JP7181709B2 - storage device - Google Patents
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Description
本明細書で開示する発明は、蓄電デバイスに関する。 The invention disclosed herein relates to an electricity storage device.
従来、芳香族ジカルボン酸アニオンを含む有機骨格層と、有機骨格層のカルボン酸に含まれる酸素にアルカリ金属元素が配位して骨格を形成するアルカリ金属元素層と、を有する層状構造体を蓄電デバイスの負極に用いることが提案されている(例えば特許文献1,2)。こうした負極では、充放電電位が黒鉛負極よりも高いため、リチウム金属の析出などが生じにくいという利点がある。また、こうした負極を用いた蓄電デバイスにおいて、リチウムビスオキサレートボラート(LiBOB)などの添加剤を0.5質量%より多く含む非水電解液を用い、内部抵抗を低減させることが提案されている(特許文献3)。
Conventionally, a layered structure having an organic skeleton layer containing an aromatic dicarboxylic acid anion and an alkali metal element layer forming a skeleton by coordinating an alkali metal element to oxygen contained in the carboxylic acid of the organic skeleton layer is used for power storage. It has been proposed to use it for the negative electrode of a device (for example,
しかしながら、特許文献1~3の蓄電デバイスでは、充放電容量が小さいことや、クーロン効率が低いことがあった。このため、層状構造体を電極活物質に用いたものにおいて、充放電容量が大きく、クーロン効率の良好な蓄電デバイスを提供することが望まれていた。
However, in the electricity storage devices of
本開示は、このような課題に鑑みなされたものであり、層状構造体を電極活物質に用いたものにおいて、充放電容量が大きく、クーロン効率の良好な蓄電デバイスを提供することを主目的とする。 The present disclosure has been made in view of such problems, and the main purpose is to provide an electricity storage device that uses a layered structure as an electrode active material and has a large charge-discharge capacity and good coulomb efficiency. do.
上述した目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、噴霧乾燥によって得られた芳香族ジカルボン酸金属塩の層状構造体を含む電極と、所定の化合物を1.0質量%未満の範囲で含む非水電解液と、を用いることに想到した。そして、こうした電極及び非水電解液を用いることで、充放電容量が大きく、クーロン効率の良好な蓄電デバイスが得られることを見いだし、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive research to achieve the above-mentioned object, the present inventors have found an electrode containing a layered structure of a metal salt of an aromatic dicarboxylic acid obtained by spray drying, and a predetermined compound of less than 1.0% by mass. and a non-aqueous electrolyte containing in the range of Then, the inventors have found that an electricity storage device having a large charge/discharge capacity and a good coulomb efficiency can be obtained by using such an electrode and a non-aqueous electrolyte, and have completed the present invention.
すなわち、本開示の蓄電デバイスは、
芳香族ジカルボン酸アニオンを含む有機骨格層と前記有機骨格層のカルボン酸に含まれる酸素にアルカリ金属元素が配位して骨格を形成するアルカリ金属元素層とを備える層状構造体の剥片を電極活物質として含む電極と、
一般式(1)で表される化合物を1.0質量%未満の範囲で含み、キャリアイオンを伝導する非水電解液と、
を備えたものである。
That is, the electricity storage device of the present disclosure is
A strip of a layered structure comprising an organic skeleton layer containing an aromatic dicarboxylic acid anion and an alkali metal element layer forming a skeleton by coordinating an alkali metal element to oxygen contained in the carboxylic acid of the organic skeleton layer is used as an electrode. an electrode comprising as a substance;
A non-aqueous electrolyte containing a compound represented by the general formula (1) in a range of less than 1.0% by mass and conducting carrier ions;
is provided.
本開示の蓄電デバイスでは、層状構造体を電極活物質に用いたものにおいて、充放電容量が大きく、クーロン効率の良好な蓄電デバイスを提供できる。 In the electricity storage device of the present disclosure, an electricity storage device that uses a layered structure as an electrode active material and has a large charge/discharge capacity and a good coulomb efficiency can be provided.
本開示の蓄電デバイスは、所定の層状構造体の剥片を電極活物質として含む電極と、一般式(1)で表される化合物を1.0質量%未満の範囲で含む非水電解液と、を備えている。この蓄電デバイスは、例えば、電気二重層キャパシタやハイブリッドキャパシタ、疑似電気二重層キャパシタ、二次電池(リチウムイオン電池など)としてもよい。この蓄電デバイスにおいて、上述した電極は、正極負極のいずれに用いてもよいが、電極活物質の電位がリチウム金属基準で0.5-1.0V程度であるため、負極に用いることが好ましい。以下では、上述した電極を負極に用いた蓄電デバイスについて主に説明する。 The electricity storage device of the present disclosure includes an electrode containing flakes of a predetermined layered structure as an electrode active material, a non-aqueous electrolyte containing a compound represented by general formula (1) in a range of less than 1.0% by mass, It has This electric storage device may be, for example, an electric double layer capacitor, a hybrid capacitor, a pseudo electric double layer capacitor, or a secondary battery (lithium ion battery, etc.). In this electricity storage device, the above-described electrodes may be used as either positive or negative electrodes, but are preferably used as negative electrodes because the potential of the electrode active material is about 0.5 to 1.0 V relative to lithium metal. An electricity storage device using the above-described electrode as a negative electrode will be mainly described below.
この蓄電デバイスにおいて、非水電解液は、正極と負極との間に介在し、キャリアイオンを伝導する。キャリアイオンは、金属イオンであることが好ましく、アルカリ金属イオンであることがより好ましく、Liイオン、Naイオン及びKイオンのうちの1以上がさらに好ましい。非水電解液は、一般式(1)で表される化合物を1.0質量%未満の範囲で含む。一般式(1)において、Mは、遷移元素、周期表の13族、14族又は15族元素であり、このうちAl、B、V、Ti、Si、Zr、Ge、Sn、Cu、Y、Zn、Ga、Nb、Ta、Bi、P、As、Sc、Hf又はSbであることが好ましく、Al、B又はPであることがより好ましい。MがAl、B又はPの場合には、化合物に含まれるアニオンの合成が比較的容易になり、製造コストを抑えることができる。アニオンの価数bは1~3であり、このうち1であることが好ましい。価数bが3より大きい場合には、化合物の塩が混合有機溶媒に溶解しにくくなる傾向があるので好ましくない。また、定数m,nは、配位子の数に関係する値であり、Mの種類によって決まってくるものであるが、mは1~4の整数、nは0~8の整数である。定数qは、0又は1である。qが0の場合には、キレートリングが五員環となる。
In this electricity storage device, the non-aqueous electrolyte is interposed between the positive electrode and the negative electrode and conducts carrier ions. The carrier ions are preferably metal ions, more preferably alkali metal ions, and more preferably one or more of Li ions, Na ions and K ions. The non-aqueous electrolyte contains less than 1.0% by mass of the compound represented by the general formula (1). In the general formula (1), M is a transition element,
ここで、R1は、炭素数1~10のアルキレン、炭素数1~10のハロゲン化アルキレン、炭素数6~20のアリーレン又は炭素数6~20のハロゲン化アリーレンを表す。これらのアルキレン及びアリーレンはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持っていてもよい。具体的には、アルキレン及びアリーレン上の水素の代わりに、ハロゲン、鎖状又は環状のアルキル基、アリール基、アルケニル基、アルコキシ基、アリーロキシ基、スルホニル基、アミノ基、シアノ基、カルボニル基、アシル基、アミド基、水酸基を置換基として持っていてもよいし、アルキレン及びアリーレン上の炭素の代わりに、窒素、硫黄、酸素が導入された構造であってもよい。またqが1でmが2~4のときには、m個のR1はそれぞれが結合していてもよい。そのような例としては、エチレンジアミン四酢酸のような配位子を挙げることができる。 Here, R 1 represents alkylene having 1 to 10 carbon atoms, alkylene halide having 1 to 10 carbon atoms, arylene having 6 to 20 carbon atoms or halogenated arylene having 6 to 20 carbon atoms. These alkylene and arylene may have substituents and heteroatoms in their structures. Specifically, instead of hydrogen on alkylene and arylene, halogen, linear or cyclic alkyl group, aryl group, alkenyl group, alkoxy group, aryloxy group, sulfonyl group, amino group, cyano group, carbonyl group, acyl It may have a group, an amide group, or a hydroxyl group as a substituent, or may have a structure in which nitrogen, sulfur, or oxygen is introduced in place of the carbon on the alkylene or arylene. Also, when q is 1 and m is 2 to 4, each of m R 1 may be bonded. Examples of such may include ligands such as ethylenediaminetetraacetic acid.
R2は、ハロゲン、炭素数1~10のアルキル、炭素数1~10のハロゲン化アルキル、炭素数6~20のアリール、炭素数6~20のハロゲン化アリール又は-X3R3(X3,R3については後述)を表す。ここでのアルキル及びアリールも、R1と同様に、その構造中に置換基、ヘテロ原子を持っていてもよく、またnが2~8のときにはn個のR2はそれぞれが結合して環を形成していてもよい。R2としては、電子吸引性の基が好ましく、特にフッ素原子が好ましい。フッ素原子の場合には、アニオン化合物の塩の溶解度や解離度が向上し、これに伴ってイオン伝導度が向上するからである。また、耐酸化性が向上し、これにより副反応の発生を抑制することができるからである。 R 2 is halogen, alkyl having 1 to 10 carbon atoms, alkyl halide having 1 to 10 carbon atoms, aryl having 6 to 20 carbon atoms, aryl halide having 6 to 20 carbon atoms or —X 3 R 3 (X 3 , R 3 will be described later). Alkyl and aryl here may have substituents and heteroatoms in their structures, similarly to R 1 , and when n is 2 to 8, n R 2 are each bonded to form a ring. may form As R 2 , an electron-withdrawing group is preferred, and a fluorine atom is particularly preferred. This is because, in the case of a fluorine atom, the solubility and dissociation degree of the salt of the anion compound are improved, and accordingly the ionic conductivity is improved. Moreover, it is because the oxidation resistance is improved, thereby suppressing the occurrence of side reactions.
X1,X2及びX3は、それぞれが独立でO,S又はNR4を表す。つまり、配位子はこれらのヘテロ原子を介してMに結合することになる。 X 1 , X 2 and X 3 each independently represent O, S or NR 4 . That is, the ligand will be attached to M through these heteroatoms.
R3及びR4は、それぞれが独立で水素、炭素数1~10のアルキル、炭素数1~10のハロゲン化アルキル、炭素数6~20のアリール、炭素数6~20のハロゲン化アリールを表す。これらのアルキル及びアリールも、R1と同様に、その構造中に置換基、ヘテロ原子を持っていてもよい。また、R3又はR4は複数個存在する場合にはそれぞれが結合して環を形成してもよい。 R 3 and R 4 each independently represents hydrogen, alkyl having 1 to 10 carbon atoms, alkyl halide having 1 to 10 carbon atoms, aryl having 6 to 20 carbon atoms, or aryl halide having 6 to 20 carbon atoms. . These alkyls and aryls may also have substituents and heteroatoms in their structures, like R 1 . Also, when there are a plurality of R 3 or R 4 , they may combine to form a ring.
一般式(1)で表される化合物のカチオン(Aa+)において、aは、1~3であり、pはb/aである。このカチオンとしては、例えばリチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム、セシウム、ルビジウム、銀、亜鉛、銅、コバルト、鉄、ニッケル、マンガン、チタン、鉛、クロム、バナジウム、ルテニウム、イットリウム、ランタノイド、アクチノイドなどのカチオンが挙げられるほか、テトラアルキルアンモニウム(アルキルはメチル、エチル、ブチルなど)、トリエチルアンモニウム、ピリジニウム、イミダゾリウムなどのアンモニウムカチオン、プロトン等が挙げられる。このうち、リチウムカチオン、ナトリウムカチオン又はカリウムカチオンが好ましい。特に、リチウムやカリウムを含む化合物は、非水系溶媒へ溶解しやすく、好ましい。このカチオンは、キャリアイオンと同種としてもよい。 In the cation (A a+ ) of the compound represented by formula (1), a is 1 to 3 and p is b/a. Examples of such cations include lithium, sodium, potassium, magnesium, calcium, barium, cesium, rubidium, silver, zinc, copper, cobalt, iron, nickel, manganese, titanium, lead, chromium, vanadium, ruthenium, yttrium, lanthanides, In addition to cations such as actinides, ammonium cations such as tetraalkylammonium (alkyl is methyl, ethyl, butyl, etc.), triethylammonium, pyridinium, imidazolium, etc., protons, and the like can be used. Of these, lithium cations, sodium cations and potassium cations are preferred. In particular, compounds containing lithium or potassium are preferred because they are easily dissolved in non-aqueous solvents. This cation may be of the same type as the carrier ion.
一般式(1)で表される化合物は、式(2)~(6)に示す、PTFO,PFO,PO,BFO及びBOBの1種以上のアニオンを含むことが好ましい。その理由は、負極活物質の表面に安定なSEIを形成しやすいためである。一般式(1)で表される化合物は、カチオンとしてリチウムやカリウムを含み、アニオンとしてPFOやBOBを含む化合物がより好ましい。このうち、カチオンとしてリチウムを含みアニオンとしてBOBを含むリチウムビスオキサレートボラート(LiBOB)がさらに好ましい。こうしたものでは、内部抵抗をより低減でき、さらにサイクル特性をより向上できる。 The compound represented by general formula (1) preferably contains one or more anions of PTFO, PFO, PO, BFO and BOB represented by formulas (2) to (6). The reason is that a stable SEI is easily formed on the surface of the negative electrode active material. The compound represented by the general formula (1) is more preferably a compound containing lithium or potassium as cations and PFO or BOB as anions. Among them, lithium bisoxalate borate (LiBOB) containing lithium as a cation and BOB as an anion is more preferable. In such a case, the internal resistance can be further reduced, and the cycle characteristics can be further improved.
こうした化合物の合成方法としては、例えばPFOの場合には、非水系溶媒中でLiPF6と4倍モルのリチウムアルコキシドとを反応させた後、シュウ酸を添加して、リンに結合しているアルコキシドをシュウ酸で置換する方法等がある。また、BOBの場合には、非水系溶媒中でLiBF4と4倍モルのリチウムアルコキシドとを反応させた後、シュウ酸を添加して、ホウ素に結合しているアルコキシドをシュウ酸で置換する方法等がある。これらの場合には、一般式(1)で表される化合物は、アニオンのリチウム塩として得ることができる。 As a method for synthesizing such a compound, for example, in the case of PFO, after reacting LiPF 6 with 4 times the mole of lithium alkoxide in a non-aqueous solvent, oxalic acid is added to obtain the alkoxide bound to phosphorus. is replaced with oxalic acid. In the case of BOB, LiBF 4 is reacted with 4 times the molar amount of lithium alkoxide in a non-aqueous solvent, and then oxalic acid is added to replace the alkoxide bound to boron with oxalic acid. etc. In these cases, the compound represented by general formula (1) can be obtained as an anion lithium salt.
この化合物は、蓄電デバイスを少なくとも1回充電することにより、化合物のすべて又は一部(例えばアニオン)が分解して、負極活物質の表面に被覆して被膜を形成すると考えられる。この被覆物は、例えばX線光電子分光分析(XPS)やIR分析等により検出することができる。 It is believed that all or part of the compound (for example, anion) decomposes and coats the surface of the negative electrode active material to form a film when the electricity storage device is charged at least once. This coating can be detected by, for example, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), IR analysis, or the like.
非水電解液は、一般式(1)で表される化合物を、支持塩を溶解した非水系溶媒に対して、すなわち、支持塩及び非水系溶媒の総量に対して、1.0質量%未満の範囲で含む。この化合物を1.0質量%未満の範囲で含むものとすると、電極表面に薄くて安定な被膜が形成されると考えられる。この化合物の含有量は0.1質量%以上0.5質量%以下が好ましく、0.2質量%以上0.5質量%以下がより好ましい。 The non-aqueous electrolyte contains the compound represented by the general formula (1) less than 1.0% by mass with respect to the non-aqueous solvent in which the supporting salt is dissolved, that is, the total amount of the supporting salt and the non-aqueous solvent. Including in the range of If this compound is contained in a range of less than 1.0% by mass, it is believed that a thin and stable film is formed on the electrode surface. The content of this compound is preferably 0.1% by mass or more and 0.5% by mass or less, more preferably 0.2% by mass or more and 0.5% by mass or less.
非水系溶媒としては、カーボネート類、エステル類、エーテル類、ニトリル類、フラン類、スルホラン類及びジオキソラン類などが挙げられ、これらを単独又は混合して用いることができる。具体的には、カーボネート類として、エチレンカーボネートやプロピレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどの環状カーボネート類や、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチル-n-ブチルカーボネート、メチル-t-ブチルカーボネート、ジ-i-プロピルカーボネート、t-ブチル-i-プロピルカーボネートなどの鎖状カーボネート類、γ-ブチルラクトン、γ-バレロラクトンなどの環状エステル類、ギ酸メチル、酢酸エチルなどの鎖状エステル類、ジメトキシエタン、エトキシメトキシエタンなどのエーテル類、アセトニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル類、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフランなどのフラン類、スルホラン、テトラメチルスルホランなどのスルホラン類、1,3-ジオキソラン、メチルジオキソランなどのジオキソラン類などが挙げられる。このうち、環状カーボネート類と鎖状カーボネート類との組み合わせが好ましい。この組み合わせによると、充放電の繰り返しでの蓄電デバイスの特性を表すサイクル特性が優れているばかりでなく、非水電解液の粘度、得られる蓄電デバイスの電気容量、蓄電デバイスの出力などをバランスの取れたものとすることができる。なお、環状カーボネート類は、比誘電率が比較的高く、非水電解液の誘電率を高めていると考えられ、鎖状カーボネート類は、非水電解液の粘度を抑えていると考えられる。 Examples of non-aqueous solvents include carbonates, esters, ethers, nitriles, furans, sulfolanes and dioxolanes, and these can be used alone or in combination. Specifically, the carbonates include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate and vinylene carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl-n-butyl carbonate, methyl-t-butyl carbonate, di- Chain carbonates such as i-propyl carbonate and t-butyl-i-propyl carbonate, cyclic esters such as γ-butyl lactone and γ-valerolactone, chain esters such as methyl formate and ethyl acetate, dimethoxyethane, ethers such as ethoxymethoxyethane; nitriles such as acetonitrile and benzonitrile; furans such as tetrahydrofuran and methyltetrahydrofuran; sulfolane such as sulfolane and tetramethylsulfolane; mentioned. Among these, a combination of cyclic carbonates and chain carbonates is preferred. According to this combination, not only is the cycle characteristic, which represents the characteristics of the storage device in repeated charging and discharging, excellent, but also the viscosity of the non-aqueous electrolyte, the resulting electrical capacity of the storage device, and the output of the storage device are well balanced. can be taken. Cyclic carbonates have a relatively high dielectric constant and are thought to increase the dielectric constant of the non-aqueous electrolyte, while chain carbonates are thought to reduce the viscosity of the non-aqueous electrolyte.
支持塩としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiSbF6、LiSiF6、LiAlF4、LiSCN、LiClO4、LiCl、LiF、LiBr、LiI、LiAlCl4などが挙げられる。このうち、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6などの無機塩、及びLiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3などの有機塩からなる群より選ばれる1種又は2種以上の塩を組み合わせて用いることが電気特性の点から見て好ましい。なかでもLiPF6が好ましい。支持塩には、一般式(1)で表される化合物は含まれない。支持塩を溶解した非水系溶媒における支持塩の濃度は0.1mol/L以上5mol/L以下であることが好ましく、0.5mol/L以上2mol/L以下であることがより好ましい。0.1mol/L以上では、十分な電流密度を得ることができ、5mol/L以下では、非水電解液をより安定させることができる。また、この非水系非水電解液には、リン系、ハロゲン系などの難燃剤を添加してもよい。 Examples of supporting salts include LiPF6 , LiBF4 , LiAsF6, LiCF3SO3 , LiN( CF3SO2 ) 2 , LiC( CF3SO2 ) 3 , LiSbF6, LiSiF6 , LiAlF4 , LiSCN, LiClO 4 , LiCl, LiF, LiBr, LiI, LiAlCl 4 and the like. Among them, from the group consisting of inorganic salts such as LiPF6 , LiBF4 , LiAsF6 and LiSbF6 , and organic salts such as LiCF3SO3 , LiN( CF3SO2 ) 2 and LiC( CF3SO2 ) 3 From the viewpoint of electrical properties, it is preferable to use one selected salt or a combination of two or more selected salts. Among them, LiPF 6 is preferred. The supporting salt does not include the compound represented by general formula (1). The concentration of the supporting salt in the non-aqueous solvent in which the supporting salt is dissolved is preferably 0.1 mol/L or more and 5 mol/L or less, more preferably 0.5 mol/L or more and 2 mol/L or less. At 0.1 mol/L or more, a sufficient current density can be obtained, and at 5 mol/L or less, the non-aqueous electrolyte can be more stabilized. Further, a phosphorus-based or halogen-based flame retardant may be added to this non-aqueous non-aqueous electrolytic solution.
この蓄電デバイスにおいて、負極は、所定の層状構造体の剥片を負極活物質として含む。負極は、キャリアイオンを吸蔵放出するものとしてもよい。 In this electricity storage device, the negative electrode includes a strip of a predetermined layered structure as a negative electrode active material. The negative electrode may store and release carrier ions.
負極活物質は、芳香族ジカルボン酸アニオンを含む有機骨格層と有機骨格層のカルボン酸に含まれる酸素にアルカリ金属元素が配位して骨格を形成するアルカリ金属元素層とを備える層状構造体の剥片を含む。負極活物質は、層状構造体の剥片の集合を内包して形成される中空球状構造を有する(後述図2参照)ものとしてもよいし、これを解砕して得られた剥片状構造を有するものとしてもよい。この負極活物質において、中空球状構造では、層状構造体の剥片が中心から不規則に外周側へ向かう構造を有するものとしてもよい。あるいは、中空球状構造では、層状構造体の剥片が外周側から不規則に中心へ向かう構造を有するものとしてもよい。このような中空球状構造を有する負極活物質は、芳香族ジカルボン酸アニオンとアルカリ金属カチオンとを含む溶液を噴霧乾燥することにより得ることができる。この中空球状構造は、直径が10μm以下であるものとしてもよい。この中空球状構造の直径は、0.1μm以上であるものとしてもよい。噴霧乾燥法による層状構造体の中空粒子は、0.1μm以上10μm以下の範囲で得られる。中空球状構造や剥片状構造における剥片の厚みは、例えば1nm以上100nm以下であり、好ましくは、1nm以上20nm以下である。 The negative electrode active material is a layered structure comprising an organic skeleton layer containing an aromatic dicarboxylic acid anion and an alkali metal element layer in which an alkali metal element is coordinated with oxygen contained in the carboxylic acid of the organic skeleton layer to form a skeleton. Contains flakes. The negative electrode active material may have a hollow spherical structure formed by enclosing a collection of flakes of the layered structure (see FIG. 2 below), or may have a flake structure obtained by pulverizing it. may have. In this negative electrode active material, the hollow spherical structure may have a structure in which flakes of the layered structure irregularly extend from the center toward the outer periphery. Alternatively, the hollow spherical structure may have a structure in which flakes of the layered structure are irregularly directed from the outer periphery toward the center. A negative electrode active material having such a hollow spherical structure can be obtained by spray-drying a solution containing an aromatic dicarboxylic acid anion and an alkali metal cation. The hollow spherical structure may have a diameter of 10 μm or less. The hollow spherical structure may have a diameter of 0.1 μm or more. Hollow particles of the layered structure obtained by the spray-drying method are obtained in the range of 0.1 μm or more and 10 μm or less. The thickness of flakes in the hollow spherical structure or flake-like structure is, for example, 1 nm or more and 100 nm or less, preferably 1 nm or more and 20 nm or less.
この層状構造体は、1又は2以上の芳香環構造が接続した有機骨格層を有するものとしてもよい。この層状構造体は、芳香族化合物のπ電子相互作用により層状に形成され、空間群P21/cに帰属される単斜晶型の結晶構造を有するものとすることが、構造的に安定であり、好ましい。この層状構造体は、式(7)~(9)のうち1以上で表される構造を有するものとしてもよい。但し、この式(7)~(9)において、aは1以上5以下の整数であり、bは0以上3以下の整数であり、これらの芳香族化合物は、この構造中に置換基、ヘテロ原子を有してもよい。具体的には、芳香族化合物の水素の代わりに、ハロゲン、鎖状又は環状のアルキル基、アリール基、アルケニル基、アルコキシ基、アリーロキシ基、スルホニル基、アミノ基、シアノ基、カルボニル基、アシル基、アミド基、水酸基を置換基として持っていてもよいし、芳香族化合物の炭素の代わりに、窒素、硫黄、酸素が導入された構造であってもよい。より具体的には、この層状構造体は、式(10)~(12)に示す芳香族化合物としてもよい。なお、式(7)~(12)において、Aはアルカリ金属である。また、層状構造体は、異なるジカルボン酸アニオンの酸素4つとアルカリ金属元素とが4配位を形成する式(13)の構造を備えているものとすることが、構造的に安定であり、好ましい。但し、この式(13)において、Rは1又は2以上の芳香環構造を有し、複数あるRのうち2以上が同じであってもよいし、1以上が異なっていてもよい。また、Aはアルカリ金属である。このように、アルカリ金属元素によって有機骨格層が結合した構造を有することが好ましい。 This layered structure may have an organic skeleton layer to which one or more aromatic ring structures are connected. This layered structure is structurally stable if it has a monoclinic crystal structure that is formed in layers by the π-electron interaction of the aromatic compound and belongs to the space group P2 1 /c. Yes and preferred. This layered structure may have a structure represented by one or more of formulas (7) to (9). However, in the formulas (7) to (9), a is an integer of 1 or more and 5 or less, and b is an integer of 0 or more and 3 or less. It may have atoms. Specifically, instead of hydrogen of the aromatic compound, halogen, chain or cyclic alkyl group, aryl group, alkenyl group, alkoxy group, aryloxy group, sulfonyl group, amino group, cyano group, carbonyl group, acyl group , an amide group, or a hydroxyl group as a substituent, or a structure in which nitrogen, sulfur, or oxygen is introduced instead of the carbon of the aromatic compound. More specifically, this layered structure may be an aromatic compound represented by formulas (10) to (12). In formulas (7) to (12), A is an alkali metal. Further, the layered structure is structurally stable and preferably has a structure of formula (13) in which four oxygen atoms of different dicarboxylate anions and an alkali metal element form four-coordination. . However, in this formula (13), R has 1 or 2 or more aromatic ring structures, and 2 or more of a plurality of R may be the same, or 1 or more may be different. Also, A is an alkali metal. In this way, it is preferable to have a structure in which the organic skeleton layers are bonded by the alkali metal element.
この層状構造体において、有機骨格層は、2以上の芳香環構造を有する場合、例えば、ビフェニルなど2以上の芳香環が結合した芳香族多環化合物としてもよいし、ナフタレンやアントラセン、ピレンなど2以上の芳香環が縮合した縮合多環化合物としてもよい。この芳香環は、五員環や六員環、八員環としてもよく、六員環が好ましい。また、芳香環は、2以上5以下とするのが好ましい。芳香環が2以上では層状構造を形成しやすく、芳香環が5以下ではエネルギー密度をより高めることができる。この有機骨格層は、芳香環に1又は2以上のカルボキシアニオンが結合した構造を有するものとしてもよい。有機骨格層は、ジカルボン酸アニオンのうちカルボン酸アニオンの一方と他方とが芳香環構造の対角位置に結合されている芳香族化合物を含むものとするのが好ましい。カルボン酸が結合されている対角位置とは、一方のカルボン酸の結合位置から他方のカルボン酸の結合位置までが最も遠い位置としてもよく、例えば芳香環構造がナフタレンであれば2,6位が挙げられる。 In this layered structure, when the organic skeleton layer has two or more aromatic ring structures, for example, it may be an aromatic polycyclic compound in which two or more aromatic rings are bonded, such as biphenyl, or two aromatic rings such as naphthalene, anthracene, and pyrene. A condensed polycyclic compound in which the above aromatic rings are condensed may be used. This aromatic ring may be a five-membered ring, a six-membered ring, or an eight-membered ring, preferably a six-membered ring. Also, the number of aromatic rings is preferably 2 or more and 5 or less. When the number of aromatic rings is 2 or more, a layered structure is likely to be formed, and when the number of aromatic rings is 5 or less, the energy density can be further increased. This organic skeleton layer may have a structure in which one or more carboxyanions are bound to an aromatic ring. The organic skeleton layer preferably contains an aromatic compound in which one and the other of the dicarboxylate anions are bonded to the diagonal positions of the aromatic ring structure. The diagonal position where the carboxylic acid is bonded may be the farthest position from the bonding position of one carboxylic acid to the bonding position of the other carboxylic acid. is mentioned.
アルカリ金属元素層に含まれるアルカリ金属は、例えば、Li,Na及びKなどのうちいずれか1以上とすることができるが、Liが好ましい。なお、蓄電デバイスのキャリアであり、充放電により層状構造体に吸蔵・放出される金属イオンは、アルカリ金属元素層に含まれるアルカリ金属元素と異なるものとしてもよいし、同じものとしてもよく、例えば、Li,Na及びKなどのうちいずれか1以上とすることができる。また、アルカリ金属元素層に含まれるアルカリ金属元素は、層状構造体の骨格を形成することから、充放電に伴うイオン移動には関与しないもの、すなわち、充放電時に吸蔵放出されないものと推察される。エネルギー貯蔵メカニズムにおいては、層状構造体の有機骨格層はレドックス(e-)サイトとして機能する一方、アルカリ金属元素層はキャリアである金属イオンの吸蔵サイト(アルカリ金属イオン吸蔵サイト)として機能するものと考えられる。この層状構造体は、例えば、2、6-ナフタレンジカルボン酸アルカリ金属塩、4、4’-ビフェニルジカルボン酸アルカリ金属塩及びテレフタル酸アルカリ金属塩のうち1以上が好ましい。 The alkali metal contained in the alkali metal element layer can be, for example, any one or more of Li, Na and K, and Li is preferable. It should be noted that the metal ions that are carriers of the electric storage device and that are occluded and released by the layered structure due to charging and discharging may be different from or the same as the alkali metal element contained in the alkali metal element layer. , Li, Na, K, and the like. Further, since the alkali metal element contained in the alkali metal element layer forms the skeleton of the layered structure, it is presumed that it does not participate in ion migration accompanying charging and discharging, that is, it does not occlude and release during charging and discharging. . In the energy storage mechanism, the organic skeleton layer of the layered structure functions as a redox (e − ) site, while the alkali metal element layer functions as a metal ion absorption site (alkali metal ion absorption site) as a carrier. Conceivable. This layered structure is preferably one or more of, for example, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid alkali metal salt, 4,4'-biphenyldicarboxylic acid alkali metal salt and terephthalic acid alkali metal salt.
この負極活物質は、芳香族ジカルボン酸アニオンとアルカリ金属カチオンとを溶解した調製溶液を噴霧乾燥装置を用いて噴霧乾燥する工程を経て得られたものとしてもよい。この負極活物質は、例えば、以下に示す負極活物質の製造方法によって得ることができる。この製造方法は、溶液調製工程と、析出工程とを含むものとしてもよい。なお、調製溶液を別途調製するものとして、溶液調製工程を省略してもよい。 This negative electrode active material may be obtained through a step of spray-drying a solution prepared by dissolving an aromatic dicarboxylic acid anion and an alkali metal cation using a spray-drying apparatus. This negative electrode active material can be obtained, for example, by the method for producing a negative electrode active material described below. This manufacturing method may include a solution preparation step and a precipitation step. Note that the solution preparation step may be omitted as the prepared solution is prepared separately.
溶液調製工程では、芳香族ジカルボン酸アニオンとアルカリ金属カチオンとを溶解した調製溶液を調製する。この調製溶液の溶媒は、特に限定されないが、水系溶媒としてもよいし、有機系溶媒としてもよいが、水であることが好ましい。この工程では、芳香族ジカルボン酸アニオンの濃度が0.1mol/L以上、寄り好ましくは0.2mol/L以上である調製溶液を調製することが好ましい。また、この工程では、芳香族ジカルボン酸アニオンの濃度が5mol/L以下である調製溶液を調製することが好ましい。このような濃度範囲では、次工程の噴霧乾燥をより行いやすい。あるいは、この工程では、芳香族ジカルボン酸アニオンの濃度が0.1mol%以上である調製溶液を調製することが好ましい。このような濃度範囲では、次工程の噴霧乾燥をより行いやすい。この工程では、芳香族ジカルボン酸アニオンの濃度が0.4mol%以下である調製溶液を調製してもよい。また、この工程では、ベンゼン環、ナフタレン、ビフェニル、ナフタレン骨格またはビフェニル骨格が拡張された有機骨格を有する芳香族ジカルボン酸アニオンを用いるものとしてもよい。更に、この工程では、リチウム、ナトリウム及びカリウムのうち1以上のアルカリ金属カチオンを含む調製溶液を調製することが好ましい。この工程では、例えば、芳香族ジカルボン酸アニオンのモル数A(mol)に対するアルカリ金属カチオンのモル数B(mol)であるモル比B/Aが2.0以上である調製溶液を得ることが好ましく、モル比B/Aが2.2以上である調製溶液を得ることがより好ましい。このように、アルカリ金属カチオンを当量又は過剰とすることにより、負極の抵抗をより低減することができ、好ましい。このモル比B/Aは2.5以上であるものとしてもよい。また、このモル比B/Aは、3.0以下であるものとしてもよいし、2.5以下であるものとしてもよい。 In the solution preparation step, a preparation solution is prepared by dissolving the aromatic dicarboxylate anion and the alkali metal cation. The solvent for this prepared solution is not particularly limited, and may be an aqueous solvent or an organic solvent, preferably water. In this step, it is preferable to prepare a prepared solution having an aromatic dicarboxylate anion concentration of 0.1 mol/L or more, more preferably 0.2 mol/L or more. Moreover, in this step, it is preferable to prepare a prepared solution having an aromatic dicarboxylate anion concentration of 5 mol/L or less. In such a concentration range, it is easier to carry out the next step of spray drying. Alternatively, in this step, it is preferable to prepare a prepared solution having an aromatic dicarboxylate anion concentration of 0.1 mol % or more. In such a concentration range, it is easier to carry out the next step of spray drying. In this step, a preparation solution having a concentration of aromatic dicarboxylate anion of 0.4 mol % or less may be prepared. Also, in this step, an aromatic dicarboxylic acid anion having an organic skeleton obtained by extending a benzene ring, naphthalene, biphenyl, naphthalene skeleton or biphenyl skeleton may be used. Further, in this step, it is preferred to prepare a preparation solution containing one or more alkali metal cations among lithium, sodium and potassium. In this step, for example, it is preferable to obtain a prepared solution in which the molar ratio B/A, which is the number of moles B (mol) of the alkali metal cation to the number of moles A (mol) of the aromatic dicarboxylate anion, is 2.0 or more. , the molar ratio B/A is more preferably 2.2 or more. By setting the alkali metal cation to an equivalent amount or an excess amount in this way, the resistance of the negative electrode can be further reduced, which is preferable. This molar ratio B/A may be 2.5 or more. Also, this molar ratio B/A may be 3.0 or less, or may be 2.5 or less.
析出工程では、調製溶液を噴霧乾燥装置を用いて噴霧乾燥することにより、層状構造体の剥片の集合を内包して形成される中空球状構造を有する負極活物質を析出させる。この層状構造体は、上記負極活物質で説明したものであり、芳香族骨格を有するジカルボン酸アニオンを含む有機骨格層と、有機骨格層のカルボン酸アニオンに含まれる酸素にアルカリ金属元素が配位して骨格を形成するアルカリ金属元素層とを備えるものである。この析出工程では、上記溶液調製工程で調整した調整溶液を用いる。噴霧乾燥は、スプレードライヤーにより行うものとしてもよい。噴霧乾燥条件は、例えば、装置の規模や作製する負極活物質の量によって適宜調整すればよい。乾燥温度は、例えば、100℃以上200℃以下の範囲とすることが好ましい。100℃以上では、溶媒を十分に除去することができ、200℃以下では、消費エネルギーをより低減でき好ましい。乾燥温度は、120℃以上がより好ましく、180℃以下がより好ましい。また、供給液量は、作製する規模にもよるが、例えば、0.1L/h以上2L/h以下の範囲としてもよい。また、調製溶液を噴霧するノズルサイズは、作製する規模にもよるが、例えば、直径0.5mm以上5mm以下の範囲としてもよい。このように噴霧乾燥して層状構造体を作製すると、層状構造体を含む上述した中空球状構造を有する負極活物質が得られる。中空球状構造を有する負極活物質は、そのまま用いてもよいし、解砕して剥片状構造にして用いてもよい。 In the deposition step, the prepared solution is spray-dried using a spray-drying apparatus to deposit a negative electrode active material having a hollow spherical structure formed by enclosing a set of flakes of the layered structure. This layered structure is the one described in the above negative electrode active material. and an alkali metal element layer forming a skeleton. In this precipitation step, the adjusted solution prepared in the solution preparing step is used. Spray drying may be carried out using a spray dryer. The spray-drying conditions may be appropriately adjusted according to, for example, the scale of the apparatus and the amount of the negative electrode active material to be produced. The drying temperature is preferably in the range of, for example, 100° C. or higher and 200° C. or lower. At 100° C. or higher, the solvent can be sufficiently removed, and at 200° C. or lower, energy consumption can be further reduced, which is preferable. The drying temperature is more preferably 120°C or higher, and more preferably 180°C or lower. The amount of liquid to be supplied may be in the range of, for example, 0.1 L/h or more and 2 L/h or less, depending on the scale of production. In addition, the size of the nozzle for spraying the prepared solution may be, for example, a range of 0.5 mm or more and 5 mm or less in diameter, although it depends on the scale of production. When the layered structure is produced by spray drying in this manner, the negative electrode active material having the above-described hollow spherical structure including the layered structure is obtained. The negative electrode active material having a hollow spherical structure may be used as it is, or may be pulverized into flakes for use.
負極は、上述した負極活物質である層状構造体と導電材と結着材とを混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の負極合材としたものを、集電体の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成してもよい。この負極において、上記負極活物質は、できるだけ多く含まれることが好ましく、例えば、負極合材中に60質量%以上95質量%以下の範囲で含まれるものとしてもよい。導電材は、例えば、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛)や人造黒鉛などの黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンウィスカ、ニードルコークス、炭素繊維、金属(銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金など)などの1種又は2種以上を混合したものを用いることができる。これらの中で、導電材としては、電子伝導性及び塗工性の観点より、カーボンブラック及びアセチレンブラックが好ましい。結着材は、活物質粒子及び導電材粒子を繋ぎ止める役割を果たすものであり、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、或いはポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、エチレンプロピレンジエンモノマー(EPDM)ゴム、スルホン化EPDMゴム、天然ブチルゴム(NBR)等を単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。また、水系バインダーであるセルロース系やスチレンブタジエンゴム(SBR)の水分散体等を用いることもできる。塗布方法としては、例えば、アプリケータロールなどのローラコーティング、スクリーンコーティング、ドクターブレイド方式、スピンコーティング、バーコータなどが挙げられ、これらのいずれかを用いて任意の厚さ・形状とすることができる。集電体としては、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、鉄、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラスなどを用いることができる。集電体の形状については、箔状、フィルム状、シート状、ネット状、パンチ又はエキスパンドされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の形成体などが挙げられる。集電体の厚さは、例えば1~500μmのものが用いられる。 The negative electrode is obtained by mixing the layered structure, which is the negative electrode active material, the conductive material, and the binder, and adding an appropriate solvent to make a paste-like negative electrode mixture, which is applied to the surface of the current collector and dried. However, if necessary, it may be formed by compression to increase the electrode density. In this negative electrode, the negative electrode active material is preferably contained as much as possible. Conductive materials include, for example, graphite such as natural graphite (flaky graphite, flaky graphite) and artificial graphite, acetylene black, carbon black, ketjen black, carbon whisker, needle coke, carbon fiber, metal (copper, nickel, aluminum, silver, gold, etc.), or a mixture of two or more thereof can be used. Among these, carbon black and acetylene black are preferable as the conductive material from the viewpoint of electronic conductivity and coatability. The binder plays a role of binding the active material particles and the conductive material particles, and examples thereof include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine-containing resin such as fluororubber, polypropylene, Thermoplastic resins such as polyethylene, ethylene propylene diene monomer (EPDM) rubber, sulfonated EPDM rubber, natural butyl rubber (NBR) and the like can be used alone or as a mixture of two or more. Cellulose-based or styrene-butadiene rubber (SBR) aqueous dispersions, which are water-based binders, can also be used. Application methods include, for example, roller coating such as applicator roll, screen coating, doctor blade method, spin coating, and bar coater, and any thickness and shape can be obtained using any of these methods. As the current collector, aluminum, titanium, stainless steel, nickel, iron, calcined carbon, conductive polymer, conductive glass, or the like can be used. Examples of the shape of the current collector include foil, film, sheet, net, punched or expanded, lath, porous, foam, and fiber group formations. The current collector used has a thickness of, for example, 1 to 500 μm.
この負極は、電極をX線回折測定したときに、(111)のピーク強度に対する(300)のピーク強度比P(300)/P(111)が2.0以上を示すことが好ましい。即ち、(300)のピーク強度が(111)のピーク強度の2倍以上を示すものとしてもよい。この強度比は、2.5以上を示すことがより好ましく、3.0以上を示すことが更に好ましい。また、この強度比は、5.0以下であるものとしてもよい。この範囲では、層状構造体の層間隔などが良好であり、負極抵抗をより低減することができる。また、この負極は、電極をX線回折測定したときに、X線回折測定での(011)のピーク強度に対する(300)のピーク強度比P(300)/P(011)が2.0以上を示すことが好ましい。即ち、(300)のピーク強度が(011)のピーク強度の2倍以上を示すものとしてもよい。この強度比は、2.5以上を示すことがより好ましく、3.0以上を示すことが更に好ましい。また、この強度比は、5.0以下であるものとしてもよい。この範囲では、層状構造体の層間隔などが良好であり、負極抵抗をより低減することができる。また、この負極は、電極をX線回折測定したときに、X線回折測定での(111)のピーク強度に対する(100)のピーク強度比P(100)/P(111)が6.0以上を示すことが好ましい。即ち、(100)のピーク強度が(111)のピーク強度の6倍以上を示すものとしてもよい。この強度比は、6.5以上を示すことがより好ましく、6.6以上を示すことが更に好ましい。また、この強度比は、10.0以下であるものとしてもよい。この範囲では、層状構造体の層間隔などが良好であり、負極抵抗をより低減することができる。また、この負極は、電極をX線回折測定したときに、(011)のピーク強度に対する(100)のピーク強度比P(100)/P(011)が5.0以上を示すことが好ましい。即ち、(100)のピーク強度が(011)のピーク強度の5倍以上を示すものとしてもよい。この強度比は、6.0以上を示すことがより好ましく、6.5以上を示すことが更に好ましい。また、この強度比は、10.0以下であるものとしてもよい。この範囲では、層状構造体の層間隔などが良好であり、負極抵抗をより低減することができる。また、この負極は、電極をX線回折測定したときに、(300)のピーク強度に対する(100)のピーク強度比P(100)/P(300)が1.5以上を示すことが好ましい。即ち、(100)のピーク強度が(300)のピーク強度の1倍以上を示すものとしてもよい。この強度比は、1.8以上を示すことがより好ましく、2.0以上を示すことが更に好ましい。また、この強度比は、5.0以下であるものとしてもよい。この範囲では、層状構造体の層間隔などが良好であり、負極抵抗をより低減することができる。また、負極は、電極をX線回折測定したときに、このように、負極は、負極内部に存在する活物質の小さな剥片が特異的な配向をしており、n00面に相当するピーク強度が大きくなる傾向を示す。また、この負極は、表面を走査型電子顕微鏡で観察したときに平滑な面を有するものとしてもよい。この負極活物質は、容易に解砕され、剥片を高分散した負極とすることができるため、負極表面がより平滑になる。 This negative electrode preferably exhibits a peak intensity ratio P(300)/P(111) of (300) to the peak intensity of (111) of 2.0 or more when the electrode is subjected to X-ray diffraction measurement. That is, the peak intensity of (300) may be twice or more the peak intensity of (111). This intensity ratio is more preferably 2.5 or more, and even more preferably 3.0 or more. Also, this intensity ratio may be 5.0 or less. Within this range, the layer spacing of the layered structure is good, and the negative electrode resistance can be further reduced. In addition, when the electrode is subjected to X-ray diffraction measurement, the peak intensity ratio P (300) / P (011) of (300) to the peak intensity of (011) in X-ray diffraction measurement is 2.0 or more. is preferably shown. That is, the peak intensity of (300) may be twice or more the peak intensity of (011). This intensity ratio is more preferably 2.5 or more, and even more preferably 3.0 or more. Also, this intensity ratio may be 5.0 or less. Within this range, the layer spacing of the layered structure is good, and the negative electrode resistance can be further reduced. In addition, when the electrode is subjected to X-ray diffraction measurement, the negative electrode has a peak intensity ratio P (100) / P (111) of (100) to the peak intensity of (111) in X-ray diffraction measurement of 6.0 or more. is preferably shown. That is, the peak intensity of (100) may be six times or more the peak intensity of (111). This intensity ratio is more preferably 6.5 or more, and even more preferably 6.6 or more. Also, this intensity ratio may be 10.0 or less. Within this range, the layer spacing of the layered structure is good, and the negative electrode resistance can be further reduced. In addition, the negative electrode preferably exhibits a peak intensity ratio P(100)/P(011) of (100) to the peak intensity of (011) of 5.0 or more when the electrode is subjected to X-ray diffraction measurement. That is, the peak intensity of (100) may be five times or more the peak intensity of (011). This intensity ratio is more preferably 6.0 or more, and even more preferably 6.5 or more. Also, this intensity ratio may be 10.0 or less. Within this range, the layer spacing of the layered structure is good, and the negative electrode resistance can be further reduced. In addition, the negative electrode preferably exhibits a peak intensity ratio P(100)/P(300) of (100) to the peak intensity of (300) of 1.5 or more when the electrode is subjected to X-ray diffraction measurement. That is, the peak intensity of (100) may be one or more times the peak intensity of (300). This intensity ratio is more preferably 1.8 or more, and even more preferably 2.0 or more. Also, this intensity ratio may be 5.0 or less. Within this range, the layer spacing of the layered structure is good, and the negative electrode resistance can be further reduced. In addition, when the negative electrode is subjected to X-ray diffraction measurement, it is found that small flakes of the active material present inside the negative electrode are oriented in a specific manner, and the peak intensity corresponding to the n00 plane is showing a tendency to increase. Also, this negative electrode may have a smooth surface when observed with a scanning electron microscope. Since this negative electrode active material can be easily pulverized to form a negative electrode in which flakes are highly dispersed, the surface of the negative electrode becomes smoother.
この蓄電デバイスにおいて、正極は、キャリアイオンを吸蔵放出するものとしてもよい。この蓄電デバイスにおいて、正極は、キャパシタやリチウムイオンキャパシタなどに用いられている公知の正極を用いてもよい。正極は、例えば、正極活物質として炭素材料を含むものとしてもよい。炭素材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、活性炭類、コークス類、ガラス状炭素類、黒鉛類、難黒鉛化性炭素類、熱分解炭素類、炭素繊維類、カーボンナノチューブ類、ポリアセン類などが挙げられる。このうち、高比表面積を示す活性炭類が好ましい。炭素材料としての活性炭は、比表面積が1000m2/g以上であることが好ましく、1500m2/g以上であることがより好ましい。比表面積が1000m2/g以上では、放電容量をより高めることができる。この活性炭の比表面積は、作製の容易性から3000m2/g以下であることが好ましく、2000m2/g以下であることがより好ましい。なお、正極では、非水電解液に含まれるアニオン及びカチオンの少なくとも一方を吸着・脱離して蓄電するものと考えられるが、さらに、非水電解液に含まれるアニオン及びカチオンの少なくとも一方を挿入・脱離して蓄電するものとしてもよい。 In this electricity storage device, the positive electrode may store and release carrier ions. In this electricity storage device, the positive electrode may be a known positive electrode used in capacitors, lithium ion capacitors, and the like. The positive electrode may contain, for example, a carbon material as a positive electrode active material. Examples of carbon materials include, but are not limited to, activated carbons, cokes, vitreous carbons, graphites, non-graphitizable carbons, pyrolytic carbons, carbon fibers, carbon nanotubes, and polyacenes. Among these, activated carbons exhibiting a high specific surface area are preferred. Activated carbon as the carbon material preferably has a specific surface area of 1000 m 2 /g or more, more preferably 1500 m 2 /g or more. When the specific surface area is 1000 m 2 /g or more, the discharge capacity can be further increased. The specific surface area of this activated carbon is preferably 3000 m 2 /g or less, more preferably 2000 m 2 /g or less, for ease of production. The positive electrode is considered to store electricity by adsorbing/desorbing at least one of the anions and cations contained in the non-aqueous electrolyte. It may be desorbed and stored.
あるいは、正極は、一般的なリチウムイオン電池に用いられる正極としてもよい。この場合、正極活物質としては、遷移金属元素を含む硫化物や、リチウムと遷移金属元素とを含む酸化物などを用いることができる。具体的には、TiS2、TiS3、MoS3、FeS2などの遷移金属硫化物、基本組成式をLi(1-x)MnO2(0<x<1など、以下同じ)やLi(1-x)Mn2O4などとするリチウムマンガン複合酸化物、基本組成式をLi(1-x)CoO2などとするリチウムコバルト複合酸化物、基本組成式をLi(1-x)NiO2などとするリチウムニッケル複合酸化物、基本組成式をLi(1-x)NiaCobMncO2(a+b+c=1)などとするリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、基本組成式をLiV2O3などとするリチウムバナジウム複合酸化物、基本組成式をV2O5などとする遷移金属酸化物などを用いることができる。また、正極活物質は、リン酸鉄リチウムなどとしてもよい。これらのうち、リチウムの遷移金属複合酸化物、例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiV2O3などが好ましい。なお、「基本組成式」とは、他の元素を含んでもよい趣旨である。 Alternatively, the positive electrode may be a positive electrode used in common lithium ion batteries. In this case, a sulfide containing a transition metal element, an oxide containing lithium and a transition metal element, or the like can be used as the positive electrode active material. Specifically, transition metal sulfides such as TiS 2 , TiS 3 , MoS 3 and FeS 2 , and basic compositional formulas of Li (1-x) MnO 2 (0<x<1, etc., the same applies hereinafter) and Li (1 -x) Lithium-manganese composite oxides such as Mn 2 O 4 , Lithium-cobalt composite oxides such as Li (1-x) CoO 2 with a basic composition formula, Li (1-x) NiO 2 with a basic composition formula, etc. a lithium-nickel composite oxide having a basic composition formula of Li (1-x) Ni a Co b Mn c O 2 (a+b+c=1) or the like, a basic composition formula of LiV 2 O 3 Lithium vanadium composite oxides such as V 2 O 5 , transition metal oxides having a basic composition formula such as V 2 O 5 , and the like can be used. Also, the positive electrode active material may be lithium iron phosphate or the like. Among these, transition metal composite oxides of lithium such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 and LiV 2 O 3 are preferred. It should be noted that the “basic composition formula” means that other elements may be included.
正極は、例えば上述した正極活物質と導電材と結着材とを混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の正極合材としたものを、集電体の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成してもよい。正極に用いる導電材、結着材、溶剤、集電体は、例えば、負極で例示したものなどを適宜用いることができる。 For the positive electrode, for example, the above-described positive electrode active material, conductive material, and binder are mixed, and an appropriate solvent is added to make a paste-like positive electrode mixture, which is applied to the surface of the current collector and dried. It may be formed by compression to increase the electrode density accordingly. As the conductive material, binder, solvent, and current collector used for the positive electrode, for example, those exemplified for the negative electrode can be appropriately used.
この蓄電デバイスは、正極と負極との間にセパレータを備えていてもよい。セパレータとしては、蓄電デバイスの使用範囲に耐えうる組成であれば特に限定されるものではないが、例えば、ポリプロピレン製不織布やポリフェニレンスルフィド製不織布などの高分子不織布、ポリエチレンやポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂の微多孔フィルムが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複合して用いてもよい。 This electricity storage device may include a separator between the positive electrode and the negative electrode. The separator is not particularly limited as long as it has a composition that can withstand the range of use of the electric storage device. Examples include microporous films. These may be used alone or in combination.
この蓄電デバイスの形状は、特に限定されないが、例えばコイン型、ボタン型、シート型、積層型、円筒型、偏平型、角型などが挙げられる。また、電気自動車等に用いる大型のものなどに適用してもよい。図1は、蓄電デバイス20の一例を示す模式図である。この蓄電デバイス20は、カップ形状のケース21と、正極活物質を有しこのケース21の下部に設けられた正極22と、負極活物質を有し正極22に対してセパレータ24を介して対向する位置に設けられた負極23と、絶縁材により形成されたガスケット25と、ケース21の開口部に配設されガスケット25を介してケース21を密封する封口板26と、を備えている。この蓄電デバイス20は、正極22と負極23との間の空間に非水電解液27が満たされている。非水電解液27は、一般式(1)で表される化合物を1.0質量%未満の範囲で含む。また、負極23は、上述した層状構造体を負極活物質として有する。
The shape of the electricity storage device is not particularly limited, and examples thereof include coin-shaped, button-shaped, sheet-shaped, laminated, cylindrical, flat, and rectangular shapes. Also, it may be applied to a large-sized one used for an electric vehicle or the like. FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an
以上詳述した蓄電デバイスでは、層状構造体を電極活物質に用いたものにおいて、充放電容量が大きく、クーロン効率の良好な蓄電デバイスを提供できる。このような効果が得られる理由は、以下のように推測される。図2は、従来の溶媒乾固法(a)と本開示の噴霧乾燥法(b)により作製した活物質と電極の説明図である。例えば、従来の溶媒乾固法では、芳香族ジカルボン酸とアルカリ金属とを溶解させ、溶媒乾固によって溶媒を除去して芳香族ジカルボン酸ジアルカリ金属塩の層状構造体を得る。この活物質を用いて電極を作製すると、活物質が電極内部に二次凝集体として存在し、その結果、凝集体内部の活物質と電解液が十分な界面を形成できずに有効に機能する反応界面が低減することで、内部抵抗が増加する。一方、本開示では、芳香族ジカルボン酸とアルカリ金属を溶解させた溶液を使いスプレイドライヤーを用いて噴霧乾燥法により活物質粒子を作製する。この手法で作製した電極活物質10は、図2に示すように剥片状の層状構造体12を内包した中空粒子11となり、解砕が容易であり、層状構造体の凝集が抑制され、一次粒子が電極内部に非常に高分散された構造を形成することができる。このため、内部抵抗の低減が可能となるものと推察される。また、従来の二次凝集した大きな粒子の電極活物質を用いると、電極内部で金属イオン(例えばリチウムイオン)の受け入れ界面の少ない電極構造になるため放電容量も十分に得られない。一方、この層状構造体の剥片を電極に用いると、金属イオンの受け入れ界面の多い電極構造になり、存在する電極活物質のより多くが機能するため、より大きな放電容量を得ることができる。
In the electricity storage device described in detail above, an electricity storage device that uses the layered structure as an electrode active material and has a large charge/discharge capacity and a good coulomb efficiency can be provided. The reason why such an effect is obtained is presumed as follows. FIG. 2 is an illustration of active materials and electrodes prepared by the conventional solvent drying method (a) and the spray drying method of the present disclosure (b). For example, in the conventional solvent-drying method, an aromatic dicarboxylic acid and an alkali metal are dissolved, and the solvent is removed by drying the solvent to obtain a layered structure of dialkali metal salt of an aromatic dicarboxylic acid. When an electrode is produced using this active material, the active material exists as secondary aggregates inside the electrode, and as a result, the active material inside the aggregates and the electrolyte do not form a sufficient interface and function effectively. Reducing the reaction interface increases the internal resistance. On the other hand, in the present disclosure, active material particles are produced by a spray drying method using a spray dryer using a solution in which an aromatic dicarboxylic acid and an alkali metal are dissolved. As shown in FIG. 2, the electrode
また、一般式(1)で表される化合物を1.0質量%未満の範囲で含む非水電解液を用いることによって、電極表面に安定な被膜が形成され、電極表面における充放電反応が円滑に行われるため、内部抵抗を低減できると推察される。また、この被膜は、充放電時に発生する漏れ電流や電解液との副反応などを防ぎ、それにより充放電時の不可逆容量が減少し、クーロン効率が向上し、サイクル寿命が増加すると考えられる。ところで、芳香族カルボン酸ジリチウムなどの層状構造体は、充放電電位が約0.5~1.0V(vs Li/Li+)と高いため、一般的な電解液を用いた場合には、充放電電位が約0.1V(vs Li/Li+)の黒鉛上で起こるような電解液の十分な還元分解が起こらず、電極表面に安定な被膜(SEI被膜)を形成できないことがある。そこで、層状構造体の充放電電位より高い約1.0V(vs Li/Li+)で還元分解を起こして電極上に被膜を形成する一般式(1)で表される化合物(LiBOBなど)を用いることで、良好な被膜を形成することができると考えられる。 Further, by using a non-aqueous electrolyte containing less than 1.0% by mass of the compound represented by the general formula (1), a stable film is formed on the electrode surface, and the charge-discharge reaction on the electrode surface is smooth. It is presumed that the internal resistance can be reduced because the In addition, it is believed that this film prevents leakage current and side reactions with the electrolyte that occur during charging and discharging, thereby reducing irreversible capacity during charging and discharging, improving coulombic efficiency, and increasing cycle life. By the way, a layered structure such as dilithium aromatic carboxylate has a high charge/discharge potential of about 0.5 to 1.0 V (vs. Li/Li + ). Sufficient reductive decomposition of the electrolytic solution, which occurs on graphite with a discharge potential of about 0.1 V (vs. Li/Li + ), does not occur, and a stable film (SEI film) cannot be formed on the electrode surface. Therefore, a compound (such as LiBOB) represented by the general formula (1) that causes reductive decomposition at about 1.0 V (vs. Li/Li + ) higher than the charge/discharge potential of the layered structure to form a film on the electrode is used. By using it, it is thought that a good coating can be formed.
図3に、従来の溶媒乾固法(a)と本開示の噴霧乾燥法(b)により作製した電極と電極上の被膜の説明図を示す。本開示の噴霧乾燥法で作製した活物質を用いた電極では、従来の溶媒乾固法で作製した活物質を用いて作製した電極よりも電極表面が平滑になっており、電極表面に余分な凹凸がなく表面積が少ない。このため、薄く均一で安定した被膜を形成でき、充放電反応の抵抗成分となる層を減らすことができると推察される。また、一般式(1)で表される化合物の量を少なくできるため、コストを低減できる。なお、一般式(1)で表される化合物が1質量%以上の範囲では、初期容量が著しく小さくなる。これは、電極表面の被膜が厚くなりすぎて、被膜抵抗の影響が上述した被膜による効果を上回るためと推察される。 FIG. 3 shows an illustration of an electrode and a coating on the electrode prepared by the conventional solvent drying method (a) and the spray drying method of the present disclosure (b). The electrode using the active material produced by the spray-drying method of the present disclosure has a smoother electrode surface than the electrode produced using the active material produced by the conventional solvent drying method. There is no unevenness and the surface area is small. For this reason, it is presumed that a thin, uniform and stable film can be formed, and the layer that becomes a resistance component of the charge/discharge reaction can be reduced. Moreover, since the amount of the compound represented by the general formula (1) can be reduced, the cost can be reduced. When the content of the compound represented by formula (1) is 1% by mass or more, the initial capacity is significantly reduced. It is presumed that this is because the film on the electrode surface is too thick and the effect of the film resistance exceeds the effect of the film described above.
なお、本開示は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It goes without saying that the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various forms as long as they fall within the technical scope of the present disclosure.
以下には、本開示の蓄電デバイスを具体的に作製した例を実施例として説明する。この実施例では、対極をリチウム金属とした二極式セルについて検討したが、対極を任意の正極活物質を含む正極とすれば、蓄電デバイスとして作動することができる。 An example in which the electricity storage device of the present disclosure was specifically manufactured will be described below as an example. In this example, a bipolar cell using lithium metal as the counter electrode was examined, but if the counter electrode is a positive electrode containing any positive electrode active material, it can operate as an electricity storage device.
1.蓄電デバイスの作製
[実施例1]
(電極活物質:4,4’-ビフェニルジカルボン酸ジリチウムの層状構造体の合成)
4,4’-ビフェニルジカルボン酸ジリチウムの合成には、出発原料として4,4’-ビフェニルジカルボン酸および水酸化リチウム1水和物(LiOH・H2O)を用いた。0.44mol/Lとなるように水に水酸化リチウムを加え撹拌し、水溶液を調製した。そして、4,4’-ビフェニルジカルボン酸のモル数A(mol)に対する水酸化リチウムのモル数B(mol)の比であるモル比B/Aが2.2となるように、すなわち、4,4’-ビフェニルジカルボン酸が0.20mol/Lとなるように水溶液を調整した。調製した水溶液を用いてスプレードライヤー(Mini Spray Dryer B-290、日本ビュッヒ製)を用いて噴霧乾燥させ、4,4’-ビフェニルジカルボン酸ジリチウムを析出させた。用いたスプレードライヤーのノズル直径は1.4mm、溶液の噴霧量は0.4L/時間、乾燥温度は150℃で行い、4,4’-ビフェニルジカルボン酸リチウムを合成した。
1. Preparation of electricity storage device [Example 1]
(Electrode active material: Synthesis of layered structure of
For the synthesis of
(電極:4,4’-ビフェニルジカルボン酸ジリチウム電極の作製)
上記手法で作製した4,4’-ビフェニルジカルボン酸ジリチウムを85質量部、粒子状炭素導電材としてカーボンブラック(東海カーボン、TB5500)を15質量部、水系バインダーであるカルボキシメチルセルロースナトリウム(ダイセル,1120)を4.5質量部、ゴム系バインダーであるスチレンブタジエン共重合体(JSR、TRD102A)を3質量部、の割合で混合し、分散剤として水を適量添加、分散してスラリー状合材とした。このスラリー状合材を10μm厚の銅箔集電体に単位面積当たりの4,4’-ビフェニルジカルボン酸ジリチウム活物質が3.0mg/cm2となるように均一に塗布し、120℃で真空加熱乾燥させて塗布シートを作製した。その後、塗布シートを加圧プレス処理し、2cm2の面積に打ち抜いて円盤状の電極を準備した。
(Electrode: Preparation of
85 parts by mass of
(非水電解液の調製)
エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)とを体積比で30:40:30の割合で混合した非水溶媒に、支持電解質の六フッ化リン酸リチウムを1.0mol/Lになるように溶解させた。そこに、0.1質量%のリチウムビスオキサレートボラート(LiBOB)を添加して非水電解液を調製した。
(Preparation of non-aqueous electrolyte)
Lithium hexafluorophosphate as a supporting electrolyte was added to a non-aqueous solvent in which ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) were mixed at a volume ratio of 30:40:30. It was dissolved to 0 mol/L. 0.1% by mass of lithium bisoxalate borate (LiBOB) was added thereto to prepare a non-aqueous electrolyte.
(蓄電デバイス:二極式評価セルの作製)
上記の手法にて作製した4,4’-ビフェニルジカルボン酸ジリチウム電極を作用極とし、リチウム金属箔(厚さ200μm)を対極として、両電極の間に上記非水電解液を含浸させたポリプロピレン製セパレータ(Polypore社製Celgard2500)を挟んで二極式評価セルを作製した。
(Energy storage device: fabrication of bipolar evaluation cell)
The 4,4′-biphenyldicarboxylate dilithium electrode prepared by the above method is used as the working electrode, and the lithium metal foil (
[実施例2,3]
非水電解液の調製にあたり0.2質量%のLiBOBを添加した以外は実施例1と同じものを、実施例2とした。また、非水電解液の調製にあたり0.5質量%のLiBOBを添加した以外は実施例1と同じもの、を実施例3とした。
[Examples 2 and 3]
Example 2 was the same as Example 1, except that 0.2% by mass of LiBOB was added in the preparation of the non-aqueous electrolyte. Example 3 was the same as Example 1, except that 0.5% by mass of LiBOB was added in the preparation of the non-aqueous electrolyte.
[比較例1~4]
非水電解液の調製にあたりLiBOBを添加しなかった以外は実施例1と同じものを、比較例1とした。また、非水電解液の調製にあたり各々1.0質量%、2.0質量%、5.0質量%のLiBOBを添加した以外は実施例1と同じものを、比較例2~4とした。
[Comparative Examples 1 to 4]
Comparative Example 1 was the same as Example 1 except that LiBOB was not added in the preparation of the non-aqueous electrolyte. Comparative Examples 2 to 4 were prepared in the same manner as in Example 1, except that 1.0% by mass, 2.0% by mass, and 5.0% by mass of LiBOB were added in the preparation of the non-aqueous electrolyte.
[参考例1,2]
(電極:4,4’-ビフェニルジカルボン酸ジリチウム電極の作製)のスラリー状合材において、水系バインダーをポリビニルアルコール(ゴウセネックス,T-330,日本合成化学)とし、ゴム系バインダーをスチレンブタジエン共重合体(日本ゼオン、BM-400B)とした以外は、比較例1と同じものを、参考例1とした。スプレードライヤーにて4,4’-ビフェニルジカルボン酸ジリチウムを合成した後に、120℃で真空乾燥を行った以外は参考例1と同じものを、参考例2とした。
[Reference Examples 1 and 2]
(Electrode: preparation of
[参考例3,4]
4,4’-ビフェニルジカルボン酸に対する水酸化リチウムのモル比を2.5として水溶液を調製し、スプレードライヤーにて合成した以外は参考例1と同じものを、参考例3とした。また、スプレードライヤーにて4,4’-ビフェニルジカルボン酸ジリチウムを合成した後に、120℃で真空乾燥を行った以外は参考例3と同じものを、参考例4とした。
[Reference Examples 3 and 4]
Reference Example 3 was the same as Reference Example 1 except that an aqueous solution was prepared with a molar ratio of lithium hydroxide to 4,4'-biphenyldicarboxylic acid of 2.5 and synthesized using a spray dryer. Reference Example 4 was the same as Reference Example 3, except that after synthesizing
[参考例5~8]
支持電解質に1.1mol/Lとなるように四フッ化ホウ酸リチウムを添加し作製した非水電解液を用いた以外は参考1と同じものを参考例5とした。支持電解質に1.1mol/Lとなるように四フッ化ホウ酸リチウムを添加し作製した非水電解液を用いた以外は、参考例2と同じものを参考例6とした。支持電解質に1.1mol/Lとなるように四フッ化ホウ酸リチウムを添加し作製した非水電解液を用いた以外は、参考例3と同じものを参考例7とした。支持電解質に1.1mol/Lとなるように四フッ化ホウ酸リチウムを添加し作製した非水電解液を用いた以外は、参考例4と同じものを参考例8とした。
[Reference Examples 5 to 8]
Reference Example 5 was the same as
[参考例9]
出発原料として4,4’-ビフェニルジカルボン酸および水酸化リチウム1水和物(LiOH・H2O)を用いて、水酸化リチウム1水和物(0.556g)にメタノール(100mL)を加え撹拌した後に4,4’-ビフェニルジカルボン酸1.0gを加え、1時間撹拌した。その後、撹拌後溶媒を除去し、真空下150℃で16時間乾燥することにより、白色の粉末試料の4,4’-ビフェニルジカルボン酸リチウムを得た。これを用いた以外は、参考例1と同じものを参考例9とした。
[Reference Example 9]
Using 4,4′-biphenyldicarboxylic acid and lithium hydroxide monohydrate (LiOH.H 2 O) as starting materials, methanol (100 mL) was added to lithium hydroxide monohydrate (0.556 g) and stirred. After that, 1.0 g of 4,4'-biphenyldicarboxylic acid was added and stirred for 1 hour. Then, after stirring, the solvent was removed and the mixture was dried at 150° C. under vacuum for 16 hours to obtain a white powder sample of
2.実験
(SEM観察)
参考例1、9の電極活物質を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。なお、参考例1の電極活物質は、実施例1~3及び比較例1~4の電極活物質と同じである。SEM観察は、走査型電子顕微鏡(日本FEI社製Quanta200FEG)を用い、1000~50000倍の条件で行った。また、電子線マイクロアナライザ分析装置(JEOL製JXA-8500F)により、電極の切断面の元素分布(酸素分布マッピング)を検討した。
2. Experiment (SEM observation)
The electrode active materials of Reference Examples 1 and 9 were observed with a scanning electron microscope (SEM). The electrode active material of Reference Example 1 is the same as the electrode active materials of Examples 1-3 and Comparative Examples 1-4. SEM observation was performed using a scanning electron microscope (Quanta200FEG manufactured by FEI Japan) under conditions of 1,000 to 50,000 magnifications. Further, the elemental distribution (oxygen distribution mapping) of the cut surface of the electrode was examined using an electron beam microanalyzer (JXA-8500F manufactured by JEOL).
(X線回折測定)
参考例1~9の電極活物質及び電極のX線回折測定を行った。測定は、放射線としてCuKα線(波長1.54051Å)を使用し、X線回折装置(リガク製UltimaIV)を用いて行った。また、測定は、X線の単色化にはグラファイトの単結晶モノクロメーターを用い、印加電圧を40kV、電流30mAに設定し、5°/分の走査速度で、電極活物質については2θ=5°~60°の角度範囲で行い、電極については2θ=5°~30°の角度範囲で行った。
(X-ray diffraction measurement)
The electrode active materials and electrodes of Reference Examples 1 to 9 were subjected to X-ray diffraction measurement. The measurement was performed using a CuKα ray (wavelength: 1.54051 Å) as radiation and an X-ray diffractometer (Ultima IV manufactured by Rigaku). In addition, the measurement was performed using a graphite single crystal monochromator for monochromatic X-rays, setting the applied voltage to 40 kV, current to 30 mA, scanning speed of 5°/min, and 2θ=5° for the electrode active material. 60°, and 2θ = 5° to 30° for the electrodes.
(充放電特性評価)
参考例1~9の二極式評価セルを20℃の温度環境下、0.1mAで0.5Vまで還元した容量を放電容量とした。また、その後0.1mAで1.5Vまで酸化した容量を充電容量とした。また、得られた充放電カーブを用い、電位差に対して充放電カーブの微分値を算出し微分曲線を得た。また、この微分曲線にある2つの異なる内部抵抗性微分カーブのピーク差から充放電分極を算出し、印加電流を考慮してIV抵抗を算出した。なお、IV抵抗は、2サイクル目の充放電カーブを用いた。また、上記作製した二極式評価セルを用い、20℃の温度環境下、上記条件で10サイクルの連続充放電試験を行い、容量維持率を検討した。この充放電操作の1回目の充電容量をQ(1st)、10回目の充電容量をQ(10th)とし、Q(10th)/Q(1st)×100を充放電サイクル後の容量維持率(%)とした。
(Evaluation of charge/discharge characteristics)
The capacity obtained by reducing the bipolar evaluation cells of Reference Examples 1 to 9 to 0.5 V at 0.1 mA in a temperature environment of 20° C. was taken as the discharge capacity. Further, the capacity oxidized to 1.5 V at 0.1 mA was taken as the charge capacity. Using the obtained charge/discharge curve, the differential value of the charge/discharge curve was calculated with respect to the potential difference to obtain a differential curve. Also, the charge/discharge polarization was calculated from the peak difference between the two different internal resistance differential curves in this differential curve, and the IV resistance was calculated in consideration of the applied current. For the IV resistance, the charge/discharge curve of the second cycle was used. In addition, using the bipolar evaluation cell produced above, a continuous charge-discharge test was performed for 10 cycles under the above conditions in a temperature environment of 20° C., and the capacity retention rate was examined. The first charge capacity of this charge-discharge operation is Q (1st) , the tenth charge capacity is Q (10th) , and Q (10th) / Q (1st) × 100 is the capacity retention rate after charge-discharge cycles (% ).
実施例1~3及び比較例1~4の二極式評価セルを用いて、1/10C相当となる電流密度dで充放電を行い、充放電容量とクーロン効率を評価した。具体的には、二極式評価セルを20℃の温度環境下、0.1mAで0.5Vまで還元した容量を放電容量とした。また、その後0.1mAで1.5Vまで酸化した容量を充電容量とした。また充電容量÷放電容量の値をクーロン効率とした。上記条件で10サイクルの連続充放電試験を行い、クーロン効率の変化を検討した。 Using the bipolar evaluation cells of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4, charge and discharge were performed at a current density d corresponding to 1/10 C, and charge and discharge capacity and coulombic efficiency were evaluated. Specifically, the capacity obtained by reducing the bipolar evaluation cell to 0.5 V at 0.1 mA in a temperature environment of 20° C. was taken as the discharge capacity. Further, the capacity oxidized to 1.5 V at 0.1 mA was taken as the charge capacity. Coulomb efficiency was defined as charge capacity/discharge capacity. A continuous charging/discharging test of 10 cycles was performed under the above conditions, and changes in coulombic efficiency were examined.
(結果と考察1)
まず、参考例1~9を用いて、活物質について検討した。表1に参考例1~9の製造方法、Li組成、活物質の乾燥の有無、二次電池の支持塩、IV抵抗、参考例5を基準とした比抵抗、最大放電容量及び充放電サイクルの容量維持率をまとめて示す。図4は、参考例1のSEM写真である。図5は、参考例9のSEM写真である。図5に示すように、従来の溶媒乾固法で作製した層状構造体の電極活物質は、1μmの粒子が凝集した状態であった。これに対して、図4に示すように、スプレードライ法により作製した参考例の層状構造体の電極活物質は、粒径が10μm以下の大きさの中空粒子になっていることがわかった。また、内部が露出している粒子を拡大視すると、この電極活物質は、数nmの厚さの層状構造体の剥片の集合を内包して形成される中空球状構造を有することがわかった。また、この電極活物質は、層状構造体の剥片が中心から不規則に外周側へ向かう構造(剥片が外周側から不規則に中心へ向かう構造と同義)を有していることがわかった。
(Results and discussion 1)
First, using Reference Examples 1 to 9, active materials were examined. Table 1 shows the production method of Reference Examples 1 to 9, the Li composition, the presence or absence of drying of the active material, the supporting salt of the secondary battery, the IV resistance, the specific resistance based on Reference Example 5, the maximum discharge capacity, and the charge-discharge cycle. The capacity retention rate is collectively shown. 4 is an SEM photograph of Reference Example 1. FIG. 5 is an SEM photograph of Reference Example 9. FIG. As shown in FIG. 5, the electrode active material of the layered structure produced by the conventional solvent-drying method was in a state in which particles of 1 μm were aggregated. On the other hand, as shown in FIG. 4, it was found that the electrode active material of the layered structure of the reference example produced by the spray drying method has hollow particles with a size of 10 μm or less. In addition, when the particles whose insides are exposed are magnified, it is found that this electrode active material has a hollow spherical structure formed by enclosing a collection of flakes of a layered structure with a thickness of several nanometers. In addition, it was found that this electrode active material has a structure in which flakes of the layered structure irregularly extend from the center toward the outer periphery (same as a structure in which flakes irregularly extend from the outer periphery toward the center).
図6は、参考例1、2、5、6、9の電極活物質のXRD測定結果である。図7は、参考例3、4、7、8、9の電極活物質のXRD測定結果である。図6に示すように、4,4’-ビフェニルジカルボン酸に対する水酸化リチウムのモル比が2.2の水溶液を用いてスプレードライ法により作製した活物質である参考例1では、参考例9や乾燥後の参考例2とは異なる結晶構造と考えられるXRDパターンを示した。一方、この参考例1の活物質粒子に対して120℃真空乾燥を行った参考例2においては、従来の作製手法と同じ2θの位置にピークが出現した。このため、参考例1では、乾燥すると従来と同じ結晶構造を有するものとなることがわかった。また、図7に示すように、4,4’-ビフェニルジカルボン酸に対する水酸化リチウムのモル比が2.5である参考例3およびそれを120℃真空乾燥した参考例4においても参考例1および参考例2と同様の結果を示した。 6 shows the XRD measurement results of the electrode active materials of Reference Examples 1, 2, 5, 6 and 9. FIG. 7 shows the XRD measurement results of the electrode active materials of Reference Examples 3, 4, 7, 8 and 9. FIG. As shown in FIG. 6, in Reference Example 1, which is an active material prepared by a spray drying method using an aqueous solution in which the molar ratio of lithium hydroxide to 4,4'-biphenyldicarboxylic acid is 2.2, Reference Example 9 and It showed an XRD pattern considered to have a crystal structure different from that of Reference Example 2 after drying. On the other hand, in Reference Example 2 in which the active material particles of Reference Example 1 were vacuum-dried at 120° C., a peak appeared at the same 2θ position as in the conventional production method. Therefore, it was found that Reference Example 1 had the same crystal structure as the conventional one when dried. Further, as shown in FIG. 7, in Reference Example 3 in which the molar ratio of lithium hydroxide to 4,4'-biphenyldicarboxylic acid was 2.5, and in Reference Example 4 in which it was vacuum-dried at 120° C., Results similar to those of Reference Example 2 were shown.
図8は、参考例1~9の電極表面のSEM写真であり、図8(a)が参考例1,5、図8(b)が参考例2,6、図8(c)が参考例3,7、図8(d)が参考例4,8、図8(e)が参考例9である。図8に示すように、参考例5の活物質を用いて電極を作製した場合、表面の凹凸が大きいことがわかった。これは、図2に示すように、溶媒乾固法で作製した層状構造体は、大きな粒子の凝集体となっており、電極にする際にその大きな粒子のまま集電体上に形成されるためであると推察された。一方、スプレードライ法により作製した参考例1,2の活物質を用いた電極では表面が平滑となることがわかった。これは、図2に示すように、剥片状の層状構造体の中空粒子では、非常に脆く、電極合材として集電体上に形成される際に、解砕されて高分散となりやすいためであると推察された。 FIG. 8 is SEM photographs of the surfaces of the electrodes of Reference Examples 1 to 9. FIG. 8(a) is Reference Examples 1 and 5, FIG. 8(b) is Reference Examples 2 and 6, and FIG. 8(c) is Reference Example. 3 and 7, FIG. 8(d) are reference examples 4 and 8, and FIG. 8(e) is reference example 9. As shown in FIG. 8, when an electrode was produced using the active material of Reference Example 5, it was found that the unevenness of the surface was large. This is because, as shown in FIG. 2, the layered structure produced by the solvent drying method is an aggregate of large particles, and the large particles are formed as they are on the current collector when forming an electrode. It was speculated that this was because On the other hand, it was found that the electrodes using the active materials of Reference Examples 1 and 2 produced by the spray drying method had smooth surfaces. This is because, as shown in FIG. 2, the hollow particles of the flake-like layered structure are very fragile, and are likely to be crushed and highly dispersed when formed on the current collector as an electrode mixture. It was speculated that
図9は、電子線マイクロアナライザ分析による、参考例1、2、9の電極断面の酸素分布マップであり、図9(a)が参考例1、図9(b)が参考例2、図9(c)が参考例9である。なお、電極合材中の酸素は層状構造体のカルボン酸に含まれるものであり、酸素の分布は層状構造体の分布を示すものである。図9に示すように、作製した電極の断面観察から、参考例1の活物質を用いて作製した電極では、大きな塊状の部分(図中点線参照)の外周側に酸素濃度が濃く存在することがわかり、作製時に形成された層状構造体の凝集状態が残ったままであることがわかった。一方、スプレードライ法により作製した活物質を用いた参考例1~8の電極では、活物質が均一に分散した状態を形成することが分かった。このことより、溶媒乾固法で作製した活物質を用いて電極を作製した場合、活物質の凝集の力が強いために活物資を解砕することなく電極内部に存在する一方、スプレードライ法により作製した剥片の集合により形成される中空球状構造を有する層状構造体は、電極作製時に容易に解砕され、電極内部に小さな薄片状態で均一分散するものと推察された。 FIG. 9 is an oxygen distribution map of the cross section of the electrode of Reference Examples 1, 2, and 9 by electron probe microanalyzer analysis. (c) is Reference Example 9. Oxygen in the electrode mixture is contained in the carboxylic acid of the layered structure, and the distribution of oxygen indicates the distribution of the layered structure. As shown in FIG. 9, from the cross-sectional observation of the produced electrode, it was found that in the electrode produced using the active material of Reference Example 1, the oxygen concentration was high on the outer peripheral side of the large block-shaped portion (see the dotted line in the figure). It was found that the aggregated state of the layered structure formed at the time of fabrication remained. On the other hand, it was found that the electrodes of Reference Examples 1 to 8 using the active material produced by the spray drying method formed a state in which the active material was uniformly dispersed. From this, when an electrode is produced using an active material produced by the solvent drying method, the active material is present inside the electrode without being crushed due to the strong cohesive force of the active material, whereas the spray drying method It was inferred that the layered structure having a hollow spherical structure formed by aggregation of flakes produced by the method was easily crushed during electrode fabrication, and that small flakes were uniformly dispersed inside the electrode.
図10は、参考例1~9の電極のXRD測定結果である。図10に示すように、スプレードライ法により作製した活物質である参考例1~8の電極においては、活物質の120℃真空乾燥の有無にかかわらず、従来の溶媒乾固法と同じ2θ位置にピークが出現した。これは、電極作製後に120℃で真空乾燥するため、活物質の120℃真空乾燥と同様の効果をもたらしたものと考える。ピーク強度においてはスプレードライ法により作製した電極において、n00面に相当するピーク強度が大きくなる傾向を示した。これは電極内部に存在する活物質の小さな剥片が特異的な配向をしていることを示す。特に、参考例1~8の電極では、X線回折測定において(300)のピーク強度が(111)や(011)のピーク強度の2倍以上を示し、また、(100)のピーク強度が(111)や(011)のピーク強度の5倍以上を示すことがわかった。 FIG. 10 shows the XRD measurement results of the electrodes of Reference Examples 1-9. As shown in FIG. 10, in the electrodes of Reference Examples 1 to 8, which are the active materials prepared by the spray drying method, the 2θ position was the same as that of the conventional solvent drying method, regardless of whether or not the active material was vacuum dried at 120 ° C. A peak appeared at . It is considered that this is because vacuum drying is performed at 120° C. after electrode preparation, and that the same effect as 120° C. vacuum drying of the active material is brought about. The peak intensity corresponding to the n00 plane tended to increase in the electrode prepared by the spray drying method. This indicates a specific orientation of small flakes of active material present inside the electrode. In particular, in the electrodes of Reference Examples 1 to 8, the peak intensity of (300) is more than twice the peak intensity of (111) and (011) in X-ray diffraction measurement, and the peak intensity of (100) is ( 111) and (011) at least five times the peak intensity.
図11は、参考例1~9の充放電サイクルでの充放電曲線である。図12は、参考例1~9の放電容量の評価結果である。図11に示すように、スプレードライ法により作製した活物質である参考例1~8の電極は、可逆な充放電カーブを示すことが分かった。そして、図12、表1に示すように、可逆な充放電容量も大きくなることが分かった。これは電極内部に小さな剥片状態で均一分散した活物質の電極構造をとるため、充放電に有効に活用される界面が多くなり、その結果、利用率が向上し、充放電容量が大きくなったと推察された。 FIG. 11 shows charge-discharge curves in charge-discharge cycles of Reference Examples 1-9. FIG. 12 shows the evaluation results of the discharge capacities of Reference Examples 1-9. As shown in FIG. 11, it was found that the electrodes of Reference Examples 1 to 8, which are active materials produced by the spray drying method, exhibit reversible charge-discharge curves. Then, as shown in FIG. 12 and Table 1, it was found that the reversible charge/discharge capacity also increased. Since the electrode structure is such that the active material is uniformly dispersed in the form of small flakes inside the electrode, the interface that is effectively used for charge/discharge increases, resulting in improved utilization efficiency and increased charge/discharge capacity. inferred.
また、充放電曲線の微分曲線からIV抵抗を求めた。図13は、参考例1~9の充放電カーブから得られた微分曲線である。図14は、参考例1~9のIV抵抗の評価結果である。充放電カーブの結果からdQ/dVを算出したところ、スプレードライ法により作製した活物質を用いた電極においてピーク電位差が小さくなることが分かった。また、図14に示すように、スプレードライ法により作製した活物質を用いた電極は、従来の溶媒乾固法により作製した活物質を用いた電極に比べ、IV抵抗を低減することが分かった。これは電極内部に小さな剥片状態で活物質が均一分散した電極構造をとるため充放電に有効に活用される界面が多くなり、その結果、抵抗が下がったものと推察された。 Also, the IV resistance was obtained from the differential curve of the charge/discharge curve. FIG. 13 shows differential curves obtained from the charge/discharge curves of Reference Examples 1-9. FIG. 14 shows evaluation results of IV resistance of Reference Examples 1-9. When dQ/dV was calculated from the charge/discharge curve results, it was found that the peak potential difference was smaller in the electrode using the active material produced by the spray drying method. In addition, as shown in FIG. 14, it was found that the electrode using the active material produced by the spray drying method has a lower IV resistance than the electrode using the active material produced by the conventional solvent drying method. . It is presumed that this is because the electrode structure in which the active material is uniformly dispersed in the form of small flakes inside the electrode increases the number of interfaces that are effectively used for charging and discharging, and as a result, the resistance is lowered.
また、XRD測定によるピーク強度比とIV抵抗との関係について検討した。図15は、X線回折測定での(111)のピーク強度に対する(300)のピーク強度比P(300)/P(111)、及び(011)のピーク強度に対する(300)のピーク強度比P(300)/P(011)と、IV抵抗との関係図である。図16は、X線回折測定での(111)のピーク強度に対する(100)のピーク強度比P(100)/P(111),及び(011)のピーク強度に対する(100)のピーク強度比P(100)/P(011)と、IV抵抗との関係図である。図17は、X線回折測定での(300)のピーク強度に対する(100)のピーク強度比P(100)/P(300)と、IV抵抗との関係図である。図18は、層状構造体の結晶面(011)、(111)、(100)、(300)の説明図である。表2には、参考例1~4,9のピーク強度比とIV抵抗値とをまとめて示した。図15~17に示すように、各ピーク強度比は、大きくなるほどIV抵抗が低くなる傾向を示した。また、ピーク強度比P(300)/P(111)やピーク強度比P(300)/P(011)は、2.0以上を示すことが好ましいことがわかった。また、ピーク強度比P(100)/P(111)は6.0以上を示し、ピーク強度比P(100)/P(011)は5.0以上を示すことが好ましいことがわかった。また、ピーク強度比P(100)/P(300)が1.5以上を示すことが好ましいことがわかった。図18に示すように、(100)、(300)は、層状構造体のアルカリ金属元素層の結晶面を反映したものであり、(011)、(111)は、有機骨格層の結晶面を反映したものである。したがって、この電極では、アルカリ金属元素層の結晶面のピーク強度がより高いことが、IV抵抗をより低減するなど、蓄電デバイスの特性をより向上するのに好ましいことがわかった。 Also, the relationship between the peak intensity ratio by XRD measurement and the IV resistance was examined. FIG. 15 shows the peak intensity ratio P(300)/P(111) of (300) to the peak intensity of (111) in the X-ray diffraction measurement, and the peak intensity ratio P of (300) to the peak intensity of (011) FIG. 4 is a relational diagram between (300)/P(011) and IV resistance. FIG. 16 shows the peak intensity ratio of (100) to the peak intensity of (111) in X-ray diffraction measurement P(100)/P(111), and the peak intensity ratio of (100) to the peak intensity of (011) P FIG. 4 is a relationship diagram between (100)/P(011) and IV resistance. FIG. 17 is a relational diagram between the peak intensity ratio P(100)/P(300) of (100) to the peak intensity of (300) in X-ray diffraction measurement and the IV resistance. FIG. 18 is an explanatory diagram of the crystal planes (011), (111), (100), and (300) of the layered structure. Table 2 summarizes the peak intensity ratios and IV resistance values of Reference Examples 1 to 4 and 9. As shown in FIGS. 15 to 17, the IV resistance tended to decrease as the peak intensity ratio increased. Also, it was found that the peak intensity ratio P(300)/P(111) and the peak intensity ratio P(300)/P(011) are preferably 2.0 or more. Also, it was found that the peak intensity ratio P(100)/P(111) is preferably 6.0 or more, and the peak intensity ratio P(100)/P(011) is preferably 5.0 or more. Also, it was found that the peak intensity ratio P(100)/P(300) is preferably 1.5 or more. As shown in FIG. 18, (100) and (300) reflect the crystal planes of the alkali metal element layer of the layered structure, and (011) and (111) represent the crystal planes of the organic skeleton layer. It is a reflection. Therefore, in this electrode, it was found that a higher peak intensity of the crystal plane of the alkali metal element layer is preferable for further improving the characteristics of the electricity storage device, such as further reducing the IV resistance.
以上より、提案するスプレードライ法により作製した上記提案の活物質を用いた電極材料は、電極作製時に電極内部に活物質が均一分散した状態の電極構造をとり、電気化学的に活性な界面を多く形成することで、電極抵抗の大幅な低減および利用率の向上をもたらすことが分かった。 From the above, the electrode material using the above-mentioned active material produced by the proposed spray drying method has an electrode structure in which the active material is uniformly dispersed inside the electrode at the time of electrode production, and an electrochemically active interface is formed. It has been found that forming a large number of layers significantly reduces the electrode resistance and improves the utilization factor.
(結果と考察2)
次に、実施例1~3及び比較例1~4を用いて、非水電解液について検討する。なお、実施例1~3及び比較例1~4で用いた活物質は、いずれも参考例1,5で用いた活物質と同じである。表3に、実施例1~3及び比較例1~4のLiBOBの添加割合、3サイクル目の放電容量、3サイクル目のクーロン効率を示した。図19は、実施例1~3及び比較例1の10サイクル中の放電容量の変化を示すグラフである。図20は、実施例1~3及び比較例1の10サイクル中のクーロン効率の変化を示すグラフである。図21は、LiBOBの添加量と初期容量との関係を示すグラフである。図22は、実施例1~3及び比較例1のLiBOBの添加量と放電容量及びクーロン効率との関係を示すグラフである。
(Results and discussion 2)
Next, using Examples 1-3 and Comparative Examples 1-4, non-aqueous electrolytes are examined. The active materials used in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 are the same as those used in Reference Examples 1 and 5. Table 3 shows the addition ratio of LiBOB in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4, the discharge capacity at the 3rd cycle, and the coulombic efficiency at the 3rd cycle. 19 is a graph showing changes in discharge capacity during 10 cycles of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. FIG. FIG. 20 is a graph showing changes in coulombic efficiency during 10 cycles of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1; FIG. 21 is a graph showing the relationship between the amount of LiBOB added and the initial capacity. FIG. 22 is a graph showing the relationship between the amount of LiBOB added in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 and the discharge capacity and coulombic efficiency.
LiBOBを0.1質量%以上1質量%未満の範囲で添加した実施例1~3では、負極の初期容量が増加し(図19)、充放電時のクーロン効率も増加した(図20)。これに対して、LiBOBを1質量%以上添加した比較例2~4では、初期容量の急激な低下が起こり、電極性能は低下したため(図21)、添加量は1質量%未満とするのが好ましいことがわかった。なかでも、実施例2,3でクーロン効率が特に高かったことから(図23)、添加量は0.2質量%以上0.5質量%以下がより好ましいことがわかった。 In Examples 1 to 3 in which LiBOB was added in the range of 0.1 mass % or more and less than 1 mass %, the initial capacity of the negative electrode increased (Fig. 19) and the coulombic efficiency during charging and discharging also increased (Fig. 20). On the other hand, in Comparative Examples 2 to 4 in which 1% by mass or more of LiBOB was added, the initial capacity decreased rapidly, and the electrode performance decreased (FIG. 21). found to be favorable. Among them, the coulombic efficiency was particularly high in Examples 2 and 3 (Fig. 23), so it was found that the addition amount is more preferably 0.2% by mass or more and 0.5% by mass or less.
こうした効果が得られた理由は、ビフェニルジカルボン酸ジリチウムへLiが吸蔵を開始するよりも高電位でLiBOBが分解し、電極表面に好適な被膜を形成したためと推察された。以下、この点について説明する。図23は、実施例1~3及び比較例1~3の1サイクル目の放電時(ビフェニルジカルボン酸ジリチウムへのLi吸蔵反応)の充放電カーブである。図24は、実施例1~3及び比較例1~3の電位変化に対する電流量の変化をプロットしたグラフである。図24からは、どの電位で分解電流や反応電流が流れているかが分かる。 It is speculated that the reason why such an effect was obtained is that LiBOB decomposed at a potential higher than that at which Li begins to be absorbed into dilithium biphenyldicarboxylate, forming a suitable film on the electrode surface. This point will be described below. FIG. 23 shows charge/discharge curves of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 during the first cycle of discharge (Li absorption reaction to dilithium biphenyldicarboxylate). FIG. 24 is a graph plotting changes in current amount with respect to potential changes in Examples 1-3 and Comparative Examples 1-3. From FIG. 24, it can be seen at which potential the decomposition current and the reaction current flow.
図23の充放電カーブから、実施例1~3及び比較例1では初期には300mAhg-1の放電容量を発現することがわかる。一方、LiBOBを1質量%以上添加した比較例2,3では、放電容量が150mAhg-1程度まで下がっている。これは、LiBOBの添加量が多すぎるために、電極表面に分厚い被膜ができ、電極抵抗が上がったことで充放電容量が低下したものと推察された。 From the charge/discharge curves in FIG. 23, it can be seen that Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 initially exhibit a discharge capacity of 300 mAhg −1 . On the other hand, in Comparative Examples 2 and 3 in which 1% by mass or more of LiBOB was added, the discharge capacity decreased to about 150 mAhg −1 . It was presumed that this was because the amount of LiBOB added was too large, so that a thick film was formed on the electrode surface, and the electrode resistance increased, resulting in a decrease in charge/discharge capacity.
この点について、図24から、LiBOBの分解反応と電解液分解反応の抑制が起こっていることが推察された。すなわち、LiBOBを添加しなかった比較例1では、Li基準で0.7-1.3Vの範囲で電解液の分解に相当する分解電流が流れ、電解液の分解が起こったのちに、0.7V付近でビフェニルジカルボン酸ジリチウムへのLi吸蔵が起こった。一方、LiBOBを添加した実施例1~3及び比較例2,3では、Li基準で1.7Vのところに電流のピークが現れている(図24)。1.7Vのピークは、LiBOBの添加量が多くなると大きくなっていることから、LiBOBが電極表面で還元分解していると推察された。実施例1~3では、電解液の分解に相当する0.7-1.3Vのピークが比較例1と比べて減少しており、LiBOBが電極表面で分解し安定な被膜を作ることで、電解液の分解が抑制されていると推察された。 Regarding this point, it was inferred from FIG. 24 that the LiBOB decomposition reaction and the electrolytic solution decomposition reaction were suppressed. That is, in Comparative Example 1 in which LiBOB was not added, a decomposition current corresponding to decomposition of the electrolyte flowed in the range of 0.7 to 1.3 V based on Li. Li absorption into dilithium biphenyldicarboxylate occurred around 7V. On the other hand, in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 2 and 3 in which LiBOB was added, a current peak appeared at 1.7 V based on Li (FIG. 24). Since the peak at 1.7 V increased as the amount of LiBOB added increased, it was presumed that LiBOB was reductively decomposed on the electrode surface. In Examples 1 to 3, the 0.7-1.3 V peak corresponding to the decomposition of the electrolytic solution is reduced compared to Comparative Example 1, and LiBOB decomposes on the electrode surface to form a stable film, It was inferred that the decomposition of the electrolytic solution was suppressed.
以上より、LiBOBを1質量%未満の範囲で添加することで電極表面に安定なSEI被膜を形成し、電解液の分解を抑制して副反応を防ぎ、クーロン効率を向上させていると推察された。また、LiBOBと同様に被膜を形成可能な一般式(1)であらわされる化合物を用いた場合にも、LiBOBを用いた場合と同様の結果が得られると推察された。 From the above, it is speculated that by adding LiBOB in a range of less than 1% by mass, a stable SEI film is formed on the electrode surface, the decomposition of the electrolyte is suppressed, side reactions are prevented, and the coulombic efficiency is improved. rice field. In addition, it was speculated that the same results as in the case of using LiBOB would be obtained when the compound represented by the general formula (1) capable of forming a film like LiBOB is used.
本発明は、電池産業等の分野に利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in fields such as the battery industry.
10 電極活物質、11 中空粒子、12 層状構造体、20 蓄電デバイス、21 ケース、22 正極、23 負極、24 セパレータ、25 ガスケット、26 封口板、27 非水電解液。 10 electrode active material, 11 hollow particles, 12 layered structure, 20 electricity storage device, 21 case, 22 positive electrode, 23 negative electrode, 24 separator, 25 gasket, 26 sealing plate, 27 non-aqueous electrolyte.
Claims (7)
一般式(1)で表される化合物を0.5質量%以下の範囲で含み、キャリアイオンを伝導する非水電解液と、
を備えた、蓄電デバイス。
A non-aqueous electrolyte containing a compound represented by the general formula (1) in a range of 0.5% by mass or less and conducting carrier ions;
A power storage device.
(1)X線回折測定での(111)のピーク強度に対する(300)のピーク強度比P(300)/P(111)が2.0以上を示す。
(2)X線回折測定での(011)のピーク強度に対する(300)のピーク強度比P(300)/P(011)が2.0以上を示す。
(3)X線回折測定での(111)のピーク強度に対する(100)のピーク強度比P(100)/P(111)が6.0以上を示す。
(4)X線回折測定での(011)のピーク強度に対する(100)のピーク強度比P(100)/P(011)が5.0以上を示す。
(5)X線回折測定での(300)のピーク強度に対する(100)のピーク強度比P(100)/P(300)が1.5以上を示す。 The electricity storage device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the electrode satisfies one or more of the following (1) to (5).
(1) The peak intensity ratio P(300)/P(111) of (300) to the peak intensity of (111) in X-ray diffraction measurement is 2.0 or more.
(2) The peak intensity ratio P(300)/P(011) of (300) to the peak intensity of (011) in X-ray diffraction measurement is 2.0 or more.
(3) The peak intensity ratio P(100)/P(111) of (100) to the peak intensity of (111) in X-ray diffraction measurement is 6.0 or more.
(4) The peak intensity ratio P(100)/P(011) of (100) to the peak intensity of (011) in X-ray diffraction measurement is 5.0 or more.
(5) The peak intensity ratio P(100)/P(300) of (100) to the peak intensity of (300) in X-ray diffraction measurement is 1.5 or more.
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