JP6815126B2 - Non-aqueous lithium storage element - Google Patents

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Description

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

近年、地球環境の保全や省資源を目指すエネルギーの有効利用の観点から、風力発電の電力平滑化システム又は深夜電力貯蔵システム、太陽光発電技術に基づく家庭用分散型蓄電システム、電気自動車用の蓄電システム等が注目を集めている。
これらの蓄電システムに用いられる電池の第一の要求事項は、エネルギー密度が高いことである。このような要求に対応可能な高エネルギー密度電池の有力候補として、リチウムイオン電池の開発が精力的に進められている。
第二の要求事項は、出力特性が高いことである。例えば、高効率エンジンと蓄電システムとの組み合わせ(例えば、ハイブリッド電気自動車)又は燃料電池と蓄電システムとの組み合わせ(例えば、燃料電池電気自動車)において、加速時に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。
In recent years, from the viewpoint of effective use of energy aiming at conservation of the global environment and resource saving, power smoothing system or midnight power storage system for wind power generation, distributed power storage system for home use based on solar power generation technology, power storage for electric vehicles Systems and the like are attracting attention.
The first requirement of the batteries used in these power storage systems is high energy density. Lithium-ion batteries are being energetically developed as promising candidates for high-energy density batteries that can meet such demands.
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 in the power storage system are required during acceleration. There is.

現在、高出力蓄電デバイスとしては、電気二重層キャパシタ、ニッケル水素電池等が開発されている。
電気二重層キャパシタのうち、電極に活性炭を用いたものは、0.5〜1kW/L程度の出力特性を有する。この電気二重層キャパシタは、耐久性(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1〜5Wh/L程度に過ぎない。そのため、更なるエネルギー密度の向上が必要である。
Currently, electric double layer capacitors, nickel-metal hydride batteries, and the like are being developed as high-power power storage devices.
Among the electric double layer capacitors, those using activated carbon for the electrodes have an output characteristic of about 0.5 to 1 kW / L. This electric double layer capacitor has high durability (cycle characteristics and high temperature storage characteristics), and has been considered to be the most suitable device in the field where high output is required. However, its energy density is only about 1 to 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、160Wh/L程度のエネルギー密度を有している。しかしながら、そのエネルギー密度及び出力をより一層高めるとともに、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。 On the other hand, the nickel-metal hydride battery currently used in hybrid electric vehicles has a high output equivalent to that of an electric double layer capacitor and an energy density of about 160 Wh / L. However, research is being vigorously pursued to further increase its energy density and output and to improve its durability (particularly, stability at high temperatures).

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。 In addition, research is underway to increase the output of lithium-ion batteries. For example, a lithium ion battery has been developed in which a high output exceeding 3 kW / L can be obtained at a discharge depth (a value indicating what percentage of the discharge capacity of the power storage element is discharged) of 50%. However, its energy density is 100 Wh / L or less, and the design is such that the high energy density, which is the greatest feature of the lithium ion battery, is intentionally suppressed. Moreover, its durability (cycle characteristics and high temperature storage characteristics) is inferior to that of electric double layer capacitors. Therefore, in order to have practical durability, it is used in a range where the discharge depth is narrower than the range of 0 to 100%. Since the capacity that can be actually used becomes smaller, research for further improving durability is being vigorously pursued.

このように、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。 As described above, there is a strong demand for practical use of a power storage element having high energy density, high output characteristics, and durability. However, each of the existing power storage elements described above has advantages and disadvantages. Therefore, a new power storage element that satisfies these technical requirements is required. As a promising candidate, a power storage element called a lithium ion capacitor has attracted attention and is being actively developed.

キャパシタのエネルギーは1/2・C・V(ここで、Cは静電容量、Vは電圧)で表される。リチウムイオンキャパシタは、リチウム塩を含む非水系電解液を使用する蓄電素子(非水系リチウム型蓄電素子)の一種であって、正極においては約3V以上で電気二重層キャパシタと同様の陰イオンの吸着・脱着による非ファラデー反応、負極においてはリチウムイオン電池と同様のリチウムイオンの吸蔵・放出によるファラデー反応によって、充放電を行う蓄電素子である。 The energy of the capacitor is represented by 1/2 · C · V 2 (where C is capacitance and V is voltage). A lithium ion capacitor is a type of power storage element (non-aqueous lithium type power storage element) that uses a non-aqueous electrolyte solution containing a lithium salt. -A power storage element that charges and discharges by a non-Faraday reaction by desorption and a Faraday reaction by the storage and release of lithium ions at the negative electrode, similar to a lithium ion battery.

上述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。)。他方、電極に酸化物や炭素材料を用い、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問題がある。
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。
To summarize the above-mentioned electrode materials and their characteristics, high output and high durability are achieved when a material such as activated carbon is used for the electrodes and charging / discharging is performed by adsorption / desorption (non-Faraday reaction) of ions on the surface of activated carbon. However, the energy density becomes low (for example, it is multiplied by 1). On the other hand, when an oxide or carbon material is used for the electrode and charging / discharging is performed by the Faraday reaction, the energy density becomes high (for example, 10 times that of the non-Faraday reaction using activated carbon), but the durability and output are increased. There is a problem with the characteristics.
As a combination of these electrode materials, the electric double layer capacitor is characterized by using activated carbon (energy density 1 times) for the positive electrode and the negative electrode and charging / discharging both the positive electrode and the negative electrode by a non-Faraday reaction, and has high output and high durability. However, it is characterized by low energy density (1x positive electrode x 1x negative electrode = 1).

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)だが、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 lithium ion secondary battery is characterized by using a lithium transition metal oxide (energy density 10 times) for the positive electrode and a carbon material (energy density 10 times) for the negative electrode, and charging and discharging both the positive electrode and the negative electrode by a Faraday reaction. Although the energy density (positive electrode 10 times x negative electrode 10 times = 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 discharge depth must be limited, and the 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。そして、高出力かつ高耐久性でありながら、高エネルギー密度(正極1倍×負極10倍=10)を有し、リチウムイオン二次電池の様に放電深度を制限する必要がないことが特徴である。 Lithium-ion capacitors use activated carbon (1x energy density) for the positive electrode and carbon material (10x energy density) for the negative electrode, and are characterized by performing charging and discharging by a non-Faraday reaction at the positive electrode and a Faraday reaction at the negative electrode. It is a new asymmetric capacitor that combines the characteristics of a multi-layer capacitor and a lithium-ion secondary battery. The feature is that it has high energy density (1x positive electrode x 10x negative electrode = 10) while having high output and high durability, and it is not necessary to limit the discharge depth unlike a lithium ion secondary battery. is there.

リチウムイオンキャパシタでは、負極に予めリチウムをプレドープすることにより、優れた入出力特性と高いエネルギー密度との両立を実現している。このプレドープ方法としては、様々な方法が提案されている。最も早く確実に負極活物質にリチウムイオンを供給する方法は、負極活物質層の表面に金属リチウムを貼り付け、非水系電解液を注入することである。 In the lithium ion capacitor, the negative electrode is pre-doped with lithium in advance to achieve both excellent input / output characteristics and high energy density. Various methods have been proposed as this pre-doping method. The fastest and most reliable method of supplying lithium ions to the negative electrode active material is to attach metallic lithium to the surface of the negative electrode active material layer and inject a non-aqueous electrolyte solution.

この金属リチウムを用いるプレドープ方法として、具体的には、例えば以下のような方法が提案されている。
以下の特許文献1には、貫通孔を有する銅箔からなる負極集電体を用いた負極の活物質層に金属リチウム箔を圧着し、プレドープする方法が提案されている。
また、以下の特許文献2には、正極集電体及び負極集電体に貫通孔を備え、正極又は負極に対向するリチウム金属との電気化学的接触により負極にプレドープする方法が提案されている。しかしながら、これらの方法において、負極に均一にリチウムイオンをプレドープすることが可能であるが、負極集電体に貫通孔を設けることにより集電体の金属抵抗が上昇するという問題や、リチウム金属が析出しやすいという問題がある。
Specifically, for example, the following method has been proposed as a pre-doping method using this metallic lithium.
The following Patent Document 1 proposes a method in which a metallic lithium foil is pressure-bonded to an active material layer of a negative electrode using a negative electrode current collector made of a copper foil having through holes and pre-doped.
Further, Patent Document 2 below proposes a method in which the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are provided with through holes and the negative electrode is pre-doped by electrochemical contact with the positive electrode or the lithium metal facing the negative electrode. .. However, in these methods, it is possible to uniformly pre-dope the negative electrode with lithium ions, but there is a problem that the metal resistance of the current collector is increased by providing a through hole in the negative electrode current collector, and lithium metal is used. There is a problem that it is easy to precipitate.

また、以下の特許文献3には、正極集電体及び負極集電体に無孔状の金属箔を用い、負極活物質の側面に金属リチウムを設置し、プレドープする方法が提案されている。しかしながら、この方法では、負極中のリチウムイオンの拡散は非常に遅いため、負極に均一にリチウムイオンをプレドープできないという問題がある。 Further, Patent Document 3 below proposes a method in which a non-porous metal foil is used for the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, and metallic lithium is placed on the side surface of the negative electrode active material to predope. However, this method has a problem that lithium ions cannot be uniformly pre-doped into the negative electrode because the diffusion of lithium ions in the negative electrode is very slow.

さらに、以下の特許文献4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。しかしながら、この方法では、劣化前の状態ではリチウム化合物が正極の内部に存在することとなるため、正極の電気伝導度が低下したり、正極中に保液される電解液中のイオンの拡散が阻害されたりして、蓄電素子の内部抵抗が増大するという問題がある。さらに、高温耐久性、高負荷充放電サイクル特性についても更なる改善の余地がある。 Further, Patent Document 4 below proposes a method of oxidizing various lithium compounds as oxides at the positive electrode to recover the capacity of the deteriorated power storage element. However, in this method, since the lithium compound is present inside the positive electrode in the state before deterioration, the electric conductivity of the positive electrode is lowered, and the diffusion of ions in the electrolytic solution retained in the positive electrode is diffused. There is a problem that the internal resistance of the power storage element increases due to the inhibition. Furthermore, there is room for further improvement in high temperature durability and high load charge / discharge cycle characteristics.

特許第4738042号公報Japanese Patent No. 4738042 国際公開第98−033227号International Publication No. 98-033227 特開2011−238885号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-238885 特許第5278467号公報Japanese Patent No. 5278467

以上の技術の現状に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、初期の高い入出力特性、優れた高温耐久性、及び充放電サイクル特性を示す非水系リチウム型蓄電素子を提供することである。 In view of the current state of the art, an object to be solved by the present invention is to provide a non-aqueous lithium storage element exhibiting high initial input / output characteristics, excellent high temperature durability, and charge / discharge cycle characteristics. ..

本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究し実験を重ねた結果、正極中の炭酸リチウムの被覆率、及び炭酸リチウム粒子の数平均粒子径Xと正極活物質の数平均粒子径Yを、適切に制御することにより、初期の入出力特性と、充放電サイクル特性が顕著に向上することを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
すなわち、本発明は、下記のとおりのものである。
The present inventors, the problems intensive studies to solve the result of repeated experiments, coverage of lithium carbonate in the positive electrode, and a number average particle diameter of the number-average particle diameter X 1 and the positive electrode active material of lithium carbonate particles It has been found that the initial input / output characteristics and the charge / discharge cycle characteristics are remarkably improved by appropriately controlling Y 1 , and the present invention has been completed.
That is, the present invention is as follows.

[1]正極、負極、セパレータ、リチウムイオンを含む非水系電解液を備える非水系リチウム型蓄電素子であって、
該負極が、負極集電体と、該負極集電体の片面上又は両面上に設けられた、負極活物質を含む負極活物質層とを有し、該負極活物質はリチウムイオンを吸蔵・放出できる炭素材料を含有し、
該正極が、正極集電体と、該正極集電体の片面上又は両面上に設けられた、活性炭からなる正極活物質を含む正極活物質層とを有し、
該正極が、該正極活物質層の全質量を基準として、1質量%以上50質量%以下の炭酸リチウム粒子を含有し、
該正極の断面の顕微ラマン分光測定により得られるイメージング画像において、断面積に占める炭酸イオンマッピングの面積比率が、1%以上40%以下であり、
前記炭酸リチウム粒子の数平均粒子径をXとするとき、1μm≦X≦5μmであり、前記正極活物質の数平均粒子径をYとするとき、3μm≦Y≦20μmであり、かつ、X<Yである、前記非水系リチウム型蓄電素子。
[2]前記正極の断面の顕微ラマン分光測定により得られるイメージング画像において、断面積に占める炭酸イオンマッピングの面積比率が、2%以上20%以下である、前記[1]に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[3]前記正極に含有される炭酸リチウムの量が、該正極活物質層の全質量を基準として、2.5質量%以上30質量%以下である、前記[1]又は[2]に記載の非水系リチウム蓄電素子。
[4]前記正極の表面のSEM−EDXにより得られる元素マッピングにおいて、明るさ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が30%以上99%以下である、前記[1]〜[3]のいずれかに記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[5]前記正極をBIB加工した断面のSEM−EDXにより得られる元素マッピングにおいて、明るさ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が10%以上65%以下である、前記[1]〜[4]のいずれかに記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[6]前記正極活物質層が、下記式(1)〜(3):

Figure 0006815126
{式(1)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、X、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。}、
Figure 0006815126
{式(2)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、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、又はアリール基であり、X、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。}、
Figure 0006815126
{式(3)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、R、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、又はアリール基であり、X、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。}からなる群から選択される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で含有する、前記[1]〜[5]のいずれかに記載の前記非水系リチウム型蓄電素子。
[7]前記正極活物質層に含まれる正極活物質が、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をV1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をV2(cc/g)とするとき、0.3<V1≦0.8、及び0.5≦V2≦1.0を満たし、かつ、BET法により測定される比表面積が1,500m/g以上3,000m/g以下を示す活性炭である、前記[1]〜[6]のいずれかに記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[8]前記正極活物質層に含まれる正極活物質が、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量V1(cc/g)が0.8<V1≦2.5を満たし、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量V2(cc/g)が0.8<V2≦3.0を満たし、かつ、BET法により測定される比表面積が2,300m/g以上4,000m/g以下を示す活性炭である、前記[1]〜[6]のいずれかに記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[9]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、前記[1]〜[8]のいずれかに記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[10]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、前記[1]〜[9]のいずれかに記載の非水系リチウム型蓄電素子。 [1] A non-aqueous lithium-type power storage element including a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolytic solution containing lithium ions.
The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material provided on one side or both sides of the negative electrode current collector, and the negative electrode active material occludes lithium ions. Contains a carbon material that can be released,
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material made of activated carbon provided on one side or both sides of the positive electrode current collector.
The positive electrode contains lithium carbonate particles of 1% by mass or more and 50% by mass or less based on the total mass of the positive electrode active material layer.
In the imaging image obtained by microscopic Raman spectroscopic measurement of the cross section of the positive electrode, the area ratio of carbonate ion mapping to the cross section is 1% or more and 40% or less.
When the number average particle diameter of the lithium carbonate particles is X 1 , 1 μm ≤ X 1 ≤ 5 μm, and when the number average particle diameter of the positive electrode active material is Y 1 , 3 μm ≤ Y 1 ≤ 20 μm. Moreover, the non-aqueous lithium-type power storage element in which X 1 <Y 1 is satisfied.
[2] The non-aqueous lithium according to the above [1], wherein the area ratio of carbonate ion mapping to the cross-sectional area is 2% or more and 20% or less in the imaging image obtained by microscopic Raman spectroscopic measurement of the cross section of the positive electrode. Type storage element.
[3] The above-mentioned [1] or [2], wherein the amount of lithium carbonate contained in the positive electrode is 2.5% by mass or more and 30% by mass or less based on the total mass of the positive electrode active material layer. Non-aqueous lithium storage element.
[4] In the element mapping obtained by SEM-EDX on the surface of the positive electrode, the area overlap rate of fluorine mapping with respect to oxygen mapping binarized based on the average value of brightness is 30% or more and 99% or less. The non-aqueous lithium-type power storage element according to any one of [1] to [3].
[5] In the element mapping obtained by SEM-EDX of the cross section obtained by BIB processing the positive electrode, the area overlap rate of fluorine mapping with respect to oxygen mapping binarized based on the average value of brightness is 10% or more and 65% or less. The non-aqueous lithium-type power storage element according to any one of the above [1] to [4].
[6] The positive electrode active material layer has the following formulas (1) to (3):
Figure 0006815126
{In formula (1), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms and a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and X 1 and X 2 are independently − (COO) n (here). , N is 0 or 1.). },
Figure 0006815126
{In the formula (2), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms and a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and 1 carbon atom. A mono or polyhydroxyalkyl group having 10 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, or an aryl group, X 1 , X 2 are independently − (COO) n (where n is 0 or 1). },
Figure 0006815126
{In formula (3), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms and a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 and R 3 are independently hydrogen and having 1 to 10 carbon atoms, respectively. Alkyl group, mono or polyhydroxyalkyl group with 1 to 10 carbon atoms, alkenyl group with 2 to 10 carbon atoms, mono or polyhydroxyalkenyl group with 2 to 10 carbon atoms, cycloalkyl group with 3 to 6 carbon atoms, or aryl It is a group, and X 1 and X 2 are independently − (COO) n (where n is 0 or 1). One or more compounds selected from the group consisting of}, containing at × 10 1.60 per unit mass of the positive electrode material layer -4 mol / g~300 × 10 -4 mol / g, the [1] The non-aqueous lithium-type power storage element according to any one of [5].
[7] The amount of mesopores derived from the pores of the positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer having a diameter of 20 Å or more and 500 Å or less calculated by the BJH method is V1 (cc / g), and the diameter is 20 Å calculated by the MP method. When the amount of micropores derived from pores less than is V2 (cc / g), 0.3 <V1 ≦ 0.8 and 0.5 ≦ V2 ≦ 1.0 are satisfied, and the measurement is performed by the BET method. The non-aqueous lithium-type power storage element according to any one of [1] to [6] above, which is an activated carbon having a specific surface area of 1,500 m 2 / g or more and 3,000 m 2 / g or less.
[8] The amount of mesopores V1 (cc / g) of the positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer derived from pores having a diameter of 20 Å or more and 500 Å or less calculated by the BJH method is 0.8 <V1 ≦ 2. The specific surface area measured by the BET method while satisfying 5 and the micropore amount V2 (cc / g) derived from pores having a diameter of less than 20 Å calculated by the MP method satisfies 0.8 <V2 ≦ 3.0. The non-aqueous lithium-type power storage element according to any one of [1] to [6] above, which is an activated carbon exhibiting 2,300 m 2 / g or more and 4,000 m 2 / g or less.
[9] The non-aqueous lithium-type storage device according to any one of [1] to [8] above, wherein the amount of lithium ion doped in the negative electrode active material is 530 mAh / g or more and 2,500 mAh / g or less per unit mass. element.
[10] The non-aqueous lithium power storage element according to any one of [1] to [9], 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.

[11]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、前記[1]〜[8]のいずれかに記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[12]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、前記[1]〜[8]、及び[11]のいずれかに記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[13]前記負極活物質の平均粒子径が1μm以上10μm以下である、前記[1]〜[8]、[11]、及び[12]のいずれかに記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[14]正極、負極、セパレータ、及びリチウムイオンを含む非水系電解液を備える非水系リチウム型蓄電素子であって、
該負極が、負極集電体と、該負極集電体の片面上又は両面上に設けられた、負極活物質を含む負極活物質層とを有し、
該正極が、正極集電体と、該正極集電体の片面上又は両面上に設けられた、活性炭からなる正極活物質を含む正極活物質層とを有し、
該正極が、該正極活物質層の全質量を基準として、1質量%以上50質量%以下の炭酸リチウム粒子を含有し、
該正極の断面の顕微ラマン分光測定により得られるイメージング画像において、断面積に占める炭酸イオンマッピングの面積比率が、1%以上40%以下であり、
前記炭酸塩粒子の数平均粒子径をXとするとき、1μm≦X≦5μmであり、前記正極活物質の数平均粒子径をYとするとき、3μm≦Y≦20μmであり、かつ、X<Yであり、そして
該非水系リチウム型蓄電素子において、セル電圧4Vでの初期の内部抵抗をRa(Ω)、静電容量をF(F)、電力量をE(Wh)、蓄電素子の体積をV(L)としたとき、以下の:
(a)RaとFの積Ra・Fが0.3以上3.0以下である;
(b)E/Vが15以上50以下である;
を同時に満たすことを特徴とする、前記非水系リチウム蓄電素子。
[15]正極、負極、セパレータ、及びリチウムイオンを含む非水系電解液を備える非水系リチウム型蓄電素子であって、
該負極が、負極集電体と、該負極集電体の片面上又は両面上に設けられた、負極活物質を含む負極活物質層とを有し、
該正極が、正極集電体と、該正極集電体の片面上又は両面上に設けられた、活性炭からなる正極活物質を含む正極活物質層とを有し、
該正極が、該正極活物質層の全質量を基準として、1質量%以上50質量%以下の炭酸リチウム粒子を含有し、
該正極の断面の顕微ラマン分光測定により得られるイメージング画像において、断面積に占める炭酸イオンマッピングの面積比率が、1%以上40%以下であり、
前記炭酸塩粒子の数平均粒子径をXとするとき、1μm≦X≦5μmであり、前記正極活物質の数平均粒子径をYとするとき、3μm≦Y≦20μmであり、かつ、X<Yであり、そして
該非水系リチウム型蓄電素子において、セル電圧4Vでの初期の内部抵抗をRa(Ω)、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)、環境温度25℃にて、セル電圧を2.2Vから3.8Vまで、300Cのレートでの充放電サイクルを60,000回行った後の内部抵抗をRc(Ω)としたとき、以下の:
(c)Rb/Raが3.0以下である;
(d)セル電圧4V及び環境温度60℃において2か月間保存した時に発生するガス量が、25℃において25×10−3cc/F以下である;
(e)Rc/Raが0.9以上2.0以下である;
を同時に満たすことを特徴とする、前記非水系リチウム型蓄電素子。
[11] The non-aqueous lithium-type power storage element according to any one of [1] to [8], wherein the amount of lithium ions doped in the negative electrode active material is 50 mAh / g or more and 700 mAh / g or less per unit mass.
[12] The non-aqueous lithium-type power storage element according to any one of [1] to [8] and [11], 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. ..
[13] The non-aqueous lithium power storage device according to any one of [1] to [8], [11], and [12], wherein the negative electrode active material has an average particle size of 1 μm or more and 10 μm or less.
[14] A non-aqueous lithium-type power storage device including a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolytic solution containing lithium ions.
The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material provided on one side or both sides of the negative electrode current collector.
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material made of activated carbon provided on one side or both sides of the positive electrode current collector.
The positive electrode contains lithium carbonate particles of 1% by mass or more and 50% by mass or less based on the total mass of the positive electrode active material layer.
In the imaging image obtained by microscopic Raman spectroscopic measurement of the cross section of the positive electrode, the area ratio of carbonate ion mapping to the cross section is 1% or more and 40% or less.
When the number average particle diameter of the carbonate particles is X 1 , 1 μm ≤ X 1 ≤ 5 μm, and when the number average particle diameter of the positive electrode active material is Y 1 , 3 μm ≤ Y 1 ≤ 20 μm. In addition, X 1 <Y 1 and in the non-aqueous lithium type power storage element, the initial internal resistance at a cell voltage of 4 V is Ra (Ω), the capacitance is F (F), and the amount of power is E (Wh). , When the volume of the power storage element is V (L), the following:
(A) The product Ra / F of Ra and F is 0.3 or more and 3.0 or less;
(B) E / V is 15 or more and 50 or less;
The non-aqueous lithium power storage element, which is characterized by simultaneously satisfying.
[15] A non-aqueous lithium-type power storage device including a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolytic solution containing lithium ions.
The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material provided on one side or both sides of the negative electrode current collector.
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material made of activated carbon provided on one side or both sides of the positive electrode current collector.
The positive electrode contains lithium carbonate particles of 1% by mass or more and 50% by mass or less based on the total mass of the positive electrode active material layer.
In the imaging image obtained by microscopic Raman spectroscopic measurement of the cross section of the positive electrode, the area ratio of carbonate ion mapping to the cross section is 1% or more and 40% or less.
When the number average particle size of the carbonate particles is X 1 , 1 μm ≤ X 1 ≤ 5 μm, and when the number average particle size of the positive electrode active material is Y 1 , 3 μm ≤ Y 1 ≤ 20 μm. In addition, X 1 <Y 1 and after storing the initial internal resistance at a cell voltage of 4 V for 2 months at Ra (Ω), a cell voltage of 4 V, and an ambient temperature of 60 ° C. in the non-aqueous lithium type power storage element. After performing 60,000 charge / discharge cycles at a rate of 300 C with a cell voltage of 2.2 V to 3.8 V at an internal resistance of Rb (Ω) and an ambient temperature of 25 ° C. at a cell voltage of 4 V. When the internal resistance is Rc (Ω), the following:
(C) Rb / Ra is 3.0 or less;
(D) The amount of gas generated when stored for 2 months at a cell voltage of 4 V and an environmental temperature of 60 ° C. is 25 × 10 -3 cc / F or less at 25 ° C.;
(E) Rc / Ra is 0.9 or more and 2.0 or less;
The non-aqueous lithium-type power storage element, which is characterized by simultaneously satisfying.

本発明に係る非水系リチウム型蓄電素子は、初期入出力特性に優れ、高いエネルギー密度を有し、高負荷充放電サイクル特性、高温保存耐久性に優れる。 The non-aqueous lithium-type power storage element according to the present invention has excellent initial input / output characteristics, high energy density, high load charge / discharge cycle characteristics, and high temperature storage durability.

以下、本発明の実施形態につき詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されない。
[蓄電素子]
本実施形態に係る蓄電素子は、正極、負極、セパレータ、リチウムイオンを含む非水系電解液を備える。該負極は、負極集電体と、該負極集電体の片面上又は両面上に設けられた、負極活物質を含む負極活物質層とを有する。該正極は、正極集電体と、該正極集電体の片面上又は両面上に設けられた、活性炭からなる正極活物質を含む正極活物質層とを有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited to the following embodiments.
[Storage element]
The power storage element according to the present embodiment includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolytic solution containing lithium ions. The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material provided on one side or both sides of the negative electrode current collector. The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material made of activated carbon, which is provided on one side or both sides of the positive electrode current collector.

以下、本実施形態の正極及び負極の電極体の構成要素、作製方法について順に説明した後に、蓄電素子の組み立て、作製方法、評価方法を説明する。
[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、炭酸リチウムを含む。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、負極にリチウム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、前記炭酸リチウムを含む正極前駆体、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。前記炭酸リチウムは前記正極前駆体の正極集電体上に形成された正極活物質層に含有されることが好ましい。
本明細書中、リチウムドープ工程前における正極状態のことを正極前駆体、リチウム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。
Hereinafter, the components of the positive electrode body and the negative electrode body of the present embodiment and the manufacturing method will be described in order, and then the assembly, manufacturing method, and evaluation method of the power storage element will be described.
[Positive electrode]
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer existing on one side or both sides thereof. Further, the positive electrode contains lithium carbonate as a positive electrode precursor before assembling the power storage element. As will be described later, in the present embodiment, it is preferable to pre-dope the negative electrode with lithium ions in the energy storage element assembling process, but the pre-doping method includes the positive electrode precursor containing lithium carbonate, the negative electrode, the separator, and the exterior body. , And after assembling the power storage element using the non-aqueous electrolyte solution, it is preferable to apply a voltage between the positive electrode precursor and the negative electrode. The lithium carbonate is preferably contained in the positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector of the positive electrode precursor.
In the present specification, the positive electrode state before the lithium doping step is defined as a positive electrode precursor, and the positive electrode state after the lithium doping step is defined as a positive electrode.

[正極活物質層]
前記正極活物質層は、活性炭を含む正極活物質を含有する。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、炭酸リチウムが含有される。
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer contains a positive electrode active material containing activated carbon. In addition to this, if necessary, an optional component such as a conductive filler, a binder, and a dispersion stabilizer may be contained.
Further, the positive electrode active material layer of the positive electrode precursor contains lithium carbonate.

[正極活物質]
正極活物質は、活性炭を含む。正極活物質としては、活性炭のみを使用してもよく、又は活性炭に加えて、後述するような他の炭素材料を併用してもよい。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い。正極活物質には活性炭を含む1種類以上の炭素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、リチウムと遷移金属との複合酸化物等)を含んでもよい。
正極活物質の総量に対する該炭素材料の含有率は、好ましくは50質量%以上であり、より好ましくは70質量%以上である。該炭素材料の含有率は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。
[Positive electrode active material]
The positive electrode active material contains activated carbon. As the positive electrode active material, only activated carbon may be used, or in addition to activated carbon, other carbon materials as described later may be used in combination. As the carbon material, it is more preferable to use carbon nanotubes, a conductive polymer, or a porous carbon material. The positive electrode active material may be used by mixing one or more kinds of carbon materials including activated carbon, or may contain a material other than the carbon material (for example, a composite oxide of lithium and a transition metal).
The content of the carbon material with respect to the total amount of the positive electrode active material is preferably 50% by mass or more, and more preferably 70% by mass or more. The content of the carbon material can be 100% by mass, but from the viewpoint of obtaining a good effect by using other materials in combination, for example, it is preferably 90% by mass or less, and 80% by mass or less. May be good.

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V1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をV2(cc/g)とするとき、
(1)高い入出力特性のためには、0.3<V1≦0.8、0.5≦V2≦1.0を満たし、かつ、BET法により測定される比表面積が1,500m/g以上3,000m/g以下である活性炭(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<V1≦2.5、及び0.8<V2≦3.0を満たし、かつ、BET法により測定される比表面積が2,300m/g以上4,000m/g以下である活性炭(以下、活性炭2ともいう。)が好ましい。
When activated carbon is used as the positive electrode active material, there are no particular restrictions on the type of activated carbon and its raw material. However, it is preferable to optimally control the pores of the activated carbon in order to achieve both high input / output characteristics and high energy density. 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 V1 (cc / g), and the amount of micropores derived from pores having a diameter of less than 20 Å calculated by the MP method. When setting to V2 (cc / g)
(1) For high input / output characteristics, 0.3 <V1 ≦ 0.8 and 0.5 ≦ V2 ≦ 1.0 are satisfied, and the specific surface area measured by the BET method is 1,500 m 2 /. Activated carbon having a 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 <V1 ≦ 2.5 and 0. Activated carbon (hereinafter, also referred to as activated carbon 2) that satisfies 8 <V2 ≦ 3.0 and has a specific surface area measured by the BET method of 2,300 m 2 / g or more and 4,000 m 2 / g or less is preferable.

以下、上記活性炭1と活性炭2について、個別に順次説明していく。
[活性炭1]
活性炭1のメソ孔量V1は、正極材料を蓄電素子に組み込んだときの入出力特性を大きくする点で、0.3cc/gより大きい値であることが好ましい。他方、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。上記V1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。尚、下限と上限は任意の組み合わせであることができる。
活性炭1のマイクロ孔量V2は、活性炭の比表面積を大きくし、容量を増加させるために、0.5cc/g以上であることが好ましい。他方、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。V2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。尚、下限と上限は任意の組み合わせであることができる。
Hereinafter, the activated carbon 1 and the activated carbon 2 will be described individually in sequence.
[Activated carbon 1]
The mesopore amount V1 of the activated carbon 1 is preferably a value larger than 0.3 cc / g in terms of increasing the input / output characteristics when the positive electrode material is incorporated into the power storage element. On the other hand, it is preferably 0.8 cc / g or less from the viewpoint of suppressing a decrease in the bulk density of the positive electrode. The above V1 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 lower limit and the upper limit can be any combination.
The micropore amount V2 of the activated carbon 1 is preferably 0.5 cc / g or more in order to increase the specific surface area and the capacity of the activated carbon. 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 as an electrode, and increasing the capacity per unit volume. V2 is more preferably 0.6 cc / g or more and 1.0 cc / g or less, and further preferably 0.8 cc / g or more and 1.0 cc / g or less. The lower limit and the upper limit can be any combination.

マイクロ孔量V2に対するメソ孔量V1の比(V1/V2)は、0.3≦V1/V2≦0.9の範囲であることが好ましい。すなわち、高容量を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、V1/V2が0.3以上であることが好ましい。他方、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、V1/V2は0.9以下であることが好ましく、より好ましいV1/V2の範囲は0.4≦V1/V2≦0.7、更に好ましいV1/V2の範囲は0.55≦V1/V2≦0.7である。尚、下限と上限は任意の組み合わせであることができる。 The ratio of the mesopore amount V1 to the micropore amount V2 (V1 / V2) is preferably in the range of 0.3 ≦ V1 / V2 ≦ 0.9. That is, V1 / V2 is preferably 0.3 or more from the viewpoint of increasing the ratio of the mesopore amount to the micropore amount to the extent that the decrease in output characteristics can be suppressed while maintaining a high capacity. On the other hand, V1 / V2 is preferably 0.9 or less from the viewpoint of increasing the ratio of the micropore amount to the mesopore amount to the extent that the decrease in capacitance can be suppressed while maintaining the high output characteristics. A more preferable range of V1 / V2 is 0.4 ≦ V1 / V2 ≦ 0.7, and a more preferable range of V1 / V2 is 0.55 ≦ V1 / V2 ≦ 0.7. The lower limit and the upper limit can be any combination.

活性炭1の平均細孔径は、得られる蓄電素子の出力を最大にする点から、17Å以上であることが好ましく、18Å以上であることがより好ましく、20Å以上であることが最も好ましい。また容量を最大にする点から、活性炭1の平均細孔径は25Å以下であることが好ましい。
活性炭1のBET比表面積は、1,500m/g以上3,000m/g以下であることが好ましく、1,500m/g以上2,500m/g以下であることがより好ましい。BET比表面積が1,500m/g以上の場合には、良好なエネルギー密度が得られ易く、他方、BET比表面積が3,000m/g以下の場合には、電極の強度を保つために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。尚、下限と上限は任意の組み合わせであることができる。
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 power storage element. Further, from the viewpoint of maximizing the capacity, the average pore diameter of the activated carbon 1 is preferably 25 Å or less.
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, good energy density can be easily obtained, while when the BET specific surface area is 3,000 m 2 / g or less, in order to maintain the strength of the electrode. Since it is not necessary to add a large amount of binder, the performance per electrode volume is improved. The lower limit and the upper limit can be any combination.

上記のような特徴を有する活性炭1は、例えば、以下に説明する原料及び処理方法を用いて得ることができる。
本実施形態では、活性炭1の原料として用いられる炭素源は、特に限定されるものではない。例えば、木材、木粉、ヤシ殻、パルプ製造時の副産物、バガス、廃糖蜜等の植物系原料;泥炭、亜炭、褐炭、瀝青炭、無煙炭、石油蒸留残渣成分、石油ピッチ、コークス、コールタール等の化石系原料;フェノール樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、レゾルシノール樹脂、セルロイド、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等の各種合成樹脂;ポリブチレン、ポリブタジエン、ポリクロロプレン等の合成ゴム;その他の合成木材、合成パルプ等、及びこれらの炭化物が挙げられる。これらの原料の中でも、量産対応及びコストの観点から、ヤシ殻、木粉等の植物系原料、及びそれらの炭化物が好ましく、ヤシ殻炭化物が特に好ましい。
Activated carbon 1 having the above characteristics can be obtained, for example, by using the raw materials and treatment methods described below.
In the present embodiment, the carbon source used as the raw material of the activated carbon 1 is not particularly limited. For example, plant-based raw materials such as wood, wood flour, coconut shells, by-products during pulp production, bagas, waste sugar honey; peat, sub-charcoal, brown charcoal, bituminous charcoal, smokeless charcoal, 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 carbonized products thereof. Among these raw materials, plant-based raw materials such as coconut shell and wood flour and their carbides are preferable, and coconut shell carbide is particularly preferable, from the viewpoint of mass production and cost.

これらの原料を上記活性炭1とするための炭化及び賦活の方式としては、例えば、固定床方式、移動床方式、流動床方式、スラリー方式、ロータリーキルン方式等の既知の方式を採用できる。
これらの原料の炭化方法としては、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。
As a carbonization and activation method for converting these raw materials into the activated carbon 1, for example, 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.
Examples of the carbonization method for these raw materials include inert gases such as nitrogen, carbon dioxide, helium, argon, xenone, neon, carbon monoxide, and combustion exhaust gas, or other gases containing these inert gases as main components. Examples thereof include a method of firing at about 400 to 700 ° C. (preferably 450 to 600 ° C.) for about 30 minutes to 10 hours using a mixed gas.

上記炭化方法により得られた炭化物の賦活方法としては、水蒸気、二酸化炭素、酸素等の賦活ガスを用いて焼成するガス賦活法が好ましく用いられる。このうち、賦活ガスとして、水蒸気又は二酸化炭素を使用する方法が好ましい。
この賦活方法では、賦活ガスを0.5〜3.0kg/h(好ましくは0.7〜2.0kg/h)の割合で供給しながら、上記炭化物を3〜12時間(好ましくは5〜11時間、更に好ましくは6〜10時間)かけて800〜1,000℃まで昇温して賦活するのが好ましい。
更に、上記炭化物の賦活処理に先立ち、予め上記炭化物を1次賦活してもよい。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。
上記炭化方法における焼成温度及び焼成時間と、上記賦活方法における賦活ガス供給量、昇温速度及び最高賦活温度とを適宜組み合わせることにより、本実施形態において使用できる、上記の特徴を有する活性炭1を製造することができる。
As a method for activating the carbide obtained by the above carbonization method, a gas activation method in which the carbide is fired using an activation gas such as steam, carbon dioxide, or oxygen is preferably used. Of these, a method using steam or carbon dioxide as the activating gas is preferable.
In this activation method, the above-mentioned carbide is supplied for 3 to 12 hours (preferably 5 to 11) while supplying the activation gas at a ratio of 0.5 to 3.0 kg / h (preferably 0.7 to 2.0 kg / h). It is preferable to activate by raising the temperature to 800 to 1,000 ° C. over time, more preferably 6 to 10 hours).
Further, the carbide may be first activated in advance prior to the activation treatment of the carbide. In this primary activation, a method in which a carbon material is usually calcined at a temperature of less than 900 ° C. using an activation gas such as steam, carbon dioxide, or oxygen to activate the gas can be preferably adopted.
By appropriately combining the calcination temperature and calcination time in the carbonization method with the activation gas supply amount, temperature rise rate, and maximum activation temperature in the activation method, activated carbon 1 having the above characteristics that can be used in the present embodiment is produced. can do.

活性炭1の平均粒子径は、3〜20μmであることが好ましい。
上記平均粒子径が3μm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3μm以上であればそのような欠点が生じ難い。他方、平均粒子径が15μm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。上記平均粒子径は、より好ましくは4〜15μmであり、更に好ましくは4〜10μmである。尚、下限と上限は任意の組み合わせであることができる。
The average particle size of the activated carbon 1 is preferably 3 to 20 μm.
When the average particle size is 3 μm or more, the capacity per electrode volume tends to be high because the density of the active material layer is high. Here, if the average particle size is small, the durability may be low, but if the average particle size is 3 μm or more, such a defect is unlikely to occur. On the other hand, when the average particle size is 15 μm or less, it tends to be easily adapted to high-speed charging / discharging. The average particle size is more preferably 4 to 15 μm, still more preferably 4 to 10 μm. The lower limit and the upper limit can be any combination.

[活性炭2]
活性炭2のメソ孔量V1は、正極材料を蓄電素子に組み込んだときの出力特性を大きくする観点から、0.8cc/gより大きい値であることが好ましい。他方、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。V1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。
[Activated carbon 2]
The mesopore amount V1 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 into the power storage element. On the other hand, from the viewpoint of suppressing a decrease in the capacity of the power storage element, it is preferably 2.5 cc / g or less. V1 is more preferably 1.00 cc / g or more and 2.0 cc / g or less, and further preferably 1.2 cc / g or more and 1.8 cc / g or less.

他方、活性炭2のマイクロ孔量V2は、活性炭の比表面積を大きくし、容量を増加させるために、0.8cc/gより大きい値であることが好ましい。他方、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。V2は、より好ましくは1.0cc/gより大きく2.5cc/g以下、更に好ましくは1.5cc/g以上2.5cc/g以下である。尚、下限と上限は任意の組み合わせであることができる。 On the other hand, the micropore amount V2 of the activated carbon 2 is preferably a value larger than 0.8 cc / g in order to increase the specific surface area and the capacity of the activated carbon. On the other hand, from the viewpoint of increasing the density of activated carbon as an electrode and increasing the capacity per unit volume, it is preferably 3.0 cc / g or less. V2 is more preferably greater than 1.0 cc / g and 2.5 cc / g or less, and even more preferably 1.5 cc / g or more and 2.5 cc / g or less. The lower limit and the upper limit can be any combination.

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、2,300m/g以上4,000m/g以下であることが好ましい。BET比表面積の下限としては、3,000m/g以上であることがより好ましく、3,200m/g以上であることが更に好ましい。他方、BET比表面積の上限としては、3,800m/g以下であることがより好ましい。BET比表面積が2,300m/g以上の場合には、良好なエネルギー密度が得られ易く、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。尚、下限と上限は任意の組み合わせであることができる。 The activated carbon 2 having the above-mentioned meso-pore amount and micro-pore amount 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 2,300 m 2 / g or more and 4,000 m 2 / g or less. The lower limit of the BET specific surface area is more preferably 3,000 m 2 / g or more, and further preferably 3,200 m 2 / g or more. On the other hand, the upper limit of the BET specific surface area is more preferably 3,800 m 2 / g or less. When the BET specific surface area is 2,300 m 2 / g or more, a good energy density can be easily obtained, while when the BET specific surface area is 4,000 m 2 / g or less, in order to maintain the strength of the electrode. Since it is not necessary to add a large amount of binder, the performance per electrode volume is improved. The lower limit and the upper limit can be any combination.

上記のような特徴を有する活性炭2は、例えば、以下に説明するような原料及び処理方法を用いて得ることができる。
活性炭2の原料として用いられる炭素源としては、通常活性炭原料として用いられる炭素源であれば特に限定されるものではなく、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。
Activated carbon 2 having the above characteristics can be obtained, for example, by using a raw material and a treatment method as described below.
The carbon source used as a raw material for activated carbon 2 is not particularly limited as long as it is a carbon source normally used as a raw material for activated carbon. For example, plant-based raw materials such as wood, wood flour, and coconut shell; petroleum pitch, coke. Fossil-based raw materials such as, phenol resin, furan resin, vinyl chloride resin, vinyl acetate resin, melamine resin, urea resin, various synthetic resins such as resorcinol resin and the like can be mentioned. Among these raw materials, phenol resin and furan resin are particularly preferable because they are suitable for producing activated carbon having a high specific surface area.

これらの原料を炭化する方式、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℃(下限について、好ましくは450℃以上、更に好ましくは500℃以上。上限について、好ましくは650℃以下)程度で0.5〜10時間程度焼成することが好ましい。 Examples of the method of carbonizing these raw materials and the heating method at the time of 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 the atmosphere at the time of heating, an inert gas such as nitrogen, carbon dioxide, helium, or argon, or a gas containing these inert gases as a main component and mixed with other gases is used. It is preferable to bake at a carbonization temperature of about 400 to 700 ° C. (the lower limit is preferably 450 ° C. or higher, more preferably 500 ° C. or higher, and the upper limit is preferably 650 ° C. or lower) for about 0.5 to 10 hours.

上記炭化処理後の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方があるが、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℃(好ましくは650℃〜850℃)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。
Examples of the method for activating the carbide after the carbonization treatment include a gas activation method in which the carbide is fired using an activated gas such as steam, carbon dioxide, and oxygen, and an alkali metal activation method in which heat treatment is performed after mixing with an alkali metal compound. The alkali metal activation method is preferable for producing activated carbon having a high specific surface area.
In this activation method, the carbides were mixed so that the mass ratio of the carbides to the alkali metal compounds such as KOH and NaOH was 1: 1 or more (the amount of the alkali metal compounds was the same as or larger than the amount of the carbides). Later, heating is carried out in the range of 600 to 900 ° C. (preferably 650 ° C. to 850 ° C.) in an inert gas atmosphere for 0.5 to 5 hours, after which the alkali metal compound is washed and removed with acid and water, and further dried. I do.

前記したように、炭化物とアルカリ金属化合物の質量比(=炭化物:アルカリ金属化合物)は1:1以上が好ましいが、アルカリ金属化合物の量が増えるほど、メソ孔量が増えるが、質量比1:3.5付近を境に急激に孔量が増える傾向があるので、質量比は1:3よりアルカリ金属化合物が増えることが好ましく、1:5.5以下であることが好ましい。質量比はアルカリ金属化合物が増えるほど孔量が大きくなるが、その後の洗浄等の処理効率を考慮すると上記範囲であることが好ましい。
尚、マイクロ孔量を大きくし、メソ孔量を大きくしないためには、賦活する際に炭化物の量を多めにしてKOHと混合するとよい。マイクロ孔量及びメソ孔量の双方を大きくするためには、KOHの量を多めに使用するとよい。また、主としてメソ孔量を大きくするためには、アルカリ賦活処理を行った後に水蒸気賦活を行うことが好ましい。
活性炭2の平均粒子径は3μm以上20μm以下であることが好ましい。より好ましくは4μm以上15μm以下、更に好ましくは4μm以上10μm以下である。尚、下限と上限は任意の組み合わせであることができる。
As described above, the mass ratio of the carbide to the alkali metal compound (= carbide: alkali metal compound) is preferably 1: 1 or more, but as the amount of the alkali metal compound increases, the amount of mesopores increases, but the mass ratio is 1: 1. Since the amount of pores tends to increase sharply around 3.5, the mass ratio is preferably more than 1: 3 and the amount of the alkali metal compound is preferably 1: 5.5 or less. The mass ratio increases as the amount of the alkali metal compound increases, but it is preferably in the above range in consideration of treatment efficiency such as subsequent cleaning.
In order to increase the amount of micropores and not to increase the amount of mesopores, it is advisable to increase the amount of carbides when activating and mix with KOH. In order to increase both the amount of micropores and the amount of mesopores, it is advisable to use a large amount of KOH. Further, in order to mainly increase the amount of mesopores, it is preferable to perform steam activation after performing alkali activation treatment.
The average particle size of the activated carbon 2 is preferably 3 μm or more and 20 μm or less. It is more preferably 4 μm or more and 15 μm or less, and further preferably 4 μm or more and 10 μm or less. The lower limit and the upper limit can be any combination.

[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上記した各々の特性値を混合物全体として示すものであってもよい。
上記の活性炭1及び2は、これらのうちのいずれか一方を選択して使用してもよいし、両者を混合して使用してもよい。
正極活物質は、活性炭1及び2以外の材料(例えば、前記特定のV1及び/若しくはV2を有さない活性炭、又は活性炭以外の材料(例えば、リチウムと遷移金属との複合酸化物等))を含んでもよい。例示の態様において、活性炭1の含有量、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%であることがより更に好ましい。
[Usage of activated carbon]
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 each of the above-mentioned characteristic values may be shown as a whole mixture.
The above-mentioned activated carbons 1 and 2 may be used by selecting one of them, or may be used by mixing both.
The positive electrode active material is a material other than activated carbon 1 and 2 (for example, activated carbon that does not have the specific V1 and / or V2, or a material other than activated carbon (for example, a composite oxide of lithium and a transition metal)). It may be included. In an exemplary embodiment, the content of activated carbon 1, the content of activated carbon 2, or the total content of activated carbons 1 and 2 is preferably more than 50% by mass, respectively, and 70% by mass or more of the total positive electrode active material. More preferably, 90% by mass or more is further preferable, and 100% by mass is further preferable.

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下限としては、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。他方、正極活物質の含有割合の上限としては、90質量%以下であることがより好ましく、80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。尚、下限と上限は任意の組み合わせであることができる。 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 lower 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 upper limit of the content ratio of the positive electrode active material is more preferably 90% by mass or less, and further preferably 80% by mass or less. By setting the content ratio in this range, suitable charge / discharge characteristics are exhibited. The lower limit and the upper limit can be any combination.

[炭酸リチウム]
正極前駆体は、炭酸リチウムを含有することが好ましく、正極前駆体の正極活物質層が、炭酸リチウムを含有することが、より好ましい。炭酸リチウムはリチウムドープ工程において正極で分解し、リチウムイオンを放出することが可能であり、吸湿性が低く、空気中での取り扱いが可能である。
炭酸リチウムは、粒子状であることが好ましい。炭酸リチウムの微粒子化には、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。
正極前駆体のリチウム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、5質量%以上60質量%以下であることが好ましく、10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、好ましい。
[Lithium carbonate]
The positive electrode precursor preferably contains lithium carbonate, and the positive electrode active material layer of the positive electrode precursor more preferably contains lithium carbonate. Lithium carbonate can be decomposed at the positive electrode in the lithium doping step to release lithium ions, has low hygroscopicity, and can be handled in air.
Lithium carbonate is preferably in the form of particles. Various methods can be used for atomizing lithium carbonate. 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 content ratio of the lithium compound in the positive electrode precursor is preferably 5% by mass or more and 60% by mass or less, preferably 10% by mass or more and 50% by mass or less, based on the total mass of the positive electrode active material layer in the positive electrode precursor. Is more preferable. By setting the content ratio in this range, it is possible to exert a suitable function as a dopant source for the negative electrode and to impart an appropriate degree of porosity to the positive electrode, and both of them achieve high load charge / discharge efficiency. It is preferable because it can provide an excellent power storage element.

本実施形態の正極は、炭酸リチウム粒子を含有する。正極が含有する、炭酸リチウムは、正極における正極活物質層の全質量を基準として、1質量%以上50質量%以下であることを特徴とし、2.5質量%以上30質量%以下であることがより好ましい。炭酸リチウムが1質量%以上であると、炭酸リチウムが電解液中のフッ素イオンを吸着し、正極上での電解液の副反応を炭酸リチウムが抑制するため、高温耐久性、高負荷充放電サイクル耐久性が向上し、2.5質量%以上でその効果が顕著になる。また、炭酸リチウムが50質量%以下であると、正極活物質間の電子伝導性が炭酸リチウムにより阻害されることが小さいため、高い入出力特性を示し、30質量%以下であると、特に好ましい。尚、下限と上限は任意の組み合わせであることができる。 The positive electrode of this embodiment contains lithium carbonate particles. The lithium carbonate contained in the positive electrode is characterized by being 1% by mass or more and 50% by mass or less based on the total mass of the positive electrode active material layer in the positive electrode, and is 2.5% by mass or more and 30% by mass or less. Is more preferable. When lithium carbonate is 1% by mass or more, lithium carbonate adsorbs fluorine ions in the electrolytic solution, and lithium carbonate suppresses the side reaction of the electrolytic solution on the positive electrode, so that high temperature durability and high load charge / discharge cycle Durability is improved, and the effect becomes remarkable at 2.5% by mass or more. Further, when lithium carbonate is 50% by mass or less, the electron conductivity between the positive electrode active materials is less likely to be inhibited by lithium carbonate, so that high input / output characteristics are exhibited, and 30% by mass or less is particularly preferable. .. The lower limit and the upper limit can be any combination.

[電極中の炭酸リチウムの同定方法]
正極中に含まれる炭酸リチウム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。炭酸リチウムの同定には、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リチウム型蓄電素子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、上記SEM−EDX、ラマン、XPSの解析を実施する。
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炭酸イオンを同定することができる。
上記解析手法にて炭酸リチウム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、炭酸リチウムを同定することもできる。
[Method for identifying lithium carbonate in electrodes]
The method for identifying lithium carbonate contained in the positive electrode is not particularly limited, but for example, it can be identified by the following method. For the identification of lithium carbonate, it is preferable to identify by combining a plurality of analysis methods described below.
When measuring SEM-EDX, Raman, and XPS described below, disassemble the non-aqueous lithium-type power storage element in an argon box, take out the positive electrode, clean the electrolyte adhering to the positive electrode surface, and then perform the measurement. Is preferable. As for the method for cleaning the positive electrode, since the electrolyte adhering to the surface of the positive electrode may be washed away, a carbonate solvent such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, or diethyl carbonate can be preferably used. As a cleaning method, for example, the positive electrode is immersed in a diethyl carbonate solvent 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 diethyl carbonate and vacuum dried (temperature: 0 to 200 ° C., pressure: 0 to 20 kPa, time: 1 to 40 hours, and the condition is that the residual diethyl carbonate in the positive electrode is 1% by mass or less. The residual amount of diethyl carbonate can be quantified based on the calibration line prepared in advance by measuring the GC / MS of the water after washing with distilled water and adjusting the liquid amount, which will be described later.) -Perform EDX, Raman, and XPS analysis.
Regarding ion chromatography described later, carbonate ions can be identified by analyzing the water after washing the positive electrode with distilled water.
If lithium carbonate cannot be identified by the above analysis method, other analysis methods include 7 Li-solid NMR, XRD (X-ray diffraction), TOF-SIMS (time-of-flight secondary ion mass spectrometry), and AES (Auger). Lithium carbonate can also be identified by using electron spectroscopy), TPD / MS (heat-of-flight mass spectrometry), DSC (differential scanning calorie analysis), and the like.

[SEM−EDX]
炭酸リチウム及び正極活物質は、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、明るさは最大輝度に達する画素がなく、明るさの平均値が輝度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、明るさの平均値を基準に二値化した明部を面積50%以上含む粒子を炭酸リチウムとする。
[SEM-EDX]
Lithium carbonate and the positive electrode active material can be identified by oxygen mapping using an SEM-EDX image of the positive electrode surface measured at an observation magnification of 1000 to 4000 times. As a measurement example of the SEM-EDX image, the acceleration voltage can be measured as 10 kV, the emission current as 1 μA, the number of measurement pixels as 256 × 256 pixels, and the number of integrations as 50 times. 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 method for measuring the SEM-EDX image, it is preferable to adjust the brightness and contrast so that the brightness does not reach the maximum brightness and the average value of the brightness is in the range of 40% to 60%. Lithium carbonate is a particle containing a bright portion having an area of 50% or more, which is binarized with respect to the obtained oxygen mapping based on the average value of brightness.

[ラマン]
炭酸リチウム及び正極活物質は、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上記炭酸イオンの頻度分布から差し引く。
[Raman]
Lithium carbonate and the positive electrode active material can be discriminated by Raman imaging of the positive electrode surface measured at an observation magnification of 1000 to 4000 times. As an example of 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 measured for 3 seconds, the number of integrations can be measured once, and the measurement can be performed under the condition of having a noise filter. For the measured Raman spectrum, a straight baseline is set in the range of 1071-1104 cm -1 , the area is calculated with a positive value from the baseline as the peak of carbonate ion, and the frequency is integrated. At this time, the noise component is added. The frequency for the bicarbonate peak area approximated by the Gaussian function is subtracted from the above-mentioned bicarbonate frequency distribution.

[XPS]
リチウムの電子状態をXPSにより解析することによりリチウムの結合状態を判別することができる。測定条件の例として、X線源を単色化AlKα、X線ビーム径を100μmφ(25W、15kV)、パスエネルギーをナロースキャン:58.70eV、帯電中和を有り、スイープ数をナロースキャン:10回(炭素、酸素)20回(フッ素)30回(リン)40回(リチウム)50回(ケイ素)、エネルギーステップをナロースキャン:0.25eVの条件にて測定できる。XPSの測定前に正極の表面をスパッタリングにてクリーニングすることが好ましい。スパッタリングの条件として例えば、加速電圧1.0kV、2mm×2mmの範囲を1分間(SiO換算で1.25nm/min)の条件にて正極の表面をクリーニングすることができる。得られたXPSスペクトルについて、Li1sの結合エネルギー50〜54eVのピークをLiO又はLi−C結合、55〜60eVのピークをLiF、LiCO、LiPO(x、y、zは1〜6の整数)、C1sの結合エネルギー285eVのピークをC−C結合、286eVのピークをC−O結合、288eVのピークをCOO、290〜292eVのピークをCO 2−、C−F結合、O1sの結合エネルギー527〜530eVのピークをO2−(LiO)、531〜532eVのピークをCO、CO、OH、PO(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LiF、687eVのピークをC−F結合、LiPO(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。上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、存在するリチウム化合物が炭酸リチウムであるか判定することができる。
[XPS]
The bonding state of lithium can be determined by analyzing the electronic state of lithium by XPS. As an example of measurement conditions, the X-ray source is monochromatic AlKα, the X-ray beam diameter is 100 μmφ (25 W, 15 kV), the path energy is narrow scan: 58.70 eV, there is charge neutralization, and the number of sweeps is narrow scan: 10 times. (Carbon, oxygen) 20 times (fluorine) 30 times (phosphorus) 40 times (lithium) 50 times (silicon), energy steps can be measured under the conditions 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 condition of an acceleration voltage of 1.0 kV, 2 mm × 2 mm for 1 minute (1.25 nm / min in terms of SiO 2 ). Regarding the obtained XPS spectrum, the peak of Li1s binding energy of 50 to 54 eV is LiO 2 or Li-C bond, and the peak of 55 to 60 eV is LiF, Li 2 CO 3 , Li x PO y F z (x, y, z). Is an integer of 1 to 6), the peak of C1s binding energy 285 eV is C-C bond, the peak of 286 eV is CO bond, the peak of 288 eV is COO, the peak of 290-292 eV is CO 3 2- , CF Bonding, the peak of binding energy 527 to 530 eV of O1s is O 2- (Li 2 O), the peak of 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 of 533 eV is CO, SiO x (x is an integer of 1 to 4), the peak of binding energy 685 eV of F1s is LiF, the peak of 687 eV is CF bond, Li x PO. Regarding the binding energies of y F z (x, y, z are integers 1 to 6), PF 6 , P2p, the peak of 133 eV is PO x (x is an integer of 1 to 4), and the peak of 134 to 136 eV is PF. x (x is an integer from 1 to 6), Si peak binding energy 99eV of Si2p, silicide, a peak of 101~107eV Si x O y (x, y are arbitrary integers) can be assigned as. When the peaks of the obtained spectrum overlap, it is preferable to separate the peaks assuming a Gaussian function or a Lorentz function and assign the spectra. From the measurement result of the electronic state and the result of the existing element ratio obtained above, it can be determined whether the existing lithium compound is lithium carbonate.

[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ため、炭酸イオンを検出できる。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、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検出を検出器と組み合わせて測定することもできる。
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炭酸イオン標準液を予め測定しておくことで炭酸イオン種成分の定量が可能となる。
[Ion chromatography]
By analyzing the distilled water washing solution of the positive electrode by ion chromatography, the anion species eluted in water can be identified, so that carbonate ions can be detected. As the column to be used, an ion exchange type, an ion exclusion type, and a reverse phase ion pair type can be used. As the detector, an electric conductivity detector, an ultraviolet visible absorptiometry detector, an electrochemical detector, etc. can be used, a suppressor method in which a suppressor is installed in front of the detector, and electrical conduction without a suppressor. A non-suppressor method using a low-degree solution as the eluent can be used. It is also possible to measure mass spectrometer and charged particle detection in combination with 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 differs for each ion species but is proportional to the concentration. It is possible to quantify the carbonate ion species component by measuring in advance a carbonate ion standard solution having a known concentration in which traceability is ensured.

[炭酸リチウムの定量方法]
正極における炭酸リチウムの含有割合は、正極中に含まれる炭酸リチウム重量を正極活物質層重量で除することによって求められる。正極に含有される炭酸リチウムの具体的な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炭酸リチウム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、更に好ましくは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良いため、有機溶媒は特に限定されないが、炭酸リチウムの溶解度が2%以下である有機溶媒を用いることで炭酸リチウムの溶出が抑制されるため好ましい。例えばメタノール、アセトン等の極性溶媒が好適に用いられる。
[Lithium carbonate quantification method]
The content ratio of lithium carbonate in the positive electrode is determined by dividing the weight of lithium carbonate contained in the positive electrode by the weight of the positive electrode active material layer. A specific method for quantifying lithium carbonate contained in the positive electrode will be described below. The positive electrode is washed with an organic solvent, then washed with distilled water, and lithium carbonate can be quantified from the change in the weight of the positive electrode before and after washing with distilled water. Although area measurement is positive is not particularly limited, it is preferably, more preferably 25 cm 2 or more 150 cm 2 or less from the viewpoint of reducing the variation in measurement is 5 cm 2 or more 200 cm 2 or less. If the area is 5 cm 2 or more, the reproducibility of measurement is ensured. If the area is 200 cm 2 or less, the handling of the sample is excellent. For cleaning with an organic solvent, the organic solvent is not particularly limited as long as the decomposition products of the electrolytic solution deposited on the surface of the positive electrode can be removed. However, the elution of lithium carbonate can be achieved by using an organic solvent having a solubility of lithium carbonate of 2% or less. It is preferable because it is suppressed. For example, polar solvents such as methanol and acetone are preferably used.

正極の洗浄方法は、正極の重量に対し50〜100倍のメ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、メ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。その後正極をメ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メタノールの残存が1質量%以下になる条件とする。メ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(前述の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。)、上記のメ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、正極中に含まれる炭酸リチウムの質量%Zは、下記式(4)により算出できる。
Z=100×[1−(M−M)/(M−M)] ...式(4)
The method for cleaning the positive electrode is to sufficiently immerse the positive electrode in a methanol solution 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 methanol does not volatilize. After that, the positive electrode is taken out from methanol and vacuum dried (temperature: 100 to 200 ° C., pressure: 0 to 10 kPa, time: 5 to 20 hours, and the condition is that the residual amount of methanol in the positive electrode is 1% by mass or less. the remaining amount, measured GC / MS of water after washing with distilled water, which will be described later, can be determined based on a calibration curve prepared in advance.), and the weight of the positive electrode at the time M 0 [g] And. Subsequently, the positive electrode is sufficiently immersed in distilled water 100 times the weight of the positive electrode (100M 0 [g]) for 3 days or more. At this time, it is preferable to take measures such as covering the container so that the distilled water does not volatilize. After immersion least 3 days, a distilled water outlet of the positive electrode (when measuring the above-described ion chromatography, the amount of distilled water to adjust the volume so that the 100M 0 [g].), Of the Vacuum dry in the same way as methanol washing. The weight of the positive electrode at this time is M 1 [g], and subsequently, in order to measure the weight of the current collector of the obtained positive electrode, a positive electrode active material layer on the current collector is used using a spatula, a brush, a brush, or the like. Get rid of. Assuming that the weight of the obtained positive electrode current collector is M 2 [g], the mass% Z of lithium carbonate contained in the positive electrode can be calculated by the following formula (4).
Z = 100 × [1- (M 1- M 2 ) / (M 0- M 2 )]. .. .. Equation (4)

[正極活物質層のその他の成分]
正極活物質層は、必要に応じて、正極活物質及び炭酸リチウムの他に、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。
導電性フィラーとしては、特に制限されるものではないが、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、気相成長炭素繊維、黒鉛、カーボンナノチューブ、これらの混合物等を用いることができる。導電性フィラーの使用量は、正極活物質100質量部に対して、好ましくは0質量部以上30質量部以下である。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1質量部以上15質量部以下である。混合量が30質量部よりも多くなると、正極活物質層における正極活物質の含有割合が少なくなるために、正極活物質層体積当たりのエネルギー密度が低下するので好ましくない。
[Other components of the positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer may contain an optional component such as a conductive filler, a binder, and a dispersion stabilizer in addition to the positive electrode active material and lithium carbonate, if necessary.
The conductive filler is not particularly limited, and for example, acetylene black, ketjen black, vapor-grown carbon fibers, graphite, carbon nanotubes, a mixture thereof, and the like can be used. The amount of the conductive filler used is preferably 0 parts by mass or more and 30 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. It is more preferably 0 parts by mass or more and 20 parts by mass or less, and further preferably 1 part by mass or more and 15 parts by mass or less. If the mixing amount is more than 30 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質量部以下である。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。 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 with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. It is more preferably 3 parts by mass or more and 27 parts by mass or less, and further preferably 5 parts by mass or more and 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 inhibiting the entry / exit and diffusion of ions into the positive electrode active material.

分散安定剤としては、特に制限されるものではないが、例えば、PVP(ポリビニルピロリドン)、PVA(ポリビニルアルコール)、セルロース誘導体等を用いることができる。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 dispersion stabilizer is not particularly limited, but for example, PVP (polyvinylpyrrolidone), PVA (polyvinyl alcohol), a cellulose derivative and the like can be used. The amount of the binder used is preferably 0 parts 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 inhibiting the entry / exit and diffusion of ions into the positive electrode active material.

[正極集電体]
正極集電体を構成する材料としては、電子伝導性が高く、電解液への溶出及び電解質又はイオンとの反応等による劣化が起こらない材料であれば特に制限はないが、金属箔が好ましい。本実施の形態の非水系リチウム型蓄電素子における正極集電体としては、アルミニウム箔が特に好ましい。
該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 current collector]
The material constituting the positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high electron conductivity and does not deteriorate due to elution into the electrolytic solution and reaction with the electrolyte or ions, but a metal foil is preferable. Aluminum foil is particularly preferable as the positive electrode current collector in the non-aqueous lithium power storage device of the present embodiment.
The metal foil may be a normal metal foil having no irregularities or through holes, a metal foil having irregularities subjected to embossing, chemical etching, electrolytic precipitation, blasting, etc., expanded metal, punching metal, etc. , A metal foil having through holes 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.

[正極前駆体の調製]
非水系リチウム型蓄電素子の正極となる正極前駆体は、既知のリチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ等における電極の製造技術によって製造することが可能である。例えば、正極活物質及び炭酸リチウム、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、かさ密度を調整してもよい。溶剤を使用せずに、正極活物質及び炭酸リチウム、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。
[Preparation of positive electrode precursor]
The positive electrode precursor that serves as the positive electrode of the non-aqueous lithium-type power storage element can be manufactured by a technique for manufacturing electrodes in known lithium ion batteries, electric double layer capacitors, and the like. For example, the positive electrode active material, lithium carbonate, and other optional components used as needed are dispersed or dissolved in water or an organic solvent to prepare a slurry coating solution, and this coating solution is collected as a positive electrode. A positive electrode precursor can be obtained by applying a coating on one side or both sides of an electric body to form a coating film and drying the coating. Further, the obtained positive electrode precursor may be pressed to adjust the film thickness and bulk density of the positive electrode active material layer. The positive electrode active material, lithium carbonate, and other optional components used as needed are mixed dry without using a solvent, the resulting mixture is press-molded, and then the positive electrode is used with a conductive adhesive. It is also possible to attach it to the current collector.

正極前駆体の塗工液の調製においては、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炭酸リチウム、並びに必要に応じて導電性フィラーを予備混合して、導電性の低い炭酸リチウム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、後述のリチウムドープ工程において正極前駆体で炭酸リチウムが分解し易くなる。前記塗工液の溶媒に水を使用する場合には、炭酸リチウム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。 In the preparation of the coating liquid for the positive electrode precursor, a part or all of various material powders including the positive electrode active material are dry-blended, and then water or an organic solvent and / or a binder or a dispersion stabilizer is dissolved therein. Alternatively, dispersed liquid or slurry-like substances may be added. Further, various material powders containing a positive electrode active material may be added to 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 positive electrode active material and lithium carbonate are premixed using a ball mill or the like, and if necessary, a conductive filler is premixed so that lithium carbonate having low conductivity is coated with a conductive material. May be done. As a result, lithium carbonate is easily decomposed in the positive electrode precursor in the lithium doping step described later. When water is used as the solvent of the coating liquid, the coating liquid may become alkaline by adding lithium carbonate. Therefore, a pH adjuster may be added if necessary.

正極前駆体の塗工液の調整には、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できる。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。
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 adjustment of the coating liquid of the positive electrode precursor is not particularly limited, but preferably a disperser such as a homodisper, a multi-axis disperser, a planetary mixer, or a thin film swirling high-speed mixer can be used. it can. In order to obtain a coating liquid in a good dispersed state, it is preferable to disperse at a peripheral speed of 1 m / s or more and 50 m / s or less. A peripheral speed of 1 m / s or more is preferable because various materials are satisfactorily dissolved or dispersed. Further, when it is 50 m / s or less, various materials are not destroyed by heat or shearing force due to dispersion, and reaggregation does not occur, which is preferable.
The dispersity of the coating liquid is preferably such that the particle size measured by the grain gauge is 0.1 μm or more and 100 μm or less. The upper limit of the dispersity is more preferably a particle size of 80 μm or less, and further preferably a particle size of 50 μm or less. When the particle size is 0.1 μm or less, the size is smaller than the particle size of various material powders containing the positive electrode active material, and the material is crushed at the time of preparing the coating liquid, which is not preferable. Further, when the particle size is 100 μm or less, stable coating can be performed without clogging at the time of discharging the coating liquid or generation of streaks on the coating film.

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。他方、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、該塗工液のTI値(チクソトロピーインデックス値)は、1.1以上が好ましい。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 liquid 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, It is 700 mPa · s or more and 5,000 mPa · s or less. When the viscosity (ηb) is 1,000 mPa · s or more, liquid dripping during coating film formation is suppressed, and the coating film width and thickness can be satisfactorily controlled. On the other hand, when it is 20,000 mPa · s or less, the pressure loss in the flow path of the coating liquid when using the coating machine is small and stable coating can be performed, and the coating film thickness can be controlled to be less than the desired coating film thickness.
The TI value (thixotropy index value) of the coating liquid is preferably 1.1 or more. It is 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 satisfactorily controlled.

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できる。塗膜は単層塗工で形成してもよいし、多層塗工して形成してもよい。多層塗工の場合には、塗膜各層内の炭酸リチウム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、安定に塗工できる。他方、100m/分以下であれば、塗工精度を十分に確保できる。 The 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 single-layer coating or multi-layer coating. In the case of multi-layer coating, the composition of the coating liquid may be adjusted so that the content of lithium carbonate 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 ensured.

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できる。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できる。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。 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. The coating film may be dried at a single temperature, or may be dried at different temperatures in multiple stages. Moreover, you may dry by combining a plurality of drying methods. 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 lower, cracks in 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.

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できる。正極活物質層の膜厚、かさ密度、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い。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 press of the positive electrode precursor 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 positive electrode active material layer can be adjusted by the press pressure, the gap, and the surface temperature of the press portion, which will be described later. The press pressure is preferably 0.5 kN / cm or more and 20 kN / cm or less, more preferably 1 kN / cm or more and 10 kN / cm or less, and further preferably 2 kN / cm or more and 7 kN / cm or less. When the press 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 positive electrode precursor does not bend or wrinkle, and the desired positive electrode active material layer film thickness and bulk density can be adjusted. Further, the gap between the press rolls can be set to an arbitrary value according to the desired film thickness of the positive electrode active material layer and the film thickness of the positive electrode precursor after drying so as to have a bulk density. Further, the pressing speed can be set to an arbitrary speed at which the positive electrode precursor does not bend or wrinkle. Further, the surface temperature of the pressed portion may be room temperature or may be heated if necessary. The lower limit of the surface temperature of the pressed portion at the time of heating is preferably the melting point of the binder to be used of minus 60 ° C. or higher, more preferably 45 ° C. or higher, still more preferably 30 ° C. or higher. On the other hand, the upper limit of the surface temperature of the pressed portion when heating 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 preferable to heat it to 90 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. It is more preferably 105 ° C. or higher and 180 ° C. or lower, and further preferably 120 ° C. or higher and 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 to 120 ° C. or higher and 120 ° C. or lower.

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。
The melting point of the binder can be determined from the endothermic peak position of DSC (Differential Scanning Calorimetry, differential scanning calorimetry). For example, using a differential scanning calorimeter "DSC7" manufactured by PerkinElmer, 10 mg of sample resin is set in a measurement cell, and the temperature rises from 30 ° C. to 250 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min in a nitrogen gas atmosphere. The temperature is raised, and the endothermic peak temperature in the temperature raising process becomes the melting point.
Further, the press may be performed a plurality of times while changing the conditions of the press pressure, the gap, the speed, and the surface temperature of the press portion.

正極活物質層の厚みは、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。正極活物質層の厚みが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、正極活物質層の厚みが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。尚、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。また、下限と上限は任意の組み合わせであることができる。 The thickness of the positive electrode active material layer is preferably 20 μm or more and 200 μm or less per one side of the positive electrode current collector, more preferably 25 μm or more and 100 μm or less per one side, and further preferably 30 μm or more and 80 μm or less. When the thickness of the positive electrode active material layer is 20 μm or more, sufficient charge / discharge capacity can be exhibited. On the other hand, when the thickness of the positive electrode active material layer is 200 μm or less, the ion diffusion resistance in the electrode can be kept low. Therefore, sufficient output characteristics can be obtained, the cell volume can be reduced, and therefore the energy density can be increased. The thickness of the positive electrode active material layer when the current collector has through holes or irregularities means the average value of the thickness per side of the portion of the current collector that does not have through holes or irregularities. Further, the lower limit and the upper limit can be any combination.

後述のリチウムドープ工程後の正極における正極活物質層の嵩密度は、0.50g/cm以上であることが好ましく、より好ましくは0.55g/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0.50g/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。他方、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 bulk density of the positive electrode active material layer in the positive electrode after the lithium doping step described later is preferably 0.50 g / cm 3 or more, more preferably 0.55 g / cm 3 or more and 1.3 g / cm 3 or less. Is. When the bulk density of the positive electrode active material layer is 0.50 g / cm 3 or more, a high energy density can be exhibited and the miniaturization of the power storage element can be achieved. On the other hand, when the bulk density is 1.3 g / cm 3 or less, the electrolytic solution is sufficiently diffused in the pores in the positive electrode active material layer, and high output characteristics can be obtained.

本明細書中、BET比表面積、メソ孔量、マイクロ孔量、平均細孔径は、それぞれ以下の方法によって求められる値である。試料を200℃で一昼夜真空乾燥し、窒素を吸着質として吸脱着の等温線の測定を行なう。ここで得られる吸着側の等温線を用いて、BET比表面積はBET多点法又はBET1点法により、メソ孔量はBJH法により、マイクロ孔量はMP法により、それぞれ算出される。
BJH法は一般的にメソ孔の解析に用いられる計算方法で、Barrett, Joyner, Halendaらにより提唱されたものである(E. P. Barrett, L. G. Joyner and P. Halenda, J. Am. Chem. Soc., 73, 373(1951))。
また、MP法とは、「t−プロット法」(B.C.Lippens,J.H.de Boer,J.Catalysis,4319(1965))を利用して、マイクロ孔容積、マイクロ孔面積、及びマイクロ孔の分布を求める方法を意味し、M.Mikhail, Brunauer, Bodorにより考案された方法である(R.S.Mikhail,S.Brunauer,E.E.Bodor,J.Colloid Interface Sci.,26,45 (1968))。
また、平均細孔径とは、液体窒素温度下で、各相対圧力下における窒素ガスの各平衡吸着量を測定して得られる、試料の質量あたりの全細孔容積を上記BET比表面積で除して求めたものを指す。
In the present specification, the BET specific surface area, the mesopore amount, the micropore amount, and the average pore diameter are values obtained by the following methods, respectively. The sample is vacuum-dried at 200 ° C. for 24 hours, and the isotherms of adsorption and desorption are measured using nitrogen as an adsorbent. Using the adsorption-side isotherms obtained here, the BET specific surface area is calculated by the BET multipoint method or the BET1 point method, the mesopore amount is calculated by the BJH method, and the micropore amount is calculated by the MP method.
The BJH method is a calculation method generally used for analysis of mesopores, and was proposed by Barrett, Joiner, Hallenda et al. (E.P. Barrett, L.G. Joiner and P. Hallenda, J. Am. Chem. Soc., 73, 373 (1951)).
Further, the MP method is a micropore volume, a micropore area, and a micropore area using the “t-plot method” (BC Lippens, JH de Boer, J. Catalysis, 4319 (1965)). It means a method for obtaining the distribution of micropores, and M.I. It is a method devised by Mikhair, Brunauer, and Bodor (RS Mikhair, S. Brunauer, EE Bodor, J. Colloid Interface Sci., 26, 45 (1968)).
The average pore diameter is obtained by measuring the equilibrium adsorption amount of nitrogen gas under each relative pressure under liquid nitrogen temperature, and dividing the total pore volume per mass of the sample by the BET specific surface area. Refers to what you asked for.

本明細書中、平均粒子径は、粒度分布測定装置を用いて粒度分布を測定した際、全体積を100%として累積カーブを求めたとき、その累積カーブが50%となる点の粒子径(すなわち、50%径(Median径))を指す。この平均粒子径は市販のレーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定することができる。 In the present specification, the average particle size is the particle size at the point where the cumulative curve is 50% when the cumulative curve is obtained with the total product as 100% when the particle size distribution is measured using a particle size distribution measuring device. That is, it refers to a 50% diameter (Median diameter). This average particle size can be measured using a commercially available laser diffraction type particle size distribution measuring device.

本明細書中、分散度は、JIS K5600に規定された粒ゲージによる分散度評価試験により求められる値である。すなわち、粒のサイズに応じた所望の深さの溝を有する粒ゲージに対して、溝の深い方の先端に十分な量の試料を流し込み、溝から僅かに溢れさせる。次いで、スクレーパーの長辺がゲージの幅方向と平行になり、粒ゲージの溝の深い先端に刃先が接触するように置き、スクレーパーをゲージの表面になるように保持しながら、溝の長辺方向に対して直角に、ゲージの表面を均等な速度で、溝の深さ0まで1〜2秒間かけて引き、引き終わってから3秒以内に20°以上30°以下の角度で光を当てて観察し、粒ゲージの溝に粒が現れる深さを読み取る。 In the present specification, the dispersity is a value obtained by a dispersity evaluation test using a grain gauge specified in JIS K5600. That is, a sufficient amount of sample is poured into the tip of the deeper groove of the grain gauge having a groove having a desired depth according to the size of the grain, and the sample is slightly overflowed from the groove. Next, the long side of the scraper becomes parallel to the width direction of the gauge, and the cutting edge is placed so as to contact the deep tip of the groove of the grain gauge, and the scraper is held so as to be the surface of the gauge while the long side direction of the groove. Pull the surface of the gauge at a right angle to the groove depth of 0 at a uniform speed for 1 to 2 seconds, and shine light at an angle of 20 ° to 30 ° within 3 seconds after the pulling is completed. Observe and read the depth at which the grains appear in the grooves of the grain gauge.

本明細書中、粘度(ηb)及びTI値は、それぞれ以下の方法により求められる値である。まず、E型粘度計を用いて温度25℃、ずり速度2s−1の条件で2分以上測定した後の安定した粘度(ηa)を取得する。次いで、ずり速度を20s−1に変更した他は上記と同様の条件で測定した粘度(ηb)を取得する。上記で得た粘度の値を用いてTI値はTI値=ηa/ηbの式により算出される。ずり速度を2s−1から20s−1へ上昇させる際は、1段階で上昇させてもよいし、上記の範囲で多段的にずり速度を上昇させ、適宜そのずり速度における粘度を取得しながら上昇させてもよい。 In the present specification, the viscosity (ηb) and the TI value are values obtained by the following methods, respectively. First, a stable viscosity (ηa) is obtained after measuring for 2 minutes or more under the conditions of a temperature of 25 ° C. and a shear rate of 2s- 1 using an E-type viscometer. Next, the viscosity (ηb) measured under the same conditions as above is obtained except that the shear rate is changed to 20s -1 . Using the viscosity value obtained above, the TI value is calculated by the formula TI value = ηa / ηb. When increasing the shear rate from 2s -1 to 20s -1 , the shear rate may be increased in one step, or the shear rate may be increased in multiple steps within the above range, and the viscosity at the shear rate may be appropriately obtained. You may let me.

[正極活物質層断面積に占める炭酸イオン面積比率]
本実施形態に係る正極活物質層は、炭酸リチウムを含有し、正極断面の顕微ラマン分光測定により得られるイメージング画像において、断面積に占める炭酸イオンマッピングの面積比率が、1%以上40%以下であることを特徴とする。炭酸イオンマッピングの面積比率は、より好ましくは2%以上20%以下である。炭酸イオンマッピングの面積比率が1%以上であると、高温保存耐久性、高負荷充放電サイクル特性が向上する。理由は定かではないが、高温保存時やサイクル試験時に生成する水素イオンを炭酸イオンがトラップすることによって、電解液の副反応を抑制していると推察される。炭酸イオンマッピングの面積比率が40%以下であると、炭酸リチウムが正極活物質間の導電パスを妨げることがないため、高い入出力特性が得られる。尚、下限と上限は任意の組み合わせであることができる。
[Ratio of carbonate ion area to cross-sectional area of positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer according to the present embodiment contains lithium carbonate, and in the imaging image obtained by microscopic Raman spectroscopy of the positive electrode cross section, the area ratio of carbonate ion mapping to the cross section is 1% or more and 40% or less. It is characterized by being. The area ratio of the carbonate ion mapping is more preferably 2% or more and 20% or less. When the area ratio of the carbonate ion mapping is 1% or more, the high temperature storage durability and the high load charge / discharge cycle characteristics are improved. Although the reason is not clear, it is presumed that the carbonate ion traps the hydrogen ions generated during high-temperature storage or cycle test, thereby suppressing the side reaction of the electrolytic solution. When the area ratio of the carbonate ion mapping is 40% or less, high input / output characteristics can be obtained because lithium carbonate does not interfere with the conductive path between the positive electrode active materials. The lower limit and the upper limit can be any combination.

[炭酸リチウムおよび正極活物質の数平均粒子径]
炭酸リチウムおよび正極活物質については、炭酸リチウムの数平均粒子径をX、正極活物質の平均粒子径をYとするとき、1μm≦X≦5μmであり、3μm≦Y≦20μmであり、X<Yであることを特徴とする。Xについて更に好ましくは、2μm≦X≦4μmである。Yについて更に好ましくは、4μm≦Y≦15μmであり、特に好ましくは、4μm≦Y≦10μmである。Xが1μm以上の場合、リチウムドープ後の正極中に炭酸リチウムを残存させることができるため、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ことにより高負荷充放電サイクル特性が向上する。Xが5μm以下の場合、高負荷充放電サイクルで生成するフッ素イオンとの反応面積が増加するため、フッ素イオンの吸着を効率良く行うことができる。Yが3μm以上の場合、正極活物質間の電子伝導性を確保できる。Yが20μm以下の場合、電解質イオンとの反応面積が増加するために高い出力特性を発現できる。X<Yである場合、正極活物質間に生じる隙間に炭酸リチウムが充填されるため、正極活物質間の電子伝導性を確保しつつ、エネルギー密度を高めることができる。尚、下限と上限は任意の組み合わせであることができる。
[Number average particle size of lithium carbonate and positive electrode active material]
For lithium carbonate and the positive electrode active material, when the number average particle size of lithium carbonate is X 1 and the average particle size of the positive electrode active material is Y 1 , 1 μm ≤ X 1 ≤ 5 μm, and 3 μm ≤ Y 1 ≤ 20 μm. Yes, and it is characterized in that X 1 <Y 1 . More preferably about X 1 is a 2μm ≦ X 1 ≦ 4μm. More preferably about Y 1, a 4μm ≦ Y 1 ≦ 15μm, particularly preferably 4μm ≦ Y 1 ≦ 10μm. When X 1 is 1 μm or more, lithium carbonate can remain in the positive electrode after lithium doping, so that the high load charge / discharge cycle characteristics are improved by adsorbing the fluorine ions generated in the high load charge / discharge cycle. When X 1 is 5 μm or less, the reaction area with the fluorine ions generated in the high load charge / discharge cycle increases, so that the adsorption of fluorine ions can be performed efficiently. When Y 1 is 3 μm or more, electron conductivity between the positive electrode active materials can be ensured. When Y 1 is 20 μm or less, high output characteristics can be exhibited because the reaction area with the electrolyte ion increases. When X 1 <Y 1 , the gaps formed between the positive electrode active materials are filled with lithium carbonate, so that the energy density can be increased while ensuring the electron conductivity between the positive electrode active materials. The lower limit and the upper limit can be any combination.

およびYの測定方法は特に限定されないが、正極断面の顕微ラマン画像から算出することができる。正極断面の形成方法については、正極上部からArビームを照射し、試料直上に設置した遮蔽板の端部に沿って平滑な断面を作製するBIB加工を用いることができるが、断面の方向などは特に限定されない。
は、例えば、以下の方法で算出できる。正極断面の顕微ラマン画像の各測定点のラマンスペクトルについて、炭酸イオンのラマンピーク波長周辺で直線のベースラインを設定し、ベースラインより高い部分の面積を正に、低い部分の面積を負として、面積(a)を算出し、マッピング化する。面積(a)について度数分布表を作成し、ヒストグラム化する。最大度数を与える面積値以下の部分ノイズ成分としてガウス型関数で近似し、ヒストグラムから差し引く。ノイズ成分を差し引いたヒストグラムで最大頻度となる面積以上を示している、スペクトルの測定位置をマッピング化し、これをアルカリ金属炭酸塩粒子とする。測定範囲において、すべてのアルカリ金属炭酸塩粒子長径の平均を算出することで求められる。
は、例えば、以下の方法で算出できる。前記顕微ラマンを測定したのと同じ視野で、測定した光学顕微鏡画像と前記炭酸イオンマッピングデータとを重ね合わせ、光学顕微鏡像で確認される粒子から、炭酸塩粒子を除いたものを正極活物質粒子とし、視野内に確認されるすべての活物質粒子の長径の平均を算出することで求められる。
The measurement method of X 1 and Y 1 is not particularly limited, but it can be calculated from a micro Raman image of the positive electrode cross section. As for the method of forming the positive electrode cross section, BIB processing can be used in which an Ar beam is irradiated from the upper part of the positive electrode to form a smooth cross section along the edge of the shielding plate installed directly above the sample, but the direction of the cross section and the like can be used. There is no particular limitation.
X 1 can be calculated by, for example, the following method. For the Raman spectrum of each measurement point of the microscopic Raman image of the positive cross section, a linear baseline is set around the Raman peak wavelength of carbonate ions, and the area higher than the baseline is positive and the area lower than the baseline is negative. The area (a) is calculated and mapped. A frequency distribution table is created for the area (a) and made into a histogram. Approximate with a Gaussian function as a partial noise component below the area value that gives the maximum frequency, and subtract it from the histogram. Map the measurement position of the spectrum, which shows the area above the maximum frequency in the histogram after subtracting the noise component, and use this as the alkali metal carbonate particles. It is obtained by calculating the average of the major axis of all alkali metal carbonate particles in the measurement range.
Y 1 can be calculated by, for example, the following method. In the same field of view as the microscopic Raman was measured, the measured optical microscope image and the carbonate ion mapping data were superimposed, and the particles confirmed in the optical microscope image excluding the carbonate particles were the positive electrode active material particles. Then, it is obtained by calculating the average of the major axes of all the active material particles confirmed in the field of view.

[炭酸リチウムのフッ素化合物被覆率]
正極中に含有された炭酸リチウムは、副反応により、分解してガス化してしまうと、抵抗上昇の原因や高温保存時のガス発生の要因となってしまう。そのため、炭酸リチウムの表面には、フッ素含有化合物からなる被膜を形成し、炭酸リチウムの前記分解反応を抑制することが好ましい。
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、フッ素含有化合物を電解液中に含有させ、非水系リチウム型蓄電素子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。
炭酸リチウム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30%以上99%以下であることが好ましい。Aが40%以上であれば、炭酸リチウム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。
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、明るさ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、明るさは最大輝度に達する画素がなく、明るさの平均値が輝度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、明るさ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65%以下であることが好ましい。Aが10%以上であれば、炭酸リチウムの分解を抑制することができる。Aが65%以下であれば、炭酸リチウム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。
[Fluorine compound coverage of lithium carbonate]
If the lithium carbonate contained in the positive electrode is decomposed and gasified by a side reaction, it causes an increase in resistance and a cause of gas generation during high-temperature storage. Therefore, it is preferable to form a film made of a fluorine-containing compound on the surface of lithium carbonate to suppress the decomposition reaction of lithium carbonate.
The method for forming the film of the fluorine-containing compound is not particularly limited, but a method of incorporating the fluorine-containing compound in the electrolytic solution and applying a high voltage equal to or higher than the decomposition potential of the fluorine-containing compound to the non-aqueous lithium-type power storage element, or decomposition. Examples include a method of applying a temperature higher than the temperature.
The coverage of the fluorine compound to be coated on the surface of lithium carbonate (area overlap rate of fluorine mapping with respect to oxygen mapping in the positive electrode surface SEM-EDX image A 1 ) is preferably 30% or more and 99% or less. When A 1 is 40% or more, the decomposition of lithium carbonate 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.
As a method for measuring the coverage, in the element mapping obtained by SEM-EDX on the positive electrode surface, the area overlap rate of fluorine mapping is calculated for the oxygen mapping binarized based on the average value of brightness. Be done.
The measurement conditions for element 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 the brightness has no pixels that reach the maximum brightness, and the average brightness. It is preferable to adjust the brightness and contrast so that the value falls within the range of 40% to 60% brightness.
In the element mapping obtained by SEM-EDX of the positive electrode cross section, it is preferable that the area overlap ratio A 2 of the fluorine mapping with respect to the oxygen mapping binarized based on the average value of the brightness is 10% or more and 65% or less. When A 2 is 10% or more, the decomposition of lithium carbonate can be suppressed. When A 2 is 65% or less, the inside of lithium carbonate is not fluorinated, so that the vicinity of the positive electrode can be kept basic and the high load cycle characteristics are excellent.

[正極活物質層]
正極活物質層は、下記式(1)乃至(3)からなる群から選択される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 0006815126
{式(1)中、Rは、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のハロゲン化アルキル基であり、X、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。}
Figure 0006815126
{式(2)中、Rは、炭素数1〜4のアルキル基、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、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、X、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。}
Figure 0006815126
{式(3)中、Rは、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のハロゲン化アルキル基であり、R、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、又はアリール基であり、X、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。} [Positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer contains one or more compounds selected from the group consisting of the following formulas (1) to (3) at 1.60 × 10 -4 mol / g to 300 × 10 per unit mass of the positive electrode material. It is preferably contained at 4 mol / g.
Figure 0006815126
{In formula (1), R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms and an alkyl halide group having 1 to 4 carbon atoms, and X 1 and X 2 are independently − (COO) n (here). , N is 0 or 1.). }
Figure 0006815126
{In formula (2), R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms and an alkyl halide group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and 1 carbon atom. A mono or polyhydroxyalkyl group having 10 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, or an aryl group, X 1 , X 2 are independently − (COO) n (where n is 0 or 1). }
Figure 0006815126
{In formula (3), R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms and an alkyl halide group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 and R 3 are independently hydrogen and having 1 to 10 carbon atoms, respectively. Alkyl group, mono or polyhydroxyalkyl group with 1 to 10 carbon atoms, alkenyl group with 2 to 10 carbon atoms, mono or polyhydroxyalkenyl group with 2 to 10 carbon atoms, cycloalkyl group with 3 to 6 carbon atoms, or aryl It is a group, and X 1 and X 2 are 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、炭素数1〜4のハロゲン化アルキル基であり、X、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。
特に好ましい化合物は、LiOCOLi、LiOCOLi、LiOCOCOOLi、LiOCOOCOLi、LiOCOOCOCOOLi及びLiOCOOCOCOOLiで表される化合物である。
In the formula (1), R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms and an alkyl halide group having 1 to 4 carbon atoms, and X 1 and X 2 are independently − (COO) n (here, here). n is 0 or 1).
Particularly preferred compounds are the compounds represented by LiOC 2 H 4 OLi, LiOC 3 H 6 OLi, LiOC 2 H 4 OCOOLi, LiOCOOC 3 H 6 OLi, LiOCOOC 2 H 4 OCOOLi and LiOCOOC 3 H 6 OCOOLi.

式(2)中、Rは、炭素数1〜4のアルキル基、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、又はアリール基であり、X、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。
特に好ましい化合物は、LiOCOH、LiOCOH、LiOCOCOOH、LiOCOCOOH、LiOCOOCOCOOH、LiOCOOCOCOOH、LiOCOCH、LiOCOCH、LiOCOCOOCH、LiOCOCOOCH、LiOCOOCOCOOCH、LiOCOOCOCOOCH、LiOCOC、LiOCOC、LiOCOCOOC、LiOCOCOOC、LiOCOOCOCOOC、LiOCOOCOCOOCで表される化合物である。
In the formula (2), R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms and an alkyl halide group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and 1 to 10 carbon atoms. 10 mono or polyhydroxyalkyl groups or lithium alkoxides thereof, alkenyl groups having 2 to 10 carbon atoms, mono or polyhydroxyalkenyl groups having 2 to 10 carbon atoms, cycloalkyl groups having 3 to 6 carbon atoms, or aryl groups. , X 1 and X 2 are independently − (COO) n (where n is 0 or 1).
Particularly preferred compounds are LiOC 2 H 4 OH, LiOC 3 H 6 OH, LiOC 2 H 4 OCOOH, LiOC 3 H 6 OCOOH, LiOCOOC 2 H 4 OCOOH, LiOCOOC 3 H 6 OCOOH, LiOC 2 H 4 OCH 3 , LiOC 3 H 6 OCH 3, LiOC 2 H 4 OCOOCH 3, LiOC 3 H 6 OCOOCH 3, LiOCOOC 2 H 4 OCOOCH 3, LiOCOOC 3 H 6 OCOOCH 3, LiOC 2 H 4 OC 2 H 5, LiOC 3 H 6 OC 2 H 5 , LiOC 2 H 4 OCOC 2 H 5 , LiOC 3 H 6 OCOC 2 H 5 , LiOCOC 2 H 4 OCOC 2 H 5 , LiOCOC 3 H 6 OCOC 2 H 5 .

式(3)中、Rは、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のハロゲン化アルキル基であり、R、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、又はアリール基であり、X、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。
特に好ましい化合物は、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、COCOOCOCOOC
で表される化合物である。
In the formula (3), R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms and an alkyl halide group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 and R 3 are independently hydrogen and an alkyl having 1 to 10 carbon atoms, respectively. Group, mono or polyhydroxyalkyl group having 1 to 10 carbon atoms or lithium alkylate thereof, alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, mono or polyhydroxyalkylyl group having 2 to 10 carbon atoms, cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms , Or an aryl group, where X 1 and X 2 are independently − (COO) n (where n is 0 or 1).
Particularly preferred compounds are HOC 2 H 4 OH, HOC 3 H 6 OH, HOC 2 H 4 OCOOH, HOC 3 H 6 OCOOH, HOCOC OC 2 H 4 OCOOH, HOCOC 3 H 6 OCOOH, 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 OCOCCH 3 , CH 3 OCOC 2 H 4 OCOCCH 3 , CH 3 OCOC 3 H 6 OCOCCH 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 OCOC 2 H 5 , CH 3 OC 3 H 6 OCOC 2 H 5 , CH 3 OCOC 2 H 4 OCOC 2 H 5 , CH 3 OCOC 3 H 6 OCOC 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 OCOC 2 H 5 , C 2 H 5 OC 3 H 6 OCOC 2 H 5 , C 2 H 5 OCOC 2 H 4 OCOC 2 H 5 , C 2 H 5 OCOC 3 H 6 OCOC 2 H 5
It is a compound represented by.

前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 compound in the positive electrode active material layer include a method of mixing the compound in the positive electrode active material layer, a method of adsorbing the compound in the positive electrode active material layer, and a method of adsorbing the compound in the positive electrode active material layer. Examples thereof include a method of electrochemically precipitating.
Above all, a positive electrode active material layer is contained in a non-aqueous electrolytic solution that can be decomposed to produce these compounds, and the decomposition reaction of the precursor in the step of producing a power storage element is utilized. A method of depositing the compound inside is preferable.

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、及びフルオロエチレンカーボネートからなる群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/又はプロピレンカーボネートを使用することがさらに好ましい。 As the precursor for forming the compound, it is preferable to use at least one organic solvent selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, and fluoroethylene carbonate, and ethylene carbonate and / Or it is more preferred to use propylene carbonate.

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以上であることがより好ましい。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。
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以下であることがより好ましく、100×10−4mol/g以下であることが更に好ましい。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、Li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。尚、下限と上限は、任意の組み合わせであることができる。
Here, the total amount of the compound is preferably 1.60 × 10 -4 mol / g or more, and preferably 5.0 × 10 -4 mol / g or more, per unit mass of the positive electrode active material. More preferred. When the total amount of the compound 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.
The total amount of the compound is 300 × 10 -4 mol / g or less, more preferably 150 × 10 -4 mol / g or less, and 100 × 10 -4 per unit mass of the positive electrode active material. It is more preferably mol / g or less. When the total amount of the compound 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 the diffusion of Li ions. The lower limit and the upper limit can be any combination.

[負極]
負極は、負極集電体と、その片面又は両面に存在する負極活物質層とを有する。
[負極活物質層]
負極活物質層は、リチウムイオンを吸蔵・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、分散材安定剤等の任意成分を含んでいてもよい。
[Negative electrode]
The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer existing on one side or both sides thereof.
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer contains a negative electrode active material that can occlude and release lithium ions. In addition to this, if necessary, an optional component such as a conductive filler, a binder, and a dispersant stabilizer may be contained.

[負極活物質]
負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵・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。該負極活物質の総量に対する該炭素材料の含有率は、好ましくは50質量%以上であり、より好ましくは70質量%以上である。該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 substance capable of storing and releasing lithium ions can be used. Specific examples thereof include carbon materials, titanium oxides, silicon, silicon oxides, silicon alloys, silicon compounds, tin and tin compounds. The content 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 of the carbon material can be 100% by mass, but from the viewpoint of obtaining a good effect by using other materials in combination, for example, it is preferably 90% by mass or less, and 80% by mass or less. May be good.

負極活物質には、リチウム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リチウムイオンとしては、主に3つの形態が包含される。
第一の形態としては、非水系リチウム型蓄電素子を作製する前に、負極活物質に設計値として予め吸蔵させるリチウムイオンである。
第二の形態としては、非水系リチウム蓄電素子を作製し、出荷する際の負極活物質に吸蔵されているリチウムイオンである。
第三の形態としては、非水系リチウム蓄電素子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リチウムイオンである。
負極活物質にリチウムイオンをドープしておくことにより、得られる非水系リチウム型蓄電素子の容量及び作動電圧を良好に制御することが可能となる。
The negative electrode active material is preferably doped with lithium ions. In the present specification, the lithium ions doped in the negative electrode active material mainly include three forms.
The first form is lithium ions that are occluded as a design value in the negative electrode active material before the non-aqueous lithium-type power storage element is manufactured.
The second form is lithium ions occluded in the negative electrode active material when a non-aqueous lithium storage element is manufactured and shipped.
The third form is lithium ions occluded in the negative electrode active material after the non-aqueous lithium storage element is used as a device.
By doping the negative electrode active material with lithium ions, it is possible to satisfactorily control the capacity and operating voltage of the obtained non-aqueous lithium-type power storage element.

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)等の炭素質材料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;並びにこれらの複合炭素材料を挙げることができる。 Examples of the carbon material include non-graphitizable carbon materials; easily graphitizable carbon materials; carbon black; carbon nanoparticles; activated carbon; artificial graphite; natural graphite; graphitized mesophase carbon globules; graphite whiskers; polyacene-based substances. Amorphous carbonaceous materials such as; petroleum-based pitches, coal-based pitches, carbonaceous materials such as mesocarbon microbeads, coke, synthetic resins (eg, phenolic resins, etc.) Carbonated materials obtained by heat treatment of precursors; Thermal decomposition products of furfuryl alcohol resin or novolak resin; fullerene; carbon nanophones; and composite carbon materials thereof can be mentioned.

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(以下、基材ともいう。)と前記炭素質材料前駆体とを共存させた状態で熱処理を行い、該基材と該炭素質材料前駆体由来の炭素質材料とを複合させた複合炭素材料が好ましい。該炭素質材料前駆体としては、熱処理により該炭素質材料となるものであれば特に制限はないが、石油系のピッチ又は石炭系のピッチが特に好ましい。熱処理を行う前に、該炭素質材料前駆体の融点より高い温度において、該基材と該炭素質材料前駆体とを混合してもよい。熱処理温度は、使用する該炭素質材料前駆体が揮発又は熱分解して発生する成分が該炭素質材料となる温度であればよいが、好ましくは400℃以上2500℃以下、より好ましくは500℃以上2000℃以下、さらに好ましくは550℃以上1500℃以下である。熱処理を行う雰囲気は特に制限はないが、非酸化性雰囲気が好ましい。 Among these, from the viewpoint of lowering the resistance of the negative electrode, heat treatment is performed in a state where one or more of the carbon materials (hereinafter, also referred to as a base material) and the carbonaceous material precursor coexist, and the base material and the carbon are coexisted. A composite carbon material obtained by combining a carbon material derived from a quality material precursor is preferable. The carbonaceous material precursor is not particularly limited as long as it becomes the carbonaceous material by heat treatment, but a petroleum-based pitch or a coal-based pitch is particularly preferable. The substrate and the carbonaceous material precursor may be mixed at a temperature higher than the melting point of the carbonaceous material precursor before the heat treatment. The heat treatment temperature may be any temperature as long as the component generated by volatilization or thermal decomposition of the carbonaceous material precursor to be used becomes the carbonaceous material, but is preferably 400 ° C. or higher and 2500 ° C. or lower, more preferably 500 ° C. It is 2000 ° C. or lower, more preferably 550 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower. The atmosphere in which the heat treatment is performed is not particularly limited, but a non-oxidizing atmosphere is preferable.

複合炭素材料の好ましい例は、後述の複合炭素材料1及び2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。
[複合炭素材料1]
複合炭素材料1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。
Preferred examples of the composite carbon material are the composite carbon materials 1 and 2 described later. Either of these may be selected and used, or both of them may be used in combination.
[Composite carbon material 1]
The composite carbon material 1 is the composite carbon material using 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 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1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リチウム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。他方、1,500m/g以下であることにより、リチウムイオンの充放電効率が向上するため、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 1 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. When the BET specific surface area is 100 m 2 / g or more, the pores can be appropriately retained and the diffusion of lithium ions becomes good, so that high input / output characteristics can be exhibited. On the other hand, when it is 1,500 m 2 / g or less, the charge / discharge efficiency of lithium ions is improved, so that the cycle durability is not impaired.

複合炭素材料1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、リチウム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できる。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リチウム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できる。 The mass ratio of the carbonaceous material to the base material in the composite carbon material 1 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. When the mass ratio of the carbonaceous material is 10% or more, the micropores of the base material can be appropriately filled with the carbonic material, and the charge / discharge efficiency of lithium ions is improved, which is good. It can show cycle durability. Further, when the mass ratio of the carbonaceous material is 200% or less, the pores can be appropriately retained and the diffusion of lithium ions becomes good, so that high input / output characteristics can be exhibited.

複合炭素材料1の単位質量当たりの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い。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。
リチウム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、リチウムイオンがドープされた複合炭素材料1を含む負極を正極と組み合わせた場合には、非水系リチウム型蓄電素子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、得られる非水系リチウム型蓄電素子の容量及びエネルギー密度が高くなる。
該ドープ量が530mAh/g以上であれば、複合炭素材料1におけるリチウムイオンを一旦挿入したら脱離し得ない不可逆なサイトにもリチウムイオンが良好にドープされ、更に所望のリチウム量に対する複合炭素材料1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。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。他方、ドープ量が2,500mAh/g以下であれば、リチウム金属の析出等の副作用が発生するおそれがない。
The doping amount of lithium ions per unit mass of the composite carbon material 1 is preferably 530 mAh / g or more and 2,500 mAh / g or less. It is more preferably 620 mAh / g or more and 2,100 mAh / g or less, further 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.
By doping with lithium ions, the negative electrode potential is lowered. Therefore, when the negative electrode containing the lithium ion-doped composite carbon material 1 is combined with the positive electrode, the voltage of the non-aqueous lithium-type power storage element becomes high and the utilization capacity of the positive electrode becomes large. Therefore, the capacity and energy density of the obtained non-aqueous lithium-type power storage element are increased.
When the doping amount is 530 mAh / g or more, the lithium ions are well doped in the irreversible sites that cannot be desorbed once the lithium ions in the composite carbon material 1 are inserted, and the composite carbon material 1 with respect to the desired lithium amount is further doped. Can be reduced. Therefore, the film thickness of the negative electrode can be reduced, and a high energy density can be obtained. As the doping amount increases, the negative electrode potential decreases, and the input / output characteristics, energy density, and durability improve. On the other hand, when the doping amount is 2,500 mAh / g or less, there is no possibility that side effects such as precipitation of lithium metal will occur.

以下、複合炭素材料1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について説明する。
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 1, the composite carbon material 1a using activated carbon as the base material will be described.
The composite carbon material 1a has a mesopore amount of Vm1 (cc / g) derived from pores having a diameter of 20 Å or more and 500 Å or less calculated by the BJH method, and a micropore amount derived from pores having a diameter of less than 20 Å calculated by the MP method. When Vm2 (cc / g), 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.300 and 0.001 ≦ Vm2 ≦ 0.650 are preferable.
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、リチウム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ため、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、リチウムイオンに対する高い充放電効率が維持できる。他方、メソ孔量Vm1及びマイクロ孔量Vm2が下限以上(0.010≦Vm1、0.001≦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, the doping amount of lithium ions can be increased, and the bulk density of the negative electrode can be increased. Can be thinned. Further, when the micropore amount Vm2 is 0.650 cc / g or less, high charge / discharge efficiency for lithium ions can be maintained. On the other hand, when the mesopore amount Vm1 and the micropore amount Vm2 are equal to or higher than the lower limit (0.010 ≦ Vm1, 0.001 ≦ Vm2), high 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、リチウム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できる。また、リチウム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、リチウム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. When the BET specific surface area is 100 m 2 / g or more, the pores can be appropriately retained and the diffusion of lithium ions becomes good, so that high input / output characteristics can be exhibited. Moreover, since the doping amount of lithium 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 / discharge efficiency of lithium ions is improved, so that the 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 even more preferably 30 Å or more, from the viewpoint of providing high input / output characteristics. On the other hand, from the viewpoint of increasing the 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 size 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, still more preferably 2.5 μm or more. The upper limit is more preferably 6 μm or less, still more preferably 4 μm or less. Good durability is maintained when the average particle size is 1 μm or more and 10 μm or less.

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。尚、H/Cは元素分析装置により測定される。 The atomic number ratio (H / C) of hydrogen atom / carbon atom 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 the H / C is 0.35 or less, the structure of the carbonaceous material adhered to the surface of the activated carbon (typically, the polycyclic aromatic conjugated structure) is well developed and the capacity (energy). Density) and charge / discharge efficiency increase. On the other hand, when the H / C is 0.05 or more, carbonization does not proceed excessively, so that a 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1a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, and at the same time, has a crystal structure mainly derived from the adhered carbonaceous material. According to the X-ray wide-angle diffraction method, the composite carbon material 1a has a (002) plane spacing d002 of 3.60 Å or more and 4.00 Å or less, and crystallites in the c-axis direction obtained from the half-value width of this peak. The size Lc is preferably 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. More preferably, it is 0 Å or more and 16.0 Å or less.

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く、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 properties. For example, commercially available products obtained from various raw materials such as petroleum-based, coal-based, plant-based, and polymer-based 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, and more preferably 2 μm or more and 10 μm or less.

本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 specified in the present embodiment, 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. 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、上記本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。他方、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 even more preferable. Regarding the micropore amount V2, 0.005 ≦ V2 ≦ 0.850 is more preferable, and 0.100 ≦ V2 ≦ 0.800 is even more preferable. 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 even more preferable. When the mesopore amount V1 of the activated carbon is 0.500 or less and the micropore amount V2 is 1.000 or less, an appropriate amount of carbonaceous material is obtained in order to obtain the pore structure of the composite carbon material 1a in the present embodiment. Since it is sufficient to adhere the material, it becomes easy to control the pore structure. On the other hand, when the mesopore amount V1 of the 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 can be easily obtained even in the following cases.

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 composite carbon material 1a is a solid, liquid, or solvent-soluble organic material capable of adhering the carbonic material to 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 an inexpensive pitch in terms of manufacturing cost. Pitches are roughly divided into petroleum-based pitches and coal-based pitches. Examples of petroleum-based pitches include distillation residue of crude oil, fluid contact decomposition residue (decant oil, etc.), bottom oil derived from thermal crackers, ethylene tar obtained during naphtha cracking, and the like.

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 pitch is used, the pitch is heat-treated in the coexistence with activated carbon, and the volatile component or pyrolysis component of the pitch is thermally reacted on the surface of the activated carbon to coat the activated carbon with a carbonaceous material. 1a is obtained. In this case, the adhesion of the volatile component or the thermal decomposition component of the pitch into the activated carbon pores proceeds at a temperature of about 200 to 500 ° C., and the reaction in which the adhered component becomes a carbonaceous material proceeds at 400 ° C. or higher. To do. The peak temperature (maximum temperature reached) during the heat treatment is appropriately determined depending on 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 400 ° C. or higher. 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-treating at a peak temperature of about 500 to 800 ° C. for 2 hours to 5 hours, it is considered that the carbonaceous material adhered to 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るため、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。
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 hinder handleability and can be charged with high accuracy. Since a pitch having a softening point of 250 ° C. or lower contains a large amount of relatively low-molecular-weight compounds, it is possible to adhere to fine pores in the activated carbon by using the pitch.
As a specific method for producing the composite carbon material 1a, for example, the activated carbon is heat-treated in an inert atmosphere containing a hydrocarbon gas volatilized from the carbon material precursor, and the carbon material is adhered in the vapor phase. The method can be mentioned. Further, a method in which the activated carbon and the carbonaceous material precursor are mixed in advance and heat-treated, or a method in which the carbonic material precursor dissolved in a solvent is applied to the activated carbon, dried, and then heat-treated 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く、より好ましくは15%以上80%以下である。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、リチウムイオンの充放電効率が向上するため、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、リチウム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, and more preferably 15% or more and 80% or less. When the mass ratio of the carbonaceous material is 10% or more, the micropores of the activated carbon can be appropriately filled with the carbonic material, and the charge / discharge efficiency of lithium ions is improved, so that the cycle durability is improved. Is not impaired. Further, when the mass ratio of the carbonaceous material is 100% or less, the pores of the composite carbon material 1a are appropriately retained and the specific surface area is maintained large. Therefore, from the result that the doping amount of lithium ions can be increased, high output density and high durability can be maintained even if the negative electrode is thinned.

[複合炭素材料2]
複合炭素材料2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 2]
The composite carbon material 2 is the composite carbon material using one or more carbon materials 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2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、リチウム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できる。他方、50m/g以下であれば、リチウム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できる。 BET specific surface area of the composite carbon material 2, 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 / It is less than or equal to g. When the BET specific surface area is 1 m 2 / g or more, a sufficient reaction field with lithium ions can be secured, so that 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 lithium 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2の平均粒子径は1μm以上10μm以下であることが好ましく、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、リチウム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できる。他方、10μm以下であれば、複合炭素材料2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 size of the composite carbon material 2 is preferably 1 μm or more and 10 μm or less, 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 size is 1 μm or more, the charge / discharge efficiency of lithium ions can be improved, so that high cycle durability can be exhibited. On the other hand, if it is 10 μm or less, the reaction area between the composite carbon material 2 and the non-aqueous electrolytic solution increases, so that high input / output characteristics can be exhibited.

複合炭素材料2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%以下が好ましく、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リチウムイオンとの反応サイトを十分に増加でき、かつリチウム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できる。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リチウム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できる。また、リチウム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できる。 The mass ratio of the carbonaceous material to the base material in the composite carbon material 2 is preferably 1% or more and 30% or less, more preferably 1.2% or more and 25% or less, and further preferably 1.5% or more and 20% or less. is there. When the mass ratio of the carbonaceous material is 1% or more, the carbonaceous material can sufficiently increase the reaction sites with lithium ions, and the desolvation of lithium ions becomes easy, so that high input / output characteristics are exhibited. be able to. On the other hand, when the mass ratio of the carbonaceous material is 20% or less, the diffusion of lithium ions between the carbonic material and the base material in the solid can be well maintained, so that high input / output characteristics can be exhibited. .. Moreover, since the charge / discharge efficiency of lithium ions can be improved, high cycle durability can be exhibited.

複合炭素材料2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、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、よりさらに好ましくは100mAh/g以上550mAh/g以下である。
リチウムイオンをドープすることにより、負極電位が低くなるため、リチウムイオンがドープされた複合炭素材料2を含む負極を正極と組み合わせた場合、非水系リチウム型蓄電素子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、得られる非水系リチウム型蓄電素子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2におけるリチウムイオンを一旦挿入したら脱離し得ない不可逆なサイトにもリチウムイオンが良好にドープされるため、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。
他方、ドープ量が700mAh/g以下であれば、リチウム金属の析出等の副作用が発生するおそれがない。
The doping amount of lithium ions per unit mass of the composite carbon material 2 is preferably 50 mAh / g or more and 700 mAh / g or less, preferably 70 mAh / g or more and 650 mAh / g or less, and more preferably 90 mAh / g or more and 600 mAh or less. It is / g or less, more preferably 100 mAh / g or more and 550 mAh / g or less.
Since the negative electrode potential is lowered by doping with lithium ions, when the negative electrode containing the lithium ion-doped composite carbon material 2 is combined with the positive electrode, the voltage of the non-aqueous lithium storage element becomes high and the positive electrode The used capacity increases. Therefore, the capacity and energy density of the obtained non-aqueous lithium-type power storage element are increased.
When the doping amount is 50 mAh / g or more, the lithium ions are well doped in the irreversible sites that cannot be desorbed once the lithium ions in the composite carbon material 2 are inserted, so that a high energy density can be obtained. As the doping amount increases, the negative electrode potential decreases, and the input / output characteristics, energy density, and durability improve.
On the other hand, when the doping amount is 700 mAh / g or less, there is no possibility that side effects such as precipitation of lithium metal will occur.

以下、複合炭素材料2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2aについて説明する。
複合炭素材料2aの平均粒子径は1μm以上10μm以下であることが好ましく、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、リチウム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できる。他方、10μm以下であれば、複合炭素材料2a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。
Hereinafter, as a preferable example of the composite carbon material 2, the composite carbon material 2a using a graphite material as the base material will be described.
The average particle size of the composite carbon material 2a is preferably 1 μm or more and 10 μm or less, 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 size is 1 μm or more, the charge / discharge efficiency of lithium ions can be improved, so that high cycle durability can be exhibited. On the other hand, if it is 10 μm or less, the reaction area between the composite carbon material 2a and the non-aqueous electrolytic solution increases, so that high input / output characteristics can be exhibited.

複合炭素材料2a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、リチウム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できる。他方、20m/g以下であれば、リチウム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できる。 The BET specific surface area of the composite carbon material 2a 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. When the BET specific surface area is 1 m 2 / g or more, a sufficient reaction field with lithium ions can be secured, so that 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 lithium 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.

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2a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 2a exhibits desired properties. For example, artificial graphite, natural graphite, graphitized mesophase carbon globules, graphite whiskers and the like can be used. The average particle size of the graphite material is preferably 1 μm or more and 10 μm or less, and more preferably 2 μm or more and 8 μm or less.

複合炭素材料2a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 composite carbon material 2a is a solid, liquid, or solvent-soluble organic material capable of combining the carbonic 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 an inexpensive pitch in terms of manufacturing cost. Pitches are roughly divided into petroleum-based pitches and coal-based pitches. Examples of petroleum-based pitches include distillation residue of crude oil, fluid contact decomposition residue (decant oil, etc.), bottom oil derived from thermal crackers, ethylene tar obtained during naphtha cracking, and the like.

複合炭素材料2a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%以下が好ましく、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、よりさらに好ましくは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リチウムイオンとの反応サイトを十分に増加でき、かつリチウム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できる。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リチウム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できる。また、リチウム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できる。 The mass ratio of the carbonaceous material to the graphite material in the composite carbon material 2a is preferably 1% or more and 10% or less, more preferably 1.2% or more and 8% or less, still more preferably 1.5% or more and 6% or less. Even more preferably, it is 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 lithium ions, and the desolvation of lithium ions becomes easy, so that high input / output characteristics are exhibited. be able to. On the other hand, when the mass ratio of the carbonaceous material is 20% or less, the diffusion of lithium ions between the carbonic material and the graphite material in the solid can be well maintained, so that high input / output characteristics can be exhibited. .. Moreover, since the charge / discharge efficiency of lithium ions can be improved, high cycle durability can be exhibited.

[任意成分]
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、分散材安定剤等の任意成分を含んでいてもよい。
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質量部以上15質量部以下である。
[Arbitrary component]
If necessary, the negative electrode active material layer may contain an optional component such as a conductive filler, a binder, and a dispersant stabilizer in addition to the negative electrode active material.
The type of the conductive filler is not particularly limited, and 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 0 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material. It is 15 parts by mass or less.

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。他方、結着剤の量が30質量部以下であれば、負極活物質へのリチウム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 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, high input / output characteristics are exhibited without inhibiting the entry and exit of lithium ions into the negative electrode active material.

分散安定剤としては、特に制限されるものではないが、例えば、PVP(ポリビニルピロリドン)、PVA(ポリビニルアルコール)、セルロース誘導体等を用いることができる。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、負極活物質へのリチウム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 dispersion stabilizer is not particularly limited, but for example, PVP (polyvinylpyrrolidone), PVA (polyvinyl alcohol), a cellulose derivative and the like can be used. The amount of the binder used is preferably 0 parts 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, high input / output characteristics are exhibited without inhibiting the entry and exit of lithium ions into the negative electrode active material.

[負極集電体]
負極集電体を構成する材料としては、電子伝導性が高く、非水系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。本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子における負極集電体としては、銅箔が好ましい。
該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 constituting the negative electrode current collector is preferably a metal foil having high electron conductivity and not deteriorating due to elution into a non-aqueous electrolyte solution and reaction with an electrolyte or ions. Such metal foil is not particularly limited, and examples thereof include aluminum foil, copper foil, nickel foil, and stainless steel foil. Copper foil is preferable as the negative electrode current collector in the non-aqueous lithium power storage device of the present embodiment.
The metal foil may be a normal metal foil having no irregularities or through holes, a metal foil having irregularities subjected to embossing, chemical etching, electrolytic precipitation, blasting, etc., expanded metal, punching metal, etc. , A metal foil having through holes such as an etching foil may be used.
The thickness of the negative electrode current collector is not particularly limited as long as the shape and strength of the negative electrode can be sufficiently maintained, but is preferably 1 to 100 μm, for example.

[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する。典型的な態様において負極活物質層は負極集電体に固着している。
負極は、既知のリチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ等における電極の製造技術によって製造することが可能である。例えば、負極活物質を含む各種材料を水又は有機溶剤中に分散又は溶解してスラリー状の塗工液を調製し、この塗工液を負極集電体上の片面又は両面に塗工して塗膜を形成し、これを乾燥することにより負極を得ることができる。さらに得られた負極にプレスを施して、負極活物質層の膜厚や、かさ密度を調整してもよい。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。
[Manufacturing of negative electrode]
The negative electrode has a negative electrode active material layer on one side or both sides 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 technique for manufacturing electrodes in known lithium ion batteries, electric double layer capacitors and the like. For example, various materials including the negative electrode active material are dispersed or dissolved in water or an organic solvent to prepare a slurry coating liquid, and this coating liquid is applied to one or both sides of the negative electrode current collector. A negative electrode can be obtained by forming a coating film and drying it. Further, the obtained negative electrode may be pressed to adjust the film thickness and bulk density of the negative electrode active material layer. It is also possible to dry-mix various materials including the negative electrode active material without using a solvent, press-mold the obtained mixture, and then attach it to the negative electrode current collector using a conductive adhesive.

塗工液の調製においては、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もよい。前記塗工液の調製には、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できる。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。 In the preparation of the coating liquid, a part or all of various material powders including the negative electrode active material are dry-blended, and then water or an organic solvent and / or a liquid in which a binder or a dispersion stabilizer is dissolved or dispersed therein. Alternatively, a slurry-like substance may be added. Further, various material powders containing a negative electrode active material may be added to 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 liquid is not particularly limited, but preferably a disperser such as a homodisper, a multi-axis disperser, a planetary mixer, or a thin film swirling high-speed mixer can be used. In order to obtain a coating liquid in a good dispersed state, it is preferable to disperse at a peripheral speed of 1 m / s or more and 50 m / s or less. A peripheral speed of 1 m / s or more is preferable because various materials are satisfactorily dissolved or dispersed. Further, when it is 50 m / s or less, various materials are not destroyed by heat or shearing force due to dispersion, and reaggregation does not occur, which is preferable.

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。他方、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。
該塗工液の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 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 or more. It is 5,000 mPa · s or less. When the viscosity (ηb) is 1,000 mPa · s or more, liquid dripping during coating film formation is suppressed, and the coating film width and thickness can be satisfactorily controlled. On the other hand, when it is 20,000 mPa · s or less, the pressure loss in the flow path of the coating liquid when using the coating machine is small and stable coating can be performed, and the coating film thickness can be controlled to be less than the desired coating film thickness.
The TI value (thixotropy index value) of the coating liquid is preferably 1.1 or more, more preferably 1.2 or more, and further preferably 1.5 or more. When the TI value is 1.1 or more, the coating film width and thickness can be satisfactorily controlled.

塗膜の形成には、特に制限されるものではないが、好適にはダイコーターやコンマコーター、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でき来る。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、安定に塗工できる。他方、100m/分以下であれば、塗工精度を十分に確保できる。 The 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 single-layer coating or multi-layer 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 ensured.

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できる。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できる。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。 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. The coating film may be dried at a single temperature, or may be dried at different temperatures in multiple stages. Moreover, you may dry by combining a plurality of drying methods. 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 lower, cracks in the coating film due to rapid volatilization of the solvent, 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.

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できる。負極活物質層の膜厚、かさ密度、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、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負極活物質層の膜厚や、かさ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、使用する結着材の融点マイナス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、結着剤として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、結着剤としてスチレン−ブタジエン共重合体(融点100℃)を用いた場合、40℃以上150℃以下に加温することが好ましく、より好ましくは55℃以上130℃以下、さらに好ましくは70℃以上120℃以下に加温することである。
結着剤の融点は、DSC(Differential Scanning Calorimetry、示差走査熱量分析)の吸熱ピーク位置で求めることができる。例えば、パーキンエルマー社製の示差走査熱量計「DSC7」を用いて、試料樹脂10mgを測定セルにセットし、窒素ガス雰囲気中で、温度30℃から10℃/分の昇温速度で250℃まで昇温し、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。
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 press pressure, the gap, and the surface temperature of the press portion, which will be described later. The press pressure is preferably 0.5 kN / cm or more and 20 kN / cm or less, more preferably 1 kN / cm or more and 10 kN / cm or less, and further preferably 2 kN / cm or more and 7 kN / cm or less. When the press 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 does not bend or wrinkle, and the desired negative electrode active material layer film thickness and bulk density can be adjusted. Further, the gap between the press rolls can be set to an arbitrary value according to the film thickness of the desired negative electrode active material layer and the negative electrode film thickness after drying so as to have a bulk density. Further, the pressing speed can be set to an arbitrary speed at which the negative electrode does not bend or wrinkle. Further, the surface temperature of the pressed portion may be room temperature or may be heated if necessary. The lower limit of the surface temperature of the pressed portion at the time of heating is preferably the melting point of the binder to be used of minus 60 ° C. or higher, more preferably 45 ° C. or higher, still more preferably 30 ° C. or higher. On the other hand, the upper limit of the surface temperature of the pressed portion when heating 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 a binder, the temperature is preferably 90 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, more preferably 105 ° C. or higher and 180 ° C. or lower, and further 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 to 120 ° C. or higher and 120 ° C. or lower.
The melting point of the binder can be determined from the endothermic peak position of DSC (Differential Scanning Calorimetry, differential scanning calorimetry). For example, using a differential scanning calorimeter "DSC7" manufactured by PerkinElmer, 10 mg of sample resin is set in a measurement cell, and the temperature rises from 30 ° C. to 250 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min in a nitrogen gas atmosphere. The temperature is raised, and the endothermic peak temperature in the temperature raising process becomes the melting point.
Further, the press may be performed a plurality of times while changing the conditions of the press pressure, the gap, the speed, and the surface temperature of the press portion.

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。該負極活物質層の厚みの下限は、さらに好ましくは7μm以上であり、より好ましくは10μm以上である。該負極活物質層の厚みの上限は、さらに好ましくは80μm以下であり、より好ましくは60μm以下である。負極活物質層の厚みさが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、負極活物質層の厚みが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。尚、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みとは、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。 The thickness of the negative electrode active material layer is preferably 5 μm or more and 100 μm or less per side. The lower limit of the thickness of the negative electrode active material layer is more preferably 7 μm or more, and more 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, and more preferably 60 μm or less. When the thickness of the negative electrode active material layer is 5 μm or more, no streaks or the like are generated when the negative electrode active material layer is applied, and the coatability is excellent. On the other hand, when the thickness of the negative electrode active material layer is 100 μm or less, high energy density can be developed by reducing the cell volume. The thickness of the negative electrode active material layer when the current collector has through holes or irregularities means the average value of the thickness per side of the portion of the current collector that does not have through holes or irregularities.

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。他方、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 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 the negative electrode active materials can be exhibited. On the other hand, if 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.

本実施形態における出荷時及び使用後の非水系リチウム型蓄電素子における負極活物質のリチウムイオンのドープ量は、例えば、以下のようにして知ることができる。
先ず、本実施形態における負極活物質層をエチルメチルカーボネート又はジメチルカーボネートで洗浄し風乾した後、メタノール及びイソプロパノールから成る混合溶媒により抽出した抽出液と、抽出後の負極活物質層とを得る。この抽出は、典型的にはArボックス内にて、環境温度23℃で行われる。
このようにして得られた抽出液と、抽出後の負極活物質層と、に含まれるリチウム量を、それぞれ、例えば、ICP−MS(誘導結合プラズマ質量分析計)等を用いて定量し、その合計を求めることによって、負極活物質におけるリチウムイオンのドープ量を知ることができる。得られた値を抽出に供した負極活物質量で割り付けて、上記単位の数値を算出すればよい。
The amount of lithium ions doped in the negative electrode active material in the non-aqueous lithium-type power storage device at the time of shipment and after use in the present embodiment can be known, for example, as follows.
First, the negative electrode active material layer in the present embodiment is washed with ethyl methyl carbonate or dimethyl carbonate and air-dried, and then an extract extracted with a mixed solvent consisting of methanol and isopropanol and an extracted negative electrode active material layer are obtained. This extraction is typically performed in an Ar box at an environmental temperature of 23 ° C.
The amount of lithium contained in the extract thus obtained and the negative electrode active material layer after extraction is quantified using, for example, ICP-MS (inductively coupled plasma mass spectrometer), and the amount thereof is quantified. By obtaining the total, the amount of lithium ion doped in the negative electrode active material can be known. The obtained value may be allocated by the amount of the negative electrode active material used for extraction, and the numerical value in the above unit may be calculated.

1次粒子径は、粉体を電子顕微鏡で数視野撮影し、それらの視野中の粒子の粒子径を、全自動画像処理装置等を用いて2,000〜3,000個程度計測し、これらを算術平均した値を1次粒子径とする方法により得ることができる。 For the primary particle size, the powder is photographed in several fields with an electron microscope, and the particle size of the particles in those fields of view is measured by about 2,000 to 3,000 using a fully automatic image processing device or the like. Can be obtained by a method in which the value obtained by arithmetically averaging is used as the primary particle size.

[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または電極捲回体が形成される。
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 or an electrode wound body having the positive electrode precursor, the negative electrode and the separator.
As the separator, a polyethylene microporous film or polypropylene microporous film used in a lithium ion secondary battery, a cellulose non-woven paper used in an electric double layer capacitor, or the like can be used. A film made of organic or inorganic fine particles may be laminated on one side or both sides 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. A thickness of 5 μm or more is preferable because self-discharge due to internal microshorts tends to be small. On the other hand, when the thickness is 35 μm or less, the output characteristics of the power storage element tend to be high, which is preferable.
The film made of organic or inorganic fine particles is preferably 1 μm or more and 10 μm or less. A thickness of 1 μm or more is preferable because self-discharge due to internal microshorts tends to be small. On the other hand, when the thickness is 10 μm or less, the output characteristics of the power storage element tend to be high, which is preferable.

[組立]
セル組み立て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、正極端子と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と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で行う。
[assembly]
The electrode laminate obtained in the cell assembly step is a laminate obtained by laminating a positive electrode precursor and a negative electrode cut into a single-wafer shape via a separator, and connecting a positive electrode terminal and a negative electrode terminal to the laminate. Further, the electrode winding body is formed by winding a positive electrode precursor and a negative electrode via a separator, and connecting a positive electrode terminal and a negative electrode terminal to the winding body. 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 is used.

[外装体]
外装体としては、金属缶、ラミネート包材等を使用できる。
金属缶としては、アルミニウム製のものが好ましい。ラミネート包材としては、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 exterior body, a metal can, a laminated packaging material, or the like can be used.
The metal can is preferably made of aluminum. As the laminated packaging material, a film obtained by laminating a metal foil and a resin film is preferable, and a three-layer structure composed of an outer layer resin film / metal foil / interior resin film is exemplified. The outer 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 water and gas, and a foil of copper, aluminum, stainless steel or the like can be preferably used. Further, the interior resin film is for protecting the metal foil from the electrolytic solution stored inside and for melt-sealing the exterior body at the time of heat sealing, and polyolefins, acid-modified polyolefins and the like can be preferably used.

[外装体への収納]
正極端子及び負極端子を接続した電極積層体又は電極捲回体は、金属缶やラミネート包材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。外装体の封止方法は特に限定しないが、ラミネート包材を用いる場合は、ヒートシールやインパルスシールなどの方法を用いる。
[Storage in the exterior]
The electrode laminate or electrode wound body to which the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are connected should be housed in an exterior body typified by a metal can or a laminated packaging material, and sealed with only one opening left. Is preferable. The sealing method of the outer body is not particularly limited, but when a laminated packaging material is used, a method such as heat sealing or impulse sealing is used.

[乾燥]
電極積層体又は電極捲回体は、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。乾燥工程は、電極積層体又は電極捲回体に正極端子及び負極端子を接続する前に行ってもよいし、接続後に行ってもよい。また、電極積層体又は電極捲回体を外装材の中に収納する前に行ってもよいし、収納する後に行ってもよい。残存溶媒は、正極活物質層又は負極活物質層の重量あたり、1.5wt.%以下が好ましい。残存溶媒が1.5wt.%より多いと、系内に溶媒が残存し、自己放電特性やサイクル特性を悪化させるため、好ましくない。
[Dry]
It is preferable that the electrode laminate or the electrode wound body is dried to remove the residual solvent. The drying method is not limited, but it is dried by vacuum drying or the like. The drying step may be performed before connecting the positive electrode terminal and the negative electrode terminal to the electrode laminate or the electrode wound body, or may be performed after the connection. Further, the electrode laminate or the electrode wound body may be performed before being stored in the exterior material, or may be performed after the electrode wound body is stored. The residual solvent is preferably 1.5 wt.% Or less per weight of the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer. If the residual solvent is more than 1.5 wt.%, The solvent remains in the system and deteriorates the self-discharge characteristics and the cycle characteristics, which is not preferable.

[電解液]
本実施形態に係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。前記非水系電解液は、該非水系電解液の総量を基準として、0.5mol/L以上のリチウム塩を含有する。すなわち、非水系電解液は、リチウムイオンを電解質として含む。
[Electrolytic solution]
The electrolytic solution according to this embodiment is a non-aqueous electrolytic solution. That is, this electrolytic solution contains a non-aqueous solvent described later. The non-aqueous electrolyte solution contains 0.5 mol / L or more of lithium salt based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. That is, the non-aqueous electrolyte solution contains lithium ions as an electrolyte.

非水系電解液は、リチウム塩として、例えば、(LiN(SOF))、LiN(SOCF、LiN(SO、LiN(SOCF)(SO)、LiN(SOCF)(SOH)、LiC(SOF)、LiC(SOCF、LiC(SO、LiCFSO、LiCSO、LiPF、LiBF等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、LiPF及び/又はLiN(SOF)を含むことが好ましい。
非水系電解液中のリチウム塩濃度は、0.5mol/L以上であることが好ましく、0.5〜2.0mol/Lの範囲がより好ましい。リチウム塩濃度が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、リチウム塩濃度が2.0mol/L以下である場合、未溶解のリチウム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 non-aqueous electrolyte solution is, for example, (LiN (SO 2 F) 2 ), LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiN (SO 2 CF 3 ) ( SO 2 C 2 F 5 ), LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 2 F 4 H), LiC (SO 2 F) 3 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiC (SO 2 C 2 F 5) ) 3 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiPF 6 , LiBF 4, etc. can be used alone, or two or more of them may be mixed and used. It is preferable to contain LiPF 6 and / or LiN (SO 2 F) 2 because it can exhibit high conductivity.
The lithium salt concentration in the non-aqueous electrolyte solution is preferably 0.5 mol / L or more, more preferably 0.5 to 2.0 mol / L. When the lithium salt concentration is 0.5 mol / L or more, anions are sufficiently present, so that the capacity of the power storage element can be sufficiently increased. Further, when the lithium salt concentration is 2.0 mol / L or less, it is possible to prevent undissolved lithium salt from precipitating in the non-aqueous electrolyte solution and the viscosity of the electrolyte solution from becoming too high, resulting in a decrease in conductivity. It is preferable because it does not reduce the output characteristics.

非水系電解液は0.3mol/L以上1.5mol/L以下のLiN(SOF)を含むことが好ましい。より好ましくは0.6mol/L以上1.2mol/L以下である。LiN(SOF)が0.3mol/L以上であれば、電解液のイオン伝導度を高めるとともに、負極界面に電解質被膜が適量堆積し、そしてこのことによって電解液が分解することによるガスを低減することができる。他方、この値が1.5mol/L以下であれば、充放電の時に電解質塩の析出が起きず、かつ、長期間経過後であっても電解液の粘度が増加を引き起こすことがない。 The non-aqueous electrolyte solution preferably contains LiN (SO 2 F) 2 of 0.3 mol / L or more and 1.5 mol / L or less. More preferably, it is 0.6 mol / L or more and 1.2 mol / L or less. When LiN (SO 2 F) 2 is 0.3 mol / L or more, the ionic conductivity of the electrolytic solution is increased, and an appropriate amount of an electrolyte film is deposited on the negative electrode interface, which causes the electrolytic solution to decompose. Can be reduced. On the other hand, when this value is 1.5 mol / L or less, precipitation of the electrolyte salt does not occur during charging / discharging, and the viscosity of the electrolytic solution does not increase even after a long period of time.

非水系電解液は、非水溶媒として、好ましくは、環状カーボネートを含有する。非水系電解液が環状カーボネートを含有することは、所望の濃度のリチウム塩を溶解させる点、及び正極活物質層にリチウム化合物を適量堆積させる点で有利である。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、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート等が挙げられる。
環状カーボネートの合計含有量は、非水系電解液の総量基準で、好ましくは15質量%以上、より好ましくは20質量%以上である。上記合計含有量が15質量%以上であれば、所望の濃度のリチウム塩を溶解させることが可能となり、高いリチウムイオン伝導度を発現することができる。さらに正極活物質層にリチウム化合物を適量堆積させることが可能となり、電解液の酸化分解を抑制することができる。
The non-aqueous electrolyte solution preferably contains a cyclic carbonate as a non-aqueous solvent. The inclusion of the cyclic carbonate in the non-aqueous electrolyte solution is advantageous in that it dissolves a lithium salt having a desired concentration and that an appropriate amount of the lithium compound is deposited on the positive electrode active material layer. Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate and the like.
The total content of the cyclic carbonate is preferably 15% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. When the total content is 15% by mass or more, a lithium salt having a desired concentration can be dissolved, and high lithium ion conductivity can be exhibited. Further, an appropriate amount of lithium compound can be deposited on the positive electrode active material layer, and oxidative decomposition of the electrolytic solution can be suppressed.

非水系電解液は、非水溶媒として、好ましくは、鎖状カーボネートを含有する。非水系電解液が鎖状カーボネートを含有することは、高いリチウムイオン伝導度を発現する点で有利である。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、メチルエチルカーボネート、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。
鎖状カーボネートの合計含有量は、非水系電解液の総量基準で、好ましくは30質量%以上、より好ましくは35質量%以上であり、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。上記鎖状カーボネートの含有量が30質量%以上であれば、電解液の低粘度化が可能であり、高いリチウムイオン伝導度を発現することができる。上記合計濃度が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 electrolyte solution preferably contains a chain carbonate as a non-aqueous solvent. It is advantageous that the non-aqueous electrolyte solution contains a chain carbonate in that it exhibits high lithium ion conductivity. Examples of the chain carbonate include dialkyl carbonate compounds typified by dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate and the like. Dialkyl carbonate compounds are typically unsubstituted.
The total content of the chain carbonate is preferably 30% by mass or more, more preferably 35% by mass or more, preferably 95% by mass or less, and more preferably 90% by mass or less, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. is there. When the content of the chain carbonate is 30% by mass or more, the viscosity of the electrolytic solution can be reduced and high lithium ion conductivity can be exhibited. When the total concentration is 95% by mass or less, the electrolytic solution can further contain the additives described later.

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。 The non-aqueous electrolyte solution may further contain additives. The additive is not particularly limited, and for example, a sultone compound, cyclic phosphazene, acyclic fluorinated ether, fluorinated cyclic carbonate, cyclic carbonate, cyclic carboxylic acid ester, cyclic acid anhydride and the like may be used alone. It is possible, and two or more kinds may be mixed and used.

前記スルトン化合物としては、例えば、下記一般式(5)〜(7)のそれぞれで表されるスルトン化合物を挙げることができる。これらのスルトン化合物は、単独で用いてもよく、又は2種以上を混合して用いてもよい。

Figure 0006815126
{式(5)中、R11〜R16は、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、又は炭素数1〜12のハロゲン化アルキル基を表し、互いに同一であっても異なっていてもよく;そしてnは0〜3の整数である。}
Figure 0006815126
{式(6)中、R11〜R14は、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、又は炭素数1〜12のハロゲン化アルキル基を表し、互いに同一であっても異なっていてもよく;そしてnは0〜3の整数である。}
Figure 0006815126
{式(7)中、R11〜R16は、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、又は炭素数1〜12のハロゲン化アルキル基を表し、互いに同一であっても異なっていてもよい。} Examples of the sultone compound include sultone compounds represented by the following general formulas (5) to (7). These sultone compounds may be used alone or in combination of two or more.
Figure 0006815126
{In formula (5), R 11 to R 16 represent a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, or an alkyl halide group having 1 to 12 carbon atoms, and they are different even if they are the same. May be; and n is an integer from 0 to 3. }
Figure 0006815126
{In formula (6), R 11 to R 14 represent a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, or an alkyl halide group having 1 to 12 carbon atoms, and they are different even if they are the same. May be; and n is an integer from 0 to 3. }
Figure 0006815126
{In formula (7), R 11 to R 16 represent a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, or an alkyl halide group having 1 to 12 carbon atoms, and they are different even if they are the same. May be. }

本実施形態では、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、一般式(5)で表される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、一般式(6)で表される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、一般式(7)で表されるスルトン化合物としては、1,5,2,4−ジオキサジチエパン2,2,4,4−テトラオキシドが好ましく、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。 In the present embodiment, the sultone compound represented by the general formula (5) is selected from the viewpoint of having little adverse effect on resistance and suppressing decomposition of the non-aqueous electrolyte solution at high temperature to suppress gas generation. 1,3-Propane sultone, 2,4-butane sultone, 1,4-butane sultone, 1,3-butane sultone or 2,4-pentane sultone are preferable, and the sultone compound represented by the general formula (6) is 1, 3-Propens sultone or 1,4-butene sultone is preferable, and the sultone compound represented by the general formula (7) is 1,5,2,4-dioxadithioepan 2,2,4,4-tetraoxide. As the other sultone compounds, methylenebis (benzenesulfonic acid), methylenebis (phenylmethanesulfonic acid), methylenebis (ethanesulfonic acid), methylenebis (2,4,6,trimethylbenzenesulfonic acid), and methylenebis (2). -Trifluoromethylbenzene sulfonic acid), and it is preferable to select at least one selected from these.

本実施形態における非水系リチウム型蓄電素子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、0.5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0.5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。他方、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、非水系リチウム型蓄電素子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1質量%以上10質量%以下であり、更に好ましくは3質量%以上8質量%以下である。 The total content of the sultone compound in the non-aqueous electrolyte solution of the non-aqueous lithium-type power storage device in the present embodiment is preferably 0.5% by mass to 15% by mass based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. When the total content of the sultone compound in the non-aqueous electrolytic solution is 0.5% by mass or more, it is possible to suppress the decomposition of the electrolytic solution at a high temperature and suppress the 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 solution of the non-aqueous lithium-type power storage element is preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less from the viewpoint of achieving both high input / output characteristics and durability. It is preferably 3% by mass or more and 8% by mass or less.

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

非水系電解液における環状ホスファゼンの含有率は、該非水系電解液の総量を基準として、0.5質量%〜20質量%であることが好ましい。この値が0.5重量%以上であれば、高温における電解液の分解を抑制してガス発生を抑えることが可能となる。他方、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。環状ホスファゼンの含有率は、より好ましくは2質量%以上15質量%以下であり、更に好ましくは4質量%以上12質量%以下である。
尚、これらの環状ホスファゼンは、単独で用いてもよく、又は2種以上を混合して用いてもよい。
The content of cyclic phosphazene in the non-aqueous electrolyte solution is preferably 0.5% by mass to 20% by mass based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. When this value is 0.5% by weight or more, it is possible to suppress the decomposition of the electrolytic solution at a high temperature and suppress the gas generation. On the other hand, when this value is 20% by mass or less, the decrease in ionic conductivity of the electrolytic solution can be suppressed, and high input / output characteristics can be maintained. The content of cyclic phosphazene is more preferably 2% by mass or more and 15% by mass or less, and further preferably 4% by mass or more and 12% by mass or less.
These cyclic phosphazenes may be used alone or in combination of two or more.

非環状含フッ素エーテルとしては、例えばHCF2CF2OCH2CF2CF2H、CF3CFHCF2OCH2CF2CF2H、HCF2CF2CH2OCH2CF2CF2H、CF3CFHCF2OCH2CF2CFHCF3等が挙げられ、中でも、電気化学的安定性の観点から、HCF2CF2OCH2CF2CF2Hが好ましい。 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 CF HCF. 2 OCH 2 CF 2 CFHCF 3 and the like can be 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、該非水系電解液の総量を基準として、0.5質量%以上15質量%以下が好ましく、1質量%以上10質量%以下であることがより好ましい。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。他方、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るため、高度の入出力特性を発現することが可能となる。
尚、上記の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 acyclic 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 acyclic fluorinated ether is 0.5% by mass or more, the stability of the non-aqueous electrolyte solution against oxidative decomposition is enhanced, and a power storage element having high durability at high temperatures can be obtained. On the other hand, when the content of the acyclic fluorinated ether is 15% 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 the concentration is high. It is possible to express input / output characteristics.
The above-mentioned acyclic fluorine-containing ether may be used alone or in combination of two or more.

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

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

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

環状カルボン酸エステルの含有量は、該非水系電解液の総量を基準として、0.5質量%以上15質量%以下が好ましく、1質量%以上5質量%以下であることが更に好ましい。環状酸無水物の含有量が0.5質量%以上であれば、負極上の良質な被膜を形成することができ、負極上での電解液の還元分解を抑制することにより、高温時耐久性が高い蓄電素子が得られる。他方、環状カルボン酸エステルの含有量が5質量%以下であれば、電解質塩の溶解度が良好に保たれ、かつ非水系電解液のイオン伝導度を高く維持することができ、従って高度の入出力特性を発現することが可能となる。
尚、上記の環状カルボン酸エステルは、単独で使用しても、2種以上を混合して使用してもよい。
The content of the cyclic 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 cyclic acid anhydride is 0.5% by mass or more, a high-quality film can be formed on the negative electrode, and by suppressing the reductive decomposition of the electrolytic solution on the negative electrode, durability at high temperature is achieved. A high power storage element 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 maintained high, and therefore a high degree of input / output can be maintained. It becomes possible to express the property.
The above cyclic carboxylic acid ester 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。 As the cyclic acid anhydride, one or more selected from succinic anhydride, maleic anhydride, citraconic anhydride, and itaconic anhydride are preferable. Among them, it is preferable to select from succinic anhydride and maleic anhydride from the viewpoint that the production cost of the electrolytic solution can be suppressed due to industrial availability and that it is easily dissolved in the non-aqueous electrolytic solution.

環状酸無水物の含有量は、該非水系電解液の総量を基準として、0.5質量%以上15質量%以下が好ましく、1質量%以上10質量%以下であることが更に好ましい。環状酸無水物の含有量が0.5質量%以上であれば、負極上に良質な被膜を形成することができ、負極上における電解液の還元分解を抑制することにより、高温時耐久性が高い蓄電素子が得られる。他方、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るため、高度の入出力特性を発現することが可能となる。
尚、上記の環状酸無水物は、単独で使用しても、2種以上を混合して使用してもよい。
The content of the cyclic acid anhydride is preferably 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 cyclic acid anhydride is 0.5% by mass or more, a high-quality film can be formed on the negative electrode, and by suppressing the reductive decomposition of the electrolytic solution on the negative electrode, the durability at high temperature can be improved. A high power storage element 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 maintained high, so that high input / output It becomes possible to express the property.
The above cyclic acid anhydride may be used alone or in combination of two or more.

[注液、含浸、封止工程]
組立工程の終了後に、外装材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、後述するリチウムドープ工程において、ドープが不均一に進むため、得られる非水系リチウム型蓄電素子の抵抗が上昇したり、耐久性が低下したりする。上記含浸の方法としては、特に制限されないが、例えば、注液後の非水系リチウム型蓄電素子を、外装材が開口した状態で、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、外装材が開口した状態の非水系リチウム型蓄電素子を減圧しながら封止することで密閉する。
[Liquid injection, impregnation, sealing process]
After the assembly process is completed, the non-aqueous electrolyte solution is injected into the electrode laminate housed in the exterior material. After the completion of the liquid injection step, it is desirable to further impregnate and sufficiently immerse the positive electrode, the negative electrode, and the separator with a non-aqueous electrolytic solution. When the electrolytic solution is not immersed in at least a part of the positive electrode, the negative electrode, and the separator, the doping proceeds non-uniformly in the lithium doping step described later, so that the resistance of the obtained non-aqueous lithium storage element increases. Or the durability is reduced. The impregnation method is not particularly limited, but for example, a non-aqueous lithium-type power storage element after injection is installed in a decompression chamber with the exterior material open, and the inside of the chamber is decompressed using a vacuum pump. Then, a method of returning to atmospheric pressure can be used. After the impregnation step is completed, the non-aqueous lithium-type power storage element in which the exterior material is open is sealed while reducing the pressure.

[リチウムドープ工程]
リチウム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炭酸リチウムを分解することにより、正極前駆体中の炭酸リチウムを分解してリチウムイオンを放出し、負極でリチウムイオンを還元することにより負極活物質層にリオチウムイオンがプレドープされる。
このリチウムドープ工程において、正極前駆体中の炭酸リチウムの酸化分解に伴い、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。
[Lithium doping process]
In the lithium doping step, as a preferable step, a voltage is applied between the positive electrode precursor and the negative electrode to decompose the lithium carbonate, thereby decomposing the lithium carbonate in the positive electrode precursor and releasing lithium ions. By reducing lithium ions at the negative electrode, liotium ions are pre-doped into the negative electrode active material layer.
In this lithium doping step, gas such as CO 2 is generated due to oxidative decomposition of lithium carbonate in the positive electrode precursor. Therefore, when applying a voltage, it is preferable to take measures to release the generated gas to the outside of the exterior body. As this means, for example, a method of applying a voltage with a part of the exterior body opened; a state in which an appropriate gas release means such as a gas vent valve or a gas permeable film is previously installed in the part of the exterior body. Method of applying voltage with
And so on.

[エージング工程]
リチウムドープ工程の終了後に、非水系リチウム型蓄電素子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負極で分解し、負極表面にリチウムイオン透過性の固体高分子被膜が形成される。
上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]
After completion of the lithium doping step, it is preferable to age the non-aqueous lithium power storage device. In the aging step, the solvent in the electrolytic solution is decomposed at the negative electrode, and a lithium ion permeable solid polymer film is formed on the surface of 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、得られる非水系リチウム型蓄電素子の抵抗が上昇してしまう。
上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リチウム型蓄電素子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 the aging step is completed, it is preferable to further degas to surely remove the gas remaining in the electrolytic solution, the positive electrode, and the negative electrode. In a state where gas remains in at least a part of the electrolytic solution, the positive electrode, and the negative electrode, ion conduction is inhibited, so that the resistance of the obtained non-aqueous lithium storage element increases.
The degassing method is not particularly limited, but for example, a non-aqueous lithium-type power storage element is installed in a decompression chamber with the exterior body open, and the inside of the chamber is decompressed by using a vacuum pump. Can be used.

[蓄電素子の特性評価]
[静電容量]
本明細書中、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、非水系リチウム型蓄電素子と対応するセルを25℃に設定した恒温槽内で、2Cの電流値で3.8Vに到達するまで定電流充電を行い、次いで、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とする。ここで得られたQを用いて、F=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]
In the present specification, the capacitance F (F) is a value obtained by the following method:
First, in a constant temperature bath in which the cell corresponding to the non-aqueous lithium-type power storage element is set to 25 ° C, constant current charging is performed until the current value of 2C reaches 3.8V, and then a constant voltage of 3.8V is applied. The constant voltage charging to be applied is performed for a total of 30 minutes. After that, let Q be the capacitance when constant current discharge is performed with a current value of 2C up to 2.2V. It means a value calculated by F = Q / (3.8-2.2) using the Q obtained here.
Here, the C rate of the current is a current value at which the discharge is completed in one hour when the constant current discharge is performed from the upper limit voltage to the lower limit voltage, and is referred to as 1C. In the present specification, 1C is the current value at which the discharge is completed in 1 hour when the constant current discharge is performed from the upper limit voltage of 3.8 V to the lower limit voltage of 2.2 V.

[内部抵抗]
本明細書中、内部抵抗とは、それぞれ、以下の方法によって得られる値である:
先ず、非水系リチウム型蓄電素子と対応するセルを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、次いで、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。その後、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Eoとしたときに、降下電圧ΔE=3.8−Eo、及びR=ΔE/(20C(電流値A))により算出される値である。
[Internal resistance]
In the present specification, the internal resistance is a value obtained by the following method, respectively:
First, the cell corresponding to the non-aqueous lithium-type power storage element is charged with a constant current in a constant temperature bath set at 25 ° C. until it reaches 3.8 V with a current value of 20 C, and then a constant voltage of 3.8 V is applied. The constant voltage charging is performed for a total of 30 minutes. Then, a constant current discharge is performed up to 2.2 V with a current value of 20 C to obtain a discharge curve (time-voltage). In this discharge curve, when the voltage at the discharge time = 0 seconds obtained by extrapolating from the voltage values at the discharge times of 2 seconds and 4 seconds is set to Eo, the drop voltage ΔE = 3.8- It is a value calculated by Eo and R = ΔE / (20C (current value A)).

[電力量]
本明細書中、電力量E(Wh)とは、以下の方法によって得られる値である:
先に述べた方法で算出された静電容量F(F)を用いて、F×(3.8−2.2)/7200により算出される値をいう。
[Electric energy]
In the present specification, the electric energy E (Wh) is a value obtained by the following method:
It refers to the value calculated by F × (3.8 2 -2.2 2 ) / 7200 using the capacitance F (F) calculated by the method described above.

[体積]
蓄電素子の体積は、特に指定はないが、電極積層体又は電極捲回体のうち、正極活物質層および負極活物質層が積重された領域が、外装材によって収納された部分の体積を指す。
例えば、ラミネートフィルムによって収納された電極積層体又は電極捲回体の場合は、電極積層体又は電極捲回体のうち、正極活物質層および負極活物質層が存在する領域が、カップ成形されたラミネートフィルムの中に収納されるが、この蓄電素子の体積(V)は、このカップ成形部分の外寸長さ(l)と外寸幅(w)、およびラミネートフィルムを含めた蓄電素子の厚み(t)により、V=l×w×tで計算される。
角型の金属缶に収納された電極積層体又は電極捲回体の場合は、蓄電素子の体積としては、単にその金属缶の外寸での体積を用いる。すなわち、この蓄電素子の体積(V)は、角型の金属缶の外寸長さ(l)と外寸幅(w)、外寸厚み(t)により、V=l×w×tで計算される。
また、円筒型の金属缶に収納された電極捲回体の場合においても、蓄電素子の体積としては、その金属缶の外寸での体積を用いる。すなわち、この蓄電素子の体積(V)は、円筒型の金属缶の底面または上面の外寸半径(r)、外寸長さ(l)により、V=3.14×r×r×lで計算される。
[volume]
The volume of the power storage element is not particularly specified, but the volume of the portion of the electrode laminate or electrode wound body in which the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer are stacked is the volume of the portion housed by the exterior material. Point to.
For example, in the case of an electrode laminate or an electrode wound body housed by a laminate film, a region of the electrode laminate or the electrode wound body in which the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer are present is cup-molded. Although it is housed in the laminated film, the volume (V 1 ) of this power storage element is the outer dimension length (l 1 ) and outer dimension width (w 1 ) of the cup-molded portion, and the storage including the laminated film. It is calculated by V 1 = l 1 × w 1 × t 1 according to the thickness of the element (t 1 ).
In the case of an electrode laminate or an electrode winding body housed in a square metal can, the volume of the power storage element is simply the volume of the outer dimension of the metal can. That is, the volume (V 2 ) of this power storage element depends on the outer dimension length (l 2 ), outer dimension width (w 2 ), and outer dimension thickness (t 2 ) of the square metal can, and V 2 = l 2 It is calculated by × w 2 × t 2 .
Further, even in the case of an electrode winding body housed in a cylindrical metal can, the volume of the power storage element in the outer dimension of the metal can is used. That is, the volume (V 3 ) of this power storage element depends on the outer radius (r) and the outer dimension length (l 3 ) of the bottom surface or the upper surface of the cylindrical metal can, and V 3 = 3.14 × r × r. It is calculated by × l 3 .

[高負荷充放電サイクル試験]
本明細書中、高負荷充放電サイクル試験後の抵抗上昇率は、以下の方法によって測定する:
先ず、非水系リチウム型蓄電素子と対応するセルを25℃に設定した恒温槽内で、300Cの電流値で3.8Vに到達するまで定電流充電し、次いで、300C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、試験開始前と、試験終了後に内部抵抗測定を行い、試験開始前の内部抵抗をRa(Ω)、試験終了後の内部抵抗をRc(Ω)としたとき、試験開始前に対する高負荷充放電サイクル試験後の抵抗上昇率はRc/Raにより算出される。
[High load charge / discharge cycle test]
In the present specification, the resistance increase rate after the high load charge / discharge cycle test is measured by the following method:
First, the cell corresponding to the non-aqueous lithium-type power storage element is charged at a constant current in a constant temperature bath set at 25 ° C. until it reaches 3.8 V at a current value of 300 C, and then 2.2 V at a current value of 300 C. Constant current discharge is performed until reaches. When the charge / discharge process is repeated 60,000 times and the internal resistance is measured before the start of the test and after the end of the test, the internal resistance before the start of the test is Ra (Ω) and the internal resistance after the end of the test is Rc (Ω). The resistance increase rate after the high load charge / discharge cycle test before the start of the test is calculated by Rc / Ra.

本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子は、セル電圧4Vでの初期の内部抵抗をRa(Ω)、静電容量をF(F)、電力量をE(Wh)、蓄電素子の体積をV(L)としたとき、以下の:
(a)RaとFの積Ra・Fが0.3以上3.0以下である;
(b)E/Vが15以上50以下である;
を同時に満たすものであることが好ましい。
In the non-aqueous lithium storage element of this embodiment, the initial internal resistance at a cell voltage of 4 V is Ra (Ω), the capacitance is F (F), the electric energy is E (Wh), and the volume of the storage element is V. When (L) is set, the following:
(A) The product Ra / F of Ra and F is 0.3 or more and 3.0 or less;
(B) E / V is 15 or more and 50 or less;
It is preferable that the above conditions are satisfied at the same time.

(a)について、Ra・Fは、大電流に対して十分な充電容量と放電容量とを発現させる観点から、3.0以下であることが好ましく、より好ましくは1.9以下であり、更に好ましくは1.6以下である。Ra・Fが上記の上限値以下であれば、優れた入出力特性を有する蓄電素子を得ることができる。そのため、蓄電素子を用いた蓄電システムと、例えば、高効率エンジンと、を組み合わせること等によって該蓄電素子に印加される高負荷にも十分に耐え得ることとなり、好ましい。 Regarding (a), Ra and F are preferably 3.0 or less, more preferably 1.9 or less, and further, from the viewpoint of developing sufficient charge capacity and discharge capacity with respect to a large current. It is preferably 1.6 or less. When Ra and F are not more than the above upper limit values, a power storage element having excellent input / output characteristics can be obtained. Therefore, by combining a power storage system using a power storage element with, for example, a high-efficiency engine, it is possible to sufficiently withstand a high load applied to the power storage element, which is preferable.

(b)について、E/Vは十分な充電容量と放電容量とを発現させる観点から、15以上であることが好ましく、より好ましくは18以上であり、更に好ましくは20以上である。E/Vが上記の下限値以上であれば、優れた体積エネルギー密度を有する蓄電素子を得ることができる。そのため、蓄電素子を用いた蓄電システムを、例えば、自動車のエンジンと組み合わせて使用する場合に、自動車内の限られた狭いスペースに蓄電システムを設置することが可能となり、好ましい。 Regarding (b), the E / V is preferably 15 or more, more preferably 18 or more, and further preferably 20 or more, from the viewpoint of developing a sufficient charge capacity and discharge capacity. When the E / V is equal to or higher than the above lower limit value, a power storage element having an excellent volumetric energy density can be obtained. Therefore, when a power storage system using a power storage element is used in combination with, for example, an engine of an automobile, it is possible to install the power storage system in a limited narrow space in the automobile, which is preferable.

本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子は、セル電圧4Vでの初期の内部抵抗をRa(Ω)、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)、環境温度25℃にて、セル電圧を2.2Vから3.8Vまで、300Cのレートでの充放電サイクルを60,000回行った後の内部抵抗をRc(Ω)としたとき、以下の:
(c)Rb/Raが3.0以下である;
(d)セル電圧4V及び環境温度60℃において2か月間保存した時に発生するガス量が、25℃において30×10−3cc/F以下である;
(e)Rc/Raが0.9以上2.0以下である;
を同時に満たすことが好ましい。
The non-aqueous lithium power storage element of the present embodiment stores the initial internal resistance at a cell voltage of 4 V at Ra (Ω), a cell voltage of 4 V, and an ambient temperature of 60 ° C. for 2 months, and then stores the internal resistance at a cell voltage of 4 V. The internal resistance is Rc (Ω) after 60,000 charge / discharge cycles at a cell voltage of 2.2 V to 3.8 V and a rate of 300 C at an ambient temperature of 25 ° C. with a resistance of Rb (Ω). When, the following:
(C) Rb / Ra is 3.0 or less;
(D) The amount of gas generated when stored for 2 months at a cell voltage of 4 V and an environmental temperature of 60 ° C. is 30 × 10 -3 cc / F or less at 25 ° C.;
(E) Rc / Ra is 0.9 or more and 2.0 or less;
Is preferably satisfied at the same time.

(c)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2.0以下であり、更に好ましくは1.5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。 Regarding (c), Rb / Ra is preferably 3.0 or less from the viewpoint of developing sufficient charge capacity and discharge capacity for a large current when exposed to a high temperature environment for a long time. , More preferably 2.0 or less, still more preferably 1.5 or less. When Rc / Ra is not more than the above upper limit value, stable and excellent output characteristics can be obtained for a long period of time, which leads to a long life of the device.

(d)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、発生ガス量を25℃において測定した値として、25×10−3cc/F以下であることが好ましく、より好ましくは16×10−3cc/F以下であり、更に好ましくは6.0×10−3cc/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。 Regarding (d), the amount of gas generated when stored for 2 months at a cell voltage of 4.0 V and an environmental temperature of 60 ° C. is 25 ° C. from the viewpoint that the generated gas does not deteriorate the characteristics of the device. The value measured in 1 is preferably 25 × 10 -3 cc / F or less, more preferably 16 × 10 -3 cc / F or less, and further preferably 6.0 × 10 -3 cc / F or less. Is. When the amount of gas generated under the above conditions is equal to or less than the above upper limit value, there is no possibility that the cell will expand due to gas generation even when the device is exposed to a high temperature for a long period of time. Therefore, a power storage element having sufficient safety and durability can be obtained.

(e)について、高負荷充放電サイクル試験後の抵抗上昇率Rc/Raは、2.0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。高負荷充放電サイクル試験後の抵抗上昇率が上記の上限値以下であれば、充放電を繰り返してもデバイスの特性が維持される。そのため、長期間安定して優れた出力特性を得ることができ、デバイスの長寿命化につながる。 Regarding (e), the resistance increase rate Rc / Ra after the high load charge / discharge cycle test is preferably 2.0 or less, more preferably 1.5 or less, and further preferably 1.2 or less. .. If the resistance increase rate after the high load charge / discharge cycle test is not more than the above upper limit value, the characteristics of the device are maintained even if charging / discharging is repeated. Therefore, it is possible to stably obtain excellent output characteristics for a long period of time, which leads to a long life of the device.

本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子は、セル電圧4Vでの初期の内部抵抗をRa(Ω)、静電容量をF(F)、電力量をE(Wh)、蓄電素子の体積をV(L)、環境温度25℃にて、セル電圧を2.2Vから3.8Vまで、300Cのレートでの充放電サイクルを60,000回行った後の内部抵抗をRc(Ω)、としたとき、以下の:
(a)RaとFの積Ra・Fが0.3以上3.0以下である;
(b)E/Vが15以上50以下である;
(e)Rc/Raが0.9以上2.0以下である;
の全てを満たすものであることが好ましい。
In the non-aqueous lithium type power storage element of the present embodiment, the initial internal resistance at a cell voltage of 4 V is Ra (Ω), the capacitance is F (F), the electric energy is E (Wh), and the volume of the power storage element is V. (L), the internal resistance was Rc (Ω) after 60,000 charge / discharge cycles at a cell voltage of 2.2 V to 3.8 V and a rate of 300 C at an ambient temperature of 25 ° C. When:
(A) The product Ra / F of Ra and F is 0.3 or more and 3.0 or less;
(B) E / V is 15 or more and 50 or less;
(E) Rc / Ra is 0.9 or more and 2.0 or less;
It is preferable that all of the above are satisfied.

以下に、本発明を実施例及び比較例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
[炭酸リチウムの粉砕]
平均粒子径53μmの炭酸リチウム200gを、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℃に冷却化した後、ドライアイスビーズを用い、周速10.0m/sにて10分間粉砕した。−196℃で熱変性を防止し、脆性破壊すること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することで仕込みの炭酸リチウム粒子径を求めたところ、4.7μmであった。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.
[Crushing lithium carbonate]
200 g of lithium carbonate having an average particle diameter of 53 μm is cooled to -196 ° C. with liquid nitrogen using a crusher (liquid nitrogen bead mill LNM) manufactured by Imex, and then using dry ice beads at a peripheral speed of 10.0 m / s. Was crushed for 10 minutes. When the average particle size of lithium carbonate 1 obtained by preventing thermal denaturation at -196 ° C. and brittle fracture was measured, the charged lithium carbonate particle size was determined to be 4.7 μm.

[正極前駆体の調製]
[活性炭1の調製]
破砕されたヤシ殻炭化物を、小型炭化炉において窒素中、500℃において3時間炭化処理して炭化物を得た。得られた炭化物を賦活炉内へ入れ、1kg/hの水蒸気を予熱炉で加温した状態で前記賦活炉内へ導入し、900℃まで8時間かけて昇温して賦活した。賦活後の炭化物を取り出し、窒素雰囲気下で冷却して、賦活された活性炭を得た。得られた活性炭を10時間通水洗浄した後に水切りした。その後、115℃に保持された電気乾燥機内で10時間乾燥した後に、ボールミルで1時間粉砕を行うことにより、活性炭1を得た。この活性炭1について、島津製作所社製レーザー回折式粒度分布測定装置(SALD−2000J)を用いて平均粒径を測定した結果、4.2μmであった。また、ユアサアイオニクス社製細孔分布測定装置(AUTOSORB−1 AS−1−MP)を用いて細孔分布を測定した。その結果、BET比表面積が2360m/g、メソ孔量(V1)が0.52cc/g、マイクロ孔量(V2)が0.88cc/g、V1/V2=0.59であった。
[Preparation of positive electrode precursor]
[Preparation of activated carbon 1]
The crushed coconut shell carbide was carbonized in nitrogen at 500 ° C. for 3 hours in a small carbonization furnace to obtain carbonized material. The obtained carbide was put into an activation furnace, and 1 kg / h of steam was introduced into the activation furnace in a state of being heated by the preheating furnace, and the temperature was raised to 900 ° C. over 8 hours for activation. The activated carbon was taken out and cooled in a nitrogen atmosphere to obtain activated activated carbon. The obtained activated carbon was washed with water for 10 hours and then drained. Then, after drying in an electric dryer maintained at 115 ° C. for 10 hours, activated carbon 1 was obtained by pulverizing with a ball mill for 1 hour. The average particle size of this activated carbon 1 was 4.2 μm as a result of measuring the average particle size using a laser diffraction type particle size distribution measuring device (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 2360 m 2 / g, the mesopore amount (V1) was 0.52 cc / g, the micropore amount (V2) was 0.88 cc / g, and V1 / V2 = 0.59.

[活性炭2の調製]
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。その後濃度2mol/Lに調整した希塩酸中で1時間撹拌洗浄を行った後、蒸留水で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2を得た。この活性炭2について、ユアサアイオニクス社製細孔分布測定装置(AUTOSORB−1 AS−1−MP)を用いて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(V1)が1.50cc/g、マイクロ孔量(V2)が2.28cc/g、V1/V2=0.66であった。
[Preparation of activated carbon 2]
The phenol resin was carbonized in a firing furnace at 600 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere, then pulverized with a ball mill and classified to obtain a carbide having an average particle size of 7 μm. This carbide and KOH were mixed at a mass ratio of 1: 5, and activated by heating in a firing furnace at 800 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. Then, activated carbon 2 was obtained by stirring and washing in dilute hydrochloric acid adjusted to a concentration of 2 mol / L for 1 hour, boiling and washing with distilled water until the pH became stable between 5 and 6, and then drying. The pore distribution of this activated carbon 2 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 amount (V1) was 1.50 cc / g, the micropore amount (V2) was 2.28 cc / g, and V1 / V2 = 0.66.

[正極塗工液(組成a)の調製]
正極活物質として上記で得た活性炭1又は2を、仕込みの炭酸リチウムとして上記で得た炭酸リチウムを用いて下記方法で正極塗工液(組成a)を製造した。
活性炭1又は2を34.5質量部、炭酸リチウムを56.0質量部、ケッチェンブラックを2.0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6.0質量部、並びにNMP(N−メチルピロリドン)を混合し、それを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15.0m/sの条件で分散して塗工液(組成a)を得た。
[Preparation of positive electrode coating liquid (composition a)]
The positive electrode coating liquid (composition a) was produced by the following method using the activated carbon 1 or 2 obtained above as the positive electrode active material and the lithium carbonate obtained above as the charged lithium carbonate.
Activated carbon 1 or 2 by 34.5 parts by mass, lithium carbonate by 56.0 parts by mass, Ketjen black by 2.0 parts by mass, PVP (polyvinylidene) by 1.5 parts by mass, and PVDF (polyvinylidene fluoride) by mass. 6.0 parts by mass and NMP (N-methylpyrrolidone) are mixed, and the mixture is dispersed and coated at a peripheral speed of 15.0 m / s using a thin film swirling high-speed mixer fill mix manufactured by PRIMIX. A liquid (composition a) was obtained.

[正極塗工液(組成b)の調製]
正極活物質として上記で得た活性炭1又は2を、仕込みの炭酸リチウムとして上記で得た炭酸リチウムを用いて下記方法で正極塗工液(組成b)を製造した。
活性炭1又は2を59.5質量部、炭酸リチウムを28.0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)を混合し、それを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15.0m/sの条件で分散して塗工液(組成b)を得た。
[Preparation of positive electrode coating liquid (composition b)]
The positive electrode coating liquid (composition b) was produced by the following method using the activated carbon 1 or 2 obtained above as the positive electrode active material and the lithium carbonate obtained above as the charged lithium carbonate.
59.5 parts by mass of activated carbon 1 or 2, 28.0 parts by mass of lithium carbonate, 3.0 parts by mass of Ketjen Black, 1.5 parts by mass of PVP (polyvinylidene), and PVDF (polyvinylidene fluoride). 8.0 parts by mass and NMP (N-methylpyrrolidone) are mixed, and the mixture is dispersed and coated at a peripheral speed of 15.0 m / s using a thin film swirling high-speed mixer fill mix manufactured by PRIMIX. A liquid (composition b) was obtained.

[正極前駆体の調製]
上記で得た塗工液(組成a)又は塗工液(組成b)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2m/sの条件で塗工し、乾燥温度100℃で乾燥して正極前駆体を得た。得られた正極前駆体についてロールプレス機を用いて圧力4kN/cm、プレス部の表面温度25℃の条件でプレスを実施した。
[Preparation of positive electrode precursor]
The coating liquid (composition a) or coating liquid (composition b) obtained above was applied to one or both sides of an aluminum foil having a thickness of 15 μm using a die coater manufactured by Toray Engineering Co., Ltd. under the condition of a coating speed of 2 m / s. It was coated and dried at a drying temperature of 100 ° C. to obtain a positive electrode precursor. The obtained positive electrode precursor was pressed using a roll press machine under the conditions of a pressure of 4 kN / cm and a surface temperature of the press portion of 25 ° C.

[負極1の調製]
平均粒子径3.0μm、BET比表面積が1,780m/gの市販のヤシ殻活性炭150gをステンレススチールメッシュ製の籠に入れ、石炭系ピッチ(軟化点:50℃)270gを入れたステンレス製バットの上に置き、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、複合炭素材料1aを得た。この熱処理は窒素雰囲気下で行い、600℃まで8時間で昇温し、同温度で4時間保持する方法によった。次いで、自然冷却により60℃まで冷却した後、複合炭素材料1を炉から取り出した。
得られた複合炭素材料1について、上記と同様の方法で平均粒子径及びBET比表面積を測定した。その結果、平均粒子径は3.2μm、BET比表面積は262m/gであった。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 1]
The average particle diameter of 3.0 [mu] m, BET specific surface area was placed a commercial coconut shell activated carbon 150g of 1,780m 2 / g in a stainless steel mesh steel basket, coal-based pitch (softening point: 50 ° C.) stainless steel containing the 270g A composite carbon material 1a was obtained by placing them on a bat, placing both of them in an electric furnace (effective dimensions in the furnace 300 mm × 300 mm × 300 mm), and conducting a thermal reaction. This heat treatment was carried out in a nitrogen atmosphere, the temperature was raised to 600 ° C. in 8 hours, and the temperature was maintained at the same temperature for 4 hours. Then, after cooling to 60 ° C. by natural cooling, the composite carbon material 1 was taken out from the furnace.
With respect to the obtained composite carbon material 1, the average particle size and the BET specific surface area were measured by the same method as described above. As a result, the average particle size was 3.2 μm and the BET specific surface area was 262 m 2 / g. The mass ratio of the carboniferous material derived from the carboniferous pitch to the activated carbon was 78%.

次いで、複合炭素材料1を負極活物質として用いて負極を調製した。
複合炭素材料1を85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5質量部、並びにNMP(N−メチルピロリドン)を混合し、それを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15m/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。粘度(ηb)は2,789mPa・s、TI値は4.3であった。上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1m/sの条件で塗工し、乾燥温度85℃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4kN/cm、プレス部の表面温度25℃の条件でプレスを実施した。上記で得られた負極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。負極1の負極活物質層の膜厚は片面あたりの厚さは40μmであった。
Next, a negative electrode was prepared using the composite carbon material 1 as the negative electrode active material.
85 parts by mass of composite carbon material 1, 10 parts by mass of acetylene black, 5 parts by mass of PVdF (polyvinylidene fluoride), and NMP (N-methylpyrrolidone) are mixed and mixed with a thin film swirl type high speed manufactured by PRIMIX Corporation. A coating liquid was obtained by dispersing using a mixer fill mix under the condition of a peripheral speed of 15 m / s. 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. The viscosity (ηb) was 2,789 mPa · s, and the TI value was 4.3. 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 1 m / s, and dried at a drying temperature of 85 ° C. to obtain a negative electrode 1. It was. The obtained negative electrode 1 was pressed using a roll press machine under the conditions of a pressure of 4 kN / cm and a surface temperature of the pressed portion of 25 ° C. The film thickness of the negative electrode active material layer of the negative electrode 1 obtained above was measured from the average value of the thickness measured at any 10 points of the negative electrode 1 using a film thickness meter Linear Gauge Sensor GS-551 manufactured by Ono Keiki Co., Ltd. , Calculated by subtracting the thickness of the copper foil. The film thickness of the negative electrode active material layer of the negative electrode 1 was 40 μm per side.

[負極2の調製]
BET比表面積が3.1m/g、平均粒子径が4.8μmの市販の人造黒鉛150gをステンレススチールメッシュ製の籠に入れ、石炭系ピッチ(軟化点:50℃)15g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、複合炭素材料2を得た。この熱処理は窒素雰囲気下で行い、1000℃まで8時間で昇温し、同温度で4時間保持する方法によった。続いて自然冷却により60℃まで冷却した後、複合炭素材料2を炉から取り出した。
得られた複合炭素材料2について、上記と同様の方法で平均粒子径及びBET比表面積を測定した。その結果、平均粒子径は4.9μm、BET比表面積は6.1m/gであった。石炭系ピッチ由来の炭素質材料の人造黒鉛に対する質量比率は2%であった。
[Preparation of negative electrode 2]
Made of stainless steel containing 150 g of commercially available artificial graphite with a BET specific surface area of 3.1 m 2 / g and an average particle size of 4.8 μm in a stainless steel mesh cage and 15 g of coal-based pitch (softening point: 50 ° C.). The composite carbon material 2 was obtained by placing it on a bat, placing both of them in an electric furnace (effective size in the furnace 300 mm × 300 mm × 300 mm), and conducting a thermal reaction. This heat treatment was carried out in a nitrogen atmosphere, the temperature was raised to 1000 ° C. in 8 hours, and the temperature was maintained at the same temperature for 4 hours. Subsequently, after cooling to 60 ° C. by natural cooling, the composite carbon material 2 was taken out from the furnace.
The average particle size and BET specific surface area of the obtained composite carbon material 2 were measured by the same method as described above. As a result, the average particle size was 4.9 μm and the BET specific surface area was 6.1 m 2 / g. The mass ratio of the carboniferous material derived from the carboniferous pitch to artificial graphite was 2%.

次いで、複合炭素材料2を負極活物質として用いて負極を調製した。
複合炭素材料2を80質量部、アセチレンブラックを8質量部、及びPVdF(ポリフッ化ビニリデン)を12質量部、並びにNMP(N−メチルピロリドン)を混合し、それを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15m/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。粘度(ηb)は2,798mPa・s、TI値は2.7であった。上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1m/sの条件で塗工し、乾燥温度85℃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4kN/cm、プレス部の表面温度25℃の条件でプレスを実施した。上記で得られた負極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。負極1の負極活物質層の膜厚は片面あたりの厚さは25μmであった。
Next, a negative electrode was prepared using the composite carbon material 2 as the negative electrode active material.
80 parts by mass of composite carbon material 2, 8 parts by mass of acetylene black, 12 parts by mass of PVdF (polyvinylidene fluoride), and NMP (N-methylpyrrolidone) are mixed and mixed with a thin film swirl type high speed manufactured by PRIMIX Corporation. A coating liquid was obtained by dispersing under the condition of a peripheral speed of 15 m / s using a mixer fill mix. 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. The viscosity (ηb) was 2,798 mPa · s, and the TI value was 2.7. The above coating liquid is 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 1 m / s, and dried at a drying temperature of 85 ° C. to obtain a negative electrode 2. It was. The obtained negative electrode 2 was pressed using a roll press machine under the conditions of a pressure of 4 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 from the average value of the thickness measured at any 10 locations of the negative electrode 2 using a film thickness meter Linear Gauge Sensor GS-551 manufactured by Ono Keiki Co., Ltd. , Calculated by subtracting the thickness of the copper foil. The film thickness of the negative electrode active material layer of the negative electrode 1 was 25 μm per side.

[電解液の調製]
有機溶媒として、エチレンカーボネート(EC):メチルエチルカーボネート(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得た溶液を非水系電解液として使用した。
ここで調製した電解液におけるLiN(SOF)及びLiPFの濃度は、それぞれ、0.3mol/L及び0.9mol/Lであった。
[Preparation of electrolyte]
As an organic solvent, a mixed solvent of ethylene carbonate (EC): methyl ethyl carbonate (EMC) = 33: 67 (volume ratio) was used, and the concentration ratio of LiN (SO 2 F) 2 and LiPF 6 to the total electrolytic solution was A solution obtained by dissolving each electrolyte salt so that the sum of the concentrations of LiN (SO 2 F) 2 and LiPF 6 is 1.2 mol / L at 75:25 (molar ratio) is non-aqueous. Used as an electrolyte.
The concentrations of LiN (SO 2 F) 2 and LiPF 6 in the electrolytic solution prepared here were 0.3 mol / L and 0.9 mol / L, respectively.

[実施例1]
[蓄電素子の調製]
[蓄電素子の組立、乾燥]
得られた両面負極1、正極活物質として活性炭1、仕込み炭酸リチウムとして平均粒径4.7μmの炭酸リチウムを用いて、作製した塗工液組成(a)より得られた両面正極前駆体を10cm×10cm(100cm)にカットした。最上面と最下面は片面正極前駆体を用い、更に両面負極1を21枚と両面正極前駆体を20枚とを用い、負極と正極前駆体との間に、厚み15μmの微多孔膜セパレータを挟んで積層した。その後、負極と正極前駆体とに、それぞれ負極端子と正極端子を超音波溶接にて接続して電極積層体とした。この電極積層体を、温度80℃、圧力50Paで、乾燥時間60hrの条件で真空乾燥した。乾燥した電極積層体を露点−45℃のドライ環境下にて、アルミラミネート包材からなる外装体内に収納し、電極端子部とボトム部の外装体3方を、温度180℃、シール時間20sec、シール圧1.0MPaの条件でヒートシールした。
[Example 1]
[Preparation of power storage element]
[Assembly and drying of power storage element]
Using the obtained double-sided negative electrode 1, activated carbon 1 as the positive electrode active material, and lithium carbonate having an average particle size of 4.7 μm as the charged lithium carbonate, the double-sided positive electrode precursor obtained from the coating liquid composition (a) produced was 10 cm. It was cut into × 10 cm (100 cm 2 ). Single-sided positive electrode precursors are used for the uppermost and lowermost surfaces, 21 double-sided negative electrode 1s and 20 double-sided positive electrode precursors are used, and a microporous membrane separator having a thickness of 15 μm is inserted between the negative electrode and the positive electrode precursor. It was sandwiched and laminated. Then, the negative electrode terminal and the positive electrode terminal were connected to the negative electrode and the positive electrode precursor by ultrasonic welding, respectively, to form an electrode laminate. This electrode laminate was vacuum dried at a temperature of 80 ° C. and a pressure of 50 Pa under a drying time of 60 hr. The dried electrode laminate is housed in an exterior body made of aluminum laminate packaging material in a dry environment with a dew point of −45 ° C., and the electrode terminal portion and the bottom exterior body are placed at a temperature of 180 ° C. and a sealing time of 20 sec. Heat sealing was performed under the condition of a sealing pressure of 1.0 MPa.

[蓄電素子の注液、含浸、封止]
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、上記非水系電解液約80gを大気圧下で注入した。次いで、減圧チャンバーの中に前記非水系リチウム型蓄電素子を入れ、常圧から−87kPaまで減圧した後、大気圧に戻し、5分間静置した。次いで、常圧から−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、常圧から−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、非水系電解液を電極積層体に含浸させた。
その後、非水系リチウム型蓄電素子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。
[Liquid injection, impregnation, sealing of power storage elements]
About 80 g of the non-aqueous electrolyte solution was injected under atmospheric pressure into the electrode laminate housed in the aluminum laminate packaging material in a dry air environment at a temperature of 25 ° C. and a dew point of −40 ° C. or lower. Next, the non-aqueous lithium-type power storage element was placed in the decompression chamber, the pressure was reduced from normal pressure to −87 kPa, the pressure was returned to atmospheric pressure, and the mixture was allowed to stand for 5 minutes. Then, after reducing the pressure from normal pressure to −87 kPa, the step of returning to atmospheric pressure was repeated 4 times, and then the mixture was allowed to stand for 15 minutes. Further, the pressure was reduced from normal pressure to −91 kPa, and then returned to atmospheric pressure. Similarly, the steps of depressurizing and returning to atmospheric pressure were repeated 7 times in total. (Reduced pressure to -95, 96, 97, 81, 97, 97, 97 kPa, respectively). Through the above steps, the electrode laminate was impregnated with the non-aqueous electrolyte solution.
Then, the non-aqueous lithium-type power storage element was placed in a vacuum sealing machine, and the aluminum laminate packaging material was sealed by sealing at 180 ° C. for 10 seconds at a pressure of 0.1 MPa with the pressure reduced to −95 kPa.

[リチウムドープ工程]
得られた非水系リチウム型蓄電素子に対して、東洋システム社製の充放電装置(TOSCAT−3100U)を用いて、25℃環境下、電流値1.0A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、負極にリチウムドープを行った。
[Lithium doping process]
For the obtained non-aqueous lithium-type power storage element, a charging / discharging device (TOSCAT-3100U) manufactured by Toyo Systems Co., Ltd. was used to determine the voltage until the voltage reached 4.5 V at a current value of 1.0 A in an environment of 25 ° C. After the current charge, the initial charge was carried out by the method of continuing the 4.5 V constant voltage charge for 72 hours, and the negative electrode was lithium-doped.

[エージング工程]
リチウムドープ後の非水系リチウム型蓄電素子を25℃環境下、1.0A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。その後、非水系リチウム型蓄電素子を60℃の恒温槽に60時間保管した。
[Aging process]
The non-aqueous lithium-type power storage element after lithium doping is subjected to constant current discharge at 1.0 A until the voltage reaches 3.0 V in an environment of 25 ° C., and then 3.0 V constant current discharge is performed for 1 hour to increase the voltage. Adjusted to 3.0V. Then, the non-aqueous lithium-type power storage element was stored in a constant temperature bath at 60 ° C. for 60 hours.

[ガス抜き工程]
エージング後の非水系リチウム型蓄電素子を、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。次いで、減圧チャンバーの中に前記非水系リチウム型蓄電素子を入れ、KNF社製のダイヤフラムポンプ(N816.3KT.45.18)を用いて大気圧から−80kPaまで3分間かけて減圧した後、3分間かけて大気圧に戻す工程を合計3回繰り返した。その後、減圧シール機に非水系リチウム型蓄電素子を入れ、−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。
以上の工程により、蓄電素子が完成した。
[Degassing process]
A part of the aluminum laminate packaging material was opened in a dry air environment at a temperature of 25 ° C. and a dew point of −40 ° C. for the aged non-aqueous lithium-type power storage element. Next, the non-aqueous lithium-type power storage element is placed in the decompression chamber, and the pressure is reduced from atmospheric pressure to -80 kPa using a diaphragm pump (N816.3KT.45.18) manufactured by KNF for 3 minutes, and then 3 The process of returning to atmospheric pressure over a minute was repeated a total of 3 times. Then, a non-aqueous lithium-type power storage element was placed in a vacuum sealing machine, 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.
Through the above steps, the power storage element was completed.

[蓄電素子の評価]
[静電容量の測定]
前記工程で得られた蓄電素子について、25℃に設定した恒温槽内で、富士通テレコムネットワークス株式会社製の充放電装置(5V,360A)を用いて、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分行った。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とし、F=Q/(3.8−2.2)により算出した静電容量Fは、1000Fであった。
[Evaluation of power storage element]
[Measurement of capacitance]
The power storage element obtained in the above step reaches 3.8V at a current value of 2C using a charging / discharging device (5V, 360A) manufactured by Fujitsu Telecom Networks Limited in a constant temperature bath set at 25 ° C. Constant current charging was performed until the voltage was increased, and then constant voltage charging was performed for a total of 30 minutes by applying a constant voltage of 3.8 V. After that, the capacitance when constant current discharge was performed with a current value of 2C up to 2.2V was defined as Q, and the capacitance F calculated by F = Q / (3.8-2.2) was 1000F. ..

[Ra・Fの算出]
得られた蓄電素子について、25℃に設定した恒温槽内で、富士通テレコムネットワークス株式会社製の充放電装置(5V,360A)を用いて、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分間行い、その後、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/(20C(電流値A))により常温内部抵抗Raを算出した。
静電容量Fと25℃における内部抵抗Raとの積Ra・Fは1.05ΩFであった。
[Calculation of Ra / F]
The obtained power storage element is fixed in a constant temperature bath set at 25 ° C. using a charging / discharging device (5V, 360A) manufactured by Fujitsu Telecom Networks Co., Ltd. until it reaches 3.8V at a current value of 20C. Current charging, followed by constant voltage charging with a constant voltage of 3.8V for a total of 30 minutes, followed by constant current discharge to 2.2V with a current value of 20C, discharge curve (time-voltage) Got In this discharge curve, the voltage at the discharge time = 0 seconds obtained by extrapolating from the voltage values at the time points of the discharge times of 2 seconds and 4 seconds is defined as Eo, the voltage drop ΔE = 3.8-Eo, and The room temperature internal resistance Ra was calculated from R = ΔE / (20C (current value A)).
The product Ra · F of the capacitance F and the internal resistance Ra at 25 ° C. was 1.05 ΩF.

[E/Vの算出]
E/Vは、前記方法で得られた静電容量Fの値、および蓄電素子のラミネートフィルムのカップ成形部分の外寸長さ(l)と外寸幅(w)、及びラミネートフィルムを含めた蓄電素子の厚み(t)により、求められるV=l×w×tを用いて、E/V=F×(3.8−2.2)/7200/Vより18.5Wh/Lと算出された。
[Calculation of E / V]
The E / V is the value of the capacitance F obtained by the above method, the outer dimension length (l 1 ) and the outer dimension width (w 1 ) of the cup-molded portion of the laminated film of the power storage element, and the laminated film. E / V = F × (3.8 2 -2.2 2 ) / 7200 / V using V 1 = l 1 × w 1 × t 1 obtained by the thickness (t 1 ) of the power storage element included. It was calculated as 18.5 Wh / L from 1 .

[高温保存試験後のガス発生量]
得られた蓄電素子について、25℃に設定した恒温槽内で、富士通テレコムネットワークス株式会社製の充放電装置(5V,360A)を用いて、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をアルキメデス法によって測定した。Vb−Vaにより求めたガス発生量は10.3×10−3cc/Fであった。
[Gas generated after high temperature storage test]
The obtained power storage element is fixed in a constant temperature bath set at 25 ° C. using a charging / discharging device (5V, 360A) manufactured by Fujitsu Telecom Networks Limited until it reaches 4.0V at a current value of 100C. Current charging was followed by constant voltage charging to which a constant voltage of 4.0 V was applied for a total of 10 minutes. After that, the cell was stored in a 60 ° C environment, taken out from the 60 ° C environment every two weeks, charged to 4.0 V in the cell voltage in the same charging step, and then the cell was stored again in the 60 ° C environment. .. This step was repeated for 2 months, and the cell volume Va before the start of the preservation test and the cell volume Vb 2 months after the preservation test were measured by the Archimedes method. The amount of gas generated by Vb-Va was 10.3 × 10 -3 cc / F.

[Rb/Raの算出]
前記高温保存試験後の蓄電素子に対して、前記[Ra・Fの算出]と同様にして高温保存試験後の常温内部抵抗Rbを算出した。
このRb(Ω)を、前記[Ra・Fの算出]で求めた高温保存試験前の内部抵抗Ra(Ω)で除して算出した比Rb/Raは1.38であった。
[Calculation of Rb / Ra]
For the power storage element after the high temperature storage test, the room temperature internal resistance Rb after the high temperature storage test was calculated in the same manner as in the above [Calculation of Ra and F].
The ratio Rb / Ra calculated by dividing this Rb (Ω) by the internal resistance Ra (Ω) before the high temperature storage test obtained in the above [Calculation of Ra / F] was 1.38.

[高負荷充放電サイクル試験]
得られた蓄電素子について、25℃に設定した恒温槽内で、富士通テレコムネットワークス株式会社製の充放電装置(5V,360A)を用いて、300Cの電流値で3.8Vに到達するまで定電流充電し、続いて300C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60000回繰り返した。高負荷充放電サイクル試験後に前記[Ra・Fの算出]と同様にして高温保存試験後の常温内部抵抗Rcを算出した。このRc(Ω)を、前記[Ra・Fの算出]で求めた高負荷充放電サイクル試験前の内部抵抗Ra(Ω)で除して算出した比Rc/Raは1.17であった。
[High load charge / discharge cycle test]
The obtained power storage element is fixed in a constant temperature bath set at 25 ° C. using a charging / discharging device (5V, 360A) manufactured by Fujitsu Telecom Networks Limited until it reaches 3.8V at a current value of 300C. The charge / discharge step of charging with a current and then performing a constant current discharge with a current value of 300 C until reaching 2.2 V was repeated 60,000 times. After the high load charge / discharge cycle test, the room temperature internal resistance Rc after the high temperature storage test was calculated in the same manner as in the above [Calculation of Ra / F]. The ratio Rc / Ra calculated by dividing this Rc (Ω) by the internal resistance Ra (Ω) before the high load charge / discharge cycle test obtained in the above [Calculation of Ra / F] was 1.17.

[正極の顕微ラマン測定]
完成した複数の非水系リチウム型蓄電素子のうち、数点の素子を2.9Vに調整した後、23℃の部屋に設置された露点−90℃以下、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。取り出した正極電極体を、ジメチルカーボネート(DMC)で浸漬洗浄した後、大気非暴露を維持した状態下サイドボックス中で真空乾燥させた。
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ボックスに移した。上記正極電極体を、大気非暴露を維持した状態で断面加工装置に搬送し、断面作製を実施した。Arボックスから断面加工装置までの電極体の搬送の際は、大気非暴露が維持できる密封容器を使用した。断面加工装置は、試料にイオンビームを照射することによるエッチング加工を特徴としており、例えば、日本電子製のSM−09020CPなどが用いられる。断面加工条件は特に制限されないが、試料への加工ダメージが抑制される条件であることが好ましい。上記手法により作製された断面を有する正極電極体を、大気非暴露を維持した状態で断面加工装置からArボックスに搬送し、顕微ラマン測定に対応した大気非暴露セル、例えば、ナノフォトン社製LIBcellに移し替えて、顕微ラマン測定用試料とした。
[Microscopic Raman measurement of positive electrode]
Of the multiple non-aqueous lithium-type power storage elements completed, after adjusting several elements to 2.9V, Ar is installed in a room at 23 ° C and controlled at a dew point of -90 ° C or less and an oxygen concentration of 1 ppm or less. The positive electrode body was taken out by disassembling in the box. The removed positive electrode body was immersed and washed with dimethyl carbonate (DMC), and then vacuum dried in a side box under a state where it was not exposed to the atmosphere.
The dried positive electrode body was transferred from the side box to the Ar box while maintaining non-exposure to the atmosphere. The positive electrode body was transported to a cross-section processing apparatus while maintaining non-exposure to the atmosphere, and a cross-section was prepared. When transporting the electrode body from the Ar box to the cross-section processing device, a sealed container that can maintain non-exposure to the atmosphere was used. The cross-section processing apparatus is characterized by etching processing by irradiating a sample with an ion beam, and for example, SM-09020CP manufactured by JEOL Ltd. is used. The cross-section processing conditions are not particularly limited, but it is preferable that the conditions are such that processing damage to the sample is suppressed. A positive electrode body having a cross section produced by the above method is transported from a cross-section processing device to an Ar box while maintaining non-exposure to the atmosphere, and an air non-exposed cell corresponding to micro Raman measurement, for example, a LIB cell manufactured by Nanophoton Co., Ltd. It was transferred to a sample for microscopic Raman measurement.

炭酸イオンマッピングは、レニショー社の顕微ラマン分光装置inVia Reflexを用いて実施した。励起光のレーザーの波長は532 nmとし、長作動距離の50倍対物レンズを用いて、試料位置で約0.7 mWのパワーとなるよう集光した。正極断面の厚み方向に90μm、厚み方向と垂直方向に30μmの範囲を1μm間隔で点走査し、各測定点のラマンスペクトルを得た。ラマンスペクトルで1086 cm-1に観測される炭酸イオンによるピークについて、1071 cm-1から1104 cm-1に直線のベースラインを引き、ベースラインより正の領域に現れる面積とベースラインより負に現れる面積をそれぞれピーク面積として算出した。ベースラインより負に現れる面積の符号は負の値となるようにした。この炭酸イオンのピーク面積の空間分布として描き、炭酸イオンのイメージング画像を得た。 Bicarbonate ion mapping was performed using a Renishaw microscopic Raman spectrometer in Via Reflex. The wavelength of the laser of the excitation light was 532 nm, and a 50x objective lens with a long working distance was used to focus the light so that the power was about 0.7 mW at the sample position. A Raman spectrum of each measurement point was obtained by point scanning a range of 90 μm in the thickness direction of the positive electrode cross section and 30 μm in the direction perpendicular to the thickness direction at 1 μm intervals. For the bicarbonate peak observed at 1086 cm -1 in Raman spectrum, draw a straight baseline from 1071 cm -1 to 1104 cm -1, and the area appearing in the positive region from the baseline and appearing negative from the baseline. The area was calculated as the peak area. The sign of the area that appears negative from the baseline is set to be a negative value. The image of the carbonate ion was obtained by drawing it as a spatial distribution of the peak area of the carbonate ion.

[炭酸イオンマッピングの面積比率の算出方法]
炭酸イオンマッピングの面積比率は以下のように算出できる。各測定位置で得られた2700点のラマンスペクトルにおいて1071、1104cm−1の位置で直線のベースラインを設定し、ベースラインよりも高い部分の面積を正に、低い部分の面積を負とし、面積(a)とした。この面積(a)のマッピングデータを作成する。さらに、面積(a)の最大値から最小値を100個の区間数に分割し、ヒストグラムAを作成する。次に、ヒストグラムAにおいて、最大度数を与える面積値より負側の部分について、ガウス関数を用いて、最小二乗法でフィッティングすることで、ノイズ成分をガウス関数Bで近似した。元のヒストグラムAからこのフィッティングしたガウス関数Bを引いた差分が、CO 2−のピーク面積のヒストグラムCとなる。このヒストグラムCにおいて、最大頻度を与える面積(b)以上の累積頻度をCO 2−イオンのマッピング度数を求めたところ、462であった。これを全体の度数2700で除することによって、炭酸イオンマッピングの面積比率を算出したところ、5.1%と求められた。
[Calculation method of area ratio of carbonate ion mapping]
The area ratio of carbonate ion mapping can be calculated as follows. In the Raman spectrum of 2700 points obtained at each measurement position, a straight baseline is set at the position of 1071, 1104 cm -1 , and the area higher than the baseline is positive and the area lower than the baseline is negative. (A). Mapping data of this area (a) is created. Further, the maximum value to the minimum value of the area (a) are divided into 100 sections to create a histogram A. Next, in the histogram A, the noise component was approximated by the Gaussian function B by fitting the portion on the negative side of the area value giving the maximum frequency by the least squares method using the Gaussian function. Difference obtained by subtracting the fitting with Gaussian function B from the original histogram A is a histogram C of CO 3 2- in the peak area. In this histogram C, and cumulative frequency area (b) above to give the maximum frequency was determined mapping frequency of CO 3 2- ions, it was 462. By dividing this by the total frequency of 2700, the area ratio of carbonate ion mapping was calculated and found to be 5.1%.

[炭酸リチウム粒子の数平均粒子径Xの算出方法]
炭酸リチウムの数平均粒子径Xの算出方法としては、前記方法で得られたヒストグラムCで最大頻度を与えた面積(b)以上を与えた測定位置をマッピングし、これを炭酸リチウム粒子のマッピングデータとした。このデータより、炭酸リチウム粒子の個数n、粒子長径X(i=1,2,3,…,n)を求めた。さらに、数平均粒子径Xを下記式(8)により算出したところ、Xは2.0μmと求められた。

Figure 0006815126
[Calculation method of number average particle diameter X 1 of lithium carbonate particles]
As a method of calculating the number average particle diameter X 1 of lithium carbonate, the measurement position given the area (b) or more given the maximum frequency is mapped in the histogram C obtained by the above method, and this is mapped to the lithium carbonate particles. It was used as data. From this data, the number n of lithium carbonate particles and the particle major axis X i (i = 1, 2, 3, ..., N) were obtained. Further, when the number average particle diameter X 1 was calculated by the following formula (8), X 1 was determined to be 2.0 μm.
Figure 0006815126

[前記正極活物質粒子の数平均粒子径Yの算出方法]
正極活物質粒子の数平均粒子径Yは前記顕微ラマンを測定したのと同じ視野で、測定した光学顕微鏡画像と前記炭酸イオンマッピングデータとを重ね合わせた。これにより、光学顕微鏡像で確認される粒子から、炭酸塩粒子を除いたものを正極活物質粒子とし、視野内に確認される活物質粒子の個数m、粒子長径Y(i=1,2,3,…,m)を求めた。さらに、数平均粒子径Yを下記式(9)にて算出したところ、Yは12.3μmと求められた。

Figure 0006815126
[The positive electrode active number average calculation method of the particle diameter Y 1 of material particles]
The number average particle diameter Y 1 of the positive electrode active material particles was obtained by superimposing the measured optical microscope image and the carbonate ion mapping data in the same field of view as in which the microscopic Raman was measured. As a result, the particles confirmed by the optical microscope image obtained by removing the carbonate particles are used as the positive electrode active material particles, and the number of active material particles m confirmed in the field of view and the particle major axis Y i (i = 1, 2). , 3, ..., m) was obtained. Further, when the number average particle diameter Y 1 was calculated by the following formula (9), Y 1 was determined to be 12.3 μm.
Figure 0006815126

[炭酸リチウムの定量]
正極試料1を5cm×5cmの大きさ(重量0.256g)に切り出し、20gのメタノールに浸し、容器に蓋をして25℃環境下、3日間静置した。その後正極を取り出し、120℃、5kPaの条件にて10時間真空乾燥した。この時の正極重量Mは0.250gであり、洗浄後のメ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。次いで、25.00g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24.65gであったため、蒸留水を0.35g追加した。その後正極を取り出し、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0.223g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、メ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、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。前記式(4)により正極中の炭酸リチウムを定量したところ6.0質量%であった。
[Quantification of lithium carbonate]
The positive electrode sample 1 was cut into a size of 5 cm × 5 cm (weight 0.256 g), immersed in 20 g of methanol, the container was covered, and the mixture was allowed to stand in an environment of 25 ° C. for 3 days. Then, the positive electrode was taken out and vacuum dried at 120 ° C. and 5 kPa for 10 hours. At this time, the positive electrode weight M 0 is 0.250 g, and the GC / MS of the methanol solution after washing is measured under the condition that a calibration curve is prepared in advance, and the abundance of diethyl carbonate is less than 1%. confirmed. Then, 25.00 g of distilled water was impregnated with a positive electrode, the container was covered, and the mixture was allowed to stand in an environment of 45 ° C. for 3 days. Since the weight of distilled water after standing for 3 days was 24.65 g, 0.35 g of distilled water was added. Then, the positive electrode was taken out and vacuum dried at 150 ° C. and 3 kPa for 12 hours. At this time, the positive weight M 1 was 0.223 g, and GC / MS was measured on the distilled water after washing under the condition that a calibration curve was prepared in advance, and it was confirmed that the abundance of methanol was less than 1%. did. Then, a spatula, a brush, remove the active material layer on the positive electrode current collector by using a brush, it was 0.099g was weighed M 2 of the positive electrode current collector. When lithium carbonate in the positive electrode was quantified by the above formula (4), it was 6.0% by mass.

[A、Aの算出]
[正極試料の調製]
得られた残りの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、両面に正極活物質層が塗工された正極を10cm×5cmの大きさに切り出し、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℃、圧力1kPaの条件にて20時間乾燥し、正極試料1を得た。
[Calculation of A 1 and A 2 ]
[Preparation of positive electrode sample]
The remaining non-aqueous lithium-type power storage element was disassembled in an argon box having a dew point temperature of −72 ° C., and a positive electrode coated with a positive electrode active material layer on both sides was cut into a size of 10 cm × 5 cm, and 30 g of diethyl was obtained. Immersed in carbonate solvent, occasionally moving the positive electrode with tweezers and washing for 10 minutes. Subsequently, the positive electrode was taken out, air-dried in an argon box for 5 minutes, the positive electrode was immersed in a newly prepared 30 g of diethyl carbonate solvent, and washed for 10 minutes in the same manner as described above. The positive electrode was taken out from the argon box and dried using a vacuum dryer (manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd., DP33) at a temperature of 25 ° C. and a pressure of 1 kPa for 20 hours to obtain a positive electrode sample 1.

[正極表面SEM及びEDX測定]
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。次いで、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、電解放出型走査型電子顕微鏡 FE−SEM S−4700
・加速電圧:10kV
・エミッション電流:1μA
・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
・明るさは最大輝度に達する画素がなく、明るさの平均値が輝度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。
[Measurement of positive electrode surface SEM and EDX]
A small piece of 1 cm × 1 cm was cut out from the positive electrode sample 1, and the surface was coated with gold by sputtering in a vacuum of 10 Pa. Next, SEM and EDX on the surface of the positive electrode were measured under the conditions shown below under atmospheric exposure.
[SEM-EDX measurement conditions]
-Measuring device: Electron emission scanning electron microscope FE-SEM S-4700 manufactured by Hitachi High-Technology
・ Acceleration voltage: 10kV
・ Emission current: 1 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 integrations: 50 times-The brightness and contrast were adjusted so that there were no pixels that reached the maximum brightness and the average value of the brightness was within the range of 40% to 60%.

[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)を用いて明るさ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15.1%であり、フッ素マッピングの面積は31.5%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14.0%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=100×11.7/15.1より77.5%と算出できた。
[Analysis of SEM-EDX]
The obtained oxygen mapping and fluorine mapping were binarized based on the average value of brightness using image analysis software (ImageJ). The area of oxygen mapping at this time was 15.1% of the total image, and the area of fluorine mapping was 31.5%. The overlapping area of the oxygen mapping and the fluorine mapping obtained by binarization is 14.0% for all images, and if the area overlapping rate of the fluorine mapping for the oxygen mapping is A 1 [%], A 1 = It was calculated as 77.5% from 100 × 11.7 / 15.1.

[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、ビーム径500μmの条件にて正極試料1の面方向に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32.6%であった。
[Measurement of positive electrode cross section SEM and EDX]
A small piece of 1 cm × 1 cm is cut out from the positive electrode sample 1, and a cross section perpendicular to the plane direction of the positive electrode sample 1 is formed under the conditions of an acceleration voltage of 4 kV and a beam diameter of 500 μm using SM-09020CP manufactured by JEOL Ltd. and argon gas. Made. Then, the positive electrode cross sections SEM and EDX were measured by the above-mentioned method.
For SEM-EDX of the obtained positive electrode section, said the binarized oxygen mapping and fluorine mapping as well, was 32.6% when calculating the area overlapping ratio A 2 fluorine mapping for oxygen mapping.

[正極活物質層の解析]
完成した複数の非水系リチウム型蓄電素子のうち、数点の素子を2.9Vに調整した後、23℃の部屋に設置された露点−90℃以下、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。取り出した正極電極体を、ジメチルカーボネート(DMC)で浸漬洗浄した後、大気非暴露を維持した状態下サイドボックス内で真空乾燥させた。
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、(1)IC及び(2)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A(mol/ml)、抽出に用いた重水の体積B(ml)、及び抽出に用いた正極の活物質の質量C(g)から、下記式(10):
単位質量当たりの存在量(mol/g)=A×B÷C ...式(10)
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。
尚、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合剤(正極活物質層)を剥がし取り、該剥がし取った合剤を、水洗した後、真空乾燥した。真空乾燥して得た合剤を、NMP又はDMF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]
Of the multiple non-aqueous lithium-type power storage elements completed, after adjusting several elements to 2.9V, Ar is installed in a room at 23 ° C and controlled at a dew point of -90 ° C or less and an oxygen concentration of 1 ppm or less. The positive electrode body was taken out by disassembling in the box. The positive electrode body taken out was immersed and washed with dimethyl carbonate (DMC), and then vacuum dried in a side box under a state where it was not exposed to the atmosphere.
The dried positive electrode body was transferred from the side box to the Ar box while maintaining non-exposure to the atmosphere, and immersed in heavy water for extraction to obtain a positive electrode body extract. The extract was analyzed by (1) IC and (2) 1 H-NMR, and the concentration A (mol / ml) of each compound in the obtained positive electrode body extract and the volume B of heavy water used for extraction were obtained. From (ml) and the mass C (g) of the positive electrode active material used for extraction, the following formula (10):
Abundance per unit mass (mol / g) = A × B ÷ C. .. .. Equation (10)
The abundance (mol / g) of each compound deposited on the positive electrode body 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 mixture (positive electrode active material layer) was peeled off from the current collector of the positive electrode body remaining after extraction with heavy water, and the peeled mixture was washed with water and then vacuum dried. The mixture obtained by vacuum drying was washed with NMP or DMF. Subsequently, the obtained positive electrode active material layer was vacuum-dried again and then weighed to examine the mass of the positive electrode active material layer used for extraction.

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、上記と同一の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Aを求めた。
The positive electrode body extract was placed 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 (N manufactured by Nippon Seimitsu Kagaku Co., Ltd.). It was inserted into -5) and 1 H NMR measurement was performed by the double tube method. The signal of 1,2,4,5-tetrafluorobenzene was standardized at 7.1 ppm (m, 2H), and the integrated value of each observed compound was obtained.
In addition, deuterated chloroform containing dimethyl sulfoxide of known concentration was placed in a 3 mmφ NMR tube (PN-002 manufactured by Shigemi Co., Ltd.), and the same 1,2,4,5-tetrafluorobenzene-containing deuterated chloroform as described above was placed. It was inserted into a 5 mmφ NMR tube (N-5 manufactured by Nippon Seimitsu Kagaku Co., Ltd.) containing chloroform, 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 standardized at 7.1 ppm (m, 2H), and the integrated value of the signal of dimethyl sulfoxide at 2.6 ppm (s, 6H) was obtained. From the relationship between the concentration of dimethyl sulfoxide used and the integrated value, the concentration A of each compound in the positive electrode body extract was determined.

H NMRスペクトルの帰属は、以下のとおりである。
[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。
尚、上記において、Xは、それぞれ、−(COO)Li又は−(COO)(ここで、nは0又は1、Rは、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のハロゲン化アルキル基である。)である。
1 The attribution of the 1 H NMR spectrum is as follows.
[About XOCH 2 CH 2 OX]
XOCH 2 CH 2 OX CH 2 : 3.7 ppm (s, 4H)
CH 3 OX: 3.3 ppm (s, 3H)
CH 3 CH 2 OX CH 3 : 1.2 ppm (t, 3H)
CH 2 O of CH 3 CH 2 OX: 3.7 ppm (q, 2H) As described above, the signal of CH 2 of XOCH 2 CH 2 OX (3.7 ppm) is that of CH 2 O of CH 3 CH 2 OX. since overlaps the signal (3.7 ppm), with the exception of the CH 2 O equivalent of CH 3 CH 2 OX calculated from the signal of CH 3 CH 2 OX of CH 3 (1.2ppm), XOCH 2 CH 2 Calculate the amount of OX.
In the above, X is − (COO) n Li or − (COO) n R 1 (where n is 0 or 1, R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms and 1 carbon atom, respectively. It is an alkyl halide group of ~ 4).

上記(1)IC及び(2)H−NMR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、上記の正極電極体には、XOCHCHOXが229.8×10−4mol/g存在していた。 Based on the concentration of each compound in the extract obtained by the analysis of (1) IC and (2) 1 H-NMR, the volume of heavy water used for extraction, and the active material mass of the positive electrode used for extraction, the above positive electrode XOCH 2 CH 2 OX was present in the electrode body at 229.8 × 10 -4 mol / g.

[実施例2〜44並びに比較例1〜5]
正極前駆体の正極活物質、正極前駆体に仕込む炭酸リチウムの粒径、塗工液組成、フィルミクスの周速、負極、リチウムドープ工程の電圧と時間を、それぞれ、以下の表1に示す通りとした他は、実施例1と同様にして、実施例2〜44と比較例1〜5の非水系リチウム型蓄電素子をそれぞれ作製し、各種の評価を行った。得られた非水系リチウム型蓄電素子の評価結果を以下の表2に示す。
[Examples 2 to 44 and Comparative Examples 1 to 5]
The positive electrode active material of the positive electrode precursor, the particle size of lithium carbonate charged into the positive electrode precursor, the coating liquid composition, the peripheral speed of the film, the negative electrode, and the voltage and time of the lithium doping process are shown in Table 1 below. In the same manner as in Example 1, non-aqueous lithium-type electricity storage elements of Examples 2 to 44 and Comparative Examples 1 to 5 were produced and evaluated in various ways. The evaluation results of the obtained non-aqueous lithium-type power storage element are shown in Table 2 below.

Figure 0006815126
Figure 0006815126

Figure 0006815126
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以上の実施例より、本実施の形態にかかる蓄電素子は、初期入出力特性に優れ、高いエネルギー密度を有し、高負荷充放電サイクル特性、高温保存耐久性に優れるものであることが検証された。 From the above examples, it has been verified that the power storage element according to the present embodiment has excellent initial input / output characteristics, high energy density, high load charge / discharge cycle characteristics, and excellent high temperature storage durability. It was.

本発明に係る非水系リチウム型蓄電素子は、初期入出力特性に優れ、高いエネルギー密度を有し、高負荷充放電サイクル特性、高温保存耐久性に優れるため、例えば、自動車において、内燃機関又は燃料電池、モーター、及び蓄電素子を組み合わせたハイブリット駆動システムの分野、更には瞬間電力ピークのアシスト用途等で好適に利用できる。 The non-aqueous lithium-type power storage element according to the present invention has excellent initial input / output characteristics, high energy density, high load charge / discharge cycle characteristics, and excellent high temperature storage durability. Therefore, for example, in an automobile, an internal combustion engine or a fuel It can be suitably used in the field of hybrid drive systems that combine batteries, motors, and power storage elements, as well as in applications such as assisting instantaneous power peaks.

Claims (4)

正極、負極、セパレータ、リチウムイオンを含む非水系電解液を備える非水系リチウム型蓄電素子であって、
該負極が、負極集電体と、該負極集電体の片面上又は両面上に設けられた、負極活物質を含む負極活物質層とを有し、該負極活物質はリチウムイオンを吸蔵・放出できる炭素材料を含有し、
該正極が、正極集電体と、該正極集電体の片面上又は両面上に設けられた、活性炭からなる正極活物質を含む正極活物質層とを有し、
該正極が、該正極活物質層の全質量を基準として、1質量%以上50質量%以下の炭酸リチウム粒子を含有し、
該正極の断面の顕微ラマン分光測定により得られるイメージング画像において、断面積に占める炭酸イオンマッピングの面積比率が、1%以上40%以下であり、
前記炭酸リチウム粒子の数平均粒子径をXとするとき、1μm≦X≦5μmであり、前記正極活物質の数平均粒子径をYとするとき、3μm≦Y≦20μmであり、かつ、X<Yである、前記非水系リチウム型蓄電素子。
A non-aqueous lithium-type power storage element including a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte solution containing lithium ions.
The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material provided on one side or both sides of the negative electrode current collector, and the negative electrode active material occludes lithium ions. Contains a carbon material that can be released,
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material made of activated carbon provided on one side or both sides of the positive electrode current collector.
The positive electrode contains lithium carbonate particles of 1% by mass or more and 50% by mass or less based on the total mass of the positive electrode active material layer.
In the imaging image obtained by microscopic Raman spectroscopic measurement of the cross section of the positive electrode, the area ratio of carbonate ion mapping to the cross section is 1% or more and 40% or less.
When the number average particle diameter of the lithium carbonate particles is X 1 , 1 μm ≤ X 1 ≤ 5 μm, and when the number average particle diameter of the positive electrode active material is Y 1 , 3 μm ≤ Y 1 ≤ 20 μm. Moreover, the non-aqueous lithium-type power storage element in which X 1 <Y 1 is satisfied.
前記正極の断面の顕微ラマン分光測定により得られるイメージング画像において、断面積に占める炭酸イオンマッピングの面積比率が、2%以上20%以下である、請求項1に記載の非水系リチウム型蓄電素子。 The non-aqueous lithium-type power storage element according to claim 1, wherein the area ratio of carbonate ion mapping to the cross-sectional area is 2% or more and 20% or less in the imaging image obtained by microscopic Raman spectroscopic measurement of the cross section of the positive electrode. 正極、負極、セパレータ、及びリチウムイオンを含む非水系電解液を備える非水系リチウム型蓄電素子であって、
該負極が、負極集電体と、該負極集電体の片面上又は両面上に設けられた、負極活物質を含む負極活物質層とを有し、
該正極が、正極集電体と、該正極集電体の片面上又は両面上に設けられた、活性炭からなる正極活物質を含む正極活物質層とを有し、
該正極が、該正極活物質層の全質量を基準として、1質量%以上50質量%以下の炭酸リチウム粒子を含有し、
該正極の断面の顕微ラマン分光測定により得られるイメージング画像において、断面積に占める炭酸イオンマッピングの面積比率が、1%以上40%以下であり、
前記炭酸リチウム粒子の数平均粒子径をXとするとき、1μm≦X≦5μmであり、前記正極活物質の数平均粒子径をYとするとき、3μm≦Y≦20μmであり、かつ、X<Yであり、そして
該非水系リチウム型蓄電素子において、セル電圧4Vでの初期の内部抵抗をRa(Ω)、静電容量をF(F)、電力量をE(Wh)、蓄電素子の体積をV(L)としたとき、以下の:
(a)RaとFの積Ra・Fが0.3以上3.0以下である;
(b)E/Vが15以上50以下である;
を同時に満たすことを特徴とする、前記非水系リチウム蓄電素子。
A non-aqueous lithium-type power storage device including a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte solution containing lithium ions.
The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material provided on one side or both sides of the negative electrode current collector.
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material made of activated carbon provided on one side or both sides of the positive electrode current collector.
The positive electrode contains lithium carbonate particles of 1% by mass or more and 50% by mass or less based on the total mass of the positive electrode active material layer.
In the imaging image obtained by microscopic Raman spectroscopic measurement of the cross section of the positive electrode, the area ratio of carbonate ion mapping to the cross section is 1% or more and 40% or less.
When the number average particle diameter of the lithium carbonate particles is X 1 , 1 μm ≤ X 1 ≤ 5 μm, and when the number average particle diameter of the positive electrode active material is Y 1 , 3 μm ≤ Y 1 ≤ 20 μm. In addition, X 1 <Y 1 and in the non-aqueous lithium type power storage element, the initial internal resistance at a cell voltage of 4 V is Ra (Ω), the capacitance is F (F), and the electric energy is E (Wh). , When the volume of the power storage element is V (L), the following:
(A) The product Ra / F of Ra and F is 0.3 or more and 3.0 or less;
(B) E / V is 15 or more and 50 or less;
The non-aqueous lithium power storage element, which is characterized by simultaneously satisfying.
正極、負極、セパレータ、及びリチウムイオンを含む非水系電解液を備える非水系リチウム型蓄電素子であって、
該負極が、負極集電体と、該負極集電体の片面上又は両面上に設けられた、負極活物質を含む負極活物質層とを有し、
該正極が、正極集電体と、該正極集電体の片面上又は両面上に設けられた、活性炭からなる正極活物質を含む正極活物質層とを有し、
該正極が、該正極活物質層の全質量を基準として、1質量%以上50質量%以下の炭酸リチウム粒子を含有し、
該正極の断面の顕微ラマン分光測定により得られるイメージング画像において、断面積に占める炭酸イオンマッピングの面積比率が、1%以上40%以下であり、
前記炭酸リチウム粒子の数平均粒子径をXとするとき、1μm≦X≦5μmであり、前記正極活物質の数平均粒子径をYとするとき、3μm≦Y≦20μmであり、かつ、X<Yであり、そして
該非水系リチウム型蓄電素子において、セル電圧4Vでの初期の内部抵抗をRa(Ω)、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)、環境温度25℃にて、セル電圧を2.2Vから3.8Vまで、300Cのレートでの充放電サイクルを60,000回行った後の内部抵抗をRc(Ω)としたとき、以下の:
(c)Rb/Raが3.0以下である;
(d)セル電圧4V及び環境温度60℃において2か月間保存した時に発生するガス量が、25℃において25×10−3cc/F以下である;
(e)Rc/Raが0.9以上2.0以下である;
を同時に満たすことを特徴とする、前記非水系リチウム型蓄電素子。
A non-aqueous lithium-type power storage device including a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte solution containing lithium ions.
The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material provided on one side or both sides of the negative electrode current collector.
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material made of activated carbon provided on one side or both sides of the positive electrode current collector.
The positive electrode contains lithium carbonate particles of 1% by mass or more and 50% by mass or less based on the total mass of the positive electrode active material layer.
In the imaging image obtained by microscopic Raman spectroscopic measurement of the cross section of the positive electrode, the area ratio of carbonate ion mapping to the cross section is 1% or more and 40% or less.
When the number average particle size of the lithium carbonate particles is X 1 , 1 μm ≤ X 1 ≤ 5 μm, and when the number average particle size of the positive electrode active material is Y 1 , 3 μm ≤ Y 1 ≤ 20 μm. In addition, X 1 <Y 1 and after storing the initial internal resistance at a cell voltage of 4 V for 2 months at Ra (Ω), a cell voltage of 4 V, and an ambient temperature of 60 ° C. in the non-aqueous lithium type power storage element. After performing 60,000 charge / discharge cycles at a rate of 300 C, the internal resistance at a cell voltage of 4 V is Rb (Ω), the cell voltage is from 2.2 V to 3.8 V at an ambient temperature of 25 ° C. When the internal resistance is Rc (Ω), the following:
(C) Rb / Ra is 3.0 or less;
(D) The amount of gas generated when stored for 2 months at a cell voltage of 4 V and an environmental temperature of 60 ° C. is 25 × 10 -3 cc / F or less at 25 ° C.;
(E) Rc / Ra is 0.9 or more and 2.0 or less;
The non-aqueous lithium-type power storage element, which is characterized by simultaneously satisfying.
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