JP6705899B2 - Non-aqueous alkali metal ion capacitor - Google Patents

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Description

本発明は非水系アルカリ金属イオンキャパシタ等に関する。 The present invention relates to non-aqueous alkali metal ion capacitors and the like.

近年、地球環境の保全及び省資源のためのエネルギーの有効利用の観点から、風力発電の電力平滑化システム又は深夜電力貯蔵システム、太陽光発電技術に基づく家庭用分散型蓄電システム、電気自動車用の蓄電システム等が注目を集めている。
これらの蓄電システムに用いられる蓄電素子の第一の要求事項は、エネルギー密度が高いことである。このような要求に対応可能な高エネルギー密度電池の有力候補として、リチウムイオン電池の開発が精力的に進められている。
第二の要求事項は、出力特性が高いことである。例えば、高効率エンジンと蓄電システムとの組み合わせ(例えば、ハイブリッド電気自動車)又は燃料電池と蓄電システムとの組み合わせ(例えば、燃料電池電気自動車)において、加速時には蓄電システムにおける高出力放電特性が要求されている。
現在、高出力蓄電素子としては、電気二重層キャパシタ、ニッケル水素電池等が開発されている。
In recent years, from the viewpoint of effective use of energy for conservation of the global environment and resource saving, a power smoothing system for wind power generation or a midnight power storage system, a household distributed power storage system based on solar power generation technology, an electric vehicle Power storage systems are attracting attention.
The first requirement of the power storage device used in these power storage systems is high energy density. As a promising candidate for a high energy density battery that can meet such requirements, development of a lithium ion battery is being vigorously pursued.
The second requirement is high output characteristics. For example, in a combination of a high-efficiency engine and a power storage system (for example, a hybrid electric vehicle) or a combination of a fuel cell and a power storage system (for example, a fuel cell electric vehicle), high output discharge characteristics of the power storage system are required during acceleration. There is.
Currently, electric double layer capacitors, nickel hydrogen batteries, and the like are being developed as high-power storage elements.

電気二重層キャパシタのうち、電極に活性炭を用いたものは、約0.5kW/L〜約1kW/Lの出力特性を有する。この電気二重層キャパシタは、耐久性(サイクル特性及び高温保存特性)も高く、前記高出力が要求される分野で最適のデバイスと考えられてきた。しかしながら、そのエネルギー密度は約1Wh/L〜約5Wh/Lに過ぎない。そのため、更なるエネルギー密度の向上が必要である。 Among electric double layer capacitors, those using activated carbon for electrodes have output characteristics of about 0.5 kW/L to about 1 kW/L. This electric double layer capacitor has high durability (cycle characteristics and high temperature storage characteristics), and has been considered to be an optimum device in the field where high output is required. However, its energy density is only about 1 Wh/L to about 5 Wh/L. Therefore, it is necessary to further improve the energy density.

他方、現在ハイブリッド電気自動車で採用されているニッケル水素電池は、電気二重層キャパシタと同等の高出力を有し、かつ約160Wh/Lのエネルギー密度を有している。しかしながら、そのエネルギー密度及び出力をより一層高めるとともに、耐久性(特に、高温における安定性)を高めるための研究が精力的に進められている。
また、リチウムイオン電池においても、高出力化に向けての研究が進められている。例えば、放電深度(蓄電素子の放電容量の何%を放電した状態かを示す値)50%において3kW/Lを超える高出力が得られるリチウムイオン電池が開発されている。しかしながら、そのエネルギー密度は100Wh/L以下であり、リチウムイオン電池の最大の特徴である高エネルギー密度を敢えて抑制した設計となっている。また、その耐久性(サイクル特性及び高温保存特性)については、電気二重層キャパシタに比べ劣る。そのため、実用的な耐久性をリチウムイオン電池に持たせるためには、放電深度が0〜100%の範囲よりも狭い範囲での使用となる。実際に使用できるリチウムイオン電池の容量は更に小さくなるから、耐久性をより一層向上させるための研究が精力的に進められている。
上記のとおり、高エネルギー密度、高出力特性、及び耐久性を兼ね備えた蓄電素子の実用化が強く求められている。しかしながら、上述した既存の蓄電素子には、それぞれ一長一短がある。そのため、これらの技術的要求を充足する新たな蓄電素子が求められている。その有力な候補として、リチウムイオンキャパシタと呼ばれる蓄電素子が注目され、開発が盛んに行われている。
On the other hand, the nickel hydrogen battery currently used in the hybrid electric vehicle has a high output equivalent to that of an electric double layer capacitor and an energy density of about 160 Wh/L. However, research has been vigorously pursued to further increase the energy density and output and to improve durability (in particular, stability at high temperature).
In addition, research is also progressing toward higher output in lithium-ion batteries. For example, a lithium-ion battery has been developed that can obtain a high output exceeding 3 kW/L at a discharge depth of 50% (a value indicating what percentage of the discharge capacity of a storage element is discharged). However, the energy density is 100 Wh/L or less, and the design is such that the high energy density, which is the most important feature of lithium ion batteries, is intentionally suppressed. Further, its durability (cycle characteristics and high temperature storage characteristics) is inferior to that of the electric double layer capacitor. Therefore, in order to provide the lithium ion battery with practical durability, it is used in a range where the depth of discharge is narrower than the range of 0 to 100%. Since the capacity of a lithium-ion battery that can be actually used is further reduced, research for further improving durability is being vigorously pursued.
As described above, there is a strong demand for the practical application of an electricity storage device having both high energy density, high output characteristics, and durability. However, each of the above-described existing power storage elements has advantages and disadvantages. Therefore, there is a demand for a new storage element that satisfies these technical requirements. As a promising candidate, a storage element called a lithium ion capacitor has been attracting attention and is being actively developed.

上述の蓄電素子の電極材料とその特徴をまとめると、電極に活性炭等の材料を用い、活性炭表面のイオンの吸着・脱離(非ファラデー反応)により充放電を行う場合は、高出力かつ高耐久性を実現するが、エネルギー密度が低くなる(例えば1倍とする。)。一方、電極に酸化物又は炭素材料を用い、ファラデー反応により充放電を行う場合は、エネルギー密度が高くなる(例えば活性炭を用いた非ファラデー反応の10倍とする。)が、耐久性及び出力特性に課題がある。
これらの電極材料の組合せとして、電気二重層キャパシタは、正極及び負極に活性炭(エネルギー密度1倍)を用い、正負極共に非ファラデー反応により充放電を行うことを特徴とし、高出力かつ高耐久性を有するが、エネルギー密度が低い(正極1倍×負極1倍=1)という特徴がある。
リチウムイオン二次電池は、正極にリチウム遷移金属酸化物(エネルギー密度10倍)、負極に炭素材料(エネルギー密度10倍)を用い、正負極共にファラデー反応により充放電を行うことを特徴とし、高エネルギー密度(正極10倍×負極10倍=100)を有するが、出力特性及び耐久性に課題がある。更に、ハイブリッド電気自動車等で要求される高耐久性を満足させるためには放電深度を制限しなければならず、リチウムイオン二次電池では、そのエネルギーの10〜50%しか使用できない。
The above is a summary of the electrode materials for the storage elements and their characteristics. When using a material such as activated carbon for the electrodes and performing charge/discharge by adsorption/desorption of ions on the activated carbon surface (non-Faraday reaction), high output and high durability are achieved. However, the energy density becomes low (for example, 1 time). On the other hand, when an oxide or a carbon material is used for the electrode and charging/discharging is performed by the Faraday reaction, the energy density is high (for example, 10 times that of the non-Faraday reaction using activated carbon), but the durability and output characteristics. There are challenges.
As a combination of these electrode materials, the electric double layer capacitor is characterized by using activated carbon (1 time energy density) for the positive and negative electrodes, and charging and discharging by positive and negative electrodes by non-Faraday reaction, high output and high durability. However, there is a feature that the energy density is low (1 times positive electrode×1 times negative electrode=1).
A lithium-ion secondary battery is characterized by using a lithium transition metal oxide (energy density 10 times) for a positive electrode and a carbon material (energy density 10 times) for a negative electrode, and charging and discharging by positive and negative Faraday reaction. Although it has an energy density (10 times positive electrode×10 times negative electrode=100), there are problems in output characteristics and durability. Further, in order to satisfy the high durability required for a hybrid electric vehicle or the like, the depth of discharge must be limited, and a lithium ion secondary battery can use only 10 to 50% of its energy.

リチウムイオンキャパシタは、正極に活性炭(エネルギー密度1倍)、負極に炭素材料(エネルギー密度10倍)を用い、正極では非ファラデー反応、負極ではファラデー反応により充放電を行うことを特徴とし、電気二重層キャパシタ及びリチウムイオン二次電池の特徴を兼ね備えた新規の非対称キャパシタである。リチウムイオンキャパシタは、高出力かつ高耐久性でありながら、高エネルギー密度(正極1倍×負極10倍=10)を有し、リチウムイオン二次電池の様に放電深度を制限する必要がないことも特徴である。
しかしながら、肝心のリチウムは、地殻中の濃度が平均で約20ppmしかなく、しかも産出地が偏在しているという問題がある。今後は、より多く普遍的に存在する元素でリチウムを代替していく必要があり、ナトリウム又はカリウムといったアルカリ金属を蓄電素子に用いる研究が精力的に進められている。
The lithium-ion capacitor is characterized in that activated carbon (energy density is 1 time) is used for the positive electrode, carbon material (energy density is 10 times) is used for the negative electrode, and charging and discharging are performed by a non-Faraday reaction in the positive electrode and a Faraday reaction in the negative electrode. This is a novel asymmetric capacitor that combines the characteristics of a multilayer capacitor and a lithium-ion secondary battery. The lithium ion capacitor has high energy density (1 times positive electrode×10 times negative electrode=10) while having high output and high durability, and does not need to limit the depth of discharge like a lithium ion secondary battery. Is also a feature.
However, the important lithium concentration is only about 20 ppm in the crust on average, and there is a problem that the production sites are unevenly distributed. In the future, it is necessary to substitute lithium with more universally existing elements, and research using alkali metals such as sodium or potassium for a power storage element is energetically advanced.

特許文献1には、金属多孔体から成る正極用集電体の多孔部にナトリウムを吸着又は吸蔵及び脱離できる材料を充填することでナトリウムイオンキャパシタの高出力化が提案されている。特許文献2には、正極中に炭酸リチウムを含有させた正極を用い、電池内圧の上昇に応じて作動する電流遮断機構を有するリチウムイオン二次電池が提案されている。特許文献3には、正極で被酸化物としての各種リチウム化合物を酸化し、劣化した蓄電素子の容量を回復させる方法が提案されている。特許文献4には、活性炭から成る正極に炭酸塩、水酸化物、ケイ酸塩等の制酸剤を含有させてガス発生を抑制する技術が提案されている。
しかしながら、特許文献1〜4に記載の方法において、更なる高容量化及び高出力化については考慮されておらず、正極表面での電解液分解によるガス発生、及び正極中に残存するアルカリ金属化合物自身の分解によるガス発生、並びにこれらを原因とする高負荷充放電サイクルでの静電容量低下について更なる改善の余地があった。
Patent Document 1 proposes increasing the output of a sodium ion capacitor by filling a porous portion of a positive electrode current collector made of a metal porous body with a material capable of adsorbing or absorbing and desorbing sodium. Patent Document 2 proposes a lithium ion secondary battery that uses a positive electrode containing lithium carbonate in the positive electrode and has a current cutoff mechanism that operates according to an increase in the internal pressure of the battery. Patent Document 3 proposes a method of recovering the capacity of a deteriorated power storage element by oxidizing various lithium compounds as oxides at the positive electrode. Patent Document 4 proposes a technique for suppressing gas generation by incorporating an antacid such as carbonate, hydroxide or silicate into a positive electrode made of activated carbon.
However, in the methods described in Patent Documents 1 to 4, further increase in capacity and increase in output are not taken into consideration, and gas generation by electrolytic solution decomposition on the surface of the positive electrode and alkali metal compound remaining in the positive electrode There was room for further improvement in gas generation due to its own decomposition, and the reduction in electrostatic capacity in the high load charge/discharge cycle caused by these.

なお、蓄電素子のために使用される電極活物質又はその原料について、メソ孔又はマイクロ孔の解析が、非特許文献1〜3に記述されている。 Non-Patent Documents 1 to 3 describe the analysis of mesopores or micropores in an electrode active material used for a power storage element or a raw material thereof.

特開2013−38170号公報JP, 2013-38170, A 特開平4−328278号公報JP-A-4-328278 特開2012−174437号公報JP2012-174437A 特開2006−261516号公報JP, 2006-261516, A

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

本発明は、以上の現状に鑑みて為されたものである。
従って、本発明が解決しようとする課題は、高容量及び高出力の非水系アルカリ金属イオンキャパシタを提供し、正極上での電解液分解によるガス発生及びアルカリ金属化合物の分解によるガス発生を抑制し、かつ高負荷充放電サイクルにおける容量低下を抑制することである。
The present invention has been made in view of the above circumstances.
Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a high-capacity and high-output non-aqueous alkali metal ion capacitor, and suppress gas generation due to electrolyte decomposition on the positive electrode and gas generation due to decomposition of alkali metal compounds. In addition, it is to suppress the capacity decrease in the high load charge/discharge cycle.

上記で説明された課題は以下の技術的手段により解決される。
[1]
活性炭を含む正極と、負極と、セパレータと、2種以上の陽イオンを含む非水系電解液とを含む非水系アルカリ金属イオンキャパシタであって、前記2種以上の陽イオンのうち少なくとも1種はアルカリ金属イオンであり、かつ前記2種以上の陽イオンと同種の元素を含む化合物が前記正極中に1.0質量%以上25.0質量%以下含まれる非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。
[2]
前記負極は、アルカリ金属イオンを吸蔵・放出でき、前記正極中に含まれる化合物は、Li、Na、K、Rb、及びCsから成る群から選択される2種以上のアルカリ金属の化合物であり、且つ、前記アルカリ金属の化合物を前記正極中に1質量%以上25質量%以下含む、[1]に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。
[3]
前記正極は正極集電体を含み、前記負極は負極集電体を含み、かつ前記正極集電体及び前記負極集電体が、貫通孔を持たない金属箔である、[1]又は[2]に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。
[4]
前記アルカリ金属の化合物が、炭酸塩、水酸化物、及び酸化物から成る群から選ばれる1種以上である、[1]〜[3]のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。
[5]
前記正極が、前記正極集電体と、前記正極集電体の片面上又は両面上に設けられた、正極活物質を含む正極活物質層とを有し、前記正極活物質層が、下記式(1)〜(3):

Figure 0006705899
{式(1)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、X及びXは、それぞれ独立に、−(COO)(ここで、nは0又は1である。)であり、かつM及びMは、それぞれ独立に、Li、Na、K、Rb、及びCsから成る群から選ばれるアルカリ金属である。}
Figure 0006705899
{式(2)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、Rは、水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ又はポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、及びアリール基から成る群から選択される基であり、X及びXは、それぞれ独立に、−(COO)(ここで、nは0又は1である。)であり、かつMは、Li、Na、K、Rb、及びCsから成る群から選ばれるアルカリ金属である。}
Figure 0006705899
{式(3)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、R及びRは、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ又はポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、及びアリール基から成る群から選択される基であり、かつX及びXは、それぞれ独立に、−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}
から選択される1種以上の化合物を該正極物質層の単位質量当たり1.60×10−4mol/g〜300×10−4mol/g含有する、[1]〜[4]のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。
[6]
前記正極活物質層が、下記式(4)及び(5):
Figure 0006705899
{式(4)中、M及びMは、それぞれ独立に、Li、Na、K、Rb、及びCsから成る群から選ばれるアルカリ金属である。}
Figure 0006705899
{式(5)中、Rは、水素、炭素数1〜10のアルキル基、又は炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ又はポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、及びアリール基からなる群から選択される基であり、かつMは、Li、Na、K、Rb、及びCsから成る群から選ばれるアルカリ金属である。}
から選択される1種以上の化合物を前記正極物質層の単位質量当たり2.70×10−4mol/g〜150×10−4mol/g含有する、[1]〜[5]のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。
[7]
前記非水系電解液は2種以上4種以下のアルカリ金属イオンを含み、かつ前記非水系電解液中の第1のアルカリ金属イオンの物質量比は1%以上99%以下であり、第2のアルカリ金属イオンの物質量比は1%以上99%以下であり、第3及び第4のアルカリ金属イオンの物質量比は0%以上98%以下である、[1]〜[6]のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。
[8]
前記負極は、アルカリ金属イオンを吸蔵及び放出でき、
前記非水系電解液は、1種以上のアルカリ金属イオン及び1種以上のアルカリ土類金属イオンを含み、
前記アルカリ金属イオンを陽イオンとして有するアルカリ金属化合物、及び/又は前記アルカリ土類金属イオンを陽イオンとして有するアルカリ土類金属化合物が、前記正極の正極活物質層中に1.0質量%以上20.0質量%以下含まれ、かつ
前記非水系電解液中の前記アルカリ金属イオンのモル濃度をX(mol/L)とし、前記アルカリ土類金属イオンのモル濃度をY(mol/L)とするとき、X/(X+Y)が0.07以上0.92以下である、[1]に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。
[9]
前記X/(X+Y)が、0.10以上0.90以下である、[8]に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。
[10]
前記正極の表面の走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型X線分析(SEM−EDX)により得られる元素マッピングにおいて、輝度値の平均値を基準に二値化した酸素マッピングに対するフッ素マッピングの面積重複率Aが、40%以上99%以下である、[8]又は[9]に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。
[11]
ブロードイオンビーム(BIB)加工した前記正極の断面のSEM−EDXにより得られる元素マッピングにおいて、輝度値の平均値を基準に二値化した酸素マッピングに対するフッ素マッピングの面積重複率Aが、10%以上60%以下である、[8]〜[10]のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。
[12]
前記アルカリ金属化合物及び/又は前記アルカリ土類金属化合物が、炭酸塩である、[8]〜[11]のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。
[13]
前記アルカリ土類金属イオンが、カルシウムイオンである、[8]〜[12]のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。
[14]
前記アルカリ金属イオンが、リチウムイオン、ナトリウムイオン、及びカリウムイオンから成る群から選ばれる1種以上である、[8]〜[13]のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。
[15]
前記正極が、正極集電体と、前記正極集電体の片面上又は両面上に設けられた、正極活物質を含む正極活物質層とを有し、前記正極活物質層に含まれる前記正極活物質が、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をV(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をV(cc/g)とするとき、0.3<V≦0.8、及び0.5≦V≦1.0を満たし、かつ、BET法により測定される比表面積が1,500m/g以上3,000m/g以下を示す活性炭である、[1]〜[14]のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。
[16]
前記正極活物質層に含まれる前記正極活物質が、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量V(cc/g)が0.8<V≦2.5を満たし、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量V(cc/g)が0.8<V≦3.0を満たし、かつ、BET法により測定される比表面積が2,300m/g以上4,000m/g以下を示す活性炭である、[1]〜[14]のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。
[17]
前記負極が負極活物質を含み、前記負極活物質のリチウムイオンのドープ量が、単位質量当たり530mAh/g以上2,500mAh/g以下である、[1]〜[16]のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。
[18]
前記負極活物質のBET比表面積が100m/g以上1,500m/g以下である、[17]に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。
[19]
前記負極が負極活物質を含み、前記負極活物質のリチウムイオンのドープ量が、単位質量当たり50mAh/g以上700mAh/g以下である、[1]〜[16]のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。
[20]
前記負極活物質のBET比表面積が1m/g以上50m/g以下である、[19]に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。
[21]
前記負極活物質の平均粒子径が1μm以上10μm以下である、[17]〜[20]のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。
[22]
前記非水系アルカリ金属イオンキャパシタにおいて、セル電圧4V及び環境温度60℃において2か月間保存した後の、セル電圧4Vでの内部抵抗をRb(Ω)、保存前の内部抵抗をRa(Ω)、保存前の静電容量をFa(F)とした時、以下の(a)および(b)の要件:
(a)Rb/Raが3.0以下である、並びに
(b)セル電圧4V及び環境温度60℃において2か月間保存した時に発生するガス量を静電容量Faで規格化した値Bが30×10−3cc/F以下である、
のすべてを同時に満たす、[1]〜[21]のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。
[23]
前記非水系アルカリ金属イオンキャパシタにおいて、環境温度25℃にて、セル電圧を2.2Vから3.8Vまで、電流値200Cのレートでの充放電サイクルを60,000回行い、セルを4.5Vの定電圧充電を1時間行った後の静電容量をFb(F)とした時、Fb/Faが1.01以上である、[22]に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。
[24]
活性炭と、Li、Na、K、Rb、及びCsから成る群から選ばれる2種以上のアルカリ金属イオンを陽イオンとして有するアルカリ金属化合物とを含む正極前駆体であって、第1のアルカリ金属化合物の物質量比は2%以上98%以下であり、第2のアルカリ金属化合物の物質量比は2%以上98%以下であり、第3及び第4のアルカリ金属イオンの物質量比は0%以上96%以下である正極前駆体。
[25]
前記アルカリ金属化合物が、炭酸塩、水酸化物、又は酸化物である、[24]に記載の正極前駆体。
[26]
[1]〜[23]のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタを用いた蓄電モジュール。
[27]
[1]〜[23]のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタを用いた電力回生システム。
[28]
[1]〜[23]のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタを用いた電力負荷平準化システム。
[29]
[1]〜[23]のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタを用いた無停電電源システム。
[30]
[1]〜[23]のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタを用いた非接触給電システム。
[31]
[1]〜[23]のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタを用いたエナジーハーベストシステム。
[32]
[1]〜[23]のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタを用いた蓄電システム。The problems described above can be solved by the following technical means.
[1]
A non-aqueous alkali metal ion capacitor comprising a positive electrode containing activated carbon, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolytic solution containing two or more cations, wherein at least one of the two or more cations is A non-aqueous alkali metal ion capacitor in which the compound containing an alkali metal ion and the same kind of element as the two or more cations is contained in the positive electrode in an amount of 1.0% by mass or more and 25.0% by mass or less.
[2]
The negative electrode can store and release alkali metal ions, and the compound contained in the positive electrode is a compound of two or more kinds of alkali metals selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, and Cs, The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to [1], wherein the positive electrode contains the alkali metal compound in an amount of 1% by mass or more and 25% by mass or less.
[3]
The positive electrode includes a positive electrode current collector, the negative electrode includes a negative electrode current collector, and the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are metal foils having no through holes. [1] or [2] ] The non-aqueous alkali metal ion capacitor as described in.
[4]
The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of [1] to [3], wherein the compound of the alkali metal is one or more selected from the group consisting of carbonates, hydroxides, and oxides. ..
[5]
The positive electrode has the positive electrode current collector and a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, which is provided on one surface or both surfaces of the positive electrode current collector, and the positive electrode active material layer has the following formula: (1)-(3):
Figure 0006705899
{In the formula (1), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and X 1 and X 2 are each independently -(COO) n. (Where n is 0 or 1) and M 1 and M 2 are each independently an alkali metal selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, and Cs. }
Figure 0006705899
{In the formula (2), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, carbon Group consisting of mono- or polyhydroxyalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, mono- or polyhydroxyalkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms, and aryl group X 1 and X 2 are each independently —(COO) n (where n is 0 or 1), and M 1 is Li, Na, K. Is an alkali metal selected from the group consisting of Rb, Rb, and Cs. }
Figure 0006705899
{In the formula (3), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 and R 3 are independently hydrogen and 1 carbon atoms. -10 alkyl group, mono- or polyhydroxyalkyl group having 1-10 carbon atoms, alkenyl group having 2-10 carbon atoms, mono- or polyhydroxyalkenyl group having 2-10 carbon atoms, cycloalkyl group having 3-6 carbon atoms , And an aryl group, and X 1 and X 2 are each independently —(COO) n (where n is 0 or 1). }
To per unit mass 1.60 × 10 -4 mol / g~300 × 10 -4 mol / g containing positive electrode material layer one or more compounds selected from any one of [1] to [4] The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to item 1.
[6]
The positive electrode active material layer has the following formulas (4) and (5):
Figure 0006705899
{In the formula (4), M 1 and M 2 are each independently an alkali metal selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, and Cs. }
Figure 0006705899
{In the formula (5), R 1 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or a mono- or polyhydroxyalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, and 2 to 10 carbon atoms. A mono- or polyhydroxyalkenyl group, a cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms, and an aryl group, and M is a group consisting of Li, Na, K, Rb, and Cs. It is the alkali metal of choice. }
One or more compounds of which per unit mass 2.70 × 10 -4 mol / g~150 × 10 -4 mol / g containing the cathode material layer is selected from any one of [1] to [5] The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to item 1.
[7]
The non-aqueous electrolyte solution contains two or more and four or less alkali metal ions, and the substance ratio of the first alkali metal ions in the non-aqueous electrolyte solution is 1% or more and 99% or less, and the second Any of [1] to [6], wherein the substance ratio of the alkali metal ions is 1% or more and 99% or less, and the substance ratio of the third and fourth alkali metal ions is 0% or more and 98% or less. The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to item 1.
[8]
The negative electrode can store and release alkali metal ions,
The non-aqueous electrolyte solution contains at least one alkali metal ion and at least one alkaline earth metal ion,
The alkali metal compound having the alkali metal ion as a cation and/or the alkaline earth metal compound having the alkali earth metal ion as a cation is 1.0% by mass or more in the positive electrode active material layer of the positive electrode 20 0.0 mass% or less, and the molar concentration of the alkali metal ions in the non-aqueous electrolyte is X (mol/L), and the molar concentration of the alkaline earth metal ions is Y (mol/L). At this time, the non-aqueous alkali metal ion capacitor according to [1], wherein X/(X+Y) is 0.07 or more and 0.92 or less.
[9]
The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to [8], wherein X/(X+Y) is 0.10 or more and 0.90 or less.
[10]
In the elemental mapping obtained by scanning electron microscope-energy dispersive X-ray analysis (SEM-EDX) on the surface of the positive electrode, the area overlap ratio A of fluorine mapping with respect to oxygen mapping binarized based on the average value of luminance values is shown. 1 is 40% or more and 99% or less, The non-aqueous alkali metal ion capacitor as described in [8] or [9].
[11]
In the elemental mapping obtained by SEM-EDX of the cross section of the positive electrode processed by broad ion beam (BIB), the area overlapping rate A 2 of the fluorine mapping with respect to the oxygen mapping binarized based on the average value of the brightness value is 10%. The nonaqueous alkali metal ion capacitor according to any one of [8] to [10], which is 60% or less.
[12]
The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of [8] to [11], wherein the alkali metal compound and/or the alkaline earth metal compound is a carbonate.
[13]
The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of [8] to [12], wherein the alkaline earth metal ion is calcium ion.
[14]
The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of [8] to [13], wherein the alkali metal ion is one or more selected from the group consisting of lithium ion, sodium ion, and potassium ion.
[15]
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material provided on one surface or both surfaces of the positive electrode current collector, and the positive electrode included in the positive electrode active material layer. The active material has V 1 (cc/g) as the mesopore amount derived from pores having a diameter of 20 Å or more and 500 Å or less calculated by the BJH method, and the micropore amount derived from pores having a diameter of less than 20 Å calculated by the MP method. When V 2 (cc/g), 0.3<V 1 ≦0.8 and 0.5≦V 2 ≦1.0 are satisfied, and the specific surface area measured by the BET method is 1,500 m. activated carbon having the following 2 / g or more 3,000 m 2 / g, [1] a non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of - [14].
[16]
The positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer has a mesopore amount V 1 (cc/g) derived from pores having a diameter of 20 Å or more and 500 Å or less calculated by the BJH method of 0.8<V 1 ≦2. 5, the micropore amount V 2 (cc/g) derived from the pores having a diameter of less than 20Å calculated by the MP method satisfies 0.8<V 2 ≦3.0, and is measured by the BET method. The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of [1] to [14], which is activated carbon having a specific surface area of 2,300 m 2 /g or more and 4,000 m 2 /g or less.
[17]
The negative electrode contains a negative electrode active material, and the doping amount of lithium ions in the negative electrode active material is 530 mAh/g or more and 2,500 mAh/g or less per unit mass, [1] to [16] The non-aqueous alkali metal ion capacitor described.
[18]
The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to [17], wherein the negative electrode active material has a BET specific surface area of 100 m 2 /g or more and 1,500 m 2 /g or less.
[19]
The negative electrode contains a negative electrode active material, and a doping amount of lithium ions in the negative electrode active material is 50 mAh/g or more and 700 mAh/g or less per unit mass, [1] to [16]. Non-aqueous alkali metal ion capacitor.
[20]
The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to [19], wherein the negative electrode active material has a BET specific surface area of 1 m 2 /g or more and 50 m 2 /g or less.
[21]
The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of [17] to [20], wherein the negative electrode active material has an average particle size of 1 μm or more and 10 μm or less.
[22]
In the non-aqueous alkali metal ion capacitor, after being stored at a cell voltage of 4 V and an environmental temperature of 60° C. for 2 months, the internal resistance at a cell voltage of 4 V is Rb (Ω), the internal resistance before storage is Ra (Ω), When the capacitance before storage is Fa(F), the following requirements (a) and (b):
(A) Rb/Ra is 3.0 or less, and (b) the value B obtained by normalizing the amount of gas generated when stored for 2 months at a cell voltage of 4 V and an environmental temperature of 60° C. by the capacitance Fa is 30. ×10 −3 cc/F or less,
The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of [1] to [21], which simultaneously satisfies all of the above.
[23]
In the non-aqueous alkali metal ion capacitor, the cell voltage was changed from 2.2 V to 3.8 V and the charge/discharge cycle was performed 60,000 times at a current value of 200 C at an ambient temperature of 25° C. The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to [22], wherein Fb/Fa is 1.01 or more when the electrostatic capacity after performing constant voltage charging for 1 hour is Fb(F).
[24]
A positive electrode precursor containing activated carbon and an alkali metal compound having two or more kinds of alkali metal ions selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, and Cs as cations, the first alkali metal compound Is 2% or more and 98% or less, the second alkali metal compound is 2% or more and 98% or less, and the third and fourth alkali metal ion is 0%. A positive electrode precursor having a content of not less than 96%.
[25]
The positive electrode precursor according to [24], wherein the alkali metal compound is a carbonate, a hydroxide, or an oxide.
[26]
An electricity storage module using the non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of [1] to [23].
[27]
A power regeneration system using the non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of [1] to [23].
[28]
An electric power load leveling system using the non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of [1] to [23].
[29]
An uninterruptible power supply system using the non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of [1] to [23].
[30]
A non-contact power feeding system using the non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of [1] to [23].
[31]
An energy harvesting system using the non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of [1] to [23].
[32]
An electricity storage system using the non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of [1] to [23].

上記課題は、以下の技術的手段によっても解決される。
[33]
活性炭を含む正極と、
アルカリ金属イオンを吸蔵及び放出できる負極と、
セパレータと、
1種以上のアルカリ金属イオン及び1種以上のアルカリ土類金属イオンを含む非水系電解液と、
を含む非水系アルカリ金属イオンキャパシタであって、
前記アルカリ金属イオンを陽イオンとして有するアルカリ金属化合物、及び/又は前記アルカリ土類金属イオンを陽イオンとして有するアルカリ土類金属化合物が、前記正極の正極活物質層中に1.0質量%以上20.0質量%以下含まれ、かつ
前記非水系電解液中の前記アルカリ金属イオンのモル濃度をX(mol/L)とし、前記アルカリ土類金属イオンのモル濃度をY(mol/L)とするとき、X/(X+Y)が0.07以上0.92以下である非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。
The above problem can also be solved by the following technical means.
[33]
A positive electrode containing activated carbon,
A negative electrode capable of inserting and extracting alkali metal ions,
A separator,
A non-aqueous electrolyte containing at least one alkali metal ion and at least one alkaline earth metal ion;
A non-aqueous alkali metal ion capacitor containing:
The alkali metal compound having the alkali metal ion as a cation and/or the alkaline earth metal compound having the alkali earth metal ion as a cation is 1.0% by mass or more in the positive electrode active material layer of the positive electrode 20 0.0 mass% or less, and the molar concentration of the alkali metal ions in the non-aqueous electrolyte is X (mol/L), and the molar concentration of the alkaline earth metal ions is Y (mol/L). At this time, a non-aqueous alkali metal ion capacitor having X/(X+Y) of 0.07 or more and 0.92 or less.

本発明によれば、高容量及び高出力であり、正極上での電解液分解によるガス発生及びアルカリ金属化合物の分解によるガス発生を抑制し、かつ高負荷充放電サイクルにおける容量低下を抑制する非水系アルカリ金属イオンキャパシタを提供する。 According to the present invention, it has a high capacity and high output, suppresses gas generation due to electrolyte decomposition on the positive electrode and gas generation due to decomposition of an alkali metal compound, and suppresses capacity decrease in a high load charge/discharge cycle. An aqueous alkali metal ion capacitor is provided.

以下、本発明の実施形態(以下、「実施形態」という。)を詳細に説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。本実施形態の各数値範囲における上限値及び下限値は任意に組み合わせて任意の数値範囲を構成することができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter, referred to as “embodiments”) will be described in detail, but the present invention is not limited to the embodiments. The upper limit value and the lower limit value in each numerical range of this embodiment can be arbitrarily combined to form an arbitrary numerical range.

一般に、非水系アルカリ金属イオンキャパシタは、正極、負極、セパレータ、電解液、及び外装体を主な構成要素とする。電解液としては、アルカリ金属塩を溶解させた有機溶媒(以下、非水系電解液という。)を用いる。 Generally, a non-aqueous alkali metal ion capacitor mainly comprises a positive electrode, a negative electrode, a separator, an electrolytic solution, and an outer package. As the electrolytic solution, an organic solvent in which an alkali metal salt is dissolved (hereinafter referred to as a non-aqueous electrolytic solution) is used.

第一の実施形態に係る非水系アルカリ金属イオンキャパシタでは、非水系電解液が、2種以上の陽イオンを含み、2種以上の陽イオンのうち少なくとも1種はアルカリ金属イオンであり、かつ2種以上の陽イオンと同種の元素を含む化合物が、正極中に1.0質量%以上25.0質量%以下含まれる。 In the non-aqueous alkali metal ion capacitor according to the first embodiment, the non-aqueous electrolytic solution contains two or more cations, and at least one of the two or more cations is an alkali metal ion, and 2 A compound containing one or more kinds of cations and the same kind of element is contained in the positive electrode in an amount of 1.0% by mass or more and 25.0% by mass or less.

第二の実施形態に係る非水系アルカリ金属イオンキャパシタでは、非水系電解液が、1種以上のアルカリ金属イオン及び1種以上のアルカリ土類金属イオンを含み、アルカリ金属イオンを陽イオンとして有するアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属イオンを陽イオンとして有するアルカリ土類金属化合物が、正極の正極活物質層中に1.0質量%以上20.0質量%以下含まれ、かつ非水系電解液中のアルカリ金属イオンのモル濃度をX(mol/L)とし、アルカリ土類金属イオンのモル濃度をY(mol/L)とするとき、X/(X+Y)が0.07以上0.92以下である。 In the non-aqueous alkali metal ion capacitor according to the second embodiment, the non-aqueous electrolytic solution contains one or more kinds of alkali metal ions and one or more kinds of alkaline earth metal ions, and has an alkali metal ion as a cation. The positive electrode active material layer of the positive electrode contains a metal compound and/or an alkaline earth metal compound having an alkaline earth metal ion as a cation in an amount of 1.0% by mass or more and 20.0% by mass or less, and a non-aqueous electrolyte solution. X/(X+Y) is 0.07 or more and 0.92 or less, where X (mol/L) is the molar concentration of alkali metal ions and Y (mol/L) is the molar concentration of alkaline earth metal ions. Is.

非水系アルカリ金属イオンキャパシタの構成要素及びそれらの製造方法について以下に説明する。 The components of the non-aqueous alkali metal ion capacitor and their manufacturing methods will be described below.

<正極>
正極は、正極集電体と、その片面又は両面に存在する正極活物質層とを有する。
また、正極は、蓄電素子組み立て前の正極前駆体として、アルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物を含むことが好ましい。後述のように、本実施形態では蓄電素子組み立て工程内で、負極にアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンをプレドープすることが好ましいが、そのプレドープ方法としては、前記アルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物を含む正極前駆体、負極、セパレータ、外装体、及び非水系電解液を用いて蓄電素子を組み立てた後に、正極前駆体と負極との間に電圧を印加することが好ましい。
ここで、本明細書では、アルカリ金属ドープ工程前における正極状態のことを正極前駆体、アルカリ金属ドープ工程後における正極状態のことを正極と定義する。
<Positive electrode>
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer present on one surface or both surfaces thereof.
Further, the positive electrode preferably contains an alkali metal compound and/or an alkaline earth metal compound as a positive electrode precursor before assembling the power storage element. As will be described later, in the present embodiment, in the storage element assembling step, it is preferable to pre-dope the negative electrode with an alkali metal ion and/or an alkaline earth metal ion, and as the pre-doping method, the alkali metal compound and/or It is preferable to apply a voltage between the positive electrode precursor and the negative electrode after assembling the electricity storage device using the positive electrode precursor containing the alkaline earth metal compound, the negative electrode, the separator, the outer casing, and the non-aqueous electrolyte solution.
Here, in this specification, a positive electrode state before the alkali metal doping step is defined as a positive electrode precursor, and a positive electrode state after the alkali metal doping step is defined as a positive electrode.

第三の実施形態に係る正極前駆体は、活性炭と、2種以上のアルカリ金属イオンを陽イオンとして有するアルカリ金属化合物とを含み、第1のアルカリ金属化合物の物質量比は2%以上98%以下であり、第2のアルカリ金属化合物の物質量比は2%以上98%以下である。正極前駆体が2種以上4種以下のアルカリ金属イオンを陽イオンとして有するアルカリ金属化合物を含む場合には、第1のアルカリ金属化合物の物質量比は2%以上98%以下であり、第2のアルカリ金属化合物の物質量比は2%以上98%以下であり、かつ第3及び第4のアルカリ金属イオンの物質量比は0%以上96%以下である。 The positive electrode precursor according to the third embodiment contains activated carbon and an alkali metal compound having two or more kinds of alkali metal ions as cations, and the substance amount ratio of the first alkali metal compound is 2% or more and 98% or more. The amount ratio of the second alkali metal compound is 2% or more and 98% or less. When the positive electrode precursor contains an alkali metal compound having 2 or more and 4 or less alkali metal ions as cations, the substance ratio of the first alkali metal compound is 2% or more and 98% or less. The substance amount ratio of the alkali metal compound is 2% or more and 98% or less, and the substance amount ratio of the third and fourth alkali metal ions is 0% or more and 96% or less.

[正極活物質層]
前記正極活物質層は、炭素材料を含む正極活物質を含有することが好ましく、これ以外に、必要に応じて、導電性フィラー、結着剤、分散安定剤等の任意成分を含んでいてもよい。
また、正極前駆体の正極活物質層には、アルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物が含有されることが好ましい。ここで、アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物とは、活物質と後述される前記前駆体の分解反応を利用して、正極活物質層内に堆積するアルカリ金属含有化合物以外のアルカリ金属化合物をいう。
[Cathode active material layer]
The positive electrode active material layer preferably contains a positive electrode active material containing a carbon material, and, in addition to this, may contain an optional component such as a conductive filler, a binder, and a dispersion stabilizer, if necessary. Good.
The positive electrode active material layer of the positive electrode precursor preferably contains an alkali metal compound and/or an alkaline earth metal compound. Here, the alkali metal compound and the alkaline earth metal compound are alkali metal compounds other than the alkali metal-containing compound deposited in the positive electrode active material layer by utilizing the decomposition reaction of the active material and the precursor described later. Say.

[正極活物質]
前記正極活物質としては、炭素材料を含むことが好ましい。この炭素材料としては、カーボンナノチューブ、導電性高分子、又は多孔性の炭素材料を使用することがより好ましく、さらに好ましくは活性炭である。正極活物質には1種類以上の材料を混合して使用してもよく、炭素材料以外の材料(例えばアルカリ金属と遷移金属との複合酸化物等)を含んでもよい。
好ましくは前記正極活物質の総量に対する前記炭素材料の含有率が50質量%以上であり、より好ましくは70質量%以上である。前記炭素材料の含有率が100質量%であることができるが、他の材料の併用による効果を良好に得る観点から、例えば、90質量%以下であることが好ましく、80質量%以下であってもよい。
活性炭を正極活物質として用いる場合、活性炭の種類及びその原料には特に制限はない。しかしながら、高い入出力特性と、高いエネルギー密度とを両立させるために、活性炭の細孔を最適に制御することが好ましい。具体的には、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をV(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をV(cc/g)とするとき、
(1)高い入出力特性のためには、0.3<V≦0.8、及び0.5≦V≦1.0を満たし、かつ、BET法により測定される比表面積が1,500m/g以上3,000m/g以下である活性炭(以下、活性炭1ともいう。)が好ましく、また、
(2)高いエネルギー密度を得るためには、0.8<V≦2.5、及び0.8<V≦3.0を満たし、かつ、BET法により測定される比表面積が2,300m/g以上4,000m/g以下である活性炭(以下、活性炭2ともいう。)が好ましい。
[Cathode active material]
The positive electrode active material preferably contains a carbon material. As the carbon material, it is more preferable to use a carbon nanotube, a conductive polymer, or a porous carbon material, and it is more preferable to use activated carbon. One or more kinds of materials may be mixed and used as the positive electrode active material, and materials other than the carbon material (for example, a composite oxide of an alkali metal and a transition metal) may be included.
The content ratio of the carbon material with respect to the total amount of the positive electrode active material is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more. The content rate of the carbon material may be 100% by mass, but from the viewpoint of obtaining a good effect by the combined use of other materials, it is preferably 90% by mass or less, and 80% by mass or less, for example. Good.
When activated carbon is used as the positive electrode active material, the type of activated carbon and its raw material are not particularly limited. However, in order to achieve both high input/output characteristics and high energy density, it is preferable to optimally control the pores of activated carbon. Specifically, the amount of mesopores derived from pores having a diameter of 20 Å or more and 500 Å or less calculated by the BJH method is V 1 (cc/g), and the amount of micropores derived from pores having a diameter of less than 20 Å calculated by the MP method. Is V 2 (cc/g),
(1) For high input/output characteristics, 0.3<V 1 ≦0.8 and 0.5≦V 2 ≦1.0 are satisfied, and the specific surface area measured by the BET method is 1, Activated carbon of 500 m 2 /g or more and 3,000 m 2 /g or less (hereinafter, also referred to as activated carbon 1) is preferable, and
(2) In order to obtain a high energy density, 0.8<V 1 ≦2.5 and 0.8<V 2 ≦3.0 are satisfied, and the specific surface area measured by the BET method is 2, Activated carbon of 300 m 2 /g or more and 4,000 m 2 /g or less (hereinafter, also referred to as activated carbon 2) is preferable.

以下、前記(1)活性炭1及び前記(2)活性炭2について、個別に順次説明していく。
(活性炭1)
活性炭1のメソ孔量Vは、正極材料を蓄電素子に組み込んだときの入出力特性を大きくする点で、0.3cc/gより大きい値であることが好ましい。一方で、正極の嵩密度の低下を抑える点から、0.8cc/g以下であることが好ましい。前記Vは、より好ましくは0.35cc/g以上0.7cc/g以下、更に好ましくは0.4cc/g以上0.6cc/g以下である。
活性炭1のマイクロ孔量Vは、活性炭の比表面積を大きくし、容量を増加させるために、0.5cc/g以上であることが好ましい。一方で、活性炭の嵩を抑え、電極としての密度を増加させ、単位体積当たりの容量を増加させるという点から、1.0cc/g以下であることが好ましい。前記Vは、より好ましくは0.6cc/g以上1.0cc/g以下、更に好ましくは0.8cc/g以上1.0cc/g以下である。
Hereinafter, the (1) activated carbon 1 and the (2) activated carbon 2 will be sequentially described individually.
(Activated carbon 1)
The mesopore amount V 1 of the activated carbon 1 is preferably a value larger than 0.3 cc/g from the viewpoint of increasing the input/output characteristics when the positive electrode material is incorporated in the electricity storage device. On the other hand, from the viewpoint of suppressing the decrease in bulk density of the positive electrode, it is preferably 0.8 cc/g or less. The V 1 is more preferably 0.35 cc/g or more and 0.7 cc/g or less, and further preferably 0.4 cc/g or more and 0.6 cc/g or less.
The micropore amount V 2 of the activated carbon 1 is preferably 0.5 cc/g or more in order to increase the specific surface area of the activated carbon and increase the capacity. On the other hand, it is preferably 1.0 cc/g or less from the viewpoint of suppressing the bulk of the activated carbon, increasing the density of the electrode, and increasing the capacity per unit volume. The V 2 is more preferably 0.6 cc/g or more and 1.0 cc/g or less, and further preferably 0.8 cc/g or more and 1.0 cc/g or less.

マイクロ孔量Vに対するメソ孔量Vの比(V/V)は、0.3≦V/V≦0.9の範囲であることが好ましい。すなわち、高容量を維持しながら出力特性の低下を抑えることができる程度に、マイクロ孔量に対するメソ孔量の割合を大きくするという点から、V/Vが0.3以上であることが好ましい。一方で、高出力特性を維持しながら容量の低下を抑えることができる程度に、メソ孔量に対するマイクロ孔量の割合を大きくするという点から、V/Vは0.9以下であることが好ましく、より好ましいV/Vの範囲は0.4≦V/V≦0.7、更に好ましいV/Vの範囲は0.55≦V/V≦0.7である。
尚、上記のVの上限値と下限値、及びVの上限値と下限値については、それぞれ任意の組み合わせをすることができる。本明細書中、そのほかの構成要件同士の上限値と下限値の組み合わせについても同様である。
活性炭1の平均細孔径は、得られる蓄電素子の出力を最大にする点から、17Å以上であることが好ましく、18Å以上であることがより好ましく、20Å以上であることが最も好ましい。また容量を最大にする点から、活性炭1の平均細孔径は25Å以下であることが好ましい。
The ratio of the mesopore amount V 1 to the micropore amount V 2 (V 1 /V 2 ) is preferably in the range of 0.3≦V 1 /V 2 ≦0.9. That is, V 1 /V 2 may be 0.3 or more from the viewpoint of increasing the ratio of the amount of mesopores to the amount of micropores to the extent that deterioration of output characteristics can be suppressed while maintaining high capacity. preferable. On the other hand, V 1 /V 2 is 0.9 or less from the viewpoint of increasing the ratio of the amount of micropores to the amount of mesopores so that the decrease in capacity can be suppressed while maintaining high output characteristics. Is more preferable, the more preferable range of V 1 /V 2 is 0.4≦V 1 /V 2 ≦0.7, and the still more preferable range of V 1 /V 2 is 0.55≦V 1 /V 2 ≦0.7. Is.
The upper limit value and the lower limit value of V 1 and the upper limit value and the lower limit value of V 2 can be arbitrarily combined. The same applies to combinations of upper limit values and lower limit values of the other constituents in the present specification.
The average pore diameter of the activated carbon 1 is preferably 17 Å or more, more preferably 18 Å or more, and most preferably 20 Å or more from the viewpoint of maximizing the output of the obtained electric storage device. From the viewpoint of maximizing the capacity, the activated carbon 1 preferably has an average pore diameter of 25 Å or less.

活性炭1のBET比表面積は、1,500m/g以上3,000m/g以下であることが好ましく、1,500m/g以上2,500m/g以下であることがより好ましい。BET比表面積が1,500m/g以上の場合には、良好なエネルギー密度が得られ易く、他方、BET比表面積が3,000m/g以下の場合には、電極の強度を保つためにバインダーを多量に入れる必要がないので、電極体積当たりの性能が高くなる。
前記のような特徴を有する活性炭1は、例えば、以下に説明する原料及び処理方法を用いて得ることができる。
活性炭1の原料として用いられる炭素源は、特に限定されるものではない。例えば、木材、木粉、ヤシ殻、パルプ製造時の副産物、バガス、廃糖蜜等の植物系原料;泥炭、亜炭、褐炭、瀝青炭、無煙炭、石油蒸留残渣成分、石油ピッチ、コークス、コールタール等の化石系原料;フェノール樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、レゾルシノール樹脂、セルロイド、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等の各種合成樹脂;ポリブチレン、ポリブタジエン、ポリクロロプレン等の合成ゴム;その他の合成木材、合成パルプ等、及びこれらの炭化物が挙げられる。これらの原料の中でも、量産対応及びコストの観点から、ヤシ殻、木粉等の植物系原料、及びそれらの炭化物が好ましく、ヤシ殻炭化物が特に好ましい。
これらの原料を前記活性炭1とするための炭化及び賦活の方式としては、例えば、固定床方式、移動床方式、流動床方式、スラリー方式、ロータリーキルン方式等の既知の方式を採用できる。
BET specific surface area of the activated carbon 1 is preferably from 1,500 m 2 / g or more 3,000 m 2 / g, more preferably not more than 1,500 m 2 / g or more 2,500 m 2 / g. When the BET specific surface area is 1,500 m 2 /g or more, a good energy density is easily obtained, while when the BET specific surface area is 3,000 m 2 /g or less, the strength of the electrode is maintained. Since it is not necessary to add a large amount of binder, the performance per electrode volume is improved.
The activated carbon 1 having the characteristics as described above can be obtained, for example, by using the raw materials and processing methods described below.
The carbon source used as a raw material for the activated carbon 1 is not particularly limited. For example, wood, wood powder, coconut shells, by-products of pulp production, bagasse, molasses, and other plant-based raw materials; peat, lignite, brown coal, bituminous coal, anthracite, petroleum distillation residue components, petroleum pitch, coke, coal tar, etc. Fossil raw materials; various synthetic resins such as phenol resin, vinyl chloride resin, vinyl acetate resin, melamine resin, urea resin, resorcinol resin, celluloid, epoxy resin, polyurethane resin, polyester resin, polyamide resin; polybutylene, polybutadiene, polychloroprene, etc. Synthetic rubber; other synthetic wood, synthetic pulp, etc., and their carbides. Among these raw materials, plant-based raw materials such as coconut shells and wood flour and their carbonized materials are preferable, and coconut shell carbonized materials are particularly preferable, from the viewpoint of mass production and cost.
Known methods such as a fixed bed method, a moving bed method, a fluidized bed method, a slurry method, and a rotary kiln method can be adopted as a method of carbonizing and activating the raw materials to form the activated carbon 1.

これらの原料の炭化方法としては、窒素、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴン、キセノン、ネオン、一酸化炭素、燃焼排ガス等の不活性ガス、又はこれらの不活性ガスを主成分とした他のガスとの混合ガスを使用して、400〜700℃(好ましくは450〜600℃)程度において、30分〜10時間程度に亘って焼成する方法が挙げられる。
前記炭化方法により得られた炭化物の賦活方法としては、水蒸気、二酸化炭素、酸素等の賦活ガスを用いて焼成するガス賦活法が用いられる。このうち、賦活ガスとして、水蒸気又は二酸化炭素を使用する方法が好ましい。
この賦活方法では、賦活ガスを0.5〜3.0kg/h(好ましくは0.7〜2.0kg/h)の割合で供給しながら、前記炭化物を3〜12時間(好ましくは5〜11時間、更に好ましくは6〜10時間)掛けて800〜1,000℃まで昇温して賦活するのが好ましい。
As a method for carbonizing these raw materials, nitrogen, carbon dioxide, helium, argon, xenon, neon, carbon monoxide, an inert gas such as a combustion exhaust gas, or another gas containing these inert gas as a main component is used. A method of using a mixed gas and firing at about 400 to 700° C. (preferably 450 to 600° C.) for about 30 minutes to 10 hours can be mentioned.
As a method of activating the carbonized material obtained by the carbonization method, a gas activation method of firing using an activation gas such as steam, carbon dioxide, or oxygen is used. Among these, the method of using steam or carbon dioxide as the activating gas is preferable.
In this activation method, while the activation gas is supplied at a rate of 0.5 to 3.0 kg/h (preferably 0.7 to 2.0 kg/h), the carbide is kept for 3 to 12 hours (preferably 5 to 11). It is preferable to raise the temperature to 800 to 1,000° C. over a period of time, more preferably 6 to 10 hours, for activation.

更に、前記炭化物の賦活処理に先立ち、予め前記炭化物を1次賦活してもよい。この1次賦活では、通常、炭素材料を水蒸気、二酸化炭素、酸素等の賦活ガスを用いて、900℃未満の温度で焼成してガス賦活する方法が、好ましく採用できる。
前記炭化方法における焼成温度及び焼成時間と、前記賦活方法における賦活ガス供給量、昇温速度及び最高賦活温度とを適宜組み合わせることにより、第一、第二及び第三の実施形態において使用できる、前記の特徴を有する活性炭1を製造することができる。
活性炭1の平均粒子径は、2〜20μmであることが好ましい。
前記平均粒子径が2μm以上であると、活物質層の密度が高いために電極体積当たりの容量が高くなる傾向がある。ここで、平均粒子径が小さいと耐久性が低いという欠点を招来する場合があるが、平均粒子径が2μm以上であればそのような欠点が生じ難い。一方で、平均粒子径が20μm以下であると、高速充放電には適合し易くなる傾向がある。前記平均粒子径は、より好ましくは2〜15μmであり、更に好ましくは3〜10μmである。
Furthermore, prior to the activation treatment of the carbide, the carbide may be primarily activated in advance. In this primary activation, usually, a method of activating the carbon material by activating it with a activating gas such as steam, carbon dioxide, oxygen or the like at a temperature of less than 900° C. can be preferably adopted.
By appropriately combining the firing temperature and firing time in the carbonization method, the activation gas supply amount in the activation method, the heating rate and the maximum activation temperature, it can be used in the first, second and third embodiments, Activated carbon 1 having the characteristics of can be produced.
The activated carbon 1 preferably has an average particle size of 2 to 20 μm.
When the average particle diameter is 2 μm or more, the capacity per electrode volume tends to increase due to the high density of the active material layer. Here, if the average particle size is small, it may cause a defect that durability is low, but if the average particle size is 2 μm or more, such a defect is hard to occur. On the other hand, if the average particle size is 20 μm or less, it tends to be suitable for high-speed charging/discharging. The average particle diameter is more preferably 2 to 15 μm, further preferably 3 to 10 μm.

(活性炭2)
活性炭2のメソ孔量Vは、正極材料を蓄電素子に組み込んだときの出力特性を大きくする観点から、0.8cc/gより大きい値であることが好ましい。一方、メソ孔量Vは、蓄電素子の容量の低下を抑える観点から、2.5cc/g以下であることが好ましい。前記Vは、より好ましくは1.00cc/g以上2.0cc/g以下、さらに好ましくは、1.2cc/g以上1.8cc/g以下である。
他方、活性炭2のマイクロ孔量Vは、活性炭の比表面積を大きくし、容量を増加させるために、0.8cc/gより大きい値であることが好ましい。一方、マイクロ孔量Vは、活性炭の電極としての密度を増加させ、単位体積当たりの容量を増加させるという観点から、3.0cc/g以下であることが好ましい。前記Vは、より好ましくは1.0cc/gより大きく2.5cc/g以下、更に好ましくは1.5cc/g以上2.5cc/g以下である。
上述したメソ孔量及びマイクロ孔量を有する活性炭2は、従来の電気二重層キャパシタ又はリチウムイオンキャパシタ用として使用されていた活性炭よりもBET比表面積が高いものである。活性炭2のBET比表面積の具体的な値としては、3,000m/g以上4,000m/g以下であることが好ましく、3,200m/g以上3,800m/g以下であることがより好ましい。BET比表面積が3,000m/g以上の場合には、良好なエネルギー密度が得られ易く、他方、BET比表面積が4,000m/g以下の場合には、電極の強度を保つためにバインダーを多量に入れる必要がないので、電極体積当たりの性能が高くなる。
前記のような特徴を有する活性炭2は、例えば以下に説明するような原料及び処理方法を用いて得ることができる。
(Activated carbon 2)
The mesopore amount V 1 of the activated carbon 2 is preferably a value larger than 0.8 cc/g from the viewpoint of increasing the output characteristics when the positive electrode material is incorporated in the electricity storage device. On the other hand, the mesopore amount V 1 is preferably 2.5 cc/g or less from the viewpoint of suppressing the decrease in the capacity of the electricity storage device. The V 1 is more preferably 1.00 cc/g or more and 2.0 cc/g or less, and further preferably 1.2 cc/g or more and 1.8 cc/g or less.
On the other hand, the micropore amount V 2 of the activated carbon 2 is preferably a value larger than 0.8 cc/g in order to increase the specific surface area of the activated carbon and increase the capacity. On the other hand, the micropore amount V 2 is preferably 3.0 cc/g or less from the viewpoint of increasing the density of the activated carbon as an electrode and increasing the capacity per unit volume. The V 2 is more preferably more than 1.0 cc/g and 2.5 cc/g or less, and further preferably 1.5 cc/g or more and 2.5 cc/g or less.
The activated carbon 2 having the amount of mesopores and the amount of micropores described above has a higher BET specific surface area than the activated carbon used for conventional electric double layer capacitors or lithium ion capacitors. The specific value of the BET specific surface area of the activated carbon 2 is preferably 3,000 m 2 /g or more and 4,000 m 2 /g or less, and is 3,200 m 2 /g or more and 3,800 m 2 /g or less. Is more preferable. When the BET specific surface area is 3,000 m 2 /g or more, good energy density is easily obtained, while when the BET specific surface area is 4,000 m 2 /g or less, the strength of the electrode is maintained. Since it is not necessary to add a large amount of binder, the performance per electrode volume is improved.
The activated carbon 2 having the above-mentioned characteristics can be obtained, for example, by using the raw materials and processing methods described below.

活性炭2の原料として用いられる炭素質材料としては、通常活性炭原料として用いられる炭素源であれば特に限定されるものではなく、例えば、木材、木粉、ヤシ殻等の植物系原料;石油ピッチ、コークス等の化石系原料;フェノール樹脂、フラン樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、レゾルシノール樹脂等の各種合成樹脂等が挙げられる。これらの原料の中でも、フェノール樹脂、及びフラン樹脂は、高比表面積の活性炭を作製するのに適しており特に好ましい。
これらの原料を炭化する方式、或いは賦活処理時の加熱方法としては、例えば、固定床方式、移動床方式、流動床方式、スラリー方式、ロータリーキルン方式等の公知の方式が挙げられる。加熱時の雰囲気は窒素、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス、又はこれらの不活性ガスを主成分として他のガスとの混合したガスが用いられる。炭化温度は400〜700℃程度で0.5〜10時間程度焼成する方法が一般的である。
炭化物の賦活方法としては、水蒸気、二酸化炭素、酸素等の賦活ガスを用いて焼成するガス賦活法、及びアルカリ金属化合物と混合した後に加熱処理を行うアルカリ金属賦活法があるが、高比表面積の活性炭を作製するにはアルカリ金属賦活法が好ましい。
この賦活方法では、炭化物とKOH、NaOH等のアルカリ金属化合物との質量比が1:1以上(アルカリ金属化合物の量が、炭化物の量と同じかこれよりも多い量)となるように混合した後に、不活性ガス雰囲気下で600〜900℃の範囲において、0.5〜5時間加熱を行い、その後アルカリ金属化合物を酸及び水により洗浄除去し、更に乾燥を行う。
マイクロ孔量を大きくし、メソ孔量を大きくしないためには、賦活する際に炭化物の量を多めにしてKOHと混合するとよい。マイクロ孔量及びメソ孔量の双方を大きくするためには、KOHの量を多めに使用するとよい。また、主としてメソ孔量を大きくするためには、アルカリ賦活処理を行った後に水蒸気賦活を行うことが好ましい。
The carbonaceous material used as the raw material of the activated carbon 2 is not particularly limited as long as it is a carbon source usually used as the activated carbon raw material, and examples thereof include plant-based raw materials such as wood, wood flour, and coconut shells; petroleum pitch, Fossil raw materials such as coke; various synthetic resins such as phenol resin, furan resin, vinyl chloride resin, vinyl acetate resin, melamine resin, urea resin and resorcinol resin. Among these raw materials, the phenol resin and the furan resin are particularly preferable because they are suitable for producing activated carbon having a high specific surface area.
Examples of a method of carbonizing these raw materials or a heating method during activation treatment include known methods such as a fixed bed method, a moving bed method, a fluidized bed method, a slurry method, and a rotary kiln method. As an atmosphere for heating, an inert gas such as nitrogen, carbon dioxide, helium, or argon, or a gas containing these inert gas as a main component and another gas is used. Generally, the carbonization temperature is about 400 to 700° C. and the firing is performed for about 0.5 to 10 hours.
Examples of the method for activating the carbide include steam activation, carbon dioxide activation, a gas activation method in which an activation gas such as oxygen is used for firing, and an alkali metal activation method in which a heat treatment is performed after mixing with an alkali metal compound. The alkali metal activation method is preferable for producing activated carbon.
In this activation method, the carbide and the alkali metal compound such as KOH or NaOH were mixed so that the mass ratio was 1:1 or more (the amount of the alkali metal compound was equal to or larger than the amount of the carbide). After that, heating is performed in the range of 600 to 900° C. for 0.5 to 5 hours in an inert gas atmosphere, then the alkali metal compound is washed and removed with an acid and water, and further dried.
In order to increase the amount of micropores and not the amount of mesopores, it is advisable to increase the amount of carbides and mix with KOH when activating. In order to increase both the amount of micropores and the amount of mesopores, it is preferable to use a large amount of KOH. In order to increase the amount of mesopores, it is preferable to perform steam activation after performing alkali activation treatment.

活性炭2の平均粒子径は2μm以上20μm以下であることが好ましく、より好ましくは3μm以上10μm以下である。 The average particle diameter of the activated carbon 2 is preferably 2 μm or more and 20 μm or less, and more preferably 3 μm or more and 10 μm or less.

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

正極活物質層における正極活物質の含有割合は、正極前駆体における正極活物質層の全質量を基準として、35質量%以上95質量%以下であることが好ましい。正極活物質の含有割合の上限としては、45質量%以上であることがより好ましく、55質量%以上であることがさらに好ましい。一方、正極活物質の含有割合の下限としては、90質量%以下であることがより好ましく、85質量%以下であることが更に好ましい。この範囲の含有割合とすることにより、好適な充放電特性を発揮する。 The content ratio of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is preferably 35% by mass or more and 95% by mass or less based on the total mass of the positive electrode active material layer in the positive electrode precursor. The upper limit of the content ratio of the positive electrode active material is more preferably 45% by mass or more, and further preferably 55% by mass or more. On the other hand, the lower limit of the content ratio of the positive electrode active material is more preferably 90% by mass or less, and further preferably 85% by mass or less. When the content ratio is within this range, suitable charge/discharge characteristics are exhibited.

<電解液に含まれる2種以上の陽イオンと対応する2種以上の元素を含む化合物>
第一の実施形態では、電解液に含まれる2種以上の陽イオンと同種の2種以上の元素を含む化合物が、正極中に含まれる。2種以上の陽イオンのうち少なくとも1種は、アルカリ金属イオンである。残りの陽イオンは、非水系キャパシタの充放電に関与するのであれば特に制限されず、例えば、アルカリ土類金属イオン、遷移金属イオン、アルミニウムイオン、アンモニウムイオン、ピリジニウムイオン、イミダゾリウムイオン、ホスホニウムイオン等でよい。したがって、上記化合物は、例えば、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物、遷移金属化合物、アルミニウム化合物、アンモニウム塩、ピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、ホスホニウム塩等でよい。
<Compound containing two or more kinds of elements corresponding to two or more kinds of cations contained in the electrolytic solution>
In the first embodiment, a compound containing two or more cations contained in the electrolytic solution and two or more elements of the same type is contained in the positive electrode. At least one of the two or more cations is an alkali metal ion. The remaining cations are not particularly limited as long as they participate in charge/discharge of the non-aqueous capacitor, and examples thereof include alkaline earth metal ions, transition metal ions, aluminum ions, ammonium ions, pyridinium ions, imidazolium ions, phosphonium ions. Etc. Therefore, the compound may be, for example, an alkali metal compound, an alkaline earth metal compound, a transition metal compound, an aluminum compound, an ammonium salt, a pyridinium salt, an imidazolium salt, a phosphonium salt, or the like.

第一の実施形態では、非水系アルカリ金属イオンキャパシタの容量及び出力を向上させ、正極上での電解液分解によるガス発生及びアルカリ金属化合物の分解によるガス発生を抑制し、かつ高負荷充放電サイクルにおける容量低下を抑制するという観点から、正極中に含まれる上記化合物は、アルカリ金属化合物とアルカリ土類金属化合物を含むことが好ましい。 In the first embodiment, the capacity and the output of the non-aqueous alkali metal ion capacitor are improved, the gas generation due to the electrolytic solution decomposition on the positive electrode and the gas generation due to the decomposition of the alkali metal compound are suppressed, and the high load charge/discharge cycle is performed. From the viewpoint of suppressing the capacity decrease in the above, it is preferable that the compound contained in the positive electrode contains an alkali metal compound and an alkaline earth metal compound.

(アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物)
アルカリ金属化合物又はアルカリ土類金属化合物としては、下記式において、MをLi、Na、K、Rb、及びCsから成る群から選ばれる1種以上、MをBe、Mg、Ca、Sr、及びBaから選ばれる1種以上として、M CO、MCO等の炭酸塩、M O、MO等の酸化物、MOH、M(OH)等の水酸化物、MF、MCl、MBr、MI、M、MCl、MBr、M等のハロゲン化物、M (CO、M(CO等の蓚酸塩、RCOOM、(RCOO)(式中、RはH、アルキル基、又はアリール基を表す)等のカルボン酸塩から選ばれる1種以上が好適に用いられる。中でも、炭酸塩、酸化物、及び水酸化物がより好適であり、空気中での取り扱いが可能であり、かつ塩基性が低いという観点から炭酸塩がさらに好適に用いられる。これらの炭酸塩の中でも、前記化合物を形成する陽イオンの酸還元電位が低いという観点から、アルカリ金属炭酸塩としてはLiCO、NaCO、及びKCOが、アルカリ土類金属炭酸塩としてはCaCOが、特に好適に用いられる。
アルカリ金属化合物又はアルカリ土類金属化合物の微粒子化には、様々な方法を用いることができる。例えば、ボールミル、ビーズミル、リングミル、ジェットミル、ロッドミル等の粉砕機を使用することができる。
正極中に含まれるアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物の量は1.0質量%以上25.0質量%以下であることが好ましく、更に好ましくは、1.5質量%以上20.0質量%以下である。アルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物の量が1.0質量%以上であれば、高負荷充放電サイクルで生成するフッ素イオンを吸着する十分な量の炭酸塩が存在するため高負荷充放電サイクル特性が向上する。アルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物の量が25.0質量%以下であれば、非水系アルカリ金属イオンキャパシタのエネルギー密度を高めることができる。
(Alkali metal compounds, alkaline earth metal compounds)
The alkali metal compound or an alkaline earth metal compound, in formula, the M A Li, Na, K, Rb, and one or more selected from the group consisting of Cs, Be the M B, Mg, Ca, Sr, and as one or more selected from Ba, M a 2 CO 3, M B CO 3 and the like carbonates, M a 2 O, an oxide such as M B O, M a OH, M B (OH) 2, etc. Hydroxides, halides of M A F, M A Cl, M A Br, M A I, M B F 2 , M B Cl 2 , M B Br 2 , M B I 2, etc., M A 2 (CO 2 ) 2 , oxalates such as M B (CO 2 ) 2 , RCOOM A , and carboxylates such as (RCOO) 2 M B (wherein R represents H, an alkyl group, or an aryl group) 1 More than one species are preferably used. Among these, carbonates, oxides, and hydroxides are more preferable, and carbonates are more preferably used from the viewpoints of handling in air and low basicity. Among these carbonates, Li 2 CO 3 , Na 2 CO 3 and K 2 CO 3 are alkaline earth carbonates from the viewpoint that the acid reduction potential of the cation forming the compound is low. CaCO 3 is particularly preferably used as the metal carbonate.
Various methods can be used for atomizing the alkali metal compound or the alkaline earth metal compound. For example, a crusher such as a ball mill, a bead mill, a ring mill, a jet mill or a rod mill can be used.
The amount of the alkali metal compound and/or the alkaline earth metal compound contained in the positive electrode is preferably 1.0% by mass or more and 25.0% by mass or less, more preferably 1.5% by mass or more and 20.0% by mass or more. It is not more than mass %. When the amount of the alkali metal compound and/or the alkaline earth metal compound is 1.0% by mass or more, there is a sufficient amount of carbonate to adsorb the fluorine ions generated in the high load charge/discharge cycle, and thus the high load charge is high. The discharge cycle characteristics are improved. When the amount of the alkali metal compound and/or the alkaline earth metal compound is 25.0 mass% or less, the energy density of the non-aqueous alkali metal ion capacitor can be increased.

蓄電素子の高容量化及び高出力化を達成し、かつ充放電時のガス発生を抑制するという観点から、本発明の第二の実施形態に係る正極において、アルカリ金属イオンを陽イオンとして有するアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属イオンを陽イオンとして有するアルカリ土類金属化合物は、正極活物質層の質量を基準として、1.0質量%以上20.0質量%以下含まれることが好ましく、2.0質量%以上19.0質量%以下含まれることがより好ましい。
正極に複数種のアルカリ金属化合物及び/又は複数種のアルカリ土類金属化合物が含まれる場合には、正極中の全種類の合計含有率が、正極活物質層の質量を基準として、好ましくは1.0質量%以上20.0質量%以下、より好ましくは2.0質量%以上19.0質量%以下である。
正極中のアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物の含有率を算出する方法は、以下の項目<アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物の定量方法>及び実施例において詳述されるとおりである。
From the viewpoint of achieving high capacity and high output of the electric storage element and suppressing gas generation during charge/discharge, in the positive electrode according to the second embodiment of the present invention, an alkali metal ion as a cation The alkaline earth metal compound having a metal compound and/or an alkaline earth metal ion as a cation is preferably contained in an amount of 1.0% by mass or more and 20.0% by mass or less based on the mass of the positive electrode active material layer, It is more preferable that the content is 2.0% by mass or more and 19.0% by mass or less.
When the positive electrode contains plural kinds of alkali metal compounds and/or plural kinds of alkaline earth metal compounds, the total content of all kinds in the positive electrode is preferably 1 based on the mass of the positive electrode active material layer. 0.0 mass% or more and 20.0 mass% or less, more preferably 2.0 mass% or more and 19.0 mass% or less.
The method for calculating the content rate of the alkali metal compound and/or the alkaline earth metal compound in the positive electrode is as described in detail in the following items <Method for quantifying alkali metal compound and alkaline earth metal compound> and Examples. is there.

正極前駆体におけるアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物の含有割合は、正極前駆体における正極活物質層の全質量を基準として、10質量%以上60質量%以下であることが好ましく、20質量%以上50質量%以下であることがより好ましい。この範囲の含有割合とすることにより、負極へのドーパント源として好適な機能を発揮するとともに、正極に適当な程度の多孔性を付与することができ、両者相俟って高負荷充放電効率に優れる蓄電素子を与えることができるため好ましい。この際、複数のアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属化合物からなる化合物を含有させることで、後述するアルカリ金属ドープ時に複数のアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンを電解液中に存在させることができるため好ましい。 The content ratio of the alkali metal compound and/or the alkaline earth metal compound in the positive electrode precursor is preferably 10% by mass or more and 60% by mass or less based on the total mass of the positive electrode active material layer in the positive electrode precursor, 20 It is more preferable that the content is at least 50% by mass. By setting the content ratio in this range, while exhibiting a suitable function as a dopant source for the negative electrode, it is possible to impart an appropriate degree of porosity to the positive electrode, and in combination with both, high load charging/discharging efficiency. It is preferable because an excellent power storage element can be provided. At this time, by containing a compound consisting of a plurality of alkali metal and/or alkaline earth metal compounds, a plurality of alkali metal ions and/or alkaline earth metal ions are present in the electrolytic solution at the time of alkali metal doping described later. It is preferable because it is possible.

(式(1)〜(3)の化合物)
非水系電解液、及び正極中に含有されたアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物は、約4.0V以上の高い電位に曝されると徐々に分解してガス化してしまい、発生したガスが電解液中のイオンの拡散を阻害するために抵抗上昇の原因になってしまう。そのため、本発明に係る正極活物質層は、下記式(1)〜(3)から選択される1種以上の化合物を該正極物質の単位質量当たり1.60×10−4mol/g〜300×10−4mol/g含有することが好ましい。

Figure 0006705899
{式(1)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、X及びXは、それぞれ独立に、−(COO)(ここで、nは0又は1である。)であり、かつM及びMは、それぞれ独立に、Li、Na、K、Rb、及びCsから成る群から選ばれるアルカリ金属である。}
Figure 0006705899
{式(2)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、Rは、水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ又はポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、及びアリール基からなる群から選択される基であり、X及びXは、それぞれ、独立に−(COO)(ここで、nは0又は1である。)であり、かつMは、Li、Na、K、Rb、及びCsから成る群から選ばれるアルカリ金属である。}
Figure 0006705899
{式(3)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、R及びRは、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ又はポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、及びアリール基からなる群から選択される基であり、かつX及びXは、それぞれ独立に、−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}(Compounds of Formulas (1) to (3))
The non-aqueous electrolyte solution and the alkali metal compound and/or alkaline earth metal compound contained in the positive electrode were gradually decomposed and gasified when exposed to a high potential of about 4.0 V or more, and were generated. The gas hinders the diffusion of ions in the electrolytic solution, which causes an increase in resistance. Therefore, the positive electrode active material layer according to the present invention contains one or more compounds selected from the following formulas (1) to (3) per unit mass of the positive electrode material: 1.60×10 −4 mol/g to 300. It is preferable to contain x10 -4 mol/g.
Figure 0006705899
{In the formula (1), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and X 1 and X 2 are each independently -(COO) n. (Where n is 0 or 1) and M 1 and M 2 are each independently an alkali metal selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, and Cs. }
Figure 0006705899
{In the formula (2), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, carbon A group consisting of a mono- or polyhydroxyalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a mono- or polyhydroxyalkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms, and an aryl group. X 1 and X 2 are each independently —(COO) n (where n is 0 or 1), and M 1 is Li, Na, K. Is an alkali metal selected from the group consisting of Rb, Rb, and Cs. }
Figure 0006705899
{In the formula (3), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 and R 3 are independently hydrogen and 1 carbon atoms. -10 alkyl group, mono- or polyhydroxyalkyl group having 1-10 carbon atoms, alkenyl group having 2-10 carbon atoms, mono- or polyhydroxyalkenyl group having 2-10 carbon atoms, cycloalkyl group having 3-6 carbon atoms , And an aryl group, and X 1 and X 2 are each independently —(COO) n (where n is 0 or 1). }

式(1)中、Rは、炭素数1〜4のアルキル基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキル基であり、そしてX及びXは、それぞれ独立に、−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。In formula (1), R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and X 1 and X 2 are each independently —(COO) n. (Where n is 0 or 1).

式(1)で表される好ましい化合物は、MOCOM、MOCOM、MOCOCOOM、MOCOOCOM、MOCOOCOCOOM及びMOCOOCOCOOM(式中、Mはそれぞれ独立にLi、Na、K、Rb、及びCsから成る群から選ばれるアルカリ金属である。)で表される化合物である。Preferred compounds represented by Formula (1) include MOC 2 H 4 OM, MOC 3 H 6 OM, MOC 2 H 4 OCOOM, MOCOOC 3 H 6 OM, MOCOOC 2 H 4 OCOOM and MOCOOC 3 H 6 OCOOM (in the formula). , M are each independently an alkali metal selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, and Cs).

式(2)中、Rは、炭素数1〜4のアルキル基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキル基であり、Rは、水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基又はそのリチウムアルコキシド、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ又はポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、及びアリール基からなる群から選択される基であり、そしてX及びXは、それぞれ独立に、−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。In formula (2), R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or a carbon number. 1-10 mono- or polyhydroxyalkyl group or lithium alkoxide thereof, alkenyl group having 2-10 carbon atoms, mono- or polyhydroxyalkenyl group having 2-10 carbon atoms, cycloalkyl group having 3-6 carbon atoms, and aryl group Is a group selected from the group consisting of, and X 1 and X 2 are each independently —(COO) n (where n is 0 or 1).

式(2)で表される好ましい化合物は、MOCOH、MOCOH、MOCOCOOH、MOCOCOOH、MOCOOCOCOOH、MOCOOCOCOOH、MOCOCH、MOCOCH、MOCOCOOCH、MOCOCOOCH、MOCOOCOCOOCH、MOCOOCOCOOCH、MOCOC、MOCOC、MOCOCOOC、MOCOCOOC、MOCOOCOCOOC、又はMOCOOCOCOOC(式中、Mはそれぞれ独立にLi、Na、K、Rb、及びCsから成る群から選ばれるアルカリ金属である。)で表される化合物である。Preferred compounds represented by formula (2) include MOC 2 H 4 OH, MOC 3 H 6 OH, MOC 2 H 4 OCOOH, MOC 3 H 6 OCOOH, MOCOOC 2 H 4 OCOOH, MOCOOC 3 H 6 OCOOH, MOC 2 H 4 OCH 3, MOC 3 H 6 OCH 3, MOC 2 H 4 OCOOCH 3, MOC 3 H 6 OCOOCH 3, MOCOOC 2 H 4 OCOOCH 3, MOCOOC 3 H 6 OCOOCH 3, MOC 2 H 4 OC 2 H 5, MOC 3 H 6 OC 2 H 5 , MOC 2 H 4 OCOOC 2 H 5 , MOC 3 H 6 OCOOC 2 H 5 , MOCOOC 2 H 4 OCOOC 2 H 5 , or MOCOOC 3 H 6 OCOOC 2 H 5 (where M is Each independently being an alkali metal selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, and Cs.).

式(3)中、Rは、炭素数1〜4のアルキル基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキル基であり、R及びRは、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基又はそのリチウムアルコキシド、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ又はポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、及びアリール基からなる群から選択される基であり、そしてX及びXは、それぞれ独立に、−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。In formula (3), R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 and R 3 are each independently hydrogen, 1 to 1 carbon atoms. Alkyl group having 10 to 10 carbon atoms, mono- or polyhydroxyalkyl group having 1 to 10 carbon atoms or lithium alkoxide thereof, alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, mono- or polyhydroxyalkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, and 3 to 6 carbon atoms It is a group selected from the group consisting of a cycloalkyl group and an aryl group, and X 1 and X 2 are each independently —(COO) n (where n is 0 or 1). ..

式(3)で表される好ましい化合物は、HOCOH、HOCOH、HOCOCOOH、HOCOCOOH、HOCOOCOCOOH、HOCOOCOCOOH、HOCOCH、HOCOCH、HOCOCOOCH、HOCOCOOCH、HOCOOCOCOOCH、HOCOOCOCOOCH、HOCOC、HOCOC、HOCOCOOC、HOCOCOOC、HOCOOCOCOOC、HOCOOCOCOOC、CHOCOCH、CHOCOCH、CHOCOCOOCH、CHOCOCOOCH、CHOCOOCOCOOCH、CHOCOOCOCOOCH、CHOCOC、CHOCOC、CHOCOCOOC、CHOCOCOOC、CHOCOOCOCOOC、CHOCOOCOCOOC、COCOC、COCOC、COCOCOOC、COCOCOOC、COCOOCOCOOC、又はCOCOOCOCOOCで表される化合物である。Preferred compounds represented by the formula (3) include HOC 2 H 4 OH, HOC 3 H 6 OH, HOC 2 H 4 OCOOH, HOC 3 H 6 OCOOH, HOCOOC 2 H 4 OCOOH, HOCOOC 3 H 6 OCOOH and HOC 2. H 4 OCH 3, HOC 3 H 6 OCH 3, HOC 2 H 4 OCOOCH 3, HOC 3 H 6 OCOOCH 3, HOCOOC 2 H 4 OCOOCH 3, HOCOOC 3 H 6 OCOOCH 3, HOC 2 H 4 OC 2 H 5, HOC 3 H 6 OC 2 H 5 , HOC 2 H 4 OCOOC 2 H 5 , HOC 3 H 6 OCOOC 2 H 5 , HOCOOC 2 H 4 OCOOC 2 H 5 , HOCOOC 3 H 6 OCOOC 2 H 5 , CH 3 OC 2 H 4 OCH 3, CH 3 OC 3 H 6 OCH 3, CH 3 OC 2 H 4 OCOOCH 3, CH 3 OC 3 H 6 OCOOCH 3, CH 3 OCOOC 2 H 4 OCOOCH 3, CH 3 OCOOC 3 H 6 OCOOCH 3, CH 3 OC 2 H 4 OC 2 H 5 , CH 3 OC 3 H 6 OC 2 H 5, CH 3 OC 2 H 4 OCOOC 2 H 5, CH 3 OC 3 H 6 OCOOC 2 H 5, CH 3 OCOOC 2 H 4 OCOOC 2 H 5, CH 3 OCOOC 3 H 6 OCOOC 2 H 5, C 2 H 5 OC 2 H 4 OC 2 H 5, C 2 H 5 OC 3 H 6 OC 2 H 5, C 2 H 5 OC 2 H 4 OCOOC 2 It is a compound represented by H 5 , C 2 H 5 OC 3 H 6 OCOOC 2 H 5 , C 2 H 5 OCOOC 2 H 4 OCOOC 2 H 5 , or C 2 H 5 OCOOC 3 H 6 OCOOC 2 H 5 .

また、正極活物質層は、下記式(4)又は式(5)で表される化合物を該正極活物質層の単位質量当たり2.70×10−4mol/g〜150×10−4mol/g含有することが好ましく、2.70×10−4mol/g〜130×10−4mol/g含有することがより好ましい。

Figure 0006705899
{式(4)中、M及びMは、それぞれ独立に、Li、Na、K、Rb、及びCsから成る群から選ばれるアルカリ金属である。}
Figure 0006705899
{式(5)中、Rは、水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ又はポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、又はアリール基であり、かつMはLi、Na、K、Rb、及びCsから成る群から選ばれるアルカリ金属である。}Further, the positive electrode active material layer contains the compound represented by the following formula (4) or formula (5) in an amount of 2.70×10 −4 mol/g to 150×10 −4 mol per unit mass of the positive electrode active material layer. / g preferably contains, and more preferably contains 2.70 × 10 -4 mol / g~130 × 10 -4 mol / g.
Figure 0006705899
{In the formula (4), M 1 and M 2 are each independently an alkali metal selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, and Cs. }
Figure 0006705899
{In the formula (5), R 1 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a mono- or polyhydroxyalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, and an alkyl group having 2 to 10 carbon atoms. It is a mono- or polyhydroxyalkenyl group, a cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or an aryl group, and M is an alkali metal selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, and Cs. }

本発明における上記化合物を正極活物質層内に含有させるための方法としては、例えば、
正極活物質層に前記化合物を混合する方法、
正極活物質層に前記化合物を吸着させる方法、
正極活物質層に前記化合物を電気化学的に析出させる方法
等が挙げられる。
中でも、非水系電解液中に、分解してこれらの前記化合物を生成し得る前駆体を含有させておき、蓄電素子を作製する工程における前記前駆体の分解反応を利用して、正極活物質層内に前記化合物を堆積させる方法が好ましい。
Examples of the method for incorporating the above compound in the present invention into the positive electrode active material layer include:
A method of mixing the compound into the positive electrode active material layer,
A method of adsorbing the compound to the positive electrode active material layer,
Examples thereof include a method of electrochemically depositing the above compound on the positive electrode active material layer.
Among them, in the non-aqueous electrolyte solution, a precursor capable of decomposing to produce these compounds is contained, and the decomposition reaction of the precursor in the step of producing a power storage device is used to make a positive electrode active material layer. A method of depositing the compound therein is preferred.

前記化合物を形成する前駆体としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートおよびフルオロエチレンカーボネートから選択される少なくとも1種の有機溶媒を使用することが好ましく、エチレンカーボネート、及びプロピレンカーボネートを使用することがより好ましい。
ここで、前記化合物の総量は、前記正極活物質の単位質量当たり、1.60×10−4mol/g以上であることが好ましく、5.0×10−4mol/g以上であることが最も好ましい。前記化合物の総量が正極活物質層の単位質量当たり1.60×10−4mol/g以上であれば、非水系電解液が正極活物質に接することがなく、非水系電解液が酸化分解することを抑制できる。
As the precursor for forming the compound, it is preferable to use at least one organic solvent selected from ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate and fluoroethylene carbonate, and ethylene carbonate and propylene carbonate are used. More preferably.
Here, the total amount of the compound is preferably 1.60×10 −4 mol/g or more, and 5.0×10 −4 mol/g or more per unit mass of the positive electrode active material. Most preferred. When the total amount of the compounds is 1.60×10 −4 mol/g or more per unit mass of the positive electrode active material layer, the non-aqueous electrolyte solution does not come into contact with the positive electrode active material and the non-aqueous electrolyte solution is oxidatively decomposed. Can be suppressed.

また、前記化合物の総量は、前記正極活物質の単位質量当たり、300×10−4mol/g以下であり、150×10−4mol/g以下であることが好ましく、100×10−4mol/g以下であることがより好ましい。前記化合物の総量が正極活物質の単位質量当たり300×10−4mol/g以下であれば、アルカリ金属イオンの拡散を阻害することがなく、高い入出力特性を発現することができる。
また、アルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物の表面にフッ素含有化合物からなる被膜を形成し、前記アルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物の反応を抑制することが好ましい。
尚、上記の化合物の上限値と下限値は、それぞれ任意の組み合わせをすることができる。
フッ素含有化合物の被膜の形成方法は特に限定されないが、高電位で分解するフッ素含有化合物を電解液中に含有させ、非水系アルカリ金属イオンキャパシタに前記フッ素含有化合物の分解電位以上の高電圧を印加する方法や、分解温度以上の温度をかける方法等が挙げられる。
アルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物表面に被覆するフッ素化合物の被覆率(正極表面SEM−EDX画像における酸素マッピングに対するフッ素マッピングの面積重複率A)は40%以上99%以下であることが好ましい。Aが40%以上であれば、アルカリ金属化合物の分解を抑制することができる。Aが99%以下であれば正極近傍を塩基性に保つことができるため、高負荷サイクル特性に優れる。
In addition, the total amount of the compounds is 300×10 −4 mol/g or less, preferably 150×10 −4 mol/g or less, and 100×10 −4 mol per unit mass of the positive electrode active material. /G or less is more preferable. When the total amount of the compounds is 300×10 −4 mol/g or less per unit mass of the positive electrode active material, high input/output characteristics can be exhibited without inhibiting diffusion of alkali metal ions.
Further, it is preferable to form a film made of a fluorine-containing compound on the surface of the alkali metal compound and/or the alkaline earth metal compound to suppress the reaction of the alkali metal compound and/or the alkaline earth metal compound.
The upper limit value and the lower limit value of the above compounds can be combined in any desired manner.
The method for forming the film of the fluorine-containing compound is not particularly limited, but a fluorine-containing compound that decomposes at high potential is contained in the electrolytic solution, and a high voltage that is higher than the decomposition potential of the fluorine-containing compound is applied to the non-aqueous alkali metal ion capacitor. And a method of applying a temperature equal to or higher than the decomposition temperature.
The coverage of the fluorine compound coating the surface of the alkali metal compound and/or the alkaline earth metal compound (area overlap ratio A 1 of fluorine mapping to oxygen mapping in the positive electrode surface SEM-EDX image) is 40% or more and 99% or less. Is preferred. When A 1 is 40% or more, decomposition of the alkali metal compound can be suppressed. When A 1 is 99% or less, the vicinity of the positive electrode can be kept basic, so that the high load cycle characteristics are excellent.

被覆率の測定方法としては、正極表面のSEM−EDXにより得られる元素マッピングにおいて、輝度値の平均値を基準に二値化した酸素マッピングに対してフッ素マッピングの面積重複率を算出することで求められる。
SEM−EDXの元素マッピングの測定条件は特に限定されないが、画素数は128×128ピクセル〜512×512ピクセルの範囲であることが好ましく、マッピング像において最大輝度値に達する画素がなく、輝度値の平均値が最大輝度値の40%〜60%の範囲に入るように輝度及びコントラストを調整することが好ましい。
正極断面のSEM−EDXにより得られた元素マッピングにおいて、輝度値の平均値を基準に二値化した酸素マッピングに対するフッ素マッピングの面積重複率Aが10%以上60%以下であることが好ましい。Aが10%以上であれば、アルカリ金属化合物の分解を抑制することができる。Aが60%以下であれば、アルカリ金属化合物の内部までフッ素化されていない状態であるため、正極近傍を塩基性に保つことができ、高負荷サイクル特性に優れる。
As a method of measuring the coverage, in elemental mapping obtained by SEM-EDX on the surface of the positive electrode, it was determined by calculating the area overlap ratio of fluorine mapping with respect to oxygen mapping binarized based on the average value of luminance values. Be done.
The measurement conditions for elemental mapping of SEM-EDX are not particularly limited, but the number of pixels is preferably in the range of 128×128 pixels to 512×512 pixels, and there is no pixel that reaches the maximum luminance value in the mapping image, It is preferable to adjust the brightness and contrast so that the average value falls within the range of 40% to 60% of the maximum brightness value.
In the elemental mapping obtained by SEM-EDX on the cross section of the positive electrode, it is preferable that the area overlapping rate A 2 of the fluorine mapping with respect to the oxygen mapping binarized based on the average value of the brightness values is 10% or more and 60% or less. When A 2 is 10% or more, decomposition of the alkali metal compound can be suppressed. When A 2 is 60% or less, the interior of the alkali metal compound is not fluorinated, so that the vicinity of the positive electrode can be kept basic and excellent in high load cycle characteristics.

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

結着剤としては、特に制限されるものではないが、例えばPVdF(ポリフッ化ビニリデン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、ポリイミド、ラテックス、スチレン−ブタジエン共重合体、フッ素ゴム、アクリル共重合体等を用いることができる。結着剤の使用量は、正極活物質100質量部に対して、好ましくは1質量部以上30質量部以下であり、より好ましくは3質量部以上27質量部以下、さらに好ましくは5質量部以上25質量部以下である。結着剤の量が1質量%以上であれば、十分な電極強度が発現される。一方で結着剤の量が30質量部以下であれば、正極活物質へのイオンの出入り及び拡散を阻害せず、高い入出力特性が発現される。
分散安定剤としては、特に制限されるものではないが、例えばPVP(ポリビニルピロリドン)、PVA(ポリビニルアルコール)、セルロース誘導体等を用いることができる。分散安定剤の使用量は、正極活物質100質量部に対して、好ましくは0質量部以上10質量部以下である。分散安定剤の量が10質量部以下であれば、正極活物質へのイオンの出入り及び拡散を阻害せず、高い入出力特性が発現される。
The binder is not particularly limited, but for example, PVdF (polyvinylidene fluoride), PTFE (polytetrafluoroethylene), polyimide, latex, styrene-butadiene copolymer, fluororubber, acrylic copolymer, etc. Can be used. The amount of the binder used is preferably 1 part by mass or more and 30 parts by mass or less, more preferably 3 parts by mass or more and 27 parts by mass or less, and further preferably 5 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. It is 25 parts by mass or less. When the amount of the binder is 1% by mass or more, sufficient electrode strength is exhibited. On the other hand, when the amount of the binder is 30 parts by mass or less, high input/output characteristics are exhibited without hindering the entry/exit and diffusion of ions to/from the positive electrode active material.
The dispersion stabilizer is not particularly limited, but, for example, PVP (polyvinylpyrrolidone), PVA (polyvinyl alcohol), cellulose derivative or the like can be used. The amount of the dispersion stabilizer used is preferably 0 part by mass or more and 10 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. When the amount of the dispersion stabilizer is 10 parts by mass or less, high input/output characteristics are exhibited without hindering the entry/exit and diffusion of ions to/from the positive electrode active material.

[正極集電体]
本発明における正極集電体を構成する材料としては、電子伝導性が高く、電解液への溶出及び電解質又はイオンとの反応等による劣化が起こらない材料であれば特に制限はないが、金属箔が好ましい。第一、第二及び第三の実施形態の非水系アルカリ金属イオンキャパシタにおける正極集電体としては、アルミニウム箔が特に好ましい。
前記金属箔は凹凸や貫通孔を持たない通常の金属箔でもよいし、エンボス加工、ケミカルエッチング、電解析出法、ブラスト加工等を施した凹凸を有する金属箔でもよいし、エキスパンドメタル、パンチングメタル、エッチング箔等の貫通孔を有する金属箔でもよい。
正極集電体の厚みは、正極の形状及び強度を十分に保持できれば特に制限はないが、例えば、1〜100μmが好ましい。
[Positive electrode collector]
The material constituting the positive electrode current collector in the present invention is not particularly limited as long as it has high electron conductivity and does not cause deterioration due to elution into an electrolytic solution and reaction with an electrolyte or ions, but a metal foil. Is preferred. Aluminum foil is particularly preferable as the positive electrode current collector in the non-aqueous alkali metal ion capacitors of the first, second and third embodiments.
The metal foil may be a normal metal foil having no irregularities or through holes, or a metal foil having irregularities subjected to embossing, chemical etching, electrolytic deposition, blasting, etc., expanded metal, punching metal. Alternatively, a metal foil having a through hole such as an etching foil may be used.
The thickness of the positive electrode current collector is not particularly limited as long as the shape and strength of the positive electrode can be sufficiently maintained, but is preferably 1 to 100 μm, for example.

[正極前駆体の製造]
本発明において、非水系アルカリ金属イオンキャパシタの正極となる正極前駆体は、既知のリチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ等における電極の製造技術によって製造することが可能である。例えば、正極活物質及びアルカリ金属化合物、並びに必要に応じて使用されるその他の任意成分を水又は有機溶剤中に分散又は溶解してスラリー状の塗工液を調製し、この塗工液を正極集電体上の片面又は両面に塗工して塗膜を形成し、これを乾燥することにより正極前駆体を得ることが出来る。さらに得られた正極前駆体にプレスを施して、正極活物質層の膜厚や嵩密度を調整してもよい。或いは、溶剤を使用せずに、正極活物質及びアルカリ金属化合物、並びに必要に応じて使用されるその他の任意成分を乾式で混合し、得られた混合物をプレス成型した後、導電性接着剤を用いて正極集電体に貼り付ける方法も可能である。
前記正極前駆体の塗工液の調製は、正極活物質を含む各種材料粉末の一部若しくは全部をドライブレンドし、次いで水又は有機溶媒、及び/又はそれらに結着剤や分散安定剤が溶解又は分散した液状又はスラリー状の物質を追加して調製してもよい。また、水又は有機溶媒に結着剤や分散安定剤が溶解又は分散した液状又はスラリー状の物質の中に、正極活物質を含む各種材料粉末を追加して調製してもよい。前記ドライブレンドする方法として、例えばボールミル等を使用して正極活物質及びアルカリ金属化合物、並びに必要に応じて導電性フィラーを予備混合して、導電性の低いアルカリ金属化合物に導電材をコーティングさせる予備混合をしてもよい。これにより、後述のアルカリ金属ドープ工程において正極前駆体でアルカリ金属化合物が分解し易くなる。前記塗工液の溶媒に水を使用する場合には、アルカリ金属化合物を加えることで塗工液がアルカリ性になることもあるため、必要に応じてpH調整剤を添加してもよい。
[Production of positive electrode precursor]
In the present invention, the positive electrode precursor that becomes the positive electrode of the non-aqueous alkali metal ion capacitor can be manufactured by a known electrode manufacturing technique for lithium ion batteries, electric double layer capacitors and the like. For example, a positive electrode active material, an alkali metal compound, and other optional components used as necessary are dispersed or dissolved in water or an organic solvent to prepare a slurry coating liquid, and the coating liquid is used as a positive electrode. A positive electrode precursor can be obtained by applying a coating film on one or both surfaces of a current collector to form a coating film and drying the coating film. Further, the obtained positive electrode precursor may be pressed to adjust the film thickness and bulk density of the positive electrode active material layer. Alternatively, without using a solvent, the positive electrode active material and the alkali metal compound, and other optional components used as necessary are dry mixed, and the resulting mixture is press-molded, and then a conductive adhesive is formed. A method of using and attaching to the positive electrode current collector is also possible.
The preparation of the coating liquid for the positive electrode precursor is performed by dry blending a part or all of various material powders containing a positive electrode active material, and then dissolving a binder or a dispersion stabilizer in water or an organic solvent, and/or them. Alternatively, it may be prepared by additionally adding a dispersed liquid or slurry substance. Alternatively, various material powders containing the positive electrode active material may be added to and prepared in a liquid or slurry substance in which a binder or a dispersion stabilizer is dissolved or dispersed in water or an organic solvent. As the method of dry blending, for example, a ball mill or the like is used to premix the positive electrode active material and the alkali metal compound, and the conductive filler if necessary, and the alkali metal compound having low conductivity is coated with the conductive material. You may mix. This facilitates decomposition of the alkali metal compound in the positive electrode precursor in the alkali metal doping step described below. When water is used as the solvent for the coating liquid, the coating liquid may become alkaline by adding an alkali metal compound, and therefore a pH adjuster may be added as necessary.

前記正極前駆体の塗工液の調製は特に制限されるものではないが、好適にはホモディスパーや多軸分散機、プラネタリーミキサー、薄膜旋回型高速ミキサー等の分散機等を用いることが出来る。良好な分散状態の塗工液を得るためには、周速1m/s以上50m/s以下で分散することが好ましい。周速1m/s以上であれば、各種材料が良好に溶解又は分散するため好ましい。また、50m/s以下であれば、分散による熱やせん断力により各種材料が破壊されることなく、再凝集が生じることがないため好ましい。
前記塗工液の分散度は、粒ゲージで測定した粒度が0.1μm以上100μm以下であることが好ましい。分散度の上限としては、より好ましくは粒度が80μm以下、さらに好ましくは粒度が50μm以下である。粒度が0.1μm以下では、正極活物質を含む各種材料粉末の粒径以下のサイズとなり、塗工液作製時に材料を破砕していることになり好ましくない。また、粒度が100μm以下であれば、塗工液吐出時の詰まりや塗膜のスジ発生等なく安定に塗工ができる。
The preparation of the coating liquid for the positive electrode precursor is not particularly limited, but a homodisper, a multi-axis disperser, a planetary mixer, a disperser such as a thin film rotation type high speed mixer, or the like can be preferably used. .. In order to obtain a coating liquid in a good dispersion state, it is preferable to disperse at a peripheral speed of 1 m/s or more and 50 m/s or less. When the peripheral speed is 1 m/s or more, various materials are preferably dissolved or dispersed, which is preferable. Further, if it is 50 m/s or less, various materials are not destroyed by heat and shearing force due to dispersion and re-aggregation does not occur, which is preferable.
The dispersion degree of the coating liquid is preferably such that the particle size measured by a particle gauge is 0.1 μm or more and 100 μm or less. The upper limit of the dispersity is more preferably 80 μm or less, and further preferably 50 μm or less. If the particle size is 0.1 μm or less, the particle size is not more than the particle size of various material powders containing the positive electrode active material, and the material is crushed during the preparation of the coating solution, which is not preferable. Further, when the particle size is 100 μm or less, stable coating can be performed without causing clogging or streaking of the coating film when the coating liquid is discharged.

前記正極前駆体の塗工液の粘度(ηb)は、1,000mPa・s以上20,000mPa・s以下が好ましく、より好ましくは1,500mPa・s以上10,000mPa・s以下、さらに好ましくは1,700mPa・s以上5,000mPa・s以下である。粘度(ηb)が1,000mPa・s以上であれば、塗膜形成時の液ダレが抑制され、塗膜幅及び厚みが良好に制御できる。また、20,000mPa・s以下であれば、塗工機を用いた際の塗工液の流路における圧力損失が少なく安定に塗工でき、また所望の塗膜厚み以下に制御できる。
また、前記塗工液のTI値(チクソトロピーインデックス値)は、1.1以上が好ましく、より好ましくは1.2以上、さらに好ましくは1.5以上である。TI値が1.1以上であれば、塗膜幅及び厚みが良好に制御できる。
The viscosity (ηb) of the coating solution of the positive electrode precursor is preferably 1,000 mPa·s or more and 20,000 mPa·s or less, more preferably 1,500 mPa·s or more and 10,000 mPa·s or less, and further preferably 1 , 700 mPa·s or more and 5,000 mPa·s or less. When the viscosity (ηb) is 1,000 mPa·s or more, liquid dripping during the coating film formation is suppressed, and the coating film width and thickness can be well controlled. Further, when it is 20,000 mPa·s or less, pressure loss in the flow path of the coating liquid when using a coating machine is small, stable coating can be performed, and it can be controlled to a desired coating film thickness or less.
The TI value (thixotropy index value) of the coating liquid is preferably 1.1 or more, more preferably 1.2 or more, still more preferably 1.5 or more. When the TI value is 1.1 or more, the coating film width and thickness can be well controlled.

前記正極前駆体の塗膜の形成は特に制限されるものではないが、好適にはダイコーターやコンマコーター、ナイフコーター、グラビア塗工機等の塗工機を用いることが出来る。塗膜は単層塗工で形成してもよいし、多層塗工して形成してもよい。多層塗工の場合には、塗膜各層内のアルカリ金属化合物の含有量が異なるように塗工液組成を調整してもよい。また、塗工速度は0.1m/分以上100m/分以下であることが好ましく、より好ましくは0.5m/分以上70m/分以下、さらに好ましくは1m/分以上50m/分以下である。塗工速度が0.1m/分以上であれば、安定に塗工出来る。他方、100m/分以下であれば、塗工精度を十分に確保できる。
前記正極前駆体の塗膜の乾燥は特に制限されるものではないが、好適には熱風乾燥や赤外線(IR)乾燥等の乾燥方法を用いることが出来る。塗膜の乾燥は、単一の温度で乾燥させてもよいし、多段的に温度を変えて乾燥させてもよい。また、複数の乾燥方法を組み合わせて乾燥させてもよい。乾燥温度は、25℃以上200℃以下であることが好ましく、より好ましくは40℃以上180℃以下、さらに好ましくは50℃以上160℃以下である。乾燥温度が25℃以上であれば、塗膜中の溶媒を十分に揮発させることが出来る。他方、200℃以下であれば、急激な溶媒の揮発による塗膜のヒビ割れやマイグレーションによる結着剤の偏在、正極集電体や正極活物質層の酸化を抑制できる。
Formation of the coating film of the positive electrode precursor is not particularly limited, but a coating machine such as a die coater, a comma coater, a knife coater, or a gravure coating machine can be preferably used. The coating film may be formed by a single layer coating or a multilayer coating. In the case of multilayer coating, the coating liquid composition may be adjusted so that the content of the alkali metal compound in each layer of the coating film is different. The coating speed is preferably 0.1 m/min or more and 100 m/min or less, more preferably 0.5 m/min or more and 70 m/min or less, and further preferably 1 m/min or more and 50 m/min or less. If the coating speed is 0.1 m/min or more, stable coating can be performed. On the other hand, if it is 100 m/min or less, sufficient coating accuracy can be secured.
The drying of the coating film of the positive electrode precursor is not particularly limited, but a drying method such as hot air drying or infrared (IR) drying can be preferably used. Drying of the coating film may be performed at a single temperature or may be performed by changing the temperature in multiple stages. Also, a plurality of drying methods may be combined and dried. The drying temperature is preferably 25°C or higher and 200°C or lower, more preferably 40°C or higher and 180°C or lower, and further preferably 50°C or higher and 160°C or lower. When the drying temperature is 25°C or higher, the solvent in the coating film can be sufficiently volatilized. On the other hand, when the temperature is 200° C. or less, cracking of the coating film due to rapid volatilization of the solvent, uneven distribution of the binder due to migration, and oxidation of the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer can be suppressed.

前記正極前駆体のプレスは特に制限されるものではないが、好適には油圧プレス機、真空プレス機等のプレス機を用いることが出来る。正極活物質層の膜厚、かさ密度及び電極強度は後述するプレス圧力、隙間、プレス部の表面温度により調整できる。プレス圧力は0.5kN/cm以上20kN/cm以下が好ましく、より好ましくは1kN/cm以上10kN/cm以下、さらに好ましくは2kN/cm以上7kN/cm以下である。プレス圧力が0.5kN/cm以上であれば、電極強度を十分に高くできる。他方、20kN/cm以下であれば、正極前駆体に撓みやシワが生じることがなく、所望の正極活物質層膜厚やかさ密度に調整できる。また、プレスロール同士の隙間は所望の正極活物質層の膜厚やかさ密度となるように乾燥後の正極前駆体膜厚に応じて任意の値を設定できる。さらに、プレス速度は正極前駆体に撓みやシワが生じない任意の速度に設定できる。また、プレス部の表面温度は室温でもよいし、必要により加熱してもよい。加熱する場合のプレス部の表面温度の下限は、使用する結着剤の融点マイナス60℃以上が好ましく、より好ましくは45℃以上、さらに好ましくは30℃以上である。他方、加熱する場合のプレス部の表面温度の上限は、使用する結着剤の融点プラス50℃以下が好ましく、より好ましくは30℃以下、さらに好ましくは20℃以下である。例えば、結着剤にPVdF(ポリフッ化ビニリデン:融点150℃)を用いた場合、90℃以上200℃以下に加温することが好ましく、より好ましく105℃以上180℃以下、さらに好ましくは120℃以上170℃以下に加熱することである。また、結着剤にスチレン−ブタジエン共重合体(融点100℃)を用いた場合、40℃以上150℃以下に加温することが好ましく、より好ましくは55℃以上130℃以下、さらに好ましくは70℃以上120℃以下に加温することである。 The pressing of the positive electrode precursor is not particularly limited, but a pressing machine such as a hydraulic pressing machine or a vacuum pressing machine can be preferably used. The film thickness, bulk density, and electrode strength of the positive electrode active material layer can be adjusted by the pressing pressure, the gap, and the surface temperature of the pressing portion described later. The pressing pressure is preferably 0.5 kN/cm or more and 20 kN/cm or less, more preferably 1 kN/cm or more and 10 kN/cm or less, and further preferably 2 kN/cm or more and 7 kN/cm or less. If the pressing pressure is 0.5 kN/cm or more, the electrode strength can be sufficiently increased. On the other hand, if it is 20 kN/cm or less, the positive electrode precursor is not bent or wrinkled, and the desired positive electrode active material layer thickness and bulk density can be adjusted. Further, the gap between the press rolls can be set to any value depending on the thickness of the positive electrode precursor after drying so that the desired thickness and bulk density of the positive electrode active material layer can be obtained. Further, the pressing speed can be set to an arbitrary speed at which the positive electrode precursor does not bend or wrinkle. The surface temperature of the press part may be room temperature or may be heated if necessary. The lower limit of the surface temperature of the pressed portion when heating is preferably the melting point of the binder used minus 60°C or higher, more preferably 45°C or higher, and further preferably 30°C or higher. On the other hand, the upper limit of the surface temperature of the pressed part when heated is preferably the melting point of the binder used plus 50°C or lower, more preferably 30°C or lower, and further preferably 20°C or lower. For example, when PVdF (polyvinylidene fluoride: melting point 150° C.) is used as the binder, it is preferably heated to 90° C. or higher and 200° C. or lower, more preferably 105° C. or higher and 180° C. or lower, still more preferably 120° C. or higher. It is to heat to 170° C. or lower. When a styrene-butadiene copolymer (melting point 100°C) is used as the binder, it is preferably heated to 40°C or higher and 150°C or lower, more preferably 55°C or higher and 130°C or lower, and further preferably 70°C. That is, heating is performed at a temperature of not less than 0°C and not more than 120°C.

結着剤の融点は、DSC(Differential Scanning Calorimetry、示差走査熱量分析)の吸熱ピーク位置で求めることができる。例えば、パーキンエルマー社製の示差走査熱量計「DSC7」を用いて、試料樹脂10mgを測定セルにセットし、窒素ガス雰囲気中で、温度30℃から10℃/分の昇温速度で250℃まで昇温し、昇温過程における吸熱ピーク温度が融点となる。
また、プレス圧力、隙間、速度、プレス部の表面温度の条件を変えながら複数回プレスを実施してもよい。
前記正極活物質層の厚さは、正極集電体の片面当たり20μm以上200μm以下であることが好ましく、より好ましくは片面当たり25μm以上100μm以下であり、更に好ましくは30μm以上80μm以下である。この厚さが20μm以上であれば、十分な充放電容量を発現することができる。他方、この厚さが200μm以下であれば、電極内のイオン拡散抵抗を低く維持することができる。そのため、十分な出力特性が得られるとともに、セル体積を縮小することができ、従ってエネルギー密度を高めることができる。なお、集電体が貫通孔や凹凸を有する場合における正極活物質層の厚さとは、集電体の貫通孔や凹凸を有していない部分の片面当たりの厚さの平均値をいう。
後述のアルカリ金属ドープ工程後の正極における正極活物質層の嵩密度は、0.30g/cm以上であることが好ましく、より好ましくは0.4g/cm以上1.3g/cm以下の範囲である。正極活物質層の嵩密度が0.30g/cm以上であれば、高いエネルギー密度を発現でき、蓄電素子の小型化を達成できる。また、この嵩密度が1.3g/cm以下であれば、正極活物質層内の空孔における電解液の拡散が十分となり、高い出力特性が得られる。
The melting point of the binder can be determined by the endothermic peak position of DSC (Differential Scanning Calorimetry). For example, using a differential scanning calorimeter “DSC7” manufactured by Perkin Elmer Co., Ltd., 10 mg of the sample resin is set in the measuring cell, and the temperature is increased from 30° C. to 250° C. at a heating rate of 10° C./min in a nitrogen gas atmosphere. The temperature rises, and the endothermic peak temperature in the temperature rising process becomes the melting point.
Further, the pressing may be carried out plural times while changing the conditions of the pressing pressure, the gap, the speed, and the surface temperature of the pressing portion.
The thickness of the positive electrode active material layer is preferably 20 μm or more and 200 μm or less per one surface of the positive electrode current collector, more preferably 25 μm or more and 100 μm or less per one surface, and further preferably 30 μm or more and 80 μm or less. When this thickness is 20 μm or more, a sufficient charge/discharge capacity can be exhibited. On the other hand, if the thickness is 200 μm or less, the ion diffusion resistance in the electrode can be kept low. Therefore, sufficient output characteristics can be obtained, and the cell volume can be reduced, so that the energy density can be increased. The thickness of the positive electrode active material layer in the case where the current collector has through holes or irregularities refers to the average value of the thickness per surface of the portion of the current collector that does not have through holes or irregularities.
The bulk density of the positive electrode active material layer in the positive electrode after the alkali metal doping step described below is preferably 0.30 g/cm 3 or more, more preferably 0.4 g/cm 3 or more and 1.3 g/cm 3 or less. It is a range. When the positive electrode active material layer has a bulk density of 0.30 g/cm 3 or more, a high energy density can be exhibited and a power storage element can be downsized. Further, when the bulk density is 1.3 g/cm 3 or less, diffusion of the electrolytic solution in the pores in the positive electrode active material layer becomes sufficient, and high output characteristics can be obtained.

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

[負極活物質層]
負極活物質層は、アルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンを吸蔵・放出できる負極活物質を含む。これ以外に、必要に応じて、導電性フィラー、結着剤、分散安定剤等の任意成分を含んでいてもよい。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer contains a negative electrode active material capable of occluding and releasing alkali metal ions and/or alkaline earth metal ions. In addition to this, an optional component such as a conductive filler, a binder, and a dispersion stabilizer may be included if necessary.

[負極活物質]
前記負極活物質は、アルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンを吸蔵・放出可能な物質を用いることができる。具体的には、炭素材料、チタン酸化物、ケイ素、ケイ素酸化物、ケイ素合金、ケイ素化合物、錫及び錫化合物等が例示される。好ましくは前記負極活物質の総量に対する前記炭素材料の含有率が50質量%以上であり、より好ましくは70質量%以上である。前記炭素材料の含有率が100質量%であることができるが、他の材料の併用による効果を良好に得る観点から、例えば、90質量%以下であることが好ましく、80質量%以下であってもよい。
[Negative electrode active material]
As the negative electrode active material, a material capable of storing and releasing alkali metal ions and/or alkaline earth metal ions can be used. Specific examples include carbon materials, titanium oxides, silicon, silicon oxides, silicon alloys, silicon compounds, tin and tin compounds. The content ratio of the carbon material with respect to the total amount of the negative electrode active material is preferably 50% by mass or more, and more preferably 70% by mass or more. The content rate of the carbon material may be 100% by mass, but from the viewpoint of obtaining a good effect by the combined use of other materials, it is preferably 90% by mass or less, and 80% by mass or less, for example. Good.

負極活物質には、2種以上のアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンをドープすることが好ましい。本明細書において、負極活物質にドープされた2種以上のアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンとしては、主に3つの形態が包含される。
第一の形態としては、非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製する前に、負極活物質に設計値として予め吸蔵させる2種以上のアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンである。
第二の形態としては、非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製し、出荷する際の負極活物質に吸蔵されている2種以上のアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンである。
第三の形態としては、非水系アルカリ金属イオンキャパシタをデバイスとして使用した後の負極活物質に吸蔵されている2種以上のアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンである。
負極活物質に2種以上のアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンをドープしておくことにより、得られる非水系アルカリ金属イオンキャパシタの容量及び作動電圧を良好に制御することが可能となる。
The negative electrode active material is preferably doped with two or more kinds of alkali metal ions and/or alkaline earth metal ions. In the present specification, the two or more kinds of alkali metal ions and/or alkaline earth metal ions doped in the negative electrode active material mainly include three forms.
The first mode is two or more kinds of alkali metal ions and/or alkaline earth metal ions that are stored in the negative electrode active material as design values before the non-aqueous alkali metal ion capacitor is manufactured.
The second mode is two or more kinds of alkali metal ions and/or alkaline earth metal ions stored in the negative electrode active material at the time of manufacturing and shipping a non-aqueous alkali metal ion capacitor.
The third form is two or more kinds of alkali metal ions and/or alkaline earth metal ions stored in the negative electrode active material after using the non-aqueous alkali metal ion capacitor as a device.
By doping the negative electrode active material with two or more kinds of alkali metal ions and/or alkaline earth metal ions, it is possible to satisfactorily control the capacity and operating voltage of the obtained non-aqueous alkali metal ion capacitor. .

前記炭素材料としては、例えば、難黒鉛化性炭素材料;易黒鉛化性炭素材料;カーボンブラック;カーボンナノ粒子;活性炭;人造黒鉛;天然黒鉛;黒鉛化メソフェーズカーボン小球体;黒鉛ウイスカ;ポリアセン系物質等のアモルファス炭素質材料;石油系のピッチ、石炭系のピッチ、メソカーボンマイクロビーズ、コークス、合成樹脂(例えばフェノール樹脂等)等の炭素前駆体を熱処理して得られる炭素質材料;フルフリルアルコール樹脂又はノボラック樹脂の熱分解物;フラーレン;カーボンナノフォーン;及びこれらの複合炭素材料を挙げることができる。
これらの中でも負極の抵抗を下げる観点から、前記炭素材料1種以上と、石油系のピッチ又は石炭系のピッチとを共存させた状態で熱処理をして得ることができる、ピッチ複合炭素材料が好ましい。熱処理を行う前に、ピッチの融点より高い温度において、前記炭素材料と前記ピッチとを混合してもよい。熱処理温度は、使用するピッチが揮発又は熱分解して発生する成分が炭素質材料となる温度であればよい。熱処理を行う雰囲気としては、非酸化性雰囲気が好ましい。
Examples of the carbon material include non-graphitizable carbon material; graphitizable carbon material; carbon black; carbon nanoparticles; activated carbon; artificial graphite; natural graphite; graphitized mesophase carbon microspheres; graphite whiskers; polyacene-based material. Amorphous carbonaceous materials such as; carbonaceous materials obtained by heat-treating carbon precursors such as petroleum-based pitches, coal-based pitches, mesocarbon microbeads, cokes, synthetic resins (eg phenolic resins); furfuryl alcohol Examples thereof include thermal decomposition products of resins or novolac resins; fullerenes; carbon nanophones; and composite carbon materials thereof.
Among these, from the viewpoint of lowering the resistance of the negative electrode, a pitch composite carbon material, which can be obtained by heat treatment in the state where one or more kinds of the carbon materials and coexistence of petroleum-based pitch or coal-based pitch are present, is preferable. . Before the heat treatment, the carbon material and the pitch may be mixed at a temperature higher than the melting point of the pitch. The heat treatment temperature may be a temperature at which a component generated by volatilization or thermal decomposition of the pitch used becomes a carbonaceous material. As an atmosphere for heat treatment, a non-oxidizing atmosphere is preferable.

前記ピッチ複合炭素材の好ましい例は、後述のピッチ複合炭素材料1a及び2aである。これらの内どちらかを選択して使用してもよく、又はこれらの双方を併用してもよい。
ピッチ複合炭素材料1aは、BET比表面積が100m/g以上3000m/g以下の炭素材料1種以上と石油系のピッチ又は石炭系のピッチとを共存させた状態で熱処理をして得ることができる。
前記炭素材料は、特に制限されるものではないが、活性炭やカーボンブラック、鋳型多孔質炭素、高比表面積黒鉛、カーボンナノ粒子等を好適に用いることができる。
Preferable examples of the pitch composite carbon material are pitch composite carbon materials 1a and 2a described later. Either of these may be selected and used, or both of them may be used in combination.
The pitch composite carbon material 1a is obtained by heat treatment in the state where one or more carbon materials having a BET specific surface area of 100 m 2 /g or more and 3000 m 2 /g or less and petroleum-based pitch or coal-based pitch coexist. You can
The carbon material is not particularly limited, but activated carbon, carbon black, template porous carbon, high specific surface area graphite, carbon nanoparticles and the like can be preferably used.

‐複合炭素材料1a‐
複合炭素材料1aは、BET比表面積が100m/g以上3000m/g以下の炭素材料1種以上を該基材として用いた該複合炭素材料である。該基材は、特に制限されるものではないが、活性炭やカーボンブラック、鋳型多孔質炭素、高比表面積黒鉛、カーボンナノ粒子等を好適に用いることができる。
-Composite carbon material 1a-
The composite carbon material 1a is the composite carbon material using at least one carbon material having a BET specific surface area of 100 m 2 /g or more and 3000 m 2 /g or less as the base material. The base material is not particularly limited, but activated carbon, carbon black, template porous carbon, high specific surface area graphite, carbon nanoparticles and the like can be preferably used.

複合炭素材料1aにおける該炭素質材料の該基材に対する質量比率は10%以上200%以下が好ましい。この質量比率は、好ましくは12%以上180%以下、より好ましくは15%以上160%以下、特に好ましくは18%以上150%以下である。炭素質材料の質量比率が10%以上であれば、該基材が有していたマイクロ孔を該炭素質材料で適度に埋めることができ、2種以上のアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンの充放電効率が向上するため、良好なサイクル耐久性を示すことが出来る。また、炭素質材料の質量比率が200%以下であれば、細孔を適度に保持することができ2種以上のアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンの拡散が良好となるため、高い入出力特性を示すことが出来る。 The mass ratio of the carbonaceous material to the base material in the composite carbon material 1a is preferably 10% or more and 200% or less. This mass ratio is preferably 12% or more and 180% or less, more preferably 15% or more and 160% or less, and particularly preferably 18% or more and 150% or less. If the mass ratio of the carbonaceous material is 10% or more, the micropores possessed by the base material can be appropriately filled with the carbonaceous material, and two or more kinds of alkali metal ions and/or alkaline earth Since the charge/discharge efficiency of metal ions is improved, good cycle durability can be exhibited. Further, when the mass ratio of the carbonaceous material is 200% or less, the pores can be appropriately held, and the diffusion of two or more kinds of alkali metal ions and/or alkaline earth metal ions is good, which is high. Input/output characteristics can be shown.

負極へのアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンのドープ量については、イオン半径の最も小さなリチウムイオンが最も大きなドープ量を示す。そのため、リチウムイオンのドープ量を基準にアルカリ金属イオンのドープ量を調整することが好ましい。以上の観点より、複合炭素材料1aの単位質量当たりリチウムイオンのドープ量は、530mAh/g以上2,500mAh/g以下であることが好ましく、より好ましくは620mAh/g以上2,100mAh/g以下、さらに好ましくは760mAh/g以上1,700mAh/g以下、特に好ましくは840mAh/g以上1,500mAh/g以下である。
2種以上のアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンをドープすることにより、負極電位が低くなる。従って、該イオンがドープされた複合炭素材料1aを含む負極を正極と組み合わせた場合には、非水系アルカリ金属イオンキャパシタの電圧が高くなるとともに、正極の利用容量が大きくなる。そのため、得られる非水系アルカリ金属イオンキャパシタの容量及びエネルギー密度が高くなる。
該リチウムイオンのドープ量が530mAh/g以上であれば、複合炭素材料1aにおける2種以上のアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンを一旦挿入したら脱離し得ない不可逆なサイトにも該イオンが良好にドープされ、更に所望の2種以上のアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属量に対する複合炭素材料1aを低減することができる。そのため、負極膜厚を薄くすることが可能となり、高いエネルギー密度が得られる。アルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンのドープ量が多いほど負極電位が下がり、入出力特性、エネルギー密度、及び耐久性は向上する。
一方で、リチウムイオンのドープ量が2,500mAh/g以下であれば、アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属の析出等の副作用が発生するおそれがない。
Regarding the doping amount of the alkali metal ion and/or the alkaline earth metal ion to the negative electrode, the lithium ion having the smallest ionic radius shows the largest doping amount. Therefore, it is preferable to adjust the doping amount of alkali metal ions based on the doping amount of lithium ions. From the above viewpoint, the doping amount of lithium ions per unit mass of the composite carbon material 1a is preferably 530 mAh/g or more and 2,500 mAh/g or less, more preferably 620 mAh/g or more and 2,100 mAh/g or less, It is more preferably 760 mAh/g or more and 1,700 mAh/g or less, and particularly preferably 840 mAh/g or more and 1,500 mAh/g or less.
Doping with two or more kinds of alkali metal ions and/or alkaline earth metal ions lowers the negative electrode potential. Therefore, when the negative electrode including the composite carbon material 1a doped with the ions is combined with the positive electrode, the voltage of the non-aqueous alkali metal ion capacitor increases and the usable capacity of the positive electrode increases. Therefore, the capacity and energy density of the obtained non-aqueous alkali metal ion capacitor are increased.
If the doping amount of the lithium ions is 530 mAh/g or more, the ions are also present at irreversible sites that cannot be desorbed once the two or more kinds of alkali metal ions and/or alkaline earth metal ions in the composite carbon material 1a are inserted. Can be well doped, and the amount of the composite carbon material 1a with respect to the desired amount of two or more kinds of alkali metals and/or alkaline earth metals can be reduced. Therefore, the negative electrode film thickness can be reduced, and high energy density can be obtained. The larger the doping amount of the alkali metal ion and/or the alkaline earth metal ion, the lower the negative electrode potential, and the better the input/output characteristics, the energy density, and the durability.
On the other hand, if the doping amount of lithium ions is 2,500 mAh/g or less, side effects such as precipitation of alkali metal and/or alkaline earth metal do not occur.

以下、複合炭素材料1aの好ましい例として、該基材として活性炭を用いた複合炭素材料1aについて説明していく。
複合炭素材料1aは、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をVm1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をVm2(cc/g)とするとき、0.010≦Vm1≦0.300、0.001≦Vm2≦0.650であることが好ましい。
メソ孔量Vm1は、より好ましくは0.010≦Vm1≦0.225、さらに好ましくは0.010≦Vm1≦0.200である。マイクロ孔量Vm2は、より好ましくは0.001≦Vm2≦0.200、更に好ましくは0.001≦Vm2≦0.150、特に好ましくは0.001≦Vm2≦0.100である。
Hereinafter, as a preferable example of the composite carbon material 1a, the composite carbon material 1a using activated carbon as the base material will be described.
In the composite carbon material 1a, the mesopore amount derived from pores having a diameter of 20 Å or more and 500 Å or less calculated by the BJH method is Vm1 (cc/g), and the micropore amount derived from pores having a diameter of less than 20 Å calculated by the MP method. Is Vm2 (cc/g), it is preferable that 0.010≦Vm1≦0.300 and 0.001≦Vm2≦0.650.
The mesopore amount Vm1 is more preferably 0.010≦Vm1≦0.225, and further preferably 0.010≦Vm1≦0.200. The micropore amount Vm2 is more preferably 0.001≦Vm2≦0.200, further preferably 0.001≦Vm2≦0.150, and particularly preferably 0.001≦Vm2≦0.100.

メソ孔量Vm1が0.300cc/g以下であれば、BET比表面積を大きくすることができ、2種以上のアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンのドープ量を高めることができることに加え、負極の嵩密度を高めることができる。その結果、負極を薄膜化することができる。また、マイクロ孔量Vm2が0.650cc/g以下であれば、該イオンに対する高い充放電効率が維持できる。他方、メソ孔量Vm1及びマイクロ孔量Vm2が下限以上(0.010≦Vm1、0.001≦Vm2)であれば、高い入出力特性が得られる。 When the mesopore amount Vm1 is 0.300 cc/g or less, the BET specific surface area can be increased and the doping amount of two or more kinds of alkali metal ions and/or alkaline earth metal ions can be increased. The bulk density of the negative electrode can be increased. As a result, the negative electrode can be thinned. Further, when the micropore amount Vm2 is 0.650 cc/g or less, high charge/discharge efficiency for the ions can be maintained. On the other hand, when the mesopore amount Vm1 and the micropore amount Vm2 are not less than the lower limit (0.010≦Vm1, 0.001≦Vm2), high input/output characteristics can be obtained.

複合炭素材料1aのBET比表面積は、100m/g以上1,500m/g以下が好ましく、より好ましくは150m/g以上1,100m/g以下、さらに好ましくは180m/g以上550m/g以下である。このBET比表面積が100m/g以上であれば、細孔を適度に保持することができるため、2種以上のアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンの拡散が良好となるため、高い入出力特性を示すことが出来る。また、該イオンのドープ量を高めることができるため、負極を薄膜化することができる。他方、1,500m/g以下であることにより、該イオンの充放電効率が向上するので、サイクル耐久性が損なわれることがない。The BET specific surface area of the composite carbon material 1a is preferably 100 m 2 /g or more and 1,500 m 2 /g or less, more preferably 150 m 2 /g or more and 1,100 m 2 /g or less, and further preferably 180 m 2 /g or more and 550 m. It is 2 /g or less. If the BET specific surface area is 100 m 2 /g or more, the pores can be appropriately held, and thus the diffusion of two or more kinds of alkali metal ions and/or alkaline earth metal ions becomes good, which is high. Input/output characteristics can be shown. Further, since the doping amount of the ions can be increased, the negative electrode can be thinned. On the other hand, when it is 1,500 m 2 /g or less, the charge and discharge efficiency of the ions is improved, and thus cycle durability is not impaired.

複合炭素材料1aの平均細孔径は、高い入出力特性にする点から、20Å以上であることが好ましく、25Å以上であることがより好ましく、30Å以上であることがさらに好ましい。他方、高エネルギー密度にする点から、平均細孔径は、65Å以下であることが好ましく、60Å以下であることがより好ましい。 The average pore diameter of the composite carbon material 1a is preferably 20 Å or more, more preferably 25 Å or more, and further preferably 30 Å or more, from the viewpoint of achieving high input/output characteristics. On the other hand, from the viewpoint of achieving high energy density, the average pore diameter is preferably 65 Å or less, and more preferably 60 Å or less.

複合炭素材料1aの平均粒子径は1μm以上10μm以下であることが好ましい。下限については、より好ましくは2μm以上であり、更に好ましくは2.5μm以上である。上限については、より好ましくは6μm以下であり、更に好ましくは4μm以下である。平均粒子径が1μm以上10μm以下であれば良好な耐久性が保たれる。 The average particle diameter of the composite carbon material 1a is preferably 1 μm or more and 10 μm or less. The lower limit is more preferably 2 μm or more, further preferably 2.5 μm or more. The upper limit is more preferably 6 μm or less, further preferably 4 μm or less. When the average particle diameter is 1 μm or more and 10 μm or less, good durability is maintained.

複合炭素材料1aの水素原子/炭素原子の原子数比(H/C)は、0.05以上0.35以下であることが好ましく、0.05以上0.15以下であることが、より好ましい。H/Cが0.35以下である場合には、活性炭表面に被着している炭素質材料の構造(典型的には、多環芳香族系共役構造)が良好に発達して容量(エネルギー密度)及び充放電効率が高くなる。他方、H/Cが0.05以上である場合には、炭素化が過度に進行することはないため良好なエネルギー密度が得られる。なお、H/Cは元素分析装置により測定される。 The hydrogen atom/carbon atom atomic ratio (H/C) of the composite carbon material 1a is preferably 0.05 or more and 0.35 or less, and more preferably 0.05 or more and 0.15 or less. .. When H/C is 0.35 or less, the structure (typically, a polycyclic aromatic conjugated structure) of the carbonaceous material deposited on the surface of the activated carbon is well developed and the capacity (energy) is increased. Density) and charge/discharge efficiency are increased. On the other hand, when H/C is 0.05 or more, carbonization does not proceed excessively, so that good energy density can be obtained. H/C is measured by an elemental analyzer.

複合炭素材料1aは、前記基材の活性炭に由来するアモルファス構造を有するが、同時に、主に被着した炭素質材料に由来する結晶構造を有する。X線広角回折法によると、該複合炭素材料Aは、(002)面の面間隔d002が3.60Å以上4.00Å以下であり、このピークの半価幅から得られるc軸方向の結晶子サイズLcが8.0Å以上20.0Å以下であるものが好ましく、d002が3.60Å以上3.75Å以下であり、このピークの半価幅から得られるc軸方向の結晶子サイズLcが11.0Å以上16.0Å以下であるものがより好ましい。 The composite carbon material 1a has an amorphous structure derived from the activated carbon of the base material, but at the same time has a crystal structure derived mainly from the deposited carbonaceous material. According to the X-ray wide-angle diffraction method, the composite carbon material A has an interplanar spacing d002 of (002) planes of 3.60 Å or more and 4.00 Å or less, and the crystallite in the c-axis direction obtained from the half width of this peak. It is preferable that the size Lc is 8.0 Å or more and 20.0 Å or less, d002 is 3.60 Å or more and 3.75 Å or less, and the crystallite size Lc in the c-axis direction obtained from the half-value width of this peak is 11. It is more preferably 0 Å or more and 16.0 Å or less.

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

第一及び第二の実施形態において規定する細孔分布範囲を有する複合炭素材料1aを得るためには、該基材に用いる活性炭の細孔分布が重要である。
該活性炭においては、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をV1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をV2(cc/g)としたとき、0.050≦V1≦0.500、0.005≦V2≦1.000、かつ、0.2≦V1/V2≦20.0であることが好ましい。
In order to obtain the composite carbon material 1a having the pore distribution range defined in the first and second embodiments, the pore distribution of the activated carbon used for the base material is important.
In the activated carbon, the amount of mesopores derived from pores having a diameter of 20 Å or more and 500 Å or less calculated by the BJH method is V1 (cc/g), and the amount of micropores derived from pores having a diameter of less than 20 Å calculated by the MP method is When V2 (cc/g) is set, it is preferable that 0.050≦V1≦0.500, 0.005≦V2≦1.000, and 0.2≦V1/V2≦20.0.

メソ孔量V1については、0.050≦V1≦0.350がより好ましく、0.100≦V1≦0.300が更に好ましい。マイクロ孔量V2については、0.005≦V2≦0.850がより好ましく、0.100≦V2≦0.800が更に好ましい。メソ孔量/マイクロ孔量の比率については、0.22≦V1/V2≦15.0がより好ましく、0.25≦V1/V2≦10.0が更に好ましい。活性炭のメソ孔量V1が0.500以下である場合及びマイクロ孔量V2が1.000以下である場合、上記実施形態における複合炭素材料1aの細孔構造を得るためには適量の炭素質材料を被着させれば足りるので、細孔構造を制御し易くなる。一方、活性炭のメソ孔量V1が0.050以上である場合及びマイクロ孔量V2が0.005以上である場合、V1/V2が0.2以上である場合、及びV1/V2が20.0以下である場合にも構造が容易に得られる。 Regarding the mesopore amount V1, 0.050≦V1≦0.350 is more preferable, and 0.100≦V1≦0.300 is further preferable. The micropore amount V2 is more preferably 0.005≦V2≦0.850 and even more preferably 0.100≦V2≦0.800. Regarding the ratio of mesopore amount/micropore amount, 0.22≦V1/V2≦15.0 is more preferable, and 0.25≦V1/V2≦10.0 is further preferable. When the mesopore volume V1 of the activated carbon is 0.500 or less and the micropore volume V2 is 1.000 or less, an appropriate amount of carbonaceous material is required to obtain the pore structure of the composite carbon material 1a in the above embodiment. It suffices to deposit the above, so that it becomes easy to control the pore structure. On the other hand, when the mesopore amount V1 of activated carbon is 0.050 or more, the micropore amount V2 is 0.005 or more, V1/V2 is 0.2 or more, and V1/V2 is 20.0. The structure is easily obtained even in the following cases.

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

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

また、用いるピッチの軟化点は、30℃以上250℃以下が好ましく、60℃以上130℃以下が更に好ましい。軟化点が30℃以上であるピッチはハンドリング性に支障がなく、精度よく仕込むことが可能である。軟化点が250℃以下であるピッチには比較的低分子の化合物を多く含有し、従って該ピッチを用いると、活性炭内の細かい細孔まで被着することが可能となる。
上記の複合炭素材料1aを製造するための具体的方法としては、例えば、炭素質材料前駆体から揮発した炭化水素ガスを含む不活性雰囲気中で活性炭を熱処理し、気相で炭素質材料を被着させる方法が挙げられる。また、活性炭と炭素質材料前駆体とを予め混合し熱処理する方法、又は溶媒に溶解させた炭素質材料前駆体を活性炭に塗布して乾燥させた後に熱処理する方法も可能である。
The softening point of the pitch used is preferably 30°C or higher and 250°C or lower, and more preferably 60°C or higher and 130°C or lower. A pitch having a softening point of 30° C. or higher does not affect the handling property and can be charged with high accuracy. The pitch having a softening point of 250° C. or less contains a large amount of relatively low molecular weight compounds, and therefore, when the pitch is used, it is possible to deposit even fine pores in the activated carbon.
As a specific method for producing the above-mentioned composite carbon material 1a, for example, activated carbon is heat-treated in an inert atmosphere containing a hydrocarbon gas volatilized from a carbonaceous material precursor, and the carbonaceous material is coated in a vapor phase. There is a method of wearing. Further, a method of preliminarily mixing activated carbon and a carbonaceous material precursor and heat treatment, or a method of applying a carbonaceous material precursor dissolved in a solvent to activated carbon and drying it and then heat treating it is also possible.

複合炭素材料1aにおける該炭素質材料の該活性炭に対する質量比率が10%以上100%以下であるものが好ましい。この質量比率は、好ましくは15%以上80%以下でありである。炭素質材料の質量比率が10%以上であれば、該活性炭が有していたマイクロ孔を該炭素質材料で適度に埋めることができ、2種以上のアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンの充放電効率が向上するから、サイクル耐久性が損なわれることがない。また、炭素質材料の質量比率が100%以下であれば、複合炭素材料1aの細孔が適度に保持されて比表面積が大きいまま維持される。そのため、2種以上のアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンのドープ量を高めることができる結果から、負極を薄膜化しても高出力密度かつ高耐久性を維持することができる。 The mass ratio of the carbonaceous material to the activated carbon in the composite carbon material 1a is preferably 10% or more and 100% or less. This mass ratio is preferably 15% or more and 80% or less. If the mass ratio of the carbonaceous material is 10% or more, the micropores of the activated carbon can be appropriately filled with the carbonaceous material, and two or more kinds of alkali metal ions and/or alkaline earth metals can be used. Since the charge/discharge efficiency of ions is improved, the cycle durability is not impaired. Further, if the mass ratio of the carbonaceous material is 100% or less, the pores of the composite carbon material 1a are appropriately held and the specific surface area is maintained large. Therefore, as a result of being able to increase the doping amount of two or more kinds of alkali metal ions and/or alkaline earth metal ions, high output density and high durability can be maintained even if the negative electrode is thinned.

‐複合炭素材料1b‐
複合炭素材料1bは、BET比表面積が0.5m/g以上80m/g以下の炭素材料1種以上を前記基材として用いた前記複合炭素材料である。該基材は、特に制限されるものではないが、天然黒鉛、人造黒鉛、低結晶黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン、カーボンブラック等を好適に用いることができる。
-Composite carbon material 1b-
The composite carbon material 1b is the composite carbon material using at least one carbon material having a BET specific surface area of 0.5 m 2 /g or more and 80 m 2 /g or less as the base material. The base material is not particularly limited, but natural graphite, artificial graphite, low crystal graphite, hard carbon, soft carbon, carbon black and the like can be preferably used.

複合炭素材料1bのBET比表面積は、1m/g以上50m/g以下が好ましく、より好ましくは1.5m/g以上40m/g以下、さらに好ましくは2m/g以上25m/g以下である。このBET比表面積が1m/g以上であれば、2種以上のアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンとの反応場を十分に確保できるため、高い入出力特性を示すことが出来る。他方、50m/g以下であれば、該イオンの充放電効率が向上し、かつ充放電中の非水系電解液の分解反応が抑制されるため、高いサイクル耐久性を示すことが出来る。BET specific surface area of the composite carbon material. 1b, 1 m 2 / g or more 50 m 2 / g or less, more preferably 1.5 m 2 / g or more 40 m 2 / g or less, more preferably 2m 2 / g or more 25 m 2 / g or less. If the BET specific surface area is 1 m 2 /g or more, a reaction field with two or more kinds of alkali metal ions and/or alkaline earth metal ions can be sufficiently secured, and thus high input/output characteristics can be exhibited. On the other hand, when it is 50 m 2 /g or less, the charge/discharge efficiency of the ions is improved, and the decomposition reaction of the non-aqueous electrolyte solution during charge/discharge is suppressed, so that high cycle durability can be exhibited.

複合炭素材料1bの平均粒子径は1μm以上10μm以下であることが好ましい。この平均粒子径は、より好ましくは2μm以上8μm以下、さらに好ましくは3μm以上6μm以下である。平均粒子径が1μm以上であれば、2種以上のアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンの充放電効率が向上できるため、高いサイクル耐久性を示すことが出来る。他方、10μm以下であれば、複合炭素材料1bと非水系電解液との反応面積が増加するため、高い入出力特性を示すことができる。 The average particle diameter of the composite carbon material 1b is preferably 1 μm or more and 10 μm or less. The average particle diameter is more preferably 2 μm or more and 8 μm or less, and further preferably 3 μm or more and 6 μm or less. When the average particle diameter is 1 μm or more, the charge/discharge efficiency of two or more kinds of alkali metal ions and/or alkaline earth metal ions can be improved, and thus high cycle durability can be exhibited. On the other hand, when the thickness is 10 μm or less, the reaction area between the composite carbon material 1b and the non-aqueous electrolyte solution increases, so that high input/output characteristics can be exhibited.

複合炭素材料1bにおける該炭素質材料の該基材に対する質量比率は1%以上30%以下が好ましい。この質量比率は、より好ましくは1.2%以上25%以下、さらに好ましくは1.5%以上20%以下である。炭素質材料の質量比率が1%以上であれば、該炭素質材料により2種以上のアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンとの反応サイトを十分に増加でき、かつ該イオンの脱溶媒和も容易となるため、高い入出力特性を示すことが出来る。他方、炭素質材料の質量比率が20%以下であれば、該炭素質材料と該基材との間の2種以上のアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンの固体内拡散を良好に保持できるため、高い入出力特性を示すことが出来る。また、該イオンの充放電効率が向上出来るため、高いサイクル耐久性を示すことが出来る。 The mass ratio of the carbonaceous material to the base material in the composite carbon material 1b is preferably 1% or more and 30% or less. This mass ratio is more preferably 1.2% or more and 25% or less, and further preferably 1.5% or more and 20% or less. When the mass ratio of the carbonaceous material is 1% or more, the carbonaceous material can sufficiently increase the reaction sites with two or more kinds of alkali metal ions and/or alkaline earth metal ions, and desolvate the ions. Since the sum is easy, high input/output characteristics can be exhibited. On the other hand, when the mass ratio of the carbonaceous material is 20% or less, diffusion of two or more kinds of alkali metal ions and/or alkaline earth metal ions between the carbonaceous material and the base material in the solid state can be favorably performed. Since it can be held, high input/output characteristics can be exhibited. Further, since the charge/discharge efficiency of the ions can be improved, high cycle durability can be exhibited.

複合炭素材料1bの単位質量当たりのリチウムイオンのドープ量は、50mAh/g以上700mAh/g以下であることが好ましく、より好ましくは70mAh/g以上650mAh/g以下、さらに好ましくは90mAh/g以上600mAh/g以下、特に好ましくは100mAh/g以上550mAh/g以下である。
2種以上のアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンをドープすることにより、負極電位が低くなる。従って、該イオンがドープされた複合炭素材料1bを含む負極を正極と組み合わせた場合には、非水系アルカリ金属イオンキャパシタの電圧が高くなるとともに、正極の利用容量が大きくなる。そのため、得られる非水系アルカリ金属イオンキャパシタの容量及びエネルギー密度が高くなる。
該ドープ量が50mAh/g以上であれば、複合炭素材料1bにおけるリ2種以上のアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンを一旦挿入したら脱離し得ない不可逆なサイトにも該イオンが良好にドープされるため、高いエネルギー密度が得られる。ドープ量が多いほど負極電位が下がり、入出力特性、エネルギー密度、及び耐久性は向上する。
一方で、リチウムイオンのドープ量が700mAh/g以下であれば、アルカリ金属の析出等の副作用が発生するおそれがない。
The doping amount of lithium ions per unit mass of the composite carbon material 1b is preferably 50 mAh/g or more and 700 mAh/g or less, more preferably 70 mAh/g or more and 650 mAh/g or less, and further preferably 90 mAh/g or more and 600 mAh or less. /G or less, particularly preferably 100 mAh/g or more and 550 mAh/g or less.
Doping with two or more kinds of alkali metal ions and/or alkaline earth metal ions lowers the negative electrode potential. Therefore, when the negative electrode including the composite carbon material 1b doped with the ions is combined with the positive electrode, the voltage of the non-aqueous alkali metal ion capacitor increases and the usable capacity of the positive electrode increases. Therefore, the capacity and energy density of the obtained non-aqueous alkali metal ion capacitor are increased.
If the doping amount is 50 mAh/g or more, the ion is good even in an irreversible site where two or more kinds of alkali metal ions and/or alkaline earth metal ions in the composite carbon material 1b cannot be desorbed once inserted. A high energy density can be obtained because it is doped with. The larger the doping amount, the lower the negative electrode potential and the better the input/output characteristics, energy density, and durability.
On the other hand, if the doping amount of lithium ions is 700 mAh/g or less, side effects such as precipitation of alkali metal are unlikely to occur.

以下、複合炭素材料1bの好ましい例として、該基材として黒鉛材料を用いた複合炭素材料1bについて説明していく。 Hereinafter, as a preferred example of the composite carbon material 1b, the composite carbon material 1b using a graphite material as the base material will be described.

複合炭素材料1bの平均粒子径は1μm以上10μm以下であることが好ましい。この平均粒子径は、より好ましくは2μm以上8μm以下、さらに好ましくは3μm以上6μm以下である。平均粒子径が1μm以上であれば、2種以上のアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンの充放電効率が向上できるため、高いサイクル耐久性を示すことが出来る。他方、10μm以下であれば、複合炭素材料1bと非水系電解液との反応面積が増加するため、高い入出力特性を示すことができる。 The average particle diameter of the composite carbon material 1b is preferably 1 μm or more and 10 μm or less. The average particle diameter is more preferably 2 μm or more and 8 μm or less, and further preferably 3 μm or more and 6 μm or less. When the average particle diameter is 1 μm or more, the charge/discharge efficiency of two or more kinds of alkali metal ions and/or alkaline earth metal ions can be improved, and thus high cycle durability can be exhibited. On the other hand, when the thickness is 10 μm or less, the reaction area between the composite carbon material 1b and the non-aqueous electrolyte solution increases, so that high input/output characteristics can be exhibited.

複合炭素材料1bのBET比表面積は、1m/g以上20m/g以下であることが好ましく、より好ましくは1m/g以上15m/g以下である。このBET比表面積が1m/g以上であれば、2種以上のアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンとの反応場を十分に確保できるため、高い入出力特性を示すことが出来る。他方、20m/g以下であれば、該イオンの充放電効率が向上し、かつ充放電中の非水系電解液の分解反応が抑制されるため、高いサイクル耐久性を示すことが出来る。The BET specific surface area of the composite carbon material 1b is preferably 1 m 2 /g or more and 20 m 2 /g or less, and more preferably 1 m 2 /g or more and 15 m 2 /g or less. If the BET specific surface area is 1 m 2 /g or more, a reaction field with two or more kinds of alkali metal ions and/or alkaline earth metal ions can be sufficiently secured, and thus high input/output characteristics can be exhibited. On the other hand, when it is 20 m 2 /g or less, the charge/discharge efficiency of the ions is improved and the decomposition reaction of the non-aqueous electrolyte solution during charge/discharge is suppressed, so that high cycle durability can be exhibited.

該基材として用いる前記黒鉛材料としては、得られる複合炭素材料1bが所望の特性を発揮する限り、特に制限はない。例えば人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛化メソフェーズカーボン小球体、黒鉛ウイスカ等を使用することができる。該黒鉛材料の平均粒子径は、好ましくは1μm以上10μm以下、より好ましくは2μm以上8μm以下である。 The graphite material used as the base material is not particularly limited as long as the obtained composite carbon material 1b exhibits desired characteristics. For example, artificial graphite, natural graphite, graphitized mesophase carbon microspheres, graphite whiskers and the like can be used. The average particle diameter of the graphite material is preferably 1 μm or more and 10 μm or less, more preferably 2 μm or more and 8 μm or less.

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

複合炭素材料1bにおける該炭素質材料の該黒鉛材料に対する質量比率は1%以上10%以下が好ましい。この質量比率は、より好ましくは1.2%以上8%以下、さらに好ましくは1.5%以上6%以下、特に好ましくは2%以上5%以下である。炭素質材料の質量比率が1%以上であれば、該炭素質材料により2種以上のアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンとの反応サイトを十分に増加でき、かつ該イオンの脱溶媒和も容易となるため、高い入出力特性を示すことが出来る。他方、炭素質材料の質量比率が20%以下であれば、該炭素質材料と該黒鉛材料との間の該イオンの固体内拡散を良好に保持できるため、高い入出力特性を示すことが出来る。また、該イオンの充放電効率が向上出来るため、高いサイクル耐久性を示すことが出来る。 The mass ratio of the carbonaceous material to the graphite material in the composite carbon material 1b is preferably 1% or more and 10% or less. This mass ratio is more preferably 1.2% or more and 8% or less, further preferably 1.5% or more and 6% or less, and particularly preferably 2% or more and 5% or less. When the mass ratio of the carbonaceous material is 1% or more, the carbonaceous material can sufficiently increase the reaction sites with two or more kinds of alkali metal ions and/or alkaline earth metal ions, and desolvate the ions. Since the sum is easy, high input/output characteristics can be exhibited. On the other hand, when the mass ratio of the carbonaceous material is 20% or less, the diffusion of the ions in the solid between the carbonaceous material and the graphite material can be favorably maintained, so that high input/output characteristics can be exhibited. .. Further, since the charge/discharge efficiency of the ions can be improved, high cycle durability can be exhibited.

(負極活物質層のその他の成分)
本発明における負極活物質層は、必要に応じて、負極活物質の他に、導電性フィラー、結着剤、分散安定剤等の任意成分を含んでいてもよい。
(Other components of the negative electrode active material layer)
The negative electrode active material layer in the present invention may optionally contain an optional component such as a conductive filler, a binder, a dispersion stabilizer, etc., in addition to the negative electrode active material.

導電性フィラーの種類は特に制限されるものではないが、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、気相成長炭素繊維等が例示される。導電性フィラーの使用量は、負極活物質100質量部に対して、好ましくは0質量部以上30質量部以下であり、より好ましくは0質量部以上20質量部以下、さらに好ましくは0質量部超15質量部以下である。
結着剤としては、特に制限されるものではないが、例えばPVdF(ポリフッ化ビニリデン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、ポリイミド、ラテックス、スチレン−ブタジエン共重合体、フッ素ゴム、アクリル共重合体等を用いることができる。結着剤の使用量は、負極活物質100質量部に対して、好ましくは1質量部以上30質量部以下であり、より好ましくは2質量部以上27質量部以下、さらに好ましくは3質量部以上25質量部以下である。結着剤の量が1質量%以上であれば、十分な電極強度が発現される。一方で結着剤の量が30質量部以下であれば、負極活物質へのアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンの出入りを阻害せず、高い入出力特性が発現される。
分散安定剤としては、特に制限されるものではないが、例えばPVP(ポリビニルピロリドン)、PVA(ポリビニルアルコール)、セルロース誘導体等を用いることができる。分散安定剤の使用量は、負極活物質100質量部に対して、好ましくは0質量部以上10質量部以下である。分散安定剤の量が10質量部以下であれば、負極活物質へのアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンの出入りを阻害せず、高い入出力特性が発現される。
The type of conductive filler is not particularly limited, but examples thereof include acetylene black, Ketjen black, and vapor grown carbon fiber. The amount of the conductive filler used is preferably 0 parts by mass or more and 30 parts by mass or less, more preferably 0 parts by mass or more and 20 parts by mass or less, and further preferably more than 0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material. It is 15 parts by mass or less.
The binder is not particularly limited, but for example, PVdF (polyvinylidene fluoride), PTFE (polytetrafluoroethylene), polyimide, latex, styrene-butadiene copolymer, fluororubber, acrylic copolymer, etc. Can be used. The amount of the binder used is preferably 1 part by mass or more and 30 parts by mass or less, more preferably 2 parts by mass or more and 27 parts by mass or less, and further preferably 3 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material. It is 25 parts by mass or less. When the amount of the binder is 1% by mass or more, sufficient electrode strength is exhibited. On the other hand, when the amount of the binder is 30 parts by mass or less, the input/output of alkali metal ions and/or alkaline earth metal ions to/from the negative electrode active material is not hindered, and high input/output characteristics are exhibited.
The dispersion stabilizer is not particularly limited, but, for example, PVP (polyvinylpyrrolidone), PVA (polyvinyl alcohol), cellulose derivative or the like can be used. The amount of the dispersion stabilizer used is preferably 0 part by mass or more and 10 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material. When the amount of the dispersion stabilizer is 10 parts by mass or less, the input/output of alkali metal ions and/or alkaline earth metal ions to/from the negative electrode active material is not hindered, and high input/output characteristics are exhibited.

[負極集電体]
本発明における負極集電体を構成する材料としては、電子伝導性が高く、電解液への溶出及び電解質又はイオンとの反応等による劣化がおこらない金属箔であることが好ましい。このような金属箔としては、特に制限はなく、例えば、アルミニウム箔、銅箔、ニッケル箔、ステンレス鋼箔等が挙げられる。第一及び第二の実施形態の非水系アルカリ金属イオンキャパシタにおける負極集電体としては、銅箔が好ましい。
前記金属箔は凹凸や貫通孔を持たない通常の金属箔でもよいし、エンボス加工、ケミカルエッチング、電解析出法、ブラスト加工等を施した凹凸を有する金属箔でもよいし、エキスパンドメタル、パンチングメタル、エッチング箔等の貫通孔を有する金属箔でもよい。
負極集電体の厚みは、負極の形状及び強度を十分に保持できれば特に制限はないが、例えば、1〜100μmが好ましい。
[Negative electrode current collector]
The material forming the negative electrode current collector in the present invention is preferably a metal foil which has high electron conductivity and does not deteriorate due to elution into an electrolytic solution or reaction with an electrolyte or ions. The metal foil is not particularly limited, and examples thereof include aluminum foil, copper foil, nickel foil, and stainless steel foil. A copper foil is preferred as the negative electrode current collector in the non-aqueous alkali metal ion capacitors of the first and second embodiments.
The metal foil may be a normal metal foil having no irregularities or through holes, or a metal foil having irregularities subjected to embossing, chemical etching, electrolytic deposition, blasting, etc., expanded metal, punching metal. Alternatively, a metal foil having a through hole such as an etching foil may be used.
The thickness of the negative electrode current collector is not particularly limited as long as the shape and strength of the negative electrode can be sufficiently retained, but for example, 1 to 100 μm is preferable.

[負極の製造]
負極は、負極集電体の片面上又は両面上に負極活物質層を有して成る。典型的な態様において負極活物質層は負極集電体に固着している。
負極は、既知のリチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ等における電極の製造技術によって製造することが可能である。例えば、負極活物質を含む各種材料を水又は有機溶剤中に分散又は溶解してスラリー状の塗工液を調製し、この塗工液を負極集電体上の片面又は両面に塗工して塗膜を形成し、これを乾燥することにより負極を得ることが出来る。さらに得られた負極にプレスを施して、負極活物質層の膜厚や嵩密度を調整してもよい。或いは、溶剤を使用せずに、負極活物質を含む各種材料を乾式で混合し、得られた混合物をプレス成型した後、導電性接着剤を用いて負極集電体に貼り付ける方法も可能である。
塗工液の調製は、負極活物質を含む各種材料粉末の一部若しくは全部をドライブレンドし、次いで水又は有機溶媒、及び/又はそれらに結着剤や分散安定剤が溶解又は分散した液状又はスラリー状の物質を追加して調製してもよい。また、水又は有機溶媒に結着剤や分散安定剤が溶解又は分散した液状又はスラリー状の物質の中に、負極活物質を含む各種材料粉末を追加して調製してもよい。前記塗工液の調製は特に制限されるものではないが、好適にはホモディスパーや多軸分散機、プラネタリーミキサー、薄膜旋回型高速ミキサー等の分散機等を用いることが出来る。良好な分散状態の塗工液を得るためには、周速1m/s以上50m/s以下で分散することが好ましい。周速1m/s以上であれば、各種材料が良好に溶解又は分散するため好ましい。また、50m/s以下であれば、分散による熱やせん断力により各種材料が破壊されることなく、再凝集が生じることがないため好ましい。
[Manufacture of negative electrode]
The negative electrode has a negative electrode active material layer on one surface or both surfaces of the negative electrode current collector. In a typical embodiment, the negative electrode active material layer is fixed to the negative electrode current collector.
The negative electrode can be manufactured by a known electrode manufacturing technique for a lithium ion battery, an electric double layer capacitor, or the like. For example, various materials containing a negative electrode active material are dispersed or dissolved in water or an organic solvent to prepare a slurry coating liquid, and the coating liquid is applied to one surface or both surfaces of a negative electrode current collector. A negative electrode can be obtained by forming a coating film and drying it. Further, the obtained negative electrode may be pressed to adjust the film thickness and bulk density of the negative electrode active material layer. Alternatively, a method of dry-mixing various materials including a negative electrode active material without using a solvent, press-molding the obtained mixture, and then sticking the mixture to a negative electrode current collector using a conductive adhesive is also possible. is there.
The coating liquid is prepared by dry blending a part or all of various material powders containing the negative electrode active material, and then dissolving or dispersing water or an organic solvent, and/or a binder or a dispersion stabilizer into a liquid or A slurry-like substance may be additionally prepared. Further, various material powders containing the negative electrode active material may be added to and prepared in a liquid or slurry substance in which a binder or a dispersion stabilizer is dissolved or dispersed in water or an organic solvent. The preparation of the coating solution is not particularly limited, but a homodisper, a multi-axis disperser, a planetary mixer, a thin film swirl type high speed mixer, or the like can be preferably used. In order to obtain a coating liquid in a good dispersion state, it is preferable to disperse at a peripheral speed of 1 m/s or more and 50 m/s or less. When the peripheral speed is 1 m/s or more, various materials are preferably dissolved or dispersed, which is preferable. Further, if it is 50 m/s or less, various materials are not destroyed by heat and shearing force due to dispersion and re-aggregation does not occur, which is preferable.

前記塗工液の粘度(ηb)は、1,000mPa・s以上20,000mPa・s以下が好ましく、より好ましくは1,500mPa・s以上10,000mPa・s以下、さらに好ましくは1,700mPa・s以上5,000mPa・s以下である。粘度(ηb)が1,000mPa・s以上であれば、塗膜形成時の液ダレが抑制され、塗膜幅及び厚みが良好に制御できる。また、20,000mPa・s以下であれば、塗工機を用いた際の塗工液の流路における圧力損失が少なく安定に塗工でき、また所望の塗膜厚み以下に制御できる。
また、前記塗工液のTI値(チクソトロピーインデックス値)は、1.1以上が好ましく、より好ましくは1.2以上、さらに好ましくは1.5以上である。TI値が1.1以上であれば、塗膜幅及び厚みが良好に制御できる。
前記塗膜の形成は特に制限されるものではないが、好適にはダイコーターやコンマコーター、ナイフコーター、グラビア塗工機等の塗工機を用いることが出来る。塗膜は単層塗工で形成してもよいし、多層塗工して形成してもよい。また、塗工速度は0.1m/分以上100m/分以下であることが好ましく、より好ましくは0.5m/分以上70m/分以下、さらに好ましくは1m/分以上50m/分以下である。塗工速度が0.1m/分以上であれば、安定に塗工出来る。他方、100m/分以下であれば、塗工精度を十分に確保できる。
The viscosity (ηb) of the coating liquid is preferably 1,000 mPa·s or more and 20,000 mPa·s or less, more preferably 1,500 mPa·s or more and 10,000 mPa·s or less, and further preferably 1,700 mPa·s. The above is 5,000 mPa·s or less. When the viscosity (ηb) is 1,000 mPa·s or more, liquid dripping during the coating film formation is suppressed, and the coating film width and thickness can be well controlled. Further, when it is 20,000 mPa·s or less, pressure loss in the flow path of the coating liquid when using a coating machine is small, stable coating can be performed, and it can be controlled to a desired coating film thickness or less.
The TI value (thixotropy index value) of the coating liquid is preferably 1.1 or more, more preferably 1.2 or more, still more preferably 1.5 or more. When the TI value is 1.1 or more, the coating film width and thickness can be well controlled.
Formation of the coating film is not particularly limited, but a coating machine such as a die coater, a comma coater, a knife coater, or a gravure coating machine can be preferably used. The coating film may be formed by a single layer coating or a multilayer coating. The coating speed is preferably 0.1 m/min or more and 100 m/min or less, more preferably 0.5 m/min or more and 70 m/min or less, and further preferably 1 m/min or more and 50 m/min or less. If the coating speed is 0.1 m/min or more, stable coating can be performed. On the other hand, if it is 100 m/min or less, sufficient coating accuracy can be secured.

前記塗膜の乾燥は特に制限されるものではないが、好適には熱風乾燥や赤外線(IR)乾燥等の乾燥方法を用いることが出来る。塗膜の乾燥は、単一の温度で乾燥させてもよいし、多段的に温度を変えて乾燥させてもよい。また、複数の乾燥方法を組み合わせて乾燥させてもよい。乾燥温度は、25℃以上200℃以下であることが好ましく、より好ましくは40℃以上180℃以下、さらに好ましくは50℃以上160℃以下である。乾燥温度が25℃以上であれば、塗膜中の溶媒を十分に揮発させることが出来る。他方、200℃以下であれば、急激な溶媒の揮発による塗膜のヒビ割れやマイグレーションによる結着剤の偏在、負極集電体や負極活物質層の酸化を抑制できる。
前記負極のプレスは特に制限されるものではないが、好適には油圧プレス機、真空プレス機等のプレス機を用いることが出来る。負極活物質層の膜厚、嵩密度及び電極強度は後述するプレス圧力、隙間、プレス部の表面温度により調整できる。プレス圧力は0.5kN/cm以上20kN/cm以下が好ましく、より好ましくは1kN/cm以上10kN/cm以下、さらに好ましくは2kN/cm以上7kN/cm以下である。プレス圧力が0.5kN/cm以上であれば、電極強度を十分に高くできる。他方、20kN/cm以下であれば、負極に撓みやシワが生じることがなく、所望の負極活物質層膜厚や嵩密度に調整できる。また、プレスロール同士の隙間は所望の負極活物質層の膜厚や嵩密度となるように乾燥後の負極膜厚に応じて任意の値を設定できる。さらに、プレス速度は負極に撓みやシワが生じない任意の速度に設定できる。また、プレス部の表面温度は室温でもよいし、必要により加熱してもよい。加熱する場合のプレス部の表面温度の下限は、使用する結着剤の融点マイナス60℃以上が好ましく、より好ましくは45℃以上、さらに好ましくは30℃以上である。他方、加熱する場合のプレス部の表面温度の上限は、使用する結着剤の融点プラス50℃以下が好ましく、より好ましくは30℃以下、さらに好ましくは20℃以下である。例えば、結着剤にPVdF(ポリフッ化ビニリデン:融点150℃)を用いた場合、90℃以上200℃以下に加温することが好ましく、より好ましく105℃以上180℃以下、さらに好ましくは120℃以上170℃以下に加熱することである。また、結着剤にスチレン−ブタジエン共重合体(融点100℃)を用いた場合、40℃以上150℃以下に加温することが好ましく、より好ましくは55℃以上130℃以下、さらに好ましくは70℃以上120℃以下に加温することである。
The drying of the coating film is not particularly limited, but a drying method such as hot air drying or infrared (IR) drying can be preferably used. Drying of the coating film may be performed at a single temperature or may be performed by changing the temperature in multiple stages. Also, a plurality of drying methods may be combined and dried. The drying temperature is preferably 25°C or higher and 200°C or lower, more preferably 40°C or higher and 180°C or lower, and further preferably 50°C or higher and 160°C or lower. When the drying temperature is 25°C or higher, the solvent in the coating film can be sufficiently volatilized. On the other hand, when the temperature is 200° C. or less, cracking of the coating film due to rapid volatilization of the solvent and uneven distribution of the binder due to migration, and oxidation of the negative electrode current collector and the negative electrode active material layer can be suppressed.
The press of the negative electrode is not particularly limited, but a press machine such as a hydraulic press machine or a vacuum press machine can be preferably used. The film thickness, bulk density, and electrode strength of the negative electrode active material layer can be adjusted by the pressing pressure, the gap, and the surface temperature of the pressing part described later. The pressing pressure is preferably 0.5 kN/cm or more and 20 kN/cm or less, more preferably 1 kN/cm or more and 10 kN/cm or less, and further preferably 2 kN/cm or more and 7 kN/cm or less. If the pressing pressure is 0.5 kN/cm or more, the electrode strength can be sufficiently increased. On the other hand, when it is 20 kN/cm or less, the negative electrode is not bent or wrinkled, and the desired negative electrode active material layer thickness and bulk density can be adjusted. Further, the gap between the press rolls can be set to an arbitrary value according to the thickness of the negative electrode after drying so that the desired thickness and bulk density of the negative electrode active material layer can be obtained. Further, the pressing speed can be set to any speed at which the negative electrode does not bend or wrinkle. The surface temperature of the press part may be room temperature or may be heated if necessary. The lower limit of the surface temperature of the pressed part when heating is preferably the melting point of the binder used minus 60°C or higher, more preferably 45°C or higher, and further preferably 30°C or higher. On the other hand, the upper limit of the surface temperature of the pressed part when heated is preferably the melting point of the binder used plus 50° C. or lower, more preferably 30° C. or lower, and further preferably 20° C. or lower. For example, when PVdF (polyvinylidene fluoride: melting point 150° C.) is used as the binder, it is preferably heated to 90° C. or higher and 200° C. or lower, more preferably 105° C. or higher and 180° C. or lower, still more preferably 120° C. or higher. It is to heat to 170° C. or lower. When a styrene-butadiene copolymer (melting point 100°C) is used as the binder, it is preferably heated to 40°C or higher and 150°C or lower, more preferably 55°C or higher and 130°C or lower, and further preferably 70°C. It is to heat above ℃ and below 120 ℃.

結着剤の融点は、DSC(Differential Scanning Calorimetry、示差走査熱量分析)の吸熱ピーク位置で求めることができる。例えば、パーキンエルマー社製の示差走査熱量計「DSC7」を用いて、試料樹脂10mgを測定セルにセットし、窒素ガス雰囲気中で、温度30℃から10℃/分の昇温速度で250℃まで昇温し、昇温過程における吸熱ピーク温度が融点となる。
また、プレス圧力、隙間、速度、プレス部の表面温度の条件を変えながら複数回プレスを実施してもよい。
負極活物質層の厚みは、片面当たり、5μm以上100μm以下が好ましい。前記負極活物質層の厚みの下限は、より好ましくは7μm以上であり、さらに好ましくは10μm以上である。前記負極活物質層の厚みの上限は、より好ましくは80μm以下であり、さらに好ましくは60μm以下である。この厚さが5μm以上であれば、負極活物質層を塗工した際にスジ等が発生せず塗工性に優れる。他方、この厚さが100μm以下であれば、セル体積を縮小することによって高いエネルギー密度を発現できる。なお、集電体が貫通孔や凹凸を有する場合における負極活物質層の厚さとは、集電体の貫通孔や凹凸を有していない部分の片面当たりの厚さの平均値をいう。
負極活物質層の嵩密度は、好ましくは0.30g/cm以上1.8g/cm以下であり、より好ましくは0.40g/cm以上1.5g/cm以下、さらに好ましくは0.45g/cm以上1.3g/cm以下である。嵩密度が0.30g/cm以上であれば、十分な強度を保つことができるとともに、負極活物質間の十分な導電性を発現することができる。また、1.8g/cm以下であれば、負極活物質層内でイオンが十分に拡散できる空孔が確保できる。
The melting point of the binder can be determined by the endothermic peak position of DSC (Differential Scanning Calorimetry). For example, using a differential scanning calorimeter “DSC7” manufactured by Perkin Elmer Co., Ltd., 10 mg of the sample resin is set in the measuring cell, and the temperature is increased from 30° C. to 250° C. at a heating rate of 10° C./min in a nitrogen gas atmosphere. The temperature rises, and the endothermic peak temperature in the temperature rising process becomes the melting point.
Further, the pressing may be carried out plural times while changing the conditions of the pressing pressure, the gap, the speed, and the surface temperature of the pressing portion.
The thickness of the negative electrode active material layer is preferably 5 μm or more and 100 μm or less per one surface. The lower limit of the thickness of the negative electrode active material layer is more preferably 7 μm or more, further preferably 10 μm or more. The upper limit of the thickness of the negative electrode active material layer is more preferably 80 μm or less, further preferably 60 μm or less. When the thickness is 5 μm or more, streaks and the like do not occur when the negative electrode active material layer is applied, and the coatability is excellent. On the other hand, if this thickness is 100 μm or less, a high energy density can be exhibited by reducing the cell volume. The thickness of the negative electrode active material layer in the case where the current collector has through holes or irregularities refers to the average value of the thickness of one side of the current collector that does not have through holes or irregularities.
The bulk density of the negative electrode active material layer is preferably 0.30 g/cm 3 or more and 1.8 g/cm 3 or less, more preferably 0.40 g/cm 3 or more and 1.5 g/cm 3 or less, and further preferably 0. .45g / cm 3 or more 1.3g / cm 3 or less. When the bulk density is 0.30 g/cm 3 or more, sufficient strength can be maintained and sufficient conductivity between negative electrode active materials can be exhibited. Further, when it is 1.8 g/cm 3 or less, pores capable of sufficiently diffusing ions can be secured in the negative electrode active material layer.

本発明におけるBET比表面積及びメソ孔量、マイクロ孔量は、それぞれ以下の方法によって求められる値である。試料を200℃で一昼夜真空乾燥し、窒素を吸着質として吸脱着の等温線の測定を行なう。ここで得られる吸着側の等温線を用いて、BET比表面積はBET多点法又はBET1点法により、メソ孔量はBJH法により、マイクロ孔量はMP法により、それぞれ算出される。
BJH法は一般的にメソ孔の解析に用いられる計算方法で、Barrett, Joyner, Halendaらにより提唱されたものである(非特許文献1)。
また、MP法とは、「t−プロット法」(非特許文献2)を利用して、マイクロ孔容積、マイクロ孔面積、及びマイクロ孔の分布を求める方法を意味し、M.Mikhail, Brunauer, Bodorにより考案された方法である(非特許文献3)。
The BET specific surface area, the amount of mesopores, and the amount of micropores in the present invention are values obtained by the following methods. The sample is vacuum dried at 200° C. for a whole day and night, and adsorption and desorption isotherms are measured using nitrogen as an adsorbate. Using the adsorption-side isotherm obtained here, the BET specific surface area is calculated by the BET multipoint method or the BET one-point method, the mesopore amount is calculated by the BJH method, and the micropore amount is calculated by the MP method.
The BJH method is a calculation method generally used for mesopore analysis, and is proposed by Barrett, Joyner, Halenda et al. (Non-patent Document 1).
Further, the MP method means a method of obtaining a micropore volume, a micropore area, and a distribution of micropores by utilizing the “t-plot method” (Non-Patent Document 2). This is a method devised by Mikhail, Brunauer, Bodor (Non-Patent Document 3).

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

<外装体>
外装体としては、金属缶、ラミネートフィルム等を使用できる。
前記金属缶としては、アルミニウム製のものが好ましい。
前記ラミネートフィルムとしては、金属箔と樹脂フィルムとを積層したフィルムが好ましく、外層樹脂フィルム/金属箔/内装樹脂フィルムから成る3層構成のものが例示される。外層樹脂フィルムは、接触等により金属箔が損傷を受けることを防止するためのものであり、ナイロン又はポリエステル等の樹脂が好適に使用できる。金属箔は水分及びガスの透過を防ぐためのものであり、銅、アルミニウム、ステンレス等の箔が好適に使用できる。また、内装樹脂フィルムは、内部に収納する電解液から金属箔を保護するとともに、外装体のヒートシール時に溶融封口させるためのものであり、ポリオレフィン、酸変成ポリオレフィン等が好適に使用できる。
<Exterior body>
As the outer package, a metal can, a laminated film, or the like can be used.
The metal can is preferably made of aluminum.
The laminate film is preferably a film obtained by laminating a metal foil and a resin film, and is exemplified by a three-layered film composed of outer layer resin film/metal foil/interior resin film. The outer layer resin film is for preventing the metal foil from being damaged by contact or the like, and a resin such as nylon or polyester can be preferably used. The metal foil is for preventing the permeation of moisture and gas, and foils of copper, aluminum, stainless steel and the like can be preferably used. The interior resin film is for protecting the metal foil from the electrolytic solution contained therein and for melting and sealing at the time of heat-sealing the exterior body, and polyolefin, acid-modified polyolefin or the like can be preferably used.

[電解液]
第一及び第二の実施形態における電解液は非水系電解液である。すなわちこの電解液は、後述する非水溶媒を含む。第一の実施形態では、非水系電解液は、前記非水系電解液の総量を基準として、0.5mol/L以上のアルカリ金属塩及び/又はアルカリ土類金属塩を含有することが好ましい。第二の実施形態では、非水系電解液は、1種以上のアルカリ金属イオンと1種以上のアルカリ土類金属イオンとを電解質として含む。
本発明の第一の実施形態において、非水系アルカリ金属イオンキャパシタの電解液中に、異なる2種以上のアルカリ金属イオンが含まれていることが好ましく、2種以上4種以下のアルカリ金属イオンが含まれていることがより好ましい。非水系アルカリ金属イオンキャパシタの充放電時には、正極活性炭表面でアルカリ金属イオンの挿入脱離反応が進行する。この際、2種以上のイオン半径の異なるアルカリ金属イオンが電解液中に存在する場合、イオン半径の大きなアルカリ金属イオンが活性炭の細孔を拡張することで、イオン半径の小さなアルカリ金属イオンが効率的に挿入脱離反応を行うことができ、高出力特性が向上する。
[Electrolyte]
The electrolytic solution in the first and second embodiments is a non-aqueous electrolytic solution. That is, this electrolytic solution contains a non-aqueous solvent described later. In the first embodiment, the non-aqueous electrolyte solution preferably contains 0.5 mol/L or more of an alkali metal salt and/or an alkaline earth metal salt based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. In the second embodiment, the non-aqueous electrolyte solution contains at least one alkali metal ion and at least one alkaline earth metal ion as electrolytes.
In the first embodiment of the present invention, it is preferable that two or more different alkali metal ions are contained in the electrolytic solution of the non-aqueous alkali metal ion capacitor, and two or more and four or less alkali metal ions are contained. More preferably, it is included. During charging/discharging of the non-aqueous alkali metal ion capacitor, an alkali metal ion insertion/desorption reaction proceeds on the surface of the positive electrode activated carbon. At this time, when two or more kinds of alkali metal ions having different ionic radii exist in the electrolytic solution, the alkali metal ions having a large ionic radius expand the pores of the activated carbon, so that the alkali metal ions having a small ionic radius can be efficiently used. The insertion/elimination reaction can be carried out effectively, and the high output characteristics are improved.

上記観点より、非水系電解液中の第1のアルカリ金属イオンの物質量比は1%以上99%以下であり、第2のアルカリ金属イオンの物質量比は1%以上99%以下であり、第3及び第4のアルカリ金属イオンの物質量比は0%以上98%以下であることが好ましい。より好ましくは、非水系電解液中の第1のアルカリ金属イオンの物質量比は3%以上97%以下であり、第2のアルカリ金属イオンの物質量比は3%以上97%以下であり、第3及び第4のアルカリ金属イオンの物質量比は0%以上94%以下である。更に好ましくは、非水系電解液中の第1のアルカリ金属イオンの物質量比は5%以上95%以下であり、第2のアルカリ金属イオンの物質量比は5%以上95%以下であり、第3及び第4のアルカリ金属イオンの物質量比は0%以上90%以下である。より更に好ましくは、第3及び第4のアルカリ金属イオンの物質量比は、1%以上90%以下、又は5%以上90%以下である。
電解液中に存在するアルカリ金属イオンは2種以上であればよく、3種以上のアルカリ金属イオンを含んでいてもよい。各アルカリ金属イオンが物質量として1%以上含まれていれば、前記活性炭の細孔を拡張と充放電に関与するイオンがそれぞれ働くことができるため好ましい。
From the above viewpoint, the material ratio of the first alkali metal ions in the non-aqueous electrolyte is 1% or more and 99% or less, and the material ratio of the second alkali metal ions is 1% or more and 99% or less, The substance amount ratio of the third and fourth alkali metal ions is preferably 0% or more and 98% or less. More preferably, the substance ratio of the first alkali metal ion in the non-aqueous electrolyte is 3% or more and 97% or less, and the substance ratio of the second alkali metal ion is 3% or more and 97% or less, The substance ratio of the third and fourth alkali metal ions is 0% or more and 94% or less. More preferably, the substance ratio of the first alkali metal ion in the non-aqueous electrolyte is 5% or more and 95% or less, and the substance ratio of the second alkali metal ion is 5% or more and 95% or less, The substance ratio of the third and fourth alkali metal ions is 0% or more and 90% or less. Even more preferably, the substance amount ratio of the third and fourth alkali metal ions is 1% or more and 90% or less, or 5% or more and 90% or less.
The alkali metal ions present in the electrolytic solution may be two or more kinds, and may contain three or more kinds of alkali metal ions. It is preferable that each alkali metal ion is contained in an amount of 1% or more as a substance amount, because ions involved in expanding the pores of the activated carbon and in charge and discharge can work respectively.

異なるアルカリ金属イオンを電解液中に含有させる方法としては特に限定されず、2種以上のアルカリ金属塩を電解液に溶解させることもできるし、2種以上のアルカリ金属化合物を正極又は負極中に含有させて酸化還元分解させることもできるし、電解液に溶解させるアルカリ金属塩と正極又は負極中に含有させて酸化還元分解するアルカリ金属化合物に異なる陽イオンからなる物質を用いることもできる。特に、正極前駆体に複数のアルカリ金属化合物(化合物1〜化合物4)を添加して酸化還元分解する方法は、複数のアルカリ金属イオンを電解液中に含有させることができるため、特に好ましい。
第一及び第二の実施形態における非水系電解液は、アルカリ金属塩として、例えば、(MN(SOF))、MN(SOCF、MN(SO、MN(SOCF)(SO)、MN(SOCF)(SOH)、MC(SOF)、MC(SOCF、MC(SO、MCFSO、MCSO、MPF、MBF等(Mはそれぞれ独立にLi、Na、K、Rb、Csから選ばれるアルカリ金属である。)を単独で用いることができ、2種以上を混合して用いてもよい。高い伝導度を発現できることから、MPF及び/又はMN(SOF)を含むことが好ましい。
The method of incorporating different alkali metal ions in the electrolytic solution is not particularly limited, and two or more kinds of alkaline metal salts can be dissolved in the electrolytic solution, or two or more kinds of alkaline metal compounds can be added to the positive electrode or the negative electrode. A substance having different cations can be used as the alkali metal salt contained in the electrolytic solution and the alkali metal compound dissolved in the positive electrode or the negative electrode to be redox decomposed. In particular, the method of adding a plurality of alkali metal compounds (Compound 1 to Compound 4) to the positive electrode precursor and performing redox decomposition is particularly preferable because a plurality of alkali metal ions can be contained in the electrolytic solution.
The non-aqueous electrolyte solution in the first and second embodiments is, for example, (MN(SO 2 F) 2 ), MN(SO 2 CF 3 ) 2 , MN(SO 2 C 2 F 5 ) as an alkali metal salt. 2 , MN(SO 2 CF 3 )(SO 2 C 2 F 5 ), MN(SO 2 CF 3 )(SO 2 C 2 F 4 H), MC(SO 2 F) 3 , MC(SO 2 CF 3 ). 3 , MC(SO 2 C 2 F 5 ) 3 , MCF 3 SO 3 , MC 4 F 9 SO 3 , MPF 6 , MBF 4, etc. (M is an alkali selected from Li, Na, K, Rb and Cs, respectively. A metal) may be used alone or in combination of two or more. It is preferable to contain MPF 6 and/or MN(SO 2 F) 2 since high conductivity can be expressed.

本発明の第二の実施形態における非水系アルカリ金属イオンキャパシタの充放電について、正極では正極活物質の界面に形成される電気二重層により容量を発現する。このため、イオンの価数が大きい元素を用いることで正極活物質の単位重量当たりの容量が増加する。一方で、イオンの価数が大きいと、非水電解液中でより多くの溶媒分子を引き付けるために溶媒和半径が大きくなり、抵抗が上昇してしまう。上記理由を鑑み、非水電解液中に1価の陽イオンであるアルカリ金属イオンと2価の陽イオンであるアルカリ土類金属イオンを共存させることで、アルカリ金属イオンが低抵抗化、アルカリ土類金属イオンが容量増加に寄与し、非水系アルカリ金属イオンキャパシタを高容量且つ高出力化できる。 Regarding charge/discharge of the non-aqueous alkali metal ion capacitor according to the second embodiment of the present invention, in the positive electrode, the capacity is expressed by the electric double layer formed at the interface of the positive electrode active material. Therefore, the capacity per unit weight of the positive electrode active material is increased by using an element having a large valence of ions. On the other hand, when the valence of ions is large, more solvation radius is attracted to attract more solvent molecules in the non-aqueous electrolyte, and the resistance increases. In view of the above reason, coexistence of an alkali metal ion, which is a monovalent cation, and an alkaline earth metal ion, which is a divalent cation, in a non-aqueous electrolytic solution reduces the resistance of the alkali metal ion, The metal-metal ions contribute to the increase in capacity, and the non-aqueous alkali metal ion capacitor can have high capacity and high output.

本発明の第二の実施形態における電解液は、アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンを含む非水系電解液である。非水系電解液は、後述する非水溶媒を含む。非水系電解液は、非水系電解液の合計体積を基準として、0.5mol/L以上のアルカリ金属塩及び/又はアルカリ土類金属塩を含有することが好ましい。 The electrolytic solution in the second embodiment of the present invention is a non-aqueous electrolytic solution containing alkali metal ions and alkaline earth metal ions. The non-aqueous electrolyte solution contains a non-aqueous solvent described later. The non-aqueous electrolytic solution preferably contains 0.5 mol/L or more of an alkali metal salt and/or an alkaline earth metal salt based on the total volume of the non-aqueous electrolytic solution.

本発明の第二の実施形態における非水系電解液は、アルカリ金属塩として、例えば、MN(SOF)、MN(SOCF、MN(SO、MN(SOCF)(SO)、MN(SOCF)(SOH)、MC(SOF)、MC(SOCF、MC(SO、MCFSO、MCSO、MPF、MBF等(全ての式中、Mは、独立にLi、Na、K、Rb及びCsから成る群から選ばれるアルカリ金属である。)を単独で用いることができ、2種以上を混合して用いてもよい。高い伝導度を発現できることから、非水系電解液は、MPF及び/又はMN(SOF)を含むことが好ましい。The non-aqueous electrolyte solution according to the second embodiment of the present invention includes, for example, MN(SO 2 F) 2 , MN(SO 2 CF 3 ) 2 , MN(SO 2 C 2 F 5 ) 2 , as an alkali metal salt. MN (SO 2 CF 3) ( SO 2 C 2 F 5), MN (SO 2 CF 3) (SO 2 C 2 F 4 H), MC (SO 2 F) 3, MC (SO 2 CF 3) 3, MC(SO 2 C 2 F 5 ) 3 , MCF 3 SO 3 , MC 4 F 9 SO 3 , MPF 6 , MBF 4, etc. (in all the formulas, M is independently Li, Na, K, Rb and Cs Alkali metal selected from the group consisting of) can be used alone or in combination of two or more kinds. The non-aqueous electrolyte solution preferably contains MPF 6 and/or MN(SO 2 F) 2 because high conductivity can be exhibited.

本発明の第二の実施形態における非水系電解液は、アルカリ土類金属塩として、例えば、M[N(SOF)、M[N(SOCF、M[N(SO、M[N(SOCF)(SO)]、M[N(SOCF)(SOH)]、M[C(SOF)、M[C(SOCF、M[C(SO、M(CFSO、M(CSO、M(PF、M(BF等(全ての式中、Mは、それぞれ独立にBe、Mg、Ca、Sr及びBaから成る群から選ばれるアルカリ土類金属である。)を単独で用いることができ、2種以上を混合して用いてもよい。高い伝導度を発現できることから、非水系電解液は、M(PF及び/又はM[N(SOF)を含むことが好ましい。The non-aqueous electrolyte solution according to the second embodiment of the present invention is, for example, M[N(SO 2 F) 2 ] 2 , M[N(SO 2 CF 3 ) 2 ] 2 , M as an alkaline earth metal salt. [N(SO 2 C 2 F 5 ) 2 ] 2 , M[N(SO 2 CF 3 )(SO 2 C 2 F 5 )] 2 , M[N(SO 2 CF 3 )(SO 2 C 2 F 4 H)] 2 , M[C(SO 2 F) 3 ] 2 , M[C(SO 2 CF 3 ) 3 ] 2 , M[C(SO 2 C 2 F 5 ) 3 ] 2 , M(CF 3 SO 3) 2, M (C 4 F 9 SO 3) 2, M (PF 6) 2, M (BF 4) in two equal (all the formula, M, Be independently, Mg, Ca, Sr and Ba Alkaline earth metal selected from the group consisting of) can be used alone or in combination of two or more. The non-aqueous electrolyte solution preferably contains M(PF 6 ) 2 and/or M[N(SO 2 F) 2 ] 2 because high conductivity can be exhibited.

前記正極前駆体中にアルカリ金属化合物を含む場合は、非水系電解液の調製時にアルカリ土類金属塩を単独で用いることもできるし、前記正極前駆体中にアルカリ土類金属化合物を含む場合は、非水系電解液の調製時にアルカリ金属塩を単独で用いることもできる。こうすることで、プレドープ後の非水系電解液中にアルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンをそれぞれ1種以上存在させることができる。
非水系電解液の調製時又は正極前駆体の調製時にアルカリ金属化合物とアルカリ土類金属化合物の一方又は両方を使用する場合があるとしても、蓄電素子の低抵抗化と高容量化を両立するという観点から、プレドープ後の非水系電解液中には、アルカリ金属イオンとして、リチウムイオン、ナトリウムイオン及びカリウムイオンから成る群から選ばれる1種以上が含まれ、かつ/又はアルカリ土類金属イオンとして、カルシウムイオンが含まれることが好ましい。
When the positive electrode precursor contains an alkali metal compound, it is also possible to use the alkaline earth metal salt alone in the preparation of the non-aqueous electrolyte solution, when the positive electrode precursor contains an alkaline earth metal compound Alternatively, the alkali metal salt may be used alone when preparing the non-aqueous electrolyte solution. By doing so, one or more kinds of alkali metal ions and alkaline earth metal ions can be present in the non-aqueous electrolyte solution after pre-doping.
Even if one or both of the alkali metal compound and the alkaline earth metal compound may be used during preparation of the non-aqueous electrolyte solution or preparation of the positive electrode precursor, it is said that both low resistance and high capacity of the electricity storage element are achieved. From the viewpoint, in the non-aqueous electrolyte solution after pre-doping, as an alkali metal ion, at least one selected from the group consisting of lithium ion, sodium ion and potassium ion is contained, and/or as an alkaline earth metal ion, It is preferable that calcium ions are included.

非水電解液中のアルカリ金属イオンのモル濃度をX(mol/L)とし、アルカリ土類金属イオンのモル濃度をY(mol/L)とするとき、X/(X+Y)が、0.07以上0.92以下であることが好ましい。X/(X+Y)が0.07以上であれば、非水系電解液中に十分な量のアルカリ金属イオンが存在するために蓄電素子を低抵抗化できる。X/(X+Y)が0.92以下であれば、非水系電解液中に十分な量のアルカリ土類金属イオンが存在するために蓄電素子を高容量化できる。X/(X+Y)は、より好ましくは0.09以上0.93未満、さらに好ましくは0.10以上0.90以下である。 When the molar concentration of alkali metal ions in the non-aqueous electrolyte is X (mol/L) and the molar concentration of alkaline earth metal ions is Y (mol/L), X/(X+Y) is 0.07. It is preferably not less than 0.92 and not more than 0.92. When X/(X+Y) is 0.07 or more, the electric storage device can have a low resistance because a sufficient amount of alkali metal ions are present in the non-aqueous electrolyte solution. When X/(X+Y) is 0.92 or less, the storage element can have a high capacity because a sufficient amount of alkaline earth metal ions are present in the non-aqueous electrolyte solution. X/(X+Y) is more preferably 0.09 or more and less than 0.93, and further preferably 0.10 or more and 0.90 or less.

非水系電解液中のアルカリ金属塩及び/又はアルカリ土類金属塩の濃度は、0.5mol/L以上であることが好ましく、0.5〜2.0mol/Lの範囲内であることがより好ましい。アルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩の混合塩を用いる場合は、その合計値が0.5〜2.0mol/Lの範囲内であることが好ましい。アルカリ金属塩及び/又はアルカリ土類金属塩の濃度が0.5mol/L以上であれば、陰イオンが十分に存在するので蓄電素子の容量を十分高くできる。また、アルカリ金属塩及び/又はアルカリ土類金属塩の濃度が2.0mol/L以下である場合、未溶解のアルカリ金属塩及び/又はアルカリ土類金属塩が非水系電解液中に析出すること、及び電解液の粘度が高くなり過ぎることを防止でき、伝導度が低下せず、出力特性も低下しないため好ましい。 The concentration of the alkali metal salt and/or the alkaline earth metal salt in the non-aqueous electrolyte solution is preferably 0.5 mol/L or more, and more preferably 0.5 to 2.0 mol/L. preferable. When a mixed salt of an alkali metal salt and an alkaline earth metal salt is used, the total value is preferably within the range of 0.5 to 2.0 mol/L. When the concentration of the alkali metal salt and/or the alkaline earth metal salt is 0.5 mol/L or more, the anions are sufficiently present, so that the capacity of the electricity storage device can be sufficiently increased. When the concentration of the alkali metal salt and/or the alkaline earth metal salt is 2.0 mol/L or less, the undissolved alkali metal salt and/or the alkaline earth metal salt should be deposited in the non-aqueous electrolyte solution. , And the viscosity of the electrolytic solution can be prevented from becoming too high, the conductivity is not lowered, and the output characteristics are not lowered, which is preferable.

非水系電解液は、非水溶媒として、好ましくは、環状カーボネート及び鎖状カーボネートを含有する。非水系電解液が環状カーボネート及び鎖状カーボネートを含有することは、所望の濃度のアルカリ金属塩を溶解させる点、及び高いアルカリ金属イオン伝導度を発現する点で有利である。環状カーボネートとしては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等に代表されるアルキレンカーボネート化合物が挙げられる。アルキレンカーボネート化合物は、典型的には非置換である。鎖状カーボネートとしては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、ジブチルカーボネート等に代表されるジアルキルカーボネート化合物が挙げられる。ジアルキルカーボネート化合物は典型的には非置換である。
環状カーボネート及び鎖状カーボネートの合計含有量の下限は、非水系電解液の総量基準で、好ましくは50質量%以上、より好ましくは65質量%以上である。この合計含有量の上限は、非水系電解液の総量基準で、好ましくは95質量%以下、より好ましくは90質量%以下である。前記合計含有量が50質量%以上であれば、所望の濃度のアルカリ金属塩及び/又はアルカリ土類金属塩を溶解させることが可能であり、高いイオン伝導度を発現することができる。前記合計濃度が95質量%以下であれば、電解液が、後述する添加剤をさらに含有することができる。
The non-aqueous electrolytic solution preferably contains a cyclic carbonate and a chain carbonate as the non-aqueous solvent. The inclusion of the cyclic carbonate and the chain carbonate in the non-aqueous electrolytic solution is advantageous in that it dissolves an alkali metal salt at a desired concentration and that it exhibits high alkali metal ion conductivity. Examples of the cyclic carbonate include alkylene carbonate compounds represented by ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate and the like. The alkylene carbonate compound is typically unsubstituted. Examples of chain carbonates include dialkyl carbonate compounds represented by dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate and the like. The dialkyl carbonate compound is typically unsubstituted.
The lower limit of the total content of the cyclic carbonate and the chain carbonate is preferably 50 mass% or more, more preferably 65 mass% or more, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. The upper limit of this total content is preferably 95 mass% or less, more preferably 90 mass% or less, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. When the total content is 50% by mass or more, it is possible to dissolve a desired concentration of the alkali metal salt and/or the alkaline earth metal salt, and it is possible to exhibit high ionic conductivity. When the total concentration is 95% by mass or less, the electrolytic solution can further contain the additive described below.

非水系電解液は、更に添加剤を含有していてもよい。添加剤としては、特に制限されないが、例えば、スルトン化合物、環状ホスファゼン、非環状含フッ素エーテル、含フッ素環状カーボネート、環状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル、及び環状酸無水物等を単独で用いることができ、また2種以上を混合して用いてもよい。
抵抗への悪影響の少なさの観点、及び非水系電解液の高温における分解を抑制してガス発生を抑えるという観点から、飽和環状スルトン化合物としては、1,3−プロパンスルトン、2,4−ブタンスルトン、1,4−ブタンスルトン、1,3−ブタンスルトン又は2,4−ペンタンスルトンが好ましく、不飽和環状スルトン化合物としては、1,3−プロペンスルトン又は1,4−ブテンスルトンが好ましく、その他のスルトン化合物としては、メチレンビス(ベンゼンスルホン酸)、メチレンビス(フェニルメタンスルホン酸)、メチレンビス(エタンスルホン酸)、メチレンビス(2,4,6,トリメチルベンゼンスルホン酸)、及びメチレンビス(2−トリフルオロメチルベンゼンスルホン酸)を挙げることができ、これらのうちから選択される少なくとも1種以上を選択することが好ましい。
The non-aqueous electrolyte solution may further contain an additive. The additive is not particularly limited, but for example, a sultone compound, a cyclic phosphazene, an acyclic fluorine-containing ether, a fluorine-containing cyclic carbonate, a cyclic carbonic acid ester, a cyclic carboxylic acid ester, and a cyclic acid anhydride may be used alone. It is possible, and two or more kinds may be mixed and used.
From the viewpoint of less adverse effect on resistance, and from the viewpoint of suppressing decomposition of the non-aqueous electrolyte solution at high temperature to suppress gas generation, the saturated cyclic sultone compound is 1,3-propane sultone or 2,4-butane sultone. , 1,4-butane sultone, 1,3-butane sultone or 2,4-pentane sultone is preferable, the unsaturated cyclic sultone compound is preferably 1,3-propene sultone or 1,4-butene sultone, and other sultone compound is Is methylenebis(benzenesulfonic acid), methylenebis(phenylmethanesulfonic acid), methylenebis(ethanesulfonic acid), methylenebis(2,4,6,trimethylbenzenesulfonic acid), and methylenebis(2-trifluoromethylbenzenesulfonic acid). And at least one selected from these is preferably selected.

非水系アルカリ金属イオンキャパシタの非水系電解液中のスルトン化合物の総含有量は、非水系電解液の総量を基準として、0.1質量%〜15質量%であることが好ましい。非水系電解液中のスルトン化合物の総含有量が0.1質量%以上であれば、高温における電解液の分解を抑制してガス発生を抑えることが可能となる。一方で、この総含有量が15質量%以下であれば、電解液のイオン伝導度の低下を抑えることができ、高い入出力特性を保持することができる。また、非水系アルカリ金属イオンキャパシタの非水系電解液に存在するスルトン化合物の含有量は、高い入出力特性と耐久性を両立する観点から、好ましくは0.5質量%以上10質量%以下であり、より好ましくは1質量%以上5質量%以下である。
前記環状ホスファゼンとしては、例えばエトキシペンタフルオロシクロトリホスファゼン、ジエトキシテトラフルオロシクロトリホスファゼン、フェノキシペンタフルオロシクロトリホスファゼン等を挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上が好ましい。
The total content of the sultone compound in the non-aqueous electrolytic solution of the non-aqueous alkaline metal ion capacitor is preferably 0.1% by mass to 15% by mass based on the total amount of the non-aqueous electrolytic solution. When the total content of the sultone compound in the non-aqueous electrolyte solution is 0.1% by mass or more, it is possible to suppress decomposition of the electrolyte solution at high temperature and suppress gas generation. On the other hand, when the total content is 15% by mass or less, it is possible to suppress a decrease in the ionic conductivity of the electrolytic solution and maintain high input/output characteristics. Further, the content of the sultone compound present in the non-aqueous electrolyte of the non-aqueous alkali metal ion capacitor is preferably 0.5% by mass or more and 10% by mass or less from the viewpoint of achieving both high input/output characteristics and durability. , And more preferably 1 mass% or more and 5 mass% or less.
Examples of the cyclic phosphazene include ethoxypentafluorocyclotriphosphazene, diethoxytetrafluorocyclotriphosphazene, and phenoxypentafluorocyclotriphosphazene. One or more selected from these are preferable.

非水系電解液における環状ホスファゼンの含有率は、前記非水系電解液の総量を基準として、0.5質量%〜20質量%であることが好ましい。この値が0.5質量%以上であれば、高温における電解液の分解を抑制してガス発生を抑えることが可能となる。一方でこの値が20質量%以下であれば、電解液のイオン伝導度の低下を抑えることができ、高い入出力特性を保持することができる。以上の理由により、環状ホスファゼンの含有率は、好ましくは2質量%以上15質量%以下であり、より好ましくは4質量%以上12質量%以下である。
尚、これらの環状ホスファゼンは、単独で用いてもよく、又は2種以上を混合して用いてもよい。
非環状含フッ素エーテルとしては、例えばHCFCFOCHCFCFH、CFCFHCFOCHCFCFH、HCFCFCHOCHCFCFH、CFCFHCFOCHCFCFHCF等が挙げられ、中でも、電気化学的安定性の観点から、HCFCFOCHCFCFHが好ましい。
The content of cyclic phosphazene in the non-aqueous electrolytic solution is preferably 0.5% by mass to 20% by mass based on the total amount of the non-aqueous electrolytic solution. When this value is 0.5% by mass or more, it is possible to suppress decomposition of the electrolytic solution at high temperature and suppress gas generation. On the other hand, when this value is 20% by mass or less, it is possible to suppress a decrease in the ionic conductivity of the electrolytic solution and maintain high input/output characteristics. For the above reasons, the content of cyclic phosphazene is preferably 2% by mass or more and 15% by mass or less, and more preferably 4% by mass or more and 12% by mass or less.
Incidentally, these cyclic phosphazenes may be used alone or in combination of two or more kinds.
Examples of the acyclic fluorine-containing ether include HCF 2 CF 2 OCH 2 CF 2 CF 2 H, CF 3 CFHCF 2 OCH 2 CF 2 CF 2 H, HCF 2 CF 2 CH 2 OCH 2 CF 2 CF 2 H, CF 3 CFHCF. 2 OCH 2 CF 2 CFHCF 3 and the like are mentioned, and among them, HCF 2 CF 2 OCH 2 CF 2 CF 2 H is preferable from the viewpoint of electrochemical stability.

非環状含フッ素エーテルの含有量は、前記非水系電解液の総量を基準として、0.5質量%以上15質量%以下が好ましく、1質量%以上10質量%以下であることがより好ましい。非環状含フッ素エーテルの含有量が0.5質量%以上であれば、非水系電解液の酸化分解に対する安定性が高まり、高温時耐久性が高い蓄電素子が得られる。一方、非環状含フッ素エーテルの含有量が15質量%以下であれば、電解質塩の溶解度が良好に保たれ、かつ、非水系電解液のイオン伝導度を高く維持することができ、従って高度の入出力特性を発現することが可能となる。
尚、前記の非環状含フッ素エーテルは、単独で使用しても、2種以上を混合して使用してもよい。
The content of the non-cyclic fluorinated ether is preferably 0.5% by mass or more and 15% by mass or less, and more preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. When the content of the non-cyclic fluorinated ether is 0.5% by mass or more, the stability of the non-aqueous electrolyte solution against oxidative decomposition is enhanced, and the electricity storage device having high durability at high temperature can be obtained. On the other hand, when the content of the non-cyclic fluorinated ether is 15% by mass or less, the solubility of the electrolyte salt can be favorably maintained, and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte solution can be kept high, and therefore, the high degree of It becomes possible to express the input/output characteristics.
The acyclic fluorine-containing ethers may be used alone or in combination of two or more.

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

環状炭酸エステルについては、ビニレンカーボネートが好ましい。
環状炭酸エステルの含有量は、前記非水系電解液の総量を基準として、0.5質量%以上10質量%以下が好ましく、1質量%以上5質量%以下であることがより好ましい。環状炭酸エステルの含有量が0.5質量%以上であれば、負極上の良質な被膜を形成することができ、負極上での電解液の還元分解を抑制することにより、高温における耐久性が高い蓄電素子が得られる。一方、環状炭酸エステルの含有量が10質量%以下であれば、電解質塩の溶解度が良好に保たれ、かつ非水系電解液のイオン伝導度を高く維持することができ、従って高度の入出力特性を発現することが可能となる。
環状カルボン酸エステルとしては、例えばガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトン、ガンマカプロラクトン、イプシロンカプロラクトン等を挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上を使用することが好ましい。中でも、ガンマブチロラクトンが、アルカリ金属イオン解離度の向上に由来する電池特性向上の点から、特に好ましい。
環状カルボン酸エステルの含有量は、前記非水系電解液の総量を基準として、0.5質量%以上15質量%以下が好ましく、1質量%以上5質量%以下であることがより好ましい。環状酸無水物の含有量が0.5質量%以上であれば、負極上の良質な被膜を形成することができ、負極上での電解液の還元分解を抑制することにより、高温時耐久性が高い蓄電素子が得られる。一方、環状カルボン酸エステルの含有量が5質量%以下であれば、電解質塩の溶解度が良好に保たれ、かつ非水系電解液のイオン伝導度を高く維持することができ、従って高度の入出力特性を発現することが可能となる。
尚、前記の環状カルボン酸エステルは、単独で使用しても、2種以上を混合して使用してもよい。
For cyclic carbonates, vinylene carbonate is preferred.
The content of the cyclic carbonic acid ester is preferably 0.5% by mass or more and 10% by mass or less, and more preferably 1% by mass or more and 5% by mass or less, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. When the content of the cyclic carbonic acid ester is 0.5% by mass or more, a high-quality coating film can be formed on the negative electrode, and the reductive decomposition of the electrolytic solution on the negative electrode can be suppressed to improve the durability at high temperature. A high power storage device can be obtained. On the other hand, when the content of the cyclic carbonic acid ester is 10% by mass or less, the solubility of the electrolyte salt can be kept good, and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolytic solution can be kept high, so that high input/output characteristics can be obtained. Can be expressed.
Examples of the cyclic carboxylic acid ester include gamma butyrolactone, gamma valerolactone, gamma caprolactone, and epsilon caprolactone, and it is preferable to use one or more selected from these. Among them, gamma-butyrolactone is particularly preferable from the viewpoint of improving the battery characteristics resulting from the improvement in the degree of alkali metal ion dissociation.
The content of the cyclic carboxylic acid ester is preferably 0.5% by mass or more and 15% by mass or less, and more preferably 1% by mass or more and 5% by mass or less, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. When the content of the cyclic acid anhydride is 0.5% by mass or more, it is possible to form a good quality coating film on the negative electrode, and suppress the reductive decomposition of the electrolytic solution on the negative electrode to improve the durability at high temperature. An electric storage device having high efficiency can be obtained. On the other hand, when the content of the cyclic carboxylic acid ester is 5% by mass or less, the solubility of the electrolyte salt can be kept good, and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte solution can be kept high, so that high input/output can be achieved. It becomes possible to express the characteristics.
The cyclic carboxylic acid esters may be used alone or in combination of two or more.

環状酸無水物については、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、及び無水イタコン酸から選択される1種以上が好ましい。中でも工業的な入手のし易さによって電解液の製造コストが抑えられる点、非水系電解液中に溶解し易い点等から、無水コハク酸及び無水マレイン酸から選択することが好ましい。
環状酸無水物の含有量は、前記非水系電解液の総量を基準として、0.5質量%以上15質量%以下が好ましく、1質量%以上10質量%以下であることがより好ましい。環状酸無水物の含有量が0.5質量%以上であれば、負極上に良質な被膜を形成することができ、負極上における電解液の還元分解を抑制することにより、高温時耐久性が高い蓄電素子が得られる。一方、環状酸無水物の含有量が10質量%以下であれば、電解質塩の溶解度が良好に保たれ、かつ非水系電解液のイオン伝導度を高く維持することができ、従って高度の入出力特性を発現することが可能となる。
尚、前記の環状酸無水物は、単独で使用しても、2種以上を混合して使用してもよい。
The cyclic acid anhydride is preferably one or more selected from succinic anhydride, maleic anhydride, citraconic anhydride, and itaconic anhydride. Among them, it is preferable to select from succinic anhydride and maleic anhydride, because the production cost of the electrolytic solution can be suppressed by industrial availability, and the electrolytic solution can be easily dissolved in the non-aqueous electrolytic solution.
The content of the cyclic acid anhydride is preferably 0.5% by mass or more and 15% by mass or less, and more preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. When the content of the cyclic acid anhydride is 0.5% by mass or more, a good quality coating can be formed on the negative electrode, and the reductive decomposition of the electrolytic solution on the negative electrode can be suppressed to improve the durability at high temperature. A high power storage device can be obtained. On the other hand, when the content of the cyclic acid anhydride is 10% by mass or less, the solubility of the electrolyte salt can be kept good, and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte solution can be kept high, so that high input/output can be achieved. It becomes possible to express the characteristics.
The cyclic acid anhydrides may be used alone or in combination of two or more.

[組立工程]
組立工程で得られる電極積層体は、枚葉の形状にカットした正極前駆体及び負極を、セパレータを介して積層して成る積層体に、正極端子および負極端子を接続したものである。また電極捲回体は、正極前駆体及び負極を、セパレータを介して捲回して成る捲回体に正極端子及び負極端子を接続したものである。電極捲回体の形状は円筒型であっても、扁平型であってもよい。
正極端子及び負極端子の接続の方法は特に限定はしないが、抵抗溶接や超音波溶接などの方法を用いることができる。
端子を接続した電極積層体または電極捲回体は、乾燥することで残存溶媒を除去することが好ましい。乾燥方法に限定はないが、真空乾燥などにより乾燥する。残存溶媒は、正極活物質層または負極活物質層の重量あたり、1.5%以下が好ましい。残存溶媒が1.5%より多いと、系内に溶媒が残存し、自己放電特性を悪化させるため、好ましくない。
乾燥した電極積層体または電極捲回体は、好ましくは露点−40℃以下のドライ環境下にて、金属缶やラミネートフィルムに代表される外装体の中に収納し、開口部を1方だけ残した状態で封止することが好ましい。露点−40℃より高いと、電極積層体または電極捲回体に水分が付着してしまい、系内に水が残存し、自己放電特性を悪化させるため、好ましくない。外装体の封止方法は特に限定しないが、ヒートシールやインパルスシールなどの方法を用いることができる。
[Assembly process]
The electrode laminated body obtained in the assembling step is one in which the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are connected to the laminated body formed by laminating the positive electrode precursor and the negative electrode, which are cut into a sheet shape, via the separator. Further, the electrode winding body is obtained by connecting a positive electrode terminal and a negative electrode terminal to a winding body formed by winding a positive electrode precursor and a negative electrode via a separator. The shape of the electrode winding body may be cylindrical or flat.
The method of connecting the positive electrode terminal and the negative electrode terminal is not particularly limited, but a method such as resistance welding or ultrasonic welding can be used.
It is preferable to remove the residual solvent by drying the electrode laminate or the electrode wound body to which the terminals are connected. Although the drying method is not limited, it is dried by vacuum drying or the like. The residual solvent is preferably 1.5% or less based on the weight of the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer. If the residual solvent content is more than 1.5%, the solvent remains in the system and deteriorates the self-discharge characteristics, which is not preferable.
The dried electrode laminated body or the electrode wound body is preferably housed in an outer body typified by a metal can or a laminated film in a dry environment having a dew point of −40° C. or lower, leaving only one opening. It is preferable to seal in the closed state. When the dew point is higher than −40° C., water adheres to the electrode laminated body or the electrode wound body, water remains in the system, and self-discharge characteristics are deteriorated, which is not preferable. The method of sealing the outer package is not particularly limited, but a method such as heat sealing or impulse sealing can be used.

[注液、含浸、封止工程]
組立工程の終了後に、外装体の中に収納された電極積層体に、非水系電解液を注液する。注液工程の終了後に、更に、含浸を行い、正極、負極、及びセパレータを非水系電解液で十分に浸すことが望ましい。正極、負極、及びセパレータのうちの少なくとも一部に電解液が浸っていない状態では、後述するアルカリ金属ドープ工程において、ドープが不均一に進むため、得られる非水系アルカリ金属イオンキャパシタの抵抗が上昇したり、耐久性が低下したりする。前記含浸の方法としては、特に制限されないが、例えば、注液後の非水系アルカリ金属イオンキャパシタを、外装体が開口した状態で、減圧チャンバーに設置し、真空ポンプを用いてチャンバー内を減圧状態にし、再度大気圧に戻す方法等を用いることができる。含浸工程終了後には、外装体が開口した状態の非水系アルカリ金属イオンキャパシタを減圧しながら封止することで密閉する。
[Filling, impregnation, sealing process]
After the assembly process is completed, the non-aqueous electrolyte solution is poured into the electrode laminate housed in the exterior body. It is desirable to further perform impregnation after the completion of the liquid injection step and sufficiently immerse the positive electrode, the negative electrode, and the separator in the non-aqueous electrolyte solution. In a state where the electrolytic solution is not immersed in at least a part of the positive electrode, the negative electrode, and the separator, in the alkali metal dope step described below, the doping proceeds nonuniformly, so that the resistance of the resulting non-aqueous alkali metal ion capacitor increases. Or the durability is reduced. The method of impregnation is not particularly limited, but for example, a non-aqueous alkali metal ion capacitor after liquid injection is placed in a decompression chamber with the exterior body opened, and the chamber is decompressed using a vacuum pump. Then, the method of returning to atmospheric pressure again can be used. After the impregnation step is completed, the non-aqueous alkali metal ion capacitor with the exterior body opened is sealed while being depressurized.

[アルカリ金属ドープ工程]
アルカリ金属ドープ工程において、好ましい工程としては、前記正極前駆体と負極との間に電圧を印加して前記アルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物を分解することにより、正極前駆体中のアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物を分解してアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンを放出し、負極でアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンを還元することにより負極活物質層にアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンがプレドープされる。この方法であれば、例えば空気中で発火する金属ナトリウムや金属カリウムを使用せずとも当該アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属を負極にプレドープできるため好ましい。
このアルカリ金属ドープ工程において、正極前駆体中のアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物の酸化分解に伴い、CO等のガスが発生する。そのため、電圧を印加する際には、発生したガスを外装体の外部に放出する手段を講ずることが好ましい。この手段としては、例えば、外装体の一部を開口させた状態で電圧を印加する方法;前記外装体の一部に予めガス抜き弁、ガス透過フィルム等の適宜のガス放出手段を設置した状態で電圧を印加する方法;
等を挙げることができる。
[Alkali metal doping process]
In the alkali metal doping step, as a preferable step, by applying a voltage between the positive electrode precursor and the negative electrode to decompose the alkali metal compound and/or the alkaline earth metal compound, the alkali in the positive electrode precursor A negative electrode active material by decomposing a metal compound and/or an alkaline earth metal compound to release an alkali metal ion and/or an alkaline earth metal ion, and reducing the alkali metal ion and/or the alkaline earth metal ion at the negative electrode The layer is pre-doped with alkali metal ions and/or alkaline earth metal ions. This method is preferable because the negative electrode can be pre-doped with the alkali metal and/or alkaline earth metal without using, for example, metal sodium or metal potassium that ignites in the air.
In this alkali metal doping step, a gas such as CO 2 is generated along with the oxidative decomposition of the alkali metal compound and/or the alkaline earth metal compound in the positive electrode precursor. Therefore, when applying the voltage, it is preferable to provide a means for discharging the generated gas to the outside of the exterior body. As this means, for example, a method of applying a voltage in a state where a part of the exterior body is opened; a state in which an appropriate gas releasing means such as a gas vent valve and a gas permeable film is previously installed in a part of the exterior body Method of applying voltage with;
Etc. can be mentioned.

[エージング工程]
アルカリ金属ドープ工程の終了後に、非水系アルカリ金属イオンキャパシタにエージングを行うことが好ましい。エージング工程において電解液中の溶媒が正極及び負極で分解し、正極及び負極の表面にアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオン透過性の固体高分子被膜が形成される。
前記エージングの方法としては、特に制限されないが、例えば高温環境下で電解液中の溶媒を反応させる方法等を用いることができる。
[Aging process]
It is preferable to age the non-aqueous alkali metal ion capacitor after the completion of the alkali metal doping step. In the aging step, the solvent in the electrolytic solution decomposes at the positive electrode and the negative electrode, and a solid polymer film permeable to alkali metal ions and/or alkaline earth metal ions is formed on the surfaces of the positive electrode and the negative electrode.
The aging method is not particularly limited, but, for example, a method of reacting the solvent in the electrolytic solution in a high temperature environment can be used.

[ガス抜き工程]
エージング工程の終了後に、更にガス抜きを行い、電解液、正極、及び負極中に残存しているガスを確実に除去することが好ましい。電解液、正極、及び負極の少なくとも一部にガスが残存している状態では、イオン伝導が阻害されるため、得られる非水系アルカリ金属イオンキャパシタの抵抗が上昇してしまう。
前記ガス抜きの方法としては、特に制限されないが、例えば、前記外装体を開口した状態で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを減圧チャンバーに設置し、真空ポンプを用いてチャンバー内を減圧状態にする方法等を用いることができる。
[Degassing process]
After completion of the aging step, it is preferable to further perform degassing to surely remove the gas remaining in the electrolytic solution, the positive electrode, and the negative electrode. When gas remains in at least a part of the electrolytic solution, the positive electrode, and the negative electrode, ionic conduction is hindered, so that the resistance of the obtained non-aqueous alkali metal ion capacitor increases.
The method of degassing is not particularly limited, but for example, a method of installing a non-aqueous alkali metal ion capacitor in a decompression chamber in a state where the exterior body is opened, and decompressing the chamber using a vacuum pump, etc. Can be used.

[蓄電素子の特性評価]
(静電容量)
本明細書では、静電容量F(F)とは、以下の方法によって得られる値である:
先ず、非水系アルカリ金属イオンキャパシタと対応するセルを25℃に設定した恒温槽内で、2Cの電流値で3.8Vに到達するまで定電流充電を行い、続いて3.8Vの定電圧を印加する定電圧充電を合計で30分行う。その後、2.2Vまで2Cの電流値で定電流放電を施した際の容量をQ(C)とする。ここで得られたQ及び電圧変化ΔV(V)を用いて、静電容量F=Q/ΔV=Q/(3.8−2.2)により算出される値をいう。
ここで電流のCレートとは、上限電圧から下限電圧まで定電流放電を行う際、1時間で放電が完了する電流値のことを1Cという。本明細書では、上限電圧3.8Vから下限電圧2.2Vまで定電流放電を行う際に1時間で放電が完了する電流値のことを1Cとする。
[Characteristic evaluation of power storage element]
(Capacitance)
As used herein, the capacitance F(F) is a value obtained by the following method:
First, the cell corresponding to the non-aqueous alkali metal ion capacitor is charged with constant current in a constant temperature bath set at 25°C until the current value of 2C reaches 3.8V, and then a constant voltage of 3.8V is applied. The applied constant voltage charging is performed for a total of 30 minutes. Then, the capacity when constant current discharge is performed at a current value of 2 C up to 2.2 V is defined as Q(C). A value calculated by the capacitance F=Q/ΔV x =Q/(3.8-2.2) using the Q and the voltage change ΔV x (V) obtained here.
Here, the C rate of the current is referred to as 1C when the constant current discharge from the upper limit voltage to the lower limit voltage is performed, and the current value at which the discharge is completed in 1 hour. In this specification, the current value at which discharge is completed in 1 hour when performing constant current discharge from the upper limit voltage of 3.8 V to the lower limit voltage of 2.2 V is defined as 1C.

(内部抵抗)
本明細書では、内部抵抗Ra(Ω)とは、それぞれ、以下の方法によって得られる値である:
先ず、非水系アルカリ金属イオンキャパシタを25℃に設定した恒温槽内で、20Cの電流値で3.8Vに到達するまで定電流充電し、続いて3.8Vの定電圧を印加する定電圧充電を合計で30分間行う。続いて、サンプリング間隔を0.1秒とし、20Cの電流値で2.2Vまで定電流放電を行って、放電カーブ(時間−電圧)を得る。この放電カーブにおいて、放電時間2秒及び4秒の時点における電圧値から、直線近似にて外挿して得られる放電時間=0秒における電圧をVoとしたときに、降下電圧ΔV=3.8−VoからRa=ΔV/(20Cの電流値)として算出される値である。
(Internal resistance)
In this specification, the internal resistance Ra (Ω) is a value obtained by the following method, respectively:
First, a non-aqueous alkali metal ion capacitor is charged at a constant current in a constant temperature bath set at 25° C. until a current value of 20 C reaches 3.8 V, and then a constant voltage charge at which a constant voltage of 3.8 V is applied. For a total of 30 minutes. Subsequently, the sampling interval is set to 0.1 second, and constant current discharge is performed at a current value of 20 C up to 2.2 V to obtain a discharge curve (time-voltage). In this discharge curve, when the voltage at the discharge time=0 seconds obtained by extrapolating by linear approximation from the voltage values at the discharge time of 2 seconds and 4 seconds is Vo, the drop voltage ΔV=3.8− It is a value calculated from Vo as Ra=ΔV/(current value of 20 C).

(高温保存試験後のガス発生量)
本明細書では、高温保存試験時のガス発生量は、以下の方法によって測定する:
先ず、非水系アルカリ金属イオンキャパシタと対応するセルを25℃に設定した恒温槽内で、100Cの電流値で4.0Vに到達するまで定電流充電し、続いて4.0Vの定電圧を印加する定電圧充電を10分間行う。その後、セルを60℃環境下に保存し、2週間毎に60℃環境下から取り出し、前述の充電工程にてセル電圧を4.0Vに充電した後、再びセルを60℃環境下で保存する。この工程を繰り返し行い、保存開始前のセル体積Va、保存試験2か月後のセル体積Vbをアルキメデス法によって測定する。アルキメデス法による体積測定に用いる溶媒としては特に限定されないが、電気伝導度が10μS/cm以下であり、非水系アルカリ金属イオンキャパシタを浸漬させた場合に電気分解が起こらない溶媒を用いることが好ましい。例えば、純水、フッ素系不活性液体が好適に用いられる。特に、高い比重を持ち、優れた電気絶縁性を持つという観点から、フッ素系不活性液体、例えばフロリナート(商標登録、スリーエムジャパン株式会社)FC−40、FC−43等が好適に用いられる。Vb−Vaをセル電圧4.0V及び環境温度60℃において2か月間保存した際に発生するガス量とする。
(Amount of gas generated after high temperature storage test)
As used herein, the amount of gas generated during a high temperature storage test is measured by the following method:
First, the cell corresponding to the non-aqueous alkali metal ion capacitor is charged with a constant current in a constant temperature bath set at 25° C. until it reaches 4.0 V at a current value of 100 C, and then a constant voltage of 4.0 V is applied. The constant voltage charging is performed for 10 minutes. After that, the cell is stored in a 60° C. environment, taken out of the 60° C. environment every two weeks, charged to a cell voltage of 4.0 V in the above-mentioned charging step, and then stored again in the 60° C. environment. . This process is repeated and the cell volume Va before the start of storage and the cell volume Vb after 2 months of the storage test are measured by the Archimedes method. The solvent used for volume measurement by the Archimedes method is not particularly limited, but it is preferable to use a solvent having an electric conductivity of 10 μS/cm or less and which does not cause electrolysis when the non-aqueous alkali metal ion capacitor is immersed. For example, pure water and fluorine-based inert liquid are preferably used. In particular, from the viewpoint of having a high specific gravity and an excellent electric insulating property, a fluorine-based inert liquid such as Fluorinert (registered trademark, 3M Japan Co., Ltd.) FC-40, FC-43 is preferably used. The amount of gas generated when Vb-Va is stored for 2 months at a cell voltage of 4.0 V and an environmental temperature of 60°C.

前記高温保存試験後のセルに対して、前記常温内部抵抗と同様の測定方法を用いて得られる抵抗値を高温保存試験後の内部抵抗とする。
条件(a)について、Rb/Raは、高温環境下に長時間曝された場合に、大電流に対して十分な充電容量と放電容量とを発現させる観点から、3.0以下であることが好ましく、より好ましくは1.5以下であり、更に好ましくは1.2以下である。Rc/Raが上記の上限値以下であれば、長期間安定して優れた出力特性を得ることができるため、デバイスの長寿命化につながる。
条件(b)について、セル電圧4.0V及び環境温度60℃において2か月間保存した際に発生するガス量を静電容量Faで規格化した値Bは、発生したガスにより素子の特性を低下させないとの観点から、25℃において測定した値として、30×10−3cc/F以下であることが好ましく、より好ましくは15×10−3cc/F以下であり、更に好ましくは5×10−3cc/F以下である。上記の条件下で発生するガス量が上記の上限値以下であれば、デバイスが長期間高温に曝された場合であっても、ガス発生によってセルが膨張するおそれがない。そのため、十分な安全性及び耐久性を有する蓄電素子を得ることができる。
The resistance value obtained by using the same measurement method as the room temperature internal resistance for the cell after the high temperature storage test is defined as the internal resistance after the high temperature storage test.
Regarding the condition (a), Rb/Ra is 3.0 or less from the viewpoint of exhibiting sufficient charge capacity and discharge capacity for a large current when exposed to a high temperature environment for a long time. It is preferably 1.5 or less, more preferably 1.2 or less. When Rc/Ra is not more than the above upper limit value, excellent output characteristics can be stably obtained for a long period of time, which leads to a longer device life.
Regarding the condition (b), the value B obtained by normalizing the amount of gas generated when stored for 2 months at a cell voltage of 4.0 V and an environmental temperature of 60° C. with the capacitance Fa is such that the characteristics of the element deteriorate due to the generated gas. From the viewpoint of not allowing it, the value measured at 25° C. is preferably 30×10 −3 cc/F or less, more preferably 15×10 −3 cc/F or less, and further preferably 5×10 3. -3 cc/F or less. If the amount of gas generated under the above conditions is less than or equal to the above upper limit value, there is no risk of the cells expanding due to gas generation even when the device is exposed to high temperature for a long period of time. Therefore, a power storage element having sufficient safety and durability can be obtained.

(高負荷充放電サイクル試験)
本明細書では、高負荷充放電サイクル試験後の容量維持率は、以下の方法によって測定する:
先ず、非水系アルカリ金属イオンキャパシタと対応するセルを25℃に設定した恒温槽内で、200Cの電流値で3.8Vに到達するまで定電流充電し、続いて200Cの電流値で2.2Vに到達するまで定電流放電を行う。前記充放電工程を60000回繰り返し、その後20Cの電流値で電圧4.5Vに到達後、定電圧で1時間充電する。その後、上述の方法にて静電容量測定を行うことでFbを求め、試験開始前の静電容量Faと比較することで、試験開始前に対する高負荷充放電サイクル試験後の容量維持率が求められる。この時、Fb/Faが1.01以上であれば、例えば長期間充放電を行った蓄電素子でも十分な容量のエネルギーを取り出すことができるため、蓄電素子の交換サイクルを延ばすことができるため好ましい。
(High load charge/discharge cycle test)
As used herein, the capacity retention rate after a high load charge/discharge cycle test is measured by the following method:
First, a cell corresponding to a non-aqueous alkali metal ion capacitor is charged with a constant current in a constant temperature bath set at 25° C. until a current value of 200 C reaches 3.8 V, and then a current value of 200 C is 2.2 V. Constant current discharge is performed until the temperature reaches. The charging/discharging process is repeated 60,000 times, and after reaching a voltage of 4.5 V at a current value of 20 C, the battery is charged at a constant voltage for 1 hour. After that, Fb is obtained by measuring the capacitance by the method described above, and compared with the capacitance Fa before the start of the test to obtain the capacity retention ratio after the high load charge/discharge cycle test before the start of the test. Be done. At this time, if Fb/Fa is 1.01 or more, for example, even a power storage element that has been charged and discharged for a long period of time can extract sufficient energy, and thus the replacement cycle of the power storage element can be extended, which is preferable. ..

<電極中のアルカリ金属化合物の同定方法>
正極中に含まれるアルカリ金属化合物の同定方法は特に限定されないが、例えば下記の方法により同定することができる。アルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物の同定には、以下に記載する複数の解析手法を組み合わせて同定することが好ましい。
以下に記載するSEM−EDX、ラマン、XPSを測定する際には、アルゴンボックス中で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを解体して正極を取り出し、正極表面に付着した電解質を洗浄した後に測定を行うことが好ましい。正極の洗浄方法については、正極表面に付着した電解質を洗い流せればよいため、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等のカーボネート溶媒が好適に利用できる。洗浄方法としては例えば、正極重量の50〜100倍のジエチルカーボネート溶媒に正極を10分間以上浸漬させ、その後溶媒を取り替えて再度正極を浸漬させる。その後正極をジエチルカーボネートから取り出し、真空乾燥(温度:0〜200℃、圧力:0〜20kPa、時間:1〜40時間の範囲で正極中のジエチルカーボネートの残存が1質量%以下になる条件とする。ジエチルカーボネートの残存量については、後述する蒸留水洗浄、液量調整後の水のGC/MSを測定し、予め作成した検量線を基に定量することができる。)させた後に、前記SEM−EDX、ラマン、XPSの解析を実施する。
<Method of identifying alkali metal compound in electrode>
The method for identifying the alkali metal compound contained in the positive electrode is not particularly limited, but it can be identified by, for example, the following method. In order to identify the alkali metal compound and/or the alkaline earth metal compound, it is preferable to identify them by combining a plurality of analysis methods described below.
When measuring SEM-EDX, Raman, and XPS described below, disassemble the non-aqueous alkali metal ion capacitor in an argon box to take out the positive electrode, and wash the electrolyte adhering to the positive electrode surface before performing the measurement. Is preferred. As for the method of cleaning the positive electrode, it suffices to wash away the electrolyte attached to the surface of the positive electrode. Therefore, a carbonate solvent such as dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, or diethyl carbonate can be preferably used. As a cleaning method, for example, the positive electrode is immersed in a diethyl carbonate solvent of 50 to 100 times the weight of the positive electrode for 10 minutes or more, and then the solvent is replaced and the positive electrode is immersed again. After that, the positive electrode is taken out from the diethyl carbonate and vacuum-dried (temperature: 0 to 200° C., pressure: 0 to 20 kPa, time: 1 to 40 hours, so that the remaining amount of diethyl carbonate in the positive electrode is 1% by mass or less). The residual amount of diethyl carbonate can be quantified on the basis of a calibration curve prepared in advance by measuring the GC/MS of water after washing with distilled water and adjusting the liquid amount described below.), and then performing the SEM. -Perform EDX, Raman, XPS analysis.

後述するイオンクロマトグラフィーについては、正極を蒸留水で洗浄した後の水を解析することにより陰イオンを同定することができる。
また、ICP発行分光分析やICP−OES、ICP−MS等を用いることにより、アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属の元素を同定することができる。
前記解析手法にてアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物を同定できなかった場合、その他の解析手法として、Li−固体NMR、XRD(X線回折)、TOF−SIMS(飛行時間型二次イオン質量分析)、AES(オージェ電子分光)、TPD/MS(加熱発生ガス質量分析)、DSC(示差走査熱量分析)等を用いることにより、アルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属を同定することもできる。
Regarding ion chromatography described below, anions can be identified by analyzing water after washing the positive electrode with distilled water.
Moreover, the element of an alkali metal and/or an alkaline earth metal can be identified by using ICP issue spectroscopy, ICP-OES, ICP-MS, or the like.
When the alkali metal compound and/or the alkaline earth metal compound cannot be identified by the analysis method, other analysis methods include 7 Li-solid state NMR, XRD (X-ray diffraction), TOF-SIMS (time-of-flight type Secondary ion mass spectrometry), AES (Auger electron spectroscopy), TPD/MS (heat generated gas mass spectrometry), DSC (differential scanning calorimetry) and the like are used to identify an alkali metal compound and/or an alkaline earth metal. You can also

[走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型X線分析(SEM−EDX)]
酸素を含有するアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物、及び正極活物質は、観察倍率を1000倍〜4000倍にして測定した正極表面のSEM−EDX画像による酸素マッピングにより判別できる。SEM−EDX画像の測定例として、加速電圧を10kV、エミッション電流を1μA、測定画素数を256×256ピクセル、積算回数を50回として測定できる。試料の帯電を防止するために、金、白金、オスミウム等を真空蒸着やスパッタリング等の方法により表面処理することもできる。SEM−EDX画像の測定方法については、マッピング像において最大輝度値に達する画素がなく、輝度値の平均値が最大輝度値40%〜60%の範囲に入るように輝度及びコントラストを調整することが好ましい。得られた酸素マッピングに対し、輝度値の平均値を基準に二値化した明部を面積50%以上含む粒子をアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物とする。
[Scanning electron microscope-energy dispersive X-ray analysis (SEM-EDX)]
The oxygen-containing alkali metal compound and/or alkaline earth metal compound, and the positive electrode active material can be identified by oxygen mapping by a SEM-EDX image of the positive electrode surface measured at an observation magnification of 1000 to 4000 times. As an example of the SEM-EDX image measurement, the acceleration voltage is 10 kV, the emission current is 1 μA, the number of measurement pixels is 256×256 pixels, and the number of times of integration is 50. In order to prevent the sample from being charged, gold, platinum, osmium or the like can be surface-treated by a method such as vacuum deposition or sputtering. Regarding the measuring method of the SEM-EDX image, it is possible to adjust the brightness and contrast so that there is no pixel that reaches the maximum brightness value in the mapping image and the average value of the brightness values falls within the range of the maximum brightness value of 40% to 60%. preferable. In the obtained oxygen mapping, particles containing 50% or more in area of a bright portion binarized on the basis of the average value of luminance values are used as an alkali metal compound and/or an alkaline earth metal compound.

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

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

[イオンクロマトグラフィー]
正極の蒸留水洗浄液をイオンクロマトグラフィー(IC)で解析することにより、水中に溶出したアニオン種を同定することができる。使用するカラムとしては、イオン交換型、イオン排除型、逆相イオン対型を使用することができる。検出器としては、電気伝導度検出器、紫外可視吸光光度検出器、電気化学検出器等を使用することができ、検出器の前にサプレッサーを設置するサプレッサー方式、またはサプレッサーを配置せずに電気伝導度の低い溶液を溶離液に用いるノンサプレッサー方式を用いることができる。また、質量分析計や荷電化粒子器を組み合わせて測定することもできるため、SEM−EDX、ラマン、XPSの解析結果から同定されたアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物を基に適切なカラム、検出器を組み合わせることが好ましい。
サンプルの保持時間は、使用するカラムや溶離液等の条件が決まれば、イオン種成分毎に一定であり、またピークのレスポンスの大きさはイオン種毎に異なるが濃度に比例する。トレーサビリティーが確保された既知濃度の標準液を予め測定しておくことでイオン種成分の定性と定量が可能となる。
[Ion chromatography]
The anion species eluted in water can be identified by analyzing the distilled water washing liquid of the positive electrode by ion chromatography (IC). As a column to be used, an ion exchange type, an ion exclusion type, or a reverse phase ion pair type can be used. As the detector, an electrical conductivity detector, an ultraviolet-visible absorptiometry detector, an electrochemical detector, etc. can be used.A suppressor system in which a suppressor is installed in front of the detector, or an electric detector without a suppressor is used. A non-suppressor system that uses a solution having low conductivity as an eluent can be used. Further, since the measurement can be performed by combining with a mass spectrometer or a charged particle device, it is suitable based on the alkali metal compound and/or the alkaline earth metal compound identified from the analysis results of SEM-EDX, Raman, and XPS. It is preferable to combine a column and a detector.
The retention time of the sample is constant for each ion species component if conditions such as the column to be used and the eluent are determined, and the magnitude of the peak response is different for each ion species but is proportional to the concentration. It is possible to qualitatively and quantitatively determine the ionic species component by measuring in advance a standard solution of known concentration for which traceability is secured.

<アルカリ金属元素の定量方法 ICP−MS>
正極及び非水系電解液について、濃硝酸、濃塩酸、王水等の強酸を用いて酸分解し、得られた溶液を2%〜3%の酸濃度になるように純水で希釈する。酸分解については、適宜加熱、加圧し分解することもできる。得られた希釈液をICP−MSにより解析するが、この際に内部標準として既知量の元素を加えておくことが好ましい。測定対象のアルカリ金属元素及びアルカリ土類金属元素が測定上限濃度以上になる場合には、希釈液の酸濃度を維持したまま更に希釈することが好ましい。得られた測定結果に対し、化学分析用の標準液を用いて予め作成した検量線を基に、各元素を定量することができる。非水系電解液については、得られた測定結果から、Xをアルカリ金属イオンのモル濃度とし、Yをアルカリ土類金属イオンのモル濃度としてX/(X+Y)を算出することができる。
<Quantification method of alkali metal element ICP-MS>
The positive electrode and the non-aqueous electrolyte solution are acid-decomposed using a strong acid such as concentrated nitric acid, concentrated hydrochloric acid, and aqua regia, and the resulting solution is diluted with pure water to an acid concentration of 2% to 3%. Regarding acid decomposition, it can be decomposed by appropriately heating and pressurizing. The obtained diluted solution is analyzed by ICP-MS, and it is preferable to add a known amount of element as an internal standard at this time. When the alkali metal element and the alkaline earth metal element to be measured reach the upper limit concentrations of the measurement or higher, it is preferable to further dilute while maintaining the acid concentration of the diluent. Each element can be quantified with respect to the obtained measurement result based on a calibration curve prepared in advance using a standard solution for chemical analysis. For the non-aqueous electrolyte solution, X/(X+Y) can be calculated from the obtained measurement results, where X is the molar concentration of the alkali metal ion and Y is the molar concentration of the alkaline earth metal ion.

<アルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物の定量方法>
正極中に含まれるアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物の定量方法を以下に記載する。正極を有機溶媒で洗浄し、その後蒸留水で洗浄し、蒸留水での洗浄前後の正極重量変化からアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物を定量することができる。測定する正極の面積は特に制限されないが、測定のばらつきを軽減するという観点から5cm以上200cm以下であることが好ましく、より好ましくは25cm以上150cm以下である。面積が5cm以上あれば測定の再現性が確保される。面積が200cm以下であればサンプルの取扱い性に優れる。有機溶媒による洗浄については、正極表面に堆積した電解液分解物を除去できれば、有機溶媒は特に限定されないが、前記アルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物の溶解度が2%以下である有機溶媒を用いることでアルカリ金属化合物の溶出が抑制されるため好ましい。例えばメタノール、エタノール、アセトン、酢酸メチル等の極性溶媒が好適に用いられる。
<Method for quantifying alkali metal compound and/or alkaline earth metal compound>
The method for quantifying the alkali metal compound and/or the alkaline earth metal compound contained in the positive electrode will be described below. The positive electrode can be washed with an organic solvent and then with distilled water, and the alkali metal compound and/or the alkaline earth metal compound can be quantified from the change in the weight of the positive electrode before and after the washing with distilled water. Area of measurement for the positive electrode is not particularly limited but is preferably from the viewpoint of reducing the variation in measurement is 5 cm 2 or more 200 cm 2 or less, more preferably 25 cm 2 or more 150 cm 2 or less. If the area is 5 cm 2 or more, reproducibility of measurement is secured. When the area is 200 cm 2 or less, the sample is easy to handle. Regarding the cleaning with the organic solvent, the organic solvent is not particularly limited as long as the decomposition product of the electrolytic solution deposited on the surface of the positive electrode can be removed. It is preferable to use since the elution of the alkali metal compound is suppressed. For example, polar solvents such as methanol, ethanol, acetone and methyl acetate are preferably used.

正極の洗浄方法は例えば、正極の重量に対し50〜100倍のエタノール溶液に正極を3日間以上十分に浸漬させる。この時、エタノールが揮発しないよう容器に蓋をするなどの対策を施すことが好ましい。その後正極をエタノールから取り出し、真空乾燥(温度:100〜200℃、圧力:0〜10kPa、時間:5〜20時間の範囲で正極中のエタノールの残存が1質量%以下になる条件とする。エタノールの残存量については、後述する蒸留水洗浄後の水のGC/MSを測定し、予め作成した検量線を基に定量することができる。)し、その時の正極の重量をM(g)とする。続いて、正極の重量の100倍(100M(g))の蒸留水に正極を3日間以上十分に浸漬させる。この時、蒸留水が揮発しないよう容器に蓋をする等の対策を施すことが好ましい。3日間以上浸漬させた後、蒸留水から正極を取り出し(前記イオンクロマトグラフィーを測定する場合は、蒸留水の量が100M(g)になるように液量を調整する。)、前記のエタノール洗浄と同様に真空乾燥する。この時の正極の重量をM(g)とし、続いて、得られた正極の集電体の重量を測定するため、スパチュラ、ブラシ、刷毛等を用いて集電体上の正極活物質層を取り除く。得られた正極集電体の重量をM(g)とすると、正極中に含まれるアルカリ金属化合物の質量%Zは、(6)式にて算出できる。
Z=100×(M−M)/(M−M) ・・・(6)
なお、複数のアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物が正極活物質層に含まれる場合には、これらの総量をアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物量として算出する。
また、正極活物質層中に含まれる活物質、導電性フィラー、結着剤、及び分散安定剤等の総量C(質量%)は(7)式にて算出できる。
=100−Z ・・・(7)
As a method of cleaning the positive electrode, for example, the positive electrode is sufficiently immersed in an ethanol solution of 50 to 100 times the weight of the positive electrode for 3 days or more. At this time, it is preferable to take measures such as covering the container so that ethanol does not volatilize. After that, the positive electrode is taken out from ethanol and dried under vacuum (temperature: 100 to 200° C., pressure: 0 to 10 kPa, time: 5 to 20 hours, so that the amount of ethanol remaining in the positive electrode is 1% by mass or less. The residual amount can be determined by measuring GC/MS of water after washing with distilled water described below and quantifying it based on a calibration curve prepared in advance.), and the weight of the positive electrode at that time is M 0 (g). And Subsequently, the positive electrode is sufficiently immersed in distilled water 100 times the weight of the positive electrode (100 M 0 (g)) for 3 days or more. At this time, it is preferable to take measures such as covering the container with a lid so that the distilled water will not volatilize. After soaking for 3 days or more, the positive electrode was taken out from the distilled water (when measuring the above-mentioned ion chromatography, the liquid amount is adjusted so that the amount of distilled water becomes 100 M 0 (g)), and the above-mentioned ethanol. Vacuum-dry as well as wash. Let the weight of the positive electrode at this time be M 1 (g), and subsequently, in order to measure the weight of the obtained current collector of the positive electrode, a positive electrode active material layer on the current collector using a spatula, a brush, a brush or the like. Get rid of. When the weight of the obtained positive electrode current collector is M 2 (g), the mass% Z of the alkali metal compound contained in the positive electrode can be calculated by the formula (6).
Z=100×(M 0 −M 1 )/(M 0 −M 2 )... (6)
When a plurality of alkali metal compounds and/or alkaline earth metal compounds are contained in the positive electrode active material layer, the total amount thereof is calculated as the amount of alkali metal compounds and/or alkaline earth metal compounds.
Further, the total amount C 1 (% by mass) of the active material, the conductive filler, the binder, the dispersion stabilizer and the like contained in the positive electrode active material layer can be calculated by the formula (7).
C 1 =100−Z (7)

以下、実施例及び比較例を示し、本発明の特徴とするところを更に明確にする。しかしながら、本発明は、以下の実施例により何ら限定されるものではない。 Hereinafter, examples and comparative examples will be shown to further clarify the features of the present invention. However, the present invention is not limited to the following examples.

以下、第一の実施形態について具体的に説明する。
<実施例1>
<正極活物質の調製>
[調製例1a]
破砕されたヤシ殻炭化物を、小型炭化炉において窒素中、500℃において3時間炭化処理して炭化物を得た。得られた炭化物を賦活炉内へ入れ、1kg/hの水蒸気を予熱炉で加温した状態で前記賦活炉内へ導入し、900℃まで8時間掛けて昇温して賦活した。賦活後の炭化物を取り出し、窒素雰囲気下で冷却して、賦活された活性炭を得た。得られた活性炭を12時間通水洗浄した後に水切りした。その後、125℃に保持された電気乾燥機内で10時間乾燥した後に、ボールミルで1時間粉砕を行うことにより、活性炭1aを得た。
この活性炭1aについて、島津製作所社製レーザー回折式粒度分布測定装置(SALD−2000J)を用いて平均粒子径を測定した結果、12.7μmであった。また、ユアサアイオニクス社製細孔分布測定装置(AUTOSORB−1 AS−1−MP)を用いて細孔分布を測定した。その結果、BET比表面積が2330m/g、メソ孔量(V)が0.52cc/g、マイクロ孔量(V)が0.88cc/g、V/V=0.59であった。
Hereinafter, the first embodiment will be specifically described.
<Example 1>
<Preparation of positive electrode active material>
[Preparation Example 1a]
The crushed coconut shell carbide was carbonized in a small carbonization furnace in nitrogen at 500° C. for 3 hours to obtain a carbide. The obtained carbide was placed in an activation furnace, and 1 kg/h of steam was heated in a preheating furnace and then introduced into the activation furnace. The temperature was raised to 900° C. over 8 hours for activation. The activated carbide was taken out and cooled under a nitrogen atmosphere to obtain activated activated carbon. The activated carbon obtained was washed with water for 12 hours and then drained. Then, after drying for 10 hours in an electric dryer maintained at 125° C., crushing was performed for 1 hour with a ball mill to obtain activated carbon 1a.
The average particle size of this activated carbon 1a was 12.7 μm as a result of measurement with a laser diffraction particle size distribution analyzer (SALD-2000J) manufactured by Shimadzu Corporation. In addition, the pore distribution was measured using a pore distribution measuring device (AUTOSORB-1 AS-1-MP) manufactured by Yuasa Ionics. As a result, the BET specific surface area was 2330 m 2 /g, the mesopore amount (V 1 ) was 0.52 cc/g, the micropore amount (V 2 ) was 0.88 cc/g, and V 1 /V 2 =0.59. there were.

[調製例2a]
フェノール樹脂について、窒素雰囲気下、焼成炉中600℃において2時間の炭化処理を行った後、ボールミルにて粉砕し、分級を行って平均粒子径7μmの炭化物を得た。この炭化物とKOHとを、質量比1:5で混合し、窒素雰囲下、焼成炉中800℃において1時間加熱して賦活化を行った。濃度2mol/Lに調整した希塩酸中で1時間に亘って賦活化物の撹拌洗浄を行って、さらに蒸留水でpH5〜6の間で安定するまで煮沸洗浄した後に、乾燥を行うことにより、活性炭2aを得た。
この活性炭2aについて、島津製作所社製レーザー回折式粒度分布測定装置(SALD−2000J)を用いて平均粒子径を測定した結果、7.0μmであった。また、ユアサアイオニクス社製細孔分布測定装置(AUTOSORB−1 AS−1−MP)を用いて細孔分布を測定した。その結果、BET比表面積が3627m/g、メソ孔量(V)が1.50cc/g、マイクロ孔量(V)が2.28cc/g、V/V=0.66であった。
[Preparation Example 2a]
The phenol resin was carbonized in a firing furnace at 600° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere, pulverized with a ball mill and classified to obtain a carbide having an average particle diameter of 7 μm. The carbide and KOH were mixed at a mass ratio of 1:5, and heated at 800° C. for 1 hour in a firing furnace in a nitrogen atmosphere to activate. The activated carbon is stirred and washed for 1 hour in dilute hydrochloric acid adjusted to a concentration of 2 mol/L, and is further washed by boiling with distilled water until it becomes stable between pH 5 and 6, followed by drying, thereby activating the activated carbon 2a. Got
The average particle diameter of the activated carbon 2a was measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer (SALD-2000J) manufactured by Shimadzu Corporation, and the result was 7.0 μm. In addition, the pore distribution was measured using a pore distribution measuring device (AUTOSORB-1 AS-1-MP) manufactured by Yuasa Ionics. As a result, the BET specific surface area was 3627 m 2 /g, the mesopore volume (V 1 ) was 1.50 cc/g, the micropore volume (V 2 ) was 2.28 cc/g, and V 1 /V 2 =0.66. there were.

<炭酸リチウムの粉砕>
平均粒子径46μmの炭酸リチウム200gを、液体窒素で−196℃に冷却化した後、ドライアイスビーズを用い、周速10.0m/sにて20分間粉砕した。−196℃で熱変性を防止し、かつ脆性破壊により得られた炭酸リチウム1について平均粒子径を測定したところ2.5μmであった。
<Crushing of lithium carbonate>
After 200 g of lithium carbonate having an average particle diameter of 46 μm was cooled to −196° C. with liquid nitrogen, it was ground for 20 minutes at a peripheral speed of 10.0 m/s using dry ice beads. The average particle diameter of lithium carbonate 1 obtained by preventing thermal denaturation at −196° C. and obtained by brittle fracture was 2.5 μm.

<炭酸カリウムの粉砕>
平均粒子径53μmの炭酸カリウム200gを、液体窒素で−196℃に冷却化した後、ドライアイスビーズを用い、周速10.0m/sにて20分間粉砕した。−196℃で熱変性を防止し、かつ脆性破壊により得られた炭酸カリウム1について平均粒子径を測定したところ3.2μmであった。
<Pulverization of potassium carbonate>
200 g of potassium carbonate having an average particle diameter of 53 μm was cooled to −196° C. with liquid nitrogen, and then pulverized with dry ice beads at a peripheral speed of 10.0 m/s for 20 minutes. The average particle diameter of potassium carbonate 1 obtained by preventing thermal denaturation at −196° C. and obtained by brittle fracture was 3.2 μm.

<正極前駆体の製造>
前記活性炭2aを正極活物質として用い、かつ前記炭酸リチウム1及び炭酸カリウム1をアルカリ金属化合物として用いて正極前駆体を作製した。
活性炭2aを54.5質量部、炭酸リチウム1を23.0質量部、炭酸カリウム1を13.0質量部、ケッチェンブラックを3.0質量部、PVP(ポリビニルピロリドン)を1.5質量部、及びPVDF(ポリフッ化ビニリデン)を5.0質量部、並びにNMP(N−メチルピロリドン)を混合し、混合物をPRIMIX社製の薄膜旋回型高速ミキサーフィルミックスを用いて、周速17m/sの条件で分散して塗工液を得た。得られた塗工液の粘度(ηb)及びTI値を東機産業社のE型粘度計TVE−35Hを用いて測定した。その結果、粘度(ηb)は2,360mPa・s、TI値は3.7であった。また、得られた塗工液の分散度をヨシミツ精機社製の粒ゲージを用いて測定した。その結果、粒度は31μmであった。前記塗工液を、東レエンジニアリング社製のダイコーターを用いて、厚さ15μmのアルミニウム箔の片面又は両面に塗工速度1m/sの条件で塗工し、乾燥温度120℃で乾燥して、正極前駆体1(片面)及び正極前駆体1(両面)を得た。得られた正極前駆体1(片面)及び正極前駆体1(両面)について、ロールプレス機を用いて、圧力6kN/cm及びプレス部の表面温度25℃の条件下でプレスを実施した。前記で得られた正極前駆体1(片面)及び正極前駆体1(両面)の正極活物質層の膜厚を小野計器社製膜厚計Linear Gauge Sensor GS−551を用いて、正極前駆体1の任意の10か所で測定した厚さの平均値から、アルミニウム箔の厚さを引いて求めた。その結果、正極活物質層の膜厚は、片面当たり63μmであった。
<Production of positive electrode precursor>
A positive electrode precursor was prepared using the activated carbon 2a as the positive electrode active material and the lithium carbonate 1 and the potassium carbonate 1 as the alkali metal compound.
54.5 parts by mass of activated carbon 2a, 23.0 parts by mass of lithium carbonate 1, 13.0 parts by mass of potassium carbonate 1, 3.0 parts by mass of Ketjen Black, 1.5 parts by mass of PVP (polyvinylpyrrolidone). , And PVDF (polyvinylidene fluoride) 5.0 parts by mass, and NMP (N-methylpyrrolidone) were mixed, and the peripheral speed was 17 m/s using a thin film swirl type high speed mixer fill mix manufactured by PRIMIX. The coating liquid was obtained by dispersing under the conditions. The viscosity (ηb) and TI value of the obtained coating liquid were measured using an E-type viscometer TVE-35H manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. As a result, the viscosity (ηb) was 2,360 mPa·s and the TI value was 3.7. Further, the dispersity of the obtained coating liquid was measured using a grain gauge manufactured by Yoshimitsu Seiki. As a result, the particle size was 31 μm. Using a die coater manufactured by Toray Engineering Co., Ltd., the coating liquid is applied to one or both sides of an aluminum foil having a thickness of 15 μm at a coating speed of 1 m/s and dried at a drying temperature of 120° C. Positive electrode precursor 1 (one side) and positive electrode precursor 1 (both sides) were obtained. The positive electrode precursor 1 (one side) and the positive electrode precursor 1 (both sides) thus obtained were pressed using a roll press machine under the conditions of a pressure of 6 kN/cm and a surface temperature of the press section of 25°C. The thicknesses of the positive electrode precursor 1 (one side) and the positive electrode active material layers of the positive electrode precursor 1 (both sides) obtained above were measured using a positive gauge precursor 1 using a thickness gauge Linear Gauge Sensor GS-551 manufactured by Ono Keiki Co., Ltd. It was determined by subtracting the thickness of the aluminum foil from the average value of the thicknesses measured at 10 arbitrary points. As a result, the thickness of the positive electrode active material layer was 63 μm on each side.

<負極活物質の調製 調製例1>
市販の人造黒鉛のBET比表面積及び細孔分布を、ユアサアイオニクス社製細孔分布測定装置(AUTOSORB−1 AS−1−MP)を用いて、上述した方法によって測定した。その結果、BET比表面積は3.1m/g、平均粒子径は4.8μmであった。
この人造黒鉛300gをステンレススチールメッシュ製の籠に入れ、石炭系ピッチ(軟化点:50℃)30gを入れたステンレス製バットの上に置き、両者を電気炉(炉内有効寸法300mm×300mm×300mm)内に設置して、熱反応を行うことにより、複合多孔質炭素材料1bを得た。この熱処理は、窒素雰囲気下で、1000℃まで12時間で昇温し、同温度で5時間保持する方法により行なった。続いて自然冷却により60℃まで冷却した後、複合炭素材料1bを炉から取り出した。
得られた複合炭素材料1bについて、前記と同様の方法でBET比表面積及び細孔分布を測定した。その結果、BET比表面積は6.1m/g、平均粒子径は4.9μmであった。また、複合炭素材料1bにおいて、石炭系ピッチ由来の炭素質材料の活性炭に対する質量比率は2.0%であった。
<Preparation of Negative Electrode Active Material Preparation Example 1>
The BET specific surface area and the pore distribution of commercially available artificial graphite were measured by the method described above using a pore distribution measuring device (AUTOSORB-1 AS-1-MP) manufactured by Yuasa Ionics. As a result, the BET specific surface area was 3.1 m 2 /g and the average particle size was 4.8 μm.
300 g of this artificial graphite is put into a basket made of stainless steel mesh, and placed on a stainless steel bat containing 30 g of coal-based pitch (softening point: 50° C.), and both are placed in an electric furnace (effective size in furnace 300 mm × 300 mm × 300 mm). ), and by carrying out a thermal reaction, a composite porous carbon material 1b was obtained. This heat treatment was performed by a method of raising the temperature to 1000° C. in 12 hours in a nitrogen atmosphere and holding the same temperature for 5 hours. Then, after cooling to 60° C. by natural cooling, the composite carbon material 1b was taken out of the furnace.
The BET specific surface area and pore distribution of the obtained composite carbon material 1b were measured by the same method as described above. As a result, the BET specific surface area was 6.1 m 2 /g and the average particle size was 4.9 μm. In the composite carbon material 1b, the mass ratio of the carbonaceous material derived from coal-based pitch to the activated carbon was 2.0%.

<負極の製造>
前記複合炭素材料1bを負極活物質として用いて負極を製造した。
複合炭素材料1bを84質量部、アセチレンブラックを10質量部、及びPVdF(ポリフッ化ビニリデン)を6質量部、並びにNMP(N−メチルピロリドン)を混合し、混合物をPRIMIX社製の薄膜旋回型高速ミキサーフィルミックスを用いて、周速17m/sの条件で分散して塗工液を得た。得られた塗工液の粘度(ηb)及びTI値を、東機産業社のE型粘度計TVE−35Hを用いて測定した。その結果、粘度(ηb)は2,326mPa・s、TI値は2.7であった。前記塗工液を、東レエンジニアリング社製のダイコーターを用いて厚さ10μmの電解銅箔の両面に塗工速度2m/sの条件で塗工し、乾燥温度120℃で乾燥して負極1を得た。得られた負極1について、ロールプレス機を用いて、圧力5kN/cm及びプレス部の表面温度25℃の条件下でプレスを実施した。前記で得られた負極1の負極活物質層の膜厚を、小野計器社製膜厚計Linear Gauge Sensor GS−551を用いて、負極1の任意の10か所で測定した厚さの平均値から、銅箔の厚さを引いて求めた。その結果、負極活物質層の膜厚は、片面当たり30μmであった。
<Manufacture of negative electrode>
A negative electrode was manufactured using the composite carbon material 1b as a negative electrode active material.
84 parts by mass of the composite carbon material 1b, 10 parts by mass of acetylene black, 6 parts by mass of PVdF (polyvinylidene fluoride), and NMP (N-methylpyrrolidone) were mixed, and the mixture was a thin film swirl type high speed manufactured by PRIMIX. A mixer fill mix was used to disperse under a condition of a peripheral speed of 17 m/s to obtain a coating liquid. The viscosity (ηb) and TI value of the obtained coating liquid were measured using an E-type viscometer TVE-35H manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. As a result, the viscosity (ηb) was 2,326 mPa·s and the TI value was 2.7. The above coating liquid was applied to both sides of an electrolytic copper foil having a thickness of 10 μm using a die coater manufactured by Toray Engineering Co., Ltd. at a coating speed of 2 m/s and dried at a drying temperature of 120° C. to form the negative electrode 1. Obtained. The obtained negative electrode 1 was pressed using a roll press machine under the conditions of a pressure of 5 kN/cm and a surface temperature of the press portion of 25°C. The film thickness of the negative electrode active material layer of the negative electrode 1 obtained above was measured using an Ono Keiki Co., Ltd. film thickness meter Linear Gauge Sensor GS-551, at an average value of 10 thicknesses of the negative electrode 1. It was calculated by subtracting the thickness of the copper foil. As a result, the film thickness of the negative electrode active material layer was 30 μm on each side.

[負極単位重量当たり容量の測定]
前記で得られた負極1を1.4cm×2.0cm(2.8cm)の大きさに1枚切り出し、銅箔の両面に塗工された負極活物質層の片方の層を、スパチュラ、ブラシ、又は刷毛を用いて除去して作用極とし、対極及び参照極として、それぞれ金属リチウムを用い、電解液として、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)の体積比1:1混合溶媒にLiPFを1.0mol/Lの濃度で溶解させた非水系溶液を用いて、アルゴンボックス中で電気化学セルを作製した。
得られた電気化学セルについて、東洋システム社製の充放電装置(TOSCAT−3100U)を用いて、以下の手順で初期充電容量を測定した。
電気化学セルに対して、温度25℃において、電流値0.5mA/cmで電圧値が0.01Vになるまで定電流充電を行った後、更に電流値が0.01mA/cmになるまで定電圧充電を行った。この定電流充電及び定電圧充電の時の充電容量を初回充電容量として評価したところ、0.72mAhであり、負極1の単位質量当たりの容量(リチウムイオンのドープ量)は550mAh/gであった。
[Measurement of capacity per unit weight of negative electrode]
One piece of the negative electrode 1 obtained above was cut into a size of 1.4 cm×2.0 cm (2.8 cm 2 ) and one layer of the negative electrode active material layer coated on both sides of the copper foil was replaced with a spatula, Using a brush or a brush to make a working electrode, using a lithium metal as the counter electrode and a reference electrode, respectively, and using an electrolyte solution of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) in a volume ratio of 1:1 as a mixed solvent. An electrochemical cell was prepared in an argon box using a non-aqueous solution in which LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1.0 mol/L.
The initial charge capacity of the obtained electrochemical cell was measured by the following procedure using a charging/discharging device (TOSCAT-3100U) manufactured by Toyo System Co., Ltd.
Against the electrochemical cell, at a temperature 25 ° C., after the voltage value at a current value 0.5 mA / cm 2 was subjected to constant current charging until 0.01 V, further the current value reached 0.01 mA / cm 2 Constant voltage charging was performed. When the charge capacity during constant current charging and constant voltage charging was evaluated as the initial charge capacity, it was 0.72 mAh, and the capacity per unit mass of the negative electrode 1 (lithium ion doping amount) was 550 mAh/g. .

<電解液の調製>
有機溶媒として、エチレンカーボネート(EC):エチルメチルカーボネート(EMC)=33:67(体積比)の混合溶媒を用い、全電解液に対してLiN(SOF)及びLiPFの濃度比が75:25(モル比)であり、かつLiN(SOF)及びLiPFの濃度の和が1.2mol/Lとなるようにそれぞれの電解質塩を溶解して非水系電解液1を得た。電解液1におけるLiN(SOF)及びLiPFの濃度は、それぞれ、0.9mol/L及び0.3mol/Lであった。
<Preparation of electrolyte>
As the organic solvent, a mixed solvent of ethylene carbonate (EC):ethyl methyl carbonate (EMC)=33:67 (volume ratio) was used, and the concentration ratio of LiN(SO 2 F) 2 and LiPF 6 was relative to the total electrolytic solution. 75:25 (molar ratio), and each electrolyte salt was dissolved so that the sum of the concentrations of LiN(SO 2 F) 2 and LiPF 6 was 1.2 mol/L to obtain the non-aqueous electrolyte solution 1. It was The concentrations of LiN(SO 2 F) 2 and LiPF 6 in the electrolytic solution 1 were 0.9 mol/L and 0.3 mol/L, respectively.

<非水系アルカリ金属イオンキャパシタの作製>
得られた正極前駆体を、正極活物質層が10.0cm×10.0cm(100cm)の大きさになるように、正極前駆体1(片面)を2枚、正極前駆体1(両面)を19枚切り出した。続いて負極1を、負極活物質層が10.1cm×10.1cm(102cm)の大きさになるように20枚切り出した。また、10.3cm×10.3cm(106cm)のポリエチレン製のセパレータ(旭化成製、厚み10μm)40枚を用意した。これらを、最外層が正極前駆体1(片面)になるように、正極前駆体、セパレータ、負極の順にセパレータを挟んで正極活物質層と負極活物質層が対向するように積層し、電極積層体を得た。得られた電極積層体に正極端子及び負極端子を超音波溶接し、アルミラミネート包材で形成された容器に入れ、電極端子部を含む3辺をヒートシールによりシールした。アルミラミネート包材の中に収納された電極積層体に、温度25℃、露点−40℃以下のドライエアー環境下にて、約70gの前記非水系電解液1を大気圧下で注入し、非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。続いて、減圧チャンバーの中に前記非水系アルカリ金属イオンキャパシタを入れ、大気圧から−87kPaまで減圧した後、大気圧に戻し、5分間静置した。その後、大気圧から−87kPaまで減圧した後、大気圧に戻す工程を4回繰り返した後、15分間静置した。さらに、大気圧から−91kPaまで減圧した後、大気圧に戻した。同様に減圧し、大気圧に戻す工程を合計7回繰り返した(それぞれ−95,−96,−97,−81,−97,−97,−97kPaまで減圧した)。以上の工程により、非水系電解液1を電極積層体に含浸させた。
その後、非水系アルカリ金属イオンキャパシタを減圧シール機に入れ、−95kPaに減圧した状態で、180℃で10秒間、0.1MPaの圧力でシールすることによりアルミラミネート包材を封止した。
<Preparation of non-aqueous alkali metal ion capacitor>
The obtained positive electrode precursor was prepared so that the positive electrode active material layer had a size of 10.0 cm×10.0 cm (100 cm 2 ), two positive electrode precursors 1 (one side), and one positive electrode precursor 1 (both sides). 19 sheets were cut out. Then, 20 sheets of the negative electrode 1 were cut out so that the negative electrode active material layer had a size of 10.1 cm×10.1 cm (102 cm 2 ). In addition, 40 sheets of 10.3 cm×10.3 cm (106 cm 2 ) polyethylene separators (Asahi Kasei, thickness 10 μm) were prepared. These are laminated such that the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other with the positive electrode precursor, the separator, and the negative electrode sandwiched in this order so that the outermost layer is the positive electrode precursor 1 (one surface), and the electrode is laminated. Got the body A positive electrode terminal and a negative electrode terminal were ultrasonically welded to the obtained electrode laminate, placed in a container formed of an aluminum laminate packaging material, and three sides including the electrode terminal portion were sealed by heat sealing. About 70 g of the non-aqueous electrolyte solution 1 was injected into the electrode laminate housed in the aluminum laminate packaging material at a temperature of 25° C. and a dew point of −40° C. or less under atmospheric pressure to A water-based alkali metal ion capacitor was produced. Then, the non-aqueous alkali metal ion capacitor was placed in a decompression chamber, decompressed from atmospheric pressure to -87 kPa, returned to atmospheric pressure, and left standing for 5 minutes. Then, after depressurizing from atmospheric pressure to -87 kPa, the process of returning to atmospheric pressure was repeated 4 times, and then allowed to stand for 15 minutes. Furthermore, the pressure was reduced from atmospheric pressure to -91 kPa, and then returned to atmospheric pressure. Similarly, the step of decompressing and returning to atmospheric pressure was repeated 7 times in total (reduced to -95, -96, -97, -81, -97, -97, -97 kPa, respectively). Through the above steps, the non-aqueous electrolyte solution 1 was impregnated into the electrode laminate.
Then, the non-aqueous alkali metal ion capacitor was put in a decompression sealing machine, and under reduced pressure of -95 kPa, the aluminum laminate packaging material was sealed by sealing at 180°C for 10 seconds at a pressure of 0.1 MPa.

[アルカリ金属ドープ工程]
得られた非水系アルカリ金属イオンキャパシタを、温度25℃、露点−60℃、及び酸素濃度1ppmのアルゴンボックス内に入れた。前記非水系アルカリ金属イオンキャパシタのアルミラミネート包材の余剰部を切断して開封し、松定プレシジョン社製の電源(P4LT18−0.2)を用いて、電流値50mAで電圧4.5Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.5V定電圧充電を72時間継続する手法により初期充電を行い、負極にアルカリ金属ドープ(リチウム及びカリウムドープ)を行った。アルカリ金属ドープ(リチウム及びカリウムドープ)終了後、富士インパルス社製のヒートシール機(FA−300)を用いてアルミラミネートを封止した。
[Alkali metal doping process]
The obtained non-aqueous alkali metal ion capacitor was placed in an argon box having a temperature of 25° C., a dew point of −60° C., and an oxygen concentration of 1 ppm. The excess part of the aluminum laminate packaging material of the non-aqueous alkali metal ion capacitor was cut and opened, and a voltage of 4.5V was reached at a current value of 50 mA using a power source (P4LT18-0.2) manufactured by Matsusada Precision Co., Ltd. After constant-current charging until, the initial charging was carried out by a method of continuously continuing 4.5V constant-voltage charging for 72 hours, and the negative electrode was doped with an alkali metal (lithium and potassium). After the alkali metal dope (lithium and potassium dope) was completed, the aluminum laminate was sealed using a heat sealing machine (FA-300) manufactured by Fuji Impulse.

[エージング工程]
アルカリ金属ドープ(リチウム及びカリウムドープ)後の非水系アルカリ金属イオンキャパシタをアルゴンボックスから取り出し、25℃環境下、50mAで電圧3.0Vに到達するまで定電流放電を行った後、3.0V定電流放電を1時間行うことにより電圧を3.0Vに調整した。続いて、非水系アルカリ金属イオンキャパシタを60℃の恒温槽に48時間保管した。
[Aging process]
The non-aqueous alkali metal ion capacitor after alkali metal dope (lithium and potassium dope) was taken out from the argon box and subjected to constant current discharge at 50 mA at 25° C. until the voltage reached 3.0 V, and then at 3.0 V constant. The voltage was adjusted to 3.0 V by performing current discharge for 1 hour. Then, the non-aqueous alkali metal ion capacitor was stored in a constant temperature bath at 60° C. for 48 hours.

[ガス抜き工程]
エージング後の非水系アルカリ金属イオンキャパシタを、温度25℃、露点−40℃のドライエアー環境下でアルミラミネート包材の一部を開封した。続いて、減圧チャンバーの中に前記非水系アルカリ金属イオンキャパシタを入れ、ダイヤフラムポンプ(KNF社製、N816.3KT.45.18)を用いて常圧から−80kPaまで3分間掛けて減圧した後、3分間掛けて常圧に戻す工程を合計3回繰り返した。その後、減圧シール機に非水系アルカリ金属イオンキャパシタを入れ、−90kPaに減圧した後、200℃で10秒間、0.1MPaの圧力でシールすることによりアルミラミネート包材を封止した。
[Degassing process]
The non-aqueous alkali metal ion capacitor after aging was opened at a temperature of 25° C. and a dew point of −40° C. in a dry air environment to partially open the aluminum laminate packaging material. Subsequently, the non-aqueous alkali metal ion capacitor was placed in a decompression chamber, and a diaphragm pump (N816.3KT.45.18, manufactured by KNF) was used to decompress it from atmospheric pressure to -80 kPa for 3 minutes, and then, The process of taking 3 minutes and returning to normal pressure was repeated 3 times in total. Then, the non-aqueous alkali metal ion capacitor was put in a vacuum sealer, the pressure was reduced to -90 kPa, and the aluminum laminate packaging material was sealed by sealing at 200° C. for 10 seconds at a pressure of 0.1 MPa.

<非水系アルカリ金属イオンキャパシタの評価>
[静電容量Faの測定]
前記工程で得られた非水系アルカリ金属イオンキャパシタの内の1個について、25℃に設定した恒温槽内で、富士通テレコムネットワークス福島株式会社製の充放電装置(5V,360A)を用いて、2Cの電流値(1.2A)で3.8Vに到達するまで定電流充電を行い、続いて3.8Vの定電圧を印加する定電圧充電を合計で30分行った。その後、2.2Vまで2Cの電流値(1.2A)で定電流放電を施した際の容量をQ(C)とし、F=Q/(3.8−2.2)により算出した静電容量Faは、1385Fであった。
<Evaluation of non-aqueous alkali metal ion capacitors>
[Measurement of capacitance Fa]
About one of the non-aqueous alkali metal ion capacitors obtained in the above step, using a charging/discharging device (5V, 360A) manufactured by Fujitsu Telecom Networks Fukushima Co., Ltd. in a constant temperature bath set at 25° C. Constant current charging was performed at a current value of 2 C (1.2 A) until reaching 3.8 V, and then constant voltage charging for applying a constant voltage of 3.8 V was performed for a total of 30 minutes. Then, the electrostatic capacity calculated by F=Q/(3.8-2.2), where Q(C) is the capacity when constant-current discharge is performed at a current value of 2C (1.2A) up to 2.2V. The capacity Fa was 1385F.

[内部抵抗Raの算出]
前記非水系アルカリ金属イオンキャパシタについて、25℃に設定した恒温槽内で、富士通テレコムネットワークス福島株式会社製の充放電装置(5V,360A)を用いて、20Cの電流値(12A)で3.8Vに到達するまで定電流充電し、続いて3.8Vの定電圧を印加する定電圧充電を合計で30分間行った。その後サンプリング時間を0.1秒とし、20Cの電流値(12A)で2.2Vまで定電流放電を行い、放電カーブ(時間−電圧)を得た。この放電カーブにおいて、放電時間2秒及び4秒の時点における電圧値から、直線近似にて外挿して得られる放電時間=0秒における電圧をEoとし、降下電圧ΔE=3.8−Eo、及びR=ΔE/(電流値20C)により内部抵抗Raを算出したところ、0.48mΩであった。
[Calculation of internal resistance Ra]
Regarding the non-aqueous alkali metal ion capacitor, a charging/discharging device (5V, 360A) manufactured by Fujitsu Telecom Networks Fukushima Co., Ltd. was used in a thermostatic chamber set at 25° C. and a current value (12A) of 20 C was applied to 3. Constant current charging was performed until the voltage reached 8 V, and then constant voltage charging in which a constant voltage of 3.8 V was applied was performed for a total of 30 minutes. After that, the sampling time was set to 0.1 second, and constant current discharge was performed up to 2.2 V at a current value (12 A) of 20 C to obtain a discharge curve (time-voltage). In this discharge curve, the voltage at discharge time=0 second obtained by extrapolating by linear approximation from the voltage values at the discharge time of 2 seconds and 4 seconds is Eo, and the drop voltage ΔE=3.8−Eo, and When the internal resistance Ra was calculated from R=ΔE/(current value 20 C), it was 0.48 mΩ.

[高温保存試験]
前記非水系アルカリ金属イオンキャパシタについて、25℃に設定した恒温槽内で、富士通テレコムネットワークス株式会社製の充放電装置(5V,360A)を用いて、100Cの電流値(60A)で4.0Vに到達するまで定電流充電し、続いて4.0Vの定電圧を印加する定電圧充電を合計で10分間行った。その後、セルを60℃環境下に保存し、2週間毎に60℃環境下から取り出し、同様の充電工程にてセル電圧を4.0Vに充電した後、再びセルを60℃環境下で保存した。この工程を2か月間繰り返し実施し、保存試験開始前のセル体積Va、保存試験2か月後のセルの体積Vbをフロリナート(商標登録、スリーエムジャパン株式会社)FC−40を測定溶媒として25℃環境下、アルキメデス法により測定した。Vb−Vaにより求めたガス発生量を静電容量Faにより規格化した値Bは2.34×10−3cc/Fであった。
前記高温保存試験後の非水系アルカリ金属イオンキャパシタに対して内部抵抗Rbを算出したところ0.50mΩであり、Rb/Raの値は1.04であった。
[High temperature storage test]
Regarding the non-aqueous alkali metal ion capacitor, a charging/discharging device (5V, 360A) manufactured by Fujitsu Telecom Networks Co., Ltd. was used in a constant temperature bath set at 25° C., and a current value (60A) of 100C was 4.0V. Constant current charging was performed until a constant voltage of 4.0 V was applied, and then constant voltage charging in which a constant voltage of 4.0 V was applied was performed for a total of 10 minutes. After that, the cell was stored in a 60° C. environment, taken out of the 60° C. environment every two weeks, charged to a cell voltage of 4.0 V in the same charging step, and then stored again in the 60° C. environment. . This step was repeated for 2 months, and the cell volume Va before the storage test was started and the cell volume Vb after 2 months of the storage test were measured using Fluorinert (trademark registered, 3M Japan Co., Ltd.) FC-40 as a measurement solvent at 25°C. Under the environment, it was measured by the Archimedes method. The value B obtained by normalizing the gas generation amount obtained by Vb-Va by the capacitance Fa was 2.34×10 −3 cc/F.
The internal resistance Rb of the non-aqueous alkali metal ion capacitor after the high temperature storage test was calculated to be 0.50 mΩ, and the value of Rb/Ra was 1.04.

[高負荷充放電サイクル試験]
前記非水系アルカリ金属イオンキャパシタについて、25℃に設定した恒温槽内で、富士通テレコムネットワークス福島株式会社製の充放電装置(5V,360A)を用いて、200Cの電流値(120A)で3.8Vに到達するまで定電流充電し、続いて200Cの電流値で2.2Vに到達するまで定電流放電を行う充放電工程を休止なしの条件で60000回繰り返した。サイクル終了後に20Cの電流値(12A)で4.5Vまで充電し、その後定電圧充電を1時間継続した。その後、静電容量Fbを測定したところ1439Fであり、Fb/Fa=1.04であった。
[High load charge/discharge cycle test]
Regarding the non-aqueous alkali metal ion capacitor, a charging/discharging device (5V, 360A) manufactured by Fujitsu Telecom Networks Fukushima Co., Ltd. was used at a current value of 200C (120A) in a thermostatic chamber set at 25°C. The charging/discharging step of performing constant current charging until reaching 8 V and then performing constant current discharging at a current value of 200 C until reaching 2.2 V was repeated 60,000 times under non-paused conditions. After the cycle was completed, the battery was charged to 4.5 V at a current value (12 A) of 20 C, and then constant voltage charging was continued for 1 hour. After that, the capacitance Fb was measured and found to be 1439F and Fb/Fa=1.04.

<正極活物質層の解析>
完成した残りの非水系アルカリ金属イオンキャパシタについて、電圧を2.9Vに調整した後、23℃の部屋に設置された露点−90℃以下及び酸素濃度1ppm以下で管理されているArボックス内で解体して正極電極体を取り出した。両面に正極活物質層が塗工された正極を10cm×5cmの大きさに2枚切り出し、正極試料1を2枚作製した。得られた正極試料1の内の1枚を30gのジエチルカーボネート溶媒に浸し、時折ピンセットで正極を動かし、10分間洗浄した。続いて正極を取り出し、アルゴンボックス中で5分間風乾させ、新たに用意した30gのジエチルカーボネート溶媒に正極を浸し、前記と同様の方法にて10分間洗浄した。続いて、大気非暴露を維持した状態のまま、サイドボックス中で正極試料を真空乾燥させた。
乾燥後の正極電極体を、大気非暴露を維持した状態でサイドボックスからArボックスに移し、重水で浸漬抽出して、正極電極体抽出液を得た。抽出液の解析は、イオンクロマトグラフィー(IC)及びH−NMRにて行い、求めた正極電極体抽出液中の各化合物の濃度C(mol/ml)、抽出に用いた重水の体積D(ml)、及び抽出に用いた正極の活物質の質量E(g)から、下記(8)式:
単位質量当たりの存在量W(mol/g)=C×D÷E (8)
により、正極電極体に堆積する各化合物の、正極活物質単位質量当たりの存在量(mol/g)を求めた。
なお、抽出に用いた正極活物質層の質量は、以下の方法によって求めた。
重水抽出後に残った正極電極体の集電体からスパチュラ、ブラシ、又は刷毛を用いて正極活物質層を剥がし取り、該剥がし取った正極活物質層を、水洗した後、真空乾燥した。真空乾燥して得た正極活物質層を、NMPにより洗浄した。続いて、得られた正極活物質層を再度真空乾燥した後、秤量することにより、抽出に用いた正極活物質層の質量を調べた。
<Analysis of positive electrode active material layer>
After adjusting the voltage to 2.9V, the remaining non-aqueous alkali metal ion capacitors were disassembled in an Ar box, which was installed in a room at 23°C and was controlled at a dew point of -90°C or less and an oxygen concentration of 1ppm or less. Then, the positive electrode body was taken out. Two positive electrodes each having a positive electrode active material layer coated on both sides were cut into a size of 10 cm×5 cm to prepare two positive electrode samples 1. One of the obtained positive electrode samples 1 was immersed in 30 g of a diethyl carbonate solvent, and the positive electrode was occasionally moved with tweezers to wash for 10 minutes. Subsequently, the positive electrode was taken out, air-dried in an argon box for 5 minutes, immersed in 30 g of a newly prepared diethyl carbonate solvent, and washed for 10 minutes by the same method as described above. Subsequently, the positive electrode sample was vacuum-dried in the side box while keeping the atmosphere unexposed.
The dried positive electrode body was transferred from the side box to the Ar box in a state where it was not exposed to the atmosphere, and immersion extraction was performed with heavy water to obtain a positive electrode body extract solution. The analysis of the extract was carried out by ion chromatography (IC) and 1 H-NMR, and the concentration C (mol/ml) of each compound in the extract of the positive electrode body obtained and the volume D of heavy water used for extraction ( ml) and the mass E (g) of the positive electrode active material used for extraction, the following formula (8):
Abundance per unit mass W (mol/g)=C×D÷E (8)
Thus, the amount of each compound deposited on the positive electrode body (mol/g) per unit mass of the positive electrode active material was determined.
The mass of the positive electrode active material layer used for extraction was determined by the following method.
The positive electrode active material layer was peeled off from the current collector of the positive electrode body remaining after extraction with heavy water using a spatula, a brush, or a brush, and the peeled positive electrode active material layer was washed with water and then vacuum dried. The positive electrode active material layer obtained by vacuum drying was washed with NMP. Subsequently, the obtained positive electrode active material layer was vacuum dried again, and then weighed to check the mass of the positive electrode active material layer used for extraction.

H−NMRの測定]
正極電極体抽出液を3mmφNMRチューブ(株式会社シゲミ製PN−002)に入れ、1,2,4,5−テトラフルオロベンゼン入りの重水素化クロロホルムの入った5mmφNMRチューブ(日本精密科学株式会社製N−5)に挿し込み、二重管法にて、H NMR測定を行った。1,2,4,5−テトラフルオロベンゼンのシグナル7.1ppm(m,2H)で規格化して、観測された各化合物の積分値を求めた。
また、濃度既知のジメチルスルホキシドの入った重水素化クロロホルムを3mmφNMRチューブ(株式会社シゲミ製PN−002)に入れ、上記と同じ1,2,4,5−テトラフルオロベンゼン入りの重水素化クロロホルムの入った5mmφNMRチューブ(日本精密科学株式会社製N−5)に挿し込み、二重管法にて、H NMR測定を行った。上記と同様に、1,2,4,5−テトラフルオロベンゼンのシグナル7.1ppm(m,2H)で規格化して、ジメチルスルホキシドのシグナル2.6ppm(s,6H)の積分値を求めた。用いたジメチルスルホキシドの濃度と積分値の関係から、正極電極体抽出液中の各化合物の濃度Cを求めた。
H NMRスペクトルの帰属は、以下の通りである。
[XOCHCHOXについて]
XOCHCHOXのCH:3.7ppm(s,4H)
CHOX:3.3ppm(s,3H)
CHCHOXのCH:1.2ppm(t,3H)
CHCHOXのCHO:3.7ppm(q,2H)
上記のように、XOCHCHOXのCHのシグナル(3.7ppm)はCHCHOXのCHOのシグナル(3.7ppm)と重なってしまうため、CHCHOXのCHのシグナル(1.2ppm)から算出されるCHCHOXのCHO相当分を除いて、XOCHCHOX量を算出する。
上記式において、Xは、それぞれ、−(COO)Mまたは−(COO)(ここで、MはLi、Na、K、Rb、及びCsから成る群から選ばれるアルカリ金属である。)である。
上記の解析により求めた各化合物の抽出液中の濃度、及び抽出に用いた重水の体積、抽出に用いた正極の活物質質量より、正極試料1に含まれるXOCHCHOXの濃度Wが100.9×10−4mol/gであると算出できた。
[Measurement of 1 H-NMR]
The positive electrode body extract was put in a 3 mmφ NMR tube (PN-002 manufactured by Shigemi Co., Ltd.), and a 5 mmφ NMR tube containing deuterated chloroform containing 1,2,4,5-tetrafluorobenzene (Nippon Seimitsu Scientific Co., Ltd. N -5) and 1 H NMR measurement was performed by the double tube method. The signal of 1,2,4,5-tetrafluorobenzene was normalized by 7.1 ppm (m, 2H), and the integrated value of each observed compound was obtained.
Further, deuterated chloroform containing dimethylsulfoxide of known concentration was placed in a 3 mmφ NMR tube (PN-002 manufactured by Shigemi Co., Ltd.), and the same deuterated chloroform containing 1,2,4,5-tetrafluorobenzene as described above was added. The sample was inserted into a 5 mmφ NMR tube (N-5 manufactured by Japan Precision Science Co., Ltd.), and 1 H NMR measurement was performed by the double tube method. In the same manner as above, the signal of 1,2,4,5-tetrafluorobenzene was normalized to 7.1 ppm (m, 2H), and the integrated value of the signal of dimethyl sulfoxide, 2.6 ppm (s, 6H) was obtained. The concentration C of each compound in the positive electrode body extract was determined from the relationship between the concentration of dimethyl sulfoxide used and the integrated value.
Assignment of 1 H NMR spectrum is as follows.
[About XOCH 2 CH 2 OX]
XOCH 2 CH 2 OX of CH 2: 3.7ppm (s, 4H )
CH 3 OX: 3.3 ppm (s, 3H)
CH 3 CH 2 OX of CH 3: 1.2ppm (t, 3H )
CH 2 O of CH 3 CH 2 OX: 3.7 ppm (q, 2H)
As described above, the signal (3.7 ppm) is XOCH 2 CH 2 OX of CH 2, since the overlaps with CH 3 CH 2 OX of CH 2 O signals (3.7 ppm), the CH 3 CH 2 OX The amount of XOCH 2 CH 2 OX is calculated by removing the CH 2 O equivalent of CH 3 CH 2 OX calculated from the signal of CH 3 (1.2 ppm).
In the above formulas, X is each, - (COO) n M or - (COO) n R 1 (wherein, M is an alkali metal selected Li, Na, K, Rb, and from the group consisting of Cs. ).
From the concentration of each compound in the extract obtained by the above analysis, the volume of heavy water used for extraction, and the mass of the positive electrode active material used for extraction, the concentration W of XOCH 2 CH 2 OX contained in the positive electrode sample 1 was determined. It could be calculated to be 100.9×10 −4 mol/g.

<A、Aの算出>
前記作製した残りの正極試料1を30gのジエチルカーボネート溶媒に浸し、時折ピンセットで正極を動かし、10分間洗浄した。続いて正極を取り出し、アルゴンボックス中で5分間風乾させ、新たに用意した30gのジエチルカーボネート溶媒に正極を浸し、前記と同様の方法にて10分間洗浄した。正極をアルゴンボックスから取り出し、真空乾燥機(ヤマト科学製、DP33)を用いて、温度25℃及び圧力1kPaの条件下にて20時間乾燥した。
<A 1 ,A 2 Nosanshutsu_>
The remaining positive electrode sample 1 prepared above was immersed in 30 g of a diethyl carbonate solvent, and the positive electrode was occasionally moved with tweezers to wash for 10 minutes. Subsequently, the positive electrode was taken out, air-dried in an argon box for 5 minutes, immersed in 30 g of a newly prepared diethyl carbonate solvent, and washed for 10 minutes by the same method as described above. The positive electrode was taken out from the argon box and dried for 20 hours under the conditions of a temperature of 25° C. and a pressure of 1 kPa using a vacuum dryer (DP33, manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.).

[正極表面SEM及びEDX測定]
上記得られた正極試料1から1cm×1cmの小片を切り出し、10Paの真空中にて金をスパッタリングにより表面にコーティングした。続いて以下に示す条件にて、大気暴露下で正極表面のSEM、及びEDXを測定した。
(SEM−EDX測定条件)
・測定装置:日立ハイテクノロジー製、電界放出型走査型電子顕微鏡 FE−SEM S−4700 堀場製、エネルギー分散型X線分析装置 EMAX
・加速電圧:10kV
・エミッション電流:10μA
・測定倍率:2000倍
・電子線入射角度:90°
・X線取出角度:30°
・デッドタイム:15%
・マッピング元素:C,O,F
・測定画素数:256×256ピクセル
・測定時間:60sec.
・積算回数:50回
・マッピング像において最大輝度値に達する画素がなく、輝度値の平均値が最大輝度値の40%〜60%の範囲に入るように輝度及びコントラストを調整した。
(SEM−EDXの解析)
得られた酸素マッピング及びフッ素マッピングに対し、画像解析ソフト(ImageJ)を用いて輝度値の平均値を基準に二値化した。この時の酸素マッピングの面積は全画像に対して16.2%であり、フッ素マッピングの面積は31.3%であった。前記二値化して得た酸素マッピングとフッ素マッピングの重複する面積は全画像に対して14.9%であり、酸素マッピングに対するフッ素マッピングの面積重複率をA(%)とすると、
=100×14.9/16.2より92.0%と算出できた。
[SEM and EDX measurement of positive electrode surface]
A small piece of 1 cm×1 cm was cut out from the positive electrode sample 1 obtained above, and the surface was coated with gold in a vacuum of 10 Pa by sputtering. Then, under the conditions shown below, SEM and EDX of the positive electrode surface were measured under atmospheric exposure.
(SEM-EDX measurement conditions)
・Measuring device: Hitachi High-Technology, field emission scanning electron microscope FE-SEM S-4700, manufactured by Horiba, energy dispersive X-ray analyzer EMAX
・Acceleration voltage: 10 kV
・Emission current: 10 μA
・Measurement magnification: 2000 times ・Electron beam incident angle: 90°
・X-ray extraction angle: 30°
・Dead time: 15%
・Mapping elements: C, O, F
-Number of measurement pixels: 256 x 256 pixels-Measurement time: 60 sec.
-Number of integration: 50 times-The brightness and contrast were adjusted so that there were no pixels reaching the maximum brightness value in the mapping image and the average value of the brightness values was within the range of 40% to 60% of the maximum brightness value.
(Analysis of SEM-EDX)
For the obtained oxygen mapping and fluorine mapping, image analysis software (ImageJ) was used to perform binarization based on the average value of the brightness values. At this time, the area of oxygen mapping was 16.2% with respect to the entire image, and the area of fluorine mapping was 31.3%. The overlapping area of the oxygen mapping and the fluorine mapping obtained by the binarization is 14.9% for all images, and the area overlapping ratio of the fluorine mapping to the oxygen mapping is A 1 (%),
It was possible to calculate 92.0% from A 1 =100×14.9/16.2.

[正極断面SEM及びEDX測定]
正極試料1から1cm×1cmの小片を切り出し、日本電子製のSM−09020CPを用い、アルゴンガスを使用し、加速電圧4kV及びビーム径500μmの条件下にて正極試料1の面方向に対して垂直な断面を作製した。その後、上述の方法により正極断面SEM及びEDXを測定した。
得られた正極断面のSEM−EDXについて、前記と同様に酸素マッピング及びフッ素マッピングを二値化し、酸素マッピングに対するフッ素マッピングの面積重複率Aを算出したところ39.4%であった。
[Cathode cross section SEM and EDX measurement]
A small piece of 1 cm x 1 cm was cut out from the positive electrode sample 1, and SM-09020CP manufactured by JEOL Ltd. was used, and argon gas was used. A cross section was prepared. Then, the positive electrode cross section SEM and EDX were measured by the above-mentioned method.
With respect to the obtained SEM-EDX of the cross section of the positive electrode, oxygen mapping and fluorine mapping were binarized in the same manner as above, and the area overlap ratio A 2 of fluorine mapping with respect to oxygen mapping was calculated to be 39.4%.

<アルカリ金属化合物の定量>
前記正極試料1を5cm×5cmの大きさ(重量0.275g)に切り出し、容器中の20gのエタノールに浸し、容器に蓋をして25℃環境下、3日間静置した。その後、容器から正極を取り出し、120℃及び5kPaの条件下にて10時間真空乾燥した。この時の正極重量Mは0.252gであり、洗浄後のエタノール溶液について、予め検量線を作成した条件にてGC/MSを測定し、ジエチルカーボネートの存在量が1%未満であることを確認した。
続いて、別の容器中の25.20gの蒸留水に正極を含浸させ、容器に蓋をして45℃環境下、3日間静置した。3日間静置後の蒸留水の重量は25.02gであったため、蒸留水を0.18g追加した。その後、容器から正極を取り出し、150℃、3kPaの条件にて12時間真空乾燥した。この時の正極重量Mは0.238gであり、洗浄後の蒸留水について、予め検量線を作成した条件にてGC/MSを測定し、エタノールの存在量が1%未満であることを確認した。
その後、スパチュラ、ブラシ、又は刷毛を用いて正極集電体上の活物質層を取り除き、正極集電体の重量Mを測定したところ0.099gであった。上記(6)式に従い正極中の炭酸リチウム及び炭酸カリウム量の合計量Zを定量したところ9.2質量%であった。
<Quantification of alkali metal compounds>
The positive electrode sample 1 was cut into a size of 5 cm×5 cm (weight: 0.275 g), dipped in 20 g of ethanol in the container, covered with the container, and allowed to stand in a 25° C. environment for 3 days. Then, the positive electrode was taken out of the container and vacuum dried at 120° C. and 5 kPa for 10 hours. The positive electrode weight M 0 at this time was 0.252 g, and GC/MS of the ethanol solution after washing was measured under the conditions in which a calibration curve was prepared in advance, and it was confirmed that the amount of diethyl carbonate present was less than 1%. confirmed.
Subsequently, 25.20 g of distilled water in another container was impregnated with the positive electrode, the container was covered, and the container was allowed to stand in a 45° C. environment for 3 days. The weight of distilled water after standing for 3 days was 25.02 g, so 0.18 g of distilled water was added. Then, the positive electrode was taken out from the container and vacuum dried at 150° C. and 3 kPa for 12 hours. The positive electrode weight M 1 at this time was 0.238 g, and GC/MS of the distilled water after washing was measured under the condition that a calibration curve was prepared in advance, and it was confirmed that the amount of ethanol present was less than 1%. did.
Then, the active material layer on the positive electrode current collector was removed using a spatula, a brush, or a brush, and the weight M 2 of the positive electrode current collector was measured and found to be 0.099 g. When the total amount Z of lithium carbonate and potassium carbonate in the positive electrode was quantified according to the above formula (6), it was 9.2 mass %.

<実施例2>
非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電を、電流値100mAで電圧4.6Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.6V定電圧充電を40時間継続する手法により行い、負極にリチウム及びカリウムドープを行ったこと以外は実施例1と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<実施例3>
非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電を、電流値200mAで電圧4.3Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.3V定電圧充電を10時間継続する手法により行い、負極にリチウム及びカリウムドープを行ったこと以外は実施例1と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<実施例4>
炭酸リチウム及び炭酸カリウムを、液体窒素で−196℃に冷却化した後、φ1.0mmのジルコニアビーズを用い、周速10.0m/sにて10分間粉砕したこと以外は実施例1と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<実施例5>
炭酸リチウム及び炭酸カリウムを、液体窒素で−196℃に冷却化した後、φ1.0mmのジルコニアビーズを用い、周速10.0m/sにて5分間粉砕したこと以外は実施例1と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<実施例6>
炭酸リチウム及び炭酸カリウムを、液体窒素で−196℃に冷却化した後、φ1.0mmのジルコニアビーズを用い、周速10.0m/sにて3分間粉砕したこと以外は実施例1と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 2>
Initially charge the non-aqueous alkali metal ion capacitor by constant current charging at a current value of 100 mA until it reaches a voltage of 4.6 V, and then perform continuous 4.6 V constant voltage charging for 40 hours to obtain a negative electrode. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that doping with lithium and potassium was performed.
<Example 3>
Initially charge the non-aqueous alkali metal ion capacitor by constant current charging at a current value of 200 mA until the voltage reaches 4.3 V, and then perform 4.3 V constant voltage charging for 10 hours to obtain a negative electrode. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that doping with lithium and potassium was performed.
<Example 4>
Lithium carbonate and potassium carbonate were cooled to −196° C. with liquid nitrogen, and then zirconia beads having a diameter of 1.0 mm were used, followed by grinding for 10 minutes at a peripheral speed of 10.0 m/s. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced by the method.
<Example 5>
Lithium carbonate and potassium carbonate were cooled to -196° C. with liquid nitrogen, and then zirconia beads having a diameter of 1.0 mm were used, and then pulverized at a peripheral speed of 10.0 m/s for 5 minutes. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced by the method.
<Example 6>
Lithium carbonate and potassium carbonate were cooled to −196° C. with liquid nitrogen, and then zirconia beads of φ1.0 mm were used and pulverized at a peripheral speed of 10.0 m/s for 3 minutes. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced by the method.

<実施例7>
炭酸リチウム及び炭酸カリウムを、液体窒素で−196℃に冷却化した後、φ1.0mmのジルコニアビーズを用い、周速10.0m/sにて20分間粉砕し、かつ非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電を、45℃環境下、電流値200mAで電圧4.5Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.5V定電圧充電を20時間継続する手法により行い、負極にリチウム及びカリウムドープを行ったこと以外は実施例1と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 7>
Lithium carbonate and potassium carbonate were cooled to −196° C. with liquid nitrogen, pulverized with φ1.0 mm zirconia beads at a peripheral speed of 10.0 m/s for 20 minutes, and a non-aqueous alkali metal ion capacitor was used. Initial charging is performed in a 45° C. environment at a current value of 200 mA until a voltage of 4.5 V is reached, and then 4.5 V constant voltage charging is continued for 20 hours. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that potassium doping was performed.

<実施例8>
非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電を、電流値200mAで電圧4.3Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.3V定電圧充電を10時間継続する手法により行い、負極にリチウム及びカリウムドープを行ったこと以外は実施例7と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 8>
The initial charge of the non-aqueous alkali metal ion capacitor is performed by constant current charge at a current value of 200 mA until the voltage reaches 4.3 V, and then the constant voltage charge of 4.3 V is continuously performed for 10 hours to obtain a negative electrode. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 7 except that lithium and potassium were doped.

<実施例9>
非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電を、電流値200mAで電圧4.3Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.5V定電圧充電を5時間継続する手法により行い、負極にリチウム及びカリウムドープを行ったこと以外は実施例7と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 9>
Initially charge the non-aqueous alkali metal ion capacitor at constant current until the voltage reaches 4.3V at a current value of 200mA, and then perform continuous 4.5V constant voltage charging for 5 hours. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 7 except that lithium and potassium were doped.

<実施例10>
炭酸リチウム及び炭酸カリウムを、液体窒素で−196℃に冷却化した後、φ1.0mmのジルコニアビーズを用い、周速10.0m/sにて5分間粉砕したこと以外は実施例7と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 10>
Lithium carbonate and potassium carbonate were cooled to −196° C. with liquid nitrogen, and then zirconia beads of φ1.0 mm were used and pulverized at a peripheral speed of 10.0 m/s for 5 minutes. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced by the method.

<実施例11>
非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電を、電流値200mAで電圧4.3Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.3V定電圧充電を2時間継続する手法により行い、負極にリチウム及びカリウムドープを行ったこと以外は実施例10と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 11>
Initially charge the non-aqueous alkali metal ion capacitor by constant current charging at a current value of 200 mA until the voltage reaches 4.3 V, and then perform 4.3 V constant voltage charging for 2 hours to obtain a negative electrode. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 10 except that lithium and potassium were doped.

<実施例12>
非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電を、電流値200mAで電圧4.5Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.5V定電圧充電を6時間継続する手法により行い、負極にリチウム及びカリウムドープを行ったこと以外は実施例10と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 12>
Initially charge the non-aqueous alkali metal ion capacitor by constant current charging at a current value of 200 mA until it reaches a voltage of 4.5 V, and then carry out 4.5 V constant voltage charging for 6 hours. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 10 except that lithium and potassium were doped.

<実施例13>
非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電を、電流値200mAで電圧4.5Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.5V定電圧充電を1時間継続する手法により行い、負極にリチウム及びカリウムドープを行ったこと以外は実施例10と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 13>
Initially charge the non-aqueous alkaline metal ion capacitor by constant current charging at a current value of 200 mA until the voltage reaches 4.5 V, and then perform continuous 4.5 V constant voltage charging for 1 hour to obtain a negative electrode. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 10 except that lithium and potassium were doped.

<実施例14>
非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電を、電流値100mAで電圧4.2Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.2V定電圧充電を1時間継続する手法により行い、負極にリチウム及びカリウムドープを行ったこと以外は実施例10と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 14>
Initially charge the non-aqueous alkali metal ion capacitor by constant current charging at a current value of 100 mA until the voltage reaches 4.2 V, and then carry out 4.2 V constant voltage charging for 1 hour to obtain a negative electrode. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 10 except that lithium and potassium were doped.

<比較例1>
炭酸リチウム及び炭酸カリウムを、25℃環境下、φ1.0mmのジルコニアビーズを用い、周速10.0m/sにて5分間粉砕したこと以外は実施例1と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 1>
A non-aqueous alkali metal ion was prepared in the same manner as in Example 1 except that lithium carbonate and potassium carbonate were pulverized in a 25° C. environment using φ1.0 mm zirconia beads at a peripheral speed of 10.0 m/s for 5 minutes. A capacitor was produced.

<比較例2>
非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電を、電流値100mAで電圧4.6Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.6V定電圧充電を40時間継続する手法により行い、負極にリチウム及びカリウムドープを行ったこと以外は比較例1と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative example 2>
The initial charge of the non-aqueous alkali metal ion capacitor is carried out by constant current charging at a current value of 100 mA until the voltage reaches 4.6 V, and then continuously charged by 4.6 V constant voltage for 40 hours to obtain a negative electrode. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that lithium and potassium were doped.

<比較例3>
非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電を、電流値200mAで電圧4.3Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.3V定電圧充電を10時間継続する手法により行い、負極にリチウム及びカリウムドープを行ったこと以外は比較例1と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative example 3>
The initial charge of the non-aqueous alkali metal ion capacitor is performed by constant current charge at a current value of 200 mA until the voltage reaches 4.3 V, and then the constant voltage charge of 4.3 V is continuously performed for 10 hours to obtain a negative electrode. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that lithium and potassium were doped.

<比較例4>
炭酸リチウム及び炭酸カリウムを、25℃環境下、φ1.0mmのジルコニアビーズを用い、周速10.0m/sにて2分間粉砕したこと以外は実施例1と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative example 4>
Non-aqueous alkali metal ion in the same manner as in Example 1 except that lithium carbonate and potassium carbonate were crushed for 2 minutes at a peripheral speed of 10.0 m/s in a 25° C. environment using φ1.0 mm zirconia beads. A capacitor was produced.

<比較例5>
非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電を、電流値100mAで電圧4.6Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.6V定電圧充電を40時間継続する手法により行い、負極にリチウム及びカリウムドープを行ったこと以外は比較例4と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 5>
The initial charge of the non-aqueous alkali metal ion capacitor is carried out by constant current charging at a current value of 100 mA until the voltage reaches 4.6 V, and then continuously charged by 4.6 V constant voltage for 40 hours to obtain a negative electrode. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Comparative Example 4 except that lithium and potassium were doped.

<比較例6>
非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電を、電流値200mAで電圧4.3Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.3V定電圧充電を10時間継続する手法により行い、負極にリチウム及びカリウムドープを行ったこと以外は比較例4と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative example 6>
The initial charge of the non-aqueous alkali metal ion capacitor is performed by constant current charge at a current value of 200 mA until the voltage reaches 4.3 V, and then the constant voltage charge of 4.3 V is continuously performed for 10 hours to obtain a negative electrode. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Comparative Example 4 except that lithium and potassium were doped.

<比較例7>
非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電を、45℃環境下、電流値200mAで電圧4.5Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.5V定電圧充電を20時間継続する手法により行い、負極にリチウム及びカリウムドープを行ったこと以外は比較例1と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 7>
A method of initially charging a non-aqueous alkali metal ion capacitor in a 45° C. environment at a current value of 200 mA until a voltage of 4.5 V is reached, and then continuously performing 4.5 V constant voltage charging for 20 hours. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the negative electrode was doped with lithium and potassium.

<比較例8>
非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電を、電流値100mAで電圧4.6Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.6V定電圧充電を40時間継続する手法により行い、負極にリチウム及びカリウムドープを行ったこと以外は比較例7と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 8>
The initial charge of the non-aqueous alkali metal ion capacitor is carried out by constant current charging at a current value of 100 mA until the voltage reaches 4.6 V, and then continuously charged by 4.6 V constant voltage for 40 hours to obtain a negative electrode. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Comparative Example 7 except that lithium and potassium were doped.

<比較例9>
非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電を、電流値200mAで電圧4.3Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.3V定電圧充電を10時間継続する手法により行い、負極にリチウム及びカリウムドープを行ったこと以外は比較例7と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 9>
The initial charge of the non-aqueous alkali metal ion capacitor is performed by constant current charge at a current value of 200 mA until the voltage reaches 4.3 V, and then the constant voltage charge of 4.3 V is continuously performed for 10 hours to obtain a negative electrode. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Comparative Example 7 except that lithium and potassium were doped.

<比較例10>
非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電を、0℃環境下、電流値200mAで電圧4.5Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.5V定電圧充電を20時間継続する手法により行い、負極にリチウム及びカリウムドープを行ったこと以外は比較例1と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 10>
A method of initially charging the non-aqueous alkali metal ion capacitor at 0° C. at a current value of 200 mA until constant voltage of 4.5 V is reached, and then continuously charging at 4.5 V of constant voltage for 20 hours. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the negative electrode was doped with lithium and potassium.

<比較例11>
非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電を、電流値100mAで電圧4.6Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.6V定電圧充電を40時間継続する手法により行い、負極にリチウム及びカリウムドープを行ったこと以外は比較例10と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 11>
The initial charge of the non-aqueous alkali metal ion capacitor is carried out by constant current charging at a current value of 100 mA until the voltage reaches 4.6 V, and then continuously charged by 4.6 V constant voltage for 40 hours to obtain a negative electrode. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Comparative Example 10 except that lithium and potassium were doped.

<比較例12>
非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電を、電流値200mAで電圧4.3Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.3V定電圧充電を10時間継続する手法により行い、負極にリチウム及びカリウムドープを行ったこと以外は比較例10と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 12>
The initial charge of the non-aqueous alkali metal ion capacitor is performed by constant current charge at a current value of 200 mA until the voltage reaches 4.3 V, and then the constant voltage charge of 4.3 V is continuously performed for 10 hours to obtain a negative electrode. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Comparative Example 10 except that lithium and potassium were doped.

<比較例13>
非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電を、60℃環境下、電流値200mAで電圧4.8Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.8V定電圧充電を72時間継続する手法により行い、負極にリチウム及びカリウムドープを行ったこと以外は実施例1と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 13>
A method of initially charging a non-aqueous alkali metal ion capacitor under constant temperature charging at a current value of 200 mA at 60° C. until a voltage of 4.8 V is reached, and then continuing 4.8 V constant voltage charging for 72 hours. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode was doped with lithium and potassium.

<比較例14>
非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電を、45℃環境下、電流値200mAで電圧5.0Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて5.0V定電圧充電を72時間継続する手法により行い、負極にリチウム及びカリウムドープを行ったこと以外は実施例1と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 14>
A method of initially charging a non-aqueous alkali metal ion capacitor at 45° C. under constant current charging at a current value of 200 mA until a voltage of 5.0 V is reached, and then continuing 5.0 V constant voltage charging for 72 hours. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode was doped with lithium and potassium.

<比較例15>
非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電を、45℃環境下、電流値200mAで電圧5.0Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて5.0V定電圧充電を96時間継続する手法により行い、負極にリチウム及びカリウムドープを行ったこと以外は実施例1と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 15>
A method of initially charging the non-aqueous alkali metal ion capacitor under constant temperature of 45° C. at a current value of 200 mA until the voltage reaches 5.0 V, and then continuing 5.0 V constant voltage charging for 96 hours. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode was doped with lithium and potassium.

実施例1〜14及び比較例1〜15の非水系アルカリ金属イオンキャパシタの評価結果を表1に示す。 Table 1 shows the evaluation results of the non-aqueous alkali metal ion capacitors of Examples 1 to 14 and Comparative Examples 1 to 15.

Figure 0006705899
Figure 0006705899

アルカリ金属化合物の粉砕を−196℃という極低温の条件で粉砕したことにより、粉砕時の温度上昇の影響を受けず、アルカリ金属化合物粒子表面の欠陥生成を抑制することができたと考えられる。その結果、アルカリ金属化合物粒子の再凝集を抑制でき、アルカリ金属化合物粒子の表面で電解液及び電解質が効率よく分解することができたと考えられ、正極表面に電解液の分解で生成する化合物(1)〜(5)が堆積すると共にアルカリ金属化合物の表面にフッ素化合物が万遍なく堆積し、高温保存特性及び高負荷充放電特性が改善したと考えられる。 It is considered that by crushing the alkali metal compound under the extremely low temperature condition of -196° C., the generation of defects on the surface of the alkali metal compound particles could be suppressed without being affected by the temperature increase during the crushing. As a result, it is considered that the re-aggregation of the alkali metal compound particles could be suppressed and the electrolyte solution and the electrolyte could be efficiently decomposed on the surface of the alkali metal compound particles, and the compound (1 It is considered that the fluorine compounds are evenly deposited on the surface of the alkali metal compound along with the deposition of (5) to (5), and the high temperature storage characteristics and the high load charge/discharge characteristics are improved.

<実施例15>
<炭酸ナトリウムの粉砕>
平均粒子径55μmの炭酸ナトリウム200gを、液体窒素で−196℃に冷却化した後、ドライアイスビーズを用い、周速10.0m/sにて20分間粉砕した。−196℃で熱変性を防止し、脆性破壊により得られた炭酸ナトリウム1について平均粒子径を測定したところ3.4μmであった。
<Example 15>
<Crushing of sodium carbonate>
After 200 g of sodium carbonate having an average particle diameter of 55 μm was cooled to −196° C. with liquid nitrogen, it was ground with dry ice beads at a peripheral speed of 10.0 m/s for 20 minutes. When the average particle diameter of sodium carbonate 1 obtained by brittle fracture was measured at −196° C. to prevent thermal denaturation, the average particle diameter was 3.4 μm.

<正極前駆体の製造>
前記活性炭1aを正極活物質として用い、かつ前記炭酸リチウム1(化合物1)及び炭酸ナトリウム1(化合物2)をアルカリ金属化合物として用いて正極前駆体を製造した。
活性炭1aを50.5質量部、炭酸リチウム1及び炭酸ナトリウム1を合計40.0質量部(配合比96:4)、ケッチェンブラックを3.0質量部、PVP(ポリビニルピロリドン)を1.5質量部、及びPVDF(ポリフッ化ビニリデン)を5.0質量部、並びにNMP(N−メチルピロリドン)を混合し、混合物をPRIMIX社製の薄膜旋回型高速ミキサーフィルミックスを用いて、周速17m/sの条件で分散して塗工液を得た。得られた塗工液の粘度(ηb)及びTI値を、東機産業社のE型粘度計TVE−35Hを用いて測定した。その結果、粘度(ηb)は2,370mPa・s、TI値は3.8であった。また、得られた塗工液の分散度を、ヨシミツ精機社製の粒ゲージを用いて測定した。その結果、粒度は37μmであった。前記塗工液を、東レエンジニアリング社製のダイコーターを用いて、厚さ15μmのアルミニウム箔の片面又は両面に塗工速度1m/sの条件で塗工し、乾燥温度120℃で乾燥して正極前駆体2(片面)及び正極前駆体2(両面)を得た。得られた正極前駆体2(片面)及び正極前駆体2(両面)について、ロールプレス機を用いて、圧力6kN/cm及びプレス部の表面温度25℃の条件下でプレスを実施した。前記で得られた正極前駆体2(片面)及び正極前駆体2(両面)の正極活物質層の膜厚を、小野計器社製膜厚計Linear Gauge Sensor GS−551を用いて、正極前駆体2の任意の10か所で測定した厚さの平均値から、アルミニウム箔の厚さを引いて求めた。その結果、正極活物質層の膜厚は片面当たり63μmであった。
<Production of positive electrode precursor>
A positive electrode precursor was manufactured using the activated carbon 1a as a positive electrode active material and the lithium carbonate 1 (compound 1) and sodium carbonate 1 (compound 2) as an alkali metal compound.
50.5 parts by mass of activated carbon 1a, a total of 40.0 parts by mass of lithium carbonate 1 and sodium carbonate 1 (mixing ratio 96:4), 3.0 parts by mass of Ketjen black, and 1.5 parts of PVP (polyvinylpyrrolidone). By mass, and 5.0 parts by mass of PVDF (polyvinylidene fluoride) and NMP (N-methylpyrrolidone) are mixed, and the mixture is subjected to a peripheral speed of 17 m/by using a thin film swirl type high speed mixer FILMIX manufactured by PRIMIX. It was dispersed under the condition of s to obtain a coating liquid. The viscosity (ηb) and TI value of the obtained coating liquid were measured using an E-type viscometer TVE-35H manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. As a result, the viscosity (ηb) was 2,370 mPa·s and the TI value was 3.8. Further, the dispersity of the obtained coating liquid was measured using a particle gauge manufactured by Yoshimitsu Seiki. As a result, the particle size was 37 μm. The coating solution was applied to one or both sides of an aluminum foil having a thickness of 15 μm at a coating speed of 1 m/s using a die coater manufactured by Toray Engineering Co., Ltd., and dried at a drying temperature of 120° C. to obtain a positive electrode. A precursor 2 (one side) and a positive electrode precursor 2 (both sides) were obtained. The positive electrode precursor 2 (one side) and the positive electrode precursor 2 (both sides) thus obtained were pressed using a roll press machine under the conditions of a pressure of 6 kN/cm and a surface temperature of the press section of 25°C. The film thickness of the positive electrode active material layer of the positive electrode precursor 2 (one side) and the positive electrode precursor 2 (both sides) obtained above was measured using a film thickness meter, Linear Gauge Sensor GS-551 manufactured by Ono Keiki Co., Ltd. It was determined by subtracting the thickness of the aluminum foil from the average value of the thicknesses measured at arbitrary 10 points in 2. As a result, the thickness of the positive electrode active material layer was 63 μm on each side.

<負極活物質の調製 調製例2>
市販のヤシ殻活性炭のBET比表面積及び細孔分布を、ユアサアイオニクス社製細孔分布測定装置(AUTOSORB−1 AS−1−MP)を用いて、上述した方法によって測定した。その結果、BET比表面積は1,790m/g、メソ孔量(V)は0.199cc/g、マイクロ孔量(V)は0.698cc/g、V/V=0.29、そして平均細孔径は20.1Åであった。
このヤシ殻活性炭300gをステンレススチールメッシュ製の籠に入れ、石炭系ピッチ(軟化点:50℃)540gを入れたステンレス製バットの上に置き、両者を電気炉(炉内有効寸法300mm×300mm×300mm)内に設置して、熱反応を行うことにより、複合多孔質炭素材料1aを得た。この熱処理は、窒素雰囲気下で、600℃まで8時間で昇温し、同温度で4時間保持する方法により行なった。続いて自然冷却により60℃まで冷却した後、複合炭素材料1aを炉から取り出した。
得られた複合炭素材料1aについて、前記と同様の方法でBET比表面積及び細孔分布を測定した。その結果、BET比表面積は262m/g、メソ孔量(Vm1)は0.186cc/g、マイクロ孔量(Vm2)は0.082cc/g、Vm1/Vm2=2.27であった。また、複合炭素材料1aにおいて、石炭系ピッチ由来の炭素質材料の活性炭に対する質量比率は78%であった。
<Preparation of Negative Electrode Active Material Preparation Example 2>
The BET specific surface area and the pore distribution of the commercially available coconut shell activated carbon were measured by the method described above using a pore distribution measuring device (AUTOSORB-1 AS-1-MP) manufactured by Yuasa Ionics. As a result, the BET specific surface area was 1,790 m 2 /g, the mesopore volume (V 1 ) was 0.199 cc/g, the micropore volume (V 2 ) was 0.698 cc/g, and V 1 /V 2 =0. 29, and the average pore diameter was 20.1Å.
300 g of this coconut shell activated carbon was placed in a basket made of stainless steel mesh and placed on a stainless steel bat containing 540 g of coal-based pitch (softening point: 50° C.), and both were placed in an electric furnace (effective size in the furnace 300 mm × 300 mm × The composite porous carbon material 1a was obtained by placing it within 300 mm and performing a thermal reaction. This heat treatment was performed by a method in which the temperature was raised to 600° C. in 8 hours in a nitrogen atmosphere and the temperature was kept for 4 hours. Then, after cooling to 60° C. by natural cooling, the composite carbon material 1a was taken out of the furnace.
For the obtained composite carbon material 1a, the BET specific surface area and pore distribution were measured by the same method as described above. As a result, the BET specific surface area was 262 m 2 /g, the mesopore amount (V m1 ) was 0.186 cc/g, the micropore amount (V m2 ) was 0.082 cc/g, and V m1 /V m2 =2.27. there were. In the composite carbon material 1a, the mass ratio of the carbonaceous material derived from coal-based pitch to the activated carbon was 78%.

<負極の製造>
前記複合炭素材料1aを負極活物質として用いて負極を製造した。
複合炭素材料1aを84質量部、アセチレンブラックを10質量部、及びPVdF(ポリフッ化ビニリデン)を6質量部、並びにNMP(N−メチルピロリドン)を混合し、混合物をPRIMIX社製の薄膜旋回型高速ミキサーフィルミックスを用いて、周速17m/sの条件で分散して塗工液を得た。得られた塗工液の粘度(ηb)及びTI値を、東機産業社のE型粘度計TVE−35Hを用いて測定した。その結果、粘度(ηb)は2,789mPa・s、TI値は4.3であった。前記塗工液を、東レエンジニアリング社製のダイコーターを用いて、厚さ10μmの電解銅箔の両面に塗工速度2m/sの条件で塗工し、乾燥温度120℃で乾燥して負極2を得た。得られた負極2について、ロールプレス機を用いて、圧力5kN/cm及びプレス部の表面温度25℃の条件下でプレスを実施した。前記で得られた負極2の負極活物質層の膜厚を、小野計器社製膜厚計Linear Gauge Sensor GS−551を用いて、負極2の任意の10か所で測定した厚さの平均値から、銅箔の厚さを引いて求めた。その結果、負極活物質層の膜厚は片面当たり40μmであった。
<Manufacture of negative electrode>
A negative electrode was manufactured using the composite carbon material 1a as a negative electrode active material.
84 parts by mass of the composite carbon material 1a, 10 parts by mass of acetylene black, 6 parts by mass of PVdF (polyvinylidene fluoride), and NMP (N-methylpyrrolidone) are mixed, and the mixture is a thin film swirl type high speed manufactured by PRIMIX. A mixer fill mix was used to disperse under a condition of a peripheral speed of 17 m/s to obtain a coating liquid. The viscosity (ηb) and TI value of the obtained coating liquid were measured using an E-type viscometer TVE-35H manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. As a result, the viscosity (ηb) was 2,789 mPa·s and the TI value was 4.3. The coating liquid was applied to both sides of an electrolytic copper foil having a thickness of 10 μm at a coating speed of 2 m/s using a die coater manufactured by Toray Engineering Co., Ltd., and dried at a drying temperature of 120° C. to obtain a negative electrode 2. Got The obtained negative electrode 2 was pressed using a roll press machine under the conditions of a pressure of 5 kN/cm and a surface temperature of the press portion of 25°C. The film thickness of the negative electrode active material layer of the negative electrode 2 obtained above was measured using an Ono Keiki Co. film thickness meter, Linear Gauge Sensor GS-551, at an average of the thicknesses of the negative electrode 2 measured at any 10 positions. It was calculated by subtracting the thickness of the copper foil. As a result, the thickness of the negative electrode active material layer was 40 μm on each side.

[負極単位重量当たり容量の測定]
前記で得られた負極2を1.4cm×2.0cm(2.8cm)の大きさに1枚切り出し、銅箔の両面に塗工された負極活物質層の片方の層をスパチュラ、ブラシ、又は刷毛を用いて除去して作用極とし、対極及び参照極として、それぞれ金属リチウムを用い、かつ電解液として、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)の体積比1:1混合溶媒にLiPFを1.0mol/Lの濃度で溶解させた非水系溶液を用いて、アルゴンボックス中で電気化学セルを作製した。
得られた電気化学セルについて、東洋システム社製の充放電装置(TOSCAT−3100U)を用いて、以下の手順で初期充電容量を測定した。
電気化学セルに対して、温度25℃において、電流値0.5mA/cmで電圧値が0.01Vになるまで定電流充電を行った後、更に電流値が0.01mA/cmになるまで定電圧充電を行った。この定電流充電及び定電圧充電の時の充電容量を初回充電容量として評価したところ、1.5mAhであり、負極2の単位質量当たりの容量(リチウムイオンのドープ量)は1470mAh/gであった。
[Measurement of capacity per unit weight of negative electrode]
One piece of the negative electrode 2 obtained above was cut into a size of 1.4 cm×2.0 cm (2.8 cm 2 ), and one of the negative electrode active material layers coated on both sides of the copper foil was used as a spatula or a brush. , Or using a brush to make a working electrode, using lithium metal as a counter electrode and a reference electrode, respectively, and a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) at a volume ratio of 1:1 as an electrolytic solution. An electrochemical cell was produced in an argon box using a non-aqueous solution in which LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1.0 mol/L.
The initial charge capacity of the obtained electrochemical cell was measured by the following procedure using a charging/discharging device (TOSCAT-3100U) manufactured by Toyo System Co., Ltd.
Against the electrochemical cell, at a temperature 25 ° C., after the voltage value at a current value 0.5 mA / cm 2 was subjected to constant current charging until 0.01 V, further the current value reached 0.01 mA / cm 2 Constant voltage charging was performed. When the charge capacity during constant current charging and constant voltage charging was evaluated as the initial charge capacity, it was 1.5 mAh, and the capacity per unit mass of the negative electrode 2 (lithium ion doping amount) was 1470 mAh/g. ..

<非水系アルカリ金属イオンキャパシタの作製>
正極前駆体2(片面)、正極前駆体2(両面)、及び負極2を用い、電解液1を用いたこと以外は実施例1と同様の手法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
実施例1と同様に非水系アルカリ金属イオンキャパシタの静電容量Faを測定したところ、1101Fであり、内部抵抗Raを測定したところ0.53mΩであった。
続いて非水系リチウム型蓄電素子を露点温度−72℃のアルゴンボックス中で解体して電解液を採取し、ICP−OESによりLi及びNaの濃度を測定したところ、その物質量比は97.7%:2.3%であった。
<Preparation of non-aqueous alkali metal ion capacitor>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode precursor 2 (one side), the positive electrode precursor 2 (both sides), and the negative electrode 2 were used and the electrolytic solution 1 was used.
When the electrostatic capacity Fa of the non-aqueous alkali metal ion capacitor was measured in the same manner as in Example 1, it was 1101 F, and the internal resistance Ra was measured, and it was 0.53 mΩ.
Subsequently, the non-aqueous lithium type electricity storage device was disassembled in an argon box having a dew point temperature of -72°C to collect an electrolyte solution, and the concentrations of Li and Na were measured by ICP-OES. The substance amount ratio was 97.7. %: 2.3%.

<実施例16>
正極前駆体中の炭酸リチウム1及び炭酸ナトリウム1の配合比を90:10に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 16>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 15 except that the compounding ratio of lithium carbonate 1 and sodium carbonate 1 in the positive electrode precursor was changed to 90:10.

<実施例17>
正極前駆体中の炭酸リチウム1及び炭酸ナトリウム1の配合比を70:30に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 17>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 15 except that the compounding ratio of lithium carbonate 1 and sodium carbonate 1 in the positive electrode precursor was changed to 70:30.

<実施例18>
正極前駆体中の炭酸リチウム1及び炭酸ナトリウム1の配合比を50:50に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 18>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 15 except that the compounding ratio of lithium carbonate 1 and sodium carbonate 1 in the positive electrode precursor was changed to 50:50.

<実施例19>
正極前駆体中の炭酸リチウム1及び炭酸ナトリウム1の配合比を10:90に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 19>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 15 except that the compounding ratio of lithium carbonate 1 and sodium carbonate 1 in the positive electrode precursor was changed to 10:90.

<実施例20>
正極前駆体中の炭酸リチウム1及び炭酸ナトリウム1の配合比を2:98に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 20>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 15 except that the compounding ratio of lithium carbonate 1 and sodium carbonate 1 in the positive electrode precursor was changed to 2:98.

<実施例21>
アルカリ金属化合物として炭酸リチウム1(化合物1)、及び実施例1と同様の手法にて粉砕した水酸化ナトリウム(化合物2)を用い、それぞれの配合比を90:10に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 21>
Example 1 except that lithium carbonate 1 (compound 1) was used as the alkali metal compound, and sodium hydroxide (compound 2) crushed in the same manner as in Example 1 was used, and the respective compounding ratios were changed to 90:10. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced by the same method as 15.

<実施例22>
アルカリ金属化合物として炭酸リチウム1(化合物1)、及び実施例1と同様の手法にて粉砕した酸化ナトリウム(化合物2)を用い、それぞれの配合比を90:10に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 22>
Example 15 except that lithium carbonate 1 (compound 1) was used as the alkali metal compound, and sodium oxide (compound 2) crushed in the same manner as in Example 1 was used, and the mixing ratio of each was changed to 90:10. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced by the same method as described above.

<実施例23>
アルカリ金属化合物として炭酸リチウム1(化合物1)、及び炭酸カリウム1(化合物2)を用い、それぞれの配合比を96:4に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 23>
A non-aqueous alkali metal was prepared in the same manner as in Example 15 except that lithium carbonate 1 (compound 1) and potassium carbonate 1 (compound 2) were used as the alkali metal compound and the respective compounding ratios were changed to 96:4. An ion capacitor was produced.

<実施例24>
アルカリ金属化合物として炭酸リチウム1(化合物1)、及び炭酸カリウム1(化合物2)を用い、それぞれの配合比を70:30に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 24>
A non-aqueous alkali metal was prepared in the same manner as in Example 15 except that lithium carbonate 1 (compound 1) and potassium carbonate 1 (compound 2) were used as the alkali metal compound, and the respective mixing ratios were changed to 70:30. An ion capacitor was produced.

<実施例25>
アルカリ金属化合物として炭酸リチウム1(化合物1)、及び炭酸カリウム1(化合物2)を用い、それぞれの配合比を2:98に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 25>
A non-aqueous alkali metal was prepared in the same manner as in Example 15 except that lithium carbonate 1 (compound 1) and potassium carbonate 1 (compound 2) were used as the alkali metal compound and the mixing ratio of each was changed to 2:98. An ion capacitor was produced.

<実施例26>
アルカリ金属化合物として炭酸リチウム1(化合物1)、及び実施例1と同様の手法にて粉砕した炭酸ルビジウム(化合物2)を用い、それぞれの配合比を70:30に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 26>
Example 15 except that lithium carbonate 1 (compound 1) was used as the alkali metal compound and rubidium carbonate (compound 2) crushed in the same manner as in Example 1 was used, and the mixing ratio of each was changed to 70:30. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced by the same method as described above.

<実施例27>
アルカリ金属化合物として炭酸リチウム1(化合物1)、及び実施例1と同様の手法にて粉砕した炭酸セシウム(化合物2)を用い、それぞれの配合比を70:30に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 27>
Example 15 except that lithium carbonate 1 (compound 1) was used as the alkali metal compound and cesium carbonate (compound 2) crushed in the same manner as in Example 1 was used, and the mixing ratio of each was changed to 70:30. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced by the same method as described above.

<比較例16>
アルカリ金属化合物として炭酸リチウム1(化合物1のみ)を用いたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 16>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 15 except that lithium carbonate 1 (compound 1 only) was used as the alkali metal compound.

<比較例17>
正極前駆体中の炭酸リチウム1(化合物1)及び炭酸ナトリウム1(化合物2)の配合比を99.5:0.5に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 17>
A non-aqueous alkali metal was prepared in the same manner as in Example 15 except that the compounding ratio of lithium carbonate 1 (compound 1) and sodium carbonate 1 (compound 2) in the positive electrode precursor was changed to 99.5:0.5. An ion capacitor was produced.

<比較例18>
正極前駆体中の炭酸リチウム1(化合物1)及び炭酸カリウム1(化合物2)の配合比を99.5:0.5に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 18>
Nonaqueous alkali metal was prepared in the same manner as in Example 15 except that the compounding ratio of lithium carbonate 1 (compound 1) and potassium carbonate 1 (compound 2) in the positive electrode precursor was changed to 99.5:0.5. An ion capacitor was produced.

<比較例19>
アルカリ金属化合物として炭酸リチウム1(化合物1)、及び実施例1と同様の手法にて粉砕した水酸化ナトリウム(化合物2)を用い、それぞれの配合比を99.5:0.5に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 19>
Lithium carbonate 1 (compound 1) was used as the alkali metal compound, and sodium hydroxide (compound 2) crushed in the same manner as in Example 1 was used, and the respective compounding ratios were changed to 99.5:0.5. A nonaqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 15 except for the above.

<比較例20>
アルカリ金属化合物として炭酸リチウム1(化合物1)、及び実施例1と同様の手法にて粉砕した酸化ナトリウム(化合物2)を用い、それぞれの配合比を99.5:0.5に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 20>
Lithium carbonate 1 (compound 1) was used as the alkali metal compound, and sodium oxide (compound 2) ground in the same manner as in Example 1 was used, except that the compounding ratio of each was changed to 99.5:0.5. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 15.

<実施例28>
正極前駆体中の炭酸ナトリウム1(化合物1)及び炭酸カリウム1(化合物2)の配合比を70:30に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 28>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 15 except that the compounding ratio of sodium carbonate 1 (compound 1) and potassium carbonate 1 (compound 2) in the positive electrode precursor was changed to 70:30. did.

<実施例29>
アルカリ金属化合物として炭酸ナトリウム1(化合物1)、及び実施例1と同様の手法にて粉砕した炭酸ルビジウム(化合物2)を用い、それぞれの配合比を70:30に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 29>
Example 15 except that sodium carbonate 1 (compound 1) was used as the alkali metal compound, and rubidium carbonate (compound 2) crushed in the same manner as in Example 1 was used, and the mixing ratio of each was changed to 70:30. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced by the same method as described above.

<実施例30>
アルカリ金属化合物として炭酸ナトリウム1(化合物1)、及び実施例1と同様の手法にて粉砕した炭酸セシウム(化合物2)を用い、それぞれの配合比を70:30に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 30>
Example 15 except that sodium carbonate 1 (compound 1) was used as the alkali metal compound, and cesium carbonate (compound 2) crushed in the same manner as in Example 1 was used, and the respective compounding ratios were changed to 70:30. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced by the same method as described above.

<比較例21>
アルカリ金属化合物として炭酸ナトリウム1(化合物1のみ)を用いたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 21>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 15 except that sodium carbonate 1 (compound 1 only) was used as the alkali metal compound.

<比較例22>
正極前駆体中の炭酸ナトリウム1(化合物1)及び炭酸カリウム1(化合物2)の配合比を99.5:0.5に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 22>
Non-aqueous alkali metal in the same manner as in Example 15 except that the compounding ratio of sodium carbonate 1 (compound 1) and potassium carbonate 1 (compound 2) in the positive electrode precursor was changed to 99.5:0.5. An ion capacitor was produced.

<実施例31>
実施例1と同様の手法にて粉砕した水酸化リチウム(化合物1)、及び実施例1と同様の手法にて粉砕した水酸化ナトリウム(化合物2)を用い、それぞれの配合比を70:30に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 31>
Lithium hydroxide (compound 1) pulverized in the same manner as in Example 1 and sodium hydroxide (compound 2) pulverized in the same manner as in Example 1 were used, and the mixing ratio of each was 70:30. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 15 except that the above was changed.

<実施例32>
実施例1と同様の手法にて粉砕した酸化リチウム(化合物1)、及び実施例1と同様の手法にて粉砕した酸化ナトリウム(化合物2)を用い、それぞれの配合比を70:30に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 32>
Lithium oxide (Compound 1) pulverized in the same manner as in Example 1 and sodium oxide (Compound 2) pulverized in the same manner as in Example 1 were used, and the respective compounding ratios were changed to 70:30. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 15 except for the above.

<比較例23>
実施例1と同様の手法にて粉砕した水酸化リチウム(化合物1のみ)を用いたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 23>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 15 except that lithium hydroxide (compound 1 only) pulverized in the same manner as in Example 1 was used.

<比較例24>
実施例1と同様の手法にて粉砕した酸化リチウム(化合物1のみ)を用いたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 24>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 15 except that lithium oxide (compound 1 only) pulverized in the same manner as in Example 1 was used.

<実施例33>
正極前駆体中の炭酸リチウム1(化合物1)、炭酸ナトリウム1(化合物2)、及び炭酸カリウム1(化合物3)の配合比を96:3:1に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 33>
Same as Example 15 except that the compounding ratio of lithium carbonate 1 (compound 1), sodium carbonate 1 (compound 2), and potassium carbonate 1 (compound 3) in the positive electrode precursor was changed to 96:3:1. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced by the method.

<実施例34>
正極前駆体中の炭酸リチウム1(化合物1)、炭酸ナトリウム1(化合物2)、及び炭酸カリウム1(化合物3)の配合比を80:15:5に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 34>
Same as Example 15 except that the compounding ratio of lithium carbonate 1 (Compound 1), sodium carbonate 1 (Compound 2), and potassium carbonate 1 (Compound 3) in the positive electrode precursor was changed to 80:15:5. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced by the method.

<実施例35>
正極前駆体中の炭酸リチウム1(化合物1)、炭酸ナトリウム1(化合物2)、及び炭酸カリウム1(化合物3)の配合比を70:20:10に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 35>
Same as Example 15 except that the compounding ratio of lithium carbonate 1 (compound 1), sodium carbonate 1 (compound 2), and potassium carbonate 1 (compound 3) in the positive electrode precursor was changed to 70:20:10. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced by the method.

<実施例36>
正極前駆体中の炭酸リチウム1(化合物1)、炭酸ナトリウム1(化合物2)、及び炭酸カリウム1(化合物3)の配合比を3:96:1に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 36>
Same as Example 15 except that the compounding ratio of lithium carbonate 1 (compound 1), sodium carbonate 1 (compound 2), and potassium carbonate 1 (compound 3) in the positive electrode precursor was changed to 3:96:1. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced by the method.

<実施例37>
正極前駆体中の炭酸リチウム1(化合物1)、炭酸ナトリウム1(化合物2)、及び炭酸カリウム1(化合物3)の配合比を3:1:96に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 37>
Same as Example 15 except that the compounding ratio of lithium carbonate 1 (compound 1), sodium carbonate 1 (compound 2), and potassium carbonate 1 (compound 3) in the positive electrode precursor was changed to 3:1:96. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced by the method.

<実施例38>
正極前駆体中の炭酸リチウム1(化合物1)、炭酸ナトリウム1(化合物2)、炭酸カリウム1(化合物3)、及び実施例1と同様の手法にて粉砕した炭酸ルビジウム(化合物4)の配合比を85:5:5:5に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 38>
Compounding ratio of lithium carbonate 1 (compound 1), sodium carbonate 1 (compound 2), potassium carbonate 1 (compound 3), and rubidium carbonate (compound 4) ground in the same manner as in Example 1 in the positive electrode precursor. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 15 except that the ratio was changed to 85:5:5:5.

<実施例39>
正極前駆体中の炭酸リチウム1(化合物1)、炭酸ナトリウム1(化合物2)、炭酸カリウム1(化合物3)、及び実施例1と同様の手法にて粉砕した炭酸セシウム(化合物4)の配合比を85:5:5:5に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 39>
Compounding ratio of lithium carbonate 1 (compound 1), sodium carbonate 1 (compound 2), potassium carbonate 1 (compound 3), and cesium carbonate (compound 4) ground in the same manner as in Example 1 in the positive electrode precursor. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 15 except that the ratio was changed to 85:5:5:5.

<比較例25>
正極前駆体中の炭酸リチウム1(化合物1)、炭酸ナトリウム1(化合物2)、及び炭酸カリウム1(化合物3)の配合比を99.6:0.2:0.2に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 25>
Except that the compounding ratio of lithium carbonate 1 (compound 1), sodium carbonate 1 (compound 2), and potassium carbonate 1 (compound 3) in the positive electrode precursor was changed to 99.6:0.2:0.2. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 15.

<比較例26>
正極前駆体中の炭酸リチウム1(化合物1)、炭酸ナトリウム1(化合物2)、及び炭酸カリウム1(化合物3)の配合比を99:0.5:0.5に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 26>
Example except that the compounding ratio of lithium carbonate 1 (compound 1), sodium carbonate 1 (compound 2), and potassium carbonate 1 (compound 3) in the positive electrode precursor was changed to 99:0.5:0.5. A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced by the same method as 15.

<比較例27>
正極前駆体中の炭酸リチウム1(化合物1)、炭酸ナトリウム1(化合物2)、炭酸カリウム1(化合物3)、及び実施例1と同様の手法にて粉砕した炭酸ルビジウム(化合物4)の配合比を99.4:0.2:0.2:0.2に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 27>
Compounding ratio of lithium carbonate 1 (compound 1), sodium carbonate 1 (compound 2), potassium carbonate 1 (compound 3), and rubidium carbonate (compound 4) ground in the same manner as in Example 1 in the positive electrode precursor. Was changed to 99.4:0.2:0.2:0.2 to prepare a non-aqueous alkali metal ion capacitor in the same manner as in Example 15.

<比較例28>
正極前駆体中の炭酸リチウム1(化合物1)、炭酸ナトリウム1(化合物2)、炭酸カリウム1(化合物3)、及び実施例1と同様の手法にて粉砕した炭酸セシウム(化合物4)の配合比を99.4:0.2:0.2:0.2に変えたこと以外は実施例15と同様の方法にて非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 28>
Compounding ratio of lithium carbonate 1 (compound 1), sodium carbonate 1 (compound 2), potassium carbonate 1 (compound 3), and cesium carbonate (compound 4) ground in the same manner as in Example 1 in the positive electrode precursor. Was changed to 99.4:0.2:0.2:0.2 to prepare a non-aqueous alkali metal ion capacitor in the same manner as in Example 15.

実施例15〜39及び比較例16〜28の非水系アルカリ金属イオンキャパシタの評価結果及び電解液中のアルカリ金属イオンの物質量比を表2に示す。 Table 2 shows the evaluation results of the non-aqueous alkali metal ion capacitors of Examples 15 to 39 and Comparative Examples 16 to 28 and the substance amount ratio of the alkali metal ions in the electrolytic solution.

Figure 0006705899
Figure 0006705899

非水系アルカリ金属イオンキャパシタの非水系電解液中にイオン半径の異なる複数のアルカリ金属イオンが1%以上存在することで、第一の実施形態に係るイオン半径の大きなアルカリ金属イオンが負極活物質の細孔を拡張し、イオン半径の小さなアルカリ金属イオンが効率的に挿入脱離反応を行うことができるようになったため、高出力特性が向上したと考えられる。 The presence of 1% or more of a plurality of alkali metal ions having different ionic radii in the non-aqueous electrolyte solution of the non-aqueous alkali metal ion capacitor allows the alkali metal ions having a large ionic radius according to the first embodiment to function as the negative electrode active material. It is considered that the high output characteristics are improved because the pores are expanded and the alkali metal ions having a small ionic radius can efficiently perform the insertion-desorption reaction.

以下、第二の実施形態について具体的に説明する。
<実施例40>
<正極活物質の調製>
[調製例1b]
破砕されたヤシ殻炭化物を小型炭化炉内へ入れ、窒素雰囲気下、500℃で3時間炭化処理して炭化物を得た。得られた炭化物を賦活炉内へ入れ、予熱炉で加温した水蒸気を1kg/hで賦活炉内へ導入し、900℃まで8時間掛けて昇温して賦活した。賦活後の炭化物を取り出し、窒素雰囲気下で冷却して、賦活された活性炭を得た。得られた賦活された活性炭を10時間通水洗浄した後に水切りし、115℃に保持された電気乾燥機内で10時間乾燥した後に、ボールミルで1時間粉砕を行うことにより、活性炭1bを得た。
島津製作所社製レーザー回折式粒度分布測定装置(SALD−2000J)を用いて、活性炭1bの平均粒子径を測定した結果、4.2μmであった。また、ユアサアイオニクス社製細孔分布測定装置(AUTOSORB−1 AS−1−MP)を用いて、活性炭1bの細孔分布を測定した。その結果、BET比表面積が2360m/g、メソ孔量(V)が0.52cc/g、マイクロ孔量(V)が0.88cc/g、V/V=0.59であった。
Hereinafter, the second embodiment will be specifically described.
<Example 40>
<Preparation of positive electrode active material>
[Preparation Example 1b]
The crushed coconut shell carbide was put into a small carbonization furnace and carbonized at 500° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere to obtain a carbide. The obtained carbide was placed in an activation furnace, steam heated in a preheating furnace was introduced into the activation furnace at 1 kg/h, and the temperature was raised to 900° C. over 8 hours for activation. The activated carbide was taken out and cooled under a nitrogen atmosphere to obtain activated activated carbon. The activated carbon thus obtained was washed with water for 10 hours, then drained, dried in an electric dryer kept at 115° C. for 10 hours, and then pulverized with a ball mill for 1 hour to obtain activated carbon 1b.
The average particle diameter of the activated carbon 1b was measured with a laser diffraction particle size distribution analyzer (SALD-2000J) manufactured by Shimadzu Corporation, and it was 4.2 μm. Moreover, the pore distribution of the activated carbon 1b was measured using the pore distribution measuring device (AUTOSORB-1 AS-1-MP) manufactured by Yuasa Ionics. As a result, the BET specific surface area was 2360 m 2 /g, the mesopore volume (V 1 ) was 0.52 cc/g, the micropore volume (V 2 ) was 0.88 cc/g, and V 1 /V 2 =0.59. there were.

[調製例2b]
フェノール樹脂を、焼成炉内へ入れ、窒素雰囲気下、600℃で2時間炭化処理を行った後、ボールミルで粉砕し、分級して平均粒子径7μmの炭化物を得た。得られた炭化物とKOHとを、質量比1:5で混合し、焼成炉内へ入れ、窒素雰囲下、800℃で1時間加熱して賦活した。賦活後の炭化物を取り出し、濃度2mol/Lに調整した希塩酸中で1時間撹拌洗浄し、蒸留水でpH5〜6の間で安定するまで煮沸洗浄した後に乾燥することにより、活性炭2bを得た。
島津製作所社製レーザー回折式粒度分布測定装置(SALD−2000J)を用いて、活性炭2bの平均粒子径を測定した結果、7.0μmであった。また、ユアサアイオニクス社製細孔分布測定装置(AUTOSORB−1 AS−1−MP)を用いて、活性炭2bの細孔分布を測定した。その結果、BET比表面積が3627m/g、メソ孔量(V)が1.50cc/g、マイクロ孔量(V)が2.28cc/g、V/V=0.66であった。
[Preparation Example 2b]
The phenol resin was placed in a firing furnace, carbonized at 600° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere, crushed by a ball mill and classified to obtain a carbide having an average particle diameter of 7 μm. The obtained carbide and KOH were mixed at a mass ratio of 1:5, put into a firing furnace, and heated at 800° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to be activated. The activated carbon was taken out, washed with stirring in dilute hydrochloric acid adjusted to a concentration of 2 mol/L for 1 hour, washed with boiling water until it became stable between pH 5 and 6, and then dried to obtain activated carbon 2b.
The average particle diameter of the activated carbon 2b was measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer (SALD-2000J) manufactured by Shimadzu Corporation, and the result was 7.0 μm. Moreover, the pore distribution of the activated carbon 2b was measured using the pore distribution measuring device (AUTOSORB-1 AS-1-MP) manufactured by Yuasa Ionics. As a result, the BET specific surface area was 3627 m 2 /g, the mesopore volume (V 1 ) was 1.50 cc/g, the micropore volume (V 2 ) was 2.28 cc/g, and V 1 /V 2 =0.66. there were.

<アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物の粉砕>
平均粒子径53μmの炭酸リチウム100g及び平均粒子径60μmの炭酸カルシウム100gをドライブレンドし、アイメックス社製の粉砕機(液体窒素ビーズミルLNM)を用い、液体窒素で−196℃に冷却した後、φ1.0mmのジルコニアビーズを用い、周速10.0m/sにて20分間粉砕して、炭酸塩混合物1を得た。−196℃に冷却することで、炭酸リチウム及び炭酸カルシウムの熱変性を防止しつつ、脆性破壊することができる。得られた炭酸塩混合物1の平均粒子径を測定したところ2.9μmであった。
<Crushing of alkali metal compound and alkaline earth metal compound>
After dry blending 100 g of lithium carbonate having an average particle diameter of 53 μm and 100 g of calcium carbonate having an average particle diameter of 60 μm, the mixture was cooled to −196° C. with liquid nitrogen using a grinder (liquid nitrogen bead mill LNM) manufactured by Imex Co., and then φ1. Using 0 mm zirconia beads, the mixture was ground for 20 minutes at a peripheral speed of 10.0 m/s to obtain a carbonate mixture 1. By cooling to -196°C, brittle fracture can be performed while preventing thermal denaturation of lithium carbonate and calcium carbonate. The average particle size of the obtained carbonate mixture 1 was measured and found to be 2.9 μm.

<正極前駆体の製造>
活性炭2bを正極活物質として用いて、正極前駆体を製造した。
活性炭2bを54.5質量部、炭酸塩混合物1を33.0質量部、ケッチェンブラックを3.0質量部、PVP(ポリビニルピロリドン)を1.5質量部、及びPVDF(ポリフッ化ビニリデン)を8.0質量部、並びにNMP(N−メチルピロリドン)と純水の99:1の混合溶媒を混合し、その混合物をPRIMIX社製の薄膜旋回型高速ミキサーフィルミックスを用いて、周速17m/sの条件で分散して塗工液を得た。得られた塗工液の粘度(ηb)及びTI値を東機産業社のE型粘度計TVE−35Hを用いて測定した。その結果、粘度(ηb)は2,820mPa・s、TI値は4.1であった。また、得られた塗工液の分散度をヨシミツ精機社製の粒ゲージを用いて測定した。その結果、粒度は33μmであった。塗工液を、東レエンジニアリング社製のダイコーターを用いて、厚さ15μmのアルミニウム箔の片面又は両面に塗工速度1m/sの条件で塗工し、乾燥温度120℃で乾燥して正極前駆体3(片面)及び正極前駆体3(両面)を得た。得られた正極前駆体3(片面)及び正極前駆体3(両面)を、ロールプレス機を用いて圧力6kN/cm及びプレス部の表面温度25℃の条件下でプレスした。プレスされた正極前駆体3(片面)及び正極前駆体3(両面)の全厚を、小野計器社製膜厚計Linear Gauge Sensor GS−551を用いて、正極前駆体3(片面)及び正極前駆体3(両面)の任意の10か所で測定した。測定された全厚の平均値からアルミニウム箔の厚さを引いて、正極前駆体3(片面)及び正極前駆体3(両面)の正極活物質層の膜厚を求めた。その結果、正極活物質層の膜厚は、片面当たり58μmであった。
<Production of positive electrode precursor>
A positive electrode precursor was manufactured using activated carbon 2b as a positive electrode active material.
54.5 parts by mass of activated carbon 2b, 33.0 parts by mass of carbonate mixture 1, 3.0 parts by mass of Ketjen Black, 1.5 parts by mass of PVP (polyvinylpyrrolidone), and PVDF (polyvinylidene fluoride). 8.0 parts by mass, and a mixed solvent of NMP (N-methylpyrrolidone) and pure water of 99:1 were mixed, and the mixture was rotated at a peripheral speed of 17 m/m by using a thin film swirl type high speed mixer fill mix manufactured by PRIMIX. It was dispersed under the condition of s to obtain a coating liquid. The viscosity (ηb) and TI value of the obtained coating liquid were measured using an E-type viscometer TVE-35H manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. As a result, the viscosity (ηb) was 2,820 mPa·s and the TI value was 4.1. Further, the dispersity of the obtained coating liquid was measured using a grain gauge manufactured by Yoshimitsu Seiki. As a result, the particle size was 33 μm. Using a die coater manufactured by Toray Engineering Co., Ltd., the coating liquid was applied to one side or both sides of a 15 μm thick aluminum foil at a coating speed of 1 m/s and dried at a drying temperature of 120° C. to prepare a positive electrode precursor. Body 3 (one side) and positive electrode precursor 3 (both sides) were obtained. The obtained positive electrode precursor 3 (one side) and positive electrode precursor 3 (both sides) were pressed under the conditions of a pressure of 6 kN/cm and a surface temperature of the press section of 25° C. using a roll press machine. The total thickness of the pressed positive electrode precursor 3 (one side) and the positive electrode precursor 3 (both sides) was measured by using a film thickness meter Linear Gauge Sensor GS-551 manufactured by Ono Keiki Co., Ltd. The measurement was performed at arbitrary 10 points on the body 3 (both sides). The thickness of the aluminum foil was subtracted from the average value of the measured total thicknesses to obtain the film thicknesses of the positive electrode precursor 3 (one side) and the positive electrode active material layers of the positive electrode precursor 3 (both sides). As a result, the thickness of the positive electrode active material layer was 58 μm on each side.

<負極活物質の調製 調製例3>
市販の人造黒鉛のBET比表面積及び細孔分布を、ユアサアイオニクス社製細孔分布測定装置(AUTOSORB−1 AS−1−MP)を用いて、上述した方法によって測定した。その結果、BET比表面積は3.1m/g、平均粒子径は4.8μmであった。
<Preparation of Negative Electrode Active Material Preparation Example 3>
The BET specific surface area and the pore distribution of commercially available artificial graphite were measured by the method described above using a pore distribution measuring device (AUTOSORB-1 AS-1-MP) manufactured by Yuasa Ionics. As a result, the BET specific surface area was 3.1 m 2 /g and the average particle size was 4.8 μm.

この人造黒鉛300gをステンレススチールメッシュ製の籠に入れ、石炭系ピッチ(軟化点:50℃)30gを入れたステンレス製バットの上に置き、両者を電気炉(炉内有効寸法300mm×300mm×300mm)内に設置した。人造黒鉛と石炭系ピッチを窒素雰囲気下、1000℃まで12時間で昇温し、同温度で5時間保持することにより熱反応させ、複合多孔質炭素材料1bを得た。得られた複合多孔質炭素材料1bを自然冷却により60℃まで冷却し、電気炉から取り出した。 300 g of this artificial graphite was placed in a basket made of stainless steel mesh and placed on a stainless steel bat containing 30 g of coal-based pitch (softening point: 50° C.), and both were placed in an electric furnace (effective size in the furnace 300 mm × 300 mm × 300 mm). ) Installed inside. The artificial graphite and the coal-based pitch were heated to 1000° C. in a nitrogen atmosphere for 12 hours and kept at the same temperature for 5 hours for thermal reaction to obtain a composite porous carbon material 1b. The obtained composite porous carbon material 1b was cooled to 60° C. by natural cooling and taken out from the electric furnace.

得られた複合多孔質炭素材料1bについて、上記と同様の方法でBET比表面積及び細孔分布を測定した。その結果、BET比表面積は6.1m/g、平均粒子径は4.9μmであった。また、複合多孔質炭素材料1bにおける、石炭系ピッチ由来の炭素質材料の活性炭に対する質量比率は2.0%であった。The BET specific surface area and pore distribution of the obtained composite porous carbon material 1b were measured by the same method as described above. As a result, the BET specific surface area was 6.1 m 2 /g and the average particle size was 4.9 μm. In the composite porous carbon material 1b, the mass ratio of the carbonaceous material derived from the coal-based pitch to the activated carbon was 2.0%.

<負極の製造>
複合多孔質炭素材料1bを負極活物質として用いて負極を製造した。
複合多孔質炭素材料1bを84質量部、アセチレンブラックを10質量部、及びPVdF(ポリフッ化ビニリデン)を6質量部、並びにNMP(N−メチルピロリドン)を混合し、その混合物をPRIMIX社製の薄膜旋回型高速ミキサーフィルミックスを用いて、周速17m/sの条件で分散して塗工液を得た。得られた塗工液の粘度(ηb)及びTI値を、東機産業社のE型粘度計TVE−35Hを用いて測定した。その結果、粘度(ηb)は2,310mPa・s、TI値は2.9であった。塗工液を、東レエンジニアリング社製のダイコーターを用いて、厚さ10μmの電解銅箔の両面に塗工速度2m/sの条件で塗工し、乾燥温度120℃で乾燥して負極3を得た。得られた負極3を、ロールプレス機を用いて圧力5kN/cm及びプレス部の表面温度25℃の条件下でプレスした。プレスされた負極3の全厚を、小野計器社製膜厚計Linear Gauge Sensor GS−551を用いて、負極3の任意の10か所で測定した。測定された全厚の平均値から銅箔の厚さを引いて、負極3の負極活物質層の膜厚を求めた。その結果、負極活物質層の膜厚は、片面当たり31μmであった。
<Manufacture of negative electrode>
A negative electrode was manufactured using the composite porous carbon material 1b as a negative electrode active material.
84 parts by mass of the composite porous carbon material 1b, 10 parts by mass of acetylene black, 6 parts by mass of PVdF (polyvinylidene fluoride), and NMP (N-methylpyrrolidone) were mixed, and the mixture was a thin film manufactured by PRIMIX. A swirling high-speed mixer FILMIX was used to disperse under a condition of a peripheral speed of 17 m/s to obtain a coating liquid. The viscosity (ηb) and TI value of the obtained coating liquid were measured using an E-type viscometer TVE-35H manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. As a result, the viscosity (ηb) was 2,310 mPa·s and the TI value was 2.9. Using a die coater manufactured by Toray Engineering Co., Ltd., the coating liquid was applied to both sides of an electrolytic copper foil having a thickness of 10 μm at a coating speed of 2 m/s and dried at a drying temperature of 120° C. to form the negative electrode 3. Obtained. The obtained negative electrode 3 was pressed using a roll press machine under the conditions of a pressure of 5 kN/cm and a surface temperature of the press section of 25°C. The total thickness of the pressed negative electrode 3 was measured at 10 arbitrary positions on the negative electrode 3 using a film thickness meter Linear Gauge Sensor GS-551 manufactured by Ono Keiki Co., Ltd. The thickness of the negative electrode active material layer of the negative electrode 3 was obtained by subtracting the thickness of the copper foil from the average value of the measured total thickness. As a result, the film thickness of the negative electrode active material layer was 31 μm on each side.

[負極単位重量当たり容量の測定]
得られた負極3を1.4cm×2.0cm(2.8cm)の大きさに1枚切り出し、銅箔の両面に塗工された負極活物質層の片方の層をスパチュラ、ブラシ、又は刷毛を用いて除去して作用極とした。対極及び参照極としてそれぞれ金属リチウムを用い、電解液としてエチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)の体積比1:1混合溶媒に、LiPFを1.0mol/Lの濃度で溶解させた非水系溶液を用いて、アルゴンボックス中で電気化学セルを作製した。
得られた電気化学セルについて、東洋システム社製の充放電装置(TOSCAT−3100U)を用いて、以下の手順で初期充電容量を測定した。
電気化学セルに対して、温度25℃において、電流値0.5mA/cmで電圧値が0.01Vになるまで定電流充電を行った後、更に電流値が0.01mA/cmになるまで定電圧充電を行った。この定電流充電及び定電圧充電の時の充電容量を初回充電容量として評価したところ、0.74mAhであり、負極3の単位質量当たりの容量(リチウムイオンのドープ量)は545mAh/gであった。
[Measurement of capacity per unit weight of negative electrode]
One piece of the obtained negative electrode 3 was cut into a size of 1.4 cm×2.0 cm (2.8 cm 2 ), and one layer of the negative electrode active material layer coated on both sides of the copper foil was replaced with a spatula, a brush, or It was removed using a brush to make a working electrode. LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1.0 mol/L in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) in a volume ratio of 1:1 using metallic lithium as a counter electrode and a reference electrode, respectively. An electrochemical cell was prepared in an argon box using a non-aqueous solution.
The initial charge capacity of the obtained electrochemical cell was measured by the following procedure using a charging/discharging device (TOSCAT-3100U) manufactured by Toyo System Co., Ltd.
Against the electrochemical cell, at a temperature 25 ° C., after the voltage value at a current value 0.5 mA / cm 2 was subjected to constant current charging until 0.01 V, further the current value reached 0.01 mA / cm 2 Constant voltage charging was performed. When the charge capacity at the time of constant current charge and constant voltage charge was evaluated as the initial charge capacity, it was 0.74 mAh, and the capacity per unit mass of the negative electrode 3 (lithium ion doping amount) was 545 mAh/g. ..

<電解液の調製>
有機溶媒として、エチレンカーボネート(EC):エチルメチルカーボネート(EMC)=33:67(体積比)の混合溶媒を用い、全電解液に対してLiPFの濃度が1.2mol/Lとなるように電解質塩を溶解して非水系電解液2を得た。
<Preparation of electrolyte>
As the organic solvent, a mixed solvent of ethylene carbonate (EC):ethyl methyl carbonate (EMC)=33:67 (volume ratio) was used, and the concentration of LiPF 6 was 1.2 mol/L with respect to the total electrolytic solution. The electrolyte salt was dissolved to obtain a non-aqueous electrolyte solution 2.

<非水系アルカリ金属イオンキャパシタの作製>
得られた正極前駆体3を、正極活物質層が10.0cm×10.0cm(100cm)の大きさになるよう、正極前駆体3(片面)を2枚、正極前駆体3(両面)を19枚切り出した。続いて負極3を、負極活物質層が10.1cm×10.1cm(102cm)の大きさになるよう20枚切り出した。また、10.3cm×10.3cm(106cm)のポリエチレン製のセパレータ(旭化成株式会社製、厚み10μm)を40枚用意した。これらを、最外層が正極前駆体3(片面)になるように、正極前駆体3、セパレータ、負極3の順にセパレータを挟んで正極活物質層と負極活物質層とが対向するよう積層し、電極積層体を得た。得られた電極積層体に正極端子及び負極端子を超音波溶接し、アルミラミネート包材で形成された容器に入れ、電極端子部を含む3辺をヒートシールによりシールした。
<Preparation of non-aqueous alkali metal ion capacitor>
The obtained positive electrode precursor 3 was prepared so that the positive electrode active material layer had a size of 10.0 cm×10.0 cm (100 cm 2 ), two positive electrode precursors 3 (one side), and three positive electrode precursors 3 (both sides). 19 sheets were cut out. Then, 20 sheets of the negative electrode 3 were cut out so that the negative electrode active material layer had a size of 10.1 cm×10.1 cm (102 cm 2 ). In addition, 40 sheets of 10.3 cm×10.3 cm (106 cm 2 ) polyethylene separator (Asahi Kasei Corporation, thickness 10 μm) were prepared. These are laminated so that the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other with the positive electrode precursor 3, the separator, and the negative electrode 3 sandwiched in this order so that the outermost layer is the positive electrode precursor 3 (one surface). An electrode laminate was obtained. A positive electrode terminal and a negative electrode terminal were ultrasonically welded to the obtained electrode laminate, placed in a container formed of an aluminum laminate packaging material, and three sides including the electrode terminal portion were sealed by heat sealing.

アルミラミネート包材の中に収納された電極積層体に、大気圧下、温度25℃、露点−40℃以下のドライエアー環境下にて、非水系電解液2を約70g注入した。続いて、電極積層体及び非水系電解液を収納しているアルミラミネート包材を減圧チャンバーの中に入れ、大気圧から−87kPaまで減圧した後、大気圧に戻し、5分間静置した。その後、チャンバー内の包材を大気圧から−87kPaまで減圧した後、大気圧に戻す工程を4回繰り返したのち、15分間静置した。さらに、チャンバー内の包材を大気圧から−91kPaまで減圧した後、大気圧に戻した。同様に減圧し、大気圧に戻す工程を合計7回繰り返した(大気圧から、それぞれ−95,−96,−97,−81,−97,−97,−97kPaまで減圧した)。以上の工程により、非水系電解液2を電極積層体に含浸させた。 About 70 g of the non-aqueous electrolyte solution 2 was injected into the electrode laminate housed in the aluminum laminate packaging material under atmospheric pressure at a temperature of 25° C. and a dew point of −40° C. or less in a dry air environment. Subsequently, the aluminum laminate packaging material containing the electrode laminate and the non-aqueous electrolyte solution was placed in a decompression chamber, the pressure was reduced from atmospheric pressure to -87 kPa, the pressure was returned to atmospheric pressure, and the mixture was left standing for 5 minutes. Then, after depressurizing the packaging material in the chamber from atmospheric pressure to −87 kPa, the process of returning to atmospheric pressure was repeated 4 times, and then allowed to stand for 15 minutes. Furthermore, the packaging material in the chamber was depressurized from atmospheric pressure to -91 kPa and then returned to atmospheric pressure. Similarly, the step of decompressing and returning to atmospheric pressure was repeated 7 times in total (from atmospheric pressure to -95, -96, -97, -81, -97, -97, -97 kPa, respectively). Through the above steps, the non-aqueous electrolyte solution 2 was impregnated into the electrode laminate.

その後、非水系電解液1を含浸させた電極積層体を減圧シール機に入れ、−95kPaに減圧した状態で、180℃で10秒間、0.1MPaの圧力でシールすることによりアルミラミネート包材を封止した。 Then, the electrode laminate impregnated with the non-aqueous electrolyte solution 1 was placed in a vacuum sealer, and the aluminum laminate packaging material was sealed at 180° C. for 10 seconds under a pressure of 0.1 MPa under a reduced pressure of −95 kPa. Sealed.

[プレドープ工程]
封止後に得られた電極積層体を、温度25℃、露点−60℃、酸素濃度1ppmのアルゴンボックス内に入れた。アルミラミネート包材の余剰部を切断して開封し、松定プレシジョン社製の電源(P4LT18−0.2)を用いて、電流値100mAで電圧4.5Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.5V定電圧充電を72時間継続する手法により初期充電を行い、負極にプレドープを行った。プレドープ終了後、富士インパルス社製のヒートシール機(FA−300)を用いてアルミラミネートを封止した。
[Pre-doping process]
The electrode laminate obtained after the sealing was placed in an argon box having a temperature of 25° C., a dew point of −60° C. and an oxygen concentration of 1 ppm. The excess portion of the aluminum laminate packaging material was cut and opened, and constant-current charging was performed using a power source (P4LT18-0.2) manufactured by Matsusada Precision Co., Ltd. at a current value of 100 mA until a voltage of 4.5 V was reached. After that, initial charging was performed by a method of continuously performing 4.5 V constant voltage charging for 72 hours, and the negative electrode was pre-doped. After the pre-doping was completed, the aluminum laminate was sealed using a heat sealing machine (FA-300) manufactured by Fuji Impulse.

[エージング工程]
プレドープ後の電極積層体をアルゴンボックスから取り出し、25℃環境下、100mAで電圧3.8Vに到達するまで定電流放電を行った後、3.8V定電流放電を1時間行うことにより、電圧を3.8Vに調整した。続いて、電極積層体を60℃の恒温槽に48時間保管した。
[Aging process]
The electrode layered body after pre-doping was taken out from the argon box and subjected to constant current discharge at 100 mA under a 25° C. environment until the voltage reached 3.8 V, and then 3.8 V constant current discharge was performed for 1 hour to change the voltage. Adjusted to 3.8V. Then, the electrode laminate was stored in a constant temperature bath at 60° C. for 48 hours.

[ガス抜き工程]
エージング後の電極積層体を、温度25℃、露点−40℃のドライエアー環境下でアルミラミネート包材の一部を開封した。続いて、減圧チャンバーの中に電極積層体を入れ、ダイヤフラムポンプ(KNF社製、N816.3KT.45.18)を用いて大気圧から−80kPaまで3分間掛けて減圧した後、3分間掛けて大気圧に戻す工程を合計3回繰り返した。その後、減圧シール機に電極積層体を入れ、−90kPaに減圧した後、200℃で10秒間、0.1MPaの圧力でシールすることによりアルミラミネート包材を封止し、非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。以上の工程により、非水系アルカリ金属イオンキャパシタを2個作製した。
[Degassing process]
A part of the aluminum laminate packaging material of the electrode laminate after aging was opened in a dry air environment having a temperature of 25° C. and a dew point of −40° C. Subsequently, the electrode laminate was put into a decompression chamber, and a diaphragm pump (N816, KT.45.18, manufactured by KNF) was used to reduce the pressure from atmospheric pressure to -80 kPa for 3 minutes, and then for 3 minutes. The process of returning to atmospheric pressure was repeated three times in total. After that, the electrode laminate was put in a vacuum sealing machine, the pressure was reduced to -90 kPa, and then the aluminum laminate packaging material was sealed by sealing at 200° C. for 10 seconds at a pressure of 0.1 MPa to obtain a non-aqueous alkali metal ion capacitor. Was produced. Two non-aqueous alkali metal ion capacitors were produced by the above process.

<非水系アルカリ金属イオンキャパシタの評価>
[静電容量Faの測定]
得られた非水系アルカリ金属イオンキャパシタの内の1個について、25℃に設定した恒温槽内で、富士通テレコムネットワークス福島株式会社製の充放電装置(5V,360A)を用いて、2Cの電流値(1.6A)で3.8Vに到達するまで定電流充電を行い、続いて3.8Vの定電圧を印加する定電圧充電を合計で30分行った。その後、2.2Vまで2Cの電流値(1.6A)で定電流放電を施した際の容量をQ(C)とし、F=Q/(3.8−2.2)により算出した静電容量Faは、2046Fであった。
<Evaluation of non-aqueous alkali metal ion capacitors>
[Measurement of capacitance Fa]
About one of the obtained non-aqueous alkali metal ion capacitors, using a charging/discharging device (5V, 360A) manufactured by Fujitsu Telecom Networks Fukushima Co., Ltd. in a constant temperature bath set at 25° C., a current of 2C Constant current charging was performed until the value (1.6 A) reached 3.8 V, and then constant voltage charging for applying a constant voltage of 3.8 V was performed for a total of 30 minutes. Then, the electrostatic capacity calculated by F=Q/(3.8-2.2), where Q(C) is the capacity when constant current discharge is performed at a current value of 2C (1.6A) up to 2.2V. The capacity Fa was 2046F.

[内部抵抗Raの測定]
前記工程で得られた非水系アルカリ金属イオンキャパシタについて、25℃に設定した恒温槽内で、富士通テレコムネットワークス福島株式会社製の充放電装置(5V,360A)を用いて、20Cの電流値(16A)で3.8Vに到達するまで定電流充電し、続いて3.8Vの定電圧を印加する定電圧充電を合計で30分間行った。その後サンプリング時間を0.1秒とし、20Cの電流値(16A)で2.2Vまで定電流放電を行い、放電カーブ(時間−電圧)を得た。この放電カーブにおいて、放電時間2秒及び4秒の時点における電圧値から、直線近似にて外挿して得られる放電時間=0秒における電圧をEoとし、降下電圧ΔE=3.8−Eo、及びR=ΔE/(電流値20C)により内部抵抗Raを算出したところ、0.68mΩであった。
[Measurement of internal resistance Ra]
Regarding the non-aqueous alkali metal ion capacitor obtained in the above step, using a charging/discharging device (5V, 360A) manufactured by Fujitsu Telecom Networks Fukushima Co., Ltd. in a constant temperature bath set at 25°C, a current value of 20C ( 16 A), constant current charging was performed until reaching 3.8 V, and then constant voltage charging for applying a constant voltage of 3.8 V was performed for a total of 30 minutes. After that, the sampling time was set to 0.1 seconds, and constant current discharge was performed at a current value of 20 C (16 A) to 2.2 V to obtain a discharge curve (time-voltage). In this discharge curve, the voltage at discharge time=0 second obtained by extrapolating by linear approximation from the voltage values at the discharge time of 2 seconds and 4 seconds is Eo, and the drop voltage ΔE=3.8−Eo, and When the internal resistance Ra was calculated from R=ΔE/(current value 20 C), it was 0.68 mΩ.

[高温保存試験]
前記非水系アルカリ金属イオンキャパシタについて、25℃に設定した恒温槽内で、富士通テレコムネットワークス株式会社製の充放電装置(5V,360A)を用いて、100Cの電流値(60A)で4.0Vに到達するまで定電流充電し、次いで、4.0Vの定電圧を印加する定電圧充電を合計で10分間行った。次いで、セルを60℃環境下に保存し、2週間毎に60℃環境下から取り出し、同様の充電工程にてセル電圧を4.0Vに充電した後、再びセルを60℃環境下で保存した。この工程を2か月間繰り返し実施し、保存試験開始前のセル体積Va、保存試験2か月後のセルの体積Vbをフロリナート(商標登録、スリーエムジャパン株式会社)FC−40を測定溶媒として25℃環境下、アルキメデス法により測定した。Vb−Vaにより求めたガス発生量(cc)を静電容量Faにより規格化した値Bは2.41×10−3cc/Fであった。
前記高温保存試験後の非水系アルカリ金属イオンキャパシタに対して内部抵抗Rbを算出したところ0.77mΩであった。その結果、Rb/Raは、1.13として算出された。
[High temperature storage test]
With respect to the non-aqueous alkali metal ion capacitor, a charging/discharging device (5V, 360A) manufactured by Fujitsu Telecom Networks Co., Ltd. was used in a constant temperature bath set at 25° C. and a current value (60A) of 100C was 4.0V. Constant-current charging was carried out until the temperature reached 10° C., and then constant-voltage charging applying a constant voltage of 4.0 V was performed for a total of 10 minutes. Then, the cell was stored in a 60° C. environment, taken out of the 60° C. environment every two weeks, charged to a cell voltage of 4.0 V in the same charging step, and then stored again in the 60° C. environment. .. This step was repeated for 2 months, and the cell volume Va before the storage test was started and the cell volume Vb after 2 months of the storage test were measured using Fluorinert (trademark registered, 3M Japan Co., Ltd.) FC-40 as a measurement solvent at 25°C. Under the environment, it was measured by the Archimedes method. The value B obtained by normalizing the gas generation amount (cc) obtained by Vb-Va by the capacitance Fa was 2.41×10 −3 cc/F.
The calculated internal resistance Rb of the non-aqueous alkali metal ion capacitor after the high temperature storage test was 0.77 mΩ. As a result, Rb/Ra was calculated as 1.13.

<非水系電解液中のアルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンの定量>
得られた残りの非水系アルカリ金属イオンキャパシタを露点温度−72℃のアルゴンボックス中で外装体の1辺を切り取り、ピペットを用いて非水系電解液を1.323g採取した。得られた非水系電解液をICP−MSで解析することにより、電解液中のアルカリ金属イオンのモル濃度X(mol/L)及びアルカリ土類金属イオンのモル濃度Y(mol/L)について、X/(X+Y)=0.71と算出できた。
<Determination of alkali metal ions and alkaline earth metal ions in non-aqueous electrolyte>
The obtained remaining non-aqueous alkali metal ion capacitor was cut in one side of the outer package in an argon box having a dew point temperature of −72° C., and 1.323 g of a non-aqueous electrolytic solution was collected using a pipette. By analyzing the obtained non-aqueous electrolytic solution by ICP-MS, the molar concentration X (mol/L) of alkali metal ions and the molar concentration Y (mol/L) of alkaline earth metal ions in the electrolytic solution were determined as follows. It was possible to calculate X/(X+Y)=0.71.

<正極中のアルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物の定量>
[正極試料の調製]
前記非水系アルカリ金属イオンキャパシタを露点温度−72℃のアルゴンボックス中で解体し、両面に正極活物質層が塗工された正極を5cm×5cmの大きさ(重量0.278g)に2枚切り出し、得られた正極それぞれを30gのジエチルカーボネート溶媒に浸し、時折ピンセットで正極を動かし、10分間洗浄した。続いて溶媒から正極を取り出し、アルゴンボックス中で5分間風乾させ、新たに用意した30gのジエチルカーボネート溶媒に正極を浸し、上記と同様の方法にて10分間洗浄した。洗浄された正極をアルゴンボックスから取り出し、真空乾燥機(ヤマト科学製、DP33)を用いて、温度25℃、圧力1kPaの条件にて20時間乾燥し、正極試料2を2枚得た。
<Quantification of alkali metal compound and alkaline earth metal compound in positive electrode>
[Preparation of positive electrode sample]
The non-aqueous alkali metal ion capacitor was disassembled in an argon box with a dew point temperature of -72°C, and two positive electrodes each having a positive electrode active material layer coated on both sides were cut into a size of 5 cm x 5 cm (weight 0.278 g). Each of the obtained positive electrodes was immersed in 30 g of a diethyl carbonate solvent, the positive electrodes were occasionally moved with tweezers, and the positive electrodes were washed for 10 minutes. Subsequently, the positive electrode was taken out of the solvent, air-dried in an argon box for 5 minutes, immersed in a newly prepared 30 g of a diethyl carbonate solvent, and washed for 10 minutes by the same method as above. The washed positive electrode was taken out from the argon box and dried for 20 hours under the conditions of a temperature of 25° C. and a pressure of 1 kPa using a vacuum dryer (DP33 manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.) to obtain two positive electrode samples 2.

[正極活物質中のアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物の量Cの算出]
正極試料2の1枚について、30gのエタノール溶媒に浸し、容器に蓋をして25℃環境下、3日間静置した。その後正極試料2を取り出し、120℃、5kPaの条件にて10時間真空乾燥したところ、重量Mは0.263gであった。洗浄後のエタノール溶液について、予め検量線を作成した条件にてGC/MSを測定し、ジエチルカーボネートの存在量が1%未満であることを確認した。その後、正極試料2を26.3gの蒸留水に含浸させ、容器に蓋をして45℃環境下、3日間静置した。その後正極試料2を取り出し、150℃、3kPaの条件にて12時間真空乾燥した。真空乾燥後の正極試料2の重量Mは0.255gであった。洗浄後の蒸留水について、予め検量線を作成した条件にてGC/MSを測定し、エタノールの存在量が1%未満であることを確認した。その後、スパチュラ、ブラシ、又は刷毛を用いて正極集電体上の活物質層を取り除き、正極集電体の重量を測定したところM=0.099gであった。重量M、M及びMから(6)式に従いZ=4.9と算出した。
[Calculation of Amount C of Alkali Metal Compound and/or Alkaline Earth Metal Compound in Positive Electrode Active Material]
One piece of the positive electrode sample 2 was immersed in 30 g of an ethanol solvent, the container was covered, and the container was left standing in a 25° C. environment for 3 days. After that, the positive electrode sample 2 was taken out and dried under vacuum at 120° C. and 5 kPa for 10 hours, and the weight M 0 was 0.263 g. With respect to the washed ethanol solution, GC/MS was measured under the condition that a calibration curve was prepared in advance, and it was confirmed that the amount of diethyl carbonate present was less than 1%. After that, the positive electrode sample 2 was impregnated with 26.3 g of distilled water, the container was capped, and the container was allowed to stand in a 45° C. environment for 3 days. Thereafter, the positive electrode sample 2 was taken out and vacuum dried under the conditions of 150° C. and 3 kPa for 12 hours. The weight M 1 of the positive electrode sample 2 after vacuum drying was 0.255 g. With respect to distilled water after washing, GC/MS was measured under the condition that a calibration curve was prepared in advance, and it was confirmed that the amount of ethanol present was less than 1%. Then, the active material layer on the positive electrode current collector was removed using a spatula, a brush, or a brush, and the weight of the positive electrode current collector was measured, and it was M 2 =0.099 g. Z=4.9 was calculated from the weights M 0 , M 1 and M 2 according to the equation (6).

<A及びAの算出>
[正極表面SEM及びEDX測定]
前記作製した残りの正極試料2を30gのジエチルカーボネート溶媒に浸し、時折ピンセットで正極を動かし、10分間洗浄した。続いて溶媒から正極を取り出し、アルゴンボックス中で5分間風乾させ、新たに用意した30gのジエチルカーボネート溶媒に正極を浸し、前記と同様の方法にて10分間洗浄した。正極をアルゴンボックスから取り出し、真空乾燥機(ヤマト科学製、DP33)を用いて、温度25℃、圧力1kPaの条件にて20時間乾燥した。得られた正極試料2から1cm×1cmの小片を切り出し、10Paの真空中にてスパッタリングにより表面に金をコーティングした。続いて以下に示す条件にて、大気暴露下で正極表面のSEM、及びEDXを測定した。
(SEM−EDX測定条件)
・測定装置:日立ハイテクノロジー製、電界放出型走査型電子顕微鏡 FE−SEM S−4700 堀場製、エネルギー分散型X線分析装置 EMAX
・加速電圧:10kV
・エミッション電流:10μA
・測定倍率:2000倍
・電子線入射角度:90°
・X線取出角度:30°
・デッドタイム:15%
・マッピング元素:C,O,F
・測定画素数:256×256ピクセル
・測定時間:60sec.
・積算回数:50回
・マッピング像において最大輝度値に達する画素がなく、輝度値の平均値が最大輝度値の40%〜60%の範囲に入るように輝度及びコントラストを調整した。
<A 1 OyobiA 2 Nosanshutsu_>
[SEM and EDX measurement of positive electrode surface]
The remaining positive electrode sample 2 prepared above was immersed in 30 g of a diethyl carbonate solvent, the positive electrode was occasionally moved with tweezers, and washed for 10 minutes. Then, the positive electrode was taken out from the solvent, air-dried in an argon box for 5 minutes, immersed in a newly prepared 30 g of diethyl carbonate solvent, and washed for 10 minutes by the same method as described above. The positive electrode was taken out of the argon box, and dried for 20 hours under the conditions of a temperature of 25° C. and a pressure of 1 kPa using a vacuum dryer (DP33 manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.). A small piece of 1 cm×1 cm was cut out from the obtained positive electrode sample 2, and the surface was coated with gold by sputtering in a vacuum of 10 Pa. Then, under the conditions shown below, SEM and EDX of the positive electrode surface were measured under atmospheric exposure.
(SEM-EDX measurement conditions)
・Measuring device: Hitachi High-Technology, field emission scanning electron microscope FE-SEM S-4700, manufactured by Horiba, energy dispersive X-ray analyzer EMAX
・Acceleration voltage: 10 kV
・Emission current: 10 μA
・Measurement magnification: 2000 times ・Electron beam incident angle: 90°
・X-ray extraction angle: 30°
・Dead time: 15%
・Mapping elements: C, O, F
-Number of measurement pixels: 256 x 256 pixels-Measurement time: 60 sec.
-Number of integration: 50 times-The brightness and contrast were adjusted so that there were no pixels reaching the maximum brightness value in the mapping image and the average value of the brightness values was within the range of 40% to 60% of the maximum brightness value.

(SEM−EDXの解析)
得られた酸素マッピング及びフッ素マッピングに対し、画像解析ソフト(ImageJ)を用いて輝度値の平均値を基準に二値化した。この時の酸素マッピングの面積は全画像に対して15.4%であり、フッ素マッピングの面積は31.4%であった。二値化して得た酸素マッピングとフッ素マッピングの重複する面積は全画像に対して13.1%であり、酸素マッピングに対するフッ素マッピングの面積重複率をA(%)とすると、A=100×13.1/15.4より85.1%であった。
(Analysis of SEM-EDX)
For the obtained oxygen mapping and fluorine mapping, image analysis software (ImageJ) was used to perform binarization based on the average value of the brightness values. The area of oxygen mapping at this time was 15.4% and the area of fluorine mapping was 31.4% with respect to all images. The overlapping area of the oxygen mapping and the fluorine mapping obtained by binarization is 13.1% for all images, and when the area overlapping ratio of the fluorine mapping to the oxygen mapping is A 1 (%), A 1 =100 From X13.1/15.4, it was 85.1%.

[正極断面SEM及びEDX測定]
正極試料2から1cm×1cmの小片を切り出し、日本電子製のSM−09020CPを用い、アルゴンガスを使用し、加速電圧4kV、ビーム径500μmの条件にて正極試料2の面方向に対して垂直な断面を作製した。その後、上述の方法により正極断面SEM及びEDXを測定した。
得られた正極断面のSEM−EDXについて、上記と同様に酸素マッピング及びフッ素マッピングを二値化し、酸素マッピングに対するフッ素マッピングの面積重複率Aを算出したところ38.4%であった。
[Cathode cross section SEM and EDX measurement]
A small piece of 1 cm x 1 cm was cut out from the positive electrode sample 2, and SM-0902CP manufactured by JEOL Ltd. was used, and argon gas was used. A cross section was prepared. Then, the positive electrode cross section SEM and EDX were measured by the above-mentioned method.
Regarding the obtained SEM-EDX of the cross section of the positive electrode, oxygen mapping and fluorine mapping were binarized in the same manner as above, and the area overlap ratio A 2 of fluorine mapping with respect to oxygen mapping was calculated to be 38.4%.

<実施例41>
プレドープ工程の非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電において、電流値100mAで電圧4.5Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.5V定電圧充電を36時間継続することにより、負極にプレドープを行ったこと以外は実施例40と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 41>
In the initial charge of the non-aqueous alkali metal ion capacitor in the pre-doping step, after constant current charging was performed at a current value of 100 mA until the voltage reached 4.5 V, then 4.5 V constant voltage charging was continued for 36 hours, A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 40 except that the negative electrode was pre-doped.

<実施例42>
プレドープ工程の非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電において、電流値100mAで電圧4.5Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.5V定電圧充電を12時間継続することにより、負極にプレドープを行ったこと以外は実施例40と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 42>
In the initial charging of the non-aqueous alkali metal ion capacitor in the pre-doping step, constant current charging was performed at a current value of 100 mA until the voltage reached 4.5 V, and then 4.5 V constant voltage charging was continued for 12 hours, A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 40 except that the negative electrode was pre-doped.

<実施例43>
プレドープ工程の非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電において、電流値100mAで電圧4.6Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.6V定電圧充電を72時間継続することにより、負極にプレドープを行ったこと以外は実施例40と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 43>
In the initial charging of the non-aqueous alkali metal ion capacitor in the pre-doping step, after constant current charging was performed at a current value of 100 mA until the voltage reached 4.6 V, by continuously continuing 4.6 V constant voltage charging for 72 hours, A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 40 except that the negative electrode was pre-doped.

<実施例44>
プレドープ工程の非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電において、電流値100mAで電圧4.6Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.6V定電圧充電を36時間継続することにより、負極にプレドープを行ったこと以外は実施例43と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 44>
In the initial charging of the non-aqueous alkali metal ion capacitor in the pre-doping step, after constant current charging was performed at a current value of 100 mA until the voltage reached 4.6 V, by continuously continuing 4.6 V constant voltage charging for 36 hours, A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 43 except that the negative electrode was pre-doped.

<実施例45>
プレドープ工程の非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電において、電流値100mAで電圧4.6Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.6V定電圧充電を12時間継続することにより、負極にプレドープを行ったこと以外は実施例43と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 45>
In the initial charging of the non-aqueous alkali metal ion capacitor in the pre-doping step, after constant current charging was carried out at a current value of 100 mA until the voltage reached 4.6 V, by continuing 4.6 V constant voltage charging for 12 hours, A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 43 except that the negative electrode was pre-doped.

<実施例46>
プレドープ工程の非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電において、電流値100mAで電圧4.3Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.3V定電圧充電を72時間継続することにより、負極にプレドープを行ったこと以外は実施例40と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 46>
In the initial charging of the non-aqueous alkali metal ion capacitor in the pre-doping step, after constant current charging was performed at a current value of 100 mA until the voltage reached 4.3 V, by continuing 4.3 V constant voltage charging for 72 hours, A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 40 except that the negative electrode was pre-doped.

<実施例47>
プレドープ工程の非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電において、電流値100mAで電圧4.3Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.3V定電圧充電を36時間継続することにより、負極にプレドープを行ったこと以外は実施例46と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 47>
In the initial charging of the non-aqueous alkali metal ion capacitor in the pre-doping step, after constant current charging was performed at a current value of 100 mA until the voltage reached 4.3 V, by continuing 4.3 V constant voltage charging for 36 hours, A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 46 except that the negative electrode was pre-doped.

<実施例48>
プレドープ工程の非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電において、電流値100mAで電圧4.3Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.3V定電圧充電を12時間継続することにより、負極にプレドープを行ったこと以外は実施例46と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 48>
In the initial charging of the non-aqueous alkali metal ion capacitor in the pre-doping step, after constant current charging was carried out at a current value of 100 mA until the voltage reached 4.3 V, by continuing 4.3 V constant voltage charging for 12 hours, A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 46 except that the negative electrode was pre-doped.

<実施例49>
炭酸リチウム150g、及び炭酸カルシウム50gを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例40と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 49>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 40 except that the carbonate mixture was prepared using 150 g of lithium carbonate and 50 g of calcium carbonate.

<実施例50>
プレドープ工程の非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電において、電流値100mAで電圧4.5Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.5V定電圧充電を36時間継続することにより、負極にプレドープを行ったこと以外は実施例49と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 50>
In the initial charge of the non-aqueous alkali metal ion capacitor in the pre-doping step, after constant current charging was performed at a current value of 100 mA until the voltage reached 4.5 V, then 4.5 V constant voltage charging was continued for 36 hours, A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 49 except that the negative electrode was pre-doped.

<実施例51>
プレドープ工程の非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電において、電流値100mAで電圧4.5Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.5V定電圧充電を12時間継続することにより、負極にプレドープを行ったこと以外は実施例49と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 51>
In the initial charging of the non-aqueous alkali metal ion capacitor in the pre-doping step, constant current charging was performed at a current value of 100 mA until the voltage reached 4.5 V, and then 4.5 V constant voltage charging was continued for 12 hours, A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 49 except that the negative electrode was pre-doped.

<実施例52>
炭酸リチウム75g、及び炭酸カルシウム125gを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例40と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 52>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 40 except that a carbonate mixture was prepared using 75 g of lithium carbonate and 125 g of calcium carbonate.

<実施例53>
炭酸リチウム30g、及び炭酸カルシウム170gを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例40と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 53>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 40 except that the carbonate mixture was prepared using 30 g of lithium carbonate and 170 g of calcium carbonate.

<実施例54>
炭酸リチウム10g、及び炭酸カルシウム190gを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例40と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 54>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 40 except that the carbonate mixture was prepared using 10 g of lithium carbonate and 190 g of calcium carbonate.

<実施例55>
炭酸カルシウム200gを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例40と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 55>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 40 except that the carbonate mixture was prepared using 200 g of calcium carbonate.

<実施例56>
プレドープ工程の非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電において、電流値100mAで電圧4.5Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.5V定電圧充電を36時間継続することにより、負極にプレドープを行ったこと以外は実施例55と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 56>
In the initial charge of the non-aqueous alkali metal ion capacitor in the pre-doping step, after constant current charging was performed at a current value of 100 mA until the voltage reached 4.5 V, then 4.5 V constant voltage charging was continued for 36 hours, A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 55 except that the negative electrode was pre-doped.

<実施例57>
プレドープ工程の非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電において、電流値100mAで電圧4.5Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.5V定電圧充電を12時間継続することにより、負極にプレドープを行ったこと以外は実施例55と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 57>
In the initial charging of the non-aqueous alkali metal ion capacitor in the pre-doping step, constant current charging was performed at a current value of 100 mA until the voltage reached 4.5 V, and then 4.5 V constant voltage charging was continued for 12 hours, A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 55 except that the negative electrode was pre-doped.

<比較例29>
炭酸リチウム100g及び炭酸カルシウム100gの代わりに炭酸リチウム200gのみを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例40と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 29>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 40 except that the carbonate mixture was prepared by using only 200 g of lithium carbonate instead of 100 g of lithium carbonate and 100 g of calcium carbonate.

<比較例30>
プレドープ工程の非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電において、電流値100mAで電圧4.5Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.5V定電圧充電を36時間継続することにより、負極にプレドープを行ったこと以外は比較例29と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 30>
In the initial charge of the non-aqueous alkali metal ion capacitor in the pre-doping step, after constant current charging was performed at a current value of 100 mA until the voltage reached 4.5 V, then 4.5 V constant voltage charging was continued for 36 hours, A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Comparative Example 29 except that the negative electrode was pre-doped.

<比較例31>
プレドープ工程の非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電において、電流値100mAで電圧4.5Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.5V定電圧充電を12時間継続することにより、負極にプレドープを行ったこと以外は比較例29と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 31>
In the initial charging of the non-aqueous alkali metal ion capacitor in the pre-doping step, constant current charging was performed at a current value of 100 mA until the voltage reached 4.5 V, and then 4.5 V constant voltage charging was continued for 12 hours, A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Comparative Example 29 except that the negative electrode was pre-doped.

<比較例32>
炭酸リチウム100g及び炭酸カルシウム100gの代わりに炭酸カルシウム200gのみを用いて炭酸塩混合物を調製し、かつ電解液として、エチレンカーボネート(EC):エチルメチルカーボネート(EMC)=33:67(体積比)の混合溶媒にCa(PFの濃度が0.6mol/Lとなるように電解質塩を溶解した非水系電解液を用いたこと以外は実施例40と同様の方法で非水系アルカリ土類金属蓄電素子を作製した。
<Comparative Example 32>
A carbonate mixture was prepared by using only 200 g of calcium carbonate instead of 100 g of lithium carbonate and 100 g of calcium carbonate, and ethylene carbonate (EC):ethyl methyl carbonate (EMC)=33:67 (volume ratio) was used as an electrolytic solution. Nonaqueous alkaline earth metal was prepared in the same manner as in Example 40 except that a nonaqueous electrolytic solution in which an electrolyte salt was dissolved was used in the mixed solvent so that the concentration of Ca(PF 6 ) 2 was 0.6 mol/L. A power storage element was produced.

<比較例33>
プレドープ工程の非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電において、電流値100mAで電圧4.5Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.5V定電圧充電を36時間継続することにより、負極にプレドープを行ったこと以外は比較例32と同様の方法で非水系アルカリ土類金属蓄電素子を作製した。
<Comparative Example 33>
In the initial charge of the non-aqueous alkali metal ion capacitor in the pre-doping step, after constant current charging was performed at a current value of 100 mA until the voltage reached 4.5 V, then 4.5 V constant voltage charging was continued for 36 hours, A non-aqueous alkaline earth metal storage element was produced in the same manner as in Comparative Example 32 except that the negative electrode was pre-doped.

<比較例34>
プレドープ工程の非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電において、電流値100mAで電圧4.5Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.5V定電圧充電を12時間継続することにより、負極にプレドープを行ったこと以外は比較例32と同様の方法で非水系アルカリ土類金属蓄電素子を作製した。
<Comparative Example 34>
In the initial charging of the non-aqueous alkali metal ion capacitor in the pre-doping step, constant current charging was performed at a current value of 100 mA until the voltage reached 4.5 V, and then 4.5 V constant voltage charging was continued for 12 hours, A non-aqueous alkaline earth metal storage element was produced in the same manner as in Comparative Example 32 except that the negative electrode was pre-doped.

<比較例35>
炭酸リチウム10g、及び炭酸カルシウム190gを用いて炭酸塩混合物を調製し、電解液として、エチレンカーボネート(EC):エチルメチルカーボネート(EMC)=33:67(体積比)の混合溶媒にCa(PFの濃度が0.6mol/Lとなるように電解質塩を溶解した非水系電解液を用いたこと以外は実施例40と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 35>
A carbonate mixture was prepared using 10 g of lithium carbonate and 190 g of calcium carbonate, and Ca(PF 6 ) was added to a mixed solvent of ethylene carbonate (EC):ethyl methyl carbonate (EMC)=33:67 (volume ratio) as an electrolytic solution. ) A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 40 except that the non-aqueous electrolytic solution in which the electrolyte salt was dissolved was used so that the concentration of 2 became 0.6 mol/L.

<比較例36>
プレドープ工程の非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電において、電流値100mAで電圧4.5Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.5V定電圧充電を36時間継続することにより、負極にプレドープを行ったこと以外は比較例35と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 36>
In the initial charge of the non-aqueous alkali metal ion capacitor in the pre-doping step, after constant current charging was performed at a current value of 100 mA until the voltage reached 4.5 V, then 4.5 V constant voltage charging was continued for 36 hours, A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Comparative Example 35 except that the negative electrode was pre-doped.

<比較例37>
プレドープ工程の非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電において、電流値100mAで電圧4.5Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.5V定電圧充電を12時間継続することにより、負極にプレドープを行ったこと以外は比較例35と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 37>
In the initial charging of the non-aqueous alkali metal ion capacitor in the pre-doping step, constant current charging was performed at a current value of 100 mA until the voltage reached 4.5 V, and then 4.5 V constant voltage charging was continued for 12 hours, A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Comparative Example 35 except that the negative electrode was pre-doped.

<比較例38>
炭酸リチウム190g、及び炭酸カルシウム10gを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例40と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 38>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 40 except that a carbonate mixture was prepared using 190 g of lithium carbonate and 10 g of calcium carbonate.

<比較例39>
プレドープ工程の非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電において、電流値100mAで電圧4.5Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.5V定電圧充電を36時間継続することにより、負極にプレドープを行ったこと以外は比較例38と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 39>
In the initial charge of the non-aqueous alkali metal ion capacitor in the pre-doping step, after constant current charging was performed at a current value of 100 mA until the voltage reached 4.5 V, then 4.5 V constant voltage charging was continued for 36 hours, A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Comparative Example 38 except that the negative electrode was pre-doped.

<比較例40>
プレドープ工程の非水系アルカリ金属イオンキャパシタの初期充電において、電流値100mAで電圧4.5Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.5V定電圧充電を12時間継続することにより、負極にプレドープを行ったこと以外は比較例38と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 40>
In the initial charging of the non-aqueous alkali metal ion capacitor in the pre-doping step, constant current charging was performed at a current value of 100 mA until the voltage reached 4.5 V, and then 4.5 V constant voltage charging was continued for 12 hours, A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Comparative Example 38 except that the negative electrode was pre-doped.

<比較例41>
炭酸リチウムを、25℃環境下、φ1.0mmのジルコニアビーズを用い、周速10.0m/sにて5分間粉砕し、かつ塗工液の調製をNMP(N−メチルピロリドン)の100%溶媒を用いて行ったこと以外は比較例29と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 41>
Lithium carbonate was crushed for 5 minutes at a peripheral speed of 10.0 m/s for 5 minutes in a 25° C. environment using φ1.0 mm zirconia beads, and a coating solution was prepared by using a 100% solvent of NMP (N-methylpyrrolidone). A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Comparative Example 29 except that the above was used.

<比較例42>
炭酸リチウムを、25℃環境下、φ1.0mmのジルコニアビーズを用い、周速10.0m/sにて5分間粉砕し、かつ塗工液の調製をNMP(N−メチルピロリドン)の100%溶媒を用いて行ったこと以外は比較例30と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 42>
Lithium carbonate was crushed for 5 minutes at a peripheral speed of 10.0 m/s for 5 minutes in a 25° C. environment using φ1.0 mm zirconia beads, and a coating solution was prepared by using a 100% solvent of NMP (N-methylpyrrolidone). A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Comparative Example 30 except that the above was used.

<比較例43>
炭酸リチウムを、25℃環境下、φ1.0mmのジルコニアビーズを用い、周速10.0m/sにて5分間粉砕し、かつ塗工液の調製をNMP(N−メチルピロリドン)の100%溶媒を用いて行ったこと以外は比較例31と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 43>
Lithium carbonate was crushed for 5 minutes at a peripheral speed of 10.0 m/s for 5 minutes in a 25° C. environment using φ1.0 mm zirconia beads, and a coating solution was prepared by using a 100% solvent of NMP (N-methylpyrrolidone). A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Comparative Example 31 except that the above procedure was performed.

<比較例44>
炭酸カルシウムを、25℃環境下、φ1.0mmのジルコニアビーズを用い、周速10.0m/sにて5分間粉砕し、かつ塗工液の調製をNMP(N−メチルピロリドン)の100%溶媒を用いて行ったこと以外は比較例32と同様の方法で非水系アルカリ土類金属蓄電素子を作製した。
<Comparative Example 44>
Calcium carbonate was crushed for 5 minutes at a peripheral speed of 10.0 m/s in a 25° C. environment using φ1.0 mm zirconia beads, and the coating solution was prepared as a 100% solvent of NMP (N-methylpyrrolidone). A non-aqueous alkaline earth metal storage element was produced in the same manner as in Comparative Example 32 except that the above was used.

<比較例45>
炭酸カルシウムを、25℃環境下、φ1.0mmのジルコニアビーズを用い、周速10.0m/sにて5分間粉砕し、かつ塗工液の調製をNMP(N−メチルピロリドン)の100%溶媒を用いて行ったこと以外は比較例33と同様の方法で非水系アルカリ土類金属蓄電素子を作製した。
<Comparative Example 45>
Calcium carbonate was crushed for 5 minutes at a peripheral speed of 10.0 m/s in a 25° C. environment using φ1.0 mm zirconia beads, and the coating solution was prepared as a 100% solvent of NMP (N-methylpyrrolidone). A non-aqueous alkaline earth metal storage element was produced in the same manner as in Comparative Example 33 except that the above was used.

<比較例46>
炭酸カルシウムを、25℃環境下、φ1.0mmのジルコニアビーズを用い、周速10.0m/sにて5分間粉砕し、かつ塗工液の調製をNMP(N−メチルピロリドン)の100%溶媒を用いて行ったこと以外は比較例34と同様の方法で非水系アルカリ土類金属蓄電素子を作製した。
<Comparative Example 46>
Calcium carbonate was crushed for 5 minutes at a peripheral speed of 10.0 m/s in a 25° C. environment using φ1.0 mm zirconia beads, and the coating solution was prepared as a 100% solvent of NMP (N-methylpyrrolidone). A non-aqueous alkaline earth metal storage element was produced in the same manner as in Comparative Example 34 except that the above procedure was performed.

実施例40〜57、及び比較例29〜46の評価結果を表3に示す。 Table 3 shows the evaluation results of Examples 40 to 57 and Comparative Examples 29 to 46.

Figure 0006705899
Figure 0006705899

<実施例58>
<アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物の粉砕>
平均粒子径55μmの炭酸ナトリウム100g及び平均粒子径60μmの炭酸カルシウム100gをドライブレンドし、アイメックス社製の粉砕機(液体窒素ビーズミルLNM)を用い、液体窒素で−196℃に冷却した後、φ1.0mmのジルコニアビーズを用い、周速10.0m/sにて20分間粉砕して、炭酸塩混合物2を得た。−196℃に冷却することで、炭酸ナトリウム及び炭酸カルシウムの熱変性を防止しつつ、脆性破壊することができる。得られた炭酸塩混合物2の平均粒子径を測定したところ3.0μmであった。
<Example 58>
<Crushing of alkali metal compound and alkaline earth metal compound>
100 g of sodium carbonate having an average particle diameter of 55 μm and 100 g of calcium carbonate having an average particle diameter of 60 μm were dry-blended and cooled to −196° C. with liquid nitrogen using a grinder (liquid nitrogen bead mill LNM) manufactured by IMEX Co., and then φ1. Using 0 mm zirconia beads, the mixture was ground for 20 minutes at a peripheral speed of 10.0 m/s to obtain a carbonate mixture 2. By cooling to -196°C, brittle fracture can be performed while preventing thermal denaturation of sodium carbonate and calcium carbonate. The average particle size of the obtained carbonate mixture 2 was measured and found to be 3.0 μm.

<正極前駆体の製造>
活性炭1bを50.5質量部、炭酸塩混合物2を40.0質量部、ケッチェンブラックを3.0質量部、PVP(ポリビニルピロリドン)を1.5質量部、及びPVDF(ポリフッ化ビニリデン)を5.0質量部、並びにNMP(N−メチルピロリドン)と純水の99:1の混合溶媒を混合したこと以外は実施例40と同様の方法で正極前駆体4(片面)及び正極前駆体4(両面)を作製した。
<Production of positive electrode precursor>
50.5 parts by mass of activated carbon 1b, 40.0 parts by mass of carbonate mixture 2, 3.0 parts by mass of Ketjen Black, 1.5 parts by mass of PVP (polyvinylpyrrolidone), and PVDF (polyvinylidene fluoride). Positive electrode precursor 4 (single-sided) and positive electrode precursor 4 were prepared in the same manner as in Example 40 except that 5.0 parts by mass and a mixed solvent of NMP (N-methylpyrrolidone) and pure water of 99:1 were mixed. (Both sides) was prepared.

<負極活物質の調製 調製例2>
市販のヤシ殻活性炭のBET比表面積及び細孔分布を、ユアサアイオニクス社製細孔分布測定装置(AUTOSORB−1 AS−1−MP)を用いて、上述した方法によって測定した。その結果、BET比表面積は1,790m/g、メソ孔量(V)は0.199cc/g、マイクロ孔量(V)は0.698cc/g、V/V=0.29、そして平均細孔径は20.1Åであった。
このヤシ殻活性炭300gをステンレススチールメッシュ製の籠に入れ、石炭系ピッチ(軟化点:50℃)540gを入れたステンレス製バットの上に置き、両者を電気炉(炉内有効寸法300mm×300mm×300mm)内に設置した。ヤシ殻活性炭と石炭系ピッチを窒素雰囲気下、600℃まで8時間で昇温し、同温度で4時間保持することにより熱反応させ、複合多孔質炭素材料1aを得た。得られた複合多孔質炭素材料1aを自然冷却により60℃まで冷却した後、電気炉から取り出した。
得られた複合多孔質炭素材料1aについて、上記と同様の方法でBET比表面積及び細孔分布を測定した。その結果、BET比表面積は262m/g、メソ孔量(Vm1)は0.186cc/g、マイクロ孔量(Vm2)は0.082cc/g、Vm1/Vm2=2.27であった。また、複合多孔質炭素材料1aにおいて、石炭系ピッチ由来の炭素質材料の活性炭に対する質量比率は78%であった。
<Preparation of Negative Electrode Active Material Preparation Example 2>
The BET specific surface area and the pore distribution of the commercially available coconut shell activated carbon were measured by the method described above using a pore distribution measuring device (AUTOSORB-1 AS-1-MP) manufactured by Yuasa Ionics. As a result, the BET specific surface area was 1,790 m 2 /g, the mesopore volume (V 1 ) was 0.199 cc/g, the micropore volume (V 2 ) was 0.698 cc/g, and V 1 /V 2 =0. 29, and the average pore diameter was 20.1Å.
300 g of this coconut shell activated carbon was placed in a basket made of stainless steel mesh and placed on a stainless steel bat containing 540 g of coal-based pitch (softening point: 50° C.), and both were placed in an electric furnace (effective size in the furnace 300 mm × 300 mm × 300 mm). The coconut shell activated carbon and the coal-based pitch were heated to 600° C. in a nitrogen atmosphere for 8 hours and kept at the same temperature for 4 hours for thermal reaction to obtain a composite porous carbon material 1a. The obtained composite porous carbon material 1a was cooled to 60° C. by natural cooling and then taken out from the electric furnace.
The BET specific surface area and the pore distribution of the obtained composite porous carbon material 1a were measured by the same method as described above. As a result, the BET specific surface area was 262 m 2 /g, the mesopore amount (V m1 ) was 0.186 cc/g, the micropore amount (V m2 ) was 0.082 cc/g, and V m1 /V m2 =2.27. there were. In the composite porous carbon material 1a, the mass ratio of the carbonaceous material derived from coal-based pitch to the activated carbon was 78%.

<負極の製造>
複合多孔質炭素材料1aを負極活物質として用いて負極を製造した。
複合多孔質炭素材料1aを84質量部、アセチレンブラックを10質量部、及びPVdF(ポリフッ化ビニリデン)を6質量部、並びにNMP(N−メチルピロリドン)を混合し、その混合物をPRIMIX社製の薄膜旋回型高速ミキサーフィルミックスを用いて、周速17m/sの条件で分散して塗工液を得た。得られた塗工液の粘度(ηb)及びTI値を東機産業社のE型粘度計TVE−35Hを用いて測定した。その結果、粘度(ηb)は2,789mPa・s、TI値は4.3であった。塗工液を東レエンジニアリング社製のダイコーターを用いて、厚さ10μmの電解銅箔の両面に塗工速度2m/sの条件で塗工し、乾燥温度120℃で乾燥して負極4を得た。得られた負極4を、ロールプレス機を用いて圧力5kN/cm及びプレス部の表面温度25℃の条件下でプレスした。プレスされた負極4の全厚を、小野計器社製膜厚計Linear Gauge Sensor GS−551を用いて、負極4の任意の10か所で測定した。測定された全厚の平均値から銅箔の厚さを引いて、負極4の負極活物質層の膜厚を求めた。その結果、負極活物質層の膜厚は、片面あたり40μmであった。
<Manufacture of negative electrode>
A negative electrode was manufactured using the composite porous carbon material 1a as a negative electrode active material.
84 parts by mass of the composite porous carbon material 1a, 10 parts by mass of acetylene black, 6 parts by mass of PVdF (polyvinylidene fluoride), and NMP (N-methylpyrrolidone) were mixed, and the mixture was a thin film manufactured by PRIMIX. A swirling high-speed mixer FILMIX was used to disperse under a condition of a peripheral speed of 17 m/s to obtain a coating liquid. The viscosity (ηb) and TI value of the obtained coating liquid were measured using an E-type viscometer TVE-35H manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. As a result, the viscosity (ηb) was 2,789 mPa·s and the TI value was 4.3. Using a die coater manufactured by Toray Engineering Co., Ltd., the coating liquid was applied on both sides of an electrolytic copper foil having a thickness of 10 μm at a coating speed of 2 m/s and dried at a drying temperature of 120° C. to obtain a negative electrode 4. It was The obtained negative electrode 4 was pressed using a roll press machine under the conditions of a pressure of 5 kN/cm and a surface temperature of the press section of 25°C. The total thickness of the pressed negative electrode 4 was measured at 10 arbitrary positions on the negative electrode 4 using a film thickness meter Linear Gauge Sensor GS-551 manufactured by Ono Keiki Co., Ltd. The thickness of the negative electrode active material layer of the negative electrode 4 was obtained by subtracting the thickness of the copper foil from the average value of the measured total thickness. As a result, the thickness of the negative electrode active material layer was 40 μm on each side.

[負極単位重量当たり容量の測定]
得られた負極4を1.4cm×2.0cm(2.8cm)の大きさに1枚切り出し、銅箔の両面に塗工された負極活物質層の片方の層をスパチュラ、ブラシ、又は刷毛を用いて除去して作用極とした。対極及び参照極としてそれぞれ金属リチウムを用い、電解液としてエチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)の体積比1:1混合溶媒に、LiPFを1.0mol/Lの濃度で溶解させた非水系溶液を用いて、アルゴンボックス中で電気化学セルを作製した。
得られた電気化学セルについて、東洋システム社製の充放電装置(TOSCAT−3100U)を用いて、以下の手順で初期充電容量を測定した。
電気化学セルに対して、温度25℃において、電流値0.5mA/cmで電圧値が0.01Vになるまで定電流充電を行った後、更に電流値が0.01mA/cmになるまで定電圧充電を行った。この定電流充電及び定電圧充電の時の充電容量を初回充電容量として評価したところ、1.6mAhであり、負極4の単位質量当たりの容量(リチウムイオンのドープ量)は1460mAh/gであった。
[Measurement of capacity per unit weight of negative electrode]
One piece of the obtained negative electrode 4 was cut into a size of 1.4 cm×2.0 cm (2.8 cm 2 ) and one layer of the negative electrode active material layer coated on both sides of the copper foil was replaced with a spatula, a brush, or It was removed using a brush to make a working electrode. LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1.0 mol/L in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) in a volume ratio of 1:1 using metallic lithium as a counter electrode and a reference electrode, respectively. An electrochemical cell was prepared in an argon box using a non-aqueous solution.
The initial charge capacity of the obtained electrochemical cell was measured by the following procedure using a charging/discharging device (TOSCAT-3100U) manufactured by Toyo System Co., Ltd.
Against the electrochemical cell, at a temperature 25 ° C., after the voltage value at a current value 0.5 mA / cm 2 was subjected to constant current charging until 0.01 V, further the current value reached 0.01 mA / cm 2 Constant voltage charging was performed. When the charging capacity during constant current charging and constant voltage charging was evaluated as the initial charging capacity, it was 1.6 mAh, and the capacity per unit mass of the negative electrode 4 (lithium ion doping amount) was 1460 mAh/g. ..

<非水系リチウム蓄電素子の作製及び評価>
正極前駆体4(片面)を2枚、正極前駆体4(両面)を19枚、負極4を20枚用いたこと以外は実施例40と同様の方法で非水系リチウム蓄電素子を作製し、評価した。
<Preparation and evaluation of non-aqueous lithium storage element>
A nonaqueous lithium electricity storage element was prepared and evaluated in the same manner as in Example 40 except that two positive electrode precursors 4 (one side), nineteen positive electrode precursors 4 (both sides) and twenty negative electrodes 4 were used. did.

<実施例59>
炭酸カリウム100g、及び炭酸カルシウム100gを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 59>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 58 except that the carbonate mixture was prepared using 100 g of potassium carbonate and 100 g of calcium carbonate.

<実施例60>
炭酸ルビジウム100g、及び炭酸カルシウム100gを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 60>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 58 except that the carbonate mixture was prepared using 100 g of rubidium carbonate and 100 g of calcium carbonate.

<実施例61>
炭酸セシウム100g、及び炭酸カルシウム100gを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 61>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 58 except that the carbonate mixture was prepared using 100 g of cesium carbonate and 100 g of calcium carbonate.

<実施例62>
炭酸リチウム100g、及び炭酸マグネシウム100gを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 62>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 58 except that the carbonate mixture was prepared using 100 g of lithium carbonate and 100 g of magnesium carbonate.

<実施例63>
炭酸リチウム100g、及び炭酸ベリリウム100gを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 63>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 58 except that the carbonate mixture was prepared using 100 g of lithium carbonate and 100 g of beryllium carbonate.

<実施例64>
炭酸リチウム100g、及び炭酸ストロンチウム100gを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 64>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 58 except that a carbonate mixture was prepared using 100 g of lithium carbonate and 100 g of strontium carbonate.

<実施例65>
炭酸リチウム100g、及び炭酸バリウム100gを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 65>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 58 except that the carbonate mixture was prepared using 100 g of lithium carbonate and 100 g of barium carbonate.

<実施例66>
酸化リチウム100g、及び炭酸カルシウム100gを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 66>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 58 except that the carbonate mixture was prepared using 100 g of lithium oxide and 100 g of calcium carbonate.

<実施例67>
水酸化リチウム100g、及び炭酸カルシウム100gを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 67>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 58 except that the carbonate mixture was prepared using 100 g of lithium hydroxide and 100 g of calcium carbonate.

<実施例68>
水酸化リチウム50g、酸化リチウム50g、及び炭酸カルシウム100gを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 68>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 58 except that a carbonate mixture was prepared using 50 g of lithium hydroxide, 50 g of lithium oxide, and 100 g of calcium carbonate.

<実施例69>
炭酸リチウム100g、及び酸化カルシウム100gを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 69>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 58 except that the carbonate mixture was prepared using 100 g of lithium carbonate and 100 g of calcium oxide.

<実施例70>
炭酸リチウム100g、及び水酸化カルシウム100gを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 70>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 58 except that the carbonate mixture was prepared using 100 g of lithium carbonate and 100 g of calcium hydroxide.

<実施例71>
炭酸リチウム100g、及び酸化マグネシウム100gを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 71>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 58 except that the carbonate mixture was prepared using 100 g of lithium carbonate and 100 g of magnesium oxide.

<実施例72>
炭酸リチウム100g、及び水酸化マグネシウム100gを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 72>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 58 except that the carbonate mixture was prepared using 100 g of lithium carbonate and 100 g of magnesium hydroxide.

<実施例73>
酸化リチウム100g、及び酸化カルシウム100gを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 73>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 58 except that the carbonate mixture was prepared using 100 g of lithium oxide and 100 g of calcium oxide.

<実施例74>
酸化リチウム100g、及び水酸化カルシウム100gを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 74>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 58 except that the carbonate mixture was prepared using 100 g of lithium oxide and 100 g of calcium hydroxide.

<実施例75>
酸化ナトリウム100g、及び酸化カルシウム100gを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 75>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 58 except that the carbonate mixture was prepared using 100 g of sodium oxide and 100 g of calcium oxide.

<実施例76>
酸化ナトリウム100g、及び水酸化カルシウム100gを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Example 76>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 58 except that the carbonate mixture was prepared using 100 g of sodium oxide and 100 g of calcium hydroxide.

<比較例47>
炭酸ナトリウム100g及び炭酸カルシウム100gの代わりに炭酸ナトリウム200gのみを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 47>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 58 except that a carbonate mixture was prepared by using only 200 g of sodium carbonate instead of 100 g of sodium carbonate and 100 g of calcium carbonate.

<比較例48>
炭酸ナトリウム100g及び炭酸カルシウム100gの代わりに炭酸カリウム200gのみを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 48>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 58 except that a carbonate mixture was prepared by using only 200 g of potassium carbonate instead of 100 g of sodium carbonate and 100 g of calcium carbonate.

<比較例49>
炭酸ナトリウム100g及び炭酸カルシウム100gの代わりに炭酸ルビジウム200gのみを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 49>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 58 except that the carbonate mixture was prepared by using only 200 g of rubidium carbonate instead of 100 g of sodium carbonate and 100 g of calcium carbonate.

<比較例50>
炭酸ナトリウム100g及び炭酸カルシウム100gの代わりに炭酸セシウム200gのみを用いて炭酸塩混合物を調製したこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 50>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 58 except that the carbonate mixture was prepared by using only 200 g of cesium carbonate instead of 100 g of sodium carbonate and 100 g of calcium carbonate.

<比較例51>
炭酸塩混合物2を、酸化ナトリウム200gのみの粉砕物に置換したこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 51>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 58 except that the carbonate mixture 2 was replaced with a pulverized product containing only 200 g of sodium oxide.

<比較例52>
炭酸塩混合物2を、酸化カリウム200gのみの粉砕物に置換したこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 52>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 58 except that the carbonate mixture 2 was replaced with a pulverized product containing only 200 g of potassium oxide.

<比較例53>
炭酸塩混合物2を、水酸化ナトリウム200gのみの粉砕物に置換したこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 53>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 58 except that the carbonate mixture 2 was replaced with a pulverized product containing only 200 g of sodium hydroxide.

<比較例54>
炭酸塩混合物2を、水酸化カリウム200gのみの粉砕物に置換したこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ金属イオンキャパシタを作製した。
<Comparative Example 54>
A non-aqueous alkali metal ion capacitor was produced in the same manner as in Example 58 except that the carbonate mixture 2 was replaced with a pulverized product containing only 200 g of potassium hydroxide.

<比較例55>
炭酸塩混合物2を、酸化カルシウム200gのみの粉砕物に置換し、かつ電解液として、エチレンカーボネート(EC):エチルメチルカーボネート(EMC)=33:67(体積比)の混合溶媒にCa(PFの濃度が0.6mol/Lとなるように電解質塩を溶解した非水系電解液を用いたこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ土類金属蓄電素子を作製した。
<Comparative Example 55>
The carbonate mixture 2 was replaced with a pulverized product of only 200 g of calcium oxide, and as an electrolytic solution, Ca(PF 6 ) was added to a mixed solvent of ethylene carbonate (EC):ethyl methyl carbonate (EMC)=33:67 (volume ratio). ) A non-aqueous alkaline earth metal storage element was produced in the same manner as in Example 58 except that the non-aqueous electrolytic solution in which the electrolyte salt was dissolved was used so that the concentration of 2 was 0.6 mol/L.

<比較例56>
炭酸塩混合物2を、水酸化カルシウム200gのみの粉砕物に置換し、かつ電解液として、エチレンカーボネート(EC):エチルメチルカーボネート(EMC)=33:67(体積比)の混合溶媒にCa(PFの濃度が0.6mol/Lとなるように電解質塩を溶解した非水系電解液を用いたこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ土類金属蓄電素子を作製した。
<Comparative Example 56>
The carbonate mixture 2 was replaced with a pulverized product of only 200 g of calcium hydroxide, and as an electrolytic solution, Ca(PF) was added to a mixed solvent of ethylene carbonate (EC):ethyl methyl carbonate (EMC)=33:67 (volume ratio). 6 ) A non-aqueous alkaline earth metal storage element was produced in the same manner as in Example 58 except that the non-aqueous electrolytic solution in which the electrolyte salt was dissolved was used so that the concentration of 2 was 0.6 mol/L.

<比較例57>
炭酸塩混合物2を、酸化マグネシウム200gのみの粉砕物に置換し、かつ電解液として、エチレンカーボネート(EC):エチルメチルカーボネート(EMC)=33:67(体積比)の混合溶媒にCa(PFの濃度が0.6mol/Lとなるように電解質塩を溶解した非水系電解液を用いたこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ土類金属蓄電素子を作製した。
<Comparative Example 57>
The carbonate mixture 2 was replaced with a pulverized product of only 200 g of magnesium oxide, and as an electrolytic solution, Ca(PF 6 ) was added to a mixed solvent of ethylene carbonate (EC):ethyl methyl carbonate (EMC)=33:67 (volume ratio). ) A non-aqueous alkaline earth metal storage element was produced in the same manner as in Example 58 except that the non-aqueous electrolytic solution in which the electrolyte salt was dissolved was used so that the concentration of 2 was 0.6 mol/L.

<比較例58>
炭酸塩混合物2を、水酸化マグネシウム200gのみの粉砕物に置換し、かつ電解液として、エチレンカーボネート(EC):エチルメチルカーボネート(EMC)=33:67(体積比)の混合溶媒にCa(PFの濃度が0.6mol/Lとなるように電解質塩を溶解した非水系電解液を用いたこと以外は実施例58と同様の方法で非水系アルカリ土類金属蓄電素子を作製した。
<Comparative Example 58>
The carbonate mixture 2 was replaced with a pulverized product of only 200 g of magnesium hydroxide, and as an electrolytic solution, Ca(PF) was added to a mixed solvent of ethylene carbonate (EC):ethyl methyl carbonate (EMC)=33:67 (volume ratio). 6 ) A non-aqueous alkaline earth metal storage element was produced in the same manner as in Example 58 except that the non-aqueous electrolytic solution in which the electrolyte salt was dissolved was used so that the concentration of 2 was 0.6 mol/L.

実施例58〜76、及び比較例47〜58の評価結果を表4に示す。 Table 4 shows the evaluation results of Examples 58 to 76 and Comparative Examples 47 to 58.

Figure 0006705899
Figure 0006705899

表3及び表4より、非水系電解液中にアルカリ金属イオンが含まれる場合には蓄電素子を低抵抗化でき、非水電解液中にアルカリ土類イオン金属が含まれる場合には蓄電素子を高容量化できることが分かる。非水電解液中にこれらのアルカリ金属イオンとアルカリ土類イオンを共存させることにより、蓄電素子の低抵抗化と高容量化を両立することができる。 From Table 3 and Table 4, when the non-aqueous electrolyte solution contains an alkali metal ion, the resistance of the electricity storage element can be lowered, and when the non-aqueous electrolyte solution contains an alkaline earth ion metal, the electricity storage element is reduced. It can be seen that the capacity can be increased. Coexistence of these alkali metal ions and alkaline earth ions in the non-aqueous electrolyte makes it possible to achieve both low resistance and high capacity of the electricity storage device.

また表3より、アルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物の粉砕を−196℃という極低温の条件で行ったことにより、粉砕時の温度上昇の影響を受けず、粒子表面の欠陥生成を抑制することができたと考えられる。その結果、アルカリ金属化合物、及び/又はアルカリ土類金属化合物の再凝集を抑制できたと考えられる。更に、塗工液を調製する際に微量の水を添加することによりアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物の表面を活性化し、粒子の表面で、含フッ素電解質であるLiPFが効率よく分解することができ、その結果生成するフッ素化合物が万遍なく堆積し、高温保存特性が改善したと考えられる。Further, from Table 3, it was found that the crushing of the alkali metal compound and/or the alkaline earth metal compound was carried out under the extremely low temperature condition of -196° C., so that the generation of defects on the particle surface was not affected by the temperature rise during the crushing. It is thought that it could be suppressed. As a result, it is considered that the reaggregation of the alkali metal compound and/or the alkaline earth metal compound could be suppressed. Furthermore, the surface of the alkali metal compound and/or the alkaline earth metal compound is activated by adding a small amount of water when preparing the coating liquid, and LiPF 6, which is a fluorine-containing electrolyte, is efficiently formed on the surface of the particles. It is considered that the compound can be decomposed, and the resulting fluorine compound is evenly deposited, and the high temperature storage property is improved.

本発明の非水系アルカリ金属イオンキャパシタは、例えば、複数個の非水系アルカリ金属イオンキャパシタを直列、又は並列に接続して蓄電モジュールを作ることができる。本発明の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ及び前記蓄電モジュールは、高負荷充放電サイクル特性が求められる自動車のハイブリット駆動システムの電力回生システム、太陽光発電や風力発電等の自然発電やマイクログリッド等における電力負荷平準化システム、工場の生産設備等における無停電電源システム、マイクロ波送電や電界共鳴等の電圧変動の平準化及びエネルギーの蓄電を目的とした非接触給電システム、振動発電等で発電した電力の利用を目的としたエナジーハーベストシステムに好適に利用できる。
本発明の非水系アルカリ金属イオンキャパシタは、例えば、アルカリ金属イオンキャパシタ又はアルカリ金属イオン二次電池として適用したときに、本発明の効果が最大限に発揮されるため好ましい。
In the non-aqueous alkali metal ion capacitor of the present invention, for example, a plurality of non-aqueous alkali metal ion capacitors can be connected in series or in parallel to make an electricity storage module. The non-aqueous alkali metal ion capacitor and the electricity storage module of the present invention are a power regeneration system for a hybrid drive system of an automobile that requires high-load charge/discharge cycle characteristics, natural power generation such as solar power generation and wind power generation, and power generation in a microgrid. Load leveling system, uninterruptible power supply system in factory production equipment, contactless power supply system for leveling voltage fluctuations such as microwave power transmission and electric field resonance, and energy storage, and power generated by vibration power generation. It can be suitably used for energy harvesting systems intended for use.
The non-aqueous alkali metal ion capacitor of the present invention is preferable because the effect of the present invention can be maximized when it is applied as an alkali metal ion capacitor or an alkali metal ion secondary battery.

Claims (32)

活性炭を含む正極と、負極と、セパレータと、2種以上の陽イオンを含む非水系電解液とを含む非水系アルカリ金属イオンキャパシタであって、前記2種以上の陽イオンのうち少なくとも1種はアルカリ金属イオンであり、かつ前記2種以上の陽イオンと同種の元素を含む化合物が前記正極中に1.0質量%以上25.0質量%以下含まれる非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。 A non-aqueous alkali metal ion capacitor comprising a positive electrode containing activated carbon, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolytic solution containing two or more cations, wherein at least one of the two or more cations is A non-aqueous alkali metal ion capacitor in which the compound containing an alkali metal ion and the same kind of element as the two or more cations is contained in the positive electrode in an amount of 1.0% by mass or more and 25.0% by mass or less. 前記負極は、アルカリ金属イオンを吸蔵・放出でき、前記正極中に含まれる化合物は、Li、Na、K、Rb、及びCsから成る群から選択される2種以上のアルカリ金属の化合物であり、且つ、前記アルカリ金属の化合物を前記正極中に1質量%以上25質量%以下含む、請求項1に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。 The negative electrode can store and release alkali metal ions, and the compound contained in the positive electrode is a compound of two or more kinds of alkali metals selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, and Cs, The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to claim 1, wherein the positive electrode contains the alkali metal compound in an amount of 1% by mass or more and 25% by mass or less. 前記正極は正極集電体を含み、前記負極は負極集電体を含み、かつ前記正極集電体及び前記負極集電体が、貫通孔を持たない金属箔である、請求項1又は2に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。 The positive electrode includes a positive electrode current collector, the negative electrode includes a negative electrode current collector, and the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are metal foils having no through holes. The non-aqueous alkali metal ion capacitor described. 前記アルカリ金属の化合物が、炭酸塩、水酸化物、及び酸化物から成る群から選ばれる1種以上である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。 The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of claims 1 to 3, wherein the compound of the alkali metal is one or more selected from the group consisting of carbonates, hydroxides, and oxides. 前記正極が、正極集電体と、前記正極集電体の片面上又は両面上に設けられた、正極活物質を含む正極活物質層とを有し、前記正極活物質層が、下記式(1)〜(3):
Figure 0006705899
{式(1)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、X及びXは、それぞれ独立に、−(COO)(ここで、nは0又は1である。)であり、かつM及びMは、それぞれ独立に、Li、Na、K、Rb、及びCsから成る群から選ばれるアルカリ金属である。}
Figure 0006705899
{式(2)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、Rは、水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ又はポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、及びアリール基から成る群から選択される基であり、X及びXは、それぞれ独立に、−(COO)(ここで、nは0又は1である。)であり、かつMは、Li、Na、K、Rb、及びCsから成る群から選ばれるアルカリ金属である。}
Figure 0006705899
{式(3)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、R及びRは、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ又はポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、及びアリール基から成る群から選択される基であり、かつX及びXは、それぞれ独立に、−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}
から選択される1種以上の化合物を該正極物質層の単位質量当たり1.60×10−4mol/g〜300×10−4mol/g含有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。
The positive electrode comprises a positive electrode current collector, wherein provided on the positive electrode current collector one side or on both sides on, and a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, the positive active material layer is a compound represented by the following formula (1)-(3):
Figure 0006705899
{In the formula (1), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and X 1 and X 2 are each independently -(COO) n. (Where n is 0 or 1) and M 1 and M 2 are each independently an alkali metal selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, and Cs. }
Figure 0006705899
{In the formula (2), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, carbon Group consisting of mono- or polyhydroxyalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, mono- or polyhydroxyalkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms, and aryl group X 1 and X 2 are each independently —(COO) n (where n is 0 or 1), and M 1 is Li, Na, K. Is an alkali metal selected from the group consisting of Rb, Rb, and Cs. }
Figure 0006705899
{In the formula (3), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 and R 3 are independently hydrogen and 1 carbon atoms. -10 alkyl group, mono- or polyhydroxyalkyl group having 1-10 carbon atoms, alkenyl group having 2-10 carbon atoms, mono- or polyhydroxyalkenyl group having 2-10 carbon atoms, cycloalkyl group having 3-6 carbon atoms , And an aryl group, and X 1 and X 2 are each independently —(COO) n (where n is 0 or 1). }
Is to one or more compounds positive electrode active material layer per unit mass 1.60 × 10 -4 mol / g~300 × 10 -4 mol / g containing a is selected from any of claims 1 to 4 one A non-aqueous alkali metal ion capacitor according to item.
前記正極活物質層が、下記式(4)及び(5):
Figure 0006705899
{式(4)中、M及びMは、それぞれ独立に、Li、Na、K、Rb、及びCsから成る群から選ばれるアルカリ金属である。}
Figure 0006705899
{式(5)中、Rは、水素、炭素数1〜10のアルキル基、又は炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ又はポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、及びアリール基からなる群から選択される基であり、かつMは、Li、Na、K、Rb、及びCsから成る群から選ばれるアルカリ金属である。}
から選択される1種以上の化合物を前記正極物質層の単位質量当たり2.70×10−4mol/g〜150×10−4mol/g含有する、請求項5に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。
The positive electrode active material layer has the following formulas (4) and (5):
Figure 0006705899
{In the formula (4), M 1 and M 2 are each independently an alkali metal selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, and Cs. }
Figure 0006705899
{In the formula (5), R 1 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or a mono- or polyhydroxyalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, and 2 to 10 carbon atoms. A mono- or polyhydroxyalkenyl group, a cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms, and an aryl group, and M is a group consisting of Li, Na, K, Rb, and Cs. It is the alkali metal of choice. }
One or more compounds to the positive electrode active material layer per unit mass 2.70 × 10 -4 mol / g~150 × 10 -4 mol / g containing selected from non-aqueous alkali of claim 5 Metal ion capacitor.
前記非水系電解液は2種以上4種以下のアルカリ金属イオンを含み、かつ前記非水系電解液中の第1のアルカリ金属イオンの物質量比は1%以上99%以下であり、第2のアルカリ金属イオンの物質量比は1%以上99%以下であり、第3及び第4のアルカリ金属イオンの物質量比は0%以上98%以下である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。 The non-aqueous electrolyte solution contains two or more and four or less alkali metal ions, and the substance ratio of the first alkali metal ions in the non-aqueous electrolyte solution is 1% or more and 99% or less, and the second 7. The substance amount ratio of the alkali metal ions is 1% or more and 99% or less, and the substance amount ratio of the third and fourth alkali metal ions is 0% or more and 98% or less. The non-aqueous alkali metal ion capacitor described in. 前記負極は、アルカリ金属イオンを吸蔵及び放出でき、
前記非水系電解液は、1種以上のアルカリ金属イオン及び1種以上のアルカリ土類金属イオンを含み、
前記アルカリ金属イオンを陽イオンとして有するアルカリ金属化合物、及び/又は前記アルカリ土類金属イオンを陽イオンとして有するアルカリ土類金属化合物が、前記正極の正極活物質層中に1.0質量%以上20.0質量%以下含まれ、かつ
前記非水系電解液中の前記アルカリ金属イオンのモル濃度をX(mol/L)とし、前記アルカリ土類金属イオンのモル濃度をY(mol/L)とするとき、X/(X+Y)が0.07以上0.92以下である、
請求項1に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。
The negative electrode can store and release alkali metal ions,
The non-aqueous electrolyte solution contains at least one alkali metal ion and at least one alkaline earth metal ion,
The alkali metal compound having the alkali metal ion as a cation and/or the alkaline earth metal compound having the alkali earth metal ion as a cation is 1.0% by mass or more in the positive electrode active material layer of the positive electrode 20 0.0 mass% or less, and the molar concentration of the alkali metal ions in the non-aqueous electrolyte is X (mol/L), and the molar concentration of the alkaline earth metal ions is Y (mol/L). At this time, X/(X+Y) is 0.07 or more and 0.92 or less,
The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to claim 1.
前記X/(X+Y)が、0.10以上0.90以下である、請求項8に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。 The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to claim 8, wherein the X/(X+Y) is 0.10 or more and 0.90 or less. 前記正極の表面の走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型X線分析(SEM−EDX)により得られる元素マッピングにおいて、輝度値の平均値を基準に二値化した酸素マッピングに対するフッ素マッピングの面積重複率Aが、40%以上99%以下である、請求項8又は9に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。 In the elemental mapping obtained by scanning electron microscope-energy dispersive X-ray analysis (SEM-EDX) on the surface of the positive electrode, the area overlap ratio A of fluorine mapping with respect to oxygen mapping binarized based on the average value of luminance values is shown. The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to claim 8 or 9, wherein 1 is 40% or more and 99% or less. ブロードイオンビーム(BIB)加工した前記正極の断面のSEM−EDXにより得られる元素マッピングにおいて、輝度値の平均値を基準に二値化した酸素マッピングに対するフッ素マッピングの面積重複率Aが、10%以上60%以下である、請求項8〜10のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。 In the elemental mapping obtained by SEM-EDX of the cross section of the positive electrode processed by broad ion beam (BIB), the area overlapping rate A 2 of the fluorine mapping with respect to the oxygen mapping binarized based on the average value of the brightness value is 10%. The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of claims 8 to 10, which is not less than 60%. 前記アルカリ金属化合物及び/又は前記アルカリ土類金属化合物が、炭酸塩である、請求項8〜11のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。 The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of claims 8 to 11, wherein the alkali metal compound and/or the alkaline earth metal compound is a carbonate. 前記アルカリ土類金属イオンが、カルシウムイオンである、請求項8〜12のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。 The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of claims 8 to 12, wherein the alkaline earth metal ion is calcium ion. 前記アルカリ金属イオンが、リチウムイオン、ナトリウムイオン、及びカリウムイオンから成る群から選ばれる1種以上である、請求項8〜13のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。 The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of claims 8 to 13, wherein the alkali metal ion is one or more selected from the group consisting of lithium ion, sodium ion, and potassium ion. 前記正極が、正極集電体と、前記正極集電体の片面上又は両面上に設けられた、正極活物質を含む正極活物質層とを有し、前記正極活物質層に含まれる前記正極活物質が、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をV(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をV(cc/g)とするとき、0.3<V≦0.8、及び0.5≦V≦1.0を満たし、かつ、BET法により測定される比表面積が1,500m/g以上3,000m/g以下を示す活性炭である、請求項1〜14のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。 The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material provided on one surface or both surfaces of the positive electrode current collector, and the positive electrode included in the positive electrode active material layer. The active material has V 1 (cc/g) as the mesopore amount derived from pores having a diameter of 20 Å or more and 500 Å or less calculated by the BJH method, and the micropore amount derived from pores having a diameter of less than 20 Å calculated by the MP method. When V 2 (cc/g), 0.3<V 1 ≦0.8 and 0.5≦V 2 ≦1.0 are satisfied, and the specific surface area measured by the BET method is 1,500 m. activated carbon showing a 2 / g or more 3,000 m 2 / g or less, non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of claims 1 to 14. 前記正極が、正極集電体と、前記正極集電体の片面上又は両面上に設けられた、正極活物質を含む正極活物質層とを有し、前記正極活物質層に含まれる前記正極活物質が、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量V(cc/g)が0.8<V≦2.5を満たし、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量V(cc/g)が0.8<V≦3.0を満たし、かつ、BET法により測定される比表面積が2,300m/g以上4,000m/g以下を示す活性炭である、請求項1〜14のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。 The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material provided on one surface or both surfaces of the positive electrode current collector, and the positive electrode included in the positive electrode active material layer. The active material has a mesopore amount V 1 (cc/g) derived from pores having a diameter of 20 Å or more and 500 Å or less calculated by the BJH method that satisfies 0.8<V 1 ≦2.5, and a diameter calculated by the MP method. The micropore amount V 2 (cc/g) derived from pores of less than 20Å satisfies 0.8<V 2 ≦3.0, and the specific surface area measured by the BET method is 2,300 m 2 /g or more. The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of claims 1 to 14, which is an activated carbon showing 4,000 m 2 /g or less. 前記負極が負極活物質を含み、前記負極活物質のリチウムイオンのドープ量が、単位質量当たり530mAh/g以上2,500mAh/g以下である、請求項1〜16のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。 The negative electrode contains a negative electrode active material, and a doping amount of lithium ions of the negative electrode active material is 530 mAh/g or more and 2,500 mAh/g or less per unit mass, according to any one of claims 1 to 16. Non-aqueous alkali metal ion capacitor. 前記負極活物質のBET比表面積が100m/g以上1,500m/g以下である、請求項17に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。 The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to claim 17, wherein the negative electrode active material has a BET specific surface area of 100 m 2 /g or more and 1,500 m 2 /g or less. 前記負極が負極活物質を含み、前記負極活物質のリチウムイオンのドープ量が、単位質量当たり50mAh/g以上700mAh/g以下である、請求項1〜16のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。 The non-aqueous system according to any one of claims 1 to 16, wherein the negative electrode contains a negative electrode active material, and a doping amount of lithium ions in the negative electrode active material is 50 mAh/g or more and 700 mAh/g or less per unit mass. Alkali metal ion capacitor. 前記負極活物質のBET比表面積が1m/g以上50m/g以下である、請求項19に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。 The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to claim 19, wherein the negative electrode active material has a BET specific surface area of 1 m 2 /g or more and 50 m 2 /g or less. 前記負極活物質の平均粒子径が1μm以上10μm以下である、請求項17〜20のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。 The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of claims 17 to 20, wherein the negative electrode active material has an average particle size of 1 µm or more and 10 µm or less. 前記非水系アルカリ金属イオンキャパシタにおいて、セル電圧4V及び環境温度60℃において2か月間保存した後の、セル電圧4Vでの内部抵抗をRb(Ω)、保存前の内部抵抗をRa(Ω)、保存前の静電容量をFa(F)とした時、以下の(a)および(b)の要件:
(a)Rb/Raが3.0以下である、並びに
(b)セル電圧4V及び環境温度60℃において2か月間保存した時に発生するガス量を静電容量Faで規格化した値Bが30×10−3cc/F以下である、
のすべてを同時に満たす、請求項1〜21のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。
In the non-aqueous alkali metal ion capacitor, after being stored at a cell voltage of 4 V and an environmental temperature of 60° C. for 2 months, the internal resistance at a cell voltage of 4 V is Rb (Ω), the internal resistance before storage is Ra (Ω), When the capacitance before storage is Fa(F), the following requirements (a) and (b):
(A) Rb/Ra is 3.0 or less, and (b) the value B obtained by normalizing the amount of gas generated when stored for 2 months at a cell voltage of 4 V and an environmental temperature of 60° C. by the capacitance Fa is 30. ×10 −3 cc/F or less,
22. The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of claims 1 to 21, which simultaneously satisfies all of the above.
前記非水系アルカリ金属イオンキャパシタにおいて、環境温度25℃にて、セル電圧を2.2Vから3.8Vまで、電流値200Cのレートでの充放電サイクルを60,000回行い、セルを4.5Vの定電圧充電を1時間行った後の静電容量をFb(F)とした時、Fb/Faが1.01以上である、請求項22に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタ。 In the non-aqueous alkali metal ion capacitor, the cell voltage was changed from 2.2 V to 3.8 V and the charge/discharge cycle was performed 60,000 times at a current value of 200 C at an ambient temperature of 25° C. 23. The non-aqueous alkali metal ion capacitor according to claim 22, wherein Fb/Fa is 1.01 or more, where Fb(F) is a capacitance after the constant voltage charging of 1 hour is performed. 活性炭と、Li、Na、K、Rb、及びCsから成る群から選ばれる2種以上のアルカリ金属イオンを陽イオンとして有するアルカリ金属化合物とを含む正極前駆体であって、第1のアルカリ金属化合物の物質量比は2%以上98%以下であり、第2のアルカリ金属化合物の物質量比は2%以上98%以下であり、第3及び第4のアルカリ金属イオンの物質量比は0%以上96%以下である正極前駆体。 A positive electrode precursor containing activated carbon and an alkali metal compound having two or more kinds of alkali metal ions selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, and Cs as cations, the first alkali metal compound Is 2% or more and 98% or less, the second alkali metal compound is 2% or more and 98% or less, and the third and fourth alkali metal ion is 0%. A positive electrode precursor having a content of not less than 96%. 前記アルカリ金属化合物が、炭酸塩、水酸化物、又は酸化物である、請求項24に記載の正極前駆体。 The positive electrode precursor according to claim 24, wherein the alkali metal compound is a carbonate, a hydroxide, or an oxide. 請求項1〜23のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタを用いた蓄電モジュール。 An electricity storage module using the non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of claims 1 to 23. 請求項1〜23のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタを用いた電力回生システム。 A power regeneration system using the non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of claims 1 to 23. 請求項1〜23のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタを用いた電力負荷平準化システム。 A power load leveling system using the non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of claims 1 to 23. 請求項1〜23のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタを用いた無停電電源システム。 An uninterruptible power supply system using the non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of claims 1 to 23. 請求項1〜23のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタを用いた非接触給電システム。 A non-contact power feeding system using the non-aqueous alkali metal ion capacitor according to claim 1. 請求項1〜23のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタを用いたエナジーハーベストシステム。 An energy harvesting system using the non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of claims 1 to 23. 請求項1〜23のいずれか一項に記載の非水系アルカリ金属イオンキャパシタを用いた蓄電システム。 An electricity storage system using the non-aqueous alkali metal ion capacitor according to any one of claims 1 to 23.
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