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JP7784643B2 - lithium-ion capacitor - Google Patents
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JP7784643B2 - lithium-ion capacitor - Google Patents

lithium-ion capacitor

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JP7784643B2 JP2021106880A JP2021106880A JP7784643B2 JP 7784643 B2 JP7784643 B2 JP 7784643B2 JP 2021106880 A JP2021106880 A JP 2021106880A JP 2021106880 A JP2021106880 A JP 2021106880A JP 7784643 B2 JP7784643 B2 JP 7784643B2
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Description

本開示は、リチウムイオンキャパシタに関する。 This disclosure relates to lithium ion capacitors.

近年、リチウムイオンキャパシタが注目を集めている。特許文献1(国際公開第2015/163254号)は、「3~5個の原子で構成され、電気陰性度が3以上である原子を2~4個有し、少なくとも1個の非重合性二重結合を有する原子団(X)及びイオン解離性官能基(b)を有し、重合性不飽和結合を有さない化合物(A)を含有する電池用添加剤(B)。」を開示している。特許文献1は、原子団(X)の一例として-N=C=Oを開示している。さらに、特許文献1は、電池用添加剤(B)を含有する電解液を開示している。さらに、特許文献1は、当該電解液を含有するリチウムイオンキャパシタを開示している。 Lithium-ion capacitors have been attracting attention in recent years. Patent Document 1 (WO 2015/163254) discloses a battery additive (B) containing "a compound (A) that is composed of 3 to 5 atoms, has 2 to 4 atoms with an electronegativity of 3 or greater, has an atomic group (X) with at least one non-polymerizable double bond, and has an ion-dissociating functional group (b), and does not have a polymerizable unsaturated bond." Patent Document 1 discloses -N=C=O as an example of the atomic group (X). Patent Document 1 also discloses an electrolyte solution containing the battery additive (B). Patent Document 1 also discloses a lithium-ion capacitor containing the electrolyte solution.

国際公開第2015/163254号International Publication No. 2015/163254

現在、リチウムイオンキャパシタのフロート特性を向上させることが求められている。このような状況において、本開示の目的の1つは、フロート特性が良好なリチウムイオンキャパシタを提供することである。 Currently, there is a demand for improving the float characteristics of lithium ion capacitors. In this situation, one of the objectives of this disclosure is to provide a lithium ion capacitor with good float characteristics.

本開示の一側面は、リチウムイオンキャパシタに関する。当該リチウムイオンキャパシタは、正極、負極、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータ、および、非水溶媒とリチウム塩とを含む電解液、を含むリチウムイオンキャパシタであって、前記正極は、比表面積が1200~2500m/gの範囲にある活性炭粒子を含み、前記電解液は、イソシアネート基を含有する添加剤を含み、前記電解液における前記添加剤の濃度は、0.01質量%以上で3.0質量%未満である。 One aspect of the present disclosure relates to a lithium ion capacitor including a positive electrode, a negative electrode, a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte solution containing a non-aqueous solvent and a lithium salt, wherein the positive electrode includes activated carbon particles having a specific surface area in the range of 1200 to 2500 m 2 /g, and the electrolyte solution includes an additive containing an isocyanate group, and the concentration of the additive in the electrolyte solution is 0.01% by mass or more and less than 3.0% by mass.

本開示によれば、フロート特性が良好なリチウムイオンキャパシタが得られる。 This disclosure provides a lithium-ion capacitor with excellent float characteristics.

本開示の一実施形態に係るリチウムイオンキャパシタの構成を模式的に示す縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view schematically illustrating a configuration of a lithium ion capacitor according to an embodiment of the present disclosure.

以下では、本開示に係る実施形態について例を挙げて説明するが、本開示は以下で説明する例に限定されない。この明細書において、「数値A~数値B」という記載は、数値Aおよび数値Bを含み、「数値A以上で数値B以下」と読み替えることが可能である。以下の説明において、特定の物性や条件などの数値に関して下限と上限とを例示した場合、下限が上限以上とならない限り、例示した下限のいずれかと例示した上限のいずれかとを任意に組み合わせることができる。 The following describes examples of embodiments of the present disclosure, but the present disclosure is not limited to the examples described below. In this specification, the expression "numeric value A to numerical value B" includes numerical value A and numerical value B, and can be read as "greater than or equal to numerical value A and less than or equal to numerical value B." In the following description, when lower and upper limits are given for numerical values of specific physical properties or conditions, any of the exemplified lower limits can be combined with any of the exemplified upper limits, as long as the lower limit is not greater than or equal to the upper limit.

(リチウムイオンキャパシタ)
本実施形態に係るリチウムイオンキャパシタは、正極、負極、正極と負極との間に配置されたセパレータ、および、非水溶媒とリチウム塩とを含む電解液、を含む。正極は、比表面積が1200~2500m/gの範囲にある活性炭粒子を含む。電解液は、イソシアネート基(-N=C=O)を含有する添加剤を含む。電解液における当該添加剤の濃度は、0.01質量%以上で3.0質量%未満である、当該添加剤を、以下では「添加剤(A)」と称する場合がある。また、以下では、リチウムイオンキャパシタを、単にキャパシタと称する場合がある。本実施形態に係るリチウムイオンキャパシタの構成要素について、以下に説明する。
(lithium ion capacitor)
The lithium ion capacitor according to this embodiment includes a positive electrode, a negative electrode, a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte solution containing a nonaqueous solvent and a lithium salt. The positive electrode includes activated carbon particles having a specific surface area in the range of 1200 to 2500 m 2 /g. The electrolyte solution includes an additive containing an isocyanate group (—N═C═O). The concentration of the additive in the electrolyte solution is 0.01% by mass or more and less than 3.0% by mass. This additive may be referred to below as “additive (A).” Hereinafter, the lithium ion capacitor may be simply referred to as “capacitor.” The components of the lithium ion capacitor according to this embodiment are described below.

本実施形態のキャパシタでは、比表面積が比較的大きい活性炭粒子(粒径が比較的小さい活性炭粒子)を用いる。比表面積が大きい活性炭は、容量を高める点で有利である。一方で、比表面積が大きいと、活性炭粒子と電解液との反応が生じやすくなる。活性炭粒子と電解液とが反応すると、ガスが発生してキャパシタの内圧が上昇する場合がある。 The capacitor of this embodiment uses activated carbon particles with a relatively large specific surface area (activated carbon particles with a relatively small particle size). Activated carbon with a large specific surface area is advantageous in terms of increasing capacity. However, a large specific surface area makes it easier for the activated carbon particles to react with the electrolyte. When the activated carbon particles react with the electrolyte, gas is generated, which can increase the internal pressure of the capacitor.

本実施形態のキャパシタの電解液は、添加剤(A)を含む。そのような電解液を用いることによって、フロート特性を大幅に向上できる。この理由については現在のところ明確ではないが、以下のように考えることが可能である。イソシアネート基を含有する添加剤(A)の少なくとも一部は、活性炭粒子の表面に吸着している可能性がある。それによって、活性炭粒子と電解液との反応が抑制されると、ガスの発生および電解液の分解が抑制される。ガスの発生および電解液の分解が抑制されると、フロート特性が向上する。 The electrolyte solution for the capacitor of this embodiment contains an additive (A). By using such an electrolyte solution, the float characteristics can be significantly improved. The reason for this is currently unclear, but it can be thought of as follows: At least a portion of the additive (A) containing an isocyanate group may be adsorbed to the surface of the activated carbon particles. This suppresses the reaction between the activated carbon particles and the electrolyte solution, thereby suppressing gas generation and decomposition of the electrolyte solution. Suppressing gas generation and decomposition of the electrolyte solution improves the float characteristics.

正極に含まれる活性炭粒子は、アニオンを可逆的に吸着および放出する。活性炭粒子にアニオンが吸着されると電気二重層が形成され、容量が発現される。 The activated carbon particles contained in the positive electrode reversibly adsorb and release anions. When anions are adsorbed onto the activated carbon particles, an electric double layer is formed, thereby generating capacity.

負極は、リチウムイオンを可逆的にドープおよび脱ドープ可能な負極活物質を含む。リチウムイオンの負極活物質へのドープとは、少なくとも負極活物質へのリチウムイオンの吸蔵現象を含み、リチウムイオンの負極活物質への吸着や、負極活物質とリチウムイオンとの化学的相互作用なども含み得る概念である。負極活物質にリチウムイオンが吸蔵されるファラデー反応が進行すると容量が発現する。 The negative electrode contains a negative electrode active material that can be reversibly doped and dedoped with lithium ions. The doping of lithium ions into the negative electrode active material includes at least the phenomenon of lithium ions being absorbed into the negative electrode active material, and may also include the adsorption of lithium ions into the negative electrode active material and chemical interactions between the negative electrode active material and lithium ions. Capacity is generated when the Faraday reaction, in which lithium ions are absorbed into the negative electrode active material, progresses.

リチウムイオンキャパシタの充電時には、アニオンが正極に吸着され、リチウムイオンが負極にドープされる。リチウムイオンキャパシタの放電時には、アニオンが正極から脱離し、リチウムイオンが負極から脱ドープされる。 When a lithium-ion capacitor is charged, anions are adsorbed onto the positive electrode and lithium ions are doped onto the negative electrode. When a lithium-ion capacitor is discharged, anions are desorbed from the positive electrode and lithium ions are de-doped from the negative electrode.

(正極)
正極は、比表面積が1200~2500m/gの範囲にある活性炭粒子を含む。活性炭粒子の比表面積は、1350~2300m/gの範囲にあってもよい。活性炭粒子の比表面積を1200m/g以上(例えば1350m/g以上)とすることによって、高い容量を実現できる。活性炭粒子の比表面積を2500m/g以下(例えば2300m/g以下)とすることによって電解液との接触部分が少なくなるため、電解液の分解を抑制することができる。活性炭粒子の比表面積は、窒素ガスを用いたBET法によって求めることができる。
(positive electrode)
The positive electrode includes activated carbon particles having a specific surface area in the range of 1200 to 2500 m 2 /g. The specific surface area of the activated carbon particles may be in the range of 1350 to 2300 m 2 /g. By making the specific surface area of the activated carbon particles 1200 m 2 /g or more (e.g., 1350 m 2 /g or more), high capacity can be achieved. By making the specific surface area of the activated carbon particles 2500 m 2 /g or less (e.g., 2300 m 2 /g or less), the contact area with the electrolyte is reduced, thereby suppressing decomposition of the electrolyte. The specific surface area of the activated carbon particles can be determined by the BET method using nitrogen gas.

活性炭粒子の平均粒径は、0.5μm~6μmの範囲(例えば1μm~5μmの範囲)にあってもよい。平均粒径をこの範囲とすることによって、比表面積を上記の範囲に制御しやすくなる。活性炭粒子には、市販のものを用いてもよいし、公知の方法によって製造してもよい。様々な比表面積および平均粒径を有する活性炭粒子が市販されている。この明細書において、平均粒径は、体積基準の粒度分布において累積体積が50%になるメジアン径(D50)である。メジアン径は、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置を用いて求められる。 The average particle size of the activated carbon particles may be in the range of 0.5 μm to 6 μm (e.g., 1 μm to 5 μm). Setting the average particle size in this range makes it easier to control the specific surface area within the above range. The activated carbon particles may be commercially available or may be manufactured using known methods. Activated carbon particles with a variety of specific surface areas and average particle sizes are commercially available. In this specification, the average particle size is the median diameter (D50) at which the cumulative volume reaches 50% in the volume-based particle size distribution. The median diameter is determined using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer.

活性炭粒子は、原料を熱処理して炭化し、得られた炭化物を賦活処理して多孔質化することによって作製してもよい。原料の例には、石炭系ピッチ、石油系ピッチ、フェノール樹脂、石油コークス、石炭コークスなどが含まれる。賦活処理の例には、水蒸気などのガスを利用したガス賦活、水酸化カリウムなどのアルカリを利用した薬品賦活が含まれる。活性炭粒子の比表面積および平均粒径は、活性炭粒子を粉砕処理および/または分級処理することによって調整してもよい。粉砕処理は、ボールミルやジェットミルなどを用いて行ってもよい。 Activated carbon particles may be produced by heat-treating raw materials to carbonize them, and then activating the resulting carbonized material to make it porous. Examples of raw materials include coal-based pitch, petroleum-based pitch, phenolic resin, petroleum coke, and coal coke. Examples of activation processes include gas activation using gases such as steam, and chemical activation using alkalis such as potassium hydroxide. The specific surface area and average particle size of the activated carbon particles may be adjusted by pulverizing and/or classifying the activated carbon particles. Pulverization may be performed using a ball mill, jet mill, or the like.

正極は、活性炭粒子(正極活物質)と結着剤とを含む正極活物質層を含んでもよい。結着剤の例には、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ゴム、セルロース誘導体などが含まれる。フッ素樹脂の例には、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体などが含まれる。アクリル樹脂の例には、ポリアクリル酸、アクリル酸-メタクリル酸共重合体などが含まれる。ゴムの例には、スチレンブタジエンゴムなどが含まれる。セルロース誘導体の例にはカルボキシメチルセルロースなどが含まれる。 The positive electrode may include a positive electrode active material layer containing activated carbon particles (positive electrode active material) and a binder. Examples of binders include fluororesins, acrylic resins, rubber, and cellulose derivatives. Examples of fluororesins include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, and tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymers. Examples of acrylic resins include polyacrylic acid and acrylic acid-methacrylic acid copolymers. Examples of rubber include styrene-butadiene rubber. Examples of cellulose derivatives include carboxymethyl cellulose.

正極活物質層は、導電材を含んでもよい。導電材の例には、活性炭以外の粒子状の導電性炭素材料(カーボンブラックなど)、炭素繊維、繊維状炭素材料(カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバなど)などが含まれる。カーボンブラックの例には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラックなどが含まれる。 The positive electrode active material layer may contain a conductive material. Examples of conductive materials include particulate conductive carbon materials other than activated carbon (such as carbon black), carbon fiber, and fibrous carbon materials (such as carbon nanotubes and carbon nanofibers). Examples of carbon black include acetylene black, ketjen black, and furnace black.

正極活物質層における活性炭の含有率は、60質量%以上、70質量%以上、または80質量%以上であってもよい。当該含有率は、98質量%以下、または90質量%以下であってもよい。当該含有率は、60~98質量%の範囲(例えば60~90質量%の範囲)にあってもよい。正極活物質層における導電材の含有率は、1~30質量%の範囲にあってもよく、5~15質量%の範囲にあってもよい。正極活物質層に占める結着剤の含有量は1~10質量%の範囲にあってもよい。 The activated carbon content in the positive electrode active material layer may be 60% by mass or more, 70% by mass or more, or 80% by mass or more. This content may be 98% by mass or less, or 90% by mass or less. This content may be in the range of 60 to 98% by mass (e.g., 60 to 90% by mass). The conductive material content in the positive electrode active material layer may be in the range of 1 to 30% by mass, or in the range of 5 to 15% by mass. The binder content in the positive electrode active material layer may be in the range of 1 to 10% by mass.

正極は、正極集電体と、正極集電体上に配置された正極活物質層とを含んでもよい。正極集電体に特に限定はなく、公知のリチウムイオンキャパシタに用いられている正極集電体を用いてもよい。正極集電体には、シート状の金属を用いてもよい。シート状の金属の例には、金属箔、金属多孔体、エッチングメタルなどが含まれる。金属の例には、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、チタンなどが含まれる。正極集電体の厚さは、10~100μmの範囲にあってもよい。シート状の金属は、表面が粗面化されていてもよい。粗面化は、公知の方法(例えば電解エッチング)で行ってもよい。 The positive electrode may include a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer disposed on the positive electrode current collector. There are no particular limitations on the positive electrode current collector, and a positive electrode current collector used in known lithium-ion capacitors may be used. The positive electrode current collector may be a sheet metal. Examples of sheet metals include metal foil, porous metal, and etched metal. Examples of metals include aluminum, aluminum alloys, nickel, and titanium. The thickness of the positive electrode current collector may be in the range of 10 to 100 μm. The surface of the sheet metal may be roughened. Roughening may be performed by a known method (e.g., electrolytic etching).

正極の製造方法に特に限定はなく、公知の方法で製造してもよい。正極は、以下の方法で製造してもよい。まず、正極活物質層を構成する材料と分散媒(水や有機溶媒)とを混合してスラリーを得る。スラリーには、必要に応じて、分散剤を添加してもよい。分散剤の例には、カルボキシメチルセルロース(CMC)などが含まれる。次に、得られたスラリーを集電体に塗布して塗膜を形成する。次に、必要に応じて塗膜の乾燥および/または圧延を行う。このようにして、正極活物質層を含む正極が得られる。正極活物質層の厚さに特に限定はなく、10μm~300μmの範囲にあってもよい。 There are no particular limitations on the method for manufacturing the positive electrode, and it may be manufactured using known methods. The positive electrode may be manufactured using the following method. First, the materials that make up the positive electrode active material layer are mixed with a dispersion medium (water or an organic solvent) to obtain a slurry. If necessary, a dispersant may be added to the slurry. Examples of dispersants include carboxymethyl cellulose (CMC). Next, the obtained slurry is applied to a current collector to form a coating film. If necessary, the coating film is then dried and/or rolled. In this way, a positive electrode including a positive electrode active material layer is obtained. There are no particular limitations on the thickness of the positive electrode active material layer, and it may be in the range of 10 μm to 300 μm.

(電解液)
電解液は、リチウムイオン伝導性を有する。電解液は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解しているリチウム塩とを含む。電解液は、上述した添加剤(A)をさらに含む。
(electrolyte)
The electrolyte solution has lithium ion conductivity, contains a non-aqueous solvent and a lithium salt dissolved in the non-aqueous solvent, and further contains the additive (A) described above.

(添加剤(A))
添加剤(A)は、イソシアネート基を含有する。添加剤(A)は、好ましくは、イオン解離性官能基(b)を含有しない。イオン解離性官能基(b)を含有しないことによって、余分な金属不純物が入らなくなるとともに、イオン解離性官能基がないため反応性が高くなり、正極の活性炭粒子の表面にイソシアネート基の被膜が形成されやすくなると考えられる。
(Additive (A))
The additive (A) contains an isocyanate group. Preferably, the additive (A) does not contain an ion dissociative functional group (b). By not containing the ion dissociative functional group (b), it is thought that excess metal impurities are prevented from entering, and the absence of an ion dissociative functional group increases reactivity, making it easier for a coating of isocyanate groups to form on the surface of the activated carbon particles of the positive electrode.

好ましい一例の添加剤(A)は、炭素数が3~10の範囲にある原子団Xと、原子団Xに結合した少なくとも1つのイソシアネート基とからなる。この場合、添加剤(A)は、以下の条件(1)、(2)、および(3)からなる群より選択される少なくとも1つを満たしてもよい。例えば、以下の(1)~(3)のうちの2つ、または3つを満たしてもよい。例えば、添加剤(A)は、炭素数が3~10の範囲にある炭化水素基と、前記炭化水素基に結合している2つのイソシアネート基とからなるものであってもよい。
(1)原子団Xの炭素数は、3~8の範囲、3~7の範囲、または4~6の範囲にある。
(2)原子団Xは、炭化水素基を含んでもよいし、炭化水素基であってもよい。炭化水素基の例には、アルキレン基が含まれる。
(3)原子団Xに、2つのイソシアネート基が結合している。
A preferred example of additive (A) comprises an atomic group X having a carbon number in the range of 3 to 10 and at least one isocyanate group bonded to the atomic group X. In this case, additive (A) may satisfy at least one selected from the group consisting of the following conditions (1), (2), and (3). For example, additive (A) may satisfy two or three of the following conditions (1) to (3). For example, additive (A) may comprise a hydrocarbon group having a carbon number in the range of 3 to 10 and two isocyanate groups bonded to the hydrocarbon group.
(1) The number of carbon atoms in the atomic group X is in the range of 3 to 8, 3 to 7, or 4 to 6.
(2) The atomic group X may contain or be a hydrocarbon group. Examples of the hydrocarbon group include an alkylene group.
(3) Two isocyanate groups are bonded to the atomic group X.

添加剤(A)は、ポリメチレン鎖の両端の炭素原子のそれぞれにイソシアネート基が結合した化合物(ポリメチレンジイソシアネート)であってもよい。ポリメチレン鎖の炭素数は、3~10の範囲(例えば、3~8の範囲、3~7の範囲、または4~6の範囲)にあってもよい。添加剤(A)は、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ペンタメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、およびヘプタメチレンジイソシアネートからなる群より選択される少なくとも1種であってもよい。これらの添加剤を用いることによって、高い効果が得られる。添加剤(A)の好ましい一例は、ヘキサメチレンジイソシアネートである。 Additive (A) may be a compound (polymethylene diisocyanate) in which an isocyanate group is bonded to each of the carbon atoms at both ends of a polymethylene chain. The number of carbon atoms in the polymethylene chain may be in the range of 3 to 10 (e.g., 3 to 8, 3 to 7, or 4 to 6). Additive (A) may be at least one selected from the group consisting of trimethylene diisocyanate, tetramethylene diisocyanate, pentamethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, and heptamethylene diisocyanate. High effectiveness can be achieved by using these additives. A preferred example of additive (A) is hexamethylene diisocyanate.

電解液における添加剤(A)の濃度(含有率)は、0.01質量%以上であり、0.1質量%以上、0.2質量%以上、または0.25質量%以上であってもよい。当該濃度は、3.0質量%未満であり、2.5質量%以下、2.0質量%以下、1.0質量%以下、または0.5質量%以下であってもよい。電解液における添加剤(A)の濃度は、0.1質量%~2.0質量%の範囲(例えば、0.1~1.0質量%の範囲や、0.1~0.5質量%の範囲)にあることが好ましい。この範囲によれば、より高い効果が得られる。 The concentration (content) of additive (A) in the electrolyte solution is 0.01% by mass or more, and may be 0.1% by mass or more, 0.2% by mass or more, or 0.25% by mass or more. This concentration may be less than 3.0% by mass, and may be 2.5% by mass or less, 2.0% by mass or less, 1.0% by mass or less, or 0.5% by mass or less. The concentration of additive (A) in the electrolyte solution is preferably in the range of 0.1% by mass to 2.0% by mass (e.g., 0.1 to 1.0% by mass or 0.1 to 0.5% by mass). This range provides better effects.

(リチウム塩)
リチウム塩は、リチウムイオンとアニオンとの塩である。リチウム塩に由来するアニオンは、リチウムイオンキャパシタの充電時に正極に吸着される。
(lithium salt)
A lithium salt is a salt of a lithium ion and an anion. The anion derived from the lithium salt is adsorbed onto the positive electrode during charging of the lithium ion capacitor.

リチウム塩の例には、LiN(SOF)、LiClO、LiBF、LiPF、LiAlCl、LiSbF、LiSCN、LiCFSO、LiFSO、LiCFCO、LiAsF、LiB10Cl10、LiCl、LiBr、LiI、LiBCl、LiN(CFSOなどが含まれる。これらは1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。リチウム塩は、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)、テトラフルオロホウ酸リチウム(LiBF)、およびリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))からなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。これらのリチウム塩は、解離度が高く、イオン伝導性に優れている。以下では、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))を、「LIFSI」と称する場合がある。リチウム塩は、LIFSIを含むことが好ましく、リチウム塩にLIFSIのみを用いてもよい。 Examples of lithium salts include LiN( SO2F ) 2 , LiClO4, LiBF4 , LiPF6 , LiAlCl4 , LiSbF6 , LiSCN, LiCF3SO3 , LiFSO3 , LiCF3CO2 , LiAsF6 , LiB10Cl10 , LiCl, LiBr, LiI , LiBCl4 , LiN( CF3SO2 ) 2 , etc. These may be used alone or in combination of two or more . The lithium salt preferably contains at least one selected from the group consisting of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), and lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiN(SO 2 F) 2 ). These lithium salts have a high degree of dissociation and excellent ionic conductivity. Hereinafter, lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiN(SO 2 F) 2 ) may be referred to as "LIFSI." The lithium salt preferably contains LIFSI, or LIFSI alone may be used as the lithium salt.

(非水溶媒)
非水溶媒の例には、環状カーボネート、鎖状カーボネート、脂肪族カルボン酸エステル、ラクトン類、鎖状エーテル、環状エーテル、その他の非水溶媒が含まれる。電解液の非水溶媒は、1種の非水溶媒のみで構成されてもよい。あるいは、電解液の非水溶媒は、複数種の非水溶媒の混合溶媒であってもよい。
(Non-aqueous solvent)
Examples of non-aqueous solvents include cyclic carbonates, chain carbonates, aliphatic carboxylic acid esters, lactones, chain ethers, cyclic ethers, and other non-aqueous solvents. The non-aqueous solvent of the electrolyte may be composed of only one type of non-aqueous solvent. Alternatively, the non-aqueous solvent of the electrolyte may be a mixed solvent of multiple types of non-aqueous solvents.

環状カーボネートの例には、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネートなどが含まれる。鎖状カーボネートの例には、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)などが含まれる。脂肪族カルボン酸エステルの例には、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル(PC)、プロピオン酸エチルなどが含まれる。ラクトン類の例には、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトンなどが含まれる。鎖状エーテルの例には、1,2-ジメトキシエタン(DME)、1,2-ジエトキシエタン(DEE)、エトキシメトキシエタン(EME)などが含まれる。環状エーテルの例には、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフランなどが含まれる。その他の非水溶媒の例には、ジメチルスルホキシド、1,3-ジオキソラン、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、ニトロメタン、エチルモノグライム、トリメトキシメタン、スルホラン、メチルスルホラン、1,3-プロパンサルトンなどが含まれる。 Examples of cyclic carbonates include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate, etc. Examples of linear carbonates include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), etc. Examples of aliphatic carboxylic acid esters include methyl formate, methyl acetate, methyl propionate (PC), ethyl propionate, etc. Examples of lactones include γ-butyrolactone, γ-valerolactone, etc. Examples of linear ethers include 1,2-dimethoxyethane (DME), 1,2-diethoxyethane (DEE), ethoxymethoxyethane (EME), etc. Examples of cyclic ethers include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, etc. Other examples of non-aqueous solvents include dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, acetamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, propionitrile, nitromethane, ethyl monoglyme, trimethoxymethane, sulfolane, methyl sulfolane, and 1,3-propane sultone.

非水溶媒は、鎖状カーボネートと環状カーボネートとを含むことが好ましく、鎖状カーボネートと環状カーボネートとのみで構成されてもよい。それらの場合、電解液は以下の条件(1)~(3)の少なくとも1つを満たすことが好ましく、2つまたは3つを満たすことがより好ましい。以下の条件(1)~(3)の少なくとも1つを満たすことによって、フロート特性を特に向上できる。
(1)鎖状カーボネートと環状カーボネートとの混合比は、体積基準で、鎖状カーボネート:環状カーボネート=3:7~7:3の範囲にある。
(2)電解液を構成する環状カーボネートは、プロピレンカーボネートを含み、エチレンカーボネートを実質的に含まない。ここで、エチレンカーボネートを実質的に含まないとは、環状カーボネートにおけるエチレンカーボネートの含有率が1質量%以下であることを意味する。この場合の電解液の好ましい一例では、環状カーボネートにおけるプロピレンカーボネートの含有率が90質量%以上(例えば95質量%以上や99質量%以上)であり、エチレンカーボネートの含有率が1質量%以下である。電解液を構成する環状カーボネートは、プロピレンカーボネートのみで構成されてもよい。
(3)電解液を構成する鎖状カーボネートは、エチルメチルカーボネートを含み、ジエチルカーボネートおよびジメチルカーボネートを実質的に含まない。ここで、ジエチルカーボネートおよびジメチルカーボネートを実質的に含まないとは、鎖状カーボネートにおけるそれらの含有率の合計が1質量%以下であることを意味する。この場合の電解液の好ましい一例では、鎖状カーボネートにおけるエチルメチルカーボネートの含有率が90質量%以上(例えば95質量%以上や99質量%以上)であり、ジエチルカーボネートおよびジメチルカーボネートの含有率が合計で1質量%以下である。電解液を構成する鎖状カーボネートは、エチルメチルカーボネートのみで構成されてもよい。
The nonaqueous solvent preferably contains a chain carbonate and a cyclic carbonate, or may be composed only of a chain carbonate and a cyclic carbonate. In these cases, the electrolyte preferably satisfies at least one of the following conditions (1) to (3), and more preferably two or three of them. By satisfying at least one of the following conditions (1) to (3), the float characteristics can be particularly improved.
(1) The mixing ratio of the chain carbonate to the cyclic carbonate is in the range of chain carbonate:cyclic carbonate=3:7 to 7:3 by volume.
(2) The cyclic carbonate constituting the electrolytic solution contains propylene carbonate and is substantially free of ethylene carbonate. Here, "substantially free of ethylene carbonate" means that the ethylene carbonate content in the cyclic carbonate is 1% by mass or less. In a preferred example of the electrolytic solution in this case, the propylene carbonate content in the cyclic carbonate is 90% by mass or more (e.g., 95% by mass or more or 99% by mass or more), and the ethylene carbonate content is 1% by mass or less. The cyclic carbonate constituting the electrolytic solution may be composed solely of propylene carbonate.
(3) The chain carbonate constituting the electrolyte solution contains ethyl methyl carbonate and is substantially free of diethyl carbonate and dimethyl carbonate. Here, "substantially free of diethyl carbonate and dimethyl carbonate" means that the total content of these carbonates in the chain carbonate is 1% by mass or less. In a preferred example of the electrolyte solution in this case, the content of ethyl methyl carbonate in the chain carbonate is 90% by mass or more (e.g., 95% by mass or more or 99% by mass or more), and the total content of diethyl carbonate and dimethyl carbonate is 1% by mass or less. The chain carbonate constituting the electrolyte solution may be composed solely of ethyl methyl carbonate.

必要に応じて、電解液に、添加剤(A)以外の他の添加剤を添加してもよい。例えば、負極表面にリチウムイオン伝導性の高い被膜を形成する添加剤として、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、ジビニルエチレンカーボネートなどの不飽和カーボネートを用いてもよい。 If necessary, additives other than additive (A) may be added to the electrolyte solution. For example, unsaturated carbonates such as vinylene carbonate, vinylethylene carbonate, and divinylethylene carbonate may be used as additives that form a coating with high lithium ion conductivity on the surface of the negative electrode.

(負極)
上述したように、負極は、リチウムイオンを可逆的にドープおよび脱ドープ可能な負極活物質を含む。負極および負極活物質には、公知のリチウムイオン二次電池や公知のリチウムイオンキャパシタに用いられている負極および負極活物質を用いてもよい。
(Negative electrode)
As described above, the negative electrode includes a negative electrode active material that can reversibly dope and dedope lithium ions. The negative electrode and negative electrode active material may be the same as those used in known lithium ion secondary batteries and known lithium ion capacitors.

負極活物質の例には、炭素質材料、金属化合物、合金、セラミックス材料などが含まれる。炭素質材料は、負極の電位を低くすることができる点で好ましい。炭素質材料の例には、黒鉛、ハードカーボン(難黒鉛化炭素)、ソフトカーボン(易黒鉛化炭素)などが含まれる。負極活物質は、X線回折測定の結果から求められる層間距離d(002)が0.38nm以上であるハードカーボンを含むことが好ましい。X線回折測定は、CuKα線を用いて行われる。ハードカーボンは、黒鉛に比べて、抵抗が低く且つ高い容量を有する点で好ましい。 Examples of negative electrode active materials include carbonaceous materials, metal compounds, alloys, and ceramic materials. Carbonaceous materials are preferred because they can lower the potential of the negative electrode. Examples of carbonaceous materials include graphite, hard carbon (non-graphitizable carbon), and soft carbon (easily graphitizable carbon). The negative electrode active material preferably contains hard carbon whose interlayer distance d(002) determined from the results of X-ray diffraction measurement is 0.38 nm or greater. X-ray diffraction measurement is performed using CuKα radiation. Hard carbon is preferred because it has lower resistance and higher capacity than graphite.

負極は、通常、負極活物質を含む負極活物質層を含む。負極は、負極集電体と、負極集電体上に配置された負極活物質層とを含んでもよい。負極集電体に特に限定はなく、公知のリチウムイオンキャパシタや公知にリチウムイオン二次電池に用いられている負極集電体を用いてもよい。負極集電体には、シート状の金属を用いてもよい。シート状の金属の例には、金属箔、金属多孔体、エッチングメタルなどが含まれる。金属の例には、銅、銅合金、ニッケル、ステンレス鋼などが含まれる。負極集電体の厚さは、10~100μmの範囲にあってもよい。 The negative electrode typically includes a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material. The negative electrode may include a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer disposed on the negative electrode current collector. There are no particular limitations on the negative electrode current collector, and a negative electrode current collector used in known lithium ion capacitors or known lithium ion secondary batteries may be used. The negative electrode current collector may be a sheet metal. Examples of sheet metal include metal foil, porous metal, and etched metal. Examples of metal include copper, copper alloy, nickel, and stainless steel. The thickness of the negative electrode current collector may be in the range of 10 to 100 μm.

負極活物質層は、結着剤、および導電材などを含んでもよい。結着剤および導電材に特に限定はなく、公知のリチウムイオン二次電池や公知のリチウムイオンキャパシタに用いられている結着剤および導電材を用いてもよく、正極で説明した結着剤および導電材を用いてもよい。 The negative electrode active material layer may contain a binder, a conductive material, and the like. There are no particular limitations on the binder and conductive material; binders and conductive materials used in known lithium-ion secondary batteries and known lithium-ion capacitors may be used, or the binders and conductive materials described for the positive electrode may be used.

負極の製造方法に特に限定はなく、公知の方法で製造してもよい。負極は、以下の方法で製造してもよい。まず、負極活物質層を構成する材料と分散媒(水や有機溶媒)とを混合してスラリーを得る。次に、得られたスラリーを集電体に塗布して塗膜を形成する。次に、必要に応じて塗膜の乾燥および/または圧延を行う。このようにして、負極活物質層を含む負極が得られる。負極活物質層の厚さに特に限定はなく、10μm~300μmの範囲にあってもよい。 There are no particular limitations on the method for manufacturing the negative electrode, and it may be manufactured by any known method. The negative electrode may be manufactured by the following method. First, the materials that make up the negative electrode active material layer are mixed with a dispersion medium (water or an organic solvent) to obtain a slurry. Next, the obtained slurry is applied to a current collector to form a coating film. Next, the coating film is dried and/or rolled as necessary. In this way, a negative electrode including a negative electrode active material layer is obtained. There are no particular limitations on the thickness of the negative electrode active material layer, and it may be in the range of 10 μm to 300 μm.

負極活物質層には、リチウムイオンをプレドープすることが望ましい。これによって負極の電位が低下するため、正極の電位と負極の電位との差(すなわち電圧)が大きくなり、リチウムイオンキャパシタのエネルギー密度が向上する。 It is desirable to pre-dope the negative electrode active material layer with lithium ions. This lowers the potential of the negative electrode, increasing the difference between the potential of the positive electrode and the potential of the negative electrode (i.e., the voltage), and improving the energy density of the lithium-ion capacitor.

負極へのリチウムイオンのプレドープは、以下の方法で行ってもよい。まず、リチウムイオン供給源となる金属リチウム層を負極活物質層の表面に形成する。次に、金属リチウム層を有する負極を、リチウムイオン伝導性を有する電解液に含浸させる。このとき、金属リチウム層からリチウムイオンが非水電解液中に溶出し、溶出したリチウムイオンが負極活物質に吸蔵される。これによって、負極へのリチウムイオンのプレドープが進行する。プレドープされるリチウムイオンの量は、金属リチウム層の質量によって制御できる。プレドープされるリチウム量は、負極活物質層に吸蔵可能なリチウムイオンの最大量の50%~95%程度であってもよい。 Pre-doping of lithium ions into the negative electrode may be performed using the following method. First, a metallic lithium layer serving as a lithium ion supply source is formed on the surface of the negative electrode active material layer. Next, the negative electrode with the metallic lithium layer is impregnated with an electrolyte solution with lithium ion conductivity. During this process, lithium ions are eluted from the metallic lithium layer into the non-aqueous electrolyte solution, and the eluted lithium ions are absorbed into the negative electrode active material. This allows the pre-doping of lithium ions into the negative electrode. The amount of pre-doped lithium ions can be controlled by the mass of the metallic lithium layer. The amount of pre-doped lithium may be approximately 50% to 95% of the maximum amount of lithium ions that can be absorbed into the negative electrode active material layer.

負極にリチウムイオンをプレドープする工程は、電極群を組み立てる前に行なってもよい。あるいは、リチウムイオンキャパシタのケースに電解液と電極群とを収容してからプレドープを進行させてもよい。 The process of pre-doping the negative electrode with lithium ions may be carried out before assembling the electrode group. Alternatively, the pre-doping process may be carried out after the electrolyte and electrode group are placed in the lithium ion capacitor case.

(セパレータ)
セパレータに特に限定はなく、公知のリチウムイオンキャパシタに用いられているセパレータを用いてもよい。セパレータには、絶縁性の材料で形成された、織布、不織布、微多孔膜を用いてもよい。例えば、織布および不織布の材料の例には、セルロース繊維、ガラス繊維、ポリオレフィンなどが含まれる。微多孔膜の材料には、ポリオレフィンなどが含まれる。セパレータの厚さは、10~300μmの範囲(例えば10~40μmの範囲)にあってもよい。
(separator)
The separator is not particularly limited, and separators used in known lithium-ion capacitors may be used. The separator may be a woven fabric, nonwoven fabric, or microporous membrane made of an insulating material. Examples of materials for the woven fabric and nonwoven fabric include cellulose fiber, glass fiber, and polyolefin. Materials for the microporous membrane include polyolefin. The thickness of the separator may be in the range of 10 to 300 μm (e.g., 10 to 40 μm).

(外装体)
リチウムイオンキャパシタは、電極群および電解液を収容する外装体を含む。電極群は、正極、負極、およびセパレータによって構成される。外装体に特に限定はなく、公知のリチウムイオンキャパシタに用いられている外装体を用いてもよい。外装体は、例えば、金属および/または樹脂で形成できる。キャパシタの外装体には、金属ケースと封口部材とを用いてもよい。円筒形のキャパシタの場合、有底円筒状の金属ケースを用いることができる。角筒状のキャパシタの場合、有底角筒状の金属ケースを用いることができる。あるいは、キャパシタの外装体は、ラミネートタイプの外装体であってもよい。
(Exterior body)
The lithium ion capacitor includes an electrode group and an exterior housing that houses an electrolyte. The electrode group is composed of a positive electrode, a negative electrode, and a separator. There are no particular limitations on the exterior housing, and exterior housings used in known lithium ion capacitors may be used. The exterior housing may be formed of, for example, metal and/or resin. The capacitor exterior housing may include a metal case and a sealing member. In the case of a cylindrical capacitor, a cylindrical metal case with a bottom may be used. In the case of a rectangular tubular capacitor, a rectangular tubular metal case with a bottom may be used. Alternatively, the capacitor exterior housing may be a laminate type exterior housing.

外装体は、ガス抜き弁を含んでもよいし、含まなくてもよい。ガス抜き弁は、外装体内の圧力が過度に上昇したときに外装体内のガスを放出するための弁である。ガス抜き弁に特に限定はなく、公知のリチウムイオン二次電池に用いられているガス抜き弁を用いてもよい。本実施形態のキャパシタは、添加剤(A)を用いているため、ガス発生が抑制される。そのため、本実施形態のキャパシタは、ガス抜き弁がないリチウムイオンキャパシタに好ましく用いられる。 The exterior body may or may not include a gas vent valve. The gas vent valve is a valve for releasing gas inside the exterior body when the pressure inside the exterior body rises excessively. There are no particular limitations on the gas vent valve, and gas vent valves used in known lithium ion secondary batteries may be used. The capacitor of this embodiment uses additive (A), which suppresses gas generation. Therefore, the capacitor of this embodiment is preferably used in lithium ion capacitors that do not have a gas vent valve.

電極群および電解液を外装体に収容してからエージング(リチウムイオンのプレドープ)を行う場合、従来のリチウムイオン二次電池や従来のリチウムイオンキャパシタではガス発生の量が多いため、ガス抜き弁を有する外装体が好ましく用いられてきた。一方、本開示に係るキャパシタでは、電極群および電解液を外装体に収容してからエージング(リチウムイオンのプレドープ)を行う場合であっても、エージング時のガス発生を抑制できる。 When aging (pre-doping of lithium ions) is performed after the electrode group and electrolyte solution are housed in an exterior case, conventional lithium ion secondary batteries and conventional lithium ion capacitors generate a large amount of gas, so exterior cases with gas vent valves have been preferred. In contrast, with the capacitor disclosed herein, gas generation during aging can be suppressed even when aging (pre-doping of lithium ions) is performed after the electrode group and electrolyte solution are housed in an exterior case.

リチウムイオンキャパシタの電極群の構成に特に限定はない。電極群は、巻回型であってもよいし、積層型であってもよい。巻回型の電極群は、正極と負極との間にセパレータが配置されるように、正極と負極とセパレータとを巻回することによって形成される。積層型の電極群は、正極と負極との間にセパレータが配置されるように、正極と負極とセパレータとを積層することによって形成される。 There are no particular limitations on the configuration of the electrode group of a lithium ion capacitor. The electrode group may be wound or stacked. A wound electrode group is formed by winding a positive electrode, a negative electrode, and a separator so that the separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode. A stacked electrode group is formed by stacking a positive electrode, a negative electrode, and a separator so that the separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode.

以下では、本開示に係るリチウムイオンキャパシタの一例について、図面を参照して具体的に説明する。以下で説明する一例のキャパシタの構成要素には、上述した構成要素を適用できる。また、以下で説明する一例のキャパシタの構成要素は、上述した記載に基づいて変更できる。また、以下で説明する事項を、上記の実施形態に適用してもよい。また、以下で説明する実施形態において、本開示のキャパシタに必須ではない構成要素は省略してもよい。 Below, an example of a lithium ion capacitor according to the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The components described above can be applied to the components of the example capacitor described below. Furthermore, the components of the example capacitor described below can be modified based on the above description. Furthermore, the matters described below may be applied to the above embodiment. Furthermore, in the embodiment described below, components that are not essential to the capacitor of the present disclosure may be omitted.

(実施形態1)
実施形態1のリチウムイオンキャパシタを、図1を参照しながら説明する。図1は、リチウムイオンキャパシタの一部を切り欠いた斜視図である。
(Embodiment 1)
The lithium ion capacitor of the first embodiment will be described with reference to Fig. 1. Fig. 1 is a perspective view of the lithium ion capacitor with a portion cut away.

図1のリチウムイオンキャパシタ10は、巻回型の電極群1を含む。電極群1は、正極2と負極3との間にセパレータ4が配置されるように、それらを巻回することによって形成されている。正極2、負極3、およびセパレータ4は、それぞれ帯状である。正極2および負極3はそれぞれ、金属製の集電体と、集電体の表面に担持された活物質層とを含む。正極2および負極3のそれぞれには、引出部材としてリード線5aおよびリード線5bが接続されている。 The lithium-ion capacitor 10 in FIG. 1 includes a wound electrode group 1. The electrode group 1 is formed by winding a positive electrode 2 and a negative electrode 3 with a separator 4 disposed between them. The positive electrode 2, negative electrode 3, and separator 4 are each strip-shaped. The positive electrode 2 and negative electrode 3 each include a metal current collector and an active material layer carried on the surface of the current collector. Lead wires 5a and 5b are connected to the positive electrode 2 and negative electrode 3, respectively, as lead-out members.

電極群1は、電解液(図示なし)とともに円筒型の外装ケース(金属ケース)6に収容されている。電解液には、添加剤(A)が溶解している。外装ケース6の開口は、封口部材7によって封止されている。リード線5aおよび5bは、封口部材7を貫通するように外部に導出されている。外装ケース6および封口部材7は、外装体を構成する。 The electrode group 1 is housed in a cylindrical outer case (metal case) 6 together with an electrolyte (not shown). An additive (A) is dissolved in the electrolyte. The opening of the outer case 6 is sealed with a sealing member 7. Lead wires 5a and 5b extend to the outside, passing through the sealing member 7. The outer case 6 and sealing member 7 form the exterior body.

以下、実施例に基づいて、本開示に係るキャパシタをより詳細に説明する。 The capacitor according to the present disclosure will be described in more detail below based on examples.

(実施例1)
実施例1では、以下に説明するように、非水溶媒および電解液を変えて複数種のキャパシタ(リチウムイオンキャパシタ)を製造して評価した。
Example 1
In Example 1, as will be described below, a plurality of types of capacitors (lithium ion capacitors) were manufactured and evaluated by changing the nonaqueous solvent and the electrolyte solution.

(キャパシタA1)
キャパシタA1は、以下の方法で作製した。
(1)正極の作製
(Capacitor A1)
The capacitor A1 was fabricated by the following method.
(1) Preparation of the positive electrode

活性炭粒子88質量部と、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE、結着剤)2質量部と、カルボキシメチルセルロース(増粘剤)4質量部と、アセチレンブラック(導電材)6質量部とを、水に分散させて正極スラリーを得た。活性炭粒子には、比表面積が2000m/gで平均粒径が0.5μmのものを用いた。 A positive electrode slurry was prepared by dispersing 88 parts by weight of activated carbon particles, 2 parts by weight of polytetrafluoroethylene (PTFE, binder), 4 parts by weight of carboxymethyl cellulose (thickener), and 6 parts by weight of acetylene black (conductive material) in water. The activated carbon particles used had a specific surface area of 2000 m /g and an average particle size of 0.5 μm.

得られたスラリーを正極集電体(アルミニウム箔)の両面に塗布して塗膜を形成した。その塗膜を、乾燥および圧延することによって、正極集電体の両面に正極活物質層を形成した。このようにして正極を得た。 The resulting slurry was applied to both sides of a positive electrode current collector (aluminum foil) to form a coating. The coating was then dried and rolled to form a positive electrode active material layer on both sides of the positive electrode current collector. In this way, a positive electrode was obtained.

(2)負極の作製
厚さ20μmの銅箔を負極集電体として準備した。負極合剤と水とを40:60の質量比で含む負極スラリーを調製した。負極合剤は、ハードカーボン90質量部と、ケッチェンブラック5質量部と、カルボキシメチルセルロース1.5質量部と、スチレンブタジエンゴム3質量部との混合物とした。次に、負極スラリーを負極集電体の両面に塗布して塗膜を形成した。その塗膜を乾燥することによって、負極活物質層(厚さ35μm)を負極集電体の両面に形成した。このようにして負極を得た。
(2) Preparation of Negative Electrode A 20 μm thick copper foil was prepared as a negative electrode current collector. A negative electrode slurry containing a negative electrode mixture and water in a mass ratio of 40:60 was prepared. The negative electrode mixture was a mixture of 90 parts by mass of hard carbon, 5 parts by mass of Ketjen Black, 1.5 parts by mass of carboxymethyl cellulose, and 3 parts by mass of styrene butadiene rubber. Next, the negative electrode slurry was applied to both sides of the negative electrode current collector to form a coating. The coating was dried to form a negative electrode active material layer (35 μm thick) on both sides of the negative electrode current collector. In this manner, a negative electrode was obtained.

次に、負極活物質層に、プレドープ完了後の電解液中での負極電位が金属リチウムに対して0.2V以下となるように計算された分量の金属リチウム箔を貼り付けた。 Next, a quantity of metallic lithium foil was attached to the negative electrode active material layer, calculated so that the negative electrode potential in the electrolyte after pre-doping was 0.2 V or less relative to metallic lithium.

(3)電極群の作製
正極および負極のそれぞれに、リードタブを接続した。次に、正極と負極とセパレータとを巻回することによって、電極群を形成した。セパレータには、セルロース繊維製の不織布(厚さ35μm)を用いた。
(3) Preparation of Electrode Assembly Lead tabs were connected to the positive and negative electrodes, respectively. Next, the positive and negative electrodes and a separator were wound together to form an electrode assembly. A nonwoven fabric (thickness: 35 μm) made of cellulose fiber was used as the separator.

(4)電解液の調製
乾燥アルゴン雰囲気下で、非水溶媒に、リチウムビス(フルオロスルホニルイミド)(LIFSI)を1.2mol/Lの濃度で溶解させ、さらに、ヘキサメチレンジイソシアネート(添加剤(A))を添加して、電解液を調製した。ヘキサメチレンジイソシアネートは、電解液における濃度が0.1質量%となるように添加した。非水溶媒には、プロピレンカーボネート(PC)50体積%と、エチルメチルカーボネート(EMC)50体積%との混合溶媒を用いた。
(4) Preparation of Electrolyte Solution Under a dry argon atmosphere, lithium bis(fluorosulfonylimide) (LIFSI) was dissolved in a non-aqueous solvent at a concentration of 1.2 mol/L, and hexamethylene diisocyanate (additive (A)) was added to prepare an electrolyte solution. The hexamethylene diisocyanate was added so that its concentration in the electrolyte solution was 0.1 mass%. A mixed solvent of 50% by volume of propylene carbonate (PC) and 50% by volume of ethyl methyl carbonate (EMC) was used as the non-aqueous solvent.

(5)リチウムイオンキャパシタの作製
有底円筒状の容器に、電極群と電解液とを収容し、図1に示すようなリチウムイオンキャパシタを組み立てた。その後、正極と負極との端子間に3.8Vの充電電圧を印加しながら25℃で24時間エージングし、リチウムイオンの負極へのプレドープを進行させた。このようにして、キャパシタA1を作製した。
(5) Preparation of Lithium Ion Capacitor The electrode group and the electrolyte were placed in a cylindrical container with a bottom, and a lithium ion capacitor as shown in Figure 1 was assembled. Then, a charging voltage of 3.8 V was applied between the positive and negative electrode terminals, and the capacitor was aged at 25 ° C for 24 hours to allow pre-doping of lithium ions into the negative electrode. In this way, capacitor A1 was prepared.

(キャパシタA2~A13、C1~C6)
電解液を変えたことを除いて、キャパシタA1の作製と同様の条件および方法で、キャパシタA2~A13およびC1~C6を作製した。具体的には、電解液の溶媒の組成、および、添加剤の種類および濃度を表1に示すように変えた。
(Capacitors A2 to A13, C1 to C6)
Capacitors A2 to A13 and C1 to C6 were fabricated under the same conditions and by the same method as for the fabrication of capacitor A1, except that the electrolyte solution was changed. Specifically, the composition of the solvent in the electrolyte solution and the type and concentration of the additive were changed as shown in Table 1.

(フロート特性の評価)
得られたリチウムイオンキャパシタについて、以下の方法でフロート特性を評価した。まず、25℃の環境下で、セルを3.8Vの電圧で充電した後、1.0Aの電流で、放電電圧が2.2Vになるまで放電した。その放電の途中において、放電電圧が3.3Vから3.0Vに低下する間に流れた放電電荷量を測定した。そして、当該放電電荷量を電圧変化ΔV(=0.3V)で除算し、初期容量C(F)を求めた。
(Evaluation of float characteristics)
The resulting lithium ion capacitor was evaluated for float characteristics using the following method. First, the cell was charged at a voltage of 3.8 V in an environment of 25° C., and then discharged at a current of 1.0 A until the discharge voltage reached 2.2 V. During the discharge, the amount of discharge charge flowing while the discharge voltage decreased from 3.3 V to 3.0 V was measured. The amount of discharge charge was then divided by the voltage change ΔV (=0.3 V) to determine the initial capacity C 0 (F).

次に、セルを、85℃、3.8Vの条件で1000時間連続充電した。その後、1.0Aの電流で、放電電圧が2.2Vになるまで放電した。その放電の途中において、放電電圧が3.3Vから3.0Vに低下する間に流れた放電電荷量を測定した。そして、当該放電電荷量を電圧変化ΔV(=0.3V)で除算し、容量C(F)を求めた。そして、フロート特性を以下の式で算出した。
フロート特性(%)=100×C/C
Next, the cell was continuously charged for 1000 hours under conditions of 85°C and 3.8 V. Thereafter, it was discharged at a current of 1.0 A until the discharge voltage reached 2.2 V. During this discharge, the amount of discharge charge flowing while the discharge voltage dropped from 3.3 V to 3.0 V was measured. The amount of discharge charge was then divided by the voltage change ΔV (= 0.3 V) to determine the capacity C1 (F). The float characteristic was then calculated using the following formula:
Float characteristic (%) = 100 × C 1 /C 0

フロート特性は、初期容量Cに対する、連続充電後の容量Cの割合である。この数値が大きい(100%に近い)ほど、フロート特性が優れていることを意味する。フロート特性の評価結果を表1に示す。キャパシタA2~A13は、本開示のキャパシタであり、C1~C6は比較例のキャパシタである。 The float characteristic is the ratio of the capacity C1 after continuous charging to the initial capacity C0 . The larger this value (closer to 100%), the better the float characteristic. The evaluation results of the float characteristic are shown in Table 1. Capacitors A2 to A13 are capacitors of the present disclosure, and C1 to C6 are capacitors of comparative examples.

表1に示すように、電解液における添加剤(A)の濃度が0.01質量%以上で3.0質量%未満(例えば0.1~2.0質量%)であるキャパシタA1~A13は、フロート特性が良好であった。一方、キャパシタC1~C6は、フロート特性が大幅に低下した。添加剤(A)の濃度が0.1~0.5質量%の範囲にあるときに、フロート特性が特に高かった。添加剤(A)の添加量が多いキャパシタC3では、初期の内部抵抗が上昇してフロート特性が低下している可能性がある。なお、キャパシタA1~A13の初期容量Cはいずれも充分に高かった。 As shown in Table 1, capacitors A1 to A13, in which the concentration of additive (A) in the electrolyte solution was 0.01 mass% or more and less than 3.0 mass% (e.g., 0.1 to 2.0 mass%), had good float characteristics. On the other hand, capacitors C1 to C6 had significantly reduced float characteristics. When the concentration of additive (A) was in the range of 0.1 to 0.5 mass%, the float characteristics were particularly high. In capacitor C3, which had a large amount of additive (A), the initial internal resistance increased, possibly reducing the float characteristics. The initial capacitance C0 of capacitors A1 to A13 was all sufficiently high.

環状カーボネートがエチレンカーボネートを含むキャパシタと比較して、環状カーボネートがプロピレンカーボネートのみであるキャパシタは、フロート特性が高かった。鎖状カーボネートがエチルメチルカーボネートを含むキャパシタと比較して、鎖状カーボネートがエチルメチルカーボネートのみであるキャパシタは、フロート特性が高かった。 Compared to capacitors containing ethylene carbonate as a cyclic carbonate, capacitors containing only propylene carbonate as a cyclic carbonate had better float characteristics.Compared to capacitors containing ethyl methyl carbonate as a chain carbonate, capacitors containing only ethyl methyl carbonate as a chain carbonate had better float characteristics.

キャパシタA5~A8から明らかなように、鎖状カーボネートと環状カーボネートとの体積比が3:7~7:3の範囲にあるキャパシタには、フロート特性が特に高かった。理由は明確ではないが、キャパシタA7の場合、溶媒和されない鎖状カーボネートが多くなって、ガス発生が多くなっている可能性がある。キャパシタA8の場合、非水溶媒の粘度が高いため、キャパシタの内部抵抗が高くなる。そのため、静電容量が減ってフロート特性が低下していると考えられる。 As is clear from capacitors A5 to A8, capacitors with a volume ratio of chain carbonate to cyclic carbonate in the range of 3:7 to 7:3 had particularly high float characteristics. The reason for this is not clear, but in the case of capacitor A7, there may be a large amount of unsolvated chain carbonate, which may have led to increased gas generation. In the case of capacitor A8, the viscosity of the non-aqueous solvent is high, which increases the internal resistance of the capacitor. This is thought to be why the capacitance decreases and the float characteristics deteriorate.

(実施例2)
実施例2では、正極に用いる活性炭の比表面積および平均粒径を変えたことを除いて、キャパシタA2の作製と同様の条件および方法で、複数種のリチウムイオンキャパシタを作製した。作製したキャパシタのフロート特性を実施例1と同様の方法で評価した。用いた活性炭の物性、添加剤の種類および添加量、ならびにフロート特性を表2に示す。なお、表1に示したように、非水溶媒は、プロピレンカーボネート(50vol%)と:エチルメチルカーボネート(50vol%)との混合溶媒である。
Example 2
In Example 2, several types of lithium ion capacitors were fabricated under the same conditions and by the same method as for Capacitor A2, except that the specific surface area and average particle size of the activated carbon used in the positive electrode were changed. The float characteristics of the fabricated capacitors were evaluated by the same method as in Example 1. Table 2 shows the physical properties of the activated carbon used, the type and amount of additive, and the float characteristics. As shown in Table 1, the nonaqueous solvent was a mixed solvent of propylene carbonate (50 vol%) and ethyl methyl carbonate (50 vol%).

表2に示すように、活性炭の比表面積を1200~2500m/gの範囲(例えば1350~2300m/gの範囲)とすることによって、高いフロート特性を実現できた。なお、キャパシタA2、A14およびA15の初期容量Cは、キャパシタC7、C8の初期容量Cに比べて高かった。 As shown in Table 2, high float characteristics were achieved by setting the specific surface area of the activated carbon in the range of 1200 to 2500 m 2 /g (for example, in the range of 1350 to 2300 m 2 /g). The initial capacitances C 0 of capacitors A2, A14, and A15 were higher than the initial capacitances C 0 of capacitors C7 and C8.

本開示は、リチウムイオンキャパシタに利用できる。 This disclosure can be used in lithium ion capacitors.

1 :電極群
2 :正極
3 :負極
4 :セパレータ
5a :リード線
5b :リード線
6 :外装ケース
7 :封口部材
10 :リチウムイオンキャパシタ
1: Electrode group 2: Positive electrode 3: Negative electrode 4: Separator 5a: Lead wire 5b: Lead wire 6: Outer case 7: Sealing member 10: Lithium ion capacitor

Claims (7)

正極、
負極、
前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータ、および、
非水溶媒とリチウム塩とを含む電解液、を含むリチウムイオンキャパシタであって、
前記正極は、比表面積が1200~2500m/gの範囲にある活性炭粒子を含み、
前記電解液は、イソシアネート基を含有する添加剤を含み、
前記電解液における前記添加剤の濃度は、0.01質量%以上で3.0質量%未満であり、
前記非水溶媒は、鎖状カーボネートと環状カーボネートとを含み、
前記非水溶媒において、前記鎖状カーボネートと前記環状カーボネートとの混合比は、体積基準で3:7~7:3の範囲にあり、
前記環状カーボネートは、プロピレンカーボネートを含み、エチレンカーボネートを実質的に含まず、
前記添加剤は、炭素数が3~10の範囲にある炭化水素基と、前記炭化水素基に結合している2つのイソシアネート基とからなる、リチウムイオンキャパシタ。
positive electrode,
negative electrode,
a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode; and
A lithium ion capacitor comprising an electrolyte solution containing a non-aqueous solvent and a lithium salt,
the positive electrode contains activated carbon particles having a specific surface area in the range of 1200 to 2500 m 2 /g;
the electrolyte solution contains an additive containing an isocyanate group,
The concentration of the additive in the electrolytic solution is 0.01% by mass or more and less than 3.0% by mass,
the non-aqueous solvent contains a chain carbonate and a cyclic carbonate,
In the non-aqueous solvent, the mixing ratio of the chain carbonate to the cyclic carbonate is in the range of 3:7 to 7:3 on a volume basis,
the cyclic carbonate comprises propylene carbonate and is substantially free of ethylene carbonate;
The additive comprises a hydrocarbon group having a carbon number in the range of 3 to 10 and two isocyanate groups bonded to the hydrocarbon group .
前記活性炭粒子の平均粒径は、0.5μm~6μmの範囲にある、請求項1に記載のリチウムイオンキャパシタ。 The lithium ion capacitor according to claim 1, wherein the activated carbon particles have an average particle size in the range of 0.5 μm to 6 μm. 前記鎖状カーボネートは、エチルメチルカーボネートを含み、ジエチルカーボネートおよびジメチルカーボネートを実質的に含まない、請求項1または2に記載のリチウムイオンキャパシタ。 3. The lithium ion capacitor according to claim 1 , wherein the chain carbonate comprises ethyl methyl carbonate and is substantially free of diethyl carbonate and dimethyl carbonate. 前記添加剤は、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ペンタメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、およびヘプタメチレンジイソシアネートからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1~のいずれか1項に記載のリチウムイオンキャパシタ。 The lithium ion capacitor according to any one of claims 1 to 3 , wherein the additive is at least one selected from the group consisting of trimethylene diisocyanate, tetramethylene diisocyanate, pentamethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, and heptamethylene diisocyanate. 前記電解液における前記添加剤の濃度は、0.1質量%~2.0質量%の範囲にある、請求項1~のいずれか1項に記載のリチウムイオンキャパシタ。 The lithium ion capacitor according to any one of claims 1 to 4 , wherein the concentration of the additive in the electrolytic solution is in the range of 0.1% by mass to 2.0% by mass. 前記負極は、X線回折測定の結果から求められる層間距離d(002)が0.38nm以上であるハードカーボンを含む、請求項1~のいずれか1項に記載のリチウムイオンキャパシタ。 The lithium ion capacitor according to any one of claims 1 to 5 , wherein the negative electrode contains hard carbon having an interlayer distance d(002) of 0.38 nm or more as determined from the results of X-ray diffraction measurement. 外装体を含み、
前記外装体はガス抜き弁を含まない、請求項1~のいずれか1項に記載のリチウムイオンキャパシタ。
Including an outer casing,
The lithium ion capacitor according to any one of claims 1 to 6 , wherein the exterior body does not include a gas vent valve.
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