JP6498423B2 - Method for manufacturing power storage device - Google Patents

Method for manufacturing power storage device Download PDF

Info

Publication number
JP6498423B2
JP6498423B2 JP2014242400A JP2014242400A JP6498423B2 JP 6498423 B2 JP6498423 B2 JP 6498423B2 JP 2014242400 A JP2014242400 A JP 2014242400A JP 2014242400 A JP2014242400 A JP 2014242400A JP 6498423 B2 JP6498423 B2 JP 6498423B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
positive electrode
negative electrode
active material
lithium
storage device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2014242400A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2016103609A (en
Inventor
真 今野
真 今野
平澤 貴久
貴久 平澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ibiden Co Ltd
Original Assignee
Ibiden Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ibiden Co Ltd filed Critical Ibiden Co Ltd
Priority to JP2014242400A priority Critical patent/JP6498423B2/en
Publication of JP2016103609A publication Critical patent/JP2016103609A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6498423B2 publication Critical patent/JP6498423B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

本発明は、蓄電デバイス及び蓄電デバイスの製造方法に関する。 The present invention relates to a power storage device and a method for manufacturing a power storage device.

太陽光発電や風力発電等の負荷平準化装置、コンピュータ等に代表される電子機器の瞬時電圧低下対策装置、電気自動車やハイブリッドカーのエネルギー回生装置などのような蓄電システムにおいては、エネルギー容量が大きくてかつ急速充放電が可能な蓄電デバイスが必要とされている。このような急速充放電や長寿命化が可能な蓄電デバイスとして、リチウムイオン二次電池及びリチウムイオンキャパシタが提唱されている。 Energy storage systems such as load leveling devices such as photovoltaic power generation and wind power generation, instantaneous voltage drop countermeasure devices for electronic devices such as computers, and energy regeneration devices for electric vehicles and hybrid cars have a large energy capacity. There is a need for an electricity storage device that can be rapidly charged and discharged. Lithium ion secondary batteries and lithium ion capacitors have been proposed as power storage devices capable of such rapid charging / discharging and long life.

リチウムイオン二次電池は、正極にコバルト酸リチウム等のリチウム金属酸化物を用い、リチウムイオンをリチウムイオン金属酸化物として電荷を蓄えることができる。又、負極では、炭素材料の層間などにリチウムイオンを蓄えることができる。さらに、非水電解液を用い、電極間の電位差を大きくとることができるため、大きなエネルギーを蓄えることができる。 Lithium ion secondary batteries use lithium metal oxides such as lithium cobaltate for the positive electrode, and can store charges using lithium ions as lithium ion metal oxides. In the negative electrode, lithium ions can be stored between carbon material layers. Furthermore, since a non-aqueous electrolyte can be used and the potential difference between the electrodes can be increased, a large amount of energy can be stored.

リチウムイオンキャパシタは、正極側では、多孔質の炭素材料を用い、アニオンあるいはリチウムイオンの吸脱着により電荷を蓄える。正極の電気二重層は、多孔質炭素材料の表面に形成される分子一層分程度の薄い層であるので、多くの電荷を蓄える事ができ、大きな容量を得ることができる。また負極では、炭素材料の層間などにリチウムイオンを蓄えることができる。 The lithium ion capacitor uses a porous carbon material on the positive electrode side, and stores electric charge by adsorption / desorption of anions or lithium ions. Since the electric double layer of the positive electrode is a thin layer of about one molecular layer formed on the surface of the porous carbon material, a large amount of electric charge can be stored and a large capacity can be obtained. In the negative electrode, lithium ions can be stored between layers of carbon materials.

リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタのいずれも正極、負極間のリチウムイオンの受け渡しによって充放電が行われる。リチウムイオンキャパシタでは、電池の製造段階では、正極、負極のいずれにも充放電に関与するリチウム(リチウムイオン又は金属リチウム)を蓄えていないので、あらかじめ、リチウムを蓄えておく必要がある。
充放電に関与するリチウムイオンを蓄える手段として、負極へのプレドープという方法が知られている。初回充電の前に、充放電に関与するリチウムを、炭素材料などからなる負極にあらかじめドープしておく方法である。
Both the lithium ion secondary battery and the lithium ion capacitor are charged and discharged by the transfer of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode. In a lithium ion capacitor, since lithium (lithium ions or metallic lithium) involved in charging / discharging is not stored in either the positive electrode or the negative electrode in the battery manufacturing stage, it is necessary to store lithium in advance.
As a means for storing lithium ions involved in charge / discharge, a method of pre-doping the negative electrode is known. This is a method in which lithium involved in charge / discharge is doped in advance on a negative electrode made of a carbon material or the like before the first charge.

これらは、負極側におけるリチウムの酸化還元反応を主に利用した蓄電デバイスである。
一方、正極に関しても、酸化還元反応を利用した蓄電デバイスが提案されている。具体的には、電解液中のアニオンを正極の層構造を有する炭素質材料の内部に挿入、脱離させることによって、アニオンの挿入脱離サイトを増大させる方法が開示されている。
These are power storage devices mainly utilizing the redox reaction of lithium on the negative electrode side.
On the other hand, regarding the positive electrode, an electricity storage device using an oxidation-reduction reaction has been proposed. Specifically, a method is disclosed in which anion insertion / extraction sites are increased by inserting and desorbing anions in the electrolyte into and out of a carbonaceous material having a positive electrode layer structure.

このような、アニオンの挿入脱離サイトを増大させた正極とリチウムイオンをプレドープした負極とを組み合わせた蓄電デバイスの製造方法として、特許文献1には、正極と負極を作製するために、電極作製用のセルをそれぞれ個別に組み立てて充放電を行う方法が開示されており、特許文献2には、正極、負極に加えてリチウム供給源となる電極から構成された蓄電デバイス用セルを作製した後に、正極及び負極の処理(充放電)を行う方法が開示されている。 As a manufacturing method of such an electricity storage device that combines a positive electrode with increased anion insertion / extraction sites and a negative electrode pre-doped with lithium ions, Patent Document 1 discloses that an electrode is manufactured to manufacture a positive electrode and a negative electrode. A method for charging and discharging by individually assembling cells for a battery is disclosed, and Patent Document 2 discloses a method for producing a cell for an electricity storage device composed of an electrode serving as a lithium supply source in addition to a positive electrode and a negative electrode. A method for treating the positive electrode and the negative electrode (charging / discharging) is disclosed.

特開2010−254537号公報JP 2010-254537 A 特許5429678号公報Japanese Patent No. 5429678

しかしながら、特許文献1に記載の方法では、正極を処理するためのセルと負極を処理するためのセルを個別に作製し、取り出した正極及び負極を改めて組み合わせる必要があるため、製造工程が複雑になり、低コスト化が難しいという課題があった。 However, in the method described in Patent Document 1, it is necessary to separately produce a cell for treating the positive electrode and a cell for treating the negative electrode, and combine the taken-out positive electrode and negative electrode again, so that the manufacturing process is complicated. Therefore, there was a problem that cost reduction was difficult.

また、特許文献2に記載の方法では、蓄電デバイスを組み立てた後に正極及び負極の処理を行うため、製造工程は簡素となる。しかしながら、正極集電体及び負極集電体に貫通孔(細孔)を有する集電体を用いる必要があり、この細孔を有する集電体の加工に要するコストが高いという課題があった。
さらに、特許文献2に記載の方法では、リチウム供給源として金属リチウムをセル内部に配置するためにリチウムが飛散し短絡するおそれがあること、積層構造となっている負極に対して均一なプレドープが困難であること等が課題であった。
また、蓄電デバイスを繰り返し使用すると、負極の劣化が早くなる課題があった。
In the method described in Patent Document 2, since the positive electrode and the negative electrode are processed after the storage device is assembled, the manufacturing process is simplified. However, it is necessary to use current collectors having through holes (pores) for the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, and there is a problem that the cost required for processing the current collector having the pores is high.
Furthermore, in the method described in Patent Document 2, since lithium is scattered as a lithium supply source inside the cell, there is a possibility that lithium may be scattered and short-circuited. Difficulty was a problem.
Further, when the electricity storage device is repeatedly used, there is a problem that the deterioration of the negative electrode is accelerated.

上記課題を鑑みて本発明者が鋭意検討を重ねた結果、正極と負極に対してまず充電操作を行い、その後負極を回収してリチウム含有極と交換して、続いて放電操作を行うことで、リチウムイオンのプレドープに係る時間を大幅に短縮でき、かつ、負極に対しての均一なリチウムイオンのプレドープを施すことができるとともに、同時に、正極活物質に対して充放電容量を増加させる処理を行うことで、負極の劣化を抑制することができることを見出し、本発明に到達したものである。 As a result of intensive studies by the inventor in view of the above-described problems, first, the charging operation is performed on the positive electrode and the negative electrode, and then the negative electrode is recovered and replaced with a lithium-containing electrode, and then the discharging operation is performed. , The time required for pre-doping of lithium ions can be greatly shortened, and a uniform pre-doping of lithium ions for the negative electrode can be performed, and at the same time, the treatment for increasing the charge / discharge capacity for the positive electrode active material As a result, it has been found that the deterioration of the negative electrode can be suppressed, and the present invention has been achieved.

すなわち、本発明の蓄電デバイスの製造方法は、炭素質材料である正極活物質が形成された正極と、炭素質材料である負極活物質が形成された負極とを電気的に接続し、リチウム塩と非水溶媒を含む非水電解液中で充電することによって、上記リチウム塩を構成するアニオンを上記正極活物質の内部に挿入してアニオン挿入正極を作製するとともに、上記負極活物質へのリチウムイオンのプレドープを行ってプレドープ負極を作製する充電工程と、上記プレドープ負極を回収して、リチウム含有極と交換する負極交換工程と、上記アニオン挿入正極と上記リチウム含有極とを電気的に接続し、上記非水電解液中で放電することによって、上記正極活物質の内部から上記アニオンを脱離させる放電工程と、上記放電工程を経た正極と上記プレドープ負極とを組み合わせてセルを作製するセル作製工程とからなることを特徴とする。 That is, the method for manufacturing an electricity storage device of the present invention includes electrically connecting a positive electrode on which a positive electrode active material that is a carbonaceous material is formed and a negative electrode on which a negative electrode active material that is a carbonaceous material is formed. And an anion that constitutes the lithium salt is inserted into the positive electrode active material to produce an anion-inserted positive electrode, and lithium to the negative electrode active material is charged. A charging step for pre-doping ions to produce a pre-doped negative electrode, a negative electrode exchanging step for recovering the pre-doped negative electrode and replacing it with a lithium-containing electrode, and electrically connecting the anion-inserted positive electrode and the lithium-containing electrode. A discharge step of desorbing the anion from the inside of the positive electrode active material by discharging in the non-aqueous electrolyte, and the positive electrode and the pred Characterized in that comprising the cell manufacturing process to produce a cell by combining the flop negative electrode.

本発明の蓄電デバイスの製造方法では、まず、正極と負極とを電気的に接続して非水電解液中で充電する充電工程を行う。充電工程によって、正極活物質の内部にリチウム塩を構成するアニオンが挿入され、負極活物質の内部にリチウムイオンが挿入される。正極活物質の内部にアニオンが挿入されることで正極がアニオン挿入正極となり、負極活物質に対してリチウムイオンのプレドープが行われることで負極がプレドープ負極となる。
この時、リチウムイオンが負極活物質の内部に取り込まれ、アニオンが正極活物質の内部に取り込まれるため、非水電解液中のリチウム塩濃度が低下する。
In the method for manufacturing an electricity storage device of the present invention, first, a charging step is performed in which a positive electrode and a negative electrode are electrically connected and charged in a non-aqueous electrolyte. Through the charging step, an anion constituting a lithium salt is inserted into the positive electrode active material, and lithium ions are inserted into the negative electrode active material. By inserting an anion into the positive electrode active material, the positive electrode becomes an anion-inserted positive electrode, and by performing lithium ion pre-doping on the negative electrode active material, the negative electrode becomes a pre-doped negative electrode.
At this time, since lithium ions are taken into the negative electrode active material and anions are taken into the positive electrode active material, the lithium salt concentration in the non-aqueous electrolyte is lowered.

続いて、プレドープ負極を回収し、リチウム含有極と交換する負極交換工程を行う。回収したプレドープ負極は後述するセル作製工程で用いる。 Then, the negative electrode exchange process which collect | recovers a pre dope negative electrode and replaces with a lithium containing electrode is performed. The collected pre-doped negative electrode is used in a cell manufacturing process described later.

その後、アニオン挿入正極とリチウム含有極とを電気的に接続して放電する放電工程を行う。
放電によって、正極活物質の内部に挿入されていたアニオンが脱離することとなるが、アニオンが挿入することにより増大した正極活物質の層間距離は、アニオンが脱離した後も完全には元に戻らず、非晶質部として残存するため、アニオンが脱離した正極活物質は、層間距離が増大した部分が散財した正極活物質となり、層間距離が増大した部分でアニオンが挿入脱離しやすくなる。そのため、蓄電デバイスの充放電容量を向上させることができる。
また、放電によってリチウム含有極からリチウムイオンが放出されて、アニオンが挿入された正極活物質からアニオンが放出されるため、上記充電工程によって消費され低下したリチウム塩濃度が増加し、非水電解液が再生される。
Then, the discharge process which electrically connects an anion insertion positive electrode and a lithium containing electrode and discharges is performed.
The anion inserted inside the positive electrode active material is desorbed by the discharge, but the interlayer distance of the positive electrode active material increased by the insertion of the anion is completely the same even after the anion is desorbed. The positive electrode active material from which the anion has been desorbed becomes a positive electrode active material that has been scattered, and the anion is easily inserted and desorbed at the portion where the interlayer distance has increased. Become. Therefore, the charge / discharge capacity of the electricity storage device can be improved.
In addition, since lithium ions are released from the lithium-containing electrode by discharge and anions are released from the positive electrode active material in which the anions are inserted, the lithium salt concentration consumed and decreased by the charging step increases, and the nonaqueous electrolyte solution Is played.

上記放電工程を経た正極と、上記プレドープ負極とを組み合わせるセル作製工程を行うことにより、セルが作製される。
この時、セルを構成する非水電解液として再生された非水電解液を用いてもよいし、別途準備した非水電解液を用いてもよい。
上記再生された非水電解液を用いる場合、例えば、上記放電工程の後に、リチウム含有極を取り出し、回収していたプレドープ負極と交換することによってセルを作製することができる。
A cell is produced by performing the cell production process which combines the positive electrode which passed through the said discharge process, and the said pre dope negative electrode.
At this time, the regenerated nonaqueous electrolyte may be used as the nonaqueous electrolyte constituting the cell, or a separately prepared nonaqueous electrolyte may be used.
When using the regenerated non-aqueous electrolyte, for example, after the discharging step, the lithium-containing electrode can be taken out and replaced with the recovered pre-doped negative electrode to produce a cell.

別途準備した非水電解液を用いる場合、上記放電工程の後に、放電工程を経た正極を回収し、あらかじめ回収していたプレドープ負極と組み合わせ、別途準備した非水電解液を添加することによってセルを作製することができる。
作製された上記セルは、単数又は複数個を任意の組み合わせで接続することにより、蓄電デバイスとなる。
When using a separately prepared non-aqueous electrolyte, the positive electrode that has undergone the discharge process is collected after the above-described discharge process, combined with the pre-doped negative electrode that has been collected in advance, and the cell is prepared by adding a separately prepared non-aqueous electrolyte. Can be produced.
The produced cell becomes an electricity storage device by connecting one or more cells in an arbitrary combination.

本発明の蓄電デバイスの製造方法では、正極と負極とを並行して処理することができるため、製造工程を簡素化することができる。
また、充電工程においては、電流量及び電極位置を監視・調整できるため、負極におけるリチウムイオンのプレドープの均一性を図ることができる。加えて、正極の処理に金属リチウムを使用しないため、リチウムデンドライトの発生を抑制することができ、安全性が高いといえる。
従って、本発明の蓄電デバイスの製造方法は、安全性が高く高容量な蓄電デバイスを、低コスト及び短時間で製造することが可能となる。
In the method for manufacturing an electricity storage device of the present invention, since the positive electrode and the negative electrode can be processed in parallel, the manufacturing process can be simplified.
Further, in the charging process, since the amount of current and the electrode position can be monitored and adjusted, the uniformity of lithium ion pre-doping in the negative electrode can be achieved. In addition, since lithium metal is not used for the treatment of the positive electrode, generation of lithium dendrite can be suppressed, and it can be said that safety is high.
Therefore, the method for manufacturing an electricity storage device of the present invention makes it possible to manufacture an electricity storage device with high safety and high capacity at a low cost and in a short time.

本発明の蓄電デバイスの製造方法においては、上記充電工程及び上記放電工程において、上記正極活物質の内部にリチウム塩を構成するアニオンの挿入脱離を可能とする微細な気孔であるナノバブルが形成されたナノバブル正極を作製することが好ましい。
充電工程及び放電工程において正極活物質にナノバブルが形成されると、リチウム塩のアニオンの挿入脱離が可能となるサイトが多くなるため、高い充放電容量を得ることができる。
なお、正極活物質を透過型電子顕微鏡等で拡大して観察すると、カーボンの層構造が歪んでいるか又は層構造がぼけたナノバブルが観察される。ナノバブルの形成については、日新電機技報VOL.57, No.2 2012.11「デュアルカーボン電池の基礎的特性について」によって知られている。
In the method for producing an electricity storage device of the present invention, in the charging step and the discharging step, nanobubbles that are fine pores that enable insertion and desorption of anions constituting a lithium salt are formed inside the positive electrode active material. It is preferable to prepare a nanobubble positive electrode.
When nanobubbles are formed in the positive electrode active material in the charging step and the discharging step, the number of sites where insertion and desorption of anions of the lithium salt can be increased, so that a high charge / discharge capacity can be obtained.
Note that when the positive electrode active material is enlarged and observed with a transmission electron microscope or the like, nanobubbles in which the carbon layer structure is distorted or the layer structure is blurred are observed. For the formation of nanobubbles, see Nissin Electric Technical Report VOL. 57, no. 2 2012.11 “Basic characteristics of dual carbon battery”.

本発明の蓄電デバイスの製造方法においては、上記リチウム含有極が、リチウムイオンのプレドープが施された炭素質材料からなることが好ましい。
リチウム含有極がリチウムイオンのプレドープが施された炭素質材料からなると、リチウム含有極からリチウムが溶出しても、リチウム含有極自体の形状を保持しているので、電解液中でリチウム含有極が変形や短絡を起こしにくく、また、リチウムの破片が電解液中に飛散して短絡することを防止することができる。
In the method for producing an electricity storage device of the present invention, the lithium-containing electrode is preferably made of a carbonaceous material that has been pre-doped with lithium ions.
If the lithium-containing electrode is made of a carbonaceous material pre-doped with lithium ions, the lithium-containing electrode retains its shape even when lithium is eluted from the lithium-containing electrode. It is difficult to cause deformation and short circuit, and lithium fragments can be prevented from being scattered in the electrolyte and short circuiting.

本発明の蓄電デバイスの製造方法においては、上記正極活物質は、表裏間で非水電解液を隔離する箔上に形成されており、上記負極活物質は、表裏間で非水電解液を隔離する箔上に形成されていることが好ましい。
正極活物質及び負極活物質が、表裏間で非水電解液を隔離する箔上にそれぞれ形成されている場合、箔に細孔形成加工等の微細加工を施す必要がなく、製造コストを抑制することができる。また、細孔を形成する必要がないので、薄い箔を用いても、導電率、強度を確保することができ、蓄電デバイスのサイズを小さくすることができる。
In the method for producing an electricity storage device of the present invention, the positive electrode active material is formed on a foil that separates the non-aqueous electrolyte between the front and back sides, and the negative electrode active material separates the non-aqueous electrolyte between the front and back sides. It is preferable to be formed on the foil.
When the positive electrode active material and the negative electrode active material are respectively formed on the foil that separates the non-aqueous electrolyte between the front and back surfaces, it is not necessary to perform fine processing such as pore formation processing on the foil, and the manufacturing cost is suppressed. be able to. In addition, since it is not necessary to form pores, even when a thin foil is used, conductivity and strength can be ensured, and the size of the electricity storage device can be reduced.

本発明の蓄電デバイスは、表裏間で非水電解液を隔離する箔上に炭素質材料である正極活物質が形成され、かつ、上記正極活物質の内部にリチウム塩を構成するアニオンの挿入脱離を可能とする微細な気孔であるナノバブルが形成されたナノバブル正極と、表裏間で非水電解液を隔離する箔上に炭素質材料である負極活物質が形成され、かつ、上記負極活物質にリチウムイオンのプレドープが行われたプレドープ負極とを備えることを特徴とする。 In the electricity storage device of the present invention, a positive electrode active material that is a carbonaceous material is formed on a foil that separates a non-aqueous electrolyte between the front and back sides, and an insertion / desorption of an anion constituting a lithium salt is formed inside the positive electrode active material. A negative electrode active material that is a carbonaceous material is formed on a nanobubble positive electrode in which nanobubbles, which are fine pores that can be separated, are formed, and a foil that separates the non-aqueous electrolyte between the front and back surfaces, and the negative electrode active material And a pre-doped negative electrode subjected to lithium ion pre-doping.

本発明の蓄電デバイスは、正極活物質の内部にナノバブルが形成されたナノバブル正極と、負極活物質にリチウムイオンのプレドープが行われたプレドープ負極とを備える。
ナノバブルが形成された正極活物質は、ナノバブルが形成されていない正極活物質と比較して、リチウム塩を構成するアニオンが挿入脱離可能なサイトが多いため、高い充放電容量を有する。また、リチウムイオンのプレドープが行われた負極活物質を用いることで、常に、正極に挿入されるアニオンの量よりも多くのリチウムが負極に挿入される。このため、蓄電デバイスを完全に放電した場合であっても、負極にはリチウムが挿入された状態となり、負極の電位が低い状態で安定させることができる。そのため、充放電を繰り返した場合でも、充放電に伴う負極の劣化を抑制することができ、蓄電デバイスの耐用回数を増加させることができる。また、負極の電位変動を殆ど無視できるため、正極容量の大部分を使用して充放電反応を行うことができるため、容量利用率及びエネルギー密度を向上させることができる。
また、本発明の蓄電デバイスは、正極集電体及び負極集電体(以下、まとめて単に集電体ともいう)として表裏間で非水電解液を隔離する箔(プレーン箔ともいう)を用いている。これは、細孔形成加工等が施されていない箔であるため、製造時のコストを削減でき、安価な製品を提供することができる。
また、表裏間で非水電解液を隔離する箔を用いて正極及び負極を作製した場合、細孔形成加工等が施された箔を用いた場合と比較して、集電体から活物質までの距離がバラつきにくいため、アニオン及びリチウムイオンの挿入脱離反応にムラが発生しにくい。
さらに、集電体に細孔を形成する必要がないため、薄い箔を用いても、導電率、強度を確保することができ、蓄電デバイスのサイズを小さくすることができる。
The electricity storage device of the present invention includes a nanobubble positive electrode in which nanobubbles are formed inside a positive electrode active material, and a pre-doped negative electrode in which lithium ion pre-doping is performed on the negative electrode active material.
The positive electrode active material in which nanobubbles are formed has a higher charge / discharge capacity because there are more sites where anions constituting the lithium salt can be inserted and desorbed than in the positive electrode active material in which nanobubbles are not formed. Moreover, by using the negative electrode active material in which lithium ions are pre-doped, more lithium is always inserted into the negative electrode than the amount of anions inserted into the positive electrode. For this reason, even when the electricity storage device is completely discharged, lithium is inserted into the negative electrode, and the electric potential of the negative electrode can be stabilized. Therefore, even when charging / discharging is repeated, deterioration of the negative electrode associated with charging / discharging can be suppressed, and the number of times that the electricity storage device can be used can be increased. In addition, since the potential fluctuation of the negative electrode can be almost ignored, the charge / discharge reaction can be performed using most of the positive electrode capacity, so that the capacity utilization rate and the energy density can be improved.
In addition, the electricity storage device of the present invention uses a foil (also referred to as a plain foil) that separates a non-aqueous electrolyte between the front and back as a positive electrode current collector and a negative electrode current collector (hereinafter also simply referred to as a current collector). ing. Since this is a foil not subjected to pore formation processing or the like, the manufacturing cost can be reduced, and an inexpensive product can be provided.
In addition, when producing a positive electrode and a negative electrode using a foil that separates the non-aqueous electrolyte between the front and back surfaces, from the current collector to the active material, compared to the case of using a foil that has been subjected to pore formation processing, etc. Therefore, it is difficult for the anion and lithium ion insertion / extraction reaction to be uneven.
Furthermore, since it is not necessary to form pores in the current collector, even when a thin foil is used, conductivity and strength can be ensured, and the size of the electricity storage device can be reduced.

本発明の蓄電デバイスにおいて、上記ナノバブル正極は、炭素質材料である正極活物質が形成された正極と負極とを電気的に接続し、リチウム塩と非水溶媒を含む非水電解液中で充電することによって、上記リチウム塩を構成するアニオンを上記正極活物質の内部に挿入してアニオン挿入正極を作製する充電工程と、上記アニオン挿入正極と上記リチウム含有極とを電気的に接続し、上記非水電解液中で放電することによって、上記正極活物質の内部から上記アニオンを脱離させる放電工程とにより形成されてなることが好ましい。 In the electricity storage device of the present invention, the nanobubble positive electrode is electrically connected to a positive electrode and a negative electrode on which a positive electrode active material that is a carbonaceous material is formed, and charged in a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt and a non-aqueous solvent. By charging the anion constituting the lithium salt into the positive electrode active material to produce an anion-inserted positive electrode, electrically connecting the anion-inserted positive electrode and the lithium-containing electrode, It is preferably formed by a discharge step in which the anion is desorbed from the inside of the positive electrode active material by discharging in a non-aqueous electrolyte.

ナノバブル正極の形成を蓄電デバイス内部で行う場合には、負極活物質にプレドープされたリチウムイオンを脱離させることなくナノバブルを形成するために、リチウム供給源と、リチウム供給源を蓄電デバイス内部で固定するための支持体と、リチウム供給源と正極とを通電させるための電極(支持体が電極を兼ねる場合もある)をあらかじめ蓄電デバイス内部に配置する必要がある。
一方、蓄電デバイスを構成する正極が上記充電工程及び上記放電工程によって得られたナノバブル正極である場合、正極活物質には既にナノバブルが形成されているため、上記リチウム供給源、支持体及び電極を蓄電デバイス内部に配置する必要がない。そのため、リチウム供給源、支持体及び電極の配置スペースの分だけ蓄電デバイス内部の活物質重量を増加させてデッドスペースを削減でき、蓄電デバイスのエネルギー密度を向上させることができる。また、蓄電デバイス内部におけるナノバブル形成が不充分であった場合には、リチウム供給源が蓄電デバイス内部に残存して、リチウムデンドライトが析出・浮遊して短絡を引き起こす原因となることが考えられるが、上記構成の蓄電デバイスにおいては、リチウム供給源を蓄電デバイス内部に配置することがないため、リチウムデンドライトの析出に起因する短絡を抑制することができる。
When the nanobubble cathode is formed inside the electricity storage device, the lithium supply source and the lithium supply source are fixed inside the electricity storage device in order to form nanobubbles without detaching the lithium ions pre-doped in the anode active material. It is necessary to arrange in advance in the electric storage device an electrode for energizing the support for conducting the current and the lithium supply source and the positive electrode (the support may also serve as the electrode).
On the other hand, when the positive electrode constituting the electricity storage device is a nanobubble positive electrode obtained by the charging step and the discharging step, since the nanobubbles are already formed in the positive electrode active material, the lithium supply source, the support and the electrode are There is no need to place it inside the electricity storage device. Therefore, the dead material can be reduced by increasing the active material weight inside the electricity storage device by the arrangement space of the lithium supply source, the support and the electrode, and the energy density of the electricity storage device can be improved. Also, if nanobubble formation inside the electricity storage device was insufficient, the lithium supply source may remain inside the electricity storage device, causing lithium dendrite to precipitate and float, causing a short circuit, In the electricity storage device having the above configuration, since the lithium supply source is not arranged inside the electricity storage device, a short circuit due to precipitation of lithium dendrite can be suppressed.

本発明の蓄電デバイスにおいて、上記プレドープ負極は、炭素質材料である負極活物質が形成された負極と正極とを電気的に接続し、リチウム塩と非水溶媒を含む非水電解液中で充電することによって、上記負極活物質へのリチウムイオンのプレドープを行う充電工程により形成されてなることが好ましい。 In the electricity storage device of the present invention, the pre-doped negative electrode is electrically connected to a negative electrode on which a negative electrode active material, which is a carbonaceous material, and a positive electrode are connected, and charged in a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt and a non-aqueous solvent. By doing so, it is preferable that the negative electrode active material is formed by a charging step in which lithium ions are pre-doped.

プレドープ負極の作製を蓄電デバイス内部で行う場合には、通常、負極にプレドープするために必要な量のリチウムをリチウム供給源から供給する必要がある。そのため、リチウム供給源と、リチウム供給源を蓄電デバイス内部で固定するための支持体と、リチウム供給源と負極とを通電させるための電極(支持体が電極を兼ねる場合もある)をあらかじめ蓄電デバイス内部に配置する必要がある。
一方、蓄電デバイスを構成する負極が上記充電工程により作製されたプレドープ負極である場合、上記リチウム供給源、支持体及び電極を蓄電デバイス内部に配置する必要がない。そのため、リチウム供給源、支持体及び電極の配置スペースの分だけ蓄電デバイス内部の活物質重量を増加させることができるため、デッドスペースを削減して、蓄電デバイスのエネルギー密度を向上させることができる。
また、上記リチウムイオンのプレドープが不充分であった場合には、蓄電デバイス内部に活性度の高い金属リチウムが残存して、短絡する可能性を有した状態となるため、安全性の観点から好ましくない。
When the pre-doped negative electrode is produced inside the electricity storage device, it is usually necessary to supply an amount of lithium necessary for pre-doping the negative electrode from the lithium supply source. For this reason, a lithium supply source, a support for fixing the lithium supply source inside the electricity storage device, and an electrode for energizing the lithium supply source and the negative electrode (the support may also serve as an electrode) are stored in advance. Must be placed inside.
On the other hand, when the negative electrode constituting the power storage device is a pre-doped negative electrode prepared by the charging step, it is not necessary to arrange the lithium supply source, support and electrode inside the power storage device. Therefore, the weight of the active material inside the electricity storage device can be increased by the arrangement space of the lithium supply source, the support, and the electrode, so that dead space can be reduced and the energy density of the electricity storage device can be improved.
In addition, when the lithium ion pre-doping is insufficient, high-activity metallic lithium remains in the electricity storage device, which may cause a short circuit, which is preferable from the viewpoint of safety. Absent.

図1(a)は、本発明の蓄電デバイスの製造方法における充電工程開始直後の正極及び負極の状態を模式的に示す概念図であり、図1(b)は、本発明の蓄電デバイスの製造方法における充電工程終了直後の正極及び負極の状態を模式的に示す概念図である。Fig.1 (a) is a conceptual diagram which shows typically the state of the positive electrode and negative electrode immediately after the start of the charge process in the manufacturing method of the electrical storage device of this invention, FIG.1 (b) is manufacture of the electrical storage device of this invention. It is a conceptual diagram which shows typically the state of the positive electrode and negative electrode immediately after completion | finish of the charge process in a method. 図2は、本発明の蓄電デバイスの製造方法における負極交換工程を模式的に示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram schematically showing a negative electrode replacement step in the method for manufacturing an electricity storage device of the present invention. 図3(a)は、本発明の蓄電デバイスの製造方法における放電工程開始直後のアニオン挿入正極及びリチウム含有極の状態を模式的に示す概念図であり、図3(b)は、本発明の蓄電デバイスの製造方法における放電工程を経た正極及びリチウム含有極の状態を模式的に示す概念図である。FIG. 3A is a conceptual diagram schematically showing the state of the anion-inserted positive electrode and the lithium-containing electrode immediately after the start of the discharge process in the method for producing an electricity storage device of the present invention, and FIG. It is a conceptual diagram which shows typically the state of the positive electrode and lithium containing electrode which passed through the discharge process in the manufacturing method of an electrical storage device. 図4は、本発明の蓄電デバイスの製造方法により製造される蓄電デバイスの一例を模式的に示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an example of an electricity storage device manufactured by the method for manufacturing an electricity storage device of the present invention. 図5は、本発明の蓄電デバイスの別の一例を模式的に示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing another example of the electricity storage device of the present invention. 図6は、本発明の蓄電デバイスのさらに別の一例を模式的に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing still another example of the electricity storage device of the present invention. 図7は、実施例1に係る充電工程から放電工程までの間の[正極−負極]間電位、及び[正極−リチウム含有極]間電位の推移を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing changes in the potential between [positive electrode and negative electrode] and the potential between [positive electrode and lithium-containing electrode] during the charging process to the discharging process according to Example 1.

(発明の詳細な説明)
以下、本発明の蓄電デバイスの製造方法及び蓄電デバイスについて具体的に説明する。しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の個々の望ましい構成を2つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
(Detailed description of the invention)
Hereinafter, the method for manufacturing an electricity storage device and the electricity storage device of the present invention will be specifically described. However, the present invention is not limited to the following configurations, and can be applied with appropriate modifications without departing from the scope of the present invention. Note that the present invention also includes a combination of two or more desirable configurations of the present invention described below.

本発明の蓄電デバイスの製造方法は、充電工程、負極交換工程、放電工程及びセル作製工程とからなる。 The manufacturing method of the electrical storage device of this invention consists of a charge process, a negative electrode exchange process, a discharge process, and a cell preparation process.

まず、充電工程について説明する。
充電工程では、正極と負極とを電気的に接続して、充電を行うことによりアニオン挿入正極とプレドープ負極を作製する。
First, the charging process will be described.
In the charging step, the positive electrode and the negative electrode are electrically connected, and charging is performed to produce the anion-inserted positive electrode and the pre-doped negative electrode.

まず、正極について説明する。
充電工程で用いる正極は、正極集電体上に正極活物質が形成されてなるものである。
First, the positive electrode will be described.
The positive electrode used in the charging step is formed by forming a positive electrode active material on a positive electrode current collector.

正極集電体を構成する材料としては、蓄電デバイス内部における耐食性に優れたものであることが好ましく、例えば、ステンレス、チタン、アルミニウム等が挙げられ、製造コスト及び耐食性の観点から、アルミニウムであることが好ましい。 The material constituting the positive electrode current collector is preferably a material having excellent corrosion resistance inside the electricity storage device, and examples thereof include stainless steel, titanium, aluminum, and the like, from the viewpoint of manufacturing cost and corrosion resistance, aluminum. Is preferred.

正極集電体は、表裏間で非水電解液を隔離する箔であることが好ましい。
正極集電体が表裏間で非水電解液を隔離する箔である場合、細孔形成加工等が施された箔と比較して安価で製造することができるため、製造コストに優れる。また、表裏間で非水電解液を隔離する箔を用いることにより、細孔を形成する必要がないので、薄い箔を用いても導電率、強度を確保することができるため、蓄電デバイスのサイズを小さくすることができる。
The positive electrode current collector is preferably a foil that separates the non-aqueous electrolyte between the front and back sides.
When the positive electrode current collector is a foil that separates the non-aqueous electrolyte between the front and back surfaces, it can be manufactured at a lower cost than a foil that has been subjected to pore formation processing or the like, and thus the manufacturing cost is excellent. In addition, since it is not necessary to form pores by using a foil that separates the non-aqueous electrolyte solution between the front and back surfaces, the conductivity and strength can be ensured even if a thin foil is used. Can be reduced.

正極集電体の厚さは、10〜100μmであることが好ましく、10〜60μmであることがより好ましく、10〜40μmであることがさらに好ましい。 The thickness of the positive electrode current collector is preferably 10 to 100 μm, more preferably 10 to 60 μm, and still more preferably 10 to 40 μm.

正極活物質としては、層構造を有する炭素質材料であればよく、例えば、グラファイト、難黒鉛性カーボン、天然黒鉛、人造黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温焼成炭素及び活性炭等が好ましく、グラファイト、難黒鉛性カーボン及び人造黒鉛がより好ましい。 The positive electrode active material may be a carbonaceous material having a layer structure, such as graphite, non-graphitizable carbon, natural graphite, artificial graphite, non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, low-temperature calcined carbon and activated carbon. Preferably, graphite, non-graphitizable carbon and artificial graphite are more preferable.

正極活物質を正極集電体上に形成する方法としては、例えば、溶媒中に正極活物質を分散させて正極活物質スラリーとし、この正極活物質スラリーを、ドクターブレード法アプリケータ、ベーカー式アプリケータ等の塗工機を用いて正極集電体上に塗布して、乾燥させる方法が挙げられる。
正極活物質スラリーには、必要に応じて、導電助剤、バインダ等を添加してもよい。
As a method of forming the positive electrode active material on the positive electrode current collector, for example, the positive electrode active material is dispersed in a solvent to form a positive electrode active material slurry, and this positive electrode active material slurry is used as a doctor blade method applicator or a baker type application. For example, a method of applying on a positive electrode current collector using a coating machine such as a coater and drying.
You may add a conductive support agent, a binder, etc. to a positive electrode active material slurry as needed.

乾燥後の正極活物質層の厚さは、充放電容量及び蓄電デバイスの内部容量に応じて適宜設定すればよく、例えば、10〜100μmが好ましく、20〜60μmがより好ましい。
乾燥後の正極活物質層の厚さが10μm未満であると、集電体の示す重量比率が高くなり、単位重量あたりの蓄電デバイスの充放電容量が少なくなりすぎることがある。一方、乾燥後の正極活物質層の厚さが100μmを超えると、蓄電デバイスの充放電に伴って正極活物質が正極集電体から剥離することがある。
What is necessary is just to set the thickness of the positive electrode active material layer after drying suitably according to charging / discharging capacity | capacitance and the internal capacity | capacitance of an electrical storage device, for example, 10-100 micrometers is preferable and 20-60 micrometers is more preferable.
When the thickness of the positive electrode active material layer after drying is less than 10 μm, the weight ratio indicated by the current collector increases, and the charge / discharge capacity of the electricity storage device per unit weight may be too small. On the other hand, when the thickness of the positive electrode active material layer after drying exceeds 100 μm, the positive electrode active material may be peeled off from the positive electrode current collector along with charge / discharge of the electricity storage device.

上記バインダとしては、水溶性のスチレンブタジエンゴム(SBR)、例えば、カルボキシメチルセルロースとスチレンブタジエンゴム(SBR)との混合物、ポリフッ化ビニリデン、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン等が好ましく、ポリフッ化ビニリデンがより好ましい。
なお、正極活物質スラリー中に含まれるバインダの量は、固形分換算で1〜20重量%であることが好ましい。
The binder is preferably a water-soluble styrene butadiene rubber (SBR), for example, a mixture of carboxymethyl cellulose and styrene butadiene rubber (SBR), polyvinylidene fluoride, polyamideimide, polyimide, polytetrafluoroethylene, etc., and polyvinylidene fluoride. Is more preferable.
In addition, it is preferable that the quantity of the binder contained in a positive electrode active material slurry is 1 to 20 weight% in conversion of solid content.

上記導電助剤としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー等が挙げられる。なお、正極活物質中に含まれる導電助剤の量は、1〜50重量%であることが好ましい。 Examples of the conductive aid include ketjen black, acetylene black, furnace black, carbon nanotube, and carbon nanofiber. In addition, it is preferable that the quantity of the conductive support agent contained in a positive electrode active material is 1 to 50 weight%.

上記溶媒としては、水、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)等が挙げられる。
溶媒とバインダとの組み合わせとしては、例えば、バインダとして水溶性のSBRゴムを用い、水を溶媒として使用することができる。
Examples of the solvent include water, N, N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and the like.
As a combination of the solvent and the binder, for example, a water-soluble SBR rubber can be used as the binder, and water can be used as the solvent.

なお、正極準備工程において、正極集電体の片面だけに正極活物質を形成してもよく、正極集電体の両面に正極活物質を形成してもよい。正極と負極とを連続して巻回あるいは交互に積層した積層型の蓄電デバイスの場合、正極集電体の両面に正極活物質が形成されていることが好ましい。 In the positive electrode preparation step, the positive electrode active material may be formed only on one surface of the positive electrode current collector, or the positive electrode active material may be formed on both surfaces of the positive electrode current collector. In the case of a stacked storage device in which a positive electrode and a negative electrode are continuously wound or alternately stacked, it is preferable that a positive electrode active material is formed on both surfaces of the positive electrode current collector.

続いて、負極について説明する。
充電工程で用いる負極は、負極集電体上に負極活物質が形成されてなるものである。
Subsequently, the negative electrode will be described.
The negative electrode used in the charging step is formed by forming a negative electrode active material on a negative electrode current collector.

負極集電体を構成する材料としては、蓄電デバイス内部における耐食性に優れ、かつ、リチウムと合金を形成しないものであることが好ましく、例えば、銅、ニッケル等が挙げられ、製造コストの観点から、銅であることが好ましい。 The material constituting the negative electrode current collector is preferably excellent in corrosion resistance inside the electricity storage device and does not form an alloy with lithium, for example, copper, nickel, etc., from the viewpoint of manufacturing cost, Copper is preferred.

負極集電体は、表裏間で非水電解液を隔離する箔であることが好ましい。
負極集電体が表裏間で非水電解液を隔離する箔である場合、細孔形成加工等が施された箔と比較して安価で製造することができるため、製造コストに優れる。
また、表裏間で非水電解液を隔離する箔を用いることにより、細孔を形成する必要がないので、薄い箔を用いても導電率、強度を確保することができ、蓄電デバイスのサイズを小さくすることができる。
The negative electrode current collector is preferably a foil that separates the non-aqueous electrolyte between the front and back sides.
When the negative electrode current collector is a foil that separates the non-aqueous electrolyte between the front and back surfaces, the negative electrode current collector can be manufactured at a lower cost than a foil that has been subjected to pore formation processing or the like.
In addition, since it is not necessary to form pores by using a foil that separates the non-aqueous electrolyte between the front and back surfaces, conductivity and strength can be ensured even with a thin foil, and the size of the electricity storage device can be reduced. Can be small.

負極集電体の厚さは、10〜100μmであることが好ましく、20〜80μmであることがより好ましく、30〜60μmであることがさらに好ましい。 The thickness of the negative electrode current collector is preferably 10 to 100 μm, more preferably 20 to 80 μm, and still more preferably 30 to 60 μm.

負極活物質としては、層構造を有する炭素質材料であればよく、例えば、正極活物質と同様のものを使用することが好ましい。 The negative electrode active material may be a carbonaceous material having a layer structure, and for example, the same material as the positive electrode active material is preferably used.

負極活物質を負極集電体上に形成する方法は、上述した正極活物質を正極集電体上に形成する方法と同様の方法を好適に用いることができる。
使用する溶媒、導電助剤、バインダ等の種類・割合についても正極活物質の場合と同様である。
また、負極集電体の片面だけに負極活物質を形成してもよく、負極集電体の両面に負極活物質を形成してもよい。積層型の蓄電デバイスの場合、負極集電体の両面に負極活物質が形成されていることが好ましい。
As a method for forming the negative electrode active material on the negative electrode current collector, a method similar to the method for forming the positive electrode active material described above on the positive electrode current collector can be suitably used.
The types and ratios of the solvent, conductive assistant, binder, etc. used are the same as in the case of the positive electrode active material.
Further, the negative electrode active material may be formed only on one surface of the negative electrode current collector, or the negative electrode active material may be formed on both surfaces of the negative electrode current collector. In the case of a stacked electricity storage device, it is preferable that a negative electrode active material is formed on both surfaces of a negative electrode current collector.

充電工程では、正極と負極とを電気的に接続し、リチウム塩と非水溶媒とを含む非水電解液中で充電することによって、リチウム塩を構成するアニオンを正極活物質の内部へ挿入してアニオン挿入正極を作製するとともに、負極活物質へのリチウムイオンのプレドープを行ってプレドープ負極を作製する。
なお、充電工程においては、アニオン挿入正極の電位が5〜6V(vs Li/Li)となるまで充電を行うことが好ましく、また、プレドープ負極の電位が0.06〜0.12V(vs Li/Li)となるまで充電を行うことが好ましい。
In the charging process, the anion constituting the lithium salt is inserted into the positive electrode active material by electrically connecting the positive electrode and the negative electrode and charging in a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt and a non-aqueous solvent. Then, an anion-inserted positive electrode is prepared, and a pre-doped negative electrode is prepared by pre-doping lithium ions into the negative electrode active material.
In the charging step, charging is preferably performed until the potential of the anion-inserted positive electrode is 5 to 6 V (vs Li / Li + ), and the potential of the pre-doped negative electrode is 0.06 to 0.12 V (vs Li / Li + ) It is preferable to charge until it becomes.

充電工程において正極及び負極がどのような挙動をするか、図1(a)及び図1(b)を用いて説明する。
図1(a)は、本発明の蓄電デバイスの製造方法における充電工程開始直後の正極及び負極の状態を模式的に示す概念図であり、図1(b)は、本発明の蓄電デバイスの製造方法における充電工程終了直後の正極及び負極の状態を模式的に示す概念図である。
充電工程においては、図1(a)に示すように、正極10と負極30とが非水電解液60中で向い合って存在している。
正極10は正極集電体12とその表面に形成された正極活物質11からなり、負極30は、負極集電体32とその表面に形成された負極活物質31からなる。
正極10と負極30は、充放電試験機100に接続されており、充放電試験機100によって正極10と負極30とが電気的に接続されて充電されることとなる。充電を行うと、非水電解液を構成している成分のうち、LiXで示されるリチウム塩のアニオン(図1(a)中、Xで表される)が正極活物質11の内部に挿入される。同時に、リチウムイオン(図1(a)中、Liで表される)が負極活物質31の内部に挿入される。
そして、充電工程が完了すると、図1(b)に示すように、正極活物質11にアニオンが挿入されることによってアニオンが挿入された正極活物質16となり、正極10がアニオン挿入正極15となる。同時に、負極活物質31にリチウムイオンが挿入されることによってリチウムプレドープ負極活物質41となり、負極30がプレドープ負極40となる。
ここで、プレドープ負極40に対する事前処理が完了する。
なお充電工程では、非水電解液60を構成するリチウムイオン及びアニオンの一部はアニオン挿入正極及びプレドープ負極に取り込まれるため、非水電解液のリチウム塩濃度が低下する。
The behavior of the positive electrode and the negative electrode in the charging process will be described with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b).
Fig.1 (a) is a conceptual diagram which shows typically the state of the positive electrode and negative electrode immediately after the start of the charge process in the manufacturing method of the electrical storage device of this invention, FIG.1 (b) is manufacture of the electrical storage device of this invention. It is a conceptual diagram which shows typically the state of the positive electrode and negative electrode immediately after completion | finish of the charge process in a method.
In the charging step, as shown in FIG. 1A, the positive electrode 10 and the negative electrode 30 are present facing each other in the non-aqueous electrolyte 60.
The positive electrode 10 includes a positive electrode current collector 12 and a positive electrode active material 11 formed on the surface thereof, and the negative electrode 30 includes a negative electrode current collector 32 and a negative electrode active material 31 formed on the surface thereof.
The positive electrode 10 and the negative electrode 30 are connected to the charge / discharge tester 100, and the positive electrode 10 and the negative electrode 30 are electrically connected by the charge / discharge tester 100 to be charged. When the battery is charged, among the components constituting the non-aqueous electrolyte, an anion of a lithium salt represented by LiX (represented by X in FIG. 1A) is inserted into the positive electrode active material 11. Is done. At the same time, lithium ions (represented by Li + in FIG. 1A) are inserted into the negative electrode active material 31.
When the charging step is completed, as shown in FIG. 1B, the anion is inserted into the positive electrode active material 11, whereby the positive electrode active material 16 with the anion inserted is obtained, and the positive electrode 10 becomes the anion-inserted positive electrode 15. . At the same time, lithium ions are inserted into the negative electrode active material 31 to become a lithium pre-doped negative electrode active material 41, and the negative electrode 30 becomes a pre-doped negative electrode 40.
Here, the pretreatment for the pre-doped negative electrode 40 is completed.
In the charging step, a part of the lithium ions and anions constituting the non-aqueous electrolyte 60 is taken into the anion-inserted positive electrode and the pre-doped negative electrode, so that the lithium salt concentration of the non-aqueous electrolyte decreases.

上記充電工程では、正極集電体及び負極集電体の片方の面(対極と向かい合う面)が優先的に上記反応を起こす。そのため、集電体の両面に正極活物質又は負極活物質が形成されている場合には、充電工程の途中で集電体を半回転させて、反応してない方の面に対しても上記反応を起こしてもよい。 In the charging step, one of the surfaces of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector (the surface facing the counter electrode) preferentially causes the reaction. Therefore, when the positive electrode active material or the negative electrode active material is formed on both surfaces of the current collector, the current collector is rotated halfway during the charging process, and the above-mentioned surface is also reacted with respect to the non-reactive surface. A reaction may occur.

充電工程で用いられる非水電解液を構成する非水溶媒としては、エチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート(BC)、ビニレンカーボネート(VC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、スルホラン、ジメトキシエタン等を用いることが好ましく、1種又は2種以上を併用してもよい。
上記充電工程においては、負極活物質の表面に非水電解液成分の一部が分解することにより得られる固体電解質界面(SEI)膜を形成することが重要であるが、上記SEI膜は非水溶媒としてエチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート(BC)、ビニレンカーボネート(VC)等のエチレンカーボネート系非水溶媒を用いた場合に形成されやすい。
Non-aqueous solvents constituting the non-aqueous electrolyte used in the charging step include ethylene carbonate (EC), butylene carbonate (BC), vinylene carbonate (VC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), diethyl Carbonate (DEC), sulfolane, dimethoxyethane and the like are preferably used, and one or more may be used in combination.
In the charging step, it is important to form a solid electrolyte interface (SEI) film obtained by decomposing a part of the non-aqueous electrolyte component on the surface of the negative electrode active material. It is easily formed when an ethylene carbonate non-aqueous solvent such as ethylene carbonate (EC), butylene carbonate (BC), vinylene carbonate (VC) is used as the solvent.

充電工程で用いられる非水電解液を構成するリチウム塩としては、非水溶媒中でリチウムイオンとアニオンに解離するものであれば特に限定されないが、LiPF、LiClO、LiBF、LiAsF、LiCFSO、LiN(CFSO、LIC(CFSO等が挙げられ、これらのなかではLiPFが好ましい。 The lithium salt constituting the non-aqueous electrolyte used in the charging step is not particularly limited as long as it is dissociated into a lithium ion and an anion in a non-aqueous solvent, but LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , Examples include LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , and LIC (CF 3 SO 2 ) 3. Among these, LiPF 6 is preferable.

充電工程における充電レートは、特に限定されないが、0.1〜10Cであることが好ましく、0.2〜5Cであることがより好ましい。
充電レートが0.1C未満の場合、充電工程に要する時間が長時間となるため、製造効率の関係から好ましくない。一方、充電レートが10Cを超える場合、正極活物質に対するアニオンの挿入反応及び負極活物質に対するリチウムイオンのプレドープが充分に進行しないことがある。
Although the charge rate in a charge process is not specifically limited, It is preferable that it is 0.1-10C, and it is more preferable that it is 0.2-5C.
When the charging rate is less than 0.1 C, the time required for the charging process becomes long, which is not preferable from the viewpoint of manufacturing efficiency. On the other hand, when the charge rate exceeds 10 C, the anion insertion reaction with respect to the positive electrode active material and the lithium ion pre-doping with respect to the negative electrode active material may not proceed sufficiently.

なお、充電工程において正極活物質の内部にアニオンが挿入されたことは、充電工程前後の正極活物質を分析することにより判定することができる。
具体的には、正極活物質を透過型電子顕微鏡で拡大して観察すると、カーボンの層構造がゆがんでいるか又は層構造がぼけて観察される。この層構造が歪んでいたりぼけている箇所がナノバブルである。ナノバブルの形成については、日新電機技報VOL.57, No.2 2012.11「デュアルカーボン電池の基礎的特性について」によって知られている。
In addition, it can be determined by analyzing the positive electrode active material before and after the charging step that the anion has been inserted into the positive electrode active material in the charging step.
Specifically, when the positive electrode active material is magnified and observed with a transmission electron microscope, the carbon layer structure is distorted or the layer structure is blurred. The part where this layer structure is distorted or blurred is a nanobubble. For the formation of nanobubbles, see Nissin Electric Technical Report VOL. 57, no. 2 2012.11 “Basic characteristics of dual carbon battery”.

続いて、負極交換工程について説明する。
負極交換工程では、充電工程により得られたプレドープ負極を回収し、リチウム含有極と交換する。
図2は、本発明の蓄電デバイスの製造方法における負極交換工程を模式的に示す概念図である。
図2に示すように、充電工程により得られたプレドープ負極40を回収し、リチウム含有極50と交換する。
充電工程においてプレドープ負極に対する処理が完了するが、アニオン挿入正極に対しては引き続き処理を行う必要がある。そのため、アニオン挿入正極に対して、続く放電工程を行うための電極が必要となる。
続く放電工程では、非水電解液を再生することが好ましいため、リチウムイオンを放出できる能力を有する負極として、リチウム含有極を用いる。
Subsequently, the negative electrode replacement step will be described.
In the negative electrode replacement step, the pre-doped negative electrode obtained in the charging step is collected and replaced with a lithium-containing electrode.
FIG. 2 is a conceptual diagram schematically showing a negative electrode replacement step in the method for manufacturing an electricity storage device of the present invention.
As shown in FIG. 2, the pre-doped negative electrode 40 obtained by the charging process is collected and replaced with a lithium-containing electrode 50.
Although the process for the pre-doped negative electrode is completed in the charging step, it is necessary to continue the process for the anion-inserted positive electrode. Therefore, an electrode for performing a subsequent discharge process is required for the anion-inserted positive electrode.
In the subsequent discharge step, it is preferable to regenerate the non-aqueous electrolyte, and therefore a lithium-containing electrode is used as the negative electrode having the ability to release lithium ions.

リチウム含有極は、負極集電体上に形成されたリチウム含有化合物からなる。ただし、リチウム含有化合物のみからなっていてもよい。
リチウム含有化合物としては、放電時にリチウムイオンを放出できるものであれば特に限定されないが、例えば、金属リチウム、LiAl、LiZn、LiBi、LiCd、LiSb、LiSi、Li4.4Pb等のリチウム合金、及び、リチウムイオンのプレドープが施された炭素質材料が挙げられる。
放電工程における短絡を抑制する観点から、リチウムイオンのプレドープが施された炭素質材料であることが好ましい。
リチウム含有極がリチウムイオンのプレドープが施された炭素質材料からなると、リチウム含有極からリチウムが溶出しても、リチウム含有極自体の形状が保持されるため、電解液中でリチウム含有極が変形し短絡したり、リチウムの破片が電解液中に飛散して短絡することを防止することができる。
なお、リチウム含有極として、上述した充電工程により作成されたプレドープ負極を用いることも可能である。
The lithium-containing electrode is composed of a lithium-containing compound formed on the negative electrode current collector. However, it may consist only of lithium-containing compounds.
The lithium-containing compound is not particularly limited as long as it can release lithium ions at the time of discharge. For example, metallic lithium, LiAl, LiZn, Li 3 Bi, Li 3 Cd, Li 3 Sb, Li 4 Si, Li 4. Examples thereof include a lithium alloy such as 4 Pb and a carbonaceous material that is pre-doped with lithium ions.
From the viewpoint of suppressing a short circuit in the discharge process, a carbonaceous material pre-doped with lithium ions is preferable.
If the lithium-containing electrode is made of a carbonaceous material pre-doped with lithium ions, the shape of the lithium-containing electrode itself is retained even if lithium is eluted from the lithium-containing electrode. Therefore, it is possible to prevent a short circuit or a short circuit of lithium fragments scattered in the electrolyte.
In addition, it is also possible to use the pre dope negative electrode produced by the charge process mentioned above as a lithium containing electrode.

続いて、放電工程について説明する。
放電工程では、充電工程において作製されたアニオン挿入正極と負極交換工程において交換されたリチウム含有極とを電気的に接続し、非水電解液中で放電することによって、正極活物質の内部からアニオンを脱離させる。
なお、放電工程においては、正極活物質の内部からアニオンをほぼ完全に脱離させるため、アニオン挿入正極の電位が3V(vs Li/Li)となるまで放電を行うことが好ましい。
Next, the discharge process will be described.
In the discharging step, the anion-inserted positive electrode produced in the charging step and the lithium-containing electrode exchanged in the negative electrode exchanging step are electrically connected, and discharged in the non-aqueous electrolyte solution, so that the anion from the inside of the positive electrode active material. Is removed.
In the discharge step, it is preferable to perform discharge until the potential of the anion-inserted positive electrode becomes 3 V (vs Li / Li + ) in order to almost completely desorb the anion from the inside of the positive electrode active material.

放電工程において、アニオン挿入正極及びリチウム含有極がどのような挙動を示すか、図3(a)及び図3(b)を用いて説明する。
図3(a)は、本発明の蓄電デバイスの製造方法における放電工程開始直後のアニオン挿入正極及びリチウム含有極の状態を模式的に示す概念図であり、図3(b)は、本発明の蓄電デバイスの製造方法における放電工程を経た正極及びリチウム含有極の状態を模式的に示す概念図である。
図3(a)に示すように、アニオン挿入正極15とリチウム含有極50とが非水電解液60中で向い合って存在している。
アニオン挿入正極15は正極集電体12とその表面に形成されたアニオンが挿入された正極活物質16からなり、リチウム含有極50は、負極集電体52とその表面に形成されたリチウム含有化合物51からなる。
アニオン挿入正極15とリチウム含有極50は、充放電試験機100に接続されており、充放電試験機100を用いることによって、アニオン挿入正極15とリチウム含有極50とを電気的に接続して放電を行うことができる。放電を行うと、アニオン挿入正極15を構成するアニオンが挿入された正極活物質16の内部からアニオン(図3(a)中、Xで示す)が脱離し、非水電解液60中に拡散する。同時に、リチウム含有極50を構成するリチウム含有化合物51からリチウムイオン(図3(a)中、Liで示す)が脱離し、非水電解液60中に拡散する。
アニオンが挿入された正極活物質16の内部からアニオンが脱離する際、アニオンが挿入されることにより増大していた正極活物質の層間距離は、アニオンが脱離した後も完全には戻らないため、アニオンが挿入脱離しやすい状態、すなわち層間距離が増大した正極活物質21となる。そのため放電工程が完了すると、図3(b)に示すように、アニオン挿入正極15が放電工程を経た正極20となる。そして、上述した放電工程により低下していた非水電解液のリチウム塩濃度が増加するため、非水電解液が再生されることとなる。
The behavior of the anion-inserted positive electrode and the lithium-containing electrode in the discharge process will be described with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b).
FIG. 3A is a conceptual diagram schematically showing the state of the anion-inserted positive electrode and the lithium-containing electrode immediately after the start of the discharge process in the method for producing an electricity storage device of the present invention, and FIG. It is a conceptual diagram which shows typically the state of the positive electrode and lithium containing electrode which passed through the discharge process in the manufacturing method of an electrical storage device.
As shown in FIG. 3A, the anion-inserted positive electrode 15 and the lithium-containing electrode 50 are present facing each other in the non-aqueous electrolyte 60.
The anion-inserted positive electrode 15 includes a positive electrode current collector 12 and a positive electrode active material 16 having an anion formed on the surface thereof. The lithium-containing electrode 50 includes a negative electrode current collector 52 and a lithium-containing compound formed on the surface thereof. 51.
The anion-inserted positive electrode 15 and the lithium-containing electrode 50 are connected to the charge / discharge tester 100. By using the charge / discharge tester 100, the anion-inserted positive electrode 15 and the lithium-containing electrode 50 are electrically connected to discharge. It can be performed. When discharge is performed, the anion (indicated by X in FIG. 3A) is desorbed from the inside of the positive electrode active material 16 in which the anion constituting the anion-inserted positive electrode 15 is inserted, and diffuses into the non-aqueous electrolyte 60. To do. At the same time, lithium ions (indicated by Li + in FIG. 3A) are desorbed from the lithium-containing compound 51 constituting the lithium-containing electrode 50 and diffused into the non-aqueous electrolyte 60.
When the anion is desorbed from the inside of the positive electrode active material 16 in which the anion is inserted, the interlayer distance of the positive electrode active material that has been increased by the insertion of the anion does not completely return even after the anion is desorbed. Therefore, the positive electrode active material 21 in which the anion easily inserts and desorbs, that is, the interlayer distance is increased. Therefore, when the discharge process is completed, as shown in FIG. 3B, the anion-inserted positive electrode 15 becomes the positive electrode 20 that has undergone the discharge process. And since the lithium salt density | concentration of the non-aqueous electrolyte which was falling by the discharge process mentioned above increases, a non-aqueous electrolyte will be reproduced | regenerated.

先に説明した充電工程と、上述の放電工程を行うことによって、正極活物質に対するアニオンの挿入脱離が容易となるため、蓄電デバイスの充放電容量を向上させることができる。
なお、上記充電工程及び上記放電工程を行うことによって、層間距離の増大した正極活物質が形成される。
By performing the above-described charging step and the above-described discharging step, insertion / extraction of anions with respect to the positive electrode active material is facilitated, so that the charge / discharge capacity of the electricity storage device can be improved.
Note that a positive electrode active material having an increased interlayer distance is formed by performing the charging step and the discharging step.

上記放電工程では、正極集電体のいずれか片方の面(対極と向かい合う面)のみが上記反応を起こす。そのため、正極集電体の両面に正極活物質が形成されている場合には、放電工程完了後に、正極を半回転させて、反応していない側の面に形成されたアニオンが挿入された正極活物質に対して再度放電処理を行ってもよい。 In the discharge step, only one of the surfaces of the positive electrode current collector (the surface facing the counter electrode) causes the reaction. Therefore, in the case where the positive electrode active material is formed on both surfaces of the positive electrode current collector, the positive electrode in which the anion formed on the non-reacted side surface is inserted by rotating the positive electrode halfway after the discharge process is completed The discharge treatment may be performed again on the active material.

放電工程における放電レートは、特に限定されないが、0.05〜10Cであることが好ましく、0.1〜5Cであることがより好ましい。
充電レートが0.05C未満の場合、放電工程に要する時間が長時間となるため、製造効率の関係から好ましくない。一方、放電レートが10Cを超える場合、アニオンの脱離反応が充分に進行しないことがある。
Although the discharge rate in a discharge process is not specifically limited, It is preferable that it is 0.05-10C, and it is more preferable that it is 0.1-5C.
When the charge rate is less than 0.05C, it takes a long time for the discharging process, which is not preferable from the viewpoint of manufacturing efficiency. On the other hand, when the discharge rate exceeds 10 C, the anion elimination reaction may not proceed sufficiently.

なお、上記充電工程及び放電工程によって、正極活物質にナノバブルを形成することが好ましい。ナノバブルは、正極活物質の内部にリチウム塩を構成するアニオンの挿入脱離を可能とする微細な気孔である。そのため、上記ナノバブルが形成された正極活物質を正極とする蓄電デバイスは、充放電容量を大きくすることができる。 In addition, it is preferable to form nanobubbles in the positive electrode active material by the charging step and the discharging step. Nanobubbles are fine pores that enable insertion and desorption of anions constituting a lithium salt in the positive electrode active material. Therefore, the charge / discharge capacity of the electricity storage device using the positive electrode active material in which the nanobubbles are formed as a positive electrode can be increased.

充電工程において正極活物質の内部に挿入されたアニオンは、放電工程において正極活物質の内部から脱離するが、このとき、アニオンが挿入されていた空間がそのまま維持されることにより、アニオンの挿入脱離を可能とする微細な気孔(ナノバブル)が形成される。 The anion inserted into the positive electrode active material in the charging process is desorbed from the positive electrode active material in the discharge process. At this time, the space where the anion was inserted is maintained as it is, so that the anion is inserted. Fine pores (nanobubbles) that can be detached are formed.

続いて、セル作製工程について説明する。
セル作製工程では、上記放電工程を経た正極と上記プレドープ負極を組み合わせてセルを作製する。
具体的には、例えば、セパレータを介して放電工程を経た正極とプレドープ負極を向かい合わせて配置し、非水電解液を添加して外装部材で密封することで、セルを作製することができる。
Next, the cell manufacturing process will be described.
In the cell production process, a cell is produced by combining the positive electrode that has undergone the discharge process and the pre-doped negative electrode.
Specifically, for example, a positive electrode and a pre-doped negative electrode that have undergone a discharge process are disposed facing each other through a separator, a non-aqueous electrolyte is added, and the cell is manufactured by sealing with an exterior member.

なお、セル作製工程において用いる非水電解液は、上述した充電工程及び放電工程で用いた非水電解液を用いることができる。
なお、セパレータ、外装部材等の好ましいものについては、本発明の蓄電デバイスの説明において詳述する。
Note that the non-aqueous electrolyte used in the above-described charging process and discharging process can be used as the non-aqueous electrolyte used in the cell manufacturing process.
In addition, about preferable things, such as a separator and an exterior member, are explained in full detail in description of the electrical storage device of this invention.

本発明の蓄電デバイスの製造方法を構成する各工程において、非水電解液を扱う場合、露点が−35℃以下の環境で作業することが好ましく、−60℃以下がより好ましい。
露点が−35℃を超える環境で非水電解液を扱う場合、非水電解液中を構成するリチウム塩が環境中の水分と反応して分解・劣化してしまうおそれがある。
In each step constituting the method for manufacturing an electricity storage device of the present invention, when a non-aqueous electrolyte is handled, it is preferable to work in an environment having a dew point of −35 ° C. or lower, and more preferably −60 ° C. or lower.
When a non-aqueous electrolyte is handled in an environment where the dew point exceeds -35 ° C, the lithium salt constituting the non-aqueous electrolyte may react with moisture in the environment and decompose and deteriorate.

セル作製工程において作製されたセルを単数で、又は複数個を任意の組み合わせで接続することにより、蓄電デバイスを製造することができる。
図4は、本発明の蓄電デバイスの製造方法により製造される蓄電デバイスの一例を模式的に示す断面図である。図4に示す蓄電デバイス1は、放電工程を経た正極20とプレドープ負極40とがセパレータ90を介して非水電解液80に浸漬され、外装部材71によって覆われた単一のセル70から構成されている。
An electricity storage device can be manufactured by connecting a single cell or a plurality of cells manufactured in the cell manufacturing process in any combination.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an example of an electricity storage device manufactured by the method for manufacturing an electricity storage device of the present invention. The power storage device 1 shown in FIG. 4 includes a single cell 70 in which a positive electrode 20 and a pre-doped negative electrode 40 that have undergone a discharge process are immersed in a nonaqueous electrolyte solution 80 via a separator 90 and covered with an exterior member 71. ing.

続いて、本発明の蓄電デバイスについて説明する。
本発明の蓄電デバイスは、表裏間で非水電解液を隔離する箔上に炭素質材料である正極活物質が形成され、かつ、上記正極活物質の内部にリチウム塩を構成するアニオンの挿入脱離を可能とする微細な気孔であるナノバブルが形成されたナノバブル正極と、表裏間で非水電解液を隔離する箔上に炭素質材料である負極活物質が形成され、かつ、上記負極活物質にリチウムイオンのプレドープが行われたプレドープ負極とを備えることを特徴とする。
Then, the electrical storage device of this invention is demonstrated.
In the electricity storage device of the present invention, a positive electrode active material that is a carbonaceous material is formed on a foil that separates a non-aqueous electrolyte between the front and back sides, and an insertion / desorption of an anion constituting a lithium salt is formed inside the positive electrode active material. A negative electrode active material that is a carbonaceous material is formed on a nanobubble positive electrode in which nanobubbles, which are fine pores that can be separated, are formed, and a foil that separates the non-aqueous electrolyte between the front and back surfaces, and the negative electrode active material And a pre-doped negative electrode subjected to lithium ion pre-doping.

本発明の蓄電デバイスは、正極活物質の内部にナノバブルが形成されたナノバブル正極を正極として、負極活物質にリチウムイオンのプレドープが行われたプレドープ負極を負極として備えている。ナノバブルが形成された正極活物質はアニオンの挿入脱離が可能なサイトが数多く存在するため、蓄電デバイスの充放電容量を増加させることができる。
また、リチウムイオンのプレドープが行われた負極活物質を用いることで、常に、正極挿入されるアニオンの量よりも多くのリチウムが負極に挿入される。このため、蓄電デバイスを完全に放電した場合であっても、負極にはリチウムが挿入された状態となり、負極の電位が低い状態で安定させることができる。そのため、充放電を繰り返した場合でも、充放電に伴う負極の劣化を抑制することができ、蓄電デバイスの耐用回数を増加させることができる。また、負極の電位変動を殆ど無視できるため、正極容量の大部分を使用して充放電反応を行うことができるため、容量利用率及びエネルギー密度を向上させることができる。
The electricity storage device of the present invention includes, as a positive electrode, a nanobubble positive electrode in which nanobubbles are formed inside a positive electrode active material, and a negative electrode as a pre-doped negative electrode in which lithium ion pre-doping is performed on a negative electrode active material. Since the positive electrode active material in which nanobubbles are formed has many sites where anion can be inserted and released, the charge / discharge capacity of the electricity storage device can be increased.
Further, by using a negative electrode active material that has been pre-doped with lithium ions, more lithium is always inserted into the negative electrode than the amount of anions inserted into the positive electrode. For this reason, even when the electricity storage device is completely discharged, lithium is inserted into the negative electrode, and the electric potential of the negative electrode can be stabilized. Therefore, even when charging / discharging is repeated, deterioration of the negative electrode associated with charging / discharging can be suppressed, and the number of times that the electricity storage device can be used can be increased. In addition, since the potential fluctuation of the negative electrode can be almost ignored, the charge / discharge reaction can be performed using most of the positive electrode capacity, so that the capacity utilization rate and the energy density can be improved.

また、本発明の蓄電デバイスは、集電体として表裏間で非水電解液を隔離する箔を用いている。これは、細孔形成加工等が施されていない箔であるため、製造時のコストを削減でき、安価な製品を提供することができる。
表裏間で非水電解液を隔離する箔を用いて正極及び負極を作製した場合、細孔形成加工等が施された箔を用いた場合と比較して、集電体から活物質までの距離がバラつきにくいため、アニオン及びリチウムイオンの挿入脱離反応にムラが発生しにくい。
さらに、表裏間で非水電解液を隔離する箔を用いることにより、細孔を形成する必要がないので、薄い箔を用いても導電率、強度を確保することができ、蓄電デバイスのサイズを小さくすることができる。
Moreover, the electrical storage device of this invention uses the foil which isolate | separates nonaqueous electrolyte solution between front and back as a collector. Since this is a foil not subjected to pore formation processing or the like, the manufacturing cost can be reduced, and an inexpensive product can be provided.
The distance from the current collector to the active material when the positive electrode and the negative electrode are made using a foil that separates the non-aqueous electrolyte between the front and back, compared to the case where a foil that has been subjected to pore formation processing is used. Therefore, unevenness is hardly generated in the insertion / release reaction of anions and lithium ions.
Furthermore, since it is not necessary to form pores by using a foil that separates the non-aqueous electrolyte between the front and back surfaces, conductivity and strength can be ensured even if a thin foil is used, and the size of the electricity storage device can be reduced. Can be small.

本発明の蓄電デバイスは、例えば、上述した本発明の蓄電デバイスの製造方法により製造することができる。図4に示した蓄電デバイス1を構成する、放電工程を経た正極20がナノバブル正極である場合、本発明の蓄電デバイスに相当する。 The electricity storage device of the present invention can be manufactured, for example, by the above-described method for manufacturing the electricity storage device of the present invention. In the case where the positive electrode 20 that has undergone the discharging process and constitutes the electric storage device 1 shown in FIG. 4 is a nanobubble positive electrode, it corresponds to the electric storage device of the present invention.

本発明の蓄電デバイスを構成する正極集電体としては、本発明の蓄電デバイスの製造方法で挙げた正極集電体と同様のものを好ましく用いることができる。 As the positive electrode current collector constituting the electricity storage device of the present invention, the same positive electrode current collector as mentioned in the method for producing an electricity storage device of the present invention can be preferably used.

本発明の蓄電デバイスを構成する負極集電体としては、本発明の蓄電デバイスの製造方法で挙げた負極集電体と同様のものを好ましく用いることができる。 As the negative electrode current collector constituting the electricity storage device of the present invention, the same negative electrode current collector as mentioned in the method for producing an electricity storage device of the present invention can be preferably used.

本発明の蓄電デバイスは、例えば、ナノバブル正極とプレドープ負極とが、セパレータを介して向かい合わせに配置されており、ナノバブル正極、プレドープ負極及びセパレータはリチウム塩と非水溶媒を含む非水電解液に浸漬されており、非水電解液が大気に暴露しないよう、ナノバブル正極、プレドープ負極、セパレータ及び非水電解液は外装部材によって覆われていることにより構成されている。 In the electricity storage device of the present invention, for example, a nanobubble positive electrode and a pre-doped negative electrode are arranged facing each other through a separator, and the nano-bubble positive electrode, the pre-doped negative electrode and the separator are in a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt and a non-aqueous solvent. The nanobubble positive electrode, the pre-doped negative electrode, the separator, and the nonaqueous electrolytic solution are covered with an exterior member so that the nonaqueous electrolytic solution is not exposed to the atmosphere.

外装部材としては、金属缶、セラミック、アルミラミネートフィルム等を用いることができる。
金属缶を構成する金属としては、例えばアルミニウム、ステンレス鋼等が挙げられ、金属缶の内面には必要に応じて樹脂、アルマイト等の絶縁被覆処理を施してもよい。
As the exterior member, a metal can, a ceramic, an aluminum laminate film, or the like can be used.
Examples of the metal constituting the metal can include aluminum and stainless steel, and the inner surface of the metal can may be subjected to an insulating coating treatment such as resin and alumite as necessary.

セルを構成するセパレータとしては、セルロース系、或いはポリエチレン等のポリオレフィン系等の重合体からなる多孔質の膜などが利用できる。 As the separator constituting the cell, a porous film made of a polymer such as cellulose or polyolefin such as polyethylene can be used.

セパレータの厚みは、特に限定されないが、1〜100μmであることが好ましく、5〜50μmであることがより好ましく、10〜30μmであることがさらに好ましい。
セパレータの厚みが1μm未満であると、セパレータにピンホール等の欠陥が発生しやすい。一方、セパレータの厚みが100μmを超えると、蓄電デバイスの内部抵抗が高くなってしまい、蓄電デバイスの充放電特性及びサイクル特性に悪影響を与える可能性がある。
Although the thickness of a separator is not specifically limited, It is preferable that it is 1-100 micrometers, It is more preferable that it is 5-50 micrometers, It is further more preferable that it is 10-30 micrometers.
When the thickness of the separator is less than 1 μm, defects such as pinholes are likely to occur in the separator. On the other hand, if the thickness of the separator exceeds 100 μm, the internal resistance of the electricity storage device increases, which may adversely affect the charge / discharge characteristics and cycle characteristics of the electricity storage device.

非水電解液としては、本発明の蓄電デバイスの製造方法で挙げた非水電解液を好適に用いることができる。 As the non-aqueous electrolyte, the non-aqueous electrolyte described in the method for producing an electricity storage device of the present invention can be suitably used.

本発明の蓄電デバイスには必要に応じて、過充電保護回路、過放電保護回路、温度センサ等を組み合わせてもよい。 If necessary, the power storage device of the present invention may be combined with an overcharge protection circuit, an overdischarge protection circuit, a temperature sensor, or the like.

ナノバブル正極は、本発明の蓄電デバイスの製造方法で説明した充電工程及び放電工程により作製されることが好ましい。
本発明の蓄電デバイスの製造方法で説明した充電工程及び放電工程によってナノバブル正極を作製することで、蓄電デバイス内部で正極活物質に対してナノバブルを形成する処理を行う必要がなくなる。
ナノバブル正極の作製を蓄電デバイス内部で行うためのリチウム供給源、支持体及び電極を蓄電デバイス内部に配置する必要がないため、リチウム供給源、支持体及び電極の配置スペースの分だけデッドスペースを削減することができ、蓄電デバイス内部の活物質重量を増加させ、蓄電デバイスのエネルギー密度を向上させることができる。
また、蓄電デバイス内部で正極活物質に対するナノバブル形成を行う場合、リチウム供給源が蓄電デバイス内部に残存して、リチウムデンドライトが析出し、リチウムが浮遊して短絡を引き起こす原因となることが考えられる。一方、上記構成の蓄電デバイスにおいては、リチウム供給源を蓄電デバイス内部に配置することがないため、リチウムデンドライトの析出を抑制することができる。
The nanobubble positive electrode is preferably produced by the charging step and the discharging step described in the method for manufacturing an electricity storage device of the present invention.
By producing the nanobubble positive electrode by the charging step and the discharging step described in the method for manufacturing the electricity storage device of the present invention, it is not necessary to perform a process of forming nanobubbles on the positive electrode active material inside the electricity storage device.
Since there is no need to arrange the lithium supply source, support and electrode inside the electricity storage device for the production of the nanobubble positive electrode inside the electricity storage device, the dead space is reduced by the arrangement space of the lithium supply source, support and electrode. It is possible to increase the weight of the active material inside the electricity storage device and improve the energy density of the electricity storage device.
In addition, when nanobubble formation for the positive electrode active material is performed inside the electricity storage device, it is considered that the lithium supply source remains inside the electricity storage device, lithium dendrite is precipitated, and lithium is floated to cause a short circuit. On the other hand, in the electricity storage device having the above-described configuration, the lithium supply source is not disposed inside the electricity storage device, so that precipitation of lithium dendrite can be suppressed.

プレドープ負極は、本発明の蓄電デバイスの製造方法で説明した充電工程により作製されることが好ましい。
プレドープ負極の作製を蓄電デバイス内部で行うためのリチウム供給源、支持体及び電極を蓄電デバイス内部に配置する必要がないため、リチウム供給源、支持体及び電極の配置スペースの分だけデッドスペースを削減することができ、蓄電デバイス内部の活物質重量を増加させ、蓄電デバイスのエネルギー密度を向上させることができる。
また、蓄電デバイス内部で負極活物質に対するリチウムイオンのプレドープを行う場合、リチウム供給源が蓄電デバイス内部に残存した場合に、蓄電デバイス内部に活性度の高い金属リチウムが残存して、短絡する可能性を有する状態となる。一方、上記構成の蓄電デバイスにおいては、リチウム供給源を蓄電デバイス内部に配置することがないため、リチウムデンドライトの析出を抑制することができる。
The pre-doped negative electrode is preferably produced by the charging step described in the method for producing an electricity storage device of the present invention.
Since there is no need to arrange the lithium supply source, support and electrode inside the electricity storage device to make the pre-doped negative electrode inside the electricity storage device, the dead space is reduced by the arrangement space of the lithium supply source, support and electrode. It is possible to increase the weight of the active material inside the electricity storage device and improve the energy density of the electricity storage device.
In addition, when pre-doping lithium ions into the negative electrode active material inside the electricity storage device, if the lithium supply source remains inside the electricity storage device, highly active metallic lithium may remain inside the electricity storage device, causing a short circuit. It will be in the state which has. On the other hand, in the electricity storage device having the above-described configuration, the lithium supply source is not disposed inside the electricity storage device, so that precipitation of lithium dendrite can be suppressed.

本発明の蓄電デバイスの別の一例を示す。
図5は、本発明の蓄電デバイスの別の一例を模式的に示す断面図である。また、図6は、本発明の蓄電デバイスのさらに別の一例を模式的に示す断面図である。
本発明の蓄電デバイスは、例えば、図5に示す蓄電デバイス2のように、ナノバブル正極24とプレドープ負極42とがセパレータ91を介して複数個互いに積層された構造を有する単一のセル75から構成されていてもよい。また、図6に示す蓄電デバイス3のように、ナノバブル正極25とプレドープ負極43とがセパレータ92を介して配置されたセル76が複数個接続されたものであってもよい。
Another example of the electricity storage device of the present invention is shown.
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing another example of the electricity storage device of the present invention. Moreover, FIG. 6 is sectional drawing which shows typically another example of the electrical storage device of this invention.
The power storage device of the present invention is composed of a single cell 75 having a structure in which a plurality of nanobubble positive electrodes 24 and pre-doped negative electrodes 42 are stacked with a separator 91 interposed therebetween, for example, as the power storage device 2 shown in FIG. May be. Further, as in the electricity storage device 3 illustrated in FIG. 6, a plurality of cells 76 in which the nanobubble positive electrode 25 and the pre-doped negative electrode 43 are arranged via the separator 92 may be connected.

以下に、本発明の蓄電デバイスの製造方法、及び、蓄電デバイスの作用効果について列挙する。
(1)本発明の蓄電デバイスの製造方法では、正極と負極とを個別に処理しないため、製造工程を簡素化することができる。さらに、充電工程において、正極及び負極を積層構造とする必要がない。
また、充電工程においては、電流量及び電極位置を監視・調整できるため、負極におけるリチウムイオンのプレドープの均一性を図ることができる。さらに、アニオンを正極活物質の内部に挿入する正極処理も同時に均一に行うことができる。
加えて、リチウムイオンのプレドープに用いられるリチウム供給源が蓄電デバイス内に存在しないため、リチウムデンドライトの発生を抑制することができ、安全性が高いといえる。
従って、本発明の蓄電デバイスの製造方法は、安全性が高く高容量な蓄電デバイスを、低コスト及び短時間で製造することが可能となる。
Below, the manufacturing method of the electrical storage device of this invention and the effect of an electrical storage device are enumerated.
(1) In the manufacturing method of the electrical storage device of this invention, since a positive electrode and a negative electrode are not processed separately, a manufacturing process can be simplified. Furthermore, in the charging step, the positive electrode and the negative electrode do not need to have a laminated structure.
Further, in the charging process, since the amount of current and the electrode position can be monitored and adjusted, the uniformity of lithium ion pre-doping in the negative electrode can be achieved. Furthermore, the positive electrode treatment in which an anion is inserted into the positive electrode active material can be performed uniformly at the same time.
In addition, since a lithium supply source used for lithium ion pre-doping does not exist in the electricity storage device, generation of lithium dendrite can be suppressed, and safety can be said to be high.
Therefore, the method for manufacturing an electricity storage device of the present invention makes it possible to manufacture an electricity storage device with high safety and high capacity at a low cost and in a short time.

(2)本発明の蓄電デバイスは、正極活物質の内部にリチウム塩を構成するアニオンの挿入脱離を可能とする微細な気孔であるナノバブルが形成されたナノバブル正極と、負極活物質にリチウムイオンのプレドープが行われたプレドープ負極から構成されている。そのため、高い充放電容量及びエネルギー密度を有する。
また、本発明の蓄電デバイスは集電体に表裏間で非水電解液を隔離する箔を用いているため、箔に細孔形成加工等の微細加工を施す必要がなく、製造コストを抑制することができる。また、細孔を形成する必要がないので、薄い箔を用いても導電率、強度を確保することができるので、蓄電デバイスのサイズを小さくすることができる。
(2) The electricity storage device of the present invention includes a nanobubble positive electrode in which nanobubbles, which are fine pores capable of inserting and desorbing anions constituting a lithium salt, are formed in the positive electrode active material, and lithium ions in the negative electrode active material. It is comprised from the pre dope negative electrode by which the pre dope was performed. Therefore, it has a high charge / discharge capacity and energy density.
In addition, since the electricity storage device of the present invention uses a foil that separates the non-aqueous electrolyte between the front and back surfaces of the current collector, it is not necessary to subject the foil to fine processing such as pore formation processing, thereby suppressing manufacturing costs. be able to. In addition, since it is not necessary to form pores, the conductivity and strength can be ensured even when a thin foil is used, so that the size of the electricity storage device can be reduced.

(実施例)
以下、本発明をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
(Example)
Examples in which the present invention is disclosed more specifically are shown below. In addition, this invention is not limited only to these Examples.

(実施例1)
(a)充電工程
(a−1)正極の準備
正極活物質としてのグラファイト粉末[イビデン株式会社製黒鉛材料(ET−10)を粉砕したもの(D50=1.5μm)]、導電助剤としてのアセチレンブラック、バインダとしてのスチレンブタジエンゴム(SBR)系共重合バインダ、カルボキシメチルセルロース(CMC)、溶媒としてのイオン交換水を充分に混合することにより、正極活物質スラリーを得た。
続いて、正極活物質スラリーを、厚さ30μmのアルミニウム箔(表裏間で非水電解液を隔離する箔)上に、ベーカー式アプリケータを用いて、乾燥後の正極活物質層の厚さが30μmとなるように片面のみに塗布した。
正極活物質スラリーが塗布されたアルミニウム箔を60℃で、10分間乾燥させ、その後減圧環境下において、120℃で10時間、200℃で17時間加熱し、減圧乾燥した。乾燥後、正極活物質が形成された範囲がΦ1.5cmとなるようにコイン形に打ち抜き、正極を準備した。
Example 1
(A) Charging step (a-1) Preparation of positive electrode Graphite powder as a positive electrode active material [crushed graphite material (ET-10) manufactured by Ibiden Co., Ltd. (D50 = 1.5 μm)], as conductive aid A positive electrode active material slurry was obtained by sufficiently mixing acetylene black, a styrene butadiene rubber (SBR) copolymer binder as a binder, carboxymethyl cellulose (CMC), and ion-exchanged water as a solvent.
Subsequently, the positive electrode active material slurry is dried on a 30 μm thick aluminum foil (a foil that separates the non-aqueous electrolyte between the front and back surfaces) using a Baker type applicator, and the thickness of the positive electrode active material layer after drying is reduced. It apply | coated only to one side so that it might be set to 30 micrometers.
The aluminum foil coated with the positive electrode active material slurry was dried at 60 ° C. for 10 minutes, then heated under reduced pressure at 120 ° C. for 10 hours and at 200 ° C. for 17 hours, and dried under reduced pressure. After drying, a positive electrode was prepared by punching into a coin shape so that the area where the positive electrode active material was formed was Φ1.5 cm.

(a−2)負極の準備
負極活物質としてのグラファイト粉末[イビデン株式会社製黒鉛材料(ET−10)を粉砕したもの(D50=1.5μm)]、導電助剤としてのアセチレンブラック、バインダとしてのSBR系共重合バインダ、CMC、溶媒としてのイオン交換水を充分に混合することにより、負極活物質スラリーを得た。
負極活物質スラリーを、厚さ60μmの銅箔(表裏間で非水電解液を隔離する箔)上に、ベーカー式アプリケータを用いて、乾燥後の負極活物質層の厚さが50μmとなるように片面のみに塗布した。
負極活物質スラリーが塗布された銅箔を60℃で、10分間乾燥させ、その後減圧環境下において、120℃で10時間、200℃で17時間加熱して、減圧乾燥した。乾燥後、負極活物質が形成された範囲がΦ1.5cmとなるようにコイン形に打ち抜き負極を準備した。
(A-2) Preparation of Negative Electrode Graphite powder as a negative electrode active material [crushed graphite material (ET-10) manufactured by IBIDEN Co., Ltd. (D50 = 1.5 μm)], acetylene black as a conductive auxiliary agent, as a binder The SBR copolymer binder, CMC, and ion-exchanged water as a solvent were sufficiently mixed to obtain a negative electrode active material slurry.
The negative electrode active material slurry is dried on a copper foil having a thickness of 60 μm (a foil that separates the nonaqueous electrolyte between the front and back surfaces) using a baker-type applicator, and the thickness of the negative electrode active material layer after drying becomes 50 μm. It was applied only on one side.
The copper foil coated with the negative electrode active material slurry was dried at 60 ° C. for 10 minutes, and then heated under reduced pressure at 120 ° C. for 10 hours and at 200 ° C. for 17 hours to dry under reduced pressure. After drying, a negative electrode was prepared by punching into a coin shape so that the area where the negative electrode active material was formed was Φ1.5 cm.

(a−3)充電工程
上記(a−1)で得られた正極と、上記(a−2)で得られた負極とを、互いに接触しないように、非水電解液[LiPFの4M溶液(溶媒はDMC)]中に浸漬した。続いて、上記正極と上記負極とを充放電試験機(Bio−Logic社、VMP3型)に接続し、25℃、正極の電位が5.18V(vs Li/Li)となるまで、1Cの充電レートで充電を行った。このとき、負極の電位は0.55V(vs Li/Li)であった。充電終了後、アニオン挿入正極及びプレドープ負極を得た。
充電工程の正極及び負極の電位変化を図7に示す。
図7における充電工程では[正極−負極]間の電位を示しており、縦軸は、リチウム参照極に対する各電極の電位を示している。図7中、A1、A2、A3は正極の電位を、B1、B2は負極の電位を、C1、C2はリチウム含有極の電位の推移をそれぞれ示している。各電極のそれぞれの段階における電位を表1に示す。
(A-3) Charging step Non-aqueous electrolyte [LiPF 6 4M solution] so that the positive electrode obtained in (a-1) and the negative electrode obtained in (a-2) do not contact each other. (Solvent is DMC)]. Subsequently, the positive electrode and the negative electrode were connected to a charge / discharge tester (Bio-Logic, VMP3 type), and the temperature of 1C was adjusted to 25 ° C. until the potential of the positive electrode was 5.18 V (vs Li / Li + ). The battery was charged at the charge rate. At this time, the potential of the negative electrode was 0.55 V (vs Li / Li + ). After completion of charging, an anion-inserted positive electrode and a pre-doped negative electrode were obtained.
FIG. 7 shows potential changes of the positive electrode and the negative electrode in the charging process.
In the charging process in FIG. 7, the potential between [positive electrode and negative electrode] is shown, and the vertical axis shows the potential of each electrode with respect to the lithium reference electrode. In FIG. 7, A1, A2, and A3 indicate the potential of the positive electrode, B1 and B2 indicate the potential of the negative electrode, and C1 and C2 indicate the transition of the potential of the lithium-containing electrode, respectively. Table 1 shows the potential of each electrode at each stage.

(b)負極交換工程
上記(a)充電工程により得られたプレドープ負極を回収し、かわりにリチウム含有極を上記非水電解液中に配置した。
なお、リチウム含有極としては、上記(a)充電工程により作製されたプレドープ負極とは別に準備した、リチウムイオンのプレドープが施された炭素質材料からなる負極を用いた。
(B) Negative Electrode Replacement Step The pre-doped negative electrode obtained in the above (a) charging step was recovered, and a lithium-containing electrode was placed in the non-aqueous electrolyte instead.
As the lithium-containing electrode, a negative electrode made of a carbonaceous material pre-doped with lithium ions, prepared separately from the pre-doped negative electrode prepared by the charging step (a) was used.

(c)放電工程
上記(a)充電工程により得られたアニオン挿入正極と、上記(b)負極交換工程により配置されたリチウム含有極とを充放電試験機(Bio−Logic社、VMP3型)に接続し、25℃、正極の電位が3.08V(vs Li/Li)となるまで1Cの放電レートで放電を行って、放電工程を経た正極を得た。
なお、この放電工程において、上記(a)充電工程により消費されたリチウムイオン及びアニオンが非水電解液中に放出されるため、非水電解液が再生された。
放電工程のアニオン挿入正極及びリチウム含有極の電位変化を図7に示す。
図7における充電工程では[正極−リチウム含有極]間の電位を示しており、縦軸は、リチウム参照極に対する各電極の電位を示している。横軸は、充電工程の開始からの時間を示し、負極交換工程に要する時間を無視している。図7中、A1、A2、A3は正極の電位を、B1、B2は負極の電位を、C1、C2はリチウム含有極の電位の推移をそれぞれ示している。各電極のそれぞれの段階における電位を表1に示す。
(C) Discharge process The anion insertion positive electrode obtained by the above-mentioned (a) charge process and the lithium-containing electrode arranged by the above-mentioned (b) negative electrode exchange process are put into a charge / discharge tester (Bio-Logic, VMP3 type). It connected, and it discharged at the discharge rate of 1C until the electric potential of 25 degreeC and the positive electrode became 3.08V (vs Li / Li <+> ), and the positive electrode which passed through the discharge process was obtained.
In this discharge step, since the lithium ions and anions consumed in the charging step (a) are released into the non-aqueous electrolyte solution, the non-aqueous electrolyte solution was regenerated.
FIG. 7 shows potential changes of the anion-inserted positive electrode and the lithium-containing electrode in the discharging process.
In the charging step in FIG. 7, the potential between [positive electrode and lithium-containing electrode] is shown, and the vertical axis shows the potential of each electrode with respect to the lithium reference electrode. The horizontal axis indicates the time from the start of the charging process, and the time required for the negative electrode replacement process is ignored. In FIG. 7, A1, A2, and A3 indicate the potential of the positive electrode, B1 and B2 indicate the potential of the negative electrode, and C1 and C2 indicate the transition of the potential of the lithium-containing electrode, respectively. Table 1 shows the potential of each electrode at each stage.

(d)セル作製工程
上記(a)充電工程により得たプレドープ負極と、上記(c)放電工程により得た正極を、セルロース系セパレータ(厚さ35μm)を介して向かい合わせに配置し、非水電解液として、LiPFの4M溶液(溶媒はDMC)を含ませた後、R2032型コインセルを作製した。
なお、上記(a−3)工程、上記(b)工程、上記(c)工程及び上記(d)工程は、露点が−60℃以下のドライ雰囲気下で行った。
(D) Cell preparation step The pre-doped negative electrode obtained by the above-mentioned (a) charging step and the positive electrode obtained by the above-mentioned (c) discharging step are disposed facing each other through a cellulose separator (thickness: 35 μm), and non-aqueous After including a 4M LiPF 6 solution (solvent: DMC) as the electrolyte, an R2032-type coin cell was produced.
In addition, the said (a-3) process, the said (b) process, the said (c) process, and the said (d) process were performed in the dry atmosphere whose dew point is -60 degrees C or less.

Figure 0006498423
Figure 0006498423

なお表1中では単に正極と記載しているが、A2における正極はアニオン挿入正極であり、A3における正極は放電工程を経た正極である。また、負極に関しても同様で、B2における負極はプレドープ負極である。 In Table 1, although simply described as a positive electrode, the positive electrode in A2 is an anion-inserted positive electrode, and the positive electrode in A3 is a positive electrode that has undergone a discharging step. The same applies to the negative electrode, and the negative electrode in B2 is a pre-doped negative electrode.

図7及び表1に示すように、放電工程を経た正極の電位は3.08V(vs Li/LI)であり、プレドープ負極の電位が0.55V(vs Li/LI)であった。
放電工程を経た正極は、充電工程開始前の正極の電位(3.06V(vs Li/LI))とほぼ同等の値となっているため、充電工程において正極活物質の内部に挿入されたアニオンは、そのほとんどが脱離していると考えられる。一方、プレドープ負極では、充電工程開始前の負極の電位(3.19V(vs Li/LI))と比較して、電位が大きく低下しているため、負極活物質中へのリチウムイオンのプレドープが進行していることが確認された。そのため、蓄電デバイスを完全に放電した場合であっても、プレドープ負極にはリチウムが挿入されているため、負極の電位を低い状態で安定化させることができ、充放電を繰り返した際の負極の劣化を抑制することができることがわかった。
また、作製された蓄電デバイスには、リチウム供給源、リチウム供給源を支持する支持体を収容するスペースが必要ないため、蓄電デバイス内部の空間に正極活物質及び負極活物質を充填することにより、エネルギー密度を高められることがわかった。また、リチウム供給源が蓄電デバイス内部に残存しないため、安全性の高い蓄電デバイスが得られたといえる。
As shown in FIG. 7 and Table 1, the potential of the positive electrode subjected to the discharging step was 3.08 V (vs Li / LI + ), and the potential of the pre-doped negative electrode was 0.55 V (vs Li / LI + ).
The positive electrode that has undergone the discharging process has a value substantially equal to the potential (3.06 V (vs Li / LI + )) of the positive electrode before the start of the charging process, and thus was inserted into the positive electrode active material in the charging process. It is considered that most of the anions are eliminated. On the other hand, in the pre-doped negative electrode, the potential is greatly reduced as compared with the potential (3.19 V (vs Li / LI + )) of the negative electrode before the start of the charging process. Therefore, pre-doping of lithium ions into the negative electrode active material Was confirmed to be in progress. Therefore, even when the electricity storage device is completely discharged, lithium is inserted into the pre-doped negative electrode, so that the potential of the negative electrode can be stabilized in a low state, and the negative electrode when repeated charging and discharging is performed. It was found that deterioration can be suppressed.
In addition, since the produced electricity storage device does not require a space for accommodating a lithium supply source and a support that supports the lithium supply source, by filling the space inside the electricity storage device with a positive electrode active material and a negative electrode active material, It was found that the energy density can be increased. Further, since the lithium supply source does not remain inside the electricity storage device, it can be said that a highly safe electricity storage device was obtained.

1、2、3 蓄電デバイス
10 正極
11 正極活物質
12 正極集電体
15 アニオン挿入正極
16 アニオンが挿入された正極活物質
20 放電工程を経た正極
21 層間距離が増大した正極活物質
24、25 ナノバブル正極
30 負極
31 負極活物質
32、52 負極集電体
40、42、43 プレドープ負極
41 リチウムプレドープ負極活物質
50 リチウム含有極
51 リチウム含有化合物
60、80 非水電解液
70、75、76 セル
71 外装部材
90、91、92 セパレータ
100 充放電試験機
1, 2, 3 Power storage device 10 Cathode 11 Cathode active material 12 Cathode current collector 15 Anion-inserted cathode 16 Cathode active material 20 with anion inserted Cathode 21 after discharge process Cathode active material 24, 25 with increased interlayer distance Nanobubbles Positive electrode 30 Negative electrode 31 Negative electrode active material 32, 52 Negative electrode current collector 40, 42, 43 Pre-doped negative electrode 41 Lithium pre-doped negative electrode active material 50 Lithium-containing electrode 51 Lithium-containing compound 60, 80 Non-aqueous electrolyte 70, 75, 76 Cell 71 Exterior member 90, 91, 92 Separator 100 Charge / discharge tester

Claims (4)

炭素質材料である正極活物質が形成された正極と、炭素質材料である負極活物質が形成された負極とを電気的に接続し、リチウム塩と非水溶媒を含む非水電解液中で充電することによって、前記リチウム塩を構成するアニオンを前記正極活物質の内部に挿入してアニオン挿入正極を作製するとともに、前記負極活物質へのリチウムイオンのプレドープを行ってプレドープ負極を作製する充電工程と、
前記プレドープ負極を回収して、リチウム含有極と交換する負極交換工程と、
前記アニオン挿入正極と前記リチウム含有極とを電気的に接続し、前記非水電解液中で放電することによって、前記正極活物質の内部から前記アニオンを脱離させる放電工程と、
前記放電工程を経た正極と前記プレドープ負極とを組み合わせてセルを作製するセル作製工程とからなることを特徴とする蓄電デバイスの製造方法。
In a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt and a non-aqueous solvent, the positive electrode on which a positive electrode active material that is a carbonaceous material is formed and a negative electrode on which a negative electrode active material that is a carbonaceous material is formed are electrically connected. Charging to form an anion-inserted positive electrode by inserting the anion constituting the lithium salt into the positive electrode active material by charging, and pre-doping lithium ion into the negative electrode active material to produce a pre-doped negative electrode Process,
Collecting the pre-doped negative electrode and replacing it with a lithium-containing electrode;
A discharge step of electrically connecting the anion-inserted positive electrode and the lithium-containing electrode and desorbing the anion from the inside of the positive electrode active material by discharging in the non-aqueous electrolyte;
A method for producing an electricity storage device, comprising: a cell production step of producing a cell by combining the positive electrode subjected to the discharge step and the pre-doped negative electrode.
前記充電工程及び前記放電工程において、前記正極活物質の内部にリチウム塩を構成するアニオンの挿入脱離を可能とする微細な気孔であるナノバブルが形成されたナノバブル正極を作製する請求項1に記載の蓄電デバイスの製造方法。 2. The nanobubble positive electrode in which nanobubbles, which are fine pores capable of inserting and desorbing anions constituting a lithium salt, are formed in the positive electrode active material in the charging step and the discharging step. Manufacturing method for electric storage device. 前記リチウム含有極が、リチウムイオンのプレドープが施された炭素質材料からなる請求項1又は2に記載の蓄電デバイスの製造方法。 The method for manufacturing an electricity storage device according to claim 1, wherein the lithium-containing electrode is made of a carbonaceous material pre-doped with lithium ions. 前記正極活物質は、表裏間で非水電解液を隔離する箔上に形成されており、
前記負極活物質は、表裏間で非水電解液を隔離する箔上に形成されている請求項1〜3のいずれかに記載の蓄電デバイスの製造方法
The positive electrode active material is formed on a foil that separates the non-aqueous electrolyte between the front and back sides,
The said negative electrode active material is a manufacturing method of the electrical storage device in any one of Claims 1-3 currently formed on the foil which isolate | separates a non-aqueous electrolyte between front and back .
JP2014242400A 2014-11-28 2014-11-28 Method for manufacturing power storage device Active JP6498423B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014242400A JP6498423B2 (en) 2014-11-28 2014-11-28 Method for manufacturing power storage device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014242400A JP6498423B2 (en) 2014-11-28 2014-11-28 Method for manufacturing power storage device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016103609A JP2016103609A (en) 2016-06-02
JP6498423B2 true JP6498423B2 (en) 2019-04-10

Family

ID=56089657

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014242400A Active JP6498423B2 (en) 2014-11-28 2014-11-28 Method for manufacturing power storage device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6498423B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018152519A (en) * 2017-03-14 2018-09-27 株式会社リコー Nonaqueous power storage element
KR20210120685A (en) * 2020-03-27 2021-10-07 주식회사 엘지에너지솔루션 Method for manufacturing negative electrode
CN114583179B (en) * 2022-03-04 2024-04-26 远景动力技术(江苏)有限公司 Flexible lithium ion battery and manufacturing method thereof

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5578532B2 (en) * 2012-02-13 2014-08-27 日新電機株式会社 Power storage device
JP5429678B1 (en) * 2012-12-27 2014-02-26 日新電機株式会社 Method for manufacturing power storage device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016103609A (en) 2016-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111048747A (en) Method of making silicon-containing composite electrodes for lithium-based batteries
JP4929182B2 (en) Electricity storage element
JP4738042B2 (en) Non-aqueous lithium storage element and method for manufacturing the same
EP1903628A2 (en) A Negative Electrode Active Material for an Electricity Storage Device and Method for Manufacturing the Same
US20130143126A1 (en) Cathode current collector coated with primer and magnesium secondary battery comprising the same
US8902566B2 (en) Capacitor, and method for producing the same
US20230253545A1 (en) Anodes, cathodes, and separators for batteries and methods to make and use same
WO2014007188A1 (en) Lithium ion capacitor
US20150303000A1 (en) Lithium ion capacitor, power storage device, power storage system
WO2016147607A1 (en) Anode for sodium-ion and potassium-ion batteries
US9742027B2 (en) Anode for sodium-ion and potassium-ion batteries
JP5681351B2 (en) Electrode current collector and method for producing the same, electrode and power storage device
JP4167025B2 (en) Lithium secondary battery
JP5429678B1 (en) Method for manufacturing power storage device
JP6498423B2 (en) Method for manufacturing power storage device
JP5071171B2 (en) Lithium secondary battery
JP2008198408A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2016115417A (en) Positive electrode used for lithium sulfur secondary battery, and lithium sulfur secondary battery
KR20150016072A (en) Positive electrode for lithium ion capacitor and lithium ion capacitor comprising the same
WO2013061789A1 (en) Capacitor
Offen-Polak et al. A binary carbon-free aluminum anode for lithium-ion batteries
KR101948804B1 (en) Graphite anode with improved lithium pre-doping speed and lithium ion capacitor employing the same
JP2010140941A (en) Capacitor
JP2000036325A (en) Secondary power supply
JP2013143422A (en) Lithium ion capacitor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171107

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180919

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181016

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181105

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190305

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190313

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6498423

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250