JP2018056435A - Nonaqueous lithium power storage element - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous lithium power storage element which achieves both of a high input/output density and high safety.SOLUTION: A nonaqueous lithium power storage element comprises: a positive electrode including a lithium compound other than a positive electrode active material; a negative electrode; a separator; and a nonaqueous electrolyte containing lithium ions. The positive electrode has: a positive electrode current collector; and a positive electrode active material layer provided on one or each of opposing faces of the positive electrode current collector, and including the positive electrode active material. The positive electrode active material includes active carbon. The lithium compound has an average particle diameter Xwhich satisfies 0.1 μm≤X≤10 μm, and the positive electrode active material has an average particle diameter Ywhich satisfies 2 μm≤Y≤20 μm, and they are in the relation given by X<Y. The content of the lithium compound in the positive electrode is 1-50 mass% to a total mass of the positive electrode active material layer. The separator includes a porous film, and an insulative porous layer formed on at least one face of the porous film. The percentage of a thickness of the insulative porous layer to a thickness of the porous film is 20-125%.SELECTED DRAWING: Figure 1

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。   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.

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。   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.

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。   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。   Currently, electric double layer capacitors, nickel metal hydride batteries, and the like have been developed as high-power storage devices.

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、上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。しかし、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。   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. However, the energy density is only about 1 to 5 Wh / L. 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。   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.

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。しかし、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。そのため、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。   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 depth of discharge (a value indicating what percentage of the discharge capacity of the storage element is discharged) 50%. However, the energy density is 100 Wh / L or less, and the high energy density, which is the greatest feature of the lithium ion battery, is intentionally suppressed. Further, its 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 depth of discharge is used in a range narrower than the range of 0 to 100%. Since the capacity that can actually be used is further reduced, research for further improving the durability is being actively pursued.

上記のように、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。しかし、上述した既存の蓄電素子には、それぞれ一長一短がある。そのため、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、非水系リチウム型蓄電素子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。   As described above, there is a strong demand for the practical use of a power storage device having high energy density, high output characteristics, and durability. However, each of the existing power storage elements described above has advantages and disadvantages. Therefore, a new power storage element that satisfies these technical requirements is demanded. As a promising candidate, a storage element called a non-aqueous lithium storage element has attracted attention and has been actively developed.

非水系リチウム型蓄電素子は、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及び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及び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。   The non-aqueous lithium storage element is a kind of storage element (non-aqueous lithium storage element) that uses a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, and the negative electrode has a negative voltage similar to that of an electric double layer capacitor at about 3 V or more. It is a power storage element that charges and discharges by a non-Faraday reaction by adsorption and desorption of ions, and a Faraday reaction by occlusion and release of lithium ions in the negative electrode similar to a lithium ion battery.

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及び脱離(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。)。一方、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。   Summarizing the above electrode materials and their characteristics, when using materials such as activated carbon for the electrodes and charging and discharging by adsorption and desorption (non-Faraday reaction) of ions on the activated carbon surface, high output and high durability are achieved. However, the energy density is lowered (for example, 1 time). On the other hand, when an oxide or carbon material is used for the electrode and charging / discharging is 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。   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).

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。   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.

非水系リチウム型蓄電素子は、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。   The non-aqueous lithium storage element is characterized by using activated carbon (energy density 1 time) for the positive electrode and carbon material (10 times energy density) for the negative electrode, and charging and discharging by non-Faraday reaction at the positive electrode and Faraday reaction at the negative electrode. And a novel asymmetric capacitor having the characteristics of an electric double layer 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.

非水系リチウム型蓄電素子では高入出力特性が望まれるため、例えば、特許文献1には、従来のポリオレフィン製微多孔膜と同等又はそれよりも低い膜抵抗を有すると共に、高気孔率(「高空孔率」ともいう。)、即ち、高出力特性をも有するポリオレフィン(例えば、ポリエチレンなど)製微多孔膜、及び、そのポリオレフィン製微多孔膜を備える非水電解液系二次電池が提案されている。   For example, Patent Document 1 has a membrane resistance equal to or lower than that of a conventional polyolefin microporous membrane and a high porosity (“high porosity”. In other words, a microporous membrane made of polyolefin (eg, polyethylene) having high output characteristics and a non-aqueous electrolyte secondary battery including the microporous membrane made of polyolefin have been proposed. Yes.

別の例として、特許文献2には、セパレータとしての絶縁性を付与するため、多孔膜の少なくとも片面に、無機フィラー及び樹脂バインダーを含む多孔層を備える多層多孔膜と、その多層多孔膜をセパレータとして用いる非水電解液系二次電池とが、提案されている。   As another example, Patent Document 2 discloses a multilayer porous membrane having a porous layer containing an inorganic filler and a resin binder on at least one surface of the porous membrane in order to provide insulation as a separator, and the multilayer porous membrane as a separator. A non-aqueous electrolyte secondary battery used as a battery has been proposed.

特開2012−72263号公報JP 2012-72263 A 特開2009−26733号公報JP 2009-26733 A

リチウムイオン電池においては、セパレータとしてポリオレフィン製微多孔膜が使用されることがある。このようなポリオレフィン製微多孔膜は、電池内で起こる電気化学反応の暴走等によって、微多孔膜の融点程度の高温となった時に孔を閉塞せしめること(シャットダウン)によって、さらなる電気化学反応の進行を抑制する機能を意図したものである。しかしながら、電池が高温の油の中に落下した場合等、電気化学反応をシャットダウンしたにもかかわらず、さらに高温になることを抑止できない環境下では、微多孔膜が溶融変形(メルトダウン)して電池の負極電極体と正極電極体とが短絡することを防止することは困難であった。   In a lithium ion battery, a polyolefin microporous membrane may be used as a separator. Such a polyolefin microporous membrane is a further electrochemical reaction by closing the pores (shutdown) when the temperature reaches the melting point of the microporous membrane due to runaway electrochemical reaction in the battery. It is intended for the function of suppressing However, the microporous membrane melts (melts down) in an environment where it is not possible to prevent the temperature from rising even though the electrochemical reaction is shut down, such as when the battery falls into high temperature oil. It was difficult to prevent a short circuit between the negative electrode body and the positive electrode body of the battery.

これに対して、非水系リチウム型蓄電素子は、リチウムイオン電池と比較するとエネルギー密度が低いこともあり、電気化学反応が暴走したとしてもポリオレフィン製微多孔膜のシャットダウン機能によって防止する必要性はないと考えられていたため、主としてより高温でもメルトダウンすることのない紙セパレータが使用されてきた。   On the other hand, the nonaqueous lithium storage element may have a lower energy density than the lithium ion battery, and even if the electrochemical reaction runs away, there is no need to prevent it by the shutdown function of the polyolefin microporous membrane. For this reason, paper separators that do not melt down at higher temperatures have been used.

しかしながら、本発明者らは、非水系リチウム型蓄電素子においても、条件によっては破裂又は開封、多量のガス化、又は発煙・発火の可能性があることを見出した。非水系リチウム型蓄電素子の大容量化・高出力化が進むほど、このような必要性が高くなると考えられる。   However, the present inventors have found that, even in a non-aqueous lithium storage element, there is a possibility of rupture or opening, a large amount of gasification, or smoke / ignition depending on conditions. It is considered that such necessity is increased as the capacity and output of the non-aqueous lithium storage element increase.

例えば、特許文献1に記載されているポリオレフィン製微多孔膜を非水系リチウム型蓄電素子のセパレータとして使用すると、このポリオレフィン製微多孔膜の抵抗が低いとしても、非水系リチウム型蓄電素子は、内部短絡時においては温度上昇が激しく、多量のガス化、発煙、及び発火があり、開封することがある。   For example, when the polyolefin microporous membrane described in Patent Document 1 is used as a separator for a non-aqueous lithium storage element, the non-aqueous lithium storage element has an internal structure even if the polyolefin microporous film has low resistance. When the short circuit occurs, the temperature rises rapidly, and there is a large amount of gasification, smoke, and ignition, which may open the package.

特許文献2に記載されている多層多孔膜を非水系リチウム型蓄電素子のセパレータとして使用すると、内部短絡時においてガス化、発煙、及び発火を抑制できるものの、非水系リチウム型蓄電素子の抵抗が高くなり、非水系リチウム型蓄電素子の出力密度が低下する。   When the multilayer porous membrane described in Patent Document 2 is used as a separator for a non-aqueous lithium storage element, gasification, smoke generation, and ignition can be suppressed during an internal short circuit, but the resistance of the non-aqueous lithium storage element is high. Thus, the output density of the non-aqueous lithium storage element is reduced.

本発明は、高出力密度及び高安全性を両立させた非水系リチウム型蓄電素子を提供することを目的の一つとする。より詳細には、本発明は、内部短絡時における非水系リチウム型蓄電素子のガス化、発煙、及び発火を抑制するとともに、低抵抗性(すなわち、高入出力密度)を有し、高温保存における抵抗増大を抑制できる非水系リチウム型蓄電素子を提供することを目的の一つとする。   An object of the present invention is to provide a non-aqueous lithium storage element that achieves both high output density and high safety. More specifically, the present invention suppresses gasification, smoke generation, and ignition of a non-aqueous lithium storage element at the time of an internal short circuit, and has low resistance (that is, high input / output density), and can be stored at high temperature. One object is to provide a non-aqueous lithium storage element capable of suppressing an increase in resistance.

本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた。その結果、非水系リチウム型蓄電素子において、正極に正極活物質以外のリチウム化合物を含有させ、さらに多孔膜及び絶縁多孔層を特定の厚み比率で含む多層型セパレータを使用することにより、高入出力密度及び高安全性を両立させた非水系リチウム型蓄電素子を得ることができることを見出し、本発明を完成させた。   The inventors of the present invention have made extensive studies to solve the above problems. As a result, in a non-aqueous lithium-type energy storage device, by using a multilayer separator that contains a lithium compound other than the positive electrode active material in the positive electrode and further includes a porous film and an insulating porous layer in a specific thickness ratio, high input / output is achieved. The present inventors have found that a non-aqueous lithium storage element having both high density and high safety can be obtained, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明は、以下のとおりのものである。
〔1〕
正極活物質以外のリチウム化合物を含む正極と、負極と、セパレータと、リチウムイオンを含む非水系電解液とを有する、非水系リチウム型蓄電素子であって、
上記正極が、正極集電体と、上記正極集電体の片面又は両面上に設けられた、正極活物質を含む正極活物質層とを有し、上記正極活物質は活性炭を含み、
上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であり、正極活物質の平均粒子径をYとするとき、2μm≦Y≦20μmであり、X<Yであり、上記正極中に含まれるリチウム化合物の量が、正極活物質層の全質量を基準として1質量%以上50質量%以下であり、
上記セパレータは、多孔膜及び上記多孔膜の少なくとも片面に形成された絶縁多孔層を含み、かつ上記多孔膜の厚みに対する上記絶縁多孔層の厚みの割合が20%〜125%である、非水系リチウム型蓄電素子。
〔2〕
上記多孔膜が、ポリオレフィン製微多孔膜を含む、項目1に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
〔3〕
上記絶縁多孔層は、無機フィラー及び樹脂バインダーを含む、項目1又は2に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
〔4〕
上記絶縁多孔層の厚みは、3μm以上30μm以下である、項目1〜3のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
〔5〕
上記多孔膜の厚みは、5μm以上35μm以下である、項目1〜4のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
〔6〕
上記多孔膜の孔径が、0.03μm〜0.1μmであり、かつ孔数が100個/μm〜250個/μmである、項目1〜5のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
〔7〕
上記多孔膜の空孔率が、45%〜75%である、項目1〜6のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
〔8〕
上記正極活物質層が、下記式(1)〜(3)からなる群から選択される少なくとも1種の化合物を、上記正極活物質層の単位質量当たり1.60×10−4mol/g〜300×10−4mol/g含有する、項目1〜7のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。

Figure 2018056435
{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、X、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 2018056435
{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、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、X、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 2018056435
{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、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、X、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。}
〔9〕
上記正極活物質層における、上記式(1)〜(3)からなる群から選択される少なくとも1種の化合物の、上記正極活物質層の単位質量当たりの含有量をAとし、上記負極活物質層における、上記式(1)〜(3)からなる群から選択される少なくとも1種の化合物の、上記負極活物質層の単位質量当たりの含有量をBとしたとき、0.2≦A/B≦20である、項目1〜8のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
〔10〕
上記リチウム化合物は、炭酸リチウム、酸化リチウム、及び水酸化リチウムからなる群から選択される少なくとも一種である、項目1〜9のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
〔11〕
上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V(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V(cc/g)とするとき、0.3<V≦0.8、及び0.5≦V≦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、項目1〜10のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
〔12〕
上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V(cc/g)が0.8<V≦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V(cc/g)が0.8<V≦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、項目1〜11のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
〔13〕
上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、項目1〜12のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
〔14〕
上記負極活物質のBET比表面積が100m/g以上1,500m/g以下である、項目1〜13のいずれか一項のいずれか1項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
〔15〕
上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、項目1〜12のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
〔16〕
上記負極活物質のBET比表面積が1m/g以上50m/g以下である、項目1〜12及び15のいずれか一項のいずれか1項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
〔17〕
正極活物質以外のリチウム化合物を含む正極と、負極と、セパレータと、リチウムイオンを含む非水系電解液とを有する、非水系リチウム蓄電素子であって、
前記正極は、正極集電体と、前記正極集電体の片面又は両面上に設けられた、正極活物質を含む正極活物質層とを有し、前記正極活物質は、活性炭を含み、
上記セパレータは、多孔膜及び上記多孔膜の少なくとも片面に形成された絶縁多孔層を含み、かつ上記多孔膜の厚みに対する上記絶縁多孔層の厚みの割合が20%〜125%であり、
上記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)、初期の常温充電内部抵抗をRf(Ω)、静電容量をF(F)としたとき、
以下の(a)、(b):
(a)RaとFとの積Ra・Fが0.3以上3.0以下である;
(b)Rf/Raが0.5以上1.5以下である;
を満たす、非水系リチウム型蓄電素子。
〔18〕
正極活物質以外のリチウム化合物を含む正極と、負極と、セパレータと、リチウムイオンを含む非水系電解液とを有する、非水系リチウム蓄電素子であって、
上記セパレータは、多孔膜及び上記多孔膜の少なくとも片面に形成された絶縁多孔層を含み、かつ上記多孔膜の厚みに対する上記絶縁多孔層の厚みの割合が20%〜125%であり、
上記非水系リチウム型蓄電素子の初期の常温放電内部抵抗をRa(Ω)、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25℃における内部抵抗をRb(Ω)としたとき、Rb/Raが3.0以下である、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 having a positive electrode containing a lithium compound other than the positive electrode active material, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte solution containing lithium ions,
The positive electrode has a positive electrode current collector, and a positive electrode active material layer including a positive electrode active material provided on one or both surfaces of the positive electrode current collector, the positive electrode active material includes activated carbon,
When the average particle size of the lithium compound and X 1, a 0.1μm ≦ X 1 ≦ 10μm, when the average particle diameter of the positive electrode active material Y 1, a 2μm ≦ Y 1 ≦ 20μm, X 1 <a Y 1, the amount of lithium compound contained in the positive electrode is not more than 50 wt% or more 1 wt% based on the total weight of the positive electrode active material layer as a reference,
The separator includes a porous membrane and an insulating porous layer formed on at least one surface of the porous membrane, and the ratio of the thickness of the insulating porous layer to the thickness of the porous membrane is 20% to 125%. Type storage element.
[2]
Item 2. The nonaqueous lithium storage element according to Item 1, wherein the porous film includes a polyolefin microporous film.
[3]
3. The non-aqueous lithium storage element according to item 1 or 2, wherein the insulating porous layer includes an inorganic filler and a resin binder.
[4]
The non-aqueous lithium storage element according to any one of Items 1 to 3, wherein the insulating porous layer has a thickness of 3 μm or more and 30 μm or less.
[5]
The non-aqueous lithium storage element according to any one of Items 1 to 4, wherein the porous film has a thickness of 5 μm or more and 35 μm or less.
[6]
The nonaqueous lithium according to any one of Items 1 to 5, wherein the pore diameter of the porous membrane is 0.03 μm to 0.1 μm, and the number of pores is 100 / μm 2 to 250 / μm 2. Type storage element.
[7]
The non-aqueous lithium storage element according to any one of items 1 to 6, wherein the porosity of the porous film is 45% to 75%.
[8]
The positive electrode active material layer contains at least one compound selected from the group consisting of the following formulas (1) to (3) from 1.60 × 10 −4 mol / g per unit mass of the positive electrode active material layer. The non-aqueous lithium storage element according to any one of Items 1 to 7, containing 300 × 10 −4 mol / g.
Figure 2018056435
{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 (here And n is 0 or 1.). }
Figure 2018056435
{In the formula (2), R 1 is an alkylene group, or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms having 1 to 4 carbon atoms, R 2 represents hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, carbon atoms 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 2018056435
{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 and 1 to 10 carbon atoms. An alkyl group, 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, X 1 and X 2 are each independently — (COO) n (where n is 0 or 1); }
[9]
In the positive electrode active material layer, the content per unit mass of the positive electrode active material layer of at least one compound selected from the group consisting of the formulas (1) to (3) is A, and the negative electrode active material When the content per unit mass of the negative electrode active material layer of at least one compound selected from the group consisting of the above formulas (1) to (3) in the layer is B ≦ 0.2 ≦ A / The non-aqueous lithium storage element according to any one of Items 1 to 8, wherein B ≦ 20.
[10]
The non-aqueous lithium storage element according to any one of Items 1 to 9, wherein the lithium compound is at least one selected from the group consisting of lithium carbonate, lithium oxide, and lithium hydroxide.
[11]
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 V 1 (cc / g), and a diameter of less than 20 mm calculated by the MP method. When the amount of micropores derived from the pores is V 2 (cc / g), 0.3 <V 1 ≦ 0.8 and 0.5 ≦ V 2 ≦ 1.0 are satisfied, and by the BET method The non-aqueous lithium storage element according to any one of Items 1 to 10, 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.
[12]
The positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer has a mesopore volume V 1 (cc / g) derived from pores having a diameter of 20 to 500 mm calculated by the BJH method of 0.8 <V 1 ≦ 2.5. The ratio of micropores V 2 (cc / g) derived from pores having a diameter of less than 20 mm calculated by the MP method satisfying 0.8 <V 2 ≦ 3.0 and measured by the BET method The non-aqueous lithium storage element according to any one of Items 1 to 11, which is activated carbon having a surface area of 2,300 m 2 / g or more and 4,000 m 2 / g or less.
[13]
The non-aqueous lithium storage element according to any one of Items 1 to 12, 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.
[14]
The non-aqueous lithium storage element according to any one of Items 1 to 13, 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.
[15]
The non-aqueous lithium storage element according to any one of Items 1 to 12, 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.
[16]
The non-aqueous lithium storage element according to any one of Items 1 to 12 and 15, 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.
[17]
A non-aqueous lithium storage element having a positive electrode containing a lithium compound other than the positive electrode active material, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte solution containing lithium ions,
The positive electrode includes a positive electrode current collector, and a positive electrode active material layer including a positive electrode active material provided on one or both surfaces of the positive electrode current collector, the positive electrode active material includes activated carbon,
The separator includes a porous membrane and an insulating porous layer formed on at least one side of the porous membrane, and the ratio of the thickness of the insulating porous layer to the thickness of the porous membrane is 20% to 125%,
In the nonaqueous lithium storage element, when the initial room temperature discharge internal resistance is Ra (Ω), the initial room temperature charge internal resistance is Rf (Ω), and the capacitance is F (F),
The following (a), (b):
(A) The product Ra · F of Ra and F is 0.3 or more and 3.0 or less;
(B) Rf / Ra is 0.5 or more and 1.5 or less;
A non-aqueous lithium storage element that satisfies the above requirements.
[18]
A non-aqueous lithium storage element having a positive electrode containing a lithium compound other than the positive electrode active material, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte solution containing lithium ions,
The separator includes a porous membrane and an insulating porous layer formed on at least one side of the porous membrane, and the ratio of the thickness of the insulating porous layer to the thickness of the porous membrane is 20% to 125%,
When the initial room temperature discharge internal resistance of the non-aqueous lithium storage element is Ra (Ω), and the internal resistance at 25 ° C. after storage for 2 months at a cell voltage of 4 V and an environmental temperature of 60 ° C. is Rb (Ω), A non-aqueous lithium storage element having Rb / Ra of 3.0 or less.

本発明によれば、正極活物質以外のリチウム化合物を正極に含有させ、さらに多孔膜及び絶縁多孔層をそれぞれ特定の厚みで含む多層型セパレータを、非水系リチウム型蓄電素子に採用することにより、優れた入出力特性を有し、かつ優れた安全性を有する非水系リチウム型蓄電素子を提供する。   According to the present invention, a lithium separator other than the positive electrode active material is contained in the positive electrode, and a multilayer separator including a porous film and an insulating porous layer with a specific thickness is employed in the non-aqueous lithium storage element. Provided is a non-aqueous lithium storage element having excellent input / output characteristics and excellent safety.

本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子のセパレータを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the separator of the non-aqueous lithium electrical storage element of this embodiment.

以下、本発明の実施形態(以下、「本実施形態」という。)を例示する目的で詳細に説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。本願明細書において、各数値範囲の上限値及び下限値は任意に組み合わせることができる。   Hereinafter, an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “this embodiment”) will be described in detail, but the present invention is not limited to this embodiment. In the present specification, the upper limit value and the lower limit value of each numerical range can be arbitrarily combined.

《非水系リチウム型蓄電素子》
非水系リチウム型蓄電素子は一般に、正極と、負極と、セパレータと、電解液とを主な構成要素として有する。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。
《Non-aqueous lithium storage element》
A non-aqueous lithium storage element generally includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolytic solution as main components. 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.

本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子は、正極活物質以外のリチウム化合物を含む正極と、負極と、セパレータと、リチウムイオンを含む非水系電解液とを有する、非水系リチウム型蓄電素子であって、上記正極が、正極集電体と、上記正極集電体の片面又は両面上に設けられた、正極活物質を含む正極活物質層とを有し、上記正極活物質は活性炭を含み、上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であり、正極活物質の平均粒子径をYとするとき、2μm≦Y≦20μmであり、X<Yであり、上記正極中に含まれるリチウム化合物の量が、正極活物質層の全質量を基準として1質量%以上50質量%以下であり、上記セパレータは、多孔膜及び上記多孔膜の少なくとも片面に形成された絶縁多孔層を含み、かつ上記多孔膜の厚みに対する上記絶縁多孔層の厚みの割合が20%〜125%である。 The non-aqueous lithium storage element of the present embodiment is a non-aqueous lithium storage element having a positive electrode containing a lithium compound other than the positive electrode active material, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte solution containing lithium ions. The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer including a positive electrode active material provided on one or both surfaces of the positive electrode current collector, the positive electrode active material includes activated carbon, when the average particle size of the lithium compound and X 1, a 0.1μm ≦ X 1 ≦ 10μm, when the average particle diameter of the positive electrode active material Y 1, a 2μm ≦ Y 1 ≦ 20μm, X 1 <a Y 1, the amount of a lithium compound contained in the positive electrode is not more than 50 wt% or more 1 wt% based on the total mass of the active material layer as a reference, the separator, the porous membrane and the porous membrane Formed on at least one side And wherein an insulating porous layer, and the ratio of the thickness of the insulating porous layer to the thickness of the porous film is 20% to 125%.

〈正極〉
正極は、正極集電体と、正極集電体の片面又は両面に存在する正極活物質層とを有する。
<Positive electrode>
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer present on one or both surfaces of the positive electrode current collector.

正極は、非水系リチウム型蓄電素子を組み立てる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。本実施形態では、非水系リチウム型蓄電素子を組み立てる際に、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。プレドープ方法としては、リチウム化合物を含む正極前駆体と、負極と、セパレータと、非水系電解液とを用いて非水系リチウム型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。正極前駆体の正極集電体上に形成された正極活物質層が、リチウム化合物を含有することが好ましい。   It is preferable that a positive electrode contains a lithium compound as a positive electrode precursor before assembling a non-aqueous lithium electrical storage element. In this embodiment, when assembling the non-aqueous lithium storage element, it is preferable to pre-dope lithium ions into the negative electrode. As a pre-doping method, after assembling a non-aqueous lithium storage element using a positive electrode precursor containing a lithium compound, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte, a voltage is applied between the positive electrode precursor and the negative electrode. It is preferable to apply. The positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector of the positive electrode precursor preferably contains a lithium compound.

本明細書中、リチウムドープ前における正極状態のことを「正極前駆体」、リチウムドープ後における正極状態のことを「正極」と定義する。   In this specification, the positive electrode state before lithium doping is defined as “positive electrode precursor”, and the positive electrode state after lithium doping is defined as “positive electrode”.

[正極活物質層]
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、正極活物質以外に、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。
[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 the positive electrode active material, the positive electrode active material layer may contain optional components such as a conductive filler, a binder, and a dispersion stabilizer as necessary.

正極前駆体の正極活物質層は、正極活物質以外のリチウム化合物を含有することが好ましい。   The positive electrode active material layer of the positive electrode precursor preferably contains a lithium compound other than the positive electrode active material.

[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。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。
[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 the 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.

正極活物質の総質量に対する炭素材料の含有率は、好ましくは50質量%以上であり、より好ましくは70質量%以上、又は100質量%であってもよい。他の材料の併用による効果を良好に得る観点から、正極活物質の総質量に対する炭素材料の含有率は、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。   The content of the carbon material with respect to the total mass of the positive electrode active material is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, or 100% by mass. From the viewpoint of obtaining favorable effects due to the combined use of other materials, the content of the carbon material with respect to the total mass of the positive electrode active material is, for example, preferably 90% by mass or less, and may be 80% by mass or less.

正極活物質として用いる活性炭の種類及びその原料は特に限定されない。しかし、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V(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V(cc/g)とするとき、
(1)高い入出力特性のためには、0.3<V≦0.8、及び0.5≦V≦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、また、
(2)高いエネルギー密度を得るためには、0.8<V≦2.5、及び0.8<V≦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。
The kind of activated carbon used as a positive electrode active material and its raw material are not specifically limited. However, 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 V 1 (cc / g), and the amount of micropores derived from pores having a diameter of less than 20 mm calculated by the MP method. Is V 2 (cc / g),
(1) For high input / output characteristics, 0.3 <V 1 ≦ 0.8 and 0.5 ≦ V 2 ≦ 1.0 are satisfied, and the specific surface area measured by the BET method is 1, Activated carbon (hereinafter also referred to as activated carbon 1) having a mass of 500 m 2 / g to 3,000 m 2 / g is preferred.
(2) In order to obtain a high energy density, 0.8 <V 1 ≦ 2.5 and 0.8 <V 2 ≦ 3.0 are satisfied, and the specific surface area measured by the BET method is 2, Activated carbon (hereinafter also referred to as activated carbon 2) of 300 m 2 / g to 4,000 m 2 / g is preferable.

以下、上記(1)活性炭1及び上記(2)活性炭2について、個別に順次説明する。
(活性炭1)
活性炭1のメソ孔量V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。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V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。
Hereinafter, the (1) activated carbon 1 and the (2) activated carbon 2 will be described individually and sequentially.
(Activated carbon 1)
The mesopore amount V 1 of the activated carbon 1 is preferably a value greater than 0.3 cc / g in terms of increasing input / output characteristics when incorporated in the energy storage device. From the viewpoint of suppressing a decrease in the bulk density of the positive electrode, it is preferably 0.8 cc / g or less. V 1 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.

活性炭1のマイクロ孔量V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。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V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である。 The micropore amount V 2 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. From the viewpoint of suppressing the bulk of the activated carbon, increasing the density as an electrode, and increasing the capacity per unit volume, it is preferably 1.0 cc / g or less. V 2 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 is arbitrary.

マイクロ孔量Vに対するメソ孔量Vの比(V/V)は、0.3≦V/V≦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、V/Vが0.3以上であることが好ましい。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、V/Vは0.9以下であることが好ましい。より好ましいV/Vの範囲は0.4≦V/V≦0.7、更に好ましいV/Vの範囲は0.55≦V/V≦0.7である。尚、下限と上限の組み合わせは任意である。 The ratio of meso Anaryou V 1 relative to the micropore volume V 2 (V 1 / V 2 ) is preferably in the range of 0.3 ≦ V 1 / V 2 ≦ 0.9. That is, V 1 / V 2 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 the decrease in output characteristics can be suppressed while maintaining a high capacity. preferable. 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, V 1 / V 2 is preferably 0.9 or less. More preferred V 1 / V 2 range 0.4 ≦ V 1 / V 2 ≦ 0.7, further preferred V 1 / V 2 range is 0.55 ≦ V 1 / V 2 ≦ 0.7. The combination of the lower limit and the upper limit is 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以上であることがより更に好ましい。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。   The average pore diameter of the activated carbon 1 is preferably 17 mm or more, more preferably 18 mm or more, and still more preferably 20 mm or more, from the viewpoint of maximizing the output of the obtained electricity storage device. Moreover, from the point of maximizing the capacity, the average pore diameter of the activated carbon 1 is preferably 25 mm or less.

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である。 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 is 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。   The activated carbon 1 having the above-described features can be obtained using, for example, the raw materials and processing methods described below.

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。   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.

これらの原料から活性炭1を得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。   As the carbonization and activation methods for obtaining the activated carbon 1 from these raw materials, 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.

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。   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 is mentioned at 400-700 degreeC using the mixed gas, Preferably it is about 450-600 degreeC.

炭化により得られる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。   As a method for activating the carbide obtained by carbonization, a gas activation method in which firing is performed using an activation gas such as water vapor, carbon dioxide, and oxygen is preferably used. Among these, a method using water vapor or carbon dioxide as the activation gas is preferable.

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、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。   In the activation method, while supplying the activation gas at a rate of 0.5 to 3.0 kg / h, preferably 0.7 to 2.0 kg / h, the carbide is 3 to 12 hours, preferably 5 to 11 hours, It is preferable to activate by heating to 800 to 1,000 ° C. over 6 to 10 hours.

炭化物の賦活処理に先立ち、予め炭化物を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い。   Prior to the activation treatment of 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, or oxygen is usually preferable.

炭化方法における焼成温度及び焼成時間と、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、上記の特徴を有する活性炭1を製造することができる。   By appropriately combining the calcination temperature and calcination time in the carbonization method with the activation gas supply amount, the temperature increase rate and the maximum activation temperature in the activation method, the activated carbon 1 having the above characteristics can be produced.

活性炭1の平均粒子径は、2〜20μmであることが好ましい。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。平均粒子径が2μm以上であれば、正極活物質層の耐久性を確保し易い。平均粒子径が20μm以下であると、非水系リチウム蓄電素子の高速充放電に適合し易くなる傾向がある。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。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 diameter is 2 μm or more, the density per volume of the electrode tends to increase because the density of the active material layer is high. When the average particle diameter is 2 μm or more, it is easy to ensure the durability of the positive electrode active material layer. If the average particle size is 20 μm or less, it tends to be suitable for high-speed charge / discharge of a non-aqueous lithium electricity storage device. The average particle diameter is more preferably 2 to 15 μm, still more preferably 3 to 10 μm. The upper and lower limits of the average particle diameter range can be arbitrarily combined.

(活性炭2)
活性炭2のメソ孔量V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。V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V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 V 1 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. V 1 is preferably 2.5 cc / g or less from the viewpoint of suppressing a reduction in the capacity of the power storage element. V 1 is more preferably 1.00 cc / g or more and 2.0 cc / g or less, and further preferably 1.2 cc / g or more and 1.8 cc / g or less.

活性炭2のマイクロ孔量V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。V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V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。 The micropore amount V 2 of the activated carbon 2 is preferably a value larger than 0.8 cc / g in order to increase the specific surface area of the activated carbon and increase the capacity. V 2 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. V 2 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.

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非水系リチウム型蓄電素子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。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、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。 The activated carbon 2 having the mesopore amount and the micropore amount described above has a BET specific surface area higher than that of the activated carbon used for the conventional electric double layer capacitor or non-aqueous lithium storage element. 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. 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. When the BET specific surface area is 4,000 m 2 / g or less, a binder is used to maintain the strength of the electrode. Since it is not necessary to add a large amount, the performance per electrode volume is increased.

活性炭2のV、V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。 Regarding the V 1 , V 2 and BET specific surface area of the activated carbon 2, the upper limit and the lower limit of the preferred ranges described above can be arbitrarily combined.

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。   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.

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。   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. For example, plant raw materials such as wood, wood flour, and coconut shells; petroleum pitch, coke And various synthetic resins such as phenol resin, furan resin, vinyl chloride resin, vinyl acetate resin, melamine resin, urea resin, resorcinol resin, and the like. Among these raw materials, a phenol resin and a furan resin are particularly preferable because they are suitable for producing activated carbon having a high specific surface area.

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℃、下限は、好ましくは450℃以上、更に好ましくは500℃以上であり、上限は、好ましくは650℃以下である。焼成時間は好ましくは0.5〜10時間である。   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 400 to 700 ° C, the lower limit is preferably 450 ° C or higher, more preferably 500 ° C or higher, and the upper limit is preferably 650 ° C or lower. The firing time is preferably 0.5 to 10 hours.

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。   As a method for activating the carbide after the carbonization treatment, there are a gas activation method for firing using an activation gas such as water vapor, carbon dioxide, oxygen, and an alkali metal activation method for performing a heat treatment after mixing with an alkali metal compound. An alkali metal activation method is preferable for producing activated carbon having a high specific surface area.

この賦活方法では、例えば、炭化物と水酸化カリウム(KOH)、水酸化ナトリウム(NaOH)等のアルカリ金属化合物との質量比が1:1以上(すなわち、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、更に乾燥を行うことができる。   In this activation method, for example, the mass ratio of carbide to an alkali metal compound such as potassium hydroxide (KOH) or sodium hydroxide (NaOH) is 1: 1 or more (that is, the amount of the alkali metal compound is equal to the amount of the carbide). The same or more) and then heated in an inert gas atmosphere at 600 to 900 ° C., preferably 650 ° C. to 850 ° C. for 0.5 to 5 hours, and then alkalinized. The metal compound can be washed and removed with an acid and water and further dried.

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以上が好ましく、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。しかしながら、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多いことが好ましい。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1:5.5以下であることが好ましい。   The mass ratio of the carbide to the alkali metal compound (= carbide: alkali metal compound) is preferably 1: 1 or more, and the amount of mesopores increases as the amount of the alkali metal compound increases. However, since there is a tendency for the amount of pores to increase sharply at a mass ratio of about 1: 3.5, the mass ratio is preferably higher in alkali metal compound than 1: 3. As the mass ratio increases, the amount of pores increases as the number of alkali metal compounds increases, but it is preferably 1: 5.5 or less in consideration of the subsequent processing efficiency such as washing.

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。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。   In order to increase the amount of micropores and not increase the amount of mesopores, a larger amount of carbides 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 the alkali activation treatment.

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。   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。
(Use mode 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.

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。   The activated carbons 1 and 2 may be used by selecting any one of them, or may be used by mixing both.

正極活物質は、活性炭1及び2以外の材料、例えば、上記特定のV及び/若しくはV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%であることがより更に好ましい。 The positive electrode active material, activated carbon 1 and 2 other than the materials, for example, active carbon not having the specific V 1 and / or V 2, or material other than the activated carbon, for example, a composite oxide or the like of lithium and 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, 90 mass% or more is still more preferable, and it is still more preferable that it is 100 mass%.

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。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、より好適な充放電特性を発揮する。   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. 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, more 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は、正極活物質以外のリチウム化合物を含有することが好ましい。本実施形態の正極の正極活物質層は、正極活物質以外のリチウム化合物を含有する。
[Lithium compounds]
The positive electrode active material layer of the positive electrode precursor of the present embodiment preferably contains a lithium compound other than the positive electrode active material. The positive electrode active material layer of the positive electrode of this embodiment contains a lithium compound other than the positive electrode active material.

リチウム化合物としては、リチウムドープ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化合物が好ましく、例えば、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なる群から選択される少なくとも1種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からなる群から選択される少なくとも一種がより好適であり、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。   The lithium compound is preferably a compound capable of decomposing at the positive electrode in lithium dope and releasing lithium ions, such as lithium carbonate, lithium oxide, lithium hydroxide, lithium fluoride, lithium chloride, lithium oxalate, At least one selected from the group consisting of lithium iodide, lithium nitride, lithium oxalate, and lithium acetate is preferably used. Among these, at least one selected from the group consisting of lithium carbonate, lithium oxide, and lithium hydroxide is more preferable, lithium carbonate is more preferable from the viewpoint that it can be handled in the air and has low hygroscopicity. Used for. 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以下であることがより更に好ましい。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、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。
(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 still more preferably 10 μm or less. 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.

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。   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)
正極が含有する、正極活物質以外のリチウム化合物は、正極における正極活物質層の全質量を基準として、好ましくは1質量%以上50質量%以下、より好ましくは2.5質量%以上25質量%以下である。リチウム化合物量が1質量%以上であると、高温環境下における正極上での電解液溶媒の分解反応をリチウム化合物が抑制するため、高温耐久性が向上し、2.5質量%以上でその効果が顕著になる。リチウム化合物量が50質量%以下であると、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し、25質量%以下であると、特に入出力特性の観点から特に好ましい。尚、下限と上限の組み合わせは任意である。
(Positive lithium compound)
The lithium compound other than the positive electrode active material contained in the positive electrode is preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably 2.5% by mass or more and 25% by mass based on the total mass of the positive electrode active material layer in the positive electrode. It is as follows. When the amount of the lithium compound is 1% by mass or more, the lithium compound suppresses the decomposition reaction of the electrolytic solution solvent on the positive electrode in a high temperature environment, so that the high temperature durability is improved. Becomes prominent. When the amount of the lithium compound is 50% by mass or less, the electron conductivity between the positive electrode active materials is relatively small to be inhibited by the lithium compound, so that high input / output characteristics are exhibited. This is particularly preferable from the viewpoint of input / output characteristics. The combination of the lower limit and the upper limit is arbitrary.

(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。
(Identification method of 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.

SEM−EDX、ラマン、X線光電子分光(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。正極を洗浄するための溶媒については、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は、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、SEM−EDX、ラマン、及びXPSの解析を実施する。   When measuring SEM-EDX, Raman, and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), disassemble the non-aqueous lithium storage element in an argon box, take out the positive electrode, and wash the electrolyte attached to the positive electrode surface. Preferably it is done. As for the solvent for washing the positive electrode, carbonate solvent such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate and the like can be preferably used because the electrolyte attached to the positive electrode surface may be washed away. 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 quantified 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.), Then SEM-EDX, Raman And XPS analysis.

イオンクロマトグラフィーでは、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。   In ion chromatography, anions can be identified by analyzing the water after washing the positive electrode with distilled water.

正極の蒸留水洗浄液をイオンクロマトグラフィー(IC)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、また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。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。   The anion species eluted in water can be identified by analyzing the positive electrode distilled water washing solution by ion chromatography (IC). 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. A suppressor system in which a suppressor is installed in front of the detector, or an electric device without a suppressor being arranged. A non-suppressor method using a solution with low conductivity as the eluent can be used. Since mass spectrometers and charged particle detection can also be measured in combination with detectors, it is possible to combine appropriate columns and detectors based on lithium compounds identified from SEM-EDX, Raman, and XPS analysis results. preferable.

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。   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.

上記方法で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。 When a lithium compound cannot be identified by the above method, other analysis methods include solid state 7 Li-NMR, XRD (X-ray diffraction), TOF-SIMS (time-of-flight secondary ion mass spectrometry), AES (Auger electron spectroscopy). ), TPD / MS (heat generation gas mass spectrometry), DSC (differential scanning calorimetry), etc., the lithium compound can also be identified.

(リチウム化合物の平均粒子径)
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であり、正極活物質の平均粒子径をYとするとき、2μm≦Y≦20μmであり、かつX<Yであることが好ましい。更に好ましくは、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。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。Yが2μm以上の場合、正極活物質間の電子伝導性を確保できる。Yが20μm以下の場合、電解質イオンとの反応面積が増加するために高い出力特性を発現できる。X<Yである場合、正極活物質間に生じる隙間にリチウム化合物が充填されるため、正極活物質間の電子伝導性を確保しつつ、エネルギー密度を高めることができる。
(Average particle size of lithium compound)
The positive electrode contains a lithium compound other than the positive electrode active material. The positive electrode contains, when the average particle diameter of the lithium compound other than the positive electrode active material and X 1, a 0.1μm ≦ X 1 ≦ 10μm, when the average particle diameter of the positive electrode active material Y 1, 2 [mu] m ≦ It is preferable that Y 1 ≦ 20 μm and X 1 <Y 1 . More preferably, 0.5 μm ≦ X 1 ≦ 5 μm. 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. 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. If Y 1 is not less than 2 [mu] m, it can be secured electronic conductivity between the positive electrode active material. If Y 1 is 20μm or less, it can exhibit high output characteristics for reaction area with the electrolyte ions increases. When X 1 <Y 1 , the lithium compound is filled in the gap between the positive electrode active materials, so that the energy density can be increased while ensuring the electron conductivity between the positive electrode active materials.

及びYの測定方法は特に限定されないが、正極断面のSEM画像、及びSEM−EDX画像から算出することができる。正極断面の形成方法については、正極上部からArビームを照射し、試料直上に設置した遮蔽板の端部に沿って平滑な断面を作製するBIB加工を用いることができる。正極に炭酸リチウムを含有させる場合、正極断面のラマンイメージングを測定することで炭酸イオンの分布を求めることもできる。 X 1 and measurement method of Y 1 is not particularly limited, can be calculated from the positive electrode sectional SEM image, and SEM-EDX image. As a method for forming the positive electrode cross section, BIB processing can be used in which an Ar beam is irradiated from the upper part of the positive electrode and a smooth cross section is produced along the end of the shielding plate placed immediately above the sample. When lithium carbonate is contained in the positive electrode, the distribution of carbonate ions can be obtained by measuring Raman imaging of the cross section of the positive electrode.

[リチウム化合物と正極活物質の判別方法]
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、真空蒸着やスパッタリング等の方法により金、白金、オスミウム等で表面処理することもできる。SEM−EDX画像の測定条件としては、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。
[Method for distinguishing between lithium compound and positive electrode active material]
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, it can be surface-treated with gold, platinum, osmium or the like by a method such as vacuum deposition or sputtering. As measurement conditions for the SEM-EDX image, 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.

[X及びYの算出方法]
及びYは、前記正極断面SEMと同視野にて測定した正極断面SEM−EDXから得られた画像を、画像解析することで求めることができる。前記正極断面のSEM画像にて判別されたリチウム化合物の粒子X、及びそれ以外の粒子を正極活物質の粒子Yとし、断面SEM画像中に観察されるX、Yそれぞれの粒子全てについて、断面積Sを求め、下記数式(1)にて算出される粒子径dを求める。(円周率をπとする。)
[Method of calculating the X 1 and Y 1]
X 1 and Y 1 can be obtained by image analysis of an image obtained from the positive electrode cross section SEM-EDX measured in the same field of view as the positive electrode cross section SEM. The lithium compound particle X and other particles determined in the SEM image of the positive electrode cross section are the positive electrode active material particles Y, and the cross-sectional area of all the X and Y particles observed in the cross-sectional SEM image is as follows. S is obtained, and the particle diameter d calculated by the following mathematical formula (1) is obtained. (The circumference ratio is π.)

Figure 2018056435
Figure 2018056435

得られた粒子径dを用いて、下記数式(2)において体積平均粒子径X及びYを求める。

Figure 2018056435
Obtained with a particle size d, determine the volume average particle diameter X 0 and Y 0 in the following equation (2).
Figure 2018056435

正極断面の視野を変えて5ヶ所以上測定し、それぞれのX及びYの平均値をもって平均粒子径X及びYとする。 5 or more positions are measured by changing the field of view of the positive electrode cross section, and the average value of each X 0 and Y 0 is defined as the average particle diameter X 1 and Y 1 .

正極中に含有されたリチウム化合物は、約4.0V以上の高い電位に曝されると徐々に分解してガス化してしまい、発生したガスが電解液中のイオンの拡散を阻害するために抵抗上昇の原因になってしまう。そのため、リチウム化合物の表面にフッ素含有化合物から構成される被膜を形成し、前記リチウム化合物の反応を抑制することが好ましい。   The lithium compound contained in the positive electrode is gradually decomposed and gasified when exposed to a high potential of about 4.0 V or more, and the generated gas inhibits diffusion of ions in the electrolyte. It will cause a rise. Therefore, it is preferable to form a film composed of a fluorine-containing compound on the surface of the lithium compound to suppress the reaction of the lithium compound.

[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。正極を洗浄するための有機溶媒としては、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よく、特に限定されないが、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。正極を洗浄するための有機溶媒としては、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。
[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 for cleaning the positive electrode is not particularly limited as long as it can remove the non-aqueous electrolyte decomposition product deposited on the surface of the positive electrode, but the lithium compound can be obtained by using an organic solvent having a lithium compound solubility of 2% or less. This is preferable because elution of is suppressed. As an organic solvent for washing the positive electrode, for example, a polar solvent such as methanol or acetone is preferably used.

正極の洗浄方法は、例えば、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、真空乾燥し、真空乾燥後の正極の質量をM[g]とする。真空乾燥の条件としては、例えば、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。真空乾燥後、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。なお、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。蒸留水に3日間以上浸漬させた後、蒸留水から正極を取り出し、上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]とし、続いて、得られた正極の集電体の質量を測定するため、スパチュラ、ブラシ、刷毛等を用いて集電体上の正極活物質層を取り除く。得られた正極集電体の質量をM[g]とすると、正極中に含まれるリチウム化合物の質量%Zは、下記数式(3):
Z=100×[1−(M−M)/(M−M)] ...数式(3)
により算出できる。
As a method for cleaning the positive electrode, for example, 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 from methanol, vacuum-dried, and the mass of the positive electrode after vacuum drying is defined as M 0 [g]. The conditions for vacuum drying are, for example, conditions in which the residual methanol in the positive electrode is 1% by mass or less in the range of temperature: 100 to 200 ° C., pressure: 0 to 10 kPa, and time: 5 to 20 hours. About the residual amount of methanol, GC / MS of the water after the distilled water washing | cleaning mentioned later can be measured, and it can quantify based on the analytical curve created beforehand. After vacuum drying, the positive electrode is sufficiently immersed in distilled water 100 times the mass of the positive electrode (100 M 0 [g]) for 3 days or more. At this time, it is preferable to take measures such as covering the container so that distilled water does not volatilize. In the case of measuring ion chromatography, the amount of liquid is adjusted so that the amount of distilled water is 100 M 0 [g]. After being immersed in distilled water for 3 days or more, the positive electrode is taken out from the distilled water and vacuum-dried in the same manner as the above methanol washing. The positive electrode active material layer on the current collector was measured using a spatula, a brush, a brush, etc. in order to measure the mass of the current collector of the obtained positive electrode with M 1 [g]. Remove. When the mass of the obtained positive electrode current collector is M 2 [g], the mass% Z of the lithium compound contained in the positive electrode is expressed by the following mathematical formula (3):
Z = 100 × [1- (M 1 -M 2) / (M 0 -M 2)]. . . Formula (3)
Can be calculated.

[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、正極活物質及びリチウム化合物の他に、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。
[Optional components of positive electrode active material layer]
In addition to the positive electrode active material and the lithium compound, the positive electrode active material layer in the present embodiment may include optional components such as a conductive filler, a binder, and a dispersion stabilizer as necessary.

導電性フィラーとしては、特に制限されず、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質量部超30質量部以下である。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質量部以下であれば、正極活物質層における正極活物質の含有割合を多くでき、正極活物質層体積当たりのエネルギー密度が向上するため好ましい。   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 more than 0 parts by mass and 30 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. More preferably, they are 0.01 mass part or more and 20 mass parts or less, More preferably, they are 1 mass part or more and 15 mass parts or less. If the usage-amount of an electroconductive filler is 30 mass parts or less, since the content rate of the positive electrode active material in a positive electrode active material layer can be increased and the energy density per positive electrode active material layer volume improves, it is preferable.

結着剤としては、特に制限されず、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。   The binder is not particularly limited. For example, PVdF (polyvinylidene fluoride), PTFE (polytetrafluoroethylene), polyimide, latex, styrene-butadiene copolymer, fluororubber, acrylic copolymer, or the like may be used. it can. 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.

分散安定剤としては、特に制限されず、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 dispersion stabilizer is not particularly limited, and for example, PVP (polyvinyl pyrrolidone), PVA (polyvinyl alcohol), cellulose derivatives and the like 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りにくい材料であれば特に制限されず、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。
[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 is unlikely to deteriorate due to elution into an electrolytic solution and reaction with an electrolyte or ions. 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.

金属箔は、凹凸や貫通孔を持たない金属箔でもよいし、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。
The metal foil may be a 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, etching A metal foil having a through hole such as a 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できる。得られた正極前駆体をプレスして、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。
[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. 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.

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。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。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め混合して、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。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。   The coating solution for the positive electrode precursor is obtained by dry blending part or all of various material powders including the positive electrode active material, and then water or an organic solvent and / or a binder or a dispersion stabilizer is dissolved or dispersed therein. You may prepare by adding a liquid or slurry-like substance. A coating liquid may be prepared by adding various material powders containing 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. As a method of dry blending, for example, a positive mixing is performed in which a positive electrode active material and a lithium compound, and a conductive filler are mixed in advance using a ball mill or the like, and a conductive filler is coated on a lithium compound having low conductivity. May be. Thereby, the lithium compound is easily decomposed by the positive electrode precursor in lithium doping described later. When water is used as the solvent of the coating solution, the addition of a lithium compound may make the coating solution alkaline, so a pH adjuster may be added as necessary.

正極前駆体の塗工液の調製方法としては、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。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にくく、再凝集が生じにくいため好ましい。   The method for preparing the coating solution for the positive electrode precursor is not particularly limited, but preferably a disperser such as 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. A peripheral speed of 50 m / s or less is preferable because various materials are not easily broken by heat or shearing force due to dispersion and re-aggregation hardly occurs.

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以上であれば、正極活物質を含む各種材料粉末が、塗工液作製時に過度に破砕されず残るため好ましい。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少なく、安定に塗工ができる。   Regarding the degree of dispersion 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. When the particle size is 0.1 μm or more, various material powders including the positive electrode active material are preferably left without being excessively crushed during the preparation of the coating liquid. If the particle size is 100 μm or less, clogging during coating liquid discharge, generation of streaks in the coating film, and the like are reduced, and coating can be performed stably.

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。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。   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 or more and 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. When the viscosity (ηb) 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 coating can be performed stably, and control to a desired coating thickness or less is possible. .

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 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.

正極前駆体の塗膜の形成方法は特に限定されず、好適にはダイコーター、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。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。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 method for forming the coating film of the positive electrode precursor is not particularly limited, and a coating machine such as a die coater, a comma coater, a knife coater, or a gravure coating machine can be preferably 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. If the coating speed is 100 m / min or less, sufficient coating accuracy can be secured.

正極前駆体の塗膜の乾燥方法は、特に限定されず、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。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。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 method for drying the coating film of the positive electrode precursor is not particularly limited, and 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. The coating film may be dried by combining a plurality of 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. When 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.

正極前駆体のプレス方法は、特に限定されず、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。   The method for pressing the positive electrode precursor is not particularly limited, and a press machine such as a hydraulic press machine or a vacuum press machine can be preferably 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.

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。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少なく、所望の正極活物質層膜厚や嵩密度に調整できる。   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. When the pressing pressure is 20 kN / cm or less, the positive electrode precursor is less likely to bend or wrinkle, and can be adjusted to a desired positive electrode active material layer thickness or bulk density.

当業者であれば、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。当業者であれば、プレス速度は正極前駆体に撓みやシワが生じにくい任意の速度に設定できる。   If it is an expert, the clearance gap between press rolls can set arbitrary values according to the positive electrode precursor film thickness after drying so that it may become the film thickness and bulk density of a desired positive electrode active material layer. A person skilled in the art can set the press speed to an arbitrary speed at which the positive electrode precursor is not easily bent or wrinkled.

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。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、結着剤にPVdF(ポリフッ化ビニリデン:融点150℃)を用いた場合、プレス部の表面温度は、好ましくは90℃以上200℃以下、より好ましく105℃以上180℃以下、さらに好ましくは120℃以上170℃以下である。結着剤にスチレン−ブタジエン共重合体(融点100℃)を用いた場合、プレス部の表面温度は、好ましくは40℃以上150℃以下、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℃以下である。   The surface temperature of the press part may be room temperature, or the press part 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 the melting point minus 45 ° C. or more, and further preferably the melting point minus 30 ° C. or more. 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 still more 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 temperature of the press part is preferably 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. It is not lower than 170 ° C. When a styrene-butadiene copolymer (melting point: 100 ° C.) is used as the binder, the surface temperature of the press part is preferably 40 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, more preferably 55 ° C. or higher and 130 ° C. or lower, and still more preferably 70. It is at least 120 ° C.

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。   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.

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。   You may press several times, changing the conditions of a press pressure, a clearance gap, speed | rate, and the surface temperature of a press part.

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い。正極活物質層の膜厚は、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。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。そのため、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、従って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。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 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. The thickness of the positive electrode active material layer is more preferably 25 μm or more and 100 μm or less, more preferably 30 μm or more and 80 μm or less per side. If this film thickness is 20 μm or more, sufficient charge / discharge capacity can be exhibited. If this film thickness is 200 μm or less, the ion diffusion resistance in the electrode can be kept low. As a result, sufficient output characteristics can be obtained, the cell volume can be reduced, and therefore the energy density can be increased. The upper limit and the lower limit of the thickness range of the positive electrode active material layer can be arbitrarily combined. The film thickness of the positive electrode active material layer in the case where the current collector has through-holes or irregularities refers to the average value of the film thickness per one side of the current collector that does not have through-holes or irregularities.

[正極]
リチウムドープ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。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 lithium doping is preferably 0.25 g / cm 3 or more, more preferably 0.30 g / cm 3 or more and 1.3 g / cm 3 or less. 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. 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.

〈負極〉
負極は、負極集電体と、負極集電体の片面又は両面に存在する負極活物質層とを有する。
<Negative electrode>
The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer present on one or both surfaces of the negative electrode current collector.

[負極活物質層]
負極活物質層は、リチウムイオンを吸蔵及び放出できる負極活物質を含み、負極活物質以外に、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。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions, and may include optional components such as a conductive filler, a binder, and a dispersion stabilizer in addition to the negative electrode active material. Good.

[負極活物質]
負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵及び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。負極活物質の総質量に対する炭素材料の含有率は、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上であり、又は100質量%であってもよい。他の材料の併用による効果を良好に得る観点から、負極活物質の総質量に対する炭素材料の含有率は、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 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. The content of the carbon material with respect to the total mass of the negative electrode active material is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, or 100% by mass. From the viewpoint of obtaining favorable effects due to the combined use of other materials, the content of the carbon material relative to the total mass of the negative electrode active material is, for example, preferably 90% by mass or less, and may be 80% by mass or less.

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.

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;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。炭素質材料前駆体としては、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、並びに合成樹脂(例えばフェノール樹脂等)が挙げられる。   Examples of carbon materials include non-graphitizable carbon materials; graphitizable carbon materials; carbon blacks; carbon nanoparticles; activated carbon; artificial graphite; natural graphite; graphitized mesophase carbon microspheres; graphite whiskers; Amorphous carbonaceous materials; carbonaceous materials obtained by heat treating a carbonaceous material precursor; thermal decomposition products of furfuryl alcohol resin or novolac resin; fullerenes; carbon nanophones; and composite carbon materials thereof. . Examples of the carbonaceous material precursor include petroleum pitch, coal pitch, mesocarbon microbeads, coke, and synthetic resin (for example, phenol resin).

これらの中でも負極の抵抗を下げる観点から、炭素材料1種以上(以下、基材ともいう。)と炭素質材料前駆体とを共存させた状態で熱処理を行い、基材と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。炭素質材料前駆体としては、熱処理により炭素質材料となるものであれば特に制限されず、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、炭素質材料前駆体の融点より高い温度において、基材と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炭素質材料となる温度であればよく、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されず、非酸化性雰囲気が好ましい。   Among these, from the viewpoint of lowering the resistance of the negative electrode, the base material and the carbonaceous material precursor are subjected to heat treatment in a state where at least one carbon material (hereinafter also referred to as a base material) and the carbonaceous material precursor coexist. A composite carbon material in which a carbonaceous material derived from the composite is combined is preferable. The carbonaceous material precursor is not particularly limited as long as it becomes a carbonaceous material by heat treatment, and 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 a carbonaceous material, preferably 400 ° C to 2500 ° C, more preferably 500 ° C to 2000 ° C. Hereinafter, it is more preferably 550 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower. The atmosphere in which the heat treatment is performed is not particularly limited, and a non-oxidizing atmosphere is preferable.

複合炭素材料の好ましい例としては、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良く、又はこれらの双方を併用してもよい。   Preferred examples of the composite carbon material include 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種以上を基材として用いた複合炭素材料である。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。
(Composite carbon material 1)
The composite carbon material 1 is a composite carbon material using, as a base material, 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. 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.

複合炭素材料1のBET比表面積は、好ましくは100m/g以上1,500m/g以下、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できる。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。 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 diffusion of lithium ions becomes good, so that high input / output characteristics can be exhibited. By being 1,500 m < 2 > / g or less, since the charging / discharging efficiency of lithium ion improves, cycle durability is not impaired.

複合炭素材料1における炭素質材料の基材に対する質量比率は、好ましくは10質量%以上200質量%以下、より好ましくは12質量%以上180質量%以下、更に好ましくは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、基材が有していたマイクロ孔を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。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。   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. Especially preferably, it is 18 mass% or more and 150 mass% or less. If the mass ratio of the carbonaceous material is 10% by mass or more, the micropores that the base material has can be appropriately filled with the carbonaceous material, and the charge / discharge efficiency of lithium ions is improved. It can show durability. 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.

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い。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。   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, it is 620 mAh / g or more and 2,100 mAh / g or less, More preferably, it is 760 mAh / g or more and 1,700 mAh / g or less, Most preferably, it is 840 mAh / g or more and 1,500 mAh / g or less.

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。従って、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。   Doping lithium ions lowers the negative electrode potential. Therefore, when the negative electrode containing the composite carbon material 1 doped with lithium ions is combined with the positive electrode, the voltage of the nonaqueous lithium storage element increases and the utilization capacity of the positive electrode increases. Therefore, the capacity and energy density of the obtained non-aqueous lithium storage element are increased.

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。そのため、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。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。   If 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 has a desired amount of lithium. The amount can be reduced. Therefore, the negative electrode film thickness 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. If the doping amount is 2,500 mAh / g or less, there is no possibility that side effects such as precipitation of lithium metal occur.

複合炭素材料1の好ましい例として、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。   As a preferred example of the composite carbon material 1, a composite carbon material 1a using activated carbon as a base material will be described.

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。 The composite carbon material 1a has a mesopore amount derived from pores having a diameter of 20 to 500 mm calculated by the BJH method as V m1 (cc / g), and a micropore derived from pores having a diameter of less than 20 mm calculated by the MP method. When the amount is V m2 (cc / g), it is preferable that 0.010 ≦ V m1 ≦ 0.300 and 0.001 ≦ V m2 ≦ 0.650.

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。 The mesopore amount V m1 is more preferably 0.010 ≦ V m1 ≦ 0.225, and further preferably 0.010 ≦ V m1 ≦ 0.200. The micropore amount V m2 is more preferably 0.001 ≦ V m2 ≦ 0.200, further preferably 0.001 ≦ V m2 ≦ 0.150, and particularly preferably 0.001 ≦ V m2 ≦ 0.100. .

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。その結果、負極を薄膜化することができる。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。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。 If the mesopore amount V m1 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. As a result, the negative electrode can be thinned. When the micropore amount V m2 is 0.650 cc / g or less, high charge / discharge efficiency for lithium ions can be maintained. If the mesopore volume V m1 and the micropore volume V m2 are equal to or higher than the lower limit (0.010 ≦ V m1 , 0.001 ≦ V m2 ), high input / output characteristics can be obtained.

複合炭素材料1aのBET比表面積は、好ましくは100m/g以上1,500m/g以下、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。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。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。 The BET specific surface area of the composite carbon material 1a 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, and further preferably 180 m 2 / g or more and 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. Since the doping amount of lithium ions can be increased, the negative electrode can be thinned. Since it is 1,500 m < 2 > / g or less, since the charging / discharging efficiency of lithium ion improves, cycle durability is not impaired.

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。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 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. From the viewpoint of high energy density, the average pore diameter is preferably 65 mm or less, and 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。   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.

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。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。H/Cは元素分析装置により測定される。   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. 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、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、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。   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 to 4.00 and the crystallite size in the c-axis direction obtained from the half width of this peak. Lc is preferably 8.0 to 20.0 Å, 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 11.0 Å. More preferably, it is 16.0 mm or less.

複合炭素材料1aの基材として用いる活性炭としては、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。活性炭粉末の平均粒子径は、好ましくは1μm以上15μm以下、より好ましくは2μm以上10μm以下である。   There is no restriction | limiting in particular as activated carbon used as a base material of the 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. The average particle diameter of the activated carbon powder is preferably 1 μm or more and 15 μm or less, more preferably 2 μm or more and 10 μm or less.

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、基材に用いる活性炭の細孔分布が重要である。   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 base material is important.

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V(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V(cc/g)としたとき、0.050≦V≦0.500、0.005≦V≦1.000、かつ、0.2≦V/V≦20.0であることが好ましい。 In activated carbon, the amount of mesopores derived from pores having a diameter of 20 to 500 mm calculated by the BJH method is V 1 (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 V 2 (cc / g), 0.050 ≦ V 1 ≦ 0.500, 0.005 ≦ V 2 ≦ 1.000 and 0.2 ≦ V 1 / V 2 ≦ 20.0. It is preferable.

メソ孔量Vについては、0.050≦V≦0.350がより好ましく、0.100≦V≦0.300が更に好ましい。マイクロ孔量Vについては、0.005≦V≦0.850がより好ましく、0.100≦V≦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≦V/V≦15.0がより好ましく、0.25≦V/V≦10.0が更に好ましい。活性炭のメソ孔量Vが0.500以下である場合及びマイクロ孔量Vが1.000以下である場合、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。活性炭のメソ孔量Vが0.050以上である場合及びマイクロ孔量Vが0.005以上である場合、V/Vが0.2以上である場合、及びV/Vが20.0以下である場合にも複合炭素材料1aの細孔構造が容易に得られる。 The meso Anaryou V 1, more preferably 0.050 ≦ V 1 ≦ 0.350, 0.100V 1 ≦ 0.300 is more preferable. The micropore amount V 2 is more preferably 0.005 ≦ V 2 ≦ 0.850, and further preferably 0.100 ≦ V 2 ≦ 0.800. The ratio of mesopore amount / micropore amount is more preferably 0.22 ≦ V 1 / V 2 ≦ 15.0, and further preferably 0.25 ≦ V 1 / V 2 ≦ 10.0. When the mesopore volume V 1 of the activated carbon is 0.500 or less and the micropore volume V 2 is 1.000 or less, in order to obtain the pore structure of the composite carbon material 1a, an appropriate amount of carbonaceous material is coated. Since it is sufficient to wear it, it becomes easy to control the pore structure. When the mesopore volume V 1 of the activated carbon is 0.050 or more, when the micropore volume V 2 is 0.005 or more, when V 1 / V 2 is 0.2 or more, and V 1 / V 2 The pore structure of the composite carbon material 1a can be easily obtained even when is 20.0 or less.

複合炭素材料1aの原料として用いる炭素質材料前駆体は、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とが好ましい。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 carbonaceous material precursor used as a raw material for the composite carbon material 1a is preferably an organic material that can be deposited on the activated carbon by being heat-treated, and that can be dissolved in a solid, liquid, or solvent. . 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.

ピッチを用いる場合、例えば、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。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るものと考えられる。   When pitch is used, for example, the pitch is heat-treated in the presence of activated carbon, and the carbonaceous material is deposited on the activated carbon by thermally reacting the volatile component or pyrolyzed component of the pitch on the surface of the activated carbon. 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. . 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. The time for maintaining the peak temperature during the heat treatment is preferably 30 minutes to 10 hours, more preferably 1 hour to 7 hours, still more preferably 2 hours to 5 hours. For example, when the heat treatment is performed at a peak temperature of about 500 to 800 ° C. for 2 to 5 hours, the carbonaceous material deposited on the activated carbon surface is considered to be a polycyclic aromatic hydrocarbon.

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。   The softening point of the pitch 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.

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。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。   As a specific method for producing the composite carbon material 1a, for example, activated carbon is heat-treated in an inert atmosphere containing a hydrocarbon gas volatilized from a carbonaceous material precursor, and the carbonaceous material is deposited in a gas phase. A method is mentioned. 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 and then heat-treated is also possible.

複合炭素材料1aにおける炭素質材料の活性炭に対する質量比率は、好ましくは10質量%以上100質量%以下、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、活性炭が有していたマイクロ孔を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少ない。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。そのため、リチウムイオンのドープ量を高めることができる結果から、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。   The mass ratio of the carbonaceous material to the activated carbon in the composite carbon material 1a 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 that the activated carbon has can be appropriately filled with the carbonaceous material, and the charge / discharge efficiency of lithium ions is improved. Less likely to be damaged. 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 maintained with a large specific surface area. Therefore, from the result that the doping amount of lithium ions can be increased, high output density and high durability can be maintained even if the negative electrode is thinned.

(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種以上を基材として用いた複合炭素材料である。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。
(Composite carbon material 2)
The composite carbon material 2 is a composite carbon material using, as a base material, one or more carbon materials having a BET specific surface area of 0.5 m 2 / g or more and 80 m 2 / g or less. 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.

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できるため、高い入出力特性を示すことができる。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。 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. If this BET specific surface area is 1 m 2 / g or more, a sufficient reaction field with lithium ions can be secured, and thus high input / output characteristics can be exhibited. If it is 50 m < 2 > / g or less, since the charging / discharging efficiency of lithium ion will improve and the decomposition reaction of the nonaqueous electrolyte solution during charging / discharging will be suppressed, high cycle durability can be shown.

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い。この平均粒子径は、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るため、高いサイクル耐久性を示すことができる。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。   The average particle size of the composite carbon material 2 is preferably 1 μm or more and 10 μm or less. The average particle diameter is more preferably 2 μm or more and 8 μm or less, and further preferably 3 μm or more and 6 μm or less. If the average particle diameter is 1 μm or more, the charge / discharge efficiency of lithium ions can be improved, and thus high cycle durability can be exhibited. If it is 10 micrometers or less, since the reaction area of the composite carbon material 2 and a non-aqueous electrolyte solution will increase, a high input / output characteristic can be shown.

複合炭素材料2における炭素質材料の基材に対する質量比率は、好ましくは1質量%以上30質量%以下、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、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。炭素質材料の質量比率が20質量%以下であれば、炭素質材料と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るため、高い入出力特性を示すことができる。リチウムイオンの充放電効率が向上できるため、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 base material in the composite carbon material 2 is preferably 1% by mass or more and 30% by mass or less, more preferably 1.2% by mass or more and 25% by mass or less, and further preferably 1.5% by mass or more. It is 20 mass% or less. If the mass ratio of the carbonaceous material is 1% or more by mass, the carbonaceous material can sufficiently increase the reaction site with lithium ions and facilitates the desolvation of lithium ions. be able to. 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 satisfactorily maintained, and thus high input / output characteristics can be exhibited. Since the charge / discharge efficiency of lithium ions can be improved, high cycle durability can be 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、好ましくは50mAh/g以上700mAh/g以下、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。   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 / g or less. Especially preferably, it is 100 mAh / g or more and 550 mAh / g or less.

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。従って、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。   Doping lithium ions lowers the negative electrode potential. Therefore, when the negative electrode including the composite carbon material 2 doped with lithium ions is combined with the positive electrode, the voltage of the nonaqueous lithium storage element increases and the utilization capacity of the positive electrode increases. Therefore, the capacity and energy density of the obtained non-aqueous lithium storage element are increased.

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。   If the doping amount is 50 mAh / g or more, a high energy density can be obtained because lithium ions are well doped into irreversible sites that cannot be desorbed once the lithium ions in the composite carbon material 2 are inserted. The larger the doping amount, the lower the negative electrode potential, and the input / output characteristics, energy density, and durability are improved.

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少ない。   If the doping amount is 700 mAh / g or less, there is little risk of side effects such as precipitation of lithium metal.

複合炭素材料2の好ましい例として、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。   As a preferred example of the composite carbon material 2, a composite carbon material 2a using a graphite material as a base material will be described.

複合炭素材料2a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、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るため、高いサイクル耐久性を示すことができる。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するため、高い入出力特性を示すことができる。   The average particle diameter 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. If the average particle diameter is 1 μm or more, the charge / discharge efficiency of lithium ions can be improved, and thus high cycle durability can be exhibited. If it is 10 micrometers or less, since the reaction area of the composite carbon material 2a and a non-aqueous electrolyte solution will increase, a high input / output characteristic can be shown.

複合炭素材料2aのBET比表面積は、好ましくは1m/g以上20m/g以下、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るため、高い入出力特性を示すことができる。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る。 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. If this BET specific surface area is 1 m 2 / g or more, a sufficient reaction field with lithium ions can be secured, and thus high input / output characteristics can be exhibited. If it is 20 m < 2 > / g or less, since the charging / discharging efficiency of lithium ion will improve and the decomposition reaction of the non-aqueous electrolyte solution during charging / discharging will be suppressed, high cycle durability can be shown.

基材として用いる黒鉛材料としては、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。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。   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.

複合炭素材料2aの原料として用いる炭素質材料前駆体は、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とが好ましい。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 carbonaceous material precursor used as a raw material of the composite carbon material 2a is preferably an organic material that can be combined with the graphite material by heat treatment and can be dissolved in a solid, liquid, or solvent. . 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における炭素質材料の黒鉛材料に対する質量比率は、好ましくは1質量%以上10質量%以下、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、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。炭素質材料の質量比率が20質量%以下であれば、炭素質材料と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るため、高い入出力特性を示すことができる。リチウムイオンの充放電効率が向上できるため、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 or more and 10% by mass or less, more preferably 1.2% by mass or more and 8% by mass or less, and further preferably 1.5% by mass or more. It is 6 mass% or less, Most preferably, it is 2 mass% or more and 5 mass% or less. If the mass ratio of the carbonaceous material is 1% by mass or more, the carbonaceous material can sufficiently increase the reaction sites with lithium ions, and the desolvation of lithium ions is facilitated, so that high input / output characteristics are exhibited. be able to. 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 satisfactorily maintained, so that high input / output characteristics can be exhibited. Since the charge / discharge efficiency of lithium ions can be improved, high cycle durability can be exhibited.

[負極活物質層の任意成分]
本実施形態における負極活物質層は、負極活物質の他に、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。
[Optional component of negative electrode active material layer]
In addition to the negative electrode active material, the negative electrode active material layer in the present embodiment may include optional components such as a conductive filler, a binder, and a dispersion stabilizer as necessary.

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質量部超30質量部以下、より好ましくは0質量部超20質量部以下、さらに好ましくは0質量部超15質量部以下である。   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 more than 0 parts by mass and less than 30 parts by mass, more preferably more than 0 parts by mass and less than 20 parts by mass, and even more preferably more than 0 parts by mass and more than 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material. Or less.

結着剤としては、特に制限されず、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。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。   The binder is not particularly limited. For example, PVdF (polyvinylidene fluoride), PTFE (polytetrafluoroethylene), polyimide, latex, styrene-butadiene copolymer, fluororubber, acrylic copolymer, or the like may be used. it can. 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. 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.

分散安定剤としては、特に制限されず、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。   The dispersion stabilizer is not particularly limited, and for example, PVP (polyvinyl pyrrolidone), PVA (polyvinyl alcohol), cellulose derivatives and the like 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]
本実施形態における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りにく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。
[Negative electrode current collector]
The material constituting the negative electrode current collector in the present embodiment is preferably a metal foil that has high electron conductivity and is unlikely to 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.

金属箔は凹凸や貫通孔を持たない金属箔でもよいし、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。   The metal foil may be a 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, etching foil A metal foil having through-holes such as the like may be used.

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。   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する。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。
[Manufacture of negative electrode]
The negative electrode has a negative electrode active material layer on one side or both sides of the negative electrode current collector. In a typical embodiment, the negative electrode active material layer is fixed to the negative electrode current collector.

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負極塗工液を調製し、この負極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。   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 negative electrode coating liquid, and this negative electrode coating liquid is applied to one or both surfaces on the 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.

負極塗工液の調整は、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。あるいは、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。負極塗工液の調整方法は、特に限定されず、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。良好な分散状態の負極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。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にくく、再凝集が生じるにくいため好ましい。   The negative electrode coating solution is prepared by dry blending part or all of various material powders including the negative electrode active material, and then water or an organic solvent, and / or a liquid in which a binder or a dispersion stabilizer is dissolved or dispersed therein. Or you may adjust by adding a slurry-like substance. Alternatively, 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. The method for adjusting the negative electrode coating liquid is not particularly limited, and a disperser such as a homodisper, a multiaxial disperser, a planetary mixer, a thin film swirl type high-speed mixer, or the like can be preferably used. In order to obtain a negatively dispersed negative electrode coating liquid, 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. If it is 50 m / s or less, various materials are not easily destroyed by heat and shearing force due to dispersion, and reaggregation is unlikely to occur.

負極塗工液の粘度(ηb)は、好ましくは1,000mPa・s以上20,000mPa・s以下、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。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。   The viscosity (ηb) of the negative electrode 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. 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 coating can be performed stably, and control to a desired coating thickness or less can be achieved.

負極塗工液のTI値(チクソトロピーインデックス値)は、好ましくは1.1以上、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 TI value (thixotropic index value) of the negative electrode 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.

負極塗膜の形成方法は特に制限されず、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。塗工速度は、好ましくは0.1m/分以上100m/分以下、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。100m/分以下であれば、塗工精度を十分に確保できる。   The method for forming the negative electrode coating film is not particularly limited, and a coating machine such as a die coater, a comma coater, a knife coater, or a gravure coating machine can be preferably used. The coating film may be formed by single layer coating or may be formed by multilayer coating. The coating speed is preferably 0.1 m / min to 100 m / min, more preferably 0.5 m / min to 70 m / min, and further preferably 1 m / min to 50 m / min. If the coating speed is 0.1 m / min or more, stable coating can be achieved. If it is 100 m / min or less, sufficient coating accuracy can be secured.

塗膜の乾燥方法は特に制限されず、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。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、好ましくは25℃以上200℃以下、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。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 method for drying the coating film is not particularly limited, and 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. A plurality of drying methods may be combined and dried. 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. 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.

負極のプレス方法は特に制限されず、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、好ましくは0.5kN/cm以上20kN/cm以下、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。20kN/cm以下であれば、負極に撓みやシワが生じることが少なく、所望の負極活物質層膜厚や嵩密度に調整できる。   The method for pressing the negative electrode is not particularly limited, and 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. If it is 20 kN / cm or less, the negative electrode is less likely to bend and wrinkle, and can be adjusted to the desired negative electrode active material layer thickness and bulk density.

当業者であれば、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。当業者であれば、プレス速度は負極に撓みやシワが生じにくい任意の速度に設定できる。   A person skilled in the art can set an arbitrary value according to the thickness of the negative electrode after drying so that the gap between the press rolls has the desired thickness and bulk density of the negative electrode active material layer. A person skilled in the art can set the press speed to an arbitrary speed at which the negative electrode is not easily bent or wrinkled.

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。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、結着剤にPVdF(ポリフッ化ビニリデン:融点150℃)を用いた場合、プレス部の表面温度は、好ましくは90℃以上200℃以下、より好ましく105℃以上180℃以下、さらに好ましくは120℃以上170℃以下である。結着剤にスチレン−ブタジエン共重合体(融点100℃)を用いた場合、プレス部の表面温度は、好ましくは40℃以上150℃以下、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℃以下である。   The surface temperature of the press part may be room temperature or 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. 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 still more preferably 20 ° C. or less. For example, when PVdF (polyvinylidene fluoride: melting point 150 ° C.) is used as the binder, the surface temperature of the press part is preferably 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. It is not lower than 170 ° C. When a styrene-butadiene copolymer (melting point: 100 ° C.) is used as the binder, the surface temperature of the press part is preferably 40 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, more preferably 55 ° C. or higher and 130 ° C. or lower, and still more preferably 70. It is at least 120 ° C.

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。   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.

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。   You may press several times, changing conditions of press pressure, a crevice, speed, and surface temperature of a press part.

負極活物質層の膜厚は、片面当たり、好ましくは5μm以上100μm以下であり、下限は、さらに好ましくは7μm以上、より好ましくは10μm以上であり、上限は、さらに好ましくは80μm以下、より好ましくは60μm以下である。負極活物質層の膜厚が片面当たり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しにくく塗工性に優れる。負極活物質層の膜厚が片面あたり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。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 film thickness of the negative electrode active material layer is preferably 5 μm or more and 100 μm or less per side, the lower limit is further preferably 7 μm or more, more preferably 10 μm or more, and the upper limit is further preferably 80 μm or less, more preferably. 60 μm or less. When the film thickness of the negative electrode active material layer is 5 μm or more per side, streaks or the like hardly occur when the negative electrode active material layer is applied, and the coating property is excellent. When the thickness of the negative electrode active material layer is 100 μm or less per side, a high energy density can be expressed by reducing the cell volume. The film thickness of the negative electrode active material layer in the case where the current collector has through holes or irregularities refers to the average value of the film thickness per one side of the portion of the current collector that does not have through holes or irregularities.

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。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. If it is 1.8 g / cm 3 or less, vacancies capable of sufficiently diffusing ions in the negative electrode active material layer can be secured.

〈正極活物質層及び負極活物質層中の化合物〉
[正極活物質層中の化合物]
本実施形態において、正極活物質層は、下記式(1)〜(3)からなる群から選択される少なくとも1種の化合物を、正極活物質層の単位質量当たり1.60×10−4mol/g〜300×10−4mol/g含有することが好ましい。
<Compound in positive electrode active material layer and negative electrode active material layer>
[Compound in positive electrode active material layer]
In this embodiment, the positive electrode active material layer contains at least one compound selected from the group consisting of the following formulas (1) to (3) at 1.60 × 10 −4 mol per unit mass of the positive electrode active material layer. / G to 300 × 10 −4 mol / g is preferable.

Figure 2018056435
{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、X、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 2018056435
{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 (here And n is 0 or 1.). }

Figure 2018056435
{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、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、X、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 2018056435
{In the formula (2), R 1 is an alkylene group, or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms having 1 to 4 carbon atoms, R 2 represents hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, carbon atoms 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 2018056435
{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、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、X、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 2018056435
{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 and 1 to 10 carbon atoms. An alkyl group, 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, X 1 and X 2 are each independently — (COO) n (where n is 0 or 1); }

式(1)の化合物として特に好ましい化合物は、LiOCOLi、LiOCOLi、LiOCOCOOLi、LiOCOOCOLi、LiOCOOCOCOOLi、及びLiOCOOCOCOOLiで表される化合物が挙げられる。 Particularly preferred compounds as the compound of formula (1) are 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. The compound which is made is mentioned.

式(2)の化合物として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、及びLiOCOOCOCOOCで表される化合物が挙げられる。 Particularly preferred compounds as the compound 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 , LiOC 2 H 4 OCOOC 2 H 5 , LiOC 3 H 6 OCOOC 2 H 5 , LiOCOOC 2 H 4 OCOOC 2 H 5 and a compound represented by LiOCOOC 3 H 6 OCOOC 2 H 5 All It is.

式(3)の化合物として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、及びCOCOOCOCOOCで表される化合物が挙げられる。 Particularly preferred compounds as the compound 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 , CH 3 OC 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 , and C 2 H 5 OCOOC 3 H 6 OCOOC And a compound represented by 2 H 5 .

正極活物質層における上記化合物の総量は、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。正極活物質層における上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少なく、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。 The total amount of the above compounds in the positive electrode active material layer is preferably 1.60 × 10 −4 mol / g or more, and 5.0 × 10 −4 mol / g or more per unit mass of the positive electrode active material. Is more preferable. When the total amount of the above compounds in the positive electrode active material layer is 1.60 × 10 −4 mol / g or more per unit mass of the positive electrode active material layer, the non-aqueous electrolyte solution is less likely to come into contact with the positive electrode active material, and non-aqueous electrolysis It is possible to suppress generation of gas due to oxidative decomposition of the liquid.

正極活物質層における上記化合物の総量は、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以下であることがより更に好ましい。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少なく、高い入出力特性を発現することができる。 The total amount of the compound in the positive electrode active material layer is 300 × 10 −4 mol / g or less, more preferably 150 × 10 −4 mol / g or less, and 100 × 10 4 per unit mass of the positive electrode active material. More preferably, it is -4 mol / g or less. When the total amount of the compound is 300 × 10 −4 mol / g or less per unit mass of the positive electrode active material, the diffusion of Li ions is hardly inhibited and high input / output characteristics can be exhibited.

[負極活物質層中の化合物]
本実施形態において、負極活物質層は、上記式(1)〜(3)からなる群から選択される少なくとも1種の化合物を、負極活物質層の単位質量当たり0.50×10−4mol/g〜120×10−4mol/g含有することが好ましい。式(1)〜(3)の化合物については上述したのでここでは記載を省略する。
[Compound in negative electrode active material layer]
In the present embodiment, the negative electrode active material layer contains at least one compound selected from the group consisting of the above formulas (1) to (3) at 0.50 × 10 −4 mol per unit mass of the negative electrode active material layer. / G to 120 × 10 −4 mol / g is preferable. Since the compounds of formulas (1) to (3) have been described above, the description thereof is omitted here.

負極活物質層における上記化合物の総量は、負極活物質層の単位質量当たり0.50×10−4mol/g以上であることが好ましく、1.0×10−4mol/g以上であることがより好ましい。負極活物質層における上記化合物の総量が負極活物質層の単位質量当たり0.50×10−4mol/g以上であれば、非水系電解液が負極活物質に接することが少なく、非水系電解液が還元分解してガスが発生することを抑制できる。 The total amount of the compounds in the negative electrode active material layer is preferably 0.50 × 10 −4 mol / g or more per unit mass of the negative electrode active material layer, and is 1.0 × 10 −4 mol / g or more. Is more preferable. When the total amount of the above compounds in the negative electrode active material layer is 0.50 × 10 −4 mol / g or more per unit mass of the negative electrode active material layer, the non-aqueous electrolyte solution is less likely to come into contact with the negative electrode active material, and non-aqueous electrolysis It is possible to suppress generation of gas due to reductive decomposition of the liquid.

負極活物質層における上記化合物の総量は、負極活物質層の単位質量当たり120×10−4mol/g以下であることが好ましく、100×10−4mol/g以下であることがより好ましく、80×10−4mol/g以下であることがより更に好ましい。負極活物質層における上記化合物の総量が負極活物質層の単位質量当たり120×10−4mol/g以下であれば、負極界面でのLiイオンの拡散を阻害することが少なく、高い入出力特性を発現することができる。 The total amount of the compound in the negative electrode active material layer is preferably 120 × 10 −4 mol / g or less per unit mass of the negative electrode active material layer, more preferably 100 × 10 −4 mol / g or less, More preferably, it is 80 × 10 −4 mol / g or less. When the total amount of the above compounds in the negative electrode active material layer is 120 × 10 −4 mol / g or less per unit mass of the negative electrode active material layer, the diffusion of Li ions at the negative electrode interface is hardly inhibited, and high input / output characteristics Can be expressed.

[正極活物質層における化合物と負極活物質層における化合物との量比(A/B)]
正極活物質層における上記化合物の、正極活物質層の単位質量当たりの含有量をAとし、正極活物質層における上記化合物の、負極活物質層の単位質量当たりの含有量をBとすると、その比A/Bは、好ましくは0.2以上20以下、より好ましくは0.8以上15以下、更に好ましくは1.2以上12以下である。A/Bが0.2以上であることで、非水電解液が正極界面で酸化分解してガスが発生することを抑制でき、負極界面でLiイオンの拡散を阻害することが少ない。A/Bが20以下であることで、非水電解液が負極界面で還元分解してガスが発生することを抑制でき、正極界面でLiイオンの拡散を阻害することが少ない。そのため、A/Bが0.2以上20以下であることによって、高い高温耐久性と、幅広い温度での高い入出力特性とを両立することができる。
[Quantity ratio of compound in positive electrode active material layer to compound in negative electrode active material layer (A / B)]
When the content per unit mass of the positive electrode active material layer of the compound in the positive electrode active material layer is A, and the content per unit mass of the negative electrode active material layer of the compound in the positive electrode active material layer is B, The ratio A / B is preferably 0.2 or more and 20 or less, more preferably 0.8 or more and 15 or less, and still more preferably 1.2 or more and 12 or less. When A / B is 0.2 or more, it is possible to suppress the nonaqueous electrolyte from oxidizing and decomposing at the positive electrode interface, and to inhibit the diffusion of Li ions at the negative electrode interface. When A / B is 20 or less, it is possible to suppress the non-aqueous electrolyte from reducing and decomposing at the negative electrode interface to generate gas, and the diffusion of Li ions at the positive electrode interface is hardly inhibited. Therefore, when A / B is 0.2 or more and 20 or less, it is possible to achieve both high temperature durability and high input / output characteristics over a wide range of temperatures.

[正極活物質層及び負極活物質層中の化合物の導入方法]
本実施形態において、上記式(1)〜(3)からなる群から選択される少なくとも1種の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、
正極活物質層に上記化合物を混合する方法、
正極活物質層に上記化合物を吸着させる方法、
正極活物質層に上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。
[Method for introducing compound in positive electrode active material layer and negative electrode active material layer]
In the present embodiment, as a method for containing at least one compound selected from the group consisting of the above formulas (1) to (3) in the positive electrode active material layer, for example,
A method of mixing the above compound in the positive electrode active material layer,
A method of adsorbing the compound to the positive electrode active material layer;
Examples thereof include a method of electrochemically depositing the above compound on the positive electrode active material layer.

中でも、非水系電解液中に、分解してこれらの上記化合物を生成し得る前駆体を含有させておき、非水系リチウムイオン蓄電素子を作製する際に前駆体を分解して、正極活物質層内に上記化合物を堆積させる方法が好ましい。   Among them, a precursor that can be decomposed to produce the above-mentioned compounds is contained in the non-aqueous electrolyte solution, and the precursor is decomposed when producing the non-aqueous lithium ion storage element, so that the positive electrode active material layer A method of depositing the above compound therein is preferred.

本実施形態において、上記式(1)〜(3)からなる群から選択される少なくとも1種の化合物を負極活物質層内に含有させるための方法としては、例えば、
負極活物質層に上記化合物を混合する方法、
負極活物質層に上記化合物を吸着させる方法、
負極活物質層に上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。
In this embodiment, as a method for containing in the negative electrode active material layer at least one compound selected from the group consisting of the above formulas (1) to (3), for example,
A method of mixing the above compound in the negative electrode active material layer,
A method of adsorbing the compound to the negative electrode active material layer;
Examples thereof include a method of electrochemically depositing the above compound on the negative electrode active material layer.

中でも、非水系電解液中に、分解してこれらの上記化合物を生成し得る前駆体を含有させておき、非水系リチウムイオン蓄電素子を作製する際に前駆体を分解して、負極活物質層内に上記化合物を堆積させる方法が好ましい。   Among them, a precursor that can be decomposed to produce the above-mentioned compounds is contained in the non-aqueous electrolyte solution, and the precursor is decomposed when the non-aqueous lithium ion storage element is produced. A method of depositing the above compound therein is preferred.

式(1)〜(3)の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およびフルオロエチレンカーボネート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 compounds of the formulas (1) to (3), it is preferable to use at least one organic solvent selected from ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate and fluoroethylene carbonate, More preferably, ethylene carbonate and propylene carbonate are used.

〈電解液〉
本実施形態において、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、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。
<Electrolyte>
In the present embodiment, the electrolytic solution is a non-aqueous electrolytic 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.

[リチウム塩]
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。
[Lithium salt]
The non-aqueous electrolyte includes lithium salts such as (LiN (SO 2 F) 2 ), LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiN (SO 2 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 or the like may 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.

非水系電解液中のリチウム塩濃度は、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。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。   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. 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 solution and the viscosity of the electrolyte solution from becoming too high, and the conductivity does not decrease. This is preferable because the output characteristics do not deteriorate.

非水系電解液は、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。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を低減することができ、かつ長期間経過後であっても電解液の粘度の増加を抑制することができる。 The non-aqueous electrolyte preferably contains LiN (SO 2 F) 2 at a concentration of 0.1 mol / L or more and 1.5 mol / L or less, more preferably 0.3 mol, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte. / 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. If this value is 1.5 mol / L or less, precipitation of the electrolyte salt can be reduced during charging and discharging, and an increase in the viscosity of the electrolytic solution can be suppressed even after a long period.

[非水溶媒]
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、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種が好ましい。
[Nonaqueous solvent]
The nonaqueous electrolytic solution 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. As the cyclic carbonate, for example, at least one selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, and fluoroethylene carbonate is preferable.

環状カーボネートの合計含有量は、非水系電解液の総質量を基準として、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。環状カーボネートの合計含有量が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。また、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。   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 mass of the nonaqueous electrolytic solution. If the total content of the cyclic carbonate is 15% by mass or more, a lithium salt having a desired concentration can be dissolved, and high lithium ion conductivity can be expressed. In addition, an appropriate amount of a 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、鎖状カーボネートを含有することも好ましい。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。   The nonaqueous electrolytic solution of the present embodiment preferably contains a chain carbonate as a nonaqueous 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.

鎖状カーボネートの合計含有量は、非水系電解液の総質量を基準として、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。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。鎖状カーボネートの含有量が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 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, based on the total mass of the nonaqueous electrolytic solution. It is as follows. When the content of the chain carbonate is 30% by mass or more, the viscosity of the electrolytic solution can be reduced, and high lithium ion conductivity can be expressed. When the content of the chain carbonate is 95% by mass or less, the electrolytic solution can further contain an additive described later.

[添加剤]
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、及び環状酸無水物からなる群から選択される少なくとも1種が挙げられる。これらの添加剤は1種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 nonaqueous electrolytic solution may further contain an additive. Although it does not restrict | limit especially as an additive, For example, it selects from the group which consists of a sultone compound, cyclic phosphazene, acyclic fluorine-containing ether, fluorine-containing cyclic carbonate, cyclic carbonate, cyclic carboxylic acid ester, and cyclic acid anhydride. There is at least one kind. These additives can be used individually by 1 type, and may mix and use 2 or more types.

(スルトン化合物)
スルトン化合物としては、例えば、下記一般式(5)〜(7)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、1種を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。
(Sultone compound)
Examples of the sultone compounds include sultone compounds represented by the following general formulas (5) to (7). These sultone compounds may be used alone or in combination of two or more.

Figure 2018056435
{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 2018056435
{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 2018056435
{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 2018056435
{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 2018056435
{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。}
Figure 2018056435
{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. }

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い。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い。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い。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る。これらスルトン化合物から選択される少なくとも1種を使用することが好ましい。   As a sultone compound represented by the general formula (5), 1,3-propane is used from the viewpoint of less adverse effects on resistance and the suppression of gas generation by suppressing decomposition of the non-aqueous electrolyte at high temperature. Sultone, 2,4-butane sultone, 1,4-butane sultone, 1,3-butane sultone, or 2,4-pentane sultone is preferred. As the sultone compound represented by the general formula (6), 1,3-propene sultone or 1,4-butene sultone is preferable. As the sultone compound represented by the general formula (7), 1,5,2,4-dioxadithiepan 2,2,4,4-tetraoxide is preferable. Other sultone compounds include methylene bis (benzene sulfonic acid), methylene bis (phenylmethane sulfonic acid), methylene bis (ethane sulfonic acid), methylene bis (2,4,6, trimethylbenzene sulfonic acid), and methylene bis (2-trifluoro). Methylbenzenesulfonic acid). It is preferable to use at least one selected from these sultone compounds.

本実施形態における非水系リチウム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、非水系電解液の総質量を基準として、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。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。非水系リチウム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 the present embodiment is preferably 0.5% by mass or more and 15% by mass or less based on the total mass 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. When 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, more preferably 3% from the viewpoint of achieving both high input / output characteristics and durability. The mass is 8% by mass or more.

(環状ホスファゼン)
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、及びフェノキシペンタフルオロシクロトリホスファゼンからなる群から選択される少なくとも1種が好ましい。
(Cyclic phosphazene)
As the cyclic phosphazene, for example, at least one selected from the group consisting of ethoxypentafluorocyclotriphosphazene, diethoxytetrafluorocyclotriphosphazene, and phenoxypentafluorocyclotriphosphazene is preferable.

非水系電解液中の環状ホスファゼンの含有率は、非水系電解液の総質量を基準として、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。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、1種を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。   The content of cyclic phosphazene in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.5% by mass or more and 20% by mass or less based on the total mass of the non-aqueous electrolyte. 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. When this value is 20% by mass or less, it is possible to suppress a decrease in the ionic conductivity of the electrolytic solution, and it is possible to maintain high input / output characteristics. 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. In addition, these cyclic phosphazenes may be used individually by 1 type, or may mix and use 2 or more types.

(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、HCFCFOCHCFCFH、CFCFHCFOCHCFCFH、HCFCFCHOCHCFCFH、及びCFCFHCFOCHCFCFHCF等が挙げられ、中でも、電気化学的安定性の観点から、HCFCFOCHCFCFHが好ましい。
(Non-cyclic fluorine-containing 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, and CF 3 CFHCF 2 OCH 2 CF 2 CFHCF 3 and the like. Among them, HCF 2 CF 2 OCH 2 CF 2 CF 2 H is preferable from the viewpoint of electrochemical stability.

非環状含フッ素エーテルの含有量は、非水系電解液の総質量を基準として、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。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。   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 mass 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. 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 becomes possible to express 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としては、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)からなる群から選択される少なくとも1種を使用することが好ましい。
(Fluorine-containing cyclic carbonate)
As the fluorine-containing cyclic carbonate, at least one selected from the group consisting of fluoroethylene carbonate (FEC) and difluoroethylene carbonate (dFEC) is preferably used from the viewpoint of compatibility with other non-aqueous solvents.

フッ素原子を含有する環状カーボネートの含有量は、非水系電解液の総質量を基準として、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。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、1種を単独で使用しても、2種以上を混合して使用してもよい。   The content of the cyclic carbonate containing a fluorine atom 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 mass 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. If the content of the cyclic carbonate containing a fluorine atom is 10% by mass or less, the solubility of the electrolyte salt can be maintained well, and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte can be maintained high. It is possible to develop input / output characteristics. In addition, the cyclic carbonate containing said fluorine atom may be used individually by 1 type, or may mix and use 2 or more types.

(環状炭酸エステル)
環状炭酸エステルとしては、ビニレンカーボネートが好ましい。
(Cyclic carbonate)
As the cyclic carbonate, vinylene carbonate is preferable.

環状炭酸エステルの含有量は、非水系電解液の総質量を基準として、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。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。   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 mass of the nonaqueous electrolytic 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. 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.

(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、及びイプシロンカプロラクトンからなる群から選択される少なくとも1種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。
(Cyclic carboxylic acid ester)
As the cyclic carboxylic acid ester, for example, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of gamma butyrolactone, gamma valerolactone, gamma caprolactone, and epsilon caprolactone. 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.

環状カルボン酸エステルの含有量は、非水系電解液の総質量を基準として、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。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。   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 mass 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. 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. Can be expressed. 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なる群から選択される少なくとも1種が好ましい。
(Cyclic acid anhydride)
The cyclic acid anhydride is preferably at least one selected from succinic anhydride, maleic anhydride, citraconic anhydride, and itaconic anhydride. Above all, at least one selected from the group consisting of succinic anhydride and maleic anhydride from the viewpoint that the production cost of the electrolytic solution is suppressed due to industrial availability, the solubility in the non-aqueous electrolytic solution, etc. Is preferred.

環状酸無水物の含有量は、非水系電解液の総質量を基準として、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。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。   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 mass 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. 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. It becomes possible to express. 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〉
一般に、セパレータは、正極電極体と負極電極体とが電気的に直接接触しないように絶縁すると共に、その内部の空隙に電解液を保持して電極間のリチウムイオンの伝導経路を形成する役割を担う。
<Separator>
In general, a separator plays a role of insulating a positive electrode body and a negative electrode body so that they are not in direct electrical contact, and holding an electrolytic solution in an internal space to form a lithium ion conduction path between the electrodes. Bear.

本実施形態では、セパレータは、多孔膜、及び上記多孔膜の少なくとも片面に形成された絶縁多孔層を含む。本実施形態では、セパレータに絶縁多孔層を設けることで、内部短絡時において、非水系リチウム型蓄電素子の温度上昇を抑え、ガス化、発煙、及び発火を抑制するとともに、多孔膜により低抵抗(すなわち、高出力密度)にすることが可能となる。   In the present embodiment, the separator includes a porous film and an insulating porous layer formed on at least one side of the porous film. In the present embodiment, by providing an insulating porous layer on the separator, it is possible to suppress a temperature rise of the non-aqueous lithium electricity storage element at the time of an internal short circuit, suppress gasification, smoke generation, and ignition, and reduce resistance ( That is, a high output density) can be achieved.

例えば、図1(a)に示すように、セパレータは、一実施形態において、多孔膜(1)、及び多孔膜(1)の片面に形成された絶縁多孔層(2)を含むことができる。   For example, as shown to Fig.1 (a), a separator can contain the insulating porous layer (2) formed in the single side | surface of the porous membrane (1) and the porous membrane (1) in one Embodiment.

あるいは、図1(b)に示すように、セパレータは、他の実施形態において、多孔膜(1)、及び多孔膜(1)の両面に形成された複数の絶縁多孔層(2)を含むことができる。   Alternatively, as shown in FIG. 1B, in another embodiment, the separator includes a porous membrane (1) and a plurality of insulating porous layers (2) formed on both surfaces of the porous membrane (1). Can do.

セパレータは、多孔膜の厚みに対する絶縁多孔層の厚みの割合が、20%〜125%である。多孔膜の厚みに対する絶縁多孔層の厚みの割合が20%以上であると、内部短絡時において非水系リチウム型蓄電素子の温度上昇を十分に抑制することができるため好ましく、125%以下であると、イオン拡散抵抗の大きな上昇を抑制することができ十分な出力特性を発現することができるため好ましい。   In the separator, the ratio of the thickness of the insulating porous layer to the thickness of the porous film is 20% to 125%. When the ratio of the thickness of the insulating porous layer to the thickness of the porous film is 20% or more, a temperature increase of the nonaqueous lithium storage element can be sufficiently suppressed at the time of an internal short circuit, and is preferably 125% or less. It is preferable because a large increase in ion diffusion resistance can be suppressed and sufficient output characteristics can be exhibited.

セパレータ全体の厚みは、8μm以上であってよく、65μm以下であってよい。   The total thickness of the separator may be 8 μm or more and 65 μm or less.

セパレータは、多孔膜及び絶縁多孔層を含む多層型であり、1層の多孔膜と、1層の絶縁多孔層とから構成される二層型セパレータであることがより好ましい。   The separator is a multilayer type including a porous film and an insulating porous layer, and is more preferably a two-layer separator composed of one porous film and one insulating porous layer.

以下、セパレータの構成要素である多孔膜及び絶縁多孔層について説明する。   Hereinafter, the porous film and the insulating porous layer, which are constituent elements of the separator, will be described.

[多孔膜]
多孔膜の材質については特に限定されず、ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)に代表されるポリオレフィンで形成されている多孔膜や、セルロースで形成されている多孔膜などがあげられる。非水系リチウム型蓄電素子が熱暴走を起こした場合に、良好なシャットダウン特性を示す観点から、特にポリオレフィンで形成されている多孔膜(以下、本願明細書において「ポリオレフィン製微多孔膜」ともいう。)が好ましい。
[Porous membrane]
The material of the porous film is not particularly limited, and examples thereof include a porous film formed of a polyolefin represented by polyethylene (PE) and polypropylene (PP), a porous film formed of cellulose, and the like. From the viewpoint of exhibiting good shutdown characteristics when a non-aqueous lithium-type energy storage device undergoes thermal runaway, in particular, a porous film formed of polyolefin (hereinafter also referred to as “polyolefin microporous film” in the present specification). ) Is preferred.

本実施形態では、多孔膜の厚みが5μm以上35μm以下であることが好ましい。多孔膜の厚みが5μm以上であると、非水系リチウム型蓄電素子の微短絡を抑制し、電解液を十分に含浸することができるため好ましく、35μm以下であると、イオン拡散抵抗の上昇を抑制でき非水系リチウム型蓄電素子の高い出力密度を発現することができるため好ましい。多孔膜の厚みは、20μm以下であることがより好ましい。   In the present embodiment, the thickness of the porous film is preferably 5 μm or more and 35 μm or less. When the thickness of the porous film is 5 μm or more, it is preferable because it can suppress a fine short circuit of the non-aqueous lithium storage element and can be sufficiently impregnated with the electrolytic solution. This is preferable because the high output density of the non-aqueous lithium storage element can be expressed. The thickness of the porous film is more preferably 20 μm or less.

本実施形態では、多孔膜の空孔率が45%〜75%であることが好ましい。空孔率が45%以上であれば、多孔膜をセパレータの一部として用いた場合に、ハイレート時のリチウムイオンの急速な移動に追従することができる観点から好ましい。空孔率が75%以下であれば、膜強度が向上する観点から好ましく、多孔膜をセパレータの一部として用いた場合に、自己放電を抑制することができる観点から好ましい。空孔率は、後述する実施例に記載の方法に準拠して測定される。   In the present embodiment, the porosity of the porous film is preferably 45% to 75%. A porosity of 45% or more is preferable from the viewpoint of being able to follow the rapid movement of lithium ions at a high rate when the porous film is used as a part of the separator. If the porosity is 75% or less, it is preferable from the viewpoint of improving the film strength, and it is preferable from the viewpoint of suppressing self-discharge when the porous film is used as a part of the separator. The porosity is measured according to the method described in the examples described later.

多孔膜の孔径は、好ましくは0.03μm〜0.1μmであり、かつ孔数は、好ましくは100〜250個/μmである。孔径が0.03μm以上であると、イオンが十分に拡散でき、0.1μm以下であると、膜表面のラフネスを小さくすることができるため、電極がセパレータに食い込むことによる短絡を防止することができる。孔数が100個/μm以上であると、イオンが拡散するのに十分な空隙を持つことができ、250個/μm以下であると、膜の強度を保つことができる。この孔径及び孔数は、後述する実施例に記載の方法に準じて測定される。 The pore diameter of the porous membrane is preferably 0.03 μm to 0.1 μm, and the number of pores is preferably 100 to 250 / μm 2 . If the pore diameter is 0.03 μm or more, ions can be sufficiently diffused, and if it is 0.1 μm or less, the roughness of the film surface can be reduced, so that a short circuit due to the electrode biting into the separator can be prevented. it can. When the number of pores is 100 / μm 2 or more, there can be sufficient voids for ions to diffuse, and when the number is 250 / μm 2 or less, the strength of the film can be maintained. The hole diameter and the number of holes are measured according to the method described in the examples described later.

本実施形態では、多孔膜としてポリオレフィン製微多孔膜を用いる場合、ポリオレフィンはポリエチレンを含むことが好ましい。ポリオレフィンは、1種のポリエチレンから構成されるものであってもよく、2種以上のポリオレフィンを含むポリオレフィン組成物であってもよい。   In the present embodiment, when a polyolefin microporous membrane is used as the porous membrane, the polyolefin preferably contains polyethylene. The polyolefin may be composed of one kind of polyethylene, or may be a polyolefin composition containing two or more kinds of polyolefin.

ポリオレフィンとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びポリ−4−メチル−1−ペンテンが挙げられ、これらは、1種を単独で用いてもよく、2種類以上をブレンドした混合物として用いてもよい。以下、ポリエチレンを「PE」、ポリプロピレンを「PP」と略記することがある。   Examples of the polyolefin include polyethylene, polypropylene, and poly-4-methyl-1-pentene. These may be used alone or in a mixture of two or more. Hereinafter, polyethylene may be abbreviated as “PE” and polypropylene may be abbreviated as “PP”.

ポリオレフィンの粘度平均分子量(Mv)は、好ましくは5万〜300万、より好ましくは15万〜200万である。粘度平均分子量が5万以上であることにより、高強度な微多孔膜を得られる傾向となり好ましく、300万以下であることにより、押出を容易にさせる効果が得られる傾向となり好ましい。   The viscosity average molecular weight (Mv) of polyolefin is preferably 50,000 to 3,000,000, more preferably 150,000 to 2,000,000. When the viscosity average molecular weight is 50,000 or more, a high-strength microporous film tends to be obtained, and when the viscosity average molecular weight is 3 million or less, an effect of facilitating extrusion can be obtained.

ポリオレフィンの融点は、好ましくは100℃〜165℃、より好ましくは110℃〜140℃である。融点が100℃以上であることにより高温環境下での機能が安定する傾向となり好ましく、165℃以下であることにより、高温時のメルトダウンの発生又はヒューズ効果が得られる傾向となり好ましい。融点は、示差走査熱量(DSC)測定における融解ピークの温度を意味する。ポリオレフィンが二種以上の混合物である場合、ポリオレフィンの融点は、その混合物のDSC測定において、融解ピーク面積の最も大きいピークの温度を意味する。   The melting point of the polyolefin is preferably 100 ° C to 165 ° C, more preferably 110 ° C to 140 ° C. When the melting point is 100 ° C. or higher, the function in a high temperature environment tends to be stable, and when the melting point is 165 ° C. or lower, a meltdown occurs at a high temperature or a fuse effect tends to be obtained. The melting point means the temperature of the melting peak in differential scanning calorimetry (DSC) measurement. When the polyolefin is a mixture of two or more, the melting point of the polyolefin means the temperature of the peak having the largest melting peak area in the DSC measurement of the mixture.

ポリオレフィンとしては、孔の閉塞を抑制しつつ、より高温で熱固定を行うことができるという点から、高密度ポリエチレンを用いることが好ましい。   As the polyolefin, it is preferable to use high-density polyethylene from the viewpoint that heat fixation can be performed at a higher temperature while suppressing clogging of the pores.

ポリオレフィン中に含まれる高密度ポリエチレンの割合は、ポリオレフィンの全質量を基準として、好ましくは5質量%以上であり、より好ましくは10質量%以上である。その割合が5質量%以上であることにより、更に、孔の閉塞を抑制しつつ、より高温で熱固定を行うことができる。ポリオレフィン中に含まれる高密度ポリエチレンの割合は、ポリオレフィンの全質量を基準として、好ましくは99質量%以下であり、より好ましくは95質量%以下である。高密度ポリエチレンの割合が50質量%以下であることにより、ポリエチレン製微多孔膜が、高密度ポリエチレンによる効果だけでなく、他のポリオレフィンによる効果をもバランス良く併せ持つことができる。   The ratio of the high density polyethylene contained in the polyolefin is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, based on the total mass of the polyolefin. When the ratio is 5% by mass or more, heat fixation can be performed at a higher temperature while further suppressing the blockage of the holes. The proportion of the high density polyethylene contained in the polyolefin is preferably 99% by mass or less, more preferably 95% by mass or less, based on the total mass of the polyolefin. When the ratio of the high density polyethylene is 50% by mass or less, the polyethylene microporous membrane can have not only the effect of the high density polyethylene but also the effect of other polyolefins in a well-balanced manner.

ポリオレフィンとしては、微多孔膜を非水系リチウム型蓄電素子のセパレータとして用いた場合のシャットダウン特性を向上させ、あるいは釘刺し試験の安全性を向上させる観点から、粘度平均分子量(Mv)が10万〜30万のポリエチレンを用いることが好ましい。   As the polyolefin, the viscosity average molecular weight (Mv) is 100,000 or more from the viewpoint of improving the shutdown characteristics when the microporous membrane is used as a separator of a non-aqueous lithium storage element or improving the safety of the nail penetration test. It is preferable to use 300,000 polyethylene.

ポリオレフィン中に含まれる、粘度平均分子量10万〜30万のポリエチレンの割合は、ポリオレフィンの全質量を基準として、好ましくは30質量%以上であり、より好ましくは45質量%以上である。粘度平均分子量10万〜30万のポリエチレンの割合が30質量%以上であることにより、シャットダウン特性が向上し、あるいは釘刺し試験の安全性が向上する傾向にあるため好ましい。ポリオレフィン中に含まれる、粘度平均分子量10万〜30万のポリエチレンの割合は、ポリオレフィンの全質量を基準として、好ましくは100質量%以下であり、より好ましくは95質量%以下である。   The ratio of polyethylene having a viscosity average molecular weight of 100,000 to 300,000 contained in the polyolefin is preferably 30% by mass or more, more preferably 45% by mass or more, based on the total mass of the polyolefin. When the ratio of polyethylene having a viscosity average molecular weight of 100,000 to 300,000 is 30% by mass or more, shutdown characteristics are improved, or safety of a nail penetration test tends to be improved, which is preferable. The ratio of the polyethylene having a viscosity average molecular weight of 100,000 to 300,000 contained in the polyolefin is preferably 100% by mass or less, more preferably 95% by mass or less, based on the total mass of the polyolefin.

ポリオレフィンとして、メルトダウン温度を制御する観点から、ポリプロピレンを添加して用いてもよい。   Polypropylene may be added and used as the polyolefin from the viewpoint of controlling the meltdown temperature.

ポリオレフィン中に含まれるポリプロピレンの割合は、ポリオレフィンの全質量を基準として、好ましくは5質量%以上であり、より好ましくは8質量%以上である。ポリプロピレンの割合が5質量%以上であれば、高温での耐破膜性が向上する観点から好ましい。ポリオレフィン中に含まれるポリプロピレンの割合は、好ましくは20質量%以下であり、より好ましくは18質量%以下である。ポリプロピレンの割合が20質量%以下であれば、微多孔膜が、ポリプロピレンによる効果だけでなく、他のポリオレフィンによる効果をもバランス良く併せ持つ微多孔膜を実現する観点から好ましい。   The proportion of polypropylene contained in the polyolefin is preferably 5% by mass or more, more preferably 8% by mass or more, based on the total mass of the polyolefin. If the proportion of polypropylene is 5% by mass or more, it is preferable from the viewpoint of improving the film resistance at high temperatures. The proportion of polypropylene contained in the polyolefin is preferably 20% by mass or less, more preferably 18% by mass or less. If the proportion of polypropylene is 20% by mass or less, the microporous membrane is preferable from the viewpoint of realizing a microporous membrane having not only the effect of polypropylene but also the effect of other polyolefins in a well-balanced manner.

[絶縁多孔層]
本願明細書において、絶縁多孔層は、電気絶縁性を有する多孔性層をいう。
絶縁多孔層は、多孔膜の少なくとも片面に形成されていればよい。
[Insulating porous layer]
In the present specification, the insulating porous layer refers to a porous layer having electrical insulation.
The insulating porous layer only needs to be formed on at least one surface of the porous film.

本実施形態では、絶縁多孔層は、絶縁粒子を含むことが好ましく、無機フィラー及び樹脂バインダーを含むことがより好ましい。   In the present embodiment, the insulating porous layer preferably includes insulating particles, and more preferably includes an inorganic filler and a resin binder.

本実施形態では、絶縁多孔層の厚みは3μm以上30μm以下であることが好ましい。絶縁多孔層の厚みが3μm以上であると、内部短絡時において、非水系リチウム型蓄電素子の温度上昇を抑え、ガス化、発煙、及び発火をより効果的に抑制することができるため好ましく、30μm以下であると、イオン拡散抵抗の上昇を抑制することができ、高い出力密度を発現することができるため好ましい。   In the present embodiment, the thickness of the insulating porous layer is preferably 3 μm or more and 30 μm or less. When the thickness of the insulating porous layer is 3 μm or more, it is preferable that the temperature rise of the nonaqueous lithium storage element can be suppressed during internal short circuit, and gasification, smoke generation, and ignition can be more effectively suppressed. The following is preferable because an increase in ion diffusion resistance can be suppressed and a high output density can be expressed.

多孔膜の厚み、及び絶縁多孔層の厚みの測定方法は特に限定されず、例えば、市販の微小測厚器による測定や、セパレータの断面を走査型電子顕微鏡(断面SEM)で観察する方法が挙げられる。   The method for measuring the thickness of the porous film and the thickness of the insulating porous layer is not particularly limited, and examples thereof include measurement by a commercially available microthickness meter and a method of observing the cross section of the separator with a scanning electron microscope (cross section SEM). It is done.

微小測厚器による測定の場合、環境温度は23±2℃で測定する。本実施形態では、多孔膜と絶縁多孔層とが積層されたセパレータを用いるため、それぞれの厚みを測定する方法としては、例えば、まずそれぞれの層を含むセパレータの総厚みを測定し、その後、絶縁多孔層を除去して多孔膜のみの厚みを測り、その差分から絶縁多孔層の厚みを求めることができる。例えば、一層の多孔膜との片面に絶縁多孔層が一層積層された二層構造のセパレータの場合、セパレータの総厚みをtall、多孔膜の厚みをt、絶縁多孔層の厚みをtとすると、t=tall−tで表される。セパレータが三層以上の多層膜である場合でも、一層ずつ除去してその都度厚みを測定することで、差分からそれぞれの層の厚みを測定することができる。 In the case of measurement using a microthickness meter, the ambient temperature is measured at 23 ± 2 ° C. In the present embodiment, since a separator in which a porous film and an insulating porous layer are laminated is used, as a method for measuring each thickness, for example, first, the total thickness of the separator including each layer is measured, and then insulation is performed. The thickness of only the porous film can be measured by removing the porous layer, and the thickness of the insulating porous layer can be determined from the difference. For example, in the case of a separator having a two-layer structure in which an insulating porous layer is laminated on one side with a single porous film, the total thickness of the separator is t all , the thickness of the porous film is t s , and the thickness of the insulating porous layer is t i. When, as represented by t i = t all -t s. Even when the separator is a multilayer film of three or more layers, the thickness of each layer can be measured from the difference by removing each layer and measuring the thickness each time.

多孔膜と絶縁多孔層とを剥離する方法としては、市販のセロハンテープを絶縁多孔層の面に貼り付け、セロハンテープの粘着層に絶縁多孔層を転写して剥離する方法が挙げられる。   As a method of peeling the porous film and the insulating porous layer, there is a method of attaching a commercially available cellophane tape to the surface of the insulating porous layer, transferring the insulating porous layer to the adhesive layer of the cellophane tape, and peeling it.

無機フィラーとしては、例えば、アルミナ(Al)、シリカ(SiO、珪素酸化物)、チタニア、ジルコニア、マグネシア、セリア、イットリア、酸化亜鉛及び酸化鉄などの酸化物系セラミックス;窒化ケイ素、窒化チタン及び窒化ホウ素等の窒化物系セラミックス;シリコンカーバイド、ベーマイト(AlOOH)、炭酸カルシウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、チタン酸カリウム、タルク、カオリンクレー(Al・nSiOなど)、カオリナイト、ハロイサイト、パイロフィライト、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アスベスト、ゼオライト、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ藻土、ケイ砂等のセラミックス;ガラス繊維が挙げられる。 Examples of the inorganic filler include oxide ceramics such as alumina (Al 2 O 3 ), silica (SiO 2 , silicon oxide), titania, zirconia, magnesia, ceria, yttria, zinc oxide and iron oxide; silicon nitride, Nitride ceramics such as titanium nitride and boron nitride; silicon carbide, boehmite (AlOOH), calcium carbonate, aluminum sulfate, aluminum hydroxide, potassium titanate, talc, kaolin clay (Al 2 O 3 .nSiO 2 etc.), Kaori Ceramics such as knight, halloysite, pyrophyllite, montmorillonite, sericite, mica, amicite, bentonite, asbestos, zeolite, calcium silicate, magnesium silicate, diatomaceous earth, and quartz sand; glass fiber.

無機フィラーの平均粒径は、0.1μmを超えて4.0μm以下であることが好ましく、0.2μmを超えて3.5μm以下であることがより好ましく、0.4μmを超えて3.0μm以下であることが更に好ましい。無機フィラーの平均粒径が0.1μmより大きいと、イオン拡散抵抗の上昇を抑制することができ、高い出力密度を発現し易いため好ましい。無機フィラーの平均粒径が4.0μm以下であれば、内部短絡時において、非水系リチウム型蓄電素子の温度上昇を抑え、ガス化、発煙、発火をより容易に抑制することができるため好ましい。このような粒径の割合を調整する方法としては、例えば、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル等を用いて無機フィラーを粉砕し、粒径を小さくする方法等を挙げることができる。   The average particle size of the inorganic filler is preferably more than 0.1 μm and not more than 4.0 μm, more preferably more than 0.2 μm and not more than 3.5 μm, more than 0.4 μm and 3.0 μm. More preferably, it is as follows. When the average particle size of the inorganic filler is larger than 0.1 μm, it is preferable because an increase in ion diffusion resistance can be suppressed and a high output density is easily expressed. If the average particle diameter of the inorganic filler is 4.0 μm or less, it is preferable because the temperature rise of the nonaqueous lithium storage element can be suppressed and gasification, smoke generation, and ignition can be more easily suppressed during an internal short circuit. Examples of the method for adjusting the ratio of the particle diameter include a method of pulverizing the inorganic filler using a ball mill, a bead mill, a jet mill or the like to reduce the particle diameter.

無機フィラーの同定方法は特に限定されず、例えば、粉末X線回折測定、走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型X線分光法(SEM−EDX)による元素マッピング、及びX線光電子分光法(XPS)などの方法があげられ、解析の精度を向上させるために、これら複数を組み合わせて同定することが好ましい。   The identification method of the inorganic filler is not particularly limited. For example, powder X-ray diffraction measurement, elemental mapping by scanning electron microscope-energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), etc. In order to improve the accuracy of analysis, it is preferable to identify a plurality of these in combination.

絶縁多孔層中に含まれる絶縁粒子の割合は、無機フィラーの結着性、多層多孔膜のイオン拡散抵抗、及び耐熱性等の観点から適宜決定することができ、好ましくは50質量%以上100質量%未満、より好ましくは70質量%以上99.99質量%以下、さらに好ましくは80質量%以上99.9質量%以下、特に好ましくは90質量%以上99質量%以下である。   The ratio of the insulating particles contained in the insulating porous layer can be appropriately determined from the viewpoints of the binding properties of the inorganic filler, the ion diffusion resistance of the multilayer porous film, the heat resistance, and the like, and preferably 50% by mass or more and 100% by mass. %, More preferably 70 mass% or more and 99.99 mass% or less, further preferably 80 mass% or more and 99.9 mass% or less, particularly preferably 90 mass% or more and 99 mass% or less.

樹脂バインダーとしては、無機フィラーを結着でき、リチウムイオン二次電池の電解液に対して不溶であり、かつリチウムイオン二次電池の使用範囲で電気化学的に安定であることが好ましい。   As the resin binder, it is preferable that an inorganic filler can be bound, it is insoluble in the electrolyte solution of the lithium ion secondary battery, and it is electrochemically stable within the use range of the lithium ion secondary battery.

このような樹脂バインダーとしては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリフッ化ビニリデンやポリテトラフルオロエチレンなどの含フッ素樹脂、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体やエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体などの含フッ素ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体およびその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体およびその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体およびその水素化物、メタクリル酸エステル−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体、エチレンプロピレンラバー、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニルなどのゴム類、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリエステルなどの融点および/またはガラス転移温度が180℃以上の樹脂が挙げられる。これらは1種を単独で、又は2種以上を併用することも可能である。   Examples of such resin binders include polyolefins such as polyethylene and polypropylene, fluorine-containing resins such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymers, and ethylene-tetrafluoro. Fluorine-containing rubber such as ethylene copolymer, styrene-butadiene copolymer and its hydride, acrylonitrile-butadiene copolymer and its hydride, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer and its hydride, methacrylate ester-acrylic Acid ester copolymer, styrene-acrylic acid ester copolymer, acrylonitrile-acrylic acid ester copolymer, ethylene propylene rubber, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, etc. Rubbers, polyphenylene ether, polysulfone, polyether sulfone, polyphenylene sulfide, polyetherimide, polyamideimide, polyamide, melting point and / or glass transition temperature of such polyesters are 180 ° C. or more resins. These can be used alone or in combination of two or more.

樹脂バインダーとしては、樹脂製ラテックスバインダーが好ましい。樹脂製ラテックスバインダーを用いた場合、無機フィラーとバインダーとを含む多孔層を多孔膜の少なくとも片面に積層した際、イオン透過性が低下し難く、高出力特性が得られ易い。また、異常発熱時の温度上昇が速い場合においても、円滑なシャットダウンを示し、高い安全性が得られ易い。樹脂製ラテックスバインダーを用いた場合、樹脂バインダーの一部又は全てを溶媒に溶解させた後に、多孔膜の少なくとも片面に積層し、貧溶媒への浸漬や乾燥による溶媒除去等により樹脂バインダーを結着させる場合に比べて、高出力特性が得られ易く、円滑なシャットダウン特性を示し易く、より安全性に優れる傾向がある。   As the resin binder, a resin latex binder is preferable. When a resin latex binder is used, when a porous layer containing an inorganic filler and a binder is laminated on at least one surface of the porous film, the ion permeability is unlikely to decrease and high output characteristics are easily obtained. In addition, even when the temperature rise during abnormal heat generation is fast, a smooth shutdown is shown and high safety is easily obtained. When a resin latex binder is used, after part or all of the resin binder is dissolved in a solvent, it is laminated on at least one side of the porous membrane, and the resin binder is bound by immersing in a poor solvent or removing the solvent by drying. Compared with the case of making it, it is easy to obtain a high output characteristic, and it is easy to show a smooth shutdown characteristic, and there exists a tendency which is more excellent in safety.

本実施形態における樹脂バインダーの平均粒径は、好ましくは50〜500nm、より好ましくは60〜460nm、更に好ましくは80〜250nmである。樹脂バインダーの平均粒径が50nm以上である場合、無機フィラーとバインダーとを含む多孔層を多孔膜の少なくとも片面に積層した際、イオン透過性が低下し難く高出力特性が得られ易い。また、異常発熱時の温度上昇が速い場合においても、円滑なシャットダウンを示し、高い安全性が得られ易い。樹脂バインダーの平均粒径が500nm以下である場合、良好な結着性を発現し、多層多孔膜とした場合に熱収縮が良好となり安全性に優れる傾向がある。   The average particle size of the resin binder in the present embodiment is preferably 50 to 500 nm, more preferably 60 to 460 nm, and still more preferably 80 to 250 nm. When the average particle diameter of the resin binder is 50 nm or more, when a porous layer containing an inorganic filler and a binder is laminated on at least one surface of the porous film, the ion permeability is hardly lowered and high output characteristics are easily obtained. In addition, even when the temperature rise during abnormal heat generation is fast, a smooth shutdown is shown and high safety is easily obtained. When the average particle size of the resin binder is 500 nm or less, good binding properties are expressed, and when a multilayer porous film is formed, heat shrinkage tends to be good and the safety tends to be excellent.

樹脂バインダーの平均粒径は、重合時間、重合温度、原料組成比、原料投入順序、pHなどを調整することで制御することが可能である。   The average particle size of the resin binder can be controlled by adjusting the polymerization time, polymerization temperature, raw material composition ratio, raw material charging order, pH and the like.

[セパレータの製造方法]
本実施形態におけるセパレータの製造方法を例示的に説明する。ただし、多孔膜及び前記多孔膜の少なくとも片面に形成された絶縁多孔層を含み、かつ前記多孔膜の厚みに対する前記絶縁多孔層の厚みの割合が20%〜125%であるセパレータを得ることができる限り、セパレータの製造方法は、ポリマーの種類、絶縁粒子の種類、溶媒の種類、押出方法、延伸方法、抽出方法、開孔方法、熱固定及び熱処理方法などに限定されることはない。
[Manufacturing method of separator]
The manufacturing method of the separator in this embodiment is illustrated exemplarily. However, it is possible to obtain a separator that includes a porous film and an insulating porous layer formed on at least one surface of the porous film, and the ratio of the thickness of the insulating porous layer to the thickness of the porous film is 20% to 125%. As long as the method for producing the separator is not limited to the type of polymer, the type of insulating particles, the type of solvent, the extrusion method, the stretching method, the extraction method, the opening method, the heat setting and the heat treatment method.

透過性及び膜強度の物性バランスを適度にコントロールする観点から、セパレータの製造方法は、ポリマーと可塑剤とを、あるいは、ポリマーと可塑剤とフィラーとを溶融混練し成形することと;これを延伸することと;可塑剤(及び必要に応じてフィラー)を抽出することと;熱固定することとを含むことが好ましい。   From the viewpoint of appropriately controlling the balance between physical properties of permeability and membrane strength, the separator is produced by melting and kneading a polymer and a plasticizer or by melting and kneading a polymer, a plasticizer and a filler; Preferably; extracting a plasticizer (and filler if necessary); and heat setting.

より具体的には、セパレータの製造方法は、例えば、下記(1)〜(4)の各操作を含むことができる。
(1)ポリオレフィンと、可塑剤と、必要に応じてフィラーとを混練して、混練物を得ること。
(2)得られた混練物を押し出し、単層の又は複数層が積層したシート状に成形して冷却固化させて、シート(以下、「シート状成形体」ともいう)を得ること。
(3)得られたシート(シート状成形体)から、必要に応じて可塑剤及び/又はフィラーを抽出し、更にシート(シート状成形体)を一軸以上の方向へ延伸して、延伸シートを得ること。
(4)得られた延伸シートから、必要に応じて可塑剤及び/又はフィラーを抽出し、更に熱処理を行い、ポリオレフィン製微多孔膜を得ること。
(5)得られたポリオレフィン製微多孔膜の少なくとも片面に、絶縁粒子と樹脂バインダーとを含む混合物を塗布して、セパレータを得ること。
More specifically, the separator manufacturing method can include, for example, the following operations (1) to (4).
(1) A polyolefin, a plasticizer, and a filler as necessary are kneaded to obtain a kneaded product.
(2) The obtained kneaded product is extruded, formed into a single-layered or multi-layered sheet shape, and cooled and solidified to obtain a sheet (hereinafter also referred to as “sheet-shaped formed body”).
(3) From the obtained sheet (sheet-like molded article), a plasticizer and / or filler is extracted as necessary, and the sheet (sheet-like molded article) is further stretched in a uniaxial direction or more to obtain a stretched sheet. To get.
(4) From the obtained stretched sheet, a plasticizer and / or filler is extracted as necessary, and further subjected to heat treatment to obtain a polyolefin microporous film.
(5) Applying a mixture containing insulating particles and a resin binder to at least one surface of the obtained polyolefin microporous membrane to obtain a separator.

(1)の操作で用いられるポリオレフィンとしては、上記で説明したポリオレフィンを使用することができる。ポリオレフィンは、1種のポリエチレンから構成されるものであってもよく、複数種のポリオレフィンを含むポリオレフィン組成物であってもよい。   As polyolefin used by operation of (1), polyolefin explained above can be used. The polyolefin may be composed of one kind of polyethylene, or may be a polyolefin composition containing a plurality of kinds of polyolefins.

(1)の操作で用いられる可塑剤としては、従来、ポリオレフィン製微多孔膜に用いられているものであってもよく、例えば、フタル酸ジオクチル(以下、「DOP」と略記することがある。)、フタル酸ジヘプチル、フタル酸ジブチルのようなフタル酸エステル;アジピン酸エステル及びグリセリン酸エステル等のフタル酸エステル以外の有機酸エステル;リン酸トリオクチル等のリン酸エステル;流動パラフィン;固形ワックス;及びミネラルオイルが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、ポリエチレンとの相溶性を考慮すると、流動パラフィンやフタル酸エステルが特に好ましい。   The plasticizer used in the operation (1) may be those conventionally used for polyolefin microporous membranes, and may be abbreviated as, for example, dioctyl phthalate (hereinafter “DOP”). ), Phthalic acid esters such as diheptyl phthalate and dibutyl phthalate; organic acid esters other than phthalic acid esters such as adipic acid ester and glyceric acid ester; phosphoric acid esters such as trioctyl phosphate; liquid paraffin; solid wax; Mineral oil is mentioned. These may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more type. Among these, liquid paraffin and phthalate are particularly preferable in consideration of compatibility with polyethylene.

(1)の操作では、ポリオレフィンと可塑剤とを混練して混練物を形成してもよく、ポリオレフィンと可塑剤とフィラーとを混練して混練物を形成してもよい。後者の場合に用いられるフィラーとしては、有機微粒子及び無機微粒子の少なくとも一方を用いることもできる。   In the operation (1), a polyolefin and a plasticizer may be kneaded to form a kneaded product, or a polyolefin, a plasticizer, and a filler may be kneaded to form a kneaded product. As the filler used in the latter case, at least one of organic fine particles and inorganic fine particles can be used.

有機微粒子としては、例えば、変性ポリスチレン微粒子及び変性アクリル酸樹脂粒子が挙げられる。   Examples of the organic fine particles include modified polystyrene fine particles and modified acrylic resin particles.

無機フィラーとしては、例えば、アルミナ(Al)、シリカ(SiO、珪素酸化物)、チタニア、ジルコニア、マグネシア、セリア、イットリア、酸化亜鉛及び酸化鉄などの酸化物系セラミックス;窒化ケイ素、窒化チタン及び窒化ホウ素等の窒化物系セラミックス;シリコンカーバイド、ベーマイト(AlOOH)、炭酸カルシウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、チタン酸カリウム、タルク、カオリンクレー(Al・nSiOなど)、カオリナイト、ハロイサイト、パイロフィライト、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アスベスト、ゼオライト、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ藻土、ケイ砂等のセラミックス;及びガラス繊維が挙げられる。 Examples of the inorganic filler include oxide ceramics such as alumina (Al 2 O 3 ), silica (SiO 2 , silicon oxide), titania, zirconia, magnesia, ceria, yttria, zinc oxide and iron oxide; silicon nitride, Nitride ceramics such as titanium nitride and boron nitride; silicon carbide, boehmite (AlOOH), calcium carbonate, aluminum sulfate, aluminum hydroxide, potassium titanate, talc, kaolin clay (Al 2 O 3 .nSiO 2 etc.), Kaori And ceramics such as knight, halloysite, pyrophyllite, montmorillonite, sericite, mica, amicite, bentonite, asbestos, zeolite, calcium silicate, magnesium silicate, diatomaceous earth, and quartz sand; and glass fiber.

(1)の操作におけるポリオレフィンと可塑剤と必要に応じて用いられるフィラーとのブレンド比は特に限定されない。ポリオレフィンの混練物中に含まれるフィラーの割合は、得られる微多孔膜の強度と製膜性との観点から、微多孔膜の全質量を基準として25〜50質量%が好ましい。可塑剤の混練物中に含まれるフィラーの割合は、押し出しに適した粘度を得る観点から、微多孔膜の全質量を基準として30〜60質量%が好ましい。混練物中に含まれるフィラーの割合は、得られる微多孔膜の孔径の均一性を向上させる観点から、微多孔膜の全質量を基準として10質量%以上が好ましく、製膜性の面から40質量%以下が好ましい。   The blend ratio of the polyolefin, the plasticizer and the filler used as necessary in the operation of (1) is not particularly limited. The proportion of the filler contained in the polyolefin kneaded material is preferably 25 to 50% by mass based on the total mass of the microporous membrane from the viewpoint of the strength and film forming property of the microporous membrane to be obtained. The proportion of the filler contained in the plasticizer kneaded material is preferably 30 to 60% by mass based on the total mass of the microporous membrane from the viewpoint of obtaining a viscosity suitable for extrusion. The proportion of the filler contained in the kneaded product is preferably 10% by mass or more based on the total mass of the microporous membrane from the viewpoint of improving the uniformity of the pore diameter of the obtained microporous membrane. The mass% or less is preferable.

混練物には、更に必要に応じて、ペンタエリスリチル−テトラキス−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]などのフェノール系、リン系、イオウ系等の酸化防止剤;ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛等の金属石鹸類;紫外線吸収剤;光安定剤;帯電防止剤;防曇剤;及び着色顔料等の各種添加剤を混合してもよい。   If necessary, the kneaded product may be phenol-based, phosphorus-based, sulfur-based or the like such as pentaerythrityl-tetrakis- [3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate]. Antioxidants; metal soaps such as calcium stearate and zinc stearate; ultraviolet absorbers; light stabilizers; antistatic agents; antifogging agents; and various additives such as color pigments may be mixed.

(1)の操作における混練方法は特に制限されず、従来用いられている混練方法であってもよい。例えば、混練する順番は、ポリオレフィン、可塑剤、及び必要に応じて用いられるフィラーのうちの一部を予め混合したものを、ヘンシェルミキサー、V−ブレンダー、プロシェアミキサー及びリボンブレンダー等の一般的な混合機を用いて予め混合してから、残りの原料と共に更に混練してもよいし、原料の全てを同時に混練してもよい。   The kneading method in the operation (1) is not particularly limited, and may be a conventionally used kneading method. For example, the kneading order is a general mixture such as a Henschel mixer, a V-blender, a pro-shear mixer, and a ribbon blender in which a polyolefin, a plasticizer, and a part of a filler used as necessary are mixed in advance. After mixing in advance using a mixer, the remaining raw materials may be further kneaded, or all of the raw materials may be kneaded simultaneously.

混練に用いる装置は特に制限されず、例えば、押出機、ニーダー等の溶融混練装置を用いて混練することができる。   The apparatus used for kneading is not particularly limited, and for example, kneading can be performed using a melt kneading apparatus such as an extruder or a kneader.

(2)の操作は、例えば、(1)で得られた混練物を、Tダイ等を介してシート状に押し出し、その押出物を熱伝導体に接触させて冷却固化させることを含む。熱伝導体としては、金属、水、空気、及び可塑剤自体を使用できる。押出物を一対のロール間で挟み込むことにより冷却固化させることは、得られるシート状成形体の膜強度を増加させる観点、及びシート状成形体の表面平滑性を向上させる観点から好ましい。   The operation of (2) includes, for example, extruding the kneaded product obtained in (1) into a sheet shape via a T die or the like, and bringing the extrudate into contact with a heat conductor to cool and solidify. As the heat conductor, metal, water, air, and the plasticizer itself can be used. Cooling and solidifying by sandwiching the extrudate between a pair of rolls is preferable from the viewpoint of increasing the film strength of the obtained sheet-like molded body and improving the surface smoothness of the sheet-like molded body.

(3)の操作は、(2)の操作を経て得られたシート(シート状成形体)を延伸して延伸シートを得ることを含む。延伸におけるシートの延伸方法としては、ロール延伸機によるMD一軸延伸、テンターによるTD一軸延伸、ロール延伸機とテンターとの組合せ、又はテンターとテンターとの組合せによる逐次二軸延伸、同時二軸テンター又はインフレーション成形による同時二軸延伸が挙げられる。より均一な膜を得るという観点から、シートの延伸方法は同時二軸延伸であることが好ましい。延伸の際のトータルの面倍率は、膜厚の均一性、並びに引張伸度、空孔率及び平均孔径のバランスの観点より、8倍以上が好ましく、15倍以上がより好ましく、30倍以上が更に好ましい。トータルの面倍率が30倍以上であると、高強度の微多孔膜が得られ易くなる。延伸温度は、高透過性と高温低収縮性とを付与する観点から、121℃以上が好ましく、膜強度の観点からは、135℃以下であることが好ましい。   The operation (3) includes stretching a sheet (sheet-like formed body) obtained through the operation (2) to obtain a stretched sheet. As the sheet stretching method in stretching, MD uniaxial stretching by a roll stretching machine, TD uniaxial stretching by a tenter, a combination of a roll stretching machine and a tenter, or a sequential biaxial stretching by a combination of a tenter and a tenter, a simultaneous biaxial tenter or An example is simultaneous biaxial stretching by inflation molding. From the viewpoint of obtaining a more uniform film, the sheet stretching method is preferably simultaneous biaxial stretching. The total surface magnification at the time of stretching is preferably 8 times or more, more preferably 15 times or more, and more preferably 30 times or more from the viewpoint of film thickness uniformity and balance of tensile elongation, porosity and average pore diameter. Further preferred. When the total surface magnification is 30 times or more, a high-strength microporous film is easily obtained. The stretching temperature is preferably 121 ° C. or higher from the viewpoint of imparting high permeability and high temperature and low shrinkage, and is preferably 135 ° C. or lower from the viewpoint of film strength.

(3)の操作における延伸、又は(4)の操作における熱処理に先立つ抽出は、抽出溶媒にシート又は延伸シートを浸漬すること、あるいは、抽出溶媒をシート又は延伸シートにシャワーすることにより行うことができる。抽出溶媒は、ポリオレフィンに対して貧溶媒であり、且つ可塑剤及びフィラーに対して良溶媒であると好ましく、沸点がポリオレフィンの融点よりも低いと好ましい。このような抽出溶媒としては、例えば、n−ヘキサン及びシクロヘキサン等の炭化水素類;塩化メチレン、1,1,1−トリクロロエタン及びフルオロカーボン等のハロゲン化炭化水素;エタノール及びイソプロパノール等のアルコール;アセトン及び2−ブタノン等のケトン類;並びにアルカリ水が挙げられる。抽出溶媒は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。   The extraction in the operation of (3) or the extraction prior to the heat treatment in the operation of (4) can be performed by immersing the sheet or the stretched sheet in the extraction solvent, or by showering the extraction solvent on the sheet or the stretched sheet. it can. The extraction solvent is preferably a poor solvent for polyolefin and a good solvent for plasticizer and filler, and preferably has a boiling point lower than the melting point of polyolefin. Examples of such extraction solvents include hydrocarbons such as n-hexane and cyclohexane; halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, 1,1,1-trichloroethane and fluorocarbon; alcohols such as ethanol and isopropanol; acetone and 2 -Ketones such as butanone; and alkaline water. An extraction solvent is used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

フィラーは、(1)〜(4)のいずれかの操作で全量又は一部を抽出してもよく、最終的に得られる微多孔膜に残存させてもよい。抽出の順序、方法及び回数は特に制限されない。   The filler may be extracted in whole or in part by any of the operations (1) to (4), or may be left in the finally obtained microporous membrane. The order, method and number of extraction are not particularly limited.

(4)の操作における熱処理の方法としては、延伸を経て得られた延伸シートに対して、テンター及び/又はロール延伸機を用いて、所定の温度で延伸及び/又は緩和操作を行う熱固定方法が挙げられる。緩和操作とは、膜のMD及び/又はTDへ、所定の緩和率で行う縮小操作のことである。緩和率とは、緩和操作後の膜のMD寸法を操作前の膜のMD寸法で除した値、あるいは、緩和操作後のTD寸法を操作前の膜のTD寸法で除した値、あるいは、MD及びTDの双方で緩和した場合は、MDの緩和率とTDの緩和率とを乗じた値のことである。上記所定の温度は、気孔率の制御又はイオン拡散抵抗の制御の観点より130℃以下であると好ましく、123℃以下であるとより好ましい。延伸性の観点から、上記所定の温度は115℃以上であると好ましい。熱収縮率及び透過性の観点より、後加工にて、延伸シートをTDへ1.5倍以上に延伸することが好ましく、TDへ1.8倍以上に延伸することがより好ましい。安全性の観点から、延伸シートをTDへ6.0倍以下に延伸することが好ましく、膜強度と透過性のバランスを維持する観点から、4.0倍以下がより好ましい。所定の緩和率は、熱収縮の抑制の観点から、0.9倍以下であると好ましく、しわ発生防止と気孔率及び透過性との観点より、0.6倍以上であると好ましい。緩和操作は、MD及びTDの両方向に行ってもよいが、MD及びTDのいずれか片方だけの緩和操作であってもよい。MD及びTDのいずれか片方だけの緩和操作であっても、その操作方向だけでなく、他方の方向にも、熱収縮率を低減することが可能である。   As a heat treatment method in the operation of (4), a heat setting method in which a stretched sheet obtained through stretching is stretched and / or relaxed at a predetermined temperature using a tenter and / or a roll stretching machine. Is mentioned. The relaxation operation is a reduction operation performed at a predetermined relaxation rate on the MD and / or TD of the film. The relaxation rate is a value obtained by dividing the MD dimension of the film after the relaxation operation by the MD dimension of the film before the operation, or a value obtained by dividing the TD dimension after the relaxation operation by the TD dimension of the film before the operation, or MD In the case of relaxation by both TD and TD, it is a value obtained by multiplying the relaxation rate of MD and the relaxation rate of TD. The predetermined temperature is preferably 130 ° C. or lower and more preferably 123 ° C. or lower from the viewpoint of controlling porosity or controlling ion diffusion resistance. From the viewpoint of stretchability, the predetermined temperature is preferably 115 ° C. or higher. From the viewpoints of heat shrinkage and permeability, it is preferable to stretch the stretched sheet to TD 1.5 times or more and more preferably 1.8 times or more to TD in post-processing. From the viewpoint of safety, it is preferable to stretch the stretched sheet to TD to 6.0 times or less, and from the viewpoint of maintaining the balance between film strength and permeability, 4.0 times or less is more preferable. The predetermined relaxation rate is preferably 0.9 times or less from the viewpoint of suppression of heat shrinkage, and is preferably 0.6 times or more from the viewpoint of preventing wrinkle generation, porosity, and permeability. The relaxation operation may be performed in both directions of MD and TD, but may be a relaxation operation of only one of MD and TD. Even if the relaxation operation is performed on only one of MD and TD, it is possible to reduce the thermal contraction rate not only in the operation direction but also in the other direction.

(5)の操作は、得られたポリオレフィン製微多孔膜の少なくとも片面に、絶縁粒子と樹脂バインダーとを含む塗布液を塗布、及び乾燥して多孔層を形成することを含むことができる。   The operation of (5) can include forming a porous layer by applying and drying a coating liquid containing insulating particles and a resin binder on at least one side of the obtained polyolefin microporous film.

塗布液の溶媒としては、絶縁粒子及び樹脂バインダーを均一かつ安定に分散または溶解できるものが好ましく、例えば、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、水、エタノール、トルエン、熱キシレン、塩化メチレン、及びヘキサン等が挙げられる。   As the solvent for the coating solution, those capable of uniformly and stably dispersing or dissolving the insulating particles and the resin binder are preferable. For example, N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, water, ethanol, Examples include toluene, hot xylene, methylene chloride, and hexane.

塗布液の濃度((絶縁粒子の質量+樹脂バインダーの質量)×100/塗布液の質量)は、10〜90%が好ましく、15〜80%がより好ましく、20〜70%がさらに好ましい。塗布液の濃度が90%以下であれば粘度を低くできるので、薄膜塗工が容易になる。塗布液の濃度が10%以上であれば乾燥時間が短く膜厚の調整を行い易い。   The concentration of the coating solution ((mass of insulating particles + mass of resin binder) × 100 / mass of coating solution) is preferably 10 to 90%, more preferably 15 to 80%, and still more preferably 20 to 70%. Since the viscosity can be lowered if the concentration of the coating solution is 90% or less, thin film coating is facilitated. If the concentration of the coating solution is 10% or more, the drying time is short and the film thickness can be easily adjusted.

分散安定化や塗工性の向上のために、界面活性剤等の分散剤;増粘剤;湿潤剤;消泡剤;酸、アルカリを含むPH調製剤等の各種添加剤を塗布液に加えてもよい。これらの添加剤は、溶媒除去の際に除去できるものが好ましいが、リチウムイオン二次電池又は非水系リチウム型蓄電素子の使用範囲において電気化学的に安定で、電池反応を阻害せず、かつ200℃程度まで安定ならば多孔層内に残存してもよい。   Various additives such as surfactants, thickeners, wetting agents, antifoaming agents, PH preparations containing acids and alkalis are added to the coating solution to stabilize dispersion and improve coating properties. May be. These additives are preferably those that can be removed when the solvent is removed. However, these additives are electrochemically stable in the range of use of the lithium ion secondary battery or the non-aqueous lithium storage element, do not inhibit the battery reaction, and 200 It may remain in the porous layer if it is stable up to about ° C.

絶縁粒子と樹脂バインダーとを、塗布液の溶媒に分散または溶解させる方法については、塗布に必要な塗布液の分散特性を実現できる方法であれば特に限定はない。例えば、ボールミル、ビーズミル、遊星ボールミル、振動ボールミル、サンドミル、コロイドミル、アトライター、ロールミル、高速インペラー分散、ディスパーザー、ホモジナイザー、高速衝撃ミル、超音波分散、及び撹拌羽根等による機械撹拌等が挙げられる。   The method for dispersing or dissolving the insulating particles and the resin binder in the solvent of the coating solution is not particularly limited as long as the dispersion property of the coating solution necessary for coating can be realized. Examples include ball mills, bead mills, planetary ball mills, vibrating ball mills, sand mills, colloid mills, attritors, roll mills, high-speed impeller dispersions, dispersers, homogenizers, high-speed impact mills, ultrasonic dispersion, and mechanical stirring with stirring blades. .

塗布液を多孔膜に塗布する方法については、必要とする層厚又は塗布面積を実現できる方法であれば特に限定はなく、例えば、グラビアコーター法、小径グラビアコーター法、リバースロールコーター法、トランスファロールコーター法、キスコーター法、ディップコーター法、ナイフコーター法、エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、スクイズコーター法、キャストコーター法、ダイコーター法、スクリーン印刷法、及びスプレー塗布法等が挙げられる。   The method for applying the coating solution to the porous film is not particularly limited as long as the required layer thickness or coating area can be realized. For example, a gravure coater method, a small diameter gravure coater method, a reverse roll coater method, a transfer roll Examples include coater method, kiss coater method, dip coater method, knife coater method, air doctor coater method, blade coater method, rod coater method, squeeze coater method, cast coater method, die coater method, screen printing method, and spray coating method. It is done.

塗布後に塗布膜から溶媒を除去する方法については、多孔膜に悪影響を及ぼさない方法であれば特に限定はない。例えば、多孔膜を固定しながらその融点以下の温度にて乾燥する方法、低温で減圧乾燥する方法等が挙げられる。   The method for removing the solvent from the coating film after coating is not particularly limited as long as it does not adversely affect the porous film. For example, a method of drying at a temperature below its melting point while fixing the porous membrane, a method of drying under reduced pressure at a low temperature and the like can be mentioned.

セパレータの製造方法は、上記(1)〜(5)の各操作に加えて、単層体を複数枚重ね合わせて積層体を得ることを含むことができる。セパレータの製造方法は、多孔膜及び絶縁多孔層に、電子線照射、プラズマ照射、界面活性剤塗布及び化学的改質などの表面処理を施すことを含んでもよい。   In addition to the operations (1) to (5) above, the method for producing a separator can include obtaining a laminate by superimposing a plurality of single layer bodies. The method for producing the separator may include subjecting the porous film and the insulating porous layer to surface treatment such as electron beam irradiation, plasma irradiation, surfactant coating, and chemical modification.

《非水系リチウム型蓄電素子の製造方法》
本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子は、例えば、電極積層体又は電極捲回体が、非水系電解液とともに外装体内に収納することで製造することができる。以下、非水系リチウム蓄電素子の例示的な製造方法を説明する。
<< Method for Manufacturing Nonaqueous Lithium Type Storage Element >>
The non-aqueous lithium storage element of this embodiment can be manufactured, for example, by housing an electrode laminate or an electrode winding body together with a non-aqueous electrolyte in an exterior body. Hereinafter, an exemplary manufacturing method of the non-aqueous lithium storage element will be described.

〈組立及び乾燥〉
セルの組み立てでは、典型的には、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電極積層体を得て、電極積層体に正極端子と負極端子を接続する。あるいは、正極前駆体と負極を、セパレータを介して積層及び捲回して電極捲回体を得て、電極捲回体に正極端子及び負極端子を接続する。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。
<Assembly and drying>
In cell assembly, typically, a positive electrode precursor and a negative electrode cut into a single-wafer shape are stacked via a separator to obtain an electrode stack, and the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are connected to the electrode stack. . Alternatively, the positive electrode precursor and the negative electrode are stacked and wound via a separator to obtain an electrode winding body, and the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are connected to the electrode winding body. The shape of the electrode winding body may be a cylindrical shape or a flat shape.

正極端子と負極端子の接続の方法は特に限定されず、抵抗溶接や超音波溶接などの方法で行うことができる。   The method for connecting the positive electrode terminal and the negative electrode terminal is not particularly limited, and can be 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構成される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。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。
[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. As the laminate packaging material, a film in which a metal foil and a resin film are laminated is preferable, and a three-layer structure composed of 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.

[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されず、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ことができる。
[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. The sealing method of the exterior body is not particularly limited, and when a laminate packaging material is used, a method such as heat sealing or impulse sealing can be 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。乾燥方法は限定されず、真空乾燥などにより乾燥することができる。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%以下であれば、自己放電特性やサイクル特性が低下しにくいため好ましい。
[Dry]
It is preferable to remove the residual solvent by drying the electrode laminate or the electrode winding body housed in the outer package. The drying method is not limited, and drying can be performed by vacuum drying or the like. 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 1.5% by mass or less, the self-discharge characteristics and the cycle characteristics are hardly deteriorated, which is preferable.

〈注液、含浸、封止〉
乾燥させ、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。注液後に、正極、負極、及びセパレータを非水系電解液で十分に含浸することが望ましい。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蓄電素子の抵抗が上昇したり、耐久性が低下したりする。含浸方法としては、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。
<Liquid injection, impregnation, sealing>
A non-aqueous electrolyte solution is injected into the electrode laminate or electrode winding body that is dried and accommodated in the exterior body. It is desirable that the positive electrode, the negative electrode, and the separator be sufficiently impregnated with a nonaqueous electrolytic solution after the injection. In a state in which the non-aqueous electrolyte is not immersed in at least a part of the positive electrode, the negative electrode, and the separator, since the doping proceeds non-uniformly in lithium doping described later, the resistance of the obtained non-aqueous lithium storage element increases. Or the durability is reduced. The impregnation method is not particularly limited. For example, the electrode laminate or electrode winding body after injection is placed in a decompression chamber with the exterior body opened, and the inside of the chamber is decompressed using a vacuum pump. And a method of returning to atmospheric pressure again can be used. After the impregnation, the electrode laminated body or the electrode winding body in the state in which the exterior body is opened is sealed by sealing while reducing the pressure.

〈リチウムドープ〉
リチウムドープの好ましい操作としては、正極前駆体と負極との間に電圧を印加して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をプレドープする。
<Lithium dope>
As a preferred operation of lithium doping, 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 to release lithium ions, The anode active material layer is pre-doped with riotium ions by reducing the ions.

リチウムドープにおいて、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;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。 In lithium doping, 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 in which a voltage is applied in a state where a part of the exterior body is opened; in 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 A method of applying a voltage;

〈エージング〉
リチウムドープ後に、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。エージングでは、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。
<aging>
It is preferable to age the electrode laminate or the electrode winding body after lithium doping. In aging, the solvent in the non-aqueous electrolyte is decomposed at the negative electrode, and a lithium ion permeable solid polymer film is formed on the negative electrode surface.

エージングの方法としては、特に制限されず、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。   The aging method is not particularly limited, and for example, a method of reacting a solvent in a nonaqueous electrolytic solution under a high temperature environment can be used.

〈ガス抜き〉
エージング後に、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蓄電素子の抵抗が上昇してしまう。
<gas releasing>
It is preferable to further degas after aging to 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.

ガス抜きの方法としては、特に制限されず、例えば、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。   The degassing method is not particularly limited. For example, a method in which an electrode laminate or an electrode winding body is installed in a decompression chamber with an exterior body opened, and the inside of the chamber is decompressed using a vacuum pump. Can be used.

《非水系リチウム型蓄電素子の特性評価》
〈セパレータの採取〉
セパレータは、完成した非水系リチウム型蓄電素子を嫌気下で解体し、採取したセパレータを洗浄し、乾燥させたサンプルを解析することで確認できる。以下に、セパレータの採取方法について例示する。
《Characteristic evaluation of non-aqueous lithium storage element》
<Collecting separator>
The separator can be confirmed by disassembling the completed non-aqueous lithium storage element under anaerobic condition, washing the collected separator, and analyzing the dried sample. Hereinafter, an example of a separator collecting method will be described.

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セパレータを取り出し、セパレータ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。セパレータの洗浄溶媒としては、セパレータ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、セパレータ質量の50〜100倍のジエチルカーボネート溶媒にセパレータを10分間以上浸漬させ、その後溶媒を取り替えて再度セパレータを浸漬させる。その後セパレータをジエチルカーボネートから取り出し、真空乾燥することが好ましい。真空乾燥の条件としては、例えば、温度:0〜200℃、圧力:0〜20kPa、時間:1〜40時間とすることができる。真空乾燥の際、セパレータの形状が変化しない程度の温度とすることが好ましい。   It is preferable to perform measurement after disassembling the non-aqueous lithium storage element in an argon box, taking out the separator, and washing the electrolyte adhering to the separator surface. As the cleaning solvent for the separator, it is only necessary to wash away the electrolyte adhering to the separator surface. Therefore, carbonate solvents such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate can be suitably used. As a cleaning method, for example, the separator is immersed in a diethyl carbonate solvent 50 to 100 times the mass of the separator for 10 minutes or more, and then the solvent is changed and the separator is immersed again. Thereafter, the separator is preferably taken out from diethyl carbonate and vacuum-dried. The conditions for vacuum drying can be, for example, temperature: 0 to 200 ° C., pressure: 0 to 20 kPa, and time: 1 to 40 hours. It is preferable to set the temperature at such a level that the shape of the separator does not change during vacuum drying.

上記で得られたセパレータを解析することにより、多孔膜の厚み、絶縁多孔層の厚み、絶縁多孔層の材料、多孔膜の孔径、孔数、空孔率を求めることができる。それらの方法については、後述する実施例において説明する。   By analyzing the separator obtained above, the thickness of the porous membrane, the thickness of the insulating porous layer, the material of the insulating porous layer, the pore diameter, the number of pores, and the porosity of the porous membrane can be obtained. These methods will be described in examples described later.

〈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。
<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.

〈電力量〉
本明細書中、電力量E(Wh)とは、以下の方法によって得られる値である。
先に述べた方法で算出された静電容量F(F)を用いて、F×(3.8−2.2)/2/3600により算出される値をいう。
<Electric energy>
In this specification, the electric energy E (Wh) is a value obtained by the following method.
A value calculated by F × (3.8 2 −2.2 2 ) / 2/3600 using the capacitance F (F) calculated by the method described above.

〈体積〉
非水系リチウム型蓄電素子の体積は、例えば、電極積層体又は電極捲回体のうち、正極活物質層及び負極活物質層が積重された領域が、外装体によって収納された部分の体積を指す。
<volume>
The volume of the non-aqueous lithium storage element is, for example, the volume of the portion of the electrode laminate or electrode winding body in which the region where the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer are stacked is accommodated by the outer package. Point to.

例えば、ラミネートフィルムによって収納された電極積層体又は電極捲回体の場合は、電極積層体又は電極捲回体のうち、正極活物質層および負極活物質層が存在する領域が、カップ成形されたラミネートフィルムの中に収納されるが、この非水系リチウム型蓄電素子の体積(V)は、このカップ成形部分の外寸長さ(l)、外寸幅(w)、及びラミネートフィルムを含めた非水系リチウム型蓄電素子の厚み(t)により、V=l×w×tで計算される。 For example, in the case of an electrode laminate or an electrode winding body accommodated by a laminate film, a region where the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer exist in the electrode laminate or the electrode winding body is cup-shaped. Although stored in the laminate film, the volume (V 1 ) of this non-aqueous lithium-type electricity storage element is the outer dimension length (l 1 ), outer dimension width (w 1 ), and laminate film of this cup-molded part. V 1 = l 1 × w 1 × t 1 is calculated according to the thickness (t 1 ) of the non-aqueous lithium storage element including

角型の金属缶に収納された電極積層体又は電極捲回体の場合は、非水系リチウム型蓄電素子の体積としては、単にその金属缶の外寸での体積を用いる。すなわち、この非水系リチウム型蓄電素子の体積(V)は、角型の金属缶の外寸長さ(l)と外寸幅(w)、外寸厚み(t)により、V=l×w×tで計算される。 In the case of an electrode laminate or an electrode winding body housed in a rectangular metal can, the volume of the outer dimension of the metal can is simply used as the volume of the non-aqueous lithium storage element. That is, the volume (V 2 ) of the non-aqueous lithium storage element is determined by the outer dimension length (l 2 ), outer dimension width (w 2 ), and outer dimension thickness (t 2 ) of the square metal can. Calculated with 2 = l 2 × w 2 × t 2 .

円筒型の金属缶に収納された電極捲回体の場合は、非水系リチウム型蓄電素子の体積としては、その金属缶の外寸での体積を用いる。すなわち、この非水系リチウム型蓄電素子の体積(V)は、円筒型の金属缶の底面または上面の外寸半径(r)、外寸長さ(l)により、V=3.14×r×r×lで計算される。 In the case of an electrode winding body housed in a cylindrical metal can, the volume of the outer dimension of the metal can is used as the volume of the non-aqueous lithium storage element. That is, the volume (V 3 ) of the non-aqueous lithium storage element is V 3 = 3.14 depending on the outer dimension radius (r) and outer dimension length (l 3 ) of the bottom or top surface of the cylindrical metal can. * R * r * l 3 is calculated.

〈エネルギー密度〉
本明細書中、エネルギー密度とは、電気量Eと体積V(i=1、2、3)を用いてE/V(Wh/L)の式により得られる値である。
<Energy density>
In the present specification, the energy density is a value obtained by an equation of E / V i (Wh / L) using an electric quantity E and a volume V i (i = 1, 2, 3).

〈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。
<Room temperature 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)).

〈常温充電内部抵抗〉
本明細書では、常温充電内部抵抗Rf(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2.2Vに到達するまで定電流放電し、続いて2.2Vの定電圧を印加する定電圧放電を合計で30分間行う。続いて、20Cの電流値で3.8Vまで定電流充電を行って、充電カーブ(時間−電圧)を得る。この充電カーブにおいて、充電時間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充電時間=0秒における電圧をEoとしたときに、降下電圧ΔE=Eo−2.2、及びRf=ΔE/(20C(電流値A))により算出される値である。
<Normal charging internal resistance>
In this specification, the room temperature charge internal resistance Rf (Ω) is a value obtained by the following method.
First, a constant current discharge is performed in a thermostat set to 25 ° C. with a cell corresponding to a non-aqueous lithium storage element until the voltage reaches 20 V at a current value of 20 C, and then a constant voltage of 2.2 V is applied. The constant voltage discharge is performed for a total of 30 minutes. Subsequently, constant current charging is performed up to 3.8 V with a current value of 20 C to obtain a charging curve (time-voltage). In this charging curve, when the voltage at charging time = 0 seconds obtained by extrapolating from the voltage values at the charging time of 2 seconds and 4 seconds by linear approximation is Eo, the drop voltage ΔE = Eo−2. 2 and Rf = ΔE / (20C (current value A)).

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)、初期の常温充電内部抵抗をRf(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
(b)Rf/Raが0.5以上1.5以下である;
を満たすものであることが好ましい。
When the initial room temperature discharge internal resistance is Ra (Ω), the initial room temperature charge internal resistance is Rf (Ω), and the capacitance is F (F), the non-aqueous lithium storage element of this embodiment is as follows. :
(A) The product Ra · F of Ra and F is 0.3 to 3.0; and (b) Rf / Ra is 0.5 to 1.5;
It is preferable that

(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2.4以下であり、更に好ましくは2.2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。   Regarding (a), Ra · F is preferably 3.0 or less, more preferably 2.4 or less, from the viewpoint of developing sufficient charge capacity and discharge capacity for a large current. Preferably it is 2.2 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 because it can sufficiently withstand a high load applied to the non-aqueous lithium storage element by combining a storage system using the non-aqueous lithium storage element and, for example, a high-efficiency engine.

(b)について、常温充電内部抵抗の常温放電内部抵抗に対する比Rf/Raは、0.5以上1.5以下であることが好ましく、より好ましくは0.7以上1.3以下であり、更に好ましくは0.8以上1.2以下であり、より更に好ましくは0.8以上1.1以下である。Rf/Raが上記の上限値以下であれば、蓄電素子を用いた蓄電システムと、例えば自動車などの高効率エンジンとを組み合わせる際に、蓄電素子によって、回生効率が高められ、燃費の向上につながる。   Regarding (b), the ratio Rf / Ra of the room temperature charge internal resistance to the room temperature discharge internal resistance is preferably 0.5 or more and 1.5 or less, more preferably 0.7 or more and 1.3 or less, Preferably they are 0.8 or more and 1.2 or less, More preferably, they are 0.8 or more and 1.1 or less. If Rf / Ra is equal to or less than the above upper limit value, when the power storage system using the power storage element is combined with a high-efficiency engine such as an automobile, the power storage element increases the regeneration efficiency and leads to an improvement in fuel consumption. .

〈高温保存試験〉
本願明細書において、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。
<High temperature storage test>
In this specification, the room temperature discharge internal resistance increase rate after the high temperature storage test is measured by the following method.

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、前述の充電操作にてセル電圧を4.0Vに充電した後、再びセルを60℃環境下で保存する。この操作を繰り返し行い、計2か月間保存する。   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 the cell voltage of 4.0 V by the above-described charging operation, and then stored again in the 60 ° C. environment. . Repeat this operation and store for a total of 2 months.

高温保存試験後のセルに対して、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Rb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Rb/Raにより算出される。   For a cell after a high temperature storage test, the resistance value obtained using the same measurement method as that for the room temperature discharge internal resistance is the room temperature discharge internal resistance Rb after the high temperature storage test. The rate of increase in room temperature discharge internal resistance after the high temperature storage test for the resistance Ra is calculated by Rb / Ra.

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)、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Rb(Ω)としたとき、Rb/Raが0.9以上3.0以下であることを満たすことが好ましい。   The non-aqueous lithium storage element of this embodiment has an initial room temperature discharge internal resistance of Ra (Ω) and a room temperature discharge internal resistance of Rb (Ω) after storage for 2 months at a cell voltage of 4 V and an environmental temperature of 60 ° C. It is preferable that Rb / Ra satisfies 0.9 or more and 3.0 or less.

Rb/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。   Rb / Ra is preferably 3.0 or less, more preferably 2 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. 0.0 or less, more preferably 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.

〈BET比表面積及び平均細孔径、メソ孔量、マイクロ孔量〉
本願明細書において、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。
<BET specific surface area and average pore diameter, mesopore volume, micropore volume>
In the present specification, 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.

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))。   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)).

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))。   The MP method uses a “t-plot method” (BC Lippens, JH de Boer, J. Catalysis, 4319 (1965)), and uses a micropore volume, a micropore area, and a micropore. Is a method for obtaining the distribution of M.M. It is a method devised by Mikhail, Brunauer, Bodor (RS Mikhal, S. Brunauer, EE Bodor, J. Colloid Interface Sci., 26, 45 (1968)).

〈粒子径〉
本願明細書において、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。
<Particle size>
In the specification of the present application, the average particle size is the particle size at which the cumulative curve becomes 50% when the cumulative curve is determined with the total volume being 100% when the particle size distribution is measured using a particle size distribution measuring device. That is, it refers to a 50% diameter (Median diameter)). This average particle diameter can be measured using a commercially available laser diffraction particle size distribution analyzer.

本願明細書において、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。   In the present specification, the primary particle size is 2,000 to 3,000 by using a fully automatic image processing apparatus and the like by photographing several fields of the powder with an electron microscope and using a fully automatic image processing device or the like. It can be obtained by a method of measuring the degree and making the arithmetic average of these values the primary particle diameter.

〈分散度〉
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。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。
<Dispersity>
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. Place the scraper's long side parallel to the gauge width direction and place the blade tip in contact with the deep tip of the groove of the grain gauge. The surface of the gauge is pulled at a uniform speed to the groove depth of 0 to 1 second for 1 to 2 seconds, and the light is applied at an angle of 20 ° to 30 ° within 3 seconds after the drawing is finished. Read the depth at which the grain appears in the groove of the grain gauge.

〈粘度及びTI値〉
本願明細書において、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。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よいし、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。
<Viscosity and TI value>
In the present specification, 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. 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 , it 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.

以下、実施例及び比較例により本発明の実施形態を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例及び比較例に限定されるものではない。   Hereinafter, although an embodiment of the present invention is described concretely with an example and a comparative example, the present invention is not limited to these examples and a comparative example.

〈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、2.31μmであった。
<Crushing of 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 carrying out brittle fracture was 2.31 μm.

〈正極活物質の調製〉
[活性炭1の調製]
破砕したヤシ殻炭化物を、小型炭化炉中、窒素雰囲気下、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上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。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。
<Preparation of positive electrode active material>
[Preparation of activated carbon 1]
The crushed palm shell carbide was carbonized in a small carbonization furnace in a nitrogen atmosphere 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, introduced into the activation furnace, and heated 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. After drying for 10 hours in an electric dryer maintained at 115 ° C., pulverization was performed for 1 hour with a ball mill to obtain activated carbon 1.

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。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(V)が0.52cc/g、マイクロ孔量(V)が0.88cc/g、V/V=0.59であった。 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). 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 2360 m 2 / g, the mesopore volume (V 1 ) was 0.52 cc / g, the micropore volume (V 2 ) was 0.88 cc / g, and V 1 / V 2 = 0.59. there were.

[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。
[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.

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(V)が1.50cc/g、マイクロ孔量(V)が2.28cc/g、V/V=0.66であった。 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 (V 1 ) was 1.50 cc / g, the micropore volume (V 2 ) was 2.28 cc / g, and V 1 / V 2 = 0.66. there were.

〈正極塗工液の調製〉
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を製造した。
<Preparation of positive electrode coating solution>
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 was produced by the following method.

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。   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.

〈正極前駆体の調製〉
得られた塗工液を、東レエンジニアリング社製のダイコーターを用いて厚み15μmのアルミニウム箔の片面又は両面に塗工速度1m/sの条件で塗工し、乾燥温度100℃で乾燥して正極前駆体を得た。得られた正極前駆体を、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℃の条件でプレスした。上記で得られた正極前駆体の正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、正極前駆体の任意の10か所で測定した厚さの平均値から、アルミニウム箔の厚さを引いて求めた。正極活物質層の膜厚は片面あたり約60μmになるようにした。
<Preparation of positive electrode precursor>
The obtained coating solution was applied to one or both sides of a 15 μm thick aluminum foil using a die coater manufactured by Toray Engineering Co., Ltd. under a coating speed of 1 m / s, and dried at a drying temperature of 100 ° C. A precursor was obtained. The obtained positive electrode precursor was pressed using a roll press machine under conditions of a pressure of 4 kN / cm and a surface temperature of the pressing part of 25 ° C. The average thickness of the positive electrode active material layer of the positive electrode precursor obtained above was measured at any 10 locations of the positive electrode precursor using a thickness gauge Linear Gauge Sensor GS-551 manufactured by Ono Keiki Co., Ltd. The value was obtained by subtracting the thickness of the aluminum foil from the value. The film thickness of the positive electrode active material layer was about 60 μm per side.

以下、活性炭1を用いた片面正極前駆体および両面正極前駆体を、それぞれ片面正極前駆体1および両面正極前駆体1(総称して「正極前駆体1」)という。活性炭2を用いた片面正極前駆体および両面正極前駆体を、それぞれ片面正極前駆体2および両面正極前駆体2(総称して「正極前駆体2」)という。   Hereinafter, the single-sided positive electrode precursor and the double-sided positive electrode precursor using activated carbon 1 are referred to as single-sided positive electrode precursor 1 and double-sided positive electrode precursor 1 (collectively, “positive electrode precursor 1”), respectively. The single-sided positive electrode precursor and the double-sided positive electrode precursor using activated carbon 2 are referred to as single-sided positive electrode precursor 2 and double-sided positive electrode precursor 2 (collectively, “positive electrode precursor 2”), respectively.

〈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)内に設置した。窒素雰囲気下、600℃まで8時間かけて昇温し、同温度で4時間保持することにより、両者を熱反応させ、複合炭素材料1aを得た。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。
<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. They were placed on a bat and both were placed in an electric furnace (effective size in furnace 300 mm × 300 mm × 300 mm). Under a nitrogen atmosphere, the temperature was raised to 600 ° C. over 8 hours, and kept at the same temperature for 4 hours, whereby both were subjected to a thermal reaction to obtain composite carbon material 1a. Then, after cooling to 60 degreeC by natural cooling, the composite carbon material 1a was taken out from the furnace.

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。 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%.

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。得られた塗工液を、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を、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。
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 obtained coating solution was coated on both sides of an electrolytic copper foil having a thickness of 10 μm 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. A negative electrode 1 was obtained. 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 pressing 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2〜3の調製例〉
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。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。その結果を表1に示す。
<Preparation example of negative electrodes 2-3>
The negative electrode active material was produced 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. The negative electrode was produced and evaluated in the same manner as in the preparation of the negative electrode 1 except that the negative electrode active material obtained above was used to adjust the coating liquid as shown in Table 1. The results are shown in Table 1.

Figure 2018056435
表1における原料はそれぞれ、以下のとおりである。
ヤシ殻活性炭:平均粒子径3.0μm、BET比表面積1,780m/g
カーボンナノ粒子:平均粒子径5.2μm、BET比表面積859m/g、一次粒子径20nm
人造黒鉛:平均粒子径4.8μm、BET比表面積3.1m/g
ピッチ:軟化点50℃の石炭系ピッチ
Figure 2018056435
The raw materials in Table 1 are as follows.
Coconut shell activated carbon: average particle size 3.0 μm, BET specific surface area 1,780 m 2 / g
Carbon nanoparticles: average particle size 5.2 μm, BET specific surface area 859 m 2 / g, primary particle size 20 nm
Artificial graphite: Average particle size 4.8 μm, BET specific surface area 3.1 m 2 / g
Pitch: Coal pitch with a softening point of 50 ° C

《実施例1》
〈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、得られる非水系電解液に対してLiN(SOF)及びLiPFの濃度比が75:25(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混合溶媒中に溶解して、非水系電解液を得た。
Example 1
<Preparation of electrolyte>
As an organic solvent, a mixed solvent of ethylene carbonate (EC): methyl ethyl carbonate (MEC) = 33: 67 (volume ratio) was used, and LiN (SO 2 F) 2 and LiPF 6 were used for the obtained non-aqueous electrolyte solution. Each electrolyte salt is dissolved in a mixed solvent so that the concentration ratio is 75:25 (molar ratio) and the sum of the concentrations of LiN (SO 2 F) 2 and LiPF 6 is 1.2 mol / L. A non-aqueous electrolyte solution was obtained.

得られた非水系電解液におけるLiN(SOF)及びLiPFの濃度は、それぞれ、0.9mol/L及び0.3mol/Lであった。 The concentrations of LiN (SO 2 F) 2 and LiPF 6 in the obtained nonaqueous electrolytic solution were 0.9 mol / L and 0.3 mol / L, respectively.

〈セパレータの作製〉
純ポリマーとしてMvが25万および70万のポリエチレンのホモポリマーをそれぞれ重量比で50:50の割合で準備した。上記純ポリマー99質量%に酸化防止剤としてペンタエリスリチル−テトラキス−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]を1.0質量%添加し、タンブラーブレンダーを用いてドライブレンドすることにより、ポリマー等混合物を得た。得られたポリマー等混合物を、系内を窒素置換した二軸押出機へ窒素雰囲気下でフィーダーにより供給した。可塑剤として流動パラフィンを押出機のシリンダーにプランジャーポンプにより注入した。二軸押出機により溶融混練し、押し出される全混合物中に占める流動パラフィンの割合が68質量%(すなわち、ポリマー等混合物(PC)の割合が32質量%)となるように、フィーダー及びポンプを調整した。溶融混練条件は、設定温度200℃、スクリュー回転数100rpm、吐出量12kg/時とした。
<Preparation of separator>
As a pure polymer, homopolymers of polyethylene having Mv of 250,000 and 700,000 were prepared in a weight ratio of 50:50, respectively. To 99% by mass of the pure polymer, 1.0% by mass of pentaerythrityl-tetrakis- [3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate] is added as an antioxidant, and a tumbler blender is used. By using and dry blending, a polymer mixture was obtained. The obtained mixture of polymers and the like was fed by a feeder under a nitrogen atmosphere to a twin-screw extruder in which the system was purged with nitrogen. Liquid paraffin as a plasticizer was injected into the cylinder of the extruder by a plunger pump. Feeder and pump are adjusted so that the ratio of liquid paraffin in the total mixture to be extruded is 68% by mass (that is, the ratio of mixture of polymers (PC) is 32% by mass). did. The melt kneading conditions were a set temperature of 200 ° C., a screw rotation speed of 100 rpm, and a discharge rate of 12 kg / hour.

得られた溶融混練物を、T−ダイを経て、表面温度40℃に制御された冷却ロール上に押し出してキャストすることにより、厚み1600μmのゲルシートを得た。   The obtained melt-kneaded product was extruded through a T-die onto a cooling roll controlled at a surface temperature of 40 ° C. and cast to obtain a gel sheet having a thickness of 1600 μm.

得られたゲルシートを同時二軸テンター延伸機に導き、二軸延伸を行い延伸シートを得た。設定延伸条件は、MDの延伸倍率7.0倍、TDの延伸倍率6.1倍、設定温度121℃であった。   The obtained gel sheet was guided to a simultaneous biaxial tenter stretching machine and biaxially stretched to obtain a stretched sheet. The set stretching conditions were an MD draw ratio of 7.0 times, a TD draw ratio of 6.1 times, and a set temperature of 121 ° C.

得られた延伸シートをメチルエチルケトン槽に導き、メチルエチルケトン中に充分に浸漬して、延伸シートから流動パラフィンを抽出除去し、その後、メチルエチルケトンを乾燥除去した。   The obtained stretched sheet was introduced into a methyl ethyl ketone bath and sufficiently immersed in methyl ethyl ketone to extract and remove liquid paraffin from the stretched sheet, and then methyl ethyl ketone was removed by drying.

メチルエチルケトンを乾燥除去した延伸シートをTDテンターに導き、熱固定を行い、多孔膜を得た。熱固定温度を121℃、TD最大倍率を2.0倍、緩和率を0.90倍とした。   The stretched sheet from which methyl ethyl ketone had been removed by drying was guided to a TD tenter and heat-set to obtain a porous film. The heat setting temperature was 121 ° C., the TD maximum magnification was 2.0 times, and the relaxation rate was 0.90 times.

平均粒径(Dp50)が1.0μmになるようにビーズミルにて粒度調整したアルミナ96.0質量部、樹脂バインダーとしてアクリルラテックス(固形分濃度40%、平均粒径145nm)4.0質量部、及びポリカルボン酸アンモニウム水溶液(サンノプコ社製SNディスパーサント5468)1.0質量部を、100質量部の水に均一に分散させることにより、絶縁アルミナ粒子を分散した塗工液を得た。得られた絶縁アルミナ粒子を分散した塗工液を、マイクログラビアコーターを用いて、得られた多孔膜の片面に塗布し、60℃で乾燥することで多孔膜上に厚み5μmの絶縁多孔層を形成した。   96.0 parts by mass of alumina whose particle size was adjusted with a bead mill so that the average particle size (Dp50) was 1.0 μm, 4.0 parts by mass of acrylic latex (solid content concentration 40%, average particle size 145 nm) as a resin binder, Further, 1.0 part by mass of an aqueous solution of ammonium polycarboxylate (SN Dispersant 5468 manufactured by San Nopco) was uniformly dispersed in 100 parts by mass of water to obtain a coating liquid in which insulating alumina particles were dispersed. The obtained coating liquid in which the insulating alumina particles are dispersed is applied to one side of the obtained porous film using a micro gravure coater, and dried at 60 ° C. to form an insulating porous layer having a thickness of 5 μm on the porous film. Formed.

〈非水系リチウム型蓄電素子の調製〉
[組立]
得られた両面負極1、両面正極前駆体1、及び片面正極前駆体1を10cm×10cm(100cm)にカットした。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、微多孔膜セパレータ1を挟んで積層した。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構成され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]
The obtained double-sided negative electrode 1, double-sided positive electrode precursor 1, and single-sided positive electrode precursor 1 were cut into 10 cm × 10 cm (100 cm 2 ). 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, with a microporous membrane separator 1 between the negative electrode and the positive electrode precursor. Laminated and sandwiched. A negative electrode terminal and a 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., and the electrode terminal part and the outer part of the bottom part are sealed at a temperature of 180 ° C. and a sealing time. Heat sealing was performed under the conditions of 20 sec and a sealing pressure of 1.0 MPa.

[注液、含浸、封止]
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上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。常圧から−87kPaまで減圧した後、大気圧に戻す操作を4回繰り返した後、15分間静置した。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、大気圧に戻す操作を合計7回繰り返した(常圧から、それぞれ、−95、−96、−97、−81、−97、−97、−97kPaまで減圧した)。以上の手順により、非水系電解液を電極積層体に含浸させた。
[Liquid injection, impregnation, sealing]
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. After depressurizing from normal pressure to -87 kPa and then returning to atmospheric pressure four times, the mixture was allowed to stand for 15 minutes. After reducing the pressure from normal pressure to -91 kPa, the pressure was returned to atmospheric pressure. Similarly, the operation of reducing the pressure and returning to the atmospheric pressure was repeated seven times in total (reduced pressure from normal pressure to -95, -96, -97, -81, -97, -97, and -97 kPa, respectively). The electrode laminate was impregnated with the non-aqueous electrolyte by the above procedure.

非水系電解液を含浸させた電極積層体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て、非水系リチウム型蓄電素子を得た。   The electrode laminate impregnated with the non-aqueous electrolyte solution is put into a vacuum sealing machine and sealed at 180 ° C. for 10 seconds at a pressure of 0.1 MPa, and the aluminum laminate packaging material is sealed. Thus, a non-aqueous lithium storage element was obtained.

[リチウムドープ]
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。
[Lithium dope]
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.

[エージング]
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定電圧放電を1時間行うことにより電圧を3.0Vに調整した。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。
[aging]
The non-aqueous lithium-type storage element after lithium doping was subjected to a constant current discharge at 1.0 A under a 25 ° C. environment until reaching a voltage of 3.0 V, and then a 3.0 V constant voltage discharge was performed for 1 hour. Adjusted to 3.0V. The non-aqueous lithium storage element was stored in a constant temperature bath at 60 ° C. for 60 hours.

[ガス抜き]
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。減圧チャンバーの中に上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操作を合計3回繰り返した。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。
[gas releasing]
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. The non-aqueous lithium storage element is placed in a decompression chamber, and the pressure is reduced from atmospheric pressure to −80 kPa over 3 minutes using a diaphragm pump (N816.3KT.45.18) manufactured by KNF. The operation of returning to atmospheric pressure was repeated 3 times in total. The non-aqueous lithium storage element was placed in a vacuum sealer and the pressure was reduced to −90 kPa, and then sealed at 200 ° C. for 10 seconds at a pressure of 0.1 MPa to seal the aluminum laminate packaging material.

以上の手順により、非水系リチウム型蓄電素子を完成させた。   The non-aqueous lithium storage element was completed by the above procedure.

〈非水系リチウム型蓄電素子の測定評価〉
[セパレータの採取]
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セパレータを取り出した。セパレータ重量の100倍のメチルエチルカーボネート(MEC)中に、採取したセパレータを10分間以上浸漬させ、その後MECを取り替えて再度セパレータを浸漬させた。その後セパレータをMECから取り出し、サイドボックスで室温、圧力10kPa、2時間の条件で真空乾燥した。
<Measurement evaluation of non-aqueous lithium storage element>
[Collecting separator]
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 separator is taken out. It was. The collected separator was immersed for 10 minutes or more in methyl ethyl carbonate (MEC) 100 times the weight of the separator, and then the MEC was replaced and the separator was immersed again. Thereafter, the separator was taken out from the MEC and vacuum-dried in a side box under the conditions of room temperature, pressure of 10 kPa, and 2 hours.

(1)膜厚t(μm)
東洋精機製の微小測厚器であるKBM(商標)を用いて、23±2℃の雰囲気温度にて膜厚tを測定した。まず、採取したセパレータの総厚みを9箇所測定し、その平均値をtallとした。絶縁性多孔層の面にセロハンテープの粘着層を接着し、はがすことで絶縁性多孔層を剥離し、単膜となった多孔膜の厚みを9箇所測定し、その平均値をtとした。絶縁性多孔層の厚みtは、tall−tで算出した。その結果、tは16.1μmであり、tは5.1μmであり、多孔膜の厚みに対する絶縁性多孔層の厚みの割合であるt/tは31.7%であった。
(1) Film thickness t (μm)
The film thickness t was measured at an ambient temperature of 23 ± 2 ° C. using KBM (trademark), which is a micro thickness gauge manufactured by Toyo Seiki. First, the total thickness of the collected separator was measured at nine locations, and the average value was taken as t all . Bonding the adhesive layer of the cellophane tape on the surface of the insulating porous layer, peeling off the insulating porous layer by peeling, the thickness of the porous film was a single film was measured 9 points, and the average value t s . The thickness t i of insulating porous layer was calculated by t all -t s. As a result, t s is 16.1μm, t i is 5.1μm, t i / t s to the thickness of the porous membrane is the ratio of the thickness of the insulating porous layer was 31.7%.

(2)空孔率D(%)
(1)と同様に絶縁性多孔層をセロハンテープにより剥離し、単層の多孔膜としたサンプルについて、10cm×10cm角の試料を切り取り、その体積(cm)と質量(g)とを求め、それらと膜密度(g/cm)とから、下記式を用いて、空孔率を計算した。
空孔率=(体積−質量/膜密度)/体積×100
なお、膜密度はポリエチレンを0.95、ポリプロピレンを0.91として、組成の分率から計算した。種々の膜密度として、JIS K−7112の密度勾配管法によって求めた密度を用いることもできる。空隙率Dを求めたところ、上記セパレータの空隙率は65%であった。
(2) Porosity D (%)
As in (1), the insulating porous layer is peeled off with a cellophane tape, and a sample of 10 cm × 10 cm square is cut out from the sample made into a single layer porous film, and its volume (cm 3 ) and mass (g) are obtained. From these and the film density (g / cm 3 ), the porosity was calculated using the following formula.
Porosity = (volume−mass / membrane density) / volume × 100
The film density was calculated from the fraction of the composition, with 0.95 for polyethylene and 0.91 for polypropylene. The density obtained by the density gradient tube method of JIS K-7112 can also be used as various film densities. When the porosity D was determined, the porosity of the separator was 65%.

(3)微多孔膜の孔径d(μm)、孔数B(個/μm
(1)と同様に絶縁性多孔層をセロハンテープにより剥離し、単層の多孔膜とし他サンプルについて、測定を行った。
(3) Pore diameter d (μm) and pore number B (pieces / μm 2 ) of the microporous membrane
In the same manner as in (1), the insulating porous layer was peeled off with a cellophane tape to obtain a single-layer porous film, and the other samples were measured.

キャピラリー内部の流体は、流体の平均自由工程がキャピラリーの孔径より大きいときはクヌーセンの流れに、小さい時はポアズイユの流れに従うことが知られている。そこで、微多孔膜の透気度測定における空気の流れがクヌーセンの流れに、また多孔膜の透水度測定における水の流れがポアズイユの流れに従うと仮定する。   It is known that the fluid inside the capillary follows the Knudsen flow when the mean free path of the fluid is larger than the pore size of the capillary, and the Poiseuille flow when it is small. Therefore, it is assumed that the air flow in the measurement of the permeability of the microporous membrane follows the Knudsen flow, and the water flow in the measurement of the permeability of the porous membrane follows the Poiseuille flow.

この場合、多孔膜の孔径d(μm)と曲路率τ(無次元)は、空気の透過速度定数Rgas(m/(m・sec・Pa))、水の透過速度定数Rliq(m/(m・sec・Pa))、空気の分子速度ν(m/sec)、水の粘度η(Pa・sec)、標準圧力P(=101325Pa)、気孔率ε(%)、膜厚L(μm)から、次式を用いて求めることができる。
d=2ν×(Rliq/Rgas)×(16η/3P)×10
τ=(d×(ε/100)×ν/(3L×P×Rgas))1/2
In this case, the pore diameter d (μm) and the curvature τ a (dimensionless) of the porous membrane are the air permeation rate constant R gas (m 3 / (m 2 · sec · Pa)), the water permeation rate constant R liq (m 3 / (m 2 · sec · Pa)), air molecular velocity ν (m / sec), water viscosity η (Pa · sec), standard pressure P s (= 101325 Pa), porosity ε (% ) And the film thickness L (μm) can be obtained using the following equation.
d = 2ν × (R liq / R gas ) × (16η / 3P s ) × 10 6
τ a = (d × (ε / 100) × ν / (3L × P s × R gas )) 1/2

ここで、Rgasは透気度(sec)から次式を用いて求められる。
gas=0.0001/(透気度×(6.424×10−4)×(0.01276×101325))
Here, R gas is obtained from the air permeability (sec) using the following equation.
R gas = 0.0001 / (air permeability × (6.424 × 10 −4 ) × (0.01276 × 101325))

また、Rliqは透水度(cm/(cm・sec・Pa))から次式を用いて求められる。
liq=透水度/100
R liq is obtained from the water permeability (cm 3 / (cm 2 · sec · Pa)) using the following equation.
R liq = water permeability / 100

なお、透水度は次のように求められる。直径41mmのステンレス製の透液セルに、あらかじめアルコールに浸しておいた微多孔膜をセットし、膜のアルコールを水で洗浄した後、約50000Paの差圧で水を透過させ、120sec間経過した際の透水量(cm)より、単位時間・単位圧力・単位面積当たりの透水量を計算し、これを透水度とした。 In addition, water permeability is calculated | required as follows. A microporous membrane previously immersed in alcohol was set in a stainless steel permeation cell having a diameter of 41 mm, and after the alcohol in the membrane was washed with water, water was permeated at a differential pressure of about 50000 Pa, and 120 seconds had elapsed. The water permeability per unit time, unit pressure, and unit area was calculated from the water permeability (cm 3 ) at the time, and this was used as the water permeability.

また、νは気体定数R(=8.314)、絶対温度T(K)、円周率π、空気の平均分子量M(=2.896×10−2kg/mol)から次式を用いて求められる。
ν=((8R×T)/(π×M))1/2
Ν is a gas constant R (= 8.314), an absolute temperature T (K), a circumference ratio π, and an average molecular weight M of air (= 2.896 × 10 −2 kg / mol), using the following formula. Desired.
ν = ((8R × T) / (π × M)) 1/2

さらに、孔数B(個/μm)は、次式より求められる。
B=4×(ε/100)/(π×d×τ
上記セパレータの孔径dは0.055μm、孔数Dは187個/μmであった。
Further, the number of holes B (pieces / μm 2 ) is obtained from the following equation.
B = 4 × (ε / 100) / (π × d 2 × τ a )
The separator had a hole diameter d of 0.055 μm and a hole number D of 187 / μm 2 .

[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で、サイドボックス中で真空乾燥させた。
[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 in a state where the air was not exposed.

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)イオンクロマトグラフィー(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、下記数式1:
単位質量当たりの存在量(mol/g)=A×B÷C...(数式1)
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。
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) ion chromatography (IC) and (2) 1 H-NMR, the concentration A (mol / ml) of each compound in the obtained positive electrode extract, and heavy water used for extraction From the volume B (ml) and the mass C (g) of the positive electrode active material layer used for extraction, the following formula 1:
Abundance per unit mass (mol / g) = A × B ÷ C. . . (Formula 1)
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.

なお、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、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。
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 off positive electrode active material layer was washed with water and then 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。
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)(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。 (2) The same positive electrode extract as in (1) 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 (Japan) It was inserted into Precision Science Co., Ltd. N-5), 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.

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。 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)
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)

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。 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).

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。 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のXOCHCHOXの量Aは75.5×10−4mol/gであった。 From the concentration of each compound obtained by the analysis of (1) and (2) above, the volume of heavy water used for extraction, and the mass of the positive electrode active material layer used for extraction, XOCH of the positive electrode active material layer described above The amount A of 2 CH 2 OX was 75.5 × 10 −4 mol / g.

[負極活物質層の解析]
上記正極活物質層の解析と同様の方法で、負極活物質層の解析を行った。負極活物質層のXOCHCHOXの量Bは17.6×10−4mol/gであり、A/Bは4.3であった。
[Analysis of negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer was analyzed by the same method as the analysis of the positive electrode active material layer. The amount B of XOCH 2 CH 2 OX in the negative electrode active material layer was 17.6 × 10 −4 mol / g, and A / B was 4.3.

[正極試料の調製]
上記[正極活物質層の解析]で得られた残りの正極について、リチウム化合物の平均粒子径[μm]と、正極中に含まれるリチウム化合物の量[質量%]を測定した。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、上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1を得た。
[Preparation of positive electrode sample]
For the remaining positive electrode obtained in [Analysis of Positive Electrode Active Material Layer], the average particle diameter [μm] of the lithium compound and the amount [% by mass] of the lithium compound contained in the positive electrode were measured. A positive electrode having a positive electrode active material layer coated on both sides was cut into a size of 10 cm × 5 cm, immersed in 30 g of diethyl 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 from 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 1.

[正極表面SEM及びEDX測定]
正極試料1から1cm×1cmの小片を切り出し、10Paの真空中にてスパッタリングにより表面に金をコーティングした。続いて以下に示す条件にて、大気暴露下で正極表面のSEM、及びEDXを測定した。
[Positive electrode surface SEM and EDX measurement]
A small piece of 1 cm × 1 cm was cut out from the positive electrode sample 1, and the surface was coated with gold in a vacuum of 10 Pa by sputtering. Subsequently, SEM and EDX on the surface of the positive electrode were measured under atmospheric exposure under the following conditions.

(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。
(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%.

[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。上述の方法により正極断面SEM及びEDXを測定した。
[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. The positive electrode cross section SEM and EDX were measured by the method described above.

上記測定した正極断面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リチウム化合物の平均粒子径X及び正極活物質の平均粒子径Y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、及びそれ以外の粒子を正極活物質の粒子Yとし、断面SEM画像中に観察されるX、Yそれぞれの粒子全てについて、断面積Sを求め、下記式(1)にて算出される粒子径dを求めた。(円周率をπとする。) The image obtained from the positive cross-sectional SEM and EDX that the measurement was calculated average particle diameter Y 1 having an average particle diameter of X 1 and the positive electrode active material of a lithium compound by image analysis using an image analysis software (ImageJ) . With respect to the obtained oxygen mapping, particles containing 50% or more of bright areas binarized on the basis of the average value of brightness are lithium compound particles X, and the other particles are cathode active material particles Y, For all the X and Y particles observed in the cross-sectional SEM image, the cross-sectional area S was determined, and the particle diameter d calculated by the following formula (1) was determined. (The circumference ratio is π.)

Figure 2018056435
得られた粒子径dを用いて、下記式(2)において体積平均粒子径X及びYを求めた。
Figure 2018056435
Obtained with a particle size d, it was determined volume average particle diameter X 0 and Y 0 in formula (2).

Figure 2018056435
正極断面の視野を変えて合計5ヶ所測定し、それぞれのX及びYの平均値である平均粒子径Xは1.66μm、Yは4.41μmであった。
Figure 2018056435
A total of five points were measured by changing the field of view of the positive electrode cross section, and the average particle diameter X 1, which is the average value of X 0 and Y 0 , was 1.66 μm and Y 1 was 4.41 μm.

[リチウム化合物の定量]
上記得られた正極試料1を5cm×5cmの大きさ(重量0.256g)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は0.255gであり、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。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は0.236gであり、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。スパチュラ、ブラシ、刷毛を用いて正極集電体上の活物質層を取り除き、正極集電体の重量Mを測定したところ0.099gであった。(3)式に従い正極中の炭酸リチウム量Zを定量したところ12.4質量%であった。
[Quantitative determination of lithium compounds]
The obtained positive electrode sample 1 was cut into a size of 5 cm × 5 cm (weight: 0.256 g), immersed in 20 g of methanol, covered with a container, 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 is 0.255 g, and GC / MS is measured under the conditions in which a calibration curve has been prepared in advance for the washed methanol solution, and the presence of diethyl carbonate is less than 1%. confirmed. 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. 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 0.236 g, and GC / MS is measured under the conditions in which a calibration curve has been prepared in advance for the distilled water after washing, and it is confirmed that the amount of methanol present is less than 1%. did. The active material layer on the positive electrode current collector was removed using a spatula, a brush, and a brush, and the weight M 2 of the positive electrode current collector was measured to be 0.099 g. When the amount of lithium carbonate Z in the positive electrode was determined according to the formula (3), it was 12.4% by mass.

[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、1150Fであった。
[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 1150 F, where Q is 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2.04ΩF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 2.04ΩF.

[Rf/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、20Cの電流値で2.2Vに到達するまで定電流放電し、続いて2.2Vの定電圧を印加する定電圧放電を合計で30分間行い、続いて、20Cの電流値で3.8Vまで定電流充電を行って、充電カーブ(時間−電圧)を得た。この充電カーブにおいて、充電時間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充電時間=0秒における電圧をEoとし、降下電圧ΔE=Eo−2.2、及びR=ΔE/(20C(電流値A))により常温充電内部抵抗Rfを算出した。
Rf/Raは1.16であった。
[Calculation of Rf / Ra]
About the obtained electrical storage element, in a thermostat set to 25 degreeC, it uses a charge / discharge device (5V, 360A) manufactured by Fujitsu Telecom Networks Co., Ltd. until a current value of 20C reaches 2.2V. A current discharge followed by a constant voltage discharge for applying a constant voltage of 2.2 V for a total of 30 minutes, followed by a constant current charge up to 3.8 V with a current value of 20 C, a charging curve (time-voltage ) In this charging curve, Eo is the voltage at charging time = 0 seconds obtained by extrapolating from the voltage values at the time of charging time 2 seconds and 4 seconds by linear approximation, and the drop voltage ΔE = Eo−2.2, and The room temperature charge internal resistance Rf was calculated from R = ΔE / (20C (current value A)).
Rf / Ra was 1.16.

[E/Vの算出]
E/Vは、上記方法で得られた静電容量Fの値、蓄電素子のラミネートフィルムのカップ成形部分の外寸長さ(l)と外寸幅(w)、並びにラミネートフィルムを含めた蓄電素子の厚み(t)により求められるV(=l×w×t)を用いて、E/V=F×(3.8−2.2)/7200/Vより21.1Wh/Lと算出された。
[E / V calculation]
E / V includes the value of the capacitance F obtained by the above method, the outer dimension length (l 1 ) and outer dimension width (w 1 ) of the cup-molded portion of the laminate film of the electricity storage element, and the laminate film. by using the thickness of the storage element (t 1) by V 1 obtained (= l 1 × w 1 × t 1), E / V = F × (3.8 2 -2.2 2) / 7200 / V 1 to 21.1 Wh / L.

[高温保存試験後のRb/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。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、同様の充電操作にてセル電圧を4.0Vに充電した後、再びセルを60℃環境下で保存した。この操作を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、上記[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Rbを算出した。このRb(Ω)を、上記[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Rb/Raは1.67であった。
[Calculation of Rb / 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. The cell was stored in a 60 ° C. environment, taken out from the 60 ° C. environment every two weeks, charged with a similar charging operation to a cell voltage of 4.0 V, and then stored again in a 60 ° C. environment. This operation was repeated for 2 months. For the electricity storage device after the high temperature storage test, the room temperature discharge internal resistance Rb after the high temperature storage test was calculated in the same manner as in [Calculation of Ra · F]. The ratio Rb / Ra calculated by dividing this Rb (Ω) by the room temperature discharge internal resistance Ra (Ω) before the high-temperature storage test determined in [Calculation of Ra · F] was 1.67.

[釘刺し試験]
試験機:島津オートグラフAG−X
釘:φ2.5mm−SUS304
評価について: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2.2Vに到達するまで定電流放電を行い、次いで、3.8Vの定電圧を印加する定電圧放電を合計で30分行うことで、蓄電素子の電圧を3.8Vに調整した。この蓄電素子を水平に固定し、蓄電素子中央部の釘刺し位置に、10mm/secの速度で釘を貫通するまで刺した後、非水系リチウム型蓄電素子への発火有無、及び非水系リチウム型蓄電素子からの発煙の有無を観察した。
実施例1の非水系リチウム型蓄電素子では、発火、発煙ともに起こらなかった。
[Nail penetration test]
Testing machine: Shimadzu Autograph AG-X
Nail: φ2.5mm-SUS304
About evaluation: About the obtained electrical storage element, in a thermostat set to 25 ° C., the charge / discharge device (5V, 360A) manufactured by Fujitsu Telecom Networks Co., Ltd. was used to reach 2.2V at a current value of 20C. Then, a constant current discharge was performed until a constant voltage discharge was applied, and then a constant voltage discharge for applying a constant voltage of 3.8 V was performed for a total of 30 minutes, whereby the voltage of the storage element was adjusted to 3.8 V. This electricity storage element is fixed horizontally and inserted into the nail piercing position at the center of the electricity storage element until it penetrates the nail at a speed of 10 mm / sec, and whether or not the non-aqueous lithium electricity storage element is ignited, and non-aqueous lithium type The presence or absence of smoke from the storage element was observed.
In the nonaqueous lithium storage element of Example 1, neither ignition nor smoke occurred.

《実施例2〜5》
活性炭、負極、及びセパレータを、それぞれ、以下の表2に示すとおりとした他は、実施例1と同様にして、実施例2〜5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及び4に示す。
<< Examples 2 to 5 >>
Except for the activated carbon, the negative electrode, and the separator as shown in Table 2 below, the non-aqueous lithium storage elements of Examples 2 to 5 were produced in the same manner as in Example 1, and various evaluations were made. Went. The evaluation results of the obtained non-aqueous lithium storage element are shown in Tables 3 and 4 below.

《実施例6〜28》
活性炭、負極、及びセパレータ(絶縁性多孔層の材質、多孔膜の厚みtおよび絶縁性多孔層の厚みt)、正極前駆体のリチウム化合物量と平均粒子径を、それぞれ、以下の表2に示すとおりとした他は、実施例1と同様にして、実施例6〜28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及び4に示す。
<< Examples 6 to 28 >>
Activated carbon, a negative electrode, and a separator (made of insulating porous layer, the thickness t i of thickness t s and insulating porous layer of the porous film), an average particle diameter of the lithium compound amount of the positive electrode precursor, respectively, the following Table 2 The nonaqueous lithium-type electricity storage devices of Examples 6 to 28 were produced in the same manner as in Example 1 except that they were as shown in FIG. The evaluation results of the obtained non-aqueous lithium storage element are shown in Tables 3 and 4 below.

《実施例29〜53》
活性炭、負極、及びセパレータ(絶縁性多孔層の材質、孔径d、孔数D、空孔率B)、リチウムドープ時間を、それぞれ、以下の表2に示すとおりとした他は、実施例1と同様にして、実施例29〜53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及び4に示す。
<< Examples 29-53 >>
Activated carbon, negative electrode, separator (insulating porous layer material, pore diameter d, pore number D, porosity B), and lithium dope time were as shown in Table 2 below, respectively. Similarly, the non-aqueous lithium electricity storage elements of Examples 29 to 53 were produced, and various evaluations were performed. The evaluation results of the obtained non-aqueous lithium storage element are shown in Tables 3 and 4 below.

《実施例54〜58》
活性炭、負極、リチウム化合物の種類、及びセパレータ(絶縁性多孔層の材質、多孔膜の厚みtおよび絶縁性多孔層の厚みt、多孔膜及び絶縁性多孔層の材質、孔径d、孔数D、空孔率B)を、それぞれ、以下の表2に示すとおりとした他は、実施例1と同様にして、実施例54〜58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及び4に示す。
<< Examples 54-58 >>
Activated carbon, the negative electrode, the type of lithium compound, and a separator (made of insulating porous layer, the thickness t i of the porous film thickness t s and insulating porous layer, the material of the porous membrane and insulating porous layer, pore diameter d, the number of holes D and porosity B) were each as shown in Table 2 below, except that non-aqueous lithium storage elements of Examples 54 to 58 were prepared in the same manner as Example 1, Evaluation was performed. The evaluation results of the obtained non-aqueous lithium storage element are shown in Tables 3 and 4 below.

《比較例1〜12》
活性炭、負極、リチウム化合物の種類、及びセパレータ(絶縁性多孔層の材質、多孔膜の厚みtおよび絶縁性多孔層の厚みt、多孔膜及び絶縁性多孔層の材質、孔径d、孔数D、空孔率B)、正極前駆体のリチウム化合物量と平均粒子径を、それぞれ、以下の表14および表15に示すとおりとした他は、実施例1と同様にして、比較例1〜12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及び4に示す。
<< Comparative Examples 1-12 >>
Activated carbon, the negative electrode, the type of lithium compound, and a separator (made of insulating porous layer, the thickness t i of the porous film thickness t s and insulating porous layer, the material of the porous membrane and insulating porous layer, pore diameter d, the number of holes D, porosity B), the amount of the lithium compound of the positive electrode precursor and the average particle diameter were the same as in Example 1 except that they were as shown in Table 14 and Table 15 below, respectively. Twelve non-aqueous lithium-type electricity storage elements were produced, and various evaluations were performed. The evaluation results of the obtained non-aqueous lithium storage element are shown in Tables 3 and 4 below.

Figure 2018056435
Figure 2018056435

Figure 2018056435
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Figure 2018056435
Figure 2018056435

以上の実施例により、本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子は、初期入出力特性に優れ、高温保存による抵抗上昇が小さく、釘刺しによる発煙及び発火のリスクが低い非水系リチウム型蓄電素子であることが検証された。   By the above examples, the non-aqueous lithium storage element of the present embodiment is a non-aqueous lithium storage element that has excellent initial input / output characteristics, a small increase in resistance due to high-temperature storage, and a low risk of smoke and ignition due to nail penetration. It was verified that there was.

本発明に係る非水系リチウム型蓄電素子は、初期入出力特性に優れ、高温保存による特性劣化が小さく、さらに釘刺しによる発煙・発火のリスクが低いため、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。   The non-aqueous lithium storage element according to the present invention is excellent in initial input / output characteristics, has a small characteristic deterioration due to high-temperature storage, and has a low risk of smoke and ignition due to nail penetration. It can be suitably used in the field of hybrid drive systems that combine motors, power storage elements, and for assisting instantaneous power peaks.

1 多孔膜
2 絶縁性多孔層
1 Porous membrane 2 Insulating porous layer

Claims (18)

正極活物質以外のリチウム化合物を含む正極と、負極と、セパレータと、リチウムイオンを含む非水系電解液とを有する、非水系リチウム型蓄電素子であって、
前記正極が、正極集電体と、前記正極集電体の片面又は両面上に設けられた、正極活物質を含む正極活物質層とを有し、前記正極活物質は活性炭を含み、
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であり、正極活物質の平均粒子径をYとするとき、2μm≦Y≦20μmであり、X<Yであり、前記正極中に含まれるリチウム化合物の量が、正極活物質層の全質量を基準として1質量%以上50質量%以下であり、
前記セパレータは、多孔膜及び前記多孔膜の少なくとも片面に形成された絶縁多孔層を含み、かつ前記多孔膜の厚みに対する前記絶縁多孔層の厚みの割合が20%〜125%である、非水系リチウム型蓄電素子。
A non-aqueous lithium storage element having a positive electrode containing a lithium compound other than the positive electrode active material, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte solution containing lithium ions,
The positive electrode has a positive electrode current collector, and a positive electrode active material layer including a positive electrode active material provided on one or both surfaces of the positive electrode current collector, the positive electrode active material includes activated carbon,
When the average particle diameter of the lithium compound is X 1 , 0.1 μm ≦ X 1 ≦ 10 μm, and when the average particle diameter of the positive electrode active material is Y 1 , 2 μm ≦ Y 1 ≦ 20 μm and X 1 <a Y 1, the amount of lithium compound contained in the positive electrode is not more than 50 wt% or more 1 wt% based on the total weight of the positive electrode active material layer as a reference,
The separator includes a porous membrane and an insulating porous layer formed on at least one surface of the porous membrane, and the ratio of the thickness of the insulating porous layer to the thickness of the porous membrane is 20% to 125%. Type storage element.
前記多孔膜が、ポリオレフィン製微多孔膜を含む、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 porous film includes a polyolefin microporous film. 前記絶縁多孔層は、無機フィラー及び樹脂バインダーを含む、請求項1又は2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 insulating porous layer includes an inorganic filler and a resin binder. 前記絶縁多孔層の厚みは、3μm以上30μm以下である、請求項1〜3のいずれか一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 insulating porous layer has a thickness of 3 μm or more and 30 μm or less. 前記多孔膜の厚みは、5μm以上35μm以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。   The thickness of the said porous film is a non-aqueous lithium storage element as described in any one of Claims 1-4 which are 5 micrometers or more and 35 micrometers or less. 前記多孔膜の孔径が、0.03μm〜0.1μmであり、かつ孔数が100個/μm〜250個/μmである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。 The non-aqueous system according to any one of claims 1 to 5, wherein the pore diameter of the porous membrane is 0.03 µm to 0.1 µm, and the number of pores is 100 / µm 2 to 250 / µm 2. Lithium type storage element. 前記多孔膜の空孔率が、45%〜75%である、請求項1〜6のいずれか一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 6, wherein the porosity of the porous film is 45% to 75%. 前記正極活物質層が、下記式(1)〜(3)からなる群から選択される少なくとも1種の化合物を、前記正極活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1〜7のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
Figure 2018056435
{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、X、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 2018056435
{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、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、X、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 2018056435
{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、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、X、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。}
The positive electrode active material layer contains at least one compound selected from the group consisting of the following formulas (1) to (3) from 1.60 × 10 −4 mol / g per unit mass of the positive electrode active material layer. The non-aqueous lithium storage element according to claim 1, which contains 300 × 10 −4 mol / g.
Figure 2018056435
{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 (here And n is 0 or 1.). }
Figure 2018056435
{In the formula (2), R 1 is an alkylene group, or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms having 1 to 4 carbon atoms, R 2 represents hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, carbon atoms 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 2018056435
{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 and 1 to 10 carbon atoms. An alkyl group, 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, X 1 and X 2 are each independently — (COO) n (where n is 0 or 1); }
前記正極活物質層における、前記式(1)〜(3)からなる群から選択される少なくとも1種の化合物の、前記正極活物質層の単位質量当たりの含有量をAとし、前記負極活物質層における、前記式(1)〜(3)からなる群から選択される少なくとも1種の化合物の、前記負極活物質層の単位質量当たりの含有量をBとしたとき、0.2≦A/B≦20である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。   In the positive electrode active material layer, the content per unit mass of the positive electrode active material layer of at least one compound selected from the group consisting of the formulas (1) to (3) is A, and the negative electrode active material When the content per unit mass of the negative electrode active material layer of at least one compound selected from the group consisting of the formulas (1) to (3) in the layer is B, 0.2 ≦ A / The nonaqueous lithium storage element according to claim 1, wherein B ≦ 20. 前記リチウム化合物は、炭酸リチウム、酸化リチウム、及び水酸化リチウムからなる群から選択される少なくとも一種である、請求項1〜9のいずれか一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 is at least one selected from the group consisting of lithium carbonate, lithium oxide, and lithium hydroxide. 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V(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V(cc/g)とするとき、0.3<V≦0.8、及び0.5≦V≦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1〜10のいずれか一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 mm or more and 500 mm or less calculated by the BJH method as V 1 (cc / g), and a diameter of less than 20 mm calculated by the MP method. When the amount of micropores derived from the pores is V 2 (cc / g), 0.3 <V 1 ≦ 0.8 and 0.5 ≦ V 2 ≦ 1.0 are satisfied, and by the BET method The non-aqueous lithium storage element according to any one of claims 1 to 10, 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. 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V(cc/g)が0.8<V≦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V(cc/g)が0.8<V≦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1〜11のいずれか一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 V 1 (cc / g) derived from pores having a diameter of 20 to 500 mm calculated by BJH method of 0.8 <V 1 ≦ 2.5. The ratio of micropores V 2 (cc / g) derived from pores having a diameter of less than 20 mm calculated by the MP method satisfying 0.8 <V 2 ≦ 3.0 and measured by the BET method The non-aqueous lithium storage element according to any one of claims 1 to 11, which is activated carbon having a surface area of 2,300 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1〜12のいずれか一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 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1〜13のいずれか一項のいずれか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1〜12のいずれか一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 12, 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1〜12及び15のいずれか一項のいずれか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 12 and 15, 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. 正極活物質以外のリチウム化合物を含む正極と、負極と、セパレータと、リチウムイオンを含む非水系電解液とを有する、非水系リチウム蓄電素子であって、
前記正極は、正極集電体と、前記正極集電体の片面又は両面上に設けられた、正極活物質を含む正極活物質層とを有し、前記正極活物質は、活性炭を含み、
前記セパレータは、多孔膜及び前記多孔膜の少なくとも片面に形成された絶縁多孔層を含み、かつ前記多孔膜の厚みに対する前記絶縁多孔層の厚みの割合が20%〜125%であり、
前記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)、初期の常温充電内部抵抗をRf(Ω)、静電容量をF(F)としたとき、
以下の(a)、(b):
(a)RaとFとの積Ra・Fが0.3以上3.0以下である;
(b)Rf/Raが0.5以上1.5以下である;
を満たす、非水系リチウム型蓄電素子。
A non-aqueous lithium storage element having a positive electrode containing a lithium compound other than the positive electrode active material, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte solution containing lithium ions,
The positive electrode includes a positive electrode current collector, and a positive electrode active material layer including a positive electrode active material provided on one or both surfaces of the positive electrode current collector, the positive electrode active material includes activated carbon,
The separator includes a porous membrane and an insulating porous layer formed on at least one surface of the porous membrane, and the ratio of the thickness of the insulating porous layer to the thickness of the porous membrane is 20% to 125%,
In the non-aqueous lithium storage element, when the initial room temperature discharge internal resistance is Ra (Ω), the initial room temperature charge internal resistance is Rf (Ω), and the capacitance is F (F),
The following (a), (b):
(A) The product Ra · F of Ra and F is 0.3 or more and 3.0 or less;
(B) Rf / Ra is 0.5 or more and 1.5 or less;
A non-aqueous lithium storage element that satisfies the above requirements.
正極活物質以外のリチウム化合物を含む正極と、負極と、セパレータと、リチウムイオンを含む非水系電解液とを有する、非水系リチウム蓄電素子であって、
前記セパレータは、多孔膜及び前記多孔膜の少なくとも片面に形成された絶縁多孔層を含み、かつ前記多孔膜の厚みに対する前記絶縁多孔層の厚みの割合が20%〜125%であり、
前記非水系リチウム型蓄電素子の初期の常温放電内部抵抗をRa(Ω)、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25℃における内部抵抗をRb(Ω)としたとき、Rb/Raが3.0以下である、非水系リチウム型蓄電素子。
A non-aqueous lithium storage element having a positive electrode containing a lithium compound other than the positive electrode active material, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte solution containing lithium ions,
The separator includes a porous membrane and an insulating porous layer formed on at least one surface of the porous membrane, and the ratio of the thickness of the insulating porous layer to the thickness of the porous membrane is 20% to 125%,
When the initial room temperature discharge internal resistance of the non-aqueous lithium storage element is Ra (Ω), and the internal resistance at 25 ° C. after storage for 2 months at a cell voltage of 4 V and an environmental temperature of 60 ° C. is Rb (Ω), A non-aqueous lithium storage element having Rb / Ra of 3.0 or less.
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