instantaneous power peak. .
Claims (7)
0.010≦Vm1≦0.250、
0.001≦Vm2≦0.200、及び
1.5≦Vm1/Vm2≦20.0を満たす、請求項1〜5のいずれか1項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。 The negative electrode active material is a composite porous material in which a carbon material is deposited on the surface of activated carbon, and the amount of mesopores derived from pores having a diameter of 20 to 500 mm calculated by the BJH method is Vm1 (cc / g ), When the amount of micropores derived from pores having a diameter of less than 20 mm calculated by the MP method is Vm2 (cc / g),
0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.250,
The non-aqueous lithium storage element according to claim 1, wherein 0.001 ≦ Vm2 ≦ 0.200 and 1.5 ≦ Vm1 / Vm2 ≦ 20.0 are satisfied.
0.3<V1≦0.8、及び
0.5≦V2≦1.0を満たし、かつBET法により測定される比表面積が1500m2/g以上3000m2/g以下である活性炭である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。 In the positive electrode active material, the amount of mesopores derived from pores having a diameter of 20 to 500 mm calculated by the BJH method is V1 (cc / g), and the amount of micropores derived from pores having a diameter of less than 20 mm calculated by the MP method. Is V2 (cc / g),
It is activated carbon that satisfies 0.3 <V1 ≦ 0.8 and 0.5 ≦ V2 ≦ 1.0, and has a specific surface area measured by the BET method of 1500 m 2 / g or more and 3000 m 2 / g or less. Item 7. The non-aqueous lithium storage element according to any one of Items 1 to 6.
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