JP2018056418A - Nonaqueous lithium power storage element - Google Patents

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雄一朗 平川
Yuichiro Hirakawa
雄一朗 平川
啓太 楠坂
Keita Kusuzaka
啓太 楠坂
森田 均
Hitoshi Morita
均 森田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous lithium power storage element having a high output and superior high-load charge and discharge cycle characteristics.SOLUTION: A nonaqueous lithium power storage element comprises: a positive electrode; a negative electrode; a separator; and a nonaqueous electrolyte including lithium ions. The negative electrode has: a negative electrode current collector; and a negative electrode active material layer provided on one or each face of the negative electrode current collector, and including a negative electrode active material. The negative electrode active material includes carbon material capable of occluding and releasing a lithium ion. The positive electrode has: a positive electrode current collector; and a positive electrode active material layer provided on one or each face of the positive electrode current collector, and including a positive electrode active material consisting of active carbon. The positive electrode includes a lithium compound other than the positive electrode active material. Supposing that an amount of lithium originating from the lithium compound per unit area of the positive electrode is C(Ah/m), and an amount of surplus doped lithium per unit area of the negative electrode is D(Ah/m), C/D is 0.05-0.95.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、非水系リチウム型蓄電素子に関する。   The present invention relates to a non-aqueous lithium storage element.

近年、地球環境の保全や省資源を目指すエネルギーの有効利用の観点から、風力発電の電力平滑化システム又は深夜電力貯蔵システム、太陽光発電技術に基づく家庭用分散型蓄電システム、電気自動車用の蓄電システム等が注目を集めている。
これらの蓄電システムに用いられる電池の第一の要求事項は、エネルギー密度が高いことである。このような要求に対応可能な高エネルギー密度電池の有力候補として、リチウムイオン電池の開発が精力的に進められている。
第二の要求事項は、出力特性が高いことである。例えば、高効率エンジンと蓄電システムとの組み合わせ(例えば、ハイブリッド電気自動車)又は燃料電池と蓄電システムとの組み合わせ(例えば、燃料電池電気自動車)において、加速時には蓄電システムにおける高出力放電特性が要求されている。
In recent years, from the viewpoint of the effective use of energy aiming to preserve the global environment and conserve resources, wind power generation smoothing system or midnight power storage system, home-use distributed storage system based on solar power generation technology, storage for electric vehicles The system is drawing attention.
The first requirement for batteries used in these power storage systems is high energy density. As a promising candidate for a high energy density battery capable of meeting such demands, development of a lithium ion battery has been vigorously advanced.
The second requirement is high output characteristics. For example, in a combination of a high-efficiency engine and a power storage system (for example, a hybrid electric vehicle) or a combination of a fuel cell and a power storage system (for example, a fuel cell electric vehicle), high output discharge characteristics in the power storage system are required during acceleration. Yes.

現在、高出力蓄電デバイスとしては、電気二重層キャパシタ、ニッケル水素電池等が開発されている。
電気二重層キャパシタのうち、電極に活性炭を用いたものは、0.5〜1kW/L程度の出力特性を有する。この電気二重層キャパシタは、耐久性(サイクル特性及び高温保存特性)も高く、前記高出力が要求される分野で最適のデバイスと考えられてきたが、そのエネルギー密度は1〜5Wh/L程度に過ぎない。そのため、更なるエネルギー密度の向上が必要である。
Currently, electric double layer capacitors, nickel metal hydride batteries, and the like have been developed as high-power storage devices.
Among the electric double layer capacitors, those using activated carbon for the electrodes have an output characteristic of about 0.5 to 1 kW / L. This electric double layer capacitor has high durability (cycle characteristics and high temperature storage characteristics) and has been considered as an optimum device in the field where the high output is required, but its energy density is about 1 to 5 Wh / L. Not too much. Therefore, further improvement in energy density is necessary.

他方、現在ハイブリッド電気自動車で採用されているニッケル水素電池は、電気二重層キャパシタと同等の高出力を有し、かつ160Wh/L程度のエネルギー密度を有している。しかしながら、そのエネルギー密度及び出力をより一層高めるとともに、耐久性(特に、高温における安定性)を高めるための研究が精力的に進められている。
また、リチウムイオン電池においても、高出力化に向けての研究が進められている。例えば、放電深度(蓄電素子の放電容量の何%を放電した状態かを示す値)50%において3kW/Lを超える高出力が得られるリチウムイオン電池が開発されているが、そのエネルギー密度は100Wh/L以下であり、リチウムイオン電池の最大の特徴である高エネルギー密度を敢えて抑制した設計となっている。また、その耐久性(サイクル特性及び高温保存特性)については、電気二重層キャパシタに比べ劣るため、実用的な耐久性を持たせるためには、放電深度が0〜100%の範囲よりも狭い範囲での使用となる。実際に使用できる容量は更に小さくなるから、耐久性をより一層向上させるための研究が精力的に進められている。
On the other hand, nickel-metal hydride batteries currently used in hybrid electric vehicles have a high output equivalent to that of electric double layer capacitors and an energy density of about 160 Wh / L. However, research for increasing the energy density and output and further improving durability (particularly stability at high temperatures) has been energetically advanced.
In addition, research for higher output is also being conducted in lithium ion batteries. For example, a lithium ion battery has been developed that can obtain a high output exceeding 3 kW / L at a discharge depth (a value indicating what percentage of the discharge capacity of the storage element is discharged) 50%, and its energy density is 100 Wh. / L or less, and a design that dares to suppress the high energy density, which is the greatest feature of the lithium ion battery. In addition, the durability (cycle characteristics and high-temperature storage characteristics) is inferior to that of an electric double layer capacitor. Therefore, in order to give practical durability, the discharge depth is a range narrower than the range of 0 to 100%. It will be used in. Since the capacity that can actually be used is further reduced, research for further improving the durability is being actively pursued.

前記のように、高エネルギー密度、高出力特性、及び耐久性を兼ね備えた蓄電素子の実用化が強く求められているが、上述した既存の蓄電素子には、それぞれ一長一短がある。それゆえ、これらの技術的要求を充足する新たな蓄電素子が求められている。その有力な候補として、リチウムイオンキャパシタと呼ばれる蓄電素子が注目され、開発が盛んに行われている。
リチウムイオンキャパシタは、リチウム塩を含む非水系電解液を使用する蓄電素子(非水系リチウム型蓄電素子)の一種であって、正極においては約3V以上で電気二重層キャパシタと同様の陰イオンの吸着・脱着による非ファラデー反応、負極においてはリチウムイオン電池と同様のリチウムイオンの吸蔵・放出によるファラデー反応によって、充放電を行う蓄電素子である。
上述の電極材料とその特徴をまとめると、電極に活性炭等の材料を用い、活性炭表面のイオンの吸着・脱離(非ファラデー反応)により充放電を行う場合は、高出力かつ高耐久性を実現するが、エネルギー密度が低くなる(例えば、1倍とする。)。他方、電極に酸化物や炭素材料を用い、ファラデー反応により充放電を行う場合は、エネルギー密度が高くなる(例えば活性炭を用いた非ファラデー反応の10倍とする。)が、耐久性及び出力特性に課題がある。
As described above, there is a strong demand for practical use of a power storage element having high energy density, high output characteristics, and durability. However, each of the above-described existing power storage elements has advantages and disadvantages. Therefore, there is a need for a new power storage element that satisfies these technical requirements. As a promising candidate, a storage element called a lithium ion capacitor has attracted attention and has been actively developed.
A lithium ion capacitor is a kind of energy storage device (non-aqueous lithium energy storage device) that uses a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, and the negative electrode adsorbs the same as an electric double layer capacitor at about 3 V or more at the positive electrode. It is a power storage element that charges and discharges by a non-Faraday reaction by desorption, and a Faraday reaction by insertion and extraction of lithium ions in the negative electrode, similar to a lithium ion battery.
The above-mentioned electrode materials and their characteristics can be summarized as follows: High output and high durability are achieved when materials such as activated carbon are used for the electrodes and charging / discharging is performed by ion adsorption / desorption (non-Faraday reaction) on the activated carbon surface. However, the energy density is lowered (for example, 1 time). On the other hand, when an oxide or a carbon material is used for the electrode and charging and discharging are performed by a Faraday reaction, the energy density is increased (for example, 10 times that of a non-Faraday reaction using activated carbon), but durability and output characteristics are increased. There is a problem.

これらの電極材料の組合せとして、電気二重層キャパシタは、正極及び負極に活性炭(エネルギー密度1倍)を用い、正負極共に非ファラデー反応により充放電を行うことを特徴とし、高出力かつ高耐久性を有するがエネルギー密度が低い(正極1倍×負極1倍=1)という特徴がある。
リチウムイオン二次電池は、正極にリチウム遷移金属酸化物(エネルギー密度10倍)、負極に炭素材料(エネルギー密度10倍)を用い、正負極共にファラデー反応により充放電を行うことを特徴とし、高エネルギー密度(正極10倍×負極10倍=100)だが、出力特性及び耐久性に課題がある。更に、ハイブリッド電気自動車等で要求される高耐久性を満足させるためには放電深度を制限しなければならず、リチウムイオン二次電池では、そのエネルギーの10〜50%しか使用できない。
As a combination of these electrode materials, the electric double layer capacitor is characterized in that the positive and negative electrodes use activated carbon (energy density 1 time), and the positive and negative electrodes are charged and discharged by a non-Faraday reaction, resulting in high output and high durability. However, the energy density is low (positive electrode 1 ×× negative electrode 1 = 1).
A lithium ion secondary battery uses a lithium transition metal oxide (energy density 10 times) for a positive electrode, a carbon material (energy density 10 times) for a negative electrode, and charges and discharges by a Faraday reaction for both positive and negative electrodes. Energy density (positive electrode 10 times × negative electrode 10 times = 100), however, there are problems in output characteristics and durability. Furthermore, in order to satisfy the high durability required for a hybrid electric vehicle or the like, the depth of discharge must be limited, and in the lithium ion secondary battery, only 10 to 50% of the energy can be used.

リチウムイオンキャパシタは、正極に活性炭(エネルギー密度1倍)、負極に炭素材料(エネルギー密度10倍)を用い、正極では非ファラデー反応、負極ではファラデー反応により充放電を行うことを特徴とし、電気二重層キャパシタ及びリチウムイオン二次電池の特徴を兼ね備えた新規の非対称キャパシタである。そして、高出力かつ高耐久性でありながら、高エネルギー密度(正極1倍×負極10倍=10)を有し、リチウムイオン二次電池の様に放電深度を制限する必要がないことが特徴である。
リチウムイオンキャパシタを用いる用途としては、例えば鉄道、建機、自動車用蓄電等が挙げられる。これらの用途では、作動環境が過酷なため、使用されるキャパシタは優れた入出力特性とともに、大電流での充放電が繰り返される、高負荷充放電サイクル特性とが同時に要求される。
A lithium ion capacitor uses activated carbon (energy density 1 time) for the positive electrode and a carbon material (10 times energy density) for the negative electrode, and is charged and discharged by a non-Faraday reaction at the positive electrode and a Faraday reaction at the negative electrode. It is a novel asymmetric capacitor that combines the features of a multilayer capacitor and a lithium ion secondary battery. In addition, while having high output and high durability, it has a high energy density (positive electrode 1 ×× negative electrode 10 = 10), and there is no need to limit the depth of discharge unlike a lithium ion secondary battery. is there.
Applications that use lithium ion capacitors include, for example, railways, construction machinery, and automobile power storage. In these applications, since the operating environment is harsh, the capacitor to be used is required to have excellent input / output characteristics as well as high load charge / discharge cycle characteristics in which charging / discharging with a large current is repeated.

以下の特許文献1には、正極で被酸化物としての各種リチウム化合物を酸化し、充放電サイクルによって劣化した蓄電素子の容量を回復させる方法が提案されている。また、以下の特許文献2には、正極にリチウム及びニッケルを含む複合酸化物に炭酸リチウムを添加することにより、充放電サイクルに伴う容量劣化を抑制し、初期容量を増加させる方法が提案されている。
しかしながら、これらの方法をリチウムイオンキャパシタのような大電流の充放電を伴う使用用途に適用すると、サイクル時にリチウムが析出し、高負荷充放電サイクル特性が悪化したり、充放電サイクル後に自己放電が増大するといった課題があり、更なる改善の余地があった。
Patent Document 1 below proposes a method in which various lithium compounds as oxides are oxidized at the positive electrode to recover the capacity of the power storage element deteriorated by the charge / discharge cycle. Further, Patent Document 2 below proposes a method of suppressing initial capacity deterioration by adding lithium carbonate to a composite oxide containing lithium and nickel in a positive electrode, thereby suppressing capacity deterioration associated with a charge / discharge cycle. Yes.
However, when these methods are applied to usages involving charging / discharging of large currents such as lithium ion capacitors, lithium is deposited during the cycle, the high load charge / discharge cycle characteristics deteriorate, and self-discharge occurs after the charge / discharge cycle. There was a problem of increasing, and there was room for further improvement.

特許第5278467号公報Japanese Patent No. 5278467 特開2001−84998号公報JP 2001-84998 A

以上の現状に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、リチウム化合物を含有する正極を用いて、従来得られていなかった、優れた高負荷充放電サイクル耐久性を有する非水系リチウム型蓄電素子を提供することである。   In view of the above situation, the problem to be solved by the present invention is a non-aqueous lithium storage element having an excellent high load charge / discharge cycle durability, which has not been obtained conventionally, using a positive electrode containing a lithium compound. Is to provide.

本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討し実験を重ねた結果、該正極単位面積当たりの該リチウム化合物由来のリチウム量をC(Ah/m)、該負極の単位面積当たりの余剰リチウムドープ量をD(mAh/m)としたとき、C/Dを0.05以上0.95以下に制御することによって、リチウム化合物を含む正極を使用していても、優れた高負荷充放電サイクル耐久性を有する非水系リチウム型蓄電素子を提供できることを見出した。
本発明は、この知見に基づいてなされたものである。
As a result of diligent investigation and repeated experiments to solve the above problems, the present inventors have determined that the amount of lithium derived from the lithium compound per unit area of the positive electrode is C (Ah / m 2 ) and the unit amount of the negative electrode per unit area. Even when a positive electrode containing a lithium compound is used by controlling C / D to be 0.05 or more and 0.95 or less when the excess lithium doping amount is D (mAh / m 2 ), an excellent high load is achieved. It has been found that a non-aqueous lithium storage element having charge / discharge cycle durability can be provided.
The present invention has been made based on this finding.

すなわち、本発明は、以下の通りのものである:
[1]正極、負極、セパレータ、及びリチウムイオンを含む非水系電解液を備える非水系リチウム型蓄電素子であって、
該負極が、負極集電体と、該負極集電体の片面上又は両面上に設けられた、負極活物質を含む負極活物質層とを有し、該負極活物質はリチウムイオンを吸蔵・放出できる炭素材料を含み、
該正極が、正極集電体と、該正極集電体の片面上又は両面上に設けられた、活性炭からなる正極活物質を含む正極活物質層とを有し、
該正極が、正極活物質以外のリチウム化合物を含有し、かつ、
該正極単位面積当たりの該リチウム化合物由来のリチウム量をC(Ah/m)、該負極の単位面積当たりの余剰リチウムドープ量をD(Ah/m)としたとき、C/Dが0.05以上0.95以下であることを特徴とする、非水系リチウム型蓄電素子。
[2]前記C/Dが、0.1以上0.8以下である、前記[1]に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[3]前記リチウム化合物の平均粒子径をXとするとき、0.1μm≦X≦10μmである、前記[1]又は[2]に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[4]前記正極活物質層表面のレーザー顕微鏡画像における表面粗さをRとしたとき、Rが、0.5μm以上15.0μm以下である、前記[1]〜[3]のいずれかに記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[5]前記正極活物質層が、下記式(1):

Figure 2018056418
{式(1)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、そしてXとXは、それぞれ独立に、−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}、又は下記式(2):
Figure 2018056418
{式(2)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、Rは水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ又はポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基又はアリール基であり、そしてXとXは、それぞれ独立に、−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}、又は下記式(3):
Figure 2018056418
{式(3)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、RとRは、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ又はポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基又はアリール基であり、そしてXとXは、それぞれ独立に、−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}で表される1種以上の化合物を該正極物質層の単位質量当たり1.60×10−4mol/g〜300×10−4mol/g含有する、前記[1]〜[4]のいずれかに記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[6]前記正極が含む、正極活物質以外のリチウム化合物が炭酸リチウムである、前記[1]〜[5]のいずれかに記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[7]前記正極活物質層に含まれる正極活物質が、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をV1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をV2(cc/g)とするとき、0.3<V1≦0.8、及び0.5≦V2≦1.0を満たし、かつ、BET法により測定される比表面積が1,500m/g以上3,000m/g以下を示す活性炭である、前記[1]〜[6]のいずれかに記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[8]前記正極活物質層に含まれる正極活物質が、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量V1(cc/g)が0.8<V1≦2.5を満たし、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量V2(cc/g)が0.8<V2≦3.0を満たし、かつ、BET法により測定される比表面積が2,300m/g以上4,000m/g以下を示す活性炭である、前記[1]〜[6]のいずれかに記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[9]前記負極活物質のリチウムイオンのドープ量が、単位質量当たり530mAh/g以上2,500mAh/g以下である、前記[1]〜[8]のいずれかに記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[10]前記負極活物質のBET比表面積が100m/g以上1,500m/g以下である、前記[1]〜[9]のいずれかに記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[11]前記負極活物質のリチウムイオンのドープ量が、単位質量当たり50mAh/g以上700mAh/g以下である、前記[1]〜[8]のいずれかに記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[12]前記負極活物質のBET比表面積が1m/g以上50m/g以下である、前記[1]〜[8]、及び[11]のいずれかに記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[13]前記負極活物質の平均粒子径が1μm以上10μm以下である、前記[1]〜[8]、[11]、及び[12]のいずれかに記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[14]正極、負極、セパレータ、及びリチウムイオンを含む非水系電解液を備える非水系リチウム型蓄電素子であって、
該負極が、負極集電体と、該負極集電体の片面上又は両面上に設けられた、負極活物質を含む負極活物質層とを有し、該負極活物質はリチウムイオンを吸蔵・放出できる炭素材料を含み、
該正極が、正極集電体と、該正極集電体の片面上又は両面上に設けられた、活性炭からなる正極活物質を含む正極活物質層とを有し、
該正極が、正極活物質以外のリチウム化合物を含有し、
該正極単位面積当たりの該リチウム化合物由来のリチウム量をC(Ah/m)、該負極の単位面積当たりの余剰リチウムドープ量をD(Ah/m)としたとき、C/Dが0.05以上0.95以下であり、そして
該非水系リチウム型蓄電素子において、初期の常温放電内部抵抗をRa(Ω)、静電容量をF(F)としたとき、以下の:
(a)RaとFとの積Ra・Fが0.3以上3.0以下である;及び
を満たすことを特徴とする、前記非水系リチウム型蓄電素子。
[15]正極、負極、セパレータ、及びリチウムイオンを含む非水系電解液を備える非水系リチウム型蓄電素子であって、
該負極が、負極集電体と、該負極集電体の片面上又は両面上に設けられた、負極活物質を含む負極活物質層とを有し、該負極活物質はリチウムイオンを吸蔵・放出できる炭素材料を含み、
該正極が、正極集電体と、該正極集電体の片面上又は両面上に設けられた、活性炭からなる正極活物質を含む正極活物質層とを有し、
該正極が、正極活物質以外のリチウム化合物を含有し、
該正極単位面積当たりの該リチウム化合物由来のリチウム量をC(Ah/m)、該負極の単位面積当たりの余剰リチウムドープ量をD(mAh/m)としたとき、C/Dが0.05以上0.95以下であり、そして
該非水系リチウム型蓄電素子において、初期の常温放電内部抵抗をRa(Ω)、静電容量をF(F)、環境温度25℃にて、セル電圧を2.0Vから4.0Vまで、300Cのレートでの充放電サイクルを60,000回行った後の常温放電内部抵抗をRe(Ω)、サイクル試験後の蓄電素子を4.5Vの定電圧充電を1時間行った後の静電容量をFe(F)としたとき、以下の:
(g)Re/Raが0.9以上2.0以下である;及び
(h)Fe/Fが1.01以上である;
を同時に満たすことを特徴とする、前記非水系リチウム型蓄電素子。 That is, the present invention is as follows:
[1] A non-aqueous lithium storage element including a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte solution containing lithium ions,
The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material provided on one or both surfaces of the negative electrode current collector, the negative electrode active material occludes lithium ions. Containing carbon material that can be released,
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer including a positive electrode active material made of activated carbon provided on one or both surfaces of the positive electrode current collector,
The positive electrode contains a lithium compound other than the positive electrode active material, and
When the amount of lithium derived from the lithium compound per unit area of the positive electrode is C (Ah / m 2 ) and the amount of excess lithium doped per unit area of the negative electrode is D (Ah / m 2 ), C / D is 0. .05 or more and 0.95 or less, a non-aqueous lithium storage element.
[2] The non-aqueous lithium storage element according to [1], wherein the C / D is 0.1 or more and 0.8 or less.
[3] The non-aqueous lithium storage element according to [1] or [2], wherein 0.1 μm ≦ X 1 ≦ 10 μm, where X 1 is an average particle diameter of the lithium compound.
[4] When the surface roughness in the laser microscope image of the surface of the positive electrode active material layer is R, R is 0.5 μm or more and 15.0 μm or less, according to any one of [1] to [3]. Non-aqueous lithium storage element.
[5] The positive electrode active material layer has the following formula (1):
Figure 2018056418
{In Formula (1), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and X 1 and X 2 are each independently — (COO) n. (Where n is 0 or 1). } Or the following formula (2):
Figure 2018056418
{In Formula (2), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, R 2 is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or a carbon number. A mono- or polyhydroxyalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a mono- or polyhydroxyalkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or an aryl group, and X 1 and X 2 are each independently-(COO) n (where n is 0 or 1). } Or the following formula (3):
Figure 2018056418
{In Formula (3), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 and R 3 are each independently hydrogen, 10 alkyl groups, mono- or polyhydroxyalkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, alkenyl groups having 2 to 10 carbon atoms, mono- or polyhydroxyalkenyl groups having 2 to 10 carbon atoms, cycloalkyl groups having 3 to 6 carbon atoms, or An aryl group, and X 1 and X 2 are each independently — (COO) n (where n is 0 or 1). } To unit mass per 1.60 × 10 -4 mol / g~300 × 10 -4 mol / g containing positive electrode material layer of one or more compounds represented by the above [1] to [4] The non-aqueous lithium storage element according to any one of the above.
[6] The non-aqueous lithium storage element according to any one of [1] to [5], wherein the lithium compound other than the positive electrode active material included in the positive electrode is lithium carbonate.
[7] The positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer has a mesopore amount derived from pores having a diameter of 20 mm or more and 500 mm or less calculated by the BJH method as V1 (cc / g), and a diameter of 20 mm calculated by the MP method. When the amount of micropores derived from smaller pores is V2 (cc / g), it satisfies 0.3 <V1 ≦ 0.8 and 0.5 ≦ V2 ≦ 1.0, and is measured by the BET method The non-aqueous lithium storage element according to any one of the above [1] to [6], which is activated carbon having a specific surface area of 1,500 m 2 / g or more and 3,000 m 2 / g or less.
[8] The positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer has a mesopore volume V1 (cc / g) derived from pores having a diameter of 20 to 500 mm calculated by the BJH method of 0.8 <V1 ≦ 2. The specific surface area measured by the BET method when the amount of micropores V2 (cc / g) derived from pores having a diameter of less than 20 mm calculated by the MP method satisfies 0.8 <V2 ≦ 3.0. The non-aqueous lithium storage element according to any one of [1] to [6], wherein is an activated carbon exhibiting 2,300 m 2 / g or more and 4,000 m 2 / g or less.
[9] The non-aqueous lithium-type electricity storage according to any one of [1] to [8], wherein a doping amount of lithium ions of the negative electrode active material is 530 mAh / g or more and 2,500 mAh / g or less per unit mass. element.
[10] The non-aqueous lithium storage element according to any one of [1] to [9], wherein the negative electrode active material has a BET specific surface area of 100 m 2 / g or more and 1,500 m 2 / g or less.
[11] The non-aqueous lithium storage element according to any one of [1] to [8], wherein a doping amount of lithium ions of the negative electrode active material is 50 mAh / g or more and 700 mAh / g or less per unit mass.
[12] The non-aqueous lithium storage element according to any one of [1] to [8] and [11], wherein the negative electrode active material has a BET specific surface area of 1 m 2 / g or more and 50 m 2 / g or less. .
[13] The non-aqueous lithium storage element according to any one of [1] to [8], [11], and [12], in which an average particle diameter of the negative electrode active material is 1 μm or more and 10 μm or less.
[14] A non-aqueous lithium storage element comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte solution containing lithium ions,
The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material provided on one or both surfaces of the negative electrode current collector, the negative electrode active material occludes lithium ions. Containing carbon material that can be released,
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer including a positive electrode active material made of activated carbon provided on one or both surfaces of the positive electrode current collector,
The positive electrode contains a lithium compound other than the positive electrode active material,
When the amount of lithium derived from the lithium compound per unit area of the positive electrode is C (Ah / m 2 ) and the amount of excess lithium doped per unit area of the negative electrode is D (Ah / m 2 ), C / D is 0. .05 or more and 0.95 or less, and in the non-aqueous lithium storage element, when the initial room temperature discharge internal resistance is Ra (Ω) and the capacitance is F (F), the following:
(A) The product Ra · F of Ra and F is 0.3 or more and 3.0 or less; and the non-aqueous lithium storage element described above.
[15] A non-aqueous lithium storage element comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte containing lithium ions,
The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material provided on one or both surfaces of the negative electrode current collector, the negative electrode active material occludes lithium ions. Containing carbon material that can be released,
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer including a positive electrode active material made of activated carbon provided on one or both surfaces of the positive electrode current collector,
The positive electrode contains a lithium compound other than the positive electrode active material,
When the amount of lithium derived from the lithium compound per unit area of the positive electrode is C (Ah / m 2 ) and the amount of excess lithium doped per unit area of the negative electrode is D (mAh / m 2 ), C / D is 0. .05 or more and 0.95 or less, and in the non-aqueous lithium storage element, the initial room temperature discharge internal resistance is Ra (Ω), the capacitance is F (F), the environmental voltage is 25 ° C., and the cell voltage is The internal resistance of room temperature discharge after performing 60,000 charge / discharge cycles at a rate of 300 C from 2.0 V to 4.0 V is Re (Ω), and the storage element after the cycle test is charged at a constant voltage of 4.5 V When the electrostatic capacity after performing for 1 hour is Fe (F), the following:
(G) Re / Ra is 0.9 or more and 2.0 or less; and (h) Fe / F is 1.01 or more;
The non-aqueous lithium storage element is characterized by satisfying the above simultaneously.

本発明の非水系リチウム型蓄電素子は、リチウム化合物を含む正極を使用していても、優れた高付加充放電サイクル特性を有する。   The non-aqueous lithium storage element of the present invention has excellent high addition charge / discharge cycle characteristics even when a positive electrode containing a lithium compound is used.

以下、本発明の実施形態につき詳細に説明する。
非水系リチウム型蓄電素子は一般に、正極、負極、セパレータ、電解液、及び外装体を主な構成要素とする。電解液としては、リチウム塩を溶解させた有機溶媒(以下、非水系電解液という。)を用いる。
[正極]
正極は、正極集電体と、その片面又は両面に存在する正極活物質層とを有する。
また、正極は、蓄電素子組み立て前の正極前駆体として、リチウム化合物を含むことが好ましい。後述のように、本実施形態では蓄電素子組み立て工程内で、負極にリチウムイオンをプレドープすることが好ましいが、そのプレドープ方法としては、前記リチウム化合物を含む正極前駆体、負極、セパレータ、外装体、及び非水系電解液を用いて蓄電素子を組み立てた後に、正極前駆体と負極との間に電圧を印加することが好ましい。前記リチウム化合物は前記正極前駆体の正極集電体上に形成された正極活物質層に含有されることが好ましい。
本明細書中、リチウムドープ工程前における正極状態のことを正極前駆体、リチウムドープ工程後における正極状態のことを正極と定義する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
In general, a non-aqueous lithium-type energy storage device mainly includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, an electrolytic solution, and an outer package. As the electrolytic solution, an organic solvent in which a lithium salt is dissolved (hereinafter referred to as a non-aqueous electrolytic solution) is used.
[Positive electrode]
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer present on one side or both sides thereof.
Moreover, it is preferable that a positive electrode contains a lithium compound as a positive electrode precursor before an electrical storage element assembly. As will be described later, in this embodiment, it is preferable that the negative electrode is pre-doped with lithium ions in the power storage element assembly step. In addition, it is preferable to apply a voltage between the positive electrode precursor and the negative electrode after assembling the electricity storage device using the non-aqueous electrolyte. The lithium compound is preferably contained in a positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector of the positive electrode precursor.
In this specification, the positive electrode state before the lithium doping step is defined as the positive electrode precursor, and the positive electrode state after the lithium doping step is defined as the positive electrode.

[正極活物質層]
前記正極に含まれる正極活物質層は、活性炭を含む正極活物質を含有する。正極活物質層は、これ以外に、必要に応じて、導電性フィラー、結着剤、分散安定剤等の任意成分を含んでいてもよい。
また、正極前駆体の正極活物質層には、正極活物質以外のリチウム化合物が含有されることが好ましい。
[正極活物質]
正極活物質は、活性炭を含む。正極活物質としては、活性炭のみを使用してもよく、又は活性炭に加えて、後述するような他の炭素材料を併用してもよい。この炭素材料としては、カーボンナノチューブ、導電性高分子、又は多孔性の炭素材料を使用することがより好ましい。正極活物質には、活性炭を含む1種類以上の炭素材料を混合して使用してもよく、炭素材料以外の材料(例えば、リチウムと遷移金属との複合酸化物等)を含んでもよい。
好ましくは該正極活物質の総量に対する該炭素材料の含有率が50質量%以上であり、より好ましくは70質量%以上である。該炭素材料の含有率が100質量%であることができるが、他の材料の併用による効果を良好に得る観点から、例えば、90質量%以下であることが好ましく、80質量%以下であってもよい。
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer included in the positive electrode contains a positive electrode active material containing activated carbon. In addition to this, the positive electrode active material layer may contain optional components such as a conductive filler, a binder, and a dispersion stabilizer as necessary.
The positive electrode active material layer of the positive electrode precursor preferably contains a lithium compound other than the positive electrode active material.
[Positive electrode active material]
The positive electrode active material includes activated carbon. As the positive electrode active material, only activated carbon may be used, or other carbon materials as described later may be used in combination with activated carbon. As this carbon material, it is more preferable to use a carbon nanotube, a conductive polymer, or a porous carbon material. As the positive electrode active material, one or more kinds of carbon materials including activated carbon may be mixed and used, or a material other than the carbon material (for example, a composite oxide of lithium and a transition metal) may be included.
Preferably, the content of the carbon material with respect to the total amount of the positive electrode active material is 50% by mass or more, and more preferably 70% by mass or more. The content of the carbon material can be 100% by mass, but from the viewpoint of obtaining the effect of using other materials in combination, for example, the content is preferably 90% by mass or less, and 80% by mass or less. Also good.

正極活物質として用いる活性炭の種類及びその原料には特に制限はないが、高い入出力特性と、高いエネルギー密度とを両立させるために、活性炭の細孔を最適に制御することが好ましい。具体的には、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をV1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をV2(cc/g)とするとき、
(1)高い入出力特性のためには、0.3<V1≦0.8、及び0.5≦V2≦1.0を満たし、かつ、BET法により測定される比表面積が1,500m/g以上3,000m/g以下である活性炭(以下、活性炭1ともいう。)が好ましく、又は
(2)高いエネルギー密度を得るためには、0.8<V1≦2.5、及び0.8<V2≦3.0を満たし、かつ、BET法により測定される比表面積が2,300m/g以上4,000m/g以下である活性炭(以下、活性炭2ともいう。)が好ましい。
There are no particular limitations on the type of activated carbon used as the positive electrode active material and its raw material, but it is preferable to optimally control the pores of the activated carbon in order to achieve both high input / output characteristics and high energy density. Specifically, the amount of mesopores derived from pores having a diameter of 20 to 500 mm calculated by the BJH method is V1 (cc / g), and the amount of micropores derived from pores having a diameter of less than 20 mm calculated by the MP method is calculated. When V2 (cc / g)
(1) For high input / output characteristics, 0.3 <V1 ≦ 0.8 and 0.5 ≦ V2 ≦ 1.0 are satisfied, and the specific surface area measured by the BET method is 1,500 m 2. / G or more and 3,000 m 2 / g or less of activated carbon (hereinafter also referred to as activated carbon 1) is preferable, or (2) 0.8 <V1 ≦ 2.5 and 0 in order to obtain a high energy density. And activated carbon (hereinafter also referred to as activated carbon 2) satisfying .8 <V2 ≦ 3.0 and having a specific surface area measured by the BET method of 2,300 m 2 / g to 4,000 m 2 / g. .

以下、活性炭1と活性炭2について説明する。
[活性炭1]
活性炭1のメソ孔量V1は、蓄電素子に組み込んだときの入出力特性を大きくする点で、0.3cc/gより大きい値であることが好ましい。他方、正極の嵩密度の低下を抑える点から、0.8cc/g以下であることが好ましい。上記V1は、より好ましくは0.35cc/g以上0.7cc/g以下、更に好ましくは0.4cc/g以上0.6cc/g以下である。
活性炭1のマイクロ孔量V2は、活性炭の比表面積を大きくし、容量を増加させるために、0.5cc/g以上であることが好ましい。他方、活性炭の嵩を抑え、電極としての密度を増加させ、単位体積当たりの容量を増加させるという点から、1.0cc/g以下であることが好ましい。上記V2は、より好ましくは0.6cc/g以上1.0cc/g以下、更に好ましくは0.8cc/g以上1.0cc/g以下である。尚、下限と上限の組み合わせは任意のものであることができる。
Hereinafter, the activated carbon 1 and the activated carbon 2 will be described.
[Activated carbon 1]
The mesopore amount V1 of the activated carbon 1 is preferably a value larger than 0.3 cc / g from the viewpoint of increasing the input / output characteristics when incorporated in the energy storage device. On the other hand, it is preferably 0.8 cc / g or less from the viewpoint of suppressing a decrease in the bulk density of the positive electrode. V1 is more preferably 0.35 cc / g or more and 0.7 cc / g or less, and further preferably 0.4 cc / g or more and 0.6 cc / g or less.
The micropore amount V2 of the activated carbon 1 is preferably 0.5 cc / g or more in order to increase the specific surface area of the activated carbon and increase the capacity. On the other hand, it is preferably 1.0 cc / g or less from the viewpoint of suppressing the bulk of the activated carbon, increasing the density as an electrode, and increasing the capacity per unit volume. V2 is more preferably 0.6 cc / g or more and 1.0 cc / g or less, and further preferably 0.8 cc / g or more and 1.0 cc / g or less. The combination of the lower limit and the upper limit can be arbitrary.

マイクロ孔量V2に対するメソ孔量V1の比(V1/V2)は、0.3≦V1/V2≦0.9の範囲であることが好ましい。すなわち、高容量を維持しながら出力特性の低下を抑えることができる程度に、マイクロ孔量に対するメソ孔量の割合を大きくするという点から、V1/V2が0.3以上であることが好ましい。他方、高出力特性を維持しながら容量の低下を抑えることができる程度に、メソ孔量に対するマイクロ孔量の割合を大きくするという点から、V1/V2は0.9以下であることが好ましく、より好ましいV1/V2の範囲は0.4≦V1/V2≦0.7、更に好ましいV1/V2の範囲は0.55≦V1/V2≦0.7である。尚、下限と上限の組み合わせは任意のものであることができる。   The ratio of the mesopore volume V1 to the micropore volume V2 (V1 / V2) is preferably in the range of 0.3 ≦ V1 / V2 ≦ 0.9. That is, it is preferable that V1 / V2 is 0.3 or more from the viewpoint of increasing the ratio of the mesopore amount to the micropore amount to such an extent that a decrease in output characteristics can be suppressed while maintaining a high capacity. On the other hand, V1 / V2 is preferably 0.9 or less from the viewpoint of increasing the ratio of the micropore amount to the mesopore amount to such an extent that the decrease in capacity can be suppressed while maintaining high output characteristics. A more preferable range of V1 / V2 is 0.4 ≦ V1 / V2 ≦ 0.7, and a more preferable range of V1 / V2 is 0.55 ≦ V1 / V2 ≦ 0.7. The combination of the lower limit and the upper limit can be arbitrary.

活性炭1の平均細孔径は、得られる蓄電素子の出力を最大にする点から、17Å以上であることが好ましく、18Å以上であることがより好ましく、20Å以上であることが最も好ましい。また、容量を最大にする点から、活性炭1の平均細孔径は25Å以下であることが好ましい。
活性炭1のBET比表面積は、1,500m/g以上3,000m/g以下であることが好ましく、1,500m/g以上2,500m/g以下であることがより好ましい。BET比表面積が1,500m/g以上の場合には、良好なエネルギー密度が得られ易く、他方、BET比表面積が3,000m/g以下の場合には、電極の強度を保つためにバインダーを多量に入れる必要がないので、電極体積当たりの性能が高くなる。尚、下限と上限の組み合わせは任意のものであることができる。
The average pore diameter of the activated carbon 1 is preferably 17 mm or more, more preferably 18 mm or more, and most preferably 20 mm or more from the viewpoint of maximizing the output of the obtained electricity storage device. Moreover, it is preferable that the average pore diameter of the activated carbon 1 is 25 mm or less from the point of maximizing the capacity.
BET specific surface area of the activated carbon 1 is preferably from 1,500 m 2 / g or more 3,000 m 2 / g, more preferably not more than 1,500 m 2 / g or more 2,500 m 2 / g. When the BET specific surface area is 1,500 m 2 / g or more, good energy density is easily obtained. On the other hand, when the BET specific surface area is 3,000 m 2 / g or less, the strength of the electrode is maintained. Since there is no need to add a large amount of binder, the performance per electrode volume is increased. The combination of the lower limit and the upper limit can be arbitrary.

上記のような特徴を有する活性炭1は、例えば、以下に説明する原料及び処理方法を用いて得ることができる。
本実施形態では、活性炭1の原料として用いられる炭素源は、特に限定されるものではない。例えば、木材、木粉、ヤシ殻、パルプ製造時の副産物、バガス、廃糖蜜等の植物系原料;泥炭、亜炭、褐炭、瀝青炭、無煙炭、石油蒸留残渣成分、石油ピッチ、コークス、コールタール等の化石系原料;フェノール樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、レゾルシノール樹脂、セルロイド、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等の各種合成樹脂;ポリブチレン、ポリブタジエン、ポリクロロプレン等の合成ゴム;その他の合成木材、合成パルプ等、及びこれらの炭化物が挙げられる。これらの原料の中でも、量産対応及びコストの観点から、ヤシ殻、木粉等の植物系原料、及びそれらの炭化物が好ましく、ヤシ殻炭化物が特に好ましい。
これらの原料を上記活性炭1とするための炭化及び賦活の方式としては、例えば、固定床方式、移動床方式、流動床方式、スラリー方式、ロータリーキルン方式等の既知の方式を採用できる。
これらの原料の炭化方法としては、窒素、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴン、キセノン、ネオン、一酸化炭素、燃焼排ガス等の不活性ガス、又はこれらの不活性ガスを主成分とした他のガスとの混合ガスを使用して、400〜700℃(好ましくは450〜600℃)程度において、30分〜10時間程度に亘って焼成する方法が挙げられる。
The activated carbon 1 having the above-described features can be obtained using, for example, the raw materials and processing methods described below.
In this embodiment, the carbon source used as a raw material of the activated carbon 1 is not particularly limited. For example, plant materials such as wood, wood flour, coconut husk, pulp by-product, bagasse, molasses, etc .; peat, lignite, lignite, bituminous coal, anthracite, petroleum distillation residue components, petroleum pitch, coke, coal tar, etc. Fossil-based raw materials; various synthetic resins such as phenol resin, vinyl chloride resin, vinyl acetate resin, melamine resin, urea resin, resorcinol resin, celluloid, epoxy resin, polyurethane resin, polyester resin, polyamide resin; polybutylene, polybutadiene, polychloroprene, etc. Synthetic rubber, other synthetic wood, synthetic pulp and the like, and carbides thereof. Among these raw materials, from the viewpoint of mass production and cost, plant raw materials such as coconut shells and wood flour, and their carbides are preferable, and coconut shell carbides are particularly preferable.
As a carbonization and activation method for making these raw materials into the activated carbon 1, known methods such as a fixed bed method, a moving bed method, a fluidized bed method, a slurry method, and a rotary kiln method can be employed.
As a carbonization method of these raw materials, nitrogen, carbon dioxide, helium, argon, xenon, neon, carbon monoxide, an exhaust gas such as combustion exhaust gas, or other gases mainly composed of these inert gases. The method of baking for about 30 minutes-about 10 hours at about 400-700 degreeC (preferably 450-600 degreeC) using mixed gas is mentioned.

上記炭化方法により得られた炭化物の賦活方法としては、水蒸気、二酸化炭素、酸素等の賦活ガスを用いて焼成するガス賦活法が好ましく用いられる。このうち、賦活ガスとして、水蒸気又は二酸化炭素を使用する方法が好ましい。
この賦活方法では、賦活ガスを0.5〜3.0kg/h(好ましくは0.7〜2.0kg/h)の割合で供給しながら、上記炭化物を3〜12時間(好ましくは5〜11時間、更に好ましくは6〜10時間)かけて800〜1,000℃まで昇温して賦活するのが好ましい。
更に、上記炭化物の賦活処理に先立ち、予め上記炭化物を1次賦活してもよい。この1次賦活では、通常、炭素材料を水蒸気、二酸化炭素、酸素等の賦活ガスを用いて、900℃未満の温度で焼成してガス賦活する方法が、好ましく採用できる。
上記炭化方法における焼成温度及び焼成時間と、上記賦活方法における賦活ガス供給量、昇温速度及び最高賦活温度とを適宜組み合わせることにより、本実施形態において使用できる、上記の特徴を有する活性炭1を製造することができる。
As a method for activating the carbide obtained by the carbonization method, a gas activation method in which firing is performed using an activation gas such as water vapor, carbon dioxide, or oxygen is preferably used. Among these, a method using water vapor or carbon dioxide as the activation gas is preferable.
In this activation method, the carbide is supplied for 3 to 12 hours (preferably 5 to 11) while supplying the activation gas at a rate of 0.5 to 3.0 kg / h (preferably 0.7 to 2.0 kg / h). It is preferable to activate by heating to 800 to 1,000 ° C. over a period of time, more preferably 6 to 10 hours.
Furthermore, prior to the activation treatment of the carbide, the carbide may be activated in advance. In this primary activation, a method of gas activation by firing a carbon material at a temperature of less than 900 ° C. using an activation gas such as water vapor, carbon dioxide, oxygen or the like can be preferably employed.
By appropriately combining the firing temperature and firing time in the carbonization method with the activation gas supply amount, the heating rate and the maximum activation temperature in the activation method, the activated carbon 1 having the above characteristics that can be used in the present embodiment is manufactured. can do.

活性炭1の平均粒子径は、2〜20μmであることが好ましい。
上記平均粒子径が2μm以上であると、活物質層の密度が高いために電極体積当たりの容量が高くなる傾向がある。ここで、平均粒子径が小さいと耐久性が低いという欠点を招来する場合があるが、平均粒子径が2μm以上であればそのような欠点が生じ難い。他方、平均粒子径が20μm以下であると、高速充放電には適合し易くなる傾向がある。上記平均粒子径は、より好ましくは2〜15μmであり、更に好ましくは3〜10μmである。上記平均粒子径の範囲の上限と下限は、任意に組み合わせることができる。
The average particle diameter of the activated carbon 1 is preferably 2 to 20 μm.
When the average particle size is 2 μm or more, the capacity per electrode volume tends to be high because the density of the active material layer is high. Here, if the average particle size is small, there may be a drawback that the durability is low. However, if the average particle size is 2 μm or more, such a defect hardly occurs. On the other hand, when the average particle size is 20 μm or less, it tends to be easily adapted to high-speed charge / discharge. The average particle diameter is more preferably 2 to 15 μm, still more preferably 3 to 10 μm. The upper limit and the lower limit of the range of the average particle diameter can be arbitrarily combined.

[活性炭2]
活性炭2のメソ孔量V1は、蓄電素子に組み込んだときの出力特性を大きくする観点から、0.8cc/gより大きい値であることが好ましい。他方、V1は、蓄電素子の容量の低下を抑える観点から、2.5cc/g以下であることが好ましい。上記V1は、より好ましくは1.00cc/g以上2.0cc/g以下、さらに好ましくは、1.2cc/g以上1.8cc/g以下である。
[Activated carbon 2]
The mesopore amount V1 of the activated carbon 2 is preferably a value larger than 0.8 cc / g from the viewpoint of increasing the output characteristics when incorporated in the energy storage device. On the other hand, V1 is preferably 2.5 cc / g or less from the viewpoint of suppressing a decrease in the capacity of the power storage element. V1 is more preferably from 1.00 cc / g to 2.0 cc / g, and still more preferably from 1.2 cc / g to 1.8 cc / g.

活性炭2のマイクロ孔量V2は、活性炭の比表面積を大きくし、容量を増加させるために、0.8cc/gより大きい値であることが好ましい。他方、V2は、活性炭の電極としての密度を増加させ、単位体積当たりの容量を増加させるという観点から、3.0cc/g以下であることが好ましい。上記V2は、より好ましくは1.0cc/gより大きく2.5cc/g以下、更に好ましくは1.5cc/g以上2.5cc/g以下である。
上述したメソ孔量及びマイクロ孔量を有する活性炭2は、従来の電気二重層キャパシタ又はリチウムイオンキャパシタ用として使用されていた活性炭よりもBET比表面積が高いものである。活性炭2のBET比表面積の具体的な値としては、2,300m/g以上4,000m/g以下であることが好ましい。BET比表面積の下限としては、3,000m/g以上であることがより好ましく、3,200m/g以上であることが更に好ましい。他方、BET比表面積の上限としては、3,800m/g以下であることがより好ましい。BET比表面積が2,300m/g以上の場合には、良好なエネルギー密度が得られ易く、他方、BET比表面積が4,000m/g以下の場合には、電極の強度を保つためにバインダーを多量に入れる必要がないので、電極体積当たりの性能が高くなる。
尚、活性炭2のV1、V2及びBET比表面積については、それぞれ上記で説明された好適な範囲の上限と下限を、任意に組み合わせることができる。
The micropore amount V2 of the activated carbon 2 is preferably larger than 0.8 cc / g in order to increase the specific surface area of the activated carbon and increase the capacity. On the other hand, V2 is preferably 3.0 cc / g or less from the viewpoint of increasing the density of the activated carbon as an electrode and increasing the capacity per unit volume. V2 is more preferably greater than 1.0 cc / g and not greater than 2.5 cc / g, and still more preferably not less than 1.5 cc / g and not greater than 2.5 cc / g.
The activated carbon 2 having the above-described mesopore size and micropore size has a higher BET specific surface area than activated carbon used for conventional electric double layer capacitors or lithium ion capacitors. The specific value of the BET specific surface area of the activated carbon 2 is preferably 2,300 m 2 / g or more and 4,000 m 2 / g or less. The lower limit of the BET specific surface area is more preferably 3,000 m 2 / g or more, and further preferably 3,200 m 2 / g or more. On the other hand, the upper limit of the BET specific surface area is more preferably 3,800 m 2 / g or less. When the BET specific surface area is 2,300 m 2 / g or more, a good energy density is easily obtained. On the other hand, when the BET specific surface area is 4,000 m 2 / g or less, the strength of the electrode is maintained. Since there is no need to add a large amount of binder, the performance per electrode volume is increased.
In addition, about V1, V2, and BET specific surface area of activated carbon 2, the upper limit and lower limit of the suitable range demonstrated above can be combined arbitrarily, respectively.

上記のような特徴を有する活性炭2は、例えば、以下に説明するような原料及び処理方法を用いて得ることができる。
活性炭2の原料として用いられる炭素源としては、通常活性炭原料として用いられる炭素源であれば特に限定されるものではなく、例えば、木材、木粉、ヤシ殻等の植物系原料;石油ピッチ、コークス等の化石系原料;フェノール樹脂、フラン樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、レゾルシノール樹脂等の各種合成樹脂等が挙げられる。これらの原料の中でも、フェノール樹脂、及びフラン樹脂は、高比表面積の活性炭を作製するのに適しており特に好ましい。
これらの原料を炭化する方式、或いは賦活処理時の加熱方法としては、例えば、固定床方式、移動床方式、流動床方式、スラリー方式、ロータリーキルン方式等の公知の方式が挙げられる。加熱時の雰囲気は窒素、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス、又はこれらの不活性ガスを主成分として他のガスとの混合したガスが用いられる。炭化温度は400〜700℃(下限について、好ましくは450℃以上、更に好ましくは500℃以上。上限について、好ましくは650℃以下)程度で0.5〜10時間程度焼成することが好ましい。
The activated carbon 2 having the characteristics as described above can be obtained by using, for example, raw materials and processing methods as described below.
The carbon source used as a raw material for the activated carbon 2 is not particularly limited as long as it is a carbon source that is usually used as a raw material for activated carbon. Fossil-based raw materials such as phenol resins, furan resins, vinyl chloride resins, vinyl acetate resins, melamine resins, urea resins, resorcinol resins and the like. Among these raw materials, phenol resin and furan resin are particularly preferable because they are suitable for producing activated carbon having a high specific surface area.
Examples of the method for carbonizing these raw materials or the heating method during the activation treatment include known methods such as a fixed bed method, a moving bed method, a fluidized bed method, a slurry method, and a rotary kiln method. The atmosphere at the time of heating is an inert gas such as nitrogen, carbon dioxide, helium, or argon, or a gas mixed with other gases containing these inert gases as a main component. The carbonization temperature is preferably about 400 to 700 ° C. (for the lower limit, preferably 450 ° C. or more, more preferably 500 ° C. or more, preferably about 650 ° C. or less for the upper limit) for about 0.5 to 10 hours.

上記炭化処理後の炭化物の賦活方法としては、水蒸気、二酸化炭素、酸素等の賦活ガスを用いて焼成するガス賦活法、及びアルカリ金属化合物と混合した後に加熱処理を行うアルカリ金属賦活法があるが、高比表面積の活性炭を作製するにはアルカリ金属賦活法が好ましい。
この賦活方法では、炭化物とKOH、NaOH等のアルカリ金属化合物との質量比が1:1以上(アルカリ金属化合物の量が、炭化物の量と同じかこれよりも多い量)となるように混合した後に、不活性ガス雰囲気下で600〜900℃(好ましくは650℃〜850℃)の範囲において、0.5〜5時間加熱を行い、その後アルカリ金属化合物を酸及び水により洗浄除去し、更に乾燥を行う。
炭化物とアルカリ金属化合物の質量比(=炭化物:アルカリ金属化合物)は1:1以上が好ましいことを先記したが、アルカリ金属化合物の量が増えるほど、メソ孔量が増えるが、質量比1:3.5付近を境に急激に孔量が増える傾向があるので、質量比は1:3よりアルカリ金属化合物が増えることが好ましく、1:5.5以下であることが好ましい。質量比はアルカリ金属化合物が増えるほど孔量が大きくなるが、その後の洗浄等の処理効率を考慮すると上記範囲であることが好ましい。
尚、マイクロ孔量を大きくし、メソ孔量を大きくしないためには、賦活する際に炭化物の量を多めにしてKOHと混合するとよい。マイクロ孔量及びメソ孔量の双方を大きくするためには、KOHの量を多めに使用するとよい。また、主としてメソ孔量を大きくするためには、アルカリ賦活処理を行った後に水蒸気賦活を行うことが好ましい。
活性炭2の平均粒子径は2μm以上20μm以下であることが好ましく、より好ましくは3μm以上10μm以下である。
As the activation method of the carbide after the carbonization treatment, there are a gas activation method in which firing is performed using an activation gas such as water vapor, carbon dioxide, oxygen, and an alkali metal activation method in which heat treatment is performed after mixing with an alkali metal compound. In order to produce activated carbon having a high specific surface area, an alkali metal activation method is preferred.
In this activation method, mixing was performed so that the mass ratio of the carbide to the alkali metal compound such as KOH or NaOH was 1: 1 or more (the amount of the alkali metal compound was the same as or greater than the amount of the carbide). Thereafter, heating is performed in the range of 600 to 900 ° C. (preferably 650 to 850 ° C.) in an inert gas atmosphere for 0.5 to 5 hours, and then the alkali metal compound is washed and removed with an acid and water, followed by drying. I do.
As described above, the mass ratio of the carbide to the alkali metal compound (= carbide: alkali metal compound) is preferably 1: 1 or more. However, as the amount of the alkali metal compound increases, the amount of mesopores increases. Since the amount of pores tends to increase sharply around 3.5, the mass ratio is preferably more alkali metal compounds than 1: 3, more preferably 1: 5.5 or less. As the mass ratio increases, the amount of pores increases as the number of alkali metal compounds increases.
In order to increase the amount of micropores and not increase the amount of mesopores, a larger amount of carbide may be mixed with KOH when activated. In order to increase both the amount of micropores and the amount of mesopores, a larger amount of KOH may be used. In order to mainly increase the amount of mesopores, it is preferable to perform water vapor activation after alkali activation treatment.
The average particle diameter of the activated carbon 2 is preferably 2 μm or more and 20 μm or less, and more preferably 3 μm or more and 10 μm or less.

[活性炭の使用態様]
活性炭1及び2は、それぞれ、1種の活性炭であってもよいし、2種以上の活性炭の混合物であって上記した各々の特性値を混合物全体として示すものであってもよい。
上記の活性炭1及び2は、これらのうちのいずれか一方を選択して使用してもよいし、両者を混合して使用してもよい。
正極活物質は、活性炭1及び2以外の材料(例えば、前記特定のV1及び/若しくはV2を有さない活性炭、又は活性炭以外の材料(例えば、リチウムと遷移金属との複合酸化物等))を含んでもよい。例示の態様において、活性炭1の含有量、又は活性炭2の含有量、又は活性炭1及び2の合計含有量が、それぞれ、全正極活物質の50質量%より多いことが好ましく、70質量%以上がより好ましく、90質量%以上が更に好ましく、100質量%であることが最も好ましい。
正極活物質層における正極活物質の含有割合は、正極前駆体における正極活物質層の全質量を基準として、35質量%以上95質量%以下であることが好ましい。正極活物質の含有割合の上限としては、45質量%以上であることがより好ましく、55質量%以上であることがさらに好ましい。他方、正極活物質の含有割合の下限としては、90質量%以下であることがより好ましく、80質量%以下であることが更に好ましい。この範囲の含有割合とすることにより、好適な充放電特性を発揮する。
[Usage of activated carbon]
Each of the activated carbons 1 and 2 may be one type of activated carbon, or a mixture of two or more types of activated carbon, and each characteristic value described above may be shown as the entire mixture.
Said activated carbon 1 and 2 may select and use any one of these, and may mix and use both.
The positive electrode active material is a material other than activated carbon 1 and 2 (for example, activated carbon not having the specific V1 and / or V2, or a material other than activated carbon (for example, a composite oxide of lithium and a transition metal)). May be included. In the illustrated embodiment, the content of the activated carbon 1, or the content of the activated carbon 2, or the total content of the activated carbons 1 and 2, is preferably more than 50% by mass of the total positive electrode active material, and 70% by mass or more. More preferably, it is more preferably 90% by mass or more, and most preferably 100% by mass.
The content ratio of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is preferably 35% by mass or more and 95% by mass or less based on the total mass of the positive electrode active material layer in the positive electrode precursor. As an upper limit of the content rate of a positive electrode active material, it is more preferable that it is 45 mass% or more, and it is further more preferable that it is 55 mass% or more. On the other hand, as a minimum of the content rate of a positive electrode active material, it is more preferable that it is 90 mass% or less, and it is still more preferable that it is 80 mass% or less. By setting the content ratio in this range, suitable charge / discharge characteristics are exhibited.

[リチウム化合物]
本実施形態の正極前駆体の正極活物質層には、正極活物質以外のリチウム化合物が含有されることが好ましい。また、本実施形態の正極の正極活物質層には、正極活物質以外のリチウム化合物が含有される。
前記リチウム化合物としては、後述のリチウムドープ工程において正極で分解し、リチウムイオンを放出することが可能である、炭酸リチウム、酸化リチウム、水酸化リチウム、フッ化リチウム、塩化リチウム、シュウ化リチウム、ヨウ化リチウム、窒化リチウム、シュウ酸リチウム、及び酢酸リチウムから選択される1種以上が好適に用いられる。中でも、炭酸リチウム、酸化リチウム、及び水酸化リチウムがより好適であり、空気中での取り扱いが可能であり、かつ吸湿性が低いという観点から炭酸リチウムがさらに好適に用いられる。このようなリチウム化合物は、電圧の印加によって分解し、負極へのリチウムドープのドーパント源として機能するとともに、正極活物質層において空孔を形成するから、電解液の保持性に優れ、イオン伝導性に優れる正極を形成することができる。
[Lithium compounds]
The positive electrode active material layer of the positive electrode precursor of this embodiment preferably contains a lithium compound other than the positive electrode active material. Moreover, the positive electrode active material layer of the positive electrode of this embodiment contains lithium compounds other than the positive electrode active material.
Examples of the lithium compound include lithium carbonate, lithium oxide, lithium hydroxide, lithium fluoride, lithium chloride, lithium oxalate, iodine, which can be decomposed at the positive electrode in the lithium doping step described later and release lithium ions. One or more selected from lithium fluoride, lithium nitride, lithium oxalate, and lithium acetate are preferably used. Among these, lithium carbonate, lithium oxide, and lithium hydroxide are more preferable, and lithium carbonate is more preferably used from the viewpoint that it can be handled in the air and has low hygroscopicity. Such a lithium compound is decomposed by the application of a voltage, functions as a lithium-doped dopant source for the negative electrode, and forms vacancies in the positive electrode active material layer, so that it has excellent electrolyte retention and ion conductivity. Can be formed.

[正極前駆体のリチウム化合物]
リチウム化合物は、粒子状であることが好ましい。正極前駆体に含有されるリチウム化合物の平均粒子径は0.1μm以上100μm以下であることが好ましい。正極前駆体に含有されるリチウム化合物の平均粒子径の上限としては50μm以下であることがより好ましく、20μm以下であることが更に好ましく、10μm以下であることが最も好ましい。他方、正極前駆体に含有されるリチウム化合物の平均粒子径の下限としては0.3μm以上であることがより好ましく、0.5μm以上であることが更に好ましい。リチウム化合物の平均粒子径が0.1μm以上であれば、正極におけるリチウム化合物の酸化反応後に残る空孔が電解液を保持するのに十分な容積を有することとなるため、高負荷充放電特性が向上する。リチウム化合物の平均粒子径が100μm以下であれば、リチウム化合物の表面積が過度に小さくはならないから、該リチウム化合物の酸化反応の速度を確保することができる。リチウム化合物の平均粒子径の範囲の上限と下限は、任意に組み合わせることができる。
リチウム化合物の微粒子化には、様々な方法を用いることができる。例えば、ボールミル、ビーズミル、リングミル、ジェットミル、ロッドミル等の粉砕機を使用することができる。
[Lithium compound of positive electrode precursor]
The lithium compound is preferably particulate. The average particle size of the lithium compound contained in the positive electrode precursor is preferably 0.1 μm or more and 100 μm or less. The upper limit of the average particle size of the lithium compound contained in the positive electrode precursor is more preferably 50 μm or less, further preferably 20 μm or less, and most preferably 10 μm or less. On the other hand, the lower limit of the average particle size of the lithium compound contained in the positive electrode precursor is more preferably 0.3 μm or more, and further preferably 0.5 μm or more. If the average particle size of the lithium compound is 0.1 μm or more, the vacancies remaining after the oxidation reaction of the lithium compound in the positive electrode have a sufficient volume to hold the electrolytic solution. improves. When the average particle size of the lithium compound is 100 μm or less, the surface area of the lithium compound does not become excessively small, so that the speed of the oxidation reaction of the lithium compound can be ensured. The upper limit and the lower limit of the range of the average particle diameter of the lithium compound can be arbitrarily combined.
Various methods can be used for micronization of the lithium compound. For example, a pulverizer such as a ball mill, a bead mill, a ring mill, a jet mill, or a rod mill can be used.

正極前駆体の正極活物質層におけるリチウム化合物の含有割合は、正極前駆体における正極活物質層の全質量を基準として、5質量%以上60質量%以下であることが好ましく、10質量%以上50質量%以下であることがより好ましい。この範囲の含有割合とすることにより、負極へのドーパント源として好適な機能を発揮するとともに、正極に適当な程度の多孔性を付与することができ、両者相俟って高負荷充放電効率に優れる蓄電素子を与えることができ、好ましい。この含有割合の範囲の上限と下限は、任意に組み合わせることができる。   The content ratio of the lithium compound in the positive electrode active material layer of the positive electrode precursor is preferably 5% by mass or more and 60% by mass or less, preferably 10% by mass or more and 50% by mass or less, based on the total mass of the positive electrode active material layer in the positive electrode precursor. It is more preferable that the amount is not more than mass%. By setting the content ratio in this range, while exhibiting a suitable function as a dopant source for the negative electrode, it is possible to impart an appropriate degree of porosity to the positive electrode, and in combination with both, high load charge / discharge efficiency is achieved. An excellent power storage element can be provided, which is preferable. The upper limit and the lower limit of the content ratio range can be arbitrarily combined.

[正極のリチウム化合物]
正極は、正極活物質以外のリチウム化合物を含有する。正極が含有する、正極活物質以外のリチウム化合物の平均粒子径をXとするとき、0.1μm≦X≦10μmであることが好ましく、より好ましくは、0.5μm≦X≦5μmである。Xが0.1μm以上の場合、高負荷充放電サイクルで生成するフッ素イオンを吸着することにより高負荷充放電サイクル特性が向上する。他方、Xが10μm以下の場合、高負荷充放電サイクルで生成するフッ素イオンとの反応面積が増加するため、フッ素イオンの吸着を効率良く行うことができる。
[Lithium compound of positive electrode]
The positive electrode contains a lithium compound other than the positive electrode active material. The positive electrode contains, the average particle diameter of the lithium compound other than the positive electrode active material when the X 1, preferably from 0.1μm ≦ X 1 ≦ 10μm, more preferably, at 0.5μm ≦ X 1 ≦ 5μm is there. When X 1 is more than 0.1 [mu] m, high-load charge-discharge cycle characteristics are improved by adsorbing the fluorine ions generated by the high-load charging and discharging cycles. On the other hand, when X 1 is a 10μm or less, since the reaction area with the fluorine ions generated by the high-load charging and discharging cycles increases, it is possible to efficiently adsorb the fluorine ions.

本実施形態では、正極が片面あたりに含有する、正極活物質以外のリチウム化合物中のリチウム量を、正極単位面積を基準としてC(Ah/m)、該負極の片面あたりの余剰リチウムドープ量を、負極単位面積を基準としてD(Ah/m)としたとき、C/Dが0.05以上0.95以下であることを特徴とし、C/Dが0.1以上0.8以下であることが好ましい。C/Dが0.05以上であると、充放電サイクル劣化後に再充電することによって、負極にリチウムイオンを追加ドープし、劣化した容量を回復させることが可能である。また、高温環境下において生成するフッ素イオン等の活性生成物をトラップするのに、十分な量のリチウム化合物が存在するため、負極上での電解液溶媒の分解反応が抑制され、高温耐久性が向上する。他方、C/Dが0.95以下であると、高負荷充放電サイクルを行った場合に生じるLi析出が抑制されるため、サイクル耐久性が良好である。また、充放電サイクル後にLi析出によって、自己放電係数が上昇することもない。また、正極活物質間の電子伝導性がリチウム化合物により阻害されることが比較的小さいため、高い入出力特性を示す。尚、下限と上限の組み合わせは任意のものであることができる。 In the present embodiment, the amount of lithium in the lithium compound other than the positive electrode active material that the positive electrode contains on one side is C (Ah / m 2 ) on the basis of the positive electrode unit area, and the excess lithium doping amount per one side of the negative electrode Is D (Ah / m 2 ) based on the negative electrode unit area, C / D is 0.05 or more and 0.95 or less, and C / D is 0.1 or more and 0.8 or less. It is preferable that When C / D is 0.05 or more, by recharging after deterioration of the charge / discharge cycle, the negative electrode can be additionally doped with lithium ions, and the deteriorated capacity can be recovered. In addition, since there is a sufficient amount of lithium compound to trap active products such as fluorine ions generated in a high temperature environment, the decomposition reaction of the electrolyte solvent on the negative electrode is suppressed, and high temperature durability is improved. improves. On the other hand, when C / D is 0.95 or less, Li precipitation that occurs when a high-load charge / discharge cycle is performed is suppressed, so that cycle durability is good. Further, the self-discharge coefficient does not increase due to Li deposition after the charge / discharge cycle. In addition, since the electronic conductivity between the positive electrode active materials is relatively small, the high input / output characteristics are exhibited. The combination of the lower limit and the upper limit can be arbitrary.

[Cの算出]
正極が片面あたりに含有する、正極活物質以外のリチウム化合物中のリチウム量を、正極面積を基準としてC(Ah/m)としたとき、まず、後述の方法のいずれかで、正極中に含有される活物質以外のリチウム化合物を同定した後、該リチウム化合物を定量することで可能である。以下に、その具体的な方法を記載する。
[正極中のリチウム化合物の同定方法]
正極中に含まれるリチウム化合物の同定方法は特に限定されないが、例えば、下記の方法により同定することができる。リチウム化合物の同定には、以下に記載する複数の解析手法を組み合わせて同定することが好ましい。
以下に記載するSEM−EDX、ラマン、XPSを測定する際には、アルゴンボックス中で非水系リチウム型蓄電素子を解体して正極を取り出し、正極表面に付着した電解質を洗浄した後に測定を行うことが好ましい。正極の洗浄方法については、正極表面に付着した電解質を洗い流せればよいため、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等のカーボネート溶媒が好適に利用できる。洗浄方法としては、例えば、正極質量の50〜100倍のジエチルカーボネート溶媒に正極を10分間以上浸漬させ、その後溶媒を取り替えて再度正極を浸漬させる。その後正極をジエチルカーボネートから取り出し、真空乾燥(温度:0〜200℃、圧力:0〜20kPa、時間:1〜40時間の範囲で正極中のジエチルカーボネートの残存が1質量%以下になる条件とする。ジエチルカーボネートの残存量については、後述する蒸留水洗浄、液量調整後の水のGC/MSを測定し、予め作成した検量線を基に定量することができる。)させた後に、前記SEM−EDX、ラマン、XPSの解析を実施する。
[Calculation of C]
When the amount of lithium in the lithium compound other than the positive electrode active material contained on one side of the positive electrode is C (Ah / m 2 ) based on the positive electrode area, first, in one of the methods described later, This is possible by identifying a lithium compound other than the active material contained and then quantifying the lithium compound. The specific method is described below.
[Method for identifying lithium compound in positive electrode]
Although the identification method of the lithium compound contained in a positive electrode is not specifically limited, For example, it can identify by the following method. It is preferable to identify a lithium compound by combining a plurality of analysis methods described below.
When measuring SEM-EDX, Raman, and XPS described below, measurement should be performed after disassembling the non-aqueous lithium storage element in an argon box, taking out the positive electrode, and washing the electrolyte adhering to the positive electrode surface. Is preferred. Regarding the method for cleaning the positive electrode, it is only necessary to wash away the electrolyte adhering to the surface of the positive electrode. Therefore, carbonate solvents such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate can be suitably used. As a cleaning method, for example, the positive electrode is immersed in a diethyl carbonate solvent 50 to 100 times the mass of the positive electrode for 10 minutes or more, and then the solvent is changed and the positive electrode is immersed again. Thereafter, the positive electrode is taken out from diethyl carbonate and dried in a vacuum (temperature: 0 to 200 ° C., pressure: 0 to 20 kPa, time: 1 to 40 hours in which diethyl carbonate remains in the positive electrode within a range of 1% by mass or less. The residual amount of diethyl carbonate can be determined based on a calibration curve prepared in advance by measuring the GC / MS of water after washing with distilled water and adjusting the liquid volume, which will be described later. -Perform EDX, Raman and XPS analyses.

後述するイオンクロマトグラフィーについては、正極を蒸留水で洗浄した後の水を解析することにより陰イオンを同定することができる。
前記解析手法にてリチウム化合物を同定できなかった場合、その他の解析手法として、固体Li−NMR、XRD(X線回折)、TOF−SIMS(飛行時間型二次イオン質量分析)、AES(オージェ電子分光)、TPD/MS(加熱発生ガス質量分析)、DSC(示差走査熱量分析)等を用いることにより、リチウム化合物を同定することもできる。
[SEM−EDX]
酸素を含有するリチウム化合物及び正極活物質は、観察倍率を1000倍〜4000倍にして測定した正極表面のSEM−EDX画像による酸素マッピングにより判別できる。SEM−EDX画像の測定例として、加速電圧を10kV、エミッション電流を1μA、測定画素数を256×256ピクセル、積算回数を50回として測定できる。試料の帯電を防止するために、金、白金、オスミウム等を真空蒸着やスパッタリング等の方法により表面処理することもできる。SEM−EDX画像の測定方法については、明るさは最大輝度に達する画素がなく、明るさの平均値が輝度40%〜60%の範囲に入るように輝度及びコントラストを調整することが好ましい。得られた酸素マッピングに対し、明るさの平均値を基準に二値化した明部を面積50%以上含む粒子をリチウム化合物とする。
As for ion chromatography described later, anions can be identified by analyzing the water after washing the positive electrode with distilled water.
When a lithium compound cannot be identified by the above analysis method, other analysis methods include solid 7 Li-NMR, XRD (X-ray diffraction), TOF-SIMS (time-of-flight secondary ion mass spectrometry), AES (Auger) Lithium compounds can also be identified by using electron spectroscopy, TPD / MS (heat generation gas mass spectrometry), DSC (differential scanning calorimetry), or the like.
[SEM-EDX]
The lithium compound containing oxygen and the positive electrode active material can be identified by oxygen mapping based on the SEM-EDX image of the positive electrode surface measured at an observation magnification of 1000 to 4000 times. As a measurement example of the SEM-EDX image, the acceleration voltage is 10 kV, the emission current is 1 μA, the number of measurement pixels is 256 × 256 pixels, and the number of integrations is 50. In order to prevent the sample from being charged, gold, platinum, osmium, or the like can be surface-treated by a method such as vacuum deposition or sputtering. With respect to the SEM-EDX image measurement method, it is preferable to adjust the brightness and contrast so that the brightness does not have pixels that reach the maximum brightness, and the average brightness is in the range of 40% to 60%. With respect to the obtained oxygen mapping, a particle containing a bright portion binarized on the basis of the average value of brightness with an area of 50% or more is defined as a lithium compound.

[ラマン]
炭酸イオンからなるリチウム化合物及び正極活物質は、観察倍率を1000倍〜4000倍にして測定した正極表面のラマンイメージングにより判別できる。測定条件の例として、励起光を532nm、励起光強度を1%、対物レンズの長作動を50倍、回折格子を1800gr/mm、マッピング方式を点走査(スリット65mm、ビニング5pix)、1mmステップ、1点当たりの露光時間を3秒、積算回数を1回、ノイズフィルター有りの条件にて測定することができる。測定したラマンスペクトルについて、1071〜1104cm−1の範囲で直線のベースラインを設定し、ベースラインより正の値を炭酸イオンのピークとして面積を算出し、頻度を積算するが、この時にノイズ成分をガウス型関数で近似した炭酸イオンピーク面積に対する頻度を前記炭酸イオンの頻度分布から差し引く。
[Raman]
The lithium compound and positive electrode active material comprising carbonate ions can be distinguished by Raman imaging of the positive electrode surface measured at an observation magnification of 1000 to 4000 times. As an example of measurement conditions, the excitation light is 532 nm, the excitation light intensity is 1%, the long operation of the objective lens is 50 times, the diffraction grating is 1800 gr / mm, the mapping method is point scanning (slit 65 mm, binning 5 pix), 1 mm step, The exposure time per point can be measured for 3 seconds, the number of integrations is 1, and measurement can be performed with a noise filter. For the measured Raman spectrum, a straight baseline is set in the range of 1071 to 1104 cm −1, and the area is calculated with a positive value from the baseline as the peak of carbonate ions, and the frequency is integrated. The frequency for the carbonate ion peak area approximated by a Gaussian function is subtracted from the carbonate ion frequency distribution.

[XPS]
リチウムの電子状態をXPSにより解析することによりリチウムの結合状態を判別することができる。測定条件の例として、X線源を単色化AlKα、X線ビーム径を100μmφ(25W、15kV)、パスエネルギーをナロースキャン:58.70eV、帯電中和を有り、スイープ数をナロースキャン:10回(炭素、酸素)20回(フッ素)30回(リン)40回(リチウム)50回(ケイ素)、エネルギーステップをナロースキャン:0.25eVの条件にて測定できる。XPSの測定前に正極の表面をスパッタリングにてクリーニングすることが好ましい。スパッタリングの条件として、例えば、加速電圧1.0kV、2mm×2mmの範囲を1分間(SiO換算で1.25nm/min)の条件にて正極の表面をクリーニングすることができる。得られたXPSスペクトルについて、Li1sの結合エネルギー50〜54eVのピークをLiO又はLi−C結合、55〜60eVのピークをLiF、LiCO、LiPO(x、y、zは1〜6の整数)、C1sの結合エネルギー285eVのピークをC−C結合、286eVのピークをC−O結合、288eVのピークをCOO、290〜292eVのピークをCO 2−、C−F結合、O1sの結合エネルギー527〜530eVのピークをO2−(LiO)、531〜532eVのピークをCO、CO、OH、PO(xは1〜4の整数)、SiO(xは1〜4の整数)、533eVのピークをC−O、SiO(xは1〜4の整数)、F1sの結合エネルギー685eVのピークをLiF、687eVのピークをC−F結合、LiPO(x、y、zは1〜6の整数)、PF 、P2pの結合エネルギーについて、133eVのピークをPO(xは1〜4の整数)、134〜136eVのピークをPF(xは1〜6の整数)、Si2pの結合エネルギー99eVのピークをSi、シリサイド、101〜107eVのピークをSi(x、yは任意の整数)として帰属することができる。得られたスペクトルについて、ピークが重なる場合には、ガウス関数又はローレンツ関数を仮定してピーク分離し、スペクトルを帰属することが好ましい。前記で得られた電子状態の測定結果及び存在元素比の結果から、存在するリチウム化合物を同定することができる。
[XPS]
By analyzing the electronic state of lithium by XPS, the bonding state of lithium can be determined. As an example of measurement conditions, the X-ray source is monochromatic AlKα, the X-ray beam diameter is 100 μmφ (25 W, 15 kV), the path energy is narrow scan: 58.70 eV, there is charge neutralization, and the number of sweeps is narrow scan: 10 times (Carbon, oxygen) 20 times (fluorine) 30 times (phosphorus) 40 times (lithium) 50 times (silicon) The energy step can be measured under the condition of narrow scan: 0.25 eV. It is preferable to clean the surface of the positive electrode by sputtering before the XPS measurement. As the sputtering conditions, for example, the surface of the positive electrode can be cleaned under the conditions of an acceleration voltage of 1.0 kV and a range of 2 mm × 2 mm for 1 minute (1.25 nm / min in terms of SiO 2 ). About the obtained XPS spectrum, the peak of Li1s binding energy 50 to 54 eV is LiO 2 or Li—C bond, and the peak of 55 to 60 eV is LiF, Li 2 CO 3 , Li x PO y F z (x, y, z). Is an integer of 1 to 6), the C1s bond energy 285 eV peak is C—C bond, the 286 eV peak is C—O bond, the 288 eV peak is COO, the 290-292 eV peak is CO 3 2− , C—F. The peak of the bond, O1s binding energy of 527 to 530 eV is O 2− (Li 2 O), the peak of 531 to 532 eV is CO, CO 3 , OH, PO x (x is an integer of 1 to 4), SiO x (x is an integer of 1 to 4), C-O peak of 533 eV, SiO x (x is an integer from 1 to 4), the peak of binding energy 685eV of F1s LiF The peak of 687 eV C-F bond, Li x PO y F z ( x, y, z is an integer of 1 to 6), PF 6 -, for the binding energy of the P2p, the peak of 133eV PO x (x 1~ 4), a peak of 134 to 136 eV is PF x (x is an integer of 1 to 6), a Si2p bond energy of 99 eV is Si, a silicide, and a peak of 101 to 107 eV is Si x O y (x and y are Any integer). When peaks are overlapped in the obtained spectrum, it is preferable to perform peak separation assuming a Gaussian function or a Lorentz function and assign the spectrum. An existing lithium compound can be identified from the measurement result of the electronic state obtained above and the result of the ratio of existing elements.

[イオンクロマトグラフィー]
正極の蒸留水洗浄液をイオンクロマトグラフィーで解析することにより、水中に溶出したアニオン種を同定することができる。使用するカラムとしては、イオン交換型、イオン排除型、逆相イオン対型を使用することができる。検出器としては、電気伝導度検出器、紫外可視吸光光度検出器、電気化学検出器等を使用することができ、検出器の前にサプレッサーを設置するサプレッサー方式、又はサプレッサーを配置せずに電気伝導度の低い溶液を溶離液に用いるノンサプレッサー方式を用いることができる。また、質量分析計や荷電化粒子検出を検出器と組み合わせて測定することもできるため、SEM−EDX、ラマン、XPSの解析結果から同定されたリチウム化合物を基に適切なカラム、検出器を組み合わせることが好ましい。
サンプルの保持時間は、使用するカラムや溶離液等の条件が決まれば、イオン種成分毎に一定であり、また、ピークのレスポンスの大きさはイオン種毎に異なるが濃度に比例する。トレーサビリティーが確保された既知濃度の標準液を予め測定しておくことでイオン種成分の定性と定量が可能となる。
[Ion chromatography]
By analyzing the positive electrode distilled water washing solution by ion chromatography, the anion species eluted in water can be identified. As a column to be used, an ion exchange type, an ion exclusion type, or a reverse phase ion pair type can be used. As the detector, an electrical conductivity detector, an ultraviolet-visible absorption detector, an electrochemical detector, or the like can be used, and a suppressor system in which a suppressor is installed in front of the detector, or an electric device without a suppressor being disposed. A non-suppressor method using a solution with low conductivity as the eluent can be used. In addition, mass spectrometers and charged particle detection can be combined with detectors, so appropriate columns and detectors are combined based on lithium compounds identified from SEM-EDX, Raman, and XPS analysis results. It is preferable.
The sample retention time is constant for each ionic species component if conditions such as the column to be used and the eluent are determined, and the magnitude of the peak response differs for each ionic species but is proportional to the concentration. It is possible to qualitatively and quantitatively determine the ionic species component by measuring in advance a standard solution having a known concentration in which traceability is ensured.

[リチウム化合物の定量方法]
正極中に含まれるリチウム化合物の定量方法を以下に記載する。
正極を有機溶媒で洗浄し、その後蒸留水で洗浄し、蒸留水での洗浄前後の正極質量変化からリチウム化合物を定量することができる。測定する正極の面積は特に制限されないが、測定のばらつきを軽減するという観点から5cm以上200cm以下であることが好ましく、更に好ましくは25cm以上150cm以下である。面積が5cm以上あれば測定の再現性が確保される。面積が200cm以下であればサンプルの取扱い性に優れる。有機溶媒による洗浄については正極表面に堆積した非水系電解液分解物を除去できれば良いため、有機溶媒は特に限定されないが、前記リチウム化合物の溶解度が2%以下である有機溶媒を用いることでリチウム化合物の溶出が抑制されるため好ましい。例えば、メタノール、アセトン等の極性溶媒が好適に用いられる。
正極の洗浄方法は、正極の質量に対し50〜100倍のメタノール溶液に正極を3日間以上十分に浸漬させる。この時、メタノールが揮発しないよう容器に蓋をするなどの対策を施すことが好ましい。その後正極をメタノールから取り出し、真空乾燥(温度:100〜200℃、圧力:0〜10kPa、時間:5〜20時間の範囲で正極中のメタノールの残存が1質量%以下になる条件とする。メタノールの残存量については、後述する蒸留水洗浄後の水のGC/MSを測定し、予め作成した検量線を基に定量することができる。)し、その時の正極の質量をM[g]とする。続いて、正極の質量の100倍(100M[g])の蒸留水に正極を3日間以上十分に浸漬させる。この時、蒸留水が揮発しないよう容器に蓋をする等の対策を施すことが好ましい。3日間以上浸漬させた後、蒸留水から正極を取り出し(前述のイオンクロマトグラフィーを測定する場合は、蒸留水の量が100M[g]になるように液量を調整する。)、前記のメタノール洗浄と同様に真空乾燥する。この時の正極の質量をM[g]とする。サンプルに用いた正極の面積をS(m)、リチウム化合物の分子量をM、リチウム化合物1分子あたりのリチウムの原子数をNとすると、正極中に含まれる、片面あたりの正極活物質以外のリチウム化合物中のリチウム量C(Ah/m)は、以下の式(3)又は(4)で算出される。

Figure 2018056418
Figure 2018056418
[Quantitative determination method of lithium compounds]
A method for quantifying the lithium compound contained in the positive electrode is described below.
The positive electrode is washed with an organic solvent, then washed with distilled water, and the lithium compound can be quantified from the change in the mass of the positive electrode before and after washing with distilled water. Although area measurement is positive is not particularly limited, it is preferably, more preferably 25 cm 2 or more 150 cm 2 or less from the viewpoint of reducing the variation in measurement is 5 cm 2 or more 200 cm 2 or less. If the area is 5 cm 2 or more, the reproducibility of the measurement is ensured. If the area is 200 cm 2 or less, the sample is easy to handle. The organic solvent is not particularly limited as long as it can remove the non-aqueous electrolyte solution deposited on the surface of the positive electrode for cleaning with an organic solvent, but the lithium compound has a solubility of 2% or less by using an organic solvent. This is preferable because elution of is suppressed. For example, polar solvents such as methanol and acetone are preferably used.
In the positive electrode cleaning method, the positive electrode is sufficiently immersed in a methanol solution 50 to 100 times the mass of the positive electrode for 3 days or more. At this time, it is preferable to take measures such as covering the container so that methanol does not volatilize. Thereafter, the positive electrode is taken out of the methanol and dried in a vacuum (temperature: 100 to 200 ° C., pressure: 0 to 10 kPa, time: 5 to 20 hours in which the remaining amount of methanol in the positive electrode is 1% by mass or less). Can be determined by measuring GC / MS of water after washing with distilled water, which will be described later, based on a calibration curve prepared in advance, and the mass of the positive electrode at that time is M 0 [g]. And Subsequently, the positive electrode is sufficiently immersed for 3 days or more in distilled water 100 times the mass of the positive electrode (100 M 0 [g]). At this time, it is preferable to take measures such as covering the container so that distilled water does not volatilize. After soaking for 3 days or more, the positive electrode is taken out from the distilled water (in the case of measuring the above-mentioned ion chromatography, the amount of the liquid is adjusted so that the amount of distilled water is 100 M 0 [g]), and the above. Vacuum dry as in the methanol wash. The mass of the positive electrode at this time is M 1 [g]. When the area of the positive electrode used for the sample is S (m 2 ), the molecular weight of the lithium compound is M L , and the number of lithium atoms per molecule of the lithium compound is N, other than the positive electrode active material per one side contained in the positive electrode The lithium amount C (Ah / m 2 ) in the lithium compound is calculated by the following formula (3) or (4).
Figure 2018056418
Figure 2018056418

[正極活物質層の任意成分]
本実施形態における正極活物質層は、必要に応じて、正極活物質及びリチウム化合物の他に、導電性フィラー、結着剤、分散安定剤等の任意成分を含んでいてもよい。
導電性フィラーとしては、特に制限されるものではないが、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、気相成長炭素繊維、黒鉛、カーボンナノチューブ、これらの混合物等を用いることができる。導電性フィラーの使用量は、正極活物質100質量部に対して、好ましくは0質量部以上30質量部以下であり、より好ましくは0.01質量部以上20質量部以下、さらに好ましくは1質量部以上15質量部以下である。導電性フィラーの使用量が30質量部よりも多くなると、正極活物質層における正極活物質の含有割合が少なくなるために、正極活物質層体積当たりのエネルギー密度が低下するので好ましくない。
[Optional components of positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer in the present embodiment may contain optional components such as a conductive filler, a binder, and a dispersion stabilizer in addition to the positive electrode active material and the lithium compound as necessary.
The conductive filler is not particularly limited, and for example, acetylene black, ketjen black, vapor grown carbon fiber, graphite, carbon nanotube, a mixture thereof, and the like can be used. The amount of the conductive filler used is preferably 0 parts by mass or more and 30 parts by mass or less, more preferably 0.01 parts by mass or more and 20 parts by mass or less, further preferably 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. Part to 15 parts by mass. When the amount of the conductive filler used is more than 30 parts by mass, the content ratio of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is decreased, so that the energy density per volume of the positive electrode active material layer is lowered, which is not preferable.

結着剤としては、特に制限されるものではないが、例えば、PVdF(ポリフッ化ビニリデン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、ポリイミド、ラテックス、スチレン−ブタジエン共重合体、フッ素ゴム、アクリル共重合体等を用いることができる。結着剤の使用量は、正極活物質100質量部に対して、好ましくは1質量部以上30質量部以下、より好ましくは3質量部以上27質量部以下、さらに好ましくは5質量部以上25質量部以下である。結着剤の使用量が1質量部以上であれば、十分な電極強度が発現される。一方で結着剤の使用量が30質量部以下であれば、正極活物質へのイオンの出入り及び拡散を阻害せず、高い入出力特性が発現される。
分散安定剤としては、特に制限されるものではないが、例えば、PVP(ポリビニルピロリドン)、PVA(ポリビニルアルコール)、セルロース誘導体等を用いることができる。分散安定剤の使用量は、正極活物質100質量部に対して、好ましくは、0質量部又は0.1質量部以上、10質量部以下である。分散安定剤の使用量が10質量部以下であれば、正極活物質へのイオンの出入り及び拡散を阻害せず、高い入出力特性が発現される。
The binder is not particularly limited. For example, PVdF (polyvinylidene fluoride), PTFE (polytetrafluoroethylene), polyimide, latex, styrene-butadiene copolymer, fluororubber, acrylic copolymer. Etc. can be used. The amount of the binder used is preferably 1 part by mass or more and 30 parts by mass or less, more preferably 3 parts by mass or more and 27 parts by mass or less, and still more preferably 5 parts by mass or more and 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. Or less. If the usage-amount of a binder is 1 mass part or more, sufficient electrode intensity | strength will be expressed. On the other hand, if the usage-amount of a binder is 30 mass parts or less, a high input-output characteristic will be expressed, without inhibiting the entrance-and-extraction and spreading | diffusion of the ion to a positive electrode active material.
Although it does not restrict | limit especially as a dispersion stabilizer, For example, PVP (polyvinyl pyrrolidone), PVA (polyvinyl alcohol), a cellulose derivative etc. can be used. The amount of the dispersion stabilizer used is preferably 0 part by mass or 0.1 part by mass or more and 10 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. When the amount of the dispersion stabilizer used is 10 parts by mass or less, high input / output characteristics are exhibited without impeding ion entry and exit and diffusion into the positive electrode active material.

[正極集電体]
本実施形態における正極集電体を構成する材料としては、電子伝導性が高く、電解液への溶出及び電解質又はイオンとの反応等による劣化が起こらない材料であれば特に制限はないが、金属箔が好ましい。本実施の形態の非水系リチウム型蓄電素子における正極集電体としては、アルミニウム箔が特に好ましい。
該金属箔は凹凸や貫通孔を持たない通常の金属箔でもよいし、エンボス加工、ケミカルエッチング、電解析出法、ブラスト加工等を施した凹凸を有する金属箔でもよいし、エキスパンドメタル、パンチングメタル、エッチング箔等の貫通孔を有する金属箔でもよい。
正極集電体の厚みは、正極の形状及び強度を十分に保持できれば特に制限はないが、例えば、1〜100μmが好ましい。
[Positive electrode current collector]
The material constituting the positive electrode current collector in the present embodiment is not particularly limited as long as it is a material that has high electron conductivity and does not deteriorate due to elution into the electrolytic solution and reaction with the electrolyte or ions. A foil is preferred. As the positive electrode current collector in the non-aqueous lithium storage element of the present embodiment, an aluminum foil is particularly preferable.
The metal foil may be a normal metal foil having no irregularities or through holes, or a metal foil having irregularities subjected to embossing, chemical etching, electrolytic deposition, blasting, etc., expanded metal, punching metal Alternatively, a metal foil having a through hole such as an etching foil may be used.
Although the thickness of the positive electrode current collector is not particularly limited as long as the shape and strength of the positive electrode can be sufficiently maintained, for example, 1 to 100 μm is preferable.

[正極前駆体の製造]
本実施形態において、非水系リチウム型蓄電素子の正極となる正極前駆体は、既知のリチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ等における電極の製造技術によって製造することが可能である。例えば、正極活物質及びリチウム化合物、並びに必要に応じて使用されるその他の任意成分を水又は有機溶剤中に分散又は溶解してスラリー状の塗工液を調製し、この塗工液を正極集電体上の片面又は両面に塗工して塗膜を形成し、これを乾燥することにより正極前駆体を得ることが出来る。さらに、得られた正極前駆体にプレスを施して、正極活物質層の膜厚又は嵩密度を調整してもよい。代替的には、溶剤を使用せずに、正極活物質及びリチウム化合物、並びに必要に応じて使用されるその他の任意成分を乾式で混合し、得られた混合物をプレス成型した後、導電性接着剤を用いて正極集電体に貼り付ける方法も可能である。
前記正極前駆体の塗工液は、正極活物質を含む各種材料粉末の一部若しくは全部をドライブレンドし、次いで水若しくは有機溶媒、及び/又はそれらに結着剤若しくは分散安定剤が溶解又は分散した液状又はスラリー状の物質を追加して調製してもよい。また、水又は有機溶媒に結着剤又は分散安定剤が溶解又は分散した液状又はスラリー状の物質の中に、正極活物質を含む各種材料粉末を追加して、塗工液を調製してもよい。前記ドライブレンドする方法として、例えばボールミル等を使用して正極活物質及びリチウム化合物、並びに必要に応じて導電性フィラーを予備混合して、導電性の低いリチウム化合物に導電性フィラーをコーティングさせる予備混合をしてもよい。これにより、後述のリチウムドープ工程において正極前駆体でリチウム化合物が分解し易くなる。前記塗工液の溶媒に水を使用する場合には、リチウム化合物を加えることで塗工液がアルカリ性になることもあるため、必要に応じてpH調整剤を添加してもよい。
[Production of positive electrode precursor]
In the present embodiment, the positive electrode precursor serving as the positive electrode of the non-aqueous lithium storage element can be manufactured by an electrode manufacturing technique in a known lithium ion battery, electric double layer capacitor, or the like. For example, a positive electrode active material, a lithium compound, and other optional components used as necessary are dispersed or dissolved in water or an organic solvent to prepare a slurry coating solution. A positive electrode precursor can be obtained by coating on one side or both sides of an electric conductor to form a coating film and drying it. Further, the obtained positive electrode precursor may be pressed to adjust the film thickness or bulk density of the positive electrode active material layer. Alternatively, without using a solvent, the positive electrode active material and the lithium compound, and other optional components used as necessary, are mixed in a dry process, and the resulting mixture is press-molded and then conductively bonded. A method of attaching to the positive electrode current collector using an agent is also possible.
The positive electrode precursor coating solution is obtained by dry blending part or all of various material powders including a positive electrode active material, and then water or an organic solvent and / or a binder or a dispersion stabilizer is dissolved or dispersed therein. It may be prepared by adding a liquid or slurry substance. Alternatively, a coating liquid may be prepared by adding various material powders including a positive electrode active material to a liquid or slurry substance in which a binder or dispersion stabilizer is dissolved or dispersed in water or an organic solvent. Good. As the dry blending method, for example, premixing the positive electrode active material and the lithium compound using a ball mill or the like and preliminarily mixing the conductive filler as necessary, and coating the conductive filler on the low conductive lithium compound is performed. You may do. Thereby, a lithium compound becomes easy to decompose | disassemble with a positive electrode precursor in the lithium dope process mentioned later. When water is used as the solvent for the coating solution, the addition of a lithium compound may make the coating solution alkaline, so a pH adjuster may be added as necessary.

前記正極前駆体の塗工液の調製には、特に制限されるものではないが、好適にはホモディスパーや多軸分散機、プラネタリーミキサー、薄膜旋回型高速ミキサー等の分散機等を用いることができる。良好な分散状態の塗工液を得るためには、周速1m/s以上50m/s以下で分散することが好ましい。周速が1m/s以上であれば、各種材料が良好に溶解又は分散するため好ましい。他方、周速が50m/s以下であれば、分散による熱又はせん断力により各種材料が破壊されることなく、再凝集が生じることがないため好ましい。
前記塗工液の分散度は、粒ゲージで測定した粒度が0.1μm以上100μm以下であることが好ましい。分散度の上限としては、より好ましくは粒度が80μm以下、さらに好ましくは粒度が50μm以下である。粒度が0.1μm未満では、正極活物質を含む各種材料粉末の粒子径以下のサイズとなり、塗工液作製時に材料を破砕していることになり好ましくない。他方、粒度が100μm以下であれば、塗工液吐出時の詰まりや塗膜のスジ発生等がなく、安定に塗工ができる。
The preparation of the positive electrode precursor coating solution is not particularly limited, but preferably a homodisper, a multi-axis disperser, a planetary mixer, a thin film swirl type high-speed mixer, or the like is used. Can do. In order to obtain a coating liquid in a good dispersion state, it is preferable to disperse at a peripheral speed of 1 m / s to 50 m / s. A peripheral speed of 1 m / s or more is preferable because various materials can be dissolved or dispersed satisfactorily. On the other hand, if the peripheral speed is 50 m / s or less, various materials are not destroyed by heat or shear force due to dispersion, and reaggregation does not occur, which is preferable.
As for the dispersion degree of the coating liquid, the particle size measured with a particle gauge is preferably 0.1 μm or more and 100 μm or less. As the upper limit of the degree of dispersion, the particle size is more preferably 80 μm or less, and further preferably the particle size is 50 μm or less. If the particle size is less than 0.1 μm, it is not preferable because the particle size is not more than the particle size of various material powders including the positive electrode active material, and the material is crushed during the preparation of the coating liquid. On the other hand, when the particle size is 100 μm or less, there is no clogging at the time of discharging the coating liquid, no streaking of the coating film, etc., and coating can be performed stably.

前記正極前駆体の塗工液の粘度(ηb)は、1,000mPa・s以上20,000mPa・s以下が好ましく、より好ましくは1,500mPa・s以上10,000mPa・s以下、さらに好ましくは1,700mPa・s以上5,000mPa・s以下である。粘度(ηb)が1,000mPa・s以上であれば、塗膜形成時の液ダレが抑制され、塗膜幅及び膜厚が良好に制御できる。また、粘度(ηb)が20,000mPa・s以下であれば、塗工機を用いた際の塗工液の流路における圧力損失が少なく安定に塗工でき、また所望の塗膜厚み以下に制御できる。
また、該塗工液のTI値(チクソトロピーインデックス値)は、1.1以上が好ましく、より好ましくは1.2以上、さらに好ましくは1.5以上である。TI値が1.1以上であれば、塗膜幅及び膜厚が良好に制御できる。
前記正極前駆体の塗膜の形成は特に制限されるものではないが、好適にはダイコーターやコンマコーター、ナイフコーター、グラビア塗工機等の塗工機を用いることができる。塗膜は単層塗工で形成してもよいし、多層塗工で形成してもよい。多層塗工の場合には、塗膜各層内のリチウム化合物の含有量が異なるように塗工液組成を調整してもよい。また、塗工速度は0.1m/分以上100m/分以下であることが好ましく、より好ましくは0.5m/分以上70m/分以下、さらに好ましくは1m/分以上50m/分以下である。塗工速度が0.1m/分以上であれば、安定に塗工できる。他方、塗工速度が100m/分以下であれば、塗工精度を十分に確保できる。
The viscosity (ηb) of the coating solution for the positive electrode precursor is preferably 1,000 mPa · s to 20,000 mPa · s, more preferably 1,500 mPa · s to 10,000 mPa · s, and still more preferably 1 700 mPa · s to 5,000 mPa · s. When the viscosity (ηb) is 1,000 mPa · s or more, dripping at the time of forming the coating film is suppressed, and the coating film width and film thickness can be controlled well. Further, when the viscosity (ηb) is 20,000 mPa · s or less, the pressure loss in the flow path of the coating liquid when using a coating machine can be reduced and the coating can be stably performed, and the coating thickness can be less than the desired coating thickness. Can be controlled.
Further, the TI value (thixotropic index value) of the coating solution is preferably 1.1 or more, more preferably 1.2 or more, and further preferably 1.5 or more. When the TI value is 1.1 or more, the coating film width and film thickness can be controlled well.
The formation of the coating film of the positive electrode precursor is not particularly limited, but preferably a coating machine such as a die coater, a comma coater, a knife coater, or a gravure coating machine can be used. The coating film may be formed by single layer coating or multilayer coating. In the case of multilayer coating, the coating solution composition may be adjusted so that the lithium compound content in each layer of the coating film is different. The coating speed is preferably from 0.1 m / min to 100 m / min, more preferably from 0.5 m / min to 70 m / min, still more preferably from 1 m / min to 50 m / min. If the coating speed is 0.1 m / min or more, stable coating can be achieved. On the other hand, if the coating speed is 100 m / min or less, sufficient coating accuracy can be secured.

前記正極前駆体の塗膜の乾燥については、特に制限されるものではないが、好適には熱風乾燥や赤外線(IR)乾燥等の乾燥方法を用いることができる。塗膜の乾燥は、単一の温度で乾燥させてもよいし、多段的に温度を変えて乾燥させてもよい。また、複数の乾燥方法を組み合わせて塗膜を乾燥させてもよい。乾燥温度は、25℃以上200℃以下であることが好ましく、より好ましくは40℃以上180℃以下、さらに好ましくは50℃以上160℃以下である。乾燥温度が25℃以上であれば、塗膜中の溶媒を十分に揮発させることができる。他方、乾燥温度が200℃以下であれば、急激な溶媒の揮発による塗膜のヒビ割れやマイグレーションによる結着剤の偏在、及び正極集電体や正極活物質層の酸化を抑制できる。   The drying of the coating film of the positive electrode precursor is not particularly limited, but a drying method such as hot air drying or infrared (IR) drying can be preferably used. The coating film may be dried at a single temperature or may be dried by changing the temperature in multiple stages. Moreover, you may dry a coating film combining several drying methods. The drying temperature is preferably 25 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, more preferably 40 ° C. or higher and 180 ° C. or lower, and further preferably 50 ° C. or higher and 160 ° C. or lower. When the drying temperature is 25 ° C. or higher, the solvent in the coating film can be sufficiently volatilized. On the other hand, if the drying temperature is 200 ° C. or lower, it is possible to suppress cracking of the coating film due to rapid volatilization of the solvent, uneven distribution of the binder due to migration, and oxidation of the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer.

前記正極前駆体のプレスには、特に制限されるものではないが、好適には油圧プレス機、真空プレス機等のプレス機を用いることができる。正極活物質層の膜厚、嵩密度及び電極強度は、後述するプレス圧力、隙間、及びプレス部の表面温度により調整できる。
プレス圧力は0.5kN/cm以上20kN/cm以下が好ましく、より好ましくは1kN/cm以上10kN/cm以下、さらに好ましくは2kN/cm以上7kN/cm以下である。プレス圧力が0.5kN/cm以上であれば、電極強度を十分に高くできる。他方、プレス圧力が20kN/cm以下であれば、正極前駆体に撓みやシワが生じることがなく、所望の正極活物質層膜厚や嵩密度に調整できる。
また、プレスロール同士の隙間は、所望の正極活物質層の膜厚や嵩密度となるように乾燥後の正極前駆体膜厚に応じて任意の値を設定できる。さらに、プレス速度は正極前駆体に撓みやシワが生じない任意の速度に設定できる。
また、プレス部の表面温度は室温でもよいし、必要によりプレス部を加熱してもよい。加熱する場合のプレス部の表面温度の下限は、使用する結着剤の融点マイナス60℃以上が好ましく、より好ましくは融点マイナス45℃以上、さらに好ましくは融点マイナス30℃以上である。他方、加熱する場合のプレス部の表面温度の上限は、使用する結着剤の融点プラス50℃以下が好ましく、より好ましくは融点プラス30℃以下、さらに好ましくは融点プラス20℃以下である。例えば、結着剤としてPVdF(ポリフッ化ビニリデン:融点150℃)を用いる場合、プレス部の表面を90℃以上200℃以下に加温することが好ましく、より好ましく105℃以上180℃以下、さらに好ましくは120℃以上170℃以下に加熱することである。また、結着剤としてスチレン−ブタジエン共重合体(融点100℃)を用いる場合、プレス部の表面を40℃以上150℃以下に加温することが好ましく、より好ましくは55℃以上130℃以下、さらに好ましくは70℃以上120℃以下に加温することである。
The press of the positive electrode precursor is not particularly limited, but preferably a press such as a hydraulic press or a vacuum press can be used. The film thickness, bulk density, and electrode strength of the positive electrode active material layer can be adjusted by the press pressure, the gap, and the surface temperature of the press part described later.
The pressing pressure is preferably 0.5 kN / cm or more and 20 kN / cm or less, more preferably 1 kN / cm or more and 10 kN / cm or less, and further preferably 2 kN / cm or more and 7 kN / cm or less. If the pressing pressure is 0.5 kN / cm or more, the electrode strength can be sufficiently increased. On the other hand, when the pressing pressure is 20 kN / cm or less, the positive electrode precursor can be adjusted to a desired positive electrode active material layer thickness and bulk density without causing bending or wrinkles.
In addition, the gap between the press rolls can be set to an arbitrary value according to the thickness of the positive electrode precursor after drying so as to have a desired thickness and bulk density of the positive electrode active material layer. Furthermore, the press speed can be set to an arbitrary speed at which the positive electrode precursor does not bend or wrinkle.
Moreover, the surface temperature of a press part may be room temperature, and you may heat a press part as needed. The lower limit of the surface temperature of the press part in the case of heating is preferably the melting point minus 60 ° C. or more of the binder used, more preferably the melting point minus 45 ° C. or more, and further preferably the melting point minus 30 ° C. or more. On the other hand, the upper limit of the surface temperature of the press part when heating is preferably the melting point plus 50 ° C. or less of the binder used, more preferably the melting point plus 30 ° C. or less, and further preferably the melting point plus 20 ° C. or less. For example, when PVdF (polyvinylidene fluoride: melting point 150 ° C.) is used as the binder, the surface of the press part is preferably heated to 90 ° C. or more and 200 ° C. or less, more preferably 105 ° C. or more and 180 ° C. or less, and further preferably Is heating to 120 ° C or higher and 170 ° C or lower. When a styrene-butadiene copolymer (melting point: 100 ° C.) is used as the binder, it is preferable to heat the surface of the press part to 40 ° C. or more and 150 ° C. or less, more preferably 55 ° C. or more and 130 ° C. or less. More preferably, the heating is performed at 70 ° C. or higher and 120 ° C. or lower.

結着剤の融点は、DSC(Differential Scanning Calorimetry、示差走査熱量分析)の吸熱ピーク位置で求めることができる。例えば、パーキンエルマー社製の示差走査熱量計「DSC7」を用いて、試料樹脂10mgを測定セルにセットし、窒素ガス雰囲気中で、温度30℃から10℃/分の昇温速度で250℃まで昇温し、昇温過程における吸熱ピーク温度が融点となる。
また、プレス圧力、隙間、速度、及びプレス部の表面温度の条件を変えながら複数回プレスを実施してもよい。
前記正極活物質層の膜厚は、正極集電体の片面当たり20μm以上200μm以下であることが好ましく、より好ましくは片面当たり25μm以上100μm以下であり、更に好ましくは30μm以上80μm以下である。この膜厚が20μm以上であれば、十分な充放電容量を発現することができる。他方、この膜厚が200μm以下であれば、電極内のイオン拡散抵抗を低く維持することができるため、十分な出力特性が得られるとともに、セル体積を縮小することができ、エネルギー密度を高めることができる。上記正極活物質層の膜厚の範囲の上限と下限は、任意に組み合わせることができる。尚、集電体が貫通孔や凹凸を有する場合における正極活物質層の膜厚とは、集電体の貫通孔や凹凸を有していない部分の片面当たりの膜厚の平均値をいう。
The melting point of the binder can be determined at the endothermic peak position of DSC (Differential Scanning Calorimetry). For example, using a differential scanning calorimeter “DSC7” manufactured by PerkinElmer Co., Ltd., 10 mg of sample resin is set in a measurement cell, and the temperature is increased from 30 ° C. to 250 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./min in a nitrogen gas atmosphere. The temperature is raised, and the endothermic peak temperature in the temperature raising process becomes the melting point.
Moreover, you may press several times, changing the conditions of press pressure, a clearance gap, speed | rate, and the surface temperature of a press part.
The film thickness of the positive electrode active material layer is preferably 20 μm or more and 200 μm or less per side of the positive electrode current collector, more preferably 25 μm or more and 100 μm or less, more preferably 30 μm or more and 80 μm or less. If this film thickness is 20 μm or more, sufficient charge / discharge capacity can be exhibited. On the other hand, if the film thickness is 200 μm or less, the ion diffusion resistance in the electrode can be kept low, so that sufficient output characteristics can be obtained, the cell volume can be reduced, and the energy density is increased. Can do. The upper limit and the lower limit of the thickness range of the positive electrode active material layer can be arbitrarily combined. In addition, the film thickness of the positive electrode active material layer in the case where the current collector has through holes or unevenness means the average value of the film thickness per one side of the current collector that does not have through holes or unevenness.

[正極]
後述のリチウムドープ工程後の正極における正極活物質層の嵩密度は、0.25g/cm以上であることが好ましく、より好ましくは0.30g/cm以上1.3g/cm以下の範囲である。正極活物質層の嵩密度が0.25g/cm以上であれば、高いエネルギー密度を発現でき、蓄電素子の小型化を達成できる。また、この嵩密度が1.3g/cm以下であれば、正極活物質層内の空孔における電解液の拡散が十分となり、高い出力特性が得られる。
[Positive electrode]
The bulk density of the positive electrode active material layer in the positive electrode after the lithium doping step described later is preferably 0.25 g / cm 3 or more, more preferably in the range of 0.30 g / cm 3 or more and 1.3 g / cm 3 or less. It is. When the bulk density of the positive electrode active material layer is 0.25 g / cm 3 or more, a high energy density can be expressed, and miniaturization of the power storage element can be achieved. Further, when the bulk density is 1.3 g / cm 3 or less, the electrolyte solution is sufficiently diffused in the pores in the positive electrode active material layer, and high output characteristics are obtained.

[正極活物質層中の化合物]
正極活物質層は、下記式(1)〜(3)のいずれかで表される1種以上の化合物の合計量を該正極物質の単位質量当たり1.60×10−4mol/g〜300×10−4mol/gで含有する。

Figure 2018056418
{式(1)中、Rは、炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキル基であり、そしてXとXは、それぞれ独立に、−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}、
Figure 2018056418
{式(2)中、Rは、炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキル基であり、Rは、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ又はポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基又はアリール基であり、そしてXとXは、それぞれ独立に、−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}、
Figure 2018056418
{式(3)中、Rは、炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキル基であり、RとRは、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ又はポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基又はアリール基であり、そしてXとXは、それぞれ独立に、−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}。 [Compound in positive electrode active material layer]
In the positive electrode active material layer, the total amount of one or more compounds represented by any one of the following formulas (1) to (3) is 1.60 × 10 −4 mol / g to 300 per unit mass of the positive electrode material. X10 -4 mol / g.
Figure 2018056418
{In Formula (1), R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and X 1 and X 2 are each independently — (COO) n. (Where n is 0 or 1). },
Figure 2018056418
{In Formula (2), R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, carbon A mono- or polyhydroxyalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a mono- or polyhydroxyalkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or an aryl group, and X 1 and X 2 are each independently — (COO) n (where n is 0 or 1). },
Figure 2018056418
{In Formula (3), R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 and R 3 are each independently hydrogen, 10 alkyl groups, mono- or polyhydroxyalkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, alkenyl groups having 2 to 10 carbon atoms, mono- or polyhydroxyalkenyl groups having 2 to 10 carbon atoms, cycloalkyl groups having 3 to 6 carbon atoms, or An aryl group, and X 1 and X 2 are each independently — (COO) n (where n is 0 or 1). }.

式(1)の特に好ましい化合物は、LiOCOLi、LiOCOLi、LiOCOCOOLi、LiOCOOCOLi、LiOCOOCOCOOLi及びLiOCOOCOCOOLiで表される化合物である。 Particularly preferred compounds of the formula (1) are compounds represented by LiOC 2 H 4 OLi, LiOC 3 H 6 OLi, LiOC 2 H 4 OCOOLi, LiOCOOC 3 H 6 OLi, LiOCOOC 2 H 4 OCOOLi and LiOCOOC 3 H 6 OCOOLi It is.

式(2)の特に好ましい化合物は、LiOCOH、LiOCOH、LiOCOCOOH、LiOCOCOOH、LiOCOOCOCOOH、LiOCOOCOCOOH、LiOCOCH、LiOCOCH、LiOCOCOOCH、LiOCOCOOCH、LiOCOOCOCOOCH、LiOCOOCOCOOCH、LiOCOC、LiOCOC、LiOCOCOOC、LiOCOCOOC、LiOCOOCOCOOC、LiOCOOCOCOOCで表される化合物である。 Particularly preferred compounds of formula (2) are LiOC 2 H 4 OH, LiOC 3 H 6 OH, LiOC 2 H 4 OCOOH, LiOC 3 H 6 OCOOH, LiOCOOC 2 H 4 OCOOH, LiOCOOC 3 H 6 OCOOH, LiOC 2 H 4 OCH 3, LiOC 3 H 6 OCH 3, LiOC 2 H 4 OCOOCH 3, LiOC 3 H 6 OCOOCH 3, LiOCOOC 2 H 4 OCOOCH 3, LiOCOOC 3 H 6 OCOOCH 3, LiOC 2 H 4 OC 2 H 5, LiOC 3 H 6 OC 2 H 5, a LiOC 2 H 4 OCOOC 2 H 5 , LiOC 3 H 6 OCOOC 2 H 5, LiOCOOC 2 H 4 OCOOC 2 H 5, the compound represented by LiOCOOC 3 H 6 OCOOC 2 H 5 .

式(3)の特に好ましい化合物は、HOCOH、HOCOH、HOCOCOOH、HOCOCOOH、HOCOOCOCOOH、HOCOOCOCOOH、HOCOCH、HOCOCH、HOCOCOOCH、HOCOCOOCH、HOCOOCOCOOCH、HOCOOCOCOOCH、HOCOC、HOCOC、HOCOCOOC、HOCOCOOC、HOCOOCOCOOC、HOCOOCOCOOC、CHOCOCH、CHOCOCH、CHOCOCOOCH、CHOCOCOOCH、CHOCOOCOCOOCH、CHOCOOCOCOOCH、CHOCOC、CHOCOC、CHOCOCOOC、CHOCOCOOC、CHOCOOCOCOOC、CHOCOOCOCOOC、COCOC、COCOC、COCOCOOC、COCOCOOC、COCOOCOCOOC、COCOOCOCOOCで表される化合物である。 Particularly preferred compounds of formula (3) are HOC 2 H 4 OH, HOC 3 H 6 OH, HOC 2 H 4 OCOOH, HOC 3 H 6 OCOOH, HOCOOC 2 H 4 OCOOH, HOCOOC 3 H 6 OCOOH, HOC 2 H 4 OCH 3, HOC 3 H 6 OCH 3, HOC 2 H 4 OCOOCH 3, HOC 3 H 6 OCOOCH 3, HOCOOC 2 H 4 OCOOCH 3, HOCOOC 3 H 6 OCOOCH 3, HOC 2 H 4 OC 2 H 5, HOC 3 H 6 OC 2 H 5 , HOC 2 H 4 OCOOC 2 H 5 , HOC 3 H 6 OCOOC 2 H 5 , HOCOOC 2 H 4 OCOOC 2 H 5 , HOCOOC 3 H 6 OCOOC 2 H 5 , CH 3 OC 2 H 4 OCH 3 , CH 3 OC 3 H 6 OCH 3, CH 3 C 2 H 4 OCOOCH 3, CH 3 OC 3 H 6 OCOOCH 3, CH 3 OCOOC 2 H 4 OCOOCH 3, CH 3 OCOOC 3 H 6 OCOOCH 3, CH 3 OC 2 H 4 OC 2 H 5, CH 3 OC 3 H 6 OC 2 H 5 , CH 3 OC 2 H 4 OCOOC 2 H 5 , CH 3 OC 3 H 6 OCOOC 2 H 5 , CH 3 OCOOC 2 H 4 OCOOC 2 H 5 , CH 3 OCOOC 3 H 6 OCOOC 2 H 5 , C 2 H 5 OC 2 H 4 OC 2 H 5, C 2 H 5 OC 3 H 6 OC 2 H 5, C 2 H 5 OC 2 H 4 OCOOC 2 H 5, C 2 H 5 OC 3 H 6 OCOOC 2 H 5 , C 2 H 5 OCOOC 2 H 4 OCOOC 2 H 5 , C 2 H 5 OCOOC 3 H 6 OCOOC 2 H 5 It is a compound.

前記化合物を正極活物質層内に含有させるための方法としては、例えば、正極活物質層に前記化合物を混合する方法、正極活物質層に前記化合物を吸着させる方法、正極活物質層に前記化合物を電気化学的に析出させる方法等が挙げられる。
中でも、非水系電解液中に、分解してこれらの前記化合物を生成し得る前駆体を含有させておき、蓄電素子を作製する工程における前記前駆体の分解反応を利用して、正極活物質層内に前記化合物を堆積させる方法が好ましい。
Examples of the method for containing the compound in the positive electrode active material layer include a method of mixing the compound in the positive electrode active material layer, a method of adsorbing the compound in the positive electrode active material layer, and the compound in the positive electrode active material layer. And the like.
Among them, a non-aqueous electrolyte solution contains a precursor that can be decomposed to produce the compound, and a positive electrode active material layer is obtained by utilizing a decomposition reaction of the precursor in a step of manufacturing an electricity storage device. A method of depositing the compound therein is preferred.

前記化合物を形成する前駆体としては、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、ビニレンカーボネート、及びフルオロエチレンカーボネートからなる群から選択される少なくとも1種の有機溶媒を使用することが好ましく、エチレンカーボネート、及びプロピレンカーボネートを使用することがさらに好ましい。   As the precursor for forming the compound, it is preferable to use at least one organic solvent selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, and fluoroethylene carbonate, ethylene carbonate, and More preferably, propylene carbonate is used.

ここで、前記化合物の総量は、前記正極活物質の単位質量当たり、1.60×10−4mol/g以上であることが好ましく、5.0×10−4mol/g以上であることがより好ましい。前記化合物の総量が正極活物質層の単位質量当たり1.60×10−4mol/g以上であれば、非水系電解液が正極活物質に接することがなく、非水系電解液が酸化分解してガスが発生することを抑制できる。
また、前記化合物の総量は、前記正極活物質の単位質量当たり、300×10−4mol/g以下であり、150×10−4mol/g以下であることがより好ましく、100×10−4mol/g以下であることが最も好ましい。前記化合物の総量が正極活物質の単位質量当たり300×10−4mol/g以下であれば、Liイオンの拡散を阻害することがなく、高い入出力特性を発現することができる。
Here, the total amount of the compound is preferably 1.60 × 10 −4 mol / g or more, and more preferably 5.0 × 10 −4 mol / g or more per unit mass of the positive electrode active material. More preferred. When the total amount of the compound is 1.60 × 10 −4 mol / g or more per unit mass of the positive electrode active material layer, the non-aqueous electrolyte solution does not come into contact with the positive electrode active material, and the non-aqueous electrolyte solution is oxidized and decomposed. Thus, the generation of gas can be suppressed.
The total amount of the compound is 300 × 10 −4 mol / g or less, more preferably 150 × 10 −4 mol / g or less, and more preferably 100 × 10 −4 mol / unit mass of the positive electrode active material. Most preferably, it is at most mol / g. When the total amount of the compounds is 300 × 10 −4 mol / g or less per unit mass of the positive electrode active material, high input / output characteristics can be exhibited without inhibiting the diffusion of Li ions.

[正極表面の粗さ]
本実施形態の正極活物質層はレーザー顕微鏡の測定画像における正極活物質層表面の線粗さをRとしたとき、Rが、0.5μm以上15.0μm以下であることが好ましく、1.5μm以上12.0μm以下であることがより好ましく、2.5μm以上10.0μm以下であることが更に好ましい。
Rが15.0μm以下であると、充放電サイクル中の電流分布が均一になるため、負極上でのリチウムの析出が抑制されるため、高付加充放電サイクル後の自己放電係数の上昇を抑えられるため、好ましい。また、正極のリチウム化合物が均一に分解し、負極上に低抵抗な被膜を作ること、リチウム化合物が分解して生じる空孔が正極中に均一に生成するため、保液量が高まること、などの効果によって高負荷充放電サイクル特性も向上するため、好ましい。他方、Rが0.5μm以上であれば、電解液に接する電極面積が向上し、電解液が電極に浸透しやすくなるため、入出力特性に優れ、好ましい。尚、下限と上限の組み合わせは任意のものであることができる。
[Positive electrode surface roughness]
In the positive electrode active material layer of this embodiment, R is preferably 0.5 μm or more and 15.0 μm or less, where R is the line roughness of the surface of the positive electrode active material layer in the measurement image of the laser microscope, and 1.5 μm. It is more preferably 12.0 μm or less, and further preferably 2.5 μm or more and 10.0 μm or less.
When R is 15.0 μm or less, the current distribution during the charge / discharge cycle becomes uniform, so that the precipitation of lithium on the negative electrode is suppressed, and the increase in the self-discharge coefficient after the high addition charge / discharge cycle is suppressed. Therefore, it is preferable. In addition, the lithium compound of the positive electrode is uniformly decomposed to form a low-resistance film on the negative electrode, and voids generated by the decomposition of the lithium compound are uniformly generated in the positive electrode, so that the amount of liquid retention is increased, etc. This is preferable because the high load charge / discharge cycle characteristics are also improved by the above effect. On the other hand, if R is 0.5 μm or more, the electrode area in contact with the electrolytic solution is improved, and the electrolytic solution is likely to penetrate into the electrode. The combination of the lower limit and the upper limit can be arbitrary.

[正極表面粗さの測定方法]
本実施形態における正極表面粗さのプロファイルを測定する範囲は、特に限定されないが、正極活物質層表面の任意の位置10点を選択し、任意の方向で長さ30μmのプロファイルを観察すればよい。上記10か所で算出された表面粗さの平均をRとする。
ここで、表面粗さとは、JIS B0601:1994に規定された、以下の十点平均粗さRzを意味している。粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけを抜き取り、この抜き取り部分の平均線から縦倍率の方向に測定した、最も高い山頂から5番目までの山頂の標高(Yp)の絶対値の平均値と、最も低い谷底から5番目までの谷底の標高(Yv)の絶対値の平均値との和を求め、この値をマイクロメートル(μm)で表したものをいう。すなわち、基準長さlに対する抜取り部分の、最も高い山頂から5番目までの山頂の標高をYP1、YP2、YP3、YP4、YP5、基準長さlに対する抜取り部分の、最も低い谷底から5番目までの谷底の標高をYV1、YV2、YV3、YV4、YV5としたとき、下記(8)で与えられる数値をいう。

Figure 2018056418
[Measurement method of positive electrode surface roughness]
The range for measuring the profile of the positive electrode surface roughness in the present embodiment is not particularly limited, but it is only necessary to select 10 points on the surface of the positive electrode active material layer and observe a profile having a length of 30 μm in any direction. . Let R be the average of the surface roughnesses calculated at the above 10 locations.
Here, the surface roughness means the following ten-point average roughness Rz defined in JIS B0601: 1994. Only the reference length was extracted from the roughness curve in the direction of the average line, and the absolute value of the altitude (Yp) of the highest peak from the highest peak to the fifth measured from the average line of the extracted part in the direction of the vertical magnification. The sum of the average value and the average value of the absolute values of the altitude (Yv) of the bottom valley from the lowest valley bottom to the fifth, and this value is expressed in micrometers (μm). That is, the altitude of the highest peak from the highest peak to the fifth peak of the extracted part with respect to the reference length l is the lowest valley bottom of the extracted part with respect to Y P1 , Y P2 , Y P3 , Y P4 , Y P5 , and the reference length l Is the numerical value given by the following (8), where Y V1 , Y V2 , Y V3 , Y V4 , Y V5 are the elevations of the valley valley from the fifth to the fifth.
Figure 2018056418

[正極表面粗さの制御方法]
本実施形態の正極活物質層の表面の粗さの制御方法は特に限定されないが、例えば、正極前駆体を表面粗さの異なるロールでプレスを行う;正極前駆体の表面に粘着テープを貼り、はがす;などの方法によって達成される。
[Positive electrode surface roughness control method]
The method for controlling the surface roughness of the positive electrode active material layer of the present embodiment is not particularly limited. For example, the positive electrode precursor is pressed with a roll having a different surface roughness; an adhesive tape is attached to the surface of the positive electrode precursor, It is achieved by a method such as peeling.

[負極]
負極は、負極集電体と、その片面又は両面に存在する負極活物質層とを有する。
[負極活物質層]
負極活物質層は、リチウムイオンを吸蔵・放出できる負極活物質を含む。これ以外に、必要に応じて、導電性フィラー、結着剤、分散安定剤等の任意成分を含んでいてもよい。
[負極活物質]
前記負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な物質を用いることができる。具体的には、炭素材料、チタン酸化物、ケイ素、ケイ素酸化物、ケイ素合金、ケイ素化合物、錫及び錫化合物等が例示される。好ましくは該負極活物質の総量に対する該炭素材料の含有率が50質量%以上であり、より好ましくは70質量%以上である。該炭素材料の含有率が100質量%であることができるが、他の材料の併用による効果を良好に得る観点から、例えば、90質量%以下であることが好ましく、80質量%以下であってもよい。
[Negative electrode]
The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer present on one or both sides thereof.
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions. In addition to this, optional components such as a conductive filler, a binder, and a dispersion stabilizer may be included as necessary.
[Negative electrode active material]
As the negative electrode active material, a material capable of inserting and extracting lithium ions can be used. Specific examples include carbon materials, titanium oxide, silicon, silicon oxide, silicon alloys, silicon compounds, tin and tin compounds. Preferably, the content of the carbon material with respect to the total amount of the negative electrode active material is 50% by mass or more, and more preferably 70% by mass or more. The content of the carbon material can be 100% by mass, but from the viewpoint of obtaining the effect of using other materials in combination, for example, the content is preferably 90% by mass or less, and 80% by mass or less. Also good.

負極活物質には、リチウムイオンをドープすることが好ましい。本明細書において、負極活物質にドープされたリチウムイオンとしては、主に3つの形態が包含される。
第一の形態としては、非水系リチウム型蓄電素子を作製する前に、負極活物質に設計値として予め吸蔵させるリチウムイオンである。
第二の形態としては、非水系リチウム型蓄電素子を作製し、出荷する際の負極活物質に吸蔵されているリチウムイオンである。
第三の形態としては、非水系リチウム型蓄電素子をデバイスとして使用した後の負極活物質に吸蔵されているリチウムイオンである。
負極活物質にリチウムイオンをドープしておくことにより、得られる非水系リチウム型蓄電素子の容量及び作動電圧を良好に制御することが可能となる。
The negative electrode active material is preferably doped with lithium ions. In this specification, the lithium ion doped in the negative electrode active material mainly includes three forms.
The first form is lithium ions that are previously occluded as a design value in the negative electrode active material before producing a non-aqueous lithium storage element.
The second form is lithium ions occluded in the negative electrode active material when a non-aqueous lithium storage element is manufactured and shipped.
The third form is lithium ions occluded in the negative electrode active material after using the non-aqueous lithium storage element as a device.
By doping lithium ions into the negative electrode active material, it is possible to satisfactorily control the capacity and operating voltage of the obtained non-aqueous lithium storage element.

前記炭素材料としては、例えば、難黒鉛化性炭素材料;易黒鉛化性炭素材料;カーボンブラック;カーボンナノ粒子;活性炭;人造黒鉛;天然黒鉛;黒鉛化メソフェーズカーボン小球体;黒鉛ウイスカ;ポリアセン系物質等のアモルファス炭素質材料;石油系のピッチ、石炭系のピッチ、メソカーボンマイクロビーズ、コークス、合成樹脂(例えば、フェノール樹脂等)等の炭素質材料前駆体を熱処理して得られる炭素質材料;フルフリルアルコール樹脂又はノボラック樹脂の熱分解物;フラーレン;カーボンナノフォーン;及びこれらの複合炭素材料を挙げることができる。
これらの中でも負極の抵抗を下げる観点から、前記炭素材料1種以上(以下、基材ともいう。)と前記炭素質材料前駆体とを共存させた状態で熱処理を行い、該基材と該炭素質材料前駆体由来の炭素質材料とを複合させた複合炭素材料が好ましい。該炭素質材料前駆体としては、熱処理により該炭素質材料となるものであれば特に制限はないが、石油系のピッチ又は石炭系のピッチが特に好ましい。熱処理を行う前に、該炭素質材料前駆体の融点より高い温度において、該基材と該炭素質材料前駆体とを混合してもよい。熱処理温度は、使用する該炭素質材料前駆体が揮発又は熱分解して発生する成分が該炭素質材料となる温度であればよいが、好ましくは400℃以上2500℃以下、より好ましくは500℃以上2000℃以下、さらに好ましくは550℃以上1500℃以下である。熱処理を行う雰囲気は特に制限はないが、非酸化性雰囲気が好ましい。
前記複合炭素材料の好ましい例は、後述の複合炭素材料1及び2である。これらの内どちらかを選択して使用してもよく、又はこれらの双方を併用してもよい。
Examples of the carbon material include non-graphitizable carbon materials; graphitizable carbon materials; carbon black; carbon nanoparticles; activated carbon; artificial graphite; natural graphite; graphitized mesophase carbon spherules; Amorphous carbonaceous materials such as petroleum-based pitch, coal-based pitch, mesocarbon microbeads, coke, and carbonaceous materials obtained by heat treatment of carbonaceous material precursors such as synthetic resins (for example, phenol resins); The thermal decomposition product of a furfuryl alcohol resin or a novolak resin; fullerene; carbon nanophone; and these composite carbon materials can be mentioned.
Among these, from the viewpoint of reducing the resistance of the negative electrode, heat treatment is performed in a state where at least one of the carbon materials (hereinafter also referred to as a base material) and the carbonaceous material precursor coexist. A composite carbon material obtained by combining a carbonaceous material derived from a carbonaceous material precursor is preferred. The carbonaceous material precursor is not particularly limited as long as it becomes the carbonaceous material by heat treatment, but petroleum-based pitch or coal-based pitch is particularly preferable. Prior to the heat treatment, the substrate and the carbonaceous material precursor may be mixed at a temperature higher than the melting point of the carbonaceous material precursor. The heat treatment temperature may be a temperature at which a component generated by volatilization or thermal decomposition of the carbonaceous material precursor to be used becomes the carbonaceous material, preferably 400 ° C to 2500 ° C, more preferably 500 ° C. The temperature is 2000 ° C. or lower, more preferably 550 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower. The atmosphere for performing the heat treatment is not particularly limited, but a non-oxidizing atmosphere is preferable.
Preferred examples of the composite carbon material are composite carbon materials 1 and 2 described later. Either of these may be selected and used, or both of them may be used in combination.

[複合炭素材料1]
複合炭素材料1は、BET比表面積が100m/g以上3000m/g以下の炭素材料1種以上を該基材として用いた該複合炭素材料である。該基材は、特に制限されるものではないが、活性炭やカーボンブラック、鋳型多孔質炭素、高比表面積黒鉛、カーボンナノ粒子等を好適に用いることができる。
複合炭素材料1のBET比表面積は、100m/g以上1,500m/g以下が好ましく、より好ましくは150m/g以上1,100m/g以下、さらに好ましくは180m/g以上550m/g以下である。このBET比表面積が100m/g以上であれば、細孔を適度に保持することができリチウムイオンの拡散が良好となるため、高い入出力特性を示すことが出来る。他方、1,500m/g以下であることにより、リチウムイオンの充放電効率が向上するため、サイクル耐久性が損なわれることがない。
[Composite carbon material 1]
The composite carbon material 1 is the composite carbon material using one or more carbon materials having a BET specific surface area of 100 m 2 / g or more and 3000 m 2 / g or less as the base material. The substrate is not particularly limited, and activated carbon, carbon black, template porous carbon, high specific surface area graphite, carbon nanoparticles, and the like can be suitably used.
The BET specific surface area of the composite carbon material 1 is preferably 100 m 2 / g or more and 1,500 m 2 / g or less, more preferably 150 m 2 / g or more and 1,100 m 2 / g or less, further preferably 180 m 2 / g or more and 550 m. 2 / g or less. If this BET specific surface area is 100 m 2 / g or more, the pores can be appropriately held and the lithium ion diffusion becomes good, so that high input / output characteristics can be exhibited. On the other hand, since it is 1,500 m 2 / g or less, the charge / discharge efficiency of lithium ions is improved, so that the cycle durability is not impaired.

複合炭素材料1における該炭素質材料の該基材に対する質量比率は10質量%以上200質量%以下が好ましく、より好ましくは12質量%以上180質量%以下、さらに好ましくは15質量%以上160質量%以下、特に好ましくは18質量%以上150質量%以下である。炭素質材料の質量比率が10質量%以上であれば、該基材が有していたマイクロ孔を該炭素質材料で適度に埋めることができ、リチウムイオンの充放電効率が向上するため、良好なサイクル耐久性を示すことができる。また、炭素質材料の質量比率が200質量%以下であれば、細孔を適度に保持することができリチウムイオンの拡散が良好となるため、高い入出力特性を示すことができる。
複合炭素材料1の単位質量当たりのリチウムイオンのドープ量は、530mAh/g以上2,500mAh/g以下であることが好ましく、より好ましくは620mAh/g以上2,100mAh/g以下、さらに好ましくは760mAh/g以上1,700mAh/g以下、特に好ましくは840mAh/g以上1,500mAh/g以下である。
リチウムイオンをドープすることにより、負極電位が低くなるため、リチウムイオンがドープされた複合炭素材料1を含む負極を正極と組み合わせた場合には、非水系リチウム型蓄電素子の電圧が高くなるとともに、正極の利用容量が大きくなる。そのため、得られる非水系リチウム型蓄電素子の容量及びエネルギー密度が高くなる。
該ドープ量が530mAh/g以上であれば、複合炭素材料1におけるリチウムイオンを一旦挿入したら脱離し得ない不可逆なサイトにもリチウムイオンが良好にドープされ、更に所望のリチウム量に対する複合炭素材料1の量を低減することができるため、負極膜厚を薄くすることが可能となり、高いエネルギー密度が得られる。ドープ量が多いほど負極電位が下がり、入出力特性、エネルギー密度、及び耐久性は向上する。
他方、ドープ量が2,500mAh/g以下であれば、リチウム金属の析出等の副作用が発生するおそれがない。
The mass ratio of the carbonaceous material to the base material in the composite carbon material 1 is preferably 10% by mass to 200% by mass, more preferably 12% by mass to 180% by mass, and still more preferably 15% by mass to 160% by mass. Hereinafter, it is particularly preferably 18% by mass or more and 150% by mass or less. If the mass ratio of the carbonaceous material is 10% by mass or more, the micropores of the base material can be appropriately filled with the carbonaceous material, and the charge / discharge efficiency of lithium ions is improved. Cycle durability can be shown. Moreover, if the mass ratio of the carbonaceous material is 200% by mass or less, the pores can be appropriately maintained and lithium ion diffusion is improved, and thus high input / output characteristics can be exhibited.
The doping amount of lithium ions per unit mass of the composite carbon material 1 is preferably 530 mAh / g or more and 2500 mAh / g or less, more preferably 620 mAh / g or more and 2,100 mAh / g or less, and further preferably 760 mAh. / G to 1,700 mAh / g, particularly preferably 840 mAh / g to 1,500 mAh / g.
Since the negative electrode potential is lowered by doping lithium ions, when the negative electrode including the composite carbon material 1 doped with lithium ions is combined with the positive electrode, the voltage of the nonaqueous lithium storage element increases. The utilization capacity of the positive electrode is increased. Therefore, the capacity and energy density of the obtained non-aqueous lithium storage element are increased.
When the doping amount is 530 mAh / g or more, lithium ions are well doped into irreversible sites that cannot be desorbed once the lithium ions in the composite carbon material 1 are inserted, and the composite carbon material 1 with respect to the desired amount of lithium. Therefore, the thickness of the negative electrode can be reduced and a high energy density can be obtained. The larger the doping amount, the lower the negative electrode potential, and the input / output characteristics, energy density, and durability are improved.
On the other hand, when the doping amount is 2,500 mAh / g or less, there is no possibility that side effects such as precipitation of lithium metal occur.

以下、複合炭素材料1の好ましい例として、該基材として活性炭を用いた複合炭素材料1aについて説明する。
複合炭素材料1aは、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をVm1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をVm2(cc/g)とするとき、0.010≦Vm1≦0.300、0.001≦Vm2≦0.650であることが好ましい。
メソ孔量Vm1は、より好ましくは0.010≦Vm1≦0.225、さらに好ましくは0.010≦Vm1≦0.200である。マイクロ孔量Vm2は、より好ましくは0.001≦Vm2≦0.200、更に好ましくは0.001≦Vm2≦0.150、特に好ましくは0.001≦Vm2≦0.100である。
メソ孔量Vm1が0.300cc/g以下であれば、BET比表面積を大きくすることができ、リチウムイオンのドープ量を高めることができることに加え、負極の嵩密度を高めることができるため、負極を薄膜化することができる。また、マイクロ孔量Vm2が0.650cc/g以下であれば、リチウムイオンに対する高い充放電効率が維持できる。他方、メソ孔量Vm1及びマイクロ孔量Vm2が下限以上(0.010≦Vm1、0.001≦Vm2)であれば、高い入出力特性が得られる。
Hereinafter, as a preferable example of the composite carbon material 1, a composite carbon material 1a using activated carbon as the base material will be described.
In the composite carbon material 1a, the amount of mesopores derived from pores having a diameter of 20 to 500 mm calculated by the BJH method is Vm1 (cc / g), and the amount of micropores derived from pores having a diameter of less than 20 mm calculated by the MP method. Is Vm2 (cc / g), it is preferable that 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.300 and 0.001 ≦ Vm2 ≦ 0.650.
The mesopore amount Vm1 is more preferably 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.225, and further preferably 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.200. The micropore amount Vm2 is more preferably 0.001 ≦ Vm2 ≦ 0.200, further preferably 0.001 ≦ Vm2 ≦ 0.150, and particularly preferably 0.001 ≦ Vm2 ≦ 0.100.
If the mesopore amount Vm1 is 0.300 cc / g or less, the BET specific surface area can be increased, the lithium ion doping amount can be increased, and the bulk density of the negative electrode can be increased. Can be thinned. Moreover, if the micropore amount Vm2 is 0.650 cc / g or less, high charge / discharge efficiency for lithium ions can be maintained. On the other hand, if the mesopore volume Vm1 and the micropore volume Vm2 are equal to or higher than the lower limit (0.010 ≦ Vm1, 0.001 ≦ Vm2), high input / output characteristics can be obtained.

複合炭素材料1aのBET比表面積は、100m/g以上1,500m/g以下が好ましく、より好ましくは150m/g以上1,100m/g以下、さらに好ましくは180m/g以上550m/g以下である。このBET比表面積が100m/g以上であれば、細孔を適度に保持することができるため、リチウムイオンの拡散が良好となるため、高い入出力特性を示すことができる。また、リチウムイオンのドープ量を高めることができるため、負極を薄膜化することができる。他方、1,500m/g以下であることにより、リチウムイオンの充放電効率が向上するので、サイクル耐久性が損なわれることがない。
複合炭素材料1aの平均細孔径は、高い入出力特性にする点から、20Å以上であることが好ましく、25Å以上であることがより好ましく、30Å以上であることがさらに好ましい。他方、高エネルギー密度にする点から、平均細孔径は、65Å以下であることが好ましく、60Å以下であることがより好ましい。
The BET specific surface area of the composite carbon material 1a is preferably from 100 m 2 / g to 1,500 m 2 / g, more preferably from 150 m 2 / g to 1,100 m 2 / g, and even more preferably from 180 m 2 / g to 550 m. 2 / g or less. When the BET specific surface area is 100 m 2 / g or more, the pores can be appropriately maintained, and the lithium ion diffusion becomes good, so that high input / output characteristics can be exhibited. Moreover, since the doping amount of lithium ions can be increased, the negative electrode can be made thin. On the other hand, since it is 1,500 m 2 / g or less, the charge / discharge efficiency of lithium ions is improved, so that the cycle durability is not impaired.
The average pore diameter of the composite carbon material 1a is preferably 20 mm or more, more preferably 25 mm or more, and further preferably 30 mm or more from the viewpoint of achieving high input / output characteristics. On the other hand, from the viewpoint of high energy density, the average pore diameter is preferably 65 mm or less, more preferably 60 mm or less.

複合炭素材料1aの平均粒子径は1μm以上10μm以下であることが好ましい。下限については、より好ましくは2μm以上であり、更に好ましくは2.5μm以上である。上限については、より好ましくは6μm以下であり、更に好ましくは4μm以下である。平均粒子径が1μm以上10μm以下であれば良好な耐久性が保たれる。
複合炭素材料1aの水素原子/炭素原子の原子数比(H/C)は、0.05以上0.35以下であることが好ましく、0.05以上0.15以下であることが、より好ましい。H/Cが0.35以下である場合には、活性炭表面に被着している炭素質材料の構造(典型的には、多環芳香族系共役構造)が良好に発達して容量(エネルギー密度)及び充放電効率が高くなる。他方、H/Cが0.05以上である場合には、炭素化が過度に進行することはないため良好なエネルギー密度が得られる。尚、H/Cは元素分析装置により測定される。
The average particle diameter of the composite carbon material 1a is preferably 1 μm or more and 10 μm or less. About a lower limit, More preferably, it is 2 micrometers or more, More preferably, it is 2.5 micrometers or more. About an upper limit, More preferably, it is 6 micrometers or less, More preferably, it is 4 micrometers or less. If the average particle diameter is 1 μm or more and 10 μm or less, good durability is maintained.
The hydrogen atom / carbon atom number ratio (H / C) of the composite carbon material 1a is preferably 0.05 or more and 0.35 or less, and more preferably 0.05 or more and 0.15 or less. . When H / C is 0.35 or less, the structure (typically polycyclic aromatic conjugated structure) of the carbonaceous material deposited on the activated carbon surface is well developed and the capacity (energy Density) and charge / discharge efficiency are increased. On the other hand, when H / C is 0.05 or more, since carbonization does not proceed excessively, a good energy density can be obtained. H / C is measured by an elemental analyzer.

複合炭素材料1aは、前記基材の活性炭に由来するアモルファス構造を有するが、同時に、主に被着した炭素質材料に由来する結晶構造を有する。X線広角回折法によると、該複合炭素材料1aは、(002)面の面間隔d002が3.60Å以上4.00Å以下であり、このピークの半価幅から得られるc軸方向の結晶子サイズLcが8.0Å以上20.0Å以下であるものが好ましく、d002が3.60Å以上3.75Å以下であり、このピークの半価幅から得られるc軸方向の結晶子サイズLcが11.0Å以上16.0Å以下であるものがより好ましい。
上記の複合炭素材料1aの該基材として用いる前記活性炭としては、得られる複合炭素材料1aが所望の特性を発揮する限り、特に制限はない。例えば、石油系、石炭系、植物系、高分子系等の各種の原材料から得られた市販品を使用することができる。特に、平均粒子径が1μm以上15μm以下の活性炭粉末を用いることが好ましく、より好ましくは2μm以上10μm以下である。
The composite carbon material 1a has an amorphous structure derived from the activated carbon of the base material, but at the same time has a crystal structure mainly derived from the deposited carbonaceous material. According to the X-ray wide angle diffraction method, the composite carbon material 1a has a (002) plane spacing d002 of 3.60 mm to 4.00 mm, and a crystallite in the c-axis direction obtained from the half width of this peak. The size Lc is preferably 8.0 to 20.0 and d002 is 3.60 to 3.75 and the crystallite size Lc in the c-axis direction obtained from the half width of this peak is 11. The range of 0 to 16.0 is more preferable.
There is no restriction | limiting in particular as said activated carbon used as this base material of said composite carbon material 1a, as long as the obtained composite carbon material 1a exhibits a desired characteristic. For example, commercially available products obtained from various raw materials such as petroleum-based, coal-based, plant-based, and polymer-based materials can be used. In particular, it is preferable to use activated carbon powder having an average particle diameter of 1 μm to 15 μm, and more preferably 2 μm to 10 μm.

本実施形態において規定する細孔分布範囲を有する複合炭素材料1aを得るためには、該基材に用いる活性炭の細孔分布が重要である。
該活性炭においては、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をV1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をV2(cc/g)としたとき、0.050≦V1≦0.500、0.005≦V2≦1.000、かつ、0.2≦V1/V2≦20.0であることが好ましい。
メソ孔量V1については、0.050≦V1≦0.350がより好ましく、0.100≦V1≦0.300が更に好ましい。マイクロ孔量V2については、0.005≦V2≦0.850がより好ましく、0.100≦V2≦0.800が更に好ましい。メソ孔量/マイクロ孔量の比率については、0.22≦V1/V2≦15.0がより好ましく、0.25≦V1/V2≦10.0が更に好ましい。活性炭のメソ孔量V1が0.500以下である場合及びマイクロ孔量V2が1.000以下である場合、上記本実施形態における複合炭素材料1aの細孔構造を得るためには適量の炭素質材料を被着させれば足りるので、細孔構造を制御し易くなる。他方、活性炭のメソ孔量V1が0.050以上である場合及びマイクロ孔量V2が0.005以上である場合、V1/V2が0.2以上である場合、及びV1/V2が20.0以下である場合にも構造が容易に得られる。
In order to obtain the composite carbon material 1a having the pore distribution range defined in the present embodiment, the pore distribution of the activated carbon used for the substrate is important.
In the activated carbon, the amount of mesopores derived from pores having a diameter of 20 to 500 mm calculated by the BJH method is V1 (cc / g), and the amount of micropores derived from pores having a diameter of less than 20 mm calculated by the MP method is used. When V2 (cc / g), 0.050 ≦ V1 ≦ 0.500, 0.005 ≦ V2 ≦ 1.000, and 0.2 ≦ V1 / V2 ≦ 20.0 are preferable.
About mesopore amount V1, 0.050 <= V1 <= 0.350 is more preferable, and 0.100 <= V1 <= 0.300 is still more preferable. The micropore amount V2 is more preferably 0.005 ≦ V2 ≦ 0.850, and further preferably 0.100 ≦ V2 ≦ 0.800. The ratio of mesopore amount / micropore amount is more preferably 0.22 ≦ V1 / V2 ≦ 15.0, and further preferably 0.25 ≦ V1 / V2 ≦ 10.0. When the mesopore volume V1 of the activated carbon is 0.500 or less and when the micropore volume V2 is 1.000 or less, an appropriate amount of carbonaceous matter is required to obtain the pore structure of the composite carbon material 1a in the present embodiment. Since it is sufficient to deposit a material, the pore structure can be easily controlled. On the other hand, when the mesopore volume V1 of the activated carbon is 0.050 or more, when the micropore volume V2 is 0.005 or more, when V1 / V2 is 0.2 or more, and when V1 / V2 is 20.0. The structure can be easily obtained even in the following cases.

上記の複合炭素材料1aの原料として用いる炭素質材料前駆体とは、熱処理することにより、活性炭に炭素質材料を被着させることができる固体、液体、又は溶剤に溶解可能な有機材料である。この炭素質材料前駆体としては、例えば、ピッチ、メソカーボンマイクロビーズ、コークス、合成樹脂(例えば、フェノール樹脂等)等を挙げることができる。これらの炭素質材料前駆体の中でも、安価であるピッチを用いることが、製造コスト上好ましい。ピッチは、大別して石油系ピッチと石炭系ピッチとに分けられる。石油系ピッチとしては、例えば、原油の蒸留残査、流動性接触分解残査(デカントオイル等)、サーマルクラッカーに由来するボトム油、ナフサクラッキングの際に得られるエチレンタール等が例示される。
上記ピッチを用いる場合、該ピッチを活性炭との共存下で熱処理し、活性炭の表面においてピッチの揮発成分又は熱分解成分を熱反応させて該活性炭に炭素質材料を被着させることにより、複合炭素材料1aが得られる。この場合、200〜500℃程度の温度において、ピッチの揮発成分又は熱分解成分の活性炭細孔内への被着が進行し、400℃以上で該被着成分が炭素質材料となる反応が進行する。熱処理時のピーク温度(最高到達温度)は、得られる複合炭素材料1aの特性、熱反応パターン、熱反応雰囲気等により適宜決定されるものであるが、400℃以上であることが好ましく、より好ましくは450℃〜1,000℃であり、さらに好ましくは500〜800℃程度である。また、熱処理時のピーク温度を維持する時間は、30分間〜10時間であることが好ましく、より好ましくは1時間〜7時間、更に好ましくは2時間〜5時間である。例えば、500〜800℃程度のピーク温度で2時間〜5時間に亘って熱処理する場合、活性炭表面に被着している炭素質材料は多環芳香族系炭化水素になっているものと考えられる。
The carbonaceous material precursor used as a raw material of the composite carbon material 1a is an organic material that can be dissolved in a solid, liquid, or solvent capable of depositing the carbonaceous material on activated carbon by heat treatment. Examples of the carbonaceous material precursor include pitch, mesocarbon microbeads, coke, and synthetic resin (for example, phenol resin). Among these carbonaceous material precursors, it is preferable in terms of production cost to use an inexpensive pitch. Pitch is roughly divided into petroleum pitch and coal pitch. Examples of petroleum pitches include crude oil distillation residue, fluid catalytic cracking residue (decant oil, etc.), bottom oil derived from thermal crackers, ethylene tar obtained during naphtha cracking, and the like.
When the pitch is used, the pitch is heat-treated in the presence of activated carbon, and a carbonaceous material is deposited on the activated carbon by thermally reacting the volatile component or pyrolysis component of the pitch on the surface of the activated carbon. Material 1a is obtained. In this case, at a temperature of about 200 to 500 ° C., the deposition of pitch volatile components or pyrolysis components into the activated carbon pores proceeds, and at 400 ° C. or higher, the reaction in which the deposited components become carbonaceous materials proceeds. To do. The peak temperature (maximum temperature reached) during the heat treatment is appropriately determined depending on the characteristics of the composite carbon material 1a to be obtained, the thermal reaction pattern, the thermal reaction atmosphere, etc., but is preferably 400 ° C. or higher. Is 450 ° C. to 1,000 ° C., more preferably about 500 to 800 ° C. Moreover, it is preferable that the time which maintains the peak temperature at the time of heat processing is 30 minutes-10 hours, More preferably, they are 1 hour-7 hours, More preferably, they are 2 hours-5 hours. For example, when heat treatment is performed for 2 hours to 5 hours at a peak temperature of about 500 to 800 ° C., the carbonaceous material deposited on the activated carbon surface is considered to be a polycyclic aromatic hydrocarbon. .

また、用いるピッチの軟化点は、30℃以上250℃以下が好ましく、60℃以上130℃以下が更に好ましい。軟化点が30℃以上であるピッチはハンドリング性に支障がなく、精度よく仕込むことが可能である。軟化点が250℃以下であるピッチには比較的低分子の化合物を多く含有し、従って該ピッチを用いると、活性炭内の細かい細孔まで被着することが可能となる。
上記の複合炭素材料1aを製造するための具体的方法としては、例えば、炭素質材料前駆体から揮発した炭化水素ガスを含む不活性雰囲気中で活性炭を熱処理し、気相で炭素質材料を被着させる方法が挙げられる。また、活性炭と炭素質材料前駆体とを予め混合し熱処理する方法、又は溶媒に溶解させた炭素質材料前駆体を活性炭に塗布して乾燥させた後に熱処理する方法も可能である。
The softening point of the pitch used is preferably 30 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, and more preferably 60 ° C. or higher and 130 ° C. or lower. A pitch having a softening point of 30 ° C. or higher can be handled with high accuracy without any problem in handling properties. The pitch having a softening point of 250 ° C. or less contains a large amount of relatively low molecular weight compounds. Therefore, when the pitch is used, fine pores in the activated carbon can be deposited.
As a specific method for producing the composite carbon material 1a, for example, activated carbon is heat-treated in an inert atmosphere containing hydrocarbon gas volatilized from a carbonaceous material precursor, and the carbonaceous material is coated in a gas phase. The method of making it wear is mentioned. In addition, a method in which activated carbon and a carbonaceous material precursor are mixed in advance and heat-treated, or a method in which a carbonaceous material precursor dissolved in a solvent is applied to activated carbon and dried is then heat-treated.

複合炭素材料1aにおける該炭素質材料の該活性炭に対する質量比率が10質量%以上100質量%以下であるものが好ましく、より好ましくは15質量%以上80質量%以下である。炭素質材料の質量比率が10質量%以上であれば、該活性炭が有していたマイクロ孔を該炭素質材料で適度に埋めることができ、リチウムイオンの充放電効率が向上するから、サイクル耐久性が損なわれることがない。他方、炭素質材料の質量比率が100質量%以下であれば、複合炭素材料1aの細孔が適度に保持されて比表面積が大きいまま維持されるため、リチウムイオンのドープ量を高めることができ、負極を薄膜化しても高出力密度かつ高耐久性を維持することができる。   In the composite carbon material 1a, the mass ratio of the carbonaceous material to the activated carbon is preferably 10% by mass to 100% by mass, and more preferably 15% by mass to 80% by mass. If the mass ratio of the carbonaceous material is 10% by mass or more, the micropores possessed by the activated carbon can be appropriately filled with the carbonaceous material, and the charge / discharge efficiency of lithium ions is improved. There is no loss of sex. On the other hand, if the mass ratio of the carbonaceous material is 100% by mass or less, the pores of the composite carbon material 1a are appropriately maintained and the specific surface area is kept large, so that the doping amount of lithium ions can be increased. Even if the negative electrode is made thin, high power density and high durability can be maintained.

[複合炭素材料2]
複合炭素材料2は、BET比表面積が0.5m/g以上80m/g以下の炭素材料1種以上を前記基材として用いた前記複合炭素材料である。該基材は、特に制限されるものではないが、天然黒鉛、人造黒鉛、低結晶黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン、カーボンブラック等を好適に用いることができる。
複合炭素材料2のBET比表面積は、1m/g以上50m/g以下が好ましく、より好ましくは1.5m/g以上40m/g以下、さらに好ましくは2m/g以上25m/g以下である。このBET比表面積が1m/g以上であれば、リチウムイオンとの反応場を十分に確保し、高い入出力特性を示すことができる。他方、50m/g以下であれば、リチウムイオンの充放電効率が向上し、かつ充放電中の非水系電解液の分解反応が抑制されるため、高いサイクル耐久性を示すことができる。
複合炭素材料2の平均粒子径は、1μm以上10μm以下であることが好ましく、より好ましくは2μm以上8μm以下、さらに好ましくは3μm以上6μm以下である。平均粒子径が1μm以上であれば、リチウムイオンの充放電効率が向上でき、高いサイクル耐久性を示すことができる。他方、10μm以下であれば、複合炭素材料2と非水系電解液との反応面積が増加するため、高い入出力特性を示すことができる。
[Composite carbon material 2]
The composite carbon material 2 is the composite carbon material using one or more carbon materials having a BET specific surface area of 0.5 m 2 / g to 80 m 2 / g as the base material. The base material is not particularly limited, and natural graphite, artificial graphite, low crystal graphite, hard carbon, soft carbon, carbon black and the like can be suitably used.
BET specific surface area of the composite carbon material 2, 1 m 2 / g or more 50 m 2 / g or less, more preferably 1.5 m 2 / g or more 40 m 2 / g or less, more preferably 2m 2 / g or more 25 m 2 / g or less. When the BET specific surface area is 1 m 2 / g or more, a sufficient reaction field with lithium ions can be secured and high input / output characteristics can be exhibited. On the other hand, if it is 50 m < 2 > / g or less, since the charging / discharging efficiency of lithium ion improves and the decomposition reaction of the nonaqueous electrolyte solution during charging / discharging is suppressed, high cycle durability can be shown.
The average particle size of the composite carbon material 2 is preferably 1 μm or more and 10 μm or less, more preferably 2 μm or more and 8 μm or less, and further preferably 3 μm or more and 6 μm or less. When the average particle diameter is 1 μm or more, the charge / discharge efficiency of lithium ions can be improved, and high cycle durability can be exhibited. On the other hand, if it is 10 μm or less, the reaction area between the composite carbon material 2 and the non-aqueous electrolyte increases, so that high input / output characteristics can be exhibited.

複合炭素材料2における該炭素質材料の該基材に対する質量比率は1質量%以上30質量%以下が好ましく、より好ましくは1.2質量%以上25質量%以下、さらに好ましくは1.5質量%以上20質量%以下である。炭素質材料の質量比率が質量1%以上であれば、該炭素質材料によりリチウムイオンとの反応サイトを十分に増加でき、かつリチウムイオンの脱溶媒和も容易となるため、高い入出力特性を示す。他方、炭素質材料の質量比率が20質量%以下であれば、該炭素質材料と該基材との間のリチウムイオンの固体内拡散を良好に保持でき、高い入出力特性を示すことができ、た、リチウムイオンの充放電効率が向上するため、高いサイクル耐久性を示す。   The mass ratio of the carbonaceous material to the base material in the composite carbon material 2 is preferably 1% by mass to 30% by mass, more preferably 1.2% by mass to 25% by mass, and still more preferably 1.5% by mass. It is 20 mass% or less. When the mass ratio of the carbonaceous material is 1% or more by mass, the carbonaceous material can sufficiently increase the reaction sites with lithium ions and facilitate the desolvation of lithium ions, so that high input / output characteristics can be obtained. Show. On the other hand, if the mass ratio of the carbonaceous material is 20% by mass or less, the diffusion of lithium ions between the carbonaceous material and the base material in the solid can be well maintained, and high input / output characteristics can be exhibited. Moreover, since the charge / discharge efficiency of lithium ions is improved, high cycle durability is exhibited.

複合炭素材料2の単位質量当たりのリチウムイオンのドープ量は、50mAh/g以上700mAh/g以下であることが好ましく、より好ましくは70mAh/g以上650mAh/g以下、さらに好ましくは90mAh/g以上600mAh/g以下、特に好ましくは100mAh/g以上550mAh/g以下である。
リチウムイオンをドープすることにより、負極電位が低くなるため、リチウムイオンがドープされた複合炭素材料2を含む負極を正極と組み合わせた場合には、非水系リチウム型蓄電素子の電圧が高くなるとともに、正極の利用容量が大きくなる。それゆえ、得られる非水系リチウム型蓄電素子の容量及びエネルギー密度が高くなる。
該ドープ量が50mAh/g以上であれば、複合炭素材料2におけるリチウムイオンを一旦挿入したら脱離し得ない不可逆なサイトにもリチウムイオンが良好にドープされるため、高いエネルギー密度が得られる。ドープ量が多いほど負極電位が下がり、入出力特性、エネルギー密度、及び耐久性は向上する。
他方、ドープ量が700mAh/g以下であれば、リチウム金属の析出等の副作用が発生するおそれがない。
The doping amount of lithium ions per unit mass of the composite carbon material 2 is preferably 50 mAh / g or more and 700 mAh / g or less, more preferably 70 mAh / g or more and 650 mAh / g or less, and further preferably 90 mAh / g or more and 600 mAh or less. / G or less, particularly preferably 100 mAh / g or more and 550 mAh / g or less.
Since the negative electrode potential is lowered by doping lithium ions, when the negative electrode including the composite carbon material 2 doped with lithium ions is combined with the positive electrode, the voltage of the non-aqueous lithium storage element increases, The utilization capacity of the positive electrode is increased. Therefore, the capacity and energy density of the obtained nonaqueous lithium storage element are increased.
When the doping amount is 50 mAh / g or more, lithium ions are favorably doped into irreversible sites that cannot be desorbed once lithium ions in the composite carbon material 2 are inserted, so that a high energy density is obtained. The larger the doping amount, the lower the negative electrode potential, and the input / output characteristics, energy density, and durability are improved.
On the other hand, when the doping amount is 700 mAh / g or less, there is no possibility that side effects such as precipitation of lithium metal occur.

以下、複合炭素材料2の好ましい例として、該基材として黒鉛材料を用いた複合炭素材料2aについて説明する。
複合炭素材料2aの平均粒子径は1μm以上10μm以下であることが好ましく、より好ましくは2μm以上8μm以下、さらに好ましくは3μm以上6μm以下である。平均粒子径が1μm以上であれば、リチウムイオンの充放電効率が向上し、高いサイクル耐久性を示すことができる。他方、10μm以下であれば、複合炭素材料2aと非水系電解液との反応面積が増加し、高い入出力特性を示すことができる。
複合炭素材料2aのBET比表面積は、1m/g以上20m/g以下であることが好ましく、より好ましくは1m/g以上15m/g以下である。このBET比表面積が1m/g以上であれば、リチウムイオンとの反応場を十分に確保でき、高い入出力特性を示すことができる。他方、20m/g以下であれば、リチウムイオンの充放電効率が向上し、かつ充放電中の非水系電解液の分解反応が抑制されるため、高いサイクル耐久性を示すことができ。
Hereinafter, as a preferable example of the composite carbon material 2, a composite carbon material 2a using a graphite material as the base material will be described.
The average particle size of the composite carbon material 2a is preferably 1 μm or more and 10 μm or less, more preferably 2 μm or more and 8 μm or less, and further preferably 3 μm or more and 6 μm or less. When the average particle size is 1 μm or more, the charge / discharge efficiency of lithium ions is improved and high cycle durability can be exhibited. On the other hand, if it is 10 μm or less, the reaction area between the composite carbon material 2a and the non-aqueous electrolyte increases, and high input / output characteristics can be exhibited.
The BET specific surface area of the composite carbon material 2a is preferably 1 m 2 / g or more and 20 m 2 / g or less, more preferably 1 m 2 / g or more and 15 m 2 / g or less. When the BET specific surface area is 1 m 2 / g or more, a sufficient reaction field with lithium ions can be secured, and high input / output characteristics can be exhibited. On the other hand, if it is 20 m 2 / g or less, the charge / discharge efficiency of lithium ions is improved and the decomposition reaction of the non-aqueous electrolyte during charge / discharge is suppressed, so that high cycle durability can be exhibited.

該基材として用いる前記黒鉛材料としては、得られる複合炭素材料2aが所望の特性を発揮する限り、特に制限はない。例えば、人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛化メソフェーズカーボン小球体、黒鉛ウイスカ等を使用することができる。該黒鉛材料の平均粒子径は、好ましくは1μm以上10μm以下、より好ましくは2μm以上8μm以下である。
上記の複合炭素材料2aの原料として用いる炭素質材料前駆体とは、熱処理することにより、黒鉛材料に炭素質材料を複合させることができる固体、液体、又は溶剤に溶解可能な有機材料である。この炭素質材料前駆体としては、例えば、ピッチ、メソカーボンマイクロビーズ、コークス、合成樹脂(例えばフェノール樹脂等)等を挙げることができる。これらの炭素質材料前駆体の中でも、安価であるピッチを用いることが、製造コスト上好ましい。ピッチは、大別して石油系ピッチと石炭系ピッチとに分けられる。石油系ピッチとしては、例えば、原油の蒸留残査、流動性接触分解残査(デカントオイル等)、サーマルクラッカーに由来するボトム油、ナフサクラッキングの際に得られるエチレンタール等が例示される。
The graphite material used as the substrate is not particularly limited as long as the obtained composite carbon material 2a exhibits desired characteristics. For example, artificial graphite, natural graphite, graphitized mesophase carbon spherules, graphite whiskers and the like can be used. The average particle diameter of the graphite material is preferably 1 μm or more and 10 μm or less, more preferably 2 μm or more and 8 μm or less.
The carbonaceous material precursor used as a raw material of the composite carbon material 2a is an organic material that can be dissolved in a solid, liquid, or solvent that can be combined with a graphite material by heat treatment. Examples of the carbonaceous material precursor include pitch, mesocarbon microbeads, coke, and synthetic resin (for example, phenol resin). Among these carbonaceous material precursors, it is preferable in terms of production cost to use an inexpensive pitch. Pitch is roughly divided into petroleum pitch and coal pitch. Examples of petroleum pitches include crude oil distillation residue, fluid catalytic cracking residue (decant oil, etc.), bottom oil derived from thermal crackers, ethylene tar obtained during naphtha cracking, and the like.

複合炭素材料2aにおける該炭素質材料の該黒鉛材料に対する質量比率は1質量%以上10質量%以下が好ましく、より好ましくは1.2質量%以上8質量%以下、さらに好ましくは1.5質量%以上6質量%以下、特に好ましくは2質量%以上5質量%以下である。炭素質材料の質量比率が1質量%以上であれば、該炭素質材料によりリチウムイオンとの反応サイトを十分に増加でき、かつリチウムイオンの脱溶媒和も容易となるため、高い入出力特性を示すことができる。他方、炭素質材料の質量比率が20質量%以下であれば、該炭素質材料と該黒鉛材料との間のリチウムイオンの固体内拡散を良好に保持でき、高い入出力特性を示すことができる。また、リチウムイオンの充放電効率が向上出来るため、高いサイクル耐久性を示すことができる。   The mass ratio of the carbonaceous material to the graphite material in the composite carbon material 2a is preferably 1% by mass to 10% by mass, more preferably 1.2% by mass to 8% by mass, and still more preferably 1.5% by mass. The content is 6% by mass or less, particularly preferably 2% by mass or more and 5% by mass or less. If the mass ratio of the carbonaceous material is 1% by mass or more, the carbonaceous material can sufficiently increase the number of reaction sites with lithium ions, and the desolvation of lithium ions is facilitated. Can show. On the other hand, if the mass ratio of the carbonaceous material is 20% by mass or less, the diffusion of lithium ions in the solid between the carbonaceous material and the graphite material can be favorably maintained, and high input / output characteristics can be exhibited. . Moreover, since the charge / discharge efficiency of lithium ions can be improved, high cycle durability can be exhibited.

[任意成分]
本発明における負極活物質層は、必要に応じて、負極活物質の他に、導電性フィラー、結着剤、分散安定剤等の任意成分を含んでいてもよい。
導電性フィラーの種類は特に制限されるものではないが、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、気相成長炭素繊維等が例示される。導電性フィラーの使用量は、負極活物質100質量部に対して、好ましくは0質量部以上30質量部以下、より好ましくは0質量部以上20質量部以下、さらに好ましくは0質量部以上15質量部以下である。
結着剤としては、特に制限されるものではないが、例えば、PVdF(ポリフッ化ビニリデン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、ポリイミド、ラテックス、スチレン−ブタジエン共重合体、フッ素ゴム、アクリル共重合体等を用いることができる。結着剤の使用量は、負極活物質100質量部に対して、好ましくは1質量部以上30質量部以下、より好ましくは2質量部以上27質量部以下、さらに好ましくは3質量部以上25質量部以下である。結着剤の量が1質量部以上であれば、十分な電極強度が発現される。他方、結着剤の量が30質量部以下であれば、負極活物質へのリチウムイオンの出入りを阻害せず、高い入出力特性が発現される。
分散安定剤としては、特に制限されるものではないが、例えば、PVP(ポリビニルピロリドン)、PVA(ポリビニルアルコール)、セルロース誘導体等を用いることができる。分散安定剤の使用量は、負極活物質100質量部に対して、好ましくは0質量部以上10質量部以下である。分散安定剤の量が10質量部以下であれば、負極活物質へのリチウムイオンの出入りを阻害せず、高い入出力特性が発現される。
[Optional ingredients]
The negative electrode active material layer in the present invention may contain optional components such as a conductive filler, a binder, and a dispersion stabilizer in addition to the negative electrode active material as necessary.
The type of the conductive filler is not particularly limited, and examples thereof include acetylene black, ketjen black, and vapor grown carbon fiber. The amount of the conductive filler used is preferably 0 to 30 parts by mass, more preferably 0 to 20 parts by mass, and even more preferably 0 to 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material. Or less.
The binder is not particularly limited. For example, PVdF (polyvinylidene fluoride), PTFE (polytetrafluoroethylene), polyimide, latex, styrene-butadiene copolymer, fluororubber, acrylic copolymer. Etc. can be used. The amount of the binder used is preferably 1 part by mass or more and 30 parts by mass or less, more preferably 2 parts by mass or more and 27 parts by mass or less, and still more preferably 3 parts by mass or more and 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material. Or less. When the amount of the binder is 1 part by mass or more, sufficient electrode strength is exhibited. On the other hand, when the amount of the binder is 30 parts by mass or less, high input / output characteristics are exhibited without inhibiting lithium ions from entering and leaving the negative electrode active material.
Although it does not restrict | limit especially as a dispersion stabilizer, For example, PVP (polyvinyl pyrrolidone), PVA (polyvinyl alcohol), a cellulose derivative etc. can be used. The amount of the dispersion stabilizer used is preferably 0 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material. When the amount of the dispersion stabilizer is 10 parts by mass or less, high input / output characteristics are exhibited without inhibiting lithium ions from entering and leaving the negative electrode active material.

[負極集電体]
負極集電体を構成する材料としては、電子伝導性が高く、非水系電解液への溶出及び電解質又はイオンとの反応等による劣化がおこらない金属箔であることが好ましい。このような金属箔としては、特に制限はなく、例えば、アルミニウム箔、銅箔、ニッケル箔、ステンレス鋼箔等が挙げられる。本実施の形態の非水系リチウム型蓄電素子における負極集電体としては、銅箔が好ましい。
該金属箔は凹凸や貫通孔を持たない通常の金属箔でもよいし、エンボス加工、ケミカルエッチング、電解析出法、ブラスト加工等を施した凹凸を有する金属箔でもよいし、エキスパンドメタル、パンチングメタル、エッチング箔等の貫通孔を有する金属箔でもよい。
負極集電体の厚みは、負極の形状及び強度を十分に保持できれば特に制限はないが、例えば、1〜100μmが好ましい。
[Negative electrode current collector]
The material constituting the negative electrode current collector is preferably a metal foil that has high electron conductivity and does not deteriorate due to elution into a non-aqueous electrolyte and reaction with an electrolyte or ions. There is no restriction | limiting in particular as such metal foil, For example, aluminum foil, copper foil, nickel foil, stainless steel foil, etc. are mentioned. The negative electrode current collector in the non-aqueous lithium storage element of this embodiment is preferably a copper foil.
The metal foil may be a normal metal foil having no irregularities or through holes, or a metal foil having irregularities subjected to embossing, chemical etching, electrolytic deposition, blasting, etc., expanded metal, punching metal Alternatively, a metal foil having a through hole such as an etching foil may be used.
The thickness of the negative electrode current collector is not particularly limited as long as the shape and strength of the negative electrode can be sufficiently maintained, but for example, 1 to 100 μm is preferable.

[負極の製造]
負極は、負極集電体の片面上又は両面上に負極活物質層を有して成る。典型的な態様において負極活物質層は負極集電体に固着している。
負極は、既知のリチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ等における電極の製造技術によって製造することが可能である。例えば、負極活物質を含む各種材料を水又は有機溶剤中に分散又は溶解してスラリー状の塗工液を調製し、この塗工液を負極集電体上の片面又は両面に塗工して塗膜を形成し、これを乾燥することにより負極を得ることができる。さらに得られた負極にプレスを施して、負極活物質層の膜厚や嵩密度を調整してもよい。或いは、溶剤を使用せずに、負極活物質を含む各種材料を乾式で混合し、得られた混合物をプレス成型した後、導電性接着剤を用いて負極集電体に貼り付ける方法も可能である。
塗工液は、負極活物質を含む各種材料粉末の一部若しくは全部をドライブレンドし、次いで水又は有機溶媒、及び/又はそれらに結着剤や分散安定剤が溶解又は分散した液状又はスラリー状の物質を追加して調整してもよい。また、水又は有機溶媒に結着剤や分散安定剤が溶解又は分散した液状又はスラリー状の物質の中に、負極活物質を含む各種材料粉末を追加して調整してもよい。前記塗工液の調整に特に制限されるものではないが、好適にはホモディスパーや多軸分散機、プラネタリーミキサー、薄膜旋回型高速ミキサー等の分散機等を用いることができる。良好な分散状態の塗工液を得るためには、周速1m/s以上50m/s以下で分散することが好ましい。周速1m/s以上であれば、各種材料が良好に溶解又は分散するため好ましい。他方、50m/s以下であれば、分散による熱やせん断力により各種材料が破壊されることなく、再凝集が生じることがないため好ましい。
[Manufacture of negative electrode]
The negative electrode has a negative electrode active material layer on one side or both sides of a negative electrode current collector. In a typical embodiment, the negative electrode active material layer is fixed to the negative electrode current collector.
The negative electrode can be manufactured by an electrode manufacturing technique in a known lithium ion battery, electric double layer capacitor or the like. For example, various materials including a negative electrode active material are dispersed or dissolved in water or an organic solvent to prepare a slurry-like coating liquid, and this coating liquid is applied to one or both surfaces on a negative electrode current collector. A negative electrode can be obtained by forming a coating film and drying it. Further, the obtained negative electrode may be pressed to adjust the film thickness and bulk density of the negative electrode active material layer. Alternatively, it is possible to mix various materials including the negative electrode active material dry without using a solvent, press the resulting mixture, and then apply it to the negative electrode current collector using a conductive adhesive. is there.
The coating liquid is a liquid or slurry in which a part or all of various material powders including the negative electrode active material are dry blended, and then water or an organic solvent, and / or a binder or a dispersion stabilizer is dissolved or dispersed therein. Additional substances may be added for adjustment. Further, various material powders containing a negative electrode active material may be added to a liquid or slurry substance in which a binder or dispersion stabilizer is dissolved or dispersed in water or an organic solvent. Although it does not restrict | limit especially in the adjustment of the said coating liquid, Dispersers, such as a homodisper, a multiaxial disperser, a planetary mixer, a thin film swirl | vortex type high speed mixer, etc. can be used suitably. In order to obtain a coating liquid in a good dispersion state, it is preferable to disperse at a peripheral speed of 1 m / s to 50 m / s. A peripheral speed of 1 m / s or more is preferable because various materials can be dissolved or dispersed well. On the other hand, if it is 50 m / s or less, since various materials are not destroyed by the heat | fever and shear force by dispersion | distribution, and reaggregation does not arise, it is preferable.

前記塗工液の粘度(ηb)は、1,000mPa・s以上20,000mPa・s以下が好ましく、より好ましくは1,500mPa・s以上10,000mPa・s以下、さらに好ましくは1,700mPa・s以上5,000mPa・s以下である。粘度(ηb)が1,000mPa・s以上であれば、塗膜形成時の液ダレが抑制され、塗膜幅及び膜厚が良好に制御できる。他方、20,000mPa・s以下であれば、塗工機を用いた際の塗工液の流路における圧力損失が少なく安定に塗工でき、また所望の塗膜厚み以下に制御できる。
また、該塗工液のTI値(チクソトロピーインデックス値)は、1.1以上が好ましく、より好ましくは1.2以上、さらに好ましくは1.5以上である。TI値が1.1以上であれば、塗膜幅及び膜厚が良好に制御できる。
The viscosity (ηb) of the coating solution is preferably 1,000 mPa · s to 20,000 mPa · s, more preferably 1,500 mPa · s to 10,000 mPa · s, and still more preferably 1,700 mPa · s. It is 5,000 mPa · s or less. When the viscosity (ηb) is 1,000 mPa · s or more, dripping at the time of forming the coating film is suppressed, and the coating film width and film thickness can be controlled well. On the other hand, if it is 20,000 mPa · s or less, there is little pressure loss in the flow path of the coating liquid when a coating machine is used, and the coating can be performed stably, and the coating thickness can be controlled below the desired thickness.
Further, the TI value (thixotropic index value) of the coating solution is preferably 1.1 or more, more preferably 1.2 or more, and further preferably 1.5 or more. When the TI value is 1.1 or more, the coating film width and film thickness can be controlled well.

前記塗膜の形成は特に制限されるものではないが、好適にはダイコーターやコンマコーター、ナイフコーター、グラビア塗工機等の塗工機を用いることができる。塗膜は単層塗工で形成してもよいし、多層塗工して形成してもよい。また、塗工速度は0.1m/分以上100m/分以下であることが好ましく、より好ましくは0.5m/分以上70m/分以下、さらに好ましくは1m/分以上50m/分以下である。塗工速度が0.1m/分以上であれば、安定に塗工出来る。他方、100m/分以下であれば、塗工精度を十分に確保できる。
前記塗膜の乾燥は特に制限されるものではないが、好適には熱風乾燥や赤外線(IR)乾燥等の乾燥方法を用いることができる。塗膜の乾燥は、単一の温度で乾燥させてもよいし、多段的に温度を変えて乾燥させてもよい。また、複数の乾燥方法を組み合わせて乾燥させてもよい。乾燥温度は、25℃以上200℃以下であることが好ましく、より好ましくは40℃以上180℃以下、さらに好ましくは50℃以上160℃以下である。乾燥温度が25℃以上であれば、塗膜中の溶媒を十分に揮発させることができる。他方、200℃以下であれば、急激な溶媒の揮発による塗膜のヒビ割れやマイグレーションによる結着剤の偏在、負極集電体や負極活物質層の酸化を抑制できる。
The formation of the coating film is not particularly limited, but preferably a coating machine such as a die coater, a comma coater, a knife coater, or a gravure coating machine can be used. The coating film may be formed by single layer coating or may be formed by multilayer coating. The coating speed is preferably from 0.1 m / min to 100 m / min, more preferably from 0.5 m / min to 70 m / min, still more preferably from 1 m / min to 50 m / min. If the coating speed is 0.1 m / min or more, stable coating can be achieved. On the other hand, if it is 100 m / min or less, sufficient coating accuracy can be secured.
Although the drying of the coating film is not particularly limited, a drying method such as hot air drying or infrared (IR) drying can be preferably used. The coating film may be dried at a single temperature or may be dried by changing the temperature in multiple stages. Moreover, you may dry combining several drying methods. The drying temperature is preferably 25 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, more preferably 40 ° C. or higher and 180 ° C. or lower, and further preferably 50 ° C. or higher and 160 ° C. or lower. When the drying temperature is 25 ° C. or higher, the solvent in the coating film can be sufficiently volatilized. On the other hand, if it is 200 degrees C or less, the crack of the coating film by rapid volatilization of a solvent, the uneven distribution of the binder by migration, and the oxidation of a negative electrode collector or a negative electrode active material layer can be suppressed.

前記負極のプレスは特に制限されるものではないが、好適には油圧プレス機、真空プレス機等のプレス機を用いることができる。負極活物質層の膜厚、嵩密度及び電極強度は後述するプレス圧力、隙間、プレス部の表面温度により調整できる。プレス圧力は0.5kN/cm以上20kN/cm以下が好ましく、より好ましくは1kN/cm以上10kN/cm以下、さらに好ましくは2kN/cm以上7kN/cm以下である。プレス圧力が0.5kN/cm以上であれば、電極強度を十分に高くできる。他方、20kN/cm以下であれば、負極に撓みやシワが生じることがなく、所望の負極活物質層膜厚や嵩密度に調整できる。また、プレスロール同士の隙間は所望の負極活物質層の膜厚や嵩密度となるように乾燥後の負極膜厚に応じて任意の値を設定できる。さらに、プレス速度は負極に撓みやシワが生じない任意の速度に設定できる。また、プレス部の表面温度は室温でもよいし、必要により加熱してもよい。加熱する場合のプレス部の表面温度の下限は、使用する結着剤の融点マイナス60℃以上が好ましく、より好ましくは45℃以上、さらに好ましくは30℃以上である。他方、加熱する場合のプレス部の表面温度の上限は、使用する結着剤の融点プラス50℃以下が好ましく、より好ましくは30℃以下、さらに好ましくは20℃以下である。例えば、結着剤としてPVdF(ポリフッ化ビニリデン:融点150℃)を用いる場合、90℃以上200℃以下に加温することが好ましく、より好ましく105℃以上180℃以下、さらに好ましくは120℃以上170℃以下に加熱することである。また、結着剤としてスチレン−ブタジエン共重合体(融点100℃)を用いる場合、40℃以上150℃以下に加温することが好ましく、より好ましくは55℃以上130℃以下、さらに好ましくは70℃以上120℃以下に加温することである。   Although the press of the negative electrode is not particularly limited, a press such as a hydraulic press or a vacuum press can be preferably used. The film thickness, bulk density, and electrode strength of the negative electrode active material layer can be adjusted by the press pressure, gap, and surface temperature of the press part described later. The pressing pressure is preferably 0.5 kN / cm or more and 20 kN / cm or less, more preferably 1 kN / cm or more and 10 kN / cm or less, and further preferably 2 kN / cm or more and 7 kN / cm or less. If the pressing pressure is 0.5 kN / cm or more, the electrode strength can be sufficiently increased. On the other hand, if it is 20 kN / cm or less, the negative electrode is not bent or wrinkled, and can be adjusted to the desired negative electrode active material layer thickness and bulk density. In addition, the gap between the press rolls can be set to an arbitrary value according to the negative electrode film thickness after drying so as to be a desired film thickness or bulk density of the negative electrode active material layer. Furthermore, the press speed can be set to an arbitrary speed at which the negative electrode is not bent or wrinkled. Moreover, the surface temperature of a press part may be room temperature, and may be heated if necessary. The lower limit of the surface temperature of the press part in the case of heating is preferably the melting point minus 60 ° C. or more of the binder used, more preferably 45 ° C. or more, and further preferably 30 ° C. or more. On the other hand, the upper limit of the surface temperature of the press part in the case of heating is preferably the melting point of the binder used plus 50 ° C. or less, more preferably 30 ° C. or less, and further preferably 20 ° C. or less. For example, when PVdF (polyvinylidene fluoride: melting point 150 ° C.) is used as the binder, it is preferably heated to 90 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, more preferably 105 ° C. or higher and 180 ° C. or lower, and further preferably 120 ° C. or higher and 170 ° C. Heating to below ℃. When a styrene-butadiene copolymer (melting point: 100 ° C.) is used as the binder, it is preferably heated to 40 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, more preferably 55 ° C. or higher and 130 ° C. or lower, and even more preferably 70 ° C. Heating to 120 ° C. or lower.

結着剤の融点は、DSC(Differential Scanning Calorimetry、示差走査熱量分析)の吸熱ピーク位置で求めることができる。例えば、パーキンエルマー社製の示差走査熱量計「DSC7」を用いて、試料樹脂10mgを測定セルにセットし、窒素ガス雰囲気中で、温度30℃から10℃/分の昇温速度で250℃まで昇温し、昇温過程における吸熱ピーク温度が融点となる。
また、プレス圧力、隙間、速度、プレス部の表面温度の条件を変えながら複数回プレスを実施してもよい。
負極活物質層の膜厚は、片面当たり、5μm以上100μm以下が好ましい。該負極活物質層の膜厚の下限は、さらに好ましくは7μm以上であり、より好ましくは10μm以上である。該負極活物質層の膜厚の上限は、さらに好ましくは80μm以下であり、より好ましくは60μm以下である。この膜厚が5μm以上であれば、負極活物質層を塗工した際にスジ等が発生せず塗工性に優れる。他方、この膜厚が100μm以下であれば、セル体積を縮小することによって高いエネルギー密度を発現できる。尚、集電体が貫通孔や凹凸を有する場合における負極活物質層の膜厚とは、集電体の貫通孔や凹凸を有していない部分の片面当たりの膜厚の平均値をいう。
The melting point of the binder can be determined at the endothermic peak position of DSC (Differential Scanning Calorimetry). For example, using a differential scanning calorimeter “DSC7” manufactured by PerkinElmer Co., Ltd., 10 mg of sample resin is set in a measurement cell, and the temperature is increased from 30 ° C. to 250 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./min in a nitrogen gas atmosphere. The temperature is raised, and the endothermic peak temperature in the temperature raising process becomes the melting point.
Moreover, you may press several times, changing the conditions of press pressure, a clearance gap, speed | rate, and the surface temperature of a press part.
The thickness of the negative electrode active material layer is preferably 5 μm or more and 100 μm or less per side. The lower limit of the thickness of the negative electrode active material layer is more preferably 7 μm or more, and more preferably 10 μm or more. The upper limit of the film thickness of the negative electrode active material layer is more preferably 80 μm or less, and more preferably 60 μm or less. When the film thickness is 5 μm or more, no streaks or the like are generated when the negative electrode active material layer is applied, and the coating property is excellent. On the other hand, if this film thickness is 100 μm or less, a high energy density can be expressed by reducing the cell volume. In addition, the film thickness of the negative electrode active material layer in the case where the current collector has through holes or unevenness means the average value of the film thickness per one side of the portion of the current collector that does not have through holes or unevenness.

負極活物質層の嵩密度は、好ましくは0.30g/cm以上1.8g/cm以下であり、より好ましくは0.40g/cm以上1.5g/cm以下、さらに好ましくは0.45g/cm以上1.3g/cm以下である。嵩密度が0.30g/cm以上であれば、十分な強度を保つことができるとともに、負極活物質間の十分な導電性を発現することができる。他方、1.8g/cm以下であれば、負極活物質層内でイオンが十分に拡散できる空孔が確保できる。 The bulk density of the negative electrode active material layer is preferably 0.30 g / cm 3 or more and 1.8 g / cm 3 or less, more preferably 0.40 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less, and still more preferably 0. .45g / cm 3 or more 1.3g / cm 3 or less. When the bulk density is 0.30 g / cm 3 or more, sufficient strength can be maintained and sufficient conductivity between the negative electrode active materials can be exhibited. On the other hand, if it is 1.8 g / cm 3 or less, a hole capable of sufficiently diffusing ions in the negative electrode active material layer can be secured.

[測定方法]
BET比表面積及び平均細孔径、メソ孔量、マイクロ孔量は、それぞれ以下の方法によって求められる値である。試料を200℃で一昼夜真空乾燥し、窒素を吸着質として吸脱着の等温線の測定を行なう。ここで得られる吸着側の等温線を用いて、BET比表面積はBET多点法又はBET1点法により、平均細孔径は質量当たりの全細孔容積をBET比表面積で除すことにより、メソ孔量はBJH法により、マイクロ孔量はMP法により、それぞれ算出される。
BJH法は一般的にメソ孔の解析に用いられる計算方法で、Barrett, Joyner, Halendaらにより提唱されたものである(E. P. Barrett, L. G. Joyner and P. Halenda, J. Am. Chem. Soc., 73, 373(1951))。
また、MP法とは、「t−プロット法」(B.C.Lippens,J.H.de Boer,J.Catalysis,4319(1965))を利用して、マイクロ孔容積、マイクロ孔面積、及びマイクロ孔の分布を求める方法を意味し、M.Mikhail, Brunauer, Bodorにより考案された方法である(R.S.Mikhail,S.Brunauer,E.E.Bodor,J.Colloid Interface Sci.,26,45 (1968))。
[Measuring method]
The BET specific surface area, average pore diameter, mesopore amount, and micropore amount are values determined by the following methods, respectively. The sample is vacuum-dried at 200 ° C. all day and night, and adsorption and desorption isotherms are measured using nitrogen as an adsorbate. Using the isotherm on the adsorption side obtained here, the BET specific surface area is determined by the BET multipoint method or the BET single point method, and the average pore diameter is obtained by dividing the total pore volume per mass by the BET specific surface area. The amount is calculated by the BJH method, and the amount of micropores is calculated by the MP method.
The BJH method is a calculation method generally used for analysis of mesopores, and was proposed by Barrett, Joyner, Halenda et al. (EP Barrett, LG Joyner and P. Halenda, J. Am. Chem. Soc., 73, 373 (1951)).
In addition, the MP method is a “t-plot method” (BC Lippens, JH de Boer, J. Catalysis, 4319 (1965)). Means a method for determining the distribution of micropores; It is a method devised by Mikhail, Brunauer, Bodor (RS Mikhal, S. Brunauer, EE Bodor, J. Colloid Interface Sci., 26, 45 (1968)).

平均粒子径は、粒度分布測定装置を用いて粒度分布を測定した際、全体積を100%として累積カーブを求めたとき、その累積カーブが50%となる点の粒子径(すなわち、50%径(Median径))を指す。この平均粒子径は市販のレーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定することができる。   When the particle size distribution is measured using a particle size distribution measuring device, the average particle size is the particle size at which the cumulative curve becomes 50% when the total volume is 100% (that is, the 50% diameter). (Median diameter)). This average particle diameter can be measured using a commercially available laser diffraction particle size distribution analyzer.

出荷時及び使用後の非水系リチウム型蓄電素子における負極活物質のリチウムイオンのドープ量は、例えば、以下のようにして知ることができる。
先ず、本実施形態における負極活物質層をエチルメチルカーボネート又はジメチルカーボネートで洗浄し風乾した後、メタノール及びイソプロパノールから成る混合溶媒により抽出した抽出液と、抽出後の負極活物質層と、を得る。この抽出は、典型的にはArボックス内にて、環境温度23℃で行われる。
上記のようにして得られた抽出液と、抽出後の負極活物質層と、に含まれるリチウム量を、それぞれ、例えばICP−MS(誘導結合プラズマ質量分析計)等を用いて定量し、その合計を求めることによって、負極活物質におけるリチウムイオンのドープ量を知ることができる。そして、得られた値を抽出に供した負極活物質量で割り付けて、上記単位の数値を算出すればよい。
The amount of lithium ion doping of the negative electrode active material in the non-aqueous lithium storage element at the time of shipment and after use can be known, for example, as follows.
First, after the negative electrode active material layer in this embodiment is washed with ethyl methyl carbonate or dimethyl carbonate and air-dried, an extract extracted with a mixed solvent composed of methanol and isopropanol and a negative electrode active material layer after extraction are obtained. This extraction is typically performed at an ambient temperature of 23 ° C. in an Ar box.
The amount of lithium contained in the extract obtained as described above and the negative electrode active material layer after extraction is quantified using, for example, an ICP-MS (inductively coupled plasma mass spectrometer), and the like. By obtaining the total, the doping amount of lithium ions in the negative electrode active material can be known. And the numerical value of the said unit should just be calculated by allocating the obtained value by the amount of negative electrode active materials used for extraction.

1次粒子径は、粉体を電子顕微鏡で数視野撮影し、それらの視野中の粒子の粒子径を、全自動画像処理装置等を用いて2,000〜3,000個程度計測し、これらを算術平均した値を1次粒子径とする方法により得ることができる。   The primary particle size is obtained by taking several fields of powder with an electron microscope and measuring about 2,000 to 3,000 particles in the field using a fully automatic image processor. Can be obtained by a method in which a value obtained by arithmetically averaging is used as a primary particle diameter.

本明細書中、分散度は、JIS K5600に規定された粒ゲージによる分散度評価
試験により求められる値である。すなわち、粒のサイズに応じた所望の深さの溝を有する粒ゲージに対して、溝の深い方の先端に十分な量の試料を流し込み,溝から僅かに溢れさせる。次いで、スクレーパーの長辺がゲージの幅方向と平行になり、粒ゲージの溝の深い先端に刃先が接触するように置き、スクレーパーをゲージの表面になるように保持しながら、溝の長辺方向に対して直角に、ゲージの表面を均等な速度で、溝の深さ0まで1〜2秒間かけて引き、引き終わってから3秒以内に20°以上30°以下の角度で光を当てて観察し、粒ゲージの溝に粒が現れる深さを読み取る。
In the present specification, the dispersity is a value determined by a dispersity evaluation test using a grain gauge specified in JIS K5600. That is, a sufficient amount of sample is poured into the deeper end of the groove and slightly overflows from the groove gauge having a groove with a desired depth according to the size of the grain. Next, place the scraper so that the long side of the scraper is parallel to the width direction of the gauge and the cutting edge is in contact with the deep tip of the grain gauge groove, and hold the scraper so that it is on the surface of the gauge. The surface of the gauge is drawn at a uniform speed to the groove depth of 0 to 1 second for 1 to 2 seconds, and light is applied at an angle of 20 ° to 30 ° within 3 seconds after the drawing is finished. Observe and read the depth at which the grain appears in the groove of the grain gauge.

粘度(ηb)及びTI値は、それぞれ以下の方法により求められる値である。
まず、E型粘度計を用いて温度25℃、ずり速度2s−1の条件で2分以上測定した後の安定した粘度(ηa)を取得する。次いで、ずり速度を20s−1に変更した他は上記と同様の条件で測定した粘度(ηb)を取得する。上記で得た粘度の値を用いてTI値はTI値=ηa/ηbの式により算出される。ずり速度を2s−1から20s−1へ上昇させる際は、1段階で上昇させても良いし、上記の範囲で多段的にずり速度を上昇させ、適宜そのずり速度における粘度を取得しながら上昇させてもよい。
The viscosity (ηb) and the TI value are values obtained by the following methods, respectively.
First, a stable viscosity (ηa) after measurement for 2 minutes or more under the conditions of a temperature of 25 ° C. and a shear rate of 2 s −1 is obtained using an E-type viscometer. Next, the viscosity (ηb) measured under the same conditions as described above is obtained except that the shear rate is changed to 20 s −1 . Using the viscosity value obtained above, the TI value is calculated by the formula TI value = ηa / ηb. When the shear rate is increased from 2 s −1 to 20 s −1 , the shear rate may be increased in one step, or the shear rate is increased in a multistage manner within the above range, and the viscosity is increased while appropriately acquiring the viscosity at the shear rate. You may let them.

[負極の単位面積当たりの余剰リチウムドープ量Dの測定方法]
非水系リチウム型蓄電素子における負極の片面の単位面積当たりの余剰リチウムドープ量D(mAh/m)は、以下のようにして測定可能である。
先ず、非水系リチウム型蓄電素子を3.8Vに調整した後、アルゴンボックスなどの不活性雰囲気下で解体して負極を取り出す。これを鎖状カーボネート(例えば、エチルメチルカーボネート)で洗浄し、風乾した後、作用極に該負極、対極にリチウム、参照極にリチウム、電解液に1.0mol/LのLiPFを含むECMEC混合溶媒(例えば、EC:MEC=1:4(体積比))、セパレータにガラスフィルタを用いた、3極電気化学セルを作製する。
次に、負極電位が0.01Vになるまで、定電流で充電し、負極にリチウムを追ドープする。負極電位が0.01Vになるまでに追充電した容量(Ah)を負極の面積(両面負極の場合は、負極面積の2倍の値)で除することによって、負極の片面の単位面積当たりの余剰リチウムドープ量D(Ah/m)が求められる。
[Measurement method of excess lithium doping amount D per unit area of negative electrode]
The surplus lithium dope amount D (mAh / m 2 ) per unit area of one surface of the negative electrode in the non-aqueous lithium storage element can be measured as follows.
First, after adjusting the non-aqueous lithium storage element to 3.8 V, it is disassembled under an inert atmosphere such as an argon box and the negative electrode is taken out. This was washed with chain carbonate (for example, ethyl methyl carbonate), air-dried, and then mixed with ECMEC containing the negative electrode as a working electrode, lithium as a counter electrode, lithium as a reference electrode, and 1.0 mol / L LiPF 6 as an electrolyte. A tripolar electrochemical cell using a solvent (for example, EC: MEC = 1: 4 (volume ratio)) and a glass filter as a separator is prepared.
Next, it is charged with a constant current until the negative electrode potential becomes 0.01 V, and the negative electrode is further doped with lithium. By dividing the capacity (Ah) precharged until the negative electrode potential becomes 0.01 V by the area of the negative electrode (in the case of a double-sided negative electrode, the value is twice the negative electrode area), the capacity per unit area of one side of the negative electrode A surplus lithium dope amount D (Ah / m 2 ) is required.

[電解液]
本実施形態の電解液は、非水系電解液である。すなわち、この電解液は、後述する非水溶媒を含む。非水系電解液は、該非水系電解液の総量を基準として、0.5mol/L以上のリチウム塩を含有することが好ましい。すなわち、非水系電解液は、リチウムイオンを電解質として含む。
[リチウム塩]
本実施形態の非水系電解液は、リチウム塩として、例えば、(LiN(SOF))、LiN(SOCF、LiN(SO、LiN(SOCF)(SO)、LiN(SOCF)(SOH)、LiC(SOF)、LiC(SOCF、LiC(SO、LiCFSO、LiCSO、LiPF、LiBF等を単独で用いることができ、2種以上を混合して用いてもよい。高い伝導度を発現できることから、LiPF及び/又はLiN(SOF)を含むことが好ましい。
非水系電解液中のリチウム塩濃度は、該非水系電解液の総量を基準として、0.5mol/L以上であることが好ましく、0.5mol/L以上2.0mol/L以下の範囲がより好ましい。リチウム塩濃度が0.5mol/L以上であれば、陰イオンが十分に存在するので蓄電素子の容量を十分高くできる。他方、リチウム塩濃度が2.0mol/L以下である場合、未溶解のリチウム塩が非水系電解液中に析出すること、及び電解液の粘度が高くなり過ぎることを防止でき、伝導度が低下せず、出力特性も低下しないため好ましい。
[Electrolyte]
The electrolyte solution of this embodiment is a non-aqueous electrolyte solution. That is, the electrolytic solution contains a nonaqueous solvent described later. The non-aqueous electrolyte solution preferably contains 0.5 mol / L or more of a lithium salt based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. That is, the non-aqueous electrolyte contains lithium ions as an electrolyte.
[Lithium salt]
The non-aqueous electrolyte solution of the present embodiment is, for example, (LiN (SO 2 F) 2 ), LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiN (SO 2 ) as a lithium salt. CF 3) (SO 2 C 2 F 5), LiN (SO 2 CF 3) (SO 2 C 2 F 4 H), LiC (SO 2 F) 3, LiC (SO 2 CF 3) 3, LiC (SO 2 C 2 F 5 ) 3 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiPF 6 , LiBF 4 and the like can be used alone, or two or more kinds may be mixed and used. LiPF 6 and / or LiN (SO 2 F) 2 are preferably included because high conductivity can be exhibited.
The lithium salt concentration in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.5 mol / L or more, more preferably in the range of 0.5 mol / L to 2.0 mol / L, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte. . If the lithium salt concentration is 0.5 mol / L or more, anions are sufficiently present, so that the capacity of the energy storage device can be sufficiently increased. On the other hand, when the lithium salt concentration is 2.0 mol / L or less, it is possible to prevent undissolved lithium salt from precipitating in the non-aqueous electrolyte and preventing the viscosity of the electrolyte from becoming too high, resulting in a decrease in conductivity. And output characteristics are not deteriorated.

本実施形態の非水系電解液は、該非水系電解液の総量を基準として、0.1mol/L以上1.5mol/L以下の濃度のLiN(SOF)を含むことが好ましく、より好ましくは0.3mol/L以上1.2mol/L以下である。LiN(SOF)が0.1mol/L以上であれば、電解液のイオン伝導度を高めるとともに、負極界面に電解質被膜が適量堆積し、これにより電解液が分解することによるガスを低減することができる。他方、この値が1.5mol/L以下であれば、充放電の時に電解質塩の析出が起きず、かつ長期間経過後であっても電解液の粘度が増加を引き起こすことがない。 The non-aqueous electrolyte solution of the present embodiment preferably contains LiN (SO 2 F) 2 having a concentration of 0.1 mol / L or more and 1.5 mol / L or less based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution, and more preferably Is 0.3 mol / L or more and 1.2 mol / L or less. If LiN (SO 2 F) 2 is 0.1 mol / L or more, the ionic conductivity of the electrolyte is increased, and an appropriate amount of electrolyte coating is deposited on the negative electrode interface, thereby reducing gas due to decomposition of the electrolyte. can do. On the other hand, if this value is 1.5 mol / L or less, the electrolyte salt does not precipitate during charging and discharging, and the viscosity of the electrolyte does not increase even after a long period of time.

[非水溶媒]
本実施形態の非水系電解液は、非水溶媒として、好ましくは、環状カーボネートを含有する。非水系電解液が環状カーボネートを含有することは、所望の濃度のリチウム塩を溶解させる点、及び正極活物質層にリチウム化合物を適量堆積させる点で有利である。環状カーボネートとしては、例えば、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、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート等が挙げられる。
環状カーボネートの合計含有量は、非水系電解液の総量基準で、好ましくは15質量%以上、より好ましくは20質量%以上である。上記合計含有量が15質量%以上であれば、所望の濃度のリチウム塩を溶解させることが可能となり、高いリチウムイオン伝導度を発現することができる。さらに正極活物質層にリチウム化合物を適量堆積させることが可能となり、電解液の酸化分解を抑制することができる。
[Nonaqueous solvent]
The nonaqueous electrolytic solution of the present embodiment preferably contains a cyclic carbonate as a nonaqueous solvent. The nonaqueous electrolytic solution containing a cyclic carbonate is advantageous in that a lithium salt having a desired concentration is dissolved and an appropriate amount of a lithium compound is deposited on the positive electrode active material layer. Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, and fluoroethylene carbonate.
The total content of the cyclic carbonate is preferably 15% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, based on the total amount of the nonaqueous electrolytic solution. When the total content is 15% by mass or more, a lithium salt having a desired concentration can be dissolved, and high lithium ion conductivity can be expressed. Furthermore, an appropriate amount of lithium compound can be deposited on the positive electrode active material layer, and oxidative decomposition of the electrolytic solution can be suppressed.

本実施形態の非水系電解液は、非水溶媒として、好ましくは、鎖状カーボネートを含有する。非水系電解液が鎖状カーボネートを含有することは、高いリチウムイオン伝導度を発現する点で有利である。鎖状カーボネートとしては、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、ジプロピルカーボネート、ジブチルカーボネート等に代表されるジアルキルカーボネート化合物が挙げられる。ジアルキルカーボネート化合物は典型的には非置換である。
鎖状カーボネートの合計含有量は、非水系電解液の総量基準で、好ましくは30質量%以上、より好ましくは35質量%以上であり、好ましくは95質量%以下、より好ましくは90質量%以下である。上記鎖状カーボネートの含有量が30質量%以上であれば、電解液の低粘度化が可能であり、高いリチウムイオン伝導度を発現することができる。上記合計濃度が95質量%以下であれば、電解液が、後述する添加剤をさらに含有することができる。
The non-aqueous electrolyte solution of the present embodiment preferably contains a chain carbonate as a non-aqueous solvent. The nonaqueous electrolytic solution containing chain carbonate is advantageous in that it exhibits high lithium ion conductivity. Examples of the chain carbonate include dialkyl carbonate compounds represented by dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate and the like. The dialkyl carbonate compound is typically unsubstituted.
The total content of the chain carbonate is preferably 30% by mass or more, more preferably 35% by mass or more, preferably 95% by mass or less, more preferably 90% by mass or less, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. is there. If content of the said chain carbonate is 30 mass% or more, the viscosity of electrolyte solution can be lowered | hung and high lithium ion conductivity can be expressed. If the said total concentration is 95 mass% or less, electrolyte solution can further contain the additive mentioned later.

[添加剤]
本実施形態の非水系電解液は、更に添加剤を含有していてもよい。添加剤としては、特に制限されないが、例えば、スルトン化合物、環状ホスファゼン、非環状含フッ素エーテル、含フッ素環状カーボネート、環状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル、及び環状酸無水物等を単独で用いることができ、また、2種以上を混合して用いてもよい。
[Additive]
The non-aqueous electrolyte solution of this embodiment may further contain an additive. Although it does not restrict | limit especially as an additive, For example, using a sultone compound, cyclic phosphazene, acyclic fluorine-containing ether, a fluorine-containing cyclic carbonate, cyclic carbonate ester, cyclic carboxylate ester, cyclic acid anhydride, etc. independently. In addition, two or more kinds may be mixed and used.

[スルトン化合物]
前記スルトン化合物としては、例えば、下記一般式(5)〜(7)のいずれかで表されるスルトン化合物を挙げることができる。これらのスルトン化合物は、単独で用いてもよく、又は2種以上を混合して用いてもよい。

Figure 2018056418
{式(5)中、R11〜R16は、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、又は炭素数1〜12のハロゲン化アルキル基を表し、互いに同一であっても異なっていてもよく、そしてnは0〜3の整数である。}、
Figure 2018056418
{式(6)中、R11〜R14は、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、又は炭素数1〜12のハロゲン化アルキル基を表し、互いに同一であっても異なっていてもよく、そしてnは0〜3の整数である。}、
Figure 2018056418
{式(7)中、R11〜R16は、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、又は炭素数1〜12のハロゲン化アルキル基を表し、互いに同一であっても異なっていてもよい。}。 [Sultone compound]
As said sultone compound, the sultone compound represented by either of the following general formula (5)-(7) can be mentioned, for example. These sultone compounds may be used alone or in admixture of two or more.
Figure 2018056418
{In Formula (5), R 11 to R 16 represent a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, or a halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms. And n is an integer from 0 to 3. },
Figure 2018056418
{In Formula (6), R 11 to R 14 represent a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, or a halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and they may be the same or different from each other. And n is an integer from 0 to 3. },
Figure 2018056418
{In Formula (7), R 11 to R 16 represent a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, or a halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and they may be the same or different from each other. It may be. }.

本実施形態では、抵抗への悪影響の少なさの観点、及び非水系電解液の高温における分解を抑制してガス発生を抑えるという観点から、一般式(5)で表されるスルトン化合物としては、1,3−プロパンスルトン、2,4−ブタンスルトン、1,4−ブタンスルトン、1,3−ブタンスルトン又は2,4−ペンタンスルトンが好ましく、一般式(6)で表されるスルトン化合物としては、1,3−プロペンスルトン又は1,4−ブテンスルトンが好ましく、一般式(7)で表されるスルトン化合物としては、1,5,2,4−ジオキサジチエパン2,2,4,4−テトラオキシドが好ましく、その他のスルトン化合物としては、メチレンビス(ベンゼンスルホン酸)、メチレンビス(フェニルメタンスルホン酸)、メチレンビス(エタンスルホン酸)、メチレンビス(2,4,6,トリメチルベンゼンスルホン酸)、及びメチレンビス(2−トリフルオロメチルベンゼンスルホン酸)を挙げることができ、これらのうちから選択される少なくとも1種以上を選択することが好ましい。   In the present embodiment, as a sultone compound represented by the general formula (5), from the viewpoint of having a small adverse effect on resistance and suppressing decomposition of the non-aqueous electrolyte at a high temperature to suppress gas generation, 1,3-propane sultone, 2,4-butane sultone, 1,4-butane sultone, 1,3-butane sultone or 2,4-pentane sultone is preferable. As the sultone compound represented by the general formula (6), 1, 3-propene sultone or 1,4-butene sultone is preferable, and the sultone compound represented by the general formula (7) is 1,5,2,4-dioxadithiepan 2,2,4,4-tetraoxide. As other sultone compounds, methylene bis (benzenesulfonic acid), methylene bis (phenylmethanesulfonic acid), methylene bis (ethanes) Phonic acid), methylenebis (2,4,6, trimethylbenzenesulfonic acid), and methylenebis (2-trifluoromethylbenzenesulfonic acid) can be mentioned, and at least one selected from these is selected. It is preferable.

本実施形態における非水系リチウム型蓄電素子の非水系電解液中のスルトン化合物の総含有量は、非水系電解液の総量を基準として、0.5質量%以上15質量%以下であることが好ましい。非水系電解液中のスルトン化合物の総含有量が0.5質量%以上であれば、高温における電解液の分解を抑制してガス発生を抑えることが可能となる。一方で、この総含有量が15質量%以下であれば、電解液のイオン伝導度の低下を抑えることができ、高い入出力特性を保持することができる。また、非水系リチウム型蓄電素子の非水系電解液に存在するスルトン化合物の含有量は、高い入出力特性と耐久性を両立する観点から、好ましくは1質量%以上10質量%以下であり、より好ましくは3質量%以上8質量%以下である。   The total content of sultone compounds in the non-aqueous electrolyte solution of the non-aqueous lithium storage element in this embodiment is preferably 0.5% by mass or more and 15% by mass or less based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. . If the total content of sultone compounds in the non-aqueous electrolyte solution is 0.5 mass% or more, it is possible to suppress gas generation by suppressing decomposition of the electrolyte solution at a high temperature. On the other hand, if the total content is 15% by mass or less, a decrease in the ionic conductivity of the electrolytic solution can be suppressed, and high input / output characteristics can be maintained. The content of the sultone compound present in the non-aqueous electrolyte solution of the non-aqueous lithium storage element is preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less from the viewpoint of achieving both high input / output characteristics and durability. Preferably they are 3 mass% or more and 8 mass% or less.

[環状ホスファゼン]
前記環状ホスファゼンとしては、例えば、エトキシペンタフルオロシクロトリホスファゼン、ジエトキシテトラフルオロシクロトリホスファゼン、フェノキシペンタフルオロシクロトリホスファゼン等を挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上が好ましい。
非水系電解液中の環状ホスファゼンの含有率は、該非水系電解液の総量を基準として、0.5質量%以上20質量%以下であることが好ましい。この値が0.5重量%以上であれば、高温における電解液の分解を抑制してガス発生を抑えることが可能となる。他方、この値が20質量%以下であれば、電解液のイオン伝導度の低下を抑えることができ、高い入出力特性を保持することができる。環状ホスファゼンの含有率は、より好ましくは2質量%以上15質量%以下であり、更に好ましくは4質量%以上12質量%以下である。尚、これらの環状ホスファゼンは、単独で用いてもよく、又は2種以上を混合して用いてもよい。
[Cyclic phosphazene]
Examples of the cyclic phosphazene include ethoxypentafluorocyclotriphosphazene, diethoxytetrafluorocyclotriphosphazene, phenoxypentafluorocyclotriphosphazene, and the like, and one or more selected from these are preferable.
The content of cyclic phosphazene in the non-aqueous electrolyte solution is preferably 0.5% by mass or more and 20% by mass or less based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. When this value is 0.5% by weight or more, it is possible to suppress gas generation by suppressing decomposition of the electrolytic solution at a high temperature. On the other hand, if this value is 20% by mass or less, a decrease in the ionic conductivity of the electrolytic solution can be suppressed, and high input / output characteristics can be maintained. The content of cyclic phosphazene is more preferably 2% by mass or more and 15% by mass or less, and further preferably 4% by mass or more and 12% by mass or less. These cyclic phosphazenes may be used alone or in combination of two or more.

[非環状含フッ素エーテル]
非環状含フッ素エーテルとしては、例えば、HCF2CF2OCH2CF2CF2H、CF3CFHCF2OCH2CF2CF2H、HCF2CF2CH2OCH2CF2CF2H、CF3CFHCF2OCH2CF2CFHCF3等が挙げられ、中でも、電気化学的安定性の観点から、HCF2CF2OCH2CF2CF2Hが好ましい。
非環状含フッ素エーテルの含有量は、該非水系電解液の総量を基準として、0.5質量%以上15質量%以下が好ましく、1質量%以上10質量%以下であることが更に好ましい。非環状含フッ素エーテルの含有量が0.5質量%以上であれば、非水系電解液の酸化分解に対する安定性が高まり、高温時耐久性が高い蓄電素子が得られる。他方、非環状含フッ素エーテルの含有量が15質量%以下であれば、電解質塩の溶解度が良好に保たれ、かつ、非水系電解液のイオン伝導度を高く維持することができるため、高度の入出力特性を発現することが可能となる。尚、非環状含フッ素エーテルは、単独で使用しても、2種以上を混合して使用してもよい。
[Acyclic fluorinated ether]
Examples of the acyclic fluorine-containing ether include HCF 2 CF 2 OCH 2 CF 2 CF 2 H, CF 3 CFHCF 2 OCH 2 CF 2 CF 2 H, HCF 2 CF 2 CH 2 OCH 2 CF 2 CF 2 H, CF 3 CFHCF 2 OCH 2 CF 2 CFHCF 3 and the like can be mentioned, and among them, HCF 2 CF 2 OCH 2 CF 2 CF 2 H is preferable from the viewpoint of electrochemical stability.
The content of the non-cyclic fluorine-containing ether is preferably 0.5% by mass or more and 15% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. When the content of the non-cyclic fluorine-containing ether is 0.5% by mass or more, the stability of the non-aqueous electrolyte solution against oxidative decomposition is improved, and an electricity storage device having high durability at high temperatures can be obtained. On the other hand, if the content of the non-cyclic fluorine-containing ether is 15% by mass or less, the solubility of the electrolyte salt can be kept good and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte can be kept high. It is possible to develop input / output characteristics. In addition, acyclic fluorine-containing ether may be used individually or may be used in mixture of 2 or more types.

[含フッ素環状カーボネート]
含フッ素環状カーボネートについては、他の非水溶媒との相溶性の観点から、フルオロエチレンカーボネート(FEC)及びジフルオロエチレンカーボネート(dFEC)から選択して使用されることが好ましい。
フッ素原子を含有する環状カーボネートの含有量は、該非水系電解液の総量を基準として、0.5質量%以上10質量%以下が好ましく、1質量%以上5質量%以下であることがより好ましい。フッ素原子を含有する環状カーボネートの含有量が0.5質量%以上であれば、負極上に良質な被膜を形成することができ、負極上における電解液の還元分解を抑制することによって、高温における耐久性が高い蓄電素子が得られる。他方、フッ素原子を含有する環状カーボネートの含有量が10質量%以下であれば、電解質塩の溶解度が良好に保たれ、かつ、非水系電解液のイオン伝導度を高く維持することができるため、高度の入出力特性を発現することが可能となる。尚、上記のフッ素原子を含有する環状カーボネートは、単独で使用しても、2種以上を混合して使用してもよい。
[Fluorine-containing cyclic carbonate]
The fluorine-containing cyclic carbonate is preferably selected from fluoroethylene carbonate (FEC) and difluoroethylene carbonate (dFEC) from the viewpoint of compatibility with other nonaqueous solvents.
The content of the cyclic carbonate containing a fluorine atom is preferably 0.5% by mass or more and 10% by mass or less, and more preferably 1% by mass or more and 5% by mass or less, based on the total amount of the nonaqueous electrolytic solution. If the content of the cyclic carbonate containing a fluorine atom is 0.5% by mass or more, a good-quality film can be formed on the negative electrode, and by suppressing the reductive decomposition of the electrolytic solution on the negative electrode, A highly durable power storage element can be obtained. On the other hand, if the content of the cyclic carbonate containing fluorine atoms is 10% by mass or less, the solubility of the electrolyte salt can be kept good, and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte can be kept high. It is possible to develop advanced input / output characteristics. In addition, the cyclic carbonate containing a fluorine atom may be used alone or in combination of two or more.

[環状炭酸エステル]
環状炭酸エステルについては、ビニレンカーボネートが好ましい。
環状炭酸エステルの含有量は、該非水系電解液の総量を基準として、0.5質量%以上10質量%以下が好ましく、1質量%以上5質量%以下であることが更に好ましい。環状炭酸エステルの含有量が0.5質量%以上であれば、負極上の良質な被膜を形成することができ、負極上での電解液の還元分解を抑制することにより、高温における耐久性が高い蓄電素子が得られる。他方、環状炭酸エステルの含有量が10質量%以下であれば、電解質塩の溶解度が良好に保たれ、かつ、非水系電解液のイオン伝導度を高く維持することができるため、高度の入出力特性を発現することが可能となる。
[Cyclic carbonate]
For the cyclic carbonate, vinylene carbonate is preferred.
The content of the cyclic carbonate is preferably 0.5% by mass or more and 10% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 5% by mass or less, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. If the content of the cyclic carbonate is 0.5% by mass or more, a good-quality film on the negative electrode can be formed, and by suppressing the reductive decomposition of the electrolyte solution on the negative electrode, durability at high temperatures can be achieved. A high power storage element can be obtained. On the other hand, if the content of the cyclic carbonate is 10% by mass or less, the solubility of the electrolyte salt can be kept good, and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte can be kept high. It becomes possible to express characteristics.

[環状カルボン酸エステル]
環状カルボン酸エステルとしては、例えば、ガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトン、ガンマカプロラクトン、イプシロンカプロラクトン等を挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上を使用することが好ましい。中でも、ガンマブチロラクトンが、リチウムイオン解離度の向上に由来する電池特性向上の点から、特に好ましい。
環状カルボン酸エステルの含有量は、該非水系電解液の総量を基準として、0.5質量%以上15質量%以下が好ましく、1質量%以上5質量%以下であることがより好ましい。環状酸無水物の含有量が0.5質量%以上であれば、負極上の良質な被膜を形成することができ、負極上での電解液の還元分解を抑制することにより、高温時耐久性が高い蓄電素子が得られる。他方、環状カルボン酸エステルの含有量が5質量%以下であれば、電解質塩の溶解度が良好に保たれ、かつ、非水系電解液のイオン伝導度を高く維持することができるため、高度の入出力特性を発現することが可能となる。尚、上記の環状カルボン酸エステルは、単独で使用しても、2種以上を混合して使用してもよい。
[Cyclic carboxylic acid ester]
Examples of the cyclic carboxylic acid ester include gamma butyrolactone, gamma valerolactone, gamma caprolactone, epsilon caprolactone and the like, and it is preferable to use one or more selected from these. Among these, gamma butyrolactone is particularly preferable from the viewpoint of improving battery characteristics resulting from an improvement in the degree of lithium ion dissociation.
The content of the cyclic carboxylic acid ester is preferably 0.5% by mass or more and 15% by mass or less, and more preferably 1% by mass or more and 5% by mass or less, based on the total amount of the nonaqueous electrolytic solution. If the content of the cyclic acid anhydride is 0.5% by mass or more, a high-quality film on the negative electrode can be formed, and by suppressing reductive decomposition of the electrolytic solution on the negative electrode, durability at high temperatures Can be obtained. On the other hand, if the content of the cyclic carboxylic acid ester is 5% by mass or less, the solubility of the electrolyte salt can be kept good and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte can be kept high. It becomes possible to express output characteristics. In addition, said cyclic carboxylic acid ester may be used individually, or 2 or more types may be mixed and used for it.

[環状酸無水物]
環状酸無水物については、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、及び無水イタコン酸から選択される1種以上が好ましい。中でも工業的な入手のし易さによって電解液の製造コストが抑えられる点、非水系電解液中に溶解し易い点等から、無水コハク酸及び無水マレイン酸から選択することが好ましい。
環状酸無水物の含有量は、該非水系電解液の総量を基準として、0.5質量%以上15質量%以下が好ましく、1質量%以上10質量%以下であることがより好ましい。環状酸無水物の含有量が0.5質量%以上であれば、負極上に良質な被膜を形成することができ、負極上における電解液の還元分解を抑制することにより、高温時耐久性が高い蓄電素子が得られる。他方、環状酸無水物の含有量が10質量%以下であれば、電解質塩の溶解度が良好に保たれ、かつ非水系電解液のイオン伝導度を高く維持することができ、従って高度の入出力特性を発現することが可能となる。尚、上記の環状酸無水物は、単独で使用しても、2種以上を混合して使用してもよい。
[Cyclic anhydride]
The cyclic acid anhydride is preferably at least one selected from succinic anhydride, maleic anhydride, citraconic anhydride, and itaconic anhydride. Among them, it is preferable to select from succinic anhydride and maleic anhydride from the viewpoint that the production cost of the electrolytic solution can be suppressed due to industrial availability and that the electrolytic solution can be easily dissolved in the non-aqueous electrolytic solution.
The content of the cyclic acid anhydride is preferably 0.5% by mass or more and 15% by mass or less, and more preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less, based on the total amount of the nonaqueous electrolytic solution. If the content of the cyclic acid anhydride is 0.5% by mass or more, a high-quality film can be formed on the negative electrode, and by suppressing the reductive decomposition of the electrolyte solution on the negative electrode, durability at high temperatures can be achieved. A high power storage element can be obtained. On the other hand, if the content of the cyclic acid anhydride is 10% by mass or less, the solubility of the electrolyte salt can be kept good, and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte can be kept high, so that a high degree of input / output is possible. It becomes possible to express characteristics. In addition, said cyclic acid anhydride may be used individually, or 2 or more types may be mixed and used for it.

[セパレータ]
正極前駆体及び負極は、セパレータを介して積層又は捲回され、正極前駆体、負極及びセパレータを有する電極積層体又は電極捲回体が形成される。
前記セパレータとしては、リチウムイオン二次電池に用いられるポリエチレン製の微多孔膜若しくはポリプロピレン製の微多孔膜、又は電気二重層キャパシタで用いられるセルロース製の不織紙等を用いることができる。これらのセパレータの片面又は両面に、有機又は無機の微粒子からなる膜が積層されていてもよい。また、セパレータの内部に有機又は無機の微粒子が含まれていてもよい。
セパレータの厚みは5μm以上35μm以下が好ましい。5μm以上の厚みとすることにより、内部のマイクロショートによる自己放電が小さくなる傾向があるため好ましい。他方、35μm以下の厚みとすることにより、非水系リチウム型蓄電素子の入出力特性が高くなる傾向があるため好ましい。
また、有機又は無機の微粒子からなる膜は、1μm以上10μm以下が好ましい。1μm以上の厚みとすることにより、内部のマイクロショートによる自己放電が小さくなる傾向があるため好ましい。他方、10μm以下の厚みとすることにより、非水系リチウム型蓄電素子の入出力特性が高くなる傾向があるため好ましい。
[Separator]
The positive electrode precursor and the negative electrode are laminated or wound via a separator to form an electrode laminate or an electrode winding body having the positive electrode precursor, the negative electrode and the separator.
As the separator, a polyethylene microporous film or a polypropylene microporous film used in a lithium ion secondary battery, a cellulose nonwoven paper used in an electric double layer capacitor, or the like can be used. A film made of organic or inorganic fine particles may be laminated on one side or both sides of these separators. Further, organic or inorganic fine particles may be contained inside the separator.
The thickness of the separator is preferably 5 μm or more and 35 μm or less. A thickness of 5 μm or more is preferable because self-discharge due to internal micro-shorts tends to be small. On the other hand, a thickness of 35 μm or less is preferable because the input / output characteristics of the nonaqueous lithium storage element tend to be high.
The film made of organic or inorganic fine particles is preferably 1 μm or more and 10 μm or less. A thickness of 1 μm or more is preferable because self-discharge due to internal micro-shorts tends to be small. On the other hand, a thickness of 10 μm or less is preferable because the input / output characteristics of the non-aqueous lithium storage element tend to be high.

[非水系リチウム型蓄電素子]
本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子は、後述する電極積層体又は電極捲回体が、前記非水系電解液とともに前記外装体内に収納されて構成される。
[組立]
セル組み立て工程で得られる電極積層体は、枚葉の形状にカットした正極前駆体と負極を、セパレータを介して積層して成る積層体に、正極端子と負極端子を接続したものである。また、電極捲回体は、正極前駆体と負極を、セパレータを介して捲回して成る捲回体に正極端子及び負極端子を接続したものである。電極捲回体の形状は円筒型であっても、扁平型であってもよい。
正極端子と負極端子の接続の方法は特に限定はしないが、抵抗溶接や超音波溶接などの方法で行う。
[Non-aqueous lithium storage element]
The non-aqueous lithium storage element of this embodiment is configured such that an electrode laminate or an electrode winding body, which will be described later, is housed in the outer package together with the non-aqueous electrolyte.
[assembly]
The electrode laminate obtained in the cell assembling process is obtained by connecting a positive electrode terminal and a negative electrode terminal to a laminate obtained by laminating a positive electrode precursor and a negative electrode cut into a sheet shape via a separator. The electrode winding body is obtained by connecting a positive electrode terminal and a negative electrode terminal to a winding body obtained by winding a positive electrode precursor and a negative electrode through a separator. The shape of the electrode winding body may be a cylindrical shape or a flat shape.
The method for connecting the positive electrode terminal and the negative electrode terminal is not particularly limited, but is performed by a method such as resistance welding or ultrasonic welding.

[外装体]
外装体としては、金属缶、ラミネート包材等を使用できる。
金属缶としては、アルミニウム製のものが好ましい。
ラミネート包材としては、金属箔と樹脂フィルムとを積層したフィルムが好ましく、外層樹脂フィルム/金属箔/内装樹脂フィルムから成る3層構成のものが例示される。外層樹脂フィルムは、接触等により金属箔が損傷を受けることを防止するためのものであり、ナイロン又はポリエステル等の樹脂が好適に使用できる。金属箔は水分及びガスの透過を防ぐためのものであり、銅、アルミニウム、ステンレス等の箔が好適に使用できる。また、内装樹脂フィルムは、内部に収納する非水系電解液から金属箔を保護するとともに、外装体のヒートシール時に溶融封口させるためのものであり、ポリオレフィン、酸変成ポリオレフィン等が好適に使用できる。
[外装体への収納]
乾燥した電極積層体又は電極捲回体は、金属缶やラミネート包材に代表される外装体の中に収納し、開口部を1方だけ残した状態で封止することが好ましい。外装体の封止方法は特に限定しないが、ラミネート包材を用いる場合は、ヒートシールやインパルスシールなどの方法を用いる。
[Exterior body]
As the exterior body, a metal can, a laminate packaging material, or the like can be used.
The metal can is preferably made of aluminum.
The laminate packaging material is preferably a film in which a metal foil and a resin film are laminated, and an example of a three-layer structure comprising an outer layer resin film / metal foil / interior resin film is exemplified. The outer layer resin film is for preventing the metal foil from being damaged by contact or the like, and a resin such as nylon or polyester can be suitably used. The metal foil is for preventing the permeation of moisture and gas, and foils of copper, aluminum, stainless steel and the like can be suitably used. The interior resin film protects the metal foil from the non-aqueous electrolyte contained therein and melts and seals the exterior body during heat sealing. Polyolefin, acid-modified polyolefin, and the like can be suitably used.
[Storage in exterior body]
The dried electrode laminate or electrode winding body is preferably housed in an exterior body typified by a metal can or laminate packaging material, and sealed with only one opening left. Although the sealing method of an exterior body is not specifically limited, When using a laminate packaging material, methods, such as a heat seal and an impulse seal, are used.

[乾燥]
外装体へ収納した電極積層体又は電極捲回体は、乾燥することで残存溶媒を除去することが好ましい。乾燥方法に限定はないが、真空乾燥などにより乾燥する。残存溶媒は、正極活物質層又は負極活物質層の質量あたり、1.5質量%以下が好ましい。残存溶媒が1.5質量%より多いと、系内に溶媒が残存し、自己放電特性やサイクル特性を悪化させるため、好ましくない。
[注液、含浸、封止工程]
組立工程の終了後に、外装体の中に収納された電極積層体又は電極捲回体に、非水系電解液を注液する。注液工程の終了後に、更に、含浸を行い、正極、負極、及びセパレータを非水系電解液で十分に浸すことが望ましい。正極、負極、及びセパレータのうちの少なくとも一部に非水系電解液が浸っていない状態では、後述するリチウムドープ工程において、ドープが不均一に進むため、得られる非水系リチウム型蓄電素子の抵抗が上昇したり、耐久性が低下したりする。上記含浸の方法としては、特に制限されないが、例えば、注液後の電極積層体又は電極捲回体を、外装体が開口した状態で、減圧チャンバーに設置し、真空ポンプを用いてチャンバー内を減圧状態にし、再度大気圧に戻す方法等を用いることができる。含浸工程終了後には、外装体が開口した状態の電極積層体又は電極捲回体を減圧しながら封止することで密閉する。
[Dry]
It is preferable to remove the residual solvent by drying the electrode laminate or the electrode winding body housed in the outer package. Although there is no limitation in the drying method, it dries by vacuum drying etc. The residual solvent is preferably 1.5% by mass or less per mass of the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer. If the residual solvent is more than 1.5% by mass, the solvent remains in the system and the self-discharge characteristics and cycle characteristics are deteriorated, which is not preferable.
[Liquid injection, impregnation, sealing process]
After the assembly process is completed, a non-aqueous electrolyte solution is injected into the electrode laminate or the electrode winding body housed in the exterior body. After completion of the liquid injection step, it is desirable to further impregnate and sufficiently immerse the positive electrode, the negative electrode, and the separator with a non-aqueous electrolyte. In a state where the non-aqueous electrolyte solution is not immersed in at least a part of the positive electrode, the negative electrode, and the separator, dope proceeds non-uniformly in the lithium doping step described later, and thus the resistance of the obtained non-aqueous lithium storage element is It rises or the durability decreases. The impregnation method is not particularly limited. For example, the electrode laminate or the electrode winding body after injection is placed in a vacuum chamber with the exterior body opened, and the inside of the chamber is filled with a vacuum pump. A method of returning to atmospheric pressure again after reducing the pressure can be used. After completion of the impregnation step, the electrode laminate or electrode winding body with the exterior body opened is sealed by being reduced in pressure.

[リチウムドープ工程]
リチウムドープ工程において、好ましい工程としては、前記正極前駆体と負極との間に電圧を印加して前記リチウム化合物を分解することにより、正極前駆体中のリチウム化合物を分解してリチウムイオンを放出し、負極でリチウムイオンを還元することにより負極活物質層にリオチウムイオンがプレドープされる。
このリチウムドープ工程において、正極前駆体中のリチウム化合物の酸化分解に伴い、CO等のガスが発生する。そのため、電圧を印加する際には、発生したガスを外装体の外部に放出する手段を講ずることが好ましい。この手段としては、例えば、外装体の一部を開口させた状態で電圧を印加する方法;前記外装体の一部に予めガス抜き弁、ガス透過フィルム等の適宜のガス放出手段を設置した状態で電圧を印加する方法;等を挙げることができる。
リチウムドープ工程において、その他に、金属リチウム箔を圧着により負極活物質に接着させた後、注液するドープ方法なども挙げられる。
リチウムドープ工程としては、これらの方法を組み合わせて用いてもよい。
[Lithium doping process]
In the lithium doping step, as a preferable step, a voltage is applied between the positive electrode precursor and the negative electrode to decompose the lithium compound, thereby decomposing the lithium compound in the positive electrode precursor and releasing lithium ions. The anode active material layer is pre-doped with riotium ions by reducing lithium ions at the anode.
In this lithium doping step, a gas such as CO 2 is generated with the oxidative decomposition of the lithium compound in the positive electrode precursor. Therefore, when applying a voltage, it is preferable to provide a means for releasing the generated gas to the outside of the exterior body. As this means, for example, a method of applying a voltage in a state in which a part of the exterior body is opened; a state in which an appropriate gas releasing means such as a gas vent valve or a gas permeable film is previously installed in a part of the exterior body And a method of applying a voltage;
In addition, in the lithium doping step, a doping method in which a metal lithium foil is bonded to the negative electrode active material by pressure bonding and then injected is also included.
A combination of these methods may be used as the lithium doping step.

[エージング工程]
リチウムドープ工程の終了後に、電極積層体又は電極捲回体にエージングを行うことが好ましい。エージング工程において非水系電解液中の溶媒が負極で分解し、負極表面にリチウムイオン透過性の固体高分子被膜が形成される。
上記エージングの方法としては、特に制限されないが、例えば、高温環境下で非水系電解液中の溶媒を反応させる方法等を用いることができる。
[ガス抜き工程]
エージング工程の終了後に、更にガス抜きを行い、非水系電解液、正極、及び負極中に残存しているガスを確実に除去することが好ましい。非水系電解液、正極、及び負極の少なくとも一部にガスが残存している状態では、イオン伝導が阻害されるため、得られる非水系リチウム型蓄電素子の抵抗が上昇してしまう。
上記ガス抜きの方法としては、特に制限されないが、例えば、前記外装体を開口した状態で電極積層体又は電極捲回体を減圧チャンバーに設置し、真空ポンプを用いてチャンバー内を減圧状態にする方法等を用いることができる。
[Aging process]
After completion of the lithium doping step, it is preferable to perform aging on the electrode laminate or the electrode winding body. In the aging process, the solvent in the nonaqueous electrolytic solution is decomposed at the negative electrode, and a lithium ion permeable solid polymer film is formed on the negative electrode surface.
Although it does not restrict | limit especially as a method of the said aging, For example, the method of making the solvent in a non-aqueous electrolyte solution react in a high temperature environment etc. can be used.
[Degassing process]
After the aging step is completed, it is preferable to further degas and reliably remove the gas remaining in the non-aqueous electrolyte, the positive electrode, and the negative electrode. When gas remains in at least a part of the non-aqueous electrolyte, the positive electrode, and the negative electrode, ion conduction is inhibited, and thus the resistance of the obtained non-aqueous lithium storage element increases.
The degassing method is not particularly limited. For example, the electrode laminate or the electrode winding body is placed in a decompression chamber with the exterior body opened, and the inside of the chamber is decompressed using a vacuum pump. A method or the like can be used.

[非水系リチウム型蓄電素子の特性評価]
[静電容量]
本明細書中、静電容量F(F)とは、以下の方法によって得られる値である。
先ず、非水系リチウム型蓄電素子と対応するセルを25℃に設定した恒温槽内で、20Cの電流値で3.8Vに到達するまで定電流充電を行い、次いで、3.8Vの定電圧を印加する定電圧充電を合計で30分行う。その後、2.2Vまで2Cの電流値で定電流放電を施した際の容量をQとする。ここで得られたQを用いて、F=Q/(3.8−2.2)により算出される値をいう。
[Characteristic evaluation of non-aqueous lithium storage element]
[Capacitance]
In this specification, the capacitance F (F) is a value obtained by the following method.
First, constant-current charging is performed in a thermostatic chamber in which the cell corresponding to the nonaqueous lithium storage element is set to 25 ° C. until reaching 3.8 V at a current value of 20 C, and then a constant voltage of 3.8 V is applied. The applied constant voltage charge is performed for a total of 30 minutes. Thereafter, Q is the capacity when constant current discharge is performed at a current value of 2 C up to 2.2 V. A value calculated by F = Q / (3.8−2.2) is used by using Q obtained here.

[常温放電内部抵抗]
本明細書では、常温放電内部抵抗Ra(Ω)とは、以下の方法によって得られる値である。
先ず、非水系リチウム型蓄電素子と対応するセルを25℃に設定した恒温槽内で、20Cの電流値で3.8Vに到達するまで定電流充電し、続いて3.8Vの定電圧を印加する定電圧充電を合計で30分間行う。続いて、20Cの電流値で2.2Vまで定電流放電を行って、放電カーブ(時間−電圧)を得る。この放電カーブにおいて、放電時間2秒及び4秒の時点における電圧値から、直線近似にて外挿して得られる放電時間=0秒における電圧をEoとしたときに、降下電圧ΔE=3.8−Eo、及びRa=ΔE/(20C(電流値A))により算出される値である。
[Normal discharge internal resistance]
In the present specification, the room temperature discharge internal resistance Ra (Ω) is a value obtained by the following method.
First, in a thermostatic chamber set at 25 ° C. with a cell corresponding to a non-aqueous lithium storage element, constant current charging is performed until a current value of 20 C reaches 3.8 V, and then a constant voltage of 3.8 V is applied. The constant voltage charging is performed for a total of 30 minutes. Subsequently, constant current discharge is performed up to 2.2 V with a current value of 20 C, and a discharge curve (time-voltage) is obtained. In this discharge curve, when the voltage at the discharge time = 0 second obtained by extrapolating from the voltage values at the time of the discharge time of 2 seconds and 4 seconds by linear approximation is Eo, the drop voltage ΔE = 3.8− Eo and Ra = ΔE / (20C (current value A)).

[高温保存試験]
本明細書では、高温保存試験時のガス発生量、及び高温保存試験後の常温放電内部抵抗上昇率は、以下の方法によって測定する。
先ず、非水系リチウム型蓄電素子と対応するセルを25℃に設定した恒温槽内で、100Cの電流値で4.0Vに到達するまで定電流充電し、続いて4.0Vの定電圧を印加する定電圧充電を10分間行う。その後、セルを60℃環境下に保存し、2週間毎に60℃環境下から取り出し、前述の充電工程にてセル電圧を4.0Vに充電した後、再びセルを60℃環境下で保存する。この工程を繰り返し行い、保存開始前のセル体積Va、保存試験2か月後のセル体積Vbをアルキメデス法によって測定する。Vb−Vaをセル電圧4.0V及び環境温度60℃において2か月間保存した際に発生するガス量とする。
前記高温保存試験後のセルに対して、前記常温放電内部抵抗と同様の測定方法を用いて得られる抵抗値を高温保存試験後の常温放電内部抵抗Rdとしたとき、高温保存試験開始前の常温放電内部抵抗Raに対する高温保存試験後の常温放電内部抵抗上昇率はRd/Raにより算出される。
[High temperature storage test]
In this specification, the amount of gas generated during the high temperature storage test and the rate of increase in the internal resistance at room temperature after the high temperature storage test are measured by the following methods.
First, constant-current charging is performed until a voltage of 100 C reaches 4.0 V in a thermostat set to 25 ° C. with a cell corresponding to the non-aqueous lithium storage element, and then a constant voltage of 4.0 V is applied. Perform constant voltage charging for 10 minutes. Thereafter, the cell is stored in a 60 ° C. environment, taken out from the 60 ° C. environment every two weeks, charged to a cell voltage of 4.0 V in the above charging step, and then stored again in the 60 ° C. environment. . This process is repeated, and the cell volume Va before the start of storage and the cell volume Vb after 2 months of the storage test are measured by Archimedes method. Let Vb-Va be the amount of gas generated when stored at a cell voltage of 4.0 V and an environmental temperature of 60 ° C. for 2 months.
For the cell after the high temperature storage test, when the resistance value obtained using the same measurement method as the normal temperature discharge internal resistance is the normal temperature discharge internal resistance Rd after the high temperature storage test, the normal temperature before the start of the high temperature storage test The rate of increase in room temperature discharge internal resistance after the high temperature storage test with respect to the discharge internal resistance Ra is calculated by Rd / Ra.

[高負荷充放電サイクル試験後の常温放電内部抵抗上昇率]
本明細書中、高負荷充放電サイクル試験後の常温放電内部抵抗上昇率は、以下の方法によって測定する。
先ず、非水系リチウム型蓄電素子と対応するセルを25℃に設定した恒温槽内で、300Cの電流値で3.8Vに到達するまで定電流充電し、続いて300Cの電流値で2.2Vに到達するまで定電流放電を行う。前記充放電工程を60000回繰り返し、試験開始前と、試験終了後に常温放電内部抵抗測定を行い、試験開始前の常温放電内部抵抗をRa(Ω)、試験終了後の常温放電内部抵抗をRe(Ω)としたとき、試験開始前に対する高負荷充放電サイクル試験後の抵抗上昇率はRe/Raにより算出される。
[Rate of increase in internal resistance at room temperature after high load charge / discharge cycle test]
In this specification, the room temperature discharge internal resistance increase rate after the high load charge / discharge cycle test is measured by the following method.
First, constant-current charging is performed in a thermostatic chamber set to 25 ° C. with a non-aqueous lithium storage element and a cell corresponding to a current value of 300 C until reaching 3.8 V, and then a current value of 300 C is 2.2 V. The constant current discharge is performed until it reaches. The charge / discharge process is repeated 60000 times, and room temperature discharge internal resistance is measured before and after the start of the test. The room temperature discharge internal resistance before the start of the test is Ra (Ω), and the room temperature discharge internal resistance after the end of the test is Re ( Ω), the rate of increase in resistance after the high load charge / discharge cycle test before the start of the test is calculated by Re / Ra.

[高負荷充放電サイクル試験後の容量回復率]
本明細書では、高負荷充放電サイクル試験後の容量維持率は、以下の方法によって測定する。
先ず、非水系リチウム型蓄電素子と対応するセルを25℃に設定した恒温槽内で、300Cの電流値で3.8Vに到達するまで定電流充電し、続いて300Cの電流値で2.2Vに到達するまで定電流放電を行う。前記充放電工程を60000回繰り返し、その後20Cの電流値で電圧4.5Vに到達後、定電圧で1時間充電する。その後、前記静電容量と同様の測定方法を用いて得られる容量値を高負荷充放電サイクル試験後の静電容量Feとしたとき、容量値を高負荷充放電サイクル試験開始前の静電容量Fに対する高負荷充放電サイクル試験後の容量回復率はFe/Fにより算出される。
[Capacity recovery rate after high-load charge / discharge cycle test]
In this specification, the capacity retention rate after the high load charge / discharge cycle test is measured by the following method.
First, constant-current charging is performed in a thermostatic chamber set to 25 ° C. with a non-aqueous lithium storage element and a cell corresponding to a current value of 300 C until reaching 3.8 V, and then a current value of 300 C is 2.2 V. The constant current discharge is performed until it reaches. The charging / discharging process is repeated 60000 times, and after reaching a voltage of 4.5 V at a current value of 20 C, charging is performed at a constant voltage for 1 hour. Then, when the capacitance value obtained using the same measurement method as the capacitance is defined as the capacitance Fe after the high load charge / discharge cycle test, the capacitance value is the capacitance before the start of the high load charge / discharge cycle test. The capacity recovery rate after the high load charge / discharge cycle test for F is calculated by Fe / F.

本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子は、初期の常温放電内部抵抗をRa(Ω)、静電容量をF(F)としたとき、以下の:
(a)RaとFとの積Ra・Fが0.3以上3.0以下である;
を満たすものであることが好ましい。
(a)について、Ra・Fは、大電流に対して十分な充電容量と放電容量とを発現させる観点から、3.0以下であることが好ましく、より好ましくは2.6以下であり、更に好ましくは2.4以下である。Ra・Fが上記の上限値以下であれば、優れた入出力特性を有する非水系リチウム型蓄電素子を得ることができる。そのため、非水系リチウム型蓄電素子を用いた蓄電システムと、例えば高効率エンジンと、を組み合わせること等によって該非水系リチウム型蓄電素子に印加される高負荷にも十分に耐え得ることとなり、好ましい。
The nonaqueous lithium storage element of the present embodiment has the following when the initial room temperature discharge internal resistance is Ra (Ω) and the capacitance is F (F):
(A) The product Ra · F of Ra and F is 0.3 or more and 3.0 or less;
It is preferable that
Regarding (a), Ra · F is preferably 3.0 or less, more preferably 2.6 or less, from the viewpoint of developing sufficient charge capacity and discharge capacity for a large current. Preferably it is 2.4 or less. When Ra · F is not more than the above upper limit value, a non-aqueous lithium storage element having excellent input / output characteristics can be obtained. Therefore, it is preferable that a power storage system using a non-aqueous lithium storage element and a high-efficiency engine, for example, can be combined with a high load applied to the non-aqueous lithium storage element.

本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子は、初期の常温放電内部抵抗をRa(Ω)、静電容量をF(F)、セル電圧4V及び環境温度60℃において2か月間保存した後の、常温放電内部抵抗をRd(Ω)としたとき、以下の:
(e)Rd/Raが0.9以上3.0以下である;及び
(f)セル電圧4V及び環境温度60℃において2か月間保存した時に発生するガス量が、25℃において30×10−3cc/F以下である;及び
を同時に満たすことが好ましい。
(e)について、Rd/Raは、高温環境下に長時間曝された場合に、大電流に対して十分な充電容量と放電容量とを発現させる観点から、3.0以下であることが好ましく、より好ましくは2.0以下であり、更に好ましくは1.5以下である。Rb/Raが上記の上限値以下であれば、長期間安定して優れた出力特性を得ることができるため、デバイスの長寿命化につながる。
(f)について、セル電圧4.0V及び環境温度60℃において2か月間保存した際に発生するガス量は、発生したガスにより素子の特性を低下させないとの観点から、発生ガス量を25℃において測定した値として、30×10−3cc/F以下であることが好ましく、より好ましくは20×10−3cc/F以下であり、更に好ましくは15×10−3cc/F以下である。上記の条件下で発生するガス量が上記の上限値以下であれば、デバイスが長期間高温に曝された場合であっても、ガス発生によってセルが膨張するおそれがないため、十分な安全性及び耐久性を有する蓄電素子を得ることができる。
The non-aqueous lithium storage element of this embodiment has an initial room temperature discharge internal resistance of Ra (Ω), a capacitance of F (F), a cell voltage of 4 V, and an environmental temperature of 60 ° C. When the room temperature discharge internal resistance is Rd (Ω), the following:
(E) Rd / Ra is 0.9 or more and 3.0 or less; and (f) The amount of gas generated when stored at a cell voltage of 4 V and an environmental temperature of 60 ° C. for 2 months is 30 × 10 − at 25 ° C. 3 cc / F or less; and preferably satisfy simultaneously.
Regarding (e), Rd / Ra is preferably 3.0 or less from the viewpoint of developing sufficient charge capacity and discharge capacity for a large current when exposed to a high temperature environment for a long time. More preferably, it is 2.0 or less, More preferably, it is 1.5 or less. If Rb / Ra is less than or equal to the above upper limit value, excellent output characteristics can be obtained stably over a long period of time, leading to a longer life of the device.
Regarding (f), the amount of gas generated when stored for 2 months at a cell voltage of 4.0 V and an environmental temperature of 60 ° C. is 25 ° C. from the viewpoint that the generated gas does not deteriorate the characteristics of the device. Is preferably 30 × 10 −3 cc / F or less, more preferably 20 × 10 −3 cc / F or less, still more preferably 15 × 10 −3 cc / F or less. . If the amount of gas generated under the above conditions is less than or equal to the above upper limit value, even if the device is exposed to a high temperature for a long period of time, there is no risk that the cell will expand due to gas generation, so sufficient safety And a durable electricity storage element can be obtained.

本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子は、初期の常温放電内部抵抗をRa(Ω)、静電容量をF(F)、環境温度25℃にて、セル電圧を2.0Vから4.0Vまで、300Cのレートでの充放電サイクルを60,000回行った後の常温放電内部抵抗をRe(Ω)、サイクル試験後の蓄電素子を4.5Vの定電圧充電を1時間行った後の静電容量をFe(F)としたとき、以下の:
(g)Re/Raが0.9以上2.0以下である;及び
(h)Fe/Fが1.01以上である;
を同時に満たすことが好ましい。
(g)について、高負荷充放電サイクル試験後の常温放電内部抵抗上昇率Re/Raは、2.0以下であることが好ましく、より好ましくは1.5以下であり、更に好ましくは1.2以下である。高負荷充放電サイクル試験後の抵抗上昇率が上記の上限値以下であれば、充放電を繰り返してもデバイスの特性が維持される。そのため、長期間安定して優れた出力特性を得ることができ、デバイスの長寿命化につながる。
(h)について、Fe/Fが1.01以上であれば、長期間充放電を行った蓄電素子でも十分な容量のエネルギーを取り出すことができるため、蓄電素子の交換サイクルを延ばすことができるため好ましい。
The nonaqueous lithium storage element of this embodiment has an initial room temperature discharge internal resistance of Ra (Ω), a capacitance of F (F), an environmental temperature of 25 ° C., and a cell voltage of 2.0 V to 4.0 V. Until the room temperature discharge internal resistance after performing 60,000 charge / discharge cycles at a rate of 300 C is Re (Ω), and the storage element after the cycle test is charged with a constant voltage of 4.5 V for 1 hour. When the capacitance is Fe (F), the following:
(G) Re / Ra is 0.9 or more and 2.0 or less; and (h) Fe / F is 1.01 or more;
Are preferably satisfied simultaneously.
Regarding (g), the room temperature discharge internal resistance increase rate Re / Ra after the high load charge / discharge cycle test is preferably 2.0 or less, more preferably 1.5 or less, and still more preferably 1.2. It is as follows. If the rate of increase in resistance after the high-load charge / discharge cycle test is not more than the above upper limit value, the characteristics of the device are maintained even after repeated charge / discharge. Therefore, excellent output characteristics can be obtained stably for a long period of time, leading to a longer life of the device.
With regard to (h), if Fe / F is 1.01 or more, a sufficient capacity of energy can be taken out even with a storage element that has been charged and discharged for a long period of time, so that the replacement cycle of the storage element can be extended. preferable.

以下、本発明を実施例及び比較例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
[炭酸リチウムの粉砕]
平均粒子径53μmの炭酸リチウム200gを、アイメックス社製の粉砕機(液体窒素ビーズミルLNM)を用い、液体窒素で−196℃に冷却化した後、ドライアイスビーズを用い、周速10.0m/sにて9分間粉砕した。−196℃で熱変性を防止し、脆性破壊することにより得られた炭酸リチウムについて平均粒子径を測定することで仕込みの炭酸リチウム粒子径を求めたところ、5.1μmであった。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention concretely, this invention is not limited to these.
[Crushing lithium carbonate]
200 g of lithium carbonate having an average particle size of 53 μm was cooled to −196 ° C. with liquid nitrogen using a crusher (liquid nitrogen bead mill LNM) manufactured by Imex Co., Ltd., and peripheral speed was 10.0 m / s using dry ice beads. For 9 minutes. The lithium carbonate particle diameter obtained by measuring the average particle diameter of lithium carbonate obtained by preventing thermal denaturation at −196 ° C. and causing brittle fracture was 5.1 μm.

[正極活物質の調製]
[活性炭1の調製]
破砕されたヤシ殻炭化物を、小型炭化炉において窒素中、500℃において3時間炭化処理して炭化物を得た。得られた炭化物を賦活炉内へ入れ、1kg/hの水蒸気を予熱炉で加温した状態で前記賦活炉内へ導入し、900℃まで8時間かけて昇温して賦活した。賦活後の炭化物を取り出し、窒素雰囲気下で冷却して、賦活された活性炭を得た。得られた活性炭を10時間通水洗浄した後に水切りした。その後、115℃に保持された電気乾燥機内で10時間乾燥した後に、ボールミルで1時間粉砕を行うことにより、活性炭1を得た。
この活性炭1について、島津製作所社製レーザー回折式粒度分布測定装置(SALD−2000J)を用いて平均粒子径を測定した結果、4.2μmであった。また、ユアサアイオニクス社製細孔分布測定装置(AUTOSORB−1 AS−1−MP)を用いて細孔分布を測定した。その結果、BET比表面積が2360m/g、メソ孔量(V1)が0.52cc/g、マイクロ孔量(V2)が0.88cc/g、V1/V2=0.59であった。
[Preparation of positive electrode active material]
[Preparation of activated carbon 1]
The crushed coconut shell carbide was carbonized in a small carbonization furnace in nitrogen at 500 ° C. for 3 hours to obtain a carbide. The obtained carbide was put into an activation furnace, 1 kg / h of steam was heated in the preheating furnace and introduced into the activation furnace, and the temperature was raised to 900 ° C. over 8 hours for activation. The activated carbide was taken out and cooled in a nitrogen atmosphere to obtain activated activated carbon. The obtained activated carbon was washed with water for 10 hours and then drained. Then, after drying for 10 hours in an electric dryer maintained at 115 ° C., the activated carbon 1 was obtained by pulverizing for 1 hour using a ball mill.
It was 4.2 micrometers as a result of measuring the average particle diameter about this activated carbon 1 using the Shimadzu Corporation laser diffraction type particle size distribution analyzer (SALD-2000J). Moreover, the pore distribution was measured using the pore distribution measuring apparatus (AUTOSORB-1 AS-1-MP) made from Yuasa Ionics. As a result, the BET specific surface area was 2360 m 2 / g, the mesopore volume (V1) was 0.52 cc / g, the micropore volume (V2) was 0.88 cc / g, and V1 / V2 = 0.59.

[活性炭2の調製]
フェノール樹脂について、窒素雰囲気下、焼成炉中600℃において2時間の炭化処理を行った後、ボールミルにて粉砕し、分級を行って平均粒子径7.0μmの炭化物を得た。この炭化物とKOHとを、質量比1:5で混合し、窒素雰囲下、焼成炉中800℃において1時間加熱して賦活化を行った。その後濃度2mol/Lに調整した希塩酸中で1時間撹拌洗浄を行った後、蒸留水でpH5〜6の間で安定するまで煮沸洗浄した後に乾燥を行うことにより、活性炭2を得た。
この活性炭2について、島津製作所社製レーザー回折式粒度分布測定装置(SALD−2000J)を用いて平均粒子径を測定した結果、7.1μmであった。ユアサアイオニクス社製細孔分布測定装置(AUTOSORB−1 AS−1−MP)を用いて細孔分布を測定した。その結果、BET比表面積が3627m/g、メソ孔量(V1)が1.50cc/g、マイクロ孔量(V2)が2.28cc/g、V1/V2=0.66であった。
[Preparation of activated carbon 2]
The phenol resin was carbonized in a firing furnace at 600 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere, then pulverized with a ball mill and classified to obtain a carbide having an average particle size of 7.0 μm. This carbide and KOH were mixed at a mass ratio of 1: 5, and activated by heating in a firing furnace at 800 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. Thereafter, the mixture was washed with stirring in dilute hydrochloric acid adjusted to a concentration of 2 mol / L for 1 hour, then boiled and washed with distilled water until it was stabilized at pH 5 to 6, and then dried to obtain activated carbon 2.
The activated carbon 2 was measured to have an average particle diameter of 7.1 μm using a laser diffraction particle size distribution analyzer (SALD-2000J) manufactured by Shimadzu Corporation. The pore distribution was measured using a pore distribution measuring device (AUTOSORB-1 AS-1-MP) manufactured by Yuasa Ionics. As a result, the BET specific surface area was 3627 m 2 / g, the mesopore volume (V1) was 1.50 cc / g, the micropore volume (V2) was 2.28 cc / g, and V1 / V2 = 0.66.

[正極塗工液(組成a)の調製]
正極活物質として上記で得た活性炭1又は2を、仕込みのリチウム化合物として上記で得た炭酸リチウムを用いて下記方法で正極塗工液(組成a)を製造した。
活性炭1又は2を59.5質量部、炭酸リチウムを28.0質量部、ケッチェンブラックを3.0質量部、PVP(ポリビニルピロリドン)を1.5質量部、及びPVDF(ポリフッ化ビニリデン)を8.0質量部、並びにNMP(N−メチルピロリドン)を混合し、それをPRIMIX社製の薄膜旋回型高速ミキサーフィルミックスを用いて、周速17.0m/sの条件で分散して塗工液を得た。
[Preparation of positive electrode coating solution (composition a)]
Using the activated carbon 1 or 2 obtained above as the positive electrode active material and the lithium carbonate obtained above as the charged lithium compound, a positive electrode coating solution (composition a) was produced by the following method.
59.5 parts by mass of activated carbon 1 or 2; 28.0 parts by mass of lithium carbonate; 3.0 parts by mass of ketjen black; 1.5 parts by mass of PVP (polyvinylpyrrolidone); and PVDF (polyvinylidene fluoride). 8.0 parts by mass and NMP (N-methylpyrrolidone) are mixed and dispersed using a thin film swirl type high-speed mixer film mix manufactured by PRIMIX under the condition of a peripheral speed of 17.0 m / s. A liquid was obtained.

[正極塗工液(組成b)の調製]
正極活物質として上記で得た活性炭1又は2を、仕込みのリチウム化合物として上記で得た炭酸リチウムを用いて下記方法で正極塗工液(組成b)を製造した。
活性炭1又は2を34.5質量部、炭酸リチウムを56.0質量部、ケッチェンブラックを2.0質量部、PVP(ポリビニルピロリドン)を1.5質量部、及びPVDF(ポリフッ化ビニリデン)を6.0質量部、並びにNMP(N−メチルピロリドン)を混合し、それをPRIMIX社製の薄膜旋回型高速ミキサーフィルミックスを用いて、周速17.0m/sの条件で分散して塗工液を得た。
[Preparation of positive electrode coating solution (composition b)]
Using the activated carbon 1 or 2 obtained above as the positive electrode active material and the lithium carbonate obtained above as the charged lithium compound, a positive electrode coating solution (composition b) was produced by the following method.
34.5 parts by mass of activated carbon 1 or 2; 56.0 parts by mass of lithium carbonate; 2.0 parts by mass of ketjen black; 1.5 parts by mass of PVP (polyvinylpyrrolidone); and PVDF (polyvinylidene fluoride). 6.0 parts by mass and NMP (N-methylpyrrolidone) were mixed and dispersed using a thin film swirl type high-speed mixer film mix manufactured by PRIMIX under the condition of a peripheral speed of 17.0 m / s. A liquid was obtained.

[正極塗工液(組成c)の調製]
正極活物質として上記で得た活性炭1又は2を、仕込みのリチウム化合物を用いずに、下記方法で正極塗工液(組成c)を製造した。
活性炭1又は2を78.4質量部、ケッチェンブラックを4.6質量部、PVP(ポリビニルピロリドン)を3.4質量部、及びPVDF(ポリフッ化ビニリデン)を13.6質量部、並びにNMP(N−メチルピロリドン)を混合し、それをPRIMIX社製の薄膜旋回型高速ミキサーフィルミックスを用いて、周速17.0m/sの条件で分散して塗工液を得た。
[Preparation of positive electrode coating solution (composition c)]
A positive electrode coating liquid (composition c) was produced by the following method using the activated carbon 1 or 2 obtained above as a positive electrode active material without using a charged lithium compound.
Activated carbon 1 or 2 is 78.4 parts by mass, Ketjen black is 4.6 parts by mass, PVP (polyvinylpyrrolidone) is 3.4 parts by mass, PVDF (polyvinylidene fluoride) is 13.6 parts by mass, and NMP ( N-methylpyrrolidone) was mixed and dispersed under the condition of a peripheral speed of 17.0 m / s using a thin film swirl type high speed mixer film mix manufactured by PRIMIX to obtain a coating solution.

[負極1の調製]
平均粒子径3.0μm、BET比表面積が1,780m/gの市販のヤシ殻活性炭150gをステンレススチールメッシュ製の籠に入れ、石炭系ピッチ(軟化点:50℃)270gを入れたステンレス製バットの上に置き、両者を電気炉(炉内有効寸法300mm×300mm×300mm)内に設置して、熱反応を行うことにより、複合炭素材料1aを得た。この熱処理は窒素雰囲気下で行い、600℃まで8時間で昇温し、同温度で4時間保持する方法によった。続いて自然冷却により60℃まで冷却した後、複合炭素材料1aを炉から取り出した。
得られた複合炭素材料1aについて、上記と同様の方法で平均粒子径及びBET比表面積を測定した。その結果、平均粒子径は3.2μm、BET比表面積は262m/gであった。石炭系ピッチ由来の炭素質材料の活性炭に対する質量比率は78%であった。
次いで複合炭素材料1aを負極活物質として用いて負極を製造した。
複合炭素材料1aを85質量部、アセチレンブラックを10質量部、及びPVdF(ポリフッ化ビニリデン)を5質量部、並びにNMP(N−メチルピロリドン)を混合し、それをPRIMIX社製の薄膜旋回型高速ミキサーフィルミックスを用いて、周速15m/sの条件で分散して塗工液を得た。得られた塗工液の粘度(ηb)及びTI値を東機産業社のE型粘度計TVE−35Hを用いて測定した。その結果、粘度(ηb)は2,789mPa・s、TI値は4.3であった。上記塗工液を東レエンジニアリング社製のダイコーターを用いて厚さ10μmの電解銅箔の両面に塗工速度1m/sの条件で塗工し、乾燥温度85℃で乾燥して負極1を得た。得られた負極1についてロールプレス機を用いて圧力4kN/cm、プレス部の表面温度25℃の条件でプレスを実施した。上記で得られた負極1の負極活物質層の膜厚を小野計器社製膜厚計Linear Gauge Sensor GS−551を用いて、負極1の任意の10か所で測定した厚さの平均値から、銅箔の厚さを引いて求めた。その結果、負極1の負極活物質層の膜厚は片面あたり40μmであった。
[Preparation of negative electrode 1]
150 g of commercially available coconut shell activated carbon having an average particle size of 3.0 μm and a BET specific surface area of 1,780 m 2 / g is placed in a stainless steel mesh basket and 270 g of a coal-based pitch (softening point: 50 ° C.) is used. The composite carbon material 1a was obtained by placing on a bat and placing both in an electric furnace (effective size in the furnace 300 mm × 300 mm × 300 mm) and performing a thermal reaction. This heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere, and the temperature was raised to 600 ° C. in 8 hours and kept at the same temperature for 4 hours. Then, after cooling to 60 degreeC by natural cooling, the composite carbon material 1a was taken out from the furnace.
About the obtained composite carbon material 1a, the average particle diameter and the BET specific surface area were measured by the method similar to the above. As a result, the average particle size was 3.2 μm, and the BET specific surface area was 262 m 2 / g. The mass ratio of carbonaceous material derived from coal-based pitch to activated carbon was 78%.
Next, the composite carbon material 1a was used as a negative electrode active material to produce a negative electrode.
85 parts by mass of composite carbon material 1a, 10 parts by mass of acetylene black, 5 parts by mass of PVdF (polyvinylidene fluoride), and NMP (N-methylpyrrolidone) are mixed, and this is a thin film swirl type high speed made by PRIMIX Using a mixer fill mix, dispersion was performed under conditions of a peripheral speed of 15 m / s to obtain a coating solution. The viscosity (ηb) and TI value of the obtained coating solution were measured using an E-type viscometer TVE-35H manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. As a result, the viscosity (ηb) was 2,789 mPa · s, and the TI value was 4.3. The above coating solution was applied on both surfaces of a 10 μm thick electrolytic copper foil using a die coater manufactured by Toray Engineering Co., Ltd. at a coating speed of 1 m / s, and dried at a drying temperature of 85 ° C. to obtain negative electrode 1. It was. The obtained negative electrode 1 was pressed using a roll press machine under conditions of a pressure of 4 kN / cm and a surface temperature of the press part of 25 ° C. The thickness of the negative electrode active material layer of the negative electrode 1 obtained above was determined from the average value of the thicknesses measured at any 10 locations of the negative electrode 1 using a thickness gauge Linear Gauge Sensor GS-551 manufactured by Ono Keiki Co., Ltd. It was determined by subtracting the thickness of the copper foil. As a result, the film thickness of the negative electrode active material layer of the negative electrode 1 was 40 μm per side.

[負極2と3の調製]
以下の表1に示す基材及びその量、石炭系ピッチの量、熱処理温度となるように調整した他は、負極1の調製と同様にして、負極活物質の製造及び評価を行った。また、上記で得た負極活物質を用いて、表1に記載の塗工液となるように調整をした他は、負極1の調製と同様にして、負極の製造及び評価を行った。結果を以下の表1に示す。
[Preparation of negative electrodes 2 and 3]
The negative electrode active material was manufactured and evaluated in the same manner as the negative electrode 1 except that the base material and the amount thereof, the amount of coal-based pitch, and the heat treatment temperature were adjusted as shown in Table 1 below. Moreover, except having adjusted so that it might become a coating liquid of Table 1 using the negative electrode active material obtained above, manufacture and evaluation of the negative electrode were performed like preparation of the negative electrode 1. The results are shown in Table 1 below.

Figure 2018056418
Figure 2018056418

[実施例1]
[正極前駆体の調製]
得られた組成(a)の塗工液を東レエンジニアリング社製のダイコーターを用いて厚さ15μmのアルミニウム箔の片面又は両面に塗工速度5m/sの条件で塗工し、乾燥温度100℃で乾燥して正極前駆体1を得た。得られた正極前駆体について両面をエンボスロールにて圧力4kN/cm、プレス部の表面温度25℃の条件でプレスを実施した。エンボスロールの表面粗さはRzjis=5.0μmのものを使用した。
[電解液の調製]
有機溶媒として、エチレンカーボネート(EC):メチルエチルカーボネート(MEC)=33:67(体積比)の混合溶媒を用い、全電解液に対してLiN(SOF)及びLiPFの濃度比が25:75(モル比)であり、かつLiN(SOF)及びLiPFの濃度の和が1.2mol/Lとなるようにそれぞれの電解質塩を溶解して得た溶液を非水系電解液として使用した。
ここで調製した電解液におけるLiN(SOF)及びLiPFの濃度は、それぞれ、0.3mol/L及び0.9mol/Lであった。
[Example 1]
[Preparation of positive electrode precursor]
The coating liquid of the obtained composition (a) was applied to one or both sides of an aluminum foil having a thickness of 15 μm using a die coater manufactured by Toray Engineering Co., Ltd. under a coating speed of 5 m / s, and a drying temperature of 100 ° C. To obtain a positive electrode precursor 1. The positive electrode precursor thus obtained was pressed on both sides with an embossing roll under conditions of a pressure of 4 kN / cm and a surface temperature of the press part of 25 ° C. The surface roughness of the embossing roll was Rzjis = 5.0 μm.
[Preparation of electrolyte]
As an organic solvent, a mixed solvent of ethylene carbonate (EC): methyl ethyl carbonate (MEC) = 33: 67 (volume ratio) is used, and the concentration ratio of LiN (SO 2 F) 2 and LiPF 6 is relative to the total electrolyte. A solution obtained by dissolving each electrolyte salt so that the sum of the concentrations of LiN (SO 2 F) 2 and LiPF 6 is 25 mol / L is 25:75 (molar ratio), and non-aqueous electrolysis Used as a liquid.
The concentrations of LiN (SO 2 F) 2 and LiPF 6 in the electrolytic solution prepared here were 0.3 mol / L and 0.9 mol / L, respectively.

[非水系リチウム型蓄電素子の調製]
[組立工程]
得られた両面負極1と両面正極前駆体1を10cm×10cm(100cm)にカットした。両面負極1の両面に厚さ40μmのLi金属箔をロールプレスにて圧着した。最上面と最下面は片面正極前駆体1を用い、更に両面負極1を21枚と両面正極前駆体1を20枚とを用い、負極と正極前駆体との間に、厚み15μmの微多孔膜セパレータを挟んで積層した。その後、負極と正極前駆体とに、それぞれ、負極端子と正極端子を超音波溶接にて接続して電極積層体とした。この電極積層体を、温度80℃、圧力50Paで、乾燥時間60hrの条件で真空乾燥した。乾燥した電極積層体を露点−45℃のドライ環境下にて、アルミラミネート包材からなる外装体内に収納し、電極端子部およびボトム部の外装体3方を、温度180℃、シール時間20sec、シール圧1.0MPaの条件でヒートシールした。
[Preparation of non-aqueous lithium storage element]
[Assembly process]
The obtained double-sided negative electrode 1 and double-sided positive electrode precursor 1 were cut into 10 cm × 10 cm (100 cm 2 ). Li metal foil with a thickness of 40 μm was pressure-bonded to both surfaces of the double-sided negative electrode 1 by a roll press. The uppermost surface and the lowermost surface use a single-sided positive electrode precursor 1, and further use 21 double-sided negative electrodes 1 and 20 double-sided positive electrode precursors 1. The separators were stacked. Thereafter, the negative electrode terminal and the positive electrode terminal were connected to the negative electrode and the positive electrode precursor, respectively, by ultrasonic welding to obtain an electrode laminate. This electrode laminate was vacuum-dried under the conditions of a temperature of 80 ° C., a pressure of 50 Pa, and a drying time of 60 hours. The dried electrode laminate is housed in an outer package made of an aluminum laminate packaging material in a dry environment with a dew point of -45 ° C. Heat sealing was performed under conditions of a sealing pressure of 1.0 MPa.

[注液、含浸、封止工程]
アルミラミネート包材の中に収納された電極積層体に、温度25℃、露点−40℃以下のドライエアー環境下にて、上記非水系電解液約80gを大気圧下で注入した。続いて、減圧チャンバーの中に前記非水系リチウム型蓄電素子を入れ、常圧から−87kPaまで減圧した後、大気圧に戻し、5分間静置した。その後、常圧から−87kPaまで減圧した後、大気圧に戻す工程を4回繰り返した後、15分間静置した。さらに、常圧から−91kPaまで減圧した後、大気圧に戻した。同様に減圧し、大気圧に戻す工程を合計7回繰り返した(それぞれ、−95,96,97,81,97,97,97kPaまで減圧した)。以上の工程により、非水系電解液を電極積層体に含浸させた。
その後、非水系リチウム型蓄電素子を減圧シール機に入れ、−95kPaに減圧した状態で、180℃で10秒間、0.1MPaの圧力でシールすることによりアルミラミネート包材を封止した。
[Liquid injection, impregnation, sealing process]
About 80 g of the non-aqueous electrolyte solution was injected into the electrode laminate housed in the aluminum laminate packaging material in a dry air environment at a temperature of 25 ° C. and a dew point of −40 ° C. or less under atmospheric pressure. Subsequently, the non-aqueous lithium storage element was placed in a vacuum chamber, and the pressure was reduced from normal pressure to -87 kPa, and then returned to atmospheric pressure and allowed to stand for 5 minutes. Then, after reducing the pressure from normal pressure to -87 kPa, the process of returning to atmospheric pressure was repeated 4 times, and then allowed to stand for 15 minutes. Furthermore, after reducing the pressure from normal pressure to -91 kPa, the pressure was returned to atmospheric pressure. Similarly, the process of reducing the pressure and returning to atmospheric pressure was repeated a total of 7 times (reduced pressure to -95, 96, 97, 81, 97, 97, and 97 kPa, respectively). Through the above steps, the electrode laminate was impregnated with the non-aqueous electrolyte solution.
Then, the aluminum laminate packaging material was sealed by putting the non-aqueous lithium storage element into a vacuum sealing machine and sealing at 180 ° C. for 10 seconds with a pressure of 0.1 MPa in a state where the pressure was reduced to −95 kPa.

[リチウムドープ工程]
[第一リチウムドープ工程]
得られた非水系リチウム型蓄電素子を、60℃環境下で、24時間保管する手法により、負極表面に貼りつけたリチウムから、負極へリチウムドープを行った。
[第二リチウムドープ工程]
得られた非水系リチウム型蓄電素子に対して、東洋システム社製の充放電装置(TOSCAT−3100U)を用いて、25℃環境下、電流値50mAで電圧4.5Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.5V定電圧充電を72時間継続する手法により初期充電を行い、負極にリチウムドープを行った。
[エージング工程]
リチウムドープ後の非水系リチウム型蓄電素子を25℃環境下、1.0Aで電圧3.0Vに到達するまで定電流放電を行った後、3.0V定電流放電を1時間行うことにより電圧を3.0Vに調整した。その後、非水系リチウム型蓄電素子を60℃の恒温槽に60時間保管した。
[Lithium doping process]
[First Lithium Doping Process]
The obtained non-aqueous lithium storage element was doped with lithium to the negative electrode from lithium attached to the negative electrode surface by a method of storing for 24 hours in a 60 ° C. environment.
[Second Lithium Doping Process]
Using the charge / discharge device (TOSCAT-3100U) manufactured by Toyo System Co., Ltd., the obtained non-aqueous lithium storage element was charged at a constant current until reaching a voltage of 4.5 V at a current value of 50 mA in a 25 ° C. environment. Then, initial charging was performed by a technique of continuing 4.5 V constant voltage charging for 72 hours, and lithium doping was performed on the negative electrode.
[Aging process]
The non-aqueous lithium storage element after lithium doping was subjected to constant current discharge at 1.0 A until reaching a voltage of 3.0 V in a 25 ° C. environment, and then subjected to 3.0 V constant current discharge for 1 hour. Adjusted to 3.0V. Thereafter, the non-aqueous lithium storage element was stored in a constant temperature bath at 60 ° C. for 60 hours.

[ガス抜き工程]
エージング後の非水系リチウム型蓄電素子を、温度25℃、露点−40℃のドライエアー環境下でアルミラミネート包材の一部を開封した。次いで、減圧チャンバーの中に前記非水系リチウム型蓄電素子を入れ、KNF社製のダイヤフラムポンプ(N816.3KT.45.18)を用いて大気圧から−80kPaまで3分間かけて減圧した後、3分間かけて大気圧に戻す工程を合計3回繰り返した。その後、減圧シール機に非水系リチウム型蓄電素子を入れ、−90kPaに減圧した後、200℃で10秒間、0.1MPaの圧力でシールすることによりアルミラミネート包材を封止した。
以上の工程により、非水系リチウム型蓄電素子が完成した。
[Degassing process]
A part of the aluminum laminate packaging material was unsealed in a dry air environment with a temperature of 25 ° C. and a dew point of −40 ° C. of the non-aqueous lithium storage element after aging. Next, the non-aqueous lithium storage element was placed in a vacuum chamber, and the pressure was reduced from atmospheric pressure to −80 kPa over 3 minutes using a diaphragm pump (N816.3KT.45.18) manufactured by KNF. The process of returning to atmospheric pressure over a period of time was repeated a total of 3 times. Then, after putting a non-aqueous lithium-type electrical storage element in a pressure reduction sealing machine and reducing the pressure to −90 kPa, the aluminum laminate packaging material was sealed by sealing at 200 ° C. for 10 seconds with a pressure of 0.1 MPa.
The non-aqueous lithium storage element was completed through the above steps.

[蓄電素子の評価]
[静電容量の測定]
得られた蓄電素子について、25℃に設定した恒温槽内で、富士通テレコムネットワークス株式会社製の充放電装置(5V,360A)を用いて、20Cの電流値で3.8Vに到達するまで定電流充電を行い、次いで、3.8Vの定電圧を印加する定電圧充電を合計で30分行った。2.2Vまで2Cの電流値で定電流放電を施した際の容量をQとし、F=Q/(3.8−2.2)により算出した静電容量Fは、1000Fであった。
[Evaluation of storage element]
[Capacitance measurement]
Using the charge / discharge device (5V, 360A) manufactured by Fujitsu Telecom Networks Co., Ltd. in a thermostatic chamber set at 25 ° C., the obtained electricity storage device was fixed until it reached 3.8V at a current value of 20C. Current charging was performed, and then constant voltage charging in which a constant voltage of 3.8 V was applied was performed for a total of 30 minutes. Capacitance F calculated by F = Q / (3.8−2.2) was 1000 F, where Q was the capacity when constant current discharge was performed at a current value of 2 C up to 2.2 V.

[Ra・Fの算出]
得られた蓄電素子について、25℃に設定した恒温槽内で、富士通テレコムネットワークス株式会社製の充放電装置(5V,360A)を用いて、20Cの電流値で3.8Vに到達するまで定電流充電し、次いで、3.8Vの定電圧を印加する定電圧充電を合計で30分間行い、次いで、20Cの電流値で2.2Vまで定電流放電を行って、放電カーブ(時間−電圧)を得た。この放電カーブにおいて、放電時間2秒及び4秒の時点における電圧値から、直線近似にて外挿して得られる放電時間=0秒における電圧をEoとし、降下電圧ΔE=3.8−Eo、及びR=ΔE/(20C(電流値A))により常温放電内部抵抗Raを算出した。
静電容量Fと常温放電内部抵抗Raとの積Ra・Fは1.10ΩFであった。
[Calculation of Ra · F]
Using the charge / discharge device (5V, 360A) manufactured by Fujitsu Telecom Networks Co., Ltd. in a thermostatic chamber set at 25 ° C., the obtained electricity storage element was fixed until it reached 3.8V at a current value of 20C. Current charging, then constant voltage charging to apply a constant voltage of 3.8V for a total of 30 minutes, then constant current discharging to 2.2V with a current value of 20C, discharge curve (time-voltage) Got. In this discharge curve, the voltage at the discharge time = 0 seconds obtained by extrapolating from the voltage values at the time points of the discharge time of 2 seconds and 4 seconds by linear approximation is Eo, and the drop voltage ΔE = 3.8−Eo, and The room temperature discharge internal resistance Ra was calculated by R = ΔE / (20C (current value A)).
The product Ra · F of the capacitance F and the room temperature discharge internal resistance Ra was 1.10ΩF.

[高温保存試験後のRd/Raの算出]
得られた蓄電素子について、25℃に設定した恒温槽内で、富士通テレコムネットワークス株式会社製の充放電装置(5V,360A)を用いて、100Cの電流値で4.0Vに到達するまで定電流充電し、続いて4.0Vの定電圧を印加する定電圧充電を合計で10分間行った。その後、セルを60℃環境下に保存し、2週間毎に60℃環境下から取り出し、同様の充電工程にてセル電圧を4.0Vに充電した後、再びセルを60℃環境下で保存した。この工程を2か月間繰り返し実施した。高温保存試験後の蓄電素子に対して、前記[Ra・Fの算出]と同様にして高温保存試験後の常温放電内部抵抗Rdを算出した。このRd(Ω)を、前記[Ra・Fの算出]で求めた高温保存試験前の常温放電内部抵抗Ra(Ω)で除して算出した比Rd/Raは1.15であった。
[Calculation of Rd / Ra after high-temperature storage test]
About the obtained electrical storage element, in a thermostat set to 25 degreeC, it uses a charge / discharge device (5V, 360A) made by Fujitsu Telecom Networks Co., Ltd. until it reaches 4.0V at a current value of 100C. Current charging was performed, followed by constant voltage charging in which a constant voltage of 4.0 V was applied for a total of 10 minutes. Thereafter, the cell was stored in a 60 ° C. environment, taken out from the 60 ° C. environment every two weeks, charged with a cell voltage of 4.0 V in the same charging step, and then stored again in the 60 ° C. environment. . This process was repeated for 2 months. For the storage element after the high temperature storage test, the room temperature discharge internal resistance Rd after the high temperature storage test was calculated in the same manner as in [Calculation of Ra · F]. The ratio Rd / Ra calculated by dividing this Rd (Ω) by the room temperature discharge internal resistance Ra (Ω) before the high-temperature storage test determined in [Calculation of Ra · F] was 1.15.

[高温保存試験後のガス発生量]
得られた蓄電素子について、25℃に設定した恒温槽内で、富士通テレコムネットワークス株式会社製の充放電装置(5V,360A)を用いて、100Cの電流値で4.0Vに到達するまで定電流充電し、続いて4.0Vの定電圧を印加する定電圧充電を合計で10分間行った。その後、セルを60℃環境下に保存し、2週間毎に60℃環境下から取り出し、同様の充電工程にてセル電圧を4.0Vに充電した後、再びセルを60℃環境下で保存した。この工程を2か月間繰り返し実施し、保存試験開始前のセル体積Va、保存試験2か月後のセルの体積Vbをアルキメデス法によって測定した。静電容量Fを用いて、(Vb−Va)/Fにより求めたガス発生量は14.1×10−3cc/Fであった。
[Gas generation after high-temperature storage test]
About the obtained electrical storage element, in a thermostat set to 25 degreeC, it uses a charge / discharge device (5V, 360A) made by Fujitsu Telecom Networks Co., Ltd. until it reaches 4.0V at a current value of 100C. Current charging was performed, followed by constant voltage charging in which a constant voltage of 4.0 V was applied for a total of 10 minutes. Thereafter, the cell was stored in a 60 ° C. environment, taken out from the 60 ° C. environment every two weeks, charged with a cell voltage of 4.0 V in the same charging step, and then stored again in the 60 ° C. environment. . This process was repeated for 2 months, and the cell volume Va before the start of the storage test and the cell volume Vb after 2 months of the storage test were measured by Archimedes method. Using the electrostatic capacity F, the gas generation amount determined by (Vb−Va) / F was 14.1 × 10 −3 cc / F.

[高負荷充放電サイクル試験後の常温放電内部抵抗上昇率]
得られた蓄電素子について、25℃に設定した恒温槽内で、富士通テレコムネットワークス株式会社製の充放電装置(5V,360A)を用いて、300Cの電流値で4.0Vに到達するまで定電流充電し、続いて300Cの電流値で2.0Vに到達するまで定電流放電を行う充放電工程を60000回繰り返した。高負荷充放電サイクル試験後に前記[Ra・Fの算出]と同様にして高負荷充放電サイクル試験後の常温放電内部抵抗Reを算出した。このRe(Ω)を、前記[Ra・Fの算出]で求めた高負荷充放電サイクル試験前の内部抵抗Ra(Ω)で除して算出した比Re/Raは1.12であった。
[Rate of increase in internal resistance at room temperature after high load charge / discharge cycle test]
Using the charge / discharge device (5V, 360A) manufactured by Fujitsu Telecom Networks Co., Ltd. in a thermostatic chamber set at 25 ° C., the obtained electricity storage device was fixed until reaching 4.0V at a current value of 300C The charging / discharging process which carries out current charging and then performs constant current discharging until reaching 2.0 V at a current value of 300 C was repeated 60000 times. After the high load charge / discharge cycle test, the room temperature discharge internal resistance Re after the high load charge / discharge cycle test was calculated in the same manner as in [Calculation of Ra · F]. The ratio Re / Ra calculated by dividing this Re (Ω) by the internal resistance Ra (Ω) before the high load charge / discharge cycle test determined in [Calculation of Ra · F] was 1.12.

[高負荷充放電サイクル試験後の容量回復率]
得られた蓄電素子について、25℃に設定した恒温槽内で、富士通テレコムネットワークス株式会社製の充放電装置(5V,360A)を用いて、300Cの電流値で4.0Vに到達するまで定電流充電し、続いて300Cの電流値で2.0Vに到達するまで定電流放電を行う充放電工程を60000回繰り返した。サイクル終了後に20Cの電流値で4.5Vまで充電し、その後定電圧充電を1時間継続した。その後の静電容量Feを測定したところ1732Fであり、Fe/F=1.20であった。
[Capacity recovery rate after high-load charge / discharge cycle test]
Using the charge / discharge device (5V, 360A) manufactured by Fujitsu Telecom Networks Co., Ltd. in a thermostatic chamber set at 25 ° C., the obtained electricity storage device was fixed until reaching 4.0V at a current value of 300C The charging / discharging process which carries out current charging and then performs constant current discharging until reaching 2.0 V at a current value of 300 C was repeated 60000 times. After the end of the cycle, the battery was charged to 4.5 V at a current value of 20 C, and then constant voltage charging was continued for 1 hour. The subsequent measurement of capacitance Fe was 1732F, and Fe / F = 1.20.

[自己放電上昇率Se/Sの算出]
次に、前記の工程で得られた蓄電素子について、高負荷充放電サイクル試験後での自己放電係数上昇率Se/Sを求めた。Sについては、環境温度25℃で、1.5Cの電流値において3.8Vに到達するまで定電流充電し、その後4.0Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を、合計で30分間行った。その後、セル電圧環境温度25℃において、168時間保存した後の電圧Eを測定し、降下電圧(ΔE)=4.0−Eを求めた。
この時の自己放電係数Sを、下記式(9):

Figure 2018056418
により求めた。
さらに、Sを測定した蓄電素子について、25℃に設定した恒温槽内で、富士通テレコムネットワークス株式会社製の充放電装置(5V,360A)を用いて、300Cの電流値で3.8Vに到達するまで定電流充電し、続いて300Cの電流値で2.0Vに到達するまで定電流放電を行う充放電工程を60000回繰り返した。サイクル試験終了後の蓄電素子に対して、環境温度25℃で、1.5Cの電流値において4.0Vに到達するまで定電流充電し、その後4.0Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を、合計で30分間行った。その後、セル電圧環境温度25℃において、168時間保存した後の電圧Eeを測定し、降下電圧(ΔE)=4.0−Eeを求めた。この時の自己放電係数Seを、下記式(10):
Figure 2018056418
により求めた。
高温保存後の自己放電係数Sbを、高温保存前の自己放電係数Sで除して算出した比Se/Sは0.97であった。 [Calculation of self-discharge increase rate Se / S]
Next, the self-discharge coefficient increase rate Se / S after the high load charge / discharge cycle test was determined for the electricity storage device obtained in the above step. For S, constant current charge at constant temperature until the voltage reaches 3.8 V at a current value of 1.5 C at an ambient temperature of 25 ° C. and then a constant voltage of 4.0 V is applied for a total of 30 minutes. went. Thereafter, the voltage E after storage for 168 hours at a cell voltage ambient temperature of 25 ° C. was measured, and the voltage drop (ΔE) = 4.0−E was determined.
The self-discharge coefficient S at this time is expressed by the following formula (9):
Figure 2018056418
Determined by
Furthermore, about the electrical storage element which measured S, it reached 3.8V with the electric current value of 300C using the charge / discharge device (5V, 360A) made from Fujitsu Telecom Networks in the thermostat set to 25 degreeC. The charging / discharging process of carrying out constant current charging until it reaches, and then performing constant current discharging until reaching 2.0 V at a current value of 300 C was repeated 60000 times. A constant current constant voltage is applied to the storage element after the end of the cycle test at an ambient temperature of 25 ° C. until a constant voltage of 4.0 V is reached at a current value of 1.5 C and then a constant voltage of 4.0 V is applied. Charging was performed for a total of 30 minutes. Thereafter, the voltage Ee after being stored for 168 hours at a cell voltage ambient temperature of 25 ° C. was measured to obtain a voltage drop (ΔE) = 4.0−Ee. The self-discharge coefficient Se at this time is expressed by the following formula (10):
Figure 2018056418
Determined by
The ratio Se / S calculated by dividing the self-discharge coefficient Sb after high-temperature storage by the self-discharge coefficient S before high-temperature storage was 0.97.

[正極活物質層の解析]
完成した非水系リチウム型蓄電素子を2.9Vに調整した後、23℃の部屋に設置された露点−90℃以下、酸素濃度1ppm以下で管理されているArボックス内で解体して正極を取り出した。取り出した正極を、ジメチルカーボネート(DMC)で浸漬洗浄した後、大気非暴露を維持した状態下でサイドボックス中で真空乾燥させた。
乾燥後の正極を、大気非暴露を維持した状態でサイドボックスからArボックスに移し、重水で浸漬抽出して、正極抽出液を得た。抽出液の解析は、(1)IC及び(2)H−NMRにて行い、求めた正極抽出液中の各化合物の濃度A(mol/ml)、抽出に用いた重水の体積B(ml)、及び抽出に用いた正極活物質層の質量C(g)から、下記式(11):
単位質量当たりの存在量(mol/g)=A×B÷C ...式(11)
により、正極活物質層に堆積する各化合物の、正極活物質層の単位質量当たりの存在量(mol/g)を求めた。
尚、抽出に用いた正極活物質層の質量は、以下の方法によって求めた。
重水抽出後に残った正極の集電体から正極活物質層を剥がし取り、該剥がし取った正極活物質層を、水洗した後、真空乾燥した。真空乾燥して得た正極活物質層を、NMP又はDMFにより洗浄した。続いて、得られた正極活物質層を再度真空乾燥した後、秤量することにより、抽出に用いた正極活物質層の質量を調べた。
[Analysis of positive electrode active material layer]
After adjusting the completed non-aqueous lithium storage element to 2.9 V, it is disassembled in an Ar box controlled at a dew point of −90 ° C. or less and an oxygen concentration of 1 ppm or less installed in a room at 23 ° C., and the positive electrode is taken out. It was. The taken-out positive electrode was immersed and washed with dimethyl carbonate (DMC), and then vacuum-dried in a side box under the condition of being not exposed to the atmosphere.
The positive electrode after drying was transferred from the side box to the Ar box in a state where exposure to air was not performed, and immersion extraction was performed with heavy water to obtain a positive electrode extract. The analysis of the extract was performed by (1) IC and (2) 1 H-NMR. The concentration A (mol / ml) of each compound in the obtained positive electrode extract and the volume B (ml of heavy water used for extraction). ) And the mass C (g) of the positive electrode active material layer used for extraction, the following formula (11):
Abundance per unit mass (mol / g) = A × B ÷ C. . . Formula (11)
Thus, the abundance (mol / g) per unit mass of the positive electrode active material layer of each compound deposited on the positive electrode active material layer was determined.
The mass of the positive electrode active material layer used for extraction was determined by the following method.
The positive electrode active material layer was peeled off from the positive electrode current collector remaining after the heavy water extraction, and the peeled positive electrode active material layer was washed with water and vacuum dried. The positive electrode active material layer obtained by vacuum drying was washed with NMP or DMF. Subsequently, the obtained positive electrode active material layer was vacuum-dried again and weighed to examine the mass of the positive electrode active material layer used for extraction.

以下、抽出液の解析方法を示す。
(1)正極抽出液のIC測定(ネガティブモード)により、LiCOLi由来のCO 2−が検出され、絶対検量線法により、CO 2−の濃度Aを求めた。
(2)上記(1)と同じ正極抽出液を3mmφNMRチューブ(株式会社シゲミ製PN−002)に入れ、1,2,4,5−テトラフルオロベンゼン入りの重水素化クロロホルムの入った5mmφNMRチューブ(日本精密科学株式会社製N−5)に挿し込み、二重管法にて、H NMR測定を行った。1,2,4,5−テトラフルオロベンゼンのシグナル7.1ppm(m,2H)で規格化して、観測された各化合物の積分値を求めた。
また、濃度既知のジメチルスルホキシドの入った重水素化クロロホルムを3mmφNMRチューブ(株式会社シゲミ製PN−002)に入れ、上記と同一の1,2,4,5−テトラフルオロベンゼン入りの重水素化クロロホルムの入った5mmφNMRチューブ(日本精密科学株式会社製N−5)に挿し込み、二重管法にて、H NMR測定を行った。上記と同様に、1,2,4,5−テトラフルオロベンゼンのシグナル7.1ppm(m,2H)で規格化して、ジメチルスルホキシドのシグナル2.6ppm(s,6H)の積分値を求めた。用いたジメチルスルホキシドの濃度と積分値の関係から、正極抽出液中の各化合物の濃度Aを求めた。
Hereinafter, an analysis method of the extract is shown.
(1) The CO 3 2- derived from LiCO 3 Li was detected by IC measurement (negative mode) of the positive electrode extract, and the concentration A of CO 3 2- was determined by the absolute calibration curve method.
(2) The same positive electrode extract as in (1) above is placed in a 3 mmφ NMR tube (PN-002 manufactured by Shigemi Co., Ltd.), and a 5 mmφ NMR tube containing deuterated chloroform containing 1,2,4,5-tetrafluorobenzene ( The sample was inserted into N-5) manufactured by Japan Precision Science Co., Ltd., and 1 H NMR measurement was performed by a double tube method. Normalization was performed with a signal of 1,2,4,5-tetrafluorobenzene of 7.1 ppm (m, 2H), and an integral value of each observed compound was determined.
In addition, deuterated chloroform containing dimethyl sulfoxide of known concentration is put into a 3 mmφ NMR tube (PN-002 manufactured by Shigemi Co., Ltd.), and the same deuterated chloroform containing 1,2,4,5-tetrafluorobenzene as above. Was inserted into a 5 mmφ NMR tube (N-5 manufactured by Japan Precision Science Co., Ltd.), and 1 H NMR measurement was performed by a double tube method. In the same manner as described above, the signal was normalized with 7.1 ppm (m, 2H) of 1,2,4,5-tetrafluorobenzene, and the integral value of 2.6 ppm (s, 6H) of dimethyl sulfoxide was obtained. From the relationship between the concentration of dimethyl sulfoxide used and the integral value, the concentration A of each compound in the positive electrode extract was determined.

H NMRスペクトルの帰属は、以下のとおりである。
[XOCHCHOXについて]
XOCHCHOXのCH:3.7ppm(s,4H)
CHOX:3.3ppm(s,3H)
CHCHOXのCH:1.2ppm(t,3H)
CHCHOXのCHO:3.7ppm(q,2H)。
上記のように、XOCHCHOXのCHのシグナル(3.7ppm)はCHCHOXのCHOのシグナル(3.7ppm)と重なってしまうため、CHCHOXのCHのシグナル(1.2ppm)から算出されるCHCHOXのCHO相当分を除いて、XOCHCHOX量を算出する。
上記において、Xは、それぞれ、−(COO)Liまたは−(COO)(ここで、nは0又は1、Rは、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のハロゲン化アルキル基である。)である。
Assignment of 1 H NMR spectrum is as follows.
[About XOCH 2 CH 2 OX]
XOCH 2 CH 2 OX CH 2 : 3.7 ppm (s, 4H)
CH 3 OX: 3.3 ppm (s, 3H)
CH 3 CH 2 OX CH 3 : 1.2 ppm (t, 3H)
CH 3 CH 2 OX of CH 2 O: 3.7ppm (q, 2H).
As described above, the signal (3.7 ppm) is XOCH 2 CH 2 OX of CH 2, since the overlaps with CH 3 CH 2 OX of CH 2 O signals (3.7 ppm), the CH 3 CH 2 OX The amount of XOCH 2 CH 2 OX is calculated by excluding the CH 2 O equivalent of CH 3 CH 2 OX calculated from the CH 3 signal (1.2 ppm).
In the above, each X is — (COO) n Li or — (COO) n R 1 (where n is 0 or 1, R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or 1 to 4 carbon atoms). Of the halogenated alkyl group.

上記(1)及び(2)の解析により求めた各化合物の抽出液中の濃度、及び抽出に用いた重水の体積、抽出に用いた正極活物質層質量より、上記の正極活物質層には、XOCHCHOXが85.0×10−4mol/g存在した。 From the concentration of each compound obtained by the analysis of (1) and (2) above in the extract, the volume of heavy water used for extraction, and the mass of the positive electrode active material layer used for extraction, the positive electrode active material layer has , XOCH 2 CH 2 OX was present at 85.0 × 10 −4 mol / g.

[正極試料の調製]
得られた残りの非水系リチウム型蓄電素子を露点温度−72℃のアルゴンボックス中で解体し、両面に正極活物質層が塗工された正極を10cm×5cmの大きさに切り出し、30gのジエチルカーボネート溶媒に浸し、時折ピンセットで正極を動かし、10分間洗浄した。続いて正極を取り出し、アルゴンボックス中で5分間風乾させ、新たに用意した30gのジエチルカーボネート溶媒に正極を浸し、前記と同様の方法にて10分間洗浄した。正極をアルゴンボックスから取り出し、真空乾燥機(ヤマト科学製、DP33)を用いて、温度25℃、圧力1kPaの条件にて20時間乾燥し、正極試料を得た。
[Preparation of positive electrode sample]
The remaining non-aqueous lithium storage element obtained was disassembled in an argon box having a dew point temperature of -72 ° C., and a positive electrode having a positive electrode active material layer coated on both sides was cut into a size of 10 cm × 5 cm, and 30 g of diethyl It was immersed in a carbonate solvent and the positive electrode was occasionally moved with tweezers and washed for 10 minutes. Subsequently, the positive electrode was taken out, air-dried in an argon box for 5 minutes, immersed in 30 g of diethyl carbonate solvent newly prepared, and washed for 10 minutes in the same manner as described above. The positive electrode was taken out of the argon box and dried for 20 hours under the conditions of a temperature of 25 ° C. and a pressure of 1 kPa using a vacuum dryer (manufactured by Yamato Kagaku, DP33) to obtain a positive electrode sample.

[リチウム化合物の定量]
正極試料を5cm×5cmの大きさ(S=0.0025m、重量0.25g)に切り出し、20gのメタノールに浸し、容器に蓋をして25℃環境下、3日間静置した。その後正極を取り出し、120℃、5kPaの条件にて10時間真空乾燥した。この時の正極重量Mを測定した。洗浄後のメタノール溶液について、予め検量線を作成した条件にてGC/MSを測定し、ジエチルカーボネートの存在量が1%未満であることを確認した。続いて、25.00gの蒸留水に正極を含浸させ、容器に蓋をして45℃環境下、3日間静置した。3日間静置後の蒸留水の重量は24.65gであったため、蒸留水を0.35g追加した。その後正極を取り出し、150℃、3kPaの条件にて12時間真空乾燥した。この時の正極重量Mを測定し、洗浄後の蒸留水について、予め検量線を作成した条件にてGC/MSを測定し、メタノールの存在量が1%未満であることを確認した。ここで、炭酸リチウムの分子量M=73.89、炭酸リチウム1分子あたりのリチウム原子数N=2から、下記式(1)により正極中の片面単位面積当たりの炭酸リチウム由来のリチウム量C(Ah/m)を計算したところ2.75Ah/mであった。

Figure 2018056418
[Quantitative determination of lithium compounds]
The positive electrode sample was cut into a size of 5 cm × 5 cm (S = 0.005 m 2 , weight 0.25 g), immersed in 20 g of methanol, the container was covered, and left in a 25 ° C. environment for 3 days. Thereafter, the positive electrode was taken out and vacuum-dried at 120 ° C. and 5 kPa for 10 hours. The positive electrode weight M 0 at this time was measured. About the methanol solution after washing | cleaning, GC / MS was measured on the conditions which created the analytical curve previously, and it confirmed that the abundance of diethyl carbonate was less than 1%. Subsequently, 25.00 g of distilled water was impregnated with the positive electrode, and the container was covered and allowed to stand in a 45 ° C. environment for 3 days. Since the weight of distilled water after standing for 3 days was 24.65 g, 0.35 g of distilled water was added. Thereafter, the positive electrode was taken out and vacuum-dried at 150 ° C. and 3 kPa for 12 hours. The positive electrode weight M 1 at this time is measured, the distilled water after washing, the GC / MS was measured under the conditions created in advance a calibration curve, it was confirmed that the existence amount of methanol is less than 1%. Here, from the molecular weight M L = 73.89 of lithium carbonate and the number of lithium atoms N = 2 per molecule of lithium carbonate, the amount of lithium C derived from lithium carbonate per unit area of one side in the positive electrode according to the following formula (1) ( Ah / m 2) was 2.75Ah / m 2 was calculated.
Figure 2018056418

[正極断面SEM及びEDX測定]
正極試料1から1cm×1cmの小片を切り出し、日本電子製のSM−09020CPを用い、アルゴンガスを使用し、加速電圧4kV、ビーム径500μmの条件にて正極試料1の面方向に垂直な断面を作製した。その後、以下に示す条件にて、大気暴露下で正極断面SEM及びEDXを測定した。
[SEM−EDX測定条件]
・測定装置:日立ハイテクノロジー製、電解放出型走査型電子顕微鏡 FE−SEM S−4700
・加速電圧:10kV
・エミッション電流:1μA
・測定倍率:2000倍
・電子線入射角度:90°
・X線取出角度:30°
・デッドタイム:15%
・マッピング元素:C,O,F
・測定画素数:256×256ピクセル
・測定時間:60sec.
・積算回数:50回
・明るさは最大輝度に達する画素がなく、明るさの平均値が輝度40%〜60%の範囲に入るように輝度及びコントラストを調整した。
[Positive electrode cross section SEM and EDX measurement]
A 1 cm × 1 cm piece is cut out from the positive electrode sample 1, and a cross section perpendicular to the surface direction of the positive electrode sample 1 is used under the conditions of an acceleration voltage of 4 kV and a beam diameter of 500 μm, using SM-90020CP manufactured by JEOL. Produced. Thereafter, the positive electrode cross section SEM and EDX were measured under atmospheric exposure under the following conditions.
[SEM-EDX measurement conditions]
・ Measurement device: manufactured by Hitachi High-Technology, field emission scanning electron microscope FE-SEM S-4700
・ Acceleration voltage: 10 kV
・ Emission current: 1μA
・ Measurement magnification: 2000 times ・ Electron beam incident angle: 90 °
-X-ray extraction angle: 30 °
・ Dead time: 15%
Mapping element: C, O, F
Measurement pixel number: 256 × 256 pixels Measurement time: 60 sec.
-Number of integrations: 50 times-The brightness and contrast were adjusted so that there was no pixel that reached the maximum brightness, and the average brightness was in the range of 40% to 60%.

[Xの算出]
前記したように測定した正極断面SEM及びEDXから得られた画像を、画像解析ソフト(ImageJ)を用いて画像解析することでXを算出した。得られた酸素マッピングに対し、明るさの平均値を基準に二値化した明部を面積50%以上含む粒子をリチウム化合物の粒子Xとし、断面SEM画像中に観察されるXの粒子全てについて、断面積Sを求め、下記式(12):
d=2×(S/π)1/2 ...式(12)
により算出される粒子径dを求めた(円周率をπとする)。
得られた粒子径dを用いて、下記式(13):
(Y)=Σ[4/3π×(d/2)]×d]/Σ[4/3π×(d/2)]] ...式(13)
により体積平均粒子径Xを求めた。
正極断面の視野を変えて合計5ヶ所測定し、Xの平均値である平均粒子径Xは3.1μmであった。
[Calculation of X 1 ]
The images obtained from the measured cathode sectional SEM and EDX as described above, to calculate the X 1 by image analysis using an image analysis software (ImageJ). With respect to the obtained oxygen mapping, all particles of X observed in the cross-sectional SEM image are particles including a bright portion binarized based on the average value of brightness as an area of 50% or more as a lithium compound particle X. The cross-sectional area S is obtained and the following formula (12):
d = 2 × (S / π) 1/2 . . . Formula (12)
The particle diameter d calculated by the above was obtained (circumferential ratio is π).
Using the obtained particle diameter d, the following formula (13):
X 0 (Y 0 ) = Σ [4 / 3π × (d / 2)] 3 × d] / Σ [4 / 3π × (d / 2)] 3 ]. . . Formula (13)
It was determined volume average particle diameter X 0 by.
By changing the field of view of the positive section was measured a total of five points, the average particle diameter X 1 is an average value of X 0 was 3.1 .mu.m.

[正極活物質層表面のレーザー顕微鏡測定]
完成した複数の非水系リチウム型蓄電素子のうち、数点の素子を2.9Vに調整した後、23℃の部屋に設置された露点−90℃以下、酸素濃度1ppm以下で管理されているArボックス内で解体して正極電極体を取り出した。取り出した正極電極体を、ジメチルカーボネート(DMC)で浸漬洗浄した後、大気非暴露を維持した状態下サイドボックス中で真空乾燥させた。
乾燥後の正極電極体を、大気非暴露を維持した状態でサイドボックスからArボックスに移した。上記正極電極体を、大気非暴露を維持した状態で搬送し、レーザー顕微鏡測定に対応した大気非暴露セル、例えば、ナノフォトン社製LIBcellに移し替えて、レーザー顕微鏡測定用試料とした。
レーザー顕微鏡測定は、キーエンス社のVK-X250を用いて50倍の対物レンズ(開口数が0.95)によって実施した。正極活物質層のレーザー顕微鏡3次元画像を得た。
[Laser microscope measurement of the surface of the positive electrode active material layer]
Ar, which is controlled at a dew point of −90 ° C. or less and an oxygen concentration of 1 ppm or less installed in a room at 23 ° C., after adjusting several devices to 2.9 V among a plurality of completed non-aqueous lithium storage devices It disassembled in the box and took out the positive electrode body. The taken-out positive electrode body was immersed and washed with dimethyl carbonate (DMC), and then vacuum-dried in a side box in a state where exposure to the atmosphere was not performed.
The positive electrode body after drying was transferred from the side box to the Ar box in a state where exposure to the atmosphere was not performed. The positive electrode body was transported in a state in which exposure to the atmosphere was not carried out, and transferred to an atmosphere non-exposure cell corresponding to laser microscope measurement, for example, LIBcell manufactured by Nanophoton Co., Ltd., to obtain a sample for laser microscope measurement.
Laser microscope measurement was performed with a 50 × objective lens (numerical aperture: 0.95) using a Keyence VK-X250. A three-dimensional laser microscope image of the positive electrode active material layer was obtained.

[正極活物質層表面粗さの算出方法]
正極活物質層表面粗さは以下のように算出できる。得られたレーザー顕微鏡3D画像において、任意の点10か所で任意の方向に長さ30μmの線分を取り、粗さ曲線を得た。各粗さ曲線において、直線による自動傾き補正を実施した後、JIS B0601:1994に従って十点平均粗さRzを算出した。さらに、測定プロファイル10か所の平均を取り、これを正極活物質層の表面粗さRとしたところ、R=4.2μmと求められた。
[Calculation method of surface roughness of positive electrode active material layer]
The surface roughness of the positive electrode active material layer can be calculated as follows. In the obtained laser microscope 3D image, a line segment having a length of 30 μm was taken in an arbitrary direction at an arbitrary point 10 to obtain a roughness curve. In each roughness curve, after carrying out automatic inclination correction by a straight line, a ten-point average roughness Rz was calculated according to JIS B0601: 1994. Furthermore, when the average of 10 measurement profiles was taken and this was taken as the surface roughness R of the positive electrode active material layer, R = 4.2 μm was obtained.

[負極の単位面積当たりの余剰リチウムドープ量Dの算出]
非水系リチウム型蓄電素子における負極の片面の単位面積当たりの余剰リチウムドープ量D(Ah/m)を、以下のように測定した。
先ず、非水系リチウム型蓄電素子を3.8Vに調整した後、アルゴンボックスなどの不活性雰囲気下で解体して負極を5cm×5cmの大きさに切り出した(面積0.0025m)。これをエチルメチルカーボネートで洗浄し、風乾した後、作用極に該負極、対極にリチウム、参照極にリチウム、電解液に1.0mol/LのLiPFを含むECMEC混合溶媒(EC:MEC=1:4(体積比))、セパレータにガラスフィルタを用いた、3極電気化学セルを作製した。
次に、負極電位が0.01Vになるまで、定電流で充電し、負極にリチウムを追ドープした。負極電位が0.01Vになるまでに追充電した容量(Ah)を負極の面積(両面負極の場合は、負極面積の2倍、この場合0.0050m)で除することによって、負極の片面の単位面積当たりの余剰リチウムドープ量D(Ah/m)は8.60Ah/mと求められた。
[Calculation of surplus lithium doping amount D per unit area of negative electrode]
The surplus lithium dope amount D (Ah / m 2 ) per unit area of one surface of the negative electrode in the non-aqueous lithium storage element was measured as follows.
First, after adjusting the non-aqueous lithium storage element to 3.8 V, it was disassembled under an inert atmosphere such as an argon box, and the negative electrode was cut into a size of 5 cm × 5 cm (area 0.0025 m 2 ). This was washed with ethyl methyl carbonate and air-dried, and then the negative electrode for the working electrode, lithium for the counter electrode, lithium for the reference electrode, and an ECMEC mixed solvent containing 1.0 mol / L LiPF 6 in the electrolyte (EC: MEC = 1). : 4 (volume ratio)), a tripolar electrochemical cell using a glass filter as a separator was produced.
Next, the negative electrode was charged with a constant current until the negative electrode potential reached 0.01 V, and lithium was further doped into the negative electrode. One side of the negative electrode is obtained by dividing the capacity (Ah) precharged until the negative electrode potential reaches 0.01 V by the area of the negative electrode (in the case of a double-sided negative electrode, twice the negative electrode area, in this case 0.0050 m 2 ). excess lithium doping amount D per unit area (Ah / m 2) was determined to 8.60Ah / m 2.

[C/Dの算出]
前記で求めた、C(Ah/m)、D(Ah/m)よりC/Dを算出したところ、0.32であった。
[Calculation of C / D]
When C / D was calculated from C (Ah / m 2 ) and D (Ah / m 2 ) determined above, it was 0.32.

[実施例2〜56並びに比較例1〜8]
非水系リチウム型蓄電素子の調製条件をそれぞれ、以下の表2に示す通りとした他は、実施例1と同様にして、実施例2〜56と比較例1〜8の非水系リチウム型蓄電素子をそれぞれ作製し、各種の評価を行った。得られた非水系リチウム型蓄電素子の評価結果を以下の表3に示す。
[Examples 2 to 56 and Comparative Examples 1 to 8]
The nonaqueous lithium storage elements of Examples 2 to 56 and Comparative Examples 1 to 8 were the same as Example 1 except that the preparation conditions of the nonaqueous lithium storage elements were as shown in Table 2 below. Each was manufactured and various evaluation was performed. The evaluation results of the obtained non-aqueous lithium storage element are shown in Table 3 below.

Figure 2018056418
Figure 2018056418
Figure 2018056418
Figure 2018056418

Figure 2018056418
Figure 2018056418
Figure 2018056418
Figure 2018056418

表2における略称等は、それぞれ以下の意味である。
[リチウム化合物]
化合物A:炭酸リチウム
化合物B:酸化リチウム
Abbreviations and the like in Table 2 have the following meanings, respectively.
[Lithium compounds]
Compound A: Lithium carbonate Compound B: Lithium oxide

以上の実施例により、本実施形態の蓄電素子は、優れた高負荷充放電サイクル耐久性を有する非水系リチウム型蓄電素子であることが検証された。   From the above examples, it was verified that the electricity storage device of this embodiment is a non-aqueous lithium-type electricity storage device having excellent high-load charge / discharge cycle durability.

本発明に係る非水系リチウム型蓄電素子は、高負荷充放電サイクル耐久性に優れるため、例えば、自動車において、内燃機関又は燃料電池、モーター、及び蓄電素子を組み合わせたハイブリット駆動システムの分野、更には瞬間電力ピークのアシスト用途等で好適に利用できる。   Since the non-aqueous lithium storage element according to the present invention is excellent in high load charge / discharge cycle durability, for example, in the field of a hybrid drive system that combines an internal combustion engine or a fuel cell, a motor, and a storage element in an automobile, It can be suitably used for assisting the instantaneous power peak.

Claims (15)

正極、負極、セパレータ、及びリチウムイオンを含む非水系電解液を備える非水系リチウム型蓄電素子であって、
該負極が、負極集電体と、該負極集電体の片面上又は両面上に設けられた、負極活物質を含む負極活物質層とを有し、該負極活物質はリチウムイオンを吸蔵・放出できる炭素材料を含み、
該正極が、正極集電体と、該正極集電体の片面上又は両面上に設けられた、活性炭からなる正極活物質を含む正極活物質層とを有し、
該正極が、正極活物質以外のリチウム化合物を含有し、かつ、
該正極単位面積当たりの該リチウム化合物由来のリチウム量をC(Ah/m)、該負極の単位面積当たりの余剰リチウムドープ量をD(Ah/m)としたとき、C/Dが0.05以上0.95以下であることを特徴とする、非水系リチウム型蓄電素子。
A non-aqueous lithium storage element comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte containing lithium ions,
The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material provided on one or both surfaces of the negative electrode current collector, the negative electrode active material occludes lithium ions. Containing carbon material that can be released,
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer including a positive electrode active material made of activated carbon provided on one or both surfaces of the positive electrode current collector,
The positive electrode contains a lithium compound other than the positive electrode active material, and
When the amount of lithium derived from the lithium compound per unit area of the positive electrode is C (Ah / m 2 ) and the amount of excess lithium doped per unit area of the negative electrode is D (Ah / m 2 ), C / D is 0. .05 or more and 0.95 or less, a non-aqueous lithium storage element.
前記C/Dが、0.1以上0.8以下である、請求項1に記載の非水系リチウム型蓄電素子。   The non-aqueous lithium storage element according to claim 1, wherein the C / D is 0.1 or more and 0.8 or less. 前記リチウム化合物の平均粒子径をXとするとき、0.1μm≦X≦10μmである、請求項1又は2に記載の非水系リチウム型蓄電素子。 3. The non-aqueous lithium storage element according to claim 1 , wherein when the average particle diameter of the lithium compound is X 1 , 0.1 μm ≦ X 1 ≦ 10 μm. 前記正極活物質層表面のレーザー顕微鏡画像における表面粗さをRとしたとき、Rが、0.5μm以上15.0μm以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。   The nonaqueous lithium according to any one of claims 1 to 3, wherein R is 0.5 µm or more and 15.0 µm or less, where R is a surface roughness in a laser microscope image of the surface of the positive electrode active material layer. Type storage element. 前記正極活物質層が、下記式(1):
Figure 2018056418
{式(1)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、そしてXとXは、それぞれ独立に、−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}、又は下記式(2):
Figure 2018056418
{式(2)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、Rは水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ又はポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基又はアリール基であり、そしてXとXは、それぞれ独立に、−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}、又は下記式(3):
Figure 2018056418
{式(3)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、RとRは、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ又はポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基又はアリール基であり、そしてXとXは、それぞれ独立に、−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}で表される1種以上の化合物を該正極物質層の単位質量当たり1.60×10−4mol/g〜300×10−4mol/g含有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
The positive electrode active material layer has the following formula (1):
Figure 2018056418
{In Formula (1), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and X 1 and X 2 are each independently — (COO) n. (Where n is 0 or 1). } Or the following formula (2):
Figure 2018056418
{In Formula (2), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, R 2 is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or a carbon number. A mono- or polyhydroxyalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a mono- or polyhydroxyalkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or an aryl group, and X 1 and X 2 are each independently-(COO) n (where n is 0 or 1). } Or the following formula (3):
Figure 2018056418
{In Formula (3), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 and R 3 are each independently hydrogen, 10 alkyl groups, mono- or polyhydroxyalkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, alkenyl groups having 2 to 10 carbon atoms, mono- or polyhydroxyalkenyl groups having 2 to 10 carbon atoms, cycloalkyl groups having 3 to 6 carbon atoms, or An aryl group, and X 1 and X 2 are each independently — (COO) n (where n is 0 or 1). } To unit mass per 1.60 × 10 -4 mol / g~300 × 10 -4 mol / g containing positive electrode material layer of one or more compounds represented by any one of the preceding claims 1 The non-aqueous lithium storage element described in the item.
前記正極が含む、正極活物質以外のリチウム化合物が炭酸リチウムである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。   The non-aqueous lithium storage element according to claim 1, wherein the lithium compound other than the positive electrode active material contained in the positive electrode is lithium carbonate. 前記正極活物質層に含まれる正極活物質が、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をV1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をV2(cc/g)とするとき、0.3<V1≦0.8、及び0.5≦V2≦1.0を満たし、かつ、BET法により測定される比表面積が1,500m/g以上3,000m/g以下を示す活性炭である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。 The positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer has a mesopore amount derived from pores having a diameter of 20 to 500 mm calculated by the BJH method as V1 (cc / g), and a fine particle having a diameter of less than 20 mm calculated by the MP method. When the amount of micropores derived from the holes is V2 (cc / g), a ratio that satisfies 0.3 <V1 ≦ 0.8 and 0.5 ≦ V2 ≦ 1.0 and is measured by the BET method The non-aqueous lithium storage element according to any one of claims 1 to 6, which is activated carbon having a surface area of 1,500 m 2 / g or more and 3,000 m 2 / g or less. 前記正極活物質層に含まれる正極活物質が、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量V1(cc/g)が0.8<V1≦2.5を満たし、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量V2(cc/g)が0.8<V2≦3.0を満たし、かつ、BET法により測定される比表面積が2,300m/g以上4,000m/g以下を示す活性炭である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。 The positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer has a mesopore amount V1 (cc / g) derived from pores having a diameter of 20 mm or more and 500 mm or less calculated by the BJH method satisfying 0.8 <V1 ≦ 2.5. The amount of micropores V2 (cc / g) derived from pores having a diameter of less than 20 mm calculated by the MP method satisfies 0.8 <V2 ≦ 3.0, and the specific surface area measured by the BET method is 2, The non-aqueous lithium storage element according to claim 1, wherein the non-aqueous lithium storage element is activated carbon showing 300 m 2 / g or more and 4,000 m 2 / g or less. 前記負極活物質のリチウムイオンのドープ量が、単位質量当たり530mAh/g以上2,500mAh/g以下である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。   The non-aqueous lithium storage element according to any one of claims 1 to 8, wherein a doping amount of lithium ions of the negative electrode active material is 530 mAh / g or more and 2,500 mAh / g or less per unit mass. 前記負極活物質のBET比表面積が100m/g以上1,500m/g以下である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。 The non-aqueous lithium storage element according to claim 1, wherein the negative electrode active material has a BET specific surface area of 100 m 2 / g or more and 1,500 m 2 / g or less. 前記負極活物質のリチウムイオンのドープ量が、単位質量当たり50mAh/g以上700mAh/g以下である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。   The non-aqueous lithium storage element according to claim 1, wherein a doping amount of lithium ions of the negative electrode active material is 50 mAh / g or more and 700 mAh / g or less per unit mass. 前記負極活物質のBET比表面積が1m/g以上50m/g以下である、請求項1〜8、及び11のいずれか1項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。 12. The non-aqueous lithium storage element according to claim 1, wherein the negative electrode active material has a BET specific surface area of 1 m 2 / g or more and 50 m 2 / g or less. 前記負極活物質の平均粒子径が1μm以上10μm以下である、請求項1〜8、11、及び12のいずれか1項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。   The non-aqueous lithium storage element according to any one of claims 1 to 8, 11, and 12, wherein an average particle diameter of the negative electrode active material is 1 µm or more and 10 µm or less. 正極、負極、セパレータ、及びリチウムイオンを含む非水系電解液を備える非水系リチウム型蓄電素子であって、
該負極が、負極集電体と、該負極集電体の片面上又は両面上に設けられた、負極活物質を含む負極活物質層とを有し、該負極活物質はリチウムイオンを吸蔵・放出できる炭素材料を含み、
該正極が、正極集電体と、該正極集電体の片面上又は両面上に設けられた、活性炭からなる正極活物質を含む正極活物質層とを有し、
該正極が、正極活物質以外のリチウム化合物を含有し、
該正極単位面積当たりの該リチウム化合物由来のリチウム量をC(Ah/m)、該負極の単位面積当たりの余剰リチウムドープ量をD(Ah/m)としたとき、C/Dが0.05以上0.95以下であり、そして
該非水系リチウム型蓄電素子において、初期の常温放電内部抵抗をRa(Ω)、静電容量をF(F)としたとき、以下の:
(a)RaとFとの積Ra・Fが0.3以上3.0以下である;及び
を満たすことを特徴とする、前記非水系リチウム型蓄電素子。
A non-aqueous lithium storage element comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte containing lithium ions,
The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material provided on one or both surfaces of the negative electrode current collector, the negative electrode active material occludes lithium ions. Containing carbon material that can be released,
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer including a positive electrode active material made of activated carbon provided on one or both surfaces of the positive electrode current collector,
The positive electrode contains a lithium compound other than the positive electrode active material,
When the amount of lithium derived from the lithium compound per unit area of the positive electrode is C (Ah / m 2 ) and the amount of excess lithium doped per unit area of the negative electrode is D (Ah / m 2 ), C / D is 0. .05 or more and 0.95 or less, and in the non-aqueous lithium storage element, when the initial room temperature discharge internal resistance is Ra (Ω) and the capacitance is F (F), the following:
(A) The product Ra · F of Ra and F is 0.3 or more and 3.0 or less; and the non-aqueous lithium storage element described above.
正極、負極、セパレータ、及びリチウムイオンを含む非水系電解液を備える非水系リチウム型蓄電素子であって、
該負極が、負極集電体と、該負極集電体の片面上又は両面上に設けられた、負極活物質を含む負極活物質層とを有し、該負極活物質はリチウムイオンを吸蔵・放出できる炭素材料を含み、
該正極が、正極集電体と、該正極集電体の片面上又は両面上に設けられた、活性炭からなる正極活物質を含む正極活物質層とを有し、
該正極が、正極活物質以外のリチウム化合物を含有し、
該正極単位面積当たりの該リチウム化合物由来のリチウム量をC(Ah/m)、該負極の単位面積当たりの余剰リチウムドープ量をD(mAh/m)としたとき、C/Dが0.05以上0.95以下であり、そして
該非水系リチウム型蓄電素子において、初期の常温放電内部抵抗をRa(Ω)、静電容量をF(F)、環境温度25℃にて、セル電圧を2.0Vから4.0Vまで、300Cのレートでの充放電サイクルを60,000回行った後の常温放電内部抵抗をRe(Ω)、サイクル試験後の蓄電素子を4.5Vの定電圧充電を1時間行った後の静電容量をFe(F)としたとき、以下の:
(g)Re/Raが0.9以上2.0以下である;及び
(h)Fe/Fが1.01以上である;
を同時に満たすことを特徴とする、前記非水系リチウム型蓄電素子。
A non-aqueous lithium storage element comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte containing lithium ions,
The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material provided on one or both surfaces of the negative electrode current collector, the negative electrode active material occludes lithium ions. Containing carbon material that can be released,
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer including a positive electrode active material made of activated carbon provided on one or both surfaces of the positive electrode current collector,
The positive electrode contains a lithium compound other than the positive electrode active material,
When the amount of lithium derived from the lithium compound per unit area of the positive electrode is C (Ah / m 2 ) and the amount of excess lithium doped per unit area of the negative electrode is D (mAh / m 2 ), C / D is 0. .05 or more and 0.95 or less, and in the non-aqueous lithium storage element, the initial room temperature discharge internal resistance is Ra (Ω), the capacitance is F (F), the environmental voltage is 25 ° C., and the cell voltage is The internal resistance of room temperature discharge after performing 60,000 charge / discharge cycles at a rate of 300 C from 2.0 V to 4.0 V is Re (Ω), and the storage element after the cycle test is charged at a constant voltage of 4.5 V When the electrostatic capacity after performing for 1 hour is Fe (F), the following:
(G) Re / Ra is 0.9 or more and 2.0 or less; and (h) Fe / F is 1.01 or more;
The non-aqueous lithium storage element is characterized by satisfying the above simultaneously.
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