非水电解质蓄电元件制造技术

本发明专利技术提供非水电解质蓄电元件，所述非水电解质蓄电元件包括包含能够插入和脱除阴离子的正极活性材料的正极、包含能够插入和脱除阳离子的负极活性材料的负极、和通过将电解质盐溶解在非水溶剂中而制备的非水电解质，其中所述正极活性材料包含碳材料，其中通过X‑射线衍射测得的所述碳材料的(002)面之间的距离d(002)为0.340nm或更大但为0.360nm或更小，且所述碳材料具有大于1m2/g但小于30m2/g的BET比表面积，并且所述负极活性材料包含能够插入和脱除锂离子的材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及非水电解质蓄电元件(storage element)。
技术介绍
伴随着当前移动装置的尺寸减小和性能改进，具有高能量密度的非水电解质蓄电元件的性质已经得以改善并且被广泛使用。而且，已经进行了具有较大的容量且具有优异的安全性的非水电解质蓄电元件的开发，并且这样的非水电解质蓄电元件已经开始安装在电动车上。前述非水电解质蓄电元件包含正极(例如锂-钴复合氧化物)、负极(其为碳)、和通过将锂盐溶解在非水溶剂中而制备的非水电解质。经常使用的是锂离子二次电池。在锂离子二次电池中，在充电时，正极中的锂被脱除(eliminate)和插入(insert)到负极的碳中。在放电时，插入到负极中的锂被脱除，并返回到正极的复合氧化物中。以所描述的方式，锂离子二次电池被充电和放电。同时，在其中作为混合动力车使用电池元件的情况下，必须瞬时输出大量电流。而且，所述电池元件理想地以再生能量充电，且高电流充电-放电性质比能量密度重要。因而，使用不需要化学反应且能进行高速充电和放电的双电层电容器。所述双电层电容器具有为锂离子二次电池的能量密度的几十分之一的能量密度。因此，所述双电层电容器需要具有大的重量以确保足够的容量。结果，双电层电容器在汽车中的使用阻碍燃料效率的改善。至于具有高能量密度且适合于高速充电和放电的蓄电元件，一直期望所谓的双嵌入(插嵌，intercalation)非水电解质蓄电元件的实用化(practicalization)。所述双嵌入非水电解质蓄电元件使用在正极中的导电聚合物或者碳材料、在负极中的碳、和通过将锂盐溶解在非水溶剂中制备的非水电解质。所述双嵌入非水电解质蓄电元件通过如下进行充电和放电：在充电时，使非水电解质中的阴离子插入阳离子中和使非水电解质蓄电元件中的阳离子插入负极中；以及使插入正极中的阴离子和插入负极中的阳离子脱除到
非水电解质中。在其中LiPF6用作锂盐且在负极中也使用碳的情况下，如以下反应式所示的，通过使非水电解质中的PF6-插入正极中和使非水电解质中的Li+插入负极中进行充电，以及通过使PF6-从正极脱除到非水电解质和使Li+从负极脱除到非水电解质进行放电。正极：负极：→充电反应放电反应至于阴离子插入到和从其脱除的活性材料，已知的材料为：如在日本专利No.4569126、4392169和4314087中公开的石墨，如在日本专利No.5042754和5399185中公开的比表面积通过碱活化而增大的碳材料，以及如在日本未审专利申请公布No.2012-195563中公开的具有大的比表面积的活性碳。在石墨的情况下，阴离子插入石墨的层之间的空间中和从其脱除。在碳材料的情况下，阴离子吸附在碳材料的表面上和从其脱除。在活性碳的情况下，阴离子吸附到活性碳和从其脱除。当使用阴离子能插入到和从其脱除的石墨时，能使每单位质量活性材料的放电容量大。在其中使用石墨作为正极活性材料的情况下，通过将充电终止电压设定到相对于锂参比电极为5.3V-5.6V的范围，能实现具有高的能量密度的二次电池，如在日本专利No.4569126中公开的。日本专利No.4392169公开了通过使用硼化的石墨实现优异的循环性质的二次电池。日本专利No.4314087特别公开了用于实现高电流放电性质的负极的结构。而且，日本专利No.5042754和5399185公开了使用通过碱活化过程使比表面积至少大于30m2/g(条件是其比表面积大大地小于活性碳的比表面积)的碳材料代替石墨作为正极。日本未审专利申请公布No.2012-195563公开了使用比表面积大(即，约2,000m2/g)的活性碳。在其中如相关技术中使用石墨作为正极的情况下，如果为了提高能量密度而在高电压下进行充电和放电，则充电-放电效率不能保持为高的且循环劣化变得显著。充电-放电效率典型地在若干次充电和放电后保持在高的值。根据本专利技术人进行的研究，当在正极中使用石墨时实现相对优选的高电流放
电性质，但不能实现令人满意的高电流充电性质。当在正极中使用具有大的比表面积的碳材料时，尽管所得的元件具有优异的高电流充电性质，但不能使每单位质量的活性材料的放电容量大且不能提高能量密度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供非水电解质蓄电元件，其具有每单位质量的正极活性材料高的放电容量，具有优异的高电流充电性质和高电流放电性质，以及具有高的充电-放电效率。作为用于解决前述问题的手段，本专利技术的非水电解质蓄电元件包括：包含能够插入和脱除阴离子的正极活性材料的正极，包含能够插入和脱除阳离子的负极活性材料的负极，和通过将电解质盐溶解在非水溶剂中而制备的非水电解质。所述正极活性材料包含碳材料，其中通过X-射线衍射测得的所述碳材料的(002)面之间的距离d(002)为0.340nm或更大但为0.360nm或更小，且所述碳材料具有大于1m2/g但小于30m2/g的BET比表面积。所述负极活性材料包含能够插入和脱除锂离子的材料。本专利技术能够提供这样的非水电解质蓄电元件：其具有每单位质量的正极活性材料高的放电容量，具有优异的高电流充电性质和高电流放电性质，以及具有高的充电-放电效率。附图说明图1为描绘实施例的非水电解质蓄电元件的第一次、第二次和第十次充电-放电循环的充电-放电曲线的图；图2为描绘实施例的非水电解质蓄电元件的正极活性材料的X-射线衍射峰变化的图，其中所述变化是充电和放电引起的；以及图3为描绘正极的碳材料的真密度和放电容量之间的关系的图。具体实施方式[非水电解质蓄电元件的结构]1.正极正极取决于预期意图适当地选择而没有任何限制，条件是正极包含正极
活性材料。正极的实例包括其中在正极集流体上设置包含正极活性材料的正极材料的正极。正极的形状取决于预期意图适当地选择而没有任何限制。其形状的实例包括板形状。1-1.正极材料正极材料取决于预期意图适当地选择而没有任何限制。例如，正极材料至少包含正极活性材料，并且如果必要，可进一步包含传导促进剂、粘合剂、和增稠剂。(1)正极活性材料至于所述正极活性材料，使用如下碳材料作为主要组分：其中通过X-射线衍射测得的所述碳材料的(002)面之间的距离d(002)为0.340nm或更大但为0.360nm或更小，且所述碳材料具有大于1m2/g但小于30m2/g的BET比表面积。当d(002)小于0.340nm时，所述碳材料典型地呈现出石墨的特性，因此所述碳材料具有差的负载特性，尤其是差的大电流充电性质，尽管所述碳材料具有高的容量。当d(002)大于0.360nm时，所述碳材料典型地呈现出非石墨化碳或者活性碳的特性，因此阴离子仅吸附在表面上且几乎不插入层间。因此，不能实现高容量元件。当BET比表面积为1m2/g或更小时，其就负载性质而言是不利的，因为所述碳材料的反应面积小。当BET比表面积为30m2/g或更大时，不能将充电电压设定为高的，因为当施加高的电压时，所述碳材料倾向于分解电解质。从而，阴离子未充分地插入层间，且不能实现所得元件高的容量。BET比表面积可典型地按照使用氮气的气体吸附方法通过使用BET公式而确定。至于具有前述特性的碳，存在能石墨化的碳，其为通过在约2,000℃或更低的温度烧制(烘烤，bake)焦炭或中间相沥青而获得的本文档来自技高网...

【技术保护点】
非水电解质蓄电元件，包括：包含能够插入和脱除阴离子的正极活性材料的正极；包含能够插入和脱除阳离子的负极活性材料的负极；和通过将电解质盐溶解在非水溶剂中而制备的非水电解质，其中所述正极活性材料包含碳材料，其中通过X‑射线衍射测得的所述碳材料的(002)面之间的距离d(002)为0.340nm或更大但为0.360nm或更小，且所述碳材料具有大于1m2/g但小于30m2/g的BET比表面积，并且所述负极活性材料包含能够插入和脱除锂离子的材料。

【技术特征摘要】
2015.03.06 JP 2015-044578;2015.12.04 JP 2015-237641.非水电解质蓄电元件，包括：包含能够插入和脱除阴离子的正极活性材料的正极；包含能够插入和脱除阳离子的负极活性材料的负极；和通过将电解质盐溶解在非水溶剂中而制备的非水电解质，其中所述正极活性材料包含碳材料，其中通过X-射线衍射测得的所述碳材料的(002)面之间的距离d(002)为0.340nm或更大但为0.360nm或更小，且所述碳材料具有大于1m2/g但小于30m2/g的BET比表面积，并且所述负极活性材料包含能够插入和脱除锂离子的材料。2.根据权利要求1所述的非...

【专利技术属性】
技术研发人员：日比野荣子，木村兴利，小名木伸晃，中岛聪，广渡杏奈，山形卓，石原达己，田中义久，大岛凉，中坊年宏，
申请(专利权)人：株式会社理光，国立大学法人九州大学，
类型：发明
国别省市：日本;JP