JP2022091637A - Negative electrode for nonaqueous electrolyte electricity-storage device, nonaqueous electrolyte electricity-storage device, and manufacturing method of them - Google Patents

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Abstract

To provide a negative electrode capable of suppressing the deterioration of a discharge capacity and a coulomb efficiency of a nonaqueous electrolyte electricity-storage device due to a discharge cycle.SOLUTION: According to an embodiment of the present invention, a negative electrode for a nonaqueous electrolyte electricity-storage device includes: a negative electrode active material layer containing a metal lithium; and a porous layer laminated on a front surface of the negative electrode active material layer and containing inorganic particles, in which a void ratio of the porous layer is 50% or more.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、非水電解質蓄電素子用の負極、非水電解質蓄電素子、及びそれらの製造方法に関する。 The present invention relates to a negative electrode for a non-aqueous electrolyte storage element, a non-aqueous electrolyte storage element, and a method for manufacturing the same.

リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池は、エネルギー密度の高さから、パーソナルコンピュータ、通信端末等の電子機器、自動車等に多用されている。上記非水電解質二次電池は、一般的には、セパレータで電気的に隔離された一対の電極と、この電極間に介在する非水電解質とを有し、両電極間でイオンの受け渡しを行うことで充放電するよう構成される。また、非水電解質二次電池以外の非水電解質蓄電素子として、リチウムイオンキャパシタや電気二重層キャパシタ等のキャパシタも広く普及している。非水電解質蓄電素子に用いられる高エネルギー密度を有する負極活物質として、金属リチウムが知られている(特許文献1、2参照)。 Non-aqueous electrolyte secondary batteries typified by lithium ion secondary batteries are widely used in personal computers, electronic devices such as communication terminals, automobiles, etc. due to their high energy density. The non-aqueous electrolyte secondary battery generally has a pair of electrodes electrically separated by a separator and a non-aqueous electrolyte interposed between the electrodes, and transfers ions between the two electrodes. It is configured to charge and discharge. In addition, capacitors such as lithium ion capacitors and electric double layer capacitors are also widely used as non-aqueous electrolyte storage elements other than non-aqueous electrolyte secondary batteries. Metallic lithium is known as a negative electrode active material having a high energy density used in a non-aqueous electrolyte power storage element (see Patent Documents 1 and 2).

特開2016-100065号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-100065 特開平07-245099号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 07-24599

非水電解質蓄電素子においては、充放電サイクルを繰り返しても、放電容量やクーロン効率等の充放電性能が初期の状態から良好なまま維持されることが望ましい。しかし特に負極が金属リチウムを含有する非水電解質蓄電素子の場合、充放電サイクルに伴う性能の低下が大きい傾向にある。 In the non-aqueous electrolyte power storage element, it is desirable that the charge / discharge performance such as the discharge capacity and the Coulomb efficiency is maintained in good condition from the initial state even if the charge / discharge cycle is repeated. However, especially when the negative electrode is a non-aqueous electrolyte power storage element containing metallic lithium, the performance tends to be significantly deteriorated due to the charge / discharge cycle.

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、金属リチウムを含有する負極であって、充放電サイクルに伴う非水電解質蓄電素子の放電容量及びクーロン効率の低下を抑制することができる負極、このような負極を備える非水電解質蓄電素子、及びこれらの製造方法を提供することである。 The present invention has been made based on the above circumstances, and an object thereof is a negative electrode containing metallic lithium, and a decrease in discharge capacity and Coulomb efficiency of a non-aqueous electrolyte storage element due to a charge / discharge cycle. It is an object of the present invention to provide a negative electrode capable of suppressing the above-mentioned factors, a non-aqueous electrolyte power storage element provided with such a negative electrode, and a method for manufacturing the same.

本発明の一態様は、金属リチウムを含有する負極活物質層と、上記負極活物質層の表面に積層された、無機粒子を含有する多孔質層とを有し、上記多孔質層の空隙率が50%以上である非水電解質蓄電素子用の負極である。 One aspect of the present invention has a negative electrode active material layer containing metallic lithium and a porous layer containing inorganic particles laminated on the surface of the negative electrode active material layer, and the void ratio of the porous layer. Is a negative electrode for a non-aqueous electrolyte power storage element having a value of 50% or more.

本発明の他の一態様は、金属リチウムを含有する負極活物質層の表面に、無機粒子を含有する多孔質層形成材料により、空隙率が50%以上である多孔質層を形成することを備える非水電解質蓄電素子用の負極の製造方法である。 Another aspect of the present invention is to form a porous layer having a porosity of 50% or more on the surface of the negative electrode active material layer containing metallic lithium by using a porous layer forming material containing inorganic particles. It is a method of manufacturing a negative electrode for a non-aqueous electrolyte power storage element provided.

本発明の他の一態様は、本発明の一態様に係る負極を備える非水電解質蓄電素子である。 Another aspect of the present invention is a non-aqueous electrolyte power storage element including a negative electrode according to the present invention.

本発明の他の一態様は、負極及びセパレータを備え、上記負極が、金属リチウムを含有する負極活物質層と、上記負極活物質層の表面に積層された、無機粒子を含有する多孔質層とを有し、上記負極の多孔質層の空隙率が、上記セパレータの空隙率よりも高い非水電解質蓄電素子である。 Another aspect of the present invention comprises a negative electrode and a separator, wherein the negative electrode is a negative electrode active material layer containing metallic lithium and a porous layer containing inorganic particles laminated on the surface of the negative electrode active material layer. The non-aqueous electrolyte storage element has a void ratio of the porous layer of the negative electrode higher than that of the separator.

本発明の他の一態様は、本発明の一態様に係る負極、又は本発明の一態様に係る負極の製造方法により得られた負極を用いて非水電解質蓄電素子を作製することを備える非水電解質蓄電素子の製造方法である。 Another aspect of the present invention comprises producing a non-aqueous electrolyte power storage element using the negative electrode according to one aspect of the present invention or the negative electrode obtained by the method for manufacturing a negative electrode according to one aspect of the present invention. This is a method for manufacturing a water electrolyte storage element.

本発明の他の一態様は、負極とセパレータとを用いて非水電解質蓄電素子を作製することを備え、上記負極が、金属リチウムを含有する負極活物質層と、上記負極活物質層の表面に積層された、無機粒子を含有する多孔質層とを有し、上記負極の多孔質層の空隙率が、上記セパレータの空隙率よりも高い非水電解質蓄電素子の製造方法である。 Another aspect of the present invention comprises manufacturing a non-aqueous electrolyte power storage element using a negative electrode and a separator, wherein the negative electrode is a negative electrode active material layer containing metallic lithium and the surface of the negative electrode active material layer. This is a method for manufacturing a non-aqueous electrolyte power storage element, which has a porous layer containing inorganic particles laminated in the above, and the void ratio of the porous layer of the negative electrode is higher than the void ratio of the separator.

本発明の一態様によれば、金属リチウムを含有する負極であって、充放電サイクルに伴う非水電解質蓄電素子の放電容量及びクーロン効率の低下を抑制することができる負極、このような負極を備える非水電解質蓄電素子、及びこれらの製造方法を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, a negative electrode containing metallic lithium, which can suppress a decrease in discharge capacity and Coulomb efficiency of a non-aqueous electrolyte storage element due to a charge / discharge cycle, such a negative electrode. It is possible to provide a non-aqueous electrolyte power storage element provided, and a method for producing these.

図1は、本発明の一実施形態に係る非水電解質蓄電素子を示す外観斜視図である。FIG. 1 is an external perspective view showing a non-aqueous electrolyte power storage element according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施形態に係る非水電解質蓄電素子を複数個集合して構成した蓄電装置を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic view showing a power storage device configured by assembling a plurality of non-aqueous electrolyte power storage elements according to an embodiment of the present invention. 図3Aは、実施例1の非水電解質蓄電素子のサイクル毎の容量維持率(Capacity retention)の変化を示すグラフである。FIG. 3A is a graph showing changes in the capacity retention rate of the non-aqueous electrolyte power storage element of Example 1 for each cycle. 図3Bは、実施例1の非水電解質蓄電素子のサイクル毎のクーロン効率(Coulombic efficiency)の変化を示すグラフである。FIG. 3B is a graph showing changes in the Coulomb efficiency (Coulombic efficiency) of the non-aqueous electrolyte power storage element of Example 1 for each cycle. 図4Aは、実施例2の非水電解質蓄電素子のサイクル毎の容量維持率の変化を示すグラフである。FIG. 4A is a graph showing changes in the capacity retention rate of the non-aqueous electrolyte power storage element of Example 2 for each cycle. 図4Bは、実施例2の非水電解質蓄電素子のサイクル毎のクーロン効率の変化を示すグラフである。FIG. 4B is a graph showing changes in the Coulomb efficiency of the non-aqueous electrolyte power storage element of Example 2 for each cycle. 図5Aは、実施例3の非水電解質蓄電素子のサイクル毎の容量維持率の変化を示すグラフである。FIG. 5A is a graph showing changes in the capacity retention rate of the non-aqueous electrolyte power storage element of Example 3 for each cycle. 図5Bは、実施例3の非水電解質蓄電素子のサイクル毎のクーロン効率の変化を示すグラフである。FIG. 5B is a graph showing changes in the Coulomb efficiency of the non-aqueous electrolyte power storage element of Example 3 for each cycle. 図6Aは、実施例4の非水電解質蓄電素子のサイクル毎の容量維持率の変化を示すグラフである。FIG. 6A is a graph showing changes in the capacity retention rate of the non-aqueous electrolyte power storage element of Example 4 for each cycle. 図6Bは、実施例4の非水電解質蓄電素子のサイクル毎のクーロン効率の変化を示すグラフである。FIG. 6B is a graph showing changes in the Coulomb efficiency of the non-aqueous electrolyte power storage element of Example 4 for each cycle. 図7Aは、実施例5の非水電解質蓄電素子のサイクル毎の容量維持率の変化を示すグラフである。FIG. 7A is a graph showing changes in the capacity retention rate of the non-aqueous electrolyte power storage element of Example 5 for each cycle. 図7Bは、実施例5の非水電解質蓄電素子のサイクル毎のクーロン効率の変化を示すグラフである。FIG. 7B is a graph showing changes in the Coulomb efficiency of the non-aqueous electrolyte power storage element of Example 5 for each cycle. 図8Aは、実施例6の非水電解質蓄電素子のサイクル毎の容量維持率の変化を示すグラフである。FIG. 8A is a graph showing changes in the capacity retention rate of the non-aqueous electrolyte power storage element of Example 6 for each cycle. 図8Bは、実施例6の非水電解質蓄電素子のサイクル毎のクーロン効率の変化を示すグラフである。FIG. 8B is a graph showing changes in the Coulomb efficiency of the non-aqueous electrolyte power storage element of Example 6 for each cycle. 図9Aは、実施例7の非水電解質蓄電素子のサイクル毎の容量維持率の変化を示すグラフである。FIG. 9A is a graph showing changes in the capacity retention rate of the non-aqueous electrolyte power storage element of Example 7 for each cycle. 図9Bは、実施例7の非水電解質蓄電素子のサイクル毎のクーロン効率の変化を示すグラフである。FIG. 9B is a graph showing changes in the Coulomb efficiency of the non-aqueous electrolyte power storage element of Example 7 for each cycle. 図10Aは、実施例8の非水電解質蓄電素子のサイクル毎の容量維持率の変化を示すグラフである。FIG. 10A is a graph showing changes in the capacity retention rate of the non-aqueous electrolyte power storage element of Example 8 for each cycle. 図10Bは、実施例8の非水電解質蓄電素子のサイクル毎のクーロン効率の変化を示すグラフである。FIG. 10B is a graph showing changes in the Coulomb efficiency of the non-aqueous electrolyte power storage element of Example 8 for each cycle. 図11Aは、実施例9の非水電解質蓄電素子のサイクル毎の容量維持率の変化を示すグラフである。FIG. 11A is a graph showing changes in the capacity retention rate of the non-aqueous electrolyte power storage element of Example 9 for each cycle. 図11Bは、実施例9の非水電解質蓄電素子のサイクル毎のクーロン効率の変化を示すグラフである。FIG. 11B is a graph showing changes in the Coulomb efficiency of the non-aqueous electrolyte power storage element of Example 9 for each cycle. 図12Aは、比較例1の非水電解質蓄電素子のサイクル毎の容量維持率の変化を示すグラフである。FIG. 12A is a graph showing changes in the capacity retention rate of the non-aqueous electrolyte power storage element of Comparative Example 1 for each cycle. 図12Bは、比較例1の非水電解質蓄電素子のサイクル毎のクーロン効率の変化を示すグラフである。FIG. 12B is a graph showing changes in the Coulomb efficiency of the non-aqueous electrolyte power storage device of Comparative Example 1 for each cycle. 図13Aは、比較例2の非水電解質蓄電素子のサイクル毎の容量維持率の変化を示すグラフである。FIG. 13A is a graph showing changes in the capacity retention rate of the non-aqueous electrolyte power storage element of Comparative Example 2 for each cycle. 図13Bは、比較例2の非水電解質蓄電素子のサイクル毎のクーロン効率の変化を示すグラフである。FIG. 13B is a graph showing changes in the Coulomb efficiency of the non-aqueous electrolyte power storage element of Comparative Example 2 for each cycle.

初めに、本明細書によって開示される負極、負極の製造方法、非水電解質蓄電素子、及び非水電解質蓄電素子の製造方法の概要について説明する。 First, an outline of a negative electrode, a method for manufacturing a negative electrode, a non-aqueous electrolyte power storage element, and a method for manufacturing a non-water electrolyte power storage element disclosed in the present specification will be described.

本発明の一態様に係る負極は、金属リチウムを含有する負極活物質層と、上記負極活物質層の表面に積層された、無機粒子を含有する多孔質層とを有し、上記多孔質層の空隙率が50%以上である非水電解質蓄電素子用の負極である。 The negative electrode according to one aspect of the present invention has a negative electrode active material layer containing metallic lithium and a porous layer containing inorganic particles laminated on the surface of the negative electrode active material layer, and the porous layer. It is a negative electrode for a non-aqueous electrolyte power storage element having a void ratio of 50% or more.

当該負極は、金属リチウムを含有する負極であって、充放電サイクルに伴う非水電解質蓄電素子の放電容量及びクーロン効率の低下を抑制することができる。この理由は定かではないが、以下の理由が推測される。一般的に金属リチウムを含有する負極を備える非水電解質蓄電素子においては、充電の際に負極表面で金属リチウムが樹枝状に析出し(以下、樹枝状の形態をした金属リチウムを「デンドライト」という。)、このデンドライトが充放電の繰り返しに伴って成長する。そして、成長したデンドライトが、セパレータを突き抜け、正極と接触して微短絡が生じることなどにより、放電容量及びクーロン効率の低下を引き起こすと考えられる。具体的には、金属リチウムを含有する負極を備える非水電解質蓄電素子では、充電の際に正極からリチウムイオンが放出され、多孔質状のセパレータの空孔内の非水電解質中を拡散又は泳動して負極表面に到達した後、金属リチウムとして析出する際に、負極活物質表面におけるセパレータの空孔と対向する部分に供給されるリチウムイオンの濃度がセパレータの空孔以外と対向する部分よりも相対的に高くなるために、この部分において金属リチウムの析出が平面方向に不均一に生じ易くなり且つデンドライトも成長し易くなると考えられる。これに対し本発明の一態様に係る負極を備える非水電解質蓄電素子の場合、負極活物質層表面に空隙率が高い多孔質層が設けられていることで、セパレータの空孔内の非水電解質中を拡散又は泳動してきたリチウムイオンがさらに多孔質層の空孔内の非水電解質中を拡散又は泳動することにより、供給されるリチウムイオンの濃度が平面方向に均一化されて負極活物質層表面に到達する。このため、金属リチウムの析出にムラが少なくなり、デンドライトの成長が抑制されると考えらえる。特に、一般的にセパレータは延伸により多孔質状に成形されることが多く、セパレータの空孔は厚さ方向に対して比較的直線状に、すなわち二次元的に形成されている傾向にある。これに対し、無機粒子を含有する多孔質層は、この無機粒子間の隙間によって空孔が三次元的に広がった形状に形成されている。このため、セパレータの空孔内の非水電解質中を比較的直線的に且つ平面方向に不均一な分布で拡散又は泳動してきたリチウムイオンは、当該負極の多孔質層の空孔内の非水電解質中を拡散又は泳動することで、濃度が平面方向に均一化されることとなる。以上のようなことから、本発明の一態様に係る負極を備える非水電解質蓄電素子においては、充放電サイクルに伴うデンドライトの成長が抑制され、その結果、放電容量及びクーロン効率の低下が抑制されると推測される。 The negative electrode is a negative electrode containing metallic lithium, and can suppress a decrease in discharge capacity and Coulomb efficiency of the non-aqueous electrolyte storage element due to a charge / discharge cycle. The reason for this is not clear, but the following reasons are presumed. Generally, in a non-aqueous electrolyte power storage element provided with a negative electrode containing metallic lithium, metallic lithium precipitates in a dendritic shape on the surface of the negative electrode during charging (hereinafter, metallic lithium in a dendritic form is referred to as "dendrite". .), This dendrite grows with repeated charging and discharging. Then, it is considered that the grown dendrite penetrates the separator and comes into contact with the positive electrode to cause a slight short circuit, which causes a decrease in discharge capacity and Coulomb efficiency. Specifically, in a non-aqueous electrolyte storage element provided with a negative electrode containing metallic lithium, lithium ions are released from the positive electrode during charging and diffuse or migrate in the non-aqueous electrolyte in the pores of the porous separator. When the lithium ion is deposited as metallic lithium after reaching the surface of the negative electrode, the concentration of lithium ions supplied to the portion of the surface of the negative electrode active material facing the pores of the separator is higher than that of the portion facing other than the pores of the separator. Since it is relatively high, it is considered that the precipitation of metallic lithium is likely to occur non-uniformly in the plane direction in this portion, and the dendrite is also likely to grow. On the other hand, in the case of the non-aqueous electrolyte power storage element provided with the negative electrode according to one aspect of the present invention, the non-water in the pores of the separator is provided by providing the porous layer having a high void ratio on the surface of the negative electrode active material layer. The lithium ions that have diffused or migrated in the electrolyte further diffuse or migrate in the non-aqueous electrolyte in the pores of the porous layer, so that the concentration of the supplied lithium ions is made uniform in the plane direction and the negative electrode active material. Reach the layer surface. Therefore, it is considered that the precipitation of metallic lithium is less uneven and the growth of dendrites is suppressed. In particular, in general, the separator is often formed into a porous shape by stretching, and the pores of the separator tend to be formed relatively linearly with respect to the thickness direction, that is, two-dimensionally. On the other hand, the porous layer containing the inorganic particles is formed in a shape in which the pores are three-dimensionally expanded by the gaps between the inorganic particles. Therefore, the lithium ions that have diffused or migrated in the non-aqueous electrolyte in the pores of the separator with a relatively linear and non-uniform distribution in the plane direction are the non-water in the pores of the porous layer of the negative electrode. By diffusing or migrating in the electrolyte, the concentration is made uniform in the plane direction. From the above, in the non-aqueous electrolyte power storage element provided with the negative electrode according to one aspect of the present invention, the growth of dendrites accompanying the charge / discharge cycle is suppressed, and as a result, the decrease in discharge capacity and Coulomb efficiency is suppressed. It is presumed that.

なお、多孔質層の「空隙率」は、多孔質層の平均厚さ、単位面積あたりの質量及び真密度から下記式(I)にて算出される値である。なお、多孔質層の「平均厚さ」は、任意の5ヶ所で測定された厚さの平均値とする。また、多孔質層の「真密度」は、多孔質層を構成する各材料の真密度及び組成比から計算される値である。
空隙率(%)=100-W/(ρ×t)×100 ・・・(I)
W:多孔質層の単位面積あたりの質量[g・cm-2
ρ:多孔質層の真密度[g・cm-3
t:多孔質層の平均厚さ[cm]
The "porosity" of the porous layer is a value calculated by the following formula (I) from the average thickness of the porous layer, the mass per unit area, and the true density. The "average thickness" of the porous layer is an average value of the thickness measured at any five locations. The "true density" of the porous layer is a value calculated from the true density and composition ratio of each material constituting the porous layer.
Porosity (%) = 100-W / (ρ 1 x t) x 100 ... (I)
W: Mass per unit area of the porous layer [g · cm -2 ]
ρ 1 : True density of the porous layer [g · cm -3 ]
t: Average thickness of the porous layer [cm]

上記多孔質層の空隙率が80%以上であることが好ましい。このように多孔質層の空隙率をより高めた場合、多孔質層によって負極活物質層表面に供給されるリチウムイオンの濃度がより平面方向に均一化され、充放電サイクルに伴う非水電解質蓄電素子の放電容量及びクーロン効率の低下をより抑制することができる。 The porosity of the porous layer is preferably 80% or more. When the porosity of the porous layer is further increased in this way, the concentration of lithium ions supplied to the surface of the negative electrode active material layer by the porous layer is made more uniform in the planar direction, and the non-aqueous electrolyte storage associated with the charge / discharge cycle is stored. It is possible to further suppress the decrease in the discharge capacity and the Coulomb efficiency of the element.

上記無機粒子の平均粒径が50nm以下であることが好ましい。上記無機粒子の平均粒径が20nm以下であることがより好ましい。多孔質層中の無機粒子の平均粒径が小さい場合、多孔質層によって負極活物質層表面に供給されるリチウムイオンの濃度がより平面方向に均一化され、充放電サイクルに伴う非水電解質蓄電素子の放電容量及びクーロン効率の低下をより抑制することができる。 The average particle size of the inorganic particles is preferably 50 nm or less. It is more preferable that the average particle size of the inorganic particles is 20 nm or less. When the average particle size of the inorganic particles in the porous layer is small, the concentration of lithium ions supplied to the surface of the negative electrode active material layer by the porous layer is made more uniform in the planar direction, and the non-aqueous electrolyte storage associated with the charge / discharge cycle is stored. It is possible to further suppress the decrease in the discharge capacity and the Coulomb efficiency of the element.

無機粒子の「平均粒径」は、無機粒子の比表面積及び真密度から、以下の方法により求めた値を意味する。無機粒子の「比表面積」は、以下の方法により求める。まず、無機粒子に対して、窒素吸着法を用いた細孔径分布測定を行う。この測定は、Quantachrome社製「autosorb iQ」により行うことができる。得られる吸着等温線のP/P0=0.06~0.3の領域から5点を抽出してBETプロットを行い、その直線のy切片と傾きから比表面積(BET比表面積)を算出する。算出された無機粒子の比表面積、及び無機粒子の真密度から、下記式(II)により平均粒径を求める。
D=6/(ρ×s) ・・・(II)
D:無機粒子の平均粒径
ρ:無機粒子の真密度
s:無機粒子の比表面積
なお、上記測定に基づく無機粒子の平均粒径は、多孔質層の走査電子顕微鏡(SEM)画像から、極端に大きい無機粒子及び極端に小さい無機粒子を避けて100個の無機粒子を抽出して測定する粒径から求めたD50粒径(体積基準積算分布が50%となる値)とほぼ一致することが確認されている。なお、このSEM画像からの測定における各無機粒子の粒径はフェレー径とし、各無機粒子の体積はフェレー径を直径とする球として算出する。
The "average particle size" of the inorganic particles means a value obtained by the following method from the specific surface area and the true density of the inorganic particles. The "specific surface area" of the inorganic particles is determined by the following method. First, the pore size distribution of the inorganic particles is measured by using the nitrogen adsorption method. This measurement can be performed by "autosorb iQ" manufactured by Quantachrome. Five points are extracted from the region of P / P0 = 0.06 to 0.3 of the obtained adsorption isotherm, a BET plot is performed, and the specific surface area (BET specific surface area) is calculated from the y-intercept and slope of the straight line. From the calculated specific surface area of the inorganic particles and the true density of the inorganic particles, the average particle size is obtained by the following formula (II).
D = 6 / (ρ 2 × s) ・ ・ ・ (II)
D: Average particle size of the inorganic particles ρ 2 : True density of the inorganic particles s: Specific surface area of the inorganic particles The average particle size of the inorganic particles based on the above measurement is obtained from the scanning electron microscope (SEM) image of the porous layer. It should be almost the same as the D50 particle size (value at which the volume-based integrated distribution is 50%) obtained from the particle size measured by extracting 100 inorganic particles while avoiding extremely large and extremely small inorganic particles. Has been confirmed. The particle size of each inorganic particle in the measurement from this SEM image is calculated as a ferret diameter, and the volume of each inorganic particle is calculated as a sphere having a ferret diameter as a diameter.

上記多孔質層が実質的に上記無機粒子のみからなることが好ましい。このような場合、充放電サイクルに伴う非水電解質蓄電素子の放電容量及びクーロン効率の低下をより抑制することができる。この理由は定かではないが、多孔質層中に例えばバインダー等の他の成分が存在すると、バインダー等の他の成分が還元分解することで多孔質層の一部が崩壊し、局所的に金属リチウムが析出し易くなる部分が生じる結果、この部分でデンドライトの成長が促進されることなどが考えられる。これに対し、多孔質層が実質的に無機粒子のみからなる場合、多孔質層が還元分解されることなく維持され、デンドライトの成長を抑制できるため、充放電サイクルに伴う非水電解質蓄電素子の放電容量及びクーロン効率の低下がより抑制されると推測される。 It is preferable that the porous layer is substantially composed of only the inorganic particles. In such a case, it is possible to further suppress the decrease in the discharge capacity and the Coulomb efficiency of the non-aqueous electrolyte power storage element due to the charge / discharge cycle. The reason for this is not clear, but if other components such as a binder are present in the porous layer, the other components such as the binder are reduced and decomposed, so that a part of the porous layer is disintegrated and the metal is locally present. As a result of the formation of a portion where lithium is likely to precipitate, it is considered that the growth of dendrite is promoted in this portion. On the other hand, when the porous layer is substantially composed of only inorganic particles, the porous layer is maintained without being reduced and decomposed, and the growth of dendrites can be suppressed. It is presumed that the decrease in discharge capacity and Coulomb efficiency is further suppressed.

なお、多孔質層が実質的に無機粒子のみからなるとは、無機粒子以外に微量に他の成分が含有されていてもよいことを意味する。多孔質層が実質的に無機粒子のみからなるとは、例えば多孔質層における無機粒子の含有量が99質量%以上であることをいい、上記含有量が99.9質量%以上であることが好ましい。 The fact that the porous layer is substantially composed of only inorganic particles means that other components may be contained in a trace amount in addition to the inorganic particles. The fact that the porous layer is substantially composed of only inorganic particles means that, for example, the content of the inorganic particles in the porous layer is 99% by mass or more, and the content is preferably 99.9% by mass or more. ..

本発明の一態様に係る負極の製造方法は、金属リチウムを含有する負極活物質層の表面に、無機粒子を含有する多孔質層形成材料により、空隙率が50%以上である多孔質層を形成することを備える非水電解質蓄電素子用の負極の製造方法である。 In the method for producing a negative electrode according to one aspect of the present invention, a porous layer having a porosity of 50% or more is formed on the surface of a negative electrode active material layer containing metallic lithium by using a porous layer forming material containing inorganic particles. It is a method of manufacturing a negative electrode for a non-aqueous electrolyte power storage element that comprises forming.

当該負極の製造方法によれば、金属リチウムを含有する負極であって、充放電サイクルに伴う非水電解質蓄電素子の放電容量及びクーロン効率の低下を抑制することができる負極を製造することができる。 According to the method for manufacturing the negative electrode, it is possible to manufacture a negative electrode containing metallic lithium and capable of suppressing a decrease in discharge capacity and Coulomb efficiency of a non-aqueous electrolyte storage element due to a charge / discharge cycle. ..

本発明の一態様に係る非水電解質蓄電素子は、本発明の一態様に係る負極を備える非水電解質蓄電素子(A)である。 The non-aqueous electrolyte storage element according to one aspect of the present invention is the non-aqueous electrolyte storage element (A) provided with the negative electrode according to one aspect of the present invention.

当該非水電解質蓄電素子(A)は、本発明の一態様に係る負極を備えているため、充放電サイクルに伴う放電容量及びクーロン効率の低下が抑制されている。 Since the non-aqueous electrolyte power storage element (A) includes the negative electrode according to one aspect of the present invention, the decrease in discharge capacity and coulombic efficiency due to the charge / discharge cycle is suppressed.

本発明の他の一態様に係る非水電解質蓄電素子は、負極及びセパレータを備え、上記負極が、金属リチウムを含有する負極活物質層と、上記負極活物質層の表面に積層された、無機粒子を含有する多孔質層とを有し、上記負極の多孔質層の空隙率が、上記セパレータの空隙率よりも高い非水電解質蓄電素子(B)である。 The non-aqueous electrolyte power storage element according to another aspect of the present invention includes a negative electrode and a separator, and the negative electrode is an inorganic layer in which the negative electrode active material layer containing metallic lithium and the surface of the negative electrode active material layer are laminated. The non-aqueous electrolyte power storage element (B) has a porous layer containing particles, and the void ratio of the porous layer of the negative electrode is higher than the void ratio of the separator.

当該非水電解質蓄電素子(B)も、金属リチウムを含有する負極を備えていながら、充放電サイクルに伴う放電容量及びクーロン効率の低下が抑制されている。このような効果が奏される理由としては、上記した本発明の一実施形態に係る負極を用いる場合と同様に、セパレータの空孔内の非水電解質中を平面方向に不均一な分布で拡散又は泳動してきたリチウムイオンが、空隙率が相対的に高い多孔質層の空孔内の非水電解質中を拡散又は泳動することで、濃度が平面方向に均一化されることなどによると推測される。 Although the non-aqueous electrolyte power storage element (B) also has a negative electrode containing metallic lithium, the decrease in discharge capacity and Coulomb efficiency due to the charge / discharge cycle is suppressed. The reason why such an effect is exhibited is that, as in the case of using the negative electrode according to the embodiment of the present invention described above, the non-aqueous electrolyte in the pores of the separator is diffused in a non-uniform distribution in the plane direction. Alternatively, it is presumed that the migrating lithium ions diffuse or migrate in the non-aqueous electrolyte in the pores of the porous layer having a relatively high void ratio, so that the concentration is made uniform in the plane direction. To.

なお、セパレータの「空隙率」は、上述した多孔質層の空隙率と同様の方法により算出される値である。 The "porosity" of the separator is a value calculated by the same method as the above-mentioned porosity of the porous layer.

当該非水電解質蓄電素子(A)及び非水電解質蓄電素子(B)においては、通常使用時の充電終止電圧における正極電位が4.5V(vs.Li/Li)以上であることが好ましい。通常使用時の充電終止電圧における正極電位を4.5V(vs.Li/Li)以上とすることで、非水電解質蓄電素子の放電容量を大きくし、エネルギー密度を高めることができる。 In the non-aqueous electrolyte storage element (A) and the non-aqueous electrolyte storage element (B), it is preferable that the positive electrode potential at the end-of-charge voltage during normal use is 4.5 V (vs. Li / Li + ) or more. By setting the positive electrode potential at the end-of-charge voltage during normal use to 4.5 V (vs. Li / Li + ) or more, the discharge capacity of the non-aqueous electrolyte power storage element can be increased and the energy density can be increased.

なお、「通常使用時」とは、非水電解質蓄電素子について推奨され、又は指定される充電条件を採用して非水電解質蓄電素子を使用する場合をいう。例えば、非水電解質蓄電素子のための充電器が用意されている場合は、その充電器を適用して非水電解質蓄電素子を使用する場合をいう。 The term "normal use" refers to the case where the non-aqueous electrolyte power storage element is used by adopting the charging conditions recommended or specified for the non-water electrolyte power storage element. For example, when a charger for a non-aqueous electrolyte power storage element is prepared, it means a case where the charger is applied to use the non-water electrolyte power storage element.

本発明の一態様に係る非水電解質蓄電素子の製造方法は、本発明の一態様に係る負極、又は本発明の一態様に係る負極の製造方法により得られた負極を用いて非水電解質蓄電素子を作製することを備える非水電解質蓄電素子の製造方法(A)である。 The method for manufacturing a non-aqueous electrolyte power storage element according to one aspect of the present invention uses a negative electrode according to one aspect of the present invention or a negative electrode obtained by the method for manufacturing a negative electrode according to one aspect of the present invention. It is a method (A) for manufacturing a non-aqueous electrolyte power storage element comprising manufacturing the device.

本発明の他の一態様に係る非水電解質蓄電素子の製造方法は、負極とセパレータとを用いて非水電解質蓄電素子を作製することを備え、上記負極が、金属リチウムを含有する負極活物質層と、上記負極活物質層の表面に積層された、無機粒子を含有する多孔質層とを有し、上記負極の多孔質層の空隙率が、上記セパレータの空隙率よりも高い非水電解質蓄電素子の製造方法(B)である。 The method for manufacturing a non-aqueous electrolyte power storage element according to another aspect of the present invention comprises manufacturing a non-aqueous electrolyte power storage element using a negative electrode and a separator, and the negative electrode is a negative electrode active material containing metallic lithium. A non-aqueous electrolyte having a layer and a porous layer containing inorganic particles laminated on the surface of the negative electrode active material layer, and the void ratio of the porous layer of the negative electrode is higher than the void ratio of the separator. This is a method (B) for manufacturing a power storage element.

当該非水電解質蓄電素子の製造方法(A)及び非水電解質蓄電素子の製造方法(B)によれば、金属リチウムを含有する負極を備える非水電解質蓄電素子であって、充放電サイクルに伴う放電容量及びクーロン効率の低下が抑制されている非水電解質蓄電素子を製造することができる。 According to the method for manufacturing the non-aqueous electrolyte power storage element (A) and the method for manufacturing the non-water electrolyte power storage element (B), the non-aqueous electrolyte power storage element is provided with a negative electrode containing metallic lithium and is associated with a charge / discharge cycle. It is possible to manufacture a non-aqueous electrolyte power storage element in which a decrease in discharge capacity and Coulomb efficiency is suppressed.

以下、本発明の一実施形態に係る負極、負極の製造方法、非水電解質蓄電素子、及び非水電解質蓄電素子の製造方法について、順に説明する。 Hereinafter, the negative electrode, the method for manufacturing the negative electrode, the non-aqueous electrolyte power storage element, and the method for manufacturing the non-water electrolyte power storage element according to the embodiment of the present invention will be described in order.

<負極>
本発明の一実施形態に係る負極は、負極基材、負極活物質層及び多孔質層を有する。当該負極においては、負極基材、負極活物質層及び多孔質層がこの順に積層された構造を有する。負極活物質層は、負極基材の両面に直接又は中間層を介してそれぞれ積層されていてよい。負極活物質層が負極基材の両面にそれぞれ設けられている場合、各負極活物質層の負極基材に対向していない側の表面にそれぞれ多孔質層が設けられていることが好ましい。当該負極は、非水電解質蓄電素子に用いられる。
<Negative electrode>
The negative electrode according to the embodiment of the present invention has a negative electrode base material, a negative electrode active material layer, and a porous layer. The negative electrode has a structure in which a negative electrode base material, a negative electrode active material layer, and a porous layer are laminated in this order. The negative electrode active material layer may be laminated directly on both sides of the negative electrode base material or via an intermediate layer. When the negative electrode active material layer is provided on both sides of the negative electrode base material, it is preferable that the porous layer is provided on the surface of each negative electrode active material layer on the side not facing the negative electrode base material. The negative electrode is used for a non-aqueous electrolyte power storage element.

負極基材は、導電性を有する。「導電性を有する」とは、JIS-H-0505(1975年)に準拠して測定される体積抵抗率が10Ω・cm以下であることを意味し、「非導電性」とは、上記体積抵抗率が10Ω・cm超であることを意味する。負極基材の材質としては、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属又はそれらの合金、炭素質材料等が用いられ、銅又は銅合金が好ましい。また、負極基材の形成形態としては、箔、蒸着膜等が挙げられ、コストの面から箔が好ましい。つまり、負極基材としては銅箔が好ましい。銅箔としては、圧延銅箔、電解銅箔等が例示される。 The negative electrode substrate has conductivity. "Having conductivity" means that the volume resistivity measured according to JIS-H-0505 (1975) is 107 Ω · cm or less, and "non-conductive" means. It means that the volume resistivity is more than 107 Ω · cm. As the material of the negative electrode base material, metals such as copper, nickel, stainless steel and nickel-plated steel, alloys thereof, carbonaceous materials and the like are used, and copper or copper alloy is preferable. In addition, examples of the form of forming the negative electrode base material include foils and thin-film deposition films, and foils are preferable from the viewpoint of cost. That is, a copper foil is preferable as the negative electrode base material. Examples of the copper foil include rolled copper foil and electrolytic copper foil.

負極基材の平均厚さは、2μm以上35μm以下が好ましく、3μm以上30μm以下がより好ましく、4μm以上25μm以下がさらに好ましく、5μm以上20μm以下が特に好ましい。負極基材の平均厚さを上記の範囲とすることで、負極基材の強度を高めつつ、非水電解質蓄電素子の体積当たりのエネルギー密度を高めることができる。負極基材の「平均厚さ」とは、所定の面積の負極基材を打ち抜いた際の打ち抜き質量を、負極基材の真密度及び打ち抜き面積で除した値をいう。後述する負極活物質層及び正極基材の平均厚さについても同様である。 The average thickness of the negative electrode substrate is preferably 2 μm or more and 35 μm or less, more preferably 3 μm or more and 30 μm or less, further preferably 4 μm or more and 25 μm or less, and particularly preferably 5 μm or more and 20 μm or less. By setting the average thickness of the negative electrode base material within the above range, it is possible to increase the energy density per volume of the non-aqueous electrolyte power storage element while increasing the strength of the negative electrode base material. The "average thickness" of the negative electrode base material means a value obtained by dividing the punched mass when punching a negative electrode base material having a predetermined area by the true density and the punched area of the negative electrode base material. The same applies to the average thickness of the negative electrode active material layer and the positive electrode base material, which will be described later.

中間層は、負極基材の表面の被覆層であり、炭素粒子等の導電剤を含むことで負極基材と負極活物質層との接触抵抗を低減する。中間層の構成は特に限定されず、例えばバインダー及び導電剤を含有する組成物により形成できる。 The intermediate layer is a coating layer on the surface of the negative electrode base material, and contains a conductive agent such as carbon particles to reduce the contact resistance between the negative electrode base material and the negative electrode active material layer. The composition of the intermediate layer is not particularly limited, and can be formed by, for example, a composition containing a binder and a conductive agent.

負極活物質層は、金属リチウムを含有する。金属リチウムは、負極活物質として機能する成分である。金属リチウムは、実質的にリチウム元素のみからなる純金属リチウムとして存在してもよいし、他の金属元素を含むリチウム合金として存在してもよい。リチウム合金としては、リチウム銀合金、リチウム亜鉛合金、リチウムカルシウム合金、リチウムアルミニウム合金、リチウムマグネシウム合金、リチウムインジウム合金等が挙げられる。リチウム合金は、リチウム以外の複数の金属元素を含有していてもよい。 The negative electrode active material layer contains metallic lithium. Metallic lithium is a component that functions as a negative electrode active material. The metallic lithium may exist as pure metallic lithium consisting substantially only of lithium elements, or may exist as a lithium alloy containing other metallic elements. Examples of the lithium alloy include lithium silver alloy, lithium zinc alloy, lithium calcium alloy, lithium aluminum alloy, lithium magnesium alloy, lithium indium alloy and the like. The lithium alloy may contain a plurality of metal elements other than lithium.

負極活物質層は、実質的に金属リチウムのみからなる層であってよい。負極活物質層における金属リチウムの含有量は、90質量%以上であってよく、99質量%以上であってよく、100質量%であってよい。 The negative electrode active material layer may be a layer substantially composed only of metallic lithium. The content of metallic lithium in the negative electrode active material layer may be 90% by mass or more, 99% by mass or more, or 100% by mass.

負極活物質層は、金属リチウム箔又はリチウム合金箔であってよい。負極活物質層は、無孔質の層(中実の層)であってよい。また、負極活物質層は、金属リチウムを含む粒子を有する多孔質の層であってもよい。負極活物質層の平均厚さは、5μm以上1,000μm以下が好ましく、10μm以上500μm以下がより好ましく、30μm以上300μm以下がさらに好ましい。 The negative electrode active material layer may be a metallic lithium foil or a lithium alloy foil. The negative electrode active material layer may be a non-porous layer (solid layer). Further, the negative electrode active material layer may be a porous layer having particles containing metallic lithium. The average thickness of the negative electrode active material layer is preferably 5 μm or more and 1,000 μm or less, more preferably 10 μm or more and 500 μm or less, and further preferably 30 μm or more and 300 μm or less.

多孔質層は、負極活物質層の表面に積層されている多孔質の層である。上記多孔質層の空隙率の下限は50%であり、60%が好ましく、70%がより好ましく、75%がさらに好ましく、80%がよりさらに好ましく、85%がよりさらに好ましい場合がある。また、上記多孔質層の空隙率は、70%超又は80%超であることも好ましい。多孔質層の空隙率を上記下限以上とすることで、多孔質層の空孔内の非水電解質中を拡散又は泳動するリチウムイオンの濃度が十分に平面方向に均一化され、当該負極を備える非水電解質蓄電素子の充放電サイクルに伴う放電容量及びクーロン効率の低下を抑制することができる。一方、上記多孔質層の空隙率の上限は、98%が好ましく、95%がより好ましく、92%がさらに好ましい。多孔質層の空隙率を上記上限以下とすることで、多孔質層が十分な強度を有することなどができる。多孔質層の空隙率は、上記したいずれかの下限以上かつ上記したいずれかの下限以下の範囲であってよい。 The porous layer is a porous layer laminated on the surface of the negative electrode active material layer. The lower limit of the porosity of the porous layer is 50%, preferably 60%, more preferably 70%, even more preferably 75%, even more preferably 80%, and even more preferably 85%. Further, the porosity of the porous layer is preferably more than 70% or more than 80%. By setting the void ratio of the porous layer to the above lower limit or higher, the concentration of lithium ions diffusing or migrating in the non-aqueous electrolyte in the pores of the porous layer is sufficiently made uniform in the planar direction, and the negative electrode is provided. It is possible to suppress a decrease in discharge capacity and Coulomb efficiency due to the charge / discharge cycle of the non-aqueous electrolyte power storage element. On the other hand, the upper limit of the porosity of the porous layer is preferably 98%, more preferably 95%, and even more preferably 92%. By setting the porosity of the porous layer to the above upper limit or less, the porous layer can have sufficient strength and the like. The porosity of the porous layer may be in the range of one of the above-mentioned lower limit or more and one of the above-mentioned lower limit or less.

多孔質層は、無機粒子を含有する。無機粒子とは、無機材料から構成されている粒子をいう。無機材料は、無機化合物及び無機元素の単体のいずれであってもよいが、無機化合物が好ましい。上記無機化合物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、アルミノケイ酸塩等の酸化物;水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化アルミニウム等の水酸化物;窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の窒化物;炭酸カルシウム等の炭酸塩;硫酸バリウム等の硫酸塩;フッ化カルシウム、フッ化バリウム、チタン酸バリウム等の難溶性のイオン結晶;モンモリロナイト、ベーマイト、アパタイト、ムライト、スピネル、クオーツ、等の鉱物資源由来物質又はこれらの人造物等が挙げられる。これらの無機材料は、例えば金属リチウム等と反応した反応生成物として多孔質層中に存在していてもよい。これらの無機材料の中でも、酸化物が好ましく、酸化ケイ素、酸化アルミニウム及び酸化チタンがより好ましく、酸化ケイ素及び酸化アルミニウムがさらに好ましい。無機粒子として、これらの無機材料の単体又は複合体を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。無機粒子表面は、他の材料で被覆等されていてもよい。 The porous layer contains inorganic particles. Inorganic particles refer to particles composed of an inorganic material. The inorganic material may be either an inorganic compound or a simple substance of an inorganic element, but an inorganic compound is preferable. Examples of the inorganic compound include oxides such as silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, zinc oxide, zirconium oxide, calcium oxide, strontium oxide, barium oxide, magnesium oxide and aluminosilicate; magnesium hydroxide, calcium hydroxide and water. Hydroxides such as aluminum oxide; nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride; carbonates such as calcium carbonate; sulfates such as barium sulfate; sparingly soluble ion crystals such as calcium fluoride, barium fluoride and barium titanate Examples include mineral resource-derived substances such as montmorillonite, boehmite, apatite, mulite, spinel, and quartz, or man-made products thereof. These inorganic materials may be present in the porous layer as reaction products that have reacted with, for example, metallic lithium. Among these inorganic materials, oxides are preferable, silicon oxide, aluminum oxide and titanium oxide are more preferable, and silicon oxide and aluminum oxide are further preferable. As the inorganic particles, a single substance or a complex of these inorganic materials may be used alone, or two or more kinds thereof may be mixed and used. The surface of the inorganic particles may be coated with another material.

無機粒子の平均粒径は、1nm以上1mm以下が好ましく、2nm以上200nm以下がより好ましく、3nm以上50nm以下がさらに好ましく、4nm以上30nm以下がよりさらに好ましく、5nm以上25nm以下がよりさらに好ましく、6nm以上20nm以下がよりさらに好ましい。無機粒子の平均粒径を上記上限以下とすることで、多孔質層の空孔内の非水電解質中を拡散又は泳動するリチウムイオンの濃度が特に十分に平面方向に均一化され、当該負極を備える非水電解質蓄電素子の充放電サイクルに伴う放電容量及びクーロン効率の低下をより抑制することができる。一方、無機粒子の平均粒径を上記下限以上とすることで、多孔質層の空孔内の非水電解質中におけるリチウムイオンの拡散性又は泳動性が高まり、非水電解質蓄電素子の充放電性能を高めることができる。 The average particle size of the inorganic particles is preferably 1 nm or more and 1 mm or less, more preferably 2 nm or more and 200 nm or less, further preferably 3 nm or more and 50 nm or less, further preferably 4 nm or more and 30 nm or less, further preferably 5 nm or more and 25 nm or less, further preferably 6 nm. More than 20 nm or less is more preferable. By setting the average particle size of the inorganic particles to the above upper limit or less, the concentration of lithium ions diffusing or migrating in the non-aqueous electrolyte in the pores of the porous layer is particularly sufficiently uniformed in the planar direction, and the negative electrode is set. It is possible to further suppress the decrease in discharge capacity and Coulomb efficiency associated with the charge / discharge cycle of the non-aqueous electrolyte power storage element provided. On the other hand, by setting the average particle size of the inorganic particles to the above lower limit or higher, the diffusivity or migrating property of lithium ions in the non-aqueous electrolyte in the pores of the porous layer is enhanced, and the charge / discharge performance of the non-aqueous electrolyte power storage element is enhanced. Can be enhanced.

無機粒子の比表面積としては、1m/g以上500m/g以下が好ましく、10m/g以上400m/g以下がより好ましく、30m/g以上300m/g以下がさらに好ましく、70m/g以上250m/g以下がよりさらに好ましい。このような比表面積を有する無機粒子を用いることで、当該負極を備える非水電解質蓄電素子の充放電サイクルに伴う放電容量及びクーロン効率の低下をより抑制することができる。特に、無機粒子の比表面積が上記下限以上であることで、多孔質層の空孔内の非水電解質を拡散又は泳動するリチウムイオンの濃度がより平面方向に均一化され、その結果、当該負極を備える非水電解質蓄電素子の充放電サイクルに伴う放電容量及びクーロン効率の低下をより抑制することができる。 The specific surface area of the inorganic particles is preferably 1 m 2 / g or more and 500 m 2 / g or less, more preferably 10 m 2 / g or more and 400 m 2 / g or less, further preferably 30 m 2 / g or more and 300 m 2 / g or less, and 70 m. More preferably, it is 2 / g or more and 250 m 2 / g or less. By using the inorganic particles having such a specific surface area, it is possible to further suppress the decrease in discharge capacity and Coulomb efficiency associated with the charge / discharge cycle of the non-aqueous electrolyte power storage element provided with the negative electrode. In particular, when the specific surface area of the inorganic particles is equal to or higher than the above lower limit, the concentration of lithium ions diffusing or migrating the non-aqueous electrolyte in the pores of the porous layer is made more uniform in the planar direction, and as a result, the negative electrode is concerned. It is possible to further suppress the decrease in discharge capacity and Coulomb efficiency associated with the charge / discharge cycle of the non-aqueous electrolyte power storage element.

多孔質層には、無機粒子以外の他の成分が含まれていてもよい。このような他の成分としては、バインダー、多孔質層を形成するときに用いられた分散媒に由来する成分等が挙げられる。但し、当該負極を備える非水電解質蓄電素子の充放電サイクルに伴う放電容量及びクーロン効率の低下を抑制するという効果を高めるためには、多孔質層が実質的に無機粒子のみからなることが好ましい。具体的に多孔質層における無機粒子の含有量は、例えば80質量%以上又は90質量%以上であってよいが、99質量%以上が好ましく、99.9質量%以上がより好ましい。なお、当該負極においては、負極活物質層中の金属リチウムと多孔質層中の無機粒子との間及び無機粒子同士で、ファンデルワールス力、アンカー効果、溶着、その他何らかの引力や結合が生じていることなどで、多孔質層が実質的に無機粒子のみからなる場合であっても、多孔質層が負極活物質層表面に積層されると考えられる。 The porous layer may contain components other than the inorganic particles. Examples of such other components include a binder, a component derived from the dispersion medium used when forming the porous layer, and the like. However, in order to enhance the effect of suppressing the decrease in discharge capacity and Coulomb efficiency associated with the charge / discharge cycle of the non-aqueous electrolyte power storage element provided with the negative electrode, it is preferable that the porous layer is substantially composed of only inorganic particles. .. Specifically, the content of the inorganic particles in the porous layer may be, for example, 80% by mass or more or 90% by mass or more, preferably 99% by mass or more, and more preferably 99.9% by mass or more. In the negative electrode, van der Waals force, anchor effect, welding, or some other attractive force or bond occurs between the metallic lithium in the negative electrode active material layer and the inorganic particles in the porous layer and between the inorganic particles. Therefore, it is considered that the porous layer is laminated on the surface of the negative electrode active material layer even when the porous layer is substantially composed of only inorganic particles.

また、多孔質層は、実質的に無機物のみからなることが好ましい。上記無機物には、上記無機粒子も含まれる。多孔質層における無機物の含有量としては、90質量%以上が好ましく、99質量%以上がより好ましく、99.9質量%以上がさらに好ましい。多孔質層が実質的に無機物のみからなる場合、多孔質層が還元分解されることなく維持され、デンドライトの成長を抑制できるため、充放電サイクルに伴う非水電解質蓄電素子の放電容量及びクーロン効率の低下がより抑制されると推測される。 Further, it is preferable that the porous layer is substantially composed of only inorganic substances. The inorganic substances also include the inorganic particles. The content of the inorganic substance in the porous layer is preferably 90% by mass or more, more preferably 99% by mass or more, still more preferably 99.9% by mass or more. When the porous layer is substantially composed of only inorganic substances, the porous layer is maintained without being reduced and decomposed, and the growth of dendrites can be suppressed. It is presumed that the decrease in the amount of water is suppressed.

多孔質層の平均厚さとしては、1μm以上100μm以下が好ましく、2μm以上50μm以下がより好ましく、2μm超40μm以下がさらに好ましく、5μm超30μm以下がよりさらに好ましく、10μm以上20μm以下がよりさらに好ましいこともある。多孔質層の平均厚さを上記下限以上又は上記下限超とすることで、多孔質層を透過するリチウムイオンの拡散性を高め、その結果、当該負極を備える非水電解質蓄電素子の充放電サイクルに伴う放電容量及びクーロン効率の低下をより抑制することができる。一方、多孔質層の平均厚さを上記上限以下とすることで、当該負極及び当該負極を備える非水電解質蓄電素子のエネルギー密度を高めることなどができる。 The average thickness of the porous layer is preferably 1 μm or more and 100 μm or less, more preferably 2 μm or more and 50 μm or less, further preferably 2 μm or more and 40 μm or less, still more preferably 5 μm or more and 30 μm or less, and further preferably 10 μm or more and 20 μm or less. Sometimes. By setting the average thickness of the porous layer to be equal to or greater than the above lower limit or exceeding the above lower limit, the diffusivity of lithium ions transmitted through the porous layer is enhanced, and as a result, the charge / discharge cycle of the non-aqueous electrolyte power storage element provided with the negative electrode is enhanced. It is possible to further suppress the decrease in discharge capacity and Coulomb efficiency due to the above. On the other hand, by setting the average thickness of the porous layer to the above upper limit or less, it is possible to increase the energy density of the negative electrode and the non-aqueous electrolyte power storage element provided with the negative electrode.

<負極の製造方法>
本発明の一実施形態に係る負極の製造方法は、金属リチウムを含有する負極活物質層の表面に、無機粒子を含有する多孔質層形成材料により、空隙率が50%以上である多孔質層を形成することを備える。当該製造方法は、このように多孔質層を形成すること以外は、従来公知の非水電解質蓄電素子用の負極と同様の方法で製造することができる。例えば、上記多孔質層の形成の前に、負極基材に直接又は中間層を介して金属リチウムを含有する負極活物質層を積層し、プレス等をすること等により、多孔質層を形成する前の状態の負極を得ることができる。金属リチウムを含有する負極活物質層は、上述した本発明の一実施形態に係る負極に備わる負極活物質層と同様であり、金属リチウム箔又はリチウム合金箔であってよい。
<Manufacturing method of negative electrode>
In the method for manufacturing a negative electrode according to an embodiment of the present invention, a porous layer having a porosity of 50% or more is provided on the surface of a negative electrode active material layer containing metallic lithium by using a porous layer forming material containing inorganic particles. Prepare to form. The manufacturing method can be manufactured by the same method as the conventionally known negative electrode for a non-aqueous electrolyte power storage element, except that the porous layer is formed in this way. For example, prior to the formation of the porous layer, the negative electrode active material layer containing metallic lithium is laminated on the negative electrode base material directly or via an intermediate layer and pressed to form the porous layer. A negative electrode in the previous state can be obtained. The negative electrode active material layer containing metallic lithium is the same as the negative electrode active material layer provided in the negative electrode according to the above-described embodiment of the present invention, and may be a metallic lithium foil or a lithium alloy foil.

多孔質層形成材料は、例えば、無機粒子と分散媒とを含む分散液であってよい。このような多孔質層形成材料を負極活物質層の表面に塗布し、分散媒を乾燥させることによって、多孔質層を形成することができる。浸漬等、塗布以外の方法によって、多孔質層を形成してもよい。また、無機粒子のみからなる多孔質層形成材料を用い、乾式塗工等によって多孔質層を形成してもよい。 The porous layer forming material may be, for example, a dispersion liquid containing inorganic particles and a dispersion medium. The porous layer can be formed by applying such a porous layer forming material to the surface of the negative electrode active material layer and drying the dispersion medium. The porous layer may be formed by a method other than coating, such as dipping. Further, a porous layer forming material composed of only inorganic particles may be used, and the porous layer may be formed by dry coating or the like.

多孔質層の空隙率は、用いる無機粒子の平均粒径、比表面積等によって調整することができる。但し、例えば同じ値の比表面積を有する無機粒子を用いた場合であっても、無機粒子の形状やその他の製造条件等によって、形成される多孔質層の空隙率は異なる値になり得る。また、多孔質層形成材料が無機粒子以外の固形分を含まない場合、得られる多孔質層の空隙率が高まる傾向にある。 The porosity of the porous layer can be adjusted by adjusting the average particle size, specific surface area, etc. of the inorganic particles used. However, for example, even when inorganic particles having the same specific surface area are used, the porosity of the formed porous layer may be different depending on the shape of the inorganic particles, other manufacturing conditions, and the like. Further, when the porous layer forming material does not contain solids other than inorganic particles, the porosity of the obtained porous layer tends to increase.

当該製造方法によって形成される多孔質層の具体的形態及び好適形態は、上述した本発明の一実施形態に係る負極に備わる多孔質層と同様である。 The specific form and the preferred form of the porous layer formed by the production method are the same as those provided in the negative electrode according to the above-described embodiment of the present invention.

<非水電解質蓄電素子>
本発明の一実施形態に係る非水電解質蓄電素子は、正極、負極、セパレータ及び非水電解質を有する。以下、非水電解質蓄電素子の一例として、非水電解質二次電池(以下、単に「二次電池」ともいう。)について説明する。上記正極及び負極は、セパレータを介して積層又は巻回により交互に重畳されている。すなわち、上記正極、負極及びセパレータにより積層型又は巻回型の電極体が形成されている。この電極体は容器に収納され、この容器内に非水電解質が充填される。上記非水電解質は、正極と負極との間に介在し、セパレータにも含浸している。また、上記容器としては、二次電池の容器として通常用いられる公知の金属容器、樹脂容器等を用いることができる。
<Non-water electrolyte power storage element>
The non-aqueous electrolyte power storage element according to one embodiment of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte. Hereinafter, as an example of the non-aqueous electrolyte power storage element, a non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter, also simply referred to as “secondary battery”) will be described. The positive electrode and the negative electrode are alternately superimposed by laminating or winding via a separator. That is, a laminated or wound type electrode body is formed by the positive electrode, the negative electrode and the separator. The electrode body is housed in a container, and the container is filled with a non-aqueous electrolyte. The non-aqueous electrolyte is interposed between the positive electrode and the negative electrode, and is also impregnated with the separator. Further, as the container, a known metal container, resin container, or the like usually used as a container for a secondary battery can be used.

(正極)
正極は、正極基材、及びこの正極基材に直接又は中間層を介して配される正極活物質層を有する。正極の中間層は負極の中間層と同様の構成とすることができる。
(Positive electrode)
The positive electrode has a positive electrode base material and a positive electrode active material layer arranged directly on the positive electrode base material or via an intermediate layer. The intermediate layer of the positive electrode can have the same configuration as the intermediate layer of the negative electrode.

正極基材は、導電性を有する。正極基材は、負極基材と同様の構成とすることができるが、材質としては、アルミニウム、チタン、タンタル、ステンレス鋼等の金属又はそれらの合金が用いられる。これらの中でも、耐電位性、導電性の高さ及びコストのバランスからアルミニウム及びアルミニウム合金が好ましい。また、正極基材の形成形態としては、箔、蒸着膜等が挙げられ、コストの面から箔が好ましい。つまり、正極基材としてはアルミニウム箔が好ましい。なお、アルミニウム又はアルミニウム合金としては、JIS-H-4000(2014年)に規定されるA1085、A3003等が例示できる。 The positive electrode substrate has conductivity. The positive electrode base material may have the same structure as the negative electrode base material, but as the material, a metal such as aluminum, titanium, tantalum, or stainless steel or an alloy thereof is used. Among these, aluminum and aluminum alloys are preferable from the viewpoint of the balance between potential resistance, high conductivity and cost. Further, examples of the formation form of the positive electrode base material include foil, a vapor-deposited film, and the like, and foil is preferable from the viewpoint of cost. That is, aluminum foil is preferable as the positive electrode base material. Examples of aluminum or aluminum alloy include A1085 and A3003 specified in JIS-H-4000 (2014).

正極基材の平均厚さは、3μm以上50μm以下が好ましく、5μm以上40μm以下がより好ましく、8μm以上30μm以下がさらに好ましく、10μm以上25μm以下が特に好ましい。正極基材の平均厚さを上記の範囲とすることで、正極基材の強度を高めつつ、二次電池の体積当たりのエネルギー密度を高めることができる。 The average thickness of the positive electrode substrate is preferably 3 μm or more and 50 μm or less, more preferably 5 μm or more and 40 μm or less, further preferably 8 μm or more and 30 μm or less, and particularly preferably 10 μm or more and 25 μm or less. By setting the average thickness of the positive electrode base material in the above range, it is possible to increase the energy density per volume of the secondary battery while increasing the strength of the positive electrode base material.

正極活物質層は、正極活物質を含むいわゆる正極合剤から形成される層である。正極活物質層を形成する正極合剤は、必要に応じて導電剤、バインダー、増粘剤、フィラー等の任意成分を含んでいてもよい。 The positive electrode active material layer is a layer formed from a so-called positive electrode mixture containing a positive electrode active material. The positive electrode mixture forming the positive electrode active material layer may contain an optional component such as a conductive agent, a binder, a thickener, and a filler, if necessary.

正極活物質としては、公知の正極活物質の中から適宜選択できる。リチウム二次電池用の正極活物質としては、通常、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができる材料が用いられる。正極活物質としては、例えば、α-NaFeO型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物、スピネル型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物、ポリアニオン化合物、カルコゲン化合物、硫黄等が挙げられる。α-NaFeO型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物として、例えば、Li[LiNi1-x]O(0≦x<0.5)、Li[LiNiγCo1-x-γ]O(0≦x<0.5、0<γ<1)、Li[LiCo1-x]O(0≦x<0.5)、Li[LiNiγMn1-x-γ]O(0≦x<0.5、0<γ<1)、Li[LiNiγMnβCo1-x-γ-β]O(0≦x<0.5、0<γ、0<β、0.5<γ+β<1)、Li[LiNiγCoβAl1-x-γ-β]O(0≦x<0.5、0<γ、0<β、0.5<γ+β<1)等が挙げられる。スピネル型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物として、LiMn、LiNiγMn2-γ等が挙げられる。ポリアニオン化合物として、LiFePO、LiMnPO、LiNiPO、LiCoPO、Li(PO、LiMnSiO、LiCoPOF等が挙げられる。カルコゲン化合物として、二硫化チタン、二硫化モリブデン、二酸化モリブデン等が挙げられる。これらの材料中の原子又はポリアニオンは、他の元素からなる原子又はアニオン種で一部が置換されていてもよい。これらの材料は表面が他の材料で被覆されていてもよい。正極活物質層においては、これら材料の1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 The positive electrode active material can be appropriately selected from known positive electrode active materials. As the positive electrode active material for a lithium secondary battery, a material capable of occluding and releasing lithium ions is usually used. Examples of the positive electrode active material include a lithium transition metal composite oxide having an α-NaFeO type 2 crystal structure, a lithium transition metal composite oxide having a spinel type crystal structure, a polyanionic compound, a chalcogen compound, sulfur and the like. Examples of the lithium transition metal composite oxide having an α-NaFeO type 2 crystal structure include Li [Li x Ni 1-x ] O 2 (0 ≦ x <0.5) and Li [Li x Ni γ Co 1-x . ] O 2 (0 ≦ x <0.5, 0 <γ <1), Li [Li x Co 1-x ] O 2 (0 ≦ x <0.5), Li [Li x Ni γ Mn 1 ) -X ] O 2 (0≤x <0.5, 0 <γ <1), Li [Li x Ni γ Mn β Co 1-x-γ-β ] O 2 (0≤x <0.5) , 0 <γ, 0 <β, 0.5 <γ + β <1), Li [Li x Ni γ Co β Al 1-x-γ-β ] O 2 (0 ≦ x <0.5, 0 <γ, Examples thereof include 0 <β, 0.5 <γ + β <1). Examples of the lithium transition metal composite oxide having a spinel-type crystal structure include Li x Mn 2 O 4 and Li x Ni γ Mn 2-γ O 4 . Examples of the polyanionic compound include LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiNiPO 4 , LiCoPO 4 , Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 , Li 2 MnSiO 4 , Li 2 CoPO 4 F and the like. Examples of the chalcogen compound include titanium disulfide, molybdenum disulfide, molybdenum dioxide and the like. The atoms or polyanions in these materials may be partially substituted with atoms or anion species consisting of other elements. The surface of these materials may be coated with other materials. In the positive electrode active material layer, one of these materials may be used alone, or two or more of them may be mixed and used.

正極活物質としては、リチウム遷移金属複合酸化物が好ましく、α-NaFeO型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物がより好ましい。リチウム遷移金属複合酸化物は、遷移金属としてニッケル又はマンガンを含むことが好ましく、ニッケル及びマンガンの双方を含むことがより好ましい。リチウム遷移金属複合酸化物は、コバルト等の他の遷移金属をさらに含んでいてもよい。α-NaFeO型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物においては、遷移金属(Me)に対するリチウム(Li)のモル比(Li/Me)が1超であることが好ましく、1.1以上さらには1.2以上であることがより好ましく、1.3以上であることがさらに好ましい。このようなリチウム遷移金属複合酸化物を用いることで、電気容量を大きくすることができる。また、このような正極活物質を用いた非水電解質蓄電素子の場合、高い電流密度で使用される傾向にあり、通常、金属リチウムを含有する負極表面においてデンドライトが成長しやすく、充放電サイクルに伴う放電容量及びクーロン効率の低下が生じ易い。従って、上記リチウム遷移金属複合酸化物を含有する正極を備える非水電解質蓄電素子の場合、充放電サイクルに伴う放電容量及びクーロン効率の低下を抑制するという効果がより顕著に享受できる。なお、遷移金属に対するリチウムのモル比(Li/Me)の上限としては、1.6が好ましく、1.5がより好ましい。 As the positive electrode active material, a lithium transition metal composite oxide is preferable, and a lithium transition metal composite oxide having an α-NaFeO type 2 crystal structure is more preferable. The lithium transition metal composite oxide preferably contains nickel or manganese as the transition metal, and more preferably contains both nickel and manganese. The lithium transition metal composite oxide may further contain other transition metals such as cobalt. In the lithium transition metal composite oxide having an α-NaFeO type 2 crystal structure, the molar ratio (Li / Me) of lithium (Li) to the transition metal (Me) is preferably more than 1, preferably 1.1 or more. Is more preferably 1.2 or more, and even more preferably 1.3 or more. By using such a lithium transition metal composite oxide, the electric capacity can be increased. Further, in the case of a non-aqueous electrolyte power storage element using such a positive electrode active material, it tends to be used at a high current density, and usually, dendrite easily grows on the surface of the negative electrode containing metallic lithium, and it is used in the charge / discharge cycle. The associated discharge capacity and Coulomb efficiency are likely to decrease. Therefore, in the case of the non-aqueous electrolyte power storage element provided with the positive electrode containing the lithium transition metal composite oxide, the effect of suppressing the decrease in discharge capacity and Coulomb efficiency associated with the charge / discharge cycle can be more remarkably enjoyed. The upper limit of the molar ratio (Li / Me) of lithium to the transition metal is preferably 1.6, more preferably 1.5.

α-NaFeO型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物としては、下記式(1)で表される化合物が好ましい。
Li1+αMe1-α ・・・(1)
式(1)中、MeはNi又はMnを含む遷移金属である。0<α<1である。
As the lithium transition metal composite oxide having an α-NaFeO type 2 crystal structure, a compound represented by the following formula (1) is preferable.
Li 1 + α Me 1-α O 2 ... (1)
In formula (1), Me is a transition metal containing Ni or Mn. 0 <α <1.

式(1)中のMeは、Ni及びMnを含むことが好ましい。Meは、実質的にNi及びMnの二元素、又はNi、Mn及びCoの三元素から構成されていることが好ましい。Meは、その他の遷移金属が含有されていてもよい。 Me in the formula (1) preferably contains Ni and Mn. It is preferable that Me is substantially composed of two elements of Ni and Mn or three elements of Ni, Mn and Co. Me may contain other transition metals.

式(1)中、Meに対するNiのモル比(Ni/Me)の下限としては、0.1が好ましく、0.2がより好ましい。一方、このモル比(Ni/Me)の上限としては、0.5が好ましく、0.45がより好ましい。モル比(Ni/Me)を上記範囲とすることにより、エネルギー密度が向上する。 In the formula (1), the lower limit of the molar ratio of Ni to Me (Ni / Me) is preferably 0.1, more preferably 0.2. On the other hand, as the upper limit of this molar ratio (Ni / Me), 0.5 is preferable, and 0.45 is more preferable. By setting the molar ratio (Ni / Me) in the above range, the energy density is improved.

式(1)中、Meに対するMnのモル比(Mn/Me)の下限としては、0.5が好ましく、0.55がより好ましく、0.6がさらに好ましい。一方、このモル比(Mn/Me)の上限としては、0.75が好ましく、0.7がより好ましい。モル比(Mn/Me)を上記範囲とすることにより、エネルギー密度が向上する。 In the formula (1), the lower limit of the molar ratio (Mn / Me) of Mn to Me is preferably 0.5, more preferably 0.55, and even more preferably 0.6. On the other hand, as the upper limit of this molar ratio (Mn / Me), 0.75 is preferable, and 0.7 is more preferable. By setting the molar ratio (Mn / Me) in the above range, the energy density is improved.

式(1)中、Meに対するCoのモル比(Co/Me)の上限としては、0.3が好ましく、0.2がより好ましく、0.1がさらに好ましい。このモル比(Co/Me)又はこのモル比(Co/Me)の下限は0であってよい。 In the formula (1), the upper limit of the molar ratio (Co / Me) of Co to Me is preferably 0.3, more preferably 0.2, and even more preferably 0.1. The lower limit of this molar ratio (Co / Me) or this molar ratio (Co / Me) may be 0.

式(1)中、Meに対するLiのモル比(Li/Me)、即ち、(1+α)/(1-α)は、1.0超(α>0)が好ましく、1.1以上がより好ましく、1.2以上がさらに好ましく、1.3以上がよりさらに好ましい。一方、このモル比(Li/Me)の上限としては、1.6が好ましく、1.5がより好ましい。モル比(Li/Me)を上記範囲とすることで、電気容量が大きくなる。 In the formula (1), the molar ratio (Li / Me) of Li to Me, that is, (1 + α) / (1-α) is preferably more than 1.0 (α> 0), more preferably 1.1 or more. , 1.2 or more is more preferable, and 1.3 or more is even more preferable. On the other hand, as the upper limit of this molar ratio (Li / Me), 1.6 is preferable, and 1.5 is more preferable. By setting the molar ratio (Li / Me) in the above range, the electric capacity becomes large.

上記遷移金属(Me)に対するリチウム(Li)のモル比(Li/Me)が1超であるリチウム遷移金属複合酸化物は、CuKα線を用いたエックス線回折図において20°以上22°以下の範囲に回折ピークが存在しないものであることが好ましい。遷移金属(Me)に対するリチウム(Li)のモル比(Li/Me)が1超であるリチウム遷移金属複合酸化物は、一般的に正極電位が例えば4.5V vs.Li/Li以上に至るまでの初期充放電を経ることにより電気容量が大きくなる。また、このような初期充放電の際の結晶構造の変化により、初期充放電前に上記20°以上22°以下の範囲に存在した回折ピークが消失する。すなわち、遷移金属(Me)に対するリチウム(Li)のモル比(Li/Me)が1超であるリチウム遷移金属複合酸化物であって、上記エックス線回折図において20°以上22°以下の範囲に回折ピークが存在しない正極活物質は、電気容量が大きい。 The lithium transition metal composite oxide having a molar ratio (Li / Me) of lithium (Li) of more than 1 to the transition metal (Me) is in the range of 20 ° or more and 22 ° or less in the X-ray diffraction diagram using CuKα rays. It is preferable that there is no diffraction peak. A lithium transition metal composite oxide having a molar ratio (Li / Me) of lithium (Li) to the transition metal (Me) of more than 1 generally has a positive electrode potential of, for example, 4.5 V vs. The electric capacity is increased by undergoing initial charging / discharging up to Li / Li + or higher. Further, due to such a change in the crystal structure during the initial charge / discharge, the diffraction peak existing in the range of 20 ° or more and 22 ° or less before the initial charge / discharge disappears. That is, it is a lithium transition metal composite oxide in which the molar ratio (Li / Me) of lithium (Li) to the transition metal (Me) is more than 1, and it is diffracted in the range of 20 ° or more and 22 ° or less in the above X-ray diffraction diagram. The positive electrode active material having no peak has a large electric capacity.

なお、本明細書におけるリチウム遷移金属複合酸化物の組成比は、次の方法により完全放電状態としたときの組成比をいう。まず、非水電解質蓄電素子を、0.05Cの電流で通常使用時の充電終止電圧となるまで定電流充電し、満充電状態とする。30分の休止後、0.05Cの電流で通常使用時の下限電圧まで定電流放電する。解体し、正極を取り出し、金属リチウム電極を対極とした試験電池を組み立て、正極合剤1gあたり10mAの電流値で、正極電位が2.0V vs.Li/Liとなるまで定電流放電を行い、正極を完全放電状態に調整する。ここでの金属リチウム電極には、リチウム合金ではなく、純金属リチウムを用いる。再解体し、正極を取り出す。ジメチルカーボネートを用いて、取り出した正極に付着した非水電解質を十分に洗浄し、室温にて一昼夜乾燥後、正極活物質のリチウム遷移金属複合酸化物を採取する。採取したリチウム遷移金属複合酸化物を測定に供する。非水電解質蓄電素子の解体からリチウム遷移金属複合酸化物の採取までの作業は露点-60℃以下のアルゴン雰囲気中で行う。 The composition ratio of the lithium transition metal composite oxide in the present specification refers to the composition ratio when the lithium transition metal composite oxide is brought into a completely discharged state by the following method. First, the non-aqueous electrolyte power storage element is constantly charged with a current of 0.05 C until the charge end voltage at the time of normal use is reached, and the state is fully charged. After a 30-minute pause, a constant current discharge is performed with a current of 0.05 C to the lower limit voltage during normal use. Disassembled, the positive electrode was taken out, a test battery with a metallic lithium electrode as the counter electrode was assembled, and the positive electrode potential was 2.0 V vs. at a current value of 10 mA per 1 g of the positive electrode mixture. A constant current discharge is performed until Li / Li + , and the positive electrode is adjusted to a completely discharged state. For the metallic lithium electrode here, pure metallic lithium is used instead of a lithium alloy. Re-disassemble and take out the positive electrode. The non-aqueous electrolyte adhering to the removed positive electrode is thoroughly washed with dimethyl carbonate, dried at room temperature for 24 hours, and then the lithium transition metal composite oxide of the positive electrode active material is collected. The collected lithium transition metal composite oxide is used for measurement. The work from dismantling the non-aqueous electrolyte power storage element to collecting the lithium transition metal composite oxide is performed in an argon atmosphere with a dew point of −60 ° C. or lower.

リチウム遷移金属複合酸化物に対するエックス線回折測定は、上記方法により完全放電状態としたリチウム遷移金属複合酸化物に対して行う。具体的には、エックス線回折測定は、エックス回折装置(Rigaku社の「MiniFlex II」)を用いた粉末エックス線回折測定によって、線源はCuKα線、管電圧は30kV、管電流は15mAとして行う。このとき、回折エックス線は、厚さ30μmのKβフィルターを通り、高速一次元検出器(D/teX Ultra 2)にて検出される。また、サンプリング幅は0.02°、スキャンスピードは5°/min、発散スリット幅は0.625°、受光スリット幅は13mm(OPEN)、散乱スリット幅は8mmとする。 The X-ray diffraction measurement for the lithium transition metal composite oxide is performed on the lithium transition metal composite oxide that has been completely discharged by the above method. Specifically, the X-ray diffraction measurement is performed by powder X-ray diffraction measurement using an X-diffraction device (“MiniFlex II” manufactured by Rigaku), where the radiation source is CuKα ray, the tube voltage is 30 kV, and the tube current is 15 mA. At this time, the diffracted X-rays pass through a Kβ filter having a thickness of 30 μm and are detected by a high-speed one-dimensional detector (D / teX Ultra 2). The sampling width is 0.02 °, the scan speed is 5 ° / min, the divergent slit width is 0.625 °, the light receiving slit width is 13 mm (OPEN), and the scattering slit width is 8 mm.

全ての正極活物質に対する上記リチウム遷移金属複合酸化物の含有量の下限は、50質量%が好ましく、80質量%がより好ましく、95質量%がさらに好ましい。全ての正極活物質に対する上記リチウム遷移金属複合酸化物の含有量は、100質量%であってよい。 The lower limit of the content of the lithium transition metal composite oxide with respect to all the positive electrode active materials is preferably 50% by mass, more preferably 80% by mass, still more preferably 95% by mass. The content of the lithium transition metal composite oxide with respect to all the positive electrode active materials may be 100% by mass.

正極活物質の平均粒径は、例えば、0.1μm以上20μm以下とすることが好ましい。正極活物質の平均粒径を上記下限以上とすることで、正極活物質の製造又は取り扱いが容易になる。正極活物質の平均粒径を上記上限以下とすることで、正極活物質層の電子伝導性が向上する。 The average particle size of the positive electrode active material is preferably 0.1 μm or more and 20 μm or less, for example. By setting the average particle size of the positive electrode active material to the above lower limit or more, the production or handling of the positive electrode active material becomes easy. By setting the average particle size of the positive electrode active material to the above upper limit or less, the electron conductivity of the positive electrode active material layer is improved.

正極活物質の粒子を所定の形状で得るためには粉砕機や分級機等が用いられる。粉砕方法として、例えば、乳鉢、ボールミル、サンドミル、振動ボールミル、遊星ボールミル、ジェットミル、カウンタージェットミル、旋回気流型ジェットミル又は篩等を用いる方法が挙げられる。粉砕時には水、あるいはヘキサン等の有機溶剤を共存させた湿式粉砕を用いることもできる。分級方法としては、篩や風力分級機等が、乾式、湿式ともに必要に応じて用いられる。 A crusher, a classifier, or the like is used to obtain particles of the positive electrode active material in a predetermined shape. Examples of the crushing method include a method using a mortar, a ball mill, a sand mill, a vibrating ball mill, a planetary ball mill, a jet mill, a counter jet mill, a swirling air flow type jet mill, a sieve, or the like. At the time of pulverization, wet pulverization in which water or an organic solvent such as hexane coexists can also be used. As a classification method, a sieve, a wind power classifier, or the like is used as needed for both dry type and wet type.

正極活物質層における正極活物質の含有量としては、70質量%以上98質量%以下が好ましく、80質量%以上97質量%以下がより好ましく、90質量%以上96質量%以下がさらに好ましい。正極活物質の含有量を上記範囲とすることで、二次電池の電気容量を大きくすることができる。 The content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is preferably 70% by mass or more and 98% by mass or less, more preferably 80% by mass or more and 97% by mass or less, and further preferably 90% by mass or more and 96% by mass or less. By setting the content of the positive electrode active material in the above range, the electric capacity of the secondary battery can be increased.

導電剤としては、導電性を有する材料であれば特に限定されない。このような導電剤としては、例えば、炭素質材料;金属;導電性セラミックス等が挙げられる。炭素質材料としては、黒鉛やカーボンブラックが挙げられる。カーボンブラックの種類としては、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等が挙げられる。これらの中でも、導電性及び塗工性の観点より、炭素質材料が好ましい。なかでも、アセチレンブラックやケッチェンブラックが好ましい。導電剤の形状としては、粉状、シート状、繊維状等が挙げられる。 The conductive agent is not particularly limited as long as it is a conductive material. Examples of such a conductive agent include carbonaceous materials; metals; conductive ceramics and the like. Examples of carbonaceous materials include graphite and carbon black. Examples of the type of carbon black include furnace black, acetylene black, and ketjen black. Among these, carbonaceous materials are preferable from the viewpoint of conductivity and coatability. Of these, acetylene black and ketjen black are preferable. Examples of the shape of the conductive agent include powder, sheet, and fibrous.

正極活物質層における導電剤の含有量は、1質量%以上40質量%以下が好ましく、2質量%以上10質量%以下がより好ましい。導電剤の含有量を上記の範囲とすることで、二次電池のエネルギー密度を高めることができる。 The content of the conductive agent in the positive electrode active material layer is preferably 1% by mass or more and 40% by mass or less, and more preferably 2% by mass or more and 10% by mass or less. By setting the content of the conductive agent in the above range, the energy density of the secondary battery can be increased.

バインダーとしては、フッ素樹脂(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)等)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド等の熱可塑性樹脂;エチレン-プロピレン-ジエンゴム(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム等のエラストマー;多糖類高分子などが挙げられる。 Examples of the binder include fluororesins (polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), etc.), thermoplastic resins such as polyethylene, polypropylene, and polyimide; ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), sulfonated EPDM, and styrene butadiene. Elastomers such as rubber (SBR) and fluororubber; polysaccharide polymers and the like can be mentioned.

正極活物質層におけるバインダーの含有量は、0.5質量%以上10質量%以下が好ましく、1質量%以上6質量%以下がより好ましい。バインダーの含有量を上記の範囲とすることで、活物質を安定して保持することができる。 The content of the binder in the positive electrode active material layer is preferably 0.5% by mass or more and 10% by mass or less, and more preferably 1% by mass or more and 6% by mass or less. By setting the content of the binder in the above range, the active substance can be stably retained.

増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース等の多糖類高分子が挙げられる。また、増粘剤がリチウムと反応する官能基を有する場合、予めメチル化等によりこの官能基を失活させておくことが好ましい。本発明の一態様においては、増粘剤は正極活物質層に含有されていないことが好ましい場合もある。 Examples of the thickener include polysaccharide polymers such as carboxymethyl cellulose (CMC) and methyl cellulose. When the thickener has a functional group that reacts with lithium, it is preferable to inactivate this functional group by methylation or the like in advance. In one aspect of the invention, it may be preferable that the thickener is not contained in the positive electrode active material layer.

フィラーは、特に限定されない。フィラーとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化チタン、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、アルミノケイ酸塩等の無機酸化物、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化アルミニウム等の水酸化物、炭酸カルシウム等の炭酸塩、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウム等の難溶性のイオン結晶、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の窒化物、タルク、モンモリロナイト、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、セリサイト、ベントナイト、マイカ等の鉱物資源由来物質又はこれらの人造物等が挙げられる。本発明の一態様においては、フィラーは正極活物質層に含有されていないことが好ましい場合もある。 The filler is not particularly limited. Fillers include polyolefins such as polypropylene and polyethylene, silicon dioxide, aluminum oxide, titanium dioxide, calcium oxide, strontium oxide, barium oxide, magnesium oxide, inorganic oxides such as aluminosilicate, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, and water. Hydroxides such as aluminum oxide, carbonates such as calcium carbonate, sparingly soluble ion crystals such as calcium fluoride, barium fluoride, barium sulfate, nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride, talc, montmorillonite, boehmite and zeolite. , Apatite, Kaolin, Murite, Spinel, Olivin, Serisite, Bentnite, Mica and other mineral resource-derived substances or man-made products thereof. In one aspect of the present invention, it may be preferable that the filler is not contained in the positive electrode active material layer.

正極活物質層は、B、N、P、F、Cl、Br、I等の典型非金属元素、Li、Na、Mg、Al、K、Ca、Zn、Ga、Ge、Sn、Sr、Ba等の典型金属元素、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Zr、Nb、W等の遷移金属元素を正極活物質、導電剤、バインダー、増粘剤、フィラー以外の成分として含有してもよい。 The positive electrode active material layer includes typical non-metal elements such as B, N, P, F, Cl, Br, I, Li, Na, Mg, Al, K, Ca, Zn, Ga, Ge, Sn, Sr, Ba and the like. Typical metal elements of Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Zr, Nb, W and other transition metal elements are used as positive electrode active materials, conductive agents, binders, thickeners and fillers. It may be contained as a component other than.

(負極)
本発明の一実施形態に係る二次電池に備わる負極は、上述した本発明の一実施形態に係る負極である。すなわち、当該二次電池は、いわゆるリチウム二次電池である。
(Negative electrode)
The negative electrode provided in the secondary battery according to the embodiment of the present invention is the negative electrode according to the above-described embodiment of the present invention. That is, the secondary battery is a so-called lithium secondary battery.

本発明の他の実施形態に係る二次電池に備わる負極は、セパレータの空隙率よりも空隙率が高い多孔質層を有する負極である。この実施形態の負極の具体的形態は、多孔質層の空隙率が50%以上であることを必須としないこと以外は、上述した本発明の一実施形態に係る負極と同様である。負極の多孔質層の空隙率とセパレータの空隙率との差は、5%以上が好ましく、15%以上、25%以上、35%以上又は40%以上がより好ましい。負極の多孔質層の空隙率とセパレータの空隙率との差は、例えば70%以下、60%以下又は50%以下であってよい。 The negative electrode provided in the secondary battery according to another embodiment of the present invention is a negative electrode having a porous layer having a porosity higher than that of the separator. The specific embodiment of the negative electrode of this embodiment is the same as the negative electrode according to the above-described embodiment of the present invention, except that the porosity of the porous layer is not essential to be 50% or more. The difference between the porosity of the porous layer of the negative electrode and the porosity of the separator is preferably 5% or more, more preferably 15% or more, 25% or more, 35% or more, or 40% or more. The difference between the porosity of the porous layer of the negative electrode and the porosity of the separator may be, for example, 70% or less, 60% or less, or 50% or less.

(セパレータ)
セパレータは、正極と負極との間に配置される。このため、通常、負極の多孔質層は、セパレータと直接重なった状態となっている。
(Separator)
The separator is arranged between the positive electrode and the negative electrode. Therefore, the porous layer of the negative electrode is usually in a state of directly overlapping the separator.

セパレータは、公知のセパレータの中から適宜選択できる。セパレータとして、例えば、基材層のみからなるセパレータ、基材層の一方の面又は双方の面に耐熱粒子とバインダーとを含む耐熱層が形成されたセパレータ等を使用することができる。セパレータの基材層が耐熱粒子を含んでいてもよい。セパレータの基材層の形態としては、例えば、織布、不織布、多孔質樹脂フィルム等が挙げられる。これらの形態の中でも、強度の観点から多孔質樹脂フィルムが好ましく、非水電解質の保液性の観点から不織布が好ましい。また、本発明の一実施形態に係る負極及び非水電解質の利点がより効果的に得られる観点からは、通常、延伸により多孔質構造が形成される多孔質樹脂フィルムが好ましい。 The separator can be appropriately selected from known separators. As the separator, for example, a separator composed of only a base material layer, a separator having a heat-resistant layer containing heat-resistant particles and a binder formed on one surface or both surfaces of the base material layer can be used. The substrate layer of the separator may contain heat resistant particles. Examples of the form of the base material layer of the separator include woven fabrics, non-woven fabrics, and porous resin films. Among these forms, a porous resin film is preferable from the viewpoint of strength, and a non-woven fabric is preferable from the viewpoint of liquid retention of a non-aqueous electrolyte. Further, from the viewpoint of more effectively obtaining the advantages of the negative electrode and the non-aqueous electrolyte according to the embodiment of the present invention, a porous resin film having a porous structure formed by stretching is usually preferable.

セパレータの基材層の材料としては、シャットダウン機能の観点から例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンが好ましく、耐酸化分解性の観点から例えばポリイミドやアラミド等が好ましい。セパレータの基材層として、これらの樹脂を複合した材料を用いてもよい。 As the material of the base material layer of the separator, polyolefins such as polyethylene and polypropylene are preferable from the viewpoint of shutdown function, and polyimide and aramid are preferable from the viewpoint of oxidative decomposition resistance. As the base material layer of the separator, a material in which these resins are combined may be used.

耐熱層及び基材層に含まれる耐熱粒子は、大気下で室温から500℃に加熱したときの質量減少が5%以下であるものが好ましく、大気下で室温から800℃に加熱したときの質量減少が5%以下であるものがさらに好ましい。加熱したときの質量減少が所定以下である材料として無機化合物が挙げられる。無機化合物として、負極の多孔質層中の無機粒子を構成する無機化合物として例示したものなどを挙げることができる。無機化合物の中でも、二次電池の安全性の観点から、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、又はアルミノケイ酸塩が好ましい。 The heat-resistant particles contained in the heat-resistant layer and the base material layer preferably have a mass reduction of 5% or less when heated from room temperature to 500 ° C. in the atmosphere, and mass when heated from room temperature to 800 ° C. in the atmosphere. It is more preferable that the decrease is 5% or less. Inorganic compounds can be mentioned as a material whose mass loss when heated is less than or equal to a predetermined value. Examples of the inorganic compound include those exemplified as the inorganic compound constituting the inorganic particles in the porous layer of the negative electrode. Among the inorganic compounds, silicon oxide, aluminum oxide, or aluminosilicate is preferable from the viewpoint of safety of the secondary battery.

セパレータの空隙率(空孔率)は、強度の観点から80%以下が好ましく、60%以下がより好ましく、50%未満がさらに好ましい場合もある。一方、セパレータの空隙率は、放電性能の観点から20%以上が好ましい。また、上述のように、本発明の実施形態の一つにおいては、セパレータの空隙率は、負極の多孔質層の空隙率よりも低い。 The porosity (porosity) of the separator is preferably 80% or less, more preferably 60% or less, and even more preferably less than 50% from the viewpoint of strength. On the other hand, the porosity of the separator is preferably 20% or more from the viewpoint of discharge performance. Further, as described above, in one of the embodiments of the present invention, the porosity of the separator is lower than the porosity of the porous layer of the negative electrode.

セパレータとして、ポリマーと非水電解質とで構成されるポリマーゲルを用いてもよい。ポリマーとして、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリエチレンカーボネート、ポリプロピレンカーボネート、ポリビニルカーボネート、ポリメチルメタアクリレート等のポリアルキルメタアクリレート類、ポリメチルアクリレート等のポリアルキルアクリレート類、ポリビニルエチレンカーボネート、ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポリマレイン酸及びその誘導体、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン等、及びこれらのポリマーを構成するモノマーの共重合体、並びにこれらのポリマーの混合体が挙げられる。また、これらポリマーは、無機塩やイオン液体と複合させてもよい。ポリマーゲルを用いると、漏液を抑制する効果がある。セパレータとして、上述したような多孔質樹脂フィルム又は不織布等とポリマーゲルを併用してもよい。 As the separator, a polymer gel composed of a polymer and a non-aqueous electrolyte may be used. Examples of the polymer include polyalkyl methacrylates such as polyacrylonitrile, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyethylene carbonate, polypropylene carbonate, polyvinyl carbonate and polymethyl methacrylate, polyalkyl acrylates such as polymethyl acrylate, polyvinyl ethylene carbonate and polyvinyl. Acrylate, polyvinylpyrrolidone, polymaleic acid and its derivatives, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, polytetrafluoroethylene, etc., and copolymers of the monomers constituting these polymers, and polymers thereof. Examples include mixtures. Further, these polymers may be combined with an inorganic salt or an ionic liquid. The use of polymer gel has the effect of suppressing liquid leakage. As the separator, a polymer gel may be used in combination with a porous resin film or a non-woven fabric as described above.

(非水電解質)
非水電解質は、通常、非水溶媒と、この非水溶媒に溶解された電解質塩とを含む非水電解液が好適に用いられる。
(Non-water electrolyte)
As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte solution containing a non-aqueous solvent and an electrolyte salt dissolved in the non-aqueous solvent is usually preferably used.

非水溶媒としては、公知の非水溶媒の中から適宜選択できる。非水溶媒としては、環状カーボネート、鎖状カーボネート、カルボン酸エステル、リン酸エステル、スルホン酸エステル、エーテル、アミド、ニトリル等が挙げられる。非水溶媒として、これらの化合物に含まれる水素原子の一部がハロゲンに置換されたものを用いてもよい。 As the non-aqueous solvent, a known non-aqueous solvent can be appropriately selected. Examples of the non-aqueous solvent include cyclic carbonates, chain carbonates, carboxylic acid esters, phosphoric acid esters, sulfonic acid esters, ethers, amides, nitriles and the like. As the non-aqueous solvent, a solvent in which some of the hydrogen atoms contained in these compounds are replaced with halogen may be used.

非水溶媒として、環状カーボネート及び鎖状カーボネートの少なくとも一方を用いることが好ましく、環状カーボネートと鎖状カーボネートとを併用することがより好ましい。環状カーボネートを用いることで、電解質塩の解離を促進して非水電解質のイオン伝導度を向上させることができる。鎖状カーボネートを用いることで、非水電解質の粘度を低く抑えることができる。環状カーボネートと鎖状カーボネートとを併用する場合、環状カーボネートと鎖状カーボネートとの体積比率(環状カーボネート:鎖状カーボネート)としては、例えば、5:95から50:50の範囲とすることが好ましい。 As the non-aqueous solvent, it is preferable to use at least one of the cyclic carbonate and the chain carbonate, and it is more preferable to use the cyclic carbonate and the chain carbonate in combination. By using the cyclic carbonate, the dissociation of the electrolyte salt can be promoted and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte can be improved. By using the chain carbonate, the viscosity of the non-aqueous electrolyte can be kept low. When the cyclic carbonate and the chain carbonate are used in combination, the volume ratio of the cyclic carbonate to the chain carbonate (cyclic carbonate: chain carbonate) is preferably in the range of, for example, 5:95 to 50:50.

環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネート、フルオロメチルエチレンカーボネート、トリフルオロエチルエチレンカーボネート、スチレンカーボネート、カテコールカーボネート、1-フェニルビニレンカーボネート、1,2-ジフェニルビニレンカーボネート等が挙げられる。 Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, vinylethylene carbonate, chloroethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, difluoroethylene carbonate, fluoromethylethylene carbonate, trifluoroethylethylene carbonate, styrene carbonate, and catechol carbonate. Examples thereof include 1-phenylvinylene carbonate and 1,2-diphenylvinylene carbonate.

環状カーボネートとしては、耐酸化性等の点から、フルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネート、フルオロメチルエチレンカーボネート、トリフルオロエチルエチレンカーボネート等、フッ素化環状カーボネートが好ましい。 As the cyclic carbonate, a fluorinated cyclic carbonate such as fluoroethylene carbonate, difluoroethylene carbonate, fluoromethylethylene carbonate, or trifluoroethylethylene carbonate is preferable from the viewpoint of oxidation resistance and the like.

鎖状カーボネートとしては、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジフェニルカーボネート、2,2,2-トリフルオロエチルメチルカーボネート、ビス(2,2,2-トリフルオロエチル)カーボネート、エチル-2,2,2-トリフルオロエチルカーボネート等が挙げられる。 Chain carbonates include diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, diphenyl carbonate, 2,2,2-trifluoroethylmethyl carbonate, bis (2,2,2-trifluoroethyl) carbonate, ethyl-2,2. , 2-Trifluoroethyl carbonate and the like.

鎖状カーボネートとしては、耐酸化性等の点から、2,2,2-トリフルオロエチルメチルカーボネート、ビス(2,2,2-トリフルオロエチル)カーボネート、エチル-2,2,2-トリフルオロエチルカーボネート等、フッ素化鎖状カーボネートが好ましい。 The chain carbonate includes 2,2,2-trifluoroethylmethyl carbonate, bis (2,2,2-trifluoroethyl) carbonate, and ethyl-2,2,2-trifluoro from the viewpoint of oxidation resistance and the like. Fluorinated chain carbonates such as ethyl carbonate are preferable.

全非水溶媒に対するカーボネート(環状カーボネート及び鎖状カーボネート)の含有量は、50体積%以上100体積%以下が好ましく、80体積%以上がより好ましく、90体積%以上、95体積%以上又は99体積%以上がさらに好ましい場合もある。 The content of carbonate (cyclic carbonate and chain carbonate) with respect to the total non-aqueous solvent is preferably 50% by volume or more and 100% by volume or less, more preferably 80% by volume or more, and 90% by volume or more, 95% by volume or more or 99% by volume. % Or more may be more preferable.

非水溶媒は、フッ素化溶媒を含むことが好ましい。全非水溶媒に対するフッ素化溶媒の含有量は、60体積%以上が好ましく、90体積%以上がより好ましく、99体積%以上がさらに好ましく、100体積%が特に好ましい。なお、フッ素化溶媒とは、フッ素化カーボネート(フッ素化鎖状カーボネート及びフッ素化環状カーボネート)、フッ素化エーテル等、分子内にフッ素原子を有する溶媒(非水溶媒)をいう。このようにフッ素化溶媒を含有させること、好ましくは上記下限以上で含有させることにより、耐酸化性等をより高めることなどができる。 The non-aqueous solvent preferably contains a fluorinated solvent. The content of the fluorinated solvent with respect to the total non-aqueous solvent is preferably 60% by volume or more, more preferably 90% by volume or more, further preferably 99% by volume or more, and particularly preferably 100% by volume. The fluorinated solvent refers to a solvent (non-aqueous solvent) having a fluorine atom in the molecule, such as a fluorinated carbonate (fluorinated chain carbonate and a fluorinated cyclic carbonate) and a fluorinated ether. By containing the fluorinated solvent in this way, preferably at the above lower limit or higher, the oxidation resistance and the like can be further improved.

電解質塩は、通常、リチウム塩である。リチウム塩としては、LiPF、LiPO、LiBF、LiClO、LiN(SOF)等の無機リチウム塩、LiSOCF、LiN(SOCF、LiN(SO、LiN(SOCF)(SO)、LiC(SOCF、LiC(SO等のハロゲン化炭化水素基を有するリチウム塩等が挙げられる。これらの中でも、無機リチウム塩が好ましく、LiPFがより好ましい。また、耐酸化性等の点から、電解質塩は、フッ素原子を含むものが好ましい。 The electrolyte salt is usually a lithium salt. Lithium salts include inorganic lithium salts such as LiPF 6 , LiPO 2 F 2 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiN (SO 2 F) 2 , LiSO 3 CF 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 ). C 2 F 5 ) 2 , LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 4 F 9 ), LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiC (SO 2 C 2 F 5 ) 3 and other halogenated hydrocarbon groups Examples thereof include lithium salts having. Among these, an inorganic lithium salt is preferable, and LiPF 6 is more preferable. Further, from the viewpoint of oxidation resistance and the like, the electrolyte salt preferably contains a fluorine atom.

非水電解質における電解質塩の含有量は、0.1mol/dm以上2.5mol/dm以下が好ましく、0.3mol/dm以上2.0mol/dm以下がより好ましく、0.5mol/dm以上1.7mol/dm以下がさらに好ましく、0.7mol/dm以上1.5mol/dm以下が特に好ましい。電解質塩の含有量を上記の範囲とすることで、非水電解質のイオン伝導度を高めることができる。 The content of the electrolyte salt in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.1 mol / dm 3 or more and 2.5 mol / dm 3 or less, more preferably 0.3 mol / dm 3 or more and 2.0 mol / dm 3 or less, and more preferably 0.5 mol / dm. More preferably, it is dm 3 or more and 1.7 mol / dm 3 or less, and particularly preferably 0.7 mol / dm 3 or more and 1.5 mol / dm 3 or less. By setting the content of the electrolyte salt in the above range, the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte can be increased.

非水電解質は、添加剤を含んでもよい。添加剤としては、例えばビフェニル、アルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロヘキシルベンゼン、t-ブチルベンゼン、t-アミルベンゼン、ジベンゾフラン等の芳香族化合物;2-フルオロビフェニル、o-シクロヘキシルフルオロベンゼン、p-シクロヘキシルフルオロベンゼン等の上記芳香族化合物の部分ハロゲン化物;無水コハク酸、無水グルタル酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、無水グルタコン酸、無水イタコン酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物;亜硫酸エチレン、亜硫酸プロピレン、亜硫酸ジメチル、硫酸ジメチル、硫酸エチレン、スルホラン、ジメチルスルホン、ジエチルスルホン、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド、テトラメチレンスルホキシド、ジフェニルスルフィド、4,4’-ビス(2,2-ジオキソ-1,3,2-ジオキサチオラン)、4-メチルスルホニルオキシメチル-2,2-ジオキソ-1,3,2-ジオキサチオラン、チオアニソール、ジフェニルジスルフィド、ジピリジニウムジスルフィド、パーフルオロオクタン、ホウ酸トリストリメチルシリル、リン酸トリストリメチルシリル、チタン酸テトラキストリメチルシリル等が挙げられる。これら添加剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 The non-aqueous electrolyte may contain additives. Examples of the additive include aromatic compounds such as biphenyl, alkyl biphenyl, terphenyl, a partially hydride of turphenyl, cyclohexylbenzene, t-butylbenzene, t-amylbenzene, and dibenzofuran; 2-fluorobiphenyl, o-cyclohexyl. Partial halides of the above aromatic compounds such as fluorobenzene and p-cyclohexylfluorobenzene; succinic anhydride, glutaric anhydride, maleic anhydride, citraconic anhydride, glutaconic anhydride, itaconic anhydride, cyclohexanedicarboxylic acid anhydride; sulfite. Ethylene, propylene sulfite, dimethyl sulfite, dimethyl sulfate, ethylene sulfate, sulfolane, dimethyl sulfone, diethyl sulfone, dimethyl sulfoxide, diethyl sulfoxide, tetramethylene sulfoxide, diphenyl sulfide, 4,4'-bis (2,2-dioxo-1, 3,2-Dioxathiolane), 4-Methylsulfonyloxymethyl-2,2-dioxo-1,3,2-dioxathiolane, thioanisol, diphenyldisulfide, dipyridinium disulfide, perfluorooctane, tristrimethylsilyl borate, tris phosphate Examples thereof include trimethylsilyl and tetrakistrimethylsilyl titanate. These additives may be used alone or in combination of two or more.

非水電解質に含まれる添加剤の含有量は、非水電解質全体に対して0.01質量%以上10質量%以下が好ましく、0.1質量%以上7質量%以下がより好ましく、0.2質量%以上5質量%以下がさらに好ましく、0.3質量%以上3質量%以下が特に好ましい。添加剤の含有量を上記の範囲とすることで、二次電池の高温保存後の容量維持性能又は充放電サイクル性能を向上させたり、安全性をより向上させたりすることができる。 The content of the additive contained in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.01% by mass or more and 10% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or more and 7% by mass or less, and 0.2. More preferably, it is more preferably mass% or more and 5% by mass or less, and particularly preferably 0.3% by mass or more and 3% by mass or less. By setting the content of the additive in the above range, it is possible to improve the capacity maintenance performance or charge / discharge cycle performance of the secondary battery after high-temperature storage, and further improve the safety.

非水電解質には、固体電解質を用いてもよく、非水電解液と固体電解質とを併用してもよい。 As the non-aqueous electrolyte, a solid electrolyte may be used, or a non-aqueous electrolyte solution and a solid electrolyte may be used in combination.

固体電解質としては、リチウムイオン伝導性を有し、常温(例えば15℃から25℃)において固体である任意の材料から選択できる。固体電解質としては、例えば、硫化物固体電解質、酸化物固体電解質、酸窒化物固体電解質、ポリマー固体電解質等が挙げられる。 The solid electrolyte can be selected from any material having lithium ion conductivity and being solid at room temperature (for example, 15 ° C to 25 ° C). Examples of the solid electrolyte include a sulfide solid electrolyte, an oxide solid electrolyte, an oxynitride solid electrolyte, a polymer solid electrolyte and the like.

(使用形態等)
当該二次電池(非水電解質蓄電素子)においては、通常使用時の充電終止電圧における正極電位は、例えば4.3V(vs.Li/Li)以上又は4.4V(vs.Li/Li)以上であることが好ましいが、4.5V(vs.Li/Li)以上であることがより好ましく、4.55V(vs.Li/Li)以上であることがさらに好ましい。通常使用時の充電終止電圧における正極電位を上記下限以上とすることで、当該二次電池の放電容量を大きくし、エネルギー密度を高めることができる。
(Usage pattern, etc.)
In the secondary battery (non-aqueous electrolyte power storage element), the positive potential at the end-of-charge voltage during normal use is, for example, 4.3 V (vs. Li / Li + ) or more or 4.4 V (vs. Li / Li + ). ) Or higher, but more preferably 4.5 V (vs. Li / Li + ) or higher, and even more preferably 4.55 V (vs. Li / Li + ) or higher. By setting the positive electrode potential at the end-of-charge voltage during normal use to the above lower limit or higher, the discharge capacity of the secondary battery can be increased and the energy density can be increased.

当該二次電池の通常使用時の充電終止電圧における正極電位の上限としては、例えば5.0V(vs.Li/Li)であり、4.8V(vs.Li/Li)であってもよく、4.7V(vs.Li/Li)であってもよい。 The upper limit of the positive potential at the end-of-charge voltage of the secondary battery during normal use is, for example, 5.0 V (vs. Li / Li + ), even if it is 4.8 V (vs. Li / Li + ). Well, it may be 4.7V (vs. Li / Li + ).

金属リチウムを含有する負極表面において、デンドライトは、充電の際の電流密度が高い場合に成長しやすい傾向にある。従って、本発明の一実施形態に係る非水電解質蓄電素子は、電流密度が高い充電が行われる用途に好適に適用できる。このような用途としては、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)等の自動車用電源、回生電力充電用電源などが挙げられる。 On the surface of the negative electrode containing metallic lithium, dendrites tend to grow easily when the current density during charging is high. Therefore, the non-aqueous electrolyte power storage element according to the embodiment of the present invention can be suitably applied to applications in which charging with a high current density is performed. Examples of such applications include power supplies for automobiles such as electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), and plug-in hybrid vehicles (PHEVs), power supplies for regenerative power charging, and the like.

本実施形態の非水電解質蓄電素子の形状については特に限定されるものではなく、例えば、円筒型電池、角型電池、扁平型電池、コイン型電池、ボタン型電池等が挙げられる。 The shape of the non-aqueous electrolyte power storage element of the present embodiment is not particularly limited, and examples thereof include a cylindrical battery, a square battery, a flat battery, a coin battery, and a button battery.

図1に角型電池の一例としての非水電解質蓄電素子1を示す。なお、同図は、容器内部を透視した図としている。セパレータを挟んで巻回された正極及び負極を有する電極体2が角型の容器3に収納される。正極は正極リード41を介して正極端子4と電気的に接続されている。負極は負極リード51を介して負極端子5と電気的に接続されている。 FIG. 1 shows a non-aqueous electrolyte power storage element 1 as an example of a square battery. The figure is a perspective view of the inside of the container. The electrode body 2 having the positive electrode and the negative electrode wound around the separator is housed in the square container 3. The positive electrode is electrically connected to the positive electrode terminal 4 via the positive electrode lead 41. The negative electrode is electrically connected to the negative electrode terminal 5 via the negative electrode lead 51.

<非水電解質蓄電装置の構成>
本実施形態の非水電解質蓄電素子は、EV、HEV、PHEV等の自動車用電源、パーソナルコンピュータ、通信端末等の電子機器用電源、又は電力貯蔵用電源等に、複数の非水電解質蓄電素子を集合して構成した蓄電ユニット(バッテリーモジュール)として搭載することができる。この場合、蓄電ユニットに含まれる少なくとも一つの非水電解質蓄電素子に対して、本発明の一実施形態に係る技術が適用されていればよい。
<Structure of non-aqueous electrolyte power storage device>
The non-aqueous electrolyte storage element of the present embodiment includes a plurality of non-aqueous electrolyte storage elements in a power source for automobiles such as EV, HEV, PHEV, a power source for electronic devices such as a personal computer and a communication terminal, a power source for power storage, and the like. It can be mounted as a power storage unit (battery module) assembled together. In this case, the technique according to the embodiment of the present invention may be applied to at least one non-aqueous electrolyte power storage element included in the power storage unit.

図2に、電気的に接続された二以上の非水電解質蓄電素子1が集合した蓄電ユニット20をさらに集合した蓄電装置30の一例を示す。蓄電装置30は、二以上の非水電解質蓄電素子1を電気的に接続するバスバ(図示せず)、二以上の蓄電ユニット20を電気的に接続するバスバ(図示せず)等を備えていてもよい。蓄電ユニット20又は蓄電装置30は、一以上の非水電解質蓄電素子の状態を監視する状態監視装置(図示せず)を備えていてもよい。 FIG. 2 shows an example of a power storage device 30 in which a power storage unit 20 in which two or more electrically connected non-aqueous electrolyte power storage elements 1 are assembled is further assembled. The power storage device 30 includes a bus bar (not shown) for electrically connecting two or more non-aqueous electrolyte power storage elements 1, a bus bar (not shown) for electrically connecting two or more power storage units 20 and the like. May be good. The power storage unit 20 or the power storage device 30 may include a condition monitoring device (not shown) for monitoring the state of one or more non-aqueous electrolyte power storage elements.

<非水電解質蓄電素子の製造方法>
本発明の一実施形態に係る非水電解質蓄電素子の製造方法は、上述した本発明の一実施形態に係る負極、又は上述した本発明の一実施形態に係る負極の製造方法により得られた負極を用いて非水電解質蓄電素子を作製することを備える。
<Manufacturing method of non-aqueous electrolyte power storage element>
The method for manufacturing a non-aqueous electrolyte power storage element according to an embodiment of the present invention is a negative electrode obtained by the above-mentioned negative electrode according to the embodiment of the present invention or the above-mentioned negative electrode according to the embodiment of the present invention. It is provided to manufacture a non-aqueous electrolyte power storage element using the above.

また、本発明の他の実施形態に係る非水電解質蓄電素子の製造方法は、負極とセパレータとを用いて非水電解質蓄電素子を作製することを備え、上記負極が、金属リチウムを含有する負極活物質層と、上記負極活物質層の表面に積層された、無機粒子を含有する多孔質層とを有し、上記負極の多孔質層の空隙率が、上記セパレータの空隙率よりも高い。 Further, the method for manufacturing a non-aqueous electrolyte power storage element according to another embodiment of the present invention comprises manufacturing a non-aqueous electrolyte power storage element using a negative electrode and a separator, and the negative electrode is a negative electrode containing metallic lithium. It has an active material layer and a porous layer containing inorganic particles laminated on the surface of the negative electrode active material layer, and the void ratio of the porous layer of the negative electrode is higher than the void ratio of the separator.

これらの製造方法において用いられる負極及びセパレータの具体的及び好適態様は、本発明の一実施形態に係る負極、又は本発明の一実施形態に係る非水電解質蓄電素子に備わる負極及びセパレータとして上述したものと同様である。 Specific and preferred embodiments of the negative electrode and the separator used in these manufacturing methods are described above as the negative electrode and the separator provided in the negative electrode according to the embodiment of the present invention or the non-aqueous electrolyte power storage element according to the embodiment of the present invention. Similar to the one.

具体的に非水電解質蓄電素子の製造方法は、正極を準備又は製造すること、負極を準備又は製造すること、非水電解質を準備又は調製すること、セパレータを準備又は製造すること、正極及び負極を、セパレータを介して積層又は巻回することにより交互に重畳された電極体を形成すること、正極及び負極(電極体)を容器に収容すること、並びに上記容器に上記非水電解質を注入することを備える。注入後、注入口を封止することにより非水電解質蓄電素子を得ることができる。 Specifically, the method for manufacturing the non-aqueous electrolyte power storage element is to prepare or manufacture a positive electrode, prepare or manufacture a negative electrode, prepare or prepare a non-aqueous electrolyte, prepare or manufacture a separator, and prepare or manufacture a positive electrode and a negative electrode. To form an electrode body alternately superimposed by laminating or winding through a separator, to house the positive electrode and the negative electrode (electrode body) in a container, and to inject the non-aqueous electrolyte into the container. Be prepared for that. After the injection, the non-aqueous electrolyte power storage element can be obtained by sealing the injection port.

当該非水電解質蓄電素子の製造方法は、組み立てた未充放電非水電解質蓄電素子に対して初期充放電することをさらに備えていてよい。例えば当該非水電解質蓄電素子の正極活物質に遷移金属(Me)に対するリチウム(Li)のモル比(Li/Me)が1超であるリチウム遷移金属複合酸化物が用いられている場合、初期充放電を経ることで容量が大きくなる。初期充放電における充放電の回数は1回又は2回であってもよく、3回以上であってもよい。当該非水電解質蓄電素子の正極活物質に遷移金属(Me)に対するリチウム(Li)のモル比(Li/Me)が1超であるリチウム遷移金属複合酸化物が用いられている場合、初期充放電における充電終止電圧における正極電位(正極到達電位)は、4.5V vs.Li/Li以上4.7V vs.Li/Li以下であることが好ましい。 The method for manufacturing the non-aqueous electrolyte storage element may further include initial charging / discharging of the assembled uncharged / discharged non-aqueous electrolyte storage element. For example, when a lithium transition metal composite oxide having a molar ratio (Li / Me) of lithium (Li) to the transition metal (Me) of more than 1 is used as the positive electrode active material of the non-aqueous electrolyte power storage element, the initial charge is applied. The capacity increases as it goes through the discharge. The number of charge / discharge in the initial charge / discharge may be once or twice, or may be three or more. When a lithium transition metal composite oxide having a molar ratio (Li / Me) of lithium (Li) to the transition metal (Me) of more than 1 is used as the positive electrode active material of the non-aqueous electrolyte power storage element, initial charge / discharge is performed. The positive electrode potential (positive electrode reaching potential) at the end-of-charge voltage in the above is 4.5 V vs. Li / Li + or more 4.7V vs. It is preferably Li / Li + or less.

<その他の実施形態>
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成又は周知技術に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。また、ある実施形態の構成に対して周知技術を付加することができる。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications may be made without departing from the gist of the present invention. For example, the configuration of one embodiment can be added to the configuration of another embodiment, and a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment or a well-known technique. In addition, some of the configurations of certain embodiments can be deleted. Further, a well-known technique can be added to the configuration of a certain embodiment.

上記実施形態では、非水電解質蓄電素子が充放電可能な非水電解質二次電池(リチウム電池)として用いられる場合について説明したが、非水電解質蓄電素子の種類、形状、寸法、容量等は任意である。本発明の非水電解質蓄電素子は、種々の非水電解質二次電池、電気二重層キャパシタ又はリチウムイオンキャパシタ等のキャパシタにも適用できる。また、本発明の非水電解質蓄電素子は、リチウム空気電池にも適用することができる。 In the above embodiment, the case where the non-aqueous electrolyte storage element is used as a chargeable / dischargeable non-aqueous electrolyte secondary battery (lithium battery) has been described, but the type, shape, size, capacity, etc. of the non-aqueous electrolyte storage element are arbitrary. Is. The non-aqueous electrolyte power storage element of the present invention can also be applied to capacitors such as various non-aqueous electrolyte secondary batteries, electric double layer capacitors and lithium ion capacitors. Further, the non-aqueous electrolyte power storage element of the present invention can also be applied to a lithium-air battery.

以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以下の実施例における多孔質層の空隙率及び平均厚さ、無機粒子の比表面積及び平均粒径、並びにセパレータの空隙率は、上記した方法により測定した値である。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
The porosity and average thickness of the porous layer, the specific surface area and average particle size of the inorganic particles, and the porosity of the separator in the following examples are values measured by the above method.

[実施例1]
(正極の作製)
正極活物質として、α-NaFeO型結晶構造を有し、Li1+αMe1-α(Meは遷移金属)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物を用いた。ここで、LiとMeのモル比Li/Meは1.33であり、Meは、Ni及びMnからなり、Ni:Mn=1:2のモル比で含んでいるものであった。
[Example 1]
(Preparation of positive electrode)
As the positive electrode active material, a lithium transition metal composite oxide having an α-NaFeO type 2 crystal structure and represented by Li 1 + α Me 1-α O 2 (Me is a transition metal) was used. Here, the molar ratio Li / Me of Li and Me was 1.33, and Me was composed of Ni and Mn and contained Ni: Mn = 1: 2.

N-メチルピロリドン(NMP)を分散媒とし、上記正極活物質、導電剤であるアセチレンブラック(AB)、及びバインダーであるポリフッ化ビニリデン(PVDF)を92.5:4.5:3の質量比率(固形分換算)で含有する正極ペーストを作製した。正極基材であるアルミニウム箔の片面に、上記正極ペーストを塗布し、乾燥後プレスし、正極基材の片面に正極活物質層が配置された正極を作製した。 Using N-methylpyrrolidone (NMP) as a dispersion medium, the positive electrode active material, acetylene black (AB) as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder have a mass ratio of 92.5: 4.5: 3. A positive electrode paste contained in (solid content equivalent) was prepared. The positive electrode paste was applied to one side of an aluminum foil as a positive electrode base material, dried, and then pressed to prepare a positive electrode having a positive electrode active material layer arranged on one side of the positive electrode base material.

(負極の作製)
負極基材である銅箔(平均厚さ10μm)の片面に、負極活物質層として金属リチウム箔(平均厚さ60μm:金属リチウム100質量%の純金属リチウム)が積層された市販品を準備した。ジメチルスルホキシドに無機粒子A(Al粒子、比表面積88m/g、平均粒径18nm)を分散させ、多孔質層形成材料を調製した。スプレーガンを用い、多孔質層形成材料を負極活物質層表面に塗布した。塗布後、100℃に設定したホットプレート上で乾燥させ、次いで60℃の真空乾燥を行った。これにより、負極基材、負極活物質層及び多孔質層がこの順に積層された負極を得た。形成された多孔質層の空隙率は84%、平均厚さは2μmであった。
(Manufacturing of negative electrode)
A commercially available product was prepared in which a metallic lithium foil (average thickness 60 μm: pure metallic lithium of 100% by mass of metallic lithium) was laminated as a negative electrode active material layer on one side of a copper foil (average thickness 10 μm) which is a negative electrode base material. .. Inorganic particles A (Al 2 O 3 particles, specific surface area 88 m 2 / g, average particle size 18 nm) were dispersed in dimethyl sulfoxide to prepare a porous layer forming material. Using a spray gun, the porous layer forming material was applied to the surface of the negative electrode active material layer. After coating, it was dried on a hot plate set at 100 ° C., and then vacuum dried at 60 ° C. As a result, a negative electrode in which the negative electrode base material, the negative electrode active material layer, and the porous layer were laminated in this order was obtained. The formed porous layer had a porosity of 84% and an average thickness of 2 μm.

(非水電解質の調製)
フルオロエチレンカーボネート(FEC)及び2,2,2-トリフルオロエチルメチルカーボネート(TFEMC)を30:70の体積比で混合した混合溶媒にLiPFを1mol/dmの濃度で溶解させ、非水電解質とした。
(Preparation of non-aqueous electrolyte)
LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent in which fluoroethylene carbonate (FEC) and 2,2,2-trifluoroethylmethyl carbonate (TFEMC) were mixed at a volume ratio of 30:70 at a concentration of 1 mol / dm 3 , and a non-aqueous electrolyte was added. And said.

(非水電解質蓄電素子の作製)
セパレータであるポリオレフィン製微多孔膜(空隙率44%)を介して、上記正極と上記負極とを積層することにより電極体を作製した。この電極体を金属樹脂複合フィルム製の容器に収納し、内部に上記の非水電解質を注入した。その後封口し、容器を外部から0.3MPaで圧迫した状態とした実施例1の非水電解質蓄電素子を得た。
(Manufacturing of non-aqueous electrolyte power storage element)
An electrode body was produced by laminating the positive electrode and the negative electrode via a microporous polyolefin membrane (porosity 44%) which is a separator. This electrode body was housed in a container made of a metal resin composite film, and the above-mentioned non-aqueous electrolyte was injected therein. After that, the container was closed and the container was pressed from the outside at 0.3 MPa to obtain the non-aqueous electrolyte power storage element of Example 1.

[実施例2から8及び比較例1、2]
表1に記載の無機粒子を用い、表1に記載の空隙率及び平均厚さの多孔質層を形成したこと以外は実施例1と同様にして、実施例2から8及び比較例1、2の各負極及び非水電解質蓄電素子を得た。なお、比較例1では、負極に多孔質層を形成しなかった。
[Examples 2 to 8 and Comparative Examples 1 and 2]
Examples 2 to 8 and Comparative Examples 1 and 2 are the same as in Example 1 except that the inorganic particles shown in Table 1 are used to form the porous layer having the porosity and the average thickness shown in Table 1. Each negative electrode and non-aqueous electrolyte power storage element of the above were obtained. In Comparative Example 1, the porous layer was not formed on the negative electrode.

[実施例9]
ジメチルスルホキシドに無機粒子AとバインダーとしてのPVDFとを80:20の質量比で分散させ、多孔質層形成材料を調製し、この多孔質層形成材料を用いたこと以外は実施例2と同様にして、実施例9の負極及び非水電解質蓄電素子を得た。
[Example 9]
Inorganic particles A and PVDF as a binder were dispersed in dimethyl sulfoxide at a mass ratio of 80:20 to prepare a porous layer forming material, and the same as in Example 2 except that this porous layer forming material was used. The negative electrode and the non-aqueous electrolyte storage element of Example 9 were obtained.

(初期充放電)
得られた各非水電解質蓄電素子について、以下の条件にて初期充放電を行った。25℃において、充電電流0.1C、充電終止電圧4.6Vとして定電流定電圧充電した。充電の終了条件は、充電電流が0.02Cとなるまでとした。その後、10分間の休止期間を設けた。その後、放電電流0.1C、放電終止電圧2.0Vとして定電流放電を行い、その後、10分間の休止期間を設けた。この充放電サイクルを2サイクル行った。
(Initial charge / discharge)
Each of the obtained non-aqueous electrolyte power storage elements was initially charged and discharged under the following conditions. At 25 ° C., constant current and constant voltage charging was performed with a charging current of 0.1 C and a charge termination voltage of 4.6 V. The charging end condition was set until the charging current reached 0.02C. After that, a rest period of 10 minutes was provided. Then, a constant current discharge was performed with a discharge current of 0.1 C and a discharge end voltage of 2.0 V, and then a rest period of 10 minutes was provided. This charge / discharge cycle was performed for two cycles.

(充放電サイクル試験)
次いで、以下の充放電サイクル試験を行った。25℃において、充電電流0.2C、充電終止電圧4.6Vとして定電流定電圧充電した。充電の終了条件は、充電電流が0.02Cとなるまでとした。その後、10分間の休止期間を設けた。その後、放電電流0.1C、放電終止電圧2.0Vとして定電流放電を行い、その後、10分間の休止期間を設けた。この充放電のサイクルを繰り返し、容量維持率(1サイクル目の放電容量に対する放電容量)が90%を下回ったときのサイクル数、及びクーロン効率が96%を下回ったときのサイクル数を記録した。結果を表1に示す。
また、実施例1の非水電解質蓄電素子のサイクル毎の容量維持率の変化を示すグラフを図3Aに、サイクル毎のクーロン効率の変化を示すグラフを図3Bに示す。実施例2の非水電解質蓄電素子のサイクル毎の容量維持率の変化を示すグラフを図4Aに、サイクル毎のクーロン効率の変化を示すグラフを図4Bに示す。実施例3の非水電解質蓄電素子のサイクル毎の容量維持率の変化を示すグラフを図5Aに、サイクル毎のクーロン効率の変化を示すグラフを図5Bに示す。実施例4の非水電解質蓄電素子のサイクル毎の容量維持率の変化を示すグラフを図6Aに、サイクル毎のクーロン効率の変化を示すグラフを図6Bに示す。実施例5の非水電解質蓄電素子のサイクル毎の容量維持率の変化を示すグラフを図7Aに、サイクル毎のクーロン効率の変化を示すグラフを図7Bに示す。実施例6の非水電解質蓄電素子のサイクル毎の容量維持率の変化を示すグラフを図8Aに、サイクル毎のクーロン効率の変化を示すグラフを図8Bに示す。実施例7の非水電解質蓄電素子のサイクル毎の容量維持率の変化を示すグラフを図9Aに、サイクル毎のクーロン効率の変化を示すグラフを図9Bに示す。実施例8の非水電解質蓄電素子のサイクル毎の容量維持率の変化を示すグラフを図10Aに、サイクル毎のクーロン効率の変化を示すグラフを図10Bに示す。実施例9の非水電解質蓄電素子のサイクル毎の容量維持率の変化を示すグラフを図11Aに、サイクル毎のクーロン効率の変化を示すグラフを図11Bに示す。比較例1の非水電解質蓄電素子のサイクル毎の容量維持率の変化を示すグラフを図12Aに、サイクル毎のクーロン効率の変化を示すグラフを図12Bに示す。比較例2の非水電解質蓄電素子のサイクル毎の容量維持率の変化を示すグラフを図13Aに、サイクル毎のクーロン効率の変化を示すグラフを図13Bに示す。
(Charge / discharge cycle test)
Then, the following charge / discharge cycle test was performed. At 25 ° C., constant current and constant voltage charging was performed with a charging current of 0.2 C and a charge termination voltage of 4.6 V. The charging end condition was until the charging current reached 0.02C. After that, a rest period of 10 minutes was provided. Then, a constant current discharge was performed with a discharge current of 0.1 C and a discharge end voltage of 2.0 V, and then a rest period of 10 minutes was provided. This charge / discharge cycle was repeated, and the number of cycles when the capacity retention rate (discharge capacity with respect to the discharge capacity of the first cycle) was less than 90% and the number of cycles when the Coulomb efficiency was less than 96% were recorded. The results are shown in Table 1.
Further, FIG. 3A shows a graph showing the change in the capacity retention rate of the non-aqueous electrolyte power storage element of Example 1 for each cycle, and FIG. 3B shows a graph showing the change in the Coulomb efficiency for each cycle. FIG. 4A shows a graph showing the change in the capacity retention rate of the non-aqueous electrolyte power storage element of Example 2 for each cycle, and FIG. 4B shows a graph showing the change in the Coulomb efficiency for each cycle. A graph showing the change in the capacity retention rate for each cycle of the non-aqueous electrolyte power storage element of Example 3 is shown in FIG. 5A, and a graph showing the change in the Coulomb efficiency for each cycle is shown in FIG. 5B. A graph showing the change in the capacity retention rate for each cycle of the non-aqueous electrolyte power storage element of Example 4 is shown in FIG. 6A, and a graph showing the change in the Coulomb efficiency for each cycle is shown in FIG. 6B. A graph showing the change in the capacity retention rate for each cycle of the non-aqueous electrolyte power storage element of Example 5 is shown in FIG. 7A, and a graph showing the change in the Coulomb efficiency for each cycle is shown in FIG. 7B. A graph showing the change in the capacity retention rate for each cycle of the non-aqueous electrolyte power storage element of Example 6 is shown in FIG. 8A, and a graph showing the change in the Coulomb efficiency for each cycle is shown in FIG. 8B. A graph showing the change in the capacity retention rate for each cycle of the non-aqueous electrolyte power storage element of Example 7 is shown in FIG. 9A, and a graph showing the change in the Coulomb efficiency for each cycle is shown in FIG. 9B. A graph showing the change in the capacity retention rate for each cycle of the non-aqueous electrolyte power storage element of Example 8 is shown in FIG. 10A, and a graph showing the change in the Coulomb efficiency for each cycle is shown in FIG. 10B. A graph showing the change in the capacity retention rate for each cycle of the non-aqueous electrolyte power storage element of Example 9 is shown in FIG. 11A, and a graph showing the change in the Coulomb efficiency for each cycle is shown in FIG. 11B. A graph showing the change in the capacity retention rate for each cycle of the non-aqueous electrolyte power storage element of Comparative Example 1 is shown in FIG. 12A, and a graph showing the change in the Coulomb efficiency for each cycle is shown in FIG. 12B. A graph showing the change in the capacity retention rate for each cycle of the non-aqueous electrolyte power storage element of Comparative Example 2 is shown in FIG. 13A, and a graph showing the change in the Coulomb efficiency for each cycle is shown in FIG. 13B.

Figure 2022091637000002
Figure 2022091637000002

表1に示されるように、空隙率が50%以上の多孔質層を有する負極を備える実施例1から9の各非水電解質蓄電素子は、容量維持率が90%を下回ったときのサイクル数及びクーロン効率が96%を下回ったときのサイクル数が、多孔質層を有していない負極を備える比較例1の非水電解質蓄電素子よりも多い結果となった。実施例1から9の各非水電解質蓄電素子は、充放電サイクルに伴う放電容量及びクーロン効率の低下が抑制されたことがわかる。一方、空隙率が50%を下回る多孔質層を有する負極を備える比較例2の非水電解質蓄電素子は、上記各サイクル数が比較例1の非水電解質蓄電素子よりも少なくなっており、充放電サイクルに伴う放電容量及びクーロン効率の低下が逆に促進される結果となった。これらから、負極に空隙率の高い多孔質層を形成することで、充放電サイクルに伴う放電容量及びクーロン効率の低下が抑制できることがわかる。また、負極に形成された多孔質層の空隙率を、セパレータの空隙率よりも高くすることで、充放電サイクルに伴う放電容量及びクーロン効率の低下が抑制できることがわかる。 As shown in Table 1, each of the non-aqueous electrolyte power storage elements of Examples 1 to 9 including the negative electrode having a negative electrode having a porosity of 50% or more has the number of cycles when the capacity retention rate is less than 90%. The number of cycles when the Coulomb efficiency was less than 96% was larger than that of the non-aqueous electrolyte power storage element of Comparative Example 1 provided with the negative electrode having no porous layer. It can be seen that in each of the non-aqueous electrolyte power storage elements of Examples 1 to 9, the decrease in discharge capacity and Coulomb efficiency associated with the charge / discharge cycle was suppressed. On the other hand, the non-aqueous electrolyte storage element of Comparative Example 2 having a negative electrode having a porous layer having a void ratio of less than 50% has a smaller number of cycles than the non-aqueous electrolyte storage element of Comparative Example 1 and is filled. As a result, the decrease in discharge capacity and Coulomb efficiency with the discharge cycle is promoted. From these, it can be seen that by forming a porous layer having a high porosity on the negative electrode, it is possible to suppress a decrease in discharge capacity and Coulomb efficiency due to a charge / discharge cycle. Further, it can be seen that by making the porosity of the porous layer formed on the negative electrode higher than the porosity of the separator, it is possible to suppress the decrease in discharge capacity and Coulomb efficiency due to the charge / discharge cycle.

各実施例のうち、多孔質層が実質的に無機粒子のみからなる実施例1から8で比較すると、多孔質層の空隙率が80%以上である実施例1から3、7及び8の各非水電解質蓄電素子は、上記各サイクル数がいずれも40回を超える結果となった。なお、これらの実施例は、平均粒径が50nm以下の無機粒子を用いたものであり、無機粒子の平均粒径も影響していると考えられる。さらに、平均粒径が20nm以下の無機粒子を用いた実施例1から3及び7の各非水電解質蓄電素子は、上記各サイクル数がいずれも50回を超えており、これらの中でも多孔質層の平均厚さが5μm超である実施例2、3及び7の各非水電解質蓄電素子は、上記各サイクル数がいずれも55回以上となった。このように、負極に形成された多孔質層の空隙率に加えて、無機粒子の平均粒径及び多孔質層の平均厚さを調整することにより、充放電サイクルに伴う放電容量及びクーロン効率の低下がより抑制できることがわかる。また、多孔質層における無機粒子とバインダーとの質量比のみが異なる実施例2と実施例9との比較などから、多孔質層が実質的に無機粒子のみからなる場合、充放電サイクルに伴う放電容量及びクーロン効率の低下がより抑制できることがわかる。 Among the examples, when compared with Examples 1 to 8 in which the porous layer is substantially composed of only inorganic particles, each of Examples 1 to 3, 7 and 8 in which the porosity of the porous layer is 80% or more. As for the non-aqueous electrolyte power storage element, the number of each cycle described above exceeded 40 times. In addition, in these examples, the inorganic particles having an average particle diameter of 50 nm or less were used, and it is considered that the average particle diameter of the inorganic particles also has an influence. Further, in each of the non-aqueous electrolyte power storage elements of Examples 1 to 3 and 7 using inorganic particles having an average particle size of 20 nm or less, the number of each cycle exceeds 50 times, and among these, the porous layer Each of the non-aqueous electrolyte power storage elements of Examples 2, 3 and 7 having an average thickness of more than 5 μm had 55 or more cycles in each of the above cycles. In this way, by adjusting the average particle size of the inorganic particles and the average thickness of the porous layer in addition to the porosity of the porous layer formed on the negative electrode, the discharge capacity and the Coulomb efficiency associated with the charge / discharge cycle can be adjusted. It can be seen that the decrease can be further suppressed. Further, from the comparison between Example 2 and Example 9 in which only the mass ratio of the inorganic particles and the binder in the porous layer is different, when the porous layer is substantially composed of only inorganic particles, the discharge accompanying the charge / discharge cycle is performed. It can be seen that the decrease in capacity and Coulomb efficiency can be further suppressed.

本発明は、パーソナルコンピュータ、通信端末等の電子機器、自動車などの電源として使用される非水電解質蓄電素子などに適用できる。 The present invention can be applied to personal computers, electronic devices such as communication terminals, non-aqueous electrolyte power storage elements used as power sources for automobiles, and the like.

1 非水電解質蓄電素子
2 電極体
3 容器
4 正極端子
41 正極リード
5 負極端子
51 負極リード
20 蓄電ユニット
30 蓄電装置
1 Non-aqueous electrolyte power storage element 2 Electrode body 3 Container 4 Positive terminal 41 Positive lead 5 Negative terminal 51 Negative lead 20 Power storage unit 30 Power storage device

Claims (11)

金属リチウムを含有する負極活物質層と、
上記負極活物質層の表面に積層された、無機粒子を含有する多孔質層と
を有し、
上記多孔質層の空隙率が50%以上である非水電解質蓄電素子用の負極。
Negative electrode active material layer containing metallic lithium and
It has a porous layer containing inorganic particles laminated on the surface of the negative electrode active material layer.
A negative electrode for a non-aqueous electrolyte power storage element having a porosity of 50% or more in the porous layer.
上記多孔質層の空隙率が80%以上である請求項1に記載の負極。 The negative electrode according to claim 1, wherein the porosity of the porous layer is 80% or more. 上記無機粒子の平均粒径が50nm以下である請求項1又は請求項2に記載の負極。 The negative electrode according to claim 1 or 2, wherein the average particle size of the inorganic particles is 50 nm or less. 上記無機粒子の平均粒径が20nm以下である請求項3に記載の負極。 The negative electrode according to claim 3, wherein the average particle size of the inorganic particles is 20 nm or less. 上記多孔質層が実質的に上記無機粒子のみからなる請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の負極。 The negative electrode according to any one of claims 1 to 4, wherein the porous layer is substantially composed of only the inorganic particles. 金属リチウムを含有する負極活物質層の表面に、無機粒子を含有する多孔質層形成材料により、空隙率が50%以上である多孔質層を形成することを備える非水電解質蓄電素子用の負極の製造方法。 Negative electrode for non-aqueous electrolyte power storage element, which comprises forming a porous layer having a porosity of 50% or more on the surface of a negative electrode active material layer containing metallic lithium by a porous layer forming material containing inorganic particles. Manufacturing method. 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の負極を備える非水電解質蓄電素子。 A non-aqueous electrolyte power storage device comprising the negative electrode according to any one of claims 1 to 5. 負極及びセパレータを備え、
上記負極が、金属リチウムを含有する負極活物質層と、上記負極活物質層の表面に積層された、無機粒子を含有する多孔質層とを有し、
上記負極の多孔質層の空隙率が、上記セパレータの空隙率よりも高い非水電解質蓄電素子。
Equipped with a negative electrode and a separator,
The negative electrode has a negative electrode active material layer containing metallic lithium and a porous layer containing inorganic particles laminated on the surface of the negative electrode active material layer.
A non-aqueous electrolyte power storage element in which the porosity of the porous layer of the negative electrode is higher than the porosity of the separator.
通常使用時の充電終止電圧における正極電位が4.5V(vs.Li/Li)以上である請求項7又は請求項8に記載の非水電解質蓄電素子。 The non-aqueous electrolyte power storage element according to claim 7 or 8, wherein the positive electrode potential at the end-of-charge voltage during normal use is 4.5 V (vs. Li / Li + ) or more. 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の負極、又は請求項6に記載の負極の製造方法により得られた負極を用いて非水電解質蓄電素子を作製することを備える非水電解質蓄電素子の製造方法。 A non-aqueous electrolyte storage device comprising producing a non-aqueous electrolyte power storage element using the negative electrode according to any one of claims 1 to 5 or the negative electrode obtained by the negative electrode manufacturing method according to claim 6. Manufacturing method of power storage element. 負極とセパレータとを用いて非水電解質蓄電素子を作製することを備え、
上記負極が、金属リチウムを含有する負極活物質層と、上記負極活物質層の表面に積層された、無機粒子を含有する多孔質層とを有し、
上記負極の多孔質層の空隙率が、上記セパレータの空隙率よりも高い非水電解質蓄電素子の製造方法。
A non-aqueous electrolyte power storage element is provided by using a negative electrode and a separator.
The negative electrode has a negative electrode active material layer containing metallic lithium and a porous layer containing inorganic particles laminated on the surface of the negative electrode active material layer.
A method for manufacturing a non-aqueous electrolyte power storage element in which the porosity of the porous layer of the negative electrode is higher than the porosity of the separator.
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