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JP2016143711A - Method of manufacturing electrode, power storage device and device for making active material of electrode occlude lithium - Google Patents

Method of manufacturing electrode, power storage device and device for making active material of electrode occlude lithium Download PDF

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JP2016143711A JP2015017054A JP2015017054A JP2016143711A JP 2016143711 A JP2016143711 A JP 2016143711A JP 2015017054 A JP2015017054 A JP 2015017054A JP 2015017054 A JP2015017054 A JP 2015017054A JP 2016143711 A JP2016143711 A JP 2016143711A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing an electrode, where occlusion of lithium to an electrode active material progresses uniformly at a low cost, and to provide a power storage device and a device.SOLUTION: A method of manufacturing an electrode includes (A) a step for reducing the pressure in a chamber housing a collector in which a layer containing an active material (hereinafter, referred to (active material layer)) is formed, and a lithium supply source, (B) a step for supplying an organic solvent containing lithium ions into the chamber subjected to pressure reduction, and (C) a step for making the active material occlude lithium. Consequently, an electrode where the entire active material is doped uniformly with lithium can be obtained, and it is very useful in the manufacture of the electrode of a battery or a capacitor, such as a lithium ion secondary battery, an air battery, a lithium ion capacitor, and the like.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、電極の製造方法、蓄電デバイス及び電極の活物質にリチウムを吸蔵させるための装置に関し、より詳しくは、リチウムイオン二次電池、空気電池、リチウムイオンキャパシタ等の電池又はキャパシタに好適に用いられる電極の製造方法、当該製造方法により製造された電極を備えてなる蓄電デバイス並びに電極の活物質にリチウムを吸蔵させるための装置に関する。   The present invention relates to an electrode manufacturing method, an electricity storage device, and an apparatus for occluding lithium in an active material of an electrode, and more specifically, suitable for a battery or capacitor such as a lithium ion secondary battery, an air battery, or a lithium ion capacitor. The present invention relates to an electrode manufacturing method to be used, an electricity storage device including an electrode manufactured by the manufacturing method, and an apparatus for inserting lithium into an active material of the electrode.

近年、電子機器の小型化・軽量化の進歩は目覚ましく、それに伴い、当該電子機器の駆動用電源として用いられる電池に対しても小型化・軽量化の要求が一層高まっている。このような小型化・軽量化の要求を満足するために、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池が蓄電デバイスとして開発されている。また、高エネルギー密度特性及び高出力特性を必要とする用途に対応する蓄電デバイスとして、リチウムイオンキャパシタが知られている。   2. Description of the Related Art In recent years, progress in downsizing and weight reduction of electronic devices has been remarkable, and accordingly, demands for downsizing and weight reduction of batteries used as power sources for driving the electronic devices are further increased. In order to satisfy such demands for reduction in size and weight, nonaqueous electrolyte secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries have been developed as power storage devices. Moreover, a lithium ion capacitor is known as an electricity storage device corresponding to an application that requires high energy density characteristics and high output characteristics.

このような蓄電デバイスにおいては、様々な目的のために、予めリチウムを電極活物質に吸蔵させるプロセス(一般にプレドープと呼ばれている)が採用されている。例えば、リチウムイオンキャパシタでは、負極電位を下げエネルギー密度を高めるためにプレドープが行われるが、貫通孔を有する集電体を利用してセル内で負極活物質にプレドープを行う方法が主流となっている(例えば、特許文献1参照)。また、リチウムイオン二次電池では、負極の不可逆容量を低減させるためにプレドープが行われるが、上記方法の他、電池を組み立てる前に負極活物質にプレドープを行う方法が採用されている(例えば、特許文献2、3参照)。   In such an electricity storage device, a process (generally referred to as pre-doping) in which lithium is previously occluded in an electrode active material is employed for various purposes. For example, in a lithium ion capacitor, pre-doping is performed in order to lower the negative electrode potential and increase the energy density, but a method of pre-doping a negative electrode active material in a cell using a current collector having a through hole has become mainstream. (For example, refer to Patent Document 1). In addition, in a lithium ion secondary battery, pre-doping is performed to reduce the irreversible capacity of the negative electrode. In addition to the above method, a method of pre-doping the negative electrode active material before assembling the battery is adopted (for example, (See Patent Documents 2 and 3).

特開2007−67105号公報JP 2007-67105 A 特開平7−235330号公報JP 7-235330 A 特開平9−293499号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-293499

しかしながら、貫通孔を有する集電体を利用する方法においては、集電体に規則的で微細な貫通孔を設ける必要があるため、製造コストが非常に高くなるという問題がある。また、特許文献3で提案されている方法では、貫通孔を有する集電体を使用する必要はないが、電解液が電極活物質の細孔に浸透し難いため、リチウムの吸蔵が電極活物質層の面内及び厚さ方向で均一に進まないという問題がある。   However, in the method using a current collector having a through hole, there is a problem that the manufacturing cost becomes very high because it is necessary to provide a regular and fine through hole in the current collector. Further, in the method proposed in Patent Document 3, it is not necessary to use a current collector having a through-hole. However, since the electrolytic solution does not easily penetrate into the pores of the electrode active material, the occlusion of lithium is an electrode active material. There is a problem that it does not proceed uniformly in the plane of the layer and in the thickness direction.

したがって、本発明の課題は、低コストで且つ電極活物質へのリチウムの吸蔵が均一に進む電極の製造方法、蓄電デバイス及び装置を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide an electrode manufacturing method, an electricity storage device, and an apparatus that are low in cost and in which occlusion of lithium into the electrode active material is uniform.

かかる実情に鑑み、本発明者らは、鋭意研究を行ったところ、特定のプロセスを採用することで前記課題を解決することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明の第1の態様においては、(A)活物質を含む層(以下「活物質層」ともいう。)が形成された集電体及びリチウム供給源を収納したチャンバー内を減圧する工程、(B)前記減圧したチャンバー内にリチウムイオンを含む有機溶媒を供給する工程、並びに(C)前記活物質にリチウムを吸蔵させる工程を含む電極の製造方法を提供する。
In view of this situation, the present inventors have conducted intensive research and found that the above-mentioned problems can be solved by adopting a specific process, and the present invention has been completed.
That is, in the first aspect of the present invention, (A) the pressure in the chamber containing the current collector and the lithium supply source in which the layer containing the active material (hereinafter also referred to as “active material layer”) is formed is reduced. Provided is a method for producing an electrode, comprising: (B) supplying an organic solvent containing lithium ions into the decompressed chamber; and (C) occluding lithium in the active material.

本発明の第2の態様においては、上記本発明の第1の態様である製造方法で製造された負極、正極、及び電解質を備える蓄電デバイスを提供する。
さらに本発明の第3の態様においては、(1)活物質を含む層が形成された集電体及びリチウム供給源を収容するチャンバー、(2)前記チャンバー内を減圧する減圧手段、並びに(3)前記チャンバー内にリチウムイオン含む有機溶媒を供給する供給手段を備える、電極の活物質にリチウムを吸蔵させるための装置を提供する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an electricity storage device comprising a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte produced by the production method according to the first aspect of the present invention.
Furthermore, in the third aspect of the present invention, (1) a current chamber in which a layer containing an active material is formed and a chamber containing a lithium supply source, (2) a decompression means for decompressing the inside of the chamber, and (3 An apparatus for occluding lithium in an active material of an electrode, comprising supply means for supplying an organic solvent containing lithium ions into the chamber.

本発明の製造方法および装置を用いることで、活物質全体にリチウムが均一にドープされた電極を得ることができる。したがって、本発明の製造方法および装置は、リチウムイオン二次電池、空気電池、リチウムイオンキャパシタ等の電池又はキャパシタの電極の製造に極めて有用である。また、本発明の製造方法により製造された電極を用いることにより、活物質全体にリチウムが均一にドープされた電極を備える電池及びキャパシタを得ることができる。   By using the manufacturing method and apparatus of the present invention, an electrode in which lithium is uniformly doped in the entire active material can be obtained. Therefore, the production method and apparatus of the present invention are extremely useful for the production of a battery such as a lithium ion secondary battery, an air battery, or a lithium ion capacitor, or an electrode of a capacitor. In addition, by using the electrode manufactured by the manufacturing method of the present invention, it is possible to obtain a battery and a capacitor including an electrode in which lithium is uniformly doped in the entire active material.

本発明の装置の全体構成を説明する摸式図である。It is a model diagram explaining the whole structure of the apparatus of this invention. 図1のチャンバー等の構成を説明する分解図である。It is an exploded view explaining the structure of the chamber etc. of FIG. 図1のチャンバーおよび予備チャンバーの構成を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the structure of the chamber of FIG. 1, and a preliminary | backup chamber. 図4(a)は、保持部の構成を説明する分解図であり、図4(b)は、電極前駆体の構成を説明する摸式図であり、図4(c)は、リチウム極の構成を説明する模式図である。4A is an exploded view illustrating the configuration of the holding portion, FIG. 4B is a schematic diagram illustrating the configuration of the electrode precursor, and FIG. 4C is a diagram of the lithium electrode. It is a schematic diagram explaining a structure. 図1の制御部の構成を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the structure of the control part of FIG.

以下、本発明について詳細に説明する。
〔電極の製造方法〕
本発明の製造方法においては、活物質層を含む系内を減圧した状態で、リチウムイオンを含む有機溶媒と接触させることにより、活物質の細孔に満遍無くリチウムイオンを含む有機溶媒が浸透するため、リチウムを均一に吸蔵した活物質を含有する良質な電極を得ることができるものと考えられる。
(A)工程
活物質層が形成された集電体は、通常、活物質及びバインダー等を含有するスラリーを調製し、これを集電体上に塗布し、乾燥させることにより製造される。活物質は、リチウムイオンの挿入/脱離を利用する電極に用いられる電極活物質であれば特に限定されるものではなく、負極活物質であっても、正極活物質であってもよい。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[Method for producing electrode]
In the production method of the present invention, the organic solvent containing lithium ions penetrates evenly into the pores of the active material by contacting with an organic solvent containing lithium ions in a state where the system containing the active material layer is decompressed. Therefore, it is considered that a high-quality electrode containing an active material in which lithium is uniformly occluded can be obtained.
(A) Process The electrical power collector in which the active material layer was formed is normally manufactured by preparing the slurry containing an active material, a binder, etc., apply | coating this on a electrical power collector, and making it dry. The active material is not particularly limited as long as it is an electrode active material used for an electrode utilizing insertion / extraction of lithium ions, and may be a negative electrode active material or a positive electrode active material.

負極活物質としては、例えば、黒鉛、易黒鉛化炭素、難黒鉛化炭素、黒鉛粒子をピッチや樹脂の炭化物で被覆した複合炭素材料等の炭素材料;Si、Sn等のリチウムと合金化が可能な金属や半金属又はこれらの酸化物を含む材料等が挙げられる。炭素材料の具体例としては、特開2013−258392号公報に記載の炭素材料が挙げられる。リチウムと合金化が可能な金属や半金属又はこれらの酸化物を含む材料の具体例としては、特開2005−123175号公報、特開2006−107795号公報に記載の材料が挙げられる。   Examples of the negative electrode active material include carbon materials such as graphite, graphitizable carbon, non-graphitizable carbon, and composite carbon materials in which graphite particles are coated with a carbide of pitch or resin; alloying with lithium such as Si and Sn is possible. Or a metal containing a semimetal or an oxide thereof. Specific examples of the carbon material include carbon materials described in JP2013-258392A. Specific examples of a material containing a metal, a semimetal, or an oxide thereof that can be alloyed with lithium include materials described in JP-A-2005-123175 and JP-A-2006-107795.

正極活物質としては、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムマンガン酸化物等のリチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。なお、本発明の製造方法により、正極活物質のリチウム欠損を補うことができる。   Examples of the positive electrode active material include lithium transition metal composite oxides such as lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, and lithium manganese oxide. Note that the production method of the present invention can compensate for lithium deficiency in the positive electrode active material.

正負極活物質とも、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。本発明の製造方法は、負極活物質にリチウムを吸蔵させるのに適しており、特に炭素材料を含む負極活物質にリチウムを吸蔵させるのに適している。   Both positive and negative electrode active materials can be used alone or in admixture of two or more. The production method of the present invention is suitable for occluding lithium in the negative electrode active material, and particularly suitable for occluding lithium in the negative electrode active material containing a carbon material.

バインダーとしては、例えば、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、NBR等のゴム系バインダー;ポリ四フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素系樹脂;ポリプロピレン、ポリエチレンの他、特開2009−246137号公報に開示されているようなフッ素変性(メタ)アクリル系バインダーが挙げられる。   Examples of the binder include rubber-based binders such as styrene-butadiene rubber (SBR) and NBR; fluorine-based resins such as polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride; polypropylene, polyethylene, and JP-A-2009-246137. Fluorine-modified (meth) acrylic binders as disclosed.

活物質層には、更に、カーボンブラック、黒鉛、気相成長炭素繊維、金属粉末等の導電剤;カルボキシルメチルセルロース、そのNa塩又はアンモニウム塩、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、又はカゼイン等の増粘剤などが含有されていてもよい。   The active material layer further includes a conductive agent such as carbon black, graphite, vapor-grown carbon fiber, metal powder; carboxyl methyl cellulose, its Na salt or ammonium salt, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl alcohol, Thickeners such as oxidized starch, phosphorylated starch, or casein may be contained.

活物質層の厚さは、特に限定されるものではないが、通常5〜500μm、好ましくは10〜200μm、特に好ましくは10〜100μmである。
活物質層の密度は、リチウムイオン二次電池に用いる電極である場合、好ましくは1.50〜2.00g/ccであり、特に好ましくは1.60〜1.90g/ccであり、リチウムイオンキャパシタに用いる電極である場合、好ましくは0.50〜1.50g/ccであり、特に好ましくは0.70〜1.20g/ccである。
The thickness of the active material layer is not particularly limited, but is usually 5 to 500 μm, preferably 10 to 200 μm, and particularly preferably 10 to 100 μm.
In the case of an electrode used for a lithium ion secondary battery, the density of the active material layer is preferably 1.50 to 2.00 g / cc, particularly preferably 1.60 to 1.90 g / cc. In the case of an electrode used for a capacitor, it is preferably 0.50 to 1.50 g / cc, and particularly preferably 0.70 to 1.20 g / cc.

集電体の材質としては、本発明の製造方法を負極に適用する場合、銅、ニッケル、ステンレス鋼等が好ましく、一方、本発明の製造方法を正極に適用する場合、アルミニウム、ステンレス鋼等が好ましい。集電体の厚みは、正負極どちらであっても、通常5〜50μmである。本発明の製造方法において、貫通孔を有する集電体を使用する必要はないが、使用する集電体の表面粗さは、活物質層の密着性の点から、正負極どちらであっても、算術平均粗さRaで好ましくは0.05〜5μm、特に好ましくは0.1〜2μmである。   The material of the current collector is preferably copper, nickel, stainless steel or the like when the manufacturing method of the present invention is applied to the negative electrode, while aluminum, stainless steel, or the like is preferable when the manufacturing method of the present invention is applied to the positive electrode. preferable. The thickness of the current collector is usually 5 to 50 μm regardless of whether the current is positive or negative. In the production method of the present invention, it is not necessary to use a current collector having a through-hole, but the surface roughness of the current collector to be used may be either positive or negative from the viewpoint of the adhesion of the active material layer. The arithmetic average roughness Ra is preferably 0.05 to 5 μm, particularly preferably 0.1 to 2 μm.

リチウム供給源としては、その形態が特に限定されるものではないが、例えば、リチウム金属板、リチウム合金板等が挙げられる。これらの厚さは通常0.03〜3mmである。活物質にリチウムを吸蔵させる方法として後述する方法を採用する場合、リチウム供給源は、導電性基材上に配置されていることが好ましい。上記導電性基材は多孔質であってもよい。導電性基材の材質としては、銅、ステンレス、ニッケル等が挙げられる。   Although the form is not specifically limited as a lithium supply source, For example, a lithium metal plate, a lithium alloy plate, etc. are mentioned. These thicknesses are usually 0.03 to 3 mm. When the method described later is adopted as a method for occluding lithium in the active material, the lithium supply source is preferably disposed on the conductive substrate. The conductive substrate may be porous. Examples of the material for the conductive substrate include copper, stainless steel, nickel, and the like.

チャンバー内において、活物質層が形成された集電体及びリチウム供給源は、リチウム供給源と活物質層が直接接触するよう配置されていてもよいが、セパレータを介して両者が接触するよう配置されていることが好ましい。この際用いられるセパレータとしては、蓄電デバイスを構成する一般的なセパレータと同様のものを使用することができる。   In the chamber, the current collector on which the active material layer is formed and the lithium supply source may be arranged so that the lithium supply source and the active material layer are in direct contact with each other, but are arranged so that they are in contact with each other via a separator. It is preferable that As a separator used at this time, the same separator as a general separator constituting an electricity storage device can be used.

(A)工程において、所望の効果を高めるには、チャンバー内を好ましくは10kPa以下に、さらに好ましくは1kPa以下に、特に好ましくは0.1kPa以下に減圧することが好ましい。
(B)工程
リチウムイオンを含む有機溶媒としては、リチウム塩が溶解した有機溶媒であることが好ましい。上記リチウム塩としては、例えば、LiClO、LiAsF、LiBF、LiPF、LiN(CSO、LiN(CFSO、LiN(FSO、LiCBO等が挙げられる。これらは、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
In the step (A), in order to enhance a desired effect, the inside of the chamber is preferably decompressed to 10 kPa or less, more preferably 1 kPa or less, and particularly preferably 0.1 kPa or less.
Step (B) The organic solvent containing lithium ions is preferably an organic solvent in which a lithium salt is dissolved. Examples of the lithium salt include LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (FSO 2 ) 2 , LiC 4 BO. 8 etc. are mentioned. These can be used alone or in admixture of two or more.

上記有機溶媒としては、非プロトン性の有機溶媒が好ましく、具体的には、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、塩化メチレン、スルホラン等を挙げることができる。これらの有機溶媒は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。   The organic solvent is preferably an aprotic organic solvent, specifically, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, γ-butyrolactone, acetonitrile, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, Examples include dioxolane, methylene chloride, sulfolane and the like. These organic solvents can be used alone or in admixture of two or more.

リチウムイオンを含む有機溶媒中には、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、1−フルオロエチレンカーボネート、1−(トリフルオロメチル)エチレンカーボネート、無水コハク酸、無水マレイン酸、プロパンスルトン、ジエチルスルホン等の添加剤が含有されていてもよい。   In the organic solvent containing lithium ions, additives such as vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, 1-fluoroethylene carbonate, 1- (trifluoromethyl) ethylene carbonate, succinic anhydride, maleic anhydride, propane sultone, diethyl sulfone, etc. May be contained.

リチウムイオンを含む有機溶媒中のリチウムイオン(リチウム塩)の濃度は、0.1モル/L以上にすることが好ましく、0.5〜1.5モル/Lの範囲内にすることがより好ましい。   The concentration of lithium ions (lithium salt) in the organic solvent containing lithium ions is preferably 0.1 mol / L or more, and more preferably in the range of 0.5 to 1.5 mol / L. .

リチウムイオンを含む有機溶媒の供給量及び供給速度は、チャンバーの容積に応じて適宜設定される。
(C)工程
活物質にリチウムを吸蔵させる方法としては、特に限定されるものではないが、上記活物質層が形成された集電体と上記リチウム供給源を短絡させる方法、又は上記活物質層が形成された集電体−上記リチウム供給源間に直流電流を通電する方法が好ましい。
The supply amount and supply speed of the organic solvent containing lithium ions are appropriately set according to the volume of the chamber.
(C) Process Although it does not specifically limit as a method of occluding lithium in an active material, The method of short-circuiting the electrical power collector in which the said active material layer was formed, and the said lithium supply source, or the said active material layer A method in which a direct current is passed between the current collector formed with the above-described lithium supply source is preferable.

活物質層が形成された集電体とリチウム供給源を短絡させる方法においては、集電体と上記リチウム供給源を配置した導電性基材を端子として、両端子間を金属線等の導電体で電気的に接続させればよい。短絡させる時間は、活物質層の面積、厚さ等に応じて適宜設定されるものであるが、通常1〜1,000時間、好ましくは5〜500時間である。   In the method of short-circuiting the current collector on which the active material layer is formed and the lithium supply source, the conductive base material on which the current collector and the lithium supply source are disposed is used as a terminal, and a conductor such as a metal wire is provided between both terminals. It is only necessary to electrically connect with. Although the time to short-circuit is suitably set according to the area, thickness, etc. of an active material layer, it is 1-1000 hours normally, Preferably it is 5-500 hours.

一方、活物質層が形成された集電体−リチウム供給源間に直流電流を通電する方法においては、集電体と上記リチウム供給源を配置した導電性基材を端子として、直流安定化電源のプラス端子を、リチウム供給源を配置した導電性基材に、直流安定化電源のマイナス端子を集電体に接続すればよい。通電する際の電流は、活物質層の面積、厚さ等に応じて適宜設定される。
(D)工程
本発明の製造工程においては、更に、上記(B)工程の後、(D)チャンバー内の気圧を昇圧し、上記(A)工程後より高い気圧とする工程を設けることが、所望の効果を高める点で好ましい。
On the other hand, in a method of passing a direct current between a current collector formed with an active material layer and a lithium supply source, a direct current stabilization power source is used with the current collector and the conductive substrate on which the lithium supply source is disposed as a terminal. The positive terminal may be connected to the conductive base material on which the lithium supply source is disposed, and the negative terminal of the DC stabilized power source may be connected to the current collector. The current when energizing is appropriately set according to the area, thickness, and the like of the active material layer.
(D) Step In the production process of the present invention, after the step (B), further, (D) providing a step of increasing the pressure in the chamber to a higher pressure than after the step (A), It is preferable at the point which raises a desired effect.

(D)工程においては、チャンバー内の圧力を好ましくは10kPa以上に、さらに好ましくは50kPa以上に、特に好ましくは大気圧まで昇圧することが好ましい。チャンバー内の圧力を大気圧まで戻した後、更に加圧してもよい。   In the step (D), the pressure in the chamber is preferably increased to 10 kPa or more, more preferably 50 kPa or more, and particularly preferably increased to atmospheric pressure. You may pressurize, after returning the pressure in a chamber to atmospheric pressure.

(D)工程は、上記(B)工程の後、上記(C)工程と併行して行ってもよいが、上記(C)工程の前に行うことが好ましい。
本発明の製造方法は、電池又はキャパシタの負極の製造に適している。より具体的には、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン二次電池、空気電池(二次電池)等の蓄電デバイスの他、一次電池としての空気電池の負極の製造に適しており、特にリチウムイオンキャパシタの負極の製造に適している。
〔蓄電デバイス〕
本発明の蓄電デバイスは、正極、負極及び電解質を備え、正極及び負極の少なくとも何れかが本発明の製造方法により製造された電極であることを特徴とする。蓄電デバイスとしては、リチウムイオンの挿入/脱離を利用する蓄電デバイスであれば特に限定されるものではないが、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン二次電池又は空気電池であることが好ましく、特にリチウムイオンキャパシタであることが好ましい。また、本発明の蓄電デバイスは、本発明の製造方法により製造された負極を備えることが好ましい。
The step (D) may be performed in parallel with the step (C) after the step (B), but is preferably performed before the step (C).
The manufacturing method of the present invention is suitable for manufacturing a negative electrode of a battery or a capacitor. More specifically, it is suitable for the production of negative electrodes of air batteries as primary batteries in addition to power storage devices such as lithium ion capacitors, lithium ion secondary batteries, and air batteries (secondary batteries). Suitable for manufacturing negative electrodes.
[Power storage device]
The electricity storage device of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and at least one of the positive electrode and the negative electrode is an electrode manufactured by the manufacturing method of the present invention. The electricity storage device is not particularly limited as long as it is an electricity storage device that utilizes insertion / extraction of lithium ions, but is preferably a lithium ion capacitor, a lithium ion secondary battery, or an air battery, particularly lithium ion A capacitor is preferred. Moreover, it is preferable that the electrical storage device of this invention is equipped with the negative electrode manufactured by the manufacturing method of this invention.

本発明の蓄電デバイスが本発明の製造方法により製造された負極を備える場合、正極の基本的な構成は、上記「電極の製造方法」の(A)工程において説明した正極の構成と同様であるが、正極活物質としては、既に例示したものの他、ニトロキシラジカル化合物等の有機活物質や酸素を使用することもできる。   When the electricity storage device of the present invention includes the negative electrode manufactured by the manufacturing method of the present invention, the basic configuration of the positive electrode is the same as the configuration of the positive electrode described in the step (A) of the “electrode manufacturing method”. However, as the positive electrode active material, organic active materials such as nitroxy radical compounds and oxygen can be used in addition to those already exemplified.

一方、本発明の蓄電デバイスが本発明の製造方法により製造された正極を備える場合、負極の基本的な構成は、上記「電極の製造方法」の(A)工程において説明した負極の構成と同様であるが、負極活物質としては、既に例示したものの他、金属リチウム、リチウム合金等を使用することもできる。   On the other hand, when the electricity storage device of the present invention includes the positive electrode manufactured by the manufacturing method of the present invention, the basic configuration of the negative electrode is the same as the configuration of the negative electrode described in the step (A) of the “electrode manufacturing method”. However, as the negative electrode active material, metal lithium, lithium alloy and the like can be used in addition to those already exemplified.

本発明の蓄電デバイスにおいて、上記電解質は、通常、溶媒中に溶解された電解液の状態で用いられる。電解液の基本的な構成は、上記「電極の製造方法」の(B)工程において説明したリチウムイオンを含む有機溶媒の構成と同様である。電解質は、通常は液状に調製されて使用されるが、漏液を防止する目的でゲル状又は固体状の電解質を使用してもよい。   In the electricity storage device of the present invention, the electrolyte is usually used in the state of an electrolytic solution dissolved in a solvent. The basic configuration of the electrolytic solution is the same as the configuration of the organic solvent containing lithium ions described in the step (B) of the “electrode manufacturing method”. The electrolyte is usually prepared and used in a liquid state, but a gel or solid electrolyte may be used for the purpose of preventing leakage.

電解質が電解液の状態で用いられる場合、正極と負極の間には、通常、正極と負極とが物理的に接触しないようにするためにセパレータが設けられる。セパレータとしては、例えば、セルロースレーヨン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド等を原料とする不織布又は多孔質フィルムを挙げることができる。   When the electrolyte is used in the state of an electrolyte, a separator is usually provided between the positive electrode and the negative electrode so that the positive electrode and the negative electrode are not in physical contact. As a separator, the nonwoven fabric or porous film which uses a cellulose rayon, polyethylene, a polypropylene, polyamide, polyester, a polyimide etc. as a raw material can be mentioned, for example.

蓄電デバイスの構造としては、例えば、板状の正極と負極とがセパレータを介して各々3層以上積層された積層体が外装フィルム内に封入された積層型セル、帯状の正極と負極とがセパレータを介して捲回された積層体が角型又は円筒型の容器に収納された捲回型セル等を挙げることができる。
〔電極の活物質にリチウムを吸蔵させるための装置〕
本発明の電極の製造方法を用いて、電極の活物質にリチウムを吸蔵させるために用いられる装置1について図1から図5を参照しながら説明する。装置1には、図1および図2に示すように、チャンバー10と、保持部30と、予備チャンバー40と、ポンプ部(減圧手段)45と、供給部(供給手段)50と、電源部55と、制御部60と、が主に設けられている。
As the structure of the electricity storage device, for example, a laminated cell in which a laminated body in which three or more plate-like positive electrodes and negative electrodes are laminated via a separator is enclosed in an exterior film, and a strip-like positive electrode and negative electrode are separators. Examples include a wound cell in which a laminated body wound through a container is accommodated in a rectangular or cylindrical container.
[Device for occluding lithium in the electrode active material]
An apparatus 1 used for occluding lithium in an active material of an electrode using the electrode manufacturing method of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 1 and 2, the apparatus 1 includes a chamber 10, a holding unit 30, a spare chamber 40, a pump unit (decompression unit) 45, a supply unit (supply unit) 50, and a power supply unit 55. And a control unit 60 are mainly provided.

チャンバー10は、内部に電極の活物質にリチウムを吸蔵させる処理空間SP1を有する容器である。チャンバー10の処理空間SP1は、第1減圧用配管71を介してポンプ部45と連通可能に接続され、第1減圧用配管71から分岐する第2減圧用配管72を介して予備チャンバー40と連通可能に接続されている。さらに、注液用配管73を介して供給部50と注液可能に接続されている。さらに、チャンバー10内を外気と連通可能とする手段として、リーク用配管74およびリークバルブ85が設けられている。なお、本実施形態では、第1減圧用配管71、第2減圧用配管72、および、注液用配管73は、樹脂を用いて形成されている例に適用して説明する。   The chamber 10 is a container having a processing space SP1 in which lithium is stored in the electrode active material. The processing space SP1 of the chamber 10 is connected to the pump unit 45 through the first decompression pipe 71 so as to be able to communicate with it, and communicates with the spare chamber 40 through the second decompression pipe 72 branched from the first decompression pipe 71. Connected as possible. Furthermore, it is connected to the supply unit 50 via a liquid injection pipe 73 so that liquid injection is possible. Further, a leak pipe 74 and a leak valve 85 are provided as means for enabling the inside of the chamber 10 to communicate with the outside air. In the present embodiment, the first pressure reducing pipe 71, the second pressure reducing pipe 72, and the liquid injection pipe 73 will be described by being applied to an example formed using a resin.

チャンバー10は、図2および図3に示すように、処理空間SP1を構成するチャンバー本体11と、チャンバー蓋部21と、パッキン25と、から主に構成されている。処理空間SP1は、チャンバー本体11とチャンバー蓋部21との間にゴムなどの弾性部材を環状に形成したパッキン25を挟み、チャンバー本体11とチャンバー蓋部21をボルトなどの固定部材(図示せず。)を用いて密着させることにより形成される。なお、本実施形態ではチャンバー本体11およびチャンバー蓋部21が、ステンレス鋼を用いて形成されている例に適用して説明する。   As shown in FIGS. 2 and 3, the chamber 10 mainly includes a chamber main body 11, a chamber lid portion 21, and a packing 25 that constitute the processing space SP <b> 1. In the processing space SP1, a packing 25 in which an elastic member such as rubber is annularly formed is sandwiched between the chamber body 11 and the chamber lid portion 21, and the chamber body 11 and the chamber lid portion 21 are fixed to a fixing member (not shown) such as a bolt. )) To form a close contact. In the present embodiment, description will be made by applying to an example in which the chamber body 11 and the chamber lid portion 21 are formed using stainless steel.

チャンバー本体11はチャンバー蓋部21に向かって開口し、処理空間SP1を構成する凹部12が形成されたものである。チャンバー本体11には、液面センサ17と、液面測定用配管18と、が設けられ、凹部12の内部にはスペーサ19が配置可能とされている。   The chamber body 11 is open toward the chamber lid portion 21 and has a recess 12 that forms the processing space SP1. The chamber body 11 is provided with a liquid level sensor 17 and a liquid level measurement pipe 18, and a spacer 19 can be disposed inside the recess 12.

凹部12の押圧用側面15には、第1減圧用配管71が開口し、底面13には注液用配管73の端部が開口している。さらに、凹部12にはスペーサ19と隣接するスペーサ側側面14と、スペーサ側側面14と対向し傾斜部16を有する押圧用側面15と、が形成されている。   A first pressure reducing pipe 71 is opened on the pressing side surface 15 of the recess 12, and an end of the liquid injection pipe 73 is opened on the bottom surface 13. Further, the recess 12 is formed with a spacer side surface 14 adjacent to the spacer 19 and a pressing side surface 15 facing the spacer side surface 14 and having an inclined portion 16.

押圧用側面15の傾斜部16は、底面13に向かってスペーサ側側面14に近づく傾斜を有するものであり、保持部30とともに電極前駆体91、リチウム極96、および、セパレータ99を押圧するものである。本実施形態では、押圧用側面15におけるチャンバー蓋部21の近傍に設けられた底面13と垂直な部分を除く全ての領域に傾斜部16が形成されている例に適用して説明する。   The inclined portion 16 of the pressing side surface 15 has an inclination approaching the spacer side surface 14 toward the bottom surface 13 and presses the electrode precursor 91, the lithium electrode 96, and the separator 99 together with the holding portion 30. is there. In the present embodiment, description will be made by applying to an example in which the inclined portion 16 is formed in all regions except a portion perpendicular to the bottom surface 13 provided in the vicinity of the chamber lid portion 21 on the pressing side surface 15.

液面センサ17および液面測定用配管18は、チャンバー本体11における押圧用側面15側に設けられるものであり、処理空間SP1に注液される溶液の液面を測定するものである。液面測定用配管18の一方の端部は、押圧用側面15における底面13と垂直な部分に開口している。他方の端部は、傾斜部16における底面13の近傍、言い換えると、処理空間SP1に保持部30が配置された際に、保持部30と処理空間SP1の底面13との間に形成される隙間と連通する位置に開口している。液面センサ17は、液面測定用配管18内の溶液の液面を測定することにより、処理空間SP1における溶液の液面を測定するものである。なお、液面センサ17としては、公知のセンサを用いることができ、その種類や形式などが限定されるものではない。   The liquid level sensor 17 and the liquid level measurement pipe 18 are provided on the pressing side surface 15 side in the chamber body 11, and measure the liquid level of the solution injected into the processing space SP1. One end of the liquid level measurement pipe 18 is open to a portion of the pressing side surface 15 that is perpendicular to the bottom surface 13. The other end portion is a gap formed between the holding portion 30 and the bottom surface 13 of the processing space SP1 when the holding portion 30 is disposed in the vicinity of the bottom surface 13 in the inclined portion 16, in other words, in the processing space SP1. It opens to the position where it communicates with. The liquid level sensor 17 measures the liquid level of the solution in the processing space SP1 by measuring the liquid level of the solution in the liquid level measurement pipe 18. As the liquid level sensor 17, a known sensor can be used, and the type and form thereof are not limited.

スペーサ19は、凹部12に挿入取出しが可能に配置されるものである。配置されるスペーサ19の寸法(厚さ)を変更することにより、押圧用側面15との間に形成される間隔の調整を行うことができる。スペーサ19を形成する部材としては、チャンバー本体11等と同様にステンレス鋼であってもよいし、第1減圧用配管71等と同様に樹脂であってもよい。   The spacer 19 is disposed so as to be able to be inserted into and removed from the recess 12. By changing the dimension (thickness) of the spacer 19 to be arranged, the interval formed between the pressing side surface 15 can be adjusted. The member forming the spacer 19 may be stainless steel as in the chamber body 11 or the like, or may be resin as in the first decompression pipe 71 or the like.

チャンバー蓋部21は、チャンバー本体11における凹部12の開口を塞ぐことにより処理空間SP1を形成するものである。チャンバー蓋部21には、電源部55から電流が供給されるドープ用電極22と、後述する保持部30のガイドバー32が挿通される貫通孔23と、が設けられている。   The chamber lid 21 forms the processing space SP1 by closing the opening of the recess 12 in the chamber body 11. The chamber lid portion 21 is provided with a doping electrode 22 to which a current is supplied from the power source portion 55 and a through hole 23 into which a guide bar 32 of the holding portion 30 described later is inserted.

更に、チャンバー蓋部21には、図1に示すように、処理空間SP1と外気とを連通可能に接続する手段として、リーク用配管74およびリークバルブ85が設けられている。なお、本発明において、チャンバー10内を外気と連通可能とする手段は、リチウムイオンを含む有機溶媒がチャンバー10内に供給された後の該有機溶媒の液面よりも上方に位置するよう、チャンバー10に接続されていることが好ましい。なお、リークバルブ85は、リーク用配管74を開閉して空気などの気体の流れを制御するために設けられている。   Further, as shown in FIG. 1, the chamber lid portion 21 is provided with a leak pipe 74 and a leak valve 85 as means for connecting the processing space SP1 and the outside air so as to communicate with each other. In the present invention, the means for allowing the inside of the chamber 10 to communicate with the outside air is such that the organic solvent containing lithium ions is positioned above the liquid level of the organic solvent after being supplied into the chamber 10. 10 is preferably connected. The leak valve 85 is provided to open and close the leak pipe 74 to control the flow of gas such as air.

保持部30は、図2および図4(a)に示すように、電極前駆体91、リチウム極96、および、セパレータ99を保持するものであり、保持した電極前駆体91、リチウム極96、および、セパレータ99とともに処理空間SP1に配置されるものである。保持部30は、リチウム極96、セパレータ99、電極前駆体91、セパレータ99、および、リチウム極96の順に並んだこれらのものを間に挟む支持部31、および、押圧部35から主に構成されている。   As shown in FIGS. 2 and 4A, the holding unit 30 holds the electrode precursor 91, the lithium electrode 96, and the separator 99. The held electrode precursor 91, the lithium electrode 96, and The separator 99 is disposed in the processing space SP1. The holding unit 30 mainly includes a lithium electrode 96, a separator 99, an electrode precursor 91, a separator 99, a support unit 31 that sandwiches the lithium electrode 96 in that order, and a pressing unit 35. ing.

なお、図示されていないが、保持部30は、電極前駆体91の幅よりも広いスパンでガイドピンを利用して支持部31、および、押圧部35間を保持しており、リチウム極96、セパレータ99、電極前駆体91、セパレータ99、および、リチウム極96が抜け落ちない程度の圧力でこれらを挟持しているが、更に厚さ方向へ圧縮可能な可動構造となっている。   Although not shown, the holding unit 30 holds the space between the support unit 31 and the pressing unit 35 using a guide pin with a span wider than the width of the electrode precursor 91, and the lithium electrode 96, The separator 99, the electrode precursor 91, the separator 99, and the lithium electrode 96 are sandwiched at such a pressure that the lithium electrode 96 does not fall off, but the movable structure is further compressible in the thickness direction.

本実施形態では、支持部31および押圧部35が樹脂を用いて形成されている例に適用して説明するが、ドープ用電極22(チャンバー10)との間の絶縁が確保される材料および構成であれば、公知の材料および構成を用いることができ、特に限定されるものではない。   In the present embodiment, description will be made by applying to an example in which the support portion 31 and the pressing portion 35 are formed using a resin. However, a material and a configuration that ensure insulation with the doping electrode 22 (chamber 10). Any known materials and configurations can be used as long as they are not particularly limited.

支持部31は、平板状に形成された部材であり、保持部30が処理空間SP1に配置された際に、スペーサ19と対向配置される部材である。支持部31には、チャンバー蓋部21に向かって延びる棒状に形成された一対のガイドバー32が設けられている。ガイドバー32は、チャンバー蓋部21の貫通孔23に抜き差し可能に挿通されるものであり、チャンバー本体11に対する保持部30の相対姿勢を一定に保つものである。   The support portion 31 is a member formed in a flat plate shape, and is a member that is disposed to face the spacer 19 when the holding portion 30 is disposed in the processing space SP1. The support portion 31 is provided with a pair of guide bars 32 formed in a rod shape extending toward the chamber lid portion 21. The guide bar 32 is inserted into the through hole 23 of the chamber lid portion 21 so as to be detachable, and keeps the relative posture of the holding portion 30 with respect to the chamber body 11 constant.

なお、図2および図4(a)では、一対のガイドバー32が紙面に対して垂直方向に並んで配置されているため、一方のガイドバー32のみが図示され、他方のガイドバー32は一方のガイドバー32の背後に隠れているため図示されていない。   2 and 4A, since the pair of guide bars 32 are arranged in a direction perpendicular to the paper surface, only one guide bar 32 is shown, and the other guide bar 32 is one side. Since it is hidden behind the guide bar 32, it is not shown.

ガイドバー32には、鍔状の形状を有するストッパ33が設けられている。ストッパ33は、保持部30が処理空間SP1に配置された際に、チャンバー蓋部21よりもチャンバー本体11側に配置されるものである。例えば、チャンバー蓋部21から突出したガイドバー32の先端を持って、保持部30を凹部12から引き上げる際、貫通孔23よりも径が大きなストッパ33によってチャンバー蓋部21と保持部30とが接触することが抑制される。   The guide bar 32 is provided with a stopper 33 having a bowl shape. The stopper 33 is disposed closer to the chamber body 11 than the chamber lid 21 when the holding unit 30 is disposed in the processing space SP1. For example, when holding the tip of the guide bar 32 protruding from the chamber lid 21 and pulling up the holding portion 30 from the recess 12, the chamber lid 21 and the holding portion 30 come into contact with each other by a stopper 33 having a diameter larger than that of the through hole 23. Is suppressed.

押圧部35は、断面が台形状を有する台形柱状に形成された部材であり、保持部30が処理空間SP1に配置された際に、押圧用側面15と対向配置される部材である。押圧部35における押圧用側面15と対向する面は、傾斜部16と同様の傾きを有する押圧面36が設けられている。言い換えると、押圧面36は、保持部30が処理空間SP1に配置された際に、底面13に向かってスペーサ側側面14に近づく傾斜を有するものである。   The pressing portion 35 is a member formed in a trapezoidal column shape having a trapezoidal cross section, and is a member that is disposed to face the pressing side surface 15 when the holding portion 30 is disposed in the processing space SP1. A pressing surface 36 having an inclination similar to that of the inclined portion 16 is provided on the surface of the pressing portion 35 that faces the pressing side surface 15. In other words, the pressing surface 36 has an inclination that approaches the spacer side surface 14 toward the bottom surface 13 when the holding unit 30 is disposed in the processing space SP1.

保持部30が処理空間SP1に配置されると、傾斜部16と押圧面36とが接触し、スペーサ19と支持部31とが接触する。この状態において、自身の自重により保持部30に下向きの力(底面13に向かう力)が働くと、底面13に向かってスペーサ側側面14に近づく傾斜を有する傾斜部16および押圧面36により、押圧部35と支持部31とを密着させる力が働く。また、リチウムの吸蔵が進むことによりリチウム極96の厚さが薄くなった場合であっても、自重によって保持部30が底面13側へ移動するため、傾斜部16および押圧面36による上述の密着させる力を保つことが可能となる。   When the holding part 30 is disposed in the processing space SP1, the inclined part 16 and the pressing surface 36 are in contact with each other, and the spacer 19 and the support part 31 are in contact with each other. In this state, when a downward force (force toward the bottom surface 13) is exerted on the holding portion 30 by its own weight, the holding portion 30 is pressed by the inclined portion 16 and the pressing surface 36 having an inclination approaching the spacer side surface 14 toward the bottom surface 13. The force which makes the part 35 and the support part 31 contact | adhere will work. Further, even when the lithium electrode 96 becomes thinner due to the progress of occlusion of lithium, the holding portion 30 moves to the bottom surface 13 side by its own weight, so that the above-described adhesion by the inclined portion 16 and the pressing surface 36 is performed. It becomes possible to keep the power to make.

電極前駆体91は、図4(b)に示すように、銅箔を長方形状に形成した集電体92の両面に、長手方向に沿って矩形状の活物質層93が並んで設けられたものである。集電体92の一対の長辺の一方の近傍には、長手方向に延びる活物質層未形成部94が形成され、集電体92の一対の短辺の近傍、および、活物質層93の間には短手方向に延びる活物質層未形成部95が形成されている。電極前駆体91は、集電体92の活物質層未形成部94において、一対のドープ用電極22の一方と電気的に接続可能とされている。   As shown in FIG. 4B, the electrode precursor 91 is provided with a rectangular active material layer 93 arranged along the longitudinal direction on both surfaces of a current collector 92 in which a copper foil is formed in a rectangular shape. Is. An active material layer unformed portion 94 extending in the longitudinal direction is formed in the vicinity of one of the pair of long sides of the current collector 92, and the vicinity of the pair of short sides of the current collector 92 and the active material layer 93 An active material layer non-formed portion 95 extending in the short direction is formed therebetween. The electrode precursor 91 can be electrically connected to one of the pair of doping electrodes 22 in the active material layer unformed portion 94 of the current collector 92.

リチウム極96は、図4(c)に示すように、長方形状に形成した銅板97の一方の面に、リチウム金属板98が長手方向に沿って並んで設けられたものである。リチウム金属板98は、保持部30に保持された際に、電極前駆体91の活物質層93と対向して配置されるようになっている。また、2つのリチウム極96は、互いに電気的に接続されるとともに、一対のドープ用電極22の他方と電気的に接続可能とされている。   As shown in FIG. 4C, the lithium electrode 96 has a lithium metal plate 98 arranged along the longitudinal direction on one surface of a rectangular copper plate 97. The lithium metal plate 98 is arranged to face the active material layer 93 of the electrode precursor 91 when held by the holding unit 30. The two lithium electrodes 96 are electrically connected to each other and can be electrically connected to the other of the pair of doping electrodes 22.

セパレータ99は、リチウム極96と電極前駆体91との間に配置されるものである。本実施形態では、セパレータ99がポリプロピレンを材料とした不織布である例に適用して説明する。   The separator 99 is disposed between the lithium electrode 96 and the electrode precursor 91. In the present embodiment, description will be made by applying to an example in which the separator 99 is a nonwoven fabric made of polypropylene.

予備チャンバー40は、図1および図3に示すように、第1減圧用配管71および第2減圧用配管72を介して処理空間SP1と連通された予備空間SP2を形成する容器である。予備チャンバー40は、ポンプ部45とともに処理空間SP1を減圧する際に用いられるものである。第2減圧用配管72の一方の端部は予備チャンバー40の予備空間SP2と連通され、他方の端部は第1減圧用配管71に連通されている。   As shown in FIGS. 1 and 3, the preliminary chamber 40 is a container that forms a preliminary space SP <b> 2 that communicates with the processing space SP <b> 1 through the first pressure reducing pipe 71 and the second pressure reducing pipe 72. The preliminary chamber 40 is used when the processing space SP1 is decompressed together with the pump unit 45. One end of the second decompression pipe 72 communicates with the spare space SP2 of the spare chamber 40, and the other end communicates with the first decompression pipe 71.

第2減圧用配管72における予備チャンバー40側には予備チャンバー側コック(接続制御手段)82が設けられ、第1減圧用配管71にはポンプ側コック(接続制御手段)83が設けられている。予備チャンバー側コック82は、第2減圧用配管72を開閉して流体の流れを制御するものである。   A spare chamber side cock (connection control means) 82 is provided on the spare chamber 40 side of the second decompression pipe 72, and a pump side cock (connection control means) 83 is provided on the first decompression pipe 71. The spare chamber side cock 82 controls the flow of the fluid by opening and closing the second decompression pipe 72.

予備チャンバー40は、次のように利用する。上記「電極の製造方法」における(A)工程の後、減圧用コック81を閉じた状態で予備チャンバー側コック82およびポンプ側コック83を開き、ポンプ部45を駆動させることにより予備空間SP2の圧力を減圧する。予備空間SP2の圧力が予め定めた値まで低下すると、予備チャンバー側コック82およびポンプ側コック83を閉じ、ポンプ部45を停止する。   The spare chamber 40 is used as follows. After the step (A) in the “electrode manufacturing method”, the pressure in the spare space SP2 is opened by opening the spare chamber side cock 82 and the pump side cock 83 with the decompression cock 81 closed and driving the pump unit 45. The pressure is reduced. When the pressure in the spare space SP2 decreases to a predetermined value, the spare chamber side cock 82 and the pump side cock 83 are closed, and the pump unit 45 is stopped.

次いで、減圧用コックおよび予備チャンバー側コック82を開くことにより、ポンプ部45により予め減圧された予備チャンバー40の予備空間SP2と、処理空間SP1とを連通させる。これにより、処理空間SP1における圧力が減圧される。   Next, by opening the decompression cock and the spare chamber side cock 82, the spare space SP2 of the spare chamber 40 decompressed in advance by the pump unit 45 and the processing space SP1 are communicated. As a result, the pressure in the processing space SP1 is reduced.

次いで、予備チャンバー側コック82を閉じ、減圧用コック81を開いた状態でポンプ側コック83を開きポンプ部45を駆動させることによりチャンバー10の処理空間SP1を更に減圧する。その後(B)工程、(C)工程に進むが、その間は上記と同様にして予備空間SP2の圧力を減圧しておく。   Next, the preliminary chamber side cock 82 is closed, the pump side cock 83 is opened with the decompression cock 81 opened, and the pump unit 45 is driven to further decompress the processing space SP1 of the chamber 10. Thereafter, the process proceeds to the process (B) and the process (C). During that time, the pressure in the spare space SP2 is reduced in the same manner as described above.

このようにすれば、本発明の製造方法により連続して電極を製造する場合、上記(A)工程に要する時間を短縮化することができる。なお、本実施形態では、予備チャンバー40、第2減圧用配管72、予備チャンバー側コック82およびポンプ側コック83を具備していない例に適用して説明する。   If it does in this way, when manufacturing an electrode continuously with the manufacturing method of the present invention, the time which the above-mentioned (A) process requires can be shortened. In the present embodiment, description will be made by applying to an example in which the auxiliary chamber 40, the second decompression pipe 72, the auxiliary chamber side cock 82, and the pump side cock 83 are not provided.

ポンプ部45は、第1減圧用配管71を介して処理空間SP1と連通され、さらに第2減圧用配管72を介して予備空間SP2とも連通されたものであり、処理空間SP1や予備空間SP2の圧力を減圧させるものである。本実施形態では、ポンプ部45がスクロール型ドライ真空ポンプである例に適用して説明するが、その他の公知の減圧用ポンプを用いることができ、特に限定するものではない。   The pump unit 45 communicates with the processing space SP1 through the first decompression pipe 71 and further communicates with the spare space SP2 through the second decompression pipe 72, and the pump section 45 is connected to the processing space SP1 and the spare space SP2. The pressure is reduced. In the present embodiment, description will be made by applying to an example in which the pump unit 45 is a scroll-type dry vacuum pump, but other known decompression pumps can be used and are not particularly limited.

第1減圧用配管71の一方の端部は処理空間SP1と連通され、他方の端部はポンプ部45の吸入部と連通されている。また、第1減圧用配管71における処理空間SP1との連通側端部と、第2減圧用配管72との連通部との間には減圧用コック(接続制御手段)81が設けられている。減圧用コック81は、第1減圧用配管71を開閉して流体の流れを制御するものである。   One end of the first decompression pipe 71 is in communication with the processing space SP1, and the other end is in communication with the suction part of the pump unit 45. Further, a decompression cock (connection control means) 81 is provided between a communication side end portion of the first decompression pipe 71 with the processing space SP1 and a communication part with the second decompression pipe 72. The decompression cock 81 controls the flow of fluid by opening and closing the first decompression pipe 71.

供給部50は、図1に示すように、注液用配管73を介して処理空間SP1と連通され、処理空間SP1にリチウムイオンを含む有機溶媒である溶液を供給するものである。なお、供給部50としては使用する有機溶媒に溶解せず、且つ該有機溶媒と反応しない材質からなる容器を用いることができ、特にその構成が限定されるものではない。   As shown in FIG. 1, the supply unit 50 communicates with the processing space SP <b> 1 via the liquid injection pipe 73 and supplies a solution that is an organic solvent containing lithium ions to the processing space SP <b> 1. As the supply unit 50, a container made of a material that does not dissolve in the organic solvent to be used and does not react with the organic solvent can be used, and the configuration is not particularly limited.

注液用配管73には、注液用配管73を開閉して溶液の流れを制御する注液用コック84が設けられている。本発明においては、リチウムイオンを含む有機溶媒が底面13側からチャンバー10内に供給されるよう、供給手段がチャンバー10に接続されていることが好ましい。   The liquid injection pipe 73 is provided with a liquid injection cock 84 that opens and closes the liquid injection pipe 73 to control the flow of the solution. In the present invention, the supply means is preferably connected to the chamber 10 so that the organic solvent containing lithium ions is supplied into the chamber 10 from the bottom surface 13 side.

電源部55は、図1および図2に示すように、ドープ用電極22を介して電極前駆体91およびリチウム極96に直流電流を供給するものである。本実施形態では、電極前駆体91およびリチウム極96に直流電流を供給できる電流・電圧モニター付き直流電源である例に適用して説明する。   As shown in FIGS. 1 and 2, the power supply unit 55 supplies a direct current to the electrode precursor 91 and the lithium electrode 96 through the doping electrode 22. In the present embodiment, description will be made by applying to an example of a DC power supply with a current / voltage monitor that can supply a DC current to the electrode precursor 91 and the lithium electrode 96.

制御部60は、図5に示すように、装置1を制御することにより電極の活物質にリチウムを吸蔵させる工程を実行させるものである。制御部60は、CPU(中央演算処理ユニット)、ROM、RAM、ハードディスク、入出力インタフェース等を有するコンピュータシステムである。ROM等に記憶されている制御プログラムは、CPUを演算部61として機能させるものであり、入出力インタフェース等を送受信部62として機能させるものであり、ハードディスク等を記憶部63として機能させるものである。   As shown in FIG. 5, the control unit 60 controls the apparatus 1 to execute a step of occluding lithium in the active material of the electrode. The control unit 60 is a computer system having a CPU (Central Processing Unit), ROM, RAM, hard disk, input / output interface, and the like. The control program stored in the ROM or the like causes the CPU to function as the calculation unit 61, causes the input / output interface or the like to function as the transmission / reception unit 62, and causes the hard disk or the like to function as the storage unit 63. .

演算部61は、電源部55による電流の供給・停止や、供給する電流の値を制御する制御信号を生成するものである。また、ポンプ部45の駆動・停止や、ポンプ部45などを制御することによりチャンバー10の処理空間SP1における圧力や、予備チャンバー40の予備空間SP2の圧力を調整する制御信号を生成するものでもある。さらに、供給部50による溶液の供給・停止を制御する制御信号を生成するものでもある。その他に、減圧用コック81や、注液用コック84や、予備チャンバー側コック82や、ポンプ側コック83や、リークバルブ85の開閉を制御する制御信号を生成するものでもある。   The arithmetic unit 61 generates a control signal for controlling supply / stop of the current by the power supply unit 55 and the value of the supplied current. In addition, the control signal for adjusting the pressure in the processing space SP1 of the chamber 10 and the pressure in the spare space SP2 of the spare chamber 40 is generated by controlling the driving / stopping of the pump part 45 and the pump part 45 and the like. . Furthermore, it also generates a control signal for controlling supply / stop of the solution by the supply unit 50. In addition, a control signal for controlling the opening / closing of the decompression cock 81, the injection cock 84, the spare chamber side cock 82, the pump side cock 83, and the leak valve 85 is also generated.

なお、処理空間SP1の圧力や、予備空間SP2の圧力の調整は、ポンプ部45の駆動時間によって調整してもよいし、処理空間SP1の圧力を測定する圧力センサ、予備空間SP2の圧力を測定する圧力センサの測定信号に基づいて調整してもよく、特に限定するものではない。   The pressure in the processing space SP1 and the pressure in the spare space SP2 may be adjusted according to the driving time of the pump unit 45, or a pressure sensor that measures the pressure in the processing space SP1 and the pressure in the spare space SP2. The adjustment may be made based on the measurement signal of the pressure sensor, and is not particularly limited.

送受信部62は、液面センサ17から出力される測定信号を受信するものであり、演算部61で生成された各種の制御信号を対象の機器に向けて送信するものでもある。なお、送受信部62は、電源部55や、ポンプ部45や、供給部50の動作状態を示す信号や、減圧用コック81や、注液用コック84や、予備チャンバー側コック82や、ポンプ側コック83や、リークバルブ85の開閉状態を示す信号を受信するものであってもよい。   The transmission / reception unit 62 receives the measurement signal output from the liquid level sensor 17 and also transmits various control signals generated by the calculation unit 61 to the target device. The transmission / reception unit 62 includes a signal indicating the operation state of the power supply unit 55, the pump unit 45, and the supply unit 50, a decompression cock 81, a liquid injection cock 84, a spare chamber side cock 82, and a pump side. A signal indicating the open / closed state of the cock 83 or the leak valve 85 may be received.

記憶部63は、上述の電極の活物質にリチウムを吸蔵させる工程を実行させるプログラムやパラメータなどが記憶されているものである。記憶部63は、演算部61から入力される制御信号に基づいて、上述のプログラムやパラメータ等を出力可能とされている。   The storage unit 63 stores a program, a parameter, and the like for executing the step of occluding lithium in the above-described electrode active material. The storage unit 63 can output the above-described program, parameters, and the like based on the control signal input from the calculation unit 61.

以下、実施例を挙げて、本発明の実施の形態をさらに具体的に説明する。但し、本発明は、下記実施例に限定されない。なお、以下の実施例および比較例は、気温23℃、露点−40℃に制御された空気環境下で行った。
<電極の製造>
[実施例1]
70mm×382mm、厚さ15μm、表面粗さRa=0.1μmの銅箔からなる集電体92の両面に、52mm×52mm、厚さ40μmの活物質層93を集電体92の長手方向に沿ってそれぞれ6カ所形成することにより電極前駆体91を作製した。この際、集電体92の長辺の一方の端部を長手方向に沿って延びる幅18mmの活物質層未形成部94と、集電体92の短辺の両端部及び活物質層93間を短手方向に延びる幅10mmの活物質層未形成部95を設けた。なお、活物質層93は、黒鉛(活物質)、カルボキシメチルセルロース、アセチレンブラック(導電剤)、バインダー及び分散剤(質量比で88:3:5:3:1)を含む。
Hereinafter, the embodiment of the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples. The following Examples and Comparative Examples were performed in an air environment controlled at an air temperature of 23 ° C. and a dew point of −40 ° C.
<Manufacture of electrodes>
[Example 1]
An active material layer 93 having a thickness of 52 mm × 52 mm and a thickness of 40 μm is provided on both sides of the current collector 92 made of copper foil having a thickness of 70 mm × 382 mm, a thickness of 15 μm, and a surface roughness Ra = 0.1 μm in the longitudinal direction of the current collector 92. The electrode precursor 91 was produced by forming six places along each. At this time, the active material layer unformed portion 94 having a width of 18 mm extending along the longitudinal direction at one end portion of the long side of the current collector 92, and between the both end portions of the short side of the current collector 92 and the active material layer 93 An active material layer non-formed part 95 having a width of 10 mm extending in the short direction was provided. Note that the active material layer 93 includes graphite (active material), carboxymethyl cellulose, acetylene black (conductive agent), a binder, and a dispersant (by mass ratio: 88: 3: 5: 3: 1).

リチウム供給源として50mm×50mm、厚さ1mmに形成された6枚のリチウム金属板98を、厚さ2mmの銅板97上に相互に12mmの間隔をあけて貼り付けることによりリチウム極96を作製した。このようなリチウム極96を2個作製した。   A lithium electrode 96 was produced by attaching six lithium metal plates 98 formed as 50 mm × 50 mm and a thickness of 1 mm as a lithium supply source to a copper plate 97 having a thickness of 2 mm with a spacing of 12 mm between each other. . Two such lithium electrodes 96 were produced.

厚さ1mmのポリプロピレン製不織布からなるセパレータ99を介して、活物質層93と上記リチウム金属板98が対向するよう、上記電極前駆体91の両面に上記リチウム極96を配置した。この際、対向する活物質層93とリチウム金属板98の中心位置がほぼ一致するよう、電極前駆体91とリチウム極96を配置した。   The lithium electrodes 96 were arranged on both surfaces of the electrode precursor 91 so that the active material layer 93 and the lithium metal plate 98 face each other through a separator 99 made of a polypropylene nonwoven fabric having a thickness of 1 mm. At this time, the electrode precursor 91 and the lithium electrode 96 were disposed so that the center positions of the facing active material layer 93 and the lithium metal plate 98 substantially coincided with each other.

電極前駆体91、セパレータ99及びリチウム極96を保持部30と共に、チャンバー10の処理空間SP1内に挿入した。この際、上記集電体92の長辺の端部に設けた幅18mmの活物質層未形成部94がチャンバー10内の上側(チャンバー蓋部21側)に位置するよう電極前駆体91等を挿入した。   The electrode precursor 91, the separator 99, and the lithium electrode 96 were inserted into the processing space SP <b> 1 of the chamber 10 together with the holding unit 30. At this time, the electrode precursor 91 and the like are arranged so that the active material layer non-formed part 94 having a width of 18 mm provided at the end of the long side of the current collector 92 is positioned on the upper side (chamber lid part 21 side) in the chamber 10. Inserted.

次いで、予備チャンバー側コック82を閉じ、ポンプ側コック83および減圧用コック81を開いた状態でポンプ部45を駆動させることによりチャンバー10の処理空間SP1を減圧した。チャンバー10の処理空間SP1内を100Paまで減圧し、減圧用コック81を閉じた。   Next, the processing chamber SP1 of the chamber 10 was decompressed by driving the pump unit 45 with the preliminary chamber side cock 82 closed and the pump side cock 83 and the decompression cock 81 opened. The inside of the processing space SP1 of the chamber 10 was depressurized to 100 Pa, and the depressurization cock 81 was closed.

次いで、注液用配管73を介して、1.2MのLiPF6と3質量%の1−フルオロエチレンカーボネートを含む溶液(溶媒はエチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート/ジメチルカーボネート=3/4/3(体積比)の混合溶媒)を処理空間SP1に供給した。上記LiPF等を含む溶液の液面が活物質層93の上端より5mm上に達したところで、注液用配管73に備えられた注液用コック84を閉じた。 Subsequently, a solution containing 1.2 M LiPF6 and 3% by mass of 1-fluoroethylene carbonate (solvent is ethylene carbonate / ethyl methyl carbonate / dimethyl carbonate = 3/4/3 (volume ratio) ) Was supplied to the treatment space SP1. When the liquid level of the solution containing LiPF 6 or the like reached 5 mm above the upper end of the active material layer 93, the injection cock 84 provided in the injection pipe 73 was closed.

次いで、チャンバー10の上部に備えられたリークバルブ85を開き、チャンバー10内の圧力を高めて、大気圧まで戻した。
次いで、ドープ用電極22を介して電源部55に接続した電極前駆体91及びリチウム極96に、300mAの電流を通電した。不可逆容量を考慮した上、黒鉛の容量に対してリチウムの吸蔵率が約87%になるまで通電した。
Subsequently, the leak valve 85 provided in the upper part of the chamber 10 was opened, the pressure in the chamber 10 was raised, and it returned to atmospheric pressure.
Next, a current of 300 mA was passed through the electrode precursor 91 and the lithium electrode 96 connected to the power supply unit 55 via the doping electrode 22. In consideration of the irreversible capacity, electricity was supplied until the lithium occlusion rate was about 87% of the graphite capacity.

以上のようにしてリチウムを吸蔵させた電極をチャンバー10内から取り出したところ、活物質層の全面がムラなく金色に変色していた。
[実施例2]
上記実施例1において、チャンバー10内の圧力を大気圧まで戻す工程を行わなかった以外は、実施例1と同様にしてリチウムを吸蔵させた電極を製造した。得られた電極をチャンバー内から取り出したところ、活物質層の全面が金色に変色していたが色ムラが認められた。
[比較例]
比較例では、LiPF等を含む溶液をチャンバー10の処理空間SP1に注入する工程を行った後に、チャンバー10内を減圧する工程を行う点が上述の実施例1と異なっている。
When the lithium-occluded electrode was taken out from the chamber 10 as described above, the entire surface of the active material layer was uniformly changed to gold.
[Example 2]
In Example 1, an electrode in which lithium was occluded was produced in the same manner as in Example 1 except that the step of returning the pressure in the chamber 10 to atmospheric pressure was not performed. When the obtained electrode was taken out from the chamber, the entire surface of the active material layer was discolored in gold, but color unevenness was observed.
[Comparative example]
The comparative example is different from the above-described first embodiment in that the step of depressurizing the inside of the chamber 10 is performed after the step of injecting a solution containing LiPF 6 or the like into the processing space SP1 of the chamber 10.

具体的には、実施例1と同様にして作製した電極前駆体91等を保持部30と共に、チャンバー10の処理空間SP1に挿入した。次いで、実施例1で使用したのと同様のLiPF等を含む溶液を、液面が活物質層93の上端より5mm上に達するまでチャンバー10の処理空間SP1に注入した。 Specifically, the electrode precursor 91 and the like produced in the same manner as in Example 1 were inserted into the processing space SP1 of the chamber 10 together with the holding unit 30. Next, a solution containing LiPF 6 or the like similar to that used in Example 1 was injected into the processing space SP1 of the chamber 10 until the liquid level reached 5 mm above the upper end of the active material layer 93.

次いで、ポンプ部45、予備チャンバー40等を使用し、実施例1と同様の方法でチャンバー10内を減圧した。チャンバー10内を100Paまで減圧した後、第1減圧用配管71に備えられた減圧用コック81を閉じた。次いで、チャンバー10の上部に備えられたリークバルブ85を開き、チャンバー10内の圧力を昇圧して大気圧まで戻した。次いで、チャンバー10の上部に備えられたドープ用電極22を介して、実施例1と同様にしてリチウムを吸蔵させた電極を製造した。   Next, the inside of the chamber 10 was depressurized in the same manner as in Example 1 using the pump unit 45, the spare chamber 40, and the like. After reducing the pressure in the chamber 10 to 100 Pa, the pressure reducing cock 81 provided in the first pressure reducing piping 71 was closed. Next, the leak valve 85 provided at the upper part of the chamber 10 was opened, and the pressure in the chamber 10 was increased to return to atmospheric pressure. Next, an electrode in which lithium was occluded was manufactured in the same manner as in Example 1 through the doping electrode 22 provided in the upper part of the chamber 10.

得られた電極をチャンバー10内から取り出したところ、活物質層93の上にcm径レベルの大きさの黒色の領域が数カ所認められた。これらの領域ではリチウムの吸蔵が進んでいないといえる。
<リチウムイオンキャパシタの製造>
上記実施例で製造された電極を負極として、常法によりリチウムイオンキャパシタを製造した。得られたリチウムイオンキャパシタは、優れた充放電特性を示した。一方、上記比較例で製造された電極を負極として、同様にリチウムイオンキャパシタを製造したところ、得られたリチウムイオンキャパシタにおいては、充電状態で保持した際に発生するガス量が多かった。比較例で製造された負極においては、所謂SEI膜が形成されていない部位が部分的に存在しているものと考えられる。
When the obtained electrode was taken out from the chamber 10, several black regions having a size of the cm diameter level were found on the active material layer 93. In these areas, it can be said that occlusion of lithium is not progressing.
<Manufacture of lithium ion capacitors>
A lithium ion capacitor was produced by a conventional method using the electrode produced in the above example as the negative electrode. The obtained lithium ion capacitor exhibited excellent charge / discharge characteristics. On the other hand, when the lithium ion capacitor was similarly manufactured using the electrode manufactured in the comparative example as a negative electrode, the obtained lithium ion capacitor had a large amount of gas generated when held in a charged state. In the negative electrode manufactured in the comparative example, it is considered that a portion where a so-called SEI film is not formed partially exists.

1…装置、10…チャンバー、40…予備チャンバー、45…ポンプ部(減圧手段)、50…供給部(供給手段)、81…減圧用コック(接続制御手段)、82…予備チャンバー側コック(接続制御手段)、83…ポンプ側コック(接続制御手段)   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Apparatus, 10 ... Chamber, 40 ... Preliminary chamber, 45 ... Pump part (pressure reduction means), 50 ... Supply part (supply means), 81 ... Decompression cock (connection control means), 82 ... Reserve chamber side cock (connection) Control means), 83... Pump side cock (connection control means)

Claims (7)

(A)活物質を含む層が形成された集電体及びリチウム供給源を収納したチャンバー内を減圧する工程、
(B)前記減圧したチャンバー内にリチウムイオンを含む有機溶媒を供給する工程、並びに、
(C)前記活物質にリチウムを吸蔵させる工程
を含む電極の製造方法。
(A) a step of depressurizing the inside of the chamber containing the current collector on which the layer containing the active material is formed and the lithium supply source;
(B) supplying an organic solvent containing lithium ions into the decompressed chamber; and
(C) The manufacturing method of the electrode including the process of occluding lithium in the said active material.
更に、前記(B)工程の後、(D)前記チャンバー内の気圧を前記(A)工程後の気圧より高い気圧に昇圧する工程を含む、請求項1に記載の製造方法。   Furthermore, after the said (B) process, (D) The manufacturing method of Claim 1 including the process which raises the atmospheric pressure in the said chamber to the atmospheric pressure higher than the atmospheric pressure after the said (A) process. 前記電極がキャパシタ又は電池の負極である、請求項1又は2に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the electrode is a capacitor or a negative electrode of a battery. 前記活物質が炭素材料を含むものである、請求項1から3のいずれか1項に記載の製造方法。   The manufacturing method of any one of Claim 1 to 3 whose said active material is what contains a carbon material. 請求項1から4のいずれか1項に記載の方法で製造された負極、正極、及び電解質を備える蓄電デバイス。   An electrical storage device provided with the negative electrode manufactured by the method of any one of Claim 1 to 4, a positive electrode, and electrolyte. (1)活物質を含む層が形成された集電体及びリチウム供給源を収容するチャンバー、
(2)前記チャンバー内を減圧する減圧手段、並びに
(3)前記チャンバー内にリチウムイオン含む有機溶媒を供給する供給手段
を備える、電極の活物質にリチウムを吸蔵させるための装置。
(1) a chamber containing a current collector on which a layer containing an active material is formed and a lithium supply source;
(2) An apparatus for occluding lithium in an active material of an electrode, comprising: decompression means for decompressing the inside of the chamber; and (3) supply means for supplying an organic solvent containing lithium ions into the chamber.
更に、(4)前記減圧手段により内部を減圧可能に接続されるとともに、前記チャンバー内との間で気体の流通が可能に接続される予備チャンバーと、
(5)前記チャンバーおよび前記減圧手段の間の接続、前記予備チャンバーおよび前記減圧手段の間の接続、並びに、前記チャンバーおよび前記予備チャンバーとの間の接続を制御する接続制御手段と、
を備える、請求項6に記載の装置。
Further, (4) a spare chamber that is connected to the inside by the pressure reducing means so as to be able to be depressurized, and is connected to be able to flow a gas between the inside of the chamber;
(5) connection control means for controlling connection between the chamber and the decompression means, connection between the preliminary chamber and the decompression means, and connection between the chamber and the preliminary chamber;
The apparatus of claim 6, comprising:
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