JP6957250B2 - 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、地球環境の保全及び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。
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。
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. The development of lithium-ion batteries is being energetically promoted as a promising candidate for high-energy density batteries that can meet such demands.
The second requirement is that the output characteristics are high. For example, in a combination of a high-efficiency engine and a power storage system (for example, a hybrid electric vehicle) or a combination of a fuel cell and a power storage system (for example, a fuel cell electric vehicle), high output discharge characteristics in the power storage system are required at the time of acceleration. There is.
Currently, electric double layer capacitors, nickel-metal hydride batteries, and the like are being developed as high-power power storage devices.

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、電気二重層キャパシタは、更なるエネルギー密度の向上が必要である。 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, the electric double layer capacitor needs to be further improved in 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, as well as 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、リチウムイオン電池に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。実際に使用できるリチウムイオン電池の容量は更に小さくなるから、耐久性をより一層向上させるための研究が精力的に進められている。 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 give the lithium ion battery practical durability, it is used in a range where the discharge depth is narrower than the range of 0 to 100%. Since the capacity of the lithium-ion battery that can be actually used becomes smaller, research for further improving the durability is being vigorously pursued.

前記のように、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。
キャパシタのエネルギーは1/2・C・V2(ここで、Cは静電容量であり、かつVは電圧である)で表される。
As described above, there is a strong demand for practical application 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, there is a demand for a new power storage element that satisfies these technical requirements. As a promising candidate, a power storage element called a lithium ion capacitor has attracted attention and is being actively developed.
The energy of the capacitor is represented by 1/2 · C · V2 (where C is the capacitance and V is the voltage).

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。
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。)。一方、電極に酸化物又は炭素材料を用い、ファラデー反応により充放電を行う場合は、エネルギー密度が高くなる(例えば活性炭を用いた非ファラデー反応の10倍とする。)が、耐久性及び出力特性に課題がある。
これらの電極材料の組合せとして、電気二重層キャパシタは、正極及び負極に活性炭(エネルギー密度1倍)を用い、正負極共に非ファラデー反応により充放電を行うことを特徴とし、高出力かつ高耐久性を有するが、エネルギー密度が低い(正極1倍×負極1倍=1)という特徴がある。
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.
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 electrode 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 characteristics are increased. There is a problem in.
As a combination of these electrode materials, the electric double-layer capacitor uses activated carbon (energy density 1 times) for the positive electrode and the negative electrode, and charges and discharges 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)であるが、出力特性及び耐久性に課題がある。更に、ハイブリッド電気自動車等で要求される高耐久性を満足させるためには放電深度を制限しなければならず、リチウムイオン二次電池では、そのエネルギーの10〜50%しか使用できない。 The 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 is 10 times the positive electrode x 10 times the negative electrode = 100, there are problems in output characteristics and durability. Further, in order to satisfy the high durability required for a hybrid electric vehicle or the like, the 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 features of a multi-layer capacitor and a lithium-ion secondary battery. It is characterized by having 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. be.

リチウムイオンキャパシタの用途としては、例えば、鉄道、建機、自動車用蓄電等が挙げられる。これらの用途では、作動環境が過酷なため、使用されるキャパシタは40℃以上の高温から0℃以下の低温まで幅広い温度範囲において優れた特性を有する必要がある。40℃以上の高温環境下では電解液の分解によるガス発生によって引き起こされる性能低下が問題となっている。このような課題への対策技術として、非水系電解液中に添加剤を加え、負極活物質の表面に、その分解物から成る被膜を形成させることによって、以後の充放電に伴う非水系電解液の還元分解を抑制し、電池の耐久性を向上させる技術がある。これに関連する技術として、特許文献1及び2では、電解液中に異なる構造を持つ2種の添加剤を含有させる蓄電素子が提案されている。また、特許文献3では、非水系電解液に添加剤を加えることで負極活物質の表面上に一定量の被膜を形成させた蓄電素子が提案されている。 Examples of applications of lithium ion capacitors include electric storage for railways, construction machinery, and automobiles. In these applications, the operating environment is harsh, so the capacitors used need to have excellent properties in a wide temperature range from high temperatures above 40 ° C to low temperatures below 0 ° C. In a high temperature environment of 40 ° C. or higher, there is a problem of performance deterioration caused by gas generation due to decomposition of the electrolytic solution. As a countermeasure technology for such problems, an additive is added to the non-aqueous electrolyte solution to form a film composed of its decomposition products on the surface of the negative electrode active material, so that the non-aqueous electrolyte solution will be charged and discharged thereafter. There is a technology to suppress the reduction and decomposition of the battery and improve the durability of the battery. As a technique related to this, Patent Documents 1 and 2 propose a power storage element in which two kinds of additives having different structures are contained in an electrolytic solution. Further, Patent Document 3 proposes a power storage element in which a certain amount of film is formed on the surface of a negative electrode active material by adding an additive to a non-aqueous electrolyte solution.

また、0℃以下の低温環境下では、蓄電素子の内部抵抗が大きくなり、急激な出力低下が引き起こされるという問題がある。
このような問題を解決する手段として、特許文献4及び5では、電解液中に特定の溶媒を含有させることで低温特性を向上させたリチウムイオンキャパシタが提案されている。特許文献5では、電解液中の混合溶媒の比率を最適化し、特定の負極活物質との適合性を高めることで、低温特性を向上させ、かつ高温試験時のガス発生を抑制することが出来るリチウムイオンキャパシタが提案されている。
Further, in a low temperature environment of 0 ° C. or lower, there is a problem that the internal resistance of the power storage element increases, causing a sudden decrease in output.
As a means for solving such a problem, Patent Documents 4 and 5 propose lithium ion capacitors having improved low temperature characteristics by containing a specific solvent in the electrolytic solution. In Patent Document 5, by optimizing the ratio of the mixed solvent in the electrolytic solution and enhancing the compatibility with a specific negative electrode active material, it is possible to improve the low temperature characteristics and suppress the gas generation during the high temperature test. Lithium ion capacitors have been proposed.

なお、本明細書において、メソ孔量はBJH法により、マイクロ孔量はMP法により、それぞれ算出されるが、BJH法は非特許文献1において提唱されており、かつMP法は、「t−プロット法」(非特許文献2)を利用して、マイクロ孔容積、マイクロ孔面積、及びマイクロ孔の分布を求める方法を意味し、非特許文献3において示される。 In the present specification, the mesopore amount is calculated by the BJH method and the micropore amount is calculated by the MP method. However, the BJH method is proposed in Non-Patent Document 1, and the MP method is "t-". It means a method of obtaining the micropore volume, the micropore area, and the distribution of micropores by using the "plot method" (Non-Patent Document 2), and is shown in Non-Patent Document 3.

特開2014−27196号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-27196 特開2013−206791号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-206791 特開2014−137861号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-137861 特開2015−70032号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-70032 特開2011−258915号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-258915

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

特許文献1及び2に記載の技術は、高温保存時のガス及び電極劣化を抑制させるものであるが、低温特性については言及されていない。特許文献3では、高温におけるサイクル特性に優れたキャパシタが提供されているが、特許文献3においては、高温サイクル試験後の特性変化に関しては結果が示されていない。また、特許文献4及び5に記載のリチウムイオンキャパシタは、低温における蓄電素子の特性を向上し得るものであるが、高温における耐久性の改善についての効果は確認されていない。特許文献5では、低温特性の向上に加えて、高温試験時のガス発生が抑制されたリチウムイオンキャパシタが提供されているが、高温試験後の特性変化については言及されていない。 The techniques described in Patent Documents 1 and 2 suppress deterioration of gas and electrodes during high-temperature storage, but do not mention low-temperature characteristics. Patent Document 3 provides a capacitor having excellent cycle characteristics at high temperatures, but Patent Document 3 does not show results regarding changes in characteristics after a high temperature cycle test. Further, the lithium ion capacitors described in Patent Documents 4 and 5 can improve the characteristics of the power storage element at a low temperature, but the effect of improving the durability at a high temperature has not been confirmed. Patent Document 5 provides a lithium ion capacitor in which gas generation during a high temperature test is suppressed in addition to improving low temperature characteristics, but does not mention a change in characteristics after a high temperature test.

以上のように、従来のリチウムイオンキャパシタにおいては、低温特性又は高温耐久性のどちらかに着目して、その優劣を評価しているに過ぎず、実用化に重要となる高温から低温までの幅広い温度範囲における蓄電素子の入出力特性と耐久性については考慮されていない。また、キャパシタに求められる寿命は10年〜15年であり、高温環境下で長期間使用した場合の特性変化が少ないことも、キャパシタの実際の使用において重要とされるが、その点についても従来のリチウムイオンキャパシタでは検討されていない。 As described above, in the conventional lithium ion capacitor, the superiority or inferiority of the conventional lithium ion capacitor is only evaluated by focusing on either the low temperature characteristic or the high temperature durability, and a wide range from high temperature to low temperature, which is important for practical use. The input / output characteristics and durability of the power storage element in the temperature range are not considered. In addition, the life required of a capacitor is 10 to 15 years, and it is important in the actual use of a capacitor that there is little change in characteristics when used for a long period of time in a high temperature environment. It has not been investigated for lithium-ion capacitors.

したがって、本発明が解決しようとする課題は、幅広い温度範囲での高い入出力特性と優れた高温耐久性を両立することができ、さらに、その特性を長期間に亘って保持することが出来る非水系リチウム型蓄電素子を提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is that both high input / output characteristics in a wide temperature range and excellent high temperature durability can be achieved, and the characteristics can be maintained for a long period of time. It is to provide an aqueous lithium type power storage element.

本発明者らは、リチウムイオンキャパシタにおいて、正極活物質として活性炭を使用し、正極活物質層に特定の構造式で示されるリチウム(Li)化合物を特定量含有させることにより、幅広い温度範囲での高い入出力特性と、高温環境下における電解液の分解によるガス発生及びこれによる特性劣化の抑制とを両立することが可能となることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、下記のとおりのものである。
[1]
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;
を含む非水系リチウム型蓄電素子であって、
前記負極が、負極集電体と、前記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、かつ前記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み、
前記正極が、正極集電体と、前記正極集電体の片面上又は両面上に設けられた、正極活物質を含む正極活物質層とを有し、かつ前記正極活物質は活性炭を含み、
式CHOX{式中、Xは、−(O)Li又は−(COO)Liであり、かつnは0又は1である。}で表される化合物の、前記正極物質層の単位質量当たりの含有量をAとし、かつ
式COX{式中、Xは、−(O)Li又は−(COO)Liであり、かつnは0又は1である。}で表される化合物の、前記正極物質層の単位質量当たりの含有量をBとしたとき、1.80≦A/B≦20.00であり、そして、
下記式(1)〜(3):
LiX−ORO−XIILi (1)
{式(1)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、かつX及びXIIは、それぞれ独立に−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}
LiX−ORO−XII (2)
{式(2)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、Rは、水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、又はアリール基であり、かつX及びXIIは、それぞれ独立に−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}
−ORO−XII (3)
{式(3)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、R及びRは、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、又はアリール基であり、かつX及びXIIは、それぞれ独立に−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}
の中から選択される化合物の、前記正極物質層の単位質量当たりの含有量をCとしたとき、Cが1.60×10−4mol/g〜150.0×10−4mol/gである非水系リチウム型蓄電素子。
[2]
前記式CHOX{式中、Xは、−(O)Li又は−(COO)Liであり、かつnは0又は1である。}で表される化合物の、前記負極物質層の単位質量当たりの含有量をDとし、かつ
前記式COX{式中、Xは、−(O)Li又は−(COO)Liであり、かつnは0又は1である。}で表される化合物の、前記負極物質層の単位質量当たりの含有量をEとしたとき、1.10≦D/E≦15.00である、[1]に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[3]
前記正極が、炭酸リチウム、酸化リチウム、水酸化リチウム、フッ化リチウム、塩化リチウム、シュウ化リチウム、ヨウ化リチウム、窒化リチウム、シュウ酸リチウム、及び酢酸リチウムから選択される1種以上のリチウム化合物を含み、該リチウム化合物の平均粒子径をXとするとき、0.1μm≦X≦10μmであり、前記正極活物質の平均粒子径をYとするとき、2μm≦Y≦20μmであり、X<Yであり、かつ前記正極中に含まれる該リチウム化合物の量が、1質量%以上50質量%以下である、[1]又は[2]に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[4]
前記非水系電解液が、ジメチルカーボネート(DMC)とエチルメチルカーボネート(EMC)を含有し、かつ
前記エチルメチルカーボネートに対する前記ジメチルカーボネートの体積比率(DMC/EMC)が、0.5以上8.0以下である、[1]〜[3]のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[5]
前記非水系電解液が、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成る群から選択される少なくとも1種の有機溶媒を含有する、[1]〜[4]のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[6]
前記正極集電体及び前記負極集電体が、無孔状の金属箔である、[1]〜[5]のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[7]
前記非水系電解液が、LiPF及び/又はLiBFを含有する、[1]〜[6]のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[8]
前記非水系電解液におけるLiN(SOF)の濃度が、前記非水系電解液の総量を基準として0.3mol/L以上1.5mol/L以下である、[1]〜[7]のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[9]
前記正極活物質層に含まれる前記正極活物質が、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をV1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をV2(cc/g)とするとき、0.3<V1≦0.8、及び0.5≦V2≦1.0を満たし、かつ、BET法により測定される比表面積が1,500m/g以上3,000m/g以下を示す活性炭である、[1]〜[8]のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[10]
前記正極活物質層に含まれる前記正極活物質が、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量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、[1]〜[8]のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[11]
前記負極に含まれる前記負極活物質のリチウムイオンのドープ量が、単位質量当たり530mAh/g以上2,500mAh/g以下である、[1]〜[10]のいずれか一項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100m/g以上1,500m/g以下である、[1]〜[11]のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[13]
前記負極に含まれる前記負極活物質のリチウムイオンのドープ量が、単位質量当たり50mAh/g以上700mAh/g以下である、[1]〜[10]のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[14]
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、[1]〜[10]及び[13]のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[15]
前記負極活物質の平均粒子径が、1μm以上10μm以下である、[13]又は[14]に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[16]
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)、電極積層体を収納している外装体の体積をV(L)、及び環境温度−10℃における内部抵抗をRbとした時、以下の(a)、(b)、及び(c)の要件:
(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、
(c)Rb/Raが10以下である
を同時に満たす、[1]〜[15]のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[17]
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25℃における内部抵抗をRc(Ω)とした時、以下の(d)及び(e)の要件:
(d)Rc/Raが0.3以上3.0以下である、
(e)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、
を同時に満たす、[1]〜[16]のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[18]
セル電圧4.0V、釘径2.5mmΦ、及び釘刺し速度20mm/secの条件下で実施した釘刺し試験において、試験時の発熱温度ΔTが80℃未満である、[1]〜[17]のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[19]
[1]〜[18]のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子を用いた蓄電モジュール。
[20]
[1]〜[18]のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子、又は[19]に記載の蓄電モジュールを用いた電力回生システム。
[21]
[1]〜[18]のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子、又は[19]に記載の蓄電モジュールを用いた電力負荷平準化システム。
[22]
[1]〜[18]のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子、又は[19]に記載の蓄電モジュールを用いた無停電電源システム。
[23]
[1]〜[18]のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子、又は[19]に記載の蓄電モジュールを用いた非接触給電システム。
[24]
[1]〜[18]のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子、又は[19]に記載の蓄電モジュールを用いたエナジーハーベストシステム。
[25]
[1]〜[18]のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子、又は[19]に記載の蓄電モジュールを用いた蓄電システム。
In the lithium ion capacitor, the present inventors use activated carbon as the positive electrode active material and contain a specific amount of the lithium (Li) compound represented by a specific structural formula in the positive electrode active material layer in a wide temperature range. We have found that it is possible to achieve both high input / output characteristics, gas generation due to decomposition of the electrolytic solution in a high temperature environment, and suppression of characteristic deterioration due to this, and completed the present invention.
That is, the present invention is as follows.
[1]
Positive electrode;
Negative electrode;
Separator; and non-aqueous electrolyte solution containing lithium ions;
It is a non-aqueous lithium-type power storage element containing
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.・ Including 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 provided on one side or both sides of the positive electrode current collector, and the positive electrode active material contains active carbon.
Equation CH 3 OX 1 {In the equation, X 1 is − (O) n Li or − (COO) n Li, and n is 0 or 1. }, The content of the compound represented by} per unit mass of the positive electrode material layer is defined as A, and the formula C 2 H 5 OX 2 {wherein X 2 is − (O) n Li or − (COO). n Li and n is 0 or 1. } When the content of the compound represented by} per unit mass of the positive electrode material layer is B, 1.80 ≦ A / B ≦ 20.00, and
The following formulas (1) to (3):
LiX I- OR 1 O-X II Li (1)
{In formula (1), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and XI and X II are independently − (COO) n. (Here, n is 0 or 1.). }
LiX I- OR 1 O-X II R 2 (2)
{In the formula (2), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and carbon. A mono or polyhydroxyalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a mono or polyhydroxyalkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or an aryl group. And X I and X II are independently − (COO) n (where n is 0 or 1). }
R 2 X I- OR 1 O-X II R 3 (3)
{In the formula (3), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 and R 3 are independently hydrogen and 1 carbon atom, respectively. Alkyl groups of 10 to 10, mono or polyhydroxyalkyl groups with 1 to 10 carbon atoms, alkenyl groups with 2 to 10 carbon atoms, mono or polyhydroxyalkenyl groups with 2 to 10 carbon atoms, cycloalkyl groups with 3 to 6 carbon atoms , Or an aryl group, and XI and X II are independently − (COO) n (where n is 0 or 1). }
Of a compound selected from among the content per unit mass of the positive electrode material layer upon the C, the C is 1.60 × 10 -4 mol / g~150.0 × 10 -4 mol / g A non-aqueous lithium-type power storage element.
[2]
The formula CH 3 OX 1 {in the formula, X 1 is − (O) n Li or − (COO) n Li, and n is 0 or 1. }, The content of the compound represented by the negative electrode material layer per unit mass is defined as D, and the formula C 2 H 5 OX 2 {in the formula, X 2 is − (O) n Li or − (COO). ) N Li, and n is 0 or 1. } When the content of the compound represented by} per unit mass of the negative electrode material layer is E, 1.10 ≦ D / E ≦ 15.00. element.
[3]
The positive electrode is one or more lithium compounds selected from lithium carbonate, lithium oxide, lithium hydroxide, lithium fluoride, lithium chloride, lithium oxalate, lithium iodide, lithium nitride, lithium oxalate, and lithium acetate. When the average particle size of the lithium compound is X 1 , it is 0.1 μm ≤ X 1 ≤ 10 μm, and when the average particle size of the positive electrode active material is Y 1 , it is 2 μm ≤ Y 1 ≤ 20 μm. , X 1 <Y 1 , and the amount of the lithium compound contained in the positive electrode is 1% by mass or more and 50% by mass or less, according to [1] or [2]. ..
[4]
The non-aqueous electrolyte solution contains dimethyl carbonate (DMC) and ethyl methyl carbonate (EMC), and the volume ratio (DMC / EMC) of the dimethyl carbonate to the ethyl methyl carbonate is 0.5 or more and 8.0 or less. The non-aqueous lithium-type power storage element according to any one of [1] to [3].
[5]
Any one of [1] to [4], wherein the non-aqueous electrolyte solution contains at least one organic solvent selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate and fluoroethylene carbonate. The non-aqueous lithium-type power storage element according to the section.
[6]
The non-aqueous lithium-type power storage element according to any one of [1] to [5], wherein the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are non-porous metal foils.
[7]
The non-aqueous lithium-type power storage element according to any one of [1] to [6], wherein the non-aqueous electrolyte solution contains LiPF 6 and / or LiBF 4.
[8]
[1] to [7], wherein the concentration of LiN (SO 2 F) 2 in the non-aqueous electrolyte solution is 0.3 mol / L or more and 1.5 mol / L or less based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. The non-aqueous lithium-type power storage element according to any one of the items.
[9]
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 for the positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer is V1 (cc / g), and the diameter is less than 20 Å calculated by the MP method. When the amount of micropores derived from the pores 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 [8], 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.
[10]
The positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer has a mesopore amount V1 (cc / g) of 0.8 <V1 ≦ 2.5 derived from pores having a diameter of 20 Å or more and 500 Å or less calculated by the BJH method. The micropore amount V2 (cc / g) derived from the pores having a diameter of less than 20 Å calculated by the MP method satisfies 0.8 <V2 ≦ 3.0, and the specific surface area measured by the BET method is 2. The non-aqueous lithium-type power storage element according to any one of [1] to [8], which is an activated carbon exhibiting 300 m 2 / g or more and 4,000 m 2 / g or less.
[11]
The non-aqueous system according to any one of [1] to [10], wherein the amount of lithium ions doped in the negative electrode active material contained in the negative electrode is 530 mAh / g or more and 2,500 mAh / g or less per unit mass. Lithium-type power storage element.
[12]
The non-aqueous lithium power storage device according to any one of [1] to [11], 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.
[13]
The non-aqueous lithium type according to any one of [1] to [10], wherein the amount of lithium ions doped in the negative electrode active material contained in the negative electrode is 50 mAh / g or more and 700 mAh / g or less per unit mass. Power storage element.
[14]
The non-aqueous lithium power storage device according to any one of [1] to [10] and [13], 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.
[15]
The non-aqueous lithium-type power storage element according to [13] or [14], wherein the average particle size of the negative electrode active material is 1 μm or more and 10 μm or less.
[16]
The initial internal resistance at a cell voltage of 4 V is Ra (Ω), the capacitance is F (F), the amount of power is E (Wh), and the volume of the exterior body containing the electrode laminate is V (L). And when the internal resistance at an ambient temperature of -10 ° C is Rb, the following requirements (a), (b), and (c) are:
(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.
(C) The non-aqueous lithium-type power storage device according to any one of [1] to [15], which simultaneously satisfies Rb / Ra of 10 or less.
[17]
When the initial internal resistance at a cell voltage of 4 V is Ra (Ω) and the internal resistance at 25 ° C after storage at a cell voltage of 4 V and an environmental temperature of 60 ° C. for 2 months is Rc (Ω), the following (d) And (e) requirement:
(D) Rc / Ra is 0.3 or more and 3.0 or less.
(E) 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.
The non-aqueous lithium-type power storage element according to any one of [1] to [16], which satisfies the above conditions at the same time.
[18]
In the nail piercing test performed under the conditions of a cell voltage of 4.0 V, a nail diameter of 2.5 mmΦ, and a nail piercing speed of 20 mm / sec, the heat generation temperature ΔT at the time of the test was less than 80 ° C. [1] to [17]. The non-aqueous lithium-type power storage element according to any one of the above.
[19]
A power storage module using the non-aqueous lithium power storage element according to any one of [1] to [18].
[20]
A power regeneration system using the non-aqueous lithium-type power storage element according to any one of [1] to [18] or the power storage module according to [19].
[21]
A power load leveling system using the non-aqueous lithium-type power storage element according to any one of [1] to [18] or the power storage module according to [19].
[22]
An uninterruptible power supply system using the non-aqueous lithium-type power storage element according to any one of [1] to [18] or the power storage module according to [19].
[23]
A non-contact power supply system using the non-aqueous lithium-type power storage element according to any one of [1] to [18] or the power storage module according to [19].
[24]
An energy harvesting system using the non-aqueous lithium-type power storage element according to any one of [1] to [18] or the power storage module according to [19].
[25]
A power storage system using the non-aqueous lithium power storage element according to any one of [1] to [18] or the power storage module according to [19].

本発明によれば、幅広い温度範囲での高い入出力特性と、高温における電解液の分解によるガス発生及びこれによる特性劣化の抑制とを両立するリチウムイオンキャパシタを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a lithium ion capacitor that has both high input / output characteristics in a wide temperature range, gas generation due to decomposition of an electrolytic solution at a high temperature, and suppression of characteristic deterioration due to the gas generation.

以下、本発明の実施形態(以下、「本実施形態」という。)を詳細に説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。本実施形態の各数値範囲における上限値及び下限値は任意に組み合わせて任意の数値範囲を構成することができる。
一般に、非水系リチウム型蓄電素子は、正極、負極、セパレータ、電解液、及び外装体を主な構成要素として備える。電解液としては、リチウム塩を溶解させた有機溶媒(以下、非水系電解液という。)を用いる。
Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter referred to as “the present embodiment”) will be described in detail, but the present invention is not limited to the present embodiment. The upper limit value and the lower limit value in each numerical range of the present embodiment can be arbitrarily combined to form an arbitrary numerical range.
Generally, a non-aqueous lithium-type power storage element includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, an electrolytic solution, and an exterior body as main components. As the electrolytic solution, an organic solvent in which a lithium salt is dissolved (hereinafter, referred to as a non-aqueous electrolytic solution) is used.

[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、リチウム化合物を含むことが好ましい。後述のように、本実施形態では蓄電素子組み立て工程内で、負極にリチウムイオンをプレドープすることが好ましい。そのプレドープ方法としては、前記リチウム化合物を含む正極前駆体、負極、セパレータ、外装体、及び非水系電解液を用いて蓄電素子を組み立てた後に、正極前駆体と負極との間に電圧を印加することが好ましい。前記リチウム化合物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。
[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 preferably contains a lithium compound 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 assembly process. As the pre-doping method, a voltage is applied between the positive electrode precursor and the negative electrode after assembling the power storage element using the positive electrode precursor containing the lithium compound, the negative electrode, the separator, the exterior body, and the non-aqueous electrolyte solution. Is preferable. The lithium compound 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 process is defined as a positive electrode precursor, and the positive electrode state after the lithium doping process is defined as a positive electrode.

[正極活物質層]
正極に含まれる正極活物質層は、活性炭を含む正極活物質を含有する。正極活物質層は、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、正極活物質以外のリチウム化合物が含有されることが好ましい。
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer contained in the positive electrode contains a positive electrode active material containing activated carbon. In addition to this, the positive electrode active material layer may contain an optional component such as a conductive filler, a binder, and a dispersion stabilizer, if necessary.
Further, it is preferable that the positive electrode active material layer of the positive electrode precursor contains a lithium compound other than the positive electrode active material.

[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。
好ましくは、該正極活物質の総量に対する該炭素材料の含有率が、50質量%以上であり、より好ましくは70質量%以上である。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%以下又は80質量%以下であることが好ましい。
[Positive electrode active material]
The positive electrode active material contains activated carbon. As the positive electrode active material, only activated carbon may be used, or in addition to activated carbon, other 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).
Preferably, the content of the carbon material with respect to the total amount of the positive electrode active material is 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more. The content of the carbon material can be 100% by mass, but is preferably 90% by mass or less or 80% by mass or less, for example, from the viewpoint of obtaining a good effect by the combined use of other materials.

正極活物質として用いる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、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。
There are no particular restrictions on the type of activated carbon used as the positive electrode active material 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 also.
(2) In order to obtain a high energy density, 0.8 <V1 ≦ 2.5 and 0.8 <V2 ≦ 3.0 are satisfied, and the specific surface area measured by the BET method is 2,300 m 2. Activated carbon having a / g or more and 4,000 m 2 / g or less (hereinafter, also referred to as activated carbon 2) is preferable.

以下、前記(1)活性炭1及び前記(2)活性炭2について、個別に順次説明していく。 Hereinafter, the (1) activated carbon 1 and the (2) activated carbon 2 will be described individually in sequence.

[活性炭1]
活性炭1のメソ孔量V1は、蓄電素子に組み込んだときの入出力特性を大きくする観点で、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観点から、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。
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観点から、1.0cc/g以下であることが好ましい。上記V2は、より好ましくは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、下限と上限の組み合わせは任意のものであることができる。
[Activated carbon 1]
The mesopore amount V1 of the activated carbon 1 is preferably a value larger than 0.3 cc / g from the viewpoint of increasing the input / output characteristics when incorporated in the power storage element. On the other hand, from the viewpoint of suppressing a decrease in the bulk density of the positive electrode, it is preferably 0.8 cc / g or less. 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 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, from the viewpoint of suppressing the bulk of the activated carbon, increasing the density as an electrode, and increasing the capacity per unit volume, it is preferably 1.0 cc / g or less. The above 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 combination of the lower limit and the upper limit can be arbitrary.

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観点から、V1/V2が0.3以上であることが好ましい。一方で、高出力特性を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観点から、V1/V2は0.9以下であることが好ましい。より好ましいV1/V2の範囲は0.4≦V1/V2≦0.7、更に好ましいV1/V2の範囲は0.55≦V1/V2≦0.7である。尚、下限と上限の組み合わせは任意のもの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 combination of the lower limit and the upper limit can be arbitrary.

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観点から、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、容量を最大にする観点から、活性炭1の平均細孔径は25Å以下であることが好ましい。 The 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.

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、下限と上限の組み合わせは任意のものであることができる。 BET specific surface area of the activated carbon 1 is preferably from 1,500 m 2 / g or more 3,000 m 2 / g, more preferably not more than 1,500 m 2 / g or more 2,500 m 2 / g. When the BET specific surface area is 1,500 m 2 / g or more, a good energy density 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 combination of the lower limit and the upper limit can be arbitrary.

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 the treatment method 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 shells and wood flour and their carbides are preferable, and coconut shell carbides are 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 the carbonization and activation methods 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 an inert gas such as nitrogen, carbon dioxide, helium, argon, xenone, neon, carbon monoxide, and combustion exhaust gas, or another gas 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。これらのうち、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)掛けて800〜1,000℃まで昇温して賦活することが好ましい。
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 water vapor 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 fired 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 firing temperature and firing time in the carbonization method with the amount of activated gas supplied, the rate of temperature rise, and the 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、2〜20μmであることが好ましい。
上記平均粒子径が2μm以上であると、活物質層の密度が高いために電極体積当たりの容量が高くなる傾向がある。ここで、平均粒子径が小さいと耐久性が低いという欠点を招来する場合があるが、平均粒子径が2μm以上であればそのような欠点が生じ難い。一方で、平均粒子径が20μm以下であると、高速充放電には適合し易くなる傾向がある。上記平均粒子径は、より好ましくは2〜15μmであり、更に好ましくは3〜10μmである。上記平均粒子径の範囲の上限と下限は、任意に組み合わせることができる。
The average particle size of activated carbon 1 is preferably 2 to 20 μm.
When the average particle size is 2 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 2 μm or more, such a defect is unlikely to occur. On the other hand, when the average particle size is 20 μm or less, it tends to be easily adapted to high-speed charging / discharging. The average particle size is more preferably 2 to 15 μm, still more preferably 3 to 10 μm. The upper and lower limits of the average particle size range can be arbitrarily combined.

[活性炭2]
活性炭2のメソ孔量V1は、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、V1は、蓄電素子の容量の低下を抑える観点から、2.5cc/g以下であることが好ましい。上記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 incorporated in the power storage element. On the other hand, V1 is preferably 2.5 cc / g or less from the viewpoint of suppressing a decrease in the capacity of the power storage element. The above 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。一方、V2は、活性炭の電極としての密度を増加させ、単位体積当たりの容量を増加させるという観点から、3.0cc/g以下であることが好ましい。V2は、より好ましくは1.0cc/g超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。 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, V2 is preferably 3.0 cc / g or less from the viewpoint of increasing the density of activated carbon as an electrode and increasing the capacity per unit volume. V2 is more preferably more than 1.0 cc / g and 2.5 cc / g or less, and further preferably 1.5 cc / g or more and 2.5 cc / g or less.

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。一方、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。
なお、活性炭2のV1、V2及びBET比表面積については、それぞれ上記で説明された好適な範囲の上限と下限を、任意に組み合わせることができる。
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.
Regarding the V1, V2 and BET specific surface areas of the activated carbon 2, the upper and lower limits of the preferable ranges described above can be arbitrarily combined.

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 by using, for example, the raw materials and treatment methods described below.
The carbon source used as a raw material for the activated charcoal 2 is not particularly limited as long as it is a carbon source normally used as a raw material for activated charcoal. And other fossil-based raw materials; various synthetic resins such as phenol resin, furan resin, vinyl chloride resin, vinyl acetate resin, melamine resin, urea resin, 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又は賦活処理時の加熱方法としては、例えば、固定床方式、移動床方式、流動床方式、スラリー方式、ロータリーキルン方式等の公知の方式が挙げられる。加熱時の雰囲気は窒素、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス、又はこれらの不活性ガスを主成分として他のガスとの混合したガスが用いられる。炭化温度は400〜700℃(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時間程度に亘って焼成することが好ましい。 Examples of the method of carbonizing these raw materials or 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 heating atmosphere, an inert gas such as nitrogen, carbon dioxide, helium, or argon, or a gas containing these inert gases as the main component and mixed with other gases is used. The carbonization temperature is preferably 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法があるが、高比表面積の活性炭を作製するにはアルカリ金属賦活法が好ましい。
この賦活方法では、炭化物とKOH、NaOH等のアルカリ金属化合物との質量比が1:1以上(アルカリ金属化合物の量が、炭化物の量と同じかこれよりも多い量)となるように混合した後に、不活性ガス雰囲気下で600〜900℃(好ましくは650℃〜850℃)の範囲において、0.5〜5時間に亘って加熱を行い、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 carbide treatment include a gas activation method in which the carbide is fired using an activated gas such as water vapor, 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 mixture was mixed so that the mass ratio of the carbide to the alkali metal compound such as KOH or NaOH was 1: 1 or more (the amount of the alkali metal compound was the same as or larger than the amount of the carbide). Later, the mixture was heated in an inert gas atmosphere at 600 to 900 ° C. (preferably 650 ° C. to 850 ° C.) for 0.5 to 5 hours, and then the alkali metal compound was washed and removed with acid and water. , Further drying.

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以上が好ましいことを先記したが、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よりも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。
なお、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2μm以上20μm以下であることが好ましく、より好ましくは3μm以上10μm以下である。
It was mentioned earlier that the mass ratio of the carbide to the alkali metal compound (= carbide: alkali metal compound) is preferably 1: 1 or more. However, 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 such that the amount of the alkali metal compound increases rather than 1: 3, and it is preferably 1: 5.5 or less. The mass ratio increases as the amount of the alkali metal compound increases, but 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 at the time of activation 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 2 μm or more and 20 μm or less, and more preferably 3 μm or more and 10 μm or less.

[活性炭の使用態様]
活性炭1及び2は、それぞれ、1種の活性炭であってもよいし、2種以上の活性炭の混合物であって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%であることが最も好ましい。
[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.
As the activated carbons 1 and 2 described above, either one of them may be selected and used, or both may be mixed and used.
The positive electrode active material is a material other than 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 the exemplary embodiment, the content of the activated carbon 1, the content of the activated carbon 2, or the total content of the activated carbons 1 and 2 is preferably more than 50% by mass, 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 most 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上限としては、45質量%以上であることがより好ましく、55質量%以上であることがさらに好ましい。他方、正極活物質の含有割合の下限としては、90質量%以下であることがより好ましく、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。 The content ratio of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is preferably 35% by mass or more and 95% by mass or less based on the total mass of the positive electrode active material layer in the positive electrode precursor. The upper limit of the content ratio of the positive electrode active material is more preferably 45% by mass or more, further preferably 55% by mass or more. On the other hand, the lower limit of the content ratio of the positive electrode active material is more preferably 90% by mass or less, and further preferably 80% by mass or less. By setting the content ratio in this range, suitable charge / discharge characteristics are exhibited.

[リチウム化合物]
本実施形態の正極前駆体の正極活物質層には、正極活物質以外のリチウム化合物が含有されることが好ましい。また、本実施形態の正極の正極活物質層には、正極活物質以外のリチウム化合物が含有される。
前記リチウム化合物としては、後述の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るという観点から、炭酸リチウム、酸化リチウム、水酸化リチウム、フッ化リチウム、塩化リチウム、シュウ化リチウム、ヨウ化リチウム、窒化リチウム、シュウ酸リチウム、及び酢酸リチウムから成る群から選択される1種以上が好適に用いられる。中でも、炭酸リチウム、酸化リチウム、及び水酸化リチウムが、より好ましく、空気中での取り扱いが可能であり、かつ吸湿性が低いという観点から、炭酸リチウムがさらに好ましい。このようなリチウム化合物は、電圧の印加によって分解し、負極へのリチウムドープのドーパント源として機能するとともに、正極活物質層において空孔を形成するから、電解液の保持性に優れ、イオン伝導性に優れる正極を形成することができる。
[Lithium compound]
The positive electrode active material layer of the positive electrode precursor of the present embodiment preferably contains a lithium compound other than the positive electrode active material. Further, the positive electrode active material layer of the positive electrode of the present embodiment contains a lithium compound other than the positive electrode active material.
From the viewpoint that the lithium compound can be decomposed at the positive electrode in the lithium doping step described later and release lithium ions, lithium carbonate, lithium oxide, lithium hydroxide, lithium fluoride, lithium chloride, and sucrose are formed. One or more selected from the group consisting of lithium, lithium iodide, lithium nitride, lithium oxalate, and lithium acetate are preferably used. Among them, lithium carbonate, lithium oxide, and lithium hydroxide are more preferable, and lithium carbonate is further preferable from the viewpoint that it can be handled in the air and has low hygroscopicity. Such a lithium compound decomposes when a voltage is applied, functions as a dopant source for lithium doping to the negative electrode, and forms pores in the positive electrode active material layer. Therefore, the electrolyte solution is excellent in retention and ionic conductivity. It is possible to form an excellent positive electrode.

[正極前駆体のリチウム化合物]
リチウム化合物は、粒子状であることが好ましい。正極前駆体に含有されるリチウム化合物の平均粒子径は0.1μm以上100μm以下であることが好ましい。正極前駆体に含有されるリチウム化合物の平均粒子径の上限としては50μm以下であることがより好ましく、20μm以下であることが更に好ましく、10μm以下であることが最も好ましい。他方、正極前駆体に含有されるリチウム化合物の平均粒子径の下限としては0.1μm超であることがより好ましく、0.5μm以上であることが更に好ましい。リチウム化合物の平均粒子径が0.1μm以上であれば、正極におけるリチウム化合物の酸化反応後に残る空孔が電解液を保持するのに十分な容積を有することとなるため、高負荷充放電特性が向上する。リチウム化合物の平均粒子径が100μm以下であれば、リチウム化合物の表面積が過度に小さくはならないから、該リチウム化合物の酸化反応の速度を確保することができる。リチウム化合物の平均粒子径の範囲の上限と下限は、任意に組み合わせることができる。
リチウム化合物の微粒子化には、様々な方法を用いることができる。例えば、ボールミル、ビーズミル、リングミル、ジェットミル、ロッドミル等の粉砕機を使用することができる。
[Lithium compound of positive electrode precursor]
The lithium compound is preferably in the form of particles. The average particle size of the lithium compound contained in the positive electrode precursor is preferably 0.1 μm or more and 100 μm or less. The upper limit of the average particle size of the lithium compound contained in the positive electrode precursor is more preferably 50 μm or less, further preferably 20 μm or less, and most preferably 10 μm or less. On the other hand, the lower limit of the average particle size of the lithium compound contained in the positive electrode precursor is more preferably more than 0.1 μm, further preferably 0.5 μm or more. When the average particle size of the lithium compound is 0.1 μm or more, the pores remaining after the oxidation reaction of the lithium compound in the positive electrode have a sufficient volume to hold the electrolytic solution, so that the high load charge / discharge characteristics are exhibited. improves. When the average particle size of the lithium compound is 100 μm or less, the surface area of the lithium compound does not become excessively small, so that the rate of oxidation reaction of the lithium compound can be ensured. The upper and lower limits of the range of the average particle size of the lithium compound can be arbitrarily combined.
Various methods can be used for atomizing the lithium compound. For example, a crusher such as a ball mill, a bead mill, a ring mill, a jet mill, or a rod mill can be used.

正極前駆体の正極活物質層における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、かつ両者相俟って高負荷充放電効率に優れる蓄電素子を与えることができる。この含有割合の範囲の上限と下限は、任意に組み合わせることができる。 The content ratio of the lithium compound in the positive electrode active material layer of the positive electrode precursor is preferably 5% by mass or more and 60% by mass or less based on the total mass of the positive electrode active material layer in the positive electrode precursor, and is preferably 10% by mass or more and 50% by mass or more. It is more preferably mass% or less. By setting the content ratio in this range, it is possible to exert a suitable function as a dopant source for the negative electrode, impart an appropriate degree of porosity to the positive electrode, and combine them with high load charge / discharge efficiency. It is possible to provide an excellent power storage element. The upper and lower limits of this content ratio range can be arbitrarily combined.

[正極のリチウム化合物]
正極は、正極活物質以外のリチウム化合物を含有することが好ましい。正極が含有する、正極活物質以外のリチウム化合物の平均粒子径をXとするとき、0.1μm≦X≦10μmであることが好ましく、より好ましくは、0.5μm≦X≦5μmである。Xが0.1μm以上の場合、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10μm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。
[Lithium compound of positive electrode]
The positive electrode preferably contains a lithium compound other than the positive electrode active material. When the average particle size of the lithium compound other than the positive electrode active material contained in the positive electrode is X 1 , it is preferably 0.1 μm ≤ X 1 ≤ 10 μm, and more preferably 0.5 μm ≤ X 1 ≤ 5 μm. be. When X 1 is 0.1 μm or more, 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 10 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.

正極が含有する、正極活物質以外のリチウム化合物は、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%以下であることが好ましく、2.5質量%以上25質量%以下であることがより好ましい。リチウム化合物量が1質量%以上であると、高温環境下における正極上での電解液溶媒の分解反応を炭酸リチウムが抑制するため、高温耐久性が向上し、2.5質量%以上であると、その効果が顕著になる。また、リチウム化合物量が50質量%以下であると、正極活物質間の電子伝導性がリチウム化合物により阻害されることが比較的小さいため、高い入出力特性を示し、25質量%以下であると、高入出力特性が顕著になる。尚、下限と上限の組み合わせは任意のものであることができる。 The lithium compound contained in the positive electrode other than the positive electrode active material is preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less, preferably 2.5% by mass or more and 25% by mass, based on the total mass of the positive electrode active material layer in the positive electrode. The following is more preferable. When the amount of the lithium compound is 1% by mass or more, lithium carbonate suppresses the decomposition reaction of the electrolytic solution solvent on the positive electrode in a high temperature environment, so that the high temperature durability is improved, and it is 2.5% by mass or more. , The effect becomes remarkable. Further, when the amount of the lithium compound is 50% by mass or less, the electron conductivity between the positive electrode active materials is relatively small to be inhibited by the lithium compound, so that high input / output characteristics are exhibited, and the amount is 25% by mass or less. , High input / output characteristics become remarkable. The combination of the lower limit and the upper limit can be arbitrary.

<電極中のリチウム化合物の同定方法>
正極中に含まれるリチウム化合物の同定方法は特に限定されないが、例えば下記の方法により同定することができる。リチウム化合物の同定には、以下に記載する複数の解析手法を組み合わせて同定することが好ましい。
以下に記載するSEM−EDX、ラマン、XPSを測定する際には、アルゴンボックス中で非水系リチウム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、真空乾燥させた後に、SEM−EDX、ラマン分光法、及びXPSの解析を実施する。真空乾燥の条件は、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。
後述するイオンクロマトグラフィーでは、正極を蒸留水で洗浄した後の水を解析することにより陰イオンを同定することができる。
解析手法にてリチウム化合物を同定できなかった場合、その他の解析手法として、Li−固体NMR、XRD(X線回折)、TOF−SIMS(飛行時間型二次イオン質量分析)、AES(オージェ電子分光)、TPD/MS(加熱発生ガス質量分析)、DSC(示差走査熱量分析)等を用いることにより、リチウム化合物を同定することもできる。
<Method of identifying lithium compounds in electrodes>
The method for identifying the lithium compound contained in the positive electrode is not particularly limited, but the lithium compound can be identified by, for example, the following method. For the identification of the lithium compound, it is preferable to identify the lithium compound by combining a plurality of analysis methods described below.
When measuring SEM-EDX, Raman, and XPS described below, the non-aqueous lithium storage element may be disassembled in an argon box, the positive electrode may be taken out, and the electrolyte adhering to the positive electrode surface may be washed before the measurement. 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. The positive electrode is then removed from diethyl carbonate, vacuum dried, and then analyzed by SEM-EDX, Raman spectroscopy, and XPS. The vacuum drying conditions are such that the residual diethyl carbonate in the positive electrode is 1% by mass or less in the range of temperature: 0 to 200 ° C., pressure: 0 to 20 kPa, and time: 1 to 40 hours. The residual amount of diethyl carbonate can be quantified based on a calibration curve 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.
In ion chromatography described later, anions can be identified by analyzing the water after washing the positive electrode with distilled water.
If the lithium compound cannot be identified by the 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 electron spectroscopy). Lithium compounds can also be identified by using spectroscopy), TPD / MS (heat-of-flight mass spectrometry), DSC (differential scanning calorimetry), and the like.

[走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型X線分析(SEM−EDX)]
リチウム化合物及び正極活物質は、観察倍率を1000倍〜4000倍にして測定した正極表面のSEM−EDX画像による酸素マッピングにより判別できる。SEM−EDX画像の測定例としては、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、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とき、明部を面積で50%以上含む粒子をリチウム化合物とする。
[Scanning electron microscope-energy dispersive X-ray analysis (SEM-EDX)]
The lithium compound 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 is 10 kV, the emission current is 1 μA, the number of measurement pixels is 256 × 256 pixels, and the number of integrations is 50. In order to prevent the sample from being charged, gold, platinum, osmium or the like can be surface-treated by a method such as vacuum deposition or sputtering. Regarding the 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%. When the obtained oxygen mapping is binarized based on the average value of brightness, the particles containing 50% or more of the bright part in area are defined as lithium compounds.

[顕微ラマン分光]
リチウム炭酸塩及び正極活物質は、観察倍率を1000倍〜4000倍にして測定した正極前駆体表面の炭酸イオン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炭酸イオンの頻度分布から差し引く。
[Microscopic Raman spectroscopy]
The lithium carbonate and the positive electrode active material can be discriminated by Raman imaging of carbonate ions on the surface of the positive electrode precursor 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 ions, and the frequency is integrated. At this time, the noise component is added. The frequency for the carbonate ion peak area approximated by the Gaussian function is subtracted from the carbonate ion frequency distribution.

[X線光電分光法(XPS)]
XPSにより電子状態を解析することによりリチウム化合物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(リチウム元素)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またはLi−C結合、55〜60eVのピークをLiF、LiCO、LiPO(式中、x、y、及びzは、それぞれ1〜6の整数である);
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(式中、xは1〜4の整数である)、SiO(式中、xは1〜4の整数である)、533eVのピークをC−O、SiO(式中、xは1〜4の整数である);
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(式中、x、y、及びzは、それぞれ1〜6の整数である)、PF
P2pの結合エネルギーについて、133eVのピークをPO(式中、xは1〜4の整数である)、134〜136eVのピークをPF(式中、xは1〜6の整数である);
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(式中、x及びyは、それぞれ任意の整数である)
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。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を同定することができる。
[X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS)]
The bonding state of the lithium compound can be determined by analyzing the electronic state 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 element) 50 times (silicon), energy step can be measured under the condition of narrow scan: 0.25 eV. It is preferable to clean the surface of the positive electrode by sputtering before measuring XPS. As the sputtering conditions, for example, the surface of the positive electrode can be cleaned under the 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).
About the obtained XPS spectrum
The peaks of the binding energy of Li1s of 50 to 54 eV are LiO 2 or Li-C bonds, and the peaks of Li1s are LiF, Li 2 CO 3 , and Li x PO y F z (in the formula, x, y, and z are respectively. It is an integer of 1 to 6);
C1s binding energy 285 eV peak is CC bond, 286 eV peak is CO bond, 288 eV peak is COO, 290-292 eV peak is CO 3 2- , CF bond;
The peaks of the binding energy of O1s of 527 to 530 eV are O 2- (Li 2 O), and the peaks of 513 to 532 eV are CO, CO 3 , OH, PO x (x is an integer of 1 to 4 in the formula), SiO. x (in the formula, x is an integer of 1 to 4), the peak of 533 eV is CO, SiO x (in the formula, x is an integer of 1 to 4);
The peak of binding energy 685eV of F1s LiF, C-F bonds and a peak of 687 eV, (wherein, x, y, and z are an integer from 1 to 6 respectively) Li x PO y F z, PF 6 - ;
Regarding the binding energy of P2p, the peak of 133 eV is PO x (in the formula, x is an integer of 1 to 4), and the peak of 134 to 136 eV is PF x (in the formula, x is an integer of 1 to 6);
The peak of binding energy 99eV of Si2p Si, silicide, peak Si x O y of 101~107EV (wherein, x and y are arbitrary integers)
Can be attributed 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. The existing lithium compound can be identified from the obtained measurement result of the electronic state and the result of the presence element ratio.

[イオンクロマトグラフィー]
正極前駆体を蒸留水で洗浄し、洗浄した後の水をイオンクロマトグラフィーで解析することにより、水中に溶出した炭酸イオンを同定することができる。使用するカラムとしては、イオン交換型、イオン排除型、逆相イオン対型を使用することができる。検出器としては、電気伝導度検出器、紫外可視吸光光度検出器、電気化学検出器等を使用することができ、検出器の前にサプレッサーを設置するサプレッサー方式、またはサプレッサーを配置せずに電気伝導度の低い溶液を溶離液に用いるノンサプレッサー方式を用いることができる。また、質量分析計や荷電化粒子検出器を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、使用する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、イオン種の濃度に比例する。トレーサビリティーが確保された既知濃度の標準液を予め測定しておくことでイオン種成分の定性と定量が可能となる。
[Ion chromatography]
The carbonate ion eluted in water can be identified by washing the positive electrode precursor with distilled water and analyzing the washed water by ion chromatography. 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 electrical conductivity detector, an ultraviolet-visible absorptiometric detector, an electrochemical detector, etc. can be used, and a suppressor method in which a suppressor is installed in front of the detector, or electricity without a suppressor. A non-suppressor method using a solution having low conductivity as an eluent can be used. It can also be measured in combination with a mass spectrometer and a charged particle detector.
The retention time of the sample is constant for each ionic species component if conditions such as the column to be used and the eluent to be used are determined, and the magnitude of the peak response differs for each ionic species, but it depends on the concentration of the ionic species. Proportional. By measuring in advance a standard solution having a known concentration that ensures traceability, it is possible to qualitatively and quantify the ionic species component.

上記方法でリチウム化合物を同定できなかった場合、その他の解析手法として、固体Li−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、リチウム化合物を同定することもできる。 If the lithium compound cannot be identified by the above method, other analysis methods include solid 7 Li-NMR, XRD (X-ray diffraction), TOF-SIMS (time-of-flight secondary ion mass spectrometry), and AES (Auger electron spectroscopy). ), TPD / MS (mass spectrometry of heat generated gas), DSC (differential scanning calorimetry) and the like, the lithium compound can also be identified.

(リチウム化合物の平均粒子径)
正極は、正極活物質以外のリチウム化合物を含有する。正極が含有する、正極活物質以外のリチウム化合物の平均粒子径をXとするとき、0.1μm≦X≦10μmであり、正極活物質の平均粒子径をYとするとき、2μm≦Y≦20μmであり、かつX<Yであることが好ましい。Xは、更に好ましくは、0.5μm≦X≦5μmである。Xが0.1μm以上の場合、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10μm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2μm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。
(Average particle size of lithium compound)
The positive electrode contains a lithium compound other than the positive electrode active material. When the average particle size of the lithium compound other than the positive electrode active material contained in the positive electrode is X 1 , 0.1 μm ≤ X 1 ≤ 10 μm, and when the average particle size of the positive electrode active material is Y 1 , 2 μm ≤ It is preferable that Y 1 ≤ 20 μm and X 1 <Y 1. X 1 is more preferably 0.5 μm ≦ X 1 ≦ 5 μm. When X 1 is 0.1 μm or more, 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 10 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 2 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.

及びYの測定方法は特に限定されないが、以下に示す正極断面のSEM画像、及びSEM−EDX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ブロード・イオン・ビーム(BIB)加工を用いることができる。正極に炭酸リチウムを含有させる場合、正極断面のラマンイメージングを測定することで炭酸イオンの分布を求めることもできる。 The measuring method of X 1 and Y 1 is not particularly limited, but it can be calculated from the SEM image of the positive electrode cross section and the SEM-EDX image shown below. As a method for forming the positive electrode cross section, a broad ion beam (BIB) process 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. .. When lithium carbonate is contained in the positive electrode, the distribution of carbonate ions can be obtained by measuring Raman imaging of the cross section of the positive electrode.

[X及びYの算出方法]
及びYは、前記正極断面SEMと同視野にて測定した正極断面SEM−EDXから得られた画像を、画像解析することで求めることができる。前記正極断面のSEM画像にて判別されたリチウム化合物の粒子X、及びそれ以外の粒子を正極活物質の粒子Yとし、断面SEM画像中に観察されるX、Yそれぞれの粒子全てについて、断面積Sを求め、下記数式(1)にて算出される粒子径dを求める。
[Calculation method of X 1 and Y 1]
X 1 and Y 1 can be obtained by image analysis of images obtained from the positive electrode cross section SEM-EDX measured in the same field of view as the positive electrode cross section SEM. The particles X of the lithium compound identified in the SEM image of the cross section of the positive electrode and the other particles are defined as the particles Y of the positive electrode active material, and the cross-sectional area of each of the X and Y particles observed in the SEM image of the cross section is S is obtained, and the particle diameter d calculated by the following formula (1) is obtained.

Figure 0006957250
{式中、円周率をπとする。}
Figure 0006957250
{In the formula, let the pi be π. }

得られた粒子径dを用いて、下記数式(2)において体積平均粒子径X及びYを求める。

Figure 0006957250
Using the obtained particle size d, the volume average particle size X 0 and Y 0 are obtained in the following mathematical formula (2).
Figure 0006957250

正極断面の視野を変えて5ヶ所以上測定し、それぞれのX及びYの平均値をもって平均粒子径X及びYとする。 Measure at 5 or more points by changing the field of view of the positive electrode cross section, and take the average value of X 0 and Y 0 , respectively, as the average particle size X 1 and Y 1 .

正極中に含有されたリチウム化合物は、約4.0V以上の高い電位に曝されると徐々に分解してガス化してしまい、発生したガスが電解液中のイオンの拡散を阻害するために抵抗上昇の原因になってしまう。そのため、リチウム化合物の表面にフッ素含有化合物から構成される被膜を形成し、前記リチウム化合物の反応を抑制することが好ましい。 The lithium compound contained in the positive electrode gradually decomposes and gasifies when exposed to a high potential of about 4.0 V or higher, and the generated gas resists the diffusion of ions in the electrolytic solution. It will cause a rise. Therefore, it is preferable to form a film composed of a fluorine-containing compound on the surface of the lithium compound to suppress the reaction of the lithium compound.

[リチウム化合物の定量方法]
正極中に含まれるリチウム化合物の定量方法を以下に記載する。
正極を有機溶媒で洗浄し、その後蒸留水で洗浄し、蒸留水での洗浄前後の正極質量変化からリチウム化合物を定量することができる。測定する正極の面積は特に制限されないが、測定のばらつきを軽減するという観点から5cm以上200cm以下であることが好ましく、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。正極を洗浄するための有機溶媒としては、正極表面に堆積した非水系電解液分解物を除去できればよく、特に限定されないが、リチウム化合物の溶解度が2%以下である有機溶媒を用いることでリチウム化合物の溶出が抑制されるため好ましい。正極を洗浄するための有機溶媒としては、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。
[Method for quantifying lithium compounds]
The method for quantifying the lithium compound contained in the positive electrode is described below.
The positive electrode can be washed with an organic solvent, then with distilled water, and the lithium compound can be quantified from the change in positive mass 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. The organic solvent for cleaning the positive electrode is not particularly limited as long as it can remove the non-aqueous electrolyte decomposition product deposited on the surface of the positive electrode, but the lithium compound can be obtained by using an organic solvent having a solubility of the lithium compound of 2% or less. It is preferable because the elution of the solvent is suppressed. As the organic solvent for cleaning the positive electrode, for example, a polar solvent such as methanol or acetone is preferably used.

正極の洗浄方法は、例えば、正極の質量に対し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、真空乾燥し、真空乾燥後の正極の質量をM[g]とする。真空乾燥の条件としては、例えば、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。真空乾燥後、正極の質量の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。なお、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。蒸留水に3日間以上浸漬させた後、蒸留水から正極を取り出し、上記のメタノール洗浄と同様に真空乾燥する。この時の正極の質量をM[g]とし、続いて、得られた正極の集電体の質量を測定するため、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質量をM[g]とすると、正極中に含まれるリチウム化合物の質量%Zは、下記数式(3):
Z=100×[1−(M−M)/(M−M)] ...数式(3)
により算出できる。
As a method for cleaning the positive electrode, for example, the positive electrode is sufficiently immersed in a methanol solution 50 to 100 times the mass 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, vacuum dried, and the mass of the positive electrode after vacuum drying is M 0 [g]. The conditions for vacuum drying are, for example, a condition in which the residual amount of methanol in the positive electrode is 1% by mass or less in the range of temperature: 100 to 200 ° C., pressure: 0 to 10 kPa, and time: 5 to 20 hours. The residual amount of methanol can be quantified based on the calibration curve prepared in advance by measuring the GC / MS of the water after washing with distilled water, which will be described later. After vacuum drying, the positive electrode is sufficiently immersed in distilled water having 100 times the mass 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. When measuring ion chromatography, the amount of liquid is adjusted so that the amount of distilled water is 100M 0 [g]. After immersing in distilled water for 3 days or more, the positive electrode is taken out from the distilled water and vacuum dried in the same manner as the above methanol washing. The mass of the positive electrode at this time is set to M 1 [g], and subsequently, in order to measure the mass of the collected positive electrode 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 mass of the obtained positive electrode current collector is M 2 [g], the mass% Z of the lithium compound contained in the positive electrode is calculated by the following mathematical formula (3):
Z = 100 × [1- (M 1- M 2 ) / (M 0- M 2 )]. .. .. Formula (3)
Can be calculated by

[リチウム化合物と正極活物質の判別方法]
酸素を含有するリチウム化合物及び正極活物質は、観察倍率を1000倍〜4000倍にして測定した正極表面のSEM−EDX画像による酸素マッピングにより判別できる。SEM−EDX画像の測定例として、加速電圧を10kV、エミッション電流を1μA、測定画素数を256×256ピクセル、積算回数を50回として測定できる。試料の帯電を防止するために、真空蒸着、スパッタリング等の方法により金、白金、オスミウム等で表面処理することもできる。SEM−EDX画像の測定条件としては、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%以上含む粒子をリチウム化合物とする。
[Method of distinguishing between lithium compound and positive electrode active material]
The oxygen-containing lithium compound 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 is 10 kV, the emission current is 1 μA, the number of measurement pixels is 256 × 256 pixels, and the number of integrations is 50. In order to prevent the sample from being charged, the surface can be treated with gold, platinum, osmium or the like by a method such as vacuum deposition or sputtering. As the measurement conditions of the SEM-EDX image, it is preferable to adjust the brightness and the 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%. Particles containing 50% or more of bright areas binarized with respect to the obtained oxygen mapping based on the average value of brightness are designated as lithium compounds.

[正極活物質層の任意成分]
本実施形態における正極活物質層は、必要に応じて、正極活物質及びリチウム化合物の他に、導電性フィラー、結着剤、分散安定剤等の任意成分を含んでいてもよい。
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0.01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。導電性フィラーの使用量が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。
[Arbitrary component of positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer in the present embodiment 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 the lithium compound, 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 0.01 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 amount of the conductive filler used is more than 30 parts by mass, the content ratio of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is small, and the energy density per volume of the positive electrode active material layer is lowered, 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、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。結着剤の使用量が1質量部以上であれば、十分な電極強度が発現される。一方で結着剤の使用量が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 and the like. Can be used. The amount of the binder used is preferably 1 part by mass or more and 30 parts by mass or less, more preferably 3 parts by mass or more and 27 parts by mass or less, and further preferably 5 parts by mass or more and 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. It is less than a part. When the amount of the binder used is 1 part by mass or more, sufficient electrode strength is exhibited. On the other hand, when the amount of the binder used is 30 parts by mass or less, high input / output characteristics are exhibited without inhibiting the ingress and egress 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。分散安定剤の使用量は、正極活物質100質量部に対して、好ましくは、0質量部超又は0.1質量部以上、10質量部以下である。分散安定剤の使用量が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 dispersion stabilizer used is preferably more than 0 parts by mass or 0.1 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 used is 10 parts by mass or less, high input / output characteristics are exhibited without inhibiting the ingress and egress and diffusion of ions into the positive electrode active material.

[正極集電体]
本実施形態における正極集電体を構成する材料としては、電子伝導性が高く、電解液への溶出及び電解質又はイオンとの反応等による劣化が起こらない材料であれば特に制限はないが、金属箔が好ましい。本実施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。
該金属箔は凹凸又は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。
電極作製の容易性、及び高い電子伝導性の観点から、本実施形態における正極集電体は、無孔状であることが好ましい。本願明細書において、無孔状の正極集電体とは、少なくとも正極活物質層の塗工された領域において、リチウムイオンが正極集電体を通過して正極の表裏でリチウムイオンが均一化する程度の孔を有しない正極集電体を意味する。したがって、本願発明の効果を奏する範囲内において、極めて小径又は微量の孔を有する正極集電体、及び正極活物質層の塗工されていない領域に孔を有する正極集電体をも排除するものではない。また、本実施形態において、正極集電体のうち少なくとも正極活物質層が塗工された領域は無孔状であり、正極集電体のうち正極活物質層が塗工されていない余剰部分には孔があってもよいし、無くてもよい。
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 in the present embodiment 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 is not particularly limited. Foil is preferred. Aluminum foil is particularly preferable as the positive electrode current collector in the non-aqueous lithium-type power storage element 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.
From the viewpoint of ease of electrode production and high electron conductivity, the positive electrode current collector in the present embodiment is preferably non-porous. In the specification of the present application, the non-porous positive electrode current collector means that lithium ions pass through the positive electrode current collector and the lithium ions are homogenized on the front and back surfaces of the positive electrode, at least in the coated region of the positive electrode active material layer. It means a positive electrode current collector that does not have a degree of holes. Therefore, within the range in which the effect of the present invention is exhibited, the positive electrode current collector having extremely small diameter or a small amount of holes and the positive electrode current collector having holes in the uncoated region of the positive electrode active material layer are also excluded. is not it. Further, in the present embodiment, at least the region where the positive electrode active material layer is coated is non-porous in the positive electrode current collector, and the surplus portion of the positive electrode current collector where the positive electrode active material layer is not coated is covered. May or may not have holes.
The thickness of the positive electrode current collector is not particularly limited as long as the shape and strength of the positive electrode can be sufficiently maintained, but is preferably 1 to 100 μm, for example.

[正極前駆体の製造]
本実施形態において、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、正極活物質及びリチウム化合物、並びに必要に応じて使用されるその他の任意成分を水又は有機溶剤中に分散又は溶解してスラリー状の塗工液を調製し、この塗工液を正極集電体上の片面又は両面に塗工して塗膜を形成し、これを乾燥することにより正極前駆体を得ることが出来る。さらに、得られた正極前駆体にプレスを施して、正極活物質層の膜厚又は嵩密度を調整してもよい。代替的には、溶剤を使用せずに、正極活物質及びリチウム化合物、並びに必要に応じて使用されるその他の任意成分を乾式で混合し、得られた混合物をプレス成型した後、導電性接着剤を用いて正極集電体に貼り付ける方法も可能である。
[Manufacturing of positive electrode precursor]
In the present embodiment, the positive electrode precursor serving 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, a positive electrode active material, a lithium compound, and other optional components used as necessary are dispersed or dissolved in water or an organic solvent to prepare a slurry coating liquid, and this coating liquid is collected as a positive electrode. A positive electrode precursor can be obtained by applying a coating film on one side or both sides of an electric body to form a coating film and drying the coating film. Further, the obtained positive electrode precursor may be pressed to adjust the film thickness or bulk density of the positive electrode active material layer. Alternatively, without the use of solvents, the positive electrode active material and lithium compound, and any other optional ingredients used as needed, are dry mixed, the resulting mixture is press molded and then conductively bonded. It is also possible to attach the agent to the positive electrode current collector.

前記正極前駆体の塗工液は、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、次いで水若しくは有機溶媒、及び/又はそれらに結着剤若しくは分散安定剤が溶解又は分散した液状又はスラリー状の物質を追加して調製してもよい。また、水又は有機溶媒に結着剤又は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、塗工液を調製してもよい。前記ドライブレンドする方法として、例えばボールミル等を使用して正極活物質及びリチウム化合物、並びに必要に応じて導電性フィラーを予備混合して、導電性の低いリチウム化合物に導電性フィラー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リチウム化合物が分解し易くなる。前記塗工液の溶媒に水を使用する場合には、リチウム化合物を加えることで塗工液がアルカリ性になることもあるため、必要に応じてpH調整剤を添加してもよい。 The coating liquid of the positive electrode precursor is a dry blend of a part or all of various material powders containing a positive electrode active material, and then water or an organic solvent and / or a binder or a dispersion stabilizer is dissolved or dispersed therein. The liquid or slurry-like substance may be added and prepared. Further, a coating liquid may be prepared by adding various material powders containing a positive electrode active material to a liquid or slurry substance in which a binder or a dispersion stabilizer is dissolved or dispersed in water or an organic solvent. good. As the method of dry blending, for example, a positive electrode active material and a lithium compound are premixed using a ball mill or the like, and if necessary, a conductive filler is premixed so that the lithium compound having low conductivity is coated with the conductive filler. You may do. As a result, the lithium compound 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 the lithium compound, so a pH adjuster may be added if necessary.

前記正極前駆体の塗工液の調製には、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又は多軸分散機、プラネタリーミキサー、薄膜旋回型高速ミキサー等の分散機等を用いることが出来る。良好な分散状態の塗工液を得るためには、周速1m/s以上50m/s以下で分散を行うことが好ましい。周速が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、周速が50m/s以下であれば、分散による熱又はせん断力により各種材料が破壊されることなく、再凝集が生じることがないため好ましい。
前記塗工液の分散度は、粒ゲージで測定した粒度が0.1μm以上100μm以下であることが好ましい。分散度の上限としては、より好ましくは粒度が80μm以下、さらに好ましくは粒度が50μm以下である。粒度が0.1μm未満では、正極活物質を含む各種材料粉末の粒子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、塗膜のスジ発生等がなく、安定に塗工ができる。
The preparation of the coating liquid for the positive electrode precursor is not particularly limited, but preferably a homodisper or a disperser such as a multi-axis disperser, a planetary mixer, a thin film swirl type high-speed mixer or the like is used. Can be done. In order to obtain a coating liquid in a good dispersed state, it is preferable to perform dispersion at a peripheral speed of 1 m / s or more and 50 m / s or less. When the peripheral speed is 1 m / s or more, various materials are preferably dissolved or dispersed. Further, when the peripheral speed 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 80 μm or less in particle size, and further preferably 50 μm or less in particle size. If the particle size is less than 0.1 μm, the size is smaller than the particle size of various material powders containing the positive electrode active material, and the material is crushed during the preparation of the coating 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 and generation of streaks on the coating film.

前記正極前駆体の塗工液の粘度(ηb)は、1,000mPa・s以上20,000mPa・s以下が好ましく、より好ましくは1,500mPa・s以上10,000mPa・s以下、さらに好ましくは1,700mPa・s以上5,000mPa・s以下である。粘度(ηb)が1,000mPa・s以上であれば、塗膜形成時の液ダレが抑制され、塗膜幅及び膜厚が良好に制御できる。また、粘度(ηb)が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、塗膜幅及び膜厚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, still more preferably 1. , 700 mPa · s or more and 5,000 mPa · s or less. When the viscosity (ηb) is 1,000 mPa · s or more, liquid dripping during coating film formation is suppressed, and the coating film width and film thickness can be satisfactorily controlled. Further, when the viscosity (ηb) 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 is less than the desired one. Can be controlled.
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 the film thickness can be satisfactorily controlled.

前記正極前駆体の塗膜の形成は特に制限されるものではないが、好適にはダイコーター又はコンマコーター、ナイフコーター、グラビア塗工機等の塗工機を用いることが出来る。塗膜は単層塗工で形成してもよいし、多層塗工で形成してもよい。多層塗工の場合には、塗膜各層内のリチウム化合物の含有量が異なるように塗工液組成を調整してもよい。また、塗工速度は0.1m/分以上100m/分以下であることが好ましく、より好ましくは0.5m/分以上70m/分以下、さらに好ましくは1m/分以上50m/分以下である。塗工速度が0.1m/分以上であれば、安定に塗工出来る。他方、塗工速度が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 or a comma coater, a knife coater, or a gravure coating machine can be preferably used. The coating film may be formed by a single-layer coating or a multi-layer coating. In the case of multi-layer coating, the coating liquid composition may be adjusted so that the content of the lithium compound in each layer of the coating film is different. The coating speed is preferably 0.1 m / min or more and 100 m / min or less, more preferably 0.5 m / min or more and 70 m / min or less, and further preferably 1 m / min or more and 50 m / min or less. If the coating speed is 0.1 m / min or more, stable coating can be performed. On the other hand, if the coating speed is 100 m / min or less, sufficient coating accuracy can be ensured.

前記正極前駆体の塗膜の乾燥については、特に制限されるものではないが、好適には熱風乾燥、赤外線(IR)乾燥等の乾燥方法を用いることが出来る。塗膜の乾燥は、単一の温度で乾燥させてもよいし、多段的に温度を変えて乾燥させてもよい。また、複数の乾燥方法を組み合わせて塗膜を乾燥させてもよい。乾燥温度は、25℃以上200℃以下であることが好ましく、より好ましくは40℃以上180℃以下、さらに好ましくは50℃以上160℃以下である。乾燥温度が25℃以上であれば、塗膜中の溶媒を十分に揮発させることが出来る。他方、乾燥温度が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又はマイグレーションによる結着剤の偏在、及び正極集電体又は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. Further, the coating film may be dried 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 drying temperature is 200 ° C. or lower, it is possible to suppress cracking of the coating film due to rapid volatilization of the solvent or uneven distribution of the binder due to migration, and oxidation of the positive electrode current collector or the positive electrode active material layer.

前記正極前駆体のプレスには、特に制限されるものではないが、好適には油圧プレス機、真空プレス機等のプレス機を用いることが出来る。正極活物質層の膜厚、嵩密度及び電極強度は、後述するプレス圧力、隙間、及び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、プレス圧力が20kN/cm以下であれば、正極前駆体に撓み又はシワが生じることがなく、所望の正極活物質層膜厚又は嵩密度に調整できる。
また、プレスロール同士の隙間は、所望の正極活物質層の膜厚又は嵩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又は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、必要によりプレス部を加熱してもよい。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、より好ましくは融点マイナス45℃以上、さらに好ましくは融点マイナス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、より好ましくは融点プラス30℃以下、さらに好ましくは融点プラス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、プレス部の表面を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℃以下にプレス部の表面を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、プレス部の表面を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℃以下にプレス部の表面を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 the press pressure is 20 kN / cm or less, the positive electrode precursor does not bend or wrinkle, and the desired positive electrode active material layer thickness or 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 positive electrode precursor after drying so as to have a desired film thickness or bulk density of the positive electrode active material layer. Further, the pressing speed can be set to any speed at which the positive electrode precursor does not bend or wrinkle.
Further, the surface temperature of the press portion may be room temperature, or the press portion may be heated if necessary. The lower limit of the surface temperature of the pressed portion at the time of heating is preferably a melting point of minus 60 ° C. or higher, more preferably minus 45 ° C. or higher, and even more preferably minus 30 ° C. or higher of the melting point of the binder to be used. 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 to be used plus 50 ° C. or lower, more preferably the melting point plus 30 ° C. or lower, and further preferably the melting point plus 20 ° C. or lower. For example, when PVdF (polyvinylidene fluoride: melting point 150 ° C.) is used as the binder, it is preferable to heat the surface of the pressed portion to 90 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, more preferably 105 ° C. or higher and 180 ° C. or lower, and further. It is preferable to heat the surface of the press portion to 120 ° C. or higher and 170 ° C. or lower. When a styrene-butadiene copolymer (melting point 100 ° C.) is used as the binder, the surface of the pressed portion is preferably heated to 40 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, more preferably 55 ° C. or higher and 130 ° C. or lower. More preferably, the surface of the pressed portion is heated to 70 ° 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、及び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 temperature rise 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.

前記正極活物質層の膜厚は、正極集電体の片面当たり20μm以上200μm以下であることが好ましく、より好ましくは片面当たり25μm以上100μm以下であり、更に好ましくは30μm以上80μm以下である。この膜厚が20μm以上であれば、十分な充放電容量を発現することができる。他方、この膜厚が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るため、エネルギー密度を高めることができる。上記正極活物質層の膜厚の範囲の上限と下限は、任意に組み合わせることができる。なお、集電体が貫通孔又は凹凸を有する場合における正極活物質層の膜厚とは、集電体の貫通孔又は凹凸を有していない部分の片面当たりの膜厚の平均値をいう。 The film 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 this film thickness is 20 μm or more, a sufficient charge / discharge capacity can be developed. On the other hand, when this film thickness is 200 μm or less, the ion diffusion resistance in the electrode can be kept low. Therefore, sufficient output characteristics can be obtained, and the cell volume can be reduced, so that the energy density can be increased. The upper and lower limits of the film thickness range of the positive electrode active material layer can be arbitrarily combined. The film thickness of the positive electrode active material layer when the current collector has through holes or irregularities means the average value of the film thickness per side of the portion of the current collector that does not have through holes or irregularities.

[正極]
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、0.25g/cm以上であることが好ましく、より好ましくは0.30g/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0.25g/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。
[Positive electrode]
The bulk density of the positive electrode active material layer in the positive electrode after the lithium doping step described later is preferably 0.25 g / cm 3 or more, more preferably 0.30 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 0.25 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.

[正極活物質層中の化合物]
本実施形態に係る正極活物質層は、式CHOX{式中、Xは、―(O)Li又は−(COO)Liであり、かつnは0又は1である。}で表される化合物を含有する。
好ましい化合物は、CHOLi、及びCHOCOOLiである。
ここで、式CHOXで表される化合物の総量は、前記正極活物質層の単位質量当たり、5.00×10−6mol/g以上150.0×10−6mol/g以下であることが好ましく、10.0×10−6mol/g以上100.0×10−6mol/g以下であることがより好ましい。前記化合物の総量が5.00×10−6mol/g以上150.0×10−6mol/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。
[Compound in positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer according to the present embodiment is of the formula CH 3 OX 1 {in the formula, X 1 is − (O) n Li or − (COO) n Li, and n is 0 or 1. } Contains a compound represented by.
Preferred compounds are CH 3 OLi and CH 3 OCOOLi.
Here, the total amount of the compound represented by the formula CH 3 OX 1 is 5.00 × 10 -6 mol / g or more and 150.0 × 10 -6 mol / g or less per unit mass of the positive electrode active material layer. It is preferably 10.0 × 10-6 mol / g or more, and more preferably 100.0 × 10-6 mol / g or less. When the total amount of the compound is 5.00 × 10 -6 mol / g or more and 150.0 × 10 -6 mol / g or less, the diffusion of Li ions is not hindered and high input / output characteristics are exhibited. Can be done.

本実施形態に係る正極活物質層は、さらに、式COX{式中、Xは、−(O)Li又は−(COO)Liであり、かつnは0又は1である。}で表される化合物を含有する。
好ましい化合物は、COLi、及びCHOCOOLiである。
ここで、式COXで表される化合物の総量は、前記正極活物質層の単位質量当たり、1.00×10−6mol/g以上60.0×10−6mol/g以下であることが好ましく、1.50×10−6mol/g以上40.0×10−6mol/g以下であることがより好ましい。前記化合物の総量が1.00×10−6mol/g以上60.0×10−6mol/g以下であれば、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してガスが発生することを抑制できる。
The positive electrode active material layer according to the present embodiment further has the formula C 2 H 5 OX 2 {in the formula, X 2 is − (O) n Li or − (COO) n Li, and n is 0 or 1. Is. } Contains a compound represented by.
Preferred compounds are C 2 H 5 OLi and CH 5 OCOOLi.
Here, the total amount of the compound represented by the formula C 2 H 5 OX 2 is 1.00 × 10-6 mol / g or more and 60.0 × 10-6 mol / g per unit mass of the positive electrode active material layer. It is preferably 1.50 × 10 -6 mol / g or more, and more preferably 40.0 × 10 -6 mol / g or less. When the total amount of the compound is 1.00 × 10-6 mol / g or more and 60.0 × 10-6 mol / g or less, the non-aqueous electrolyte solution does not come into contact with the positive electrode active material, and the non-aqueous electrolyte solution becomes It is possible to suppress the generation of gas by oxidative decomposition.

本発明における上記の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。
前記化合物を形成する前駆体としては、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びジエチルカーボネートから選択される少なくとも1種の有機溶媒を使用することが好ましい。
As a method for incorporating the above-mentioned compound in the positive electrode active material layer in the present invention, for example,
A method of mixing the compound with the positive electrode active material layer,
A method of adsorbing the compound on the positive electrode active material layer,
Examples thereof include a method of electrochemically precipitating the compound on the positive electrode active material layer.
Above all, a positive electrode active material layer is contained in a non-aqueous electrolyte 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.
As the precursor for forming the compound, it is preferable to use at least one organic solvent selected from dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate.

本実施形態では、式CHOX{式中、Xは、―(O)Li又は―(COO)Liであり、かつnは0又は1である。}で表される化合物の正極物質層の単位質量当たりの含有量をA、かつ式COX{式中、Xは、―(O)Li又は―(COO)Liであり、かつnは0又は1である。}で表される化合物の正極物質層の単位質量当たりの含有量をB、としたとき、A/Bは1.80以上20.00以下である。A/Bは、1.90以上15.00以下であることが好ましく、2.00以上8.00以下であることがより好ましい。A/Bが1.80以上であることで、正極界面におけるLiイオンの拡散性が向上し、低温環境下でも高い入出力特性を維持することができる。また、A/Bが20.00以下であることで、高温環境下でも非水電解液が正極界面で酸化分解してガスが発生することがない。そのため、A/Bが1.80以上20.00以下であることによって十分な高温耐久性と低温環境下での高い入出力特性を両立することができる。 In this embodiment, the formula CH 3 OX 1 {in the formula, X 1 is − (O) n Li or − (COO) n Li, and n is 0 or 1. } The content of the compound represented by the positive electrode material layer per unit mass is A, and the formula C 2 H 5 OX 2 {in the formula, X 2 is − (O) n Li or − (COO) n Li. Yes, and n is 0 or 1. } When the content per unit mass of the positive electrode material layer of the compound represented by is B, the A / B is 1.80 or more and 20.00 or less. The A / B is preferably 1.90 or more and 15.00 or less, and more preferably 2.00 or more and 8.00 or less. When the A / B is 1.80 or more, the diffusibility of Li ions at the positive electrode interface is improved, and high input / output characteristics can be maintained even in a low temperature environment. Further, when the A / B is 20.00 or less, the non-aqueous electrolytic solution is not oxidatively decomposed at the positive electrode interface to generate gas even in a high temperature environment. Therefore, when the A / B is 1.80 or more and 20.00 or less, it is possible to achieve both sufficient high temperature durability and high input / output characteristics in a low temperature environment.

正極活物質層に含まれるリチウム(Li)化合物の含有量A、及びLi化合物の含有量Bの比を一定範囲にすることで十分な高温耐久性と低温環境下での高い入出力特性を両立できる原理は明らかではないが次のように推察される。含有量Aと対応するLi化合物はLiイオン伝導性が高い固体電解質膜であり、充放電反応時の正極活物質層内におけるLiイオンの拡散性を良好に保つことができる。一方、含有量Bと対応するLi化合物は耐酸化性の高い安定な固体電解質膜であり、高温環境下における正極‐電解液界面での酸化分解を抑制することができる。これらのLi化合物の正極活物質層内における存在比率を一定範囲内にすることで、正極活物質界面のLiイオンの拡散性と耐酸化性が向上し、十分な高温耐久性と低温環境下での高い入出力特性が両立できると考えられる。 Sufficient high-temperature durability and high input / output characteristics in a low-temperature environment are achieved by keeping the ratio of the lithium (Li) compound content A and the Li compound content B contained in the positive electrode active material layer within a certain range. The principle that can be achieved is not clear, but it is inferred as follows. The Li compound corresponding to the content A is a solid electrolyte membrane having high Li ion conductivity, and the diffusibility of Li ions in the positive electrode active material layer during the charge / discharge reaction can be kept good. On the other hand, the Li compound corresponding to the content B is a stable solid electrolyte membrane having high oxidation resistance, and can suppress oxidative decomposition at the positive electrode-electrolyte solution interface in a high temperature environment. By keeping the abundance ratio of these Li compounds in the positive electrode active material layer within a certain range, the diffusivity and oxidation resistance of Li ions at the positive electrode active material interface are improved, and under sufficient high temperature durability and low temperature environment. It is considered that high input / output characteristics can be achieved at the same time.

本実施形態に係る正極活物質層は、下記式(1)〜(3)の中から選択される1種以上の化合物を正極物質層の単位質量当たり1.60×10−4mol/g〜150.0×10−4mol/g含有する。
LiX−ORO−XIILi (1)
{式(1)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、かつX及びXIIは、それぞれ独立に−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}
LiX−ORO−XII (2)
{式(2)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、Rは、水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、又はアリール基であり、かつX及びXIIは、それぞれ独立に−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}
−ORO−XII (3)
{式(3)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、R及びRは、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、又はアリール基であり、かつX及びXIIは、それぞれ独立に−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}
The positive electrode active material layer according to the present embodiment contains one or more compounds selected from the following formulas (1) to (3) from 1.60 × 10 -4 mol / g per unit mass of the positive electrode material layer. Contains 150.0 × 10 -4 mol / g.
LiX I- OR 1 O-X II Li (1)
{In formula (1), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and XI and X II are independently − (COO) n. (Here, n is 0 or 1.). }
LiX I- OR 1 O-X II R 2 (2)
{In the formula (2), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and carbon. A mono or polyhydroxyalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a mono or polyhydroxyalkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or an aryl group. And X I and X II are independently − (COO) n (where n is 0 or 1). }
R 2 X I- OR 1 O-X II R 3 (3)
{In the formula (3), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 and R 3 are independently hydrogen and 1 carbon atom, respectively. Alkyl groups of 10 to 10, mono or polyhydroxyalkyl groups with 1 to 10 carbon atoms, alkenyl groups with 2 to 10 carbon atoms, mono or polyhydroxyalkenyl groups with 2 to 10 carbon atoms, cycloalkyl groups with 3 to 6 carbon atoms , Or an aryl group, and XI and X II are independently − (COO) n (where n is 0 or 1). }

式(1)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、X及びXIIは、それぞれ独立に−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。
式(1)で表される化合物は、好ましくは、LiOCOLi、LiOCOLi、LiOCOCOOLi、LiOCOOCOLi、LiOCOOCOCOOLi及びLiOCOOCOCOOLiである。
In the formula (1), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and XI and X II are independently − (COO) n (here). And n is 0 or 1).
The compounds represented by the formula (1) are preferably 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 OCOLi. be.

式(2)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、Rは、水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、又はアリール基であり、かつX及びXIIは、それぞれ独立に−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。
式(2)で表される化合物は、好ましくは、LiOCOH、LiOCOH、LiOCOCOOH、LiOCOCOOH、LiOCOOCOCOOH、LiOCOOCOCOOH、LiOCOCH、LiOCOCH、LiOCOCOOCH、LiOCOCOOCH、LiOCOOCOCOOCH、LiOCOOCOCOOCH、LiOCOC、LiOCOC、LiOCOCOOC、LiOCOCOOC、LiOCOOCOCOOC、及びLiOCOOCOCOOCである。
In the formula (2), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and a carbon number of carbon atoms. It is a mono or polyhydroxyalkyl group having 1 to 10, 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 I and X II are independently − (COO) n (where n is 0 or 1).
The compound represented by the formula (2) is preferably 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 , and LiOCOC 3 H 6 OCOC 2 H 5 .

式(3)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、R及びRは、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、又はアリール基であり、かつX及びXIIは、それぞれ独立に−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。
式(3)で表される化合物は、好ましくは、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、及びCOCOOCOCOOCである。
In the formula (3), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 and R 3 are independently hydrogen and 1 to 4 carbon atoms, respectively. 10 alkyl groups, mono or polyhydroxyalkyl groups with 1 to 10 carbon atoms, alkenyl groups with 2 to 10 carbon atoms, mono or polyhydroxyalkenyl groups with 2 to 10 carbon atoms, cycloalkyl groups with 3 to 6 carbon atoms, Alternatively, it is an aryl group, and XI and X II are independently − (COO) n (where n is 0 or 1).
The compound represented by the formula (3) is preferably HOC 2 H 4 OH, HOC 3 H 6 OH, HOC 2 H 4 OCOOH, HOC 3 H 6 OCOOH, HOCOC 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 OCOOCH 3, CH 3 OCOOC 2 H 4 OCOOCH 3, CH 3 OCOOC 3 H 6 OCOOCH 3, CH 3 OC 2 H 4 OC 2 H 5 , CH 3 OC 3 H 6 OC 2 H 5 , CH 3 OC 2 H 4 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 , and C 2 H 5 OCOC 3 H 6 OCOC 2 H 5 .

式(1)〜(3)で表される化合物を正極活物質層内に含有させる方法としては、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。
As a method for incorporating the compounds represented by the formulas (1) to (3) in the positive electrode active material layer, for example,
A method of mixing the compound with the positive electrode active material layer,
A method of adsorbing the compound on the positive electrode active material layer,
Examples thereof include a method of electrochemically precipitating the compound on the positive electrode active material layer.
Above all, in the positive electrode active material layer, a precursor capable of decomposing to produce these compounds is contained in the non-aqueous electrolyte solution, and the decomposition reaction of the precursor in the step of producing the power storage element is utilized. The method of depositing the compound on the surface is preferable.

式(1)〜(3)で表される化合物を形成する前駆体としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートおよびフルオロエチレンカーボネートから成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 a precursor for forming the compound represented by the formulas (1) to (3), at least one organic solvent selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate and fluoroethylene carbonate is used. It is preferable to use, and it is more preferable to use ethylene carbonate and propylene carbonate.

式(1)〜(3)で表される化合物の正極活物質層中の総含有量Cは、前記正極活物質層の単位質量当たり、1.60×10−4mol/g以上であり、5.00×10−4mol/g以上であることが好ましい。前記化合物の総含有量C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してガスが発生することを抑制できる。
また、前記化合物の総含有量Cは、前記正極活物質層の単位質量当たり、150.0×10−4mol/g以下であり、130.0×10−4mol/g以下であることが好ましく、100.0×10−4mol/g以下であることがより好ましい。前記化合物の総含有量Cが正極活物質層の単位質量当たり150.0×10−4mol/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。
The total content C of the compounds represented by the formulas (1) to (3) in the positive electrode active material layer is 1.60 × 10 -4 mol / g or more per unit mass of the positive electrode active material layer. It is preferably 5.00 × 10 -4 mol / g or more. When the total content C 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 becomes It is possible to suppress the generation of gas by oxidative decomposition.
The total content C of the compound is 150.0 × 10 -4 mol / g or less and 130.0 × 10 -4 mol / g or less per unit mass of the positive electrode active material layer. It is preferably 100.0 × 10 -4 mol / g or less, and more preferably 100.0 × 10 -4 mol / g or less. When the total content C of the compound is 150.0 × 10 -4 mol / g or less per unit mass of the positive electrode active material layer, the diffusion of Li ions is not hindered and high input / output characteristics are exhibited. Can be done.

[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。
[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.

[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。負極活物質層は、これ以外に、必要に応じて、導電性フィラー、結着剤、分散安定剤等の任意成分を含んでいてもよい。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer contains a negative electrode active material that can occlude and release lithium ions. In addition to this, the negative electrode active material layer may contain an optional component such as a conductive filler, a binder, and a dispersion stabilizer, if necessary.

[負極活物質]
前記負極活物質としては、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。好ましくは該負極活物質の総量に対する該炭素材料の含有率が50質量%以上であり、より好ましくは70質量%以上である。該炭素材料の含有率が100質量%でよいが、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%以下であることが好ましい。
[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 may 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 preferably 80% by mass or less.

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、非水系リチウム型蓄電素子を作製し、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、非水系リチウム型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 in advance 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-type power storage element is manufactured and shipped.
The third form is lithium ions occluded in the negative electrode active material after the non-aqueous lithium-type power 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;及び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; full Thermal decomposition products of frill 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.

前記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良く、又はこれらの双方を併用してもよい。 Preferred examples of the composite carbon material are 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.

[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、カーボンブラック、鋳型多孔質炭素、高比表面積黒鉛、カーボンナノ粒子等を好適に用いることができる。
[Composite carbon material 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、BET比表面積が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 the BET specific surface area 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質量%以上200質量%以下が好ましい。この質量比率は、より好ましくは12質量%以上180質量%以下、さらに好ましくは15質量%以上160質量%以下、特に好ましくは18質量%以上150質量%以下である。炭素質材料の質量比率が10質量%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出来る。また、炭素質材料の質量比率が200質量%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出来る。 The mass ratio of the carbonaceous material to the base material in the composite carbon material 1 is preferably 10% by mass or more and 200% by mass or less. This mass ratio is more preferably 12% by mass or more and 180% by mass or less, further preferably 15% by mass or more and 160% by mass or less, and particularly preferably 18% by mass or more and 150% by mass or less. When the mass ratio of the carbonaceous material is 10% by mass 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. Cycle durability can be shown. Further, when the mass ratio of the carbonaceous material is 200% by mass 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。ドープ量は、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の量を低減することができる。そのため、負極膜厚を薄くすることが可能となり、高いエネルギー密度が得られる。ドープ量が多いほど負極電位が下がり、入出力特性、エネルギー密度、及び耐久性は向上する。
一方で、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. The doping amount 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.
Doping lithium ions lowers the negative electrode potential. 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. The amount of 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 are improved.
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 is Vm2 (cc / g), it is preferable that 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.300 and 0.001 ≦ Vm2 ≦ 0.650.
The mesopore amount Vm1 is more preferably 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.225, and further preferably 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.200. The micropore amount Vm2 is more preferably 0.001 ≦ Vm2 ≦ 0.200, further preferably 0.001 ≦ Vm2 ≦ 0.150, and particularly preferably 0.001 ≦ Vm2 ≦ 0.100.

メソ孔量Vm1が0.300cc/g以下であれば、BET比表面積を大きくすることができ、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。その結果、負極を薄膜化することができる。また、マイクロ孔量Vm2が0.650cc/g以下であれば、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. As a result, the negative electrode can be thinned. Further, when the micropore amount Vm2 is 0.650 cc / g or less, high charge / discharge efficiency for 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以下が好ましい。より好ましくは150m/g以上1,100m/g以下、さらに好ましくは180m/g以上550m/g以下である。このBET比表面積が100m/g以上であれば、細孔を適度に保持することができるため、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。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. It is 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 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. Further, 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 obtaining 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。なお、H/Cは元素分析装置により測定される。 The atomic number ratio (H / C) of the 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 conjugate 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 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 width of this peak is 11. More preferably, it is 0 Å or more and 16.0 Å or less.

上記の複合炭素材料1aの該基材として用いる前記活性炭としては、得られる複合炭素材料1aが所望の特性を発揮する限り、特に制限はない。例えば石油系、石炭系、植物系、高分子系等の各種の原材料から得られた市販品を使用することができる。特に、平均粒子径が1μm以上15μm以下の活性炭粉末を用いることが好ましい。該平均粒子径は、より好ましくは2μm以上10μm以下である。 The activated carbon used as the base material of the composite carbon material 1a is not particularly limited as long as the obtained composite carbon material 1a exhibits desired 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. The average particle size is 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 is defined. 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。一方、活性炭のメソ孔量V1が0.050以上である場合及びマイクロ孔量V2が0.005以上である場合、V1/V2が0.2以上である場合、及びV1/V2が20.0以下である場合にも構造が容易に得られる。 Regarding the mesopore amount V1, 0.050 ≦ V1 ≦ 0.350 is more preferable, and 0.100 ≦ V1 ≦ 0.300 is 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 the amount of mesopores / the amount of micropores, 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.

上記の複合炭素材料1aの原料として用いる炭素質材料前駆体とは、熱処理することにより、活性炭に炭素質材料を被着させることができる、固体、液体、又は溶剤に溶解可能な有機材料である。この炭素質材料前駆体としては、例えば、ピッチ、メソカーボンマイクロビーズ、コークス、合成樹脂(例えばフェノール樹脂等)等を挙げることができる。これらの炭素質材料前駆体の中でも、安価であるピッチを用いることが、製造コスト上好ましい。ピッチは、大別して石油系ピッチと石炭系ピッチとに分けられる。石油系ピッチとしては、例えば原油の蒸留残査、流動性接触分解残査(デカントオイル等)、サーマルクラッカーに由来するボトム油、ナフサクラッキングの際に得られるエチレンタール等が例示される。 The carbonaceous material precursor used as the raw material of the composite carbon material 1a is a solid, liquid, or solvent-soluble organic material capable of adhering the carbonic material to the 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.

上記ピッチを用いる場合、該ピッチを活性炭との共存下で熱処理し、活性炭の表面においてピッチの揮発成分又は熱分解成分を熱反応させて該活性炭に炭素質材料を被着させることにより、複合炭素材料1aが得られる。この場合、200〜500℃程度の温度において、ピッチの揮発成分又は熱分解成分の活性炭細孔内への被着が進行し、400℃以上で該被着成分が炭素質材料となる反応が進行する。熱処理時のピーク温度(最高到達温度)は、得られる複合炭素材料1aの特性、熱反応パターン、熱反応雰囲気等により適宜決定されるものであるが、400℃以上であることが好ましく、より好ましくは450℃〜1,000℃であり、さらに好ましくは500〜800℃程度である。また、熱処理時のピーク温度を維持する時間は、30分間〜10時間であることが好ましく、より好ましくは1時間〜7時間、更に好ましくは2時間〜5時間である。例えば、500〜800℃程度のピーク温度で2時間〜5時間に亘って熱処理する場合、活性炭表面に被着している炭素質材料は多環芳香族系炭化水素になっているものと考えられる。 When the above pitch is used, the pitch is heat-treated in the coexistence with the activated carbon, and the volatile component or the pyrolysis component of the pitch is thermally reacted on the surface of the activated carbon to coat the activated carbon with a carbonaceous material, whereby composite carbon is used. 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. 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し、従って該ピッチを用いると、活性炭内の細かい細孔まで被着することが可能となる。
上記の複合炭素材料1aを製造するための具体的方法としては、例えば、炭素質材料前駆体から揮発した炭化水素ガスを含む不活性雰囲気中で活性炭を熱処理し、気相で炭素質材料を被着させる方法が挙げられる。また、活性炭と炭素質材料前駆体とを予め混合し熱処理する方法、又は溶媒に溶解させた炭素質材料前駆体を活性炭に塗布して乾燥させた後に熱処理する方法も可能である。
The softening point of the pitch used is preferably 30 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, and more preferably 60 ° C. or higher and 130 ° C. or lower. A pitch having a softening point of 30 ° C. or higher does not hinder handleability and can be charged with high accuracy. The pitch at which the softening point is 250 ° C. or lower contains a large amount of relatively low molecular weight compounds, and therefore, when the pitch is used, even fine pores in the activated carbon can be adhered.
As a specific method for producing the above-mentioned composite carbon material 1a, for example, the activated carbon is heat-treated in an inert atmosphere containing a hydrocarbon gas volatilized from the carbonaceous material precursor, and the carbonic material is covered with a vapor phase. There is a method of dressing. 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質量%以上100質量%以下であるものが好ましい。この質量比率は、好ましくは15質量%以上80質量%以下でありである。炭素質材料の質量比率が10質量%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から、サイクル耐久性が損なわれることがない。また、炭素質材料の質量比率が100質量%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。 It is preferable that the mass ratio of the carbonaceous material to the activated carbon in the composite carbon material 1a is 10% by mass or more and 100% by mass or less. This mass ratio is preferably 15% by mass or more and 80% by mass or less. When the mass ratio of the carbonaceous material is 10% by mass 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. The sex is not impaired. Further, when the mass ratio of the carbonaceous material is 100% by mass 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 crystalline 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出来る。他方、BET比表面積が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出来る。 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 the BET specific surface area 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 is exhibited. Can be done.

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い。この平均粒子径は、より好ましくは2μm以上8μm以下、さらに好ましくは3μm以上6μm以下である。平均粒子径が1μm以上であれば、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出来る。他方、平均粒子径が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. The average particle size is more preferably 2 μm or more and 8 μm or less, and further preferably 3 μm or more and 6 μm or less. When the average particle 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, when the average particle size is 10 μm or less, the reaction area between the composite carbon material 2 and the non-aqueous electrolyte 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質量%以上30質量%以下が好ましい。この質量比率は、より好ましくは1.2質量%以上25質量%以下、さらに好ましくは1.5質量%以上20質量%以下である。炭素質材料の質量比率が質量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出来る。他方、炭素質材料の質量比率が30質量%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出来る。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出来る。 The mass ratio of the carbonaceous material to the base material in the composite carbon material 2 is preferably 1% by mass or more and 30% by mass or less. This mass ratio is more preferably 1.2% by mass or more and 25% by mass or less, and further preferably 1.5% by mass or more and 20% by mass or less. When the mass ratio of the carbonaceous material is 1% or more by mass, 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 can be obtained. Can be shown. On the other hand, when the mass ratio of the carbonaceous material is 30% by mass 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. You can. 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、より好ましくは70mAh/g以上650mAh/g以下、さらに好ましくは90mAh/g以上600mAh/g以下、特に好ましくは100mAh/g以上550mAh/g以下である。
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2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。
一方で、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, more preferably 70 mAh / g or more and 650 mAh / g or less, and further preferably 90 mAh / g or more and 600 mAh or less. / G or less, particularly preferably 100 mAh / g or more and 550 mAh / g or less.
Doping lithium ions lowers the negative electrode potential. Therefore, 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-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 50 mAh / g or more, lithium ions are satisfactorily doped even at 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 are improved.
On the other hand, if 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。 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.

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い。この平均粒子径は、より好ましくは2μm以上8μm以下、さらに好ましくは3μm以上6μm以下である。平均粒子径が1μm以上であれば、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出来る。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。 The average particle size of the composite carbon material 2a is preferably 1 μm or more and 10 μm or less. The average particle size is more preferably 2 μm or more and 8 μm or less, and further preferably 3 μm or more and 6 μm or less. When the average particle 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 electrolyte 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出来る。他方、BET比表面積が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出来る。 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 the BET specific surface area 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 is exhibited. Can be done.

該基材として用いる前記黒鉛材料としては、得られる複合炭素材料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 spherules, 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.

上記の複合炭素材料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 the raw material of the composite carbon material 2a is an organic material that can be dissolved in a solid, liquid, or solvent, in which the carbonaceous material can be composited 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質量%以上10質量%以下が好ましい。この質量比率は、より好ましくは1.2質量%以上8質量%以下、さらに好ましくは1.5質量%以上6質量%以下、特に好ましくは2質量%以上5質量%以下である。炭素質材料の質量比率が1質量%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出来る。他方、炭素質材料の質量比率が10質量%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出来る。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出来る。 The mass ratio of the carbonaceous material to the graphite material in the composite carbon material 2a is preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less. This mass ratio is more preferably 1.2% by mass or more and 8% by mass or less, further preferably 1.5% by mass or more and 6% by mass or less, and particularly preferably 2% by mass or more and 5% by mass or less. When the mass ratio of the carbonaceous material is 1% by mass 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 can be obtained. Can be shown. On the other hand, when the mass ratio of the carbonaceous material is 10% by mass 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. You can. Moreover, since the charge / discharge efficiency of lithium ions can be improved, high cycle durability can be exhibited.

本発明における負極活物質層は、必要に応じて、負極活物質の他に、導電性フィラー、結着剤、分散安定剤等の任意成分を含んでいてもよい。
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0質量部以上15質量部以下である。
The negative electrode active material layer in the present invention may contain an optional component such as a conductive filler, a binder, and a dispersion stabilizer in addition to the negative electrode active material, if necessary.
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 with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material. It is more preferably 0 parts by mass or more and 20 parts by mass or less, and further preferably 0 parts by mass or more and 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質量部以上であれば、十分な電極強度が発現される。一方で、結着剤の量が30質量部以下であれば、負極活物質への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 and the like. 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 part 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。分散安定剤の使用量は、負極活物質100質量部に対して、好ましくは0質量部以上10質量部以下である。分散安定剤の量が10質量部以下であれば、負極活物質への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 dispersion stabilizer 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]
本発明における負極集電体を構成する材料としては、電子伝導性が高く、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起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。本実施形態に係る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。
該金属箔は凹凸又は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。
電極作製の容易性、高い電子伝導性の観点から、本実施形態における負極集電体は、無孔状であることが好ましい。本願明細書において、「無孔状の負極集電体」とは、少なくとも負極活物質層の塗工された領域において、リチウムイオンが負極集電体を通過して負極の表裏でリチウムイオンが均一化する程度の孔を有しない負極集電体を意味する。したがって、本願発明の効果を奏する範囲内において、極めて小径又は微量の孔を有する負極集電体、及び負極活物質層の塗工されていない領域に孔を有する負極集電体をも排除するものではない。また、本実施形態において、負極集電体のうち少なくとも負極活物質層が塗工された領域は無孔状であり、負極集電体のうち負極活物質層が塗工されていない余剰部分には孔があってもよいし、無くてもよい。
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。なお、負極集電体が孔又は凹凸を有するときには、孔又は凹凸が存在しない部分に基づいて負極集電体の厚みを測定するものとする。
[Negative electrode current collector]
The material constituting the negative electrode current collector in the present invention 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 according to 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.
From the viewpoint of ease of electrode production and high electron conductivity, the negative electrode current collector in the present embodiment is preferably non-porous. In the specification of the present application, the “non-porous negative electrode current collector” means that lithium ions pass through the negative electrode current collector and the lithium ions are uniform on the front and back surfaces of the negative electrode, at least in the coated region of the negative electrode active material layer. It means a negative electrode current collector that does not have enough holes to be converted. Therefore, within the range in which the effect of the present invention is exhibited, the negative electrode current collector having extremely small diameter or a small amount of holes and the negative electrode current collector having holes in the uncoated region of the negative electrode active material layer are also excluded. is not it. Further, in the present embodiment, at least the region of the negative electrode current collector coated with the negative electrode active material layer is non-porous, and the excess portion of the negative electrode current collector where the negative electrode active material layer is not coated is covered. May or may not have holes.
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. When the negative electrode current collector has holes or irregularities, the thickness of the negative electrode current collector shall be measured based on the portion where the holes or irregularities do not exist.

[負極の製造]
負極は、負極集電体の片面上又は両面上に負極活物質層を有して成る。典型的な態様において負極活物質層は負極集電体に固着している。
負極は、既知のリチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ等における電極の製造技術によって製造することが可能である。例えば、負極活物質を含む各種材料を水又は有機溶剤中に分散又は溶解してスラリー状の塗工液を調製し、この塗工液を負極集電体上の片面又は両面に塗工して塗膜を形成し、これを乾燥することにより負極を得ることが出来る。さらに得られた負極にプレスを施して、負極活物質層の膜厚又は嵩密度を調整してもよい。代替的には、溶剤を使用せずに、負極活物質を含む各種材料を乾式で混合し、得られた混合物をプレス成型した後、導電性接着剤を用いて負極集電体に貼り付ける方法も可能である。
[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 or bulk density of the negative electrode active material layer. Alternatively, a method in which various materials including a negative electrode active material are mixed in a dry manner without using a solvent, the obtained mixture is press-molded, and then attached to a negative electrode current collector using a conductive adhesive. Is also possible.

塗工液の調製は、負極活物質を含む各種材料粉末の一部若しくは全部をドライブレンドし、次いで水又は有機溶媒、及び/又はそれらに結着剤若しくは分散安定剤が溶解又は分散した液状又はスラリー状の物質を追加して調製してもよい。また、水又は有機溶媒に結着剤や分散安定剤が溶解又は分散した液状又はスラリー状の物質の中に、負極活物質を含む各種材料粉末を追加して調製してもよい。前記塗工液の調製に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又は多軸分散機、プラネタリーミキサー、薄膜旋回型高速ミキサー等の分散機等を用いることが出来る。良好な分散状態の塗工液を得るためには、周速1m/s以上50m/s以下で分散することが好ましい。周速1m/s以上であれば、各種材料が良好に溶解又は分散するため好ましい。また、周速50m/s以下であれば、分散による熱又は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。 The coating liquid is prepared by dry-blending a part or all of various material powders including the negative electrode active material, and then water or an organic solvent and / or a liquid in which a binder or a dispersion stabilizer is dissolved or dispersed therein. A slurry-like substance may be added and prepared. 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. Although the preparation of the coating liquid is not particularly limited, a homodisper or a disperser such as a multi-axis disperser, a planetary mixer, or a thin film swirling high-speed mixer can be preferably used. In order to obtain a coating liquid in a well-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 the peripheral speed 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.

前記塗工液の粘度(ηb)は、1,000mPa・s以上20,000mPa・s以下が好ましく、より好ましくは1,500mPa・s以上10,000mPa・s以下、さらに好ましくは1,700mPa・s以上5,000mPa・s以下である。粘度(ηb)が1,000mPa・s以上であれば、塗膜形成時の液ダレが抑制され、塗膜幅及び膜厚が良好に制御できる。また、20,000mPa・s以下であれば、塗工機を用いた際の塗工液の流路における圧力損失が少なく安定に塗工でき、また所望の塗膜厚み以下に制御できる。
また、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、塗膜幅及び膜厚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. 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 film thickness can be satisfactorily controlled. Further, 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 the film thickness can be satisfactorily controlled.

前記塗膜の形成は特に制限されるものではないが、好適にはダイコーター又はコンマコーター、ナイフコーター、グラビア塗工機等の塗工機を用いることが出来る。塗膜は単層塗工で形成してもよいし、多層塗工して形成してもよい。また、塗工速度は0.1m/分以上100m/分以下であることが好ましく、より好ましくは0.5m/分以上70m/分以下、さらに好ましくは1m/分以上50m/分以下である。塗工速度が0.1m/分以上であれば、安定に塗工出来る。他方、塗工速度が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 or a comma coater, a knife coater, or a gravure coating machine can be preferably used. The coating film may be formed by a single-layer coating or a 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 the coating speed is 100 m / min or less, sufficient coating accuracy can be ensured.

前記塗膜の乾燥は特に制限されるものではないが、好適には熱風乾燥、赤外線(IR)乾燥等の乾燥方法を用いることが出来る。塗膜の乾燥は、単一の温度で乾燥させてもよいし、多段的に温度を変えて乾燥させてもよい。また、複数の乾燥方法を組み合わせて乾燥させてもよい。乾燥温度は、25℃以上200℃以下であることが好ましく、より好ましくは40℃以上180℃以下、さらに好ましくは50℃以上160℃以下である。乾燥温度が25℃以上であれば、塗膜中の溶媒を十分に揮発させることが出来る。他方、乾燥温度が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又はマイグレーションによる結着剤の偏在、及び負極集電体又は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 drying temperature is 200 ° C. or lower, it is possible to suppress cracking of the coating film due to rapid volatilization of the solvent or uneven distribution of the binder due to migration, and oxidation of the negative electrode current collector or the negative electrode active material layer.

前記負極のプレスは特に制限されるものではないが、好適には油圧プレス機、真空プレス機等のプレス機を用いることが出来る。負極活物質層の膜厚、嵩密度及び電極強度は、後述するプレス圧力、隙間、プレス部の表面温度等により調整できる。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、プレス圧力が20kN/cm以下であれば、負極に撓み又はシワが生じることがなく、所望の負極活物質層膜厚又は嵩密度に調整できる。また、プレスロール同士の隙間は、所望の負極活物質層の膜厚又は嵩密度となるように乾燥後の負極膜厚に応じて任意の値を設定できる。さらに、プレス速度は負極に撓み又は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い。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 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, the surface temperature of the press portion, and the like, 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 the press pressure is 20 kN / cm or less, the negative electrode does not bend or wrinkle, and the film thickness or bulk density of the negative electrode active material can be adjusted to a desired value. Further, the gap between the press rolls can be set to an arbitrary value according to the film thickness of the negative electrode after drying so as to have a desired film thickness or bulk density of the negative electrode active material layer. Further, the pressing speed can be set to any 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 used at 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 preferable to heat the mixture to 40 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. It is more preferably 55 ° C. or higher and 130 ° C. or lower, and further preferably 70 ° 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、及び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 temperature rise 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.

[測定項目]
本明細書におけるBET比表面積及び平均細孔径、メソ孔量、マイクロ孔量は、それぞれ以下の方法によって求められる値である。試料を200℃で一昼夜真空乾燥し、窒素を吸着質として吸脱着の等温線の測定を行なう。ここで得られる吸着側の等温線を用いて、BET比表面積はBET多点法又はBET1点法により、平均細孔径は質量当たりの全細孔容積をBET比表面積で除すことにより、メソ孔量はBJH法により、マイクロ孔量はMP法により、それぞれ算出される。
BJH法は一般的にメソ孔の解析に用いられる計算方法で、Barrett, Joyner, Halendaらにより提唱されたものである(非特許文献1)。
また、MP法とは、「t−プロット法」(非特許文献2)を利用して、マイクロ孔容積、マイクロ孔面積、及びマイクロ孔の分布を求める方法を意味し、R.S.Mikhail, Brunauer, Bodorにより考案された方法である(非特許文献3)。
[Measurement item]
The BET specific surface area, the average pore diameter, the mesopore amount, and the micropore amount in the present specification 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 isotherm obtained here, the BET specific surface area is the BET multi-point method or the BET one-point method, and the average pore diameter is the mesopores by dividing the total pore volume per mass by the BET specific surface area. The amount is calculated by the BJH method, and the amount of micropores is calculated by the MP method.
The BJH method is a calculation method generally used for analysis of mesopores, and has been proposed by Barrett, Joiner, Hallenda et al. (Non-Patent Document 1).
The MP method means a method of obtaining the micropore volume, the micropore area, and the distribution of the micropores by using the "t-plot method" (Non-Patent Document 2). S. This is a method devised by Mikhair, Brunauer, and Bodor (Non-Patent Document 3).

本明細書における平均粒子径は、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。 The average particle size in the present specification 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 the particle size distribution measuring device (that is,). , 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。
上記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。そして、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 ion 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 specification 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 obtained as described above 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. Then, the obtained value may be allocated by the amount of the negative electrode active material used for extraction, and the numerical value of the above unit may be calculated.

本明細書における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。 The primary particle size in the present specification is about 2,000 to 3,000 particles obtained by photographing the powder in several fields with an electron microscope and using a fully automatic image processing device or the like to measure the particle size of the particles in those fields. It can be obtained by measuring and using the value obtained by arithmetically averaging these as the primary particle size.

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 of 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.

本明細書における粘度(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。 The viscosity (ηb) and TI value in the present specification 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 of TI value = ηa / ηb. When increasing the shear rate from 2s-1 to 20s-1, it may be increased in one step, or the shear rate may be increased in multiple steps within the above range, and the shear rate may be increased while appropriately acquiring the viscosity at the shear rate. You may let me.

負極活物質層の膜厚は、片面当たり、5μm以上100μm以下が好ましい。該負極活物質層の膜厚の下限は、より好ましくは7μm以上であり、さらに好ましくは10μm以上である。該負極活物質層の膜厚の上限は、より好ましくは80μm以下であり、さらに好ましくは60μm以下である。この膜厚が5μm以上であれば、負極活物質層を塗工した際にスジ等が発生せず塗工性に優れる。他方、この膜厚が100μm以下であれば、セル体積を縮小することによって高いエネルギー密度を発現できる。なお、集電体が貫通孔又は凹凸を有する場合における負極活物質層の膜厚とは、集電体の貫通孔又は凹凸を有していない部分の片面当たりの膜厚の平均値をいう。 The film thickness of the negative electrode active material layer is preferably 5 μm or more and 100 μm or less per one side. The lower limit of the film thickness of the negative electrode active material layer is more preferably 7 μm or more, still more preferably 10 μm or more. The upper limit of the film thickness of the negative electrode active material layer is more preferably 80 μm or less, and further preferably 60 μm or less. When this film thickness 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 this film thickness is 100 μm or less, a high energy density can be developed by reducing the cell volume. The film thickness of the negative electrode active material layer when the current collector has through holes or irregularities means the average value of the film 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。また、嵩密度が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. Further, when the bulk density is 1.8 g / cm 3 or less, pores capable of sufficiently diffusing ions can be secured in the negative electrode active material layer.

[負極活物質層中の化合物]
本実施形態に係る負極活物質層は、式CHOX{式中、Xは、−(O)Li又は−(COO)Liであり、かつnは0又は1である。}で表される化合物を含有することが好ましい。
式CHOXで表される化合物は、より好ましくは、CHOLi、及びCHOCOOLiである。
ここで、式CHOXで表される化合物の負極活物質層中の総含有量は、前記負極活物質層の単位質量当たり、0.50×10−6mol/g以上30.0×10−6mol/g以下であることが好ましく、0.70×10−6mol/g以上20.0×10−6mol/g以下であることがより好ましい。前記化合物の総含有量が0.50×10−6mol/g以上30.0×10−6mol/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。
[Compounds in the negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer according to the present embodiment is of the formula CH 3 OX 1 {in the formula, X 1 is − (O) n Li or − (COO) n Li, and n is 0 or 1. } Is preferably contained.
The compounds represented by the formula CH 3 OX 1 are more preferably CH 3 OLi and CH 3 OCOOLi.
Here, the total content of the compound represented by the formula CH 3 OX 1 in the negative electrode active material layer is 0.50 × 10-6 mol / g or more and 30.0 × per unit mass of the negative electrode active material layer. It is preferably 10-6 mol / g or less, and more preferably 0.70 × 10-6 mol / g or more and 20.0 × 10-6 mol / g or less. When the total content of the compound is 0.50 × 10-6 mol / g or more and 30.0 × 10-6 mol / g or less, the diffusion of Li ions is not hindered and high input / output characteristics are exhibited. can do.

本実施形態に係る負極活物質層は、さらに、COX{式中、Xは、−(O)Li又は−(COO)Liであり、かつnは0又は1である。}で表される化合物を含有することが好ましい。
OXで表される化合物は、より好ましくは、COLi、及びCOCOOLiである。
ここで、COXで表される化合物の負極活物質層中の総含有量は、前記負極活物質層の単位質量当たり、0.10×10−6mol/g以上20.0×10−6mol/g以下であることが好ましく、0.30×10−6mol/g以上10.0×10−6mol/g以下であることがより好ましい。前記化合物の総含有量が0.10×10−6mol/g以上20.0×10−6mol/g以下であれば、非水系電解液が負極活物質に接することがなく、非水系電解液が酸化分解してガスが発生することを抑制できる。
The negative electrode active material layer according to the present embodiment is further C 2 H 5 OX 2 {in the formula, X 2 is − (O) n Li or − (COO) n Li, and n is 0 or 1. be. } Is preferably contained.
The compounds represented by C 2 H 5 OX 2 are more preferably C 2 H 5 OLi and C 2 H 5 OCOOLi.
Here, the total content of the compound represented by C 2 H 5 OX 2 in the negative electrode active material layer is 0.10 × 10-6 mol / g or more and 20.0 per unit mass of the negative negative active material layer. preferably × at 10 -6 mol / g or less, and more preferably less 0.30 × 10 -6 mol / g or more 10.0 × 10 -6 mol / g. When the total content of the compound is 0.10 × 10-6 mol / g or more and 20.0 × 10-6 mol / g or less, the non-aqueous electrolyte solution does not come into contact with the negative electrode active material, and the non-aqueous electrolyte solution does not come into contact with the negative electrode active material. It is possible to suppress the generation of gas due to oxidative decomposition of the liquid.

本実施形態に係る式CHOX及び/又は式COXで表される化合物を負極活物質層内に含有させるための方法としては、例えば、
負極活物質層に前記化合物を混合する方法、
負極活物質層に前記化合物を吸着させる方法、
負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、負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。
前記化合物を形成する前駆体としては、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びジエチルカーボネートから成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い。
As a method for containing the compound represented by the formula CH 3 OX 1 and / or the formula C 2 H 5 OX 2 according to the present embodiment in the negative electrode active material layer, for example,
A method of mixing the compound with the negative electrode active material layer,
A method of adsorbing the compound on the negative electrode active material layer,
Examples thereof include a method of electrochemically precipitating the compound on the negative electrode active material layer.
Above all, in the negative electrode active material layer, a precursor capable of decomposing to produce these compounds is contained in the non-aqueous electrolyte solution, and the decomposition reaction of the precursor in the step of producing the power storage element is utilized. The method of depositing the compound on the surface is preferable.
As the precursor for forming the compound, it is preferable to use at least one organic solvent selected from the group consisting of dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate.

式CHOX{式中、Xは、−(O)Li又は−(COO)Liであり、かつnは0又は1である。}で表される化合物の負極物質層の単位質量当たりの含有量をDとし、かつ式COX{式中、Xは、−(O)Li又は−(COO)Liであり、かつnは0又は1である。}で表される化合物の負極物質層の単位質量当たりの含有量をEとしたとき、D/Eは1.10以上15.00以下であることが好ましい。D/Eは2.00以上9.00以下であることがより好ましく、2.50以上8.00以下であることが更に好ましい。D/Eが1.10以上であることで、負極界面におけるLiイオンの拡散性が向上し、低温環境下でも高い入出力特性を維持することができる。また、D/Eが15.00以下であることで、高温環境下でも非水電解液が負極界面で酸化分解してガスが発生することがない。そのため、D/Eが1.10以上15.00以下であることによって十分な高温耐久性と低温環境下での高い入出力特性を両立することができる。 Equation CH 3 OX 1 {In the equation, X 1 is − (O) n Li or − (COO) n Li, and n is 0 or 1. }, And the content per unit mass of the negative electrode material layer of the compound represented by} is D, and the formula C 2 H 5 OX 2 {In the formula, X 2 is − (O) n Li or − (COO) n Li. And n is 0 or 1. }, The D / E is preferably 1.10 or more and 15.00 or less, where E is the content per unit mass of the negative electrode material layer of the compound represented by. The D / E is more preferably 2.00 or more and 9.00 or less, and further preferably 2.50 or more and 8.00 or less. When the D / E is 1.10 or more, the diffusibility of Li ions at the negative electrode interface is improved, and high input / output characteristics can be maintained even in a low temperature environment. Further, when the D / E is 15.00 or less, the non-aqueous electrolytic solution is not oxidatively decomposed at the negative electrode interface to generate gas even in a high temperature environment. Therefore, when the D / E is 1.10 or more and 15.00 or less, it is possible to achieve both sufficient high temperature durability and high input / output characteristics in a low temperature environment.

負極活物質層に含まれるLi化合物の含有量D、及びLi化合物の含有量Eの比を一定範囲にすることで十分な高温耐久性と低温環境下での高い入出力特性を両立できる原理は明らかではないが、次のように推察される。含有量Dと対応するLi化合物は、Liイオン伝導性が高い固体電解質膜であり、充放電反応時の負極活物質層内におけるLiイオンの拡散性を良好にすることができる。一方、含有量Eと対応するLi化合物は、耐酸化性の高い安定な固体電解質膜であり、高温環境下における負極‐電解液界面での酸化分解を抑制することができる。これらのLi化合物の負極活物質層内における存在比率を一定範囲内にすることで、負極活物質界面のLiイオンの拡散性と耐酸化性が向上し、十分な高温耐久性と低温環境下での高い入出力特性が両立できると考えられる。 The principle that sufficient high-temperature durability and high input / output characteristics in a low-temperature environment can be achieved by keeping the ratio of the Li compound content D and the Li compound content E contained in the negative electrode active material layer within a certain range is Although it is not clear, it is inferred as follows. The Li compound corresponding to the content D is a solid electrolyte membrane having high Li ion conductivity, and can improve the diffusibility of Li ions in the negative electrode active material layer during the charge / discharge reaction. On the other hand, the Li compound corresponding to the content E is a stable solid electrolyte membrane having high oxidation resistance, and can suppress oxidative decomposition at the negative electrode-electrolyte solution interface in a high temperature environment. By keeping the abundance ratio of these Li compounds in the negative electrode active material layer within a certain range, the diffusivity and oxidation resistance of Li ions at the negative electrode active material interface are improved, and under sufficient high temperature durability and low temperature environment. It is considered that high input / output characteristics can be achieved at the same time.

[電解液]
本実施形態の電解液は、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。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ことが好ましい。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ことが好ましい。
[Electrolytic solution]
The electrolytic solution of 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 preferably contains 0.5 mol / L or more of a lithium salt based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. That is, the non-aqueous electrolyte solution preferably contains lithium ions as an electrolyte.

[リチウム塩]
本実施形態の非水系電解液は、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、非水系電解液は、LiPF、LiN(SOF)及びLiBFから成る群から選択される少なくとも1つを含むことが好ましく、LiPF及び/又はLiBFとLiN(SOF)とを含むことがより好ましい。
非水系電解液中のリチウム塩濃度は、該非水系電解液の総量を基準として、0.5mol/L以上であることが好ましく、0.5mol/L以上2.0mol/L以下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。
[Lithium salt]
The non-aqueous electrolyte solution of the present embodiment contains, as lithium salts, 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. Since it can exhibit high conductivity, the non-aqueous electrolyte solution preferably contains at least one selected from the group consisting of LiPF 6 , LiN (SO 2 F) 2 and LiBF 4 , and LiPF 6 and / or LiBF 4 And LiN (SO 2 F) 2 are more preferably contained.
The lithium salt concentration in the non-aqueous electrolyte solution is preferably 0.5 mol / L or more, more preferably 0.5 mol / L or more and 2.0 mol / L or less, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. .. 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 electrolytic solution and the viscosity of the electrolytic solution from becoming too high, resulting in a decrease in conductivity. It is preferable because it does not reduce the output characteristics.

本実施形態の非水系電解液は、該非水系電解液の総量を基準として、0.3mol/L以上1.5mol/L以下の濃度のLiN(SOF)を含むことが好ましく、LiN(SOF)の濃度は、より好ましくは0.4mol/L以上1.2mol/L以下である。LiN(SOF)濃度が0.3mol/L以上であれば、電解液のイオン伝導度を高めるとともに、負極界面に電解質被膜が適量堆積し、これにより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、この濃度が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 of the present embodiment preferably contains LiN (SO 2 F) 2 having a concentration of 0.3 mol / L or more and 1.5 mol / L or less based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. The concentration of SO 2 F) 2 is more preferably 0.4 mol / L or more and 1.2 mol / L or less. When the LiN (SO 2 F) 2 concentration 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, whereby the gas due to the decomposition of the electrolytic solution is released. It can be reduced. On the other hand, when this concentration is 1.5 mol / L or less, precipitation of the electrolyte salt does not occur during charging and discharging, and the viscosity of the electrolytic solution does not increase even after a long period of time.

[非水溶媒]
本実施形態の非水系電解液は、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(EC)、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。
[Non-aqueous solvent]
The non-aqueous electrolyte solution of the present embodiment 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 (EC), 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, it is possible to dissolve a lithium salt having a desired concentration, and high lithium ion conductivity can be exhibited. Further, an appropriate amount of the lithium compound can be deposited on the positive electrode active material layer, and oxidative decomposition of the electrolytic solution can be suppressed.

本実施形態の非水系電解液は、非水溶媒として、鎖状カーボネート化合物であるジメチルカーボネート(DMC)及びエチルメチルカーボネート(EMC)を含有することが好ましい。前記ジメチルカーボネートに対する前記エチルメチルカーボネートの体積比率(DMC/EMC)が0.5以上8.0以下であることが好ましく、0.8以上6.0以下であることがより好ましく、1.0以上4.0以下であることがさらに好ましい。DMC/EMCが0.5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。DMC/EMCが8.0以下であれば、混合溶媒の融点を低く保つことが可能となり、低温環境下でも高い入出力特性を発揮することが出来る。 The non-aqueous electrolyte solution of the present embodiment preferably contains dimethyl carbonate (DMC) and ethyl methyl carbonate (EMC), which are chain carbonate compounds, as a non-aqueous solvent. The volume ratio (DMC / EMC) of the ethyl methyl carbonate to the dimethyl carbonate is preferably 0.5 or more and 8.0 or less, more preferably 0.8 or more and 6.0 or less, and 1.0 or more. It is more preferably 4.0 or less. When DMC / EMC is 0.5 or more, the viscosity of the electrolytic solution can be reduced and high lithium ion conductivity can be exhibited. When DMC / EMC is 8.0 or less, the melting point of the mixed solvent can be kept low, and high input / output characteristics can be exhibited even in a low temperature environment.

また、本実施形態の非水系電解液は、非水溶媒として、その他の鎖状カーボネートを含んでいてもよい。その他の鎖状カーボネートとしては、ジ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。
Further, the non-aqueous electrolyte solution of the present embodiment may contain other chain carbonate as a non-aqueous solvent. Examples of other chain carbonates include dialkyl carbonate compounds typified by diethyl 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, more preferably 90% by mass or less, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. be. 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.

[添加剤]
本実施形態の非水系電解液は、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。
[Additive]
The non-aqueous electrolyte solution of the present embodiment may further contain an additive. 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 can 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。 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 0006957250
{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 0006957250
{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 0006957250
{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 0006957250
{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 0006957250
{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。}
Figure 0006957250
{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、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、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、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 formula (5) is 1 from the viewpoint of less adverse effect on resistance and from the viewpoint of suppressing decomposition of the non-aqueous electrolyte solution at high temperature to suppress gas generation. , 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 formula (6) is 1,3-. Propens sultone or 1,4-butene sultone is preferable, and as the sultone compound represented by the formula (7), 1,5,2,4-dioxadithiepan 2,2,4,4-tetraoxide is preferable. Other sultone compounds include methylenebis (benzenesulfonic acid), methylenebis (phenylmethanesulfonic acid), methylenebis (ethanesulfonic acid), methylenebis (2,4,6,trimethylbenzenesulfonic acid), and methylenebis (2-trifluoro). Methylbenzene 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%以上15質量%以下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。一方で、この総含有量が15質量%以下であれば、電解液のイオン伝導度の低下を抑えることができ、高い入出力特性を保持することができる。また、非水系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、より好ましくは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 element in the present embodiment is preferably 0.5% by mass or more and 15% by mass or less 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, the decrease in the ionic conductivity of the electrolytic solution can be suppressed, and high input / output characteristics can be maintained. 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.

[環状ホスファゼン]
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。
[Circular phosphazene]
Examples of the cyclic phosphazene include ethoxypentafluorocyclotriphosphazene, diethoxytetrafluorocyclotriphosphazene, phenoxypentafluorocyclotriphosphazene, and the like, and one or more selected from these is preferable.

非水系電解液中の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%以上20質量%以下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 or more and 20% by mass or less 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]
非環状含フッ素エーテルとしては、例えば、HCFCFOCHCFCFH、CFCFHCFOCHCFCFH、HCFCFCHOCHCFCFH、CFCFHCFOCHCFCFHCF等が挙げられ、中でも、電気化学的安定性の観点から、HCFCFOCHCFCFHが好ましい。
[Acyclic fluorine-containing ether]
Examples of the acyclic fluorine-containing ether include HCF 2 CF 2 OCH 2 CF 2 CF 2 H, CF 3 CFHCF 2 OCH 2 CF 2 CF 2 H, HCF 2 CF 2 CH 2 OCH 2 CF 2 CF 2 H, CF 3 CFHCF 2 OCH 2 CF 2 CFHCF 3 and the like 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%以下であることが更に好ましい。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、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 fluorine-containing 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 fluorine-containing 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 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]
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%以下であることがより好ましい。フッ素原子を含有する環状カーボネートの含有量が0.5質量%以上であれば、負極上に良質な被膜を形成することができ、負極上における電解液の還元分解を抑制することによって、高温における耐久性が高い蓄電素子が得られる。他方、フッ素原子を含有する環状カーボネートの含有量が10質量%以下であれば、電解質塩の溶解度が良好に保たれ、かつ、非水系電解液のイオン伝導度を高く維持することができるため、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。
[Fluorine-containing cyclic carbonate]
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]
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るため、高度の入出力特性を発現することが可能となる。
[Cyclic carbonate]
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, so that the input / output is highly high. It becomes possible to express the property.

[環状カルボン酸エステル]
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。
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%以下であることがより好ましい。環状酸無水物の含有量が0.5質量%以上であれば、負極上の良質な被膜を形成することができ、負極上での電解液の還元分解を抑制することにより、高温時耐久性が高い蓄電素子が得られる。他方、環状カルボン酸エステルの含有量が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。
[Cyclic carboxylic acid ester]
Examples of the cyclic carboxylic acid ester include gamma-butyrolactone, gamma-valerolactone, gamma caprolactone, and epsilon caprolactone, and it is preferable to use one or more selected from these. 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.
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 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 maintained high, so that the content is high. It is possible to express output characteristics. The above cyclic carboxylic acid ester may be used alone or in combination of two or more.

[環状酸無水物]
環状酸無水物については、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、及び無水イタコン酸から選択される1種以上が好ましい。中でも工業的な入手のし易さによって電解液の製造コストが抑えられる点、非水系電解液中に溶解し易い点等から、無水コハク酸及び無水マレイン酸から選択することが好ましい。
環状酸無水物の含有量は、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。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15質量%以下であれば、電解質塩の溶解度が良好に保たれ、かつ非水系電解液のイオン伝導度を高く維持することができ、従って高度の入出力特性を発現することが可能となる。尚、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。
[Cyclic acid anhydride]
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 because the production cost of the electrolytic solution can be suppressed due to the availability in the industry and the electrolyte is easily dissolved in the non-aqueous electrolytic solution.
The content of the cyclic acid anhydride is preferably 0.5% by mass or more and 15% by mass or less, and more preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. When the content of the cyclic acid anhydride is 0.5% by mass or more, a 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 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 maintained high, and therefore a high degree of input / output can be maintained. It becomes possible to express the property. The above cyclic acid anhydride may be used alone or in combination of two or more.

[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、非水系リチウム型蓄電素子の入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、非水系リチウム型蓄電素子の入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 input / output characteristics of the non-aqueous lithium-type power storage element tend to be improved, 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, a thickness of 10 μm or less is preferable because the input / output characteristics of the non-aqueous lithium-type power storage element tend to be improved.

[非水系リチウム型蓄電素子]
本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子は、後述する電極積層体又は電極捲回体が、前記非水系電解液とともに前記外装体内に収納されて構成される。
[Non-aqueous lithium-type power storage element]
The non-aqueous lithium-type power storage element of the present embodiment is configured such that an electrode laminate or an electrode winding body, which will be described later, is housed in the exterior body together with the non-aqueous electrolyte solution.

[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と負極を、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、正極前駆体と負極を、セパレータを介して捲回して成る捲回体に正極端子及び負極端子を接続したものである。電極捲回体の形状は円筒型であっても、扁平型であってもよい。
正極端子と負極端子の接続の方法は特に限定はしないが、抵抗溶接、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 connecting a positive electrode terminal and a negative electrode terminal to a winding body formed by winding a positive electrode precursor and a negative electrode via a separator. The shape of the electrode winding body may be cylindrical or flat.
The method of connecting the positive electrode terminal and the negative electrode terminal is not particularly limited, but a method such as resistance welding or ultrasonic welding 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、内部に収納する非水系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、酸変性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 moisture and gas, and foils such as copper, aluminum, and stainless steel can be preferably used. Further, the interior resin film is for protecting the metal foil from the non-aqueous electrolytic solution stored inside and for melting and 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]
乾燥した電極積層体又は電極捲回体は、金属缶又は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、インパルスシールなどの方法を用いる。
[Storage in the exterior]
It is preferable that the dried electrode laminate or electrode wound body is housed in an exterior body typified by a metal can or a laminate packaging material, and sealed with only one opening left. 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]
外装体へ収納した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。残存溶媒は、正極活物質層又は負極活物質層の質量あたり、1.5質量%以下が好ましい。残存溶媒が1.5質量%より多いと、系内に溶媒が残存し、自己放電特性又は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 housed in the outer 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 residual solvent is preferably 1.5% by mass or less per mass of the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer. If the residual solvent is more than 1.5% by mass, the solvent remains in the system and the self-discharge characteristics or the cycle characteristics are deteriorated, which is not preferable.

[注液、含浸、封止工程]
組立工程の終了後に、外装体の中に収納された電極積層体又は電極捲回体に、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非水系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、注液後の電極積層体又は電極捲回体を、外装体が開口した状態で、減圧チャンバーに設置し、真空ポンプを用いてチャンバー内を減圧状態にし、再度大気圧に戻す方法等を用いることができる。含浸工程終了後には、外装体が開口した状態の電極積層体又は電極捲回体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 or electrode winding body housed in the exterior body. 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 electrolyte solution. When the non-aqueous electrolyte solution is not immersed in at least a part of the positive electrode, the negative electrode, and the separator, the doping proceeds unevenly in the lithium doping step described later, so that the resistance of the obtained non-aqueous lithium storage element becomes high. It rises or becomes less durable. The impregnation method is not particularly limited, but for example, the electrode laminate or electrode winding body after injection is installed in a decompression chamber with the outer body open, and the inside of the chamber is used with a vacuum pump. A method of reducing the pressure and returning the pressure to atmospheric pressure can be used. After the impregnation step is completed, the electrode laminate or electrode wound body with the outer body 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、好ましくは、前記正極前駆体と負極との間に電圧を印加して、上記で説明されたリチウム化合物を分解することにより、正極前駆体中のリチウム化合物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、正極前駆体中のリチウム化合物の酸化分解に伴い、CO等のガスが発生する。そのため、電圧を印加する際には、発生したガスを外装体の外部に放出する手段を講ずることが好ましい。この手段としては、例えば、外装体の一部を開口させた状態で電圧を印加する方法;前記外装体の一部に予めガス抜き弁、ガス透過フィルム等の適宜のガス放出手段を設置した状態で電圧を印加する方法;等を挙げることができる。
[Lithium dope process]
In the lithium doping step, preferably, a voltage is applied between the positive electrode precursor and the negative electrode to decompose the lithium compound described above, thereby decomposing the lithium compound in the positive electrode precursor and lithium ions. Lithium ions are pre-doped into the negative electrode active material layer by releasing lithium ions and reducing lithium ions at the negative electrode.
In this lithium doping step, gas such as CO 2 is generated due to oxidative decomposition of the lithium compound 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. A method of applying a voltage with the above;

[エージング工程]
リチウムドープ工程の終了後に、電極積層体又は電極捲回体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非水系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、高温環境下で非水系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 the lithium doping step is completed, it is preferable to age the electrode laminate or the electrode wound body. In the aging step, the solvent in the non-aqueous electrolyte 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, and for example, a method of reacting a solvent in a non-aqueous electrolyte solution in a high temperature environment can be used.

〈追加充電〉
エージング後に、電極積層体又は電極捲回体に追加充電を行うことが好ましい。追加充電により、非水系電解液中の電解質が正極で分解することでフッ化物イオン源が放出され、セパレータ表面に付着するとともに、粒子状の物質が生成される。これにより、セパレータへの電解液の浸透性および保液性が向上することで低抵抗な非水系リチウム型蓄電素子が得られ、また、高温下でのセパレータの機械的、電気化学的な耐久性が増すことで高温保存下での耐久性に優れる非水系リチウム型蓄電素子を得ることができる。
<Additional charge>
After aging, it is preferable to additionally charge the electrode laminate or the electrode winding body. Due to the additional charging, the electrolyte in the non-aqueous electrolyte solution is decomposed at the positive electrode to release the fluoride ion source, which adheres to the surface of the separator and produces a particulate substance. As a result, the permeability and liquid retention of the electrolytic solution to the separator are improved, so that a low-resistance non-aqueous lithium-type power storage element can be obtained, and the mechanical and electrochemical durability of the separator at high temperatures can be obtained. By increasing the amount of water, it is possible to obtain a non-aqueous lithium-type power storage element having excellent durability under high temperature storage.

[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、非水系電解液、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。非水系電解液、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電極積層体又は電極捲回体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 non-aqueous electrolyte solution, the positive electrode, and the negative electrode. In a state where gas remains in at least a part of the non-aqueous electrolyte 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, the electrode laminate or the electrode winding body is installed in the decompression chamber with the exterior body open, and the inside of the chamber is depressurized by using a vacuum pump. A method or the like can be used.

[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、20C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。
[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 20C 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.

[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)/2/3600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 a value calculated by F × (3.8-2.2) / 2/3600 using the capacitance F (F) calculated by the method described above.

[体積]
非水系リチウム型蓄電素子の体積は、特に指定はないが、電極積層体又は電極捲回体のうち、正極活物質層及び負極活物質層が積重された領域が、外装体によって収納された部分の体積を指す。
[volume]
The volume of the non-aqueous lithium-type power storage element is not particularly specified, but the region in which the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer are stacked in the electrode laminate or the electrode wound body is housed by the exterior body. Refers to the volume of a part.

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、この非水系リチウム型蓄電素子の体積(V1)は、このカップ成形部分の外寸長さ(l1)、外寸幅(w1)、及びラミネートフィルムを含めた非水系リチウム型蓄電素子の厚み(t1)により、V1=l1×w1×t1で計算される。 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 exist is cup-formed. Although housed in a laminated film, the volume (V1) of this non-aqueous lithium-type power storage element includes the outer dimension length (l1), outer dimension width (w1), and laminate film of this cup-molded portion. It is calculated by V1 = l1 × w1 × t1 according to the thickness (t1) of the non-aqueous lithium-type power storage element.

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、非水系リチウム型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、この非水系リチウム型蓄電素子の体積(V2)は、角型の金属缶の外寸長さ(l2)と外寸幅(w2)、外寸厚み(t2)により、V2=l2×w2×t2で計算される。 In the case of an electrode laminate or an electrode wound body housed in a square metal can, the volume of the non-aqueous lithium power storage element is simply the volume of the outer dimension of the metal can. That is, the volume (V2) of this non-aqueous lithium-type power storage element depends on the outer dimension length (l2), outer dimension width (w2), and outer dimension thickness (t2) of the square metal can, and V2 = l2 × w2. It is calculated by × t2.

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、非水系リチウム型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、この非水系リチウム型蓄電素子の体積(V3)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(l3)により、V3=3.14×r×r×l3で計算される。 Further, even in the case of the electrode wound body housed in the cylindrical metal can, the volume of the non-aqueous lithium power storage element is the volume of the outer dimension of the metal can. That is, the volume (V3) of this non-aqueous lithium-type power storage element is V3 = 3.14 × r × depending on the outer dimension radius (r) and outer dimension length (l3) of the bottom surface or the upper surface of the cylindrical metal can. It is calculated by r × l3.

[エネルギー密度]
本明細書中、エネルギー密度とは、電気量Eと体積Vi(i=1、2、3)を用いてE/Vi(Wh/L)の式により得られる値である。
[Energy density]
In the present specification, the energy density is a value obtained by the formula of E / Vi (Wh / L) using the amount of electricity E and the volume Vi (i = 1, 2, 3).

[常温内部抵抗]
本明細書では、常温内部抵抗Ra(Ω)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、20Cの電流値で3.8Vに到達するまで定電流充電し、続いて3.8Vの定電圧を印加する定電圧充電を合計で30分間行う。続いて、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Ra=ΔE/(20C(電流値A))により算出される値である。
[Room temperature internal resistance]
In the present specification, the room temperature internal resistance Ra (Ω) is a value obtained by the following method:
First, the cell corresponding to the non-aqueous lithium-type power storage element is charged with a constant current at a current value of 20C until it reaches 3.8V in a constant temperature bath set at 25 ° C., and then a constant voltage of 3.8V is applied. Perform constant voltage charging for a total of 30 minutes. Subsequently, 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 second obtained by extrapolating from the voltage values at the time points of the discharge time of 2 seconds and 4 seconds is Eo, the voltage drop ΔE = 3.8- It is a value calculated by Eo and Ra = ΔE / (20C (current value A)).

[低温内部抵抗]
本明細書では、低温内部抵抗Rc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−10℃に設定した恒温槽内に2時間放置する。その後、恒温槽を−10℃に保ったまま、1.0C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2時間行う。続いて、50Cの電流値で2.2Vまで定電流放電を行って、放電カーブ(時間−電圧)を得る。この放電カーブにおいて、放電時間2秒及び4秒の時点における電圧値から、直線近似にて外挿して得られる放電時間=0秒における電圧をEoとしたときに、降下電圧ΔE=3.8−Eo、及びRb=ΔE/(10C(電流値A))により算出される値である。
[Low temperature internal resistance]
As used herein, the low temperature internal resistance Rc is a value obtained by the following method:
First, the cell corresponding to the non-aqueous lithium-type power storage element is left in a constant temperature bath set at −10 ° C. for 2 hours. After that, while keeping the constant temperature bath at -10 ° C, constant current charging is performed at a current value of 1.0 C until it reaches 3.8 V, and then constant voltage charging at which a constant voltage of 3.8 V is applied is performed for a total of 2 Do time. Subsequently, a constant current discharge is performed up to 2.2 V with a current value of 50 C to obtain a discharge curve (time-voltage). In this discharge curve, when the voltage at the discharge time = 0 second obtained by extrapolating from the voltage values at the time points of the discharge time of 2 seconds and 4 seconds is Eo, the voltage drop ΔE = 3.8- It is a value calculated by Eo and Rb = ΔE / (10C (current value A)).

[高温保存試験]
本明細書では、高温保存試験時のガス発生量、及び高温保存試験後の常温内部抵抗上昇率は、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、100Cの電流値で4.0Vに到達するまで定電流充電し、続いて4.0Vの定電圧を印加する定電圧充電を10分間行う。その後、セルを60℃環境下に保存し、2週間毎に60℃環境下から取り出し、前述の充電工程にてセル電圧を4.0Vに充電した後、再びセルを60℃環境下で保存する。この工程を繰り返し行い、保存開始前のセル体積Va、保存試験2か月後のセル体積Vbをアルキメデス法によって測定する。Vb−Vaをセル電圧4.0V及び環境温度60℃において2か月間保存した際に発生するガス量とする。
前記高温保存試験後のセルに対して、前記常温内部抵抗と同様の測定方法を用いて得られる抵抗値を高温保存試験後の常温内部抵抗Rcとしたとき、高温保存試験開始前の常温内部抵抗Raに対する高温保存試験後の常温内部抵抗上昇率はRc/Raにより算出される。
[High temperature storage test]
In the present specification, the amount of gas generated during the high temperature storage test and the rate of increase in internal resistance at room temperature after the high temperature storage test are measured by the following methods:
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 4.0 V with a current value of 100 C, and then a constant voltage of 4.0 V is applied. Perform constant voltage charging for 10 minutes. After that, the cell is stored in the environment of 60 ° C., taken out from the environment of 60 ° C. every two weeks, the cell voltage is charged to 4.0 V in the above-mentioned charging step, and then the cell is stored in the environment of 60 ° C. again. .. This step is repeated, and the cell volume Va before the start of storage and the cell volume Vb 2 months after the storage test are measured by the Archimedes method. Let Vb-V be 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.
When the resistance value obtained by using the same measurement method as the normal temperature internal resistance for the cell after the high temperature storage test is the normal temperature internal resistance Rc after the high temperature storage test, the normal temperature internal resistance before the start of the high temperature storage test The rate of increase in internal resistance at room temperature after the high-temperature storage test for Ra is calculated by Rc / Ra.

[釘刺し試験]
本明細書では、釘刺し試験は、以下の方法によって実施する:
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、100Cの電流値で4.0Vに到達するまで定電流充電し、続いて4.0Vの定電圧を印加する定電圧充電を10分間行う。
前記の工程で電圧を4.0Vに調整した蓄電素子について、以下の条件で釘刺し試験を行う。
試験機:島津オートグラフAG−X
釘:φ2.5mm−SUS304
環境温度:25℃
評価方法:蓄電素子を水平に固定し、蓄電素子の正極端子、負極端子、及び外装体中央表面に熱電対を取り付けた後、蓄電素子中央部に、20mm/secの速度で貫通するまで釘を刺す。試験時の各部位の発熱温度、蓄電素子の挙動を観察する。
本明細書中では、釘刺し時試験の発熱温度ΔTは、
試験時の正極端子の最高到達温度、負極端子の最高到達温度、及び外装体中央表面の最高到達温度の中から、最も到達温度の高かったものをT1とし、環境温度をT2としたとき、ΔT=T1−T2で求められる値とする。
[Nail piercing test]
In the present specification, the nail piercing test is performed by the following method:
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 4.0 V with a current value of 100 C, and then a constant voltage of 4.0 V is applied. Perform constant voltage charging for 10 minutes.
A nail piercing test is performed on the power storage element whose voltage has been adjusted to 4.0 V in the above step under the following conditions.
Testing machine: Shimadzu Autograph AG-X
Nail: φ2.5mm-SUS304
Environmental temperature: 25 ° C
Evaluation method: After fixing the power storage element horizontally and attaching a thermocouple to the positive electrode terminal, negative electrode terminal, and the central surface of the exterior body of the power storage element, nail the center of the power storage element until it penetrates at a speed of 20 mm / sec. Stab. Observe the heat generation temperature of each part during the test and the behavior of the power storage element.
In the present specification, the heat generation temperature ΔT of the nail piercing test is defined as
From the maximum ultimate temperature of the positive electrode terminal, the maximum ultimate temperature of the negative electrode terminal, and the maximum ultimate temperature of the central surface of the exterior body at the time of the test, the one with the highest ultimate temperature is T1 and the environmental temperature is T2. = The value obtained by T1-T2.

また、釘刺し試験時の蓄電素子の挙動は以下4つの状態に分類され、
発火:非水系リチウム蓄電素子が燃えた状態、
破裂:非水系リチウム蓄電素子の外装体の一部又は全部が破損し、電極積層体の一部又は全部が外装体から飛び出た状態、
開裂:非水系リチウム蓄電素子の外装体の一部が破損し、電極積層体が外装体内部に留まった状態(外装体の破損箇所から非水系電解液が外部に流出しても構わない。)、
変化なし:外装体に損傷がない状態(ガス発生により外装体が膨張しても構わない。)、
と定義する。
In addition, the behavior of the power storage element during the nail piercing test is classified into the following four states.
Ignition: Non-aqueous lithium storage element burned,
Rupture: A state in which part or all of the exterior of a non-aqueous lithium storage element is damaged and part or all of the electrode laminate protrudes from the exterior.
Cleavage: A state in which a part of the exterior body of the non-aqueous lithium storage element is damaged and the electrode laminate remains inside the exterior body (the non-aqueous electrolyte solution may flow out from the damaged part of the exterior body). ,
No change: No damage to the exterior (the exterior may expand due to gas generation),
Is defined as.

本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子は、釘刺し時試験の発熱温度ΔTが80℃未満であることが好ましく、75℃未満であることがより好ましく、さらに好ましくは70℃未満である。ΔTが80℃未満であることで、外部からの衝撃により非水系リチウム型蓄電素子が破損した場合においても、電池内部の電極−電解液界面における熱暴走反応によって破裂・発火が引き起こされることがないため、十分な安全性を担保することが可能となる。 In the non-aqueous lithium-type power storage element of the present embodiment, the heat generation temperature ΔT in the nail piercing test is preferably less than 80 ° C, more preferably less than 75 ° C, and even more preferably less than 70 ° C. Since ΔT is less than 80 ° C., even if the non-aqueous lithium storage element is damaged by an external impact, the thermal runaway reaction at the electrode-electrolyte solution interface inside the battery will not cause bursting or ignition. Therefore, it is possible to ensure sufficient safety.

本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子は、セル電圧4Vでの初期の常温内部抵抗をRa(Ω)、静電容量をF(F)、電力量をE(Wh)、電極積層体を収納している外装体の体積をV(L)、及び環境温度−10℃における内部抵抗をRbとした時、以下の(a)、(b)及び(c)の要件:
(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、
(c)Rb/Raが10以下である、
を同時に満たすことが好ましい。
The non-aqueous lithium-type power storage element of the present embodiment houses an initial room temperature internal resistance at a cell voltage of 4 V, Ra (Ω), a capacitance of F (F), a power amount of E (Wh), and an electrode laminate. When the volume of the exterior body is V (L) and the internal resistance at an ambient temperature of −10 ° C. is Rb, the following requirements (a), (b) and (c) are:
(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.
(C) Rb / Ra is 10 or less.
Is preferably 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2.6以下であり、更に好ましくは2.4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非水系リチウム型蓄電素子を得ることができる。そのため、非水系リチウム型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非水系リチウム型蓄電素子に印加される高負荷にも十分に耐え得る。 Regarding (a), Ra and F are preferably 3.0 or less, more preferably 2.6 or less, and further, from the viewpoint of developing sufficient charge capacity and discharge capacity with respect to a large current. It is preferably 2.4 or less. When Ra and F are not more than the above upper limit values, a non-aqueous lithium-type power storage element having excellent input / output characteristics can be obtained. Therefore, by combining a power storage system using a non-aqueous lithium-type power storage element with, for example, a high-efficiency engine, it is possible to sufficiently withstand a high load applied to the non-aqueous lithium-type power storage element.

(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る。 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 an automobile engine, for example, the power storage system can be installed in a limited narrow space inside the car.

(c)について、Rb/Raは、−10℃という低温環境下においても十分な充電容量と放電容量とを発現させる観点から、10以下であることが好ましく、より好ましくは8以下であり、更に好ましくは6以下である。Rb/Raが上記の上限値以下であれば、低温環境下においても優れた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、低温環境下での自動車・バイク等のエンジン始動時に、モーターを駆動するための十分な電力を与える蓄電素子を得ることが可能となる。 Regarding (c), Rb / Ra is preferably 10 or less, more preferably 8 or less, and further preferably 8 or less, from the viewpoint of developing sufficient charge capacity and discharge capacity even in a low temperature environment of −10 ° C. It is preferably 6 or less. When Rb / Ra is not more than the above upper limit value, a power storage element having excellent output characteristics can be obtained even in a low temperature environment. Therefore, when the engine of an automobile, a motorcycle, or the like is started in a low temperature environment, it is possible to obtain a power storage element that gives sufficient electric power to drive the motor.

本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子は、セル電圧4Vでの初期の常温内部抵抗をRa(Ω)、静電容量をF(F)、セル電圧4V及び環境温度60℃において2か月間保存した後の25℃における内部抵抗をRc(Ω)とした時、以下の(d)及び(e)の要件:
(d)Rc/Raが0.3以上3.0以下である、
(e)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、
を同時に満たすことが好ましい。
The non-aqueous lithium-type power storage element of the present embodiment stores the initial room temperature internal resistance at a cell voltage of 4 V at Ra (Ω), a capacitance of F (F), a cell voltage of 4 V, and an ambient temperature of 60 ° C. for 2 months. When the internal resistance at 25 ° C. is Rc (Ω), the following requirements (d) and (e) are:
(D) Rc / Ra is 0.3 or more and 3.0 or less.
(E) 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.
Is preferably satisfied at the same time.

(d)について、Rc/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 (d), Rc / 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.

(e)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いう観点から、発生ガス量を25℃において測定した値として、30×10−3cc/F以下であることが好ましく、より好ましくは20×10−3cc/F以下であり、更に好ましくは15×10−3cc/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 (e), the amount of gas generated when stored at a cell voltage of 4.0 V and an environmental temperature of 60 ° C. for 2 months is such that the amount of gas generated is 25 ° C. from the viewpoint that the characteristics of the device are not deteriorated by the generated gas. The measured value is preferably 30 × 10 -3 cc / F or less, more preferably 20 × 10 -3 cc / F or less, and further preferably 15 × 10 -3 cc / F or less. 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.

本実施形態に係る複数個の非水系リチウム型蓄電素子を直列、又は並列に接続することで蓄電モジュールを作製することができる。さらに、非水系リチウム型蓄電素子、及び前記蓄電モジュールは、電力回生システム、電力負荷平準化システム、無停電電源システム、非接触給電システム、エナジーハーベストシステム、蓄電システム等に使用されることができる。
本実施形態に係る非水系リチウム型蓄電素子は、高出力かつ高容量であり、幅広い環境温度でその特性を維持することができる。そのため、高負荷充放電サイクル特性が求められる自動車のハイブリット駆動システムの電力回生システム、太陽光発電又は風力発電等の自然発電又はマイクログリッド等における電力負荷平準化システム、工場の生産設備等における無停電電源システム、マイクロ波送電又は電界共鳴等の電圧変動の平準化及びエネルギーの蓄電を目的とした非接触給電システム、振動発電等で発電した電力の利用を目的としたエナジーハーベストシステムに好適に利用できる。
A storage module can be manufactured by connecting a plurality of non-aqueous lithium-type power storage elements according to the present embodiment in series or in parallel. Further, the non-aqueous lithium type power storage element and the power storage module can be used in a power regeneration system, a power load leveling system, an uninterruptible power supply system, a contactless power supply system, an energy harvest system, a power storage system, and the like.
The non-aqueous lithium-type power storage element according to the present embodiment has high output and high capacity, and can maintain its characteristics in a wide range of environmental temperatures. Therefore, power regeneration systems for hybrid drive systems of automobiles that require high load charge / discharge cycle characteristics, natural power generation such as solar power generation or wind power generation, power load leveling systems for microgrids, etc., no power outages in factory production equipment, etc. It can be suitably used for a power supply system, a non-contact power supply system for leveling voltage fluctuations such as microwave power transmission or electric field resonance and storing energy, and an energy harvest system for using power generated by vibration power generation. ..

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。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.

(実施例1) (Example 1)

<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9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、1.5μmであった。
<Crushing lithium carbonate>
200 g of lithium carbonate having an average particle size 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 9 minutes. The charged lithium carbonate particle size was determined by measuring the average particle size of the lithium carbonate obtained by preventing thermal denaturation at -196 ° C. and brittle fracture, and found to be 1.5 μm.

<正極活物質の調製>
[正極活物質A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Aを得た。
この活性炭A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 active material>
[Preparation of positive electrode active material A]
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 for 10 hours in an electric dryer maintained at 115 ° C., activated carbon A was obtained by pulverizing with a ball mill for 1 hour.
The average particle size of this activated carbon A 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.

[正極活物質B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℃で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時間に亘って混合物の撹拌洗浄を行った。さらに、蒸留水でpH5〜6の間で安定するまで混合物を煮沸洗浄した後に乾燥を行うことにより、活性炭Bを得た。
この活性炭B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 positive electrode active material B]
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, the mixture was stirred and washed for 1 hour in dilute hydrochloric acid adjusted to a concentration of 2 mol / L. Further, the mixture was boiled and washed with distilled water until it became stable at pH 5 to 6, and then dried to obtain activated carbon B.
The pore distribution of this activated carbon B 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.

<正極前駆体Aの製造>
上記で得た活性炭Aを正極活物質として用いて正極前駆体を製造した。
活性炭Aを57.5質量部、リチウム化合物として平均粒径1.5μmの炭酸リチウムを30.0質量部、KB(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17m/sの条件で分散して塗工液を得た。得られた塗工液の粘度(ηb)及びTI値を東機産業社のE型粘度計TVE−35Hを用いて測定した。その結果、粘度(ηb)は2,700mPa・s、TI値は3.5であった。また、得られた塗工液の分散度をヨシミツ精機社製の粒ゲージを用いて測定した。その結果、粒度は35μm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15μmのアルミニウム箔の片面又は両面に塗工速度1m/sの条件で塗工し、乾燥温度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。上記で得られた正極前駆体の正極活物質層の膜厚を小野計器社製膜厚計Linear Gauge Sensor GS−551を用いて、正極前駆体の任意の10か所で測定した厚さの平均値から、アルミニウム箔の厚さを引いて求めた。その結果、正極活物質層の膜厚は片面あたりの厚さは60μmであった。
<Manufacturing of positive electrode precursor A>
The activated carbon A obtained above was used as the positive electrode active material to produce a positive electrode precursor.
Activated carbon A is 57.5 parts by mass, lithium carbonate with an average particle size of 1.5 μm as a lithium compound is 30.0 parts by mass, KB (Ketchen Black) is 3.0 parts by mass, and PVP (polypolypyrrolidone) is 1.5 parts. Mixing 8.0 parts by mass and PVDF (polyvinylidene fluoride) and NMP (N-methylpyrrolidone), and using a thin film swirling high-speed mixer fill mix manufactured by PRIMIX, a peripheral speed of 17 m / A coating liquid was obtained by dispersing under the condition of 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. As a result, the viscosity (ηb) was 2,700 mPa · s, and the TI value was 3.5. In addition, the degree of dispersion of the obtained coating liquid was measured using a grain gauge manufactured by Yoshimitsu Seiki Co., Ltd. As a result, the particle size was 35 μm. The above coating liquid is 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. at a coating speed of 1 m / s, dried at a drying temperature of 100 ° C., and a positive electrode precursor. Got 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. The average thickness of the positive electrode active material layer of the positive electrode precursor obtained above was measured at any 10 locations of the positive electrode precursor using a film thickness meter Linear Gauge Sensor GS-551 manufactured by Ono Keiki Co., Ltd. It was calculated by subtracting the thickness of the aluminum foil from the value. As a result, the film thickness of the positive electrode active material layer was 60 μm per side.

<正極前駆体Bの製造>
上記で得た活性炭Bを正極活物質として使用したこと以外は正極前駆体Aの製造と同じ方法に従って、正極前駆体Bを得た。
<Manufacturing of positive electrode precursor B>
A positive electrode precursor B was obtained according to the same method as in the production of the positive electrode precursor A except that the activated carbon B obtained above was used as the positive electrode active material.

以下、活性炭Aを用いた片面正極前駆体および両面正極前駆体を、それぞれ片面正極前駆体Aおよび両面正極前駆体A(総称して「正極前駆体A」)という。活性炭Bを用いた片面正極前駆体および両面正極前駆体を、それぞれ片面正極前駆体Bおよび両面正極前駆体B(総称して「正極前駆体B」)という。 Hereinafter, the single-sided positive electrode precursor and the double-sided positive electrode precursor using the activated carbon A will be referred to as a single-sided positive electrode precursor A and a double-sided positive electrode precursor A (collectively, “positive electrode precursor A”). Single-sided positive electrode precursor and double-sided positive electrode precursor using activated carbon B are referred to as single-sided positive electrode precursor B and double-sided positive electrode precursor B (collectively, "positive electrode precursor B").

<負極活物質の調製>
[活物質A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Aを得た。この熱処理は窒素雰囲気下で行い、600℃まで8時間で昇温し、同温度で4時間保持する方法によった。続いて自然冷却により60℃まで冷却した後、複合炭素材料Aを炉から取り出した。
得られた複合炭素材料A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 active material>
[Preparation of active substance A]
Made of stainless steel containing 150 g of commercially available coconut shell activated carbon with an average particle size of 3.0 μm and a BET specific surface area of 1,780 m 2 / g in a stainless steel mesh cage and 270 g of coal-based pitch (softening point: 50 ° C.). The composite carbon material A was obtained by placing it 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. Subsequently, after cooling to 60 ° C. by natural cooling, the composite carbon material A was taken out from the furnace.
With respect to the obtained composite carbon material A, 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%.

<負極Aの製造>
次いで複合炭素材料Aを負極活物質として用いて負極を製造した。
複合炭素材料A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。その結果、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の貫通孔を持たない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℃で乾燥して両面負極Aを得た。得られた負極A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A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Aの任意の10か所で測定した厚さの平均値から、銅箔の厚さを引いて求めた。その結果、負極Aの負極活物質層の膜厚は片面当たりの厚さは40μmであった。
<Manufacturing of negative electrode A>
Next, a negative electrode was manufactured using the composite carbon material A as the negative electrode active material.
85 parts by mass of composite carbon material A, 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. Using a mixer fill mix, a coating liquid was obtained by dispersing 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. As a result, 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 and having no through holes 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. A double-sided negative electrode A was obtained. The obtained negative electrode A 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 A obtained above was measured from the average value of the thickness measured at any 10 points of the negative electrode A 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. As a result, the film thickness of the negative electrode active material layer of the negative electrode A was 40 μm per side.

[活物質Bの調製]
複合炭素材料Aの代わりに平均粒子径4.9μmの人造黒鉛を基材として用い、石炭系ピッチの使用量を50gとし、さらに熱処理温度を1000℃とした他は活物質Aの調製と同様にして複合炭素材料Bを製造し、評価を行った。その結果、複合炭素材料Bの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 active material B]
Instead of the composite carbon material A, artificial graphite having an average particle diameter of 4.9 μm was used as a base material, the amount of coal-based pitch used was 50 g, and the heat treatment temperature was 1000 ° C. The composite carbon material B was produced and evaluated. As a result, the BET specific surface area of the composite carbon material B was 6.1 m 2 / g. The mass ratio of the carbonaceous material derived from coal-based pitch to artificial graphite was 2%.

<負極Bの製造>
上記で得た複合炭素材料Bを負極活物質として用いて負極を製造した。
複合炭素材料B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。その結果、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の貫通孔を持たない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℃で乾燥して両面負極Bを得た。得られた負極B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B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Bの任意の10か所で測定した厚さの平均値から、銅箔の厚さを引いて求めた。その結果、負極活物質層の膜厚は片面あたりの厚さは25μmであった。
<Manufacturing of negative electrode B>
A negative electrode was manufactured using the composite carbon material B obtained above as a negative electrode active material.
80 parts by mass of composite carbon material B, 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. Using a mixer fill mix, a coating liquid was obtained by dispersing 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. As a result, the viscosity (ηb) was 2,798 mPa · s, and the TI value was 2.7. The above coating liquid was applied to both sides of an electrolytic copper foil having a thickness of 10 μm and having no through holes 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. A double-sided negative electrode B was obtained. The obtained negative electrode B 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 B obtained above was measured from the average value of the thickness measured at any 10 locations of the negative electrode B 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. As a result, the film thickness of the negative electrode active material layer was 25 μm per one 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):ジメチルカーボネート(DMC):メチルエチルカーボネート(EMC)=33.0:26.0:41.0(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50:50(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、0.6mol/L及び0.6mol/Lであった。
<Preparation of electrolyte>
As the organic solvent, a mixed solvent of ethylene carbonate (EC): dimethyl carbonate (DMC): methyl ethyl carbonate (EMC) = 33.0: 26.0: 41.0 (volume ratio) was used with respect to the total electrolytic solution. The concentration ratio of LiN (SO 2 F) 2 and LiPF 6 is 50:50 (molar ratio), and the sum of the concentrations of LiN (SO 2 F) 2 and LiPF 6 is 1.2 mol / L, respectively. The solution obtained by dissolving the electrolyte salt of No. 1 was used as a non-aqueous electrolyte solution.
The concentrations of LiN (SO 2 F) 2 and LiPF 6 in the electrolytic solution prepared here were 0.6 mol / L and 0.6 mol / L, respectively.

<蓄電素子の組立>
得られた両面負極Aおよび両面正極前駆体A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Aを用い、更に両面負極A21枚と両面正極前駆体A20枚とを用い、負極Aと正極前駆体A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80℃、50Paで、60hr真空乾燥した。この電極積層体を、露点−45℃のドライ環境下にて、アルミラミネート包材から成る外装体内に挿入し、電極端子部およびボトム部の外装体3方を180℃、20sec、1.0MPaでヒートシールした。該外装体に非水系電解液を注入して該外装体を密閉することにより、非水系リチウム型蓄電素子を組立てた。
<Assembly of power storage element>
The obtained double-sided negative electrode A and double-sided positive electrode precursor A were cut into 10 cm × 10 cm (100 cm 2). A single-sided positive electrode precursor A is used for the uppermost surface and the lowermost surface, and 21 double-sided negative electrode A and 20 double-sided positive electrode precursors A are used. 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 80 ° C. and 50 Pa for 60 hr. This electrode laminate is inserted into an exterior body made of an aluminum laminate packaging material in a dry environment with a dew point of −45 ° C. Heat sealed. A non-aqueous lithium-type power storage element was assembled by injecting a non-aqueous electrolyte solution into the exterior body and sealing the exterior body.

<蓄電素子の注液、含浸、封止工程>
アルミラミネート包材の中に収納された電極積層体に、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を温度25℃の大気圧下で注入した。続いて、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。その後、常圧から−87kPaまで減圧した後、大気圧に戻す工程を4回繰り返したのち、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 process of power storage element>
Approximately 80 g of the non-aqueous electrolyte solution was injected into the electrode laminate housed in the aluminum laminate packaging material in a dry air environment with a dew point of −40 ° C. or lower under atmospheric pressure at a temperature of 25 ° C. Subsequently, 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, the pressure was reduced from normal pressure to −87 kPa, the process 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0.2A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30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 dope process>
For the obtained non-aqueous lithium-type power storage element, a charging / discharging device (TOSCAT-3100U) manufactured by Toyo Systems Co., Ltd. is used, and the voltage is fixed until the voltage reaches 4.5 V at a current value of 0.2 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 30 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45℃環境下、0.7Aで電圧3.0Vに到達するまで定電流放電を行った後、1Aで4.0Vまで定電流充電を行うことにより電圧を4.0Vに調整した。続いて、非水系リチウム型蓄電素子を60℃の恒温槽に48時間保管した。
<Aging process>
A non-aqueous lithium-type power storage element after lithium doping is discharged at 0.7 A at a constant current until it reaches a voltage of 3.0 V, and then charged at a constant current of 4.0 V at 1 A. Was adjusted to 4.0V. Subsequently, the non-aqueous lithium-type power storage element was stored in a constant temperature bath at 60 ° C. for 48 hours.

<ガス抜き工程>
エージング後の非水系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。続いて、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。
<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. Subsequently, the non-aqueous lithium-type power storage element was placed in the decompression chamber, and the pressure was reduced from atmospheric pressure to −80 kPa over 3 minutes using a diaphragm pump (N816.3KT.45.18) manufactured by KNF. The process of returning to atmospheric pressure over 3 minutes 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 then the aluminum laminate packaging material was sealed by sealing at 200 ° C. for 10 seconds at a pressure of 0.1 MPa.

[エネルギー密度の算出]
完成した非水系リチウム型蓄電素子について、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)により算出された静電容量F(F)と、体積V(L)とを用いて、下記式:
E/V=F×(3.8−2.2)/2/3600/Vによりエネルギー密度を算出したところ36.1Wh/Lであった。
[Calculation of energy density]
The completed non-aqueous lithium-type power storage element 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. The constant current charging was carried out until the battery was charged, and then the constant voltage charging in which a constant voltage of 3.8 V was applied was carried out 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, and the capacitance F (F) calculated by F = Q / (3.8-2.2) and Using the volume V (L), the following equation:
The energy density was calculated by E / V = F × (3.8-2.2) / 2/3600 / V and found to be 36.1 Wh / L.

[Ra・Fの算出]
完成した非水系リチウム型蓄電素子について、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、続いて、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2.78ΩFであった。
[Calculation of Ra / F]
The completed non-aqueous lithium power storage element reaches 3.8V at a current value of 20C using a charging / discharging device (5V, 360A) manufactured by Fujitsu Telecom Networks Co., Ltd. in a constant temperature bath set at 25 ° C. A constant current charge is performed for a total of 30 minutes, followed by a constant voltage charge of 3.8 V, followed by a constant current discharge of 20 C to 2.2 V, and the discharge curve ( Time-voltage) was obtained. In this discharge curve, the voltage at the discharge time = 0 second obtained by extrapolating from the voltage values at the time points of the discharge time 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 2.78 ΩF.

[Rb/Raの算出]
完成した非水系リチウム型蓄電素子について、−10℃に設定した恒温槽内に2時間放置した後、恒温槽を−10℃に保ったまま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、1.0B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2時間行った。続いて、50B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)を得て、前記内部抵抗算出方法により低温内部抵抗Rbを算出した。
−10℃における内部抵抗Rbと25℃における内部抵抗Raの比Rb/Raは6.3であった。
[Calculation of Rb / Ra]
The completed non-aqueous lithium-type power storage element was left in a constant temperature bath set at -10 ° C for 2 hours, and then the charging / discharging device (5V, 5V, manufactured by Fujitsu Telecom Networks Limited) was maintained at the constant temperature bath at -10 ° C. Using 360A), constant current charging was performed at a current value of 1.0B until 3.8V was reached, followed by constant voltage charging to which a constant voltage of 3.8V was applied for a total of 2 hours. Subsequently, a constant current discharge was performed up to 2.2 V with a current value of 50 B to obtain a discharge curve (time-voltage), and the low temperature internal resistance Rb was calculated by the internal resistance calculation method.
The ratio Rb / Ra of the internal resistance Rb at −10 ° C. to the internal resistance Ra at 25 ° C. was 6.3.

[高温保存試験後のガス発生量]
完成した非水系リチウム型蓄電素子について、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8.3×10−3cc/Fであった。
[Gas generated after high temperature storage test]
The completed non-aqueous lithium-type power storage element reaches 4.0 V at a current value of 100 C using a charging / discharging device (5V, 360A) manufactured by Fujitsu Telecom Networks Limited in a constant temperature bath set at 25 ° C. It was charged with a constant current until it was charged, and then a constant voltage charge of applying a constant voltage of 4.0 V was performed for a total of 10 minutes. Then, the cell was stored in a 60 ° C environment, taken out 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 8.3 × 10 -3 cc / F.

[Rc/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Rcを算出した。
このRc(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Rc/Raは2.75であった。
[Calculation of Rc / Ra]
For the power storage element after the high temperature storage 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 and F].
The ratio Rc / Ra calculated by dividing this Rc (Ω) by the internal resistance Ra (Ω) before the high temperature storage test obtained in the above [Calculation of Ra / F] was 2.75.

[釘刺し試験]
完成した非水系リチウム型蓄電素子について、25℃に設定した恒温槽内で、100Cの電流値で4.0Vに到達するまで定電流充電し、続いて4.0Vの定電圧を印加する定電圧充電を10分間行った。
前記の工程で電圧を4.0Vに調整した蓄電素子について、以下の条件で釘刺し試験を行った。
試験機:島津オートグラフAG−X
釘:φ2.5mm−SUS304
環境温度(T2):25℃
評価方法:蓄電素子を水平に固定し、蓄電素子の正極端子、負極端子、及び外装体中央表面に熱電対を取り付けた後、蓄電素子中央部に、鉛直方向に沿って、20mm/secの速度で貫通するまで釘を刺した。試験時の各部位の発熱温度、及び蓄電素子の挙動を観察した。
試験時に最も到達温度の高かった箇所は負極端子であり、最高到達温度(T1)は103℃であった。前記算出式(ΔT=T1−T2)に従い、ΔT=78℃を求めた。
[Nail piercing test]
The completed 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 4.0 V with a current value of 100 C, and then a constant voltage of 4.0 V is applied. Charging was performed for 10 minutes.
The power storage element whose voltage was adjusted to 4.0 V in the above step was subjected to a nail piercing test under the following conditions.
Testing machine: Shimadzu Autograph AG-X
Nail: φ2.5mm-SUS304
Environmental temperature (T2): 25 ° C
Evaluation method: After fixing the power storage element horizontally and attaching a thermocouple to the positive electrode terminal, negative electrode terminal, and the central surface of the exterior body of the power storage element, the speed is 20 mm / sec along the vertical direction at the center of the power storage element. I stabbed the nail until it penetrated. The heat generation temperature of each part during the test and the behavior of the power storage element were observed.
At the time of the test, the place where the maximum temperature reached was the negative electrode terminal, and the maximum temperature (T1) was 103 ° C. ΔT = 78 ° C. was determined according to the above calculation formula (ΔT = T1-T2).

[リチウム化合物、及び活物質の粒径]
完成した非水系リチウム型蓄電素子のうちの1つを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を取り出した。得られた正極から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。上述の方法により正極断面SEM及びEDXを測定した。
[Lithium compound and particle size of active material]
After adjusting one of the completed non-aqueous lithium-type power storage elements to 2.9V, it is disassembled in an Ar box 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. Then, the positive electrode was taken out. A small piece of 1 cm × 1 cm was cut out from the obtained positive electrode, and a cross section perpendicular to the plane direction of the positive electrode sample 1 was used under the conditions of SM-09020CP manufactured by JEOL Ltd., argon gas, an acceleration voltage of 4 kV, and a beam diameter of 500 μm. Was produced. The positive electrode cross sections SEM and EDX were measured by the above method.

上記測定した正極断面SEM及びEDXから得られた画像を、画像解析ソフト(ImageJ)を用いて画像解析することでリチウム化合物の平均粒子径X及び正極活物質の平均粒子径Yを算出した。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%以上含む粒子をリチウム化合物の粒子X、及びそれ以外の粒子を正極活物質の粒子Yとし、断面SEM画像中に観察されるX、Yそれぞれの粒子全てについて、断面積Sを求め、下記数式(1)にて算出される粒子径dを求めた。 The image obtained from the positive cross-sectional SEM and EDX that the measurement was calculated average particle diameter Y 1 having an average particle diameter of X 1 and the positive electrode active material of a lithium compound by image analysis using an image analysis software (ImageJ) .. With respect to the obtained oxygen mapping, particles containing 50% or more of bright areas binarized based on the average value of brightness were designated as lithium compound particles X, and other particles were designated as positive electrode active material particles Y. The cross-sectional area S was obtained for all the particles of X and Y observed in the cross-sectional SEM image, and the particle diameter d calculated by the following mathematical formula (1) was obtained.

Figure 0006957250
{式中、円周率をπとする。}
得られた粒子径dを用いて、下記数式(2)において体積平均粒子径X及びYを求めた。
Figure 0006957250
{In the formula, let the pi be π. }
Using the obtained particle size d, the volume average particle size X 0 and Y 0 were obtained by the following mathematical formula (2).

Figure 0006957250
正極断面の視野を変えて合計5ヶ所測定し、それぞれのX及びYの平均値である平均粒子径Xは1.51μm、Yは4.32μmであった。
Figure 0006957250
A total of 5 points were measured by changing the field of view of the positive electrode cross section, and the average particle size X 1, which is the average value of X 0 and Y 0 , was 1.51 μm, and Y 1 was 4.32 μm.

<正極活物質層の解析>
完成した非水系リチウム型蓄電素子を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を取り出した。取り出した正極を、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でサイドボックス中で真空乾燥させた。
乾燥後の正極を、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活物質層の質量C(g)から、下記数式4:
単位質量当たりの存在量(mol/g)=A×B÷C...(数式4)
により、正極活物質層に堆積する各化合物の、正極活物質層の単位質量当たりの存在量(mol/g)を求めた。
なお、抽出に用いた正極活物質層の質量は、以下の方法によって求めた。
重水抽出後に残った正極の集電体から正極活物質層を剥がし取り、該剥がし取った正極活物質層を、水洗した後、真空乾燥した。真空乾燥して得た正極活物質層を、NMP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>
After adjusting the completed non-aqueous lithium-type power storage element to 2.9V, disassemble it in an Ar box 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, and take out the positive electrode. rice field. The removed positive electrode was immersed and washed with dimethyl carbonate (DMC), and then vacuum dried in a side box while maintaining non-exposure to the atmosphere.
The dried positive electrode 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 extract. The extraction solution was analyzed by (1) IC and (2) 1 H-NMR, and the concentration A (mol / ml) of each compound in the positive electrode extract and the volume B (ml) of heavy water used for the extraction were obtained. ) And the mass C (g) of the positive electrode active material layer used for extraction, the following formula 4:
Abundance per unit mass (mol / g) = A × B ÷ C. .. .. (Formula 4)
The abundance (mol / g) of each compound deposited on the positive electrode active material layer per unit mass of the positive electrode active material layer was determined.
The mass of the positive electrode active material layer used for extraction was determined by the following method.
The positive electrode active material layer was peeled off from the positive electrode current collector remaining after heavy water extraction, and the peeled positive electrode active material layer was washed with water and then vacuum dried. The positive electrode active material layer obtained by vacuum drying was washed with NMP 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.

以下、抽出液の解析方法を示す。
(1)正極抽出液のIC測定(ネガティブモード)により、LiCOLi由来のCO 2−が検出され、絶対検量線法により、CO 2−の濃度Aを求めた。濃度Aを用いて数式1に従い、単位質量あたりのLiCOLiの存在量(mol/g)を求め、正極中に含まれるLiCOLiの量を算出した。
The analysis method of the extract is shown below.
(1) CO 3 2- derived from LiCO 3 Li was detected by IC measurement (negative mode) of the positive electrode extract, and the concentration A of CO 3 2- was determined by the absolute calibration curve method. The abundance (mol / g) of LiCO 3 Li per unit mass was determined according to Equation 1 using the concentration A, and the amount of LiCO 3 Li contained in the positive electrode was calculated.

(2)上記(1)と同じ正極抽出液を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、正極抽出液中の各化合物の濃度Aを求めた。
(2) The same positive electrode extract as in (1) above 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 (2). It was inserted into N-5) manufactured by Nippon Precision Science Co., Ltd., 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.
Further, deuterated chloroform containing dimethyl sulfoxide having a 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 extract was determined.

H NMRスペクトルの帰属は、以下のとおりである。
[CHO―X、CO−X、及びXOCHCHOXについて]
OCHCHOXのCH:3.7ppm(s,4H)
CHOX:3.3ppm(s,3H)
CHCHOXのCH:1.2ppm(t,3H)
CHCHOXのCHO:3.7ppm(q,2H)上記のように、XOCHCHOXのCHのシグナル(3.7ppm)はCHCHOXのCHOのシグナル(3.7ppm)と重なってしまうため、CHCHOXのCHのシグナル(1.2ppm)から算出されるCHCHOXのCHO相当分を除いて、XOCHCHOX量を算出する。
上記化学式において、X及びXは、それぞれ、−(O)Li又は−(COO)Li(ここで、nは0又は1である)である。また、Xは、−(COO)Li又は−(COO)(ここで、nは0又は1であり、かつRは、炭素数1〜4のアルキル基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキル基である。)である。
1 The attribution of the 1 H NMR spectrum is as follows.
[About CH 3 O-X 1 , C 2 H 5 O-X 2 , and X 3 OCH 2 CH 2 OX 3 ]
X 3 OCH 2 CH 2 OX 3 CH 2 : 3.7 ppm (s, 4H)
CH 3 OX 1 : 3.3 ppm (s, 3H)
CH 3 CH 2 OX 2 CH 3 : 1.2 ppm (t, 3H)
CH 3 CH 2 of OX 2 CH 2 O: 3.7ppm ( q, 2H) as described above, the signal (3.7 ppm) is XOCH 2 CH 2 OX of CH 2, CH 3 CH 2 OX of CH 2 O Since it overlaps with the signal of CH 3 CH 2 OX (3.7 ppm), XOCH 2 CH is excluded except for the amount equivalent to CH 2 O of CH 3 CH 2 OX calculated from the signal of CH 3 of CH 3 CH 2 OX (1.2 ppm). 2 Calculate the amount of OX.
In the above chemical formula, X 1 and X 2 are − (O) n Li or − (COO) n Li (where n is 0 or 1), respectively. Further, X 3 is − (COO) n Li or − (COO) n R 1 (where n is 0 or 1 and R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or 1 carbon atom. It is an alkyl halide group of ~ 4).

上記(1)の解析により、正極中に含まれる炭酸リチウムは5.8wt%であることが分かった。また、上記(2)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、抽出に用いた正極活物質層質量に基づくと、上記の正極活物質層には、CHO−Xが69.8×10−6mol/g、CO−Xが32.3×10−6mol/g、XOCHCHOXが131.3×10−4mol/g存在した。 From the analysis of (1) above, it was found that the lithium carbonate contained in the positive electrode was 5.8 wt%. Further, based on the concentration of each compound in the extract obtained by the analysis of (2) above, the volume of heavy water used for extraction, and the mass of the positive electrode active material layer used for extraction, the positive electrode active material layer , CH 3 O-X 1 is 69.8 x 10-6 mol / g, C 2 H 5 O-X 2 is 32.3 x 10-6 mol / g, X 3 OCH 2 CH 2 OX 3 is 131. 3 × 10 -4 mol / g was present.

<負極活物質層の解析>
前記正極活物質層の解析と同様の方法で、負極活物質層の解析を行った。負極活物質層には、CHO−Xが6.3×10−6mol/g、CO−Xが5.1×10−6mol/g存在した。
<Analysis of negative electrode active material layer>
The negative electrode active material layer was analyzed by the same method as the analysis of the positive electrode active material layer. In the negative electrode active material layer, CH 3 O-X 1 was present at 6.3 × 10-6 mol / g, and C 2 H 5 O-X 2 was present at 5.1 × 10-6 mol / g.

(実施例2〜28、及び比較例1〜18)
上記実施例1において、負極、正極前駆体活物質、正極前駆体活物質の平均粒径、リチウム化合物、リチウム化合物の平均粒径、正極前駆体の構成比、及び電解液の非水溶媒組成比をそれぞれ表1に記載のとおりに使用した他は、実施例1と同様にして非水系リチウム型蓄電素子を作製し、各種の評価を行った。
評価結果は表2及び表3に示した。
(Examples 2-28 and Comparative Examples 1-18)
In Example 1, the negative electrode, the positive electrode precursor active material, the average particle size of the positive electrode precursor active material, the lithium compound, the average particle size of the lithium compound, the composition ratio of the positive electrode precursor, and the non-aqueous solvent composition ratio of the electrolytic solution. A non-aqueous lithium-type power storage element was produced in the same manner as in Example 1 except that each of the above was used as shown in Table 1, and various evaluations were performed.
The evaluation results are shown in Tables 2 and 3.

Figure 0006957250
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<実施例29>
<蓄電素子の組立>
得られた両面負極Aおよび両面正極前駆体A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Aを用い、更に両面負極A21枚と両面正極前駆体A20枚とを用い、負極Aと正極前駆体A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80℃、50Paで、60hr真空乾燥した。この電極積層体を、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挿入し、電極端子部およびボトム部の外装体3方を180℃、20sec、1.0MPaでヒートシールした。該外装体に非水系電解液を注入して該外装体を密閉することにより、非水系リチウム型蓄電素子を組立てた。
<Example 29>
<Assembly of power storage element>
The obtained double-sided negative electrode A and double-sided positive electrode precursor A were cut into 10 cm × 10 cm (100 cm 2). A single-sided positive electrode precursor A is used for the uppermost surface and the lowermost surface, and 21 double-sided negative electrode A and 20 double-sided positive electrode precursors A are used. 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 80 ° C. and 50 Pa for 60 hr. This electrode laminate is inserted into an exterior body made of an aluminum laminate packaging material in a dry environment with a dew point of −45 ° C. Heat sealed. A non-aqueous lithium-type power storage element was assembled by injecting a non-aqueous electrolyte solution into the exterior body and sealing the exterior body.

<蓄電素子の注液、含浸、封止工程>
アルミラミネート包材の中に収納された電極積層体に、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を温度25℃の大気圧下で注入した。続いて、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。その後、常圧から−87kPaまで減圧した後、大気圧に戻す工程を4回繰り返したのち、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 process of power storage element>
Approximately 80 g of the non-aqueous electrolyte solution was injected into the electrode laminate housed in the aluminum laminate packaging material in a dry air environment with a dew point of −40 ° C. or lower under atmospheric pressure at a temperature of 25 ° C. Subsequently, 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, the pressure was reduced from normal pressure to −87 kPa, the process 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0.2Aで電圧4.7Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.7V定電圧充電を30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 dope process>
For the obtained non-aqueous lithium-type power storage element, a charging / discharging device (TOSCAT-3100U) manufactured by Toyo Systems Co., Ltd. is used, and the voltage is fixed until the voltage reaches 4.7 V at a current value of 0.2 A in an environment of 25 ° C. After the current charging, the initial charging was carried out by a method of continuing 4.7V constant voltage charging for 30 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45℃環境下、0.7Aで電圧3.0Vに到達するまで定電流放電を行った後、1Aで4.2Vまで定電流充電を行うことにより電圧を4.2Vに調整した。続いて、非水系リチウム型蓄電素子を60℃の恒温槽に48時間保管した。
<Aging process>
A non-aqueous lithium-type power storage element after lithium doping is discharged at 0.7 A at a constant current until it reaches a voltage of 3.0 V, and then charged at a constant current of 4.2 V at 1 A. Was adjusted to 4.2V. Subsequently, the non-aqueous lithium-type power storage element was stored in a constant temperature bath at 60 ° C. for 48 hours.

蓄電素子組立、注液・含浸・封止工程、リチウムドープ工程、エージング工程を上記に記載する方法にした以外は実施例2と同様にして非水系リチウム型蓄電素子を作製し、各種の評価を行った。
評価結果は表5及び表6に示した。
A non-aqueous lithium-type power storage element was produced in the same manner as in Example 2 except that the method described above was used for the power storage element assembly, liquid injection / impregnation / sealing step, lithium doping step, and aging step, and various evaluations were performed. went.
The evaluation results are shown in Tables 5 and 6.

<実施例30> <Example 30>

<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0.2Aで電圧4.6Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.6V定電圧充電を30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 dope process>
For the obtained non-aqueous lithium-type power storage element, a charging / discharging device (TOSCAT-3100U) manufactured by Toyo Systems Co., Ltd. is used, and the voltage is fixed until the voltage reaches 4.6 V at a current value of 0.2 A in an environment of 25 ° C. After the current charging, the initial charging was carried out by the method of continuing the 4.6V constant voltage charging for 30 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45℃環境下、0.7Aで電圧3.0Vに到達するまで定電流放電を行った後、1Aで4.1Vまで定電流充電を行うことにより電圧を4.1Vに調整した。続いて、非水系リチウム型蓄電素子を60℃の恒温槽に48時間保管した。
<Aging process>
A non-aqueous lithium-type power storage element after lithium doping is discharged at 0.7 A at a constant current until it reaches a voltage of 3.0 V, and then charged at a constant current of 4.1 V at 1 A. Was adjusted to 4.1V. Subsequently, the non-aqueous lithium-type power storage element was stored in a constant temperature bath at 60 ° C. for 48 hours.

リチウムドープ工程、エージング工程を上記に記載する方法にした以外は実施例29と同様にして非水系リチウム型蓄電素子を作製し、各種の評価を行った。
評価結果は表5及び表6に示した。
A non-aqueous lithium-type power storage device was produced in the same manner as in Example 29 except that the lithium doping step and the aging step were carried out by the methods described above, and various evaluations were performed.
The evaluation results are shown in Tables 5 and 6.

<実施例31> <Example 31>

<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0.2Aで電圧4.4Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.4V定電圧充電を30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 dope process>
For the obtained non-aqueous lithium-type power storage element, a charging / discharging device (TOSCAT-3100U) manufactured by Toyo Systems Co., Ltd. is used, and the voltage is fixed until the voltage reaches 4.4 V at a current value of 0.2 A in an environment of 25 ° C. After the current charging, the initial charging was carried out by a method of continuing 4.4V constant voltage charging for 30 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45℃環境下、0.7Aで電圧3.0Vに到達するまで定電流放電を行った後、1Aで3.9Vまで定電流充電を行うことにより電圧を3.9Vに調整した。続いて、非水系リチウム型蓄電素子を60℃の恒温槽に48時間保管した。
<Aging process>
A non-aqueous lithium-type power storage element after lithium doping is discharged at 0.7 A at a constant current until it reaches a voltage of 3.0 V, and then charged at a constant current of 3.9 V at 1 A. Was adjusted to 3.9V. Subsequently, the non-aqueous lithium-type power storage element was stored in a constant temperature bath at 60 ° C. for 48 hours.

リチウムドープ工程、エージング工程を上記に記載する方法にした以外は実施例29と同様にして非水系リチウム型蓄電素子を作製し、各種の評価を行った。
評価結果は表5、表6に示した。
A non-aqueous lithium-type power storage device was produced in the same manner as in Example 29 except that the lithium doping step and the aging step were carried out by the methods described above, and various evaluations were performed.
The evaluation results are shown in Tables 5 and 6.

<実施例32> <Example 32>

<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0.2Aで電圧4.3Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.3V定電圧充電を30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 dope process>
For the obtained non-aqueous lithium-type power storage element, a charging / discharging device (TOSCAT-3100U) manufactured by Toyo Systems Co., Ltd. is used, and the voltage is fixed until the voltage reaches 4.3 V at a current value of 0.2 A in an environment of 25 ° C. After the current charging, the initial charging was carried out by the method of continuing the 4.3V constant voltage charging for 30 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45℃環境下、0.7Aで電圧3.0Vに到達するまで定電流放電を行った後、1Aで3.8Vまで定電流充電を行うことにより電圧を3.8Vに調整した。続いて、非水系リチウム型蓄電素子を60℃の恒温槽に48時間保管した。
<Aging process>
A non-aqueous lithium-type power storage element after lithium doping is discharged at 0.7 A at a constant current until it reaches a voltage of 3.0 V, and then charged at a constant current of 3.8 V at 1 A. Was adjusted to 3.8V. Subsequently, the non-aqueous lithium-type power storage element was stored in a constant temperature bath at 60 ° C. for 48 hours.

リチウムドープ工程、エージング工程を上記に記載する方法にした以外は実施例29と同様にして非水系リチウム型蓄電素子を作製し、各種の評価を行った。
評価結果は表5、表6に示した。
A non-aqueous lithium-type power storage device was produced in the same manner as in Example 29 except that the lithium doping step and the aging step were carried out by the methods described above, and various evaluations were performed.
The evaluation results are shown in Tables 5 and 6.

<比較例19> <Comparative Example 19>

<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0.2Aで電圧5.0Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて5.0V定電圧充電を30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 dope process>
For the obtained non-aqueous lithium-type power storage element, a charging / discharging device (TOSCAT-3100U) manufactured by Toyo Systems Co., Ltd. is used, and the voltage is fixed until the voltage reaches 5.0 V at a current value of 0.2 A in an environment of 25 ° C. After the current charge, the initial charge was carried out by a method of continuing the 5.0 V constant voltage charge for 30 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45℃環境下、0.7Aで電圧3.0Vに到達するまで定電流放電を行った後、1Aで4.6Vまで定電流充電を行うことにより電圧を4.6Vに調整した。続いて、非水系リチウム型蓄電素子を60℃の恒温槽に48時間保管した。
<Aging process>
A non-aqueous lithium-type power storage element after lithium doping is discharged at 0.7 A at a constant current until it reaches a voltage of 3.0 V, and then charged at a constant current of 4.6 V at 1 A. Was adjusted to 4.6V. Subsequently, the non-aqueous lithium-type power storage element was stored in a constant temperature bath at 60 ° C. for 48 hours.

リチウムドープ工程、エージング工程を上記に記載する方法にした以外は実施例29と同様にして非水系リチウム型蓄電素子を作製し、各種の評価を行った。
評価結果は表5、表6に示した。
A non-aqueous lithium-type power storage device was produced in the same manner as in Example 29 except that the lithium doping step and the aging step were carried out by the methods described above, and various evaluations were performed.
The evaluation results are shown in Tables 5 and 6.

<比較例20> <Comparative Example 20>

<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0.2Aで電圧4.1Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.1V定電圧充電を30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 dope process>
For the obtained non-aqueous lithium-type power storage element, a charging / discharging device (TOSCAT-3100U) manufactured by Toyo Systems Co., Ltd. is used, and the voltage is fixed until the voltage reaches 4.1 V at a current value of 0.2 A in an environment of 25 ° C. After the current charging, the initial charging was carried out by a method of continuing 4.1V constant voltage charging for 30 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45℃環境下、0.7Aで電圧3.0Vに到達するまで定電流放電を行った後、1Aで3.5Vまで定電流充電を行うことにより電圧を3.5Vに調整した。続いて、非水系リチウム型蓄電素子を60℃の恒温槽に48時間保管した。
<Aging process>
A non-aqueous lithium-type power storage element after lithium doping is discharged at a constant current of 0.7 A until it reaches a voltage of 3.0 V in a 45 ° C environment, and then charged at a constant current of 3.5 V at 1 A to obtain a voltage. Was adjusted to 3.5V. Subsequently, the non-aqueous lithium-type power storage element was stored in a constant temperature bath at 60 ° C. for 48 hours.

リチウムドープ工程、エージング工程を上記に記載する方法にした以外は実施例29と同様にして非水系リチウム型蓄電素子を作製し、各種の評価を行った。
評価結果は表5、表6に示した。
A non-aqueous lithium-type power storage device was produced in the same manner as in Example 29 except that the lithium doping step and the aging step were carried out by the methods described above, and various evaluations were performed.
The evaluation results are shown in Tables 5 and 6.

[比較例21]
<負極Cの製造>
前記負極Aの製造において、負極集電体を厚さ15μmの貫通孔を持つ銅箔とした以外は同様の方法で負極Cを製造した。その結果、負極C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。
[Comparative Example 21]
<Manufacturing of negative electrode C>
In the production of the negative electrode A, the negative electrode C was produced by the same method except that the negative electrode current collector was a copper foil having a through hole having a thickness of 15 μm. As a result, the film thickness of the negative electrode active material layer of the negative electrode C was 40 μm per one side.

<負極Dの製造>
前記負極Bの製造において、負極集電体を厚さ15μmの貫通孔を持つ銅箔とした以外は同様の方法で負極Dを製造した。その結果、負極D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。
<Manufacturing of negative electrode D>
In the production of the negative electrode B, the negative electrode D was produced by the same method except that the negative electrode current collector was a copper foil having a through hole having a thickness of 15 μm. As a result, the film thickness of the negative electrode active material layer of the negative electrode D was 25 μm per one side.

<蓄電素子の組立>
両面負極Cおよびリチウム化合物を含まない両面正極前駆体を10cm×10cm(100cm)にカットした。この両面負極Cの片面に、複合多孔性材料Aの単位質量当たり760mAh/gに相当するリチウム金属箔を貼り付けた。最上面と最下面には、リチウム化合物を含まない片面正極前駆体を用い、更に前記リチウム貼り付け工程を経た両面負極C21枚と両面正極前駆体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80℃、50Paで、60hr真空乾燥した。この電極積層体を、露点−45℃のドライ環境下にて、ラミネートフィルムから成る外装体内に挿入し、電極端子部およびボトム部の外装体3方を180℃、20sec、1.0MPaでヒートシールした。非水系電解液を注入して該外装体を密閉することにより、非水系リチウム型蓄電素子を組立てた。
<Assembly of power storage element>
The double-sided negative electrode C and the double-sided positive electrode precursor containing no lithium compound were cut into 10 cm × 10 cm (100 cm 2). A lithium metal foil corresponding to 760 mAh / g per unit mass of the composite porous material A was attached to one side of the double-sided negative electrode C. A single-sided positive electrode precursor containing no lithium compound is used for the uppermost surface and the lowermost surface, and 21 double-sided negative electrode Cs and 20 double-sided positive electrode precursors that have undergone the lithium pasting step are used to form a negative electrode and a positive electrode precursor. A microporous film separator having a thickness of 15 μm was sandwiched between the layers. 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 80 ° C. and 50 Pa for 60 hr. This electrode laminate is inserted into an exterior body made of a laminate film under a dry environment with a dew point of −45 ° C., and the electrode terminal portion and the bottom exterior body are heat-sealed at 180 ° C., 20 sec, and 1.0 MPa. bottom. A non-aqueous lithium-type power storage element was assembled by injecting a non-aqueous electrolyte solution and sealing the exterior body.

<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、45℃に設定した恒温槽内で21時間放置することで、負極にリチウムドープを行った。
<Lithium dope process>
The obtained non-aqueous lithium-type power storage element was left to stand for 21 hours in a constant temperature bath set at 45 ° C. to perform lithium doping on the negative electrode.

<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セル電圧3.0Vに調整した後、45℃に設定した恒温槽内で24時間保存した。続いて、アスカ電子製の充放電装置を用いて、充電電流10A、放電電流10Aとし、下限電圧2.0V、上限電圧4.0Vの間で定電流充電、定電流放電による充放電サイクルを2回繰り返した。
<Aging process>
After adjusting the cell voltage of the non-aqueous lithium storage element after lithium doping to 3.0 V, it was stored for 24 hours in a constant temperature bath set at 45 ° C. Subsequently, using a charging / discharging device manufactured by Asuka Electronics, the charging current is 10A and the discharging current is 10A, and a constant current charging and a constant current discharging charging / discharging cycle are performed between the lower limit voltage of 2.0 V and the upper limit voltage of 4.0 V. Repeated times.

蓄電素子組立、リチウムドープ工程、エージング工程を上記に記載する方法にした以外は実施例2と同様にして非水系リチウム型蓄電素子を作製し、各種の評価を行った。
評価結果は表5及び表6に示した。
A non-aqueous lithium-type power storage element was produced in the same manner as in Example 2 except that the method described above was used for the power storage element assembly, lithium doping step, and aging step, and various evaluations were performed.
The evaluation results are shown in Tables 5 and 6.

(比較例22〜24)
負極、正極前駆体の活物質、活物質粒径、及び正極前駆体の構成比、をそれぞれ表4に記載のとおりとした他は、比較例21と同様にして非水系リチウム型蓄電素子を作製し、各種の評価を行った。
評価結果は表5及び表6に示した。
(Comparative Examples 22 to 24)
A non-aqueous lithium-type power storage element was produced in the same manner as in Comparative Example 21, except that the active material of the negative electrode and the positive electrode precursor, the particle size of the active material, and the composition ratio of the positive electrode precursor were as shown in Table 4, respectively. Then, various evaluations were performed.
The evaluation results are shown in Tables 5 and 6.

Figure 0006957250
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本発明の非水系リチウム蓄電素子は、例えば、自動車のハイブリット駆動システムの、瞬間電力ピークのアシスト用途等における蓄電素子として好適に利用できる。
本発明の非水系リチウム蓄電素子は、例えば、リチウムイオンキャパシタ又はリチウムイオン二次電池として適用したときに、本発明の効果が最大限に発揮されるため好ましい。
The non-aqueous lithium storage element of the present invention can be suitably used as a power storage element in, for example, an automobile hybrid drive system for assisting an instantaneous power peak.
The non-aqueous lithium storage element of the present invention is preferable because the effect of the present invention is maximized when applied as, for example, a lithium ion capacitor or a lithium ion secondary battery.

Claims (25)

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;
を含む非水系リチウム型蓄電素子であって、
前記負極が、負極集電体と、前記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、かつ前記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み、
前記正極が、正極集電体と、前記正極集電体の片面上又は両面上に設けられた、正極活物質を含む正極活物質層とを有し、かつ前記正極活物質は活性炭を含み、
式CHOX{式中、Xは、−(O)Li又は−(COO)Liであり、かつnは0又は1である。}で表される化合物の、前記正極物質層の単位質量当たりの含有量をAとし、かつ
式COX{式中、Xは、−(O)Li又は−(COO)Liであり、かつnは0又は1である。}で表される化合物の、前記正極物質層の単位質量当たりの含有量をBとしたとき、1.80≦A/B≦20.00であり、そして、
下記式(1)〜(3):
LiX−ORO−XIILi (1)
{式(1)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、かつX及びXIIは、それぞれ独立に−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}
LiX−ORO−XII (2)
{式(2)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、Rは、水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、又はアリール基であり、かつX及びXIIは、それぞれ独立に−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}
−ORO−XII (3)
{式(3)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、R及びRは、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、又はアリール基であり、かつX及びXIIは、それぞれ独立に−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}
の中から選択される化合物の、前記正極物質層の単位質量当たりの含有量をCとしたとき、Cが1.60×10−4mol/g〜150.0×10−4mol/gであり、かつ前記正極が、炭酸リチウム、酸化リチウム、水酸化リチウム、フッ化リチウム、塩化リチウム、シュウ化リチウム、ヨウ化リチウム、窒化リチウム、シュウ酸リチウム、及び酢酸リチウムから選択される1種以上のリチウム化合物を含む非水系リチウム型蓄電素子。
Positive electrode;
Negative electrode;
Separator; and non-aqueous electrolyte solution containing lithium ions;
It is a non-aqueous lithium-type power storage element containing
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.・ Including 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 provided on one side or both sides of the positive electrode current collector, and the positive electrode active material contains active carbon.
Equation CH 3 OX 1 {In the equation, X 1 is − (O) n Li or − (COO) n Li, and n is 0 or 1. Of the compound represented by}, wherein the content per unit mass of the positive electrode active material layer is A, and the formula C 2 H 5 OX 2 {wherein, X 2 is, - (O) n Li or - (COO ) N Li, and n is 0 or 1. Of a compound represented by}, when the content per unit mass of the positive electrode active material layer B, and 1.80 ≦ A / B ≦ 20.00, and,
The following formulas (1) to (3):
LiX I- OR 1 O-X II Li (1)
{In formula (1), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and XI and X II are independently − (COO) n. (Here, n is 0 or 1.). }
LiX I- OR 1 O-X II R 2 (2)
{In the formula (2), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and carbon. A mono or polyhydroxyalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a mono or polyhydroxyalkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or an aryl group. And X I and X II are independently − (COO) n (where n is 0 or 1). }
R 2 X I- OR 1 O-X II R 3 (3)
{In the formula (3), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 and R 3 are independently hydrogen and 1 carbon atom, respectively. Alkyl groups of 10 to 10, mono or polyhydroxyalkyl groups with 1 to 10 carbon atoms, alkenyl groups with 2 to 10 carbon atoms, mono or polyhydroxyalkenyl groups with 2 to 10 carbon atoms, cycloalkyl groups with 3 to 6 carbon atoms , Or an aryl group, and XI and X II are independently − (COO) n (where n is 0 or 1). }
Of a compound selected from among, when the content per unit mass of the positive electrode active material layer and the C, C is 1.60 × 10 -4 mol / g~150.0 × 10 -4 mol / g der is, and the positive electrode, lithium carbonate, lithium oxide, lithium hydroxide, lithium fluoride, lithium chloride, oxalate lithium, lithium iodide, one selected lithium nitride, lithium oxalate, and lithium acetate A non-aqueous lithium-type power storage element containing the above lithium compounds.
前記式CHOX{式中、Xは、−(O)Li又は−(COO)Liであり、かつnは0又は1である。}で表される化合物の、前記負極物質層の単位質量当たりの含有量をDとし、かつ
前記式COX{式中、Xは、−(O)Li又は−(COO)Liであり、かつnは0又は1である。}で表される化合物の、前記負極物質層の単位質量当たりの含有量をEとしたとき、1.10≦D/E≦15.00である、請求項1に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
The formula CH 3 OX 1 {in the formula, X 1 is − (O) n Li or − (COO) n Li, and n is 0 or 1. Of the compound represented by}, wherein the content per unit mass of the negative electrode active material layer is D, and the formula C 2 H 5 OX 2 {wherein, X 2 is, - (O) n Li or - ( COO) n Li, and n is 0 or 1. Of a compound represented by}, when the E content per unit mass of the negative electrode active material layer is 1.10 ≦ D / E ≦ 15.00, nonaqueous lithium-type according to claim 1 Power storage element.
前記リチウム化合物の平均粒子径をXとするとき、0.1μm≦X≦10μmであり、前記正極活物質の平均粒子径をYとするとき、2μm≦Y≦20μmであり、X<Yであり、かつ前記正極中に含まれる該リチウム化合物の量が、1質量%以上50質量%以下である、請求項1又は2に記載の非水系リチウム型蓄電素子。 When the average particle size of the lithium compound is X 1 , it is 0.1 μm ≤ X 1 ≤ 10 μm, and when the average particle size of the positive electrode active material is Y 1 , it is 2 μm ≤ Y 1 ≤ 20 μm. The non-aqueous lithium-type power storage element according to claim 1 or 2, wherein 1 <Y 1 and the amount of the lithium compound contained in the positive electrode is 1% by mass or more and 50% by mass or less. 前記非水系電解液が、ジメチルカーボネート(DMC)とエチルメチルカーボネート(EMC)を含有し、かつ
前記エチルメチルカーボネートに対する前記ジメチルカーボネートの体積比率(DMC/EMC)が、0.5以上8.0以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
The non-aqueous electrolyte solution contains dimethyl carbonate (DMC) and ethyl methyl carbonate (EMC), and the volume ratio (DMC / EMC) of the dimethyl carbonate to the ethyl methyl carbonate is 0.5 or more and 8.0 or less. The non-aqueous lithium-type power storage element according to any one of claims 1 to 3.
前記非水系電解液が、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成る群から選択される少なくとも1種の有機溶媒を含有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。 The non-aqueous electrolyte solution according to any one of claims 1 to 4, wherein the non-aqueous electrolyte solution contains at least one organic solvent selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate and fluoroethylene carbonate. The non-aqueous lithium-type power storage element described. 前記正極集電体及び前記負極集電体が、無孔状の金属箔である、請求項1〜5のいずれか一項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 any one of claims 1 to 5, wherein the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are non-porous metal foils. 前記非水系電解液が、LiPF及び/又はLiBFを含有する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。 The non-aqueous lithium power storage device according to any one of claims 1 to 6, wherein the non-aqueous electrolyte solution contains LiPF 6 and / or LiBF 4. 前記非水系電解液におけるLiN(SOF)の濃度が、前記非水系電解液の総量を基準として0.3mol/L以上1.5mol/L以下である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。 Any of claims 1 to 7, wherein the concentration of LiN (SO 2 F) 2 in the non-aqueous electrolyte solution is 0.3 mol / L or more and 1.5 mol / L or less based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. The non-aqueous lithium-type power storage element according to item 1. 前記正極活物質層に含まれる前記正極活物質が、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をV1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をV2(cc/g)とするとき、0.3<V1≦0.8、及び0.5≦V2≦1.0を満たし、かつ、BET法により測定される比表面積が1,500m/g以上3,000m/g以下を示す活性炭である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。 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 for the positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer is V1 (cc / g), and the diameter is less than 20 Å calculated by the MP method. When the amount of micropores derived from the pores 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 claims 1 to 8, 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. 前記正極活物質層に含まれる前記正極活物質が、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量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、請求項1〜8のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。 The positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer has a mesopore amount V1 (cc / g) of 0.8 <V1 ≦ 2.5 derived from pores having a diameter of 20 Å or more and 500 Å or less calculated by the BJH method. The micropore amount V2 (cc / g) derived from the pores having a diameter of less than 20 Å calculated by the MP method satisfies 0.8 <V2 ≦ 3.0, and the specific surface area measured by the BET method is 2. The non-aqueous lithium-type power storage element according to any one of claims 1 to 8, which is an activated carbon exhibiting 300 m 2 / g or more and 4,000 m 2 / g or less. 前記負極に含まれる前記負極活物質のリチウムイオンのドープ量が、単位質量当たり530mAh/g以上2,500mAh/g以下である、請求項1〜10のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。 The non-aqueous lithium type according to any one of claims 1 to 10, wherein the amount of lithium ions doped in the negative electrode active material contained in the negative electrode is 530 mAh / g or more and 2,500 mAh / g or less per unit mass. Power storage element. 前記負極活物質のBET比表面積が100m/g以上1,500m/g以下である、請求項1〜11のいずれか一項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 any one of claims 1 to 11, wherein the negative electrode active material has a BET specific surface area of 100 m 2 / g or more and 1,500 m 2 / g or less. 前記負極に含まれる前記負極活物質のリチウムイオンのドープ量が、単位質量当たり50mAh/g以上700mAh/g以下である、請求項1〜10のいずれか一項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 any one of claims 1 to 10, wherein the amount of lithium ions doped in the negative electrode active material contained in the negative electrode is 50 mAh / g or more and 700 mAh / g or less per unit mass. .. 前記負極活物質のBET比表面積が1m/g以上50m/g以下である、請求項1〜10及び13のいずれか一項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 any one of claims 1 to 10 and 13, wherein the negative electrode active material has a BET specific surface area of 1 m 2 / g or more and 50 m 2 / g or less. 前記負極活物質の平均粒子径が、1μm以上10μm以下である、請求項13又は14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 13 or 14, wherein the average particle size of the negative electrode active material is 1 μm or more and 10 μm or less. 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)、電極積層体を収納している外装体の体積をV(L)、及び環境温度−10℃における内部抵抗をRbとした時、以下の(a)、(b)、及び(c)の要件:
(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、
(c)Rb/Raが10以下である
を同時に満たす、請求項1〜15のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
The initial internal resistance at a cell voltage of 4 V is Ra (Ω), the capacitance is F (F), the amount of power is E (Wh), and the volume of the exterior body containing the electrode laminate is V (L). And when the internal resistance at an ambient temperature of -10 ° C is Rb, the following requirements (a), (b), and (c) are:
(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.
(C) The non-aqueous lithium-type power storage element according to any one of claims 1 to 15, which simultaneously satisfies Rb / Ra of 10 or less.
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25℃における内部抵抗をRc(Ω)とした時、以下の(d)及び(e)の要件:
(d)Rc/Raが0.3以上3.0以下である、
(e)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、
を同時に満たす、請求項1〜16のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
When the initial internal resistance at a cell voltage of 4 V is Ra (Ω) and the internal resistance at 25 ° C after storage at a cell voltage of 4 V and an environmental temperature of 60 ° C. for 2 months is Rc (Ω), the following (d) And (e) requirement:
(D) Rc / Ra is 0.3 or more and 3.0 or less.
(E) 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.
The non-aqueous lithium-type power storage element according to any one of claims 1 to 16, which satisfies the above conditions at the same time.
セル電圧4.0V、釘径2.5mmΦ、及び釘刺し速度20mm/secの条件下で実施した釘刺し試験において、試験時の発熱温度ΔTが80℃未満である、請求項1〜17のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。 Any of claims 1 to 17, wherein in the nail piercing test performed under the conditions of a cell voltage of 4.0 V, a nail diameter of 2.5 mmΦ, and a nail piercing speed of 20 mm / sec, the heat generation temperature ΔT at the time of the test is less than 80 ° C. The non-aqueous lithium-type power storage element according to item 1. 請求項1〜18のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子を用いた蓄電モジュール。 A power storage module using the non-aqueous lithium power storage element according to any one of claims 1 to 18. 請求項1〜18のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子、又は請求項19に記載の蓄電モジュールを用いた電力回生システム。 A power regeneration system using the non-aqueous lithium-type power storage element according to any one of claims 1 to 18 or the power storage module according to claim 19. 請求項1〜18のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子、又は請求項19に記載の蓄電モジュールを用いた電力負荷平準化システム。 A power load leveling system using the non-aqueous lithium-type power storage element according to any one of claims 1 to 18 or the power storage module according to claim 19. 請求項1〜18のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子、又は請求項19に記載の蓄電モジュールを用いた無停電電源システム。 An uninterruptible power supply system using the non-aqueous lithium-type power storage element according to any one of claims 1 to 18 or the power storage module according to claim 19. 請求項1〜18のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子、又は請求項19に記載の蓄電モジュールを用いた非接触給電システム。 A non-contact power supply system using the non-aqueous lithium-type power storage element according to any one of claims 1 to 18 or the power storage module according to claim 19. 請求項1〜18のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子、又は請求項19に記載の蓄電モジュールを用いたエナジーハーベストシステム。 An energy harvesting system using the non-aqueous lithium-type power storage element according to any one of claims 1 to 18 or the power storage module according to claim 19. 請求項1〜18のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子、又は請求項19に記載の蓄電モジュールを用いた蓄電システム。 A power storage system using the non-aqueous lithium power storage element according to any one of claims 1 to 18 or the power storage module according to claim 19.
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