JP2020013875A - Non-aqueous lithium storage element - Google Patents

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和照 梅津
維摩 木村
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Abstract

To provide a non-aqueous lithium storage element that increases the capacity of a carbon material, suppresses a decrease in capacity and a rise in resistance during low-voltage and high-temperature storage, suppresses a lack of a positive electrode active material during pre-doping, and reduces a short circuit rate.SOLUTION: When the relative element concentration of aluminum atoms obtained by an x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurement of the positive electrode surface is C1 (atomic%), the relative element concentration of oxygen atoms is C2 (atomic%), and the relative element concentration of carbon atoms is C3, 0.4≤C1≤18.0, 5.0≤C2≤50.0, and 28.0≤C3≤90.0 are satisfied, and the amount of water contained in a nonaqueous electrolyte is 1 ppm or more and 500 ppm or less, and the peel strength between a positive electrode active material layer and a positive electrode current collector is 0.01 N/cm or more and 2.00 N/cm or less.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は非水系リチウム蓄電素子に関する。   The present invention relates to a non-aqueous lithium energy storage device.

近年、地球環境の保全及び省資源を目指すエネルギーの有効利用の観点から、風力発電の電力平滑化システム又は深夜電力貯蔵システム、太陽光発電技術に基づく家庭用分散型蓄電システム、電気自動車用の蓄電システム等が注目を集めている。
これらの蓄電システムに用いられる電池の第一の要求事項は、エネルギー密度が高いことである。このような要求に対応可能な高エネルギー密度電池の有力候補として、リチウムイオン電池の開発が精力的に進められている。
第二の要求事項は、出力特性が高いことである。例えば、高効率エンジンと蓄電システムとの組み合わせ(例えば、ハイブリッド電気自動車)又は燃料電池と蓄電システムとの組み合わせ(例えば、燃料電池電気自動車)において、加速時に高い出力放電特性を発揮する蓄電システムが要求されている。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。
In recent years, from the viewpoint of effective use of energy aimed at preserving the global environment and conserving resources, a power smoothing system for wind power generation or a late-night power storage system, a home-use decentralized power storage system based on photovoltaic power generation technology, and power storage for electric vehicles The system is attracting attention.
The primary requirement for batteries used in these power storage systems is that they have high energy density. As a promising candidate for a high energy density battery capable of meeting such demands, the development of lithium ion batteries is being vigorously pursued.
The second requirement is that the output characteristics be high. 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), a power storage system that exhibits high output discharge characteristics during acceleration is required. Have been. Currently, electric double layer capacitors, nickel-metal hydride batteries, and the like have been developed as high-output 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、出力特性が高いだけでなく、耐久性(サイクル特性及び高温保存特性)もまた高く、上記の高出力が要求される分野で最適のデバイスであると考えられてきた。しかしながら、そのエネルギー密度は1〜5Wh/L程度に過ぎないため、更なるエネルギー密度の向上が必要である。
他方、現在ハイブリッド電気自動車で一般に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特性をより一層高めるとともに、耐久性(特に、高温における安定性)を高めるための研究が精力的に進められている。
また、リチウムイオン電池においても、高出力化に向けての研究が進められている。例えば、放電深度(すなわち、蓄電素子の放電容量に対する放電量の割合(%))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。しかしながら、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である。また、その耐久性(サイクル特性及び高温保存特性)は、電気二重層キャパシタに比べ劣るため、そのようなリチウムイオン電池は、実用的な耐久性を持たせるために、放電深度が0〜100%の範囲よりも狭い範囲で使用される。実際に使用できるリチウムイオン電池の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。
Among the electric double layer capacitors, those using activated carbon for the electrodes have output characteristics of about 0.5 to 1 kW / L. This electric double layer capacitor not only has high output characteristics, but also has high durability (cycle characteristics and high-temperature storage characteristics), and has been considered to be an optimal device in the field where the above high output is required. However, since the energy density is only about 1 to 5 Wh / L, it is necessary to further improve the energy density.
On the other hand, a nickel-metal hydride battery currently generally used in a hybrid electric vehicle has a high output equivalent to an electric double layer capacitor and an energy density of about 160 Wh / L. However, researches for further increasing the energy density and output characteristics and enhancing the durability (especially, stability at high temperatures) are being vigorously pursued.
Research is also being conducted on high-output lithium-ion batteries. For example, a lithium ion battery capable of obtaining a high output exceeding 3 kW / L at a discharge depth (that is, a ratio (%) of a discharge amount to a discharge capacity of a power storage element) of 50% has been developed. However, the energy density is 100 Wh / L or less, and the design is intended to suppress the high energy density, which is the greatest feature of the lithium ion battery. Further, since its durability (cycle characteristics and high-temperature storage characteristics) is inferior to electric double layer capacitors, such lithium ion batteries have a discharge depth of 0 to 100% in order to have practical durability. Is used in a range narrower than the range. Since the capacity of a lithium ion battery that can be actually used is further reduced, research for further improving the durability is being vigorously pursued.

上記のように、高エネルギー密度、高出力特性、及び高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。しかしながら、上述した既存の蓄電素子には、それぞれ一長一短があるため、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、リチウムイオンキャパシタと呼ばれる蓄電素子が注目され、開発が盛んに行われている。
リチウムイオンキャパシタは、リチウム塩を含む非水系電解液を使用する蓄電素子(以下、「非水系リチウム蓄電素子」ともいう。)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。
As described above, there is a strong demand for practical use of a power storage element having high energy density, high output characteristics, and high durability. However, since the above-described existing power storage elements have advantages and disadvantages, new power storage elements that satisfy these technical requirements are demanded. As a promising candidate, a power storage element called a lithium ion capacitor has attracted attention and has been actively developed.
A lithium ion capacitor is a type of a power storage element using a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt (hereinafter, also referred to as a “non-aqueous lithium power storage element”). This is a power storage element that performs charging and discharging by a non-Faraday reaction by adsorption and desorption of similar anions, and a Faraday reaction by occlusion and release of lithium ions in a negative electrode similar to that of a lithium ion battery.

上記の蓄電素子に一般的に用いられる電極材料とその特徴をまとめると、一般的に、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が得られるが、エネルギー密度が低くなる(例えば1倍とする。)。他方、電極に酸化物又は炭素材料を用い、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。
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、したがって高出力かつ高耐久性を有するが、エネルギー密度が低い(正極1倍×負極1倍=1)という特徴がある。
リチウムイオン二次電池は、正極にリチウム遷移金属酸化物(エネルギー密度10倍)、負極に炭素材料(エネルギー密度10倍)を用い、正負極共にファラデー反応により充放電を行うことを特徴とし、したがって高エネルギー密度(正極10倍×負極10倍=100)を有するが、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。
リチウムイオンキャパシタは、正極に活性炭(エネルギー密度1倍)、負極に炭素材料(エネルギー密度10倍)を用い、正極では非ファラデー反応、負極ではファラデー反応により充放電を行うことを特徴とし、したがって、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非対称キャパシタである。リチウムイオンキャパシタは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。
To summarize the electrode materials and their characteristics commonly used for the above-mentioned energy storage devices, in general, materials such as activated carbon are used for the electrodes, and charge and discharge are performed by adsorption and desorption of ions on the activated carbon surface (non-Faraday reaction). When this is performed, high output and high durability can be obtained, but the energy density is low (for example, it is assumed to be one time). On the other hand, in the case where charge or discharge is performed by a Faraday reaction using an oxide or a carbon material for an electrode, the energy density is increased (for example, 10 times that of a non-Faraday reaction using activated carbon), but durability and output are increased. There is a problem in characteristics.
As a combination of these electrode materials, the electric double layer capacitor uses activated carbon (energy density: 1) for the positive and negative electrodes, and performs charging and discharging by non-Faraday reaction for both the positive and negative electrodes. It has the characteristic of low energy density (1 time for the positive electrode × 1 time for the negative electrode = 1).
Lithium ion secondary batteries are characterized by using a lithium transition metal oxide (energy density 10 times) for the positive electrode, a carbon material (energy density 10 times) for the negative electrode, and charging and discharging both the positive and negative electrodes by a Faraday reaction. Although it has a high energy density (10 times the positive electrode × 10 times the negative electrode = 100), it has problems in output characteristics and durability. Further, in order to satisfy the high durability required for a hybrid electric vehicle or the like, the depth of discharge must be limited, and only 10 to 50% of the energy of a lithium ion secondary battery can be used.
Lithium ion capacitors are characterized by using activated carbon (energy density of 1) for the positive electrode, carbon material (energy density of 10) for the negative electrode, and performing non-Faraday reaction on the positive electrode and Faraday reaction on the negative electrode. This is an asymmetric capacitor having the characteristics of an electric double layer capacitor and a lithium ion secondary battery. Lithium ion capacitors have high energy density (1 time for positive electrode x 10 times for negative electrode = 10) while having high output and high durability, and there is no need to limit the depth of discharge unlike lithium ion secondary batteries. It is a feature.

上記リチウムイオンキャパシタの更なる高エネルギー密度化については、様々な検討が行われている(特許文献1〜3)。
特許文献1には、リチウムイオンキャパシタを高電圧化するために、コアシェル構造を持つ材料として、炭素材料とアルミニウムから成る複合材料が開示されている。
特許文献2には、高温保存特性を向上させるため、活物質表面に担持された炭酸リチウム、酸化アルミニウムおよび水酸化アルミニウムを含む層を有するリチウムニッケル複合酸化物が開示されている。
特許文献3には、正極活物質層と正極集電体との剥離強度を高めたリチウムイオン二次電池が提案されている。
特許文献4には、リチウム化合物を用いて負極にプレドープする方法が開示されている。
しかしながら、いずれの文献にも、炭素材料を高容量化し、低電圧高温保存時における容量低下、及び抵抗上昇を抑制すること、及びプレドープで生じるガス発生による正極活物質の欠落、その結果生じる微短絡については全く考慮されていない。
なお、本明細書において、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が、BJH法は非特許文献1において提唱されており、かつMP法は、「t−プロット法」(非特許文献2)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、非特許文献3において示される。
Various studies have been made on further increasing the energy density of the lithium ion capacitor (Patent Documents 1 to 3).
Patent Literature 1 discloses a composite material including a carbon material and aluminum as a material having a core-shell structure in order to increase the voltage of a lithium ion capacitor.
Patent Literature 2 discloses a lithium-nickel composite oxide having a layer containing lithium carbonate, aluminum oxide, and aluminum hydroxide supported on the surface of an active material in order to improve high-temperature storage characteristics.
Patent Literature 3 proposes a lithium ion secondary battery in which the peel strength between a positive electrode active material layer and a positive electrode current collector is increased.
Patent Document 4 discloses a method of pre-doping a negative electrode using a lithium compound.
However, in each of the documents, the capacity of the carbon material is increased, the capacity is reduced during low-voltage and high-temperature storage, and the increase in resistance is suppressed. Is not considered at all.
In this specification, the meso porosity is calculated by the BJH method, and the micro porosity is calculated by the MP method, respectively. It refers to a method of obtaining the micropore volume, the micropore area, and the distribution of the micropores using the “plotting method” (Non-Patent Document 2), which is shown in Non-Patent Document 3.

特開2012−74467号公報JP 2012-74467 A 特開2005−322616号公報JP 2005-322616 A 特開2016−38962号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-38962 国際公開第2017/126687号International Publication No. WO 2017/126687

E.P.Barrett,L.G.Joyner and P.Halenda,J.Am.Chem.Soc.,73,373(1951)E. FIG. P. Barrett, L .; G. FIG. Joyner and P.M. Halenda, J.M. Am. Chem. Soc. , 73, 373 (1951). B.C.Lippens,J.H.de Boer,J.Catalysis,4319(1965)B. C. Lippens, J .; H. de Boer, J .; Catalysis, 4319 (1965) R.S.Mikhail,S.Brunauer,E.E.Bodor,J.Colloid Interface Sci.,26,45(1968)R. S. Mikhal, S.M. Brunauer, E .; E. FIG. Bodor, J .; Colloid Interface Sci. , 26, 45 (1968)

以上の現状に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、炭素材料を高容量化し、低電圧高温保存時における容量低下、及び抵抗上昇を抑制し、かつプレドープ時の正極活物質の欠落を抑制し、微短絡率の低い非水系リチウム蓄電素子を提供することである。本発明は、かかる知見に基づいて為されたものである。   In view of the above situation, the problem to be solved by the present invention is to increase the capacity of a carbon material, to suppress a decrease in capacity during low-voltage and high-temperature storage, and to suppress a rise in resistance, and to suppress the lack of a positive electrode active material during pre-doping. It is another object of the present invention to provide a non-aqueous lithium energy storage element having a low short circuit rate. The present invention has been made based on such findings.

上記課題は以下の技術的手段により解決される。すなわち、本発明は、以下のとおりのものである:
[1]
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、前記正極集電体上に配置された正極活物質層とを有し、前記正極活物質層は、正極活物質として炭素材料を含み、
前記正極の表面のXPS(X線光電子分光法)測定で得られるアルミニウム原子の相対元素濃度をC1(atomic%)、酸素原子の相対元素濃度をC2(atomic%)、炭素原子の相対元素濃度をC3(atomic%)とするとき、
0.4≦C1≦18.0であり、
5.0≦C2≦50.0であり、
28.0≦C3≦90.0であり、
前記非水系電解液に含まれる水分量が1ppm以上500ppm以下であり、かつ
前記正極活物質層と前記正極集電体との剥離強度が0.01N/cm以上2.00N/cm以下である非水系リチウム蓄電素子。
[2]
前記正極の表面のXPS(X線光電子分光法)測定で得られる塩素原子の相対元素濃度をC4(atomic%)とするとき、0.1≦C4≦5.0である、[1]に記載の非水系リチウム蓄電素子。
[3]
前記非水系電解液にLiClOが含まれる、[1]又は[2]に記載の非水系リチウム蓄電素子。
[4]
前記正極の表面のXPS(X線光電子分光法)測定で得られるフッ素原子の相対元素濃度をC5(atomic%)とするとき、3.0≦C5≦20.0である、[1]〜[3]のいずれか一項に記載の非水系リチウム蓄電素子。
[5]
前記正極中に炭酸リチウム、炭酸ナトリウム及び炭酸カリウムから成る群から選ばれる少なくとも1つの炭酸塩が、1質量%以上10質量%以下含まれる、[1]〜[4]のいずれか一項に記載の非水系リチウム蓄電素子。
[6]
前記正極中に塩化リチウム又は/及びフッ化リチウムが0.1質量%以上5質量%以下含まれる、[1]〜[5]のいずれか一項に記載の非水系リチウム蓄電素子。
[7]
[1]〜[6]のいずれか一項に記載の非水系リチウム蓄電素子を含む蓄電モジュール、電力回生アシストシステム、電力負荷平準化システム、無停電電源システム、非接触給電システム、エナジーハーベストシステム、自然エネルギー蓄電システム、電動パワーステアリングシステム、非常用電源システム、インホイールモーターシステム、アイドリングストップシステム、電気自動車、プラグインハイブリッド自動車、電動バイク又は急速充電システム。
The above problem is solved by the following technical means. That is, the present invention is as follows:
[1]
A positive electrode, a negative electrode, a separator, a non-aqueous lithium storage element having a non-aqueous electrolyte containing lithium ions,
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer disposed on the positive electrode current collector, the positive electrode active material layer includes a carbon material as a positive electrode active material,
The relative element concentration of aluminum atoms obtained by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) measurement on the surface of the positive electrode is C1 (atomic%), the relative element concentration of oxygen atoms is C2 (atomic%), and the relative element concentration of carbon atoms is When C3 (atomic%),
0.4 ≦ C1 ≦ 18.0,
5.0 ≦ C2 ≦ 50.0,
28.0 ≦ C3 ≦ 90.0,
The amount of water contained in the nonaqueous electrolyte is 1 ppm or more and 500 ppm or less, and the peel strength between the positive electrode active material layer and the positive electrode current collector is 0.01 N / cm or more and 2.00 N / cm or less. Water-based lithium storage element.
[2]
The relative element concentration of chlorine atoms obtained by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) measurement on the surface of the positive electrode is defined as C4 (atomic%), where 0.1 ≦ C4 ≦ 5.0, [1]. Non-aqueous lithium energy storage device.
[3]
The non-aqueous lithium storage element according to [1] or [2], wherein the non-aqueous electrolyte contains LiClO 4 .
[4]
When the relative element concentration of fluorine atoms obtained by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) measurement on the surface of the positive electrode is C5 (atomic%), 3.0 ≦ C5 ≦ 20.0, [1] to [1]. 3] The non-aqueous lithium energy storage element according to any one of the above.
[5]
The method according to any one of [1] to [4], wherein the positive electrode contains at least one carbonate selected from the group consisting of lithium carbonate, sodium carbonate, and potassium carbonate in an amount of 1% by mass to 10% by mass. Non-aqueous lithium energy storage device.
[6]
The nonaqueous lithium energy storage device according to any one of [1] to [5], wherein the positive electrode contains lithium chloride and / or lithium fluoride in an amount of 0.1% by mass or more and 5% by mass or less.
[7]
A power storage module including the nonaqueous lithium storage element according to any one of [1] to [6], a power regeneration assist system, a power load leveling system, an uninterruptible power supply system, a non-contact power supply system, an energy harvesting system, Renewable energy storage system, electric power steering system, emergency power system, in-wheel motor system, idling stop system, electric vehicle, plug-in hybrid vehicle, electric motorcycle or fast charging system.

本発明によれば、炭素材料を高容量化し、低電圧高温保存時における容量低下、及び抵抗上昇を抑制し、かつプレドープ時の正極活物質の欠落を抑制し、微短絡率の低い非水系リチウム蓄電素子を提供することができる。   According to the present invention, a non-aqueous lithium having a high capacity of a carbon material, suppressing a decrease in capacity during low-voltage high-temperature storage, and suppressing a rise in resistance, and suppressing a lack of a positive electrode active material during pre-doping, and having a low micro-short circuit rate An energy storage element can be provided.

以下、本発明の実施形態(以下、「本実施形態」という。)を詳細に説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。本実施形態の各数値範囲における上限値及び下限値は任意に組み合わせて任意の数値範囲を構成することができる。
一般に、非水系リチウム蓄電素子は、正極と、負極と、セパレータと、電解液とを主な構成要素とする。電解液としては、アルカリ金属イオンを含む有機溶媒(以下、「非水系電解液」ともいう。)を用いる。
Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter, referred to as “the present embodiment”) will be described in detail, but the present invention is not limited to the present embodiment. The upper limit value and the lower limit value in each numerical range of the present embodiment can be arbitrarily combined to form an arbitrary numerical range.
In general, a non-aqueous lithium energy storage element mainly includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolyte. As the electrolytic solution, an organic solvent containing an alkali metal ion (hereinafter, also referred to as “non-aqueous electrolytic solution”) is used.

<正極>
本実施形態における正極前駆体は、正極集電体と、その上に配置された、より詳細には、そ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する。本実施形態に係る正極活物質層は、炭素材料を含むことを特徴とし、所望によりアルカリ金属化合物を含有することができる。後述のように、本実施形態では、蓄電素子組み立て工程内で、負極にアルカリ金属イオンをプレドープすることが好ましく、そのプレドープ方法としては、アルカリ金属化合物を含む正極前駆体、負極、セパレータ、外装体、及び非水系電解液を用いて蓄電素子を組み立てた後に、正極前駆体と負極との間に電圧を印加することが好ましい。アルカリ金属化合物は、正極前駆体中にいかなる態様で含まれていてもよい。例えば、アルカリ金属化合物は、正極集電体と正極活物質層との間に存在してよく、正極活物質層の表面上に存在してよい。アルカリ金属化合物は正極前駆体の正極集電体上に形成された正極活物質層に含有されることが好ましい。
本明細書では、アルカリ金属ドープ工程前における正極を「正極前駆体」、アルカリ金属ドープ工程後における正極を「正極」と定義する。
<Positive electrode>
The positive electrode precursor in the present embodiment has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material disposed thereon, more specifically, provided on one or both surfaces thereof. The positive electrode active material layer according to the present embodiment is characterized by containing a carbon material, and can contain an alkali metal compound if desired. As described later, in the present embodiment, it is preferable that the negative electrode be pre-doped with an alkali metal ion in the power storage device assembling step. It is preferable to apply a voltage between the positive electrode precursor and the negative electrode after assembling the power storage element using the non-aqueous electrolyte. The alkali metal compound may be contained in the positive electrode precursor in any form. For example, the alkali metal compound may be present between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer, or may be present on the surface of the positive electrode active material layer. The alkali metal compound is preferably contained in the positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector of the positive electrode precursor.
In this specification, the positive electrode before the alkali metal doping step is defined as a “positive electrode precursor”, and the positive electrode after the alkali metal doping step is defined as a “positive electrode”.

[正極活物質層]
正極活物質層は、炭素材料を含む正極活物質を含有することが好ましく、これ以外に、必要に応じて、導電性フィラー、結着剤、分散安定剤、pH調整剤等の任意成分を含んでいてもよい。
また、正極活物質層は、正極前駆体の正極活物質層中または正極活物質層表面に、アルカリ金属化合物が含有されることが好ましい。
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer preferably contains a positive electrode active material containing a carbon material, and, in addition to this, contains optional components such as a conductive filler, a binder, a dispersion stabilizer, and a pH adjuster, if necessary. You may go out.
The positive electrode active material layer preferably contains an alkali metal compound in the positive electrode active material layer of the positive electrode precursor or on the surface of the positive electrode active material layer.

[正極活物質]
正極活物質は、炭素材料を含むことが好ましい。この炭素材料としては、カーボンナノチューブ、導電性高分子、又は多孔性の炭素材料を使用することが好ましく、より好ましくは活性炭である。正極活物質には1種類以上の炭素材料を混合して使用してもよい。
炭素材料の他に、正極活物質としてリチウム遷移金属酸化物を混合して使用してもよい。リチウム遷移金属酸化物としては、リチウムイオン電池で使用される既知の材料を使用することができる。正極活物質には1種類以上のリチウム遷移金属酸化物を混合して使用してもよい。
[Positive electrode active material]
The positive electrode active material preferably contains a carbon material. As the carbon material, a carbon nanotube, a conductive polymer, or a porous carbon material is preferably used, and more preferably, activated carbon. One or more kinds of carbon materials may be mixed and used for the positive electrode active material.
In addition to the carbon material, a lithium transition metal oxide may be mixed and used as a positive electrode active material. As the lithium transition metal oxide, a known material used in a lithium ion battery can be used. One or more lithium transition metal oxides may be mixed and used in the positive electrode active material.

活性炭を正極活物質として用いる場合、活性炭の種類及びその原料には特に制限はないが、高い入出力特性と、高いエネルギー密度とを両立させるために、活性炭の細孔を最適に制御することが好ましい。具体的には、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量を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。
When activated carbon is used as the positive electrode active material, the type of activated carbon and its raw material are not particularly limited, but in order to achieve both high input / output characteristics and high energy density, it is necessary to optimally control the pores of activated carbon. preferable. Specifically, the amount of mesopores derived from pores having a diameter of 20 ° to 500 ° 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 ° is 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, and the specific surface area measured by the BET method is 1, Activated carbon of 500 m 2 / g or more and 3,000 m 2 / g or less (hereinafter also referred to as activated carbon 1) is preferable, and
(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 of 300 m 2 / g or more and 4,000 m 2 / g or less (hereinafter, also referred to as activated carbon 2) is preferable.

本実施形態における活物質のBET比表面積及びメソ孔量、マイクロ孔量、平均細孔径は、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、メソ孔量はBJH法により、マイクロ孔量はMP法により、それぞれ算出される。
BJH法は一般的にメソ孔の解析に用いられる計算方法で、Barrett,Joyner, Halendaらにより提唱されたものである(非特許文献1)。
また、MP法とは、「t−プロット法」(非特許文献2)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、R.S.Mikhail, Brunauer,Bodorにより考案された方法である(非特許文献3)。
また、平均細孔径とは、液体窒素温度下で、各相対圧力下における窒素ガスの各平衡吸着量を測定して得られる、試料の質量当たりの全細孔容積を上記BET比表面積で除して求めたものを指す。
尚、上記のVが上限値でVが下限値である場合のほか、それぞれの上限値と下限値の組み合わせるは任意である。
以下、前記(1)活性炭1及び前記(2)活性炭2について、個別に順次説明する。
The BET specific surface area, the mesopore amount, the micropore amount, and the average pore diameter of the active material in the present embodiment are values obtained by the following methods, respectively. The sample is dried in a vacuum at 200 ° C. all day and night, and the adsorption and desorption isotherms are measured using nitrogen as an adsorbate. Using the adsorption-side isotherm obtained here, the BET specific surface area is calculated by the BET multipoint method or the BET one-point method, the mesopore amount is calculated by the BJH method, and the micropore amount is calculated by the MP method.
The BJH method is a calculation method generally used for analysis of mesopores, and has been proposed by Barrett, Joyner, Hallenda et al. (Non-Patent Document 1).
The MP method refers to a method of obtaining a micropore volume, a micropore area, and a distribution of micropores using a “t-plot method” (Non-Patent Document 2). S. This is a method devised by Mikhal, Brunauer, and Bodor (Non-Patent Document 3).
The average pore diameter is obtained by dividing the total pore volume per sample mass obtained by measuring each equilibrium adsorption amount of nitrogen gas at each relative pressure under liquid nitrogen temperature by the above BET specific surface area. Refers to what you asked for.
Incidentally, in addition to the case V 1 of the above it is the lower limit value V 2 at the upper limit value, combining is any of the respective upper and lower limits.
Hereinafter, the (1) activated carbon 1 and the (2) activated carbon 2 will be described individually and sequentially.

(活性炭1)
活性炭1のメソ孔量Vは、正極材料を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。Vは、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。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。
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。Vは、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。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。
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。一方で、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。
(Activated carbon 1)
Meso Anaryou V 1 of the activated carbon 1, in terms of increasing the output characteristics when incorporating the positive electrode material in the capacitor is preferably 0.3 cc / g greater than. V 1 is preferably 0.8 cc / g or less from the viewpoint of suppressing a decrease in the bulk density of the positive electrode. V 1 was more preferably 0.35 cc / g or more 0.7 cc / g, more preferably not more than 0.4 cc / g or more 0.6 cc / g.
Micropore volume V 2 of the activated carbon 1, to increase the specific surface area of the activated carbon, in order to increase the capacity, it is preferable that 0.5 cc / g or more. V 2 is preferably 1.0 cc / g or less from the viewpoint of suppressing the bulk of activated carbon, increasing the density as an electrode, and increasing the capacity per unit volume. V 2 is more preferably 0.6 cc / g or more 1.0 cc / g, more preferably not more than 0.8 cc / g or more 1.0 cc / g.
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 should be 0.3 or more from the viewpoint that the ratio of the mesopore amount to the micropore amount is increased to such an extent that the deterioration of the output characteristics can be suppressed while maintaining a high capacity. preferable. On the other hand, V 1 / V 2 is 0.9 or less from the viewpoint of increasing the ratio of the amount of micropores to the amount of mesopores to such an extent that a reduction in capacity can be suppressed while maintaining high output characteristics. Is preferred. 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.

活性炭1の平均細孔径は、得られる蓄電素子の出力を最大にする点から、17Å以上であることが好ましく、18Å以上であることがより好ましく、20Å以上であることが最も好ましい。また容量を最大にする点から、活性炭1の平均細孔径は25Å以下であることが好ましい。
活性炭1のBET比表面積は、1,500m/g以上3,000m/g以下であることが好ましく、1,500m/g以上2,500m/g以下であることがより好ましい。BET比表面積が1,500m/g以上の場合には、良好なエネルギー密度が得られ易く、他方、BET比表面積が3,000m/g以下の場合には、電極の強度を保つために結着剤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 average pore diameter of the activated carbon 1 is preferably 17 ° or more, more preferably 18 ° or more, and most preferably 20 ° or more from the viewpoint of maximizing the output of the obtained electricity storage device. From the viewpoint of maximizing the capacity, the average pore diameter of the activated carbon 1 is preferably 25 ° or less.
The BET specific surface area of the activated carbon 1 is preferably from 1,500 m 2 / g to 3,000 m 2 / g, more preferably from 1,500 m 2 / g to 2,500 m 2 / g. When the BET specific surface area is 1,500 m 2 / g or more, a good energy density is easily obtained. On the other hand, when the BET specific surface area is 3,000 m 2 / g or less, in order to maintain the strength of the electrode, Since it is not necessary to add a large amount of the binder, the performance per electrode volume is improved.

前記のような特徴を有する活性炭1は、例えば、以下に説明する原料及び処理方法を用いて得ることができる。
本実施形態では、活性炭1の原料として用いられる炭素源は、特に限定されるものではない。例えば、木材、木粉、ヤシ殻、パルプ製造時の副産物、バガス、廃糖蜜等の植物系原料;泥炭、亜炭、褐炭、瀝青炭、無煙炭、石油蒸留残渣成分、石油ピッチ、コークス、コールタール等の化石系原料;フェノール樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、レゾルシノール樹脂、セルロイド、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等の各種合成樹脂;ポリブチレン、ポリブタジエン、ポリクロロプレン等の合成ゴム;その他の合成木材、合成パルプ等、及びこれらの炭化物が挙げられる。これらの原料の中でも、量産対応及びコストの観点から、ヤシ殻、木粉等の植物系原料、及びそれらの炭化物が好ましく、ヤシ殻炭化物が特に好ましい。
これらの原料を前記活性炭1とするための炭化及び賦活の方式としては、例えば、固定床方式、移動床方式、流動床方式、スラリー方式、ロータリーキルン方式等の既知の方式を採用できる。
これらの原料の炭化方法としては、窒素、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴン、キセノン、ネオン、一酸化炭素、燃焼排ガス等の不活性ガス、又はこれらの不活性ガスを主成分とした他のガスとの混合ガスを使用して、400〜700℃(好ましくは450〜600℃)程度において、30分〜10時間程度に亘って焼成する方法が挙げられる。
上記で説明された炭化方法により得られた炭化物の賦活方法としては、水蒸気、二酸化炭素、酸素等の賦活ガスを用いて焼成するガス賦活法が好ましく用いられる。これらのうち、賦活ガスとして、水蒸気又は二酸化炭素を使用する方法が好ましい。
この賦活方法では、賦活ガスを0.5〜3.0kg/h(好ましくは0.7〜2.0kg/h)の割合で供給しながら、得られた炭化物を3〜12時間(好ましくは5〜11時間、更に好ましくは6〜10時間)掛けて800〜1,000℃まで昇温して賦活するのが好ましい。
更に、上記で説明された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、好ましく採用できる。
The activated carbon 1 having the above-mentioned characteristics can be obtained, for example, by using the raw materials and processing methods described below.
In the present embodiment, the carbon source used as a raw material of the activated carbon 1 is not particularly limited. For example, wood, wood flour, coconut shells, by-products during pulp production, bagasse, plant molasses such as molasses; 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 phenolic 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-based raw materials such as coconut shells and wood flour, and their carbides are preferable, and coconut carbides are particularly preferable.
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 adopted as a method of carbonizing and activating the raw material to form the activated carbon 1.
As a method of carbonizing these raw materials, nitrogen, carbon dioxide, helium, argon, xenon, neon, carbon monoxide, an inert gas such as combustion exhaust gas, or other gas containing these inert gases as a main component. A method of baking at about 400 to 700 ° C. (preferably 450 to 600 ° C.) for about 30 minutes to about 10 hours using a mixed gas may be used.
As a method for activating the carbide obtained by the above-described carbonization method, a gas activation method of firing using an activation gas such as water vapor, carbon dioxide, or oxygen is preferably used. Among these, a method using steam or carbon dioxide as the activation gas is preferable.
In this activation method, the obtained carbide is supplied for 3 to 12 hours (preferably 5 to 12 kg / h) while supplying the activation gas at a rate of 0.5 to 3.0 kg / h (preferably 0.7 to 2.0 kg / h). It is preferred that the activation be carried out by raising the temperature to 800 to 1,000 ° C. over a period of about 11 to 11 hours, more preferably 6 to 10 hours.
Further, prior to the carbide activation treatment described above, the carbide may be primarily activated in advance. In this primary activation, usually, a method of firing a carbon material by using an activation gas such as water vapor, carbon dioxide, oxygen or the like at a temperature of less than 900 ° C. to preferably activate the gas can be preferably employed.

上記で説明された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、本実施形態において使用できる活性炭1を製造することができる。
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。なお、平均粒子径が小さいと耐久性が低いという欠点を招来する場合があるが、平均粒子径が2μm以上であればそのような欠点が生じ難い。一方で、平均粒子径が20μm以下であると、高速充放電には適合し易くなる傾向がある。活性炭1の平均粒子径は、より好ましくは2〜15μmであり、更に好ましくは3〜10μmである。
By appropriately combining the calcination temperature and calcination time in the carbonization method described above with the supply amount of the activation gas, the heating rate, and the maximum activation temperature in the activation method, it is possible to produce the activated carbon 1 that can be used in the present embodiment. it can.
The average particle size of the activated carbon 1 is preferably 2 to 20 μm. When the average particle diameter is 2 μm or more, the capacity per electrode volume tends to increase because the density of the active material layer is high. When the average particle size is small, there may be a drawback that the durability is low. However, when the average particle size is 2 μm or more, such a defect hardly occurs. On the other hand, when the average particle diameter is 20 μm or less, there is a tendency that it is easy to adapt to high-speed charge and discharge. The average particle size of the activated carbon 1 is more preferably 2 to 15 μm, and still more preferably 3 to 10 μm.

(活性炭2)
活性炭2のメソ孔量Vは、正極材料を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。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。
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。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。
上述したメソ孔量及びマイクロ孔量を有する活性炭2は、従来の電気二重層キャパシタ又はリチウムイオンキャパシタ用として使用されていた活性炭よりもBET比表面積が高いものである。活性炭2のBET比表面積の具体的な値は、2,300m/g以上4,000m/g以下であることが好ましく、3,000m/g以上4,000m/g以下であることがより好ましく、3,200m/g以上3,800m/g以下であることがさらに好ましい。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結着剤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。
(Activated carbon 2)
Meso Anaryou V 1 of the activated carbon 2, from the viewpoint of increasing the output characteristics when incorporating the positive electrode material in the capacitor is preferably 0.8 cc / g greater than. V 1 is preferably 2.5 cc / g or less from the viewpoint of suppressing a decrease in the capacity of the power storage element. V 1 was more preferably 1.00 cc / g or more 2.0 cc / g or less, still more preferably not more than 1.2 cc / g or more 1.8 cc / g.
The micropore volume V2 of the activated carbon 2 is preferably larger than 0.8 cc / g in order to increase the specific surface area of the activated carbon and increase the capacity. 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. V2 is more preferably more than 1.0 cc / g and not more than 2.5 cc / g, more preferably not less than 1.5 cc / g and not more than 2.5 cc / g.
The activated carbon 2 having the above-mentioned mesopores and micropores has a higher BET specific surface area than activated carbon used for a conventional electric double layer capacitor or lithium ion capacitor. The specific value of the BET specific surface area of the activated carbon 2 is preferably from 2,300 m 2 / g to 4,000 m 2 / g, and preferably from 3,000 m 2 / g to 4,000 m 2 / g. Is more preferably, and more preferably 3,200 m 2 / g or more and 3,800 m 2 / g or less. When the BET specific surface area is 2,300 m 2 / g or more, good energy density is easily obtained, and when the BET specific surface area is 4,000 m 2 / g or less, binding is performed to maintain electrode strength. Since it is not necessary to add a large amount of the agent, performance per electrode volume is improved.

前記のような特徴を有する活性炭2は、例えば以下に説明するような原料及び処理方法を用いて得ることができる。
活性炭2の原料として用いられる炭素質材料としては、通常活性炭原料として用いられる炭素源であれば特に限定されるものではなく、例えば、木材、木粉、ヤシ殻等の植物系原料;石油ピッチ、コークス等の化石系原料;フェノール樹脂、フラン樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、レゾルシノール樹脂等の各種合成樹脂等が挙げられる。これらの原料の中でも、フェノール樹脂、及びフラン樹脂は、高比表面積の活性炭を作製するのに適しており特に好ましい。
これらの原料を炭化する方式、或いは賦活処理時の加熱方法としては、例えば、固定床方式、移動床方式、流動床方式、スラリー方式、ロータリーキルン方式等の公知の方式が挙げられる。加熱時の雰囲気は窒素、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス、又はこれらの不活性ガスを主成分として他のガスとの混合したガスが用いられる。炭化温度は400〜700℃程度で0.5〜10時間程度焼成する方法が一般的である。
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、及びアルカリ金属化合物と混合した後に加熱処理を行うアルカリ金属賦活法があるが、高比表面積の活性炭を作製するにはアルカリ金属賦活法が好ましい。
この賦活方法では、炭化物とKOH、NaOH等のアルカリ金属化合物との質量比が1:1以上(アルカリ金属化合物の量が、炭化物の量と同じかこれよりも多い量)となるように混合した後に、不活性ガス雰囲気下で600〜900℃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。
マイクロ孔量を大きくし、メソ孔量を大きくしないためには、賦活する際に炭化物の量を多めにしてKOHと混合するとよい。マイクロ孔量及びメソ孔量の双方を大きくするためには、KOHの量を多めに使用するとよい。また、主としてメソ孔量を大きくするためには、アルカリ賦活処理を行った後に水蒸気賦活を行うことが好ましい。
活性炭2の平均粒子径は2μm以上20μm以下であることが好ましい。より好ましくは3μm以上10μm以下である。
The activated carbon 2 having the above-mentioned characteristics can be obtained, for example, by using a raw material and a processing method described below.
The carbonaceous material used as a raw material of the activated carbon 2 is not particularly limited as long as it is a carbon source usually used as a raw material of the activated carbon. Fossil-based raw materials such as coke; and various synthetic resins such as phenolic resin, furan resin, vinyl chloride resin, vinyl acetate resin, melamine resin, urea resin, and resorcinol resin. Among these raw materials, a phenol resin and a furan resin are suitable for producing activated carbon having a high specific surface area, and are particularly preferable.
Examples of a method of carbonizing these raw materials or a 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 mixed gas of these inert gases as a main component and other gases. A method of firing at a carbonization temperature of about 400 to 700 ° C. for about 0.5 to 10 hours is generally used.
Examples of the method for activating the carbide include a gas activation method of firing using an activation gas such as water vapor, carbon dioxide, and oxygen, and an alkali metal activation method of performing heat treatment after mixing with an alkali metal compound. For producing activated carbon, an alkali metal activation method is preferred.
In this activation method, mixing was performed so that the mass ratio of the carbide to the alkali metal compound such as KOH or NaOH was 1: 1 or more (the amount of the alkali metal compound was equal to or larger than the amount of the carbide). Thereafter, heating is performed in an inert gas atmosphere at a temperature of 600 to 900 ° C. for 0.5 to 5 hours. Thereafter, the alkali metal compound is washed and removed with an acid and water, and further dried.
In order to increase the amount of micropores and not increase the amount of mesopores, it is advisable to increase the amount of carbide during activation and mix with KOH. In order to increase both the micropore volume and the mesopore volume, it is advisable to use a larger amount of KOH. In order to mainly increase the mesopore amount, it is preferable to perform steam activation after performing alkali activation treatment.
The average particle diameter of the activated carbon 2 is preferably 2 μm or more and 20 μm or less. More preferably, it is 3 μm or more and 10 μm or less.

(活性炭の使用)
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前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。
前記の活性炭1及び2は、これらのうちのいずれか一方を選択して使用してもよいし、両者を混合して使用してもよい。
正極活物質は、活性炭1及び2以外の材料(例えば、上記で説明された特定の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、導電性高分子等))を含んでもよい。例示の態様において、正極活物質層中の活性炭1の含有量、活性炭2の含有量、又は活性炭1及び2の合計含有量、つまり正極活物質層中の炭素材料の質量割合をAとするとき、また、正極前駆体中に導電性フィラー、結着剤、分散安定剤等が含まれる場合には、炭素材料とこれらの材料の合計量をAとするとき、Aが15質量%以上65質量%以下であることが好ましく、さらに好ましくは20質量%以上50質量%以下である。Aが15質量%以上であれば、電気伝導度の高い炭素材料とアルカリ金属化合物の接触面積が増えるため、プレドープ工程においてアルカリ金属化合物の酸化反応が促進し、短時間でプレドープをすることができる。Aが65質量%以下であれば、正極活物質層の嵩密度が高まり高容量化できる。
(Use 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 carbons, each of which may indicate the above-described characteristic values as a whole mixture.
As the activated carbons 1 and 2, either one of these may be selected and used, or both may be used in combination.
The positive electrode active material, activated carbon 1 and 2 other than the material (e.g., the activated carbon without a specific V 1 and / or V 2 is described, or activated carbon material other than (e.g., conductive polymer, etc.)) May be included. In the illustrated embodiment, the content of the activated carbon 1 in the positive electrode active material layer, the content of the activated carbon 2, or the total content of the active carbon 1 and 2, that is, the mass ratio of the carbon material of the positive electrode active material layer and A 1 when, also, in the case where in the positive electrode precursor conductive filler, binder, include dispersion stabilizer or the like, when the total amount of the carbon material and these materials and a 1, a 1 is 15 wt% It is preferably at least 65 mass% and more preferably at least 20 mass% and not more than 50 mass%. If A 1 is more than 15 mass%, the contact area of the high carbon material electric conductivity and the alkali metal compound is increased, that promotes oxidation reaction of the alkali metal compound in the pre-doping process, the pre-doping in a short time it can. If A 1 is 65 wt% or less, higher capacity increased bulk density of the positive electrode active material layer.

(リチウム遷移金属酸化物)
リチウム遷移金属酸化物は、リチウムを吸蔵及び放出可能な遷移金属酸化物を含む。正極活物質として用いられる遷移金属酸化物には、特に制限はない。遷移金属酸化物としては、例えば、コバルト、ニッケル、マンガン、鉄、バナジウム、及びクロムからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む酸化物が挙げられる。遷移金属酸化物として具体的には、下記式:
LiCoO{式中、xは0≦x≦1を満たす。}、
LiNiO{式中、xは0≦x≦1を満たす。}、
LiNi(1−y){式中、Mは、Co、Mn、Al、Fe、Mg、及びTiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素であり、xは0≦x≦1を満たし、かつyは0.05<y<0.97を満たす。}、
LiNi1/3Co1/3Mn1/3{式中、xは0≦x≦1を満たす。}、
LiMnO{式中、xは0≦x≦1を満たす。}、
α−LiFeO{式中、xは0≦x≦1を満たす。}、
LiVO{式中、xは0≦x≦1を満たす。}、
LiCrO{式中、xは0≦x≦1を満たす。}、
LiFePO{式中、xは0≦x≦1を満たす。}、
LiMnPO{式中、xは0≦x≦1を満たす。}、
Li(PO{式中、zは0≦z≦3を満たす。}、
LiMn{式中、xは0≦x≦1を満たす。}、
LiMn(2−y){式中、Mは、Co、Mn、Al、Fe、Mg、及びTiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素であり、xは0≦x≦1を満たし、かつyは0.05<y<0.97を満たす。}、
LiNiCoAl(1−a−b){式中、xは0≦x≦1を満たし、かつa及びbは0.05<a<0.97と0.05<b<0.97を満たす。}、
LiNiCoMn(1−c−d){式中、xは0≦x≦1を満たし、かつc及びdは0.05<c<0.97と0.05<d<0.97を満たす。}
で表される化合物等が挙げられる。これらの中でも、高容量、低抵抗、サイクル特性、アルカリ金属化合物の分解、及びプレドープ時の正極活物質の欠落の抑制の観点から、上記式LiNiCoAl(1−a−b)、LiNiCoMn(1−c−d)、LiCoO、LiMn、LiFePO、LiMnPO、又はLi(POで表される化合物が好ましい。
本実施形態では、正極活物質とは異なるアルカリ金属化合物が正極前駆体に含まれていれば、プレドープにてアルカリ金属化合物がアルカリ金属のドーパント源となり、負極にプレドープができるため、遷移金属化合物に予めリチウムイオンが含まれていなくても(すなわち上記式においてx=0、又はz=0であっても)、非水系リチウム蓄電素子として電気化学的な充放電をすることができる。
(Lithium transition metal oxide)
The lithium transition metal oxide includes a transition metal oxide capable of inserting and extracting lithium. There is no particular limitation on the transition metal oxide used as the positive electrode active material. Examples of the transition metal oxide include an oxide containing at least one element selected from the group consisting of cobalt, nickel, manganese, iron, vanadium, and chromium. Specifically, the transition metal oxide has the following formula:
Li x CoO 2 0where x satisfies 0 ≦ x ≦ 1. },
Li x NiO 2 } where x satisfies 0 ≦ x ≦ 1. },
Li x Ni y M (1-y) O 2 } wherein M is at least one element selected from the group consisting of Co, Mn, Al, Fe, Mg, and Ti, and x is 0 ≦ x ≤ 1 and y satisfies 0.05 <y <0.97. },
Li x Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2中 where x satisfies 0 ≦ x ≦ 1. },
Li x MnO 2 } where x satisfies 0 ≦ x ≦ 1. },
α-Li x FeO 2 } where x satisfies 0 ≦ x ≦ 1. },
During Li x VO 2 {wherein, x is satisfies the 0 ≦ x ≦ 1. },
Li x CrO 2中 where x satisfies 0 ≦ x ≦ 1. },
Li x FePO 4中 where x satisfies 0 ≦ x ≦ 1. },
Li x MnPO 4中 where x satisfies 0 ≦ x ≦ 1. },
Li z V 2 (PO 4 ) 3 {where, z satisfies 0 ≦ z ≦ 3. },
Li x Mn 2 O 4 {where x satisfies 0 ≦ x ≦ 1. },
During Li x M y Mn (2- y) O 4 { wherein, M is at least one element Co, Mn, Al, Fe, selected from the group consisting of Mg, and Ti, x is 0 ≦ x ≤ 1 and y satisfies 0.05 <y <0.97. },
Li x Ni a Co b Al (1-ab) O 2中 where x satisfies 0 ≦ x ≦ 1, and a and b are 0.05 <a <0.97 and 0.05 <b <0.97 is satisfied. },
Li x Ni c Co d Mn ( 1-c-d) O 2 { wherein, x is satisfies the 0 ≦ x ≦ 1, and c and d are 0.05 <c <0.97 and 0.05 <d <0.97 is satisfied. }
And the like. Among these, from the viewpoints of high capacity, low resistance, cycle characteristics, decomposition of an alkali metal compound, and suppression of the loss of the positive electrode active material during pre-doping, the above formula Li x Ni a Co b Al (1-ab) O 2, Li x Ni c Co d Mn (1-c-d) O 2, Li x CoO 2, Li x Mn 2 O 4, Li x FePO 4, Li x MnPO 4, or Li z V 2 (PO 4 ) 3 is preferred.
In the present embodiment, if an alkali metal compound different from the positive electrode active material is contained in the positive electrode precursor, the alkali metal compound becomes a dopant source of the alkali metal in pre-doping, and the negative electrode can be pre-doped. Even if lithium ions are not contained in advance (that is, even if x = 0 or z = 0 in the above formula), electrochemical charging and discharging can be performed as the non-aqueous lithium energy storage element.

(アルカリ金属化合物)
本実施形態に係るアルカリ金属化合物としては、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、炭酸セシウム、酸化リチウム及び水酸化リチウムが挙げられ、正極前駆体中で分解して陽イオンを放出し、負極で還元することでプレドープすることが可能である、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、又は炭酸セシウムから選択されるアルカリ金属炭酸塩の1種以上が好適に用いられ、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム又は炭酸カリウムが、より好適に用いられ、単位重量当たりの容量が高いという観点から炭酸リチウムが更に好適に用いられる。
正極前駆体中に含まれるアルカリ金属化合物は1種でもよく、2種以上のアルカリ金属化合物を含んでいてもよい。また、本実施形態に係る正極前駆体としては、少なくとも1種のアルカリ金属化合物を含んでいればよく、MをLi、Na、K、Rb、Csから選ばれる1種以上として、MO等の酸化物、MOH等の水酸化物、MF又はMCl等のハロゲン化物、RCOOM(式中、RはH、アルキル基、アリール基である。)等のカルボン酸塩を1種以上含んでいてもよい。また、本実施形態に係るアルカリ金属化合物は、BeCO、MgCO、CaCO、SrCO、及びBaCOから成る群から選ばれるアルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、又はアルカリ土類金属カルボン酸塩を1種以上含んでいてもよい。
(Alkali metal compound)
Examples of the alkali metal compound according to the present embodiment include lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, rubidium carbonate, cesium carbonate, lithium oxide and lithium hydroxide, decompose in the positive electrode precursor to release cations, Lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, rubidium carbonate, or at least one alkali metal carbonate selected from cesium carbonate, which can be pre-doped by reduction at the negative electrode, is preferably used, and lithium carbonate, Sodium carbonate or potassium carbonate is more preferably used, and lithium carbonate is more preferably used from the viewpoint of high capacity per unit weight.
The positive electrode precursor may contain one kind of alkali metal compound or two or more kinds of alkali metal compounds. Further, the positive electrode precursor according to the present embodiment only needs to contain at least one kind of alkali metal compound, and M is one or more kinds selected from Li, Na, K, Rb and Cs, and M 2 O or the like. , A hydroxide such as MOH, a halide such as MF or MCl, or a carboxylate such as RCOOM (where R is H, an alkyl group or an aryl group). Good. Further, the alkali metal compound according to the present embodiment, BeCO 3, MgCO 3, CaCO 3, SrCO 3, and alkaline earth metal carbonate selected from the group consisting of BaCO 3, alkaline earth metal oxides, alkaline earth One or more metal hydroxides, alkaline earth metal halides, or alkaline earth metal carboxylates may be contained.

正極前駆体の正極活物質層に含まれるアルカリ金属化合物の質量割合が、10質量%以上50質量%以下であるように正極前駆体を作製することが好ましい。この質量割合が10質量%以上であれば負極に十分な量のアルカリ金属イオンをプレドープすることができ、非水系リチウム蓄電素子の容量が高まる。他方、この質量割合が50質量%以下であれば、正極前駆体中の電子伝導を高めることができるので、アルカリ金属化合物の分解を効率よく行うことができる。
正極前駆体が、アルカリ金属化合物の他に上記2種以上のアルカリ金属化合物、又はアルカリ土類金属化合物を含む場合は、アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物の総量が、正極前駆体の片面当たり正極活物質層中に10質量%以上50質量%以下の割合であるように正極前駆体を作製することが好ましい。
また、プレドープの達成を示す1つの指標として、正極中には、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム及び炭酸カリウムから成る群から選ばれる少なくとも1つの炭酸塩が、好ましくは1質量%以上10質量%以下、より好ましくは1.5質量%以上9.5質量%以下含まれる。
It is preferable to prepare the positive electrode precursor such that the mass ratio of the alkali metal compound contained in the positive electrode active material layer of the positive electrode precursor is 10% by mass or more and 50% by mass or less. When the mass ratio is 10% by mass or more, a sufficient amount of alkali metal ions can be pre-doped in the negative electrode, and the capacity of the nonaqueous lithium energy storage element increases. On the other hand, when the mass ratio is 50% by mass or less, the electron conduction in the positive electrode precursor can be increased, so that the alkali metal compound can be efficiently decomposed.
When the positive electrode precursor contains the above two or more kinds of alkali metal compounds or an alkaline earth metal compound in addition to the alkali metal compound, the total amount of the alkali metal compound and the alkaline earth metal compound is per one surface of the positive electrode precursor. It is preferable to prepare the positive electrode precursor so that the ratio is 10% by mass or more and 50% by mass or less in the positive electrode active material layer.
Further, as one index indicating the achievement of the pre-doping, at least one carbonate selected from the group consisting of lithium carbonate, sodium carbonate and potassium carbonate is preferably contained in the positive electrode in an amount of 1% by mass or more and 10% by mass or less. Preferably, the content is 1.5% by mass or more and 9.5% by mass or less.

アルカリ金属化合物、及びアルカリ土類金属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。
上記アルカリ金属元素、及びアルカリ土類金属元素の定量は、ICP−AES、原子吸光分析法、蛍光X線分析法、中性子放射化分析法、ICP−MS等により算出できる。
本実施形態において、アルカリ金属化合物の平均粒子径は0.1μm以上10μm以下であることが好ましい。平均粒子径が0.1μm以上であれば正極前駆体中での分散性に優れる。平均粒子径が10μm以下であれば、アルカリ金属化合物の表面積が増えるために分解反応が効率よく進行する。
また、アルカリ金属化合物の平均粒子径が、上記で説明された炭素材料の平均粒子径より小さいことが好ましい。アルカリ金属化合物の平均粒子径が炭素材料の平均粒子径より小さければ、正極活物質層の電子伝導が高まるために、電極体又は蓄電素子の低抵抗化に寄与することができる。
正極前駆体中におけるアルカリ金属化合物の平均粒子径の測定方法について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。
Various methods can be used for atomizing the alkali metal compound and the alkaline earth metal compound. For example, a pulverizer such as a ball mill, a bead mill, a ring mill, a jet mill, and a rod mill can be used.
The quantification of the alkali metal element and the alkaline earth metal element can be calculated by ICP-AES, atomic absorption spectrometry, X-ray fluorescence analysis, neutron activation analysis, ICP-MS, or the like.
In the present embodiment, the average particle size of the alkali metal compound is preferably 0.1 μm or more and 10 μm or less. When the average particle diameter is 0.1 μm or more, the dispersibility in the positive electrode precursor is excellent. When the average particle size is 10 μm or less, the decomposition reaction proceeds efficiently because the surface area of the alkali metal compound increases.
Further, it is preferable that the average particle diameter of the alkali metal compound is smaller than the average particle diameter of the carbon material described above. When the average particle diameter of the alkali metal compound is smaller than the average particle diameter of the carbon material, electron conductivity of the positive electrode active material layer is increased, which can contribute to lowering the resistance of the electrode body or the electric storage element.
The method for measuring the average particle diameter of the alkali metal compound in the positive electrode precursor is not particularly limited, but can be calculated from the SEM image and the SEM-EDX image of the cross section of the positive electrode. As a method for forming the cross section of the positive electrode, BIB processing for irradiating an Ar beam from above the positive electrode and producing a smooth cross section along the end of the shielding plate provided immediately above the sample can be used.

(正極活物質層のその他の成分)
本発明における正極前駆体の正極活物質層には、必要に応じて、正極活物質及びアルカリ金属化合物の他に、導電性フィラー、結着剤、分散安定剤、pH調整剤等の任意成分を含んでいてもよい。
前記導電性フィラーとしては、正極活物質よりも導電性の高い導電性炭素質材料を挙げることができる。このような導電性フィラーとしては、例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、気相成長炭素繊維、黒鉛、鱗片状黒鉛、カーボンナノチューブ、グラフェン、これらの混合物等が好ましい。
正極前駆体の正極活物質層における導電性フィラーの混合量は、正極活物質100質量部に対して、0〜20質量部が好ましく、1〜15質量部の範囲がより好ましい。導電性フィラーは高入力の観点からは混合する方が好ましい。しかしながら、混合量が20質量部よりも多くなると、正極活物質層における正極活物質の含有割合が少なくなるために、正極活物質層体積当たりのエネルギー密度が低下するので好ましくない。
(Other components of the positive electrode active material layer)
In the positive electrode active material layer of the positive electrode precursor in the present invention, if necessary, in addition to the positive electrode active material and the alkali metal compound, a conductive filler, a binder, a dispersion stabilizer, an optional component such as a pH adjuster. May be included.
Examples of the conductive filler include a conductive carbonaceous material having higher conductivity than the positive electrode active material. As such a conductive filler, for example, Ketjen black, acetylene black, vapor-grown carbon fiber, graphite, flaky graphite, carbon nanotube, graphene, a mixture thereof and the like are preferable.
The mixing amount of the conductive filler in the positive electrode active material layer of the positive electrode precursor is preferably from 0 to 20 parts by mass, more preferably from 1 to 15 parts by mass, per 100 parts by mass of the positive electrode active material. It is preferable to mix the conductive filler from the viewpoint of high input. However, when the mixing amount is more than 20 parts by mass, the content ratio of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is reduced, so that the energy density per volume of the positive electrode active material layer decreases, which is not preferable.

結着剤としては、特に制限されるものではないが、例えばPVdF(ポリフッ化ビニリデン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、ポリイミド、ラテックス、スチレン−ブタジエン共重合体、フッ素ゴム、アクリル共重合体等を用いることができる。結着剤の使用量は、正極活物質100質量部に対して、好ましくは1質量部以上30質量部以下であり、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。結着剤の使用量が正極活物質100質量部に対して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、結着剤の使用量が正極活物質100質量部に対して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, but for example, PVdF (polyvinylidene fluoride), PTFE (polytetrafluoroethylene), polyimide, latex, styrene-butadiene copolymer, fluororubber, acrylic copolymer, etc. Can be used. The amount of the binder used is preferably 1 part by mass or more and 30 parts by mass or less, more preferably 3 parts by mass or more and 27 parts by mass or less, and still more preferably 5 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. 25 parts by mass or less. When the amount of the binder used is 1 part by mass or more based on 100 parts by mass of the positive electrode active material, sufficient electrode strength is exhibited. On the other hand, if the amount of the binder used is 30 parts by mass or less based on 100 parts by mass of the positive electrode active material, high input / output characteristics are exhibited without inhibiting the ingress and egress and diffusion of ions to and from the positive electrode active material. .

分散安定剤としては、特に制限されるものではないが、例えばPVP(ポリビニルピロリドン)、PVA(ポリビニルアルコール)、セルロース誘導体等を用いることができる。分散安定剤の使用量は、正極活物質100質量部に対して、好ましくは0質量部以上10質量部以下である。分散安定剤の使用量が正極活物質100質量部に対して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, but for example, PVP (polyvinylpyrrolidone), PVA (polyvinyl alcohol), a cellulose derivative and the like can be used. The amount of the dispersion stabilizer to be used is preferably 0 parts by mass or more and 10 parts by mass or less based on 100 parts by mass of the positive electrode active material. When the use amount of the dispersion stabilizer is 10 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material, high input / output characteristics are exhibited without impeding the inflow and outflow and diffusion of ions to and from the positive electrode active material.

塗工液の溶媒に水を使用する場合には、アルカリ金属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調整剤を塗工液に添加してもよい。pH調整剤としては、特に制限されるものではないが、例えばフッ化水素、塩化水素、臭化水素等のハロゲン化水素、次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸等のハロゲンオキソ酸、蟻酸、酢酸、クエン酸、シュウ酸、乳酸、マレイン酸、フマル酸等のカルボン酸、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸等のスルホン酸、硝酸、硫酸、リン酸、ホウ酸、二酸化炭素等の酸を用いることができる。   When water is used as a solvent for the coating liquid, the coating liquid may be made alkaline by adding an alkali metal compound, and therefore, a pH adjuster may be added to the coating liquid as necessary. . Examples of the pH adjuster include, but are not particularly limited to, hydrogen halides such as hydrogen fluoride, hydrogen chloride, and hydrogen bromide; halogen oxoacids such as hypochlorous acid, chlorous acid, and chloric acid; and formic acid. Carboxylic acids such as acetic acid, citric acid, oxalic acid, lactic acid, maleic acid and fumaric acid, sulfonic acids such as methanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, boric acid, and dioxide Acids such as carbon can be used.

[正極集電体]
本実施形態に係る正極集電体を構成する材料としては、電子伝導性が高く、電解液への溶出及び電解質又はイオンとの反応等による劣化が起こらない材料であれば特に制限はないが、金属箔が好ましい。本実施形態に係る非水系リチウム蓄電素子における正極集電体としては、アルミニウム箔がより好ましい。
金属箔は凹凸又は貫通孔を持たない通常の金属箔でもよいし、エンボス加工、ケミカルエッチング、電解析出法、ブラスト加工等を施した凹凸を有する金属箔でもよいし、エキスパンドメタル、パンチングメタル、エッチング箔等の貫通孔を有する金属箔でもよい。
後述されるプロドープ処理の観点からは、無孔状のアルミニウム箔が更に好ましく、アルミニウム箔の表面が粗面化されていることが特に好ましい。
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。
また前記金属箔の表面に、例えば黒鉛、鱗片状黒鉛、カーボンナノチューブ、グラフェン、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、気相成長炭素繊維等の導電性材料を含むアンカー層を設けることが好ましい。アンカー層を設けることで正極集電体と正極活物質層間の電気伝導が向上し、低抵抗化できる。アンカー層の厚みは、正極集電体の片面当たり0.1μm以上5μm以下であることが好ましい。
[Positive electrode current collector]
The material constituting the positive electrode current collector according to the present embodiment is not particularly limited as long as the material has high electron conductivity and does not cause degradation due to elution into the electrolyte and reaction with the electrolyte or ions. Metal foils are preferred. As the positive electrode current collector in the nonaqueous lithium energy storage device according to the present embodiment, an aluminum foil is more preferable.
The metal foil may be a normal metal foil having no irregularities or through holes, or may be a metal foil having irregularities subjected to embossing, chemical etching, electrolytic deposition, blasting, or the like, expanded metal, punching metal, A metal foil having a through hole such as an etching foil may be used.
From the viewpoint of pro-doping treatment described later, non-porous aluminum foil is more preferable, and it is particularly preferable that the surface of the aluminum foil is roughened.
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, but is preferably, for example, 1 to 100 μm.
Further, it is preferable to provide an anchor layer containing a conductive material such as graphite, flaky graphite, carbon nanotube, graphene, Ketjen black, acetylene black, and vapor grown carbon fiber on the surface of the metal foil. By providing the anchor layer, electric conduction between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer is improved, and the resistance can be reduced. The thickness of the anchor layer is preferably 0.1 μm or more and 5 μm or less per one surface of the positive electrode current collector.

[正極前駆体の製造]
本実施形態において、非水系リチウム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、正極活物質及びアルカリ金属化合物、並びに必要に応じて使用されるその他の任意成分を水又は有機溶剤中に分散又は溶解してスラリー状の塗工液を調製し、この塗工液を正極集電体上の片面又は両面に塗工して塗膜を形成し、これを乾燥することにより正極前駆体を得ることが出来る。さらに得られた正極前駆体にプレスを施して、正極活物質層の膜厚又は嵩密度を調整してもよい。代替的には、溶剤を使用せずに、正極活物質及びアルカリ金属化合物、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、又は得られた混合物を正極集電体上に加熱プレスして正極活物質層を形成す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 energy storage device can be manufactured by a known electrode manufacturing technology in a lithium ion battery, an electric double layer capacitor, or the like. For example, a positive electrode active material and an alkali metal compound, and other optional components used as necessary are dispersed or dissolved in water or an organic solvent to prepare a slurry-like coating liquid, and this coating liquid is used as a positive electrode. A positive electrode precursor can be obtained by coating one or both surfaces of the current collector to form a coating film and drying the coating film. Further, the obtained positive electrode precursor may be pressed to adjust the thickness or bulk density of the positive electrode active material layer. Alternatively, without using a solvent, the positive electrode active material and the alkali metal compound, and other optional components used as necessary, are dry-mixed, and the resulting mixture is press-molded, and then subjected to electroconductivity. A method of attaching the mixture to the positive electrode current collector using an adhesive or a method of heating and pressing the obtained mixture on the positive electrode current collector to form a positive electrode active material layer is also possible.

正極前駆体の塗工液の調製は、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、次いで水又は有機溶媒、及び/又はそれらに結着剤、分散安定剤若しくはpH調整剤が溶解又は分散した液状又はスラリー状の物質を追加して調製してもよい。また、水又は有機溶媒に結着剤、分散安定剤若しくはpH調整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調製してもよい。ドライブレンド法として、例えばボールミル等を使用して正極活物質及びアルカリ金属化合物、並びに必要に応じて導電性フィラーを予備混合して、導電性の低いアルカリ金属化合物に導電材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、後述のプレドープ工程において正極前駆体でアルカリ金属化合物が分解し易くなる。
正極前駆体の塗工液の調製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出来る。良好な分散状態の塗工液を得るためには、塗工液を周速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。また、周速50m/s以下であれば、分散による熱又はせん断力により各種材料が破壊されることなく、再凝集が生じることがないため好ましい。
The preparation of the coating solution for the positive electrode precursor is performed by dry blending a part or all of the various material powders including the positive electrode active material, and then water or an organic solvent, and / or a binder, a dispersion stabilizer or a pH adjuster. A liquid or slurry substance in which the agent is dissolved or dispersed may be additionally prepared. Further, in a liquid or slurry-like substance in which a binder, a dispersion stabilizer or a pH adjuster is dissolved or dispersed in water or an organic solvent, various material powders including a positive electrode active material may be additionally prepared. . As a dry blending method, for example, a positive electrode active material and an alkali metal compound are premixed using a ball mill or the like, and a conductive filler is preliminarily mixed as necessary, and premixing is performed to coat the conductive material on the low conductive alkali metal compound. May be. This makes it easier for the alkali metal compound to be decomposed in the positive electrode precursor in the pre-doping step described later.
The preparation of the coating solution for the positive electrode precursor is not particularly limited, but a homodisper, a multiaxial disperser, a planetary mixer, a disperser such as a thin-film swirling high-speed mixer, or the like can be preferably used. In order to obtain a coating liquid in a good dispersion state, the coating liquid is preferably dispersed at a peripheral speed of 1 m / s or more and 50 m / s or less. When the peripheral speed is 1 m / s or more, various materials are favorably dissolved or dispersed, which is preferable. A peripheral speed of 50 m / s or less is preferable because various materials are not destroyed by heat or shear force due to dispersion and reaggregation does not occur.

塗工液の分散度は、粒ゲージで測定した粒度が0.1μm以上100μm以下であることが好ましい。分散度の上限としては、より好ましくは粒度が80μm以下、さらに好ましくは粒度が50μm以下である。粒度が0.1μm未満では、正極活物質を含む各種材料粉末の粒径以下のサイズとなり、塗工液作製時に材料を破砕していることになり、好ましくない。また、粒度が100μm以下であれば、塗工液吐出時の詰まり又は塗膜のスジ発生等がなく、安定に塗工ができる。
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、塗膜幅及び厚みが良好に制御できる。また、粘度が20,000mPa・s以下であれば、塗工機を用いた際の塗工液の流路における圧力損失が少なく安定に塗工でき、また所望の塗膜厚み以下に制御できる。
また、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、塗膜幅及び厚みが良好に制御できる。
As for the degree of dispersion of the coating liquid, the particle size measured by 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 still more preferably 50 μm or less. If the particle size is less than 0.1 μm, the size becomes smaller than or equal to the particle size of various material powders including the positive electrode active material, and the material is crushed at the time of preparing the coating liquid, which is not preferable. In addition, when the particle size is 100 μm or less, there is no clogging at the time of discharging the coating liquid and no streaking of the coating film, and the coating can be performed stably.
The viscosity (ηb) of the coating solution of the positive electrode precursor is preferably from 1,000 mPa · s to 20,000 mPa · s, more preferably from 1,500 mPa · s to 10,000 mPa · s, and still more preferably 1,500 mPa · s or less. It is 700 mPa · s or more and 5,000 mPa · s or less. When the viscosity (ηb) is 1,000 mPa · s or more, liquid dripping during coating film formation is suppressed, and the coating film width and thickness can be controlled well. Further, when the viscosity is 20,000 mPa · s or less, the coating can be stably applied with a small pressure loss in the flow path of the coating liquid when the coating machine is used, and can be controlled to a desired thickness or less.
Further, the TI value (thixotropic index value) of the coating liquid is preferably 1.1 or more, more preferably 1.2 or more, and still more preferably 1.5 or more. When the TI value is 1.1 or more, the coating film width and thickness can be controlled well.

正極前駆体の塗膜の形成には、特に制限されるものではないが、好適にはダイコーター又はコンマコーター、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。多層塗工の場合には、塗膜各層内のアルカリ金属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。正極集電体に塗膜を塗工する際、多条塗工してもよいし、間欠塗工してもよいし、多条間欠塗工してもよい。また、正極集電体の片面に塗工、乾燥し、その後もう一方の面に塗工、乾燥する逐次塗工を行ってもよいし、正極集電体の両面に同時に塗工液を塗工、乾燥する両面同時塗工を行ってもよい。正極集電体の両面に塗工液を塗工する際、表面と裏面との炭素材料、リチウム遷移金属酸化物、アルカリ金属化合物のそれぞれの比率は10%以下であることが好ましい。例えば、正極集電体の表面の炭素材料の質量比A(表)と裏面のA(裏)の比A(表)/A(裏)が0.9以上1.1以下である。また、正極集電体の表面と裏面の正極活物質層の厚みの比は10%以下であることが好ましい。表面と裏面の質量比、及び膜厚比が1.0に近いほど、一方の面に充放電の負荷が集中することないために高負荷充放電サイクル特性が向上する。 The coating of the positive electrode precursor is not particularly limited, but 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 multi-layer coating. In the case of multilayer coating, the composition of the coating liquid may be adjusted so that the content of the alkali metal compound in each layer of the coating film is different. When applying a coating film on the positive electrode current collector, multi-coating, intermittent coating, or multi-intermittent coating may be performed. Alternatively, one side of the positive electrode current collector may be coated and dried, and then the other side may be sequentially coated and dried, or a coating liquid may be simultaneously applied to both sides of the positive electrode current collector. Alternatively, both sides may be simultaneously dried and dried. When the coating liquid is applied to both surfaces of the positive electrode current collector, the respective ratios of the carbon material, the lithium transition metal oxide, and the alkali metal compound on the front surface and the back surface are preferably 10% or less. For example, the mass ratio A 1 of the carbon material of the surface of the positive electrode current collector (Table) the ratio A 1 of the rear surface of the A 1 (back) (front) / A 1 (back) of 0.9 to 1.1 is there. Further, the ratio of the thickness of the positive electrode active material layer on the front surface to the thickness of the positive electrode active material layer on the back surface is preferably 10% or less. As the mass ratio between the front surface and the back surface and the film thickness ratio are closer to 1.0, the charge / discharge load does not concentrate on one surface, so that the high load charge / discharge cycle characteristics are improved.

正極前駆体の塗膜の乾燥は、好ましくは熱風乾燥、赤外線(IR)乾燥等の乾燥方法を用いて、より好ましくは遠赤外線、近赤外線、又は80℃以上の熱風で行なわれる。塗膜の乾燥は、単一の温度で乾燥させてもよいし、多段的に温度を変えて乾燥させてもよい。また、複数の乾燥方法を組み合わせて乾燥させてもよい。乾燥温度は、25℃以上200℃以下であることが好ましい。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出来る。他方、200℃以下であれば、急激な溶媒の揮発による塗膜のヒビ割れ又はマイグレーションによる結着剤の偏在、正極集電体又は正極活物質層の酸化を抑制できる。
乾燥後の正極前駆体に含まれる水分は、正極活物質層の質量を100%として0.1%以上10%以下であることが好ましい。水分が0.1%以上であれば、過剰な乾燥による結着剤の劣化を抑え、低抵抗化できる。水分が10%以下であれば、非水系リチウム蓄電素子におけるアルカリ金属イオンの失活を抑え、高容量化できる。
塗工液の調整にN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を用いた場合、乾燥後の正極前駆体におけるNMPの含有量は、正極活物質層の質量を100%として0.1%以上10%以下であることが好ましい。NMPが0.1%以上であれば、過剰な乾燥による結着剤の劣化を抑え、低抵抗化できる。NMPが10%以下であれば、非水系リチウム蓄電素子の自己放電特性を改善することができる。
正極前駆体に含まれる水分は、例えばカールフィッシャー滴定法(JIS 0068(2001)「化学製品の水分測定方法」)により測定することができる。
また、正極前駆体に含まれるNMPは、25℃環境下、正極活物質層の50〜100倍の質量のエタノールに正極前駆体を24時間含侵させてNMPを抽出し、その後GC/MSを測定し、予め作成した検量線に基づいて定量することができる。
The drying of the coating film of the positive electrode precursor is preferably performed by a drying method such as hot-air drying or infrared (IR) drying, and more preferably with far-infrared rays, near-infrared rays, or hot air of 80 ° C. or higher. The coating film may be dried at a single temperature or may be dried at multiple temperatures. Further, drying may be performed by combining a plurality of drying methods. The drying temperature is preferably from 25 ° C to 200 ° C. The temperature is more preferably 40 ° C or more and 180 ° C or less, and further preferably 50 ° C or more and 160 ° C or less. When the drying temperature is 25 ° C. or higher, the solvent in the coating film can be sufficiently volatilized. On the other hand, when the temperature is 200 ° C. or less, uneven distribution of the binder due to cracking or migration of the coating film due to rapid volatilization of the solvent and oxidation of the positive electrode current collector or the positive electrode active material layer can be suppressed.
The moisture contained in the dried positive electrode precursor is preferably 0.1% or more and 10% or less, with the mass of the positive electrode active material layer being 100%. When the water content is 0.1% or more, deterioration of the binder due to excessive drying can be suppressed, and the resistance can be reduced. When the water content is 10% or less, deactivation of alkali metal ions in the nonaqueous lithium energy storage element can be suppressed, and the capacity can be increased.
When N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) is used for preparing the coating solution, the content of NMP in the dried positive electrode precursor is 0.1% or more with respect to the mass of the positive electrode active material layer being 100%. % Is preferable. When NMP is 0.1% or more, deterioration of the binder due to excessive drying can be suppressed, and the resistance can be reduced. When the NMP is 10% or less, the self-discharge characteristics of the non-aqueous lithium energy storage device can be improved.
The moisture contained in the positive electrode precursor can be measured, for example, by Karl Fischer titration (JIS 0068 (2001) “Method for measuring moisture of chemical products”).
In addition, NMP contained in the positive electrode precursor is obtained by impregnating the positive electrode precursor with ethanol having a mass of 50 to 100 times the mass of the positive electrode active material layer for 24 hours under a 25 ° C. environment, and extracting GC / MS by GC / MS. It can be measured and quantified based on a calibration curve created in advance.

正極前駆体のプレスには、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、プレスロール間の隙間、プレス部の表面温度により調整できる。プレス圧力は0.5kN/cm以上20kN/cm以下が好ましく、より好ましくは1kN/cm以上10kN/cm以下、さらに好ましくは2kN/cm以上7kN/cm以下である。プレス圧力が0.5kN/cm以上であれば、電極強度を十分に高くできる。他方、プレス圧力が20kN/cm以下であれば、正極前駆体に撓み又はシワが生じることがなく、所望の正極活物質層膜厚又は嵩密度に調整できる。また、プレスロール同士の隙間は所望の正極活物質層の膜厚又は嵩密度となるように乾燥後の正極前駆体膜厚に応じて任意の値を設定できる。さらに、プレス速度は正極前駆体に撓み又はシワが生じない任意の速度に設定できる。また、プレス部の表面温度は室温でもよいし、必要により加熱してもよい。加熱する場合のプレス部の表面温度の下限は、使用する結着剤の融点マイナス60℃以上が好ましく、より好ましくは結着剤の融点マイナス45℃以上、さらに好ましくは結着剤の融点マイナス30℃以上である。他方、加熱する場合のプレス部の表面温度の上限は、使用する結着剤の融点プラス50℃以下が好ましく、より好ましくは結着剤融点プラス30℃以下、さらに好ましくは結着剤の融点プラス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、90℃以上200℃以下に加温することが好ましく、より好ましく105℃以上180℃以下、さらに好ましくは120℃以上170℃以下に加熱することである。また、結着剤にスチレン−ブタジエン共重合体(融点100℃)を用いた場合、40℃以上150℃以下に加温することが好ましく、より好ましくは55℃以上130℃以下、さらに好ましくは70℃以上120℃以下に加温することである。
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℃まで昇温したときに、昇温過程における吸熱ピーク温度が融点となる。
For pressing the positive electrode precursor, a press such as a hydraulic press or a vacuum press can be preferably used. The thickness, bulk density, and electrode strength of the positive electrode active material layer can be adjusted by the press pressure, the gap between the press rolls, and the surface temperature of the press section, which will be 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. When the pressing pressure is 0.5 kN / cm or more, the electrode strength can be sufficiently increased. On the other hand, when the pressing pressure is 20 kN / cm or less, the positive electrode precursor does not bend or wrinkle, and can be adjusted to a desired positive electrode active material layer thickness or bulk density. Further, an arbitrary value can be set according to the thickness of the dried positive electrode precursor so that the gap between the press rolls has a desired thickness or bulk density of the positive electrode active material layer. Further, the pressing speed can be set to any speed that does not cause bending or wrinkling of the positive electrode precursor. Further, the surface temperature of the press section may be room temperature or may be heated if necessary. When heating, the lower limit of the surface temperature of the press part is preferably the melting point of the binder used minus 60 ° C or more, more preferably the melting point of the binder minus 45 ° C or more, and still more preferably the melting point of the binder minus 30 ° C. ° C or higher. On the other hand, when heating, the upper limit of the surface temperature of the press part is preferably the melting point of the binder used plus 50 ° C. or less, more preferably the melting point of the binder plus 30 ° C. or less, and still more preferably the melting point of the binder plus 20 ° C. or less. For example, when PVdF (polyvinylidene fluoride: melting point 150 ° C.) is used as the binder, it is preferable to heat to 90 ° C. or more and 200 ° C. or less, more preferably 105 ° C. or more and 180 ° C. or less, and further preferably 120 ° C. or more Heating to 170 ° C. or less. When a styrene-butadiene copolymer (melting point 100 ° C.) is used as the binder, it is preferably heated to 40 ° C. or more and 150 ° C. or less, more preferably 55 ° C. or more and 130 ° C. or less, and further preferably 70 ° C. or less. The heating is to be performed at a temperature of not less than 120 ° C and not less than 120 ° C.
The melting point of the binder can be determined from the endothermic peak position in DSC (Differential Scanning Calorimetry). For example, using a differential scanning calorimeter “DSC7” manufactured by Perkin Elmer, 10 mg of a sample resin is set in a measurement cell, and the temperature is increased from 30 ° C. to 250 ° C. at a rate of 10 ° C./min in a nitrogen gas atmosphere. When the temperature is raised, the endothermic peak temperature in the temperature raising process becomes the melting point.

また、プレス圧力、隙間、速度、プレス部の表面温度の条件を変えながら複数回プレスを実施してもよい。
正極前駆体を多条塗工した場合には、プレスの前にスリットすることが好ましい。多条塗工された正極前駆体をスリットせずにプレスした場合、正極活物質層が塗布されていない集電体部分に応力が掛かり、皺ができてしまう。また、プレス後に再度、正極前駆体をスリットすることもできる。
Pressing may be performed a plurality of times while changing the conditions of the pressing pressure, the gap, the speed, and the surface temperature of the pressing section.
When the positive electrode precursor is multi-coated, slitting is preferably performed before pressing. When the multi-coated positive electrode precursor is pressed without slitting, stress is applied to the current collector portion where the positive electrode active material layer is not applied, and wrinkles are formed. Further, after the pressing, the positive electrode precursor can be slit again.

本実施形態に係る正極活物質層の厚みは、正極集電体の片面当たり10μm以上200μm以下であることが好ましい。正極活物質層の厚さは、より好ましくは片面当たり20μm以上100μm以下であり、更に好ましくは30μm以上80μm以下である。この厚さが10μm以上であれば、十分な充放電容量を発現することができる。他方、この厚さが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。なお、集電体が貫通孔又は凹凸を有する場合における正極活物質層の厚さとは、集電体の貫通孔又は凹凸を有していない部分の片面当たりの厚さの平均値をいう。   The thickness of the positive electrode active material layer according to this embodiment is preferably 10 μm or more and 200 μm or less per one side of the positive electrode current collector. The thickness of the positive electrode active material layer is more preferably 20 μm or more and 100 μm or less per side, and even more preferably 30 μm or more and 80 μm or less. When the thickness is 10 μm or more, a sufficient charge / discharge capacity can be exhibited. On the other hand, if the thickness is 200 μm or less, the ion diffusion resistance in the electrode can be kept low. Therefore, sufficient output characteristics can be obtained, and the cell volume can be reduced, and thus the energy density can be increased. Note that the thickness of the positive electrode active material layer in the case where the current collector has a through-hole or unevenness refers to an average value of the thickness of one side of the current collector which does not have the through-hole or unevenness.

<負極>
負極は、負極集電体と、その片面又は両面に存在する負極活物質層とを有する。
[負極活物質層]
負極活物質層は、アルカリ金属イオンを吸蔵・放出できる負極活物質を含み、これ以外に、必要に応じて、導電性フィラー、結着剤、分散安定剤等の任意成分を含んでよい。
<Negative electrode>
The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer present on one or both surfaces thereof.
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer contains a negative electrode active material capable of occluding and releasing alkali metal ions, and may further contain optional components such as a conductive filler, a binder, and a dispersion stabilizer, as necessary.

[負極活物質]
負極活物質は、アルカリ金属イオンを吸蔵・放出可能な物質を用いることができる。具体的には、炭素材料、チタン酸化物、ケイ素、ケイ素酸化物、ケイ素合金、ケイ素化合物、錫及び錫化合物等が例示される。好ましくは負極活物質の総量に対する炭素材料の含有率が50質量%以上であり、より好ましくは70質量%以上である。炭素材料の含有率が100質量%であることができるが、他の材料の併用による効果を良好に得る観点から、例えば、90質量%以下であることが好ましく、80質量%以下でもよい。炭素材料の含有率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。
炭素材料としては、例えば、難黒鉛化性炭素材料;易黒鉛化性炭素材料;カーボンブラック;カーボンナノ粒子;活性炭;人造黒鉛;天然黒鉛;黒鉛化メソフェーズカーボン小球体;黒鉛ウイスカ;ポリアセン系物質等のアモルファス炭素質材料;石油系のピッチ、石炭系のピッチ、メソカーボンマイクロビーズ、コークス、合成樹脂(例えばフェノール樹脂等)等の炭素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。
[Negative electrode active material]
As the negative electrode active material, a substance that can occlude and release alkali metal ions can be used. Specific examples include a carbon material, titanium oxide, silicon, silicon oxide, silicon alloy, silicon compound, tin, and tin compound. Preferably, the content of the carbon material with respect to the total amount of the negative electrode active material is 50% by mass or more, and more preferably 70% by mass or more. Although the content of the carbon material can be 100% by mass, it is preferably, for example, 90% by mass or less, and may be 80% by mass or less from the viewpoint of favorably obtaining the effect of the combined use of other materials. The upper and lower limits of the range of the content of the carbon material can be arbitrarily combined.
Examples of the carbon material include a non-graphitizable carbon material; a graphitizable carbon material; carbon black; carbon nanoparticles; activated carbon; artificial graphite; a natural graphite; a graphitized mesophase carbon microsphere; a graphite whisker; Amorphous carbonaceous material; petroleum-based pitch, coal-based pitch, mesocarbon microbeads, coke, carbonaceous material obtained by heat-treating a carbon precursor such as synthetic resin (eg, phenolic resin); furfuryl alcohol resin Or a thermally decomposed product of a novolak resin; fullerene; carbon nanophone; and a composite carbon material thereof.

複合炭素材料のBET比表面積は、100m/g以上350m/g以下であることが好ましく、より好ましくは150m/g以上300m/g以下である。BET比表面積が100m/g以上であれば、アルカリ金属イオンのプレドープ量を十分大きくできるため、負極活物質層を薄膜化することができる。また、BET比表面積が350m/g以下であれば、負極活物質層の塗工性に優れる。
複合炭素材料は、リチウム金属を対極に用いて、測定温度25℃において、電流値0.5mA/cmで電圧値が0.01Vになるまで定電流充電を行った後、電流値が0.01mA/cmになるまで定電圧充電を行った時の初回の充電容量が、前記複合炭素材料単位質量当たり300mAh/g以上1,600mAh/g以下であることが好ましく、より好ましくは、400mAh/g以上1,500mAh/g以下であり、更に好ましくは、500mAh/g以上1,450mAh/g以下である。初回の充電容量が300mAh/g以上であれば、アルカリ金属イオンのプレドープ量を十分大きくできるため、負極活物質層を薄膜化した場合であっても、高い出力特性を有することができる。また、初回の充電容量が1,600mAh/g以下であれば、前記複合炭素材料にアルカリ金属イオンをドープ・脱ドープさせる際の前記複合炭素材料の膨潤・収縮が小さくなり、負極の強度が保たれる。
The BET specific surface area of the composite carbon material is preferably from 100 m 2 / g to 350 m 2 / g, more preferably from 150 m 2 / g to 300 m 2 / g. When the BET specific surface area is 100 m 2 / g or more, the pre-doping amount of alkali metal ions can be sufficiently increased, so that the thickness of the negative electrode active material layer can be reduced. When the BET specific surface area is 350 m 2 / g or less, the coatability of the negative electrode active material layer is excellent.
The composite carbon material was charged at a constant current of 0.5 mA / cm 2 at a measurement temperature of 25 ° C. with a current value of 0.5 mA / cm 2 until the voltage value reached 0.01 V using a lithium metal as a counter electrode. The initial charge capacity when performing constant voltage charging until the current reaches 01 mA / cm 2 is preferably 300 mAh / g or more and 1,600 mAh / g or less, more preferably 400 mAh / g, per unit mass of the composite carbon material. g and 1,500 mAh / g or less, and more preferably 500 mAh / g or more and 1,450 mAh / g or less. If the initial charge capacity is 300 mAh / g or more, the pre-doping amount of the alkali metal ion can be sufficiently increased, so that high output characteristics can be obtained even when the negative electrode active material layer is thinned. Further, if the initial charge capacity is 1,600 mAh / g or less, the swelling and shrinkage of the composite carbon material when doping and undoping the composite carbon material with alkali metal ions is reduced, and the strength of the negative electrode is maintained. Dripping.

上述した負極活物質は、良好な内部抵抗値を得る観点から、下記の条件(1)及び(2)を満たす複合多孔質材料であることが特に好ましい。
(1)前述のBJH法で算出されたメソ孔量(直径が2nm以上50nm以下である細孔の量)Vm(cc/g)が、0.01≦Vm<0.10の条件を満たす。
(2)前述のMP法で算出されたマイクロ孔量(直径が2nm未満である細孔の量)Vm(cc/g)が、0.01≦Vm<0.30の条件を満たす。
The above-described negative electrode active material is particularly preferably a composite porous material satisfying the following conditions (1) and (2) from the viewpoint of obtaining a good internal resistance value.
(1) When the amount of mesopores (the amount of pores having a diameter of 2 nm or more and 50 nm or less) Vm 1 (cc / g) calculated by the above-described BJH method is 0.01 ≦ Vm 1 <0.10. Fulfill.
(2) The micropore amount (the amount of pores having a diameter of less than 2 nm) Vm 2 (cc / g) calculated by the MP method described above satisfies the condition of 0.01 ≦ Vm 2 <0.30.

負極活物質は粒子状であることが好ましい。
前記ケイ素、ケイ素酸化物、ケイ素合金及びケイ素化合物、並びに錫及び錫化合物の粒子径は、0.1μm以上30μm以下であることが好ましい。この粒子径が0.1μm以上であれば、電解液との接触面積が増えるために非水系リチウム蓄電素子の抵抗を下げることができる。また、この粒子径が30μm以下であれば、充放電に伴う負極へのアルカリ金属イオンのドープ・脱ドープに起因する負極の膨潤・収縮が小さくなり、負極の強度が保たれる。
前記ケイ素、ケイ素酸化物、ケイ素合金及びケイ素化合物、並びに錫及び錫化合物は、分級機内臓のジェットミル、撹拌型ボールミル等を用いて粉砕することにより、微粒子化することができる。粉砕機は遠心力分級機を備えており、窒素、アルゴン等の不活性ガス環境下で粉砕された微粒子はサイクロン又は集塵機で捕集することができる。
負極前駆体の負極活物質層における負極活物質の含有割合は、負極活物質層の全質量を位基準として、70質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましい。
The negative electrode active material is preferably in the form of particles.
The particle diameters of silicon, silicon oxide, silicon alloy and silicon compound, and tin and tin compound are preferably 0.1 μm or more and 30 μm or less. When the particle diameter is 0.1 μm or more, the contact area with the electrolytic solution increases, so that the resistance of the nonaqueous lithium storage element can be reduced. When the particle diameter is 30 μm or less, swelling / shrinking of the negative electrode due to doping / de-doping of the negative electrode with the alkali metal ion during charging / discharging is reduced, and the strength of the negative electrode is maintained.
The silicon, silicon oxide, silicon alloy and silicon compound, and tin and tin compound can be finely divided by pulverization using a jet mill, a stirring ball mill, or the like built in a classifier. The crusher is provided with a centrifugal classifier, and fine particles crushed under an inert gas environment such as nitrogen or argon can be collected by a cyclone or a dust collector.
The content ratio of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer of the negative electrode precursor is preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, based on the total mass of the negative electrode active material layer.

(負極活物質層のその他の成分)
本実施形態に係る負極活物質層は、必要に応じて、負極活物質の他に、結着剤、導電性フィラー、分散安定剤等の任意成分を含んでよい。
結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ素ゴム、ラテックス、アクリル重合体等を使用することができる。負極活物質層における結着剤の使用量は、負極活物質100質量部に対して、3〜25質量部が好ましく、5〜20質量部の範囲がより好ましい。結着剤の使用量が負極活物質100質量部に対して3質量部未満の場合、負極(前駆体)における集電体と負極活物質層との間に十分な密着性を確保することができず、集電体と活物質層間との界面抵抗が上昇する。一方、結着剤の使用量が負極活物質100質量部に対して25質量部より大きい場合には、負極(前駆体)の活物質表面を結着剤が過剰に覆ってしまい、活物質細孔内のイオンの拡散抵抗が上昇する。
上記導電性フィラーは、負極活物質よりも導電性の高い導電性炭素質材料から成ることが好ましい。このような導電性フィラーとしては、例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、気相成長炭素繊維、黒鉛、カーボンナノチューブ、これらの混合物等が好ましい。
負極活物質層における導電性フィラーの混合量は、負極活物質100質量部に対して、20質量部以下が好ましく、1〜15質量部の範囲がより好ましい。導電性フィラーは、高入力の観点からは負極活物質層に混合した方が好ましいが、混合量が20質量部よりも多くなると、負極活物質層における負極活物質の含有量が少なくなるために、体積当たりのエネルギー密度が低下するので好ましくない。
(Other components of the negative electrode active material layer)
The negative electrode active material layer according to the present embodiment may include optional components such as a binder, a conductive filler, and a dispersion stabilizer, as necessary, in addition to the negative electrode active material.
As the binder, for example, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluororubber, latex, acrylic polymer and the like can be used. The amount of the binder used in the negative electrode active material layer is preferably 3 to 25 parts by mass, more preferably 5 to 20 parts by mass, per 100 parts by mass of the negative electrode active material. When the amount of the binder used is less than 3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material, it is possible to secure sufficient adhesion between the current collector and the negative electrode active material layer in the negative electrode (precursor). No, the interface resistance between the current collector and the active material layer increases. On the other hand, if the amount of the binder used is greater than 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material, the surface of the active material of the negative electrode (precursor) is excessively covered with the binder, and the fine particles of the active material are used. The diffusion resistance of ions in the pores increases.
The conductive filler is preferably made of a conductive carbonaceous material having higher conductivity than the negative electrode active material. As such a conductive filler, for example, Ketjen black, acetylene black, vapor-grown carbon fiber, graphite, carbon nanotube, a mixture thereof and the like are preferable.
The mixing amount of the conductive filler in the negative electrode active material layer is preferably 20 parts by mass or less, and more preferably 1 to 15 parts by mass, per 100 parts by mass of the negative electrode active material. The conductive filler is preferably mixed with the negative electrode active material layer from the viewpoint of high input.However, when the mixing amount is more than 20 parts by mass, the content of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is reduced. However, it is not preferable because the energy density per volume decreases.

[負極集電体]
本実施形態に係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、電解液への溶出及び電解質又はイオンとの反応等による劣化が起こらない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。本実施形態に係る非水系リチウム蓄電素子における負極集電体としては、銅箔が好ましい。金属箔は凹凸又は貫通孔を持たない通常の金属箔でもよいし、エンボス加工、ケミカルエッチング、電解析出法、ブラスト加工等を施した凹凸を有する金属箔でもよいし、エキスパンドメタル、パンチングメタル、エッチング箔等の貫通孔を有する金属箔でもよい。
負極集電体の厚みは、負極の形状及び強度を十分に保持できれば特に制限はないが、例えば、1〜100μmである。
[Negative electrode current collector]
The material constituting the negative electrode current collector according to the present embodiment is preferably a metal foil that has high electron conductivity and does not degrade due to elution into the electrolytic solution and reaction with the electrolyte or ions. Such a metal foil is not particularly limited, and examples thereof include an aluminum foil, a copper foil, a nickel foil, and a stainless steel foil. As the negative electrode current collector in the non-aqueous lithium storage element according to the present embodiment, a copper foil is preferable. The metal foil may be a normal metal foil having no irregularities or through holes, or may be a metal foil having irregularities subjected to embossing, chemical etching, electrolytic deposition, blasting, or the like, expanded metal, punching metal, A metal foil having a through hole such as an etching foil may be used.
The thickness of the negative electrode current collector is not particularly limited as long as the shape and strength of the negative electrode can be sufficiently maintained, and is, for example, 1 to 100 μm.

[負極の製造]
負極は、負極集電体の片面上又は両面上に負極活物質層を有して成る。典型的な態様において負極活物質層は負極集電体に固着している。
負極は、既知のリチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ等における電極の製造技術によって製造することが可能である。例えば、負極活物質を含む各種材料を水又は有機溶剤中に分散又は溶解してスラリー状の塗工液を調製し、この塗工液を負極集電体上の片面又は両面に塗工して塗膜を形成し、これを乾燥することにより負極を得ることができる。さらに得られた負極にプレスを施して、負極活物質層の膜厚又は嵩密度を調整してもよい。
負極活物質層の厚さは、好ましくは片面当たり10μm以上70μm以下であり、より好ましくは20μm以上60μm以下である。この厚さが10μm以上であれば、良好な充放電容量を発現することができる。他方、この厚さが70μm以下であれば、セル体積を縮小することができるから、エネルギー密度を高めることができる。集電体に孔がある場合には、負極の活物質層の厚さとは、それぞれ、集電体の孔を有していない部分の片面当たりの厚さの平均値をいう。
[Production of negative electrode]
The negative electrode has a negative electrode active material layer on one side or both sides of a negative electrode current collector. In a typical embodiment, the negative electrode active material layer is fixed to the negative electrode current collector.
The negative electrode can be manufactured by a known electrode manufacturing technology in a lithium ion battery, an electric double layer capacitor, or the like. For example, various materials including a negative electrode active material are dispersed or dissolved in water or an organic solvent to prepare a slurry-like coating solution, and this coating solution is applied to one or both surfaces of 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 thickness or bulk density of the negative electrode active material layer.
The thickness of the negative electrode active material layer is preferably 10 μm or more and 70 μm or less per side, more preferably 20 μm or more and 60 μm or less. When the thickness is 10 μm or more, good charge / discharge capacity can be exhibited. On the other hand, if the thickness is 70 μm or less, the cell volume can be reduced, so that the energy density can be increased. In the case where the current collector has holes, the thickness of the active material layer of the negative electrode refers to an average value of the thickness of one side of the current collector without holes.

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

<外装体>
外装体としては、金属缶、ラミネートフィルム等を使用できる。金属缶としては、アルミニウム製のものが好ましい。金属缶は、例えば、角形、丸型、円筒型などの形態でよい。ラミネートフィルムとしては、金属箔と樹脂フィルムとを積層したフィルムが好ましく、外層樹脂フィルム/金属箔/内装樹脂フィルムから成る3層構成のものが例示される。外層樹脂フィルムは、接触等により金属箔が損傷を受けることを防止するためのものであり、ナイロン又はポリエステル等の樹脂が好適に使用できる。金属箔は水分及びガスの透過を防ぐためのものであり、銅、アルミニウム、ステンレス等の箔が好適に使用できる。また、内装樹脂フィルムは、内部に収納する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、酸変性ポリオレフィン等が好適に使用できる。
<Outer body>
As the exterior body, a metal can, a laminated film, or the like can be used. The metal can is preferably made of aluminum. The metal can may be in the form of, for example, a square, a round, or a cylinder. As the laminate film, a film obtained by laminating a metal foil and a resin film is preferable, and a three-layer structure composed of an outer resin film / metal foil / interior resin film is exemplified. The outer 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 permeation of moisture and gas, and foils of copper, aluminum, stainless steel and the like can be suitably used. The interior resin film serves to protect the metal foil from the electrolytic solution contained therein and to melt-close the exterior body during heat sealing, and polyolefin, acid-modified polyolefin and the like can be suitably used.

<電解液>
本実施形態における電解液は非水系電解液である。すなわち、この電解液は、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以上のアルカリ金属塩を含有する。すなわち、非水系電解液は、アルカリ金属塩を電解質として含む。非水系電解液に含まれる非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等に代表される環状カーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等に代表される鎖状カーボネートが挙げられる。
上記のような非水溶媒に溶解するアルカリ金属イオンを含む電解質塩としては、例えば、MをLi、Na、K、Rb又はCsとして、MFSI、MBF、MPF、MClO等を用いることができる。プレドープ工程時に集電体のアルミニウム箔と反応し、炭素材料の表面にアルミニウム原子及び酸素原子からなる誘電体層を形成するという観点から、MClOが好適に用いられ、LiClOがより好適に用いられる。本実施形態における非水系電解液には少なくとも1種以上のアルカリ金属イオンを含有していればよく、2種以上のアルカリ金属塩を含有していてもよいし、アルカリ金属塩及びベリリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、ストロンチウム塩、バリウム塩から選ばれるアルカリ土類金属塩を含有していてもよい。非水系電解液中に2種以上のアルカリ金属塩を含有する場合、ストークス半径の異なる陽イオンが非水電解液中に存在することで低温下での粘度上昇を抑制することができるため、非水系リチウム蓄電素子の低温特性が向上する。非水電解液中に上記アルカリ金属イオン以外のアルカリ土類金属イオンを含有する場合、ベリリウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、バリウムイオンが2価の陽イオンであるために非水系リチウム蓄電素子を高容量化することができる。
<Electrolyte>
The electrolyte in this embodiment is a non-aqueous electrolyte. That is, the electrolyte contains a non-aqueous solvent. The non-aqueous electrolyte contains 0.5 mol / L or more alkali metal salt based on the total amount of the non-aqueous electrolyte. That is, the non-aqueous electrolyte contains an alkali metal salt as an electrolyte. Examples of the non-aqueous solvent contained in the non-aqueous electrolyte include a cyclic carbonate typified by ethylene carbonate, propylene carbonate, and the like, and a chain carbonate typified by dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and the like.
As the electrolyte salt containing an alkali metal ion dissolved in a non-aqueous solvent as described above, for example, MFSI, MBF 4 , MPF 6 , and MClO 4 may be used, where M is Li, Na, K, Rb, or Cs. it can. From the viewpoint of reacting with the aluminum foil of the current collector during the pre-doping step and forming a dielectric layer composed of aluminum atoms and oxygen atoms on the surface of the carbon material, MClO 4 is preferably used, and LiClO 4 is more preferably used. Can be The non-aqueous electrolyte in the present embodiment may contain at least one or more alkali metal ions, and may contain two or more alkali metal salts, or may contain an alkali metal salt, a beryllium salt, and magnesium. It may contain an alkaline earth metal salt selected from salts, calcium salts, strontium salts and barium salts. When the non-aqueous electrolyte contains two or more alkali metal salts, the presence of cations having different Stokes radii in the non-aqueous electrolyte can suppress a rise in viscosity at low temperatures. The low-temperature characteristics of the aqueous lithium storage element are improved. When the non-aqueous electrolyte contains an alkaline earth metal ion other than the alkali metal ion, the non-aqueous lithium storage battery is used because beryllium ion, magnesium ion, calcium ion, strontium ion, and barium ion are divalent cations. The capacity of the element can be increased.

上記2種以上のアルカリ金属塩を非水系電解液中に含有させる方法、又はアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩を非水系電解液中に含有させる方法は特に限定されないが、非水系電解液中に予め2種以上のアルカリ金属イオンからなるアルカリ金属塩を溶解することもできるし、アルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩を溶解することもできる。また、正極前駆体中に、下記式におけるMをNa、K、Rb、及びCsから選ばれる1種以上として、
CO等の炭酸塩、
O等の酸化物、
MOH等の水酸化物、
MFやMCl等のハロゲン化物、
RCOOM(式中、RはH、アルキル基、又はアリール基である)等のカルボン酸塩、及び/又は
BeCO、MgCO、CaCO、SrCO、又はBaCOから選ばれるアルカリ土類金属炭酸塩、並びにアルカリ土類金属酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、及びアルカリ土類金属カルボン酸塩を1種以上含有させ、後述のプレドープ工程にて分解する方法等が挙げられる。
電解液における電解質塩濃度は、0.5〜2.0mol/Lの範囲が好ましい。0.5mol/L以上の電解質塩濃度では、アニオンが十分に存在し、非水系リチウム蓄電素子の容量が維持される。一方で、2.0mol/L以下の電解質塩濃度では、塩が電解液中で十分に溶解し、電解液の適切な粘度及び伝導度が保たれる。
非水系電解液中に2種以上のアルカリ金属塩を含有する場合、又はアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩を含有する場合、これらの塩濃度の合計値が0.5mol/L以上であることが好ましく、0.5〜2.0mol/Lの範囲であることがより好ましい。
The method of including the two or more alkali metal salts in the non-aqueous electrolyte, or the method of including the alkali metal salt and the alkaline earth metal salt in the non-aqueous electrolyte is not particularly limited, In addition, an alkali metal salt composed of two or more alkali metal ions can be dissolved in advance, or an alkali metal salt and an alkaline earth metal salt can be dissolved. Further, in the positive electrode precursor, M in the following formula is one or more selected from Na, K, Rb, and Cs,
Carbonates such as M 2 CO 3 ,
Oxides such as M 2 O,
Hydroxides such as MOH,
Halides such as MF and MCl,
A carboxylate such as RCOOM (where R is H, an alkyl group, or an aryl group) and / or an alkaline earth metal carbonate selected from BeCO 3 , MgCO 3 , CaCO 3 , SrCO 3 , or BaCO 3 A method in which at least one kind of salt, an alkaline earth metal oxide, an alkaline earth metal hydroxide, an alkaline earth metal halide, and an alkaline earth metal carboxylate is contained and decomposed in a pre-doping step described below. Is mentioned.
The electrolyte salt concentration in the electrolyte is preferably in the range of 0.5 to 2.0 mol / L. At an electrolyte salt concentration of 0.5 mol / L or more, sufficient anions are present, and the capacity of the non-aqueous lithium storage element is maintained. On the other hand, when the electrolyte salt concentration is 2.0 mol / L or less, the salt is sufficiently dissolved in the electrolyte solution, and the appropriate viscosity and conductivity of the electrolyte solution are maintained.
When the non-aqueous electrolyte contains two or more kinds of alkali metal salts, or when it contains an alkali metal salt and an alkaline earth metal salt, the total value of these salt concentrations is 0.5 mol / L or more. Is more preferable, and more preferably in the range of 0.5 to 2.0 mol / L.

本実施形態において、非水系電解液に含まれる水分量は、1ppm以上、500ppm以下である。水分量が1ppm以上であれば、正極前駆体中のアルカリ金属化合物が僅かに溶解できるため、プレドープを温和な条件で行うことができるために高容量化、及び低抵抗化できる。水分量が500ppm以下であれば、炭素材料の表面に形成されたアルミニウム原子及び酸素原子からなる誘電体層と水分との分解反応が抑制されるため、低電圧高温保存特性が優れる。電解液中の水分量は上述のカールフィッシャー法で測定できる。   In the present embodiment, the amount of water contained in the non-aqueous electrolyte is 1 ppm or more and 500 ppm or less. When the water content is 1 ppm or more, the alkali metal compound in the positive electrode precursor can be slightly dissolved, and pre-doping can be performed under mild conditions, so that the capacity can be increased and the resistance can be reduced. When the water content is 500 ppm or less, the decomposition reaction between water and the dielectric layer made of aluminum atoms and oxygen atoms formed on the surface of the carbon material is suppressed, so that low-voltage high-temperature storage characteristics are excellent. The amount of water in the electrolyte can be measured by the Karl Fischer method described above.

<非水系リチウム蓄電素子の製造方法>
[組立工程 電極体の作製]
一実施形態の組立工程では、例えば、枚葉の形状にカットした正極前駆体及び負極を、セパレータを介して積層して成る積層体に、正極端子及び負極端子を接続して、電極積層体を作製する。別の実施形態では、正極前駆体及び負極を、セパレータを介して積層及び捲回した捲回体に正極端子及び負極端子を接続して、電極捲回体を作製してもよい。電極捲回体の形状は円筒型であっても、扁平型であってもよい。
正極端子及び負極端子の接続の方法は特に限定されないが、抵抗溶接、超音波溶接などの方法を用いることができる。
端子を接続した電極体(電極積層体、又は電極捲回体)を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ないが、真空乾燥などにより乾燥することができる。残存溶媒は、正極活物質層または負極活物質層の合計質量当たり、1.5質量%以下であることが好ましい。残存溶媒が1.5質量%より多いと、系内に溶媒が残存し、自己放電特性を悪化させるため好ましくない。
乾燥した電極体は、好ましくは露点−40℃以下のドライ環境下にて、金属缶又はラミネートフィルムに代表される外装体の中に収納し、非水系電解液を注液するための開口部を1方だけ残して封止することが好ましい。露点が−40℃より高いと、電極体に水分が付着してしまい、系内に水が残存し、自己放電特性を悪化させるため好ましくない。外装体の封止方法は特に限定されないが、ヒートシール、インパルスシールなどの方法を用いることができる。
<Production method of non-aqueous lithium storage element>
[Assembly process Production of electrode body]
In an assembly process of an embodiment, for example, a positive electrode terminal and a negative electrode terminal are connected to a laminate obtained by laminating a positive electrode precursor and a negative electrode cut into a sheet shape via a separator, and the electrode laminate is formed. Make it. In another embodiment, a positive electrode terminal and a negative electrode terminal may be connected to a wound body obtained by laminating and winding a positive electrode precursor and a negative electrode via a separator, to produce an electrode wound body. The shape of the electrode winding body may be cylindrical or flat.
The method for connecting the positive electrode terminal and the negative electrode terminal is not particularly limited, but a method such as resistance welding or ultrasonic welding can be used.
It is preferable to remove the residual solvent by drying the electrode body (electrode laminate or electrode wound body) to which the terminal is connected. The drying method is not limited, but drying can be performed by vacuum drying or the like. The amount of the residual solvent is preferably 1.5% by mass or less based on the total mass of the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer. If the amount of the residual solvent is more than 1.5% by mass, the solvent remains in the system and the self-discharge characteristics are deteriorated, which is not preferable.
The dried electrode body is preferably housed in an exterior body represented by a metal can or a laminated film under a dry environment having a dew point of −40 ° C. or lower, and has an opening for injecting a non-aqueous electrolyte. It is preferable to seal only one side. If the dew point is higher than −40 ° C., moisture adheres to the electrode body, and water remains in the system, which deteriorates self-discharge characteristics, which is not preferable. The method for sealing the outer package is not particularly limited, but a method such as heat sealing or impulse sealing can be used.

[注液、含浸、封止工程]
組立工程後に、外装体の中に収納された電極体に、非水系電解液を注液する。注液後に、更に含浸を行い、正極、負極、及びセパレータを非水系電解液で十分に浸すことが望ましい。正極、負極、及びセパレータのうちの少なくとも一部に電解液が浸っていない状態では、後述するアルカリ金属ドープ工程において、アルカリ金属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。含浸の方法としては、特に制限されないが、例えば、注液後の電極体を、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、外装体が開口した状態の電極体を減圧しながら封止することで密閉することができる。
[Injection, impregnation, sealing process]
After the assembling process, a non-aqueous electrolyte is injected into the electrode body housed in the exterior body. After the injection, further impregnation is preferably performed, and the positive electrode, the negative electrode, and the separator are preferably sufficiently immersed in the non-aqueous electrolyte. In a state in which the electrolyte is not immersed in at least a part of the positive electrode, the negative electrode, and the separator, in the alkali metal doping step described later, the alkali metal doping proceeds unevenly, so that the resistance of the obtained nonaqueous lithium energy storage element increases. It rises and durability decreases. The method of impregnation is not particularly limited.For example, the electrode body after liquid injection is placed in a reduced pressure chamber with the outer body opened, and the inside of the chamber is reduced in pressure using a vacuum pump, and the atmospheric pressure is again applied. And the like. After the impregnation, the electrode body in a state where the exterior body is open can be hermetically sealed by sealing while reducing the pressure.

[アルカリ金属ドープ工程]
アルカリ金属ドープ工程では、正極前駆体と負極との間に電圧を印加して、正極前駆体中のアルカリ金属化合物を分解してアルカリ金属イオンを放出し、負極でアルカリ金属イオンを還元することにより負極活物質層にアルカリ金属イオンをプレドープすることが好ましい。
アルカリ金属ドープ工程において、正極前駆体中のアルカリ金属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。
[Alkali metal doping step]
In the alkali metal doping step, a voltage is applied between the positive electrode precursor and the negative electrode to decompose the alkali metal compound in the positive electrode precursor, release alkali metal ions, and reduce the alkali metal ions at the negative electrode. It is preferable to pre-dope the negative electrode active material layer with an alkali metal ion.
In the alkali metal doping step, a gas such as CO 2 is generated with the oxidative decomposition of the alkali metal compound in the positive electrode precursor. Therefore, when applying a voltage, it is preferable to take measures to release 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 release valve and a gas permeable film is installed in a part of the exterior body in advance. A method of applying a voltage;

[エージング工程]
アルカリ金属ドープ工程後に、電極体にエージングを行うことが好ましい。エージング工程では、電解液中の溶媒が負極で分解し、負極表面にアルカリ金属イオン透過性の固体高分子被膜が形成される。
エージングの方法としては、特に制限されないが、例えば高温環境下で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。
[Aging process]
It is preferable to perform aging on the electrode body after the alkali metal doping step. In the aging step, the solvent in the electrolytic solution is decomposed at the negative electrode, and a solid polymer film having alkali metal ion permeability is formed on the negative electrode surface.
The method of aging is not particularly limited, and for example, a method of reacting a solvent in an electrolytic solution under a high temperature environment can be used.

[ガス抜き工程]
エージング工程後に、更にガス抜きを行い、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。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。
ガス抜きの方法としては、特に制限されないが、例えば、外装体を開口した状態で電極積層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。ガス抜き後、外装体をシールすることにより外装体を密閉し、非水系リチウム蓄電素子を作製することができる。
[Degassing process]
After the aging step, it is preferable to further remove the gas to surely remove the gas remaining in the electrolytic solution, the positive electrode, and the negative electrode. In a state where gas remains in at least a part of the electrolytic solution, the positive electrode, and the negative electrode, ion conduction is hindered, and the resistance of the obtained nonaqueous lithium energy storage element increases.
The method of degassing is not particularly limited. For example, a method in which the electrode laminate is placed in a decompression chamber with the outer body opened, and the inside of the chamber is depressurized using a vacuum pump, or the like can be used. . After degassing, the exterior body is sealed by sealing the exterior body, so that a non-aqueous lithium energy storage element can be manufactured.

<炭素材料の高容量化>
本実施形態において、正極活物質である炭素材料の表面に、アルミニウム原子及び酸素原子から成る誘電体層を形成することによって炭素材料を高容量化することができる。炭素材料の表面に誘電体層がある場合、単位面積当たりに吸着できるアニオン、及びカチオンの量が増加するため、高容量化を達成することができる。つまり、正極の表面のXPS(X線光電子分光法)測定で得られるアルミニウム原子の相対元素濃度をC1(atomic%)、酸素原子の相対元素濃度をC2(atomic%)、炭素原子の相対元素濃度をC3(atomic%)とするとき、0.4≦C1≦18.0であり、5.0≦C2≦50.0であり、28.0≦C3≦90.0である。C1が0.4以上、かつC2が5.0以上、かつC3が90.0以下である場合、炭素材料の表面を誘電体層が覆っているため、高容量化を達成することができる。C1が18.0以下、かつC2が50.0以下、かつC3が28.0以上である場合、炭素材料の表面の誘電体層が肥大化していないために低抵抗化できる。
高容量化と低抵抗化の両立という観点から、好ましくは、0.5≦C1≦17.7、5.2≦C2≦44.5、かつ28.2≦C3≦89.5であり、より好ましくは、0.6≦C1≦17.0、5.5≦C2≦44.0、かつ28.5≦C3≦89.0である。
<Higher capacity carbon materials>
In this embodiment, the capacity of the carbon material can be increased by forming a dielectric layer composed of aluminum atoms and oxygen atoms on the surface of the carbon material as the positive electrode active material. When the carbon material has a dielectric layer on the surface, the amount of anions and cations that can be adsorbed per unit area increases, so that a higher capacity can be achieved. That is, the relative element concentration of aluminum atoms obtained by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) measurement on the surface of the positive electrode is C1 (atomic%), the relative element concentration of oxygen atoms is C2 (atomic%), and the relative element concentration of carbon atoms is Is C3 (atomic%), 0.4 ≦ C1 ≦ 18.0, 5.0 ≦ C2 ≦ 50.0, and 28.0 ≦ C3 ≦ 90.0. When C1 is 0.4 or more, C2 is 5.0 or more, and C3 is 90.0 or less, high capacitance can be achieved because the surface of the carbon material is covered with the dielectric layer. When C1 is 18.0 or less, C2 is 50.0 or less, and C3 is 28.0 or more, the resistance can be reduced because the dielectric layer on the surface of the carbon material is not enlarged.
From the viewpoint of achieving both high capacity and low resistance, preferably 0.5 ≦ C1 ≦ 17.7, 5.2 ≦ C2 ≦ 44.5, and 28.2 ≦ C3 ≦ 89.5, and more preferably Preferably, 0.6 ≦ C1 ≦ 17.0, 5.5 ≦ C2 ≦ 44.0, and 28.5 ≦ C3 ≦ 89.0.

炭素材料の表面にアルミニウム原子、及び酸素原子からなる誘電体層を形成する方法については特に制限はなく、例えば、炭素材料とアルミニウム原子及び酸素原子を有する化合物を同時に焼成する方法や、炭素材料をアルミニウム原子及び酸素原子を有する化合物が溶解した溶液に浸漬する方法が挙げられる。特に好ましい方法として、MをLi、Na、Kから選ばれるアルカリ金属イオンとして、電解液中にMClO4、MClO3、MClOやMNO等の酸化性固体を溶解させ、上述のプレドープ工程において高電圧を印加し、集電体であるアルミニウム箔と酸化反応させて生じるアルミニウム原子及び酸素原子を有する化合物を炭素材料の表面に堆積させる方法が挙げられる。 There is no particular limitation on the method of forming the dielectric layer composed of aluminum atoms and oxygen atoms on the surface of the carbon material.For example, a method of simultaneously firing a carbon material and a compound having aluminum atoms and oxygen atoms, A method of immersing in a solution in which a compound having an aluminum atom and an oxygen atom is dissolved can be given. As a particularly preferred method, M is converted into an alkali metal ion selected from Li, Na, and K , and an oxidizing solid such as MCLO 4, MCLO 3, MCLO 2, and MNO 3 is dissolved in the electrolytic solution. There is a method in which a compound having an aluminum atom and an oxygen atom generated by an oxidation reaction with an aluminum foil as a current collector is applied to a surface of a carbon material by applying a voltage.

炭素材料の表面に形成された誘電体層は、低電圧高温環境下、電解液中の水分と反応して分解してしまうため、さらに塩素原子、またはフッ素原子からなる被膜を有することが好ましい。塩素原子の相対元素濃度をC4(atomic%)とするとき、0.1≦C4≦5.0であり、フッ素原子の相対元素濃度をC5(atomic%)とするとき、3.0≦C5≦20.0であることが好ましい。C4が0.1以上、またはC5が3.0以上である場合、誘電体層と水分との反応が抑制され、低電圧高温保存特性が向上する。C4が5.0以下、またはC5が20.0以下である場合、炭素材料の表面の被膜が肥大化していないために低抵抗化できる。低電圧高温保存特性と低抵抗化の両立という観点から、好ましくは、0.2≦C4≦4.7又は3.3≦C5≦19.3であり、より好ましくは、0.4≦C4≦4.1又は3.8≦C5≦18.8である。塩素原子を含む化合物としては塩化リチウムが挙げられ、フッ素原子を含む化合物としてはフッ化リチウムが挙げられ、後述するXPS測定により化合物種を同定することができる。本実施形態において、以下の手順によりXPS測定に用いるサンプルを調製する。非水系リチウム蓄電素子の電圧を3.5Vに調整した後、アルゴンボックス中で解体し、正極を1cm(1cm×1cm)の大きさに切り出し、得られた正極サンプルについて、エチルメチルカーボネート(EMC)で2回洗浄し、風乾した後にアルゴンボックスから取り出す。続けて、25℃環境下で蒸留水に正極サンプルを24時間浸漬させた後、80℃環境下、−95から−100kPaの圧力で12時間真空乾燥する。
また、低電圧高温保存特性と低抵抗化の両立という観点から、本実施形態に係る正極中には、塩化リチウム又は/及びフッ化リチウムが、好ましくは0.1質量%以上5質量%以下、より好ましくは0.2質量%以上4.8質量%以下含まれる。
Since the dielectric layer formed on the surface of the carbon material is decomposed by reacting with water in the electrolytic solution under a low voltage and high temperature environment, it is preferable that the dielectric layer further has a coating made of chlorine atoms or fluorine atoms. When the relative element concentration of chlorine atom is C4 (atomic%), 0.1 ≦ C4 ≦ 5.0, and when the relative element concentration of fluorine atom is C5 (atomic%), 3.0 ≦ C5 ≦ It is preferably 20.0. When C4 is 0.1 or more or C5 is 3.0 or more, the reaction between the dielectric layer and moisture is suppressed, and the low-voltage high-temperature storage characteristics are improved. When C4 is 5.0 or less or C5 is 20.0 or less, the resistance can be reduced because the coating on the surface of the carbon material is not enlarged. From the viewpoint of achieving both low-voltage high-temperature storage characteristics and low resistance, preferably 0.2 ≦ C4 ≦ 4.7 or 3.3 ≦ C5 ≦ 19.3, more preferably 0.4 ≦ C4 ≦. 4.1 or 3.8 ≦ C5 ≦ 18.8. Examples of the compound containing a chlorine atom include lithium chloride, and examples of the compound containing a fluorine atom include lithium fluoride. The type of the compound can be identified by XPS measurement described later. In the present embodiment, a sample used for XPS measurement is prepared by the following procedure. After adjusting the voltage of the non-aqueous lithium storage element to 3.5 V, the battery was disassembled in an argon box, the positive electrode was cut out into a size of 1 cm 2 (1 cm × 1 cm), and the obtained positive electrode sample was subjected to ethyl methyl carbonate (EMC). ) And air-dried, and then taken out of the argon box. Subsequently, the positive electrode sample is immersed in distilled water for 24 hours in an environment of 25 ° C., and then dried in vacuum at a pressure of −95 to −100 kPa for 12 hours in an environment of 80 ° C.
In addition, from the viewpoint of achieving both low-voltage high-temperature storage characteristics and low resistance, the positive electrode according to the present embodiment preferably contains lithium chloride or / and lithium fluoride in an amount of preferably from 0.1% by mass to 5% by mass, More preferably, the content is 0.2% by mass to 4.8% by mass.

<非水系リチウム蓄電素子の特性評価>
[静電容量]
本明細書では、容量Qa(Ah)とは、以下の方法によって得られる値である。
先ず、非水系リチウム蓄電素子と対応するセルを25℃に設定した恒温槽内で、2Cの電流値で4.0Vに到達するまで定電流充電を行い、続いて4.0V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Qa(Ah)とする。
ここで電流の放電レート(「Cレート」とも呼ばれる)とは、放電容量に対する放電時の電流の相対的な比率であり、一般に、上限電圧から下限電圧まで定電流放電を行う際、1時間で放電が完了する電流値のことを1Cという。本明細書では、上限電圧4.0Vから下限電圧2.2Vまで定電流放電を行う際に1時間で放電が完了する電流値のことを1Cとする。
<Characteristic evaluation of non-aqueous lithium storage element>
[Capacitance]
In this specification, the capacity Qa (Ah) is a value obtained by the following method.
First, the cell corresponding to the non-aqueous lithium storage element is charged in a constant temperature bath set at 25 ° C. at a constant current of 2 C until the current reaches 4.0 V, and then a constant voltage of 4.0 V is applied. Is performed for a total of 30 minutes. Thereafter, the capacity when constant current discharge is performed at a current value of 2 C up to 2.2 V is defined as Qa (Ah).
Here, the discharge rate of the current (also referred to as “C rate”) is a relative ratio of the current at the time of discharge to the discharge capacity. Generally, when performing constant current discharge from the upper limit voltage to the lower limit voltage, it takes one hour. The current value at which the discharge is completed is referred to as 1C. In this specification, the current value at which the discharge is completed in one hour when the constant current discharge is performed from the upper limit voltage of 4.0 V to the lower limit voltage of 2.2 V is defined as 1C.

[内部抵抗]
本明細書では、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、非水系リチウム蓄電素子を25℃に設定した恒温槽内で、20C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30分間行う。続いて、サンプリング間隔を0.05秒とし、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1秒及び2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=4.0−EoからRa=ΔE/(20Cの電流値)として算出される値である。
[Internal resistance]
In this specification, the internal resistance Ra (Ω) is a value obtained by the following method:
First, a non-aqueous lithium storage element was charged in a constant temperature bath set at 25 ° C. at a constant current of 20 C until the voltage reached 4.0 V, and then a constant voltage charge of applying a constant voltage of 4.0 V was performed. Perform for a total of 30 minutes. Subsequently, a constant current discharge is performed to 2.2 V at a current value of 20 C with a sampling interval of 0.05 second to obtain a discharge curve (time-voltage). In this discharge curve, when the voltage at the discharge time = 0 second obtained by extrapolating by linear approximation from the voltage values at the discharge time of 1 second and 2 seconds is Eo, the drop voltage ΔE = 4.0− It is a value calculated from Eo as Ra = ΔE / (20C current value).

[低電圧高温保存試験]
本明細書では、低電圧高温保存後の容量、及び抵抗の変化率は、以下の方法によって測定する。
(低電圧高温保存後の容量、及び抵抗の変化率)
先ず、非水系リチウム蓄電素子と対応するセルを25℃に設定した恒温槽内で、2Cの電流値で2.0Vに到達するまで定電流放電し、続いて2.0V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、60℃の環境下で2週間保管した後、上記静電容量、及び内部抵抗の測定方法に従い低電圧高温保存後の静電容量Qb、及び内部抵抗Rbを測定する。Qb/Qaを低電圧高温保存後の容量変化率、Rb/Raを低電圧高温保存後の抵抗変化率とする。
[Low voltage high temperature storage test]
In the present specification, the rate of change in capacity and resistance after storage at low voltage and high temperature is measured by the following method.
(Change rate of capacity and resistance after storage at low voltage and high temperature)
First, the cell corresponding to the nonaqueous lithium storage element is discharged in a constant temperature bath set at 25 ° C. at a constant current of 2 C until the voltage reaches 2.0 V, and then a constant voltage of 2.0 V is applied. A constant voltage discharge is performed for a total of 30 minutes. Subsequently, after storing for 2 weeks in an environment of 60 ° C., the capacitance Qb and the internal resistance Rb after low-voltage high-temperature storage are measured according to the above-described methods for measuring the capacitance and the internal resistance. Qb / Qa is the rate of change in capacitance after storage at low voltage and high temperature, and Rb / Ra is the rate of change in resistance after storage at low voltage and high temperature.

正極活物質層の剥離強度は既知の方法で測定することができ、例えば、JIS Z0237(2009)「粘着テープ・粘着シート試験方法」に準拠した剥離試験を用いるか、または、後述する実施例で用いた試験方法を用いてよい。
剥離強度を測定する正極については、非水系リチウム蓄電素子をアルゴンボックス中で解体し、得られた正極をエチルメチルカーボネート(EMC)等の溶媒で2回洗浄し、25℃環境下で24時間減圧乾燥させた後に得られるサンプルを用いる。
本実施形態に係る正極活物質層の正極集電体に対する剥離強度は、0.01N/cm以上2.00N/cm以下である。剥離強度が0.01N/cm以上であれば、プレドープ工程におけるガス発生による正極活物質層の欠落を抑制し、微短絡を抑制することができる。剥離強度が2.00N/cm以下であれば、正極活物質層内に過剰な結着剤等が存在しないことを意味するため、電解液の拡散性が向上して低抵抗化できる。微短絡の抑制と低抵抗化の両立という観点から、剥離強度は、好ましくは0.02N/cm以上1.96N/cm以下、より好ましくは0.03N/cm以上1.90N/cm以下である。
The peel strength of the positive electrode active material layer can be measured by a known method. For example, a peel test in accordance with JIS Z0237 (2009) “Testing method for pressure-sensitive adhesive tape / pressure-sensitive adhesive sheet” is used, or in the examples described later. The test method used may be used.
For the positive electrode for measuring the peel strength, the nonaqueous lithium storage element was disassembled in an argon box, the obtained positive electrode was washed twice with a solvent such as ethyl methyl carbonate (EMC), and the pressure was reduced at 25 ° C. for 24 hours. Use the sample obtained after drying.
The peel strength of the positive electrode active material layer according to the present embodiment from the positive electrode current collector is 0.01 N / cm or more and 2.00 N / cm or less. When the peel strength is 0.01 N / cm or more, it is possible to prevent the positive electrode active material layer from being lost due to gas generation in the pre-doping step, and to suppress a micro short circuit. When the peel strength is 2.00 N / cm or less, it means that there is no excessive binder or the like in the positive electrode active material layer, and therefore, the diffusion property of the electrolytic solution can be improved and the resistance can be reduced. From the viewpoint of achieving a balance between the suppression of micro short circuits and the reduction in resistance, the peel strength is preferably from 0.02 N / cm to 1.96 N / cm, more preferably from 0.03 N / cm to 1.90 N / cm. .

[微短絡検査試験]
本明細書では、非水系リチウム蓄電素子の微短絡とは以下の手法により判断する。
先ず、1Cの電流値で2.5Vまで定電流放電し、その後1Cの電流値で電圧3.5Vまで定電流充電した後に続けて3.5V定電圧充電を2時間継続する手法により、電圧を3.5Vに調整する。続いて25℃に設定した恒温槽内で、電極体を10kPaの圧力で加圧した状態で1週間静置し、電圧が3.0V以下に低下したものを微短絡と判断する。
[Micro short-circuit inspection test]
In the present specification, the slight short circuit of the nonaqueous lithium storage element is determined by the following method.
First, a constant current discharge is performed to 2.5 V at a current value of 1 C, and then a constant current charge is performed to a voltage of 3.5 V at a current value of 1 C, and then a 3.5 V constant voltage charge is continued for 2 hours. Adjust to 3.5V. Subsequently, the electrode body is allowed to stand still for one week in a thermostat set at 25 ° C. while being pressurized at a pressure of 10 kPa, and a battery whose voltage has dropped to 3.0 V or less is determined to be a slight short circuit.

<正極活物質層中の炭素材料、リチウム遷移金属酸化物、アルカリ金属化合物の定量>
正極活物質層中に含まれる炭素材料の質量割合A、リチウム遷移金属酸化物の質量割合A、及びアルカリ金属化合物の質量割合Aの定量の方法は特に限定されないが、例えば下記の方法により定量することができる。
測定する正極前駆体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、より好ましくは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。
まず、正極前駆体を上記面積に切断し、真空乾燥する。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時間の範囲で正極前駆体中の残存水分量が1質量%以下になる条件が好ましい。水分の残存量については、カールフィッシャー法により定量することができる。
真空乾燥後に得られた正極前駆体について、重量(M)を測定する。続いて、正極前駆体の重量の100〜150倍の蒸留水に3日間以上浸漬させ、アルカリ金属化合物を水中に溶出させる。浸漬の間、蒸留水が揮発しないよう容器に蓋をすることが好ましい。3日間以上浸漬させた後、蒸留水から正極前駆体を取り出し、上記と同様に真空乾燥する。得られた正極前駆体の重量(M)を測定する。続いて、スパチュラ、ブラシ、刷毛等を用いて正極集電体の片面、または両面に塗布された正極活物質層を取り除く。残った正極集電体の重量(M)を測定し、以下の(1)式でアルカリ金属化合物の質量割合Aを算出する。
=(M−M)/(M−M)×100 (1)式
続いて、A、Aを算出するため、上記アルカリ金属化合物を取り除いて得られた正極活物質層について、以下の条件にてTG曲線を測定する。
・試料パン:白金
・ガス:大気雰囲気下、又は圧縮空気
・昇温速度:0.5℃/min以下
・温度範囲:25℃〜500℃以上リチウム遷移金属酸化物の融点マイナス50℃の温度以下
<Quantification of carbon material, lithium transition metal oxide, and alkali metal compound in positive electrode active material layer>
Mass ratio A 1 of the carbon material contained in the positive electrode active material layer, the mass ratio A 2 of the lithium transition metal oxides, and quantitative methods of mass ratio A 3 of the alkali metal compound is not particularly limited, for example, the following method Can be determined.
Area of measurement for the positive electrode precursor is not particularly limited, but preferably from the viewpoint of reducing the variation in measurement is 5 cm 2 or more 200 cm 2 or less, more preferably 25 cm 2 or more 150 cm 2 or less. If the area is 5 cm 2 or more, reproducibility of measurement is ensured. If the area is 200 cm 2 or less, the sample is excellent in handleability.
First, the positive electrode precursor is cut into the above area, and dried in a vacuum. As the conditions for vacuum drying, for example, conditions in which the amount of residual moisture in the positive electrode precursor is 1% by mass or less in a range of temperature: 100 to 200 ° C., pressure: 0 to 10 kPa, and time: 5 to 20 hours are preferable. The remaining amount of water can be determined by the Karl Fischer method.
The weight (M 0 ) of the positive electrode precursor obtained after vacuum drying is measured. Subsequently, the resultant is immersed in distilled water having a weight of 100 to 150 times the weight of the positive electrode precursor for 3 days or more to elute the alkali metal compound into the water. It is preferable to cover the container during immersion so that distilled water does not evaporate. After immersion for 3 days or more, the positive electrode precursor is taken out of distilled water and vacuum dried as above. The weight (M 1 ) of the obtained positive electrode precursor is measured. Subsequently, the positive electrode active material layer applied to one or both surfaces of the positive electrode current collector is removed using a spatula, a brush, a brush, or the like. The weight (M 2 ) of the remaining positive electrode current collector is measured, and the mass ratio A 3 of the alkali metal compound is calculated by the following equation (1).
A 3 = (M 0 −M 1 ) / (M 0 −M 2 ) × 100 Equation (1) Subsequently, in order to calculate A 1 and A 2 , the positive electrode active material obtained by removing the above alkali metal compound The TG curve of the layer is measured under the following conditions.
-Sample pan: Platinum-Gas: Air atmosphere or compressed air-Temperature rising rate: 0.5 ° C / min or less-Temperature range: 25 ° C to 500 ° C or higher and melting point of lithium transition metal oxide minus 50 ° C or lower

得られるTG曲線の25℃の質量をMとし、500℃以上の温度にて質量減少速度がM×0.01/min以下となった最初の温度における質量をMとする。
炭素材料は、酸素含有雰囲気(例えば、大気雰囲気)下では500℃以下の温度で加熱することですべて酸化・燃焼する。他方、リチウム遷移金属酸化物は酸素含有雰囲気下でもリチウム遷移金属酸化物の融点マイナス50℃の温度までは質量減少することがない。
そのため、正極活物質層におけるリチウム遷移金属酸化物の含有量Aは以下の(2)式で算出できる。
=(M/M)×{1−(M−M)/(M−M)}×100 (2)式
また、正極活物質層における炭素材料の含有量Aは以下の(3)式で算出できる。
={(M−M)/M}×{1−(M−M)/(M−M)}×100 (3)式
なお、複数のアルカリ金属化合物が正極活物質層に含まれる場合;アルカリ金属化合物の他に、下記式におけるMをNa、K、Rb、及びCsから選ばれる1種以上として、MO等の酸化物、MOH等の水酸化物、MFやMCl等のハロゲン化物、M(CO等の蓚酸塩、RCOOM(式中、RはH、アルキル基、又はアリール基である)等のカルボン酸塩を含む場合;並びに正極活物質層が、BeCO、MgCO、CaCO、SrCO、及びBaCOから選ばれるアルカリ土類金属炭酸塩、又はアルカリ土類金属酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属シュウ酸塩、若しくはアルカリ土類金属カルボン酸塩を含む場合には、これらの総量をアルカリ金属化合物量として算出する。
正極活物質層中に導電材、結着剤、増粘剤等が含まれる場合、炭素材料とこれらの材料の合計量をAとして算出する。
The mass at 25 ° C. of the obtained TG curve is defined as M 3, and the mass at the first temperature at which the mass reduction rate becomes M 3 × 0.01 / min or less at a temperature of 500 ° C. or more is defined as M 4 .
All carbon materials are oxidized and burned by heating at a temperature of 500 ° C. or lower under an oxygen-containing atmosphere (for example, an air atmosphere). On the other hand, the mass of the lithium transition metal oxide does not decrease up to the melting point of the lithium transition metal oxide minus 50 ° C. even in an oxygen-containing atmosphere.
Therefore, the content A 2 of the lithium transition metal oxide in the positive electrode active material layer can be calculated by the following equation (2).
A 2 = (M 4 / M 3 ) × {1- (M 0 −M 1 ) / (M 0 −M 2 )} × 100 (2) Further, the content A 1 of the carbon material in the positive electrode active material layer Can be calculated by the following equation (3).
A 1 = {(M 3 −M 4 ) / M 3 } × {1− (M 0 −M 1 ) / (M 0 −M 2 )} × 100 Formula (3) where a plurality of alkali metal compounds are positive electrodes When contained in the active material layer; in addition to the alkali metal compound, M in the following formula is one or more selected from Na, K, Rb, and Cs, and an oxide such as M 2 O and a hydroxide such as MOH And a carboxylate such as an oxalate such as M 2 (CO 2 ) 2 , RCOOM (where R is H, an alkyl group or an aryl group); and a positive electrode. active material layer, BeCO 3, MgCO 3, CaCO 3, SrCO 3, and alkaline earth metal carbonates selected from BaCO 3, or alkaline earth metal oxides, alkaline earth metal hydroxides, alkaline earth metal Halide, alkaline earth gold If oxalate, or containing an alkaline earth metal carboxylates calculates their total amount as the alkali metal compound amount.
Conductive material in the positive electrode active material layer, the binder, if it contains a thickener, and calculates the total amount of the carbon material and these materials as A 1.

<電極中のアルカリ金属の同定方法>
正極中に含まれるアルカリ金属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。アルカリ金属化合物の同定には、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。
解析手法にてアルカリ金属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、Li−固体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、アルカリ金属化合物を同定することもできる。
<Method of identifying alkali metal in electrode>
The method for identifying the alkali metal compound contained in the positive electrode is not particularly limited, but can be identified, for example, by the following method. For the identification of the alkali metal compound, it is preferable to identify by combining a plurality of analysis methods described below.
Failure to identify an alkali metal compound in analytical techniques, other analytical techniques, 7 Li- solid NMR, XRD (X-ray diffraction), TOF-SIMS (time-of-flight secondary ion mass spectrometry), AES (Auger An alkali metal compound can also be identified by using electron spectroscopy, TPD / MS (heating mass spectrometry), DSC (differential scanning calorimetry), or the like.

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

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

[イオンクロマトグラフィー]
正極前駆体を蒸留水で洗浄し、洗浄した後の水をイオンクロマトグラフィーで解析することにより、水中に溶出した炭酸イオン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、及び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。また、質量分析計又は荷電化粒子検出器を検出器として組み合わせて、測定を行なうこともできる。
サンプルの保持時間は、使用するカラム、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、イオン種の濃度に比例する。トレーサビリティーが確保された既知濃度の標準液を予め測定しておくことでイオン種成分の定性と定量が可能となる。
[Ion chromatography]
By washing the positive electrode precursor with distilled water and analyzing the washed water by ion chromatography, carbonate ions eluted in the water can be identified. As the column to be used, an ion exchange type, an ion exclusion type, and a reversed-phase ion pair type can be used. As the detector, an electric conductivity detector, an ultraviolet-visible absorption light detector, an electrochemical detector, and the like can be used, and a suppressor method in which a suppressor is installed in front of the detector, or an electric detector without a suppressor is used. A non-suppressor system using a solution having low conductivity as an eluent can be used. The measurement can also be performed by combining a mass spectrometer or a charged particle detector as a detector.
The sample retention time is constant for each ionic species component if the conditions of the column and eluent to be used are determined, and the magnitude of the peak response varies for each ionic species, but is proportional to the concentration of the ionic species. . The qualitative and quantitative determination of ionic species components is possible by measuring in advance a standard solution of known concentration with traceability.

<アルカリ金属元素の定量方法 ICP−MS>
測定試料について、濃硝酸、濃塩酸、王水等の強酸を用いて酸分解し、得られた溶液を2%〜3%の酸濃度になるように純水で希釈する。酸分解については、試料を適宜加熱、加圧することもできる。得られた希釈液をICP−MSにより解析するが、この際に内部標準として既知量の元素を加えておくことが好ましい。測定対象のアルカリ金属元素が測定上限濃度以上になる場合には、希釈液の酸濃度を維持したまま更に希釈することが好ましい。得られた測定結果に対し、化学分析用の標準液を用いて予め作成した検量線に基づいて、各元素を定量することができる。
<Alkali metal element determination method ICP-MS>
The measurement sample is acid-decomposed using a strong acid such as concentrated nitric acid, concentrated hydrochloric acid, or aqua regia, and the obtained solution is diluted with pure water to an acid concentration of 2% to 3%. For acid decomposition, the sample can be appropriately heated and pressurized. The obtained diluted solution is analyzed by ICP-MS. At this time, it is preferable to add a known amount of an element as an internal standard. When the alkali metal element to be measured is higher than the upper limit of the measurement, it is preferable to further dilute the solution while maintaining the acid concentration of the diluent. With respect to the obtained measurement results, each element can be quantified based on a calibration curve prepared in advance using a standard solution for chemical analysis.

<非水系リチウム蓄電素子の用途>
本実施形態に係る複数個の非水系リチウム蓄電素子を直列又は並列に接続することにより蓄電モジュールを作製することができる。また、本実施形態の非水系リチウム蓄電素子及び蓄電モジュールは、高い入出力特性と高温での安全性とを両立することができるので、電力回生アシストシステム、電力負荷平準化システム、無停電電源システム、非接触給電システム、エナジーハーベストシステム、蓄電システム(例えば、自然エネルギー蓄電システム)、電動パワーステアリングシステム、非常用電源システム、インホイールモーターシステム、アイドリングストップシステム、急速充電システム、スマートグリッドシステム等に使用されることができる。
蓄電システムは太陽光発電又は風力発電等の自然発電に、電力負荷平準化システムはマイクログリッド等に、無停電電源システムは工場の生産設備等に、それぞれ好適に利用される。非接触給電システムにおいて、非水系リチウム蓄電素子は、マイクロ波送電又は電界共鳴等の電圧変動の平準化及びエネルギーの蓄電のために、エナジーハーベストシステムにおいて、非水系リチウム蓄電素子は、振動発電等で発電した電力を使用するために、それぞれ好適に利用される。
<Applications of non-aqueous lithium energy storage device>
A power storage module can be manufactured by connecting a plurality of nonaqueous lithium power storage elements according to the present embodiment in series or in parallel. Further, since the non-aqueous lithium storage element and the storage module of the present embodiment can achieve both high input / output characteristics and high-temperature safety, the power regeneration assist system, the power load leveling system, the uninterruptible power supply system Used for non-contact power supply systems, energy harvesting systems, power storage systems (for example, renewable energy storage systems), electric power steering systems, emergency power supply systems, in-wheel motor systems, idling stop systems, quick charging systems, smart grid systems, etc. Can be done.
The power storage system is suitably used for natural power generation such as photovoltaic power generation or wind power generation, the power load leveling system is suitably used for microgrids and the like, and the uninterruptible power supply system is suitably used for factory production facilities and the like. In the non-contact power supply system, the non-aqueous lithium storage element is used for energy transmission and leveling of voltage fluctuations such as microwave transmission or electric field resonance. In order to use the generated electric power, each is suitably used.

蓄電システムにおいては、セルスタックとして、複数個の非水系リチウム蓄電素子が直列又は並列に接続されるか、又は非水系リチウム蓄電素子と、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン二次電池又は燃料電池とが直列又は並列に接続される。
また、本実施形態に係る非水系リチウム蓄電素子は、高い入出力特性と高温での安全性とを両立することができるので、例えば、電気自動車、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド自動車、電動バイク等の乗り物に搭載されることができる。上記で説明された電力回生アシストシステム、電動パワーステアリングシステム、非常用電源システム、インホイールモーターシステム、アイドリングストップシステム、又はこれらの組み合わせが、乗り物に好適に搭載される。
In a power storage system, as a cell stack, a plurality of non-aqueous lithium storage elements are connected in series or in parallel, or a non-aqueous lithium storage element and a lead battery, a nickel hydrogen battery, a lithium ion secondary battery, or a fuel cell. Are connected in series or in parallel.
Further, the non-aqueous lithium energy storage device according to the present embodiment can achieve both high input / output characteristics and high-temperature safety, such as electric vehicles, plug-in hybrid vehicles, hybrid vehicles, and electric motorcycles. Can be mounted on vehicles. The power regeneration assist system, the electric power steering system, the emergency power supply system, the in-wheel motor system, the idling stop system, or a combination thereof described above is suitably mounted on a vehicle.

以下、実施例及び比較例を示して本発明の実施形態を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例及び比較例により何ら限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples and comparative examples.

<実施例1>
<正極活物質の調製>
破砕されたヤシ殻炭化物を小型炭化炉内へ入れ、窒素雰囲気下、500℃で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、予熱炉で加温した水蒸気を1kg/hで賦活炉内へ導入し、900℃まで8時間掛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。得られた賦活された活性炭を10時間通水洗浄した後に水切りし、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。
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、活性炭1の平均粒子径を測定した結果、5.5μmであった。また、ユアサアイオニクス社製細孔分布測定装置(AUTOSORB−1 AS−1−MP)を用いて、活性炭1の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。
<Example 1>
<Preparation of positive electrode active material>
The crushed coconut shell carbide was put into a small carbonization furnace and carbonized at 500 ° C. for 3 hours under a nitrogen atmosphere to obtain a carbide. The obtained carbide was put into the activation furnace, steam heated in the preheating furnace was introduced into the activation furnace at 1 kg / h, and the temperature was raised to 900 ° C. over 8 hours to activate. The activated carbide was taken out and cooled under a nitrogen atmosphere to obtain activated activated carbon. The activated carbon thus obtained was washed with water for 10 hours, drained, dried in an electric dryer maintained at 115 ° C. for 10 hours, and then pulverized with a ball mill for 1 hour to obtain activated carbon 1.
The average particle size of the activated carbon 1 was measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer (SALD-2000J) manufactured by Shimadzu Corporation. Moreover, the pore distribution of the activated carbon 1 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.

<正極前駆体の製造>
活性炭1を正極活物質として用いて正極前駆体を製造した。
活性炭1を55.0質量%、炭酸リチウムを30.0質量%、ケッチェンブラックを4.0質量%、PVP(ポリビニルピロリドン)を1.5質量%、及びPVDF(ポリフッ化ビニリデン)を9.5質量%、並びに固形分の質量割合が18.5%になるようにNMP(N−メチル−2−ピロリドン)を混合し、その混合物をPRIMIX社製の薄膜旋回型高速ミキサー「フィルミックス(登録商標)」を用いて、周速17m/sの条件で3分間分散して正極塗工液を得た。
得られた正極塗工液の粘度(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2,810mPa・s、TI値は4.2であった。また、得られた正極塗工液の分散度をヨシミツ精機社製の粒ゲージを用いて測定した。その結果、粒度は21μmであった。
東レエンジニアリング社製の両面ダイコーターを用いて、厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に正極塗工液を塗工速度1m/sの条件で塗工し、乾燥炉の温度を70℃、90℃、110℃、130℃の順番に調整し、乾燥して正極前駆体1を得た。得られた正極前駆体1を、ロールプレス機を用いて圧力6kN/cm、プレス部の表面温度25℃の条件でプレスした。正極前駆体1の全厚を、小野計器社製膜厚計Linear Gauge Sensor GS−551を用いて、正極前駆体1の任意の10か所で測定した。得られた測定結果より、正極前駆体1の正極活物質層の片面当たり膜厚は60μmであった。
<Production of positive electrode precursor>
A positive electrode precursor was manufactured using activated carbon 1 as a positive electrode active material.
55.0% by mass of activated carbon 1, 30.0% by mass of lithium carbonate, 4.0% by mass of Ketjen black, 1.5% by mass of PVP (polyvinylpyrrolidone), and 9.9% of PVDF (polyvinylidene fluoride). NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) was mixed so that the mass ratio of the solid content was 5% by mass and the solid content was 18.5%, and the mixture was mixed with a PRIMIX thin-film swirling high-speed mixer “Filmix (registered). (Trademark)) and dispersed at a peripheral speed of 17 m / s for 3 minutes to obtain a positive electrode coating solution.
The viscosity (ηb) and TI value of the obtained positive electrode coating liquid were measured using an E-type viscometer TVE-35H manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. As a result, the viscosity (ηb) was 2,810 mPa · s, and the TI value was 4.2. Further, the degree of dispersion of the obtained positive electrode coating liquid was measured using a particle gauge manufactured by Yoshimitsu Seiki Co., Ltd. As a result, the particle size was 21 μm.
Using a double-sided die coater manufactured by Toray Engineering Co., a positive electrode coating solution was applied to both sides of a 15 μm-thick aluminum foil at a coating speed of 1 m / s, and the temperature of the drying furnace was set to 70 ° C., 90 ° C. The temperature was adjusted in the order of 110 ° C. and 130 ° C. and dried to obtain a positive electrode precursor 1. The obtained positive electrode precursor 1 was pressed using a roll press under the conditions of a pressure of 6 kN / cm and a surface temperature of a pressing portion of 25 ° C. The total thickness of the positive electrode precursor 1 was measured at arbitrary 10 points of the positive electrode precursor 1 using a film thickness meter Linear Gauge Sensor GS-551 manufactured by Ono Keiki Co., Ltd. From the obtained measurement results, the film thickness per side of the positive electrode active material layer of the positive electrode precursor 1 was 60 μm.

<負極の製造>
平均粒子径4.5μmの人造黒鉛を84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6質量部、並びに固形分の質量割合が24.5%になるようにNMP(N−メチル−2−ピロリドン)を混合し、その混合物をPRIMIX社製の薄膜旋回型高速ミキサー「フィルミックス(登録商標)」を用いて、周速17m/sの条件で分散して負極塗工液を得た。
得られた負極塗工液の粘度(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2,440mPa・s、TI値は4.1であった。
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8μmの電解銅箔の両面に負極塗工液を塗工速度1m/sの条件で塗工し、乾燥温度120℃で乾燥して負極1を得た。ロールプレス機を用いて圧力5kN/cm、プレス部の表面温度25℃の条件でプレスした。プレスされた負極1の全厚を、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。得られた測定結果より、負極1の負極活物質層の膜厚は片面当たり30μmであった。
<Production of negative electrode>
NMP (84 parts by mass of artificial graphite having an average particle diameter of 4.5 μm, 10 parts by mass of acetylene black, 6 parts by mass of PVdF (polyvinylidene fluoride), and NMP (solid content: 24.5%). N-methyl-2-pyrrolidone), and disperse the mixture using a PRIMIX thin-film revolving high-speed mixer “Filmix (registered trademark)” at a peripheral speed of 17 m / s to coat the negative electrode. A liquid was obtained.
The viscosity (ηb) and TI value of the obtained negative electrode coating solution were measured using an E-type viscometer TVE-35H manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. As a result, the viscosity (ηb) was 2,440 mPa · s, and the TI value was 4.1.
Using a die coater manufactured by Toray Engineering Co., Ltd., a negative electrode coating solution was applied on both sides of an 8 μm thick electrolytic copper foil at a coating speed of 1 m / s and dried at a drying temperature of 120 ° C. to obtain a negative electrode 1 Was. Pressing was carried out using a roll press under the conditions of a pressure of 5 kN / cm and a surface temperature of the press section of 25 ° C. The total thickness of the pressed negative electrode 1 was measured at any 10 points on the negative electrode 1 using a Linear Gauge Sensor GS-551 manufactured by Ono Keiki Co., Ltd. From the obtained measurement results, the thickness of the negative electrode active material layer of the negative electrode 1 was 30 μm per side.

<電解液の調製>
有機溶媒として、エチレンカーボネート(EC):エチルメチルカーボネート(EMC)=33:67(体積比)の混合溶媒を用い、LiPFとLiClOとの濃度比が1:1であり、合計1.2mol/Lの濃度となるように電解質塩を溶解した。続けて、混合溶媒へ蒸留水を10ppmの濃度になるように添加し、非水系電解液1を得た。
<Preparation of electrolyte solution>
As the organic solvent, a mixed solvent of ethylene carbonate (EC): ethyl methyl carbonate (EMC) = 33: 67 (volume ratio) was used, and the concentration ratio between LiPF 6 and LiClO 4 was 1: 1 and a total of 1.2 mol. / L was dissolved in the electrolyte salt. Subsequently, distilled water was added to the mixed solvent to a concentration of 10 ppm to obtain a non-aqueous electrolyte 1.

<非水系リチウム蓄電素子の作製>
得られた正極前駆体1を、正極活物質層が10.0cm×10.0cm(100cm)の大きさになるように20枚切り出した。続いて負極1を、負極活物質層が10.1cm×10.1cm(102cm)の大きさになるよう21枚切り出した。また、10.3cm×10.3cm(106cm)のポリエチレン製のセパレータ(旭化成株式会社製、厚み15μm)を40枚用意した。これらについて、負極1を最外層に配置し、正極前駆体1、セパレータ、負極1、セパレータの順に、セパレータを挟んで正極活物質層と負極活物質層とが対向するように積層し、電極積層体を得た。得られた電極積層体に正極端子及び負極端子を超音波溶接し、アルミラミネート包材で形成された容器に入れ、電極端子部を含む3辺をヒートシールによりシールした。
アルミラミネート包材の中に収納された電極積層体に、大気圧下、温度25℃、露点−40℃以下のドライエアー環境下にて、非水系電解液1を約70g注入した。続いて、電極積層体及び非水系電解液1を収納しているアルミラミネート包材を減圧チャンバーの中に入れ、大気圧から−87kPaまで減圧した後、大気圧に戻し、5分間静置した。その後、チャンバー内の包材を大気圧から−87kPaまで減圧した後、大気圧に戻す工程を4回繰り返した後、15分間静置した。以上の工程により、非水系電解液1を電極積層体に含浸させた。
その後、非水系電解液1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、電極体を得た。
<Preparation of non-aqueous lithium storage element>
Twenty sheets of the obtained positive electrode precursor 1 were cut out so that the size of the positive electrode active material layer was 10.0 cm × 10.0 cm (100 cm 2 ). Subsequently, 21 negative electrodes 1 were cut out so that the negative electrode active material layer had a size of 10.1 cm × 10.1 cm (102 cm 2 ). In addition, 40 sheets of 10.3 cm × 10.3 cm (106 cm 2 ) polyethylene separators (manufactured by Asahi Kasei Corporation, thickness: 15 μm) were prepared. With respect to these, the negative electrode 1 is disposed in the outermost layer, and the positive electrode precursor 1, the separator, the negative electrode 1, and the separator are stacked in this order such that the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other with the separator interposed therebetween. I got a body. The positive electrode terminal and the negative electrode terminal were ultrasonically welded to the obtained electrode laminate, placed in a container formed of an aluminum laminate packaging material, and three sides including the electrode terminal portions were sealed by heat sealing.
About 70 g of the non-aqueous electrolyte 1 was injected into the electrode laminate housed in the aluminum laminate packaging material under a dry air environment at atmospheric pressure, a temperature of 25 ° C., and a dew point of −40 ° C. or less. Subsequently, the aluminum laminate packaging material containing the electrode laminate and the non-aqueous electrolyte 1 was placed in a decompression chamber, the pressure was reduced from atmospheric pressure to -87 kPa, and then the pressure was returned to atmospheric pressure and left for 5 minutes. Thereafter, the process of reducing the pressure of the packaging material in the chamber from the atmospheric pressure to -87 kPa, and then returning the pressure to the atmospheric pressure was repeated four times, and then left at rest for 15 minutes. Through the above steps, the non-aqueous electrolyte 1 was impregnated into the electrode laminate.
Thereafter, the electrode laminate impregnated with the non-aqueous electrolyte 1 was placed in a pressure reducing sealing machine, and the pressure was reduced to −95 kPa, and the aluminum laminate was sealed at 180 ° C. for 10 seconds at a pressure of 0.1 MPa to obtain an aluminum laminate packaging material. After sealing, an electrode body was obtained.

[アルカリ金属ドープ工程]
封止後に得られた電極体を、温度40℃、露点−40℃以下のドライボックス内に入れた。アルミラミネート包材の余剰部を切断して開封し、電流値500mA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5時間継続する手法により初期充電を行い、負極にアルカリ金属ドープを行った。アルカリ金属ドープ終了後、富士インパルス社製のヒートシール機(FA−300)を用いてアルミラミネートを封止した。
[エージング工程]
アルカリ金属ドープ後の電極体をドライボックスから取り出し、25℃環境下、100mAで電圧4.0Vに到達するまで定電流放電を行った後、4.0Vでの定電流放電を1時間行うことにより、電圧を4.0Vに調整した。続いて、電極体を60℃の恒温槽に24時間保管した。
[ガス抜き工程]
エージング後の電極体について、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。続いて、減圧チャンバーの中に電極積層体を入れ、ダイヤフラムポンプを用いて大気圧から−80kPaまで3分間掛けて減圧した後、3分間掛けて大気圧に戻す工程を合計3回繰り返した。その後、減圧シール機に電極体を入れ、−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、非水系リチウム蓄電素子を作製した。
[微短絡検査工程]
以上の工程により非水系リチウム蓄電素子を10個作製し、上述の微短絡検査試験を行った。
[Alkali metal doping step]
The electrode body obtained after sealing was placed in a dry box at a temperature of 40 ° C. and a dew point of −40 ° C. or less. The excess portion of the aluminum laminate packaging material is cut off and opened, and a constant current charge is performed at a current value of 500 mA until the voltage reaches 4.5 V, and then a 4.5 V constant voltage charge is continuously performed for 5 hours. The battery was charged and the negative electrode was doped with an alkali metal. After the completion of the alkali metal doping, the aluminum laminate was sealed using a heat sealer (FA-300) manufactured by Fuji Impulse.
[Aging process]
The electrode body after the alkali metal doping is taken out of the dry box, and under a 25 ° C. environment, constant current discharge is performed at 100 mA until the voltage reaches 4.0 V, and then constant current discharge at 4.0 V is performed for 1 hour. , And the voltage was adjusted to 4.0V. Subsequently, the electrode body was stored in a thermostat at 60 ° C. for 24 hours.
[Degassing process]
With respect to the electrode body after aging, a part of the aluminum laminate packaging material was opened in a dry air environment at a temperature of 25 ° C. and a dew point of −40 ° C. Subsequently, a step of putting the electrode laminate in a decompression chamber, reducing the pressure from atmospheric pressure to −80 kPa over 3 minutes using a diaphragm pump, and then returning to atmospheric pressure over 3 minutes was repeated a total of three times. After that, the electrode body was put into a vacuum sealing machine, and after reducing the pressure to -90 kPa, the aluminum laminate packaging material was sealed by sealing at 200 ° C. for 10 seconds at a pressure of 0.1 MPa to produce a non-aqueous lithium storage element. did.
[Micro short-circuit inspection process]
Through the above steps, ten non-aqueous lithium energy storage devices were manufactured, and the above-mentioned micro short circuit inspection test was performed.

<非水系リチウム蓄電素子の評価>
[静電容量Qaの測定]
得られた非水系リチウム蓄電素子の内の1個について、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福島株式会社製の充放電装置(5V,360A)を用い、上述の方法により静電容量Qaを測定した。
[内部抵抗Raの測定]
非水系リチウム蓄電素子について、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福島株式会社製の充放電装置(5V,360A)を用いて、上述の方法により内部抵抗Raを算出した。
[低電圧高温保存試験]
得られた非水系リチウム蓄電素子の1個について、上述の方法により低電圧高温保存試験を行った。試験後に静電容量Qb、及び内部抵抗Rbを測定した。
<Evaluation of non-aqueous lithium storage element>
[Measurement of capacitance Qa]
One of the obtained non-aqueous lithium energy storage devices was statically charged in a thermostat set at 25 ° C. using a charge / discharge device (5 V, 360 A) manufactured by Fujitsu Telecom Networks Fukushima Co., Ltd. according to the method described above. The capacitance Qa was measured.
[Measurement of internal resistance Ra]
The internal resistance Ra of the non-aqueous lithium storage element was calculated by the above-described method using a charge / discharge device (5V, 360A) manufactured by Fujitsu Telecom Networks Fukushima Co., Ltd. in a thermostat set at 25 ° C.
[Low voltage high temperature storage test]
One of the obtained nonaqueous lithium energy storage devices was subjected to a low voltage and high temperature storage test by the above-described method. After the test, the capacitance Qb and the internal resistance Rb were measured.

[正極の表面のXPS(X線光電子分光法)測定]
(サンプルの調製)
得られた非水系リチウム蓄電素子の1個について、電圧を3.5Vに調整した後、アルゴンボックス中で解体し、正極を1cm(1cm×1cm)の大きさに切り出した。得られた正極サンプルについて、エチルメチルカーボネート(EMC)で2回洗浄し、風乾した後にアルゴンボックスから取り出した。続けて、25℃環境下で蒸留水に正極サンプルを24時間浸漬させた後、80℃、−97kPaの条件で12時間真空乾燥した。
(XPS測定)
得られた正極サンプルについて、以下の条件で正極表面のXPSを測定した。
・使用機器 : アルバックファイ Versa probe II
・励起源 : monoAlKα 20kV×5mA(100W)
・分析サイズ : 100μm×1.4mm
・光電子取出角 : 45°
・取り込み領域
Survey scan : 0〜1100eV
Narrow scan : O1s、Al2p、Cl2p(B1s)、P2p、F1s、C1s、N1s
・Pass Energy
Survey scan : 117.4eV
Narrow scan : 46.95eV
[XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) Measurement of Positive Surface]
(Sample preparation)
The voltage of one of the obtained nonaqueous lithium energy storage devices was adjusted to 3.5 V, then disassembled in an argon box, and the positive electrode was cut into a size of 1 cm 2 (1 cm × 1 cm). The obtained positive electrode sample was washed twice with ethyl methyl carbonate (EMC), air-dried, and then taken out of the argon box. Subsequently, the positive electrode sample was immersed in distilled water for 24 hours in a 25 ° C. environment, and then dried in vacuum at 80 ° C. and at −97 kPa for 12 hours.
(XPS measurement)
With respect to the obtained positive electrode sample, XPS on the positive electrode surface was measured under the following conditions.
-Equipment used: ULVAC-Phi Versa probe II
・ Excitation source: monoAlKα 20kV × 5mA (100W)
・ Analysis size: 100 μm × 1.4 mm
・ Photoelectron extraction angle: 45 °
-Capture area Survey scan: 0 to 1100 eV
Narrow scan: O1s, Al2p, Cl2p (B1s), P2p, F1s, C1s, N1s
・ Pass Energy
Survey scan: 117.4 eV
Narrow scan: 46.95 eV

[正極の剥離強度測定]
上記アルゴンボックス中でEMC洗浄後に得られた正極について、25mm×100mmの大きさに切り出した。幅24mmのセロテープ(登録商標、ニチバン製 CT405AP−24)を100mmの長さに切り取り、正極活物質層に貼り付けた。テンシロン(株式会社エーアンドデイ製 STB−1225S)を用い、下部クリップジョウ側に正極集電体の未塗工部、上部クリップジョウ側にセロテープ(登録商標)の端部を挟み、以下の条件で剥離強度を測定した。セロテープ(登録商標)を正極活物質層に貼り付けてから、3分以内に剥離強度の測定を開始した。
・環境温度:25℃
・サンプル幅:25mm
・ストローク:100mm
・速度:50mm/min
・データ取得:25〜65mmの積分平均荷重
測定を合計3個のサンプルで行い、その平均値を正極の剥離強度とした。
[Measurement of peel strength of positive electrode]
The positive electrode obtained after the EMC cleaning in the argon box was cut into a size of 25 mm × 100 mm. A 24 mm wide cellotape (registered trademark, CT405AP-24 manufactured by Nichiban) was cut into a length of 100 mm and attached to the positive electrode active material layer. Using Tensilon (STB-1225S, manufactured by A & D Corporation), the uncoated portion of the positive electrode current collector is placed on the lower clip jaw side, and the end of Cellotape (registered trademark) is placed on the upper clip jaw side. Was measured. The measurement of the peel strength was started within 3 minutes after attaching Cellotape (registered trademark) to the positive electrode active material layer.
・ Ambient temperature: 25 ° C
・ Sample width: 25mm
・ Stroke: 100mm
・ Speed: 50mm / min
Data acquisition: integral average load measurement of 25 to 65 mm was performed on a total of three samples, and the average value was defined as the peel strength of the positive electrode.

[電解液の水分量測定]
上記アルゴンボックス中で解体した非水系リチウム蓄電素子について、得られた電解液をカールフィッシャー滴定法(JIS 0068(2001)「化学製品の水分測定方法」)により水分量を測定した。
[正極中のアルカリ金属化合物の定量]
上記アルゴンボックス中でEMC洗浄後に得られた正極について、上述の方法に従い、正極中のアルカリ金属化合物を定量した。
[Measurement of water content in electrolyte]
For the non-aqueous lithium energy storage device disassembled in the argon box, the amount of water in the obtained electrolytic solution was measured by Karl Fischer titration (JIS 0068 (2001) "Method for measuring water content of chemical products").
[Quantification of alkali metal compound in positive electrode]
For the positive electrode obtained after the EMC washing in the argon box, the alkali metal compound in the positive electrode was quantified according to the method described above.

<実施例2〜17、比較例1〜10>
表1に示される非水系リチウム蓄電素子の構成、及び作製条件に従って、蓄電素子を作製し、各種の評価を行った。

Figure 2020013875
<Examples 2 to 17, Comparative Examples 1 to 10>
In accordance with the configuration of the nonaqueous lithium energy storage device shown in Table 1 and the manufacturing conditions, an energy storage device was manufactured and various evaluations were performed.
Figure 2020013875

表2に実施例1〜17及び比較例1〜10で作製された非水系リチウム蓄電素子の評価結果を示す。   Table 2 shows the evaluation results of the nonaqueous lithium energy storage devices manufactured in Examples 1 to 17 and Comparative Examples 1 to 10.

Figure 2020013875
Figure 2020013875

表1又は2に示されるとおり、正極表面にアルミニウム及び酸素から成る誘電体層被膜を形成することによって、静電容量が増加した。また、正極の剥離強度が0.01N/cm以上の場合には微短絡率を下げることができ、2.00N/cm以下の場合には低抵抗化できた。   As shown in Table 1 or 2, the capacitance was increased by forming a dielectric layer coating composed of aluminum and oxygen on the positive electrode surface. Further, when the peel strength of the positive electrode was 0.01 N / cm or more, the fine short circuit rate could be reduced, and when it was 2.00 N / cm or less, the resistance could be reduced.

本発明の非水系リチウム蓄電素子は、例えば、複数個の非水系リチウム蓄電素子を直列、又は並列に接続して蓄電モジュールを作ることができる。本発明非水系リチウム蓄電素子及び前記蓄電モジュールは、さまざまな蓄電システム、例えば:高負荷充放電サイクル特性が求められる自動車のハイブリット駆動システムの電力回生システム;太陽光発電や風力発電等の自然発電やマイクログリッド等における電力負荷平準化システム;工場の生産設備等における無停電電源システム;マイクロ波送電や電解共鳴等の電圧変動の平準化及びエネルギーの蓄電を目的とした非接触給電システム;及び振動発電等で発電した電力の利用を目的としたエナジーハーベストシステム;車両用電源としての電気自動車、プラグインハイブリッド自動車、電動バイク、インホイールモーターシステム、電動パワーステアリングシステム;短時間で充電を行うために大電流で充電を行う急速充電システムに好適に利用できる。
本発明の非水系リチウム蓄電素子は、例えば、リチウムイオンキャパシタ又はリチウムイオン二次電池として適用したときに、本発明の効果が最大限に発揮されるため好ましい。
The non-aqueous lithium storage element of the present invention can be used to form a storage module by connecting a plurality of non-aqueous lithium storage elements in series or in parallel, for example. The non-aqueous lithium storage element and the storage module of the present invention can be used in various power storage systems, for example: a power regeneration system of a hybrid drive system of an automobile requiring high load charge / discharge cycle characteristics; Power load leveling system in a micro grid, etc .; Uninterruptible power supply system in factory production equipment, etc .; Non-contact power supply system for leveling voltage fluctuations such as microwave power transmission and electrolytic resonance and storing energy; Energy harvesting system for the purpose of using the electric power generated by electric vehicles, electric vehicles, plug-in hybrid vehicles, electric motorcycles, in-wheel motor systems, electric power steering systems as power sources for vehicles; Fast charging system that charges with current It can be used to apply.
The nonaqueous lithium energy storage device of the present invention is preferable, for example, when applied as a lithium ion capacitor or a lithium ion secondary battery, since the effects of the present invention are maximized.

Claims (7)

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、前記正極集電体上に配置された正極活物質層とを有し、前記正極活物質層は、正極活物質として炭素材料を含み、
前記正極の表面のXPS(X線光電子分光法)測定で得られるアルミニウム原子の相対元素濃度をC1(atomic%)、酸素原子の相対元素濃度をC2(atomic%)、炭素原子の相対元素濃度をC3(atomic%)とするとき、
0.4≦C1≦18.0であり、
5.0≦C2≦50.0であり、
28.0≦C3≦90.0であり、
前記非水系電解液に含まれる水分量が1ppm以上500ppm以下であり、かつ
前記正極活物質層と前記正極集電体との剥離強度が0.01N/cm以上2.00N/cm以下である非水系リチウム蓄電素子。
A positive electrode, a negative electrode, a separator, a non-aqueous lithium storage element having a non-aqueous electrolyte containing lithium ions,
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer disposed on the positive electrode current collector, the positive electrode active material layer includes a carbon material as a positive electrode active material,
The relative element concentration of aluminum atoms obtained by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) measurement on the surface of the positive electrode is C1 (atomic%), the relative element concentration of oxygen atoms is C2 (atomic%), and the relative element concentration of carbon atoms is When C3 (atomic%),
0.4 ≦ C1 ≦ 18.0,
5.0 ≦ C2 ≦ 50.0,
28.0 ≦ C3 ≦ 90.0,
The amount of water contained in the nonaqueous electrolyte is 1 ppm or more and 500 ppm or less, and the peel strength between the positive electrode active material layer and the positive electrode current collector is 0.01 N / cm or more and 2.00 N / cm or less. Water-based lithium storage element.
前記正極の表面のXPS(X線光電子分光法)測定で得られる塩素原子の相対元素濃度をC4(atomic%)とするとき、0.1≦C4≦5.0である、請求項1に記載の非水系リチウム蓄電素子。   2. When the relative element concentration of chlorine atoms obtained by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) measurement of the surface of the positive electrode is C4 (atomic%), 0.1 ≦ C4 ≦ 5.0. Non-aqueous lithium energy storage device. 前記非水系電解液にLiClOが含まれる、請求項1又は2に記載の非水系リチウム蓄電素子。 The non-aqueous lithium energy storage device according to claim 1, wherein the non-aqueous electrolyte contains LiClO 4 . 前記正極の表面のXPS(X線光電子分光法)測定で得られるフッ素原子の相対元素濃度をC5(atomic%)とするとき、3.0≦C5≦20.0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蓄電素子。   4. When the relative element concentration of fluorine atoms obtained by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) measurement on the surface of the positive electrode is C5 (atomic%), 3.0 ≦ C5 ≦ 20.0. The non-aqueous lithium energy storage element according to any one of the above. 前記正極中に炭酸リチウム、炭酸ナトリウム及び炭酸カリウムから成る群から選ばれる少なくとも1つの炭酸塩が、1質量%以上10質量%以下含まれる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の非水系リチウム蓄電素子。   The non-electrolyte according to any one of claims 1 to 4, wherein the positive electrode contains at least one carbonate selected from the group consisting of lithium carbonate, sodium carbonate, and potassium carbonate in an amount of 1 mass% to 10 mass%. Water-based lithium storage element. 前記正極中に塩化リチウム又は/及びフッ化リチウムが0.1質量%以上5質量%以下含まれる、請求項1〜5のいずれか一項に記載の非水系リチウム蓄電素子。   The non-aqueous lithium energy storage device according to any one of claims 1 to 5, wherein the positive electrode contains lithium chloride and / or lithium fluoride in an amount of 0.1 mass% to 5 mass%. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の非水系リチウム蓄電素子を含む蓄電モジュール、電力回生アシストシステム、電力負荷平準化システム、無停電電源システム、非接触給電システム、エナジーハーベストシステム、自然エネルギー蓄電システム、電動パワーステアリングシステム、非常用電源システム、インホイールモーターシステム、アイドリングストップシステム、電気自動車、プラグインハイブリッド自動車、電動バイク又は急速充電システム。   A power storage module including the non-aqueous lithium storage element according to any one of claims 1 to 6, a power regeneration assist system, a power load leveling system, an uninterruptible power supply system, a contactless power supply system, an energy harvesting system, and natural energy. Power storage system, electric power steering system, emergency power supply system, in-wheel motor system, idling stop system, electric vehicle, plug-in hybrid vehicle, electric motorcycle or quick charging system.
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