JP2020136436A - Power storage device - Google Patents

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JP2020136436A JP2019026627A JP2019026627A JP2020136436A JP 2020136436 A JP2020136436 A JP 2020136436A JP 2019026627 A JP2019026627 A JP 2019026627A JP 2019026627 A JP2019026627 A JP 2019026627A JP 2020136436 A JP2020136436 A JP 2020136436A
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信宏 荻原
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梨歩 三木田
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Abstract

To further improve charge and discharge characteristics of a negative electrode using a layered structure.SOLUTION: A power storage device comprises: a positive electrode; a negative electrode including as a negative electrode active material, a layered structure comprising an organic skeleton layer including an aromatic dicarboxylic acid anion and an alkali metal element layer in which an alkali metal element coordinates with oxygen included in a carboxylic acid of the organic skeleton layer to form a skeleton; and an ion-conducting medium that includes at least lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI) as supporting salt and that interposes between a positive electrode and a negative electrode to conduct lithium ions.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本明細書は、蓄電デバイスを開示する。 This specification discloses a power storage device.

従来、リチウムイオン二次電池などの蓄電デバイスとしては、黒鉛負極を備え、非水電解液に支持塩としてLiPF6やリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)を用いるものが提案されている(例えば、非特許文献1など参照)。このリチウムイオン二次電池では、支持塩としてLiPF6やリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)を用いても、セルの内部抵抗に関しては、大きな差はない。また、蓄電デバイスとしては、2以上の芳香族環構造を有するジカルボン酸アニオンである芳香族化合物を含む有機骨格層と、カルボン酸アニオンに含まれる酸素にアルカリ金属元素が配位して骨格を形成するアルカリ金属元素層と、を有する層状構造体を負極活物質に用いたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。負極活物質としての層状構造体は、導電性を有さないが、非水系電解液に溶けにくく、結晶構造を保つことにより充放電サイクル特性の安定性をより高めることができる。 Conventionally, as a power storage device such as a lithium ion secondary battery, a device having a graphite negative electrode and using LiPF 6 or lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) as a supporting salt in a non-aqueous electrolytic solution has been proposed (for example). , Non-Patent Document 1, etc.). In this lithium ion secondary battery, even if LiPF 6 or lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) is used as the supporting salt, there is no big difference in the internal resistance of the cell. Further, as the power storage device, an organic skeleton layer containing an aromatic compound which is a dicarboxylic acid anion having two or more aromatic ring structures and an alkali metal element coordinate with oxygen contained in the carboxylic acid anion to form a skeleton. There has been proposed a layered structure having an alkali metal element layer and a negative electrode active material (see, for example, Patent Document 1). Although the layered structure as the negative electrode active material does not have conductivity, it is difficult to dissolve in a non-aqueous electrolytic solution, and by maintaining the crystal structure, the stability of charge / discharge cycle characteristics can be further enhanced.

特開2012−221754号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-221754

Electrochimica. Acta. 259 (2018) 949-954Electrochimica. Acta. 259 (2018) 949-954

しかしながら、上述の特許文献1の蓄電デバイスでは、充放電サイクル特性の安定性をより高めることができるものの、まだ十分でなく、負極の抵抗が高いことがあり、この抵抗を低減することなどが求められていた。このように、層状構造体を電極活物質に用いた電極の充放電特性を高めることが求められていた。 However, although the power storage device of Patent Document 1 described above can further improve the stability of charge / discharge cycle characteristics, it is still insufficient and the resistance of the negative electrode may be high, and it is required to reduce this resistance. Was being done. As described above, it has been required to enhance the charge / discharge characteristics of the electrode using the layered structure as the electrode active material.

本開示は、このような課題に鑑みなされたものであり、層状構造体を用いた負極の充放電特性をより高めることができる蓄電デバイスを提供することを主目的とする。 The present disclosure has been made in view of such a problem, and an object of the present disclosure is to provide a power storage device capable of further enhancing the charge / discharge characteristics of a negative electrode using a layered structure.

上述した目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、芳香族ジカルボン酸金属塩の層状構造体を用いる際に、特定のイミド塩を支持塩として添加すると、IV抵抗をより低減し、放電容量をより向上することができることを見いだし、本開示の発明を完成するに至った。 As a result of diligent research to achieve the above-mentioned object, the present inventors further reduce IV resistance when a specific imide salt is added as a supporting salt when using a layered structure of an aromatic dicarboxylic acid metal salt. However, they have found that the discharge capacity can be further improved, and have completed the invention of the present disclosure.

即ち、本開示の蓄電デバイスは、
正極と、
芳香族ジカルボン酸アニオンを含む有機骨格層と前記有機骨格層のカルボン酸に含まれる酸素にアルカリ金属元素が配位して骨格を形成するアルカリ金属元素層とを備える層状構造体を負極活物質として含む負極と、
支持塩として少なくともリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)を含み、前記正極と前記負極との間に介在し、リチウムイオンを伝導するイオン伝導媒体と、
を備えたものである。
That is, the power storage device of the present disclosure is
With the positive electrode
A layered structure including an organic skeleton layer containing an aromatic dicarboxylic acid anion and an alkali metal element layer in which an alkali metal element is coordinated with oxygen contained in the carboxylic acid of the organic skeleton layer to form a skeleton is used as a negative electrode active material. Including negative electrode and
An ionic conduction medium containing at least lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) as a supporting salt, interposed between the positive electrode and the negative electrode, and conducting lithium ions.
It is equipped with.

本明細書で開示する蓄電デバイスでは、層状構造体を負極活物質に用いたものにおいて、充放電特性をより向上することができる。このような効果が得られる理由は、例えば、層状構造体の負極活物質を用いた負極に対して、LiFSIを含むイオン伝導媒体を用いると、負極と電解液界面に低抵抗な皮膜が形成されるためであると推察される。 In the power storage device disclosed in the present specification, the charge / discharge characteristics can be further improved when the layered structure is used as the negative electrode active material. The reason why such an effect can be obtained is that, for example, when an ion conductive medium containing LiFSI is used for a negative electrode using a negative electrode active material of a layered structure, a low resistance film is formed at the interface between the negative electrode and the electrolytic solution. It is presumed that this is because of this.

ビフェニル骨格を有する層状構造体の構造の一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of the structure of the layered structure which has a biphenyl skeleton. ナフタレン骨格を有する層状構造体の構造の一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of the structure of the layered structure which has a naphthalene skeleton. 蓄電デバイス20の一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of a power storage device 20. 参考例1〜5の電極のXRD測定結果。XRD measurement results of the electrodes of Reference Examples 1 to 5. 参考例6〜9の電極のXRD測定結果。XRD measurement results of the electrodes of Reference Examples 6 to 9. (011)面で規格化した参考例6,8、9のXRD測定結果。(011) XRD measurement results of Reference Examples 6, 8 and 9 standardized in terms of plane. 実験例1〜5、9、11のBph層状構造体の電極特性の評価結果。Evaluation results of electrode characteristics of the Bph layered structure of Experimental Examples 1 to 5, 9 and 11. 実験例6〜8、10、12のNaph層状構造体の電極特性の評価結果。Evaluation results of electrode characteristics of Naph layered structures of Experimental Examples 6 to 8, 10 and 12. 実験例1〜5、9、11の初回充放電曲線。The initial charge / discharge curves of Experimental Examples 1 to 5, 9 and 11. 実験例6〜8、10、12の初回充放電曲線。The initial charge / discharge curves of Experimental Examples 6 to 8, 10 and 12.

(蓄電デバイス)
本開示の蓄電デバイスは、正極と、負極と、イオン伝導媒体とを備えている。この蓄電デバイスは、例えば、電気二重層キャパシタやハイブリッドキャパシタ、疑似電気二重層キャパシタ、リチウムイオン電池などとしてもよい。この負極は、有機骨格層とアルカリ金属元素層とを有する層状構造体を負極活物質として含んでいる。この負極活物質は、キャリアであるリチウムイオンを吸蔵放出するものである。この負極活物質は、芳香族ジカルボン酸アニオンを含む有機骨格層と有機骨格層のカルボン酸に含まれる酸素にアルカリ金属元素が配位して骨格を形成するアルカリ金属元素層とを備える層状構造体を含む。また、イオン伝導媒体は、正極と負極との間に介在し、リチウムイオンを伝導するものである。
(Power storage device)
The power storage device of the present disclosure includes a positive electrode, a negative electrode, and an ion conduction medium. This power storage device may be, for example, an electric double layer capacitor, a hybrid capacitor, a pseudo electric double layer capacitor, a lithium ion battery, or the like. This negative electrode contains a layered structure having an organic skeleton layer and an alkali metal element layer as a negative electrode active material. This negative electrode active material occludes and releases lithium ions, which are carriers. This negative electrode active material is a layered structure including an organic skeleton layer containing an aromatic dicarboxylic acid anion and an alkali metal element layer in which an alkali metal element is coordinated with oxygen contained in the carboxylic acid of the organic skeleton layer to form a skeleton. including. Further, the ion conduction medium is interposed between the positive electrode and the negative electrode and conducts lithium ions.

この層状構造体は、2以上の芳香環構造が接続した有機骨格層を有するものとしてもよい。この層状構造体は、芳香族化合物のπ電子相互作用により層状に形成され、空間群P21/cに帰属される単斜晶型の結晶構造を有するものとすることが、構造的に安定であり、好ましい。この層状構造体は、式(1)〜(3)のうち1以上で表される構造を有するものとしてもよい。但し、この式(1)〜(3)において、aは1以上5以下の整数であり、bは0以上3以下の整数であり、これらの芳香族化合物は、この構造中に置換基、ヘテロ原子を有してもよい。具体的には、芳香族化合物の水素の代わりに、ハロゲン、鎖状又は環状のアルキル基、アリール基、アルケニル基、アルコキシ基、アリーロキシ基、スルホニル基、アミノ基、シアノ基、カルボニル基、アシル基、アミド基、水酸基を置換基として持っていてもよいし、芳香族化合物の炭素の代わりに、窒素、硫黄、酸素が導入された構造であってもよい。より具体的には、この層状構造体は、式(4)〜(5)に示す芳香族化合物としてもよい。なお、式(1)〜(5)において、Aはアルカリ金属である。また、層状構造体は、異なるジカルボン酸アニオンの酸素4つとアルカリ金属元素とが4配位を形成する次式(6)の構造を備えているものとすることが、構造的に安定であり、好ましい。但し、この式(6)において、Rは2以上の芳香環構造を有し、複数あるRのうち2以上が同じであってもよいし、1以上が異なっていてもよい。また、Aはアルカリ金属である。このように、アルカリ金属元素によって有機骨格層が結合した構造を有することが好ましい。 This layered structure may have an organic skeleton layer in which two or more aromatic ring structures are connected. It is structurally stable that this layered structure is formed in layers by the π-electron interaction of aromatic compounds and has a monoclinic crystal structure belonging to the space group P2 1 / c. Yes, preferred. This layered structure may have a structure represented by one or more of the formulas (1) to (3). However, in the formulas (1) to (3), a is an integer of 1 or more and 5 or less, b is an integer of 0 or more and 3 or less, and these aromatic compounds have substituents and heteros in this structure. It may have an atom. Specifically, instead of the hydrogen of the aromatic compound, a halogen, a chain or cyclic alkyl group, an aryl group, an alkenyl group, an alkoxy group, an aryloxy group, a sulfonyl group, an amino group, a cyano group, a carbonyl group and an acyl group. , An amide group or a hydroxyl group may be used as a substituent, or a structure in which nitrogen, sulfur or oxygen is introduced instead of the carbon of the aromatic compound may be used. More specifically, this layered structure may be an aromatic compound represented by the formulas (4) to (5). In the formulas (1) to (5), A is an alkali metal. Further, it is structurally stable that the layered structure has a structure of the following formula (6) in which four oxygens of different dicarboxylic acid anions and an alkali metal element form a tetracoordination. preferable. However, in this formula (6), R has two or more aromatic ring structures, and two or more of the plurality of Rs may be the same, or one or more may be different. Further, A is an alkali metal. As described above, it is preferable to have a structure in which the organic skeleton layer is bonded by the alkali metal element.

この層状構造体において、有機骨格層は、2以上の芳香環構造を有する場合、例えば、ビフェニルなど2以上の芳香環が結合した芳香族多環化合物としてもよいし、ナフタレンやアントラセン、ピレンなど2以上の芳香環が縮合した縮合多環化合物としてもよい。この芳香環は、五員環や六員環、八員環としてもよく、六員環が好ましい。また、芳香環は、2以上5以下とするのが好ましい。芳香環が2以上では層状構造を形成しやすく、芳香環が5以下ではエネルギー密度をより高めることができる。この有機骨格層は、芳香環に1又は2以上のカルボキシアニオンが結合した構造を有するものとしてもよい。有機骨格層は、ジカルボン酸アニオンのうちカルボン酸アニオンの一方と他方とが芳香環構造の対角位置に結合されている芳香族化合物を含むものとするのが好ましい。カルボン酸が結合されている対角位置とは、一方のカルボン酸の結合位置から他方のカルボン酸の結合位置までが最も遠い位置としてもよく、例えば芳香環構造がビフェニルであれば、4,4’位が挙げられ、ナフタレンであれば2,6位が挙げられる。 In this layered structure, when the organic skeleton layer has two or more aromatic ring structures, for example, it may be an aromatic polycyclic compound in which two or more aromatic rings such as biphenyl are bonded, or 2 such as naphthalene, anthracene, and pyrene. A condensed polycyclic compound obtained by condensing the above aromatic rings may be used. This aromatic ring may be a five-membered ring, a six-membered ring, or an eight-membered ring, and a six-membered ring is preferable. The aromatic ring is preferably 2 or more and 5 or less. When the number of aromatic rings is 2 or more, a layered structure is likely to be formed, and when the number of aromatic rings is 5 or less, the energy density can be further increased. This organic skeleton layer may have a structure in which one or more carboxy anions are bonded to an aromatic ring. The organic skeleton layer preferably contains an aromatic compound in which one and the other of the dicarboxylic acid anions are bonded at diagonal positions of the aromatic ring structure. The diagonal position to which the carboxylic acid is bonded may be the position farthest from the bonding position of one carboxylic acid to the bonding position of the other carboxylic acid. For example, if the aromatic ring structure is biphenyl, 4,4 'The place is listed, and if it is naphthalene, the second and sixth places are listed.

アルカリ金属元素層は、例えば図1、2に示すように、カルボン酸アニオンに含まれる酸素にアルカリ金属元素が配位して骨格を形成している。図1は、4、4’−ビフェニルジカルボン酸ジリチウムを具体例とする、層状構造体の構造の一例を示す説明図である。図2は、2、6−ナフタレンジカルボン酸ジリチウムを具体例とする、層状構造体の構造の一例を示す説明図である。アルカリ金属元素層に含まれるアルカリ金属は、例えば、Li,Na及びKなどのうちいずれか1以上とすることができるが、Liが好ましい。なお、蓄電デバイスのキャリアであり、充放電により層状構造体に吸蔵・放出される金属イオンは、アルカリ金属元素層に含まれるアルカリ金属元素と異なるものとしてもよいし、同じものとしてもよく、例えば、Li,Na及びKなどのうちいずれか1以上とすることができる。また、アルカリ金属元素層に含まれるアルカリ金属元素は、層状構造体の骨格を形成することから、充放電に伴うイオン移動には関与しないもの、すなわち、充放電時に吸蔵放出されないものと推察される。このように構成された層状構造体は、図1、2に示すように、構造においては、有機骨格層とこの有機骨格層の間に存在するLi層(アルカリ金属元素層)とにより形成されている。エネルギー貯蔵メカニズムにおいては、層状構造体の有機骨格層はレドックス(e-)サイトとして機能する一方、アルカリ金属元素層はキャリアである金属イオンの吸蔵サイト(アルカリ金属イオン吸蔵サイト)として機能するものと考えられる。この層状構造体は、例えば、2、6−ナフタレンジカルボン酸アルカリ金属塩、4、4’−ビフェニルジカルボン酸アルカリ金属塩及びテレフタル酸アルカリ金属塩のうち1以上が好ましい。 As shown in FIGS. 1 and 2, for example, the alkali metal element layer forms a skeleton in which the alkali metal element is coordinated with oxygen contained in the carboxylic acid anion. FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of the structure of a layered structure, using dilithium 4,4'-biphenyldicarboxylic acid as a specific example. FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the structure of a layered structure, using dilithium 2,6-naphthalenedicarboxylic acid as a specific example. The alkali metal contained in the alkali metal element layer can be, for example, any one or more of Li, Na, K, and the like, but Li is preferable. The metal ions that are carriers of the power storage device and are occluded and released into the layered structure by charging and discharging may be different from or the same as the alkali metal elements contained in the alkali metal element layer, for example. , Li, Na, K, and the like, whichever is one or more. Further, since the alkali metal elements contained in the alkali metal element layer form the skeleton of the layered structure, it is presumed that they are not involved in the ion movement accompanying charge / discharge, that is, they are not stored and released during charge / discharge. .. As shown in FIGS. 1 and 2, the layered structure thus constructed is formed of an organic skeleton layer and a Li layer (alkali metal element layer) existing between the organic skeleton layers. There is. In the energy storage mechanism, organic framework layer of the layered structure redox (e -) while functioning as a site, the alkali metal element layer and functions as a storage site for the metal ion is a carrier (alkali metal ion adsorption site) Conceivable. The layered structure is preferably, for example, one or more of 2,6-naphthalenedicarboxylic acid alkali metal salt, 4,4'-biphenyldicarboxylic acid alkali metal salt and terephthalic acid alkali metal salt.

この層状構造体は、芳香族ジカルボン酸アニオンとアルカリ金属カチオンとを含む溶液を噴霧乾燥する噴霧乾燥法により作製されるものとしてもよい。噴霧乾燥は、スプレードライヤーにより行うものとしてもよい。噴霧乾燥条件は、例えば、装置の規模や作製する電極活物質の量によって適宜調整すればよい。噴霧乾燥する調製溶液は、芳香族ジカルボン酸アニオンの濃度が0.1mol/L以上、より好ましくは、0.2mol/L以上であることが好ましい。また、調製溶液は、芳香族ジカルボン酸アニオンのモル数A(mol)に対するアルカリ金属カチオンのモル数B(mol)であるモル比B/Aが2.2以上であることが好ましい。このように、アルカリ金属カチオンを過剰とすることにより、蓄電デバイス用電極の抵抗をより低減することができ、好ましい。このモル比B/Aは、2.5以上であるものとしてもよい。また、このモル比B/Aは、3.0以下であるものとしてもよい。乾燥温度は、例えば、100℃以上250℃以下の範囲とすることが好ましい。100℃以上では、溶媒を十分に除去することができ、250℃以下では、消費エネルギーをより低減でき好ましい。乾燥温度は、120℃以上や150℃以上がより好ましく、220℃以下がより好ましい。また、供給液量は、作製する規模にもよるが、例えば、0.1L/h以上2L/h以下の範囲としてもよい。また、調製溶液を噴霧するノズルサイズは、作製する規模にもよるが、例えば、直径0.5mm以上5mm以下の範囲としてもよい。 This layered structure may be prepared by a spray drying method in which a solution containing an aromatic dicarboxylic acid anion and an alkali metal cation is spray-dried. The spray drying may be performed by a spray dryer. The spray drying conditions may be appropriately adjusted depending on, for example, the scale of the apparatus and the amount of the electrode active material to be produced. The concentration of the aromatic dicarboxylic acid anion in the spray-dried preparation solution is preferably 0.1 mol / L or more, more preferably 0.2 mol / L or more. Further, the prepared solution preferably has a molar ratio B / A of 2.2 or more, which is the number of moles B (mol) of the alkali metal cation with respect to the number A (mol) of the aromatic dicarboxylic acid anion. By making the alkali metal cation excessive in this way, the resistance of the electrode for the power storage device can be further reduced, which is preferable. This molar ratio B / A may be 2.5 or more. Further, the molar ratio B / A may be 3.0 or less. The drying temperature is preferably in the range of 100 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, for example. At 100 ° C. or higher, the solvent can be sufficiently removed, and at 250 ° C. or lower, energy consumption can be further reduced, which is preferable. The drying temperature is more preferably 120 ° C. or higher, 150 ° C. or higher, and more preferably 220 ° C. or lower. The amount of the supplied liquid may be in the range of 0.1 L / h or more and 2 L / h or less, for example, depending on the scale of production. The nozzle size for spraying the prepared solution may be, for example, in the range of 0.5 mm or more and 5 mm or less in diameter, although it depends on the scale of production.

ビフェニル骨格を有する有機骨格層を備える層状構造体では、噴霧乾燥法による作製時には、層状構造体の剥片の集合を内包して形成される中空球状構造を有する。この負極は、この中空球状構造を解砕し剥片状の層状構造体を用いるため、所定の結晶面で配向している。この蓄電デバイス用電極は、電極をX線回折測定したときに、(111)のピーク強度に対する(300)のピーク強度比P(300)/P(111)が2.0以上を示すものとしてもよい。即ち、(300)のピーク強度が(111)のピーク強度の2倍以上を示すものとしてもよい。この強度比は、2.5以上を示すことがより好ましく、3.0以上を示すことが更に好ましい。また、この強度比は、5.0以下であるものとしてもよい。この範囲では、層状構造体の層間隔などが良好であり、電極抵抗をより低減することができる。また、この蓄電デバイス用電極は、電極をX線回折測定したときに、X線回折測定での(011)のピーク強度に対する(300)のピーク強度比P(300)/P(011)が2.0以上を示すものとしてもよい。即ち、(300)のピーク強度が(011)のピーク強度の2倍以上を示すものとしてもよい。この強度比は、2.5以上を示すことがより好ましく、3.0以上を示すことが更に好ましい。また、この強度比は、5.0以下であるものとしてもよい。この範囲では、層状構造体の層間隔などが良好であり、電極抵抗をより低減することができる。また、この蓄電デバイス用電極は、電極をX線回折測定したときに、X線回折測定での(111)のピーク強度に対する(100)のピーク強度比P(100)/P(111)が6.0以上を示すものとしてもよい。即ち、(100)のピーク強度が(111)のピーク強度の6倍以上を示すものとしてもよい。この強度比は、6.5以上を示すことがより好ましく、6.6以上を示すことが更に好ましい。また、この強度比は、10.0以下であるものとしてもよい。この範囲では、層状構造体の層間隔などが良好であり、電極抵抗をより低減することができる。また、この蓄電デバイス用電極は、電極をX線回折測定したときに、(011)のピーク強度に対する(100)のピーク強度比P(100)/P(011)が5.0以上を示すものとしてもよい。即ち、(100)のピーク強度が(011)のピーク強度の5倍以上を示すものとしてもよい。この強度比は、6.0以上を示すことがより好ましく、6.5以上を示すことが更に好ましい。また、この強度比は、10.0以下であるものとしてもよい。この範囲では、層状構造体の層間隔などが良好であり、電極抵抗をより低減することができる。また、この蓄電デバイス用電極は、電極をX線回折測定したときに、(300)のピーク強度に対する(100)のピーク強度比P(100)/P(300)が1.5以上を示すものとしてもよい。即ち、(100)のピーク強度が(300)のピーク強度の1倍以上を示すものとしてもよい。この強度比は、1.8以上を示すことがより好ましく、2.0以上を示すことが更に好ましい。また、この強度比は、5.0以下であるものとしてもよい。この範囲では、層状構造体の層間隔などが良好であり、電極抵抗をより低減することができる。また、蓄電デバイス用電極は、電極をX線回折測定したときに、このように、蓄電デバイス用電極は、電極内部に存在する活物質の小さな剥片が特異的な配向をしており、n00面に相当するピーク強度が大きくなる傾向を示す。また、この蓄電デバイス用電極は、表面を走査型電子顕微鏡で観察したときに平滑な面を有するものとしてもよい。この電極活物質は、容易に解砕され、剥片を高分散した電極とすることができるため、電極表面がより平滑になる。このピーク強度比を満たす蓄電デバイス用電極は、特に4、4’−ビフェニルジカルボン酸アルカリ金属塩を含むものとしてもよい。 The layered structure including the organic skeleton layer having a biphenyl skeleton has a hollow spherical structure formed by encapsulating a collection of flakes of the layered structure at the time of preparation by the spray drying method. This negative electrode is oriented on a predetermined crystal plane because the hollow spherical structure is crushed and a flaky layered structure is used. Even if the electrode for the power storage device shows a peak intensity ratio P (300) / P (111) of (300) to the peak intensity of (111) of 2.0 or more when the electrode is measured by X-ray diffraction. Good. That is, the peak intensity of (300) may be more than twice the peak intensity of (111). This strength ratio is more preferably 2.5 or more, and further preferably 3.0 or more. Further, this strength ratio may be 5.0 or less. In this range, the layer spacing of the layered structure is good, and the electrode resistance can be further reduced. Further, in this electrode for the power storage device, when the electrode is X-ray diffraction measured, the peak intensity ratio P (300) / P (011) of (300) to the peak intensity of (011) in the X-ray diffraction measurement is 2. It may indicate 0.0 or more. That is, the peak intensity of (300) may be more than twice the peak intensity of (011). This strength ratio is more preferably 2.5 or more, and further preferably 3.0 or more. Further, this strength ratio may be 5.0 or less. In this range, the layer spacing of the layered structure is good, and the electrode resistance can be further reduced. Further, when the electrode for the power storage device is X-ray diffraction measured, the peak intensity ratio P (100) / P (111) of (100) to the peak intensity of (111) in the X-ray diffraction measurement is 6. It may indicate 0.0 or more. That is, the peak intensity of (100) may be 6 times or more the peak intensity of (111). This strength ratio is more preferably 6.5 or more, and further preferably 6.6 or more. Further, this strength ratio may be 10.0 or less. In this range, the layer spacing of the layered structure is good, and the electrode resistance can be further reduced. Further, this electrode for a power storage device shows a peak intensity ratio P (100) / P (011) of (100) to the peak intensity of (011) of 5.0 or more when the electrode is measured by X-ray diffraction. May be. That is, the peak intensity of (100) may be 5 times or more the peak intensity of (011). This intensity ratio is more preferably 6.0 or more, and even more preferably 6.5 or more. Further, this strength ratio may be 10.0 or less. In this range, the layer spacing of the layered structure is good, and the electrode resistance can be further reduced. Further, this electrode for a power storage device shows a peak intensity ratio P (100) / P (300) of (100) to a peak intensity of (300) of 1.5 or more when the electrode is measured by X-ray diffraction. May be. That is, the peak intensity of (100) may be one or more times the peak intensity of (300). This strength ratio is more preferably 1.8 or more, and further preferably 2.0 or more. Further, this strength ratio may be 5.0 or less. In this range, the layer spacing of the layered structure is good, and the electrode resistance can be further reduced. Further, when the electrode for the power storage device is measured by X-ray diffraction, the electrode for the power storage device has a specific orientation in which small flakes of the active material existing inside the electrode are oriented in a specific manner. It shows a tendency that the peak intensity corresponding to is increased. Further, the electrode for the power storage device may have a smooth surface when the surface is observed with a scanning electron microscope. This electrode active material can be easily crushed to form an electrode in which flakes are highly dispersed, so that the electrode surface becomes smoother. The electrode for a power storage device satisfying this peak intensity ratio may particularly contain a 4,4'-biphenyldicarboxylic acid alkali metal salt.

また、ナフタレン骨格を有する有機骨格層を備える層状構造体では、噴霧乾燥法により作製すると、その層状構造体は、下記(1)〜(3)のうち1以上を満たす。更に、この負極活物質は、下記(4)〜(8)のうち1以上を満たすことが好ましい。ナフタレン骨格を有する層状構造体において、(002)面、(102)面、(211)面及び(112)面の面間隔は、有機骨格層における、ナフタレン骨格とナフタレン骨格との層状構造に基づく間隔である。また、(200)面の面間隔は、アルカリ金属元素層とアルカリ金属元素層との間における有機骨格層に基づく間隔である。そして、この面間隔が下記範囲にあると、結晶性が良好な層状構造体であるといえる。
(1)X線回折測定での(011)のピーク強度に対する(002)のピーク強度比P(002)/P(011)が0.25以上を示す。
(2)X線回折測定での(011)のピーク強度に対する(102)のピーク強度比P(102)/P(011)が0.50以上を示す。
(3)X線回折測定での(011)のピーク強度に対する(112)のピーク強度比P(112)/P(011)が0.60以上を示す。
(4)X線回折測定での(002)面(図2A参照)の面間隔が0.42400nm以上0.42700nm以下の範囲であることが好ましく、0.42550nm以上0.42650nm以下の範囲であることがより好ましい。
(5)X線回折測定での(102)面(図2B参照)の面間隔が0.37000nm以上0.37350nm以下の範囲であることが好ましく、0.37250nm以上0.37320nm以下の範囲であることがより好ましい。
(6)X線回折測定での(112)面(図2C参照)の面間隔が0.30400nm以上0.30600nm以下の範囲であることが好ましく、0.30500nm以上0.30580nm以下の範囲であることがより好ましい。
(7)X線回折測定での(211)面(図2D参照)の面間隔が0.32250nm以上0.32520nm以下の範囲であることが好ましく、0.32408nm以上0.32500nm以下の範囲であることがより好ましい。
(8)X線回折測定での(200)面(図2E参照)の面間隔が0.50500nm以上0.50900nm以下の範囲であることが好ましく、0.50600nm以上0.50800nm以下の範囲であることがより好ましい。
Further, in a layered structure having an organic skeleton layer having a naphthalene skeleton, when produced by a spray drying method, the layered structure satisfies one or more of the following (1) to (3). Further, it is preferable that the negative electrode active material satisfies one or more of the following (4) to (8). In a layered structure having a naphthalene skeleton, the surface spacing of the (002) plane, (102) plane, (211) plane and (112) plane is the spacing based on the layered structure of the naphthalene skeleton and the naphthalene skeleton in the organic skeleton layer. Is. The surface spacing of the (200) plane is a spacing based on the organic skeleton layer between the alkali metal element layer and the alkali metal element layer. When the surface spacing is in the following range, it can be said that the layered structure has good crystallinity.
(1) The peak intensity ratio P (002) / P (011) of (002) to the peak intensity of (011) in the X-ray diffraction measurement shows 0.25 or more.
(2) The peak intensity ratio P (102) / P (011) of (102) to the peak intensity of (011) in the X-ray diffraction measurement shows 0.50 or more.
(3) The peak intensity ratio P (112) / P (011) of (112) to the peak intensity of (011) in the X-ray diffraction measurement shows 0.60 or more.
(4) The surface spacing of the (002) plane (see FIG. 2A) in the X-ray diffraction measurement is preferably in the range of 0.42400 nm or more and 0.42700 nm or less, and preferably in the range of 0.42550 nm or more and 0.42650 nm or less. Is more preferable.
(5) The surface spacing of the (102) plane (see FIG. 2B) in the X-ray diffraction measurement is preferably in the range of 0.37000 nm or more and 0.37350 nm or less, and is in the range of 0.37250 nm or more and 0.37320 nm or less. Is more preferable.
(6) The surface spacing of the (112) plane (see FIG. 2C) in the X-ray diffraction measurement is preferably in the range of 0.30400 nm or more and 0.30600 nm or less, and preferably in the range of 0.30500 nm or more and 0.30580 nm or less. Is more preferable.
(7) The surface spacing of the (211) plane (see FIG. 2D) in the X-ray diffraction measurement is preferably in the range of 0.32250 nm or more and 0.32520 nm or less, and preferably in the range of 0.32408 nm or more and 0.32500 nm or less. Is more preferable.
(8) The surface spacing of the (200) plane (see FIG. 2E) in the X-ray diffraction measurement is preferably in the range of 0.50500 nm or more and 0.50900 nm or less, and is in the range of 0.50600 nm or more and 0.50800 nm or less. Is more preferable.

このピーク強度比P(002)/P(011)は、0.30以上を示すことが好ましく、0.32以上を示すことがより好ましい。ピーク強度比P(111)/P(011)は、0.65以上を示すことが好ましい。ピーク強度比P(102)/P(011)は、0.60以上を示すことが好ましく、0.75以上を示すことがより好ましい。ピーク強度比P(112)/P(011)は、0.65以上を示すことが好ましく、0.70以上を示すことがより好ましい。また、X線回折測定での(011)のピーク強度に対する(110)のピーク強度比P(110)/P(011)は、0.30以下を示すことが好ましく、0.28以下を示すことがより好ましく、0.25以下を示すことが更に好ましい。 The peak intensity ratio P (002) / P (011) preferably shows 0.30 or more, and more preferably 0.32 or more. The peak intensity ratio P (111) / P (011) preferably shows 0.65 or more. The peak intensity ratio P (102) / P (011) preferably shows 0.60 or more, and more preferably 0.75 or more. The peak intensity ratio P (112) / P (011) preferably shows 0.65 or more, and more preferably 0.70 or more. Further, the peak intensity ratio P (110) / P (011) of (110) to the peak intensity of (011) in the X-ray diffraction measurement preferably shows 0.30 or less, and preferably 0.28 or less. Is more preferable, and it is further preferable to show 0.25 or less.

この負極は、負極活物質としての上述した層状構造体と、結着材と、導電材とを含む負極合材が集電体に形成されているものとしてもよい。負極合材は、結着材として水溶性ポリマーを含むものとしてもよい。水溶性ポリマーは、カルボキシメチルセルロース(CMC)を少なくとも含み、ポリビニルアルコール(PVA)やスチレンブタジエン共重合体(SBR)、ポリエチレンオキシド(PEO)のうちいずれか1以上を含むものとしてもよい。カルボキシメチルセルロースは、例えば、カルボキシメチル基の末端がナトリウムやカルシウムなどである無機塩としてもよいし、カルボキシメチル基の末端がアンモニウムであるアンモニウム塩としてもよい。この負極合材は、負極活物質と導電材と結着材との全体(以下、合材全体とも称する)のうちカルボキシメチルセルロースを1.5質量%以上3.5質量%以下の範囲で含むことが好ましい。カルボキシメチルセルロースが1.5質量%以上では、負極合材に含まれる物質の分散が十分となり、電極抵抗をより低下することができる。また、カルボキシメチルセルロースが3.5質量%以下では、電子パスの阻害発生をより抑制することができ、電極抵抗をより低下することができる。CMCがこの範囲では、電極抵抗をより低下することにより、電極容量をより向上することができる。また、負極合材は、合材全体のうちカルボキシメチルセルロースを2.0質量%未満含むものとしてもよい。あるいは、負極は、カルボキシメチルセルロースを1.8質量%以上2.5質量%以下の範囲で含むことがより好ましい。この範囲では、更に電極抵抗を低減させ、更に電極容量を向上することができる。 The negative electrode may be a current collector in which a negative electrode mixture containing the above-mentioned layered structure as a negative electrode active material, a binder, and a conductive material is formed. The negative electrode mixture may contain a water-soluble polymer as a binder. The water-soluble polymer may contain at least carboxymethyl cellulose (CMC) and may contain any one or more of polyvinyl alcohol (PVA), styrene-butadiene copolymer (SBR), and polyethylene oxide (PEO). The carboxymethyl cellulose may be, for example, an inorganic salt having a carboxymethyl group terminal such as sodium or calcium, or an ammonium salt having an ammonium carboxymethyl group terminal. This negative electrode mixture contains carboxymethyl cellulose in a range of 1.5% by mass or more and 3.5% by mass or less of the entire negative electrode active material, the conductive material, and the binder (hereinafter, also referred to as the entire mixture). Is preferable. When the amount of carboxymethyl cellulose is 1.5% by mass or more, the substance contained in the negative electrode mixture is sufficiently dispersed, and the electrode resistance can be further reduced. Further, when carboxymethyl cellulose is 3.5% by mass or less, the occurrence of electron path inhibition can be further suppressed, and the electrode resistance can be further reduced. In this range of CMC, the electrode capacitance can be further improved by further lowering the electrode resistance. Further, the negative electrode mixture may contain less than 2.0% by mass of carboxymethyl cellulose in the entire mixture. Alternatively, the negative electrode more preferably contains carboxymethyl cellulose in a range of 1.8% by mass or more and 2.5% by mass or less. In this range, the electrode resistance can be further reduced and the electrode capacitance can be further improved.

CMCやPEOなどを含む水溶性ポリマーは、合材全体のうち5質量%以上12質量%以下の範囲で負極に含まれることが好ましい。ポリエチレンオキシドは、分子量が50万以上であることが好ましく、100万以上がより好ましく、200万以上が更に好ましい。この分子量は、50万以上では、より良好な機能を奏する。この分子量は、300万以下の範囲としてもよい。ポリエチレンオキシドは、電極に8質量%以下の範囲で含むことが好ましい。スチレンブタジエン共重合体は、電極に8質量%以下の範囲で含むことが好ましい。ポリビニルアルコール(PVA)は、電極に8質量%以下の範囲で含むことが好ましい。8質量%以下であれば、活物質、導電材、水溶性ポリマーの量が少なくなり過ぎないため、活物質や導電材、水溶性ポリマーの機能を十分に発揮できる。また、負極は、上述した水溶性ポリマーに加えて、又はこれに代えて他の結着材を含むものとしてもよい。結着材としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、或いはポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、エチレン−プロピレン−ジエン−モノマー(EPDM)ゴム、スルホン化EPDMゴム、天然ブチルゴム(NBR)等としてもよい。これらは、単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。 The water-soluble polymer containing CMC, PEO, etc. is preferably contained in the negative electrode in the range of 5% by mass or more and 12% by mass or less of the entire mixture. The polyethylene oxide preferably has a molecular weight of 500,000 or more, more preferably 1 million or more, and even more preferably 2 million or more. When this molecular weight is 500,000 or more, it performs a better function. This molecular weight may be in the range of 3 million or less. The polyethylene oxide is preferably contained in the electrode in the range of 8% by mass or less. The styrene-butadiene copolymer is preferably contained in the electrode in the range of 8% by mass or less. Polyvinyl alcohol (PVA) is preferably contained in the electrode in the range of 8% by mass or less. When it is 8% by mass or less, the amounts of the active material, the conductive material, and the water-soluble polymer are not too small, so that the functions of the active material, the conductive material, and the water-soluble polymer can be sufficiently exhibited. Further, the negative electrode may contain another binder in addition to or instead of the water-soluble polymer described above. Examples of the binder include fluororesins such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF) and fluororubber, thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene, and ethylene-propylene-diene-monomer (EPDM). ) Rubber, sulfonated EPDM rubber, natural butyl rubber (NBR) and the like may be used. These can be used alone or as a mixture of two or more.

導電材は、電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば特に限定されず、例えば、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛)や人造黒鉛などの黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンウィスカ、ニードルコークス、炭素繊維などの炭素材料、金属(銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金など)などの1種又は2種以上を混合したものを用いることができる。これらの中で、導電材としては、電子伝導性及び塗工性の観点より、カーボンブラック及びアセチレンブラックが好ましい。蓄電デバイス用電極は、電極合材全体のうち導電材を5質量%以上25質量%以下の範囲で含むことが好ましく、10質量%以上としてもよいし、15質量%以上としてもよい。5質量%以上であれば、電極に十分な導電性を持たせることができ、充放電特性の劣化を抑制できる。また、25質量%以下であれば、活物質や水溶性ポリマーが少なくなり過ぎないため、活物質や水溶性ポリマーの機能を十分に発揮できる。 The conductive material is not particularly limited as long as it is an electron conductive material that does not adversely affect the battery performance. For example, graphite such as natural graphite (scaly graphite, scaly graphite) or artificial graphite, acetylene black, carbon black, Ketjen A carbon material such as black, carbon whisker, needle coke, carbon fiber, or a mixture of one or more of metals (copper, nickel, aluminum, silver, gold, etc.) can be used. Among these, carbon black and acetylene black are preferable as the conductive material from the viewpoint of electron conductivity and coatability. The electrode for the power storage device preferably contains the conductive material in the range of 5% by mass or more and 25% by mass or less of the entire electrode mixture, and may be 10% by mass or more, or 15% by mass or more. When it is 5% by mass or more, the electrode can be provided with sufficient conductivity, and deterioration of charge / discharge characteristics can be suppressed. Further, if it is 25% by mass or less, the active material and the water-soluble polymer are not excessively reduced, so that the functions of the active material and the water-soluble polymer can be sufficiently exhibited.

負極は、負極活物質をより多く含むことが好ましく、負極合材全体のうち負極活物質が65質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、75質量%以上としてもよい。また、負極活物質は、85質量%以下や75質量%以下の範囲としてもよい。負極活物質を85質量%以下の範囲で含むものでは、導電材や水溶性ポリマーの量が少なくなり過ぎないため、導電材や水溶性ポリマーの機能を十分に発揮できる。 The negative electrode preferably contains a larger amount of the negative electrode active material, and the negative electrode active material is preferably 65% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and 75% by mass or more in the entire negative electrode mixture. May be good. Further, the negative electrode active material may be in the range of 85% by mass or less or 75% by mass or less. When the negative electrode active material is contained in the range of 85% by mass or less, the amount of the conductive material or the water-soluble polymer does not become too small, so that the functions of the conductive material and the water-soluble polymer can be fully exhibited.

負極において、負極合材は、溶剤を用いてペースト状又は坏土状にして集電体に形成されることが好ましい。この溶剤としては、水を用いてもよいし、例えば、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチレントリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフランなどの有機溶剤を用いてもよい。ここでは水溶性ポリマーを用いるため、水が好適である。集電体としては、銅、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、Al−Cd合金などのほか、接着性、導電性及び耐還元性向上の目的で、例えば銅などの表面をカーボン、ニッケル、チタンや銀などで処理したものも用いることができる。このうち、蓄電デバイス用電極の集電体は、アルミニウム金属とすることがより好ましい。即ち、層状構造体は、アルミニウム金属の集電体に形成されていることが好ましい。アルミニウムは、豊富に存在し、耐食性に優れるからである。これらについては、表面を酸化処理することも可能である。集電体の形状については、箔状、フィルム状、シート状、ネット状、パンチ又はエキスパンドされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の形成体などが挙げられる。集電体の厚さは、例えば1〜500μmのものが用いられる。 In the negative electrode, the negative electrode mixture is preferably formed into a current collector in the form of a paste or earth using a solvent. Water may be used as the solvent, and for example, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methylethylketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethylenetriamine, N, N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, etc. An organic solvent such as tetrahydrofuran may be used. Since a water-soluble polymer is used here, water is suitable. As a current collector, copper, nickel, stainless steel, titanium, aluminum, calcined carbon, conductive polymer, conductive glass, Al-Cd alloy, etc., as well as for the purpose of improving adhesiveness, conductivity and reduction resistance. For example, one having a surface of copper or the like treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like can also be used. Of these, it is more preferable that the current collector of the electrode for the power storage device is made of aluminum metal. That is, it is preferable that the layered structure is formed of an aluminum metal current collector. This is because aluminum is abundant and has excellent corrosion resistance. For these, it is also possible to oxidize the surface. Examples of the shape of the current collector include a foil shape, a film shape, a sheet shape, a net shape, a punched or expanded body, a lath body, a porous body, a foam body, and a fiber group forming body. As the thickness of the current collector, for example, one having a thickness of 1 to 500 μm is used.

正極は、キャパシタやリチウムイオンキャパシタなどに用いられている公知の正極を用いてもよい。正極は、例えば、正極活物質として炭素材料を含むものとしてもよい。炭素材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、活性炭類、コークス類、ガラス状炭素類、黒鉛類、難黒鉛化性炭素類、熱分解炭素類、炭素繊維類、カーボンナノチューブ類、ポリアセン類などが挙げられる。このうち、高比表面積を示す活性炭類が好ましい。炭素材料としての活性炭は、比表面積が1000m2/g以上であることが好ましく、1500m2/g以上であることがより好ましい。比表面積が1000m2/g以上では、放電容量をより高めることができる。この活性炭の比表面積は、作製の容易性から3000m2/g以下であることが好ましく、2000m2/g以下であることがより好ましい。なお、正極では、イオン伝導媒体に含まれるアニオン及びカチオンの少なくとも一方を吸着・脱離して蓄電するものと考えられるが、さらに、イオン伝導媒体に含まれるアニオン及びカチオンの少なくとも一方を挿入・脱離して蓄電するものとしてもよい。 As the positive electrode, a known positive electrode used for a capacitor, a lithium ion capacitor, or the like may be used. The positive electrode may contain, for example, a carbon material as the positive electrode active material. The carbon material is not particularly limited, but for example, activated carbons, cokes, glassy carbons, graphites, graphitizable carbons, thermally decomposed carbons, carbon fibers, carbon nanotubes, etc. Examples include graphite. Of these, activated carbons showing a high specific surface area are preferable. Activated carbon as a carbon material preferably has a specific surface area of 1000 m 2 / g or more, and more preferably 1500 m 2 / g or more. When the specific surface area is 1000 m 2 / g or more, the discharge capacity can be further increased. The specific surface area of this activated carbon is preferably 3000 m 2 / g or less, and more preferably 2000 m 2 / g or less, from the viewpoint of ease of production. It is considered that at the positive electrode, at least one of the anion and the cation contained in the ion conduction medium is adsorbed and desorbed to store electricity, but further, at least one of the anion and the cation contained in the ion conduction medium is inserted and desorbed. It may be used to store electricity.

あるいは、正極は、一般的なリチウムイオン電池に用いられる正極としてもよい。この場合、正極活物質としては、遷移金属元素を含む硫化物や、リチウムと遷移金属元素とを含む酸化物などを用いることができる。具体的には、TiS2、TiS3、MoS3、FeS2などの遷移金属硫化物、基本組成式をLi(1-x)MnO2(0<x<1など、以下同じ)やLi(1-x)Mn24などとするリチウムマンガン複合酸化物、基本組成式をLi(1-x)CoO2などとするリチウムコバルト複合酸化物、基本組成式をLi(1-x)NiO2などとするリチウムニッケル複合酸化物、基本組成式をLi(1-x)NiaCobMnc2(a+b+c=1)やLi(1-x)NiaCobMnc4(a+b+c=2)などとするリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、基本組成式をLiV23などとするリチウムバナジウム複合酸化物、基本組成式をV25などとする遷移金属酸化物などを用いることができる。また、正極活物質は、リン酸鉄リチウムなどとしてもよい。これらのうち、リチウムの遷移金属複合酸化物、例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2などが好ましい。なお、「基本組成式」とは、他の元素を含んでもよい趣旨である。 Alternatively, the positive electrode may be a positive electrode used in a general lithium ion battery. In this case, as the positive electrode active material, a sulfide containing a transition metal element, an oxide containing lithium and a transition metal element, or the like can be used. Specifically, transition metal sulfides such as TiS 2 , TiS 3 , MoS 3 , and FeS 2, and the basic composition formula is Li (1-x) MnO 2 (0 <x <1, etc., the same applies hereinafter) and Li (1 ). -x) Lithium manganese composite oxide with Mn 2 O 4, etc., Lithium cobalt composite oxide with basic composition formula as Li (1-x) CoO 2, etc., basic composition formula as Li (1-x) NiO 2, etc. Lithium-nickel composite oxide, the basic composition formula is Li (1-x) Ni a Co b Mn c O 2 (a + b + c = 1) and Li (1-x) Ni a Co b Mn c O 4 (a + b + c = 2) ) Etc., lithium nickel cobalt manganese composite oxide having a basic composition formula of LiV 2 O 3 or the like, transition metal oxide having a basic composition formula of V 2 O 5 or the like can be used. .. Further, the positive electrode active material may be lithium iron phosphate or the like. Of these, lithium transition metal composite oxides, such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , and LiMnO 2 , are preferred. The "basic composition formula" is intended to include other elements.

正極は、例えば上述した正極活物質と導電材と結着材とを混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の正極合材としたものを、集電体の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成してもよい。正極に用いる導電材、結着材、溶剤、集電体は、例えば、蓄電デバイス用電極で例示したものなどを適宜用いることができる。 For the positive electrode, for example, the above-mentioned positive electrode active material, the conductive material, and the binder are mixed, and an appropriate solvent is added to form a paste-like positive electrode mixture, which is applied to the surface of the current collector, dried, and required. Therefore, it may be formed by compression in order to increase the electrode density. As the conductive material, the binder, the solvent, and the current collector used for the positive electrode, for example, those exemplified for the electrode for the power storage device can be appropriately used.

この蓄電デバイスにおいて、イオン伝導媒体は、例えば、支持塩(支持電解質)と有機溶媒とを含む非水系電解液としてもよい。支持塩は、少なくともリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)を含む。また、支持塩として、更に公知のリチウム塩を含むものとしてもよい。このリチウム塩としては、例えば、LiPF6,LiBF4、LiClO4,LiAsF6,Li(CF3SO22N,LiN(C25SO22などが挙げられ、このうちLiPF6やLiBF4などが好ましい。この支持塩は、非水電解液中の濃度が0.1mol/L以上5mol/L以下であることが好ましく、0.5mol/L以上2.0mol/L以下であることがより好ましい。支持塩を溶解する濃度が0.1mol/L以上では、十分な電流密度を得ることができ、5mol/L以下では、電解液をより安定させることができる。また、この非水電解液には、リン系、ハロゲン系などの難燃剤を添加してもよい。有機溶媒としては、例えば、非プロトン性の有機溶媒を用いることができる。このような有機溶媒としては、例えば環状カーボネート、鎖状カーボネート、環状エステル、環状エーテル、鎖状エーテル等が挙げられる。環状カーボネートとしては、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等がある。鎖状カーボネートとしては、例えばジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート等がある。環状エステルカーボネートとしては、例えばガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトン等がある。環状エーテルとしては、例えばテトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等がある。鎖状エーテルとしては、例えばジメトキシエタン、エチレングリコールジメチルエーテル等がある。これらは単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。また、非水系電解液としては、そのほかにアセトニトリル、プロピルニトリルなどのニトリル系溶媒やイオン液体、ゲル電解質などを用いてもよい。また、イオン伝導媒体は、固体電解質としてもよい。 In this power storage device, the ion conduction medium may be, for example, a non-aqueous electrolyte solution containing a supporting salt (supporting electrolyte) and an organic solvent. The supporting salt contains at least lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI). Further, the supporting salt may further contain a known lithium salt. As the lithium salt, for example, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, Li (CF 3 SO 2) 2 N, LiN (C 2 F 5 SO 2) 2 and the like, Ya Among LiPF 6 LiBF 4 and the like are preferable. The concentration of this supporting salt in the non-aqueous electrolytic solution is preferably 0.1 mol / L or more and 5 mol / L or less, and more preferably 0.5 mol / L or more and 2.0 mol / L or less. When the concentration at which the supporting salt is dissolved is 0.1 mol / L or more, a sufficient current density can be obtained, and when the concentration is 5 mol / L or less, the electrolytic solution can be made more stable. Further, a flame retardant such as phosphorus or halogen may be added to this non-aqueous electrolytic solution. As the organic solvent, for example, an aprotic organic solvent can be used. Examples of such an organic solvent include cyclic carbonate, chain carbonate, cyclic ester, cyclic ether, chain ether and the like. Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate and the like. Examples of the chain carbonate include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate and the like. Examples of the cyclic ester carbonate include gamma-butyrolactone and gamma valerolactone. Examples of the cyclic ether include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran and the like. Examples of the chain ether include dimethoxyethane and ethylene glycol dimethyl ether. These may be used alone or in combination of two or more. In addition, as the non-aqueous electrolyte solution, a nitrile solvent such as acetonitrile or propylnitrile, an ionic liquid, a gel electrolyte, or the like may be used. Moreover, the ion conduction medium may be a solid electrolyte.

この蓄電デバイスは、正極と負極との間にセパレータを備えていてもよい。セパレータとしては、蓄電デバイスの使用範囲に耐えうる組成であれば特に限定されるものではないが、例えば、ポリプロピレン製不織布やポリフェニレンスルフィド製不織布などの高分子不織布、ポリエチレンやポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂の微多孔フィルムが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複合して用いてもよい。 This power storage device may include a separator between the positive electrode and the negative electrode. The separator is not particularly limited as long as it has a composition that can withstand the range of use of the power storage device, and is, for example, a polymer non-woven fabric such as a polypropylene non-woven fabric or a polyphenylene sulfide non-woven fabric, or an olefin resin such as polyethylene or polypropylene. Examples include microporous films. These may be used alone or in combination.

この蓄電デバイスの形状は、特に限定されないが、例えばコイン型、ボタン型、シート型、積層型、円筒型、偏平型、角型などが挙げられる。また、電気自動車等に用いる大型のものなどに適用してもよい。図2は、蓄電デバイス20の一例を示す模式図である。この蓄電デバイス20は、カップ形状の電池ケース21と、正極活物質を有しこの電池ケース21の下部に設けられた正極22と、負極活物質を有し正極22に対してセパレータ24を介して対向する位置に設けられた負極23と、絶縁材により形成されたガスケット25と、電池ケース21の開口部に配設されガスケット25を介して電池ケース21を密封する封口板26と、を備えている。この蓄電デバイス20は、正極22と負極23との間の空間にイオン伝導媒体27が満たされている。また、この負極23は、上述した芳香族ジカルボン酸金属塩の層状構造体を負極活物質として有する。また、イオン伝導媒体27には、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)が支持塩として含まれている。 The shape of the power storage device is not particularly limited, and examples thereof include a coin type, a button type, a sheet type, a laminated type, a cylindrical type, a flat type, and a square type. Further, it may be applied to a large-sized vehicle used for an electric vehicle or the like. FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the power storage device 20. The power storage device 20 has a cup-shaped battery case 21, a positive electrode 22 having a positive electrode active material and provided at the lower part of the battery case 21, and a negative electrode active material with respect to the positive electrode 22 via a separator 24. A negative electrode 23 provided at an opposite position, a gasket 25 formed of an insulating material, and a sealing plate 26 disposed in the opening of the battery case 21 and sealing the battery case 21 via the gasket 25 are provided. There is. In the power storage device 20, the space between the positive electrode 22 and the negative electrode 23 is filled with the ion conduction medium 27. Further, the negative electrode 23 has the above-mentioned layered structure of the aromatic dicarboxylic acid metal salt as the negative electrode active material. Further, the ion conductive medium 27 contains lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) as a supporting salt.

以上詳述した蓄電デバイスでは、層状構造体を電極活物質に用いたものにおいて、例えば、IV抵抗をより低減し、電極容量をより高めるなど、充放電特性をより向上することができる。このような効果が得られる理由は、例えば、層状構造体の負極活物質を用いた負極に対して、LiFSIを含むイオン伝導媒体を用いると、負極と電解液界面に低抵抗な皮膜が形成されるためであると推察される。LiFSIを含むイオン伝導媒体を用いると、芳香族ジカルボン酸とアルカリ金属とを溶解させ、溶媒を除去する溶液混合法により得られた層状構造体においても、充放電特性をより向上することができるが、芳香族ジカルボン酸とアルカリ金属を溶解させた溶液を噴霧乾燥して得た層状構造体では、充放電特性を更に向上することができる。特に、ビフェニル骨格を有する層状構造体では、噴霧乾燥すると、剥片状の層状構造体の中空粒子となり、解砕が容易であり、層状構造体の凝集が抑制され、一次粒子が電極内部に非常に高分散された構造を形成することができ、内部抵抗の低減が可能となるものと推察される。また、ナフタレン骨格を有する層状構造体では、噴霧乾燥すると、より高い結晶性を有した状態で層状構造体が形成されるため、電極を焼成するなど、結晶性を高める工程を行わずに内部抵抗などを低減することができる。 In the power storage device described in detail above, in the device using the layered structure as the electrode active material, the charge / discharge characteristics can be further improved, for example, the IV resistance is further reduced and the electrode capacitance is further increased. The reason why such an effect can be obtained is that, for example, when an ion conductive medium containing LiFSI is used for a negative electrode using a negative electrode active material of a layered structure, a low resistance film is formed at the interface between the negative electrode and the electrolytic solution. It is presumed that this is because of this. When an ionic conduction medium containing LiFSI is used, the charge / discharge characteristics can be further improved even in a layered structure obtained by a solution mixing method in which an aromatic dicarboxylic acid and an alkali metal are dissolved and a solvent is removed. In the layered structure obtained by spray-drying a solution in which an aromatic dicarboxylic acid and an alkali metal are dissolved, the charge / discharge characteristics can be further improved. In particular, in a layered structure having a biphenyl skeleton, when spray-dried, it becomes hollow particles of the striped layered structure, which is easy to disintegrate, the aggregation of the layered structure is suppressed, and the primary particles are very large inside the electrode. It is presumed that a highly dispersed structure can be formed and the internal resistance can be reduced. Further, in a layered structure having a naphthalene skeleton, when spray-dried, the layered structure is formed in a state of having higher crystallinity, so that internal resistance is not performed without performing a step of increasing crystallinity such as firing an electrode. Etc. can be reduced.

なお、本開示は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It is needless to say that the present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various aspects as long as it belongs to the technical scope of the present disclosure.

以下には、本開示の蓄電デバイスを具体的に作製した例について説明する。まず、層状構造体をスプレードライ法及び溶液混合法により合成し、電極を作製して評価した例を参考例として説明する。 Hereinafter, an example in which the power storage device of the present disclosure is specifically manufactured will be described. First, an example in which a layered structure is synthesized by a spray-drying method and a solution mixing method to prepare an electrode and evaluated will be described as a reference example.

[参考例1]
(電極活物質:4,4’−ビフェニルジカルボン酸ジリチウムの層状構造体の合成)
スプレードライ法により層状構造体を作製した。4,4’−ビフェニルジカルボン酸ジリチウムの合成には、出発原料として4,4’−ビフェニルジカルボン酸および水酸化リチウム1水和物(LiOH・H2O)を用いた。0.44mol/Lとなるように水に水酸化リチウムを加え撹拌し、水溶液を調製した。そして、4,4’−ビフェニルジカルボン酸のモル数A(mol)に対する水酸化リチウムのモル数B(mol)であるモル比B/Aが2.2となるように、すなわち、4,4’−ビフェニルジカルボン酸が0.20mol/Lとなるように水溶液を調製した。調製した水溶液を用いてスプレードライヤー(Mini Spray Dryer B−290、日本ビュッヒ製)を用いて噴霧乾燥させ、4,4’−ビフェニルジカルボン酸ジリチウムを析出させた。用いたスプレードライヤーのノズル直径は1.4mm、溶液の噴霧量は0.4L/時間、乾燥温度は150℃で行い、4,4’−ビフェニルジカルボン酸リチウムを合成した。
[Reference example 1]
(Electrode active material: Synthesis of layered structure of dilithium 4,4'-biphenyldicarboxylic acid)
A layered structure was prepared by a spray-drying method. For the synthesis of dilithium 4,4'-biphenyldicarboxylic acid, 4,4'-biphenyldicarboxylic acid and lithium hydroxide monohydrate (LiOH · H 2 O) were used as starting materials. Lithium hydroxide was added to water so as to have a concentration of 0.44 mol / L and stirred to prepare an aqueous solution. Then, the molar ratio B / A, which is the number of moles B (mol) of lithium hydroxide to the number A (mol) of 4,4'-biphenyldicarboxylic acid, is 2.2, that is, 4,4'. An aqueous solution was prepared so that the amount of −biphenyldicarboxylic acid was 0.20 mol / L. The prepared aqueous solution was spray-dried using a spray dryer (Mini Spray Dryer B-290, manufactured by Nippon Buch) to precipitate dilithium 4,4'-biphenyldicarboxylic acid. The nozzle diameter of the spray dryer used was 1.4 mm, the spray amount of the solution was 0.4 L / hour, and the drying temperature was 150 ° C. to synthesize lithium 4,4'-biphenyldicarboxylic acid.

(電極:4,4’−ビフェニルジカルボン酸ジリチウム電極の作製)
上記手法で作製した4,4’−ビフェニルジカルボン酸リチウムを79質量%、粒子状炭素導電材としてカーボンブラック(東海カーボン、TB5500)を14質量%、水溶性ポリマーであるポリビニルアルコール(ゴウセネックス,T−330,日本合成化学)を2.8質量%、スチレンブタジエン共重合体(日本ゼオン、BM−400B)を4.2質量%を混合し、分散剤として水を適量添加、分散してスラリー状合材とした。このスラリー状合材を10μm厚の銅箔集電体に単位面積当たりの4,4’−ビフェニルジカルボン酸ジリチウム活物質が3mg/cm2となるように均一に塗布し、120℃で真空加熱乾燥させて塗布シートを作製した。その後、塗布シートを加圧プレス処理し、2cm2の面積に打ち抜いて円盤状の電極を準備した。
(Electrode: Fabrication of 4,4'-dilithium biphenyldicarboxylic acid electrode)
79% by mass of lithium 4,4′-biphenyldicarboxylic acid produced by the above method, 14% by mass of carbon black (Tokai carbon, TB5500) as a particulate carbon conductive material, and polyvinyl alcohol (Gosenex, T-) which is a water-soluble polymer. 2.8% by mass of 330, Nippon Synthetic Chemistry) and 4.2% by mass of styrene-butadiene copolymer (Nippon Zeon, BM-400B) were mixed, and an appropriate amount of water was added and dispersed as a dispersant to form a slurry. It was used as a material. This slurry-like mixture was uniformly applied to a 10 μm-thick copper foil current collector so that the amount of the dilithium 4,4'-biphenyldicarboxylic acid dilithium active material per unit area was 3 mg / cm 2, and dried by vacuum heating at 120 ° C. A coating sheet was prepared. Then, the coating sheet was pressure-pressed and punched into an area of 2 cm 2 to prepare a disk-shaped electrode.

(蓄電デバイス:二極式評価セルの作製)
エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)とを体積比で30:40:30の割合で混合した非水溶媒に、支持電解質の六フッ化リン酸リチウムを1.0mol/Lになるように添加して非水電解液を作製した。上記の手法にて作製した4,4’−ビフェニルジカルボン酸ジリチウム電極を作用極とし、リチウム金属箔(厚さ300μm)を対極として、両電極の間に上記非水電解液を含浸させたセパレータ(東レ東燃製)を挟んで二極式評価セルを作製した。
(Power storage device: Fabrication of bipolar evaluation cell)
1. The supporting electrolyte, lithium hexafluorophosphate, was added to a non-aqueous solvent in which ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) were mixed at a volume ratio of 30:40:30. A non-aqueous electrolyte solution was prepared by adding the mixture so as to be 0 mol / L. A separator (a separator) in which a dilithium 4,4'-biphenyldicarboxylic acid electrode produced by the above method is used as a working electrode and a lithium metal foil (thickness: 300 μm) is used as a counter electrode and both electrodes are impregnated with the non-aqueous electrolyte solution A bipolar evaluation cell was produced with Toray Tonen) in between.

[参考例2〜4]
スプレードライヤーにて4,4’−ビフェニルジカルボン酸ジリチウムを合成した後に、120℃で真空乾燥を行った以外は,参考例1と同様の処理を行ったものを参考例2とした。4,4’−ビフェニルジカルボン酸に対する水酸化リチウムのモル比を2.5として水溶液を調製し,スプレードライヤーにて合成した以外は,参考例1と同様の処理を行ったものを参考例3とした。また、スプレードライヤーにて4,4’−ビフェニルジカルボン酸リチウムを合成した後に、120℃で真空乾燥を行った以外は参考例3と同様の処理を行ったものを参考例4とした。
[Reference Examples 2 to 4]
Reference Example 2 was treated in the same manner as in Reference Example 1 except that dilithium 4,4'-biphenyldicarboxylic acid was synthesized by a spray dryer and then vacuum dried at 120 ° C. An aqueous solution was prepared with the molar ratio of lithium hydroxide to 4,4'-biphenyldicarboxylic acid set to 2.5, and the same treatment as in Reference Example 1 was performed except that it was synthesized by a spray dryer. did. Further, Reference Example 4 was obtained by subjecting the same treatment as in Reference Example 3 except that lithium 4,4′-biphenyldicarboxylic acid was synthesized by a spray dryer and then vacuum dried at 120 ° C.

[参考例5]
溶液混合法により層状構造体を作製した。出発原料として4,4’−ビフェニルジカルボン酸および水酸化リチウム1水和物(LiOH・H2O)を用いて、水酸化リチウム1水和物(0.556g)にメタノール(100mL)を加え撹拌した後に4,4’−ビフェニルジカルボン酸1.0gを加え、1時間撹拌した。その後、撹拌後溶媒を除去し、真空下150℃で16時間乾燥することにより、白色の粉末試料の4,4’−ビフェニルジカルボン酸リチウムを得た。これを用いた以外は、参考例1と同様の処理を行ったものを参考例5とした。
[Reference example 5]
A layered structure was prepared by a solution mixing method. Using 4,4'-biphenyldicarboxylic acid and lithium hydroxide monohydrate (LiOH · H 2 O) as starting materials, add methanol (100 mL) to lithium hydroxide monohydrate (0.556 g) and stir. After that, 1.0 g of 4,4'-biphenyldicarboxylic acid was added, and the mixture was stirred for 1 hour. Then, after stirring, the solvent was removed, and the mixture was dried under vacuum at 150 ° C. for 16 hours to obtain lithium 4,4'-biphenyldicarboxylic acid as a white powder sample. Reference Example 5 was obtained by performing the same processing as in Reference Example 1 except that this was used.

[参考例6,7]
(電極活物質:2,6−ナフタレンジカルボン酸ジリチウムの層状構造体の合成)
2,6−ナフタレンジカルボン酸ジリチウムの合成には、出発原料として2,6−ナフタレンジカルボン酸および水酸化リチウム1水和物(LiOH・H2O)を用いた。2,6−ナフタレンジカルボン酸が0.2mol/L、水酸化リチウムが0.44mol/Lとなるように水に水酸化リチウムを加え撹拌し、調製溶液(水溶液)を調製した。この調製溶液をスプレードライヤー(マイクロミストスプレードライヤーMDL−050、藤崎電機製)を用いて噴霧乾燥させ、2,6−ナフタレンジカルボン酸ジリチウムの粉末を析出させた。調製溶液の噴霧量(供給量)は0.04L/分、乾燥温度は200℃とした。回収部として、前段にサイクロン、後段にバグフィルタを直列に配置し、前段で回収した粉末を参考例6、後段で回収した粉末を参考例7とした。参考例7の方が参考例6に比して微粉末であった。
[Reference Examples 6 and 7]
(Electrode active material: Synthesis of layered structure of dilithium 2,6-naphthalenedicarboxylic acid)
For the synthesis of dilithium 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid and lithium hydroxide monohydrate (LiOH · H 2 O) were used as starting materials. Lithium hydroxide was added to water so that 2,6-naphthalenedicarboxylic acid was 0.2 mol / L and lithium hydroxide was 0.44 mol / L, and the mixture was stirred to prepare a preparation solution (aqueous solution). This prepared solution was spray-dried using a spray dryer (Micromist spray dryer MDL-050, manufactured by Fujisaki Electric Co., Ltd.) to precipitate a powder of dilithium 2,6-naphthalenedicarboxylic acid. The spray amount (supply amount) of the prepared solution was 0.04 L / min, and the drying temperature was 200 ° C. As a recovery unit, a cyclone was arranged in series in the front stage and a bug filter was arranged in series in the rear stage, and the powder recovered in the front stage was designated as Reference Example 6 and the powder recovered in the rear stage was designated as Reference Example 7. Reference Example 7 was a finer powder than Reference Example 6.

[参考例8,9]
出発原料として2,6−ナフタレンジカルボン酸および水酸化リチウム1水和物を用い、水酸化リチウム1水和物(0.556g)にメタノール(100mL)を加え撹拌した後に2,6−ナフタレンジカルボン酸を1.0g加え、1時間撹拌した。撹拌したのち溶媒を除去し、真空下150℃で16時間乾燥することにより、白色の粉末試料の2,6−ナフタレンジカルボン酸ジリチウムを得た(溶液混合法)。この得られた白色粉末を350℃、Ar下で加熱処理を行い、得られた粉末を参考例8とした。また、参考例8の加熱処理を行う前の粉末を参考例9とした。
[Reference Examples 8 and 9]
Using 2,6-naphthalenedicarboxylic acid and lithium hydroxide monohydrate as starting materials, add methanol (100 mL) to lithium hydroxide monohydrate (0.556 g), stir, and then 2,6-naphthalenedicarboxylic acid. Was added, and the mixture was stirred for 1 hour. After stirring, the solvent was removed, and the mixture was dried under vacuum at 150 ° C. for 16 hours to obtain a white powder sample of dilithium 2,6-naphthalenedicarboxylic acid (solution mixing method). The obtained white powder was heat-treated at 350 ° C. under Ar, and the obtained powder was used as Reference Example 8. Further, the powder before the heat treatment of Reference Example 8 was designated as Reference Example 9.

(X線回折測定)
参考例1〜5の電極活物質及び電極のX線回折測定を行った。測定は、放射線としてCuKα線(波長1.54051Å)を使用し、X線回折装置(リガク製UltimaIV)を用いて行った。また、測定は、X線の単色化にはグラファイトの単結晶モノクロメーターを用い、印加電圧を40kV、電流30mAに設定し、5°/分の走査速度で、電極活物質については2θ=5°〜60°の角度範囲で行い、電極については2θ=5°〜30°の角度範囲で行った。また、参考例6〜9については、同じX線回折装置を用い、印加電圧を40kV、電流40mAに設定し、20°/分の走査速度で、2θ=5°〜60°の角度範囲で行った。
(X-ray diffraction measurement)
X-ray diffraction measurement of the electrode active material and the electrode of Reference Examples 1 to 5 was performed. The measurement was carried out using CuKα ray (wavelength 1.54051Å) as radiation and using an X-ray diffractometer (Ultima IV manufactured by Rigaku). For the measurement, a graphite single crystal monochrome meter was used for monochromatic X-rays, the applied voltage was set to 40 kV and the current was 30 mA, the scanning speed was 5 ° / min, and 2θ = 5 ° for the electrode active material. It was carried out in an angle range of about 60 °, and for the electrodes, it was carried out in an angle range of 2θ = 5 ° to 30 °. For Reference Examples 6 to 9, the same X-ray diffractometer was used, the applied voltage was set to 40 kV and the current was 40 mA, the scanning speed was 20 ° / min, and the angle range was 2θ = 5 ° to 60 °. It was.

(充放電特性評価)
上記作製した二極式評価セルを20℃の温度環境下、0.1mAで0.5Vまで還元した容量を放電容量とした。また、その後0.1mAで1.5Vまで酸化した容量を充電容量とした。また、得られた充放電カーブを用い、電位差に対して充放電カーブの微分値を算出し微分曲線を得た。また、この微分曲線にある2つの異なる内部抵抗性微分カーブのピーク差から充放電分極を算出し、印加電流を考慮してIV抵抗を算出した。なお、IV抵抗は、2サイクル目の充放電カーブを用いた。
(Evaluation of charge / discharge characteristics)
The capacity obtained by reducing the prepared bipolar evaluation cell to 0.5 V at 0.1 mA under a temperature environment of 20 ° C. was defined as the discharge capacity. Further, the capacity oxidized to 1.5 V at 0.1 mA thereafter was defined as the charge capacity. Further, using the obtained charge / discharge curve, the differential value of the charge / discharge curve was calculated with respect to the potential difference to obtain the differential curve. Further, the charge / discharge polarization was calculated from the peak difference between the two different internal resistance differential curves in this differential curve, and the IV resistance was calculated in consideration of the applied current. For the IV resistance, the charge / discharge curve of the second cycle was used.

(結果と考察)
表1に参考例1〜5の製造方法、電極のピーク強度比とIV抵抗値とをまとめて示した。また、図4は、参考例1〜5の電極のXRD測定結果である。図4に示すように、スプレードライ法により作製した電極活物質を含む参考例1〜4の電極においては、従来の溶液混合法と同じ2θ位置にピークが出現した。ピーク強度においてはスプレードライ法により作製した電極において、n00面に相当するピーク強度が大きくなる傾向を示した。これは電極内部に存在する活物質の小さな剥片が特異的な配向をしていることを示す。特に、参考例1〜4の電極では、X線回折測定において(300)のピーク強度が(111)や(011)のピーク強度の2倍以上を示し、また、(100)のピーク強度が(111)や(011)のピーク強度の5倍以上を示すことがわかった。具体的には、ピーク強度比P(300)/P(111)が2.0以上、P(300)/P(011)が2.0以上、P(100)/P(111)が6.0以上、P(100)/P(011)が5.0以上、及びP(100)/P(300)が1.5以上を示した。このピーク強度比は、いずれか1以上を満たせば、剥片状の配向した活物質であると推定できるものと推察された。また、表1に示すように、スプレードライ法で合成した層状構造体により作製した電極では、溶液混合法に比してIV抵抗がより低減することがわかった。また、上記ピーク強度比を満たせば、層状構造体がスプレードライ法で作成されたものであると特定できることがわかった。
(Results and discussion)
Table 1 shows the manufacturing methods of Reference Examples 1 to 5, the peak intensity ratio of the electrodes, and the IV resistance value. Further, FIG. 4 shows the XRD measurement results of the electrodes of Reference Examples 1 to 5. As shown in FIG. 4, in the electrodes of Reference Examples 1 to 4 containing the electrode active material prepared by the spray-drying method, a peak appeared at the same 2θ position as in the conventional solution mixing method. Regarding the peak intensity, the electrode produced by the spray-drying method showed a tendency to increase the peak intensity corresponding to the n00 surface. This indicates that the small flakes of the active material present inside the electrode have a specific orientation. In particular, in the electrodes of Reference Examples 1 to 4, the peak intensity of (300) is more than twice the peak intensity of (111) and (011) in the X-ray diffraction measurement, and the peak intensity of (100) is (100). It was found that the peak intensities of 111) and (011) were more than five times higher. Specifically, the peak intensity ratio P (300) / P (111) is 2.0 or more, P (300) / P (011) is 2.0 or more, and P (100) / P (111) is 6. 0 or more, P (100) / P (011) was 5.0 or more, and P (100) / P (300) was 1.5 or more. It was presumed that if any one or more of these peak intensity ratios was satisfied, it could be estimated that the active material was flaky and oriented. Further, as shown in Table 1, it was found that the IV resistance of the electrode prepared by the layered structure synthesized by the spray-drying method was further reduced as compared with the solution mixing method. Further, it was found that if the above peak intensity ratio is satisfied, the layered structure can be identified as being produced by the spray-drying method.

表2に参考例6〜9の製造方法、(200)面、(002)面、(102)面 、(211)面及び(112)面の面間隔(nm)、(011)面に対する、(110)面、(002)面、(102)面 、(211)面及び(112)面のそれぞれのピーク強度比を示す。図5は、参考例6〜9の電極活物質のXRD測定結果である。図6は、(011)面のピーク強度を100として規格化した参考例6、8、9XRD測定結果である。表2及び図5に示すように、参考例6、7のスプレードライ法で作製した層状構造体の電極活物質は、同じ面間隔及びピーク強度比を示し、結晶構造が同じであった。また、参考例6、7の層状構造体は、従来の溶液混合法で作製した層状構造体をAr中350℃で加熱処理した参考例8とピーク位置が同じ、即ち、結晶構造が同じであることがわかった。特に、参考例6〜8は、参考例9とは異なり(200)面、(102)面、(211)面及び(112)面でのピーク位置が同じであった。 Table 2 shows the manufacturing methods of Reference Examples 6 to 9, (200) plane, (002) plane, (102) plane, (211) plane and (112) plane, with respect to the plane spacing (nm) and (011) plane. The peak intensity ratios of the 110) plane, the (002) plane, the (102) plane, the (211) plane, and the (112) plane are shown. FIG. 5 shows the XRD measurement results of the electrode active materials of Reference Examples 6 to 9. FIG. 6 shows the measurement results of Reference Examples 6, 8 and 9XRD standardized with the peak intensity of the (011) plane as 100. As shown in Table 2 and FIG. 5, the electrode active materials of the layered structure produced by the spray-drying method of Reference Examples 6 and 7 showed the same surface spacing and peak intensity ratio, and had the same crystal structure. Further, the layered structures of Reference Examples 6 and 7 have the same peak position as that of Reference Example 8 in which the layered structure prepared by the conventional solution mixing method is heat-treated at 350 ° C. in Ar, that is, the crystal structure is the same. I understand. In particular, in Reference Examples 6 to 8, unlike Reference Example 9, the peak positions on the (200) plane, the (102) plane, the (211) plane and the (112) plane were the same.

また、従来の溶液混合法で合成した熱処理未実施の参考例9のXRDパターンでは、「*」を付した(102)面と(112)面のピークが熱処理を実施した参考例8と大きく異なっており、熱処理により高結晶化することがわかった。また、参考例6、7の各ピーク強度比は、参考例8に比して高く、より結晶性が良好であることがわかった。参考例6、7によれば、ピーク強度比P(002)/P(011)が0.25以上、ピーク強度比P(111)/P(011)が0.64以上、ピーク強度比P(102)/P(011)が0.50以上、ピーク強度比P(112)/P(011)が0.60以上、のうちいずれかを満たすと結晶が良好であると推察された。このように、スプレードライ法で合成した参考例6、7では、熱処理不要で結晶性を高めた電極活物質を1つの工程で合成できることがわかった。また、上記ピーク強度比を満たせば、層状構造体がスプレードライ法で作成されたものであると特定できることがわかった。 Further, in the XRD pattern of Reference Example 9 which has not been heat-treated and synthesized by the conventional solution mixing method, the peaks of the (102) and (112) planes marked with "*" are significantly different from those of Reference Example 8 which has been heat-treated. It was found that the crystals were highly crystallized by heat treatment. Further, it was found that the peak intensity ratios of Reference Examples 6 and 7 were higher than those of Reference Example 8 and the crystallinity was better. According to Reference Examples 6 and 7, the peak intensity ratio P (002) / P (011) is 0.25 or more, the peak intensity ratio P (111) / P (011) is 0.64 or more, and the peak intensity ratio P ( It was presumed that the crystal was good when either 102) / P (011) was 0.50 or more and the peak intensity ratio P (112) / P (011) was 0.60 or more. As described above, in Reference Examples 6 and 7 synthesized by the spray-drying method, it was found that the electrode active material having improved crystallinity without heat treatment can be synthesized in one step. Further, it was found that if the above peak intensity ratio is satisfied, the layered structure can be identified as being produced by the spray-drying method.

次に、負極の結着材の種別や配合比を変更して負極を作製し、電解液の支持塩を変更して評価した結果を実験例として説明する。なお、実験例1〜8が実施例に相当し、実験例9〜12が比較例に相当する。なお、実験例1〜8において、使用した結着材の種別は異なるが、層状構造体は同じであることから、負極のX線回折は、参考例1〜4、6〜7と同様の結果が得られた。 Next, a negative electrode is produced by changing the type and compounding ratio of the binder for the negative electrode, and the result of evaluation by changing the supporting salt of the electrolytic solution will be described as an experimental example. Experimental Examples 1 to 8 correspond to Examples, and Experimental Examples 9 to 12 correspond to Comparative Examples. Although the types of binders used in Experimental Examples 1 to 8 are different, the layered structure is the same, so that the X-ray diffraction of the negative electrode has the same results as in Reference Examples 1 to 4, 6 to 7. was gotten.

[実験例1]
(4,4’−ビフェニルジカルボン酸ジリチウム負極の作製)
スプレードライ法で作製した4,4’−ビフェニルジカルボン酸ジリチウム(Bph)を72.7質量%、導電材としてカーボンブラック(東海カーボン、TB5500(直径約50nm))を18.2質量%、水溶性ポリマーであるカルボキシメチルセルロース(CMC)(ダイセルファインケム、CMCダイセル1120)を2.7質量%、ポリエチレンオキシド(PEO)(分子量:200万)を3.6質量%、スチレンブタジエン共重合体(日本ゼオン、BM−400B)を2.7質量%となるように秤量して混合し、分散剤として水を適量添加、分散してスラリー状合材とした。このスラリー状合材を10μm厚の銅箔及び炭素を蒸着したCu(日本黒鉛製)の集電体に単位面積当たりの4,4’−ビフェニルジカルボン酸ジリチウム活物質が2.5mg/cm2となるように均一に塗布し、加熱乾燥させて塗布シートを作製した。その後、塗布シートを加圧プレス処理し、10cm2の面積に打ち抜いて負極とした。これを実験例1の負極とした。
[Experimental Example 1]
(Preparation of 4,4'-dilithium biphenyldicarboxylic acid negative electrode)
72.7% by mass of dilithium 4,4'-biphenyldicarboxylate (Bph) produced by the spray-drying method, 18.2% by mass of carbon black (Tokai carbon, TB5500 (diameter about 50 nm)) as a conductive material, water-soluble. The polymer carboxymethyl cellulose (CMC) (Daicel Finechem, CMC Daicel 1120) is 2.7% by mass, polyethylene oxide (PEO) (molecular weight: 2 million) is 3.6% by mass, and styrene butadiene copolymer (Nippon Zeon, Japan Zeon, BM-400B) was weighed and mixed so as to be 2.7% by mass, and an appropriate amount of water was added and dispersed as a dispersant to obtain a slurry-like mixture. The amount of 4,4'-dilithium biphenyldicarboxylic acid active material per unit area was 2.5 mg / cm 2 in a Cu (manufactured by Nippon Graphite) current collector with 10 μm thick copper foil and carbon deposited on this slurry-like mixture. A coating sheet was prepared by uniformly coating the coating sheet and drying it by heating. Then, the coating sheet was pressure-pressed and punched into an area of 10 cm 2 to obtain a negative electrode. This was used as the negative electrode of Experimental Example 1.

(二極式評価セルの作製)
エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)を体積比で30:40:30の割合で混合した溶媒にリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)を1.1mol/Lになるように添加して非水系電解液を作製した。上記4,4’−ビフェニルジカルボン酸ジリチウム負極を作用極とし、リチウム金属箔(厚さ300μm)を対極とし、両電極の間に上記非水電解液を含浸させたセパレータ(東レ東燃製)を挟んで二極式評価セルを作製した。
(Preparation of bipolar evaluation cell)
Lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) is 1.1 mol / L in a solvent obtained by mixing ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) at a volume ratio of 30:40:30. A non-aqueous electrolyte solution was prepared by adding the above solution. The above 4,4'-dilithium biphenyldicarboxylic acid negative electrode is used as the working electrode, the lithium metal foil (thickness 300 μm) is used as the counter electrode, and a separator (manufactured by Toray Tonen) impregnated with the above non-aqueous electrolytic solution is sandwiched between both electrodes. A bipolar evaluation cell was prepared in.

(電極容量、IV抵抗の評価)
この二極式評価セルを用いて、容量を確認すると共に、SOC調整を行った。電極容量の測定は、電圧範囲を0.5V〜1.5V、電流値を0.5mA(C/10相当)とし、25℃で行った。また、得られた充放電カーブを電荷量に対して微分することにより、電位変化の微分曲線(微分(dQ/dV曲線)を求めた。充電および放電方向の微分曲線の極大値及び極小値から充放電分極を求め、試験電流を用いてIV抵抗(Ω)を算出した。
(Evaluation of electrode capacitance and IV resistance)
Using this bipolar evaluation cell, the capacity was confirmed and the SOC was adjusted. The electrode capacitance was measured at 25 ° C. with a voltage range of 0.5 V to 1.5 V and a current value of 0.5 mA (corresponding to C / 10). Further, the differential curve (differential (dQ / dV curve)) of the potential change was obtained by differentiating the obtained charge / discharge curve with respect to the amount of electric charge. From the maximum value and the minimum value of the differential curve in the charging and discharging directions. The charge / discharge polarization was determined, and the IV resistance (Ω) was calculated using the test current.

[実験例2〜5]
表3に示した各組成の配合とした以外は、実験例1と同様に、実験例2〜5の負極及び二極式評価セルを作製した。実験例1と同様に、実験例2〜5の電極容量、IV抵抗をそれぞれ求めた。
[Experimental Examples 2-5]
Negative electrodes and bipolar evaluation cells of Experimental Examples 2 to 5 were prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that the compositions shown in Table 3 were blended. In the same manner as in Experimental Example 1, the electrode capacitance and IV resistance of Experimental Examples 2 to 5 were determined, respectively.

[実験例6]
(2,6−ナフタレンジカルボン酸ジリチウム負極の作製)
スプレードライ法で作製した2,6−ナフタレンジカルボン酸ジリチウム(Naph)を74.1質量%、導電材としてカーボンブラック(東海カーボン、TB5500(直径約50nm))を18.5質量%、水溶性ポリマーであるポリビニルアルコール(ゴウセネックス,T−330,日本合成化学)を7.4質量%となるように秤量して混合し、分散剤として水を適量添加、分散してスラリー状合材とした。このスラリー状合材を用い、実験例1と同様の条件で作製した負極及び二極式評価セルを実験例6とした。
[Experimental Example 6]
(Preparation of dilithic negative electrode of 2,6-naphthalenedicarboxylic acid)
74.1% by mass of dilithium 2,6-naphthalenedicarboxylic acid (Naph) produced by the spray-drying method, 18.5% by mass of carbon black (Tokai Carbon, TB5500 (diameter about 50 nm)) as a conductive material, water-soluble polymer Polyvinyl alcohol (Gosenex, T-330, Nippon Synthetic Chemistry) was weighed and mixed so as to have a mass of 7.4% by mass, and an appropriate amount of water was added and dispersed as a dispersant to obtain a slurry-like mixture. Using this slurry-like mixture, a negative electrode and a bipolar evaluation cell produced under the same conditions as in Experimental Example 1 were designated as Experimental Example 6.

[実験例7〜8]
表3に示した各組成の配合とした以外は、実験例6と同様に、実験例7〜8の負極及び二極式評価セルを作製した。実験例1と同様に、実験例6〜8の電極容量、IV抵抗をそれぞれ求めた。
[Experimental Examples 7-8]
Negative electrodes and bipolar evaluation cells of Experimental Examples 7 to 8 were prepared in the same manner as in Experimental Example 6 except that the compositions shown in Table 3 were blended. In the same manner as in Experimental Example 1, the electrode capacitance and IV resistance of Experimental Examples 6 to 8 were determined, respectively.

[実験例9〜12]
実験例1の負極を用い、支持塩としてLiPF6を用いた以外は、実験例1と同様の処理を行ったものを実験例9とした。実験例8の負極を用い、支持塩としてLiPF6を用いた以外は、実験例1と同様の処理を行ったものを実験例10とした。活物質を参考例5の溶液混合法の負極活物質を用い表3に示した配合とし、支持塩としてLiPF6を用いた以外は、実験例1と同様の処理を行ったものを実験例11とした。活物質を参考例8の溶液混合法の負極活物質を用い表3に示した配合とし、支持塩としてLiPF6を用いた以外は、実験例6と同様の処理を行ったものを実験例12とした。実験例9〜12の二極式評価セルを作製し、実験例1と同様に実験例9〜12の電極容量、IV抵抗をそれぞれ求めた。
[Experimental Examples 9-12]
Experimental Example 9 was treated in the same manner as in Experimental Example 1 except that the negative electrode of Experimental Example 1 was used and LiPF 6 was used as the supporting salt. Experimental Example 10 was treated in the same manner as in Experimental Example 1 except that the negative electrode of Experimental Example 8 was used and LiPF 6 was used as the supporting salt. The active material was prepared as shown in Table 3 using the negative electrode active material of the solution mixing method of Reference Example 5, and the same treatment as in Experimental Example 1 was performed except that LiPF 6 was used as the supporting salt. And said. The active material was prepared as shown in Table 3 using the negative electrode active material of the solution mixing method of Reference Example 8, and the same treatment as in Experimental Example 6 was performed except that LiPF 6 was used as the supporting salt. And said. Bipolar evaluation cells of Experimental Examples 9 to 12 were prepared, and the electrode capacitance and IV resistance of Experimental Examples 9 to 12 were determined in the same manner as in Experimental Example 1.

[結果と考察]
表3に実験例1〜12の活物質種別、電極配合比、電解液の組成をまとめた。表4に実験例1〜12の活物質種別、電解液の組成、IV抵抗(Ω)、電極容量(mAh/g)をまとめた。図7は、実験例1〜5、9、11のBph層状構造体の電極特性の評価結果であり、図7AがIV抵抗(Ω)、図7Bが電極容量(mAh/g)である。図8は、実験例6〜8、10、12のNaph層状構造体の電極特性の評価結果であり、図8AがIV抵抗(Ω)、図8Bが電極容量(mAh/g)である。図9は、実験例1〜5、9、11の初回充放電曲線であり、図9A〜図9Gがそれぞれ実験例1〜5、9、11である。図10は、実験例6〜8、10、12の初回充放電曲線であり、図10A〜図10Eがそれぞれ実験例6〜8、10、12である。
[Results and discussion]
Table 3 summarizes the active material types, electrode compounding ratios, and electrolytic solution compositions of Experimental Examples 1 to 12. Table 4 summarizes the types of active materials, the composition of the electrolytic solution, the IV resistance (Ω), and the electrode capacity (mAh / g) of Experimental Examples 1 to 12. FIG. 7 shows the evaluation results of the electrode characteristics of the Bph layered structures of Experimental Examples 1 to 5, 9 and 11, where FIG. 7A is the IV resistance (Ω) and FIG. 7B is the electrode capacitance (mAh / g). FIG. 8 shows the evaluation results of the electrode characteristics of the Naph layered structures of Experimental Examples 6 to 8, 10 and 12, where FIG. 8A is the IV resistance (Ω) and FIG. 8B is the electrode capacitance (mAh / g). 9 is an initial charge / discharge curve of Experimental Examples 1 to 5, 9 and 11, and FIGS. 9A to 9G are Experimental Examples 1 to 5, 9 and 11, respectively. 10A is an initial charge / discharge curve of Experimental Examples 6 to 8, 10 and 12, and FIGS. 10A to 10E are Experimental Examples 6 to 8, 10 and 12, respectively.

表4に示すように、溶液混合法で作製した層状構造体を負極活物質とし、支持塩としてLiPF6を用いた実験例11、12では、高いIV抵抗の値を示し、低い電極容量の値を示した。スプレードライで作製した層状構造体を用いた実験例9、10では、実験例11、12に比して改善されたが、IV抵抗や電極容量はまだ十分ではなかった。これに対し、スプレードライ法で作製した層状構造体を負極活物質とし、支持塩としてLiFSIを用いた実験例1〜8では、より低いIV抵抗を示し、より高い電極容量を示した。具体的には、実験例1〜5では、IV抵抗が90Ω以下、より好ましくは82Ω以下を示し、電極容量が195mAh/g以上、より好ましくは205mAh/g以上を示した。また、実験例6〜8では、IV抵抗が280Ω以下、より好ましくは270Ω以下を示し、電極容量が190mAh/g以上、より好ましくは200mAh/g以上を示した。例えば、非特許文献1のように、黒鉛を負極活物質として含む負極を用いた場合には、支持塩としてLiPF6を用いても、LiFSIを用いても、IV抵抗や電極容量に差は出ない。一方、本開示のように、層状構造体を負極活物質として含む負極では、非水系電解液の支持塩としてLiFSIを用いると、格段にIV抵抗が低下し、電極容量が向上することが明らかとなった。この理由は、おそらく、LiFSIを含む電解液を用いて充放電を行うと、負極との電解液界面に低抵抗な被膜が形成されるためであると推察された。この被膜は、電解液の有機溶媒ではなく、電解液の支持塩に起因して生成されるものと推察された。なお、実験例11、12の負極に対してLiFSIを含む電解液を用いた場合も、実験例11、12に比してより低いIV抵抗と、より高い電極容量を示すものと推察された。 As shown in Table 4, Experimental Examples 11 and 12 using the layered structure prepared by the solution mixing method as the negative electrode active material and LiPF 6 as the supporting salt showed a high IV resistance value and a low electrode capacitance value. showed that. In Experimental Examples 9 and 10 using the layered structure prepared by spray drying, improvements were made as compared with Experimental Examples 11 and 12, but the IV resistance and the electrode capacity were not yet sufficient. On the other hand, in Experimental Examples 1 to 8 in which the layered structure produced by the spray-drying method was used as the negative electrode active material and LiFSI was used as the supporting salt, lower IV resistance and higher electrode capacity were shown. Specifically, in Experimental Examples 1 to 5, the IV resistance was 90 Ω or less, more preferably 82 Ω or less, and the electrode capacitance was 195 mAh / g or more, more preferably 205 mAh / g or more. Further, in Experimental Examples 6 to 8, the IV resistance was 280 Ω or less, more preferably 270 Ω or less, and the electrode capacitance was 190 mAh / g or more, more preferably 200 mAh / g or more. For example, when a negative electrode containing graphite as a negative electrode active material is used as in Non-Patent Document 1, there is a difference in IV resistance and electrode capacity regardless of whether LiPF 6 or LiFSI is used as the supporting salt. Absent. On the other hand, as in the present disclosure, it is clear that in a negative electrode containing a layered structure as a negative electrode active material, when LiFSI is used as a supporting salt for a non-aqueous electrolyte solution, the IV resistance is significantly reduced and the electrode capacity is improved. became. It was presumed that the reason for this was probably that when charging / discharging was performed using an electrolytic solution containing LiFSI, a low resistance film was formed at the interface between the electrolytic solution and the negative electrode. It was presumed that this film was formed not by the organic solvent of the electrolytic solution but by the supporting salt of the electrolytic solution. It was presumed that even when the electrolytic solution containing LiFSI was used for the negative electrodes of Experimental Examples 11 and 12, the IV resistance was lower and the electrode capacity was higher than that of Experimental Examples 11 and 12.

また、非水系電解液は、LiFSIが0.5mol/L以上2.0mol/L以下の濃度で含有することが好ましいものと推察された。更に、負極は、水溶性ポリマーとしての結着材、特にカルボキシメチルセルロースを1.5質量%以上3.5質量%以下の範囲で含むことが好ましいと推察された。 Further, it was presumed that the non-aqueous electrolyte solution preferably contained LiFSI at a concentration of 0.5 mol / L or more and 2.0 mol / L or less. Further, it was presumed that the negative electrode preferably contains a binder as a water-soluble polymer, particularly carboxymethyl cellulose in a range of 1.5% by mass or more and 3.5% by mass or less.

本開示は、上記の実施例に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It goes without saying that the present disclosure is not limited to the above examples, and can be carried out in various aspects as long as it belongs to the technical scope of the present disclosure.

本開示は、電池産業の分野に利用可能である。 The present disclosure is available in the field of the battery industry.

20 蓄電デバイス、21 電池ケース、22 正極、23 負極、24 セパレータ、25 ガスケット、26 封口板、27 イオン伝導媒体。 20 power storage device, 21 battery case, 22 positive electrode, 23 negative electrode, 24 separator, 25 gasket, 26 sealing plate, 27 ion conductive medium.

Claims (8)

正極と、
芳香族ジカルボン酸アニオンを含む有機骨格層と前記有機骨格層のカルボン酸に含まれる酸素にアルカリ金属元素が配位して骨格を形成するアルカリ金属元素層とを備える層状構造体を負極活物質として含む負極と、
支持塩として少なくともリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)を含み、前記正極と前記負極との間に介在し、リチウムイオンを伝導するイオン伝導媒体と、
を備えた、蓄電デバイス。
With the positive electrode
A layered structure including an organic skeleton layer containing an aromatic dicarboxylic acid anion and an alkali metal element layer in which an alkali metal element is coordinated with oxygen contained in the carboxylic acid of the organic skeleton layer to form a skeleton is used as a negative electrode active material. Including negative electrode and
An ionic conduction medium containing at least lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) as a supporting salt, interposed between the positive electrode and the negative electrode, and conducting lithium ions.
A power storage device equipped with.
前記イオン伝導媒体は、前記支持塩と有機溶媒とを含む非水系電解液であり、前記LiFSIが0.5mol/L以上2.0mol/L以下の濃度で含有する、請求項1に記載の蓄電デバイス。 The storage according to claim 1, wherein the ion conduction medium is a non-aqueous electrolytic solution containing the supporting salt and an organic solvent, and contains the LiFSI at a concentration of 0.5 mol / L or more and 2.0 mol / L or less. device. 前記負極は、式(1)〜(3)のうち1以上で表される構造を有する前記層状構造体を含む、請求項1又は2に記載の蓄電デバイス。
The power storage device according to claim 1 or 2, wherein the negative electrode includes the layered structure having a structure represented by one or more of the formulas (1) to (3).
前記負極は、ビフェニル骨格を有する前記有機骨格層を備える前記層状構造体を含み、下記(1)〜(5)のうち1以上を満たす、請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。
(1)蓄電デバイス用電極をX線回折測定したときの(111)のピーク強度に対する(300)のピーク強度比P(300)/P(111)が2.0以上を示す。
(2)前記X線回折測定での(011)のピーク強度に対する(300)のピーク強度比P(300)/P(011)が2.0以上を示す。
(3)前記X線回折測定での(111)のピーク強度に対する(100)のピーク強度比P(100)/P(111)が6.0以上を示す。
(4)前記X線回折測定での(011)のピーク強度に対する(100)のピーク強度比P(100)/P(011)が5.0以上を示す。
(5)前記X線回折測定での(300)のピーク強度に対する(100)のピーク強度比P(100)/P(300)が1.5以上を示す。
The power storage according to any one of claims 1 to 3, wherein the negative electrode includes the layered structure including the organic skeleton layer having a biphenyl skeleton and satisfies one or more of the following (1) to (5). device.
(1) The peak intensity ratio P (300) / P (111) of (300) to the peak intensity of (111) when the electrode for the power storage device is measured by X-ray diffraction is 2.0 or more.
(2) The peak intensity ratio P (300) / P (011) of (300) to the peak intensity of (011) in the X-ray diffraction measurement is 2.0 or more.
(3) The peak intensity ratio P (100) / P (111) of (100) to the peak intensity of (111) in the X-ray diffraction measurement is 6.0 or more.
(4) The peak intensity ratio P (100) / P (011) of (100) to the peak intensity of (011) in the X-ray diffraction measurement is 5.0 or more.
(5) The peak intensity ratio P (100) / P (300) of (100) to the peak intensity of (300) in the X-ray diffraction measurement is 1.5 or more.
前記負極は、ナフタレン骨格を有する前記有機骨格層を備える前記層状構造体を含み、下記(6)〜(8)のうち1以上を満たす、請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。
(6)X線回折測定での(011)のピーク強度に対する(002)のピーク強度比P(002)/P(011)が0.25以上を示す。
(7)X線回折測定での(011)のピーク強度に対する(102)のピーク強度比P(102)/P(011)が0.50以上を示す。
(8)X線回折測定での(011)のピーク強度に対する(112)のピーク強度比P(112)/P(011)が0.60以上を示す。
The power storage according to any one of claims 1 to 3, wherein the negative electrode includes the layered structure including the organic skeleton layer having a naphthalene skeleton, and satisfies one or more of the following (6) to (8). device.
(6) The peak intensity ratio P (002) / P (011) of (002) to the peak intensity of (011) in the X-ray diffraction measurement shows 0.25 or more.
(7) The peak intensity ratio P (102) / P (011) of (102) to the peak intensity of (011) in the X-ray diffraction measurement shows 0.50 or more.
(8) The peak intensity ratio P (112) / P (011) of (112) to the peak intensity of (011) in the X-ray diffraction measurement shows 0.60 or more.
前記負極は、ナフタレン骨格を有する前記有機骨格層を備える前記層状構造体を含み、下記(9)〜(13)のうち1以上を満たす、請求項1〜3,5のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。
(9)X線回折測定での(002)面の面間隔が0.42400nm以上0.42700nm以下の範囲である。
(10)X線回折測定での(102)面の面間隔が0.37000nm以上0.37350nm以下の範囲である。
(11)X線回折測定での(112)面の面間隔が0.30400nm以上0.30600nm以下の範囲である。
(12)X線回折測定での(211)面の面間隔が0.32250nm以上0.32520nm以下の範囲である。
(13)X線回折測定での(200)面の面間隔が0.50500nm以上0.50900nm以下の範囲である。
The negative electrode includes the layered structure including the organic skeleton layer having a naphthalene skeleton, and satisfies one or more of the following (9) to (13), according to any one of claims 1 to 3. Power storage device.
(9) The surface spacing of the (002) plane in the X-ray diffraction measurement is in the range of 0.42400 nm or more and 0.42700 nm or less.
(10) The surface spacing of the (102) plane in the X-ray diffraction measurement is in the range of 0.37000 nm or more and 0.37350 nm or less.
(11) The surface spacing of the (112) plane in the X-ray diffraction measurement is in the range of 0.30400 nm or more and 0.30600 nm or less.
(12) The surface spacing of the (211) plane in the X-ray diffraction measurement is in the range of 0.32250 nm or more and 0.32520 nm or less.
(13) The surface spacing of the (200) plane in the X-ray diffraction measurement is in the range of 0.50500 nm or more and 0.50900 nm or less.
前記負極は、リチウム、ナトリウム及びカリウムのうち1以上を有する前記アルカリ金属元素層を備える前記層状構造体を含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。 The power storage device according to any one of claims 1 to 6, wherein the negative electrode includes the layered structure including the alkali metal element layer having one or more of lithium, sodium and potassium. 前記負極は、前記負極活物質と導電材と水溶性ポリマーとを負極合材として含み、前記負極合材の全体のうち前記水溶性ポリマーとしてのカルボキシメチルセルロースを1.5質量%以上3.5質量%以下の範囲で含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。 The negative electrode contains the negative electrode active material, a conductive material, and a water-soluble polymer as a negative electrode mixture, and 1.5% by mass or more and 3.5% by mass of carboxymethyl cellulose as the water-soluble polymer in the entire negative electrode mixture. The power storage device according to any one of claims 1 to 7, which comprises a range of% or less.
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