非水电解质蓄电元件制造技术

非水电解质蓄电元件，其包括：包括包含能够可逆地积聚和释放阴离子的正极活性材料的正极材料层的正极；包括包含能够可逆地积聚和释放阳离子的负极活性材料的负极材料层的负极；设置在所述正极和所述负极之间的隔板；和包含电解质盐的非水电解质，所述非水电解质蓄电元件满足下式：0.5≤[(V1+V2+V3)/V4]≤0.61；和0.14≤P1/P2≤0.84，其中V1为每单位面积正极的正极材料层的孔体积，V2为每单位面积负极的负极材料层的孔体积，V3为每单位面积隔板的孔体积，和V4为所述非水电解质蓄电元件的总体积，和P1为所述正极材料层的孔隙率，和P2为所述隔板的孔隙率。

【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
近年来，伴随着移动装置的小型化和增强的性能，非水电解质蓄电元件已经改善 了其性质并且变得普及。而且，进行了尝试以改善非水电解质蓄电元件的负载放电性能以 及重量能量密度，目的是将非水电解质蓄电元件的应用拓展至电动车。 常规地，已经广泛使用锂离子非水电解质蓄电元件作为非水电解质蓄电元件。锂 离子非水电解质蓄电元件包含正极例如锂_钴复合氧化物正极、碳负极、和通过将锂盐溶 解在非水溶剂中而制备的非水电解质。 同时，存在通过非水电解质中的阴离子对由例如导电聚合物和碳质材料的材料构 成的正极的嵌入和脱嵌和通过非水电解质中的锂离子对由碳质材料构成的负极的嵌入和 脱嵌而进行充电和放电的非水电解质蓄电元件（前述类型的电池（battery)在下文中可称 为"双碳电池单元（cell)"）（参见例如日本专利申请特开（JP-A) No. 2014-130717)。 如由以下反应式所表示的，双碳电池单元通过阴离子例如PF6从非水电解质嵌入 至正极和Li +从非水电解质嵌入至负极而充电，并且所述单元通过阴离子例如PF 6从正极 脱嵌和Li+从负极脱嵌至非水电解质而放电。 正极：PFV、、+ nCJ 十 e- 负极 Li+ + rtC + 洽一 ^二夂 LiCn -充电反应 4 一 "11?放电反应 双碳电池单元的放电容量通过如下决定：正极的阴离子存储容量、正极的阴离子 可释放量、负极的阳尚子存储容量、负极的阳尚子可释放量、非水电解质的阴尚子量、和非 水电解质的阳离子量。因此，为了提高双碳电池单元的放电容量，不仅必须增多正极活性材 料和负极活性材料，而且必须增多包含锂盐的非水电解质的量（参见例如Journal of The Electrochemical Society,147 (3)899-901 (2000))〇 在前述非水电解质蓄电元件中需要足够量的电解质盐，该非水电解质蓄电元件通 过从非水电解质将阴离子积聚到正极中和将阳离子积聚到负极中而充电并且通过将阴离 子从正极和将阳离子从负极释放到非水电解质而放电。将非水电解质插入到所述非水电解 质蓄电元件的有限体积中以改善所述蓄电元件的体积能量密度是重要的。然而，如果提高 电极的孔隙率来插入足够量的非水电解质，则存在如下问题：高负载放电性能受到损害，因 为活性材料粒子之间的接触减少。 在使用积聚和释放锂的正极例如氧化物复合正极以及积聚和释放锂的负极例如 石墨的非水电解质蓄电元件中，电解质盐的浓度随着充电和放电而基本上不变。因此，将电 极的密度设置为高的以将尽可能多的量的蓄电（存储）材料插入到所述蓄电元件内（以提 高所述蓄电元件的能量密度），这使电极的孔隙率降低。在其中将所述蓄电元件构成为具有 与其中电解质盐浓度随着充电和放电而基本上不变的蓄电元件的结构相同的结构的情况 下，可插入到所述蓄电元件中的非水电解质的量减少而使电解质盐的浓度降低，导致无法 获得所述蓄电元件足够的充电容量和放电容量的问题。如果通过过度地增加隔板的厚度来 显著地提高非水电解质的量以解决前述问题，则所述非水电解质蓄电元件的能量密度因隔 板增加的量而降低，这对电的存储没有贡献。 此外，在其中在使用其中积聚阴离子的电极作为正极的非水电解质蓄电元件中将 电解质盐的浓度增加至约3mol/L并且将所述蓄电元件用高电压充电的情况下，存在所述 蓄电元件的容量降低的问题。 因此，对于能够实现高能量密度和高负载放电性能并且具有改善的充电-放电循 环性质的非水电解质蓄电元件存在需求。
技术实现思路
本专利技术旨在提供能够实现高能量密度和高负载放电性能并且具有改善的充 电-放电循环性质的非水电解质蓄电元件。 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：包括正极材 料层的正极，其中所述正极材料层包括能够可逆地积聚和释放阴离子的正极活性材料；包 括负极材料层的负极，其中所述负极材料层包括能够可逆地积聚和释放阳离子的负极活性 材料；设置在所述正极和所述负极之间的隔板；和包含电解质盐的非水电解质。所述非水 电解质蓄电元件满足下式： 0. 5 ^ ^ 0. 61 0? 14 彡 P1/P2 彡 0? 84 在上式中，VI为每单位面积正极的正极材料层的孔体积，V2为每单位面积负极的 负极材料层的孔体积，V3为每单位面积隔板的孔体积，和V4为所述非水电解质蓄电元件的 总体积，和P1为所述正极材料层的孔隙率，和P2为所述隔板的孔隙率。 本专利技术可提供能够实现高能量密度和高负载放电性能并且具有改善的充电-放 电循环性质的非水电解质蓄电元件。【附图说明】图1为说明本专利技术的非水电解质蓄电元件的一个实例的示意图。【具体实施方式】(非水电解质蓄电元件） 本专利技术的非水电解质蓄电元件包括正极、负极、非水电解质、和隔板。如果必要，所 述非水电解质蓄电元件可进一步包含其它部件。 所述非水电解质蓄电元件取决于预期意图适当地选择而没有任何限制。所述非水 电解质蓄电元件的实例包括非水电解质二次电池、和非水电解质电容器。 为了解决上述问题，本专利技术人已经坚持不懈地进行了调查和研究。结果，已经发 现，为了实现特别是其中非水电极（电解质）中的电解质盐的浓度随着充电和放电而变化 的阴离子嵌入蓄电元件的高能量密度和高负载放电性能和改善所述蓄电元件的充电-放 电循环性质，调节电极和隔板的孔隙率以保证电极层内的传导性和足够量的非水电解质、 以及调节正极和负极之间的距离是必要的。因此，已经发现，决定内部提供的非水电解质的 量的元件孔隙率是重要的，尤其是在其中非水电极中的电解质盐的浓度随着充电和放电而 变化的阴离子嵌入蓄电元件中。 为了实现高能量密度和高负载放电性能，在本专利技术中，必须提高非水电解质中的 电解质盐的量、特别地提高其中存储非水电解质的隔板的体积。 非水电解质可存储在正极材料层（不包括正极集流体）的孔、负极材料层（不包 括负极集流体）的孔、和隔板中。 因此，重要的是，VI、V2、V3、和 V4 满足下式：0? 5 彡彡 0? 61，其 中VI为每单位面积正极的正极材料的孔体积，V2为每单位面积负极的负极材料层的孔体 积，V3为每单位面积隔板的孔体积，和V4为所述非水电解质蓄电元件的总体积。 当比率为0. 5或更大时，可保证非水电解质的合适量，并且可提 高容量。此外，当比率为0.61或更小时，可实现蓄电元件的高能量密度 和高负载放电性能。在电解质盐的浓度太高或者太低的情况下，非水电解质的电导率不可 能是足够的。通过将孔隙率设置成满足以上范围，可适当地调节非水电解质中的电解质盐 浓度的变化。 当比率小于0. 5时，非水电解质中的电解质盐的浓度降低，从而 使用于嵌入的离子的量减少，因此可能无法进行充电。当所述比率大于0. 61时，电阻增加， 因为非水电解质蓄电元件内的空间增加，并且电极之间的距离增加，因此可无法以高的输 出进行充电和放电。 例如，每单位面积负极的负极材料层的孔体积是指在其中通过在负极的负极集流 体上涂布而形成负极材料层的情况下负极材料层中包含的孔体积。每单位面积正极的正极 材料的孔体积以及每单位面积隔板的孔体积的定义是相同的。 例如，每单位面积负极的负极材料层本文档来自技高网...

【技术保护点】
非水电解质蓄电元件，其包括：包括正极材料层的正极，其中所述正极材料层包括能够可逆地积聚和释放阴离子的正极活性材料；包括负极材料层的负极，其中所述负极材料层包括能够可逆地积聚和释放阳离子的负极活性材料；设置在所述正极和所述负极之间的隔板；和包括电解质盐的非水电解质，其中所述非水电解质蓄电元件满足下式：0.5≤[(V1+V2+V3)/V4]≤0.61；和0.14≤P1/P2≤0.84，其中V1为每单位面积正极的正极材料层的孔体积，V2为每单位面积负极的负极材料层的孔体积，V3为每单位面积隔板的孔体积，和V4为所述非水电解质蓄电元件的总体积，和其中P1为所述正极材料层的孔隙率，和P2为所述隔板的孔隙率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：柳田英雄，中岛聪，
申请(专利权)人：株式会社理光，
类型：发明
国别省市：日本;JP