JP2020036050A - Nonaqueous lithium-type power storage element - Google Patents

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Abstract

To provide a nonaqueous lithium-type power storage element which is low in resistance and has high durability at a high temperature, specifically, has no performance deterioration caused by gas generation due to electrolyte decomposition even if exposed to the high temperature for a long period of time, and which also has high flame-retardant safety.SOLUTION: In a nonaqueous lithium-type power storage element, am electrode laminate including a negative electrode body, a positive electrode body, and a separator, and a nonaqueous electrolyte are housed in an exterior body. The nonaqueous electrolyte contains an organic solvent containing (a) a specific cyclic carbonate compound, (b) a specific chain cyclic carbonate compound, and (c) a specific chain halogenated ether compound, a volume ratio of the (b) component being 20% or more based on the total amount of the organic solvent. The nonaqueous electrolyte contains, as an electrolyte salt, LiFSI and the other electrolyte salt, a used amount of LiFSI being 50 pts.mol or more when the total of LiFSI and the other electrolyte salt is 100 pts.mol.SELECTED DRAWING: None

Description

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

近年、地球環境の保全及び省資源を目指したエネルギーの有効利用の観点から、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おける第一の要求事項は、用いられる蓄電素子の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、エネルギー密度が高い蓄電素子の有力候補として、リチウムイオン電池の開発が精力的に進められている。
第二の要求事項は、出力特性が高いことである。例えば、高効率エンジンと蓄電システムとの組み合わせ(例えば、ハイブリッド電気自動車)、又は燃料電池と蓄電システムとの組み合わせ(例えば、燃料電池電気自動車)において、加速時には蓄電システムにおける高出力の放電特性が要求されている。
In recent years, from the viewpoint of conservation of the global environment and effective use of energy with the aim of conserving resources, late-night power storage systems, distributed home storage systems based on photovoltaic power generation technology, storage systems for electric vehicles, etc. have attracted attention. I have.
The first requirement in these power storage systems is that the energy density of the power storage element used is high. Lithium-ion batteries are being vigorously developed as a promising candidate for a storage element having a high energy density that can meet such demands.
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 high-power discharge characteristic of the power storage system is required during acceleration. Have been.

現在、高出力蓄電素子としては、電気二重層キャパシタ、ニッケル水素電池等が開発されている。
電気二重層キャパシタのうち、電極に活性炭を用いたものは、0.5〜1kW/L程度の出力特性を有する。この電気二重層キャパシタは、耐久性(特に、サイクル特性及び高温保存特性)も高く、上記高出力が要求される分野における最適の蓄電素子と考えられてきた。しかしその実用化には、エネルギー密度が1〜5Wh/L程度と低いこと、及び出力持続時間が短いことが足枷となっている。
Currently, electric double-layer capacitors, nickel-metal hydride batteries, and the like have been developed as high-power storage elements.
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 has high durability (in particular, cycle characteristics and high-temperature storage characteristics), and has been considered to be an optimal electric storage element in the field where high output is required. However, its practical use is hindered by its low energy density of about 1 to 5 Wh / L and its short output duration.

一方、現在ハイブリッド電気自動車で採用されているニッケル水素電池は、電気二重層キャパシタと同等の高出力を実現し、かつ、160Wh/L程度のエネルギー密度を有している。しかしながら、そのエネルギー密度及び出力をより一層高めるとともに、高温における安定性を更に改善し、耐久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、素子の放電容量の何%を放電した状態かを表す値)50%において3kW/Lを超える高出力が得られるリチウムイオン電池が開発されている。しかし、そのエネルギー密度は、100Wh/L以下であり、リチウムイオン電池の最大の特徴である高エネルギー密度を敢えて抑制した設計となっている。また、その耐久性(特に、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。そのため、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は放電深度が0〜100%の範囲よりも狭い範囲でしか使用することができない。実際に使用できる容量は更に小さくなるから、耐久性をより一層向上させるための研究が精力的に進められている。
上記のように高出力密度、高エネルギー密度、及び耐久性を兼ね備えた蓄電素子の実用化が強く求められているが、上述した既存の蓄電素子には一長一短がある。そのため、これらの技術的要求を充足する新たな蓄電素子が求められており、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の開発が近年盛んである。
On the other hand, nickel-metal hydride batteries currently used in hybrid electric vehicles achieve high output equivalent to an electric double layer capacitor and have an energy density of about 160 Wh / L. However, researches for further increasing the energy density and output thereof, further improving the stability at high temperatures, and increasing the durability have been vigorously pursued.
Research is also being conducted on high-output lithium-ion batteries. For example, a lithium ion battery has been developed which can provide a high output exceeding 3 kW / L at a discharge depth of 50% (that is, a value representing what percentage of the discharge capacity of the element has been discharged). However, the energy density is 100 Wh / L or less, and the design is such that the high energy density, which is the greatest feature of the lithium ion battery, is intentionally suppressed. Further, its durability (in particular, cycle characteristics and high-temperature storage characteristics) is inferior to electric double layer capacitors. Therefore, a lithium ion battery can be used only in a range where the depth of discharge is narrower than the range of 0 to 100% in order to have practical durability. Since the capacity that can be actually used is further reduced, research for further improving the durability is being vigorously pursued.
As described above, there is a strong demand for practical use of a storage element having both high output density, high energy density, and durability. However, the above-described existing storage elements have advantages and disadvantages. Therefore, a new power storage device that satisfies these technical requirements has been demanded, and a power storage device called a lithium ion capacitor has been actively developed as a promising candidate in recent years.

リチウムイオンキャパシタは、リチウムイオンを含有する電解質を含む非水系電解液を使用する蓄電素子(すなわち、非水系リチウム型蓄電素子)の一種であって、
正極においては電気二重層キャパシタと同様の、陰イオンの吸着・脱着による非ファラデー反応、
負極においてはリチウムイオン電池と同様の、リチウムイオンの吸蔵・放出によるファラデー反応
によって充放電を行う蓄電素子である。
A lithium ion capacitor is a type of a storage element using a non-aqueous electrolyte containing an electrolyte containing lithium ions (that is, a non-aqueous lithium-type storage element).
In the positive electrode, similar to electric double layer capacitors, non-Faraday reaction by adsorption and desorption of anions,
The negative electrode is a power storage element that performs charging and discharging by a Faraday reaction due to insertion and extraction of lithium ions, similar to a lithium ion battery.

上述のように、正極・負極の双方において非ファラデー反応による充放電を行う電気二重層キャパシタにおいては、出力特性に優れるがエネルギー密度が小さい。他方、正極・負極の双方においてファラデー反応による充放電を行う二次電池であるリチウムイオン電池においては、エネルギー密度に優れるが、出力特性に劣る。リチウムイオンキャパシタは、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る充放電を行うことによって、優れた出力特性と高いエネルギー密度との両立を狙う新たな蓄電素子である。   As described above, an electric double layer capacitor that performs charging and discharging by a non-Faraday reaction in both the positive electrode and the negative electrode has excellent output characteristics but low energy density. On the other hand, a lithium ion battery, which is a secondary battery that performs charge and discharge by a Faraday reaction in both the positive electrode and the negative electrode, has an excellent energy density, but has poor output characteristics. A lithium ion capacitor is a new power storage element that aims to achieve both excellent output characteristics and high energy density by performing charging and discharging by a non-Faraday reaction on the positive electrode and a Faraday reaction on the negative electrode.

リチウムイオンキャパシタを用いる用途としては、例えば鉄道、建機、自動車用蓄電等が挙げられる。これらの用途では、作動環境が過酷なため、使用されるキャパシタは高温から低温まで幅広い温度範囲で使用しても電気化学特性が劣化しないことが要求されている。特に、高温においては電解液の分解によるガス発生によって引き起こされる性能低下、低温においては電解液の導電率低下によって引き起こされる性能低下が問題となっている。このような課題に対する対策技術として、電解液中にフッ素化環状カーボネートを含有するリチウムイオンキャパシタが提案されている(特許文献1及び2参照)。また、電解液中にビニレンカーボネート又はその誘導体を含有するリチウムイオンキャパシタが提案されている(特許文献3参照)。   Uses of the lithium ion capacitor include, for example, railway, construction equipment, and automobile power storage. In these applications, since the operating environment is severe, it is required that the capacitors used do not deteriorate in electrochemical characteristics even when used in a wide temperature range from a high temperature to a low temperature. In particular, at high temperatures, performance degradation caused by gas generation due to decomposition of the electrolytic solution, and at low temperatures, performance degradation caused by a decrease in the conductivity of the electrolytic solution has become a problem. As a countermeasure technique for such a problem, a lithium ion capacitor containing a fluorinated cyclic carbonate in an electrolytic solution has been proposed (see Patent Documents 1 and 2). Further, a lithium ion capacitor containing vinylene carbonate or a derivative thereof in an electrolytic solution has been proposed (see Patent Document 3).

特開2006−286926号公報JP 2006-286926 A 特開2013−55285号公報JP 2013-55285 A 特開2006−286924号公報JP 2006-286924 A 特開2012−38900号公報JP 2012-38900 A 特開2014−110371号公報JP 2014-110371 A

特許文献1の技術は、低温における特性を向上し得るものであるが、高温における耐久性改善についての効果は確認されていない。また、特許文献2では、キャパシタを作製する過程で発生するガスを抑えることによって初期特性を改善する技術であり、完成後のキャパシタにおける高温時の耐久性改善については効果が確認されていない。特許文献3では、高温における蓄電素子の連続充電時の容量保持率が高いキャパシタが提供される。しかしながらこの特許文献においては、高温試験後の特性変化に関しては結果が示されていない。特許文献4は、特許文献2と同様に、キャパシタを作製する過程で発生するガスを抑えることによって初期特性を改善する技術に関し、完成後のキャパシタにおける高温時の耐久性改善については効果が確認されていない。更に、特許文献5では、電解液に難燃性添加剤を加えることによって、初期特性及びサイクル特性を維持する技術が開示されている。しかしながらこの技術においては、難燃効果が不明であって安全性は確認されておらず、また、高温における耐久性の改善については検証されていない。
以上のように、従来のリチウムイオンキャパシタにおいては、初期特性に着目してその優劣を評価しているに過ぎず、実用化にあたって重要となる長期間高温にさらされた場合の電解液分解によるガス発生、及びこれによる性能低下が抑制されるとともに、高い難燃性を有する安全な技術は見出されていない。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、低抵抗であり、高温における高い耐久性、具体的には、長時間高温にさらされても電解液分解によるガス発生がなく、ガス発生による性能低下がない技術を確立するとともに、高度の難燃安全性を兼ね揃えた非水系リチウム型蓄電素子を提供することである。
Although the technology of Patent Document 1 can improve the characteristics at low temperatures, the effect of improving the durability at high temperatures has not been confirmed. Patent Document 2 discloses a technique for improving initial characteristics by suppressing gas generated during a process of manufacturing a capacitor. No effect has been confirmed on improvement in durability of a completed capacitor at a high temperature. Patent Document 3 provides a capacitor having a high capacity retention rate during continuous charging of a power storage element at a high temperature. However, this patent document does not show any result regarding the change in characteristics after the high-temperature test. Patent Document 4, similarly to Patent Document 2, relates to a technique for improving initial characteristics by suppressing gas generated in a process of manufacturing a capacitor, and has been confirmed to be effective in improving durability of a completed capacitor at high temperatures. Not. Further, Patent Document 5 discloses a technique for maintaining initial characteristics and cycle characteristics by adding a flame retardant additive to an electrolyte solution. However, in this technique, the flame-retardant effect is unknown and safety has not been confirmed, and improvement in durability at high temperatures has not been verified.
As described above, in the conventional lithium ion capacitor, only the initial characteristics are evaluated by focusing on the initial characteristics. No safe technology has been found in which generation and reduction in performance due to the generation are suppressed and high flame retardancy is obtained.
Therefore, the problem to be solved by the present invention is low resistance, high durability at high temperatures, specifically, no gas generation due to electrolyte decomposition even when exposed to high temperatures for a long time, and performance degradation due to gas generation. It is an object of the present invention to provide a non-aqueous lithium-type energy storage device that has a high level of flame-retardant safety and establishes a technology that does not have such a feature.

本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究し実験を重ねた。その結果、リチウムイオンキャパシタの電解液に、電解質としてリチウムビスフルオロスルホニルイミド(LiN(SO2F)2)を含有し、更に特定の化合物を1種類以上含有することで、低抵抗であり、高温における耐久性が高く、かつ難燃効果による高度の安全性を兼ね揃えるリチウムイオンキャパシタが提供されることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
すなわち、本発明は、下記のとおりのものである。
The present inventors have intensively studied and conducted experiments to solve the above problems. As a result, the electrolyte of the lithium ion capacitor contains lithium bisfluorosulfonylimide (LiN (SO 2 F) 2 ) as an electrolyte, and at least one specific compound, has low resistance and high temperature. It has been found that a lithium ion capacitor having a high durability and a high level of safety due to a flame-retardant effect is provided, and the present invention has been completed.
That is, the present invention is as follows.

[1] 負極電極体、正極電極体、及びセパレータを有する電極積層体と、非水系電解液とが外装体に収容されて成る非水系リチウム型蓄電素子であって、
前記負極電極体が、負極集電体と、該負極集電体の片面上又は両面上に設けられた負極活物質層とを有し、前記負極活物質層は、リチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料を含む負極活物質を含有し、
前記正極電極体が、正極集電体と、該正極集電体の片面上又は両面上に設けられた正極活物質層とを有し、前記正極活物質層は、活性炭を含む正極活物質を含有し、そして
前記非水系電解液が、
(a)エチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートから選択される少なくとも1種と、
(b)ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートから選択される少なくとも1種と、
(c)下記一般式(c)
−O−R (c)
{式中、Rは、ハロゲン原子又は炭素数1〜12のハロゲン化アルキル基であり、
は、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、又は炭素数1〜12のハロゲン化アルキル基である。}で表される化合物と
を含む有機溶媒を含有し、
前記(b)成分の体積比率が、前記有機溶媒の総量を基準として、20%以上であり、そして
前記非水系電解液が、リチウムビスフルオロスルホニルイミド(LiN(SOF))を含有することを特徴とする、非水系リチウム型蓄電素子。
[1] A non-aqueous lithium-type energy storage device including an electrode laminate including a negative electrode body, a positive electrode body, and a separator, and a non-aqueous electrolyte solution housed in an exterior body,
The negative electrode body has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer provided on one or both surfaces of the negative electrode current collector, and the negative electrode active material layer has a carbon material capable of inserting and extracting lithium ions. Containing a negative electrode active material containing the material,
The positive electrode body has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer provided on one surface or both surfaces of the positive electrode current collector, and the positive electrode active material layer contains a positive electrode active material containing activated carbon. Containing, and said non-aqueous electrolyte solution,
(A) at least one selected from ethylene carbonate and propylene carbonate;
(B) at least one selected from dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate;
(C) The following general formula (c)
R 1 -OR 2 (c)
中 In the formula, R 1 is a halogen atom or a halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms,
R 2 is a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, or a halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms. Containing an organic solvent containing a compound represented by},
The volume ratio of the component (b) is 20% or more based on the total amount of the organic solvent, and the nonaqueous electrolytic solution contains lithium bisfluorosulfonylimide (LiN (SO 2 F) 2 ). A non-aqueous lithium-type energy storage device, comprising:

[2] 前記非水系電解液におけるLiN(SOF)の濃度が、非水電解液の総量を基準として0.3mol/L以上1.5mol/L以下である、[1]に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[3] 前記非水系電解液が、LiPF及びLiBFのうち少なくとも1種を含有する、[1]又は[2]に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[2] The method according to [1], wherein the concentration of LiN (SO 2 F) 2 in the non-aqueous electrolyte is 0.3 mol / L or more and 1.5 mol / L or less based on the total amount of the non-aqueous electrolyte. Non-aqueous lithium storage element.
[3] The non-aqueous lithium-type energy storage device according to [1] or [2], wherein the non-aqueous electrolyte contains at least one of LiPF 6 and LiBF 4 .

[4] 前記非水電解液における(c)化合物が、COCH、COCH、COCH、C13OCH、COC、COC、COC、CCF(OCH)C、CFCHOCFCFH、CHFCFOCHCF、CHFCFCHOCFCFH、CFCFCHOCFCHF、CFCHOCFCHFCF、及びCHFCH(CH)OCHFよりなる群から選ばれた少なくとも一種の化合物を含み、そして
これらの化合物の体積比率が、前記有機溶媒の総量を基準として、0.1%〜50%である、[1]〜[3]のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[5] 前記非水系電解液が、スルトン化合物、環状ホスファゼン、含フッ素環状カーボネート、環状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル、及び環状酸無水物からなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物を更に含有する、[1]〜[4]のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[4] the in the non-aqueous electrolyte solution (c) compounds, C 2 F 5 OCH 3, C 3 F 7 OCH 3, C 4 F 9 OCH 3, C 6 F 13 OCH 3, C 2 F 5 OC 2 H 5, C 3 F 7 OC 2 H 5, C 4 F 9 OC 2 H 5, C 2 F 5 CF (OCH 3) C 3 F 7, CF 3 CH 2 OCF 2 CF 2 H, CHF 2 CF 2 OCH 2 CF 3, CHF 2 CF 2 CH 2 OCF 2 CF 2 H, from CF 3 CF 2 CH 2 OCF 2 CHF 2, CF 3 CH 2 OCF 2 CHFCF 3, and C 3 HF 6 CH (CH 3 ) OC 3 HF 6 Any of [1] to [3], comprising at least one compound selected from the group consisting of: and wherein the volume ratio of these compounds is 0.1% to 50% based on the total amount of the organic solvent. Or non- Water-based lithium storage element.
[5] The non-aqueous electrolyte further contains at least one compound selected from the group consisting of sultone compounds, cyclic phosphazenes, fluorinated cyclic carbonates, cyclic carbonates, cyclic carboxylic esters, and cyclic acid anhydrides. The non-aqueous lithium-type energy storage device according to any one of [1] to [4].

[6] 前記非水系電解液が、
下記一般式(1):

Figure 2020036050
{式中、R〜Rは、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、及び炭素数1〜12のハロゲン化アルキル基からなる群より選ばれるいずれかを表し、互いに同一であっても異なっていてもよく;そして
nは0〜3の整数である。}、下記一般式(2):
Figure 2020036050
{式中、R〜Rは、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、及び炭素数1〜12のハロゲン化アルキル基からなる群より選ばれるいずれかを表し、互いに同一であっても異なっていてもよく;そして
nは0〜3の整数である。}、及び下記一般式(3):
Figure 2020036050
{式中、R〜Rは、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基、又は炭素数1〜6のハロゲン化アルキル基であり、互いに同一であっても異なっていてもよい。}のそれぞれで表される化合物から選択される少なくとも1種のスルトン化合物を、非水系電解液の総量を基準として、0.1質量%〜20質量%含有する、[1]〜[4]のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。 [6] The non-aqueous electrolyte solution,
The following general formula (1):
Figure 2020036050
In the formula, R 1 to R 6 represent any one selected from the group consisting of a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and a halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and are the same as each other. And n is an integer from 0 to 3. }, The following general formula (2):
Figure 2020036050
In the formula, R 1 to R 4 represent any one selected from the group consisting of a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and a halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and are the same as each other. And n is an integer from 0 to 3. }, And the following general formula (3):
Figure 2020036050
In the formula, R 1 to R 6 are a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogenated alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and may be the same or different from each other. Good. [1] to [4], containing at least one sultone compound selected from the compounds represented by} in an amount of 0.1% by mass to 20% by mass based on the total amount of the non-aqueous electrolyte. The non-aqueous lithium-type energy storage device according to any one of the preceding claims.

[7] 前記負極活物質が、活性炭の表面が炭素材料で被覆された複合多孔性材料であり、かつ、
BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をVm1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をVm2(cc/g)とするとき、0.010≦Vm1≦0.250、0.001≦Vm2≦0.200、及び1.5≦Vm1/Vm2≦20.0を満たす、
[1]〜[6]のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[8] 前記負極活物質が、活性炭の表面が炭素材料で被覆された複合多孔性材料であり、かつ、
前記複合多孔性材料の単位質量あたり1,050mAh/g以上2,050mAh/g以下のリチウムイオンがプリドープされており、
前記炭素材料の前記活性炭に対する質量比率が、10%以上60%以下であり、そして
前記負極活物質層の厚さが、片面当たり20μm以上45μm以下である、
[1]〜[6]のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[7] The negative electrode active material is a composite porous material in which the surface of activated carbon is coated with a carbon material, and
The amount of mesopores derived from pores having a diameter of 20 ° to 500 ° calculated by the BJH method is Vm1 (cc / g), and the amount of micropores derived from pores having a diameter of less than 20 ° calculated by the MP method is Vm2 (cc / g). ), Satisfying 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.250, 0.001 ≦ Vm2 ≦ 0.200, and 1.5 ≦ Vm1 / Vm2 ≦ 20.0,
The non-aqueous lithium-type energy storage device according to any one of [1] to [6].
[8] The negative electrode active material is a composite porous material in which the surface of activated carbon is coated with a carbon material, and
Lithium ion of 1,050 mAh / g or more and 2,050 mAh / g or less per unit mass of the composite porous material is pre-doped;
The mass ratio of the carbon material to the activated carbon is 10% or more and 60% or less, and the thickness of the negative electrode active material layer is 20 μm or more and 45 μm or less per side.
The non-aqueous lithium-type energy storage device according to any one of [1] to [6].

[9]前記負極活物質が、以下の(i)〜(iii):
(i)該負極活物質は、カーボンブラックと炭素材料とを含有する複合炭素材料であり、
(ii)該負極は、該負極活物質単位質量当たり1,050mAh/g以上2,500mAh/g以下のリチウムイオンがドープされており、
(iii)該負極活物質層の厚みが片面当たり10μm以上60μm以下である、
のすべてを満たす、[1]〜[6]のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[9] The negative electrode active material has the following (i) to (iii):
(I) the negative electrode active material is a composite carbon material containing carbon black and a carbon material,
(Ii) the negative electrode is doped with lithium ions of 1,050 mAh / g or more and 2,500 mAh / g or less per unit mass of the negative electrode active material;
(Iii) the thickness of the negative electrode active material layer is from 10 μm to 60 μm per side,
The nonaqueous lithium-type energy storage device according to any one of [1] to [6], which satisfies all of the following.

[10] 前記正極活物質が、
BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をV1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をV2(cc/g)とするとき、0.3<V1≦0.8、及び0.5≦V2≦1.0を満たし、かつ、
BET法により測定される比表面積が1,500m/g以上3,000m/g以下を示す活性炭である、
[1]〜[9]のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[11] 前記正極活物質が、
BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量V1(cc/g)が0.8<V1≦2.5を満たし、
MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量V2(cc/g)が0.8<V2≦3.0を満たし、かつ、
BET法により測定される比表面積が3,000m/g以上4,000m/g以下を示す活性炭である、
[1]〜[9]のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[10] The positive electrode active material is:
The amount of mesopores derived from pores having a diameter of 20 ° to 500 ° calculated by the BJH method is V1 (cc / g), and the amount of micropores derived from pores having a diameter of less than 20 ° calculated by the MP method is V2 (cc / g). ), 0.3 <V1 ≦ 0.8 and 0.5 ≦ V2 ≦ 1.0, and
Activated carbon having a specific surface area measured by the BET method of not less than 1,500 m 2 / g and not more than 3,000 m 2 / g.
The non-aqueous lithium-type energy storage device according to any one of [1] to [9].
[11] The positive electrode active material,
A mesopore volume V1 (cc / g) derived from pores having a diameter of 20 ° to 500 ° calculated by the BJH method satisfies 0.8 <V1 ≦ 2.5,
The micropore volume V2 (cc / g) derived from pores having a diameter of less than 20 ° calculated by the MP method satisfies 0.8 <V2 ≦ 3.0, and
Activated carbon having a specific surface area measured by a BET method of not less than 3,000 m 2 / g and not more than 4,000 m 2 / g.
The non-aqueous lithium-type energy storage device according to any one of [1] to [9].

[12] 負極電極体、正極電極体、及びセパレータを有する電極積層体と、非水系電解液とが外装体に収容されて成る非水系リチウム型蓄電素子であって、
前記負極電極体が、負極集電体と、該負極集電体の片面上又は両面上に設けられた負極活物質層とを有し、前記負極活物質層は、リチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料を含む負極活物質を含有し、
前記正極電極体が、正極集電体と、該正極集電体の片面上又は両面上に設けられた正極活物質層とを有し、前記正極活物質層は、活性炭を含む正極活物質を含有し、そして
前記非水系電解液が、
(a)エチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートから選択される少なくとも1種と、
(b)ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートから選択される少なくとも1種と、
(c)下記一般式(c)
−O−R (c)
{式中、Rは、ハロゲン原子又は炭素数1〜12のハロゲン化アルキル基であり、
は、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、又は炭素数1〜12のハロゲン化アルキル基である。}で表される化合物と
を含む有機溶媒を含有し、
前記(b)成分の体積比率が、前記有機溶媒の総量を基準として、20%以上であり、
前記非水系電解液が、リチウムビスフルオロスルホニルイミド(LiN(SOF))を含有し、そして
該非水系リチウム型蓄電素子において、セル電圧4V及び環境温度60℃において2か月間保存した後の25℃における内部抵抗をRb(Ω)、保存前の25℃における内部抵抗をRa(Ω)、保存前の−30℃における内部抵抗をRc(Ω)、保存前の25℃における静電容量をF(F)とした時、以下の(a)から(c):
(a)RaとFの積Ra・Fが1.9以下である、
(b)Rb/Raが1.8以下である、並びに
(c)セル電圧4V及び環境温度60℃において2か月間保存した時に発生するガス量が、25℃において10×10−3cc/F以下である、
のすべてを同時に満たすことを特徴とする、非水系リチウム型蓄電素子。
[12] A non-aqueous lithium-type power storage element in which an electrode laminate including a negative electrode body, a positive electrode body, and a separator, and a non-aqueous electrolyte solution are housed in an exterior body,
The negative electrode body has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer provided on one or both surfaces of the negative electrode current collector, and the negative electrode active material layer has a carbon material capable of inserting and extracting lithium ions. Containing a negative electrode active material containing the material,
The positive electrode body has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer provided on one surface or both surfaces of the positive electrode current collector, and the positive electrode active material layer contains a positive electrode active material containing activated carbon. Containing, and said non-aqueous electrolyte solution,
(A) at least one selected from ethylene carbonate and propylene carbonate;
(B) at least one selected from dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate;
(C) The following general formula (c)
R 1 -OR 2 (c)
中 In the formula, R 1 is a halogen atom or a halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms,
R 2 is a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, or a halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms. Containing an organic solvent containing a compound represented by},
The volume ratio of the component (b) is 20% or more based on the total amount of the organic solvent;
The non-aqueous electrolyte solution contains lithium bisfluorosulfonylimide (LiN (SO 2 F) 2 ), and the non-aqueous lithium-type storage element is stored for two months at a cell voltage of 4 V and an environmental temperature of 60 ° C. The internal resistance at 25 ° C. is Rb (Ω), the internal resistance at 25 ° C. before storage is Ra (Ω), the internal resistance at −30 ° C. before storage is Rc (Ω), and the capacitance at 25 ° C. before storage is When F (F), the following (a) to (c):
(A) the product Ra · F of Ra and F is 1.9 or less;
(B) Rb / Ra is 1.8 or less; and (c) The amount of gas generated when stored for 2 months at a cell voltage of 4 V and an environmental temperature of 60 ° C. is 10 × 10 −3 cc / F at 25 ° C. Is the following,
A non-aqueous lithium-type storage element characterized by satisfying all of the above at the same time.

本発明にかかる非水系リチウム型蓄電素子は、優れた電気化学特性と、耐久性と、高度の難燃安全性とを具備するものである。
上記非水系リチウム型蓄電素子は、自動車における内燃機関、燃料電池、又はモーターと、蓄電素子と、を組み合わせたハイブリット駆動システムの分野;瞬間電力ピーク時のアシスト電源等の用途におけるリチウムイオンキャパシタとして好適である。
The non-aqueous lithium-type energy storage device according to the present invention has excellent electrochemical characteristics, durability, and high flame-retardant safety.
The non-aqueous lithium-type energy storage device is suitable as a lithium-ion capacitor in the field of a hybrid drive system in which an internal combustion engine, a fuel cell, or a motor in an automobile is combined with an energy storage device; It is.

以下、本発明の実施の形態につき詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
[蓄電素子]
本発明の実施形態は、非水系リチウム型の蓄電素子である。かかる蓄電素子は、
負極電極体、正極電極体及びセパレータを有する電極積層体と、非水系電解液とが外装体に収容されて成る。
前記負極電極体は、負極集電体と、該負極集電体の片面上又は両面上に設けられた負極活物質層とを有する。負極活物質層は、リチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料を含む負極活物質を含有する。
前記正極電極体は、正極集電体と、該正極集電体の片面上又は両面上に設けられた正極活物質層とを有する。正極活物質層は、活性炭を含む正極活物質を含有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited to the following embodiments.
[Storage element]
An embodiment of the present invention is a non-aqueous lithium-type power storage element. Such a storage element,
An electrode laminate including a negative electrode body, a positive electrode body, and a separator, and a nonaqueous electrolytic solution are housed in a package.
The negative electrode body includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer provided on one surface or both surfaces of the negative electrode current collector. The negative electrode active material layer contains a negative electrode active material containing a carbon material capable of inserting and extracting lithium ions.
The positive electrode body includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer provided on one surface or both surfaces of the positive electrode current collector. The positive electrode active material layer contains a positive electrode active material containing activated carbon.

本発明の一実施形態における非水系リチウム型蓄電素子は、セル電圧4V及び環境温度60℃において2か月間保存した後の25℃における内部抵抗をRb(Ω)、保存前の25℃における内部抵抗をRa(Ω)、保存前の25℃における静電容量をF(F)とした時、以下の(a)から(c):
(a)RaとFの積Ra・Fが1.9以下である、
(b)Rb/Raが1.8以下である、並びに
(c)セル電圧4V及び環境温度60℃において2か月間保存した時に発生するガス量が、25℃において13×10−3cc/F以下である、
のすべてを同時に満たすものであることが好ましい。
The non-aqueous lithium-type energy storage device according to one embodiment of the present invention has an internal resistance at 25 ° C. Rb (Ω) after storage for 2 months at a cell voltage of 4 V and an environmental temperature of 60 ° C., and an internal resistance at 25 ° C. before storage. Is Ra (Ω), and the capacitance at 25 ° C. before storage is F (F), and the following (a) to (c):
(A) the product Ra · F of Ra and F is 1.9 or less;
(B) Rb / Ra is 1.8 or less; and (c) The amount of gas generated when stored for 2 months at a cell voltage of 4 V and an ambient temperature of 60 ° C. is 13 × 10 −3 cc / F at 25 ° C. Is the following,
Are preferably satisfied at the same time.

ここでいう静電容量F(F)とは、1.5Cの電流値において定電圧充電時間が1時間確保された定電流定電圧充電によって3.8Vまで充電し、その後2.2Vまで1.5Cの電流値において定電流放電を施した際の容量Qから、F=Q/(3.8−2.2)により算出される値をいう。また内部抵抗Ra(Ω)及びRb(Ω)とは、それぞれ、以下の方法によって得られる値である。先ず、環境温度25℃において、1.5Cの電流値で3.8Vに到達するまで定電流充電し、その後3.8Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を合計で2時間行い、続いて、50Cの電流値で2.2Vまで定電流放電を行って、放電カーブ(時間−電圧)を得る。この放電カーブにおいて、放電時間2秒及び4秒の時点における電圧値から、直線近似にて外挿して得られる放電時間=0秒における電圧をE0としたときに、降下電圧(ΔE)=3.8−E0、及びR=ΔE/(50C(電流値))により算出される値である。   Here, the capacitance F (F) refers to a constant current constant voltage charge in which a constant voltage charge time of 1 hour is secured at a current value of 1.5 C to 3.8 V, and then to 2.2 V. A value calculated by F = Q / (3.8-2.2) from the capacity Q when a constant current discharge is performed at a current value of 5C. The internal resistances Ra (Ω) and Rb (Ω) are values obtained by the following methods, respectively. First, at an environmental temperature of 25 ° C., constant current charging is performed at a current value of 1.5 C until the voltage reaches 3.8 V, and then constant current constant voltage charging of applying a constant voltage of 3.8 V is performed for a total of 2 hours. Then, a constant current discharge is performed to 2.2 V at a current value of 50 C 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 2 seconds and 4 seconds is E0, the drop voltage (ΔE) = 3. 8-E0 and R = ΔE / (50C (current value)).

また、「セル電圧4.0Vにおいて2か月間保存」とは、セル電圧が実質的に4.0Vに維持された状態で2か月間保存されることを意味する。具体的には、保存前、及び保存開始後の1週間毎に、毎回2時間の定電流定電圧充電にて、2.0Cの電流値において4.0Vの定電圧を印加することによって、セル電圧を4.0Vに維持する。   Further, “storage for two months at a cell voltage of 4.0 V” means that storage is performed for two months while the cell voltage is substantially maintained at 4.0 V. Specifically, by applying a constant voltage of 4.0 V at a current value of 2.0 C with a constant current constant voltage charge of 2 hours each time before storage and every week after the start of storage, Maintain the voltage at 4.0V.

Ra・Fは、大電流に対して十分な充電容量と放電容量とを発現できるとの観点から1.9以下であることが好ましいが、より好ましくは1.8以下であり、更に好ましくは1.6以下である。
また、Rb/Raは、高温環境下に長時間さらされた場合に、大電流に対して十分な充電容量と放電容量とを発現できるとの観点から1.8以下であることが好ましいが、より好ましくは1.6以下であり、更に好ましくは1.4以下である。
更に、セル電圧4.0V及び環境温度60℃において2か月間保存した際に発生するガス量は、発生したガスにより素子の特性を低下させないとの観点から、25℃において測定した値として、10×10−3cc/F以下であることが好ましいが、より好ましくは8×10−3cc/F以下であり、更に好ましくは5.0×10−3cc/F以下である。
Ra · F is preferably 1.9 or less from the viewpoint that sufficient charge capacity and discharge capacity can be exhibited for a large current, more preferably 1.8 or less, and still more preferably 1 or less. .6 or less.
Further, Rb / Ra is preferably 1.8 or less from the viewpoint that when exposed to a high temperature environment for a long time, sufficient charge capacity and discharge capacity can be exhibited for a large current. It is more preferably 1.6 or less, and still more preferably 1.4 or less.
Further, the amount of gas generated when stored for 2 months at a cell voltage of 4.0 V and an environmental temperature of 60 ° C. is 10% as a value measured at 25 ° C. from the viewpoint that the characteristics of the element are not deteriorated by the generated gas. It is preferably at most 10 × 10 −3 cc / F, more preferably at most 8 × 10 −3 cc / F, even more preferably at most 5.0 × 10 −3 cc / F.

本発明の一実施形態が提供する蓄電素子は、上記のような小さいRa・F、Rb/Ra、及び発生ガス量を示し、かつ難燃効果による高度の安全性を実現することによって、従来技術が提供し得ない優れた素子特性を示す。このような小さいRa・F、Rb/Ra、及び発生ガス量を達成し、かつ難燃効果による高度の安全性を実現する手段の一例としては、例えば、以下で説明するような特定の非水系電解液組成の適用が挙げられる。   An energy storage device provided by an embodiment of the present invention exhibits a small Ra · F, Rb / Ra, and a generated gas amount as described above, and realizes a high level of safety by a flame-retardant effect. Exhibit excellent device characteristics that cannot be provided by As an example of a means for achieving such small Ra · F, Rb / Ra, and the amount of generated gas, and for realizing a high degree of safety by a flame-retardant effect, for example, a specific non-aqueous system as described below Application of electrolyte composition is mentioned.

[電解液]
本発明の実施形態における電解液は非水系電解液である。すなわちこの非水電解液は、(a)エチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートから選択される少なくとも1種と、
(b)ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートから選択される少なくとも1種と、
(c)下記一般式(c)
−O−R (c)
{式中、Rは、ハロゲン原子又は炭素数1〜12のハロゲン化アルキル基であり、
は、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、又は炭素数1〜12のハロゲン化アルキル基である。}で表される化合物と
を含む有機溶媒を含有し、
前記(b)成分の体積比率が、前記有機溶媒の総量を基準として、20%以上であり、そして
前記非水系電解液が、リチウムビスフルオロスルホニルイミド(LiN(SOF))を含有する。
[Electrolyte]
The electrolyte in the embodiment of the present invention is a non-aqueous electrolyte. That is, the non-aqueous electrolyte comprises (a) at least one selected from ethylene carbonate and propylene carbonate;
(B) at least one selected from dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate;
(C) The following general formula (c)
R 1 -OR 2 (c)
中 In the formula, R 1 is a halogen atom or a halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms,
R 2 is a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, or a halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms. Containing an organic solvent containing a compound represented by},
The volume ratio of the component (b) is 20% or more based on the total amount of the organic solvent, and the nonaqueous electrolytic solution contains lithium bisfluorosulfonylimide (LiN (SO 2 F) 2 ). .

本実施形態の非水電解液中におけるLiN(SO2F)2の濃度は、好ましくは0.3mol/L以上1.5mol/L以下であり、より好ましくは0.6mol/L以上1.2mol/L以下である。LiN(SO2F)2の濃度が0.3mol/L以上であれば、電解液のイオン伝導度を高め、かつ電解液が分解することによるガス抑制を低減することができる。一方、この値が1.5mol/L以下であれば、充放電の時に電解質塩の析出が起きず、かつ長期間経過後であっても電解液の粘度が増加を引き起こすことがない。 The concentration of LiN (SO 2 F) 2 in the non-aqueous electrolyte of this embodiment is preferably 0.3 mol / L or more and 1.5 mol / L or less, more preferably 0.6 mol / L or more and 1.2 mol. / L or less. When the concentration of LiN (SO 2 F) 2 is 0.3 mol / L or more, the ionic conductivity of the electrolytic solution can be increased, and gas suppression due to decomposition of the electrolytic solution can be reduced. On the other hand, if this value is 1.5 mol / L or less, no precipitation of the electrolyte salt occurs during charging and discharging, and the viscosity of the electrolyte does not increase even after a long period of time.

非水系電解液は、電解質塩として前記のLiN(SO2F)2のみを含有していてもよいし、これ以外に他の電解質塩を含有してもよい。
非水系電解液が含有する他の電解質塩としては、非水系電解液中で0.5mol/L以上の溶解度を持つ、フッ素含有のリチウム塩を使用することができる。好適なリチウム塩としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiN(SO2252、LiN(SO2CF3)(SO225)、及びLiN(SO2CF3)(SO224H)、並びにこれらの混合塩が挙げられる。他の電解質塩としては、高い伝導度を発現させる観点から、LiPF6及びLiBF4から選択される1種以上を使用することが好ましく、LiPF6を使用することが、特に好ましい。
The non-aqueous electrolyte solution may contain only the above-mentioned LiN (SO 2 F) 2 as an electrolyte salt, or may contain other electrolyte salts.
As the other electrolyte salt contained in the non-aqueous electrolyte, a fluorine-containing lithium salt having a solubility of 0.5 mol / L or more in the non-aqueous electrolyte can be used. Suitable lithium salts include, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 2 F 5 ), and LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 2 F 4 H), and their mixed salts. As the other electrolyte salt, from the viewpoint of developing high conductivity, it is preferable to use one or more selected from LiPF 6 and LiBF 4, and it is particularly preferable to use LiPF 6 .

本実施形態の非水系電解質において他の電解質塩を使用する場合、その使用量としては、LiN(SO2F)2と他の電解質塩の使用量の合計を100モル部とした場合に、0モル部〜80モル部とするのが好ましく、より好ましくは10モル部〜65モル部であり、更に好ましくは15モル部〜50モル部である。他の電解質塩の使用量が、50モル部以下であれば、高温時に電解液の分解を抑制し、ガス発生及び抵抗上昇を抑制することが可能となる。一方で、この値が15モル部以上であれば、正極集電体の腐食を抑制できることとなり、好ましい。 When another electrolyte salt is used in the non-aqueous electrolyte of the present embodiment, the amount of the electrolyte salt used is 0 when the total amount of LiN (SO 2 F) 2 and the other electrolyte salt is 100 mol parts. The molar amount is preferably from mol to 80 mol, more preferably from 10 to 65 mol, and still more preferably from 15 to 50 mol. If the amount of the other electrolyte salt used is 50 mol parts or less, it is possible to suppress the decomposition of the electrolytic solution at a high temperature, and suppress the gas generation and the increase in resistance. On the other hand, when this value is 15 mol parts or more, it is possible to suppress corrosion of the positive electrode current collector, which is preferable.

(a)成分の含有量は、その体積比率が有機溶媒総量基準で10%〜50%であることが好ましい。(a)成分の含有量をこの範囲とすることにより、高い伝導度を維持しつつ、電解液を低粘度に保つことが可能となる。有機溶媒総量基準の(a)成分の体積比率は、より好ましくは15%〜45%であり、更に好ましくは20%〜40%である。(a)成分の含有量を有機溶媒総量基準の質量比率で表した場合には、10%〜60%であることが好ましく、より好ましくは15%〜55%であり、更に好ましくは20%〜50%である。
(b)成分の含有量は、その体積比率が有機溶媒総量基準で20%以上である。この(b)成分の体積比率が有機溶媒総量基準で20%以上であれば、得られる電解液の伝導度を高く維持したままで、その粘度を低く保つことが可能となる。反面、(b)成分の含有量が過度に高いと、高温時の耐久性を失う点で不利になる場合がある。従って、有機溶媒総量基準の(b)成分の体積比率は、好ましくは30%〜90%であり、より好ましくは35%〜80%である。(b)成分の含有量を有機溶媒総量基準の質量比率で表した場合には、20%〜85%であることが好ましく、より好ましくは25%〜80%であり、更に好ましくは30%〜75%である。
As for the content of the component (a), the volume ratio is preferably 10% to 50% based on the total amount of the organic solvent. By setting the content of the component (a) in this range, it is possible to maintain the electrolyte at low viscosity while maintaining high conductivity. The volume ratio of the component (a) based on the total amount of the organic solvent is more preferably 15% to 45%, and still more preferably 20% to 40%. When the content of the component (a) is represented by a mass ratio based on the total amount of the organic solvent, the content is preferably 10% to 60%, more preferably 15% to 55%, and still more preferably 20% to 55%. 50%.
Regarding the content of the component (b), its volume ratio is 20% or more based on the total amount of the organic solvent. When the volume ratio of the component (b) is 20% or more based on the total amount of the organic solvent, it is possible to keep the viscosity of the obtained electrolyte solution low while keeping the conductivity high. On the other hand, if the content of the component (b) is excessively high, it may be disadvantageous in that the durability at high temperatures is lost. Therefore, the volume ratio of the component (b) based on the total amount of the organic solvent is preferably 30% to 90%, and more preferably 35% to 80%. When the content of the component (b) is represented by a mass ratio based on the total amount of the organic solvent, the content is preferably 20% to 85%, more preferably 25% to 80%, and still more preferably 30% to 80%. 75%.

本実施形態における非水系電解液において、上記一般式(c)で表される化合物((c)成分)としては、例えば、CFOCH3、CFOCF3、CFCHOCH、COCH、COCF、COC、COC、CFCHOC、COCH、COC、COCH、COC、COC、COC、C11OCH、C11OC、C11OC、C11OC、C11OC11、C13OCH、C13OC、C13OC、C13OC、C13OC11、C13OC13、CCF(OCH)C、COCFCFH、CHFCFOCHCF、CHFCFCHOCFCFH、CCHOCFCHF、CFCHOCFCHFCF、CHFCH(CH)OCHF等のハイドロフルオロエーテルが挙げられ、これらよりなる群から選ばれた少なくとも一種を使用することが好ましい。 In the non-aqueous electrolyte according to the present embodiment, examples of the compound represented by the general formula (c) (component (c)) include CF 3 OCH 3, CF 3 OCF 3, CF 3 CH 2 OCH 3 , and C 2 F 5 OCH 3, C 2 F 5 OCF 3, C 2 F 5 OC 2 H 5, C 2 F 5 OC 2 F 5, CF 3 CH 2 OC 2 H 5, C 3 F 7 OCH 3, C 3 F 7 OC 2 H 5 , C 4 F 9 OCH 3 , C 4 F 9 OC 2 H 5 , C 4 F 9 OC 3 H 7 , C 4 F 9 OC 4 H 9 , C 5 F 11 OCH 3 , C 5 F 11 OC 2 H 5, C 5 F 11 OC 3 H 7, C 5 F 11 OC 4 H 9, C 5 F 11 OC 5 H 11, C 6 F 13 OCH 3, C 6 F 13 OC 2 H 5, C 6 F 13 OC 3 H 7, C 6 F 13 O 4 H 9, C 6 F 13 OC 5 H 11, C 6 F 13 OC 6 H 13, C 2 F 5 CF (OCH 3) C 3 F 7, C 2 F 5 OCF 2 CF 2 H, CHF 2 CF 2 OCH 2 CF 3, CHF 2 CF 2 CH 2 OCF 2 CF 2 H, C 2 F 5 CH 2 OCF 2 CHF 2, CF 3 CH 2 OCF 2 CHFCF 3, C 3 HF 6 CH (CH 3) OC 3 HF 6 And the like, and it is preferable to use at least one selected from the group consisting of these.

(c)成分の含有量は、有機溶媒の総量を基準とする体積比率として、0.1%〜50%であることが好ましく、1%〜40%であることが更に好ましい。この(c)成分の含有量が1%以上であれば、得られる電解液が高度の難燃安全性を有することが期待できる。一方、(c)成分の含有量が40%以下であれば、得られる電解液の粘度を低く保つことができる。このことにより、電解液のイオン伝導度を高く維持することができるから、高度の入出力特性を発現することが可能となる。(c)成分の含有量を、有機溶媒総量基準の質量比率として表した場合には、0.1%〜55%であることが好ましく、より好ましくは1%〜45%である。   The content of the component (c) is preferably 0.1% to 50%, more preferably 1% to 40%, as a volume ratio based on the total amount of the organic solvent. When the content of the component (c) is 1% or more, it can be expected that the obtained electrolytic solution has a high level of flame retardant safety. On the other hand, when the content of the component (c) is 40% or less, the viscosity of the obtained electrolytic solution can be kept low. As a result, the ionic conductivity of the electrolytic solution can be maintained at a high level, so that high input / output characteristics can be exhibited. When the content of the component (c) is expressed as a mass ratio based on the total amount of the organic solvent, it is preferably 0.1% to 55%, more preferably 1% to 45%.

本実施形態における非水系電解液は、更に、添加剤として、スルトン化合物、環状ホスファゼン、含フッ素環状カーボネート、環状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル、及び環状酸無水物からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物を含有することが好ましい。   The non-aqueous electrolyte in the present embodiment further includes, as an additive, at least one selected from the group consisting of a sultone compound, a cyclic phosphazene, a fluorinated cyclic carbonate, a cyclic carbonate, a cyclic carboxylate, and a cyclic acid anhydride. It is preferable to contain the compound of formula (I).

スルトン化合物としては、下記一般式(1):   As the sultone compound, the following general formula (1):

Figure 2020036050
Figure 2020036050

{式中、R〜Rは、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のハロゲン化アルキル基、からなる群より選ばれるいずれかを表し、互いに同一であっても異なっていてもよく;そして
nは0〜3の整数である。}、下記一般式(2):
In the formula, R 1 to R 6 represent any one selected from the group consisting of a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and a halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and are the same as each other. And n is an integer from 0 to 3. }, The following general formula (2):

Figure 2020036050
Figure 2020036050

{式中、R〜Rは、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のハロゲン化アルキル基、からなる群より選ばれるいずれかを表し、互いに同一であっても異なっていてもよく;そして
nは0〜3の整数である。}、及び下記一般式(3):
In the formula, R 1 to R 4 represent any one selected from the group consisting of a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and a halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and are the same as each other. And n is an integer from 0 to 3. }, And the following general formula (3):

Figure 2020036050
Figure 2020036050

{式中、R〜Rは、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基、又は炭素数1〜6のハロゲン化アルキル基であり、互いに同一であっても異なっていてもよい。}のそれぞれで表される化合物から選択される少なくとも1種のスルトン化合物を使用することが好ましい。 In the formula, R 1 to R 6 are a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogenated alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and may be the same or different from each other. Good. It is preferable to use at least one kind of sultone compound selected from the compounds represented by each of}.

前記式(1)〜(3)のすべてにおけるR〜Rのハロゲン原子としては、例えばフッ素原子、塩素原子、ヨウ素原子等を;
アルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基等を;
ハロゲン化アルキル基としては、例えばフルオロアルキル基、パーフルオロアルキル基等を、それぞれ挙げることができる。
前記式(1)及び(2)におけるnは、それぞれ独立に、0〜2の整数であることが好ましく、0又は1の整数であることが更に好ましい。
Examples of the halogen atom represented by R 1 to R 6 in all of the formulas (1) to (3) include a fluorine atom, a chlorine atom, and an iodine atom;
Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, and a propyl group;
Examples of the halogenated alkyl group include a fluoroalkyl group and a perfluoroalkyl group.
In the above formulas (1) and (2), n is preferably independently an integer of 0 to 2, more preferably 0 or 1.

本実施形態における非水系電解液が含有するスルトン化合物としては、抵抗への悪影響の少なさ、非水系電解液の高温における分解を抑制してガス発生を抑えるといった観点から、1,3−プロパンスルトン、2,4−ブタンスルトン、1,4−ブタンスルトン、1,3−ブタンスルトン又は2,4−ペンタンスルトン、1,3−プロペンスルトン又は1,4−ブテンスルトン、1,5,2,4−ジオキサジチエパン2,2,4,4−テトラオキシド、メチレンビス(ベンゼンスルホン酸)、メチレンビス(フェニルメタンスルホン酸)、メチレンビス(エタンスルホン酸)、メチレンビス(2,4,6,トリメチルベンゼンスルホン酸)、及びメチレンビス(2−トリフルオロメチルベンゼンスルホン酸)から成る群より選択される1種以上のスルトン化合物が好ましい。   As the sultone compound contained in the non-aqueous electrolyte in the present embodiment, 1,3-propane sultone is used from the viewpoint that the adverse effect on the resistance is small and that the decomposition of the non-aqueous electrolyte at a high temperature is suppressed to suppress gas generation. 2,4-butane sultone, 1,4-butane sultone, 1,3-butane sultone or 2,4-pentane sultone, 1,3-propene sultone or 1,4-butene sultone, 1,5,2,4-dioxadi Thiepane 2,2,4,4-tetraoxide, methylenebis (benzenesulfonic acid), methylenebis (phenylmethanesulfonic acid), methylenebis (ethanesulfonic acid), methylenebis (2,4,6, trimethylbenzenesulfonic acid), and At least one member selected from the group consisting of methylenebis (2-trifluoromethylbenzenesulfonic acid) Sultone compounds are preferred.

非水系電解液におけるスルトン化合物の含有率は、非水系電解液の総量と基準として、0.1質量%〜20質量%であることが好ましい。この値が0.1質量%以上であれば、高温における電解液の分解を抑制してガス発生を抑えることが可能となる。一方でこの値が20質量%以下であれば、電解液のイオン伝導度の低下を抑えることができ、高い入出力特性を保持することができる。以上の理由により、スルトン化合物の含有率は、好ましくは5質量%以上15質量%以下であり、更に好ましくは7質量%以上12質量%以下である。
尚、これらのスルトン化合物は、単独で用いてもよく、又は2種以上を混合して用いてもよい。
The content of the sultone compound in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.1% by mass to 20% by mass based on the total amount of the non-aqueous electrolyte. When this value is 0.1% by mass or more, decomposition of the electrolytic solution at a high temperature can be suppressed, and gas generation can be suppressed. On the other hand, when this value is 20% by mass or less, a decrease in the ionic conductivity of the electrolytic solution can be suppressed, and high input / output characteristics can be maintained. For the above reasons, the content of the sultone compound is preferably from 5% by mass to 15% by mass, and more preferably from 7% by mass to 12% by mass.
These sultone compounds may be used alone or in combination of two or more.

前記環状ホスファゼンとしては、例えばエトキシペンタフルオロシクロトリホスファゼン、ジエトキシテトラフルオロシクロトリホスファゼン、フェノキシペンタフルオロシクロトリホスファゼン等を挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上が好ましい。   Examples of the cyclic phosphazene include ethoxypentafluorocyclotriphosphazene, diethoxytetrafluorocyclotriphosphazene, and phenoxypentafluorocyclotriphosphazene, and one or more selected from these are preferable.

非水系電解液における環状ホスファゼンの含有率は、該非水系電解液の総量を基準として、0.5質量%〜20質量%であることが好ましい。この値が0.5重量%以上であれば、高温における電解液の分解を抑制してガス発生を抑えることが可能となる。一方でこの値が20質量%以下であれば、電解液のイオン伝導度の低下を抑えることができ、高い入出力特性を保持することができる。以上の理由により、環状ホスファゼンの含有率は、好ましくは2質量%以上15質量%以下であり、更に好ましくは4質量%以上12質量%以下である。
尚、これらの環状ホスファゼンは、単独で用いてもよく、又は2種以上を混合して用いてもよい。
The content of the cyclic phosphazene in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.5% by mass to 20% by mass based on the total amount of the non-aqueous electrolyte. When this value is 0.5% by weight or more, decomposition of the electrolytic solution at a high temperature can be suppressed, and gas generation can be suppressed. On the other hand, when this value is 20% by mass or less, a decrease in the ionic conductivity of the electrolytic solution can be suppressed, and high input / output characteristics can be maintained. For the above reasons, the content of the cyclic phosphazene is preferably from 2% by mass to 15% by mass, and more preferably from 4% by mass to 12% by mass.
In addition, these cyclic phosphazenes may be used alone or in combination of two or more.

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

環状炭酸エステルについては、ビニレンカーボネートが好ましい。
環状炭酸エステルの含有量は、該非水系電解液の総量を基準として、0.5質量%以上10質量%以下が好ましく、1質量%以上5質量%以下であることが更に好ましい。環状炭酸エステルの含有量が0.5質量%以上であれば、負極上の良質な被膜を形成することができ、負極上での電解液の還元分解を抑制することにより、高温における耐久性が高い蓄電素子が得られる。一方、環状炭酸エステルの含有量が10質量%以下であれば、電解質塩の溶解度が良好に保たれ、かつ非水系電解液のイオン伝導度を高く維持することができ、従って高度の入出力特性を発現することが可能となる。
As the cyclic carbonate, vinylene carbonate is preferred.
The content of the cyclic carbonate is preferably from 0.5% by mass to 10% by mass, more preferably from 1% by mass to 5% by mass, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte. When the content of the cyclic carbonate is 0.5% by mass or more, a high-quality coating on the negative electrode can be formed, and by suppressing the reductive decomposition of the electrolytic solution on the negative electrode, the durability at high temperatures can be improved. A high power storage element can be obtained. On the other hand, when the content of the cyclic carbonate is 10% by mass or less, the solubility of the electrolyte salt can be kept good, and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte can be kept high. Can be expressed.

環状カルボン酸エステルとしては、例えばガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトン、ガンマカプロラクトン、イプシロンカプロラクトン等を挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上を使用することが好ましい。中でも、ガンマブチロラクトンが、リチウムイオン解離度の向上に由来する電池特性向上の点から、特に好ましい。   Examples of the cyclic carboxylic acid ester include gamma butyrolactone, gamma valerolactone, gamma caprolactone, epsilon caprolactone, and the like, and it is preferable to use one or more selected from these. Among them, gamma-butyrolactone is particularly preferable from the viewpoint of improving battery characteristics derived from the improvement of the degree of dissociation of lithium ions.

環状カルボン酸エステルの含有量は、該非水系電解液の総量を基準として、0.5質量%以上15質量%以下が好ましく、1質量%以上5質量%以下であることが更に好ましい。環状酸無水物の含有量が0.5質量%以上であれば、負極上の良質な被膜を形成することができ、負極上での電解液の還元分解を抑制することにより、高温時耐久性が高い蓄電素子が得られる。一方、環状カルボン酸エステルの含有量が5質量%以下であれば、電解質塩の溶解度が良好に保たれ、かつ非水系電解液のイオン伝導度を高く維持することができ、従って高度の入出力特性を発現することが可能となる。
尚、上記の環状カルボン酸エステルは、単独で使用しても、2種以上を混合して使用してもよい。
The content of the cyclic carboxylate is preferably from 0.5% by mass to 15% by mass, more preferably from 1% by mass to 5% by mass, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte. When the content of the cyclic acid anhydride is 0.5% by mass or more, a good-quality film on the negative electrode can be formed, and by suppressing reductive decomposition of the electrolytic solution on the negative electrode, durability at high temperatures can be improved. , A power storage element having a high value can be obtained. On the other hand, when the content of the cyclic carboxylic acid ester is 5% by mass or less, the solubility of the electrolyte salt can be kept good, and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte can be kept high. It becomes possible to express characteristics.
The above-mentioned cyclic carboxylic esters may be used alone or in combination of two or more.

環状酸無水物については、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、及び無水イタコン酸から選択される1種以上が好ましい。中でも工業的な入手のし易さによって電解液の製造コストが抑えられる点、非水系電解液中に溶解し易い点等から、無水コハク酸及び無水マレイン酸から選択することが好ましい。   The cyclic acid anhydride is preferably at least one selected from succinic anhydride, maleic anhydride, citraconic anhydride, and itaconic anhydride. Among them, it is preferable to select from succinic anhydride and maleic anhydride in view of the fact that the production cost of the electrolytic solution is reduced due to industrial availability, and that it is easily dissolved in a non-aqueous electrolytic solution.

環状酸無水物の含有量は、該非水系電解液の総量を基準として、0.5質量%以上15質量%以下が好ましく、1質量%以上10質量%以下であることが更に好ましい。環状酸無水物の含有量が0.5質量%以上であれば、負極上に良質な被膜を形成することができ、負極上における電解液の還元分解を抑制することにより、高温時耐久性が高い蓄電素子が得られる。一方、環状酸無水物の含有量が10質量%以下であれば、電解質塩の溶解度が良好に保たれ、かつ非水系電解液のイオン伝導度を高く維持することができ、従って高度の入出力特性を発現することが可能となる。
尚、上記の環状酸無水物は、単独で使用しても、2種以上を混合して使用してもよい。
The content of the cyclic acid anhydride is preferably from 0.5% by mass to 15% by mass, more preferably from 1% by mass to 10% by mass, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte. When the content of the cyclic acid anhydride is 0.5% by mass or more, a good-quality film can be formed on the negative electrode, and by suppressing the reductive decomposition of the electrolytic solution on the negative electrode, high-temperature durability can be improved. A high power storage element can be obtained. On the other hand, if the content of the cyclic acid anhydride is 10% by mass or less, the solubility of the electrolyte salt can be kept good, and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte can be kept high. It becomes possible to express characteristics.
The above-mentioned cyclic acid anhydrides may be used alone or in combination of two or more.

本実施の形態の非水系電解液における添加剤としては、
スルトン化合物のみを使用するか;或いは、
スルトン化合物と、
環状ホスファゼン、含フッ素環状カーボネート、環状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル、及び環状酸無水物からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物と、
を併用することが好ましい。後者の場合、スルトン化合物と環状ホスファゼンとを併用することが、更に好ましい。
As the additive in the non-aqueous electrolyte of the present embodiment,
Use only sultone compounds; or
A sultone compound;
Cyclic phosphazene, fluorine-containing cyclic carbonate, cyclic carbonate, cyclic carboxylate, and at least one compound selected from the group consisting of cyclic acid anhydrides;
Is preferably used in combination. In the latter case, it is more preferable to use a sultone compound and a cyclic phosphazene in combination.

[正極電極体及び負極電極体]
本実施の形態の非水系リチウム型蓄電素子における正極電極体は、
正極集電体と、
該正極集電体の片面上又は両面上に設けられた正極活物質層と
を有する。前記正極活物質層は、活性炭を含む正極活物質を含有する。
また負極電極体は、
負極集電体と、
該負極集電体の片面上又は両面上に設けられた負極活物質層と
を有する。前記負極活物質層は、リチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料を含む負極活物質を含有する。
本実施の形態の正極及び負極の電極体において、正極活物質及び負極活物質以外の構成要素については共通の構成を適用できる。以下、正極活物質及び負極活物質について順に説明した後に、共通要素について纏めて説明する。
[Positive electrode body and negative electrode body]
The positive electrode body in the non-aqueous lithium-type energy storage device of the present embodiment,
A positive electrode current collector,
A positive electrode active material layer provided on one surface or both surfaces of the positive electrode current collector. The positive electrode active material layer contains a positive electrode active material containing activated carbon.
The negative electrode body is
A negative electrode current collector,
A negative electrode active material layer provided on one surface or both surfaces of the negative electrode current collector. The negative electrode active material layer contains a negative electrode active material containing a carbon material capable of inserting and extracting lithium ions.
In the positive and negative electrode bodies of this embodiment, a common configuration can be applied to components other than the positive electrode active material and the negative electrode active material. Hereinafter, after the positive electrode active material and the negative electrode active material are described in order, common elements are collectively described.

[正極活物質]
正極活物質は、活性炭を含む。正極活物質としては、活性炭のみを使用してもよく、或いは活性炭に加えて、後述するような他の材料を併用してもよい。正極活物質の総量基準での活性炭の含有率は、好ましくは50質量%以上であり、より好ましくは70質量%以上である。100質量%であってもよいが、他の材料を併用することによる効果を良好に得る観点から、例えば、90質量%以下であることが好ましく、80質量%以下であってもよい。
正極活物質における活性炭の種類及びその原料には特に制限はないが、高い入出力特性と、高いエネルギー密度と、を両立させるために、活性炭の細孔を最適に制御することが好ましい。具体的には、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をV1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をV2(cc/g)とするとき、
(1)高い入出力特性のためには、0.3<V1≦0.8、及び0.5≦V2≦1.0を満たし、かつ、BET法により測定される比表面積が1,500m/g以上3,000m/g以下を示す活性炭(以下、「活性炭1」ともいう。)、又は、
(2)高いエネルギー密度を得るためには、0.8<V1≦2.5、及び0.8<V2≦3.0を満たし、かつ、BET法により測定される比表面積が3,000m/g以上4,000m/g以下を示す活性炭(以下、「活性炭2」ともいう。)が好ましい。
[Positive electrode active material]
The positive electrode active material contains activated carbon. As the positive electrode active material, only activated carbon may be used, or in addition to activated carbon, other materials as described later may be used in combination. The content of the activated carbon based on the total amount of the positive electrode active material is preferably 50% by mass or more, and more preferably 70% by mass or more. The content may be 100% by mass, but from the viewpoint of obtaining the effect of using other materials in combination, for example, the content is preferably 90% by mass or less, and may be 80% by mass or less.
There are no particular restrictions on the type of activated carbon and its raw material in the positive electrode active material, but it is preferable to optimally control the pores of activated carbon in order to achieve high input / output characteristics and high energy density. Specifically, the amount of mesopores derived from pores having a diameter of 20 ° to 500 ° calculated by the BJH method is V1 (cc / g), and the amount of micropores derived from pores having a diameter of less than 20 ° is calculated by the MP method. When V2 (cc / g),
(1) For high input / output characteristics, 0.3 <V1 ≦ 0.8 and 0.5 ≦ V2 ≦ 1.0 are satisfied, and the specific surface area measured by the BET method is 1,500 m 2. / G or more and 3,000 m 2 / g or less (hereinafter also referred to as “activated carbon 1”), or
(2) In order to obtain a high energy density, 0.8 <V1 ≦ 2.5 and 0.8 <V2 ≦ 3.0 are satisfied, and the specific surface area measured by the BET method is 3,000 m 2. / G or more and 4,000 m 2 / g or less (hereinafter, also referred to as “activated carbon 2”) is preferred.

以下、上記(1)活性炭1及び上記(2)活性炭2について個別に順次説明していく。
[活性炭1]
活性炭1のメソ孔量V1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良好とする点で、0.3cc/gより大きい値であることが好ましい。一方で、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。このV1は、より好ましくは0.35cc/g以上0.7cc/g以下であり、更に好ましくは0.4cc/g以上0.6cc/g以下である。
活性炭1のマイクロ孔量V2は、活性炭の比表面積を大きくし、容量を増加させるために、0.5cc/g以上であることが好ましい。一方で、活性炭の嵩を抑え、電極としての密度を増加させ、単位体積あ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。このV2は、より好ましくは0.6cc/g以上1.0cc/g以下であり、更に好ましくは0.8cc/g以上1.0cc/g以下である。
Hereinafter, (1) the activated carbon 1 and (2) the activated carbon 2 will be described individually and sequentially.
[Activated carbon 1]
The mesopore amount V1 of the activated carbon 1 is preferably a value larger than 0.3 cc / g from the viewpoint of improving the input / output characteristics when the positive electrode material is incorporated in the electric storage device. On the other hand, the concentration is preferably 0.8 cc / g or less from the viewpoint of suppressing a decrease in the bulk density of the positive electrode. V1 is more preferably 0.35 cc / g or more and 0.7 cc / g or less, and still more preferably 0.4 cc / g or more and 0.6 cc / g or less.
The micropore volume V2 of the activated carbon 1 is preferably 0.5 cc / g or more in order to increase the specific surface area of the activated carbon and increase the capacity. On the other hand, it is preferably 1.0 cc / g or less from the viewpoint of suppressing the bulk of activated carbon, increasing the density as an electrode, and increasing the capacity per unit volume. V2 is more preferably 0.6 cc / g or more and 1.0 cc / g or less, and still more preferably 0.8 cc / g or more and 1.0 cc / g or less.

また、マイクロ孔量V2に対するメソ孔量V1の比(V1/V2)は、0.3≦V1/V2≦0.9の範囲であることが好ましい。すなわち、高容量を得ながら出力特性の低下を抑えることができる程度に、マイクロ孔量に対するメソ孔量の割合を大きくするという点から、V1/V2が0.3以上であることが好ましい。一方で、高出力特性を得ながら容量の低下を抑えることができる程度に、メソ孔量に対するマイクロ孔量の割合を大きくするという点から、V1/V2は0.9以下であることが好ましい。より好ましいV1/V2の範囲は0.4≦V1/V2≦0.7であり、更に好ましいV1/V2の範囲は0.55≦V1/V2≦0.7である。
本発明において、マイクロ孔量及びメソ孔量は、以下の方法により求められる値である。すなわち、試料を500℃において一昼夜真空乾燥し、窒素を吸着質として吸脱着の等温線の測定を行なう。この時の脱着側の等温線を用いて、マイクロ孔量はMP法により、メソ孔量はBJH法により、それぞれ算出する。
The ratio (V1 / V2) of the mesopore volume V1 to the micropore volume V2 is preferably in the range of 0.3 ≦ V1 / V2 ≦ 0.9. That is, V1 / V2 is preferably 0.3 or more from the viewpoint of increasing the ratio of the mesopore amount to the micropore amount to such an extent that a decrease in output characteristics can be suppressed while obtaining a high capacity. On the other hand, V1 / V2 is preferably 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 obtaining high output characteristics. A more preferable range of V1 / V2 is 0.4 ≦ V1 / V2 ≦ 0.7, and a still more preferable range of V1 / V2 is 0.55 ≦ V1 / V2 ≦ 0.7.
In the present invention, the micropore amount and the mesopore amount are values obtained by the following method. That is, the sample is vacuum-dried at 500 ° C. all day and night, and the adsorption / desorption isotherm is measured using nitrogen as an adsorbate. Using the isotherm on the desorption side at this time, the amount of micropores is calculated by the MP method, and the amount of mesopores is calculated by the BJH method.

MP法とは、「t−プロット法」(B.C.Lippens,J.H.de Boer,J.Catalysis,4319(1965))を利用して、マイクロ孔容積、マイクロ孔面積、及びマイクロ孔の分布を求める方法を意味し、M.Mikhail, Brunauer, Bodorにより考案された方法である(R.S.Mikhail,S.Brunauer,E.E.Bodor,J.Colloid Interface Sci.,26,45 (1968))。
また、BJH法は一般的にメソ孔の解析に用いられる計算方法で、Barrett, Joyner, Halendaらにより提唱されたものである(E. P. Barrett, L. G. Joyner and P. Halenda, J. Am. Chem. Soc., 73, 373(1951))。
The MP method is based on the “t-plot method” (BC Lippens, JH de Boer, J. Catalysis, 4319 (1965)) and uses the micropore volume, micropore area, and micropore. Means a method for obtaining the distribution of This is a method devised by Mikhal, Brunauer, and Bodor (RS Mikhal, S. Brunauer, EE Bodor, J. Colloid Interface Sci., 26, 45 (1968)).
The BJH method is a calculation method generally used for analysis of mesopores, and has been proposed by Barrett, Joyner, Hallenda et al. (EP Barrett, LGJoyner and P. Hallenda, J. Am. Chem. Soc., 73, 373 (1951)).

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。また得られる蓄電素子の容量を最大にする点から、25Å以下であることが好ましい。本明細書で記載する平均細孔径とは、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、試料の質量あたりの全細孔容積をBET比表面積で除して求めたものを指す。
活性炭1のBET比表面積は、1,500m/g以上3,000m/g以下であることが好ましく、1,500m/g以上2,500m/g以下であることがより好ましい。BET比表面積が1,500m/g以上の場合には、良好なエネルギー密度が得られ易く、他方、BET比表面積が3,000m/g以下の場合には、電極の強度を保つためにバインダーを多量に入れる必要がないので、電極体積当たりの性能が高くなる傾向がある。
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 storage element. Further, from the viewpoint of maximizing the capacity of the obtained electric storage element, the angle is preferably 25 ° or less. The average pore diameter described in the present specification means the total pore volume per sample mass obtained by measuring each equilibrium adsorption amount of nitrogen gas at each relative pressure under the temperature of liquid nitrogen. Divided by.
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 tends to be high.

上記のような特徴を有する活性炭1は、例えば、以下に説明する原料及び処理方法を用いて得ることができる。
本発明の実施形態では、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く、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;その他合成木材、合成パルプ等、及びそ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、ヤシ殻の炭化物が特に好ましい。
The activated carbon 1 having the above characteristics can be obtained, for example, by using the raw materials and the processing method described below.
In the embodiment of the present invention, the carbon source used as a raw material of the activated carbon 1 is not particularly limited. For example, wood, wood flour, coconut shell, by-products during pulp production, bagasse, molasses and other plant-based materials Raw materials; peat, lignite, lignite, bituminous coal, anthracite, petroleum distillation residue components, petroleum pitch, coke, coal tar and other fossil-based raw materials; phenolic resins, vinyl chloride resins, vinyl acetate resins, melamine resins, urea resins, resorcinol resins, Various synthetic resins such as celluloid, epoxy resin, polyurethane resin, polyester resin, and polyamide resin; synthetic rubber such as polybutylene, polybutadiene, and polychloroprene; other synthetic wood, synthetic pulp, and their carbides. Among these raw materials, from the viewpoints of mass production and cost, plant-based raw materials such as coconut shells and wood flour, and their carbides are preferable, and coconut shell carbides are particularly preferable.

これらの原料を上記活性炭1とするための炭化及び賦活の方式としては、例えば、固定床方式、移動床方式、流動床方式、スラリー方式、ロータリーキルン方式等の既知の方式を採用できる。
これらの原料の炭化方法としては、例えば窒素、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。
Known methods such as a fixed bed method, a moving bed method, a fluidized bed method, a slurry method, a rotary kiln method and the like can be adopted as a method of carbonizing and activating the above raw materials into the activated carbon 1.
As a method for carbonizing these raw materials, for example, nitrogen, carbon dioxide, helium, argon, xenon, neon, carbon monoxide, an inert gas such as combustion exhaust gas, or another gas containing these inert gases as a main component And a method of baking at about 400 to 700 ° C. (preferably 450 to 600 ° C.) for about 30 minutes to 10 hours.

上記炭化方法により得られた炭化物の賦活方法としては、例えば水蒸気、二酸化炭素、酸素等の賦活ガスを用いて焼成するガス賦活法が好ましく用いられる。このうち、賦活ガスとして、水蒸気又は二酸化炭素を使用する方法が好ましい。
この賦活方法では、賦活ガスを0.5〜3.0kg/h(好ましくは0.7〜2.0kg/h)の割合で供給しながら、上記炭化物を3〜12時間(好ましくは5〜11時間、更に好ましくは6〜10時間)かけて800〜1,000℃まで昇温して賦活するのが好ましい。
更に、上記炭化物の賦活処理に先立ち、予め上記炭化物を1次賦活しておいてもよい。この1次賦活では、炭素材料を、例えば水蒸気、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ことができる。
上記炭化方法における焼成温度及び焼成時間と、上記賦活方法における賦活ガス供給量及び昇温速度及び最高賦活温度と、を適宜組み合わせることにより、本実施形態において使用できる、上記の特徴を有する活性炭1を製造することができる。
活性炭1の平均粒径は、1〜20μmであることが好ましい。本明細書を通じ、「平均粒径」とは、粒度分布測定装置を用いて粒度分布を測定した時に、全体積を100%として累積カーブを求めたとき、その累積カーブが50%となる点の粒子径(すなわち、50%径(Median径))を指す。この平均粒径は市販のレーザー回折式粒度分布測定装置で測定することができる。
As a method for activating the carbide obtained by the above-described carbonization method, for example, a gas activation method in which firing is performed using an activation gas such as steam, carbon dioxide, or oxygen is preferably used. Among them, a method using steam or carbon dioxide as the activation gas is preferable.
In this activation method, the carbide is supplied for 3 to 12 hours (preferably 5 to 11 kg) while supplying the activation gas at a rate of 0.5 to 3.0 kg / h (preferably 0.7 to 2.0 kg / h). It is preferable to activate by raising the temperature to 800 to 1,000 ° C. over a period of time, more preferably 6 to 10 hours.
Further, prior to the activation treatment of the carbide, the carbide may be primarily activated in advance. In the primary activation, the carbon material can be gas-activated by firing at a temperature of less than 900 ° C. using an activation gas such as steam, carbon dioxide, or oxygen.
By appropriately combining the calcination temperature and calcination time in the carbonization method and the activation gas supply amount, the heating rate, and the maximum activation temperature in the activation method, the activated carbon 1 having the above characteristics, which can be used in the present embodiment, Can be manufactured.
The average particle size of the activated carbon 1 is preferably 1 to 20 μm. Throughout this specification, “average particle size” refers to the point at which the cumulative curve is 50% when the cumulative curve is determined with the total volume as 100% when the particle size distribution is measured using a particle size distribution measuring device. It refers to the particle size (ie, 50% size (Median size)). This average particle size can be measured with a commercially available laser diffraction type particle size distribution analyzer.

上記平均粒径が1μm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。また、平均粒径が小さいことは耐久性が低いという欠点を招来する場合があるが、平均粒径が1μm以上であればそのような欠点が生じ難い。一方で、平均粒径が20μm以下であると、高速充放電に適合し易くなる傾向がある。上記平均粒径は、より好ましくは2〜15μmであり、更に好ましくは3〜10μmである。   When the average particle size is 1 μm or more, the capacity per electrode volume tends to increase because the density of the active material layer is high. In addition, a small average particle size may lead to a defect that durability is low, but if the average particle size is 1 μm or more, such a defect is unlikely to occur. On the other hand, when the average particle size 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 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V1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。また、蓄電素子の容量の低下を抑える観点から、2.5cc/g以下であることが好ましい。上記V1は、より好ましくは1.00cc/g以上2.0cc/g以下、更に好ましくは、1.2cc/g以上1.8cc/g以下である。
[Activated carbon 2]
It is preferable that the mesopore amount V1 of the activated carbon 2 is larger than 0.8 cc / g from the viewpoint of increasing the output characteristics when the positive electrode material is incorporated in the electric storage device. In addition, from the viewpoint of suppressing a decrease in the capacity of the power storage element, it is preferably 2.5 cc / g or less. V1 is more preferably 1.00 cc / g or more and 2.0 cc / g or less, further preferably 1.2 cc / g or more and 1.8 cc / g or less.

他方、活性炭2のマイクロ孔量V2は、活性炭の比表面積を大きくし、容量を増加させるために、0.8cc/gより大きい値であることが好ましい。また、活性炭の電極としての密度を増加させ、単位体積あたりの容量を増加させるという観点から、3.0cc/g以下であることが好ましい。上記V2は、より好ましくは1.0cc/gより大きく2.5cc/g以下、更に好ましくは1.5cc/g以上2.5cc/g以下である。
活性炭2におけるマイクロ孔量及びメソ孔量の測定方法は、活性炭1に関して上述したとおりの方法によることができる。
On the other hand, 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. Further, from the viewpoint of increasing the density of activated carbon as an electrode and increasing the capacity per unit volume, it is preferably 3.0 cc / g or less. V2 is more preferably more than 1.0 cc / g and not more than 2.5 cc / g, and further preferably not less than 1.5 cc / g and not more than 2.5 cc / g.
The measurement method of the micropore amount and the mesopore amount in the activated carbon 2 can be based on the method described above for the activated carbon 1.

上述したメソ孔量V1及びマイクロ孔量V2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となる。活性炭2の具体的なBET比表面積の値としては、3,000m/g以上4,000m/g以下であることが好ましく、3,200m/g以上3,800m/g以下であることがより好ましい。BET比表面積が3,000m/g以上であることにより、良好なエネルギー密度が得られ易い。他方、BET比表面積が4,000m/g以下であることにより、電極の強度を保つためにバインダーを多量に入れる必要がないので、電極体積当たりの性能が高くなる傾向がある。
上記のような特徴を有する活性炭2は、例えば以下に説明する原料及び処理方法を用いて得ることができる。
活性炭2の原料として用いられる炭素源としては、通常活性炭原料として用いられる炭素源であれば特に限定されるものではない。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2を作製するのに適しており、特に好ましい。
The activated carbon 2 having the mesopore volume V1 and the micropore volume V2 described above 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 3,000 m 2 / g to 4,000 m 2 / g, and is preferably from 3,200 m 2 / g to 3,800 m 2 / g. Is more preferable. When the BET specific surface area is 3,000 m 2 / g or more, good energy density is easily obtained. On the other hand, when the BET specific surface area is 4,000 m 2 / g or less, it is not necessary to add a large amount of binder in order to maintain the strength of the electrode, so that the performance per electrode volume tends to increase.
The activated carbon 2 having the above characteristics can be obtained, for example, by using the raw materials and the processing method described below.
The carbon source 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. For example, plant-based materials such as wood, wood flour, and coconut shells; fossil-based materials such as petroleum pitch and coke; various types such as phenolic resins, furan resins, vinyl chloride resins, vinyl acetate resins, melamine resins, urea resins, and resorcinol resins Synthetic resins and the like can be mentioned. Among these raw materials, phenol resin and furan resin are suitable for producing activated carbon 2 having a high specific surface area, and are particularly preferable.

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。
上記炭化処理後の炭化物の賦活方法としては、例えば水蒸気、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可能であるが、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、を、炭化物:アルカリ金属化合物の質量比が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、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。
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.
As a method for activating the carbide after the carbonization treatment, for example, a gas activation method of firing using an activation gas such as water vapor, carbon dioxide, oxygen, and an alkali metal activation method of performing a heat treatment after mixing with an alkali metal compound are possible. However, an alkali metal activation method is preferable for producing activated carbon having a high specific surface area.
In this activation method, a carbide and an alkali metal compound such as KOH and NaOH are mixed at a mass ratio of carbide: alkali metal compound of 1: 1 or more (the amount of alkali metal compound is equal to or less than the amount of carbide). After heating the mixture in an inert gas atmosphere at a temperature of 600 to 900 ° C. for 0.5 to 5 hours, the alkali metal compound is washed and removed with acid and water, and then dried. I do.

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を多めにしてKOHと混合するとよい。いずれの孔量も大きくするためには、KOH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とよい。
活性炭2の平均粒径は、1μm以上30μm以下であることが好ましい。より好ましくは、2μm以上20μm以下である。
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 pore amounts, it is preferable to use a large amount of KOH. In order to mainly increase the mesopore amount, it is preferable to perform the steam activation after performing the alkali activation treatment.
The average particle size of the activated carbon 2 is preferably 1 μm or more and 30 μm or less. More preferably, it is 2 μm or more and 20 μm or less.

活性炭1及び2は、それぞれ、1種の活性炭であってもよいし、2種以上の活性炭の混合物であって上記した各々の特性値を混合物全体として示すものであってもよい。
上記の活性炭1及び2は、これらのうちのいずれか一方を選択して使用してもよいし、両者を混合して使用してもよい。
正極活物質は、活性炭1及び2以外の材料(例えば、前記特定のV1及び/若しくはV2を有さない活性炭、又は活性炭以外の材料(例えば、リチウムと遷移金属との複合酸化物等))を含んでもよい。例示の態様において、活性炭1の含有量、若しくは活性炭2の含有量、又は活性炭1及び2の合計含有量が、全正極活物質の50質量%より多いことが好ましく、70質量%以上がより好ましく、90質量%以上が更に好ましく、100質量%であることが最も好ましい。
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 them may be selected and used, or both may be used in combination.
As the positive electrode active material, a material other than the activated carbons 1 and 2 (for example, activated carbon not having the specific V1 and / or V2, or a material other than activated carbon (for example, a composite oxide of lithium and a transition metal)) is used. May be included. In the illustrated embodiment, the content of activated carbon 1, the content of activated carbon 2, or the total content of activated carbons 1 and 2 is preferably more than 50% by mass of all the positive electrode active materials, and more preferably 70% by mass or more. , 90% by mass or more, and most preferably 100% by mass.

[負極活物質]
負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料を含む。負極活物質としては、この炭素材料のみを使用してもよいし、或いはこの炭素材料に加えて、リチウムイオンを吸蔵放出する他の材料を併用できる。前記他の材料としては、例えばリチウムチタン複合酸化物、導電性高分子等を挙げることができる。例示の態様において、リチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料の含有率は、負極活物質の総量を基準として、好ましくは50質量%以上であり、より好ましくは70質量%以上である。100質量%であることができるが、他の材料の併用による効果を良好に得る観点から、例えば、90質量%以下であることが好ましく、80質量%以下であってもよい。
リチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料としては、例えば、ハードカーボン、易黒鉛性カーボン、複合多孔性炭素材料等を挙げることができる。
負極活物質の更に好ましい例は、後述の、活性炭の表面に炭素材料を被着させて成る複合多孔性炭素材料1、2、及び3であり、これらは負極の抵抗の点で有利である。複合多孔性炭素材料1、2、及び3は、1種類のみで使用してもよいし、又は2種以上を混合して使用してもよい。また、負極活物質における炭素材料としては、複合多孔性炭素材料1、2及び3から選択される1種以上のみを使用してもよいし、複合多孔性炭素材料1、2、及び3から選択される1種以上とともに、その他の炭素材料を併用してもよい。
[Negative electrode active material]
The negative electrode active material contains a carbon material capable of inserting and extracting lithium ions. As the negative electrode active material, only this carbon material may be used, or in addition to this carbon material, another material that stores and releases lithium ions may be used in combination. Examples of the other material include a lithium-titanium composite oxide and a conductive polymer. In the illustrated embodiment, the content of the carbon material capable of inserting and extracting lithium ions is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, based on the total amount of the negative electrode active material. Although it 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.
Examples of the carbon material capable of inserting and extracting lithium ions include hard carbon, easily graphitic carbon, and composite porous carbon material.
Further preferred examples of the negative electrode active material are composite porous carbon materials 1, 2, and 3 formed by depositing a carbon material on the surface of activated carbon, which will be described later, which are advantageous in terms of the resistance of the negative electrode. The composite porous carbon materials 1, 2, and 3 may be used alone or in a combination of two or more. Further, as the carbon material in the negative electrode active material, only one or more selected from the composite porous carbon materials 1, 2, and 3 may be used, or the carbon material selected from the composite porous carbon materials 1, 2, and 3 may be used. Other carbon materials may be used in combination with one or more of the above-described carbon materials.

以下、上述の複合多孔性材料1、2、及び3、並びにその他の炭素材料について個別に順次説明していく。
[複合多孔性材料1]
複合多孔性材料1は、以下のメソ孔量Vm1及びマイクロ孔量Vm2により規定される複合多孔性材料である。
複合多孔性材料1は、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をVm1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をVm2(cc/g)とするとき、0.010≦Vm1≦0.250、0.001≦Vm2≦0.200、及び1.5≦Vm1/Vm2≦20.0を満たす材料である。
上記複合多孔性材料は、例えば、活性炭と炭素材料前駆体とを共存させた状態で、これらを熱処理することにより得ることができる。
Hereinafter, the above-described composite porous materials 1, 2, and 3, and other carbon materials will be individually and sequentially described.
[Composite porous material 1]
The composite porous material 1 is a composite porous material defined by the following mesopore volume Vm1 and micropore volume Vm2.
The composite porous material 1 has Vm1 (cc / g) of the amount of mesopores derived from pores having a diameter of 20 ° to 500 ° calculated by the BJH method, and micropores derived from pores having a diameter of less than 20 ° calculated by the MP method. When the amount is Vm2 (cc / g), the material satisfies 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.250, 0.001 ≦ Vm2 ≦ 0.200, and 1.5 ≦ Vm1 / Vm2 ≦ 20.0.
The composite porous material can be obtained, for example, by subjecting activated carbon and a carbon material precursor to coexistence and heat-treating them.

上記の複合多孔性材料1の原料として用いる活性炭としては、得られる複合多孔性材料1が所望の特性を発揮する限り、特に制限はない。例えば石油系、石炭系、植物系、高分子系等の各種の原材料から得られた市販品を使用することができる。特に、平均粒径が1μm以上15μm以下の活性炭粉末を用いることが好ましい。この平均粒径は、より好ましくは2μm以上10μm以下である。   The activated carbon used as a raw material of the composite porous material 1 is not particularly limited as long as the obtained composite porous material 1 exhibits desired characteristics. For example, commercially available products obtained from various raw materials such as petroleum, coal, plant, and polymer can be used. In particular, it is preferable to use activated carbon powder having an average particle size of 1 μm or more and 15 μm or less. This average particle size is more preferably 2 μm or more and 10 μm or less.

上記の複合多孔性材料1の原料として用いる炭素材料前駆体とは、熱処理することにより、活性炭に炭素材料を被着させることができる有機材料である。炭素材料前駆体は、固体であっても、液体であってもよく、又は溶剤に溶解可能な物質であってもよい。このような炭素材料前駆体としては、例えば、ピッチ、メソカーボンマイクロビーズ、コークス、合成樹脂(例えばフェノール樹脂等)等を挙げることができる。これらの炭素材料前駆体の中でも、安価であるピッチを用いることが、製造コスト上好ましい。ピッチは、大別して石油系ピッチと石炭系ピッチとに分けられる。石油系ピッチとしては、例えば原油の蒸留残査、流動性接触分解残査(デカントオイル等)、サーマルクラッカーに由来するボトム油、ナフサクラッキングの際に得られるエチレンタール等が例示される。   The carbon material precursor used as a raw material of the composite porous material 1 is an organic material that can cause a carbon material to adhere to activated carbon by heat treatment. The carbon material precursor may be a solid, a liquid, or a substance soluble in a solvent. Examples of such a carbon material precursor include pitch, mesocarbon microbeads, coke, and a synthetic resin (eg, a phenol resin). Among these carbon material precursors, it is preferable to use an inexpensive pitch in terms of manufacturing cost. Pitch is roughly classified into petroleum pitch and coal pitch. Examples of the petroleum pitch include crude oil distillation residue, fluid catalytic cracking residue (decant oil and the like), bottom oil derived from a thermal cracker, ethylene tar obtained in naphtha cracking, and the like.

上記ピッチを用いる場合、複合多孔性材料は、該ピッチを活性炭との共存下に熱処理し、活性炭の表面においてピッチの揮発成分又は熱分解成分を熱反応させて該活性炭に炭素材料を被着させることにより、複合多孔性材料1が得られる。この場合、200〜500℃程度の温度において、ピッチの揮発成分又は熱分解成分の活性炭細孔内への被着が進行し、400℃以上で該被着成分が炭素材料となる反応が進行する。熱処理時のピーク温度(最高到達温度)は得られる複合多孔性材料1の特性、熱反応パターン、熱反応雰囲気等により適宜決定されるものであるが、400℃以上であることが好ましく、より好ましくは450℃〜1,000℃であり、更に好ましくは500〜800℃程度である。また、熱処理時のピーク温度を維持する時間は、30分間〜10時間であればよく、好ましくは1時間〜7時間であり、より好ましくは2時間〜5時間である。例えば、500〜800℃程度のピーク温度で2時間〜5時間に亘って熱処理する場合、活性炭表面に被着した炭素材料は多環芳香族系炭化水素になっているものと考えられる。   When the pitch is used, the composite porous material is subjected to a heat treatment in the presence of the activated carbon in the presence of the pitch, and a volatile component or a pyrolysis component of the pitch is thermally reacted on the surface of the activated carbon to deposit the carbon material on the activated carbon. Thereby, the composite porous material 1 is obtained. In this case, at a temperature of about 200 to 500 ° C., the deposition of the volatile component or the pyrolysis component of the pitch into the activated carbon pores proceeds, and at 400 ° C. or higher, a reaction in which the deposited component becomes a carbon material proceeds. . The peak temperature (maximum temperature reached) during the heat treatment is appropriately determined depending on the characteristics of the obtained composite porous material 1, the thermal reaction pattern, the thermal reaction atmosphere, and the like, but is preferably 400 ° C. or higher, and more preferably. Is from 450 ° C to 1,000 ° C, more preferably from about 500 to 800 ° C. The time for maintaining the peak temperature during the heat treatment may be 30 minutes to 10 hours, preferably 1 hour to 7 hours, and more preferably 2 hours to 5 hours. For example, when heat treatment is performed at a peak temperature of about 500 to 800 ° C. for 2 to 5 hours, it is considered that the carbon material deposited on the surface of the activated carbon is a polycyclic aromatic hydrocarbon.

炭素材料前駆体として用いるピッチの軟化点は、30℃以上250℃以下が好ましく、60℃以上130℃以下が更に好ましい。ピッチの軟化点が30℃以上であれば、ハンドリング性に支障はなく精度よく仕込むことが可能である。この値が250℃以下であれば、低分子化合物が比較的多く存在し、活性炭内の比較的細かい細孔まで被着することが可能となる。
上記の複合多孔性材料の製造するための具体的方法としては、例えば、炭素材料前駆体から揮発した炭化水素ガスを含む不活性雰囲気中で活性炭を熱処理し、気相で炭素材料を被着させる方法が挙げられる。また、活性炭と炭素材料前駆体とを予め混合して熱処理する方法、又は溶媒に溶解させた炭素材料前駆体を活性炭に塗布して乾燥させた後に熱処理する方法も可能である。
The softening point of the pitch used as the carbon material precursor is preferably from 30 ° C. to 250 ° C., and more preferably from 60 ° C. to 130 ° C. When the softening point of the pitch is 30 ° C. or more, there is no hindrance in handling properties, and it is possible to prepare with high precision. When this value is 250 ° C. or less, a relatively large amount of low molecular compounds is present, and it is possible to adhere to relatively fine pores in activated carbon.
As a specific method for producing the above composite porous material, for example, heat treatment of activated carbon in an inert atmosphere containing a hydrocarbon gas volatilized from a carbon material precursor, and depositing the carbon material in the gas phase Method. Further, a method in which activated carbon and a carbon material precursor are preliminarily mixed and heat-treated, or a method in which a carbon material precursor dissolved in a solvent is applied to activated carbon and dried, and then heat-treated is also possible.

複合多孔性材料1は、活性炭の表面に炭素材料を被着させたものであるが、活性炭の細孔内部に炭素材料を被着させた後の細孔分布が重要であり、メソ孔量及びマイクロ孔量により規定できる。本実施の形態においては、特に、メソ孔量及びマイクロ孔量の絶対値と共に、メソ孔量/マイクロ孔量の比率が重要である。すなわち、本発明の一態様において、上記の複合多孔性材料1におけるBJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をVm1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をVm2(cc/g)とするとき、0.010≦Vm1≦0.250、0.001≦Vm2≦0.200、かつ1.5≦Vm1/Vm2≦20.0であることが好ましい。   The composite porous material 1 is obtained by depositing a carbon material on the surface of activated carbon. The pore distribution after depositing the carbon material inside the pores of the activated carbon is important. It can be defined by the amount of micropores. In the present embodiment, in particular, the ratio of mesopore amount / micropore amount is important together with the absolute values of the mesopore amount and micropore amount. That is, in one embodiment of the present invention, the amount of mesopores derived from pores having a diameter of 20 to 500 mm in the composite porous material 1 calculated by the BJH method is Vm1 (cc / g), and the diameter calculated by the MP method. When the micropore amount derived from pores smaller than 20 ° is Vm2 (cc / g), 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.250, 0.001 ≦ Vm2 ≦ 0.200, and 1.5 ≦ Vm1 / Vm2 It is preferred that ≦ 20.0.

メソ孔量Vm1については、0.010≦Vm1≦0.225がより好ましく、0.010≦Vm1≦0.200が更に好ましい。マイクロ孔量Vm2については、0.001≦Vm2≦0.150がより好ましく、0.001≦Vm2≦0.100が更に好ましい。メソ孔量/マイクロ孔量の比率については、1.5≦Vm1/Vm2≦15.0がより好ましく、1.5≦Vm1/Vm2≦10.0が更に好ましい。メソ孔量Vm1が上限以下(Vm1≦0.250)であれば、リチウムイオンに対する高い充放電効率が維持でき、メソ孔量Vm1及びマイクロ孔量Vm2が下限以上(0.010≦Vm1、0.001≦Vm2)であれば、高出力特性が得られる。   The mesopore volume Vm1 is more preferably 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.225, and further preferably 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.200. The micropore volume Vm2 is more preferably 0.001 ≦ Vm2 ≦ 0.150, and even more preferably 0.001 ≦ Vm2 ≦ 0.100. The ratio of mesopores / micropores is more preferably 1.5 ≦ Vm1 / Vm2 ≦ 15.0, and even more preferably 1.5 ≦ Vm1 / Vm2 ≦ 10.0. When the mesopore amount Vm1 is equal to or lower than the upper limit (Vm1 ≦ 0.250), high charge / discharge efficiency for lithium ions can be maintained, and the mesopore amount Vm1 and the micropore amount Vm2 are equal to or higher than the lower limit (0.010 ≦ Vm1, 0. 001 ≦ Vm2), high output characteristics can be obtained.

孔径の大きいメソ孔内ではマイクロ孔よりもイオン伝導性が高い。そのため、高出力特性を得るためにはメソ孔量が必要である。他方、孔径の小さいマイクロ孔内では、蓄電素子の耐久性に悪影響を及ぼすとされる水分等の不純物が脱着し難い。そのため、高耐久性を得るためにはマイクロ孔量を制御する必要があると考えられる。従って、メソ孔量とマイクロ孔量との比率の制御が重要である。この値が下限以上(1.5≦Vm1/Vm2)の場合(すなわち炭素材料が活性炭のメソ孔よりもマイクロ孔に多く被着し、被着後の複合多孔性材料のメソ孔量が多く、マイクロ孔量が少ない場合)、高エネルギー密度及び高出力特性と、高耐久性(サイクル特性、フロート特性等)とが両立する。メソ孔量とマイクロ孔量との比率が上限以下(Vm1/Vm2≦20.0)の場合、高出力特性が得られる。
本発明において、上記のメソ孔量Vm1及びマイクロ孔量Vm2の測定方法は、先述した正極活物質における活性炭の測定方法と同様である。
Ion conductivity is higher in micro mesopores than in micropores. Therefore, in order to obtain high output characteristics, the amount of mesopores is required. On the other hand, impurities such as moisture, which are considered to have an adverse effect on the durability of the power storage element, are not easily desorbed in the micropore having a small diameter. Therefore, in order to obtain high durability, it is considered necessary to control the amount of micropores. Therefore, it is important to control the ratio between the amount of mesopores and the amount of micropores. When this value is not less than the lower limit (1.5 ≦ Vm1 / Vm2) (that is, the carbon material adheres to the micropores more than the mesopores of the activated carbon, and the mesopore amount of the composite porous material after the deposition is large, When the amount of micropores is small), both high energy density and high output characteristics and high durability (cycle characteristics, float characteristics, etc.) are compatible. When the ratio between the mesopore amount and the micropore amount is equal to or less than the upper limit (Vm1 / Vm2 ≦ 20.0), high output characteristics can be obtained.
In the present invention, the method of measuring the mesopore amount Vm1 and the micropore amount Vm2 is the same as the above-described method of measuring the activated carbon in the positive electrode active material.

本発明の一態様においては、上述のように、活性炭の表面に炭素材料を被着した後のメソ孔量/マイクロ孔量の比率が重要である。本発明で規定する細孔分布範囲の複合多孔性材料を得るためには、原料に用いる活性炭の細孔分布が重要である。
負極活物質としての複合多孔性材料の形成に用いる活性炭においては、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をV1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をV2(cc/g)としたとき、0.050≦V1≦0.500、0.005≦V2≦1.000、かつ、0.2≦V1/V2≦20.0であることが好ましい。
メソ孔量V1については、0.050≦V1≦0.350がより好ましく、0.100≦V1≦0.300が更に好ましい。マイクロ孔量V2については、0.005≦V2≦0.850がより好ましく、0.100≦V2≦0.800が更に好ましい。メソ孔量/マイクロ孔量の比率については、0.22≦V1/V2≦15.0がより好ましく、0.25≦V1/V2≦10.0が更に好ましい。活性炭のメソ孔量V1が0.500以下である場合及びマイクロ孔量V2が1.000以下である場合、上記本実施形態の複合多孔性材料1の細孔構造を得るためには適量の炭素材料を被着させれば足りるので、細孔構造を制御し易くなる傾向がある。これと同様の理由により、活性炭のメソ孔量V1が0.050以上であってマイクロ孔量V2が0.005以上である場合、V1/V2が0.2以上であってV1/V2が20.0以下である場合も、該活性炭の細孔分布から上記本実施形態の複合多孔性材料1の細孔構造が容易に得られる。
In one embodiment of the present invention, as described above, the ratio of the amount of mesopores / the amount of micropores after the carbon material is deposited on the surface of the activated carbon is important. In order to obtain a composite porous material having a pore distribution range specified in the present invention, the pore distribution of activated carbon used as a raw material is important.
In the activated carbon used for forming the composite porous material as the negative electrode active material, the amount of mesopores derived from pores having a diameter of 20 to 500 mm calculated by the BJH method is V1 (cc / g), and the diameter calculated by the MP method. When the micropore amount derived from pores smaller than 20 ° is V2 (cc / g), 0.050 ≦ V1 ≦ 0.500, 0.005 ≦ V2 ≦ 1.000, and 0.2 ≦ V1 / It is preferable that V2 ≦ 20.0.
The mesopore volume V1 is more preferably 0.050 ≦ V1 ≦ 0.350, and even more preferably 0.100 ≦ V1 ≦ 0.300. The micropore volume V2 is more preferably 0.005 ≦ V2 ≦ 0.850, and even more preferably 0.100 ≦ V2 ≦ 0.800. The ratio of mesopores / micropores is more preferably 0.22 ≦ V1 / V2 ≦ 15.0, and even more preferably 0.25 ≦ V1 / V2 ≦ 10.0. When the mesopore volume V1 of the activated carbon is 0.500 or less and the micropore volume V2 is 1.000 or less, an appropriate amount of carbon is required to obtain the pore structure of the composite porous material 1 of the present embodiment. Since it is sufficient to apply the material, the pore structure tends to be easily controlled. For the same reason, when the mesopore volume V1 of the activated carbon is 0.050 or more and the micropore volume V2 is 0.005 or more, V1 / V2 is 0.2 or more and V1 / V2 is 20 or more. Even if it is not more than 0.0, the pore structure of the composite porous material 1 of the present embodiment can be easily obtained from the pore distribution of the activated carbon.

本実施形態における複合多孔性材料1の平均粒径は1μm以上10μm以下であることが好ましい。下限については、より好ましくは2μm以上であり、更に好ましくは2.5μm以上である。上限については、より好ましくは6μm以下であり、更に好ましくは4μm以下である。平均粒径が1μm以上10μm以下であれば、良好な耐久性が保たれる。
上記の複合多孔性材料1において、水素原子/炭素原子の原子数比(以下、「H/C」ともいう。)は、0.05以上0.35以下であることが好ましく、0.05以上0.15以下であることがより好ましい。H/Cが0.35以下である場合には、活性炭表面に被着している炭素材料の構造(典型的には多環芳香族系共役構造)が十分に発達するので、容量(エネルギー密度)及び充放電効率が高くなるため好ましい。他方、H/Cが0.05以上である場合には、炭素化が過度に進行することはないため、良好なエネルギー密度が得られる。尚、H/Cは元素分析装置により測定される。
The average particle size of the composite porous material 1 in the present embodiment is preferably 1 μm or more and 10 μm or less. The lower limit is more preferably 2 μm or more, and still more preferably 2.5 μm or more. The upper limit is more preferably 6 μm or less, and still more preferably 4 μm or less. When the average particle size is 1 μm or more and 10 μm or less, good durability is maintained.
In the composite porous material 1 described above, the atomic ratio of hydrogen atoms / carbon atoms (hereinafter, also referred to as “H / C”) is preferably 0.05 or more and 0.35 or less, and 0.05 or more. More preferably, it is 0.15 or less. When H / C is 0.35 or less, the structure (typically, a polycyclic aromatic conjugated structure) of the carbon material deposited on the activated carbon surface is sufficiently developed, so that the capacity (energy density) ) And charge / discharge efficiency are increased. On the other hand, when H / C is 0.05 or more, carbonization does not proceed excessively, so that a good energy density is obtained. H / C is measured by an elemental analyzer.

上記複合多孔性材料1は、原料の活性炭に由来するアモルファス構造を有するとともに、主に被着した炭素材料に由来する結晶構造を有することが好ましい。高い出力特性を発現するためには結晶性が低い構造が好ましく、充放電における可逆性を保つには結晶性が高い構造が好ましい。このような観点から、上記複合多孔性材料1は、X線広角回折法によって測定された(002)面の面間隔d002が3.60Å以上4.00Å以下であり、このピークの半価幅から得られるc軸方向の結晶子サイズLcが8.0Å以上20.0Å以下であるものが好ましく、d002が3.60Å以上3.75Å以下であり、このピークの半価幅から得られるc軸方向の結晶子サイズLcが11.0Å以上16.0Å以下であるものがより好ましい。 The composite porous material 1 preferably has an amorphous structure derived from activated carbon as a raw material and a crystal structure mainly derived from the deposited carbon material. A structure having low crystallinity is preferable to exhibit high output characteristics, and a structure having high crystallinity is preferable to maintain reversibility in charge and discharge. From such a viewpoint, the composite porous material 1 has a plane distance d 002 of the (002) plane measured by an X-ray wide-angle diffraction method of 3.60 ° to 4.00 °, and a half-value width of this peak. The crystallite size Lc in the c-axis direction obtained from the above is preferably 8.0 ° or more and 20.0 ° or less, d 002 is 3.60 ° or more and 3.75 ° or less, and c obtained from the half-value width of this peak. More preferably, the crystallite size Lc in the axial direction is not less than 11.0 ° and not more than 16.0 °.

[複合多孔性材料2]
複合多孔性材料2は、活性炭の表面に炭素材料を被着させた複合多孔性材料であり、前記炭素材料の前記活性炭に対する質量比率が10%以上60%以下であるものである。この質量比率は、好ましくは15%以上55%以下であり、より好ましくは18%以上50%以下であり、特に好ましくは20%以上47%以下である。炭素材料の質量比率が10%以上であれば、活性炭が有していたマイクロ孔を該炭素材料で適度に埋めることができ、リチウムイオンの充放電効率が向上することにより、耐久性を損なわない。また、炭素材料の質量比率が60%以下であれば、活性炭が有していた細孔を適度に保持することにより、比表面積を大きくできる。そのため、リチウムイオンのプリドープ量を高めることができる。その結果、負極を薄膜化しても高出力密度かつ高耐久性を維持することができることとなる。
[Composite porous material 2]
The composite porous material 2 is a composite porous material in which a carbon material is applied on the surface of activated carbon, and has a mass ratio of the carbon material to the activated carbon of 10% or more and 60% or less. This mass ratio is preferably 15% or more and 55% or less, more preferably 18% or more and 50% or less, and particularly preferably 20% or more and 47% or less. When the mass ratio of the carbon material is 10% or more, the micropores of the activated carbon can be appropriately filled with the carbon material, and the charge / discharge efficiency of lithium ions is improved, so that the durability is not impaired. . When the mass ratio of the carbon material is 60% or less, the specific surface area can be increased by appropriately holding the pores of the activated carbon. Therefore, the pre-doping amount of lithium ions can be increased. As a result, high output density and high durability can be maintained even if the negative electrode is thinned.

該複合多孔性材料2のBET法における比表面積は、350m/g〜1,500m/gが好ましく、400m/g〜1,100m/gが更に好ましい。この比表面積が350m/g以上である場合、複合多孔性材料2は細孔を適度に保持しているといえる。従って、リチウムイオンのプリドープ量を高めることができる結果、負極を薄膜化することが可能となる。他方、この比表面積が1,500m/g以下である場合、活性炭の有していたマイクロ孔が適度に埋まっていることといえる。そのため、リチウムイオンの充放電効率が向上するので耐久性を損なわない。
複合多孔性材料2は、例えば、活性炭と炭素材料前駆体を共存させた状態で熱処理することにより得ることができる。複合多孔性材料2を製造するための、活性炭及び炭素材料前駆体の具体例及び熱処理方法は、複合多孔性材料1において前述したのと同様であるから、ここでは説明を繰り返さない。
但し、複合多孔性材料2を得るために用いるピッチの軟化点は、30℃以上100℃以下が好ましく、35℃以上85℃以下が更に好ましい。ピッチの軟化点が30℃以上であればハンドリング性に支障はなく精度よく仕込むことが可能となる。この値が100℃以下であれば、低分子化合物が多く存在するから、活性炭内の細かい細孔まで被着することが可能となる。
The specific surface area in BET method of the composite porous material 2, 350m 2 / g~1,500m 2 / g are preferred, 400m 2 / g~1,100m 2 / g is more preferable. When the specific surface area is 350 m 2 / g or more, it can be said that the composite porous material 2 appropriately holds pores. Therefore, as a result of increasing the pre-doping amount of lithium ions, it is possible to reduce the thickness of the negative electrode. On the other hand, when the specific surface area is 1,500 m 2 / g or less, it can be said that the micropores of the activated carbon are appropriately filled. Therefore, the charge / discharge efficiency of lithium ions is improved, and the durability is not impaired.
The composite porous material 2 can be obtained, for example, by performing a heat treatment in a state where activated carbon and a carbon material precursor coexist. Specific examples of the activated carbon and the carbon material precursor and the heat treatment method for producing the composite porous material 2 are the same as those described above for the composite porous material 1, and thus description thereof will not be repeated here.
However, the softening point of the pitch used to obtain the composite porous material 2 is preferably from 30 ° C to 100 ° C, more preferably from 35 ° C to 85 ° C. If the softening point of the pitch is 30 ° C. or more, there is no hindrance to the handling properties, and it is possible to prepare with high precision. If this value is 100 ° C. or less, since many low molecular compounds are present, it is possible to adhere to fine pores in activated carbon.

複合多孔性材料2は、活性炭の表面に炭素材料を被着させたものであるが、活性炭の細孔内部に炭素材料を被着させた後の細孔分布が重要である。この細孔分布は、メソ孔量及びマイクロ孔量により規定できる。すなわち、複合多孔性材料2は、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をVm1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をVm2(cc/g)とするとき、下記3つのいずれかの領域を満たすことが好ましい:
(1)0.010≦Vm1≦0.300かつ0.010≦Vm2≦0.200
(2)0.010≦Vm1≦0.200かつ0.200≦Vm2≦0.400
(3)0.010≦Vm1≦0.100かつ0.400≦Vm2≦0.650
上記(1)については、0.050≦Vm1≦0.300かつ0.010≦Vm2≦0.200が更に好ましい。
The composite porous material 2 is obtained by depositing a carbon material on the surface of activated carbon. The distribution of pores after depositing the carbon material inside the pores of activated carbon is important. This pore distribution can be defined by the amount of mesopores and the amount of micropores. That is, the composite porous material 2 has a mesopore amount derived from pores having a diameter of not less than 20 ° and not more than 500 ° calculated by the BJH method as Vm1 (cc / g) and a mesopore amount derived from pores having a diameter less than 20 ° calculated by the MP method. When the micropore volume is Vm2 (cc / g), it is preferable to satisfy any one of the following three regions:
(1) 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.300 and 0.010 ≦ Vm2 ≦ 0.200
(2) 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.200 and 0.200 ≦ Vm2 ≦ 0.400
(3) 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.100 and 0.400 ≦ Vm2 ≦ 0.650
Regarding the above (1), it is more preferable that 0.050 ≦ Vm1 ≦ 0.300 and 0.010 ≦ Vm2 ≦ 0.200.

メソ孔量Vm1が上限以下(Vm1≦0.300)であれば、複合多孔性材料の比表面積を大きくすることができ、リチウムイオンのプリドープ量を高めることができる。このことに加え、更に負極の嵩密度を高めることができるため、負極を薄膜化することが可能となる。マイクロ孔量Vm2が上限以下(Vm1≦0.650)であれば、リチウムイオンに対する高い充放電効率が維持できる。他方、メソ孔量Vm1及びマイクロ孔量Vm2が下限以上(0.010≦Vm1、0.010≦Vm2)であれば、高出力特性が得られる。
本実施の形態において、上記のメソ孔量Vm1及びマイクロ孔量Vm2の測定方法は、先述した正極活物質における活性炭の測定方法と同様である。
本実施の形態における複合多孔性材料2の平均粒径、水素原子/炭素原子の原子数比(H/C)、及び結晶構造については、それぞれ、複合多孔性材料1について前記に説明したことがそのまま援用される。
When the mesopore amount Vm1 is equal to or less than the upper limit (Vm1 ≦ 0.300), the specific surface area of the composite porous material can be increased, and the pre-doping amount of lithium ions can be increased. In addition to this, the bulk density of the negative electrode can be further increased, so that the negative electrode can be made thinner. When the micropore amount Vm2 is equal to or less than the upper limit (Vm1 ≦ 0.650), high charge / discharge efficiency for lithium ions can be maintained. On the other hand, if the mesopore amount Vm1 and the micropore amount Vm2 are not less than the lower limit (0.010 ≦ Vm1, 0.010 ≦ Vm2), high output characteristics can be obtained.
In the present embodiment, the method for measuring the mesopore amount Vm1 and the micropore amount Vm2 is the same as the above-described method for measuring the activated carbon in the positive electrode active material.
Regarding the average particle diameter, the atomic ratio of hydrogen atoms / carbon atoms (H / C), and the crystal structure of the composite porous material 2 in the present embodiment, the description has been given above for the composite porous material 1. It is used as it is.

複合多孔性材料2において、平均細孔径は、高出力特性にする点から、28Å以上であることが好ましく、30Å以上であることがより好ましい。他方、高エネルギー密度にする点から、65Å以下であることが好ましく、60Å以下であることがより好ましい。本実施の形態において平均細孔径とは、液体窒素温度下で各相対圧力下において窒素ガスの各平衡吸着量を測定して得られる質量当たりの全細孔容積をBET比表面積で除して求めたものを意味する。   In the composite porous material 2, the average pore diameter is preferably 28 ° or more, more preferably 30 ° or more, from the viewpoint of high output characteristics. On the other hand, from the viewpoint of increasing the energy density, it is preferably at most 65 °, more preferably at most 60 °. In the present embodiment, the average pore diameter is determined by dividing the total pore volume per mass obtained by measuring each equilibrium adsorption amount of nitrogen gas at each relative pressure under liquid nitrogen temperature by the BET specific surface area. Means something.

[複合多孔性材料3]
複合多孔性材料3は、カーボンブラックと炭素材料とを含有する複合炭素材料である。複合多孔性材料3のBET比表面積は、100m/g以上であることが好ましく、100m/g以上350m/g以下であることがより好ましい。このBET比表面積は、更に好ましくは150m/g以上300m/g以下であり、特に好ましくは180m/g以上240m/g以下である。
複合多孔性材料3のBET比表面積と、該複合多孔性材料3の単位質量当たりのリチウムイオンの初回の充電容量及びプリドープ許容量との間には、正の相関関係がある。これは、BET比表面積の増加に伴い、炭素網面のエッジ面、欠陥サイト等の、炭素網面間以外のリチウムイオンの吸蔵サイトの密度が高くなるためであると推定している。このため、BET比表面積が100m/g以上であれば、プリドープ量を十分大きくできるから、負極活物質層を薄膜化することができる。また、負極活物質層を薄膜化した場合であっても、リチウムイオンのドープ・アンドープを担うサイト(反応場)が十分に多く存在するため、高い出力特性を発現できる。一方で、BET比表面積が350m/g以下の複合多孔性材料3であれば、負極活物質層を形成する際の塗工性に優れる。
[Composite porous material 3]
The composite porous material 3 is a composite carbon material containing carbon black and a carbon material. BET specific surface area of the composite porous material 3 is preferably at 100 m 2 / g or more and more preferably 100 m 2 / g or more 350m 2 / g or less. This BET specific surface area is more preferably from 150 m 2 / g to 300 m 2 / g, and particularly preferably from 180 m 2 / g to 240 m 2 / g.
There is a positive correlation between the BET specific surface area of the composite porous material 3 and the initial charge capacity of lithium ions per unit mass of the composite porous material 3 and the allowable amount of pre-doping. It is presumed that this is because the density of lithium ion storage sites other than between the carbon mesh planes, such as the edge plane of the carbon mesh plane and the defect site, increases as the BET specific surface area increases. For this reason, if the BET specific surface area is 100 m 2 / g or more, the pre-doping amount can be sufficiently increased, and the negative electrode active material layer can be made thin. In addition, even when the negative electrode active material layer is thinned, high output characteristics can be exhibited because there are sufficiently many sites (reaction fields) responsible for doping / undoping of lithium ions. On the other hand, if the composite porous material 3 has a BET specific surface area of 350 m 2 / g or less, it has excellent coatability when forming the negative electrode active material layer.

前記複合多孔性材料3は、カーボンブラックと、前記炭素材料を与える前駆体とを混捏して得られた混捏物を焼成又は黒鉛化した後、平均粒子径(D50)1〜20μmに粉砕することにより製造される。
前記複合多孔性材料3は、電子顕微鏡による平均粒子径が12〜300nmであり、かつBET比表面積が200〜1,500m/gであるカーボンブラックと、
前記炭素材料の前駆体と混捏して得られた混捏物を、800℃〜3,200℃において焼成又は黒鉛化した後、平均粒子径(D50)1〜20μmに粉砕することにより、得ることができる。
The composite porous material 3 is obtained by sintering or graphitizing a kneaded product obtained by kneading carbon black and a precursor for providing the carbon material, and then pulverizing the mixture to an average particle diameter (D50) of 1 to 20 μm. It is manufactured by
The composite porous material 3 has an average particle size of 12 to 300 nm as measured by an electron microscope, and a carbon black having a BET specific surface area of 200 to 1,500 m 2 / g;
The kneaded product obtained by kneading with the precursor of the carbon material is fired or graphitized at 800 ° C. to 3,200 ° C., and then pulverized to an average particle diameter (D50) of 1 to 20 μm. it can.

複合多孔性材料3の製造における該炭素材料前駆体の使用量は、カーボンブラック100質量部に対して、30質量部以上200質量部以下が好ましい。より好ましくは30質量部以上150質量部以下である。この割合が30質量部以上であれば、複合化による効果によって高い出力特性を実現できる。他方、この割合が200質量部以下であれば、適度なBET比表面積を保持することができ、リチウムイオンのプリドープ量を高めることができる。上記負極活物質は、1種類のみで使用するか又は2種以上を混合して使用してもよい。   The amount of the carbon material precursor used in the production of the composite porous material 3 is preferably 30 parts by mass or more and 200 parts by mass or less based on 100 parts by mass of the carbon black. More preferably, it is 30 parts by mass or more and 150 parts by mass or less. When this ratio is 30 parts by mass or more, high output characteristics can be realized by the effect of compounding. On the other hand, if this ratio is 200 parts by mass or less, an appropriate BET specific surface area can be maintained, and the pre-doping amount of lithium ions can be increased. The negative electrode active material may be used alone or in combination of two or more.

上記の複合多孔性材料3の原料として用いるカーボンブラックは、得られる複合炭素材料が所望の特性を発揮する限り、市販の各種の銘柄のものを用いることができる。
上記のとおり、原料として用いるカーボンブラックについて電子顕微鏡によって測定した平均粒子径は、12〜300nmであることが好ましい。このカーボンブラックの粒子径の測定方法としては、電子顕微鏡で倍率数万倍の写真を数視野撮影し、それらの視野中の粒子の粒子径を、全自動画像処理装置等を用いて2,000〜3,000個程度計測して求める方法を使用する(カーボンブラック便覧第3版(株式会社図書出版、昭和48年5月25日発行)第4ページ)。本実施形態においては、電子顕微鏡で求められた平均粒子径が12〜300nmのカーボンブラックを用いることができる。市場で入手できる各種銘柄のカタログ値からは、ほとんどのカーボンブラックがこの範囲の粒子径を有するとされる。
As the carbon black used as a raw material of the composite porous material 3, various commercially available brands can be used as long as the obtained composite carbon material exhibits desired characteristics.
As described above, the average particle size of carbon black used as a raw material measured by an electron microscope is preferably 12 to 300 nm. As a method for measuring the particle size of the carbon black, several fields of a photograph having a magnification of several tens of thousands were photographed with an electron microscope, and the particle size of the particles in the field of view was determined to 2,000 using a fully automatic image processing device or the like. A method of measuring and measuring about 3,000 pieces is used (Carbon Black Handbook, 3rd edition (Book Publishing Co., Ltd., published on May 25, 1973, page 4)). In the present embodiment, carbon black having an average particle size of 12 to 300 nm determined by an electron microscope can be used. According to catalog values of various brands available on the market, most carbon blacks have a particle size in this range.

前記炭素材料の前駆体としては、石油若しくは石炭系のピッチ、又はフェノール樹脂、フラン樹脂、ジビニルベンゼン等の樹脂が使用できる。これらを一種で用いることができ、又は二種以上混合して用いてもよい。これらの前駆体の中でも、安価なピッチを用いることが、製造コスト上好ましい。
上記のカーボンブラックと上記の炭素材料前駆体とを、加熱ニーダ等の適宜の混捏機を用いて混捏する。混捏後、非酸化性雰囲気中、800℃〜3,200℃において焼成又は黒鉛化する。この熱処理温度が800℃未満では、粒子表面の官能基が残存する。得られるリチウムイオンキャパシタにおいて、この残存官能基がLiイオンと反応するため、容量ロスの増加、及び放電曲線1V付近の変極点の発生を来たし、好ましくない。熱処理温度が3,400℃を超えると、黒鉛化された粒子が昇華してしまうので、3,200℃の温度における焼成又は黒鉛化処理が限界である。
As a precursor of the carbon material, petroleum or coal pitch, or a resin such as a phenol resin, a furan resin, or divinylbenzene can be used. These can be used singly or in combination of two or more. Among these precursors, it is preferable to use an inexpensive pitch in terms of manufacturing cost.
The above carbon black and the above carbon material precursor are kneaded using an appropriate kneading machine such as a heating kneader. After kneading, the mixture is fired or graphitized at 800 ° C. to 3,200 ° C. in a non-oxidizing atmosphere. If the heat treatment temperature is lower than 800 ° C., the functional groups on the particle surface remain. In the obtained lithium ion capacitor, this residual functional group reacts with Li ions, so that the capacity loss increases and an inflection point occurs near the discharge curve 1V, which is not preferable. If the heat treatment temperature exceeds 3,400 ° C., the graphitized particles will sublime, so that firing or graphitizing at a temperature of 3,200 ° C. is the limit.

次いで、上記のようにして焼成又は黒鉛化して得たものを、平均粒子径(D50)が好ましくは1〜20μmとなるように粉砕する。平均粒子径(D50)の下限は、より好ましくは5μm以上、更に好ましくは7μm以上である。また、平均粒子径(D50)の上限は、より好ましくは20μm以下、更に好ましくは15μm以下である。平均粒子径(D50)が5μm以上であれば、該複合炭素材料3を負極活物質として用いた際の負極の電極はく離強度が十分に大きくなる。これは、該負極活物質、導電性フィラー、結着剤を溶媒に分散させてスラリー状にし、負極集電体上に負極活物質層を塗布して乾燥する時に、溶媒蒸発に伴う固体凝集を緩和することができ、電極のヒビ割れを抑制できるためであると推定している。電極のはく離強度を向上させる他の方法としては、結着剤の種類及び量を変える方法が知られている。しかし、BET比表面積が100m/g以上の複合炭素材料を負極活物質に用いた場合には、結着剤の種類及び量を変えることによる負極の電極はく離強度に大きな向上は確認できない。一方で、平均粒子径(D50)が20μm以下であれば、上記と同様にして負極集電体上に負極活物質層を塗布する際に、スジ等が発生することなく、塗工性に優れる。
上記粉砕後の粒子の粒度は、レーザー回折法により測定した値である。
粉砕後、必要に応じて800〜3,200℃で再焼成又は再黒鉛化してもよい。
本発明における負極活物質である複合炭素材料3は、カーボンブラックに炭素材料が結着されて成る集合体であり、特定の細孔構造を有する多孔質の炭素材料及び黒鉛材料である。
Next, the product obtained by firing or graphitizing as described above is pulverized so that the average particle size (D50) is preferably 1 to 20 μm. The lower limit of the average particle diameter (D50) is more preferably 5 μm or more, and further preferably 7 μm or more. Further, the upper limit of the average particle diameter (D50) is more preferably 20 μm or less, and further preferably 15 μm or less. When the average particle diameter (D50) is 5 μm or more, the electrode peel strength of the negative electrode when the composite carbon material 3 is used as a negative electrode active material is sufficiently large. This is because the negative electrode active material, the conductive filler, and the binder are dispersed in a solvent to form a slurry, and the negative electrode active material layer is coated on the negative electrode current collector and dried. It is presumed that this is because it is possible to alleviate the cracks and suppress cracks in the electrodes. As another method for improving the peel strength of the electrode, a method of changing the type and amount of the binder is known. However, when a composite carbon material having a BET specific surface area of 100 m 2 / g or more is used for the negative electrode active material, a significant improvement in the electrode peel strength of the negative electrode by changing the type and amount of the binder cannot be confirmed. On the other hand, when the average particle diameter (D50) is 20 μm or less, when the negative electrode active material layer is applied on the negative electrode current collector in the same manner as described above, no streak or the like is generated, and the coatability is excellent. .
The particle size of the pulverized particles is a value measured by a laser diffraction method.
After the pulverization, if necessary, recalcination or regraphitization may be performed at 800 to 3,200 ° C.
The composite carbon material 3, which is the negative electrode active material in the present invention, is an aggregate formed by binding carbon material to carbon black, and is a porous carbon material having a specific pore structure and a graphite material.

複合炭素材料3の細孔構造は、窒素ガスの吸脱着における等温吸着線により、知ることができる。
窒素ガスの吸脱着における等温吸着線において、窒素ガスの相体圧(P/P0)が0.8前後までは窒素ガス吸着量の変化が少なく、0.8を超えると急激に増大する。本発明における複合炭素材料は、窒素ガスの吸脱着における等温吸着線において、窒素ガスの相対圧(P/P0)が0.99付近における窒素ガスの吸着量が、10〜1,000ml/gであることが好ましい。この要件は、本発明における複合炭素材料において、細孔直径2nm以下のマイクロポアの細孔容積が全細孔容積の20%以下であることを示すものである。
The pore structure of the composite carbon material 3 can be known from the isothermal adsorption line in adsorption and desorption of nitrogen gas.
In the isothermal adsorption line in the adsorption and desorption of nitrogen gas, the change in the amount of adsorbed nitrogen gas is small until the phase pressure (P / P0) of the nitrogen gas is around 0.8, and increases sharply when it exceeds 0.8. In the composite carbon material of the present invention, in the isotherm line in the adsorption and desorption of nitrogen gas, the nitrogen gas adsorption amount at a relative pressure (P / P0) of nitrogen around 0.99 is 10 to 1,000 ml / g. Preferably, there is. This requirement indicates that, in the composite carbon material of the present invention, the pore volume of micropores having a pore diameter of 2 nm or less is 20% or less of the total pore volume.

本発明における複合炭素材料3は、以上のような特定の細孔構造を有することにより、高い出力特性及び高いエネルギー密度の両方を発現させる負極活物質として機能する。また、該複合炭素材料の原材料は、安価なカ−ボンブラック及び炭素材料前駆体(好ましくはピッチ)であり、これらの混捏物を焼成又は黒鉛化後に粉砕するという簡単な工程によって得られるものである。更にカーボンブラックの銘柄の選択、炭素材料前駆体との配合比等の選択により、細孔構造を制御することも可能である。   The composite carbon material 3 according to the present invention has a specific pore structure as described above, and thus functions as a negative electrode active material that exhibits both high output characteristics and high energy density. The raw materials of the composite carbon material are inexpensive carbon black and a carbon material precursor (preferably pitch), which are obtained by a simple process of pulverizing the kneaded product after firing or graphitization. is there. Furthermore, the pore structure can be controlled by selecting the brand of carbon black and the mixing ratio with the carbon material precursor.

[その他の炭素材料]
負極活物質に含有されるその他の炭素材料としては、例えば黒鉛、易黒鉛化性炭素材料、難黒鉛化性炭素材料、ポリアセン系物質等のアモルファス炭素材料、カーボンナノチューブ、フラーレン、カーボンナノフォーン、繊維状炭素材料等であって、上述の複合多孔性材料1及び2のいずれにも該当しないものを挙げることができる。
負極活物質がその他の炭素材料を含有する場合、該その他の炭素材料の使用割合としては、炭素材料の合計に対して、50質量%以下とすることが好ましく、20質量%以下とすることがより好ましい。
[Other carbon materials]
Other carbon materials contained in the negative electrode active material include, for example, graphite, easily graphitizable carbon material, non-graphitizable carbon material, amorphous carbon material such as polyacene-based material, carbon nanotube, fullerene, carbon nanophone, fiber And the like, which do not correspond to any of the composite porous materials 1 and 2 described above.
When the negative electrode active material contains another carbon material, the usage ratio of the other carbon material is preferably 50% by mass or less, and more preferably 20% by mass or less based on the total carbon material. More preferred.

[負極活物質層のその他の成分]
負極活物質層には、必要に応じて、負極活物質の他に、例えば、導電性フィラー、結着剤等を添加することができる。
導電性フィラーの種類としては、特に制限されるものではないが、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、気相成長炭素繊維等が例示される。導電性フィラーの添加量は、例えば、負極活物質に対して0〜30質量%が好ましい。
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)、スチレン−ブタジエン共重合体等を用いることができる。結着剤の添加量は、例えば、負極活物質に対して3〜20質量%の範囲が好ましい。
[Other components of negative electrode active material layer]
To the negative electrode active material layer, for example, a conductive filler, a binder, and the like can be added in addition to the negative electrode active material, if necessary.
Although the kind of the conductive filler is not particularly limited, examples thereof include acetylene black, Ketjen black, and vapor grown carbon fiber. The addition amount of the conductive filler is preferably, for example, 0 to 30% by mass based on the negative electrode active material.
The binder is not particularly limited. For example, PVdF (polyvinylidene fluoride), PTFE (polytetrafluoroethylene), a styrene-butadiene copolymer, or the like can be used. The addition amount of the binder is preferably, for example, in the range of 3 to 20% by mass based on the negative electrode active material.

[負極活物質のプリドープ]
負極活物質には、リチウムイオンをプリドープすることが好ましい。特に好ましい態様では、負極活物質が複合多孔性材料2又は3を含有し、該複合多孔性材料2又は3にリチウムイオンをプリドープする。このプリドープ量は該複合多孔性材料2又は3の単位質量当たり、好ましくは、1,050mAh/g以上2,050mAh/g以下であり、より好ましくは1,100mAh/g以上2,000mAh/g以下であり、更に好ましくは1,200mAh/g以上1,700mAh/g以下であり、特に好ましくは1,300mAh/g以上1,600mAh/g以下である。
[Pre-doping of negative electrode active material]
The negative electrode active material is preferably pre-doped with lithium ions. In a particularly preferred embodiment, the negative electrode active material contains the composite porous material 2 or 3, and the composite porous material 2 or 3 is pre-doped with lithium ions. This pre-doping amount is preferably 1,050 mAh / g or more and 2,050 mAh / g or less, more preferably 1,100 mAh / g or more and 2,000 mAh / g or less per unit mass of the composite porous material 2 or 3. And more preferably 1,200 mAh / g or more and 1,700 mAh / g or less, and particularly preferably 1,300 mAh / g or more and 1,600 mAh / g or less.

リチウムイオンをプリドープすることにより、負極電位が低くなり、正極と組み合わせたときにセル電圧が高くなるとともに、正極の利用容量が大きくなる。そのため。容量及びエネルギー密度が高くなる。該プリドープ量が1,050mAh/gを超える量であれば、負極材料におけるリチウムイオンを一旦挿入したら脱離し得ない不可逆なサイトにもリチウムイオンが良好にプリドープされ、更に所望のリチウム量に対する負極活物質量を低減することができる。そのため、負極膜厚を薄くすることが可能となり、高い耐久性、良好な出力特性、及び高エネルギー密度が得られる。また、該プリドープ量が多いほど負極電位が下がり、耐久性及びエネルギー密度は向上する。プリドープ量が2,050mAh/g以下であれば、リチウム金属の析出等の副作用が発生する恐れがない。
負極にリチウムイオンをプリドープする方法は、既知の方法を用いることができる。例えば、負極活物質を電体に成型した後、該負極電極を作用極、金属リチウムを対極に使用し、非水系電解液を組み合わせた電気化学セルを作製し、電気化学的にリチウムイオンをプリドープする方法が挙げられる。また、該負極電極体に金属リチウム箔を圧着し、非水系電解液に入れることにより負極にリチウムイオンをプリドープすることも可能である。
負極活物質にリチウムイオンをドープしておくことにより、得られる蓄電素子の容量及び作動電圧を良好に制御することが可能となる。
By pre-doping with lithium ions, the potential of the negative electrode decreases, the cell voltage increases when combined with the positive electrode, and the capacity of the positive electrode increases. for that reason. The capacity and energy density increase. If the pre-doping amount is more than 1,050 mAh / g, lithium ions in the negative electrode material are satisfactorily pre-doped even at irreversible sites that cannot be desorbed once the lithium ions are inserted, and furthermore, the negative electrode activity for a desired lithium amount is reduced. The amount of substance can be reduced. Therefore, the thickness of the negative electrode can be reduced, and high durability, good output characteristics, and high energy density can be obtained. Further, as the pre-doping amount increases, the negative electrode potential decreases, and the durability and the energy density improve. When the pre-doping amount is 2,050 mAh / g or less, there is no possibility that side effects such as deposition of lithium metal will occur.
As a method of pre-doping the negative electrode with lithium ions, a known method can be used. For example, after molding a negative electrode active material into an electric body, using the negative electrode as a working electrode and metallic lithium as a counter electrode, fabricating an electrochemical cell combining a non-aqueous electrolytic solution, and electrochemically pre-doping lithium ions Method. It is also possible to pre-dope the negative electrode with lithium ions by pressing a metal lithium foil on the negative electrode body and putting it in a non-aqueous electrolyte.
By doping the negative electrode active material with lithium ions, the capacity and operating voltage of the obtained power storage element can be favorably controlled.

[正極及び負極の共通要素]
正極及び負極に共通する事項として、(1)活物質層における活物質以外の成分、(2)集電体、及び(3)電極体の構成について、以下、順に説明する。
(1)活物質層における活物質以外の成分
正極及び負極の活物質層は、それぞれ、前記の活物質に加えて、既知のリチウムイオン電池、キャパシタ等で活物質層に含まれる既知の成分を更に含有することができる。この既知の成分とは、例えば、バインダー、導電フィラー、増粘剤等であり、その種類には特に制限はない。
以下、本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子における正極及び負極の活物質層に含有される、活物質以外の成分について、その詳細を述べる。
[Common elements of positive and negative electrodes]
As common matters for the positive electrode and the negative electrode, (1) the components other than the active material in the active material layer, (2) the structure of the current collector, and (3) the structure of the electrode body will be sequentially described below.
(1) Components other than the active material in the active material layer The active material layers of the positive electrode and the negative electrode each contain, in addition to the above-mentioned active material, a known component contained in the active material layer in a known lithium ion battery, a capacitor, or the like. Further, it can be contained. The known components include, for example, a binder, a conductive filler, a thickener, and the like, and the type thereof is not particularly limited.
Hereinafter, components other than the active material contained in the active material layers of the positive electrode and the negative electrode in the nonaqueous lithium-type energy storage device of the present embodiment will be described in detail.

活物質層は、必要に応じ導電性フィラー(例えばカーボンブラック)、バインダー等を含むことができる。
導電性フィラーの使用量は、活物質100質量部に対して0〜30質量部が好ましく、1〜20質量部がより好ましい。高出力密度の観点から、導電性フィラーを用いることが好ましいが、その使用量が30質量部以下であると、活物質層に占める活物質の量の割合が高くなり、また、体積当たりの出力密度が多くなる傾向があるため好ましい。
活物質層においては、上記の活物質、及び必要に応じて使用する導電性フィラーを、活物質層として集電体上に固着させるために、バインダーが用いられる。このバインダーとしては、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、スチレンブタジエン共重合体、セルロース誘導体等を用いることができる。バインダーの使用量は、活物質100質量部に対して3〜20質量部の範囲が好ましく、5〜15質量部の範囲がより好ましい。バインダーの上記使用量が20質量部以下であると、活物質の表面をバインダーが覆わない。従って、活物質層に対するイオンの出入りが速くなり、高出力密度が得られ易い傾向があるため好ましい。他方、バインダーの使用量が3質量部以上であると、活物質層を集電体上に固着し易くなる傾向があるため好ましい。
The active material layer can include a conductive filler (for example, carbon black), a binder, and the like as necessary.
The amount of the conductive filler to be used is preferably from 0 to 30 parts by mass, more preferably from 1 to 20 parts by mass, per 100 parts by mass of the active material. From the viewpoint of high output density, it is preferable to use a conductive filler, but when the amount is 30 parts by mass or less, the ratio of the amount of the active material in the active material layer increases, and the output per volume also increases. This is preferable because the density tends to increase.
In the active material layer, a binder is used in order to fix the above-mentioned active material and the conductive filler used as needed on the current collector as the active material layer. As the binder, for example, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluororubber, styrene-butadiene copolymer, cellulose derivative and the like can be used. The amount of the binder used is preferably in the range of 3 to 20 parts by mass, more preferably 5 to 15 parts by mass, per 100 parts by mass of the active material. When the amount of the binder used is 20 parts by mass or less, the surface of the active material is not covered with the binder. Therefore, it is preferable because ions enter and exit the active material layer quickly and a high output density tends to be easily obtained. On the other hand, when the amount of the binder used is 3 parts by mass or more, the active material layer tends to be easily fixed on the current collector, which is preferable.

(2)集電体
集電体としては、蓄電素子において通常使用される一般的な集電体を使用できる。集電体としては、電解液への溶出、電解液との反応等による劣化がおこらない金属箔であることが好ましい。このような金属箔としては、特に制限はなく、例えば、銅箔、アルミニウム箔等が挙げられる。本実施の形態の蓄電素子においては、正極集電体をアルミニウム箔、負極集電体を銅箔とすることが好ましい。
集電体は孔を持たない金属箔でもよいし、貫通孔(例えば、パンチングメタルの貫通孔)又は開孔部分(例えば、エキスパンドメタルの開孔部分)等を有する金属箔でもよい。集電体の厚みは、特に制限はないが、1〜100μmが好ましい。集電体の厚みが1μm以上であると、活物質層を集電体に固着させて成る電極体(本発明における正極及び負極)の形状及び強度を保持できるため好ましい。他方、集電体の厚みが100μm以下であると、蓄電素子としての重量及び体積が適度になり、また、重量及び体積当たりの性能が高い傾向があるため、好ましい。
(2) Current Collector As the current collector, a general current collector usually used in a power storage element can be used. The current collector is preferably a metal foil that does not deteriorate due to elution into the electrolytic solution, reaction with the electrolytic solution, or the like. Such a metal foil is not particularly limited, and examples thereof include a copper foil and an aluminum foil. In the power storage element of this embodiment, it is preferable that the positive electrode current collector be an aluminum foil and the negative electrode current collector be a copper foil.
The current collector may be a metal foil having no holes, or a metal foil having a through hole (for example, a punching metal through hole) or an opening portion (for example, an opening metal opening portion). The thickness of the current collector is not particularly limited, but is preferably 1 to 100 μm. When the thickness of the current collector is 1 μm or more, the shape and strength of the electrode body (the positive electrode and the negative electrode in the present invention) formed by fixing the active material layer to the current collector can be preferably maintained. On the other hand, when the thickness of the current collector is 100 μm or less, the weight and volume of the power storage element become appropriate, and the performance per weight and volume tends to be high, which is preferable.

(3)電極体の構成
電極体は、集電体の片面上又は両面上に活物質層を設けて成る。典型的な態様において活物質層は集電体に固着している。
電極体は、既知のリチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ等の電極の製造技術により製造することが可能である。例えば、活物質を含む各種材料を水又は有機溶剤によりスラリー状にし、このスラリーを集電体上に塗布して乾燥し、必要に応じて室温又は加熱下にプレスして活物質層を形成することにより、得られる。溶剤を使用せずに、活物質を含む各種材料を乾式で混合し、得られた混合物をプレス成型した後、導電性接着剤を用いて集電体に貼り付けることも可能である。
(3) Configuration of electrode body The electrode body is formed by providing an active material layer on one side or both sides of a current collector. In a typical embodiment, the active material layer is fixed to the current collector.
The electrode body can be manufactured by a known electrode manufacturing technology such as a lithium ion battery and an electric double layer capacitor. For example, various materials including an active material are formed into a slurry with water or an organic solvent, the slurry is applied on a current collector, dried, and optionally pressed at room temperature or under heating to form an active material layer. Thus, it is obtained. Without using a solvent, various materials including an active material can be mixed in a dry manner, and the resulting mixture can be press-molded and then attached to a current collector using a conductive adhesive.

正極活物質層の厚さは、片面当たり、好ましくは15μm以上100μm以下であり、より好ましくは20μm以上85μm以下である。この厚さが15μm以上であれば、キャパシタとして十分なエネルギー密度を発現できる。他方、この厚さが100μm以下であれば、キャパシタとして高い入出力特性を得ることができる。
負極活物質層の厚さは、片面当たり、好ましくは20μm以上45μm以下であり、より好ましくは25μm以上40μm以下である。この厚さが20μm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45μm以下であれば、セル体積を縮小することによりエネルギー密度を高めることができる。負極活物質として複合多孔性材料2を用いる場合の負極活物質層の厚さは、負極の抵抗の観点から、片面当たり、好ましくは20μm以上45μm以下であり、より好ましくは20〜40μmであり、更に好ましくは25〜35μmである。
尚、集電体に孔がある場合には、正極及び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。
本発明の蓄電素子電極における電極活物質層の嵩密度は0.30g/cm以上1.2g/cm以下が好ましい。嵩密度が0.30g/cm以上であれば、体積当たりの電極の容量を大きくすることができ、蓄電素子の小型化を達成できる。また、嵩密度が1.2g/cm以下であれば、電極活物質層内の空隙における電解液の拡散が十分となり、大電流における充放電特性が高くなると考えられる。従って、より好ましくは0.35g/cm以上1.0g/cm以下の範囲である。
正極活物質層の嵩密度は、大電流における充放電特性をより高くするために、0.70g/cm以下とすることが更に好ましく、0.65g/cm以下とすることが特に好ましい。
負極活物質層の嵩密度は、活物質間に良好な導電性を発現させ、強度を高く維持する観点から、0.60g/cm以上とすることが更に好ましく、特に好ましくは0.70g/cm以上である。
The thickness of the positive electrode active material layer is preferably 15 μm or more and 100 μm or less, more preferably 20 μm or more and 85 μm or less per one surface. When the thickness is 15 μm or more, a sufficient energy density as a capacitor can be exhibited. On the other hand, if the thickness is 100 μm or less, high input / output characteristics can be obtained as a capacitor.
The thickness of the negative electrode active material layer is preferably from 20 μm to 45 μm, more preferably from 25 μm to 40 μm, on one side. When the thickness is 20 μm or more, good charge / discharge capacity can be exhibited. On the other hand, if the thickness is 45 μm or less, the energy density can be increased by reducing the cell volume. When the composite porous material 2 is used as the negative electrode active material, the thickness of the negative electrode active material layer is preferably 20 μm or more and 45 μm or less, more preferably 20 to 40 μm per side, from the viewpoint of the resistance of the negative electrode, More preferably, it is 25 to 35 μm.
In the case where the current collector has holes, the thicknesses of the active material layers of the positive electrode and the negative electrode refer to the average values of the thickness of one side of the current collector without holes.
The bulk density of the electrode active material layer in the storage element electrode of the present invention is preferably from 0.30 g / cm 3 to 1.2 g / cm 3 . When the bulk density is 0.30 g / cm 3 or more, the capacity of the electrode per volume can be increased, and downsizing of the power storage element can be achieved. When the bulk density is 1.2 g / cm 3 or less, it is considered that the diffusion of the electrolyte in the voids in the electrode active material layer becomes sufficient, and the charge / discharge characteristics at a large current are improved. Therefore, it is more preferably in the range of 0.35 g / cm 3 or more and 1.0 g / cm 3 or less.
The bulk density of the positive electrode active material layer, in order to further increase the charge-discharge characteristics at a large current, more preferably to 0.70 g / cm 3 or less, and particularly preferably 0.65 g / cm 3 or less.
The bulk density of the negative electrode active material layer is more preferably 0.60 g / cm 3 or more, particularly preferably 0.70 g / cm 3 , from the viewpoint of developing good conductivity between the active materials and maintaining high strength. cm 3 or more.

[セパレータ]
前記のように成型された正極電極体及び負極電極体は、セパレータを介して積層又は捲廻積層され、正極電極体、負極電極体及びセパレータを有する電極積層体が形成される。
前記セパレータとしては、リチウムイオン二次電池に用いられるポリエチレン製の微多孔膜若しくはポリプロピレン製の微多孔膜、又は電気二重層キャパシタで用いられるセルロース製の不織紙等を用いることができる。
セパレータの厚みは10μm以上50μm以下が好ましい。10μm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、50μm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 body and the negative electrode body molded as described above are laminated or wound around with a separator interposed therebetween to form an electrode laminate having the positive electrode body, the negative electrode body and the separator.
As the separator, a polyethylene microporous film or a polypropylene microporous film used for a lithium ion secondary battery, a cellulose nonwoven paper used for an electric double layer capacitor, or the like can be used.
The thickness of the separator is preferably from 10 μm to 50 μm. The thickness of 10 μm or more is preferable because self-discharge due to internal micro short circuit tends to be small. On the other hand, when the thickness is 50 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。
前記の金属缶としては、アルミニウム製のものが好ましい。
前記の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、酸変成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.
As the above-mentioned laminated film, a film obtained by laminating a metal foil and a resin film is preferable, and a three-layer structure composed of an outer layer 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 protects the metal foil from the electrolytic solution contained therein and is used for melting and sealing at the time of heat sealing of the exterior body, and polyolefin, acid-modified polyolefin and the like can be suitably used.

[非水系リチウム型蓄電素子]
本実施の形態にかかる非水系リチウム型蓄電素子は、前記のようにして得られる電極積層体及び前記非水系電解液が、前記外装体内に収納されて構成される。
本実施の形態にかかる非水系リチウム型蓄電素子は、後述の実施例において具体的に検証されるように、高い入出力特性と、高温における高い耐久性と、が両立されたものである。
[Non-aqueous lithium-type storage element]
The non-aqueous lithium-type energy storage device according to the present embodiment is configured such that the electrode laminate and the non-aqueous electrolyte obtained as described above are housed in the outer package.
The non-aqueous lithium-type energy storage device according to the present embodiment has both high input / output characteristics and high durability at high temperatures, as will be specifically verified in Examples described later.

以下に、本実施の形態を実施例及び比較例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
<実施例1>
[正極電極体の作製]
破砕されたヤシ殻炭化物を、小型炭化炉において窒素中、500℃において3時間炭化処理して炭化物を得た。得られた炭化物を賦活炉内へ入れ、1kg/hの水蒸気を予熱炉で加温した状態で前記賦活炉内へ導入し、900℃まで8時間かけて昇温して賦活した。賦活後の炭化物を取り出し、窒素雰囲気下で冷却して、賦活された活性炭を得た。得られた活性炭を10時間通水洗浄した後に水切りした。その後、115℃に保持された電気乾燥機内で10時間乾燥した後に、ボールミルで1時間粉砕を行うことにより、活性炭1を得た。
この活性炭1について、島津製作所社製レーザー回折式粒度分布測定装置(SALD−2000J)を用いて平均粒径を測定した結果、4.2μmであった。また、ユアサアイオニクス社製細孔分布測定装置(AUTOSORB−1 AS−1−MP)を用いて細孔分布を測定した。脱着側の等温線を用いてQSDFTにより算出したメソ孔量(V1)は0.52cc/g、マイクロ孔量(V2)は0.88cc/gであった。また、BET1点法により求めたBET比表面積は2,360m/gであった。
上記の活性炭1を80.8質量部、ケッチェンブラックを6.2質量部、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)を10質量部、PVP(ポリビニルピロリドン)を3.0質量部、及びNMP(N−メチルピロリドン)を混合して、スラリーを得た。得られたスラリーを、厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体の片面又は両面に塗布し、乾燥し、プレスすることにより、正極活物質層の厚さが片面当たり55μmの正極電極体を得た。
Hereinafter, the present embodiment will be described specifically with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these.
<Example 1>
[Preparation of positive electrode body]
The crushed coconut shell carbide was carbonized in a small carbonization furnace at 500 ° C. for 3 hours in nitrogen to obtain a carbide. The obtained carbide was put into the activation furnace, and steam of 1 kg / h was introduced into the activation furnace while being heated in the preheating furnace, 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 obtained activated carbon was washed with water for 10 hours and then drained. Then, after drying in an electric dryer maintained at 115 ° C. for 10 hours, pulverization was performed for 1 hour with a ball mill to obtain activated carbon 1.
The average particle size of the activated carbon 1 measured by using a laser diffraction type particle size distribution analyzer (SALD-2000J) manufactured by Shimadzu Corporation was 4.2 μm. Also, the pore distribution was measured using a pore distribution measuring device (AUTOSORB-1 AS-1-MP) manufactured by Yuasa Ionics. The mesopore volume (V1) calculated by QSDFT using the isotherm on the desorption side was 0.52 cc / g, and the micropore volume (V2) was 0.88 cc / g. The BET specific surface area determined by the BET one-point method was 2,360 m 2 / g.
80.8 parts by mass of the activated carbon 1, 6.2 parts by mass of Ketjen black, 10 parts by mass of PVDF (polyvinylidene fluoride), 3.0 parts by mass of PVP (polyvinylpyrrolidone), and NMP (N-methyl) Pyrrolidone) to obtain a slurry. The obtained slurry is applied to one or both sides of a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried and pressed to obtain a positive electrode body having a thickness of 55 μm per one side of a positive electrode active material layer. Was.

[負極電極体の作製]
市販のヤシ殻活性炭について、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、窒素を吸着質として細孔分布を測定した。上述したように、脱着側の等温線を用いて、メソ孔量はBJH法により、マイクロ孔量はMP法により、それぞれ求めた。その結果、メソ孔量は0.198cc/g、マイクロ孔量は0.695cc/g、V1/V2=0.29、平均細孔径は21.2Åであった。BET1点法により求めたBET比表面積が1,780m/gであった。
このヤシ殻活性炭150gをステンレススチールメッシュ製の籠に入れ、石炭系ピッチ(軟化点:50℃)270gを入れたステンレス製バットの上に置き、電気炉(炉内有効寸法300mm×300mm×300mm)内に設置して、熱処理を行い、複合多孔性材料1を得た。この熱処理は、窒素雰囲気下で行い、600℃まで8時間で昇温し、同温度で4時間保持する方法によった。続いて自然冷却により60℃まで冷却した後、負極材料となる複合多孔性材料1を炉から取り出した。得られた複合多孔性材料1を上記活性炭1と同様に測定したところ、BET比表面積が262m/g、メソ孔量(Vm1)が0.1798cc/g、マイクロ孔量(Vm2)が0.0843cc/g、Vm1/Vm2=2.13であった。
上記複合多孔性材料1を83.4質量部、アセチレンブラックを8.3質量部、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)を8.3質量部、及びNMP(N−メチルピロリドン)を混合して、スラリーを得た。得られたスラリーをエキスパンド銅箔の両面に塗布し、乾燥し、プレスすることにより、負極活物質層の片面厚さが60μmの負極電極体を得た。この両面負極電極体の片面に、複合多孔性材料1の単位質量あたり760mAh/gに相当するリチウム金属箔を貼り付けた。
[Production of negative electrode body]
For commercially available coconut shell activated carbon, the pore distribution was measured using nitrogen as an adsorbate using a pore distribution measuring device (AUTOSORB-1 AS-1-MP) manufactured by Yuasa Ionics. As described above, the mesopore amount was determined by the BJH method and the micropore amount was determined by the MP method using the desorption-side isotherm. As a result, the mesopore volume was 0.198 cc / g, the micropore volume was 0.695 cc / g, V1 / V2 = 0.29, and the average pore size was 21.2 °. The BET specific surface area determined by the BET one-point method was 1,780 m 2 / g.
150 g of this coconut shell activated carbon is placed in a basket made of stainless steel mesh, placed on a stainless steel vat containing 270 g of coal-based pitch (softening point: 50 ° C.), and placed in an electric furnace (effective size in furnace: 300 mm × 300 mm × 300 mm) And heat-treated to obtain a composite porous material 1. This heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere, the temperature was raised to 600 ° C. in 8 hours, and the temperature was maintained at the same temperature for 4 hours. Subsequently, after cooling to 60 ° C. by natural cooling, the composite porous material 1 serving as the negative electrode material was taken out of the furnace. When the obtained composite porous material 1 was measured in the same manner as the activated carbon 1, the BET specific surface area was 262 m 2 / g, the mesopore volume (Vm1) was 0.1798 cc / g, and the micropore volume (Vm2) was 0. 0843 cc / g, Vm1 / Vm2 = 2.13.
83.4 parts by mass of the composite porous material 1, 8.3 parts by mass of acetylene black, 8.3 parts by mass of PVDF (polyvinylidene fluoride), and NMP (N-methylpyrrolidone) were mixed, and the slurry was mixed. Obtained. The obtained slurry was applied to both sides of the expanded copper foil, dried, and pressed to obtain a negative electrode body having a negative electrode active material layer having a thickness on one side of 60 μm. A lithium metal foil equivalent to 760 mAh / g per unit mass of the composite porous material 1 was attached to one surface of the double-sided negative electrode body.

[電解液の調製]
有機溶媒として、エチレンカーボネート(EC):メチルエチルカーボネート(EMC):HFE7000(n−COCH)の体積比率33:60:7の混合溶媒を用い、全電解液に対してLiN(SO2F)2及びLiPF6の濃度比が50:50(モル比)であり、かつLiN(SO2F)2及びLiPF6の濃度の和が1.2mol/Lとなるようにそれぞれの電解質塩を溶解して得た溶液を非水系電解液として使用した。
ここで調製した電解液におけるLiN(SO2F)2及びLiPF6の濃度は、それぞれ、0.6mol/L及び0.6mol/Lであった。
[Preparation of electrolyte solution]
As the organic solvent, ethylene carbonate (EC): methylethyl carbonate (EMC): HFE7000 (n- C 3 F 7 OCH 3) a volume ratio of 33: 60: 7 mixed solvent used in, LiN the total electrolyte ( The respective electrolytes were so adjusted that the concentration ratio of SO 2 F) 2 and LiPF 6 was 50:50 (molar ratio) and the sum of the concentrations of LiN (SO 2 F) 2 and LiPF 6 was 1.2 mol / L. The solution obtained by dissolving the salt was used as a non-aqueous electrolyte.
The concentrations of LiN (SO 2 F) 2 and LiPF 6 in the electrolyte solution prepared here were 0.6 mol / L and 0.6 mol / L, respectively.

[蓄電素子の組立と性能]
得られた電極体を100mm×100mmにカットして、最上面と最下面は片面正極体を用い、更に両面負極電極体18枚と両面正極電極体17枚とを用い、負極電極体と正極電極体との間にそれぞれセルロース製不織布セパレータ(すなわち、計36枚)を挟んで積層した。その後、負極電極体と正極電極体とに電極端子を接続して電極積層体とした。この積層体をラミネートフィルムからなる外装体内に挿入し、上記非水系電解液を注入して該外装体を密閉することにより、非水系リチウム型蓄電素子を組立てた。
[Assembly and performance of storage element]
The obtained electrode body was cut into 100 mm × 100 mm, and the uppermost surface and the lowermost surface used a single-sided positive electrode body, and further used 18 double-sided negative electrode bodies and 17 double-sided positive electrode bodies, Laminated with a nonwoven fabric separator made of cellulose (that is, a total of 36 sheets) between the body and the body. Thereafter, electrode terminals were connected to the negative electrode body and the positive electrode body to form an electrode laminate. This laminate was inserted into an outer package made of a laminate film, and the above nonaqueous electrolytic solution was injected to seal the outer package, thereby assembling a nonaqueous lithium-type power storage element.

[静電容量の測定]
前記の工程で得られた蓄電素子について、1.5Cの電流値において定電圧充電時間が1時間確保された定電流定電圧充電によって3.8Vまで充電し、その後2.2Vまで1.5Cの電流値において定電流放電を施した。その時の容量Q及び電圧変化から、F=Q/(3.8−2.2)に従った計算によって求めた静電容量Fは、1,000Fであった。
[Measurement of capacitance]
The storage element obtained in the above step was charged to 3.8 V by constant current / constant voltage charging in which a constant voltage charging time of 1 hour was secured at a current value of 1.5 C, and then 1.5 C to 2.2 V. A constant current discharge was performed at a current value. From the capacitance Q and the voltage change at that time, the capacitance F obtained by calculation according to F = Q / (3.8-2.2) was 1,000F.

[Ra・Fの算出]
前記の工程で得られた蓄電素子について、環境温度25℃で1.5Cの電流値において3.8Vに到達するまで定電流充電し、その後3.8Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を、合計で2時間行った。続いて、50Cの電流値において2.2Vまで定電流放電した。この時に得られた放電カーブ(時間−電圧)において、放電時間2秒及び4秒の時点における電圧値から直線近似にて外挿して得られる、放電時間=0秒における電圧をE0としたときに、降下電圧(ΔE)=3.8−E0、及び内部抵抗Ra=ΔE/(50C(電流値))に従った計算により内部抵抗Raを算出した。
静電容量Fと内部抵抗Raとの積Ra・Fは、1.30ΩFであった。
[Calculation of Ra · F]
The storage element obtained in the above step is charged at a constant current at an environmental temperature of 25 ° C. until the voltage reaches 3.8 V at a current value of 1.5 C, and thereafter, a constant current constant voltage charging in which a constant voltage of 3.8 V is applied. For a total of 2 hours. Subsequently, a constant current discharge was performed to 2.2 V at a current value of 50C. In the discharge curve (time-voltage) obtained at this time, when the voltage at the discharge time = 0 second obtained by extrapolating by linear approximation from the voltage values at the discharge time of 2 seconds and 4 seconds is E0. The internal resistance Ra was calculated by a calculation according to the following formula: drop voltage (ΔE) = 3.8−E0, and internal resistance Ra = ΔE / (50C (current value)).
The product Ra · F of the capacitance F and the internal resistance Ra was 1.30ΩF.

[Rb/Raの算出]
前記のRa・Fの評価を行った蓄電素子を、セル電圧4.0V及び環境温度60℃において2か月間保存した。ここで、セル電圧4.0Vを保持するために、保存前及び保存開始後は、1週間毎に、1.5Cの電流値における4.0V充電を、合計2時間施した。
2か月保存後の蓄電素子に対して、環境温度25℃で1.5Cの電流値において3.8Vに到達するまで定電流充電し、その後3.8Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を、合計で2時間行った。続いて、50Cの電流値において2.2Vまで定電流放電した。この時に得られた放電カーブ(時間−電圧)において、放電時間2秒及び4秒の時点における電圧値から直線近似にて外挿して得られる、放電時間=0秒での電圧をE0としたときに、降下電圧(ΔE)=3.8−E0、及び内部抵抗Rb=ΔE/(50C(電流値))に従った計算により、保存後の内部抵抗Rbを算出した。
このRb(Ω)を、前記[Ra・Fの算出]で求めた保存前の内部抵抗Ra(Ω)で除して算出した比Rb/Raは1.35であった。
[Calculation of Rb / Ra]
The power storage element for which Ra · F was evaluated was stored at a cell voltage of 4.0 V and an ambient temperature of 60 ° C. for 2 months. Here, in order to maintain the cell voltage at 4.0 V, before storage and after the start of storage, 4.0 V charging at a current value of 1.5 C was performed for a total of 2 hours every week.
The storage element after storage for 2 months is charged at a constant current at an environmental temperature of 25 ° C. at a current value of 1.5 C until the voltage reaches 3.8 V, and then a constant current constant voltage of 3.8 V is applied. Charging was performed for a total of 2 hours. Subsequently, a constant current discharge was performed to 2.2 V at a current value of 50C. In the discharge curve (time-voltage) obtained at this time, when the voltage at the discharge time = 0 second obtained by extrapolating by linear approximation from the voltage values at the discharge time of 2 seconds and 4 seconds is E0. Then, the internal resistance Rb after storage was calculated by calculation in accordance with the drop voltage (ΔE) = 3.8−E0 and the internal resistance Rb = ΔE / (50C (current value)).
The ratio Rb / Ra calculated by dividing this Rb (Ω) by the internal resistance Ra (Ω) before storage obtained in the above [Calculation of Ra · F] was 1.35.

[保存時発生ガスの測定]
次に、前記の工程で得られた蓄電素子について、セル電圧4.0V及び環境温度60℃において2か月間保存した時のガス発生量を25℃にて測定した。その結果、ガス発生量は9.0×10−3cc/Fであった。
[Measurement of gas generated during storage]
Next, with respect to the electricity storage device obtained in the above step, the amount of gas generated when stored for 2 months at a cell voltage of 4.0 V and an ambient temperature of 60 ° C. was measured at 25 ° C. As a result, the gas generation amount was 9.0 × 10 −3 cc / F.

[釘刺し試験]
前記の工程で得られた蓄電素子について、以下の条件で釘刺し試験を行った。
試験機:島津オートグラフAG−X
釘:φ2.5mm−SUS304
評価方法:蓄電素子を水平に固定し、蓄電素子中央部に、10mm/secの速度で貫通するまで釘を刺した後に発生する発煙の量を、目視により観察した。
[Nail penetration test]
A nail penetration test was performed on the electricity storage device obtained in the above step under the following conditions.
Testing machine: Shimadzu Autograph AG-X
Nail: φ2.5mm-SUS304
Evaluation method: The power storage element was fixed horizontally, and the amount of smoke generated after the nail was pierced at a central portion of the power storage element at a speed of 10 mm / sec was visually observed.

<実施例2〜12及び比較例1〜6>
[電解液の調製]において、有機溶媒及び電解質塩の種類及び量を、それぞれ、表1に記載のとおりとした他は、実施例1と同様にして電解液を調製した。
この電解液を用いた他は実施例1と同様にして非水系リチウム型蓄電素子を作製し、各種の評価を行った。
評価結果は表1に示した。
<Examples 2 to 12 and Comparative Examples 1 to 6>
In [Preparation of electrolyte solution], an electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 1, except that the types and amounts of the organic solvent and the electrolyte salt were as described in Table 1, respectively.
Except that this electrolytic solution was used, a non-aqueous lithium-type energy storage device was produced in the same manner as in Example 1, and various evaluations were made.
The evaluation results are shown in Table 1.

<実施例13>
[電解液の調製]
有機溶媒として、エチレンカーボネート(EC):メチルエチルカーボネート(EMC):HFE7000の体積比率33:63:4の混合溶媒液を用い、全電解液に対してLiN(SO2F)2及びLiPF6の濃度比が75:25(モル比)であり、かつLiN(SO2F)2及びLiPF6の濃度の和が1.2mol/Lとなるようにそれぞれの電解質塩を溶解させた。更に、添加剤として、全電解液に対して1質量%となる1,3−プロパンスルトン(1,3−PS)を溶解して得た溶液を、非水系電解液として使用した。
ここで調製した電解液におけるLiN(SO2F)2及びLiPF6の濃度は、それぞれ、0.9mol/L及び0.3mol/Lであった。
[蓄電素子の組立と性能]
前記で調製した電解液を用いた他は実施例1と同様にして非水系リチウム型蓄電素子を作製し、各種の評価を行った。
評価結果は表1に示した。
<Example 13>
[Preparation of electrolyte solution]
As an organic solvent, a mixed solvent solution of ethylene carbonate (EC): methyl ethyl carbonate (EMC): HFE7000 at a volume ratio of 33: 63: 4 was used, and LiN (SO 2 F) 2 and LiPF 6 were used with respect to the total electrolyte solution. The respective electrolyte salts were dissolved such that the concentration ratio was 75:25 (molar ratio) and the sum of the concentrations of LiN (SO 2 F) 2 and LiPF 6 was 1.2 mol / L. Further, as an additive, a solution obtained by dissolving 1,3-propane sultone (1,3-PS) in an amount of 1% by mass based on the total electrolytic solution was used as a non-aqueous electrolytic solution.
The concentrations of LiN (SO 2 F) 2 and LiPF 6 in the electrolyte solution prepared here were 0.9 mol / L and 0.3 mol / L, respectively.
[Assembly and performance of storage element]
A non-aqueous lithium-type energy storage device was prepared in the same manner as in Example 1 except that the electrolyte solution prepared above was used, and various evaluations were made.
The evaluation results are shown in Table 1.

<実施例14〜24>
[電解液の調製]において、有機溶媒、電解質塩及び添加剤の種類及び量を、それぞれ、表1に記載のとおりとした他は、実施例28と同様にして電解液を調製した。
この電解液を用いた他は実施例1と同様にして非水系リチウム型蓄電素子を作製し、各種の評価を行った。
評価結果は表1に示した。
<Examples 14 to 24>
In [Preparation of electrolyte solution], an electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 28, except that the types and amounts of the organic solvent, the electrolyte salt, and the additives were as described in Table 1, respectively.
Except that this electrolytic solution was used, a non-aqueous lithium-type energy storage device was produced in the same manner as in Example 1, and various evaluations were made.
The evaluation results are shown in Table 1.

Figure 2020036050
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Figure 2020036050
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前記表1における有機溶媒及び添加剤の略称は、それぞれ以下の意味である。
[有機溶媒]
(a)成分
EC:エチレンカーボネート
PC:プロピレンカーボネート
(b)成分
EMC:メチルエチルカーボネート
(c)成分
HFE7000:COCH
HFE7100:COCH
HFE7200:COC
[添加剤]
1,3−PS:1,3−プロパンスルトン
PN:エトキシペンタフルオロシクロトリホスファゼン
The abbreviations of the organic solvent and the additives in Table 1 have the following meanings.
[Organic solvent]
(A) component EC: ethylene carbonate PC: propylene carbonate (b) component EMC: methyl ethyl carbonate (c) component HFE7000: C 3 F 7 OCH 3
HFE7100: C 4 F 9 OCH 3
HFE7200: C 4 F 9 OC 2 H 5
[Additive]
1,3-PS: 1,3-propane sultone PN: ethoxypentafluorocyclotriphosphazene

<実施例25>
[正極電極体の作製]
フェノール樹脂を、焼成炉中、窒素雰囲気下、600℃において2時間炭化処理した。得られた焼成物をボールミルにて粉砕し、分級を行い、平均粒径が7μmの炭化物を得た。
この炭化物及びKOHを質量比1:5で混合し、焼成炉中、窒素雰囲気下、800℃において1時間加熱して、賦活化を行った。次いで、濃度2mol/Lに調整した希塩酸中で1時間撹拌洗浄を行った後、蒸留水中で、pH5〜6の間で安定するまで煮沸洗浄した後、乾燥を行うことにより、活性炭2を作製した。
この活性炭2について実施例1と同様に測定したところ、メソ孔量V1は1.50cc/g、マイクロ孔量V2は2.28cc/g、BET比表面積は3,627m2/gであった。
この活性炭2を80.8質量部、ケッチェンブラックを6.2質量部、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)を10質量部、PVP(ポリビニルピロリドン)を3.0質量部、及びNMP(N−メチルピロリドン)を混合して、スラリーを得た。得られたスラリーを、厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体の片面又は両面に塗布し、乾燥し、プレスすることにより、正極活物質層の厚さが片面当たり55μmの正極電極体を得た。
<Example 25>
[Preparation of positive electrode body]
The phenol resin was carbonized at 600 ° C. for 2 hours in a baking furnace under a nitrogen atmosphere. The obtained fired product was pulverized with a ball mill and classified to obtain a carbide having an average particle size of 7 μm.
This carbide and KOH were mixed at a mass ratio of 1: 5, and heated in a firing furnace at 800 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to activate. Then, after washing with stirring in diluted hydrochloric acid adjusted to a concentration of 2 mol / L for 1 hour, boiling washing was performed in distilled water until the pH became stable between pH 5 and 6, and then drying was performed to prepare activated carbon 2. .
When the activated carbon 2 was measured in the same manner as in Example 1, the mesopore volume V1 was 1.50 cc / g, the micropore volume V2 was 2.28 cc / g, and the BET specific surface area was 3,627 m 2 / g.
80.8 parts by mass of the activated carbon 2, 6.2 parts by mass of Ketjen black, 10 parts by mass of PVDF (polyvinylidene fluoride), 3.0 parts by mass of PVP (polyvinylpyrrolidone), and NMP (N-methylpyrrolidone) ) Was mixed to obtain a slurry. The obtained slurry is applied to one or both sides of a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried and pressed to obtain a positive electrode body having a thickness of 55 μm per one side of a positive electrode active material layer. Was.

[負極電極体の作製]
市販のヤシ殻活性炭について、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、窒素を吸着質として細孔分布を測定した。脱着側の等温線を用いて、メソ孔量はBJH法により、マイクロ孔量はMP法によりそれぞれ求めた。その結果、メソ孔量が0.198cc/g、マイクロ孔量が0.695cc/g、V1/V2=0.29、平均細孔径が21.2Åであった。BET1点法により求めたBET比表面積は1,780m2/gであった。
この活性炭150gをステンレススチールメッシュ製の籠に入れ、石炭系ピッチ(軟化点:90℃)150gを入れたステンレス製バットの上に置き、電気炉(炉内有効寸法300mm×300mm×300mm)内に設置して、熱処理を行行い、複合多孔性材料2を得た。この熱処理は窒素雰囲気下で行い、630℃まで2時間で昇温し、同温度で4時間保持する方法によった。続いて自然冷却により60℃まで冷却した後、複合多孔性材料2を炉から取り出した。
この複合多孔性材料2は、被着させた炭素材料の活性炭に対する質量比率が38質量%、BET比表面積が434m2/g、メソ孔量(Vm1)が0.220cc/g、マイクロ孔量(Vm2)が0.149cc/gであった。更に、島津製作所社製レーザー回折式粒度分布測定装置(SALD−2000J)を用いて平均粒子径を測定した結果、2.88μmであった。
上記で得た複合多孔性材料2を83.4質量部、アセチレンブラックを8.3質量部及びPVDF(ポリフッ化ビニリデン)を8.3質量部、及びNMP(N−メチルピロリドン)を混合して、スラリーを得た。得られたスラリーをエキスパンド銅箔の両面に塗布し、乾燥し、プレスすることにより、負極活物質層の片面厚さが30μmの負極電極体を得た。この両面負極電極体の片面に、複合多孔性材料2の単位質量あたり1,500mAh/gに相当するリチウム金属箔を貼り付けた。
[Production of negative electrode body]
Using a commercially available coconut shell activated carbon, a pore distribution measuring device (AUTOSORB-1 AS-1-MP) manufactured by Yuasa Ionics Co., Ltd., the pore distribution was measured using nitrogen as an adsorbate. Using the isotherm on the desorption side, the mesopore volume was determined by the BJH method, and the micropore volume was determined by the MP method. As a result, the mesopore volume was 0.198 cc / g, the micropore volume was 0.695 cc / g, V1 / V2 = 0.29, and the average pore size was 21.2 °. The BET specific surface area determined by the BET one-point method was 1,780 m 2 / g.
150 g of the activated carbon is put in a stainless steel mesh basket, placed on a stainless steel vat containing 150 g of coal-based pitch (softening point: 90 ° C.), and placed in an electric furnace (effective size of the furnace: 300 mm × 300 mm × 300 mm). The composite porous material 2 was obtained by installing and performing a heat treatment. This heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere, the temperature was raised to 630 ° C. in 2 hours, and the temperature was maintained at the same temperature for 4 hours. Subsequently, after cooling to 60 ° C. by natural cooling, the composite porous material 2 was taken out of the furnace.
This composite porous material 2 has a mass ratio of the applied carbon material to activated carbon of 38% by mass, a BET specific surface area of 434 m 2 / g, a mesopore volume (Vm1) of 0.220 cc / g, and a micropore volume ( Vm2) was 0.149 cc / g. Furthermore, as a result of measuring an average particle diameter using a laser diffraction type particle size distribution analyzer (SALD-2000J) manufactured by Shimadzu Corporation, it was 2.88 μm.
83.4 parts by mass of the composite porous material 2 obtained above, 8.3 parts by mass of acetylene black, 8.3 parts by mass of PVDF (polyvinylidene fluoride), and NMP (N-methylpyrrolidone) were mixed. And a slurry was obtained. The obtained slurry was applied to both sides of an expanded copper foil, dried, and pressed to obtain a negative electrode electrode body having a negative electrode active material layer having a thickness on one side of 30 μm. A lithium metal foil equivalent to 1,500 mAh / g per unit mass of the composite porous material 2 was attached to one surface of the double-sided negative electrode body.

[蓄電素子の組立と性能]
前記で作製した正極電極体及び負極電極体を用いた他は実施例1と同様にして非水系リチウム型蓄電素子を作製し、各種の評価を行った。
評価結果は表2に示した。
[Assembly and performance of storage element]
Except for using the positive electrode body and the negative electrode body manufactured as described above, a non-aqueous lithium-type power storage element was manufactured in the same manner as in Example 1, and various evaluations were performed.
The evaluation results are shown in Table 2.

<実施例26及び比較例7〜9>
[電解液の調製]において、有機溶媒及び電解質塩の種類及び量を、それぞれ、表2に記載のとおりとした他は、実施例1と同様にして電解液を調製した。
この電解液を用いた他は実施例25と同様にして非水系リチウム型蓄電素子を作製し、各種の評価を行った。
評価結果は表2に示した。
<Example 26 and Comparative Examples 7 to 9>
In [Preparation of electrolytic solution], an electrolytic solution was prepared in the same manner as in Example 1, except that the types and amounts of the organic solvent and the electrolyte salt were as described in Table 2, respectively.
Except that this electrolytic solution was used, a non-aqueous lithium-type energy storage device was produced in the same manner as in Example 25, and various evaluations were made.
The evaluation results are shown in Table 2.

<実施例27>
[電解液の調製]
有機溶媒として、エチレンカーボネート(EC):メチルエチルカーボネート(EMC):HFE7000の体積比率33:63:4の混合溶媒液を用い、全電解液に対してLiN(SO2F)2及びLiPF6の濃度比が75:25(モル比)であり、かつLiN(SO2F)2及びLiPF6の濃度の和が1.2mol/Lとなるようにそれぞれの電解質塩を溶解させた。更に、添加剤として、全電解液に対して1質量%となる1,3−プロパンスルトン(1,3−PS)、を溶解して得た溶液を非水系電解液として使用した。
ここで調製した電解液におけるLiN(SO2F)2及びLiPF6の濃度は、それぞれ、0.9mol/L及び0.3mol/Lであった。
[蓄電素子の組立と性能]
前記で調製した電解液を用いた他は実施例24と同様にして非水系リチウム型蓄電素子を作製し、各種の評価を行った。
評価結果は表2に示した。
<Example 27>
[Preparation of electrolyte solution]
As an organic solvent, a mixed solvent solution of ethylene carbonate (EC): methyl ethyl carbonate (EMC): HFE7000 at a volume ratio of 33: 63: 4 was used, and LiN (SO 2 F) 2 and LiPF 6 were used with respect to the total electrolyte solution. The respective electrolyte salts were dissolved such that the concentration ratio was 75:25 (molar ratio) and the sum of the concentrations of LiN (SO 2 F) 2 and LiPF 6 was 1.2 mol / L. Further, as an additive, a solution obtained by dissolving 1,3-propane sultone (1,3-PS) in an amount of 1% by mass based on the total electrolytic solution was used as a non-aqueous electrolytic solution.
The concentrations of LiN (SO 2 F) 2 and LiPF 6 in the electrolyte solution prepared here were 0.9 mol / L and 0.3 mol / L, respectively.
[Assembly and performance of storage element]
A non-aqueous lithium-type energy storage device was prepared in the same manner as in Example 24 except that the electrolyte solution prepared above was used, and various evaluations were made.
The evaluation results are shown in Table 2.

<実施例28〜30>
[電解液の調製]において、有機溶媒、電解質塩及び添加剤の種類及び量を、それぞれ、表2に記載のとおりとした他は、実施例27と同様にして電解液を調製した。
この電解液を用いた他は実施例25と同様にして非水系リチウム型蓄電素子を作製し、各種の評価を行った。
評価結果は表2に示した。
<Examples 28 to 30>
In [Preparation of electrolyte solution], an electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 27, except that the types and amounts of the organic solvent, the electrolyte salt, and the additives were as described in Table 2, respectively.
Except that this electrolytic solution was used, a non-aqueous lithium-type energy storage device was produced in the same manner as in Example 25, and various evaluations were made.
The evaluation results are shown in Table 2.

Figure 2020036050
Figure 2020036050

Figure 2020036050
Figure 2020036050

前記表2における有機溶媒及び添加剤の略称は、それぞれ前記表1におけるのと同じ意味である。   The abbreviations of the organic solvent and the additives in Table 2 have the same meanings as those in Table 1 above.

<実施例31>
[負極電極体の作製]
平均粒子径30nm、BET比表面積254m/gのカーボンブラック(CB1)100重量部と、軟化点110℃、メタフェーズ量(QI量)13%の光学的等方性ピッチ(P1)50重量部と、を加熱ニーダ−で混捏して得られた混捏物を、非酸化性雰囲気下、1,000℃において焼成した。これを平均粒子径(D50)2μmに粉砕することにより、複合炭素材料3を得た。複合炭素材料3の平均粒子径は、日機装(株)製MT−3300EXを用いて測定した。
上記複合炭素材料3につき、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、窒素を吸着質として吸着等温線を測定した。BET1点法により求めたBET比表面積は、110m/gであった。
次いで、上記調製で得た複合炭素材料3を80.0質量部、アセチレンブラック8.0質量部、CMC(カルボキシメチルセルロース)3.0質量部、及びSBRラテックス9.0質量部と、蒸留水と、を混合して、固形分濃度18質量%のスラリーを得た。次いで、厚さ15μmのエッチング銅箔の両面に上記で得たスラリーを塗布し、乾燥し、プレスすることにより、負極を得た。得られた負極の負極活物質層の片面あたりの厚さは20μmであった。負極活物質層の厚さは、小野計器社製膜厚計(Linear Gauge Sensor GS−551)を用いて、負極の10か所で測定した負極の厚さの平均値から、銅箔の厚さを引いて求めた値とした。この両面負極電極体の片面に、複合多孔性材料3の単位質量あたり1,300mAh/gに相当するリチウム金属箔を貼り付けた。
<Example 31>
[Production of negative electrode body]
100 parts by weight of carbon black (CB1) having an average particle diameter of 30 nm and a BET specific surface area of 254 m 2 / g; and 50 parts by weight of an optically isotropic pitch (P1) having a softening point of 110 ° C. and a metaphase amount (QI amount) of 13%. And kneaded in a heating kneader to obtain a kneaded product, which was baked at 1,000 ° C. in a non-oxidizing atmosphere. This was pulverized to an average particle diameter (D50) of 2 μm to obtain a composite carbon material 3. The average particle size of the composite carbon material 3 was measured using MT-3300EX manufactured by Nikkiso Co., Ltd.
Using the pore distribution measuring device (AUTOSORB-1 AS-1-MP) manufactured by Yuasa Ionics, the adsorption isotherm of the composite carbon material 3 was measured using nitrogen as an adsorbate. The BET specific surface area determined by the BET one-point method was 110 m 2 / g.
Next, 80.0 parts by mass of the composite carbon material 3 obtained in the above preparation, 8.0 parts by mass of acetylene black, 3.0 parts by mass of CMC (carboxymethylcellulose), 9.0 parts by mass of SBR latex, and distilled water Was mixed to obtain a slurry having a solid content concentration of 18% by mass. Next, the slurry obtained above was applied to both sides of an etched copper foil having a thickness of 15 μm, dried, and pressed to obtain a negative electrode. The thickness of one side of the negative electrode active material layer of the obtained negative electrode was 20 μm. The thickness of the negative electrode active material layer was calculated from the average value of the negative electrode thickness measured at 10 points of the negative electrode using a film thickness meter (Linear Gauge Sensor GS-551) manufactured by Ono Keiki Co., Ltd. Was subtracted to obtain a value. A lithium metal foil equivalent to 1,300 mAh / g per unit mass of the composite porous material 3 was attached to one surface of the double-sided negative electrode body.

[蓄電素子の組立と性能]
前記で作製した負極電極体を用いた他は実施例25と同様にして非水系リチウム型蓄電素子を作製し、各種の評価を行った。
評価結果は表3に示した。
[Assembly and performance of storage element]
A non-aqueous lithium-type energy storage device was manufactured in the same manner as in Example 25 except that the negative electrode body manufactured as described above was used, and various evaluations were performed.
The evaluation results are shown in Table 3.

<実施例32及び比較例10〜12>
[電解液の調製]において、有機溶媒及び電解質塩の種類及び量を、それぞれ、表3に記載のとおりとした他は、実施例1と同様にして電解液を調製した。
この電解液を用いた他は実施例31と同様にして非水系リチウム型蓄電素子を作製し、各種の評価を行った。
評価結果は表3に示した。
<Example 32 and Comparative Examples 10 to 12>
In [Preparation of electrolyte solution], an electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 1, except that the types and amounts of the organic solvent and the electrolyte salt were as described in Table 3, respectively.
Except that this electrolytic solution was used, a non-aqueous lithium-type energy storage device was produced in the same manner as in Example 31, and various evaluations were made.
The evaluation results are shown in Table 3.

<実施例33>
[電解液の調製]
有機溶媒として、エチレンカーボネート(EC):メチルエチルカーボネート(EMC):HFE7000の体積比率33:63:4の混合溶媒液を用い、全電解液に対してLiN(SO2F)2及びLiPF6の濃度比が75:25(モル比)であり、かつLiN(SO2F)2及びLiPF6の濃度の和が1.2mol/Lとなるようにそれぞれの電解質塩を溶解させた。更に、添加剤として、全電解液に対して1質量%となる1,3−プロパンスルトン(1,3−PS)、を溶解して得た溶液を非水系電解液として使用した。
ここで調製した電解液におけるLiN(SO2F)2及びLiPF6の濃度は、それぞれ、0.9mol/L及び0.3mol/Lであった。
[蓄電素子の組立と性能]
前記で調製した電解液を用いた他は実施例31と同様にして非水系リチウム型蓄電素子を作製し、各種の評価を行った。
評価結果は表3に示した。
<Example 33>
[Preparation of electrolyte solution]
As an organic solvent, a mixed solvent solution of ethylene carbonate (EC): methyl ethyl carbonate (EMC): HFE7000 at a volume ratio of 33: 63: 4 was used, and LiN (SO 2 F) 2 and LiPF 6 were used with respect to the total electrolyte solution. The respective electrolyte salts were dissolved such that the concentration ratio was 75:25 (molar ratio) and the sum of the concentrations of LiN (SO 2 F) 2 and LiPF 6 was 1.2 mol / L. Further, as an additive, a solution obtained by dissolving 1,3-propane sultone (1,3-PS) in an amount of 1% by mass based on the total electrolytic solution was used as a non-aqueous electrolytic solution.
The concentrations of LiN (SO 2 F) 2 and LiPF 6 in the electrolyte solution prepared here were 0.9 mol / L and 0.3 mol / L, respectively.
[Assembly and performance of storage element]
A non-aqueous lithium-type energy storage device was prepared in the same manner as in Example 31 except that the electrolyte solution prepared above was used, and various evaluations were made.
The evaluation results are shown in Table 3.

<実施例34〜36>
[電解液の調製]において、有機溶媒及び電解質塩の種類及び量を、それぞれ、表3に記載のとおりとした他は、実施例33と同様にして電解液を調製した。
この電解液を用いた他は実施例31と同様にして非水系リチウム型蓄電素子を作製し、各種の評価を行った。
評価結果は表3に示した。
<Examples 34 to 36>
In [Preparation of electrolyte solution], an electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 33, except that the types and amounts of the organic solvent and the electrolyte salt were as described in Table 3, respectively.
Except that this electrolytic solution was used, a non-aqueous lithium-type energy storage device was produced in the same manner as in Example 31, and various evaluations were made.
The evaluation results are shown in Table 3.

Figure 2020036050
Figure 2020036050

Figure 2020036050
Figure 2020036050

前記表3における有機溶媒及び添加剤の略称は、それぞれ前記表1におけるのと同じ意味である。
以上の実施例より、本実施の形態にかかる蓄電素子は、高い入出力特性と、高温におけるガス発生及び内部抵抗の上昇が少ない、非水系リチウム型蓄電素子であることが検証された。
The abbreviations of the organic solvents and additives in Table 3 have the same meanings as in Table 1 above.
From the above examples, it was verified that the electric storage device according to the present embodiment is a non-aqueous lithium-type electric storage device having high input / output characteristics and little increase in gas generation and internal resistance at high temperatures.

本発明の非水系リチウム型蓄電素子は、例えば、自動車における内燃機関、燃料電池、又はモーターと、蓄電素子と、を組み合わせたハイブリット駆動システムの分野;瞬間電力ピーク時のアシスト電源用途等として、好適に利用することができる。   The non-aqueous lithium-type energy storage device of the present invention is suitable, for example, in the field of a hybrid drive system in which an internal combustion engine, a fuel cell, or a motor in an automobile is combined with an energy storage device; Can be used for

Claims (18)

負極電極体、正極電極体、及びセパレータを有する電極積層体と、非水系電解液とが外装体に収容されて成るリチウムイオンキャパシタであって、
前記負極電極体が、負極集電体と、該負極集電体の片面上又は両面上に設けられた負極活物質層とを有し、前記負極活物質層は、リチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料を含む負極活物質を含有し、
前記正極電極体が、正極集電体と、該正極集電体の片面上又は両面上に設けられた正極活物質層とを有し、前記正極活物質層は、活性炭を含む正極活物質を含有し、そして
前記非水系電解液が、
(a)エチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートから選択される少なくとも1種と、
(b)ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートから選択される少なくとも1種と、
(c)下記一般式(c)
−O−R (c)
{式中、Rは、ハロゲン原子又は炭素数1〜12のハロゲン化アルキル基であり、
は、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、又は炭素数1〜12のハロゲン化アルキル基である。}で表される化合物と
を含む有機溶媒を含有し、
前記(b)成分の体積比率が、前記有機溶媒の総量を基準として、20%以上であり、そして
前記非水系電解液が、電解質塩として、リチウムビスフルオロスルホニルイミド(LiN(SOF))及び他の電解質塩を含有し、前記リチウムビスフルオロスルホニルイミドの使用量が、前記リチウムビスフルオロスルホニルイミドと前記他の電解質塩との合計を100モル部とした場合に、50モル部以上であることを特徴とする、リチウムイオンキャパシタ。
A negative electrode body, a positive electrode body, an electrode laminate having a separator, and a lithium ion capacitor in which a nonaqueous electrolyte is contained in an exterior body,
The negative electrode body has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer provided on one or both surfaces of the negative electrode current collector, and the negative electrode active material layer has a carbon material capable of inserting and extracting lithium ions. Containing a negative electrode active material containing the material,
The positive electrode body has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer provided on one surface or both surfaces of the positive electrode current collector, and the positive electrode active material layer contains a positive electrode active material containing activated carbon. Containing, and said non-aqueous electrolyte solution,
(A) at least one selected from ethylene carbonate and propylene carbonate;
(B) at least one selected from dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate;
(C) The following general formula (c)
R 1 -OR 2 (c)
中 In the formula, R 1 is a halogen atom or a halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms,
R 2 is a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, or a halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms. Containing an organic solvent containing a compound represented by},
The volume ratio of the component (b) is 20% or more based on the total amount of the organic solvent, and the non-aqueous electrolyte is lithium bisfluorosulfonylimide (LiN (SO 2 F) 2 as an electrolyte salt. ) And another electrolyte salt, and the use amount of the lithium bisfluorosulfonylimide is 50 mol parts or more when the total amount of the lithium bisfluorosulfonylimide and the other electrolyte salt is 100 mol parts. A lithium ion capacitor, characterized in that:
前記(c)成分の体積比率が、前記有機溶媒の総量を基準として、1%〜40%である、請求項1に記載のリチウムイオンキャパシタ。   The lithium ion capacitor according to claim 1, wherein a volume ratio of the component (c) is 1% to 40% based on a total amount of the organic solvent. 前記(c)成分の体積比率が、前記有機溶媒の総量を基準として、1%〜7%である、請求項2に記載のリチウムイオンキャパシタ。   The lithium ion capacitor according to claim 2, wherein the volume ratio of the component (c) is 1% to 7% based on the total amount of the organic solvent. 前記非水系電解液におけるLiN(SOF)の濃度が、非水電解液の総量を基準として0.3mol/L以上1.5mol/L以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のリチウムイオンキャパシタ。 The concentration of LiN (SO 2 F) 2 in the non-aqueous electrolyte is 0.3 mol / L or more and 1.5 mol / L or less based on the total amount of the non-aqueous electrolyte. Item 7. The lithium ion capacitor according to item 1. 前記他の電解質塩が、LiPF6、LiBF4、LiN(SO2252、LiN(SO2CF3)(SO225)、及びLiN(SO2CF3)(SO224H)、並びにこれらの混合塩から選択される、請求項1〜4のいずれか一項に記載のリチウムイオンキャパシタ。 The other electrolyte salts are LiPF 6 , LiBF 4 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 2 F 5 ), and LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 2 F 4 H), and is selected from these mixed salts, the lithium ion capacitor according to any one of claims 1-4. 前記他の電解質塩が、LiPF及びLiBFのうち少なくとも1種を含有する、請求項5に記載のリチウムイオンキャパシタ。 The other electrolyte salt contains at least one of LiPF 6 and LiBF 4, lithium ion capacitor according to claim 5. 前記非水系電解液における(c)化合物が、COCH、COCH、COCH、C13OCH、COC、COC、COC、CCF(OCH)C、CFCHOCFCFH、CHFCFOCHCF、CHFCFCHOCFCFH、CFCFCHOCFCHF、CFCHOCFCHFCF、及びCHFCH(CH)OCHFよりなる群から選ばれた少なくとも一種の化合物を含み、そして
これらの化合物の体積比率が、前記有機溶媒の総量を基準として、0.1%〜50%である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のリチウムイオンキャパシタ。
The compound (c) in the non-aqueous electrolyte solution is C 2 F 5 OCH 3 , C 3 F 7 OCH 3 , C 4 F 9 OCH 3 , C 6 F 13 OCH 3 , C 2 F 5 OC 2 H 5 , C 3 F 7 OC 2 H 5, C 4 F 9 OC 2 H 5, C 2 F 5 CF (OCH 3) C 3 F 7, CF 3 CH 2 OCF 2 CF 2 H, CHF 2 CF 2 OCH 2 CF 3, From the group consisting of CHF 2 CF 2 CH 2 OCF 2 CF 2 H, CF 3 CF 2 CH 2 OCF 2 CHF 2 , CF 3 CH 2 OCF 2 CHFCF 3 , and C 3 HF 6 CH (CH 3 ) OC 3 HF 6 The composition according to any one of claims 1 to 6, comprising at least one selected compound, and wherein the volume ratio of these compounds is 0.1% to 50% based on the total amount of the organic solvent. of Chi Umm ion capacitor.
前記非水系電解液が、スルトン化合物、環状ホスファゼン、含フッ素環状カーボネート、環状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル、及び環状酸無水物からなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物を更に含有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載のリチウムイオンキャパシタ。   2. The non-aqueous electrolyte further comprises at least one compound selected from the group consisting of sultone compounds, cyclic phosphazenes, fluorinated cyclic carbonates, cyclic carbonates, cyclic carboxylic esters, and cyclic acid anhydrides. The lithium ion capacitor according to any one of claims 1 to 4, wherein 前記非水系電解液が、
下記一般式(1):
Figure 2020036050
{式中、R〜Rは、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、及び炭素数1〜12のハロゲン化アルキル基からなる群より選ばれるいずれかを表し、互いに同一であっても異なっていてもよく;そして
nは0〜3の整数である。}、下記一般式(2):
Figure 2020036050
{式中、R〜Rは、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、及び炭素数1〜12のハロゲン化アルキル基からなる群より選ばれるいずれかを表し、互いに同一であっても異なっていてもよく;そして
nは0〜3の整数である。}、及び下記一般式(3):
Figure 2020036050
{式中、R〜Rは、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基、又は炭素数1〜6のハロゲン化アルキル基であり、互いに同一であっても異なっていてもよい。}のそれぞれで表される化合物から選択される少なくとも1種のスルトン化合物を、非水系電解液の総量を基準として、0.1質量%〜20質量%含有する、請求項1〜8のいずれか一項に記載のリチウムイオンキャパシタ。
The non-aqueous electrolyte,
The following general formula (1):
Figure 2020036050
In the formula, R 1 to R 6 represent any one selected from the group consisting of a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and a halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and are the same as each other. And n is an integer from 0 to 3. }, The following general formula (2):
Figure 2020036050
In the formula, R 1 to R 4 represent any one selected from the group consisting of a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and a halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and are the same as each other. And n is an integer from 0 to 3. }, And the following general formula (3):
Figure 2020036050
In the formula, R 1 to R 6 are a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogenated alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and may be the same or different from each other. Good. 9. The composition according to claim 1, wherein at least one sultone compound selected from the compounds represented by} is contained in an amount of 0.1% by mass to 20% by mass based on the total amount of the non-aqueous electrolyte. The lithium ion capacitor according to claim 1.
前記負極活物質が、活性炭の表面が炭素材料で被覆された複合多孔性材料であり、かつ、
BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をVm1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をVm2(cc/g)とするとき、0.010≦Vm1≦0.250、0.001≦Vm2≦0.200、及び1.5≦Vm1/Vm2≦20.0を満たす、
請求項1〜9のいずれか一項に記載のリチウムイオンキャパシタ。
The negative electrode active material is a composite porous material in which the surface of activated carbon is coated with a carbon material, and
The amount of mesopores derived from pores having a diameter of 20 ° to 500 ° calculated by the BJH method is Vm1 (cc / g), and the amount of micropores derived from pores having a diameter of less than 20 ° calculated by the MP method is Vm2 (cc / g). ), Satisfying 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.250, 0.001 ≦ Vm2 ≦ 0.200, and 1.5 ≦ Vm1 / Vm2 ≦ 20.0,
The lithium ion capacitor according to claim 1.
前記負極活物質が、活性炭の表面が炭素材料で被覆された複合多孔性材料であり、かつ、
前記複合多孔性材料の単位質量あたり1,050mAh/g以上2,050mAh/g以下のリチウムイオンがプリドープされており、
前記炭素材料の前記活性炭に対する質量比率が、10%以上60%以下であり、そして
前記負極活物質層の厚さが、片面当たり20μm以上45μm以下である、
請求項1〜9のいずれか一項に記載のリチウムイオンキャパシタ。
The negative electrode active material is a composite porous material in which the surface of activated carbon is coated with a carbon material, and
Lithium ion of 1,050 mAh / g or more and 2,050 mAh / g or less per unit mass of the composite porous material is pre-doped;
The mass ratio of the carbon material to the activated carbon is 10% or more and 60% or less, and the thickness of the negative electrode active material layer is 20 μm or more and 45 μm or less per side.
The lithium ion capacitor according to claim 1.
前記負極活物質が、以下の(i)〜(iii):
(i)該負極活物質は、カーボンブラックと炭素材料とを含有する複合炭素材料であり、
(ii)該負極は、該負極活物質単位質量当たり1,050mAh/g以上2,500mAh/g以下のリチウムイオンがドープされており、
(iii)該負極活物質層の厚みが片面当たり10μm以上60μm以下である、
のすべてを満たす、請求項1〜9のいずれか一項に記載のリチウムイオンキャパシタ。
The negative electrode active material has the following (i) to (iii):
(I) the negative electrode active material is a composite carbon material containing carbon black and a carbon material,
(Ii) the negative electrode is doped with lithium ions of 1,050 mAh / g or more and 2,500 mAh / g or less per unit mass of the negative electrode active material;
(Iii) the thickness of the negative electrode active material layer is from 10 μm to 60 μm per side,
The lithium ion capacitor according to any one of claims 1 to 9, which satisfies all of the following.
前記正極活物質に含まれる活性炭が、
BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をV1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をV2(cc/g)とするとき、0.3<V1≦0.8、及び0.5≦V2≦1.0を満たし、かつ、
BET法により測定される比表面積が1,500m/g以上3,000m/g以下を示す活性炭である、
請求項1〜9のいずれか一項に記載のリチウムイオンキャパシタ。
Activated carbon contained in the positive electrode active material,
The amount of mesopores derived from pores having a diameter of 20 ° to 500 ° calculated by the BJH method is V1 (cc / g), and the amount of micropores derived from pores having a diameter of less than 20 ° calculated by the MP method is V2 (cc / g). ), 0.3 <V1 ≦ 0.8 and 0.5 ≦ V2 ≦ 1.0, and
Activated carbon having a specific surface area measured by the BET method of not less than 1,500 m 2 / g and not more than 3,000 m 2 / g.
The lithium ion capacitor according to claim 1.
前記正極活物質に含まれる活性炭が、
BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量V1(cc/g)が0.8<V1≦2.5を満たし、
MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量V2(cc/g)が0.8<V2≦3.0を満たし、かつ、
BET法により測定される比表面積が3,000m/g以上4,000m/g以下を示す活性炭である、
請求項1〜9のいずれか一項に記載のリチウムイオンキャパシタ。
Activated carbon contained in the positive electrode active material,
A mesopore volume V1 (cc / g) derived from pores having a diameter of 20 ° to 500 ° calculated by the BJH method satisfies 0.8 <V1 ≦ 2.5,
The micropore volume V2 (cc / g) derived from pores having a diameter of less than 20 ° calculated by the MP method satisfies 0.8 <V2 ≦ 3.0, and
Activated carbon having a specific surface area measured by a BET method of not less than 3,000 m 2 / g and not more than 4,000 m 2 / g.
The lithium ion capacitor according to claim 1.
負極電極体、正極電極体、及びセパレータを有する電極積層体と、非水系電解液とが外装体に収容されて成るリチウムイオンキャパシタであって、
前記負極電極体が、負極集電体と、該負極集電体の片面上又は両面上に設けられた負極活物質層とを有し、前記負極活物質層は、リチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料を含む負極活物質を含有し、
前記正極電極体が、正極集電体と、該正極集電体の片面上又は両面上に設けられた正極活物質層とを有し、前記正極活物質層は、活性炭を含む正極活物質を含有し、そして
前記非水系電解液が、
(a)エチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートから選択される少なくとも1種と、
(b)ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートから選択される少なくとも1種と、
(c)下記一般式(c)
−O−R (c)
{式中、Rは、ハロゲン原子又は炭素数1〜12のハロゲン化アルキル基であり、
は、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、又は炭素数1〜12のハロゲン化アルキル基である。}で表される化合物と
を含む有機溶媒を含有し、
前記(b)成分の体積比率が、前記有機溶媒の総量を基準として、20%以上であり、
前記非水系電解液が、電解質塩として、リチウムビスフルオロスルホニルイミド(LiN(SOF))及び他の電解質塩を含有し、前記リチウムビスフルオロスルホニルイミドの使用量が、前記リチウムビスフルオロスルホニルイミドと前記他の電解質塩との合計を100モル部とした場合に、50モル部以上であり、
前記負極活物質が、活性炭の表面が炭素材料で被覆された複合多孔性材料であり、かつ、
BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をVm1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をVm2(cc/g)とするとき、0.010≦Vm1≦0.250、0.001≦Vm2≦0.200、及び1.5≦Vm1/Vm2≦20.0を満たし、
前記正極活物質に含まれる活性炭が、
BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をV1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をV2(cc/g)とするとき、0.3<V1≦0.8、及び0.5≦V2≦1.0を満たし、かつ、
BET法により測定される比表面積が1,500m/g以上3,000m/g以下を示す活性炭である
ことを特徴とする、リチウムイオンキャパシタ。
A negative electrode body, a positive electrode body, an electrode laminate having a separator, and a lithium ion capacitor in which a nonaqueous electrolyte is contained in an exterior body,
The negative electrode body has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer provided on one or both surfaces of the negative electrode current collector, and the negative electrode active material layer has a carbon material capable of inserting and extracting lithium ions. Containing a negative electrode active material containing the material,
The positive electrode body has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer provided on one surface or both surfaces of the positive electrode current collector, and the positive electrode active material layer contains a positive electrode active material containing activated carbon. Containing, and said non-aqueous electrolyte solution,
(A) at least one selected from ethylene carbonate and propylene carbonate;
(B) at least one selected from dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate;
(C) The following general formula (c)
R 1 -OR 2 (c)
中 In the formula, R 1 is a halogen atom or a halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms,
R 2 is a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, or a halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms. Containing an organic solvent containing a compound represented by},
The volume ratio of the component (b) is 20% or more based on the total amount of the organic solvent;
The non-aqueous electrolytic solution contains lithium bisfluorosulfonylimide (LiN (SO 2 F) 2 ) and other electrolyte salts as electrolyte salts, and the amount of the lithium bisfluorosulfonylimide used is the lithium bisfluorosulfonylimide. 50 mol parts or more when the total of the imide and the other electrolyte salt is 100 mol parts,
The negative electrode active material is a composite porous material in which the surface of activated carbon is coated with a carbon material, and
The amount of mesopores derived from pores having a diameter of 20 to 500 mm calculated by the BJH method is Vm1 (cc / g), and the amount of micropores derived from pores having a diameter of less than 20 mm calculated by the MP method is Vm2 (cc / g). ), Satisfying 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.250, 0.001 ≦ Vm2 ≦ 0.200, and 1.5 ≦ Vm1 / Vm2 ≦ 20.0,
Activated carbon contained in the positive electrode active material,
The amount of mesopores derived from pores having a diameter of 20 ° to 500 ° calculated by the BJH method is V1 (cc / g), and the amount of micropores derived from pores having a diameter of less than 20 ° calculated by the MP method is V2 (cc / g). ), 0.3 <V1 ≦ 0.8 and 0.5 ≦ V2 ≦ 1.0, and
A lithium ion capacitor characterized by being activated carbon having a specific surface area measured by a BET method of not less than 1,500 m 2 / g and not more than 3,000 m 2 / g.
負極電極体、正極電極体、及びセパレータを有する電極積層体と、非水系電解液とが外装体に収容されて成るリチウムイオンキャパシタであって、
前記負極電極体が、負極集電体と、該負極集電体の片面上又は両面上に設けられた負極活物質層とを有し、前記負極活物質層は、リチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料を含む負極活物質を含有し、
前記正極電極体が、正極集電体と、該正極集電体の片面上又は両面上に設けられた正極活物質層とを有し、前記正極活物質層は、活性炭を含む正極活物質を含有し、そして
前記非水系電解液が、
(a)エチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートから選択される少なくとも1種と、
(b)ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートから選択される少なくとも1種と、
(c)下記一般式(c)
−O−R (c)
{式中、Rは、ハロゲン原子又は炭素数1〜12のハロゲン化アルキル基であり、
は、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、又は炭素数1〜12のハロゲン化アルキル基である。}で表される化合物と
を含む有機溶媒を含有し、
前記(b)成分の体積比率が、前記有機溶媒の総量を基準として、20%以上であり、
前記非水系電解液が、電解質塩として、リチウムビスフルオロスルホニルイミド(LiN(SOF))及び他の電解質塩を含有し、前記リチウムビスフルオロスルホニルイミドの使用量が、前記リチウムビスフルオロスルホニルイミドと前記他の電解質塩との合計を100モル部とした場合に、50モル部以上であり、
前記負極活物質が、活性炭の表面が炭素材料で被覆された複合多孔性材料であり、かつ、
前記複合多孔性材料の単位質量あたり1,050mAh/g以上2,050mAh/g以下のリチウムイオンがプリドープされており、
前記炭素材料の前記活性炭に対する質量比率が、10%以上60%以下であり、そして
前記負極活物質層の厚さが、片面当たり20μm以上45μm以下であり、
前記正極活物質に含まれる活性炭が、
BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量V1(cc/g)が0.8<V1≦2.5を満たし、
MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量V2(cc/g)が0.8<V2≦3.0を満たし、かつ、
BET法により測定される比表面積が3,000m/g以上4,000m/g以下を示す活性炭である
ことを特徴とする、リチウムイオンキャパシタ。
A negative electrode body, a positive electrode body, an electrode laminate having a separator, and a lithium ion capacitor in which a nonaqueous electrolyte is contained in an exterior body,
The negative electrode body has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer provided on one or both surfaces of the negative electrode current collector, and the negative electrode active material layer has a carbon material capable of inserting and extracting lithium ions. Containing a negative electrode active material containing the material,
The positive electrode body has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer provided on one surface or both surfaces of the positive electrode current collector, and the positive electrode active material layer contains a positive electrode active material containing activated carbon. Containing, and said non-aqueous electrolyte solution,
(A) at least one selected from ethylene carbonate and propylene carbonate;
(B) at least one selected from dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate;
(C) The following general formula (c)
R 1 -OR 2 (c)
中 In the formula, R 1 is a halogen atom or a halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms,
R 2 is a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, or a halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms. Containing an organic solvent containing a compound represented by},
The volume ratio of the component (b) is 20% or more based on the total amount of the organic solvent;
The non-aqueous electrolytic solution contains lithium bisfluorosulfonylimide (LiN (SO 2 F) 2 ) and other electrolyte salts as electrolyte salts, and the amount of the lithium bisfluorosulfonylimide used is the lithium bisfluorosulfonylimide. 50 mol parts or more when the total of the imide and the other electrolyte salt is 100 mol parts,
The negative electrode active material is a composite porous material in which the surface of activated carbon is coated with a carbon material, and
Lithium ion of 1,050 mAh / g or more and 2,050 mAh / g or less per unit mass of the composite porous material is pre-doped;
The mass ratio of the carbon material to the activated carbon is 10% or more and 60% or less, and the thickness of the negative electrode active material layer is 20 μm or more and 45 μm or less per side,
Activated carbon contained in the positive electrode active material,
A mesopore volume V1 (cc / g) derived from pores having a diameter of 20 ° to 500 ° calculated by the BJH method satisfies 0.8 <V1 ≦ 2.5,
The micropore volume V2 (cc / g) derived from pores having a diameter of less than 20 ° calculated by the MP method satisfies 0.8 <V2 ≦ 3.0, and
A lithium ion capacitor characterized by being activated carbon having a specific surface area measured by a BET method of not less than 3,000 m 2 / g and not more than 4,000 m 2 / g.
負極電極体、正極電極体、及びセパレータを有する電極積層体と、非水系電解液とが外装体に収容されて成るリチウムイオンキャパシタであって、
前記負極電極体が、負極集電体と、該負極集電体の片面上又は両面上に設けられた負極活物質層とを有し、前記負極活物質層は、リチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料を含む負極活物質を含有し、
前記正極電極体が、正極集電体と、該正極集電体の片面上又は両面上に設けられた正極活物質層とを有し、前記正極活物質層は、活性炭を含む正極活物質を含有し、そして
前記非水系電解液が、
(a)エチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートから選択される少なくとも1種と、
(b)ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートから選択される少なくとも1種と、
(c)下記一般式(c)
−O−R (c)
{式中、Rは、ハロゲン原子又は炭素数1〜12のハロゲン化アルキル基であり、
は、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、又は炭素数1〜12のハロゲン化アルキル基である。}で表される化合物と
を含む有機溶媒を含有し、
前記(b)成分の体積比率が、前記有機溶媒の総量を基準として、20%以上であり、
前記非水系電解液が、電解質塩として、リチウムビスフルオロスルホニルイミド(LiN(SOF))及び他の電解質塩を含有し、前記リチウムビスフルオロスルホニルイミドの使用量が、前記リチウムビスフルオロスルホニルイミドと前記他の電解質塩との合計を100モル部とした場合に、50モル部以上であり、
前記負極活物質が、以下の(i)〜(iii):
(i)該負極活物質は、カーボンブラックと炭素質材料とを含有する複合炭素材料であり、
(ii)該負極は、該負極活物質単位質量当たり1,050mAh/g以上2,500mAh/g以下のリチウムイオンがドープされており、
(iii)該負極活物質層の厚みが片面当たり10μm以上60μm以下である、
のすべてを満たし、
前記正極活物質に含まれる活性炭が、
BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量V1(cc/g)が0.8<V1≦2.5を満たし、
MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量V2(cc/g)が0.8<V2≦3.0を満たし、かつ、
BET法により測定される比表面積が3,000m/g以上4,000m/g以下を示す活性炭である
ことを特徴とする、リチウムイオンキャパシタ。
A negative electrode body, a positive electrode body, an electrode laminate having a separator, and a lithium ion capacitor in which a nonaqueous electrolyte is contained in an exterior body,
The negative electrode body has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer provided on one or both surfaces of the negative electrode current collector, and the negative electrode active material layer has a carbon material capable of inserting and extracting lithium ions. Containing a negative electrode active material containing the material,
The positive electrode body has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer provided on one surface or both surfaces of the positive electrode current collector, and the positive electrode active material layer contains a positive electrode active material containing activated carbon. Containing, and said non-aqueous electrolyte solution,
(A) at least one selected from ethylene carbonate and propylene carbonate;
(B) at least one selected from dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate;
(C) The following general formula (c)
R 1 -OR 2 (c)
中 In the formula, R 1 is a halogen atom or a halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms,
R 2 is a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, or a halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms. Containing an organic solvent containing a compound represented by},
The volume ratio of the component (b) is 20% or more based on the total amount of the organic solvent;
The non-aqueous electrolytic solution contains lithium bisfluorosulfonylimide (LiN (SO 2 F) 2 ) and other electrolyte salts as electrolyte salts, and the amount of the lithium bisfluorosulfonylimide used is the lithium bisfluorosulfonylimide. 50 mol parts or more when the total of the imide and the other electrolyte salt is 100 mol parts,
The negative electrode active material has the following (i) to (iii):
(I) the negative electrode active material is a composite carbon material containing carbon black and a carbonaceous material;
(Ii) the negative electrode is doped with lithium ions of 1,050 mAh / g or more and 2,500 mAh / g or less per unit mass of the negative electrode active material;
(Iii) the thickness of the negative electrode active material layer is from 10 μm to 60 μm per side,
Meet all of
Activated carbon contained in the positive electrode active material,
A mesopore volume V1 (cc / g) derived from pores having a diameter of 20 ° to 500 ° calculated by the BJH method satisfies 0.8 <V1 ≦ 2.5,
The micropore volume V2 (cc / g) derived from pores having a diameter of less than 20 ° calculated by the MP method satisfies 0.8 <V2 ≦ 3.0, and
A lithium ion capacitor characterized by being activated carbon having a specific surface area measured by a BET method of not less than 3,000 m 2 / g and not more than 4,000 m 2 / g.
負極電極体、正極電極体、及びセパレータを有する電極積層体と、非水系電解液とが外装体に収容されて成るリチウムイオンキャパシタであって、
前記負極電極体が、負極集電体と、該負極集電体の片面上又は両面上に設けられた負極活物質層とを有し、前記負極活物質層は、リチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料を含む負極活物質を含有し、
前記正極電極体が、正極集電体と、該正極集電体の片面上又は両面上に設けられた正極活物質層とを有し、前記正極活物質層は、活性炭を含む正極活物質を含有し、そして
前記非水系電解液が、
(a)エチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートから選択される少なくとも1種と、
(b)ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートから選択される少なくとも1種と、
(c)下記一般式(c)
−O−R (c)
{式中、Rは、ハロゲン原子又は炭素数1〜12のハロゲン化アルキル基であり、
は、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、又は炭素数1〜12のハロゲン化アルキル基である。}で表される化合物と
を含む有機溶媒を含有し、
前記(b)成分の体積比率が、前記有機溶媒の総量を基準として、20%以上であり、
前記非水系電解液が、電解質塩として、リチウムビスフルオロスルホニルイミド(LiN(SOF))を含有し、前記リチウムビスフルオロスルホニルイミドの使用量が、前記リチウムビスフルオロスルホニルイミドと他の電解質塩との合計を100モル部とした場合に、50モル部以上であり、そして
該リチウムイオンキャパシタにおいて、セル電圧4V及び環境温度60℃において2か月間保存した後の25℃における内部抵抗をRb(Ω)、保存前の25℃における内部抵抗をRa(Ω)、保存前の−30℃における内部抵抗をRc(Ω)、保存前の25℃における静電容量をF(F)とした時、以下の(a)から(c):
(a)RaとFの積Ra・Fが1.9以下である、
(b)Rb/Raが1.8以下である、並びに
(c)セル電圧4V及び環境温度60℃において2か月間保存した時に発生するガス量が、25℃において10×10−3cc/F以下である、
のすべてを同時に満たすことを特徴とする、リチウムイオンキャパシタ。
A negative electrode body, a positive electrode body, an electrode laminate having a separator, and a lithium ion capacitor in which a nonaqueous electrolyte is contained in an exterior body,
The negative electrode body has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer provided on one or both surfaces of the negative electrode current collector, and the negative electrode active material layer has a carbon material capable of inserting and extracting lithium ions. Containing a negative electrode active material containing the material,
The positive electrode body has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer provided on one surface or both surfaces of the positive electrode current collector, and the positive electrode active material layer contains a positive electrode active material containing activated carbon. Containing, and said non-aqueous electrolyte solution,
(A) at least one selected from ethylene carbonate and propylene carbonate;
(B) at least one selected from dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate;
(C) The following general formula (c)
R 1 -OR 2 (c)
中 In the formula, R 1 is a halogen atom or a halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms,
R 2 is a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, or a halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms. Containing an organic solvent containing a compound represented by},
The volume ratio of the component (b) is 20% or more based on the total amount of the organic solvent;
The non-aqueous electrolytic solution contains lithium bisfluorosulfonylimide (LiN (SO 2 F) 2 ) as an electrolyte salt, and the amount of the lithium bisfluorosulfonylimide used is such that the lithium bisfluorosulfonylimide and the other electrolyte are used. When the total amount of the lithium ion capacitor and the salt is 100 mol parts, the internal resistance at 25 ° C. after storage for 2 months at a cell voltage of 4 V and an environmental temperature of 60 ° C. is Rb. (Ω), the internal resistance at 25 ° C. before storage is Ra (Ω), the internal resistance at −30 ° C. before storage is Rc (Ω), and the capacitance at 25 ° C. before storage is F (F). , The following (a) to (c):
(A) the product Ra · F of Ra and F is 1.9 or less;
(B) Rb / Ra is 1.8 or less; and (c) The amount of gas generated when stored for 2 months at a cell voltage of 4 V and an environmental temperature of 60 ° C. is 10 × 10 −3 cc / F at 25 ° C. Is the following,
A lithium ion capacitor, characterized by satisfying all of the above at the same time.
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